(57)【要約】【課題】溶接による円筒部材への歪の発生を低減できるようにする。【解決手段】チューブ部３２と、スプライン部３１と、ジョイント部３３とを溶接する溶接方法において、チューブ部３２とスプライン部３１との開先３４の所定の第１位置Ｓ１から溶接を開始すると同時に、チューブ部３２とジョイント部３３との開先３６の第１位置Ｓ１の軸方向の位置ＣＳ１から離れた第２位置Ｓ２から溶接を開始し、チューブ部３２とスプライン部３１との溶接位置及びチューブ部３２とジョイント部３３との溶接位置を略同速度で同一回転方向に移動させつつ溶接することにより、チューブ部３２にスプライン部３１とジョイント部３３とを同時に溶接する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部材と、前記円筒部材の一端側に配置され、前記円筒部材と全周に亘って溶接される第１部材と、前記円筒部材の他端側に配置され、前記円筒部材と全周に亘って溶接される第２部材とを溶接する溶接方法であって、
前記円筒部材と前記第１部材との第１溶接範囲の所定の第１位置から溶接を開始すると同時に、前記円筒部材と前記第２部材との第２溶接範囲の前記第１位置の軸方向の位置から離れた第２位置から溶接を開始し、前記円筒部材と前記第１部材との溶接位置及び前記円筒部材と前記第２部材との溶接位置を略同速度で同一回転方向に移動させつつ溶接することにより、前記円筒部材に前記第１部材と前記第２部材とを同時に溶接する溶接方法。
【請求項２】
前記円筒部材と前記第１部材とを１つの第１溶接トーチで溶接するとともに、前記円筒部材と前記第２部材とを１つの第２溶接トーチで溶接し、
前記第２位置は、前記第２溶接範囲における前記第１位置の軸方向の位置から最も離れた位置である
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記円筒部材と前記第１部材とを前記円筒部材の軸を中心に等間隔に配置された複数の第１溶接トーチにより溶接を行い、
前記第２位置は、前記第２溶接範囲における、前記複数の第１溶接トーチにより溶接を開始する複数の前記第１位置の軸方向の位置同士の略中間点にある位置である
請求項１に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記円筒部材と前記第２部材とを、前記円筒部材と前記第１部材とを溶接する第１溶接トーチと同数の第２溶接トーチにより溶接し、
前記第２位置は、前記第２溶接範囲における、前記複数の第１溶接トーチの開始位置の軸方向の位置同士の複数の中間点の位置である
請求項３に記載の溶接方法。
【請求項５】
円筒部材と、円筒部材の一端側に配置され、前記円筒部材と全周に亘って溶接される第１部材と、前記円筒部材の他端側に配置され、前記円筒部材と全周に亘って溶接される第２部材とを溶接する溶接装置であって、
前記円筒部材と前記第１部材との溶接を行う１以上の第１溶接トーチを有する第１溶接ヘッドと、
前記円筒部材と前記第２部材との溶接を行う１以上の第２溶接トーチを有する第２溶接ヘッドと、
前記第１溶接トーチを前記第１部材と前記円筒部材との第１溶接範囲の溶接を開始する所定の第１位置に合わせ、前記第２溶接トーチを前記円筒部材と前記第２部材との第２溶接範囲の前記第１位置の軸方向にある位置から離れた第２位置に合わせた状態で、前記第１溶接トーチと前記第２溶接トーチとによる溶接を開始させ、前記第１溶接トーチによる前記円筒部材と前記第１部材との溶接位置及び前記第２溶接トーチによる前記円筒部材と前記第２部材との溶接位置を略同速度で同一回転方向に移動させつつ溶接させることにより、前記円筒部材に前記第１部材と前記第２部材とを同時に溶接させる溶接制御手段と、
を有する溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒部材と他の部材との溶接を行う溶接方法及び溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の動力源と、駆動輪との間の駆動力を伝達する部材としてプロペラシャフトが使用されている。プロペラシャフトの一部品としては、例えば、円筒状のチューブ部の両端に部材を溶接したものが知られている。
【０００３】
チューブ部のような円筒部材を他部材と溶接する際に、１つの溶接トーチを用いて、円筒部材の円周全体を溶接すると、溶接トーチにより溶接している箇所と、その周囲との温度差が大きくなり、円筒部材における温度分布のばらつきが大きくなり、溶接後の冷却過程において円筒部材に歪が発生してしまう。
【０００４】
例えば、円筒部材と他の部材とを溶接することにより発生する歪を軽減する技術として、複数の溶接電極を配置して溶接を行う技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３３５７７７号公報
【特許文献２】特開平９−２９５１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、円筒部材と部材とを溶接する際に、複数の溶接電極を用いるようにすることにより、その溶接を行う面の近傍においては、温度分布の均一化を図ることができ、歪の発生を低減することができるが、円筒部材の溶接を行っている箇所から軸方向に離れている箇所との温度差は存在するので、この箇所を含めた軸方向における温度分布の均一化を図ることができず、歪の発生を低減することができない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、溶接による円筒部材への歪の発生を低減することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の一観点に係る溶接方法は、円筒部材と、円筒部材の一端側に配置され、円筒部材と全周に亘って溶接される第１部材と、円筒部材の他端側に配置され、円筒部材と全周に亘って溶接される第２部材とを溶接する溶接方法であって、円筒部材と第１部材との第１溶接範囲の所定の第１位置から溶接を開始すると同時に、円筒部材と第２部材との第２溶接範囲の第１位置の軸方向の位置から離れた第２位置から溶接を開始し、円筒部材と第１部材との溶接位置及び円筒部材と第２部材との溶接位置を略同速度で同一回転方向に移動させつつ溶接することにより、円筒部材に第１部材と第２部材とを同時に溶接する。
【０００９】
上記溶接方法において、円筒部材と第１部材とを１つの第１溶接トーチで溶接するとともに、円筒部材と第２部材とを１つの第２溶接トーチで溶接し、第２位置は、第２溶接範囲における第１位置の軸方向の位置から最も離れた位置であってもよい。
【００１０】
また、上記溶接方法において、円筒部材と第１部材とを円筒部材の軸を中心に等間隔に配置された複数の第１溶接トーチにより溶接を行い、第２位置は、第２溶接範囲における、複数の第１溶接トーチにより溶接を開始する複数の第１位置の軸方向の位置同士の略中間点の位置であってもよい。
【００１１】
また、上記溶接方法において、円筒部材と第２部材とを、円筒部材と第１部材とを溶接する第１溶接トーチと同数の第２溶接トーチにより溶接し、第２位置は、第２溶接範囲における、複数の第１溶接トーチの開始位置の軸方向の位置同士の複数の位置であってもよい。
【００１２】
また、上述の目的を達成するため、本発明の他の観点に係る溶接装置は、円筒部材と、円筒部材の一端側に配置され、円筒部材と全周に亘って溶接される第１部材と、円筒部材の他端側に配置され、円筒部材と全周に亘って溶接される第２部材とを溶接する溶接装置であって、円筒部材と第１部材との溶接を行う１以上の第１溶接トーチを有する第１溶接ヘッドと、円筒部材と第２部材との溶接を行う１以上の第２溶接トーチを有する第２溶接ヘッドと、第１溶接トーチを第１部材と円筒部材との第１溶接範囲の溶接を開始する所定の第１位置に合わせ、第２溶接トーチを円筒部材と第２部材との第２溶接範囲の第１位置の軸方向にある位置から離れた第２位置に合わせた状態で、第１溶接トーチと第２溶接トーチとによる溶接を開始させ、第１溶接トーチによる円筒部材と第１部材との溶接位置及び第２溶接トーチによる円筒部材と第２部材との溶接位置を略同速度で同一回転方向に移動させつつ溶接させることにより、前記円筒部材に前記第１部材と第２部材とを同時に溶接させる溶接制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接による円筒部材への歪の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るプロペラシャフトの一部断面図及び一部正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る溶接装置及び溶接対象部材の模式図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る第１溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る第２溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図である。
【図４】（ａ）は、本発明の変形例に係る第１溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図である。（ｂ）は、本発明の変形例に係る第２溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る溶接装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るプロペラシャフトの一部断面図及び一部正面図である。図１において、一点鎖線で示す軸線よりも上側の構成については、一部を除いて断面図であり、軸線よりも下側の構成については、正面図である。
【００１７】
後述する溶接装置４０により溶接された部材を含むプロペラシャフト１は、変速機側に配置される第１シャフト２と、第１シャフト２に対して軸方向に摺動可能にディファレンシャル側に配置される第２シャフト３とを有する。
【００１８】
第１シャフト２は、変速機側の入力軸と接続するためのユニバーサルジョイントの一部を構成するジョイント部２１と、ジョイント部２１に接続されるスプライン部２２とを有する。
【００１９】
スプライン部２２は、有底の円筒部材であり、内周の少なくとも一部に第２シャフト３の後述するスプライン部３１のスプライン３１ａとスプライン嵌合するスプライン２２ａが形成されている。
【００２０】
第２シャフト３は、第１部材の一例としてのスプライン部３１と、円筒部材の一例としてのチューブ部３２と、第２部材の一例としてのジョイント部３３とを有する。
【００２１】
チューブ部３２は、スプライン部３１のディファレンシャル側の端部と、ジョイント部３３の変速機側の端部とに嵌め込み可能な円筒状の部材である。
【００２２】
ジョイント部３３は、ディファレンシャル側の出力軸と接続するためのユニバーサルジョイントの一部を構成し、変速機側には、チューブ部３２の内周面に接触する外周面を有する端部３３ａを有する。
【００２３】
スプライン部３１は、変速機側の端部の外周にスプライン部２２のスプライン２２ａとスプライン嵌合するスプライン３１ａが形成され、ディファレンシャル側には、チューブ部３２の内周面に接触する外周面を有する端部３１ｂを有する。
【００２４】
スプライン部３１の外側にチューブ部３２を嵌め込んだ状態においては、チューブ部３２の変速機側端面と、この端面と対向するスプライン部３１の端面との間には、溶接を行っていない場合においては、溶接による溶接材料を入り込ませる開先３４が全周に亘って形成されている。この開先３４に、溶接材料からなる溶接部３５が溶着される。この開先３４が、第１溶接範囲に相当する。
【００２５】
ジョイント部３３の外側にチューブ部３２を嵌め込んだ状態においては、チューブ部３２のディファレンシャル側端面と、この端面と対向するジョイント部３３の端面との間には、溶接を行っていない場合においては、溶接による溶接材料を入り込ませる開先３６が全周に亘って形成されている。この開先３６に、溶接材料からなる溶接部３７が溶着される。この開先３６が、第２溶接範囲に相当する。
【００２６】
次に、第２シャフト３における、チューブ部３２と、スプライン部３１及びジョイント部３３とを溶接対象部材として溶接するための溶接装置４０について説明する。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態に係る溶接装置及び溶接対象部材の模式図である。
【００２８】
溶接装置４０は、保持部４１と、第１溶接ヘッド４２と、第２溶接ヘッド４３と、高周波発生部５１と、第１駆動部５２、第２駆動部５３と、溶接制御手段の一例としての溶接制御部５４とを有する。
【００２９】
保持部４１は、チューブ部３２にスプライン部３１及びジョイント部３３を嵌め込んだ状態の部材（溶接対象部材）を保持する。第１溶接ヘッド４２は、チューブ部３２とスプライン部３１との間の開先３４における溶接を行うための１つの後述する溶接トーチ５０を有する。第２溶接ヘッド４３は、チューブ部３２とジョイント部３３との間の開先３６における溶接を行うための１つの後述する溶接トーチ５０を有する。
【００３０】
高周波発生部５１は、第１溶接ヘッド４２及び第２溶接ヘッド４３の各溶接トーチ５０を放電させるための高周波の電力を供給する。第１駆動部５２は、第１溶接ヘッド４２を、溶接対象部材を中心に回転させる。第２駆動部５３は、第２溶接ヘッド４３を、溶接対象部材を中心に回転させる。
【００３１】
溶接制御部５４は、例えば、公知のＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え、高周波発生部５１と、第１駆動部５２、及び第２駆動部５３を制御する処理を実行する。具体的には、溶接制御部５４は、第１駆動部５２により第１溶接ヘッド４２を回転させるとともに、第２駆動部５３により第２溶接ヘッド４３を回転させて、第１溶接ヘッド４２の溶接トーチ５０による溶接位置と、第２溶接ヘッド４３の溶接トーチ５０による溶接位置とを後述するように所定の位置に配置し、その後、高周波発生装置５１による電力の供給を開始させ、第１駆動部５２及び第２駆動部５３により第１溶接ヘッド４２及び第２溶接ヘッド４３を所定の回転方向に等速度で、溶接範囲（開先３４及び開先３６）の全周に亘って溶接が行われるように回転させる。
【００３２】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る第１溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図であり、図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る第２溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１溶接ヘッド４２と、第２溶接ヘッド４３とのそれぞれを図２の左側（変速機側）から見た状態を示している。
【００３３】
第１溶接ヘッド４２の溶接トーチ５０（第１溶接トーチ）は、図３（ａ）に示すように、例えば、開先３４の所定の位置Ｓ１(例えば、最上部の位置)を溶接するように位置合わせされている。一方、第２溶接ヘッド４３の溶接トーチ５０（第２溶接トーチ）は、図３（ｂ）に示すように、開先３６における、第１溶接ヘッド４２の溶接トーチ５０の溶接位置Ｓ１の軸方向の位置（対応位置）ＣＳ１から離れた位置Ｓ２（本例では、軸中心Ｏに対して対応位置ＣＳ１と対称となる最下部の位置）を溶接するように位置合わせされている。
【００３４】
溶接装置４０では、溶接制御部５４が第１駆動部５２及び第２駆動部５３を制御することにより、第１溶接ヘッド４２と第２溶接ヘッド４３とを図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す状態から溶接を開始して、所定の回転方向(例えば、反時計回り方向)に略同一の回転速度で３６０度回転させる。これにより、開先３４及び開先３６の全周に亘って溶接を行うことができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、開先３４における溶接位置と、開先３６における溶接位置とが離れた位置となっているので、開先３４における溶接時の熱は、開先３６においては、開先３６の溶接位置から離れた位置へ最も伝わりやすくなっている一方、開先３６における溶接時の熱は、開先３４においては、開先３４の溶接位置から離れた位置へ最も伝わりやすくなっている。このため、開先３４，３６のそれぞれにおける温度差を低減させるように作用することとなる。これにより、チューブ部３２の軸方向及び軸に垂直な方向の温度分布を均一化させる方向に作用するので、チューブ部３２に発生する歪を低減することができる。更に、上記したように一方の開先の溶接位置から離れた位置に他方の開先の溶接時の熱が伝わるので、まだ溶接していない部分の溶接対象部材の温度を上昇させることができ、例えば、溶接対象部材の余熱の工程を削除したり、余熱の工程の時間を短縮したりすることができるようになる。
【００３６】
また、開先３４の溶接と、開先３６の溶接とを同時に実行することができるので、第２シャフトを作製する際の溶接時間を短縮することができる。
【００３７】
次に、本発明の変形例に係る溶接装置について説明する。
【００３８】
変形例に係る溶接装置は、図２に示す溶接装置４０とは、第１溶接ヘッド及び第２溶接ヘッドの構成及び溶接トーチの溶接時の位置が異なっている。
【００３９】
図４（ａ）は、本発明の変形例に係る第１溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図であり、図４（ｂ）は、本発明の変形例に係る第２溶接ヘッドにおける溶接トーチの配置位置を説明する図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１溶接ヘッド４４と、第２溶接ヘッド４５とのそれぞれを図２の左側から見た状態を示している。
【００４０】
第１溶接ヘッド４４は、図４（ａ）に示すように、複数（図４（ａ）では、４つ）の溶接トーチ５０（第１溶接トーチ）が溶接対象部材の軸中心Ｏを中心とする円周上に等間隔で配置されている。第２溶接ヘッド４５は、図４（ｂ）に示すように第１溶接ヘッド４４と同数（図４では、４つ）の溶接トーチ５０（第２溶接トーチ）が溶接対象部材の軸中心Ｏを中心とする円周上に等間隔で配置されている。
【００４１】
本変形例では、第２溶接ヘッド４５の溶接開始時の各溶接トーチ５０の溶接位置は、第１溶接ヘッド４４の各溶接トーチ５０の溶接位置Ｓ１の軸方向の位置（対応位置）ＣＳ１から開先３６の円周上において離れた位置、本変形例では、第１溶接ヘッド４４の各溶接トーチ５０による複数の溶接位置Ｓ１に対応する複数の対応位置ＣＳ１同士の円周上における中間の位置Ｓ２となっている。
【００４２】
変形例に係る溶接装置４０では、溶接制御部５４が第１駆動部５２及び第２駆動部５３を制御することにより、第１溶接ヘッド４４と第２溶接ヘッド４５とを図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す状態から溶接を開始させて、所定の回転方向(例えば、反時計回り方向)に略同一の回転速度で９０度回転させる。これにより、開先３４及び開先３６の全周に亘って溶接を行うことができる。
【００４３】
変形例に係る溶接装置４０によると、同一の開先における溶接を行う溶接トーチを複数とするようにしたので、同一の開先における温度分布を実施形態に比べてより均一化させることができるとともに、一方の開先における溶接時の熱が他方の開先側の複数の溶接トーチ５０の溶接位置の中間位置に伝わることになり、チューブ部３２の軸方向及び軸に垂直な方向の温度分布をより均一化することができる。これにより、チューブ部３２に発生する歪を低減することができる。
【００４４】
また、一方の開先に対して他方の開先における溶接時の熱が効果的に伝わることとなるので、溶接対象部材の余熱の工程を実行する必要性を低減できたり、余熱の工程の時間を大幅に短縮させたりすることができる。また、第１溶接ヘッド４４と第２溶接ヘッド４５とを回転させる角度が少なくても全周を溶接することができるので、第２シャフトを作製する際の溶接時間を大幅に短縮することができる。
【００４５】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態において、溶接対象部材として、プロペラシャフト１の第２シャフト３を例に説明していたが、本発明はこれに限られず、円筒部材と、その両端に溶接する部材とを含むものであれば、任意の部材であってよい。
【００４７】
また、上記変形例では、第１溶接ヘッドの溶接トーチの数と、第２溶接ヘッドの溶接トーチの数とを同数としていたが、本発明はこれに限られず、いずれか一方の数を他方の数よりも少なくしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態及び変形例では、第１溶接ヘッドと、第２溶接ヘッドとを回転させることにより、開先における溶接位置を移動させるようにしていたが、本発明はこれに限られず、第１溶接ヘッドと、第２溶接ヘッドとの位置を固定しておき、溶接対象部材を軸中心に回転させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  プロペラシャフト
２  第１シャフト
３  第２シャフト
２１  ジョイント部
２２  スプライン部
３１  スプライン部
３２  チューブ部
３３  ジョイント部
３４  開先
３５  溶接部
３６  開先
３７  溶接部
４０  溶接装置
４１  支持部
４２，４４  第１溶接ヘッド
４３，４５  第２溶接ヘッド
５０  溶接トーチ
５１  高周波発生部  
５２  第１駆動部
５３  第２駆動部
５４  溶接制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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