JP2022165159A - レーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳鉄からなる第１の環状部材と鋼からなる第２の環状部材とをレーザ溶接するとき、接合部の割れを抑制することができる溶接構造が得られるレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】第１の環状部材３と第２の環状部材２とを溶接するレーザ溶接方法において、第１の環状部材３と第２の環状部材２とを回転させると共に、第１の環状部材３と第２の環状部材２の接合部５２に対して、レーザを照射すること、及びフィラーを供給することを開始して、レーザの出力が０から所定の設定値ＡＤの半分までの間に設定される所定値ＡＨを超えるとき、フィラーが接合部５２に到達して、その後、第１の環状部材３と第２の環状部材２が一周して、第１の環状部材３と第２の環状部材２の回転角度が、フィラー到達回転角度位置θＲより大きく、且つ出力最大回転角度位置θＭより小さい出力減少開始回転角度位置θＤに達するとき、照射されるレーザの出力を徐々に減少させる。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ溶接方法、特に車両のデファレンシャル装置のデフリングギヤとデフケースのレーザ溶接方法に関する。

車体前部にエンジンなどの駆動源と変速機とを軸心が車体前後方向に延びるように配置し、変速機から伝達される駆動力を車体後方に延びる後輪用出力軸から後輪用プロペラシャフト及び後輪用デファレンシャル装置を介して主駆動輪としての後輪に伝達するように構成した所謂ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）ベースの車両が知られている。

このような車両に配設されている後輪用デファレンシャル装置（以下、デファレンシャル装置と呼称する）は、例えば車両が旋回するとき、後輪用プロペラシャフト（以下、プロペラシャフトと呼称する）から伝達される駆動力を対応する左右の駆動輪に分配して、左右の駆動輪の間に発生する車輪回転速度の差を調整するように構成されている。

このデファレンシャル装置は、プロペラシャフトから駆動力が伝達されるデフリングギヤと、ねじ締結又は溶接によりデフリングギヤと接合されて共に回転するデフケースとを備える。このデフケースには、デフリングギヤから伝達される駆動力を左右の駆動輪に分配する左右一対のサイドギヤと、デフリングギヤと直交する方向に延びるピニオンシャフトと、該ピニオンシャフトに設けられて左右一対のサイドギヤと噛み合い、駆動輪の間に発生する車輪回転速度の差を調整するピニオンギヤとが配設されている。

デフリングギヤとデフケースとの接合方法として、例えば、炭素鋼から形成されるデフリングギヤと鋳鉄から形成されるデフケースとが溶接される接合部に対してレーザを照射することにより、デフリングギヤとデフケースとを接合するレーザ溶接が知られている。

デフリングギヤとデフケースとが当接する接合部には、外側に向けて開口している溝を有する開先部が設けられている。また、デフリングギヤとデフケースとの間には、接合部より内側において、空間部が設けられている。レーザ溶接を行うとき、デフリングギヤとデフケースを回転させながら、開先部に対してフィラーを外側から供給すると共にレーザを照射することにより、開先部において、溶融した金属が溶接ビードを形成して、デフリングギヤとデフケースとが溶接される。

一般的に、デフリングギヤは鋼から形成される一方、デフケースは鋳鉄から形成されるため、異種材料から形成されるデフリングギヤとデフケースとを溶接するとき、割れが接合部に生じ易いという課題がある。

例えば特許文献１には、デフリングギヤとデフケースとを溶接するとき、接合部に形成される溶接ビードの形状を確認することにより、割れが接合部の溶接ビードに生じているか否かを判定する方法が開示されている。

特許第５２５２１２６号公報

図４は、従来のレーザ溶接方法における、デファレンシャル装置の回転角度に対するレーザの出力とフィラーの移動距離を示すグラフである。図４のグラフの横軸は、基準位置θ００に対するデフリングギヤとデフケースの回転角度位置を示す。図４のグラフの縦軸は、接合部に対して照射されるレーザの出力、及び接合部に対して供給されるフィラーの移動距離を示す。

図４のグラフにおいて、実線ＡＬ１０と一点鎖線ＡＬ２０は、デフリングギヤとデフケースの回転角度位置に対する、接合部に対して照射されるレーザの出力の大きさを示す。特に、一点鎖線ＡＬ２０は、デフリングギヤとデフケースの回転が一周するときのレーザの出力の大きさを示す。実線ＡＬ１０により示すように、レーザは、デフリングギヤとデフケースの回転が基準位置θ００から開始すると同時に、照射が開始する。その後、レーザの出力は、徐々に増加して、デフリングギヤとデフケースの回転が所定の溶接開始回転角度位置θＷ０に達すると、所定の設定値ＡＤ０に達する。一点鎖線ＡＬ２０により示すように、デフリングギヤとデフケースの回転が一周すると、レーザの出力は徐々に減少する。その後、デフリングギヤとデフケースの回転が所定のレーザ停止回転角度位置θＦ０に達すると、レーザの照射は完全に停止する。

また、図４のグラフにおいて、実線ＰＬ１０と一点鎖線ＰＬ２０は、デフリングギヤとデフケースの回転角度に対する、接合部に対して供給されるフィラーの移動距離を示す。特に、一点鎖線ＰＬ２０は、デフリングギヤとデフケースの回転が一周するときのフィラーの移動距離を示す。実線ＰＬ１０により示すように、フィラーは、デフリングギヤとデフケースの回転が基準位置θ００から所定のフィラー供給開始回転角度位置θＳ０に達したとき、供給が開始する。その後、フィラーは、デフリングギヤとデフケースの接合部に向けて徐々に移動して、デフリングギヤとデフケースの回転が溶接開始回転角度位置θＷ０に達すると、フィラーがデフリングギヤとデフケースの接合部に到達したことを示す到達位置ＰＤ０に達する。一点鎖線ＰＬ２０により示すように、デフリングギヤとデフケースの回転が一周して、溶接開始回転角度位置θＷ０に再び達すると、フィラーの供給は停止する。

図４に示すように、デフリングギヤとデフケースの回転角度が基準位置θ００から溶接開始回転角度位置θＷ０に達するまでの間、レーザが接合部に照射される一方、フィラーが接合部に到達していないため、フィラーが到達していない状態で、レーザが照射される接合部の空打ち領域ＮＡ０が生じる。この空打ち領域ＮＡ０において、鋼からなるデフリングギヤと鋳鉄からなるデフケースの焼き入れが実質的に行われるため、脆い組織が接合部の溶接ビードの界面に生じる。その後、溶接ビードは冷却されるとき、収縮を起こす。この収縮により生じる応力によって、デフリングギヤ及びデフケースの接合部と溶接ビードとの間の界面において形成されている脆い組織が破壊されて、デフリングギヤ及びデフケースの接合部と溶接ビードとの間の界面における割れが発生するおそれがある。

また、図４に示すように、デフリングギヤとデフケースの回転が一周して、溶接開始回転角度位置θＷ０からレーザ停止回転角度位置θＦ０に達するまでの間、フィラーの供給を停止した後、レーザが接合部に照射され続けるため、レーザ溶接が完了した後、レーザが再び照射される接合部の再溶融領域ＲＡ０が生じる。この再溶融領域ＲＡ０において、レーザ溶接が完了した接合部がレーザにより再び加熱されるため、接合部の溶接ビードの収縮が２回起こる。この２回の収縮によって、接合部の溶接ビードの中心において、大きな応力が生じて、割れが発生するおそれがある。

そこで、本発明は、鋳鉄からなる第１の環状部材と鋼からなる第２の環状部材とをレーザ溶接するとき、接合部の割れを抑制することができる溶接構造が得られるレーザ溶接方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、回転駆動部によって、鋳鉄から形成されて、前記回転駆動部に取り付けられている第１の環状部材と、鋼から形成されて、前記第１の環状部材に嵌合される第２の環状部材とを共に回転させながら、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを突き合せた接合部に対して、フィラー供給部によってフィラーを供給すると共に、レーザ照射部によってレーザを照射することにより、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを溶接するレーザ溶接方法であって、
前記回転駆動部によって、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを基準位置から回転させると共に、前記レーザ照射部によってレーザを前記接合部に照射すること、及び前記フィラー供給部によってフィラーを前記接合部に供給することを開始して、前記レーザ照射部によって照射されるレーザの出力を徐々に増大させて、レーザの前記出力が０から所定の設定値の半分までの間に設定される所定値を超えるとき、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度がフィラー到達回転角度位置に達して、且つ前記フィラー供給部によって供給されるフィラーが前記接合部に到達する第１のステップと、
前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記フィラー到達回転角度位置より大きい出力最大回転角度位置に達するとき、前記レーザ照射部によって照射されるレーザの前記出力が前記設定値に達する第２のステップと、
前記第１の環状部材と前記第２の環状部材が一周して、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記フィラー到達回転角度位置に再び達するとき、前記フィラー供給部によってフィラーを供給することを停止する第３のステップと、
前記第１の環状部材と前記第２の環状部材が一周して、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記フィラー到達回転角度位置を再び通過した後、前記出力最大回転角度位置より小さい出力減少開始回転角度位置に達するとき、前記レーザ照射部によって照射されるレーザの出力を徐々に減少させる第４のステップと、
前記第１の環状部材と前記第２の環状部材が一周して、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記出力減少開始回転角度位置と前記出力最大回転角度位置とを通過した後、前記出力最大回転角度位置より大きいレーザ停止回転角度位置に達するとき、前記レーザ照射部によってレーザを照射することを停止する第５のステップとを備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記第１のステップから前記第２のステップまでの間、及び前記第３のステップから、前記第４のステップの後、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記出力最大回転角度位置に達するまでの間、前記フィラー到達回転角度位置と前記出力最大回転角度位置との間には、中間角度領域が設けられて、
前記中間角度領域において、前記レーザ照射部によってレーザが２回照射されることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は前記請求項２に記載の発明において、前記出力減少開始回転角度位置が前記フィラー到達回転角度位置より大きいことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から前記請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の環状部材が、デファレンシャル装置のデフケースであり、
前記第２の環状部材が、デファレンシャル装置のデフリングギヤであることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、レーザ照射部によってレーザを接合部に照射すること、及びフィラー供給部によってフィラーを供給することを開始して、レーザの出力が０から所定の設定値の半分までの間に設定される所定値を超えるとき、フィラー供給部によって供給されるフィラーが接合部に到達する第１のステップにより、フィラーが到達していない状態で、レーザが照射される接合部の空打ち領域が小さくなる。また、第１の環状部材と第２の環状部材が一周して、第１の環状部材と第２の環状部材の回転角度がフィラー到達回転角度位置を再び通過した後、出力最大回転角度位置より小さい出力減少開始回転角度位置に達するとき、レーザ照射部によって照射されるレーザの出力を徐々に減少させる第５のステップにより、レーザ溶接が完了した後、レーザが再び照射される接合部の再溶融領域が小さくなる。上述の空打ち領域と再溶融領域が小さくなることにより、接合部の割れを抑制することができる溶接構造が得られる。

また、本願の請求項２に記載の発明によれば、第１のステップから第２のステップまでの間、及び第３のステップから、第４のステップの後、第１の環状部材と第２の環状部材の回転角度が出力最大回転角度位置に達するまでの間、第１の環状部材と第２の環状部材の回転角度が通過するフィラー到達回転角度位置と出力最大回転角度位置との間の中間角度領域において、レーザが２回照射されることにより、接合部に供給されるフィラーが十分な温度で溶融されて、中間角度領域における溶接構造の品質を向上させることができる。

また、本願の請求項３に記載の発明によれば、第１のステップから第２のステップまでの間、設定値より小さい出力を有するレーザが接合部に照射されるフィラー到達回転角度位置と出力減少開始回転角度位置との間の領域において、第３のステップから第４のステップまでの間、設定値と等しい出力を有するレーザが接合部に照射されることにより、レーザ溶接が完了するため、接合部に供給されるフィラーが十分な温度で溶融されて、溶接構造の品質を向上させることができる。

また、本願の請求項４に記載の発明によれば、デファレンシャル装置のデフケースとデフリングギヤの接合部をレーザ溶接するとき、接合部の空打ち領域と再溶融領域が小さくなることにより、接合部の割れを抑制することができる溶接構造が得られる。

本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略図である。 図１の線ＩＩ－ＩＩから見た、レーザ溶接装置の概略断面図である。 図１のデフリングギヤとデフケースの回転角度に対するレーザの出力とフィラーの移動距離を示すグラフである。 従来のレーザ溶接方法における、デフリングギヤとデフケースの回転角度に対するレーザの出力とフィラーの移動距離を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置を示す概略図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置１００は、フロントエンジン・リヤドライブ車の後輪用デファレンシャル装置として構成されているデファレンシャル装置１のデフリングギヤ２とデフケース３とをレーザ溶接するものである。

デファレンシャル装置１は、炭素鋼から形成される傘歯車として構成されているデフリングギヤ２と、鋳鉄から形成されるデフケース３とを備える。デフリングギヤ２は、略円筒状の内周側面２１と、デフリングギヤ２の内周側面２１の軸方向一端側に設けられた円環状の底面２２とを備える。また、デフリングギヤ２の軸方向他端側には、外側に向かうにつれてデフリングギヤ２の軸方向一端側に傾斜する傘歯２５が設けられている。一方、デフケース３は、デフリングギヤ２の内周側面２１と嵌合するように、内周側面２１と同等の大きさの外径を有する略円筒状の外周側面３１と、外周側面３１より内側に形成されている略球形の内部空間３２とを備える。また、デフケース３の外周側面３１の軸方向一端側には、デフリングギヤ２の底面２２と同等の大きさの直径を有する略円形のフランジ３３と、外周側面３１より小さな直径を有する略円柱状の軸部３４とが設けられている。

デフケース３のフランジ３３の径方向端部には、外側に向かうにつれてデフケース３の軸方向一端側に傾斜するケース側傾斜部３５が設けられている。一方、デフリングギヤ２の底面２２の径方向端部には、外側に向かうにつれてデフケース３のケース側傾斜部３５と反対側に傾斜して、ケース側傾斜部３５と同等の大きさの径方向の幅を有するギヤ側傾斜部２３が設けられている。

また、デフリングギヤ２の底面２２には、ギヤ側傾斜部２３より内側において、デフリングギヤ２の軸方向他端側に向けて円環状にくぼむ窪み２４が設けられている。

また、デフケース３には、外周側面３１より内側において、内部空間３２を通過するように外周側面３１の軸と直交する方向に延びるシャフト穴４１と、シャフト穴４１を通して延びるように取り付けられ、デフケース３の径方向端部側にピン挿入孔４３を有するピニオンシャフト４２と、ピニオンシャフト４２と交差するようにピン挿入孔４３と繋がって延びて外部と連通する挿通穴４４と、ピニオンシャフト４２を固定するため、デフケース３の径方向端部側において、ピン挿入孔４３を介して、ピニオンシャフト４２を貫通するように挿通穴４４を通して延びる中空のピニオンシャフト固定ピン６０とが配設されている。このピニオンシャフト４２には、内部空間３２に収容される図示しないピニオンギヤが連結されている。

デフリングギヤ２とデフケース３を接合するとき、デフリングギヤ２の内周側面２１がデフケース３の外周側面３１に圧入されて嵌合されることにより、嵌合部５１が形成される。また、デフリングギヤ２の底面２２がデフケース３のフランジ３３と当接することにより、ギヤ側傾斜部２３とケース側傾斜部３５との間において、外側に向けて開口している溝を有して溶接される接合部５２、及び嵌合部５１と接合部５２との間において、窪み２４と外周側面３１とフランジ３３に囲まれて円環状に拡がる空間部５３が形成される。

また、デフリングギヤ２の内周側面２１とデフケース３の外周側面３１とが互いに圧入されて嵌合されているとき、デフリングギヤ２の傘歯２５は、デフリングギヤ２とデフケース３の軸方向において、デフケース３のシャフト穴４１とピニオンシャフト４２に対してオーバーラップする。したがって、デフリングギヤ２の内周側面２１とデフケース３の外周側面３１とが互いに圧入されて嵌合される前に、ピニオンシャフト４２はデフケース３のシャフト穴４１に取り付けられて、またピニオンシャフト固定ピン６０はピン挿入孔４３を介して挿通穴４４に取り付けられる。その後、デフリングギヤ２の内周側面２１とデフケース３の外周側面３１とが互いに圧入されて嵌合された状態で、デフリングギヤ２とデフケース３の接合部５２に対してレーザ溶接が行われる。

また、デフケース３には、一端が空間部５３に対して開口して、他端が挿通穴４４に対して開口する連通路５４が設けられている。連通路５４は、これに限定されるものではないが、直径１．５ｍｍから２ｍｍまでの円筒形状を有する。

挿通穴４４を通るように配設されているピニオンシャフト固定ピン６０は、デフリングギヤ２とデフケース３の軸方向において、連通路５４の他端と同じ位置に設けられて、且つ側面において、連通路５４の他端に対向する連通路対向部６１を有する。実施形態において、ピニオンシャフト固定ピン６０は筒状に構成されている。この筒状のピニオンシャフト固定ピン６０には、連通路対向部６１において、複数の貫通孔６３が全周に設けられている。

以下に、上述のデファレンシャル装置１に対してレーザ溶接を行うレーザ溶接装置１００について説明する。

デフリングギヤ２とデフケース３とを溶接するとき、デフケース３の軸部３４は、モータ１０１により回転駆動する固定具１０２に固定される。モータ１０１は、回転駆動が制御されるように、外部に配設されているコントローラ１０３と電気的に接続されている。

デフケース３には、シャフト穴４１に挿通されるピニオンシャフト４２と、挿通穴４４に挿入されるピニオンシャフト固定ピン６０とが取り付けられている。このとき、ピニオンシャフト固定ピン６０の連通路対向部６１が連通路５４の他端に対向するように、ピニオンシャフト固定ピン６０は、デフリングギヤ２とデフケース３の軸方向において、適切に位置決めされている。

固定具１０２に固定されているデフケース３の外周側面３１には、デフリングギヤ２の内周側面２１が圧入されて嵌合され、嵌合部５１が形成される。このとき、デフリングギヤ２の底面２２がデフケース３のフランジ３３と当接することにより、ギヤ側傾斜部２３とケース側傾斜部３５との間において、外側に向けて開口している溝を有する接合部５２が形成される。また、嵌合部５１と接合部５２との間において、デフリングギヤ２の窪み２４とデフケース３の外周側面３１とフランジ３３とに囲まれて円環状に拡がる空間部５３が形成される。

接合部５２より外側には、レーザが接合部５２の溝に対して真直に入射できるように、レーザ照射部としてのレーザトーチ１０４が配設される。このレーザトーチ１０４は、接合部５２に対するレーザの照射が制御されるように、コントローラ１０３と電気的に接続されている。また、レーザトーチ１０４の近傍には、接合部５２の溝に対してフィラーを供給できるように、フィラー供給部１０５が配置される。このフィラー供給部１０５は、接合部５２に対するフィラーの供給が制御されるように、コントローラ１０３と電気的に接続されている。

上述のように配置されているデフリングギヤ２とデフケース３とを溶接するとき、コントローラ１０３から送信される電気的な信号に基づいて、モータ１０１が回転駆動する。このとき、軸部３４を介して固定具１０２に固定されているデフケース３と、嵌合部５１においてデフケース３と嵌合しているデフリングギヤ２は、モータ１０１により回転する固定具１０２と共に回転する。

回転するデフリングギヤ２とデフケース３の接合部５２には、コントローラ１０３から送信される電気的な信号に基づいて、フィラー供給部１０５からフィラーが供給されると共に、レーザトーチ１０４からレーザが照射される。レーザトーチ１０４によって照射されたレーザにより、フィラーが溶融して、接合部５２において、溶接ビードを形成することにより、デフリングギヤ２とデフケース３とが溶接される。デフリングギヤ２とデフケース３とが回転することにより、レーザが照射される接合部５２の回転角度位置は円周方向に移動して、デフリングギヤ２とデフケース３の全周にわたってレーザ溶接が行われる。

図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩから見た、レーザ溶接装置１００の概略断面図である。実施形態において、デフリングギヤ２とデフケース３は、これに限定されるものではないが、初期状態として、挿通穴４４に挿入されているピニオンシャフト固定ピン６０が、デフリングギヤ２とデフケース３の径方向にレーザトーチ１０４と対向する回転角度位置で配置されている。この回転角度位置は、デフリングギヤ２とデフケース３が回転を開始するときの基準位置θ０として定められる。

上述の初期状態から、コントローラ１０３が電気的な信号をモータ１０１、レーザトーチ１０４、及びフィラー供給部１０５に向けて送信することにより、モータ１０１が回転駆動を開始すると共に、レーザトーチ１０４がレーザを照射することを開始して、且つフィラー供給部１０５がフィラーを供給することを開始する。モータ１０１が回転駆動を開始することにより、デフリングギヤ２とデフケース３は、デフリングギヤ２とデフケース３の軸周りにおいて、図２における反時計方向に回転を開始する。このとき、レーザトーチ１０４によってレーザが照射される接合部５２の回転角度位置は、図２における時計方向に推移する。

図３は、図１のデフリングギヤ２とデフケース３の回転角度に対するレーザの出力とフィラーの移動距離を示すグラフである。図３のグラフの横軸は、基準位置θ０を０°として定めて、基準位置θ０に対するデフリングギヤ２とデフケース３の回転角度位置を示す。特に、基準位置θ０から右側の領域は、レーザトーチ１０４によってレーザが照射される接合部５２の回転角度位置が推移する時計方向を正として、基準位置θ０から見て正の方向の回転角度位置を示す。一方、基準位置θ０から左側の領域は、正の方向と反対の方向を負の方向として、基準位置θ０から見て負の方向の回転角度位置を示すと共に、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周するとき、基準位置θ０に再び達するより前の回転角度位置を示す。図３のグラフの縦軸は、レーザトーチ１０４によって照射されるレーザの出力、及びフィラー供給部１０５によって供給されるフィラーの移動距離を示す。

図３のグラフにおいて、実線ＡＬ１と一点鎖線ＡＬ２は、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度に対する、レーザトーチ１０４によって照射されるレーザの出力の大きさを示す。特に、一点鎖線ＡＬ２は、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周するときのレーザの出力の大きさを示す。実線ＡＬ１により示すように、レーザトーチ１０４は、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が基準位置θ０から開始すると同時に、レーザの照射を開始する。その後、レーザトーチ１０４は、レーザの出力を徐々に増加して、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が所定の出力最大回転角度位置θＭに達すると、所定の設定値ＡＤに達する。一点鎖線ＡＬ２により示すように、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周して、出力減少開始回転角度位置θＤに達すると、レーザトーチ１０４はレーザの出力を徐々に減少する。その後、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が所定のレーザ停止回転角度位置θＦに達すると、レーザトーチ１０４はレーザの出力を完全に停止する。

本発明のレーザ溶接方法において、出力減少開始回転角度位置θＤは、基準位置θ０より大きく、且つ出力最大回転角度位置θＭより小さい角度に設定される。

実施形態において、出力最大回転角度位置θＭは、これに限定されるものではないが、０°として定められている基準位置θ０に対して約１３．４°に設定される。また、出力減少開始回転角度位置θＤは、これに限定されるものではないが、０°として定められている基準位置θ０に対して約８．０°に設定される。さらに、レーザ停止回転角度位置θＦは、これに限定されるものではないが、０°として定められている基準位置θ０に対して約２１．４°に設定される。

また、図３のグラフにおいて、実線ＰＬ１と一点鎖線ＰＬ２は、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度に対する、フィラー供給部１０５によって供給されるフィラーの移動距離を示す。特に、一点鎖線ＰＬ２は、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周するときのフィラーの移動距離を示す。実線ＰＬ１により示すように、フィラー供給部１０５は、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が基準位置θ０から開始して、レーザトーチ１０４がレーザの照射を開始すると同時に、フィラーの供給を開始する。その後、フィラーは、デフリングギヤ２とデフケース３の接合部５２に向けて徐々に移動して、デフリングギヤ２とデフケース３の回転がフィラー到達回転角度位置θＲに達すると、フィラーがデフリングギヤ２とデフケース３の接合部５２に到達したことを示す到達位置ＰＤに達する。一点鎖線ＰＬ２により示すように、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周して、フィラー到達回転角度位置θＲに再び達すると、フィラー供給部１０５はフィラーの供給を停止する。

実施形態において、フィラー到達回転角度位置θＲは、これに限定されるものではないが、０°として定められている基準位置θ０に対して約５．４°に設定される。

以下に、レーザ溶接装置１００による、デフリングギヤ２とデフケース３のレーザ溶接方法についてさらに詳しく説明する。

本発明のレーザ溶接方法において、上述のように、デフリングギヤ２とデフケース３は、これに限定されるものではないが、初期状態として、挿通穴４４に挿入されているピニオンシャフト固定ピン６０が、デフリングギヤ２とデフケース３の径方向にレーザトーチ１０４と対向する回転方向の角度、すなわち基準位置θ０で配置される。

レーザ溶接方法の第１のステップにおいて、上述の初期状態から、レーザ溶接装置１００のコントローラ１０３が電気的な信号をモータ１０１、レーザトーチ１０４、及びフィラー供給部１０５に向けて送信することにより、モータ１０１が回転駆動を開始すると共に、レーザトーチ１０４はレーザを照射することを開始して、且つフィラー供給部１０５はフィラーを供給することを開始する。モータ１０１が回転駆動を開始することにより、デフリングギヤ２とデフケース３は、デフリングギヤ２とデフケース３の軸周りにおいて、図２における反時計方向に基準位置θ０から回転を開始する。また、図３に示すように、デフリングギヤ２とデフケース３が基準位置θ０から回転を開始するとき、レーザトーチ１０４によって照射されるレーザの出力は設定値ＡＤに向けて増加を開始して、且つフィラー供給部１０５によって供給されるフィラーは到達位置ＰＤに向けて移動を開始する。

次に、徐々に増加するレーザの出力が所定値ＡＨを超えるとき、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度はフィラー到達回転角度位置θＲに達する。また、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度がフィラー到達回転角度位置θＲに達するとき、フィラー供給部１０５によって供給されるフィラーは、到達位置ＰＤに達する、すなわちデフリングギヤ２とデフケース３の接合部５２に到達する。上述の所定値ＡＨは、レーザの出力の設定値ＡＤの半分よりも小さい値に設定されている。特に、実施形態において、所定値ＡＨは、これに限定されるものではないが、設定値ＡＤの３分の１から半分までの値に設定されている。

次に、レーザ溶接方法の第２のステップにおいて、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度が出力最大回転角度位置θＭに達するとき、徐々に増加するレーザの出力は設定値ＡＤに達する。その後、コントローラ１０３は、照射されるレーザの出力が設定値ＡＤを維持するように、レーザトーチ１０４に向けて送信する電気的な信号を変化させる。これにより、レーザトーチ１０４によって照射されるレーザの出力は設定値ＡＤを維持する。

次に、レーザ溶接方法の第３のステップにおいて、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周して、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度がフィラー到達回転角度位置θＲに再び達するとき、コントローラ１０３は、フィラーを供給することを停止するように、フィラー供給部１０５に向けて送信する電気的な信号を変化させる。これにより、フィラー供給部１０５はフィラーを供給することを停止する。

レーザ溶接方法の第４のステップにおいて、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周して、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度が、フィラー到達回転角度位置θＲより大きく、且つ出力最大回転角度位置θＭより小さい出力減少開始回転角度位置θＤに達するとき、コントローラ１０３は、照射されるレーザの出力が徐々に減少するように、レーザトーチ１０４に向けて送信する電気的な信号を変化させる。これにより、レーザトーチ１０４によって照射されるレーザの出力は徐々に減少する。

最後に、レーザ溶接方法の第５のステップにおいて、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度がレーザ停止回転角度位置θＦに達するとき、レーザトーチ１０４はレーザの出力を完全に停止する。

図３に示すように、第１のステップにおいて、すなわちデフリングギヤ２とデフケース３の回転角度が基準位置θ０からフィラー到達回転角度位置θＲに達するまでの間、レーザトーチ１０４によって出力されるレーザが接合部５２に照射される一方、フィラー供給部１０５によって供給されるフィラーがデフリングギヤ２とデフケース３の接合部５２に到達していないため、フィラーが到達していない状態で、レーザが照射される接合部５２の空打ち領域ＮＡが生じる。

また、第４のステップから第５のステップまでの間、すなわちデフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周して、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度が出力減少開始回転角度位置θＤを通過して出力最大回転角度位置θＭより大きいレーザ停止回転角度位置θＦに達するまでの間、フィラー供給部１０５がフィラーの供給を停止した後、レーザトーチ１０４によって出力されるレーザが接合部５２に照射され続けるため、レーザ溶接が完了した後、レーザが再び照射される接合部５２の再溶融領域ＲＡが生じる。

さらに、第１のステップから第２のステップまでの間、及び第３のステップから、第４のステップの後、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度が出力最大回転角度位置θＭに達するまでの間、フィラー到達回転角度位置θＲと出力最大回転角度位置θＭとの間には、中間角度領域ＭＡが設けられる。この中間角度領域ＭＡにおいて、レーザトーチ１０４によって出力されるレーザは接合部５２に２回照射される。

本発明のレーザ溶接方法によれば、レーザトーチ１０４によってレーザを照射すること、及びフィラー供給部１０５によってフィラーを供給することを開始する第１のステップにより、フィラーが到達していない状態で、レーザが照射される接合部５２の空打ち領域ＮＡは、図４に示す従来のレーザ溶接方法により生じる空打ち領域ＮＡ０より小さくなる。

また、デフリングギヤ２とデフケース３の回転が一周して、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度が、フィラー到達回転角度位置θＲより大きく、且つ出力最大回転角度位置θＭより小さい出力減少開始回転角度位置θＤに達するとき、レーザトーチ１０４によって照射されるレーザの出力を徐々に減少させる第４のステップにより、レーザ溶接が完了した後、レーザが再び照射される接合部５２の再溶融領域ＲＡは、図４に示す従来のレーザ溶接方法により生じる再溶融領域ＲＡ０より小さくなる。

上述のように、空打ち領域ＮＡと再溶融領域ＲＡが小さくなることにより、接合部５２の割れを抑制することができる溶接構造が得られる。

また、デフリングギヤ２とデフケース３の回転角度が通過するフィラー到達回転角度位置θＲと出力最大回転角度位置θＭとの間の中間角度領域ＭＡにおいて、レーザが２回照射されることにより、接合部５２に供給されるフィラーが十分な温度で溶融されて、中間角度領域における溶接構造の品質を向上させることができる。

また、本願の請求項３に記載の発明によれば、第１のステップから第２のステップまでの間、設定値ＡＤより小さい出力を有するレーザが接合部５２に照射されるフィラー到達回転角度位置θＲと出力減少開始回転角度位置θＤとの間の領域において、第３のステップから第４のステップまでの間、設定値ＡＤと等しい出力を有するレーザが接合部５２に照射されることにより、レーザ溶接が完了するため、接合部５２に供給されるフィラーが十分な温度で溶融されて、溶接構造の品質を向上させることができる。

また、デファレンシャル装置１のデフリングギヤ２とデフケース３の接合部５２をレーザ溶接するとき、接合部５２の空打ち領域ＮＡと再溶融領域ＲＡを小さくすることにより、接合部５２の割れを抑制することができる溶接構造が得られる。

本実施形態では、レーザ溶接によって溶接されるデフリングギヤ２とデフケース３を有するデファレンシャル装置１は、フロントエンジン・リヤドライブ車の後輪用デファレンシャル装置として構成されているが、例えばフロントエンジン・フロントドライブ車の前輪用デファレンシャル装置のデフリングギヤとデフケースをレーザ溶接するようにしてもよい。

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明によれば、接合部の空打ち領域と再溶融領域を小さくすることにより、接合部の割れを抑制することができる溶接構造が得られることから、デファレンシャル装置を搭載した車両の製造技術分野において、好適に利用される可能性がある。

２ デフリングギヤ（第２の環状部材）
３ デフケース（第１の環状部材）
５２ 接合部
１０１ モータ（回転駆動部）
１０３ コントローラ
１０４ レーザトーチ（レーザ照射部）
１０５ フィラー供給部
θ０ 基準位置
θＤ 出力減少開始回転角度位置
θＭ 出力最大回転角度位置
θＲ フィラー到達回転角度位置
θＦ レーザ停止回転角度位置
ＡＤ 設定値
ＡＨ 所定値

Claims (4)

1. 回転駆動部によって、鋳鉄から形成されて、前記回転駆動部に取り付けられている第１の環状部材と、鋼から形成されて、前記第１の環状部材に嵌合される第２の環状部材とを共に回転させながら、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを突き合せた接合部に対して、フィラー供給部によってフィラーを供給すると共に、レーザ照射部によってレーザを照射することにより、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記回転駆動部によって、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを基準位置から回転させると共に、前記レーザ照射部によってレーザを前記接合部に照射すること、及び前記フィラー供給部によってフィラーを前記接合部に供給することを開始して、前記レーザ照射部によって照射されるレーザの出力を徐々に増大させて、レーザの前記出力が０から所定の設定値の半分までの間に設定される所定値を超えるとき、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度がフィラー到達回転角度位置に達して、且つ前記フィラー供給部によって供給されるフィラーが前記接合部に到達する第１のステップと、
   前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記フィラー到達回転角度位置より大きい出力最大回転角度位置に達するとき、前記レーザ照射部によって照射されるレーザの前記出力が前記設定値に達する第２のステップと、
   前記第１の環状部材と前記第２の環状部材が一周して、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記フィラー到達回転角度位置に再び達するとき、前記フィラー供給部によってフィラーを供給することを停止する第３のステップと、
   前記第１の環状部材と前記第２の環状部材が一周して、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記フィラー到達回転角度位置を再び通過した後、前記出力最大回転角度位置より小さい出力減少開始回転角度位置に達するとき、前記レーザ照射部によって照射されるレーザの出力を徐々に減少させる第４のステップと、
   前記第１の環状部材と前記第２の環状部材が一周して、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記出力減少開始回転角度位置と前記出力最大回転角度位置とを通過した後、前記出力最大回転角度位置より大きいレーザ停止回転角度位置に達するとき、前記レーザ照射部によってレーザを照射することを停止する第５のステップとを備える、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 前記第１のステップから前記第２のステップまでの間、及び前記第３のステップから、前記第４のステップの後、前記第１の環状部材と前記第２の環状部材の回転角度が前記出力最大回転角度位置に達するまでの間、前記フィラー到達回転角度位置と前記出力最大回転角度位置との間には、中間角度領域が設けられて、
   前記中間角度領域において、前記レーザ照射部によってレーザが２回照射されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. 前記出力減少開始回転角度位置が前記フィラー到達回転角度位置より大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ溶接方法。
4. 前記第１の環状部材が、デファレンシャル装置のデフケースであり、
   前記第２の環状部材が、デファレンシャル装置のデフリングギヤであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法。

Images