JP5234185B2 - 溶接構造および溶接方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、自動車の差動装置（デファレンシャルギヤ）におけるデフケースとリングギヤなどの複数の部材を溶接で接合した溶接構造および溶接方法に関するものである。
複数の部材を溶接で接合した溶接構造の一例として、例えば、自動車の差動装置（以下、デファレンシャルギヤという）におけるデフケースとリングギヤとの溶接構造がある。図１１は、従来のデフケース１００とリングギヤ１０２との溶接構造の従来例を示している。リングギヤ１０２の歯部１０２ａにハイポイドギヤを形成している。図１１の従来例では、デフケース１００におけるリングギヤ１０２との接合面に溝１０４を設けている。そしてこれにより、デファレンシャルギヤの実動時に図示した方向に作用する荷重によって発生する溶接ビード１０５の圧縮およびせん断応力の溶接ビード端部１０５ａへの応力集中を低減している。
しかし、リングギヤ１０６の歯部１０６ａにヘリカルギヤを形成した図１２に示すような従来例では、デファレンシャルギヤの実動時に実線の矢印と破線の矢印でそれぞれ示した方向に荷重が繰り返し作用する。すると、デフケース１０８とリングギヤ１０６との接合面におけるリングギヤ１０６の中心軸方向（図面の上下方向）の両端には、圧縮応力と引張応力が繰り返し発生する。図１２の従来例では、デフケース１０８とリングギヤ１０６との接合面においてリングギヤ１０６の中心軸方向の片側からのみ溶接ビード１０９を形成している。そのため、溶接ビード１０９の端部に大きな圧縮応力と引張応力が繰り返し作用し、溶接強度が不十分になるおそれがある。また、デフケース１０８におけるリングギヤ１０６との接合面に溝１１０を設けたとしても、溶接ビード１０９の溝１１０側の端部の応力を軽減する効果を得ることはできない。
ここで、特許文献１には、小歯車部材と大歯車部材との間にフランジ部材を配置し、大歯車部材とフランジ部材との接合において、フランジ部材の外周部を大歯車部材の内周面に当接させて、大歯車部材の中心軸方向の両側から溶接する技術が開示されている。
特開平１０−２３１９１８号公報
特許文献１の技術において、大歯車部材の歯部にヘリカルギヤを形成した場合には、双方の溶接ビードの端部に圧縮応力と引張応力が繰り返し発生する。しかしながら、大歯車部材の曲げ剛性が小さい場合には、溶接強度が不足するおそれがある。また、大歯車部材の中心軸方向の両側から溶接する際に、溶接時に溶接ビード内に発生するガスの多くがそのまま溶接ビード内に残留してしまう。そのため、溶接後に溶接ビード内にガスの多くが残留してしまいブローホールが発生するおそれがある。したがって、溶接品質が低下するおそれがある。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、溶接強度および溶接品質の向上を図ることができる溶接構造および溶接方法を提供すること、を課題とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、第１部材と第２部材とを溶接により接合する溶接構造において、前記第１部材は、前記第２部材と接合される第２部材接合部を備え、前記第２部材は、前記第１部材と接合される第１部材接合部を備え、前記第１部材と前記第２部材とが配列された方向を第１方向、前記第１方向に交わる方向を第２方向とするときに、前記第１部材接合部と前記第２部材接合部とが接合される接合面における少なくとも前記第２方向の両端部に溶接部が設けられ、前記第１部材は、前記第１方向にて前記接合面から順に、前記第２部材接合部と前記第２部材接合部に接続する連結部とが配列され、前記第１方向に垂直な第３方向にて、前記第２部材接合部の寸法が前記連結部の寸法よりも大きく形成されていること、を特徴とする。
この態様によれば、第２部材接合部の曲げ剛性が向上し、溶接部に作用する応力が低減するので、溶接強度が向上する。
また、第２部材接合部における連結部から張り出した部分において、熱容量が低減し、剛性が低下するので、当該張り出した部分は温度変化に対して膨張収縮し易くなる。そのため、溶接を行う際に溶接部の割れを抑制できるので、溶接品質が向上する。
なお、接合面には、異なる方向を向く複数の面が接続されて形成された面も含まれる。
本発明の一態様として、前記第１部材または前記第２部材に対して前記第３方向に平行な方向に外力が作用すること、が好ましい。
この態様によれば、外力が第３方向に平行な方向に作用すると、外力が作用する方向と平行な方向において第２部材接合部の寸法が連結部の寸法よりも大きく形成されることになる。そのため、曲げモーメントに対する第２部材接合部の曲げ剛性が向上するので、溶接強度が確実に向上する。
また、第２部材接合部の断面係数が拡大するので、溶接部の溶け込み深さをあまり大きくしなくても溶接強度を確保することができる。そのため、溶接時の入熱を低減することができるので、溶接歪みの低減と溶接設備コストの低減を図ることができる。
本発明の一態様として、前記第３方向にて前記第２部材接合部の寸法は前記第１部材接合部の寸法よりも小さいこと、が好ましい。
この態様によれば、溶接時に第２部材接合部と第１部材接合部との段差に溶接ワイヤを倣わせて供給することにより、溶接ワイヤの位置ずれを防止できる。
本発明の一態様として、前記第３方向における前記第２部材接合部の両端面の少なくともいずれか一方の端面が前記第１方向に沿って平坦状に形成されていること、が好ましい。
この態様によれば、位置決め治具を平坦状に形成された端面に当てて第１部材を位置決めできるので、位置決め精度が向上する。
本発明の一態様として、前記第１部材接合部と前記第２部材接合部の間に設けられた空洞部を有し、前記溶接部は、前記接合面における前記第２方向の両端部と前記空洞部との間に設けられていること、が好ましい。
この態様によれば、溶接時に発生しうるガスを空洞部に排出できるので、ブローホールの発生を抑制できる。また、溶接後の冷却時において、第１部材と第２部材との接合部分の境界に溶接強度を低下させるような応力が残留しにくいため、溶接強度と溶接品質とが向上する。
本発明の一態様として、前記第１部材または前記第２部材は、外部と前記空洞部との間を貫通する貫通穴を備えていること、が好ましい。
この態様によれば、溶接時に空洞部内に排出されるガスが貫通穴から抜けるので、溶接部の穴あきが防止される。また、貫通穴から空洞内を観察することにより、空洞部まで貫通するように溶接したことを確認できるので、溶接品質が向上する。また、溶接後の冷却時に発生しうる空洞部内の結露による水滴が貫通穴から抜けることから、溶接部の腐食を防止できる。
本発明の一態様として、前記第２部材は、前記第１部材よりも溶融時に発生するガスの量が多い部材であり、前記溶接部は、前記接合面に対して前記第１部材側に傾斜した方向に沿って設けられていること、が好ましい。
この態様によれば、溶接時において、溶融時に発生するガスの量が多い第２部材の溶融量を低減できるので、ブローホールの発生を抑制できる。
本発明の一態様として、前記第１部材は、前記第１方向を径方向とし前記第３方向を中心軸方向とする環状部材であること、が好ましい。
この態様によれば、環状部材である第１部材と第２部材との溶接において、溶接強度と溶接品質とが向上する。
本発明の一態様として、前記第１部材は、前記径方向にて前記連結部の外周に接続する非接合部を備え、前記中心軸方向にて前記第２部材接合部の寸法が前記非接合部の寸法よりも小さく形成されていること、が好ましい。
この態様によれば、第１部材を回転したときに、第１部材の周囲に存在する流体と第１部材との間で生じる攪拌抵抗を低下させることができる。また、第１部材の軽量化を図ることができる。
本発明の一態様として、前記第１部材の内周面または前記第２部材の前記第１部材接合部における前記内周面との当接面のいずれか一方の面に、前記内周面と前記当接面との間に圧入代をもって嵌合させる圧入部を有すること、が好ましい。
この態様によれば、第２部材が第１部材に圧入され、または、第１部材が第２部材に圧入されるので、溶接時において第１部材と第２部材の位置を維持できる。そのため、溶接歪みを低減することができる。また、例えばレーザ溶接において、接合面における第２方向の両端側からの溶接、すなわち、２方向からの溶接を行う場合に、照射されたレーザ光は圧入部に遮られる。そのため、一方からレーザ光を照射することにより既に設けられた溶接部を、他方から照射したレーザ光によって再加熱することを防止できる。さらに、上記の２方向からの溶接を同時に行う場合であっても、２方向から照射されるレーザ光同士が干渉しない。
本発明の一態様として、前記第１部材はデファレンシャルギヤのリングギヤであり、前記第２部材は前記デファレンシャルギヤのハウジング部材であるデフケースであること、が好ましい。
この態様によれば、デファレンシャルギヤの実動時において、リングギヤに外力が作用しても、溶接部の応力を低減し、かつ、溶接部近傍の割れと溶接部のブローホールの発生を抑制できるので、デフケースとリングギヤとの溶接部における溶接強度と溶接品質とが向上する。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、第１部材と第２部材とを溶接により接合する溶接方法において、前記第１部材に備わる前記第２部材に接合される第２部材接合部と前記第２部材に備わる前記第１部材に接合される第１部材接合部とを接合するために前記第１部材と前記第２部材とを配置する方向を第１方向とし、前記第１方向に交わる方向を第２方向とするときに、前記第１部材を、前記第１方向にて前記第１部材接合部と前記第２部材接合部との接合面から順に、前記第２部材接合部と前記第２部材接合部に接続する連結部とが配列され、前記第１方向に垂直な第３方向にて、前記第２部材接合部の寸法が前記連結部の寸法よりも大きくなるように形成しておき、前記接合面における少なくとも前記第２方向の両端部に溶接部が設けられるように、前記接合面における前記第２方向の両端側から溶接を行うこと、を特徴とする。
本発明の一態様として、前記第３方向にて前記第２部材接合部の寸法を前記第１部材接合部の寸法よりも小さくして前記第１部材接合部と前記第２部材接合部とに段差を設けておき、溶接ワイヤを前記段差に倣わせて供給しながら溶接を行うこと、が好ましい。
本発明の一態様として、前記第３方向における前記第２部材接合部の両端面の少なくともいずれか一方の端面を前記第１方向に沿って平坦状に形成しておき、平坦状に形成された前記端面に治具を当てて前記第１部材の位置決めを行うこと、が好ましい。
本発明に係る溶接構造および溶接方法によれば、溶接強度および溶接品質の向上を図ることができる。
デフケースとリングギヤの溶接構造の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２におけるデフケースとリングギヤの溶接部の拡大図である。 溶接時における突出部分の様子を示す図である。 位置決め治具によりリングギヤの位置決めを行う様子を示す図である。 未溶接部に圧縮応力が集中して発生した様子を示す図である。 実施例２を示す図である。 実施例３を示す図である。 実施例４を示す図である。 実施例５を示す図である。 ハイポイドギヤのリングギヤを使用した従来例を示す図である。 ヘリカルギヤのリングギヤを使用した従来例を示す図である。
以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態では、デファレンシャルギヤにおけるデフケースとリングギヤの溶接構造を例に挙げる。
〔実施例１〕
まず、本実施例の溶接構造の概要について説明する。
図１は、デフケース１０とリングギヤ１２との溶接構造の平面図であり、デフケース１０についてはリングギヤ１２との接合部の近傍のみを図示している。
図１に示すように、環状のリングギヤ１２の内周側にデフケース１０を挿入することにより、デフケース１０とリングギヤ１２とを溶接により接合している。そして、デフケース１０とリングギヤ１２とを溶接により接合した際に設けられた溶接部である第１溶接ビード１４が、リングギヤ１２の内周に沿って環状に設けられている。ここで、デフケース１０は、請求の範囲における「第２部材」の一例である。また、リングギヤ１２は、請求の範囲における「第１部材」の一例である。なお、本実施例では、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向（図１において紙面の垂直方向、リングギヤ１２の径方向と垂直に交わる方向）について、リングギヤ１２を挟んだ両側の２方向から溶接を行っている。そして、後述するように、図１に示す面とは反対側の面において溶接部である第２溶接ビード３８（図３参照）が、第１溶接ビード１４と同様に、リングギヤ１２の内周に沿って環状に設けられている。
デフケース１０は、その内部にドライブシャフト（不図示）への動力伝達部材（ピニオンシャフト、ピニオンギヤ、サイドギヤなど）が設けられたハウジング部材である。また、リングギヤ１２は、エンジン（不図示）からの動力を伝達する不図示のドライブピニオンと噛み合う歯車部材である。なお、デフケース１０の材質は鋳鉄であり、リングギヤ１２の材質は鋼である。
図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図２におけるデフケース１０とリングギヤ１２との接合部の拡大図である。
図２と図３に示すように、デフケース１０とリングギヤ１２とがリングギヤ１２の径方向（第１方向）に配列されている。なお、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向は、リングギヤ１２の径方向と垂直に交わる方向（第３方向）である。本実施例では、接合面２５における第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８とが設けられる方向（第２方向）は、リングギヤ１２の径方向と垂直に交わる方向（第３方向、中心軸Ｓ方向）と一致している。
デフケース１０には、リングギヤ１２と接合されるギヤ接合部２２が設けられている。ここで、ギヤ接合部２２は、請求の範囲における「第１部材接合部」の一例であり、デフケース１０の一部分である。すなわち、請求の範囲において、「第１部材接合部」とは「第２部材」の一部分である。また、リングギヤ１２にはデフケース１０と接合されるケース接合部２０が設けられている。ここで、ケース接合部２０は、請求の範囲における「第２部材接合部」の一例であり、リングギヤ１２の一部分である。すなわち、請求の範囲において、「第２部材接合部」とは「第１部材」の一部分である。そして、ケース接合部２０とギヤ接合部２２とが接合される接合面２５において、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両端部のうちの一方の端部２７ａから第１溶接ビード１４が設けられ、他方の端部２７ｂから第２溶接ビード３８とが設けられている。
リングギヤ１２は、その径方向にて接合面２５からリングギヤ１２の外周に向かって順に、ケース接合部２０と、連結部１８と、歯部形成部１６とが配列されるように形成されている。連結部１８は、ケース接合部２０と歯部形成部１６とに接続しており、ケース接合部２０と歯部形成部１６とを連結している。歯部形成部１６は、その外周に歯部１６ａが設けられている。本実施例では、歯部１６ａにヘリカルギヤを形成している。
図３に示すように、デフケース１０のギヤ接合部２２には、デフケース１０とリングギヤ１２とを溶接する前にリングギヤ１２の内周面１２ａと当接させる当接面２１が設けられている。この当接面２１には、圧入部２４と、この圧入部２４の両側に第１溝２６と第２溝２８とが設けられている。
圧入部２４は、当接面２１においてリングギヤ１２の中心軸Ｓ方向のほぼ中心の位置に設けられている。この圧入部２４は、リングギヤ１２の内周面１２ａにデフケース１０を挿入する際に、内周面１２ａと当接面２１との間に圧入代をもってデフケース１０とリングギヤ１２とを嵌合させるものである。なお、当接面２１において、第１溝２６や圧入部２４や第２溝２８を挟んで、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側に位置する面の部分を圧入部としてもよい。第１溝２６と第２溝２８は、それぞれリングギヤ１２の内周面１２ａとの間で第１空洞部３０と第２空洞部３２を形成する。なお、デフケース１０の当接面２１に圧入部２４を設ける代わりに、リングギヤ１２の内周面１２ａに圧入部を設けてもよい。
また、デフケース１０のギヤ接合部２２には、デフケース１０の外部と第１空洞部３０との間を貫通する貫通穴３４が設けられている。なお、デフケース１０の外部と第２空洞部３２との間を貫通する貫通穴を別途設けてもよい。また、デフケース１０のギヤ接合部２２に貫通穴を設ける代わりに、または、デフケース１０のギヤ接合部２２に貫通穴を設けるとともに、リングギヤ１２のケース接合部２０に貫通穴を設けてもよい。
本実施例では、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側の２方向から溶接を行うことにより、それぞれ第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を設けている。この第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８は、デフケース１０のギヤ接合部２２とリングギヤ１２のケース接合部２０とを溶接により接合させたときの、接合部分に形成された溶接金属層である。
第１溶接ビード１４は接合面２５における中心軸Ｓ方向の端部２７ａと第１空洞部３０との間に設けられ、第２溶接ビード３８は接合面２５における中心軸Ｓ方向の端部２７ｂと第２空洞部３２との間に設けられている。また、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８は、デフケース１０のギヤ接合部２２における当接面２１に対して角度α傾斜した方向に沿って設けられている。
以上が、本実施例の溶接構造の概要である。
次に、本実施例の溶接構造における特徴とその作用効果について説明する。
図２と図３に示すように、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向において、連結部１８の寸法をｔａ、ケース接合部２０における端面２０ａと端面２０ｂとの間の寸法をｔｂ、歯部形成部１６の寸法をｔｃとする。
本実施例のデフケース１０とリングギヤ１２の溶接構造を有するデファレンシャルギヤでは、その実動時に、ドライブピニオン（不図示）からの動力伝達により、歯部形成部１６に対しリングギヤ１２の中心軸Ｓ方向（図２にて太い矢印で示す方向）に、スラスト荷重（外力）が作用する。そして、このようなスラスト荷重により、図２の細い矢印で示す方向に曲げモーメントが作用すると、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８において圧縮応力または引張応力が作用する。
ここで、本実施例では、ｔａ＜ｔｂとしている。これにより、ケース接合部２０の断面係数が拡大して曲げ剛性が向上する。そのため、中心軸Ｓ方向にスラスト荷重が作用しても、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８に発生する圧縮応力と引張応力が低減する。このように、ｔａ＜ｔｂとすることにより、デフケース１０とリングギヤ１２との溶接強度が向上する。
また、ｔａ＜ｔｂとすることにより、図３に示すように、リングギヤ１２のケース接合部２０に、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向について連結部１８から張り出した突出部分４２を設けている。この突出部分４２は、リングギヤ１２の径方向の寸法が小さく、リングギヤ１２の径方向における接合面２５とは反対側の面は解放されているので、その熱容量は小さく、また剛性も低い。そのため、接合面２５における溶接を行う際に、突出部分４２は温度が上昇してヤング率が低下するので、図４に破線と矢印で示す方向に、膨張にともなう変形がし易くなる。
また、突出部分４２は、溶接後の冷却時においては、温度が降下して収縮にともなう変形がし易くなる。したがって、溶接時および溶接後の冷却時において、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８およびそれらの熱影響部の割れを抑制できる。ゆえに、ｔａ＜ｔｂとすることにより、溶接品質が向上する。なお、突出部分４２において、リングギヤ１２の径方向の寸法を出来るだけ小さくすることにより、さらにその熱容量を小さくでき、また剛性を低くできる。
また、ケース接合部２０の断面係数を拡大したので、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８の溶け込み深さをあまり大きくしなくても溶接強度を確保することができる。そのため、溶接時の入熱を低減することができる。したがって、ｔａ＜ｔｂとすることにより、溶接歪みの低減と溶接設備コストの低減を図ることができる。
また、図２に示すように、ｔｂ＜ｔｃとしている。このようにケース接合部２０の寸法ｔｂを小さくすることにより、リングギヤ１２の軽量化を図っている。また、ケース接合部２０の断面積が小さくなるので、デファレンシャルギヤの実動時においてリングギヤ１２が中心軸Ｓを中心に回転する際に、リングギヤ１２の周囲に充填されている潤滑油（不図示）とリングギヤ１２との間で生じる攪拌抵抗を低下させることができる。
また、図２と図３に示すように、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向において、デフケース１０のギヤ接合部２２における端面２２ａと端面２２ｂとの間の寸法をｔｄとする。そして本実施例では、ｔｂ＜ｔｄとしている。そしてこれにより、リングギヤ１２のケース接合部２０の端面２０ａとデフケース１０のギヤ接合部２２の端面２２ａとの間、および、リングギヤ１２のケース接合部２０の端面２０ｂとデフケース１０のギヤ接合部２２の端面２２ｂとの間に、各々段差４４を設けている。そのため、リングギヤ１２の内周面１２ａとデフケース１０の当接面２１とを当接させて溶接を行うときに、図４に示すように溶接ワイヤ４０をこの段差４４の部分に倣わせる（当てる）ことにより、溶接ワイヤ４０の位置がさらにデフケース１０側にずれることがない。したがって、ｔｂ＜ｔｄとすることにより、溶接時における溶接ワイヤ４０の位置ずれを防止できる。
また、図２と図３に示すように、リングギヤ１２のケース溶接部２０における中心軸Ｓ方向の端面２０ａ、端面２０ｂを、リングギヤ１２の径方向に沿って平坦状に形成している。そのため、端面２０ａまたは端面２０ｂのいずれか一方に、あるいは端面２０ａおよび端面２０ｂの両方に、リングギヤ１２の位置決め治具４６を当てながら、デフケース１０とリングギヤ１２との位置決めを精度良く行うことができる。ここで、図５では、端面２０ａに位置決め治具４６を当てながら、デフケース１０とリングギヤ１２との位置決めを行う例を示している。なお、端面２０ａのみ、あるいは、端面２０ｂのみリングギヤ１２の径方向に沿って平坦状に形成してもよい。このように、端面２０ａ、端面２０ｂの少なくともいずれか一方をリングギヤ１２の径方向に沿って平坦状に形成することにより、位置決め治具４６を使用してデフケース１０とリングギヤ１２との位置決めを精度良く行うことができる。
また、図３に示すように、第１空洞部３０と第２空洞部３２を設けている。そして、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８をそれぞれ、接合面２５の端部２７ａと第１空洞部３０との間、および、接合面２５の端部２７ｂと第２空洞部３２との間に設ける溶接（以下、「貫通溶接」という）を行っている。これにより、溶接の際にデフケース１０が溶融して発生するガスを第１空洞部３０と第２空洞部３２に排出することができる。そのため、第１空洞部３０と第２空洞部３２を設けて貫通溶接を行うことにより、ブローホールの発生を抑制することができる。なお、第１溝２６と第２溝２８の深さを調整すれば、第１空洞部３０と第２空洞部３２へのガスの許容排出量を容易に調整することができる。
ここで、仮に第１溶接ビード１４と第１空洞部３０との間に未溶接部４８を設けた場合を想定する。すると、図６に示すように、溶接後の冷却時において第１溶接ビード１４およびその周辺の熱影響部が収縮する時に未溶接部４８が矢印で示すような方向の収縮を阻害するために、第１溶接ビード境界６１に矢印で示すような引張応力が残留する。そして、このように引張応力が残留すると、デファレンシャルギヤの実動時に荷重が作用したときに第１溶接ビード境界６１から亀裂が入り易くなるおそれがある。これに対し、本実施例のように未溶接部４８を設けないように貫通溶接を行えば、このようなおそれはなくなる。そのため、第１空洞部３０と第２空洞部３２を設けて貫通溶接を行うことにより、溶接強度および溶接品質が向上する。
また、図３に示すように、デフケース１０におけるギヤ接合部２２の当接面２１に、圧入部２４を設けている。そして、リングギヤ１２の内周面１２ａに圧入部２４を圧入して、リングギヤ１２の内周側にギヤ接合部２２を挿入している。そのため、溶接前および溶接時においてデフケース１０とリングギヤ１２との位置関係を維持することができる。したがって、圧入部２４を設けることにより、溶接歪みを低減させることができる。
また、図２に示すように、圧入部２４を、レーザ光２３を照射する方向の先の位置に設けている。そのため、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を形成するときに照射するレーザ光２３は、圧入部２４に当たって遮られる。したがって、一方の溶接ビードを形成した後に他方の溶接ビードを形成する場合（例えば、第１溶接ビード１４を形成した後に第２溶接ビード３８を形成する場合など）に、他方の溶接ビードを形成するためのレーザ光が既に形成された一方の溶接ビードを再加熱するおそれがない。ゆえに、圧入部２４をレーザ光２３の照射方向の先の位置に設けることにより、溶接強度および溶接品質の向上を図ることができる。
また、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側の２方向からレーザ光２３を同時に照射して第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８とを形成する場合でも、レーザ光２３は圧入部２４に当たって遮られるので、２方向からのレーザ光２３は干渉しない。そのため、圧入部２４をレーザ光２３の照射方向の先の位置に設けることにより、溶接設備の安全性を向上させることができる。
また、本実施例ではリングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側の２方向から溶接を行うことにより、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を設けている。そのため、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８における溶接ワイヤ４０の溶融成分（Ｎｉなど）が含まれる割合は、ともに溶け込み深さの浅い部分のほうが溶け込み深さの深い部分よりも多く、溶け込み深さ方向の溶接ワイヤ４０の溶融成分の分布がほぼ等しい。したがって、デファレンシャルギヤの実動時に作用する曲げ応力に対する第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８の材料強度は均一となる。ゆえに、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側の２方向から溶接を行って第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を設けることにより、溶接強度および溶接品質の向上を図ることができる。
また、溶接時において、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を形成する部分におけるリングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の入熱の分布を均一化することができる。そのため、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側の２方向から溶接を行うことにより、溶接歪みを抑制することができる。
また、図２と図３に示すように、デフケース１０におけるギヤ接合部２２の当接面２１に対して、リングギヤ１２側に角度α傾斜させた方向に沿って第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を設ける溶接（以下、傾斜溶接という）を行っている。そのため、溶接時において、リングギヤ１２（材質は鋼）よりも溶融時に発生するガスの量が多いデフケース１０（材質は鋳鉄）の溶融量を低減することができるので、ガスの発生量を低減することができる。したがって、傾斜溶接を行うことにより、ブローホールの発生を抑制することができる。
また、万が一、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８が破断した場合であっても、リングギヤ１２はデフケース１０に引っかかって外れないので、リングギヤ１２の抜けを防止できる。
また、図２と図３に示すように、デフケース１０に外部と第１空洞部３０との間を貫通する貫通穴３４を設けている。そのため、溶接時に第１溝２６におけるレーザ光２３の反射光を貫通穴３４から観察することにより、第１溶接ビード１４を第１空洞部３０まで形成する貫通溶接が確実に行われたか否かを判定することができる。したがって、貫通穴３４を設けることにより、溶接品質を確実に向上させることができる。
また、第１空洞部３０内に溜まったガスは貫通穴３４から抜けるので、第１空洞部３０内でガスの膨張が生じ難くなり、第１溶接ビード１４の穴あきを防止できる。また、溶接後の冷却時に第１空洞部３０内に生じ得る結露による水滴は貫通穴３４から抜けるので、第１溶接ビード１４の腐食が防止できる。そのため、貫通穴３４を設けることにより、溶接品質が向上する。なお、デフケース１０に外部と第２空洞部３２との間を貫通する貫通穴を設ければ、第２溶接ビード３８についても同様の効果を得ることができる。
〔実施例２〕
図７に示すような実施例２も考えられる。
実施例２では、実施例１と異なる点として、デフケース１０において圧入部２４を設けていない。また、実施例１と異なる点として、デフケース１０の当接面２１に溝５１が設けられており、この溝５１とリングギヤ１２の内周面１２ａとの間に設けられた空洞部５２を有している。空洞部５２の断面積は、実施例１の第１空洞部３０と第２空洞部３２とを組み合わせた断面積よりも大きい。そのため、溶接時にデフケース１０が溶融することによって発生し得るガスを、空洞部５２の内部により多く排出することができる。したがって、実施例２によれば、空洞部５２へのガスの許容排出量が多くなるので、より確実にブローホールの発生を抑制することができる。また、圧入部２４を設けないので、機械加工の工程が減り、製造コストを低減することができる。
なお、実施例２では、溶接前のギヤ接合部２２において、溝５１の両側にケース接合部２０と当接させる当接面５３、当接面５５を設けている。そして、溶接前にリングギヤ１２の内周にデフケース１０を挿入する際には、当接面５３、当接面５５うちの少なくともいずれか一方の面で、デフケース１０をリングギヤ１２の内周面１２ａに圧入させることが望ましい。
また、空洞部５２へのガスの許容排出量が多くなることにより、空洞部５２内でのガスの膨張による第１溶接ビード１４や第２溶接ビード３８の穴あき不良のおそれがない場合には、貫通穴３４を設けない変形例も考えられる。
〔実施例３〕
図８に示すような実施例３も考えられる。
実施例３では、実施例２における溝５１に加えて、リングギヤ１２の内周面１２ａに溝５４を設けている。これにより、溝５１と溝５４の間に設けられた空洞部５６を有している。この空洞部５６は、実施例２の空洞部５２よりも大きな断面積となる。そのため、溶接時にデフケース１０が溶融することによって発生し得るガスを、さらに多く空洞部５６に排出することができる。したがって、リングギヤ１２に溝５４を設けることにより、空洞部５６内へのガスの排出許容量は大きくなるので、さらに確実にブローホールの発生を抑制することができる。
また、空洞部５６内へのガスの排出許容量が大きいので、空洞部５６内でのガスの膨張による第１溶接ビード１４や第２溶接ビード３８の穴あき不良が生じ難い。そのため、空洞部５６とデフケース１０の外部との間を貫通する貫通穴を設ける必要性が低くなる。
なお、実施例２と同様に、溶接前にリングギヤ１２の内周にデフケース１０を挿入する際には、当接面５３、当接面５５うちの少なくともいずれか一方の面で、デフケース１０をリングギヤ１２の内周面１２ａに圧入させることが望ましい。
また、必要に応じて、ギヤ接合部２２とケース接合部２０との間に前記の段差４４を設けてもよい。また、傾斜溶接を行ってもよい。
〔実施例４〕
図９に示すような実施例４も考えられる。
実施例４では、リングギヤ１２の内周面１２ａを分割して、分割した各々の内周面１２ａの位置を径方向に異ならせている。本実施例では内周面１２ａを、ケース接合部２０とギヤ接合部２２とが接合される接合面２５としている。
なお、前記の実施例１〜３においては、接合面２５における第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８とが設けられる方向（第２方向）は、リングギヤ１２の径方向と垂直に交わる方向（第３方向、中心軸Ｓ方向）と一致していたが、以下の実施例４，５においては、接合面２５における第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８とが設けられる方向（第２方向）は、リングギヤ１２の径方向と垂直に交わる方向（第３方向、中心軸Ｓ方向）とは、一致していない。
図９に示すように、分割した各々の内周面１２ａの位置を径方向に異ならせ、かつ、デフケース１０の当接面５３と当接面５５の位置を内周面１２ａの位置に対応させることにより、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を、それぞれリングギヤ１２の径方向の異なる位置に設けている。これにより、溶接時に、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向にレーザ光２３を照射しても、レーザ光２３はデフケース１０またはリングギヤ１２に当たって遮られる。そのため、一方の溶接ビードを形成するために照射したレーザ光２３が、他方に形成された溶接ビードを照射して再加熱しない。したがって、溶接強度および溶接品質の向上を図ることができる。
また、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側の２方向から同時にレーザ溶接を行う場合であっても、２方向から照射されるレーザ光２３同士が干渉しない。そのため、溶接設備の安全性を向上させることができる。また、傾斜溶接を行う必要がないので、溶接設備を簡易化することができ、製造コストが低減できる。
また、仮に第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８が破断した場合であっても、リングギヤ１２はデフケース１０に引っかかって外れないので、リングギヤ１２の抜けが防止できる。
また、付き当て部５８においてデフケース１０とリングギヤ１２とをリングギヤ１２の中心軸Ｓ方向に付き当てている。これにより、スラスト荷重に対する強度が増大する。
また、リングギヤ１２において、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向におけるケース接合部２０の寸法をｔｂ１とすると、本実施例では、ｔａ＜ｔｂ１としている。これにより、実施例１〜３と同様に、デフケース１０とリングギヤ１２との溶接強度および溶接品質が向上し、かつ、溶接歪みの低減と溶接設備コストの低減を図ることができる。
また、ｔｂ１＜ｔｃとすることにより、実施例１〜３と同様に、リングギヤ１２の軽量化を図ることができ、かつ、攪拌抵抗を低下させることができる。
なお、実施例２や実施例３と同様に、溶接前にリングギヤ１２の内周にデフケース１０を挿入する際には、当接面５３、当接面５５うちの少なくともいずれか一方の面で、デフケース１０をリングギヤ１２の内周面１２ａに圧入させることが望ましい。
また、必要に応じて、デフケース１０に第１空洞部３０と外部との間を貫通する貫通穴や、第２空洞部３２と外部との間を貫通する貫通穴を設けてもよい。また、必要に応じて、ギヤ接合部２２とケース接合部２０との間に前記の段差４４を設けてもよい。
〔実施例５〕
図１０に示すような実施例５も考えられる。
実施例５では、ケース接合部２０とギヤ接合部２２とが接合される接合面２５を、リングギヤ１２の内周面１２ａとケース接合部２０の端面２０ｂとで形成される面（異なる方向を向く複数の面が接続されて形成された面）としている。そして、第２溶接ビード３８をケース接合部２０の端面２０ｂに沿わせて形成することにより、第２溶接ビード３８をほぼリングギヤ１２の径方向に形成している。これにより、例えば、デファレンシャルギヤの実動時におけるドライブピニオン（不図示）からの動力伝達により歯部形成部１６に対し図１０に示すようにスラスト荷重が図面上側に偏って作用した場合であっても、溶接強度が向上する。
なお、前記の曲げ応力が図面下側に偏って作用する場合には、第１溶接ビード１４と第２溶接ビード３８を形成する方向を図１０の例と入れ替えることにより、溶接強度が向上する。
また、溶接時に、一方の溶接ビードを形成するために照射するレーザ光２３により他方に既に形成された溶接ビードを再加熱しない。そのため、溶接品質の向上を図ることができる。また、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向の両側の２方向から同時にレーザ溶接を行う場合であっても、２方向から照射されるレーザ光２３同士が干渉しない。そのため、溶接設備の安全性を向上させることができる。
また、リングギヤ１２において、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向におけるケース接合部２０の寸法をｔｂ２とすると、本実施例では、ｔａ＜ｔｂ２としている。これにより、実施例１〜４と同様に、デフケース１０とリングギヤ１２との溶接強度および溶接品質が向上し、かつ、溶接歪みの低減と溶接設備コストの低減を図ることができる。
また、ｔｂ２＜ｔｃとすることにより、実施例１〜４と同様に、リングギヤ１２の軽量化を図ることができ、かつ、攪拌抵抗を低下させることができる。
なお、溶接前にリングギヤ１２の内周にデフケース１０を挿入する際には、当接面５３で、デフケース１０をリングギヤ１２の内周面１２ａに圧入させることが望ましい。
また、当接面２１に設けられた溝５９と内周面１２ａとの間に空洞部６０を設けている。そして、必要に応じて、この空洞部６０と外部との間を貫通する貫通穴をデフケース１０に設けてもよい。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
上記の実施例ではデファレンシャルギヤにおけるデフケースとリングギヤとの溶接構造を例に挙げたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、その他の環状部材と当該環状部材の内周面に挿入される部材との溶接構造や、棒状部材同士または板状部材同士の溶接構造にも適用される。
また、リングギヤ１２の重量や、リングギヤ１２が回転する際の潤滑油（不図示）との間で生じる攪拌抵抗が許容される範囲内であれば、リングギヤ１２の中心軸Ｓ方向におけるケース接合部２０の寸法ｔｂを歯部形成部１６の寸法ｔｃよりも大きく（ｔｂ＞ｔｃ）してもよい。
１０ デフケース
１２ リングギヤ
１２ａ 内周面
１４ 第１溶接ビード
１６ 歯部形成部
１６ａ 歯部
１８ 連結部
２０ ケース接合部
２０ａ 端面
２０ｂ 端面
２１ 当接面
２２ ギヤ接合部
２２ａ 端面
２２ｂ 端面
２３ レーザ光
２４ 圧入部
２５ 接合面
２７ａ 端部
２７ｂ 端部
３０ 第１空洞部
３２ 第２空洞部
３４ 貫通穴
３８ 第２溶接ビード
４０ 溶接ワイヤ
４２ 突出部分
４４ 段差
４６ 位置決め治具
５２ 空洞部
５３ 当接面
５５ 当接面
５６ 空洞部
６０ 空洞部
６１ 第１溶接ビード境界
α 角度
Ｓ 中心軸

Claims (14)

  1. 第１部材と第２部材とを溶接により接合する溶接構造において、
    前記第１部材は、前記第２部材と接合される第２部材接合部を備え、
    前記第２部材は、前記第１部材と接合される第１部材接合部を備え、
    前記第１部材と前記第２部材とが配列された方向を第１方向とし、前記第１方向に交わる方向を第２方向とするときに、
    前記第１部材接合部と前記第２部材接合部とが接合される接合面における少なくとも前記第２方向の両端部に溶接部が設けられ、
    前記第１部材は、前記第１方向にて前記接合面から順に、前記第２部材接合部と前記第２部材接合部に接続する連結部とが配列され、前記第１方向に垂直な第３方向にて、前記第２部材接合部の寸法が前記連結部の寸法よりも大きく形成されていること、
    を特徴とする溶接構造。
  2. 請求項１に記載する溶接構造において、
    前記第１部材または前記第２部材に対して前記第３方向に平行な方向に外力が作用すること、
    を特徴とする溶接構造。
  3. 請求項１または２に記載する溶接構造において、
    前記第３方向にて前記第２部材接合部の寸法は前記第１部材接合部の寸法よりも小さいこと、
    を特徴とする溶接構造。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載する溶接構造において、
    前記第３方向における前記第２部材接合部の両端面の少なくともいずれか一方の端面が前記第１方向に沿って平坦状に形成されていること、
    を特徴とする溶接構造。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載する溶接構造において、
    前記第１部材接合部と前記第２部材接合部の間に設けられた空洞部を有し、
    前記溶接部は、前記接合面における前記第２方向の両端部と前記空洞部との間に設けられていること、
    を特徴とする溶接構造。
  6. 請求項５に記載する溶接構造において、
    前記第１部材または前記第２部材は、外部と前記空洞部との間を貫通する貫通穴を備えていること、
    を特徴とする溶接構造。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載する溶接構造において、
    前記第２部材は、前記第１部材よりも溶融時に発生するガスの量が多い部材であり、
    前記溶接部は、前記接合面に対して前記第１部材側に傾斜した方向に沿って設けられていること、
    を特徴とする溶接構造。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載する溶接構造において、
    前記第１部材は、前記第１方向を径方向とし前記第３方向を中心軸方向とする環状部材であること、
    を特徴とする溶接構造。
  9. 請求項８に記載する溶接構造において、
    前記第１部材は、前記径方向にて前記連結部の外周に接続する非接合部を備え、前記中心軸方向にて前記第２部材接合部の寸法が前記非接合部の寸法よりも小さく形成されていること、
    を特徴とする溶接構造。
  10. 請求項８または９に記載する溶接構造において、
    前記第１部材の内周面または前記第２部材の前記第１部材接合部における前記内周面との当接面のいずれか一方の面に、前記内周面と前記当接面との間に圧入代をもって嵌合させる圧入部を有すること、
    を特徴とする溶接構造。
  11. 請求項８乃至１０のいずれか一項に記載する溶接構造において、
    前記第１部材はデファレンシャルギヤのリングギヤであり、
    前記第２部材は前記デファレンシャルギヤのハウジング部材であるデフケースであること、
    を特徴とする溶接構造。
  12. 第１部材と第２部材とを溶接により接合する溶接方法において、
    前記第１部材に備わる前記第２部材に接合される第２部材接合部と前記第２部材に備わる前記第１部材に接合される第１部材接合部とを接合するために前記第１部材と前記第２部材とを配置する方向を第１方向とし、前記第１方向に交わる方向を第２方向とするときに、
    前記第１部材を、前記第１方向にて前記第１部材接合部と前記第２部材接合部との接合面から順に、前記第２部材接合部と前記第２部材接合部に接続する連結部とが配列され、前記第１方向に垂直な第３方向にて、前記第２部材接合部の寸法が前記連結部の寸法よりも大きくなるように形成しておき、
    前記接合面における少なくとも前記第２方向の両端部に溶接部が設けられるように、前記接合面における前記第２方向の両端側から溶接を行うこと、
    を特徴とする溶接方法。
  13. 請求項１２に記載する溶接方法において、
    前記第３方向にて前記第２部材接合部の寸法を前記第１部材接合部の寸法よりも小さくして前記第１部材接合部と前記第２部材接合部とに段差を設けておき、溶接ワイヤを前記段差に倣わせて供給しながら溶接を行うこと、
    を特徴とする溶接方法。
  14. 請求項１２または１３に記載する溶接方法において、
    前記第３方向における前記第２部材接合部の両端面の少なくともいずれか一方の端面を前記第１方向に沿って平坦状に形成しておき、平坦状に形成された前記端面に治具を当てて前記第１部材の位置決めを行うこと、
    を特徴とする溶接方法。
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