JP2009241096A

JP2009241096A - 溶接方法

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Publication number: JP2009241096A
Application number: JP2008089913A
Authority: JP
Inventors: Mikito Ishii; 幹人石井; Yukio Takahashi; 幸雄高橋; Naotaka Oiwa; 直貴大岩
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】小型部品同士の溶接において、溶け落ちや溶け残りを防止するとともに、溶接トーチの溶着を防止する。
【解決手段】軸棒形状部品（駆動軸３０）の縮径突起部３０ａと板状部品（駆動リンク板２８）の開口部２８ａを形成する部位とをパルス溶接により接合する。また縮径突起部３０ａの段差高さを、板状部品２８の開口部２８ａを形成する部位の厚さとほぼ同一に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸棒形状部品と板状部品とを溶接するための方法に関し、特に過給機の可変ノズル機構に適用される駆動リンク板と駆動軸とを溶接するのに好適な溶接方法に関する。

過給機は、内燃機械の排気ガスでタービンインペラを回転させることでタービンインペラと回転軸を介して連結されたコンプレッサインペラを回転駆動させて、内燃機関への吸気を圧縮し、圧縮空気を内燃機関の燃焼室へと強制的に送り込むものである。過給機では、このようにして排気ガスの持つエネルギーを利用した過給を行って、内燃機関の出力向上を図っている。また、このような過給機にあっては、タービンインペラへ通じる環状の排気ガス通路内に複数のノズルベーンが配置され、このノズルベーンの向きを変化させることで流路断面積を可変する可変ノズル機構が設けられることがある。

下記特許文献１には、可変ノズル機構が設けられた過給機が開示されている。図４は、特許文献１に開示された過給機５０の構成図である。

図４において、タービンインペラ５１とコンプレッサインペラ５２が回転軸５３によって連結されて一体的に回転する。タービンインペラ５１はタービンハウジング５４内に収容され、コンプレッサインペラ５２はコンプレッサハウジング５５内に収容されており、タービンハウジング５４とコンプレッサハウジング５５との間にはベアリングハウジング５６が配置されている。ベアリングハウジング５６内には、ラジアル軸受５８が配置されており、このラジアル軸受５８によって回転軸５３が回転自在に支持されている。

タービンハウジング５６内には、排気ガスが導入される環状のスクロール通路５９と、スクロール通路５９の内側からタービンインペラ５１まで延びる環状の排気ガス通路６０と、排気出口６１が形成されている。タービンインペラ５１へは排気ガス通路６０から排気ガスが導入され、排気ガスの流体エネルギーによりタービンインペラ５１が回転駆動され、タービンインペラ５１を出た排気ガスは排気出口６１から排出される。

コンプレッサハウジング５５内には、吸気を取り入れる吸気口６２と、コンプレッサインペラ５２の出口から半径方向に広がる環状のディフューザ６３と、ディフューザ６３からの空気を取り入れる環状のスクロール室６４が形成されている。コンプレッサインペラ５２へは吸気口６２から空気が導入され、導入された空気は、タービンインペラ５１と一体となって回転駆動されるコンプレッサインペラ５２により半径方向外側に送られてディフューザ６３を通る過程で加圧され、スクロール室６４で集められてから図示しない出口から排出されて内燃機関へ送り込まれる。

過給機５０において、排気ガス通路６０の流路断面積を変化させるために、可変ノズル機構７０が設けられている。可変ノズル機構７０は、排気ガス通路６０内において周方向に等間隔で配置された複数のノズルベーン７１と、ノズルベーン７１の駆動源となるアクチュエータ７２と、アクチュエータ７２の駆動に基づいて回動される駆動リング７３と、駆動リング７３の回動をノズルベーン７１の回動（揺動）に変換する複数のアーム７４とを備えている。

ノズルベーン７１とアーム７４はノズル軸７５を介して連結されており、ノズルベーン７１、ノズル軸７５及びアーム７４はノズル軸７５の軸心回りに回動（揺動）できるようになっている。アーム７４はＹ字形状をなし、Ｙ字の下部に相当する部位においてノズル軸７５と連結している。駆動リング７３の外周側の側面には周方向に等間隔に複数のピン７６が設けられおり、アーム７４におけるＹ字の上部の２つの枝の間にピン７６を挟みこむ形で、ピン７６の各々に上記のアーム７５が係合している。このため、駆動リング７３が回動すると、各アーム７４がノズル軸７５を中心に回動することで、ノズル軸７５に連結されたノズルベーン７１が回動する。

駆動リング７３の外周部において上記のピン７６が設けられた位置とは位相が異なる周方向位置には図示しないピン穴が設けられており、このピン穴に、駆動リンク板７８の一端側（図４で半径方向外側）に設けられた駆動ピン７９が係合している。駆動リンク板７８は、その他端側（図４で半径方向内側）において駆動軸８０の一端（図４で右側の端部）に連結されている。駆動軸８０はベアリングハウジング５６を貫通して回転可能に支持されており、その他端（図４で左側）においてレバー８１が連結されている。レバー８１はアクチュエータ７２によって押し引き（回動）動作されて、この動作により駆動軸８０に連結された駆動リンク板７８が揺動される。駆動リンク板７８が揺動することで、これに係合する駆動リング７３が回動し、上述したようにノズルベーン７１が回動（揺動する）。

特開２００２−４７９４１号公報

とろこで、上記の駆動リンク板７８と駆動軸８０は、連続放電を用いたアーク溶接によって接合していた。図５を参照し、従来の溶接方法について説明する。図５では、溶接する前の状態の駆動軸８０と駆動リンク板７８の断面が示されている。
図５に示すように、駆動軸８０の先端には、他の部分より径が小さく突起した縮径突起部８０ａが設けられている。また、駆動リンク板７８には、縮径突起部８１ａが挿入される開口部７８ａが形成されている。

そして、図５に示すように、駆動軸８０の縮径突起部８０ａを駆動リンク板７８の開口部７８ａに挿入した状態で、駆動軸８０の端部側から母材同士の境目を狙って溶接することで両者を接合する。駆動軸８０の直径は１０ｍｍ程度又はそれ以下であり、駆動リンク板７８の厚さも数ｍｍ程度と薄く、ともに体積の小さい小型部品である。このため、溶接条件のマージン（調整範囲）が狭く、溶け落ち、溶け残りが発生しやすく、生産性が悪いという問題がある。

また、溶接後のビードの盛り上がりを防止するため、図５に示すように、縮径突起部８０ａの高さｈを駆動リンク板７８の厚さｔより低くすることで駆動軸８０と駆動リンク板７８の段差Ｇを大きくしていた。しかし、溶接トーチで母材同士の境目を狙うために、溶接トーチが駆動リンク板７８の開口部７８ａの内周面に接触することで、この内周面と溶接トーチが溶着する危険性が高く、このような事態が生じた場合、溶接トーチを交換する必要がある。このように交換作業が発生するために溶接工程が煩雑となるとともに歩留まりが低下するという問題がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、小型部品同士の溶接において、溶け落ちや溶け残りを防止するとともに、溶接トーチの溶着を防止することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の溶接方法は、以下の技術的手段を採用する。
（１）本発明は、一端部に縮径突起部を有する軸棒形状部品と、前記縮径突起部が挿入される開口部を有する板状部品とを溶接する方法であって、前記軸棒形状部品の縮径突起部を前記板状部品の開口部に挿入した状態で、前記軸棒形状部品の縮径突起部と前記板状部品の開口部を形成する部位とをパルス溶接により接合する、ことを特徴とする。

上記の本発明の方法によれば、入熱条件をパルス幅によって制御することが可能となるため、体積の小さい部品に対して溶接条件のマージンを増やすことができる。これにより、小型部品同士を溶接する場合でも溶け落ちや溶け残りを防止することができる。また、パルス溶接の場合、局所的に分散して融解することから溶接後の盛り上がりが少なく、溶接部に近接する部品とのクリアランスを縮めることができる。

（２）また上記の溶接方法において、前記縮径突起部の段差高さは、前記板状部品の開口部を形成する部位の厚さとほぼ同一に設定されている、ことを特徴とする。

上記の方法によれば、駆動軸と駆動リンク板の段差がないため、溶接トーチで母材同士の境目を狙うときに溶接トーチが母材と溶着する危険性が殆ど無い。したがって、溶接トーチの交換作業が不要になることで、作業性が改善され歩留まりも向上する。

（３）また上記の溶接方法において、前記板状部品は、過給機の排気ガス通路内に配置された複数の可変ノズルを同時に回動させるための駆動リングに係合して該駆動リングを回動させるための駆動リンク板であり、前記軸棒形状部品は、前記駆動リンク板を揺動させるための駆動軸である、ことを特徴とする。

このように本発明の溶接方法は、特に過給機（例えば車両用過給機）の可変ノズル機構における駆動軸と駆動リンク板を溶接するのに好適である。

上述したように、本発明の溶接方法によれば、小型部品同士の溶接において、溶け落ちや溶け残りを防止できるとともに、溶接トーチの溶着を防止できる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の溶接方法により溶接した駆動軸３０と駆動リンク板２８を有する可変ノズル機構２０を備えた過給機の構成図である。

図１において、タービンインペラ２とコンプレッサインペラ３が回転軸４によって連結されて一体的に回転する。タービンインペラ２はタービンハウジング内に収容され、コンプレッサインペラ３はコンプレッサハウジング６内に収容されており、タービンハウジング５とコンプレッサハウジング６との間にはベアリングハウジング７が配置されている。ベアリングハウジング７内には、ラジアル軸受８が配置されており、このラジアル軸受８によって回転軸４が回転自在に支持されている。

タービンハウジング５内には、排気ガスが導入される環状のスクロール通路９と、スクロール通路９の内側からタービンインペラ２まで延びる環状の排気ガス通路１０と、排気出口１１が形成されている。

タービンインペラ２へは排気ガス通路１０から排気ガスが導入され、排気ガスの流体エネルギーによりタービンインペラ２が回転駆動され、タービンインペラ２を出た排気ガスは排気出口１１から排出される。

コンプレッサハウジング６内には、吸気を取り入れる吸気口１２と、コンプレッサインペラ３の出口から半径方向に広がる環状のディフューザ１３と、ディフューザ１３からの空気を取り入れる環状のスクロール室１４が形成されている。

コンプレッサインペラ３へは吸気口１２から空気が導入され、導入された空気は、タービンインペラ２と一体となって回転駆動されるコンプレッサインペラ３により半径方向外側に送られてディフューザ１３を通る過程で加圧され、スクロール室１４で集められてから図示しない出口から排出されて内燃機関へ送り込まれる。

過給機１において、排気ガス通路１０の流路断面積を変化させるために、可変ノズル機構２０が設けられている。可変ノズル機構２０は、排気ガス通路１０内において周方向に等間隔で配置された複数のノズルベーン２１と、ノズルベーン２１の駆動源となるアクチュエータ２２と、アクチュエータ２２の駆動に基づいて回動される駆動リング２３と、駆動リング２３の回動をノズルベーン２１の回動（揺動）に変換する複数のアーム２４とを備えている。

ノズルベーン２１とアーム２４はノズル軸２５を介して連結されており、ノズルベーン２１、ノズル軸２５及びアーム２４はノズル軸２５の軸心回りに回動（揺動）できるようになっている。ノズル軸２５は、タービンハウジングと共に排気ガス通路１０を形成するノズルベーンプレート１７を貫通して設けられている。アーム２４は略Ｙ字形状をなし、Ｙ字の基端側（図１で半径方向内側）に相当する部位においてノズル軸２５と連結している。

駆動リング２３の外周側の側面には周方向に等間隔に複数のピン２６が設けられおり、アーム２４におけるＹ字の先端側（図１で半径方向外側）の２つの枝の間にピン２６を挟みこむ形で、ピン２６の各々に上記のアーム２４が係合している。このため、駆動リング２３が回動すると、各アーム２４がノズル軸２５を中心に回動することで、ノズル軸２５に連結されたノズルベーン２１が各ノズル軸２５及びアーム２４と一体的に、ノズルベーンプレート１７に対して回動する。
本例は駆動リング２３にピンがある場合を説明したが、逆にアーム２４がピンに相当する形状を持ち、駆動リング２３が挟み込み形状を形成してもよい。

２３の外周部において上記のピン２６が設けられた位置とは位相が異なる周方向位置にはピン穴２３ａが設けられており、このピン穴２３ａに、駆動リンク板２８の一端側（図１で半径方向外側）に設けられた駆動ピン２９が係合している。駆動リンク板２８は、その他端側（図１で半径方向内側）において駆動軸３０の一端（図１で左側の端部）に連結されている。

駆動軸３０はベアリングハウジング７を貫通して軸受３２によって回転可能に支持されており、その他端（図１で右側）においてレバー３１が連結されている。レバー３１はアクチュエータ２２によって押し引き（回動）動作されて、この動作により駆動軸３０に連結された駆動リンク板２８が揺動される。駆動リンク板２８が揺動することで、これに係合する駆動リング２３が回動し、上述したようにノズルベーン２１が回動（揺動する）。

なお、本発明の溶接方法を適用して溶接した駆動軸３０と駆動リンク板２８を有する可変ノズル機構２０の構成は、駆動リンク板２８が駆動リング２３に係合して駆動リング２３を回動させるための板状部品であり、駆動軸３０が駆動リンク板２８を揺動させるための軸棒形状部品である限りで、図１に示したものに限定されない。例えば、以下のような改変は本発明の範囲に影響を与えない。

図１の可変ノズル機構２０は、ベアリングハウジング７側に設けられているが、例えば特開２００７−４０２５１号公報の図９に示されているように、タービンハウジング側に設けられた構成であってもよい。
図１の可変ノズル機構２０において、駆動リング２３はピン２６を介してアーム２４と係合しているが、例えば特開２００７−２３１９３４号公報の図２に示されているように、駆動リング２３の内周部に周方向に等間隔に複数の溝を設け、この溝の各々にアーム２４の半径方向外方端部を係合させた構成を採用してもよい。

図２及び図３は、本発明の溶接方法を説明する図である。図２及び図３に示すように、本発明の溶接方法は、駆動軸３０と駆動リンク板２８のような、体積の小さい部品同士を接合するために適用される。

図２において、（Ａ）は駆動リンク板２８の開口部２８ａに駆動軸３０の縮径突起部３０ａが挿入された状態を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）における２Ｂ−２Ｂ線断面図である。図２（Ｂ）に示すように、駆動軸３０の先端には、他の部分より径が小さく突起した縮径突起部３０ａが設けられている。駆動リンク板２８には、縮径突起部３０ａが挿入される開口部２８ａが形成されている。駆動軸３０の直径（縮径突起部３０ａの直径）は１０ｍｍ程度又はそれ以下であり、駆動リンク板２８の厚さも数ｍｍ（例えば１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ）程度と薄く、ともに体積の小さい小型部品である。

図２（Ｂ）に示すように、本実施形態において縮径突起部３０ａの段差高さｈは、駆動リンク板２８の開口部２８ａを形成する部位の厚ｔさとほぼ同一に設定されている。このため、駆動リンク板２８の上面と駆動軸３０の縮径突起部３０ａの上面は、ほぼ面一となっている。なお、上記の「ほぼ同一」とは、駆動軸３０の上面と駆動リンク板２８の上面の段差が０．１ｍｍ以内となる範囲をいう。

駆動軸３０と駆動リンク板２８の接合に際しては、駆動軸３０の縮径突起部３０ａを駆動リンク板２８の開口部２８ａに挿入した状態で、図２（Ａ）の矢印Ａで示すように、母材同士の境目を狙って円を描くよう（例えば一定の速度で）溶接トーチを移動させ、パルス溶接を実施する。パルス溶接としては、ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、ＭＩＧ溶接などを適用できる。またパルス電源としては、母材がステンレス鋼や鉄系材料の場合は直流、アルミニウム合金の場合は交流を用いるのがよい。

またパルス電流は、例えば、周波数を１Ｈｚ、ピーク電流とベース電流の比率を５０：５０とすることができるが、溶接トーチの移動速度、ピーク電流値などの他の条件に応じて、十分な溶け込みが得られ且つ溶け落ち（駆動リンク板２８への入熱が多いと外縁部まで融解して角部が落ち込むように変形し、ひねりに耐えるのに必要な肉厚が確保できなくなること）が生じないように、適切な条件に設定するのがよい。

こうしてパルス溶接を実施すると、図３に示すような溶接ビード（溶接金属）３３が形成される。図３（Ａ）に示すように、パルス溶接によって形成された溶接ビード３３は花模様のような概観となる。図３（Ｂ）は図３（Ａ）における３Ｂ−３Ｂ線断面図である。

上述した本発明の溶接方法によれば、入熱条件をパルス幅、パルス周波数、ピーク電流値、溶接トーチ移動速度などによって制御することが可能となるため、体積の小さい部品に対して溶接条件のマージンを増やすことができる。したがって、駆動軸３０と駆動リンク板２８のような小型部品同士を溶接する場合でも溶け落ちや溶け残りを防止することができる。また、パルス溶接の場合、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、局所的に分散して融解することから溶接後の盛り上がりが少なく、溶接部に近接する部品とのクリアランスを縮めることができる。

本実施形態では、駆動軸３０と駆動リンク板２８の段差がないため、溶接トーチで母材同士の境目を狙うときに溶接トーチが母材（駆動リンク板２８）と溶着する危険性が殆ど無い。したがって、溶接トーチの交換作業が不要になることで、作業性が改善され歩留まりも向上する。

なお、上述した実施形態では、駆動軸３０と駆動リンク板２８をパルス溶接の対象としたが、本発明はこれに限定されず、一端部に縮径突起部を有する軸棒形状部品と、この縮径突起部が挿入される開口部を有する板状部品とを溶接する場合に広く適用できる。

また、上述した実施形態では、縮径突起部３０ａの段差高さｈは駆動リンク板２８の開口部２８ａを形成する部位の厚さｔとほぼ同一に設定されていたが、本発明はこれに限定されず、作業性等の観点から許容できる範囲で、駆動軸３０の縮径突起部３０ａの段差高さｈは駆動リンク板２８の開口部２８ａを形成する部位の厚さｔより低く設定されてもよい。

上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の溶接方法により溶接した駆動軸と駆動リンク板を有する可変ノズル機構を備えた過給機の構成図である。本発明の溶接方法を説明する図である。本発明の溶接方法を説明する別の図である。特許文献１に開示された過給機の構成図である。従来の溶接方法を説明する図である。

符号の説明

１過給機
２タービンインペラ
３コンプレッサインペラ
４回転軸
５タービンハウジング
６コンプレッサハウジング
７ベアリングハウジング
２０可変ノズル機構
２１ノズルベーン
２２アクチュエータ
２３駆動リング
２４アーム
２５ノズル軸
２８駆動リンク板
２８ａ開口部
３０駆動軸
３０ａ縮径突起部
３３溶接ビード

Claims

一端部に縮径突起部を有する軸棒形状部品と、前記縮径突起部が挿入される開口部を有する板状部品とを溶接する方法であって、
前記軸棒形状部品の縮径突起部を前記板状部品の開口部に挿入した状態で、前記軸棒形状部品の縮径突起部と前記板状部品の開口部を形成する部位とをパルス溶接により接合する、ことを特徴とする溶接方法。
前記縮径突起部の段差高さは、前記板状部品の開口部を形成する部位の厚さとほぼ同一に設定されている、請求項１記載の溶接方法。
前記板状部品は、過給機の排気ガス通路内に配置された複数の可変ノズルを同時に回動させるための駆動リングに係合して該駆動リングを回動させるための駆動リンク板であり、
前記軸棒形状部品は、前記駆動リンク板を揺動させるための駆動軸である、請求項１又は２記載の溶接方法。