JP5381501B2 - 溶接接合部品及び溶接接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、外周側にギヤ部を備えるリングギヤの中心の貫通孔に部品本体の挿入部を挿入するとともに、リングギヤのギヤ部と反対側の背面部を本体部の側面に突き合わせ、この突合せ部の外周側を溶接により接合固定した溶接接合部品及び溶接接合方法に関する。

例えば自動車におけるファイナルドライブユニットとして設けてあるデファレンシャル装置のデフケースと、デフケースの外周部に取り付けるリングギヤは、環状のリングギヤをデフケースに嵌め込んだ状態で、ボルトにより締結する工法が用いられている。

ところが、近年では、上記２部品の締結部近傍をその外周に沿って溶接することにより、ボルトを廃止するとともに、ボルトを締結するための２部品の一部をも除去することで、ファイナルドライブユニットの軽量化を達成できるようにしている（例えば下記特許文献１参照）。

この場合、リングギヤをデフケースに嵌め込んだときにこれら２部品の互いに当接する突合せ部を溶接するが、この突合せ部の溶接位置については、リングギヤのギヤ部に作用する荷重を特に考慮したものになっていない。

特表２００２−５１４５１１号公報

このため、リングギヤに噛合する他のギヤからリングギヤに荷重が作用したときには、溶接接合部に無理な荷重が作用する恐れがあり、溶接接合部の耐荷重性能が不充分となる場合がある。

そこで、本発明は、リングギヤとこのリングギヤを組み付ける部品本体との溶接接合部の耐荷重性能を高めることを目的としている。

本発明は、リングギヤのギヤ部と反対側の背面部と部品本体の側面との互いの突合せ部を、溶接により接合固定した溶接接合部品であって、突合せ部の径方向内側のリングギヤと部品本体との間に隙間を設け、リングギヤのギヤ部が、他のギヤが噛合して回転する際に受ける荷重の中心部を、隙間の径方向外側に位置する突合せ部の径方向幅内に位置させたことを特徴とする。

本発明によれば、リングギヤのギヤ部に作用する荷重は、リングギヤと部品本体とを溶接接合する突合せ部の径方向幅内に主に掛かることになるので、リングギヤと部品本体との溶接接合部の耐荷重性能を高めることができる。
また、本発明によれば、リングギヤの背面部と部品本体の側面との間に隙間を設けることで、その外周側の突合せ部に対して径方向外側から径方向内側に向けて貫通溶接を行うことができる。これにより、溶接接合部は、突合せ部の外周側から内周側にわたり形成されることになって、溶接接合部の内周側に突合せ面が残ることを抑制でき、これにより応力集中を抑制することが可能となる。
また、本発明では、上記した貫通溶接によって、隙間内の少なくとも一部にも溶融金属を存在させることができ、これにより溶接接合部の容積（体積）がより拡大し、溶接強度を高めることができる。

（ａ）は図２の溶接接合部品における溶接後の溶接接合部を示す要部の断面図、（ｂ）は（ａ）に対応する溶接前の断面図である。 本発明の第１の一実施形態に係わる溶接接合部品を示す正面図である。 本発明の比較例を示す、図１（ａ）に対応する断面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる溶接接合部を示す、図１（ａ）に対応する断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施形態］
図２に示すように、自動車におけるファイナルドライブユニットとして設けてあるデファレンシャル装置のデフケース１に対し、リングギヤ３を図２中で左方向から嵌め込み、互いの突合せ部５の外側部分である外周部分に対して溶接することで、これら２部品相互を溶接接合する。

溶接する際には、例えばレーザビームや電子ビームなどの高密度エネルギビーム７を照射して行うが、その際溶加材となるフィラーワイヤ９を使用する。フィラーワイヤ９としては、通常デフケース１が鋳鉄材であることから、溶融した鋳鉄材が硬化したときに割れが発生することを防ぐ目的で、鉄に対してなじみのよいＮｉ（ニッケル）成分を含んだものを使用する。

リングギヤ３は、外周部にギヤ部１１を備えるとともに、図１（ａ），（ｂ）に示すように中心部に貫通孔１３を備えて全体として環状に形成してある。一方、デフケース１は、上記リングギヤ３の貫通孔１３に挿入する挿入部としての円筒部１５を備えて中空構造としている。

また、デフケース１は、円筒部１５の外径よりも外径が大きく、かつ、リングギヤ３のギヤ部１１と軸方向反対側の背面部１７に対向する側面となる大径部１９を、円筒部１５に隣接して備えている。

上記軸方向に互いに対向する背面部１７及び大径部１９は、外周側にて互いに対向する軸方向に突出する突出部１７ａ及び１９ａを備え、これら各突出部１７ａ及び１９ａ同士を互いに付き合わせることで、溶接前の状態を示す図１（ｂ）のように前記した突合せ部５を形成する。この突合せ部５の径方向内側における背面部１７と大径部１９との間には、環状の隙間２１を形成してある。

そして、上記した突合せ部５は径方向幅となる接合幅Ｗを備えており、この接合幅Ｗの幅（径）方向中心に、リングギヤ３に他の図示しないギヤが噛合して回転する際に受ける荷重Ｆの中心部が位置している。すなわち、リングギヤ３が受ける荷重Ｆの中心部を、溶接接合部２３となる突合せ部５の径方向幅の幅方向中心に一致させている。

次に、作用を説明する。溶接後の図１（ａ）に対し溶接前の図１（ｂ）に示すように、リングギヤ３の貫通孔１３にデフケース１の円筒部１５を挿入するとともに、リングギヤ３側の突出部１７ａとデフケース１側の突出部１９ａとを互いに当接させることで、突合せ部５が形成される。このとき、突合せ部５より径方向内側の背面部１７と大径部１９との間に環状の隙間２１が形成される。

上記図１（ｂ）の状態で溶接作業を行う際に、例えばレーザビームや電子ビームなどの高密度エネルギビーム７を突合せ部５に照射して行い、その際溶加材となるフィラーワイヤ９を使用する。

このように、高密度エネルギビーム７を突合せ部５に向けて照射し、母材であるデフケース１及びリングギヤ３側の各突出部１７ａ及び１９ａの先端面付近が溶融し始めたら、フィラーワイヤ９を順次供給していく。このとき、デフケース１及びリングギヤ３を、図示しない溶接設備の回転駆動機構によって、リングギヤ３の中心軸線を中心として一体的に回転させることで、上記した突合せ部５の全周にわたって溶接することになる。

溶接時には、各突出部１７ａ及び１９ａが溶融するとともに、順次供給するフィラーワイヤ９が溶融する。これにより、図１（ａ）に示すように、デフケース１及びリングギヤ３とフィラーワイヤ９とが溶融した溶融金属部で構成される溶接接合部２３が形成されて、これら両者が接合固定されることになる。

このようにして溶接接合したデフケース１とリングギヤ３とからなる本実施形態の溶接接合部品は、図１（ａ）に示すように、リングギヤ３に図示しない他のギヤが噛合して回転する際に受ける荷重Ｆの中心部が、突合せ部５の接合幅Ｗの幅方向中心に位置している。

これにより、上記した荷重Ｆは、溶接接合部２３の軸方向幅のほぼ中心位置に作用することになり、その結果リングギヤ３とこのリングギヤ３を組み付けるデフケース１との溶接接合部２３の耐荷重性能を高めることができる。

例えば、図３に示す比較例のように、溶接接合部２３が荷重Ｆに対して径方向内側（図３中で下方）にずれている場合には、荷重Ｆがギヤ部１１に作用したときに溶接接合部２３が片持ちで荷重Ｆを支持するような構造となってしまい、リングギヤ３は矢印Ａで示す方向に撓み変形する恐れがある。この結果、溶接接合部２３に無理な負荷が作用して破損に至る場合がある。

これに対して本実施形態では、図１（ａ）に示すように荷重Ｆが作用する方向の延長線上に溶接接合部２３の中心が存在するので、図３の構造に比較して耐荷重性能が極めて高いものとなる。

また、本実施形態では、リングギヤ３の背面部１７とデフケース１の大径部１９との互いの対向面を、その径方向全長にわたり接触させるのではなく、これら背面部１７と大径部１９との間に環状の隙間２１を設けてその外周側の突合せ部５に対して径方向外側から径方向内側に向けて貫通溶接を行う構造としている。このため、図１（ａ）に示す溶接接合部２３は、図１（ｂ）における突合せ部５の外周側から内周側にわたり形成されることになり、したがって溶接接合部２３の内周側に突出部１７ａ，１９ａ相互の突合せ面が残ることを抑制でき、これにより応力集中を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、上記した貫通溶接によって、隙間２１内の少なくとも一部にも溶融金属を存在させることができ、これにより溶接接合部２３の容積（体積）がより拡大し、溶接強度を高めることができる。その際、本実施形態では、溶接作業時に隙間２１の外周側にて突出部１７ａ，１９ａ相互を互いに当接させることになるので、溶接作業時でのリングギヤ３のデフケース１に対する組み付け安定性が高まり、溶接接合部品として高品質化を達成することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、図４に示すように、図１（ａ）に示す第１の実施形態に対し、各突出部１７ａ，１９ａ相互の突合せ部５の径方向幅（接合幅Ｗ）の範囲内に、荷重Ｆの中心部が位置しているものとする。なお、図４では、荷重Ｆの中心部が接合幅Ｗの中心よりやや径方向内側（図４中で下方）に位置している。

すなわち、本実施形態では、上記した荷重Ｆが、必ずしも突合せ部５の径方向幅（接合幅Ｗ）の幅方向中心に一致している必要がなく、突合せ部５の径方向幅の範囲内に位置していればよい。

第２の実施形態によれば、上記した荷重Ｆは突合せ部５の径方向幅内に作用することになるので、リングギヤ３とこのリングギヤ３を組み付けるデフケース１との溶接接合部２３の耐荷重性能を高めることができる。この場合、荷重Ｆを、溶接接合部２３の径方向幅（接合幅Ｗ）の幅方向中心に一致させる必要がないので、部品を製造するに際してその加工精度が第１の実施形態ほどに必要がなく、製造コストを抑えることが可能となる。

なお、上記した各実施形態では、リングギヤ３の背面部１７及びデフケース１の大径部１９に突出部１７ａ及び１９ａをそれぞれ設けているが、突出部１７ａ，１９ａのうち一方側のみ設けてこの一方側の例えば突出部１７ａを他方側の突出部１９ａを設けていない側に突き合わせてもよい。

１ デフケース（部品本体）
３ リングギヤ
５ 突合せ部
１１ リングギヤのギヤ部
１３ リングギヤの貫通孔
１５ デフケースの円筒部（挿入部）
１７ リングギヤの背面部
１９ デフケースの大径部（側面）
２１ リングギヤの背面部とデフケースの大径部との隙間
Ｆ リングギヤに作用する荷重（荷重の中心部）
Ｗ 突合せ部の接合幅（突合せ部の径方向幅）

Claims (3)

1. 外周側にギヤ部を備えるリングギヤの中心の貫通孔に部品本体の挿入部を挿入するとともに、前記リングギヤの前記ギヤ部と反対側の背面部を前記部品本体の側面に突き合わせ、この突合せ部の外周側を溶接により接合固定することで、これらリングギヤと部品本体とを互いに組み付ける溶接接合部品であって、
   前記突合せ部の径方向内側の前記リングギヤと前記部品本体との間に隙間を設け、
   前記リングギヤのギヤ部が、他のギヤが噛合して回転する際に受ける荷重の中心部を、前記隙間の径方向外側に位置する前記突合せ部の径方向幅内に位置させたことを特徴とする溶接接合部品。
2. 前記リングギヤが受ける荷重の中心部と、前記突合せ部の径方向幅の幅方向中心とを互いに一致させたことを特徴とする請求項１に記載の溶接接合部品。
3. 外周側にギヤ部を備えるリングギヤの中心の貫通孔に部品本体の挿入部を挿入するとともに、前記リングギヤの前記ギヤ部と反対側の背面部を前記部品本体の側面に突き合わせ、この突合せ部の外周側を溶接により接合固定することで、これらリングギヤと部品本体とを互いに組み付ける溶接接合方法であって、
   前記突合せ部の径方向内側の前記リングギヤと前記部品本体との間に隙間を備え、
   前記リングギヤのギヤ部が、他のギヤが噛合して回転する際に受ける荷重の中心部を、前記隙間の径方向外側に位置する前記突合せ部の径方向幅内に位置させた状態で前記突合せ部を溶接接合することを特徴とする溶接接合方法。

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