JP6430094B2

JP6430094B2 - リアアクスルの製造方法

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Publication number: JP6430094B2
Application number: JP2012165856A
Authority: JP
Inventors: 政樹桂木; 友則加藤; 慎吾菅又; 柴田　聡; 聡柴田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: WO2014017158A1; JP2014024443A; US10118442B2; CN104507704B; EP2878456B1; US20150158335A1; CN104507704A; EP2878456A1; EP2878456A4

Description

本発明は、リアアクスルの製造方法及びこの方法により製造されたリアアクスルに関する。

従来、リアアクスルの製造は、デファレンシャルと接続されるリアアクスルハウジングの端部にアクスルエンドを焼嵌めし、次に、リアアクスルハウジングの端部にアクスルエンドの端部から挿入したブレーキフランジを焼嵌めし、次に、リアアクスルハウジングとアクスルエンドとを全周溶接し、次に、リアアクスルハウジングとブレーキフランジとを全周溶接している（例えば、特許文献１参照）。

特開平０５−３３０３５５号公報

しかしながら、リアアクスルハウジングに対してアクスルエンド及びブレーキフランジを焼嵌めするためには、リアアクスルハウジング及びブレーキフランジを高温に加熱する必要があるため、作業工数がかかる。

そこで、本発明は、焼嵌めを行わなくてもよいリアアクスルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るリアアクスルの製造方法は、リアアクスルハウジングの外周面にブレーキフランジを圧入するブレーキフランジ圧入工程と、リアアクスルハウジングとブレーキフランジとを溶接するブレーキフランジ溶接工程と、リアアクスルハウジングの端部の内周面にアクスルエンドを圧入するアクスルエンド圧入工程と、リアアクスルハウジングとアクスルエンドとを溶接するアクスルエンド溶接工程と、を有する。

本発明に係るリアアクスルの製造方法によれば、リアアクスルハウジングに対してブレーキフランジ及びアクスルエンドを圧入して、リアアクスルハウジングに対してブレーキフランジ及びアクスルエンドを溶接するため、焼嵌めの工程を経ることなく、リアアクスルを製造することができる。これにより、製造工程を簡略化することができるため、焼嵌め設備のスペースや投資を削減できるとともに、省資源化や排出ＣＯ_２の削減を図ることができる。

そして、ブレーキフランジ圧入工程の前に、リアアクスルハウジングの端部に外周を小径化した小径化部を形成する小径化部形成工程を更に有し、ブレーキフランジ圧入工程では、小径化部の外周面にブレーキフランジを圧入することが好ましい。

このように、リアアクスルハウジングの端部に小径化部を形成することで、リアアクスルハウジングに対してブレーキフランジを容易に圧入することができるとともに、リアアクスルハウジング及びブレーキフランジの内部応力を低減することができる。

また、ブレーキフランジ溶接工程では、電極を通電して発生させたアークによりリアアクスルハウジングとブレーキフランジとの開先に溶融部を形成し、溶融部が硬化する前に、後行ワイヤを通電せずに溶融部に供給することが好ましい。

通電していない後行ワイヤは加熱されていないため、硬化する前の溶融部に通電していない後行ワイヤを供給することで、冷たい後行ワイヤにより溶融部を冷却することができる。その結果、溶融部の熱収縮範囲が狭くなるため、溶融部が冷却硬化する際の熱収縮を格段に抑えることができる。これにより、リアアクスルハウジングに対するブレーキフランジの直角度を格段に向上することができる。また、リアアクスルハウジング及びブレーキフランジへの入熱量を小さく抑えることができる。しかも、溶融部に後行ワイヤを供給することで、溶融部に溶融金属が補充されるため、良好な余盛を形成することができ、ハンピングなどの溶接不良の発生を抑制することができる。また、残留応力が格段に低減できることから、降伏点到達までの余裕代ができ、従来よりも寿命の向上に寄与できる。

また、アクスルエンド溶接工程では、電極を通電して発生させたアークによりリアアクスルハウジングとアクスルエンドとの開先に溶融部を形成し、溶融部が硬化する前に、後行ワイヤを通電せずに溶融部に供給することが好ましい。

通電していない後行ワイヤは加熱されていないため、硬化する前の溶融部に通電していない後行ワイヤを供給することで、冷たい後行ワイヤにより溶融部を冷却することができる。その結果、溶融部の熱収縮範囲が狭くなるため、溶融部が冷却硬化する際の熱収縮を格段に抑えることができる。これにより、リアアクスルハウジングに対するアクスルエンドの振れを格段に抑制することができる。また、リアアクスルハウジング及びアクスルエンドへの入熱量を更に小さく抑えることができる。しかも、溶融部に後行ワイヤを供給することで、溶融部に溶融金属が補充されるため、良好な余盛を形成することができ、ハンピングなどの溶接不良の発生を抑制することができる。

この場合、後行ワイヤを、アークの進行方向後方における溶融部の盛り上がり部に供給することが好ましい。

これにより、後行ワイヤがアークにより直接的に加熱されるのを抑制することができるため、溶融部の冷却効果を高めることができ、また、溶融部が冷却硬化する前に後行ワイヤを供給することができるため、余盛の形成不足を抑制することができる。

また、ブレーキフランジ溶接工程及びアクスルエンド溶接工程では、開先を、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状の狭開先とすることが好ましい。

このように開先を狭開先とすることで、開先をＹ開先とした場合よりも開先の溝幅が狭くなるため、溶接により形成される余盛の熱歪（熱収縮）を小さくすることができるとともに、リアアクスルハウジング、ブレーキフランジ及びアクスルエンドへの入熱量を小さく抑えることができる。これにより、溶接面に沿った熱収縮のバランスの悪化が抑制されるため、リアアクスルハウジングに対するブレーキフランジの直角度を更に向上することができるとともに、リアアクスルハウジングに対するアクスルエンドの振れを更に抑制することができる。しかも、この狭開先は、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状に形成されているため、部材間の位置関係の変動を更に抑制することができる。

本発明に係るリアアクスルは、上記の何れかの製造方法により製造されたものである。

本発明に係るリアアクスルによれば、焼嵌めされていないため、熱歪の影響が抑制され、リアアクスルハウジングに対するブレーキフランジの直角度が高くなっているとともに、リアアクスルハウジングに対するアクスルエンドの振れが小さくなっている。

本発明によれば、焼嵌めを行わなくてもよいリアアクスルの製造方法を提供することができる。

小径化部形成工程を説明するための図である。ブレーキフランジ圧入工程を説明するための図である。ブレーキフランジ溶接工程を説明するための図である。アクスルエンド圧入工程を説明するための図である。アクスルエンド溶接工程を説明するための図である。狭開先の開先形状を示す断面図である。ブレーキフランジ溶接工程及びアクスルエンド溶接工程における溶接方法を説明するための図である。狭開先に沿ってコールドタンデム溶接を行う状態を示した図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係るリアアクスル１の製造方法は、まず、小径化部形成工程を行う。図１に示すように、小径化部形成工程では、リアアクスルハウジング２の端部３に、外周を小径化した小径化部４を形成する。すなわち、リアアクスルハウジング２の端部３は円筒状に形成されており、この円筒状に形成された端部３の外周面を切削することで、小径化部４を形成する。このとき、小径化部４の外径を、後述するブレーキフランジ５の内径よりも僅かに大きくする。なお、端部３の切削は、例えば、一般的な切削機により行うことができる。

小径化部形成工程が終了すると、次に、ブレーキフランジ圧入工程を行う。図２に示すように、ブレーキフランジ圧入工程では、小径化部４の外周面にブレーキフランジ５を圧入する。ブレーキフランジ５は、ドラムブレーキ（不図示）を取り付けるためのリング状の部材であり、周方向に沿ってドラムブレーキを取り付けるための穴が形成されている。なお、小径化部４に対するブレーキフランジ５の圧入は、例えば、一般的なプレス機により行うことができる。

ブレーキフランジ圧入工程が終了すると、次に、ブレーキフランジ溶接工程を行う。図３に示すように、ブレーキフランジ溶接工程では、ブレーキフランジ５をリアアクスルハウジング２（小径化部４）に全周溶接する。リアアクスルハウジング２に対するブレーキフランジ５の溶接は、ブレーキフランジ５の内側及び外側の双方において行う。

ここで、図６及び図７を参照して、リアアクスルハウジング２に対するブレーキフランジ５の全周溶接について詳しく説明する。

まず、図６に示すように、リアアクスルハウジング２とブレーキフランジ５とを接合する箇所に、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状に形成された溝状の狭開先９を形成しておく。狭開先９は、ブレーキフランジ５のリアアクスルハウジング２に対向するブレーキフランジ対向面５ａと、リアアクスルハウジング２のブレーキフランジ５に対向するリアアクスルハウジング対向面２ａと、により画成されるものであり、ブレーキフランジ対向面５ａとリアアクスルハウジング対向面２ａとが略平行になっている。なお、狭開先９の底面の形状は特に限定されるものではなく、平面状であってもよく、曲面状であってもよい。

そして、狭開先９に沿ってリアアクスルハウジング２とブレーキフランジ５とをアーク溶接する。このアーク溶接では、コールドタンデム溶接を行う。コールドタンデム溶接は、先行溶接ワイヤ及び後行フィラーワイヤの２本のワイヤを用いた溶接方法であって、先行溶接ワイヤを通電して発生させたアークにより開先に溶融部を形成し、この溶融部が硬化する前に後行フィラーワイヤを通電せずに溶融部に供給する溶接方法である。

図７に示すように、コールドタンデム溶接を行う溶接装置１１は、アーク溶接用トーチ１２と、フィラーワイヤ供給装置１３と、連結部材１４と、を備えている。

アーク溶接用トーチ１２は、アーク溶接を行うものである。このアーク溶接用トーチ１２は、第一ワイヤ送出装置１５から送り出された消耗電極としての溶接ワイヤ１６を母材の溶接位置に向けて送り出す。また、アーク溶接用トーチ１２は、電源供給装置１７から供給された溶接電流を溶接ワイヤ１６に通電して、この溶接ワイヤ１６と母材との間にアークを発生させる。溶接ワイヤ１６としては、例えば、ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１２に準拠するソリッドワイヤを用いることができる。

フィラーワイヤ供給装置１３は、第二ワイヤ送出装置１８から送り出されたフィラーワイヤ１９を、通電することなく、母材の溶接位置から近接した位置に送り出すものである。フィラーワイヤ１９としては、例えば、ＪＩＳＺ３３１２ＹＧＷ１２に準拠するソリッドワイヤを用いることができる。

連結部材１４は、溶接ワイヤ１６による溶接位置とフィラーワイヤ１９が送り出される位置とが所定の距離となるようにアーク溶接用トーチ１２とフィラーワイヤ供給装置１３との間隔を維持しつつ、アーク溶接用トーチ１２とフィラーワイヤ供給装置１３とを連結する装置である。連結部材１４は、アーク溶接用トーチ１２とフィラーワイヤ供給装置１３とを脱着可能に連結してもよく、アーク溶接用トーチ１２とフィラーワイヤ供給装置１３とを固定的に連結してもよい。また、連結部材１４は、アーク溶接用トーチ１２とフィラーワイヤ供給装置１３との間隔を固定としてもよく、アーク溶接用トーチ１２とフィラーワイヤ供給装置１３との間隔を可変としてもよい。

このように構成される溶接装置１１は、連結部材１４に連結されたアーク溶接用トーチ１２及びフィラーワイヤ供給装置１３が母材に対して相対的に移動する際に、当該移動方向において、フィラーワイヤ供給装置１３がアーク溶接用トーチ１２の後方に配置される。このため、フィラーワイヤ１９が送り出される位置は、当該移動方向において、溶接ワイヤ１６による溶接位置の後方となる。本実施形態では、アーク溶接用トーチ１２及びフィラーワイヤ供給装置１３が母材に対して相対的に移動する方向を、「進行方向」という。

そして、コールドタンデム溶接では、狭開先９に沿って、アーク溶接用トーチ１２及びフィラーワイヤ供給装置１３を母材となるリアアクスルハウジング２及びブレーキフランジ５に対して相対的に移動させる。すると、アーク溶接用トーチ１２は、フィラーワイヤ供給装置１３に先行して移動し、フィラーワイヤ供給装置１３は、アーク溶接用トーチに後行して移動する。

このとき、フィラーワイヤ供給装置１３に先行するアーク溶接用トーチ１２において、溶接ワイヤ１６に溶接電流を通電し、溶接ワイヤ１６と狭開先９との間にアーク２１を発生させる。すると、狭開先９に、溶接ワイヤ１６、リアアクスルハウジング２及びブレーキフランジ５が溶融した溶融部２２が形成される。

溶融部２２は、溶融池により構成されている。この溶融部２２は、アーク２１の下方において、アーク２１からの圧力（アーク力）を受けて掘り下げられており、アーク力により最も掘り下げられた部分が溶融部２２の底部２２ａとなる。また、溶融部２２は、底部２２ａから遠ざかるに従いアーク力の影響が弱まり、次第に上昇して盛り上がる。このため、底部２２ａの進行方向後方に、溶融部２２が盛り上がった盛り上がり部２２ｂが形成される。なお、盛り上がり部２２ｂは、硬化（凝固）される前の溶融金属で構成される部分である。そして、盛り上がり部２２ｂが冷却硬化（凝固）されることで、リアアクスルハウジング２とブレーキフランジ５との接合箇所に余盛６が形成される。なお、この余盛６は、ビードともいう。

一方、アーク溶接用トーチ１２に後行するフィラーワイヤ供給装置１３から、フィラーワイヤ１９を通電せずに溶融部２２の盛り上がり部２２ｂに供給する。フィラーワイヤ１９の供給位置の調整は、例えば、連結部材１４によるアーク溶接用トーチ１２とフィラーワイヤ供給装置１３との間隔の調整や、フィラーワイヤ供給装置１３の向きの調整などにより行うことができる。

フィラーワイヤ１９を溶融部２２の盛り上がり部２２ｂに供給すると、フィラーワイヤ１９が溶融部２２の熱により溶融され、溶融部２２に溶融金属が補充される。これにより、良好な余盛６が形成される。

また、通電されていないフィラーワイヤ１９は加熱されていないため、フィラーワイヤ１９を溶融部２２の盛り上がり部２２ｂに供給すると、溶融部２２の熱がフィラーワイヤ１９に奪われ、溶融部２２が冷却される。

ここで、図７及び図８を参照して、狭開先９に沿ってリアアクスルハウジング２とブレーキフランジ５とをコールドタンデム溶接によりアーク溶接する際の状態について説明する。

図７及び図８に示すように、フィラーワイヤ１９を溶融部２２の盛り上がり部２２ｂに供給すると、溶融部２２の中央部にフィラーワイヤ１９が溶融した低温の溶融部２３が形成されるため、溶融部２２の収縮範囲が、フィラーワイヤ１９を溶融部２２に供給しない通常のアーク溶接の場合よりも狭くなる。このため、溶融部２２が冷却硬化される際に、溶融部２２の収縮が、通常のアーク溶接の場合よりも格段に小さくなる。しかも、溶融部２２では、冷たいフィラーワイヤ１９を溶融するために熱が奪われるため、溶融部２２からリアアクスルハウジング２及びブレーキフランジ５への入熱量が、通常のアーク溶接の場合よりも格段に小さく抑えられる。

ブレーキフランジ溶接工程が終了すると、次に、アクスルエンド圧入工程を行う。図４に示すように、アクスルエンド圧入工程では、リアアクスルハウジング２の端部３の内周面にアクスルエンド７を圧入する。アクスルエンド７は、円筒状に形成されており、その外径を、リアアクスルハウジング２の端部３の内径よりも僅かに大きくしておく。なお、リアアクスルハウジング２の端部３に対するアクスルエンド７の圧入は、例えば、一般的なプレス機により行うことができる。

アクスルエンド圧入工程が終了すると、次に、アクスルエンド溶接工程を行う。図５に示すように、アクスルエンド溶接工程では、アクスルエンド７をリアアクスルハウジング２に全周溶接する。

リアアクスルハウジング２に対するアクスルエンド７の溶接は、上述したリアアクスルハウジング２に対するブレーキフランジ５の溶接（ブレーキフランジ溶接工程）と同様である。すなわち、まず、図６に示すように、リアアクスルハウジング２とアクスルエンド７とを接合する箇所に、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状に形成された狭開先１０を形成しておく。この狭開先１０は、リアアクスルハウジング２のアクスルエンド７に対向するリアアクスルハウジング対向面２ｂと、アクスルエンド７のリアアクスルハウジング２に対向するアクスルエンド対向面７ｂと、により画成されるものであり、リアアクスルハウジング対向面２ｂとアクスルエンド対向面７ｂとが略平行になっている。

そして、図７に示すように、狭開先１０に沿ってリアアクスルハウジング２とアクスルエンド７とを、コールドタンデム溶接によりアーク溶接する。コールドタンデム溶接は、上述の通りである。これにより、リアアクスルハウジング２とアクスルエンド７との間に、溶融部２２が盛り上がって冷却硬化（凝固）された余盛８が形成される。

このようにして製造されたリアアクスル１は、リアアクスルハウジング２の端部３に、外周が小径化された小径化部４が形成されており、この小径化部４の外周面に、ブレーキフランジ５が圧入されて、リアアクスルハウジング２に対してブレーキフランジ５が全周溶接されている。また、リアアクスル１は、リアアクスルハウジング２の端部３の内周面に、アクスルエンド７が圧入されて、リアアクスルハウジング２に対してアクスルエンド７が全周溶接されている。なお、リアアクスルハウジング２に対するブレーキフランジ５の全周溶接は、狭開先９に沿ったコールドタンデム溶接により行われており、リアアクスルハウジング２に対するアクスルエンド７の全周溶接は、狭開先１０に沿ったコールドタンデム溶接により行われている。

以上説明したように、本実施形態によれば、リアアクスルハウジング２に対してブレーキフランジ５及びアクスルエンド７を圧入して、リアアクスルハウジング２に対してブレーキフランジ５及びアクスルエンド７を全周溶接するため、焼嵌めの工程を経ることなく、リアアクスル１を製造することができる。これにより、製造工程を簡略化することができるため、焼嵌め設備のスペースや投資を削減できるとともに、省資源化や排出ＣＯ_２の削減を図ることができる。。

また、リアアクスルハウジング２の端部３に小径化部４を形成することで、リアアクスルハウジング２に対してブレーキフランジ５を容易に圧入することができるとともに、リアアクスルハウジング２及びブレーキフランジ５の内部応力を低減することができる。

また、リアアクスルハウジング２に対するブレーキフランジ５の全周溶接及びリアアクスルハウジング２に対するアクスルエンド７の全周溶接をコールドタンデム溶接により行うことで、冷たいフィラーワイヤ１９により溶融部２２を冷却することができる。その結果、溶融部２２の熱収縮範囲が狭くなるため、溶融部２２が冷却硬化する際の熱収縮を格段に抑えることができる。これにより、リアアクスルハウジング２に対するブレーキフランジ５の直角度を格段に向上することができるとともに、リアアクスルハウジング２に対するアクスルエンド７の振れを格段に抑制することができる。また、リアアクスルハウジング２、ブレーキフランジ５及びアクスルエンド７への入熱量を小さく抑えることができる。しかも、溶融部２２にフィラーワイヤ１９を供給することで、溶融部２２に溶融金属が補充されるため、良好な余盛６及び余盛８を形成することができ、ハンピングなどの溶接不良の発生を抑制することができる。

また、開先を狭開先９及び狭開先１０とすることで、開先をＹ開先とした場合よりも開先の溝幅が狭くなるため、余盛６及び余盛８の熱歪（熱収縮）を小さくすることができるとともに、リアアクスルハウジング２、ブレーキフランジ５及びアクスルエンド７への入熱量を小さく抑えることができる。これにより、溶接面に沿った熱収縮のバランスの悪化が抑制されるため、リアアクスルハウジング２に対するブレーキフランジ５の直角度を更に向上することができるとともに、リアアクスルハウジング２に対するアクスルエンド７の振れを更に抑制することができる。しかも、狭開先９及び狭開先１０は、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状に形成されているため、部材間の位置関係の変動を更に抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、アーク溶接の手法としてコールドタンデム溶接を採用するものとして説明したが、他の手法を用いてもよい。

また、上記実施形態では、開先を狭開先とするものとして説明したが、他の形状の開先としてもよい。

また、上記実施形態では、ブレーキフランジ５とリアアクスルハウジング２とを全周溶接するとともに、アクスルエンド７とリアアクスルハウジング２とを全周溶接するものとして説明したが、これらは必ずしも全周溶接する必要はない。

また、上記実施形態では、ブレーキフランジ圧入工程、ブレーキフランジ溶接工程、アクスルエンド圧入工程、アクスルエンド溶接工程の順に行うものとして説明したが、これらの工程の順序は適宜入れ替えることができる。例えば、ブレーキフランジ圧入工程、アクスルエンド圧入工程、ブレーキフランジ溶接工程、アクスルエンド溶接工程の順に行うものとしてもよい。

１…リアアクスル、２…リアアクスルハウジング、２ａ…リアアクスルハウジング対向面、３…端部、４…小径化部、５…ブレーキフランジ、５ａ…ブレーキフランジ対向面、６…余盛、７…アクスルエンド、８…余盛、９…狭開先、１０…狭開先、１１…溶接装置、１２…アーク溶接用トーチ、１３…フィラーワイヤ供給装置、１４…連結部材、１５…第一ワイヤ送出装置、１６…溶接ワイヤ（電極）、１７…電源供給装置、１８…第二ワイヤ送出装置、１９…フィラーワイヤ（後行ワイヤ）、２１…アーク、２２…溶融部、２２ａ…底部、２２ｂ…盛り上がり部、２３…溶融部。

Claims

リアアクスルハウジングの外周面にブレーキフランジを圧入するブレーキフランジ圧入工程と、
前記ブレーキフランジ圧入工程の後に、前記リアアクスルハウジングと前記ブレーキフランジとを溶接するブレーキフランジ溶接工程と、
前記ブレーキフランジ溶接工程の後に、リアアクスルハウジングの端部の内周面にアクスルエンドを圧入するアクスルエンド圧入工程と、
前記アクスルエンド圧入工程の後に、前記リアアクスルハウジングと前記アクスルエンドとを溶接するアクスルエンド溶接工程と、を有し、
前記ブレーキフランジ溶接工程では、電極を通電して発生させたアークにより前記リアアクスルハウジングと前記ブレーキフランジの内側との開先に溶融部を形成し、前記溶融部が硬化する前に、後行ワイヤを通電せずに前記溶融部に供給し、
前記アクスルエンド溶接工程では、電極を通電して発生させたアークにより前記リアアクスルハウジングと前記アクスルエンドとの開先に溶融部を形成し、前記溶融部が硬化する前に、後行ワイヤを通電せずに前記溶融部に供給する、
リアアクスルの製造方法。
前記ブレーキフランジ圧入工程の前に、リアアクスルハウジングの端部に外周を小径化した小径化部を形成する小径化部形成工程を更に有し、
前記ブレーキフランジ圧入工程では、前記小径化部の外周面にブレーキフランジを圧入する、
請求項１に記載のリアアクスルの製造方法。
前記後行ワイヤを、前記アークの進行方向後方における前記溶融部の盛り上がり部に供給する、
請求項１又は２に記載のリアアクスルの製造方法。
前記ブレーキフランジ溶接工程及び前記アクスルエンド溶接工程では、前記開先を、対向面が略平行となる断面略Ｕ字状の狭開先とする、
請求項１〜３の何れか一項に記載のリアアクスルの製造方法。
前記ブレーキフランジ溶接工程では、電極を通電して発生させたアークにより、前記ブレーキフランジの前記リアアクスルハウジングに対向するブレーキフランジ対向面と、前記リアアクスルハウジングの前記ブレーキフランジに対向するリアアクスルハウジング対向面と、により画成される開先に溶融部を形成し、前記溶融部が硬化する前に、後行ワイヤを通電せずに前記溶融部に供給する、
請求項１〜４の何れか一項に記載のリアアクスルの製造方法。