JP7226058B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置に関する。

特許文献１には、レーザ溶接方法の一例として、円筒状部と、この円筒状部の外周面から突出したフランジ部と、を有する第１金属部材にリング状の第２金属部材を嵌合した状態で、第２金属部材及びフランジ部の間を円筒状部の周方向に沿ってレーザ溶接する方法が開示されている。

前記特許文献１に記載されているような方法でレーザ溶接する場合、溶接中の入熱及び溶接後の冷却によって、第２金属部材が前記円筒状部の中心軸方向に変形（膨張、収縮）し、溶接後において中心軸方向に残留歪みが生じる場合がある。この場合、第２金属部材が中心軸方向に変形することになる。また、そうした残留歪みが、第２金属部材において周方向にばらつく可能性がある。

そこで、前記特許文献１には、第２金属部材をフランジ部に向けて押圧する加圧手段（第１クランプ部材）に、周方向に間隔をあけて複数の歪み検出手段（歪みゲージ）を設けることが記載されている。同文献によれば、第１及び第２金属部材の当接部に対するレーザ溶接の後、各歪み検出手段より検出された残留歪み量に基づいて、第１及び第２金属部材の溶接良否を判定することができる。

特開２０１６－１６４１２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されている方法では、レーザ溶接が完了した後に、その溶接良否を判定することしかできず、歪みの発生そのものを抑制することはできなかった。

すなわち、前記特許文献１に記載されているように、第１金属部材に第２金属部材を加圧した状態で、周方向に沿ってレーザ溶接を行った場合、周方向における最終溶接部に応力が集中してしまい、その最終溶接部が座屈する可能性がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、最終溶接部における座屈の発生を抑制することにある。

ここに開示する技術は、円筒状部、及び該円筒状部の外周面から突出したフランジ部を有する第１金属部材と、該外周面に嵌合されたリング状の第２金属部材と、を前記円筒状部の周方向に沿ってレーザ溶接するレーザ溶接方法に係る。このレーザ溶接方法は、前記第２金属部材を前記外周面に嵌合する工程と、前記第２金属部材を前記フランジ部に向けて加圧する加圧手段によって、前記外周面に嵌合された前記第２金属部材を前記フランジ部に当接させる工程と、前記第１及び第２金属部材が互いに当接してなる当接部を、前記周方向に沿ってレーザ溶接する工程と、を備える。

そして、前記加圧手段は、該加圧手段の加圧方向における歪み量を検出するように、前記周方向に沿って複数箇所に設けられた歪み検出手段を有し、前記レーザ溶接方法は、前記歪み検出手段による検出結果に基づいて、前記レーザ溶接の最中に前記加圧手段の加圧量を調整する。

この方法によれば、第１金属部材に第２金属部材を加圧した状態で、周方向に沿ってレーザ溶接を行っていくことになる。そのため、前述のように、周方向における最終溶接部に応力が集中してしまい、その最終溶接部が座屈する可能性がある。

しかしながら、前記の方法によれば、加圧手段には、周方向に沿った複数箇所に歪み検出手段が設けられている。仮に、その歪み検出手段により検出された歪み量が大きかった場合には、その歪み量が小さかった場合に比して、最終溶接部において座屈が生じる可能性が高いと判定することができる。その場合は、例えば加圧量を低減することで、座屈の発生を抑制することができる。

このように、歪み検出手段による検出結果に基づいて加圧量を調整することで、最終溶接部における座屈の発生を抑制することができる。

また、前記レーザ溶接方法は、前記歪み量の大きさが所定の基準値以上の場合には、該基準値未満の場合に比して前記加圧手段による加圧力を低減する、としてもよい。

この方法によれば、最終溶接部における座屈の発生を抑制する上で有利になる。

また、前記第１及び第２金属部材の少なくとも一方は、前記当接部に連通する内部空間を区画する、としてもよい。

第１及び第２金属部材の当接部には、溶接用のレーザが照射されることになる。一般に、溶接用のレーザが照射される部位には、外部から侵入したガス等によってブローホールが生じる可能性がある。ブローホールの発生は、溶接部の強度を低下し得るため望ましくない。

一方、前記の方法によれば、レーザが照射される当接部は、内部空間に連通することになる。このように構成することで、ブローホールを形成する可能性のあるガスを、当接部から内部空間に排出することが可能となる。このことは、溶接部の強度を高める上で有効である。

こうした内部空間を設けた場合、第１及び第２金属部材における当接部の面積が縮小し、該当接部の強度が低下する可能性がある。このことは、最終溶接部に座屈を招くおそれがあるため望ましくない。

しかしながら、前記の方法のように、歪み検出手段による検出結果に基づいて加圧量を調整することで、内部空間によるブローホールの抑制と、最終溶接部における座屈の抑制と、を両立することができる。

また、前記当接部の外面には、前記周方向に沿って延びる溝部が設けられている、としてもよい。

一般的なレーザ溶接においては、溶接部の隙間を埋めるための溶加材（フィラー材）を用いる場合がある。前記の構成によれば、当接部の外面に溝部を設けることで、そうしたフィラー材を受け入れるためのスペースを確保することができる。

こうした溝部を設けた場合、第１及び第２金属部材における当接部の面積が縮小し、該当接部の強度が低下する可能性がある。このことは、最終溶接部に座屈を招くおそれがあるため望ましくない。

しかしながら、前記の方法のように、歪み検出手段による検出結果に基づいて加圧量を調整することで、溝部によるフィラー材の受け入れと、最終溶接部における座屈の発生の抑制と、を両立することができる。

また、前記加圧手段は、前記第２金属部材を押圧することによって、該第２金属部材を前記フランジ部に向けて加圧する押圧部を有し、前記押圧部は、前記周方向に並んだ複数の部材に分割され、前記複数の部材のそれぞれに、前記歪み検出手段が設けられている、としてもよい。

この方法によれば、歪み検出手段の検出精度を高めることができる。

また、前記レーザ溶接方法は、前記歪み検出手段による検出結果に基づいて、前記レーザ溶接の開始前に前記第２金属部材の寸法精度不良を判定する工程を備える、としてもよい。

第２金属部材に寸法精度不良が生じていた場合、レーザ溶接後に座屈に至る可能性がある。この寸法精度不良は、歪み検出手段によって判定することができる。

そこで、前記の方法によれば、歪み検出手段による検出結果に基づいて、レーザ溶接の開始前に第２金属部材の寸法精度不良を判定する。このように構成することで、最終溶接部における座屈の発生を抑制する上で有利になる。

また、前記第１金属部材は、車両用デファレンシャル装置のデフケースであり、前記第２金属部材は、前記デフケースに固定されるリングギヤである、としてもよい。

前記の方法によれば、座屈のないリングギヤをデフケースに固定することができるので、車両用デファレンシャル装置が車両に搭載された状態で、ギヤノイズ及び振動が生じるのを防止することができる。

また、ここに開示する別の技術は、円筒状部、及び該円筒状部の外周面から突出したフランジ部を有する第１金属部材と、該外周面に嵌合されたリング状の第２金属部材と、を前記円筒状部の周方向に沿ってレーザ溶接するレーザ溶接装置に係る。このレーザ溶接装置は、前記外周面に嵌合された前記第２金属部材が前記フランジ部に当接するように、前記第２金属部材を前記フランジ部に向けて加圧する加圧手段と、前記第１及び第２金属部材が互いに当接してなる当接部を、前記周方向に沿ってレーザ溶接するレーザ出射手段と、を備える。

そして、前記加圧手段は、該加圧手段の加圧方向における歪み量を検出するように、前記周方向に沿って複数箇所に設けられた歪み検出手段を有し、前記レーザ溶接装置は、前記歪み検出手段による検出結果に基づいて、前記レーザ溶接の最中に前記加圧手段の加圧量を調整する調整手段をさらに備える。

この構成によれば、歪み検出手段による検出結果に基づいて加圧量を調整することで、最終溶接部における座屈の発生を抑制することができる。

以上説明したように、前記レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置によれば、最終溶接部における座屈の発生を抑制することができる。

図１は、レーザ溶接装置の構成を例示する断面図である。 図２Ａは、第１及び第２金属部材の当接部を例示する断面図である。 図２Ｂは、第１及び第２金属部材の当接部を拡大して例示する図である。 図３は、第１クランプ部材の構成を例示する斜視図である。 図４は、第１クランプ部材の構成を例示する断面図である。 図５は、レーザ溶接により生じるブローホールを説明するための図である。 図６は、当接部における圧縮応力を説明するための図である。 図７は、加圧力と圧縮応力との関係を例示する図である。 図８は、レーザ溶接方法の具体的な手順を例示するフローチャートである。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。

図１は、レーザ溶接装置１の構成を例示する断面図である。また、図２Ａは、第１及び第２金属部材２，３の当接部４を例示する断面図であり、図２Ｂは、第１及び第２金属部材２，３の当接部４を拡大して例示する図である。さらに、図３は、第１クランプ部材７の構成を例示する斜視図であり、図４は、第１クランプ部材７の構成を例示する断面図である。また、図５は、レーザ溶接により生じるブローホールＢを説明するための図である。

図１に例示するレーザ溶接装置１は、円筒状部２ａ、及び該円筒状部２ａの外周面から突出したフランジ部２ｂを有する第１金属部材２と、該外周面に嵌合されたリング状の第２金属部材３と、を円筒状部２ａの周方向に沿ってレーザ溶接するものである。

具体的に、本実施形態に係る第１金属部材２は、車両用デファレンシャル装置のデフケースであって、鋳鉄からなる。この第１金属部材２は、第２金属部材３が嵌合される円筒状部２ａと、第２金属部材３が当接するフランジ部２ｂと、を有する。

このうち円筒状部２ａは、中心軸Ｃ方向に沿って延びる円筒状に形成されており、その中心軸Ｃ方向の一側（図１の右側）の外周面からフランジ部２ｂが突出している。このフランジ部２ｂは、リング状に形成されており、円筒状部２ａの中心軸Ｃ方向における前記一側の外周面から径方向外側に向かって、全周にわたり突出している。

一方、本実施形態に係る第２金属部材３は、デフケースとしての第１金属部材２に固定されるリングギヤ（ハイポイドギヤ）であって、クロム鋼からなる。第２金属部材３の中心軸は、円筒状部２ａの中心軸Ｃと略一致している。この第２金属部材３には、中心軸Ｃに沿って第１金属部材２が挿入される。これにより、第２金属部材３は、第１金属部材２の外周面に嵌合されることになる。

なお、円筒状部２ａの中心軸Ｃは、デフケース全体の中心軸であって、車両における左右の車輪にそれぞれ連結されたドライブシャフトの中心軸でもある。車両に搭載された前記車両用デファレンシャル装置において、デフケースとしての第１金属部材２、及び、リングギヤとしての第２金属部材３は、円筒状部２ａの中心軸Ｃのまわりに回転（自転）可能に支持され、この回転（自転）が、前記左右のドライブシャフトに同じ回転数又は異なる回転数でもって伝達されるように構成される。

本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、第１金属部材２の外周面に第２金属部材３を嵌合するとともに、この第２金属部材３をフランジ部２ｂに当接せしめた状態で、第２金属部材３とフランジ部２ｂとが互いに当接してなる当接部４を、その周方向に沿って全周にわたりレーザ溶接するように構成されている。

ここで、第２金属部材３をフランジ部２ｂに当接させるために、レーザ溶接装置１は、２つのクランプ部材７，８を備えている。以下、２つのクランプ部材７，８のうちの一方を第１クランプ部材７と呼称し、他方を第２クランプ部材８と呼称する。

図２Ａ及び図２Ｂに例示するように、第１及び第２クランプ部材７，８は、第２金属部材３におけるフランジ部２ｂ側の側面３ａ（図１における右側の側面）が、第１金属部材２のフランジ部２ｂにおける円筒状部２ａ側の側面２ｄ（図１における左側の側面）に当接するように、第１及び第２金属部材２，３を中心軸Ｃ方向に挟んでクランプする。

このうち、第１クランプ部材７は、略円筒状に形成されており、第１金属部材２と略同軸に配置されている。この第１クランプ部材７は、第１金属部材２の外周面に嵌合された第２金属部材３がフランジ部２ｂに当接するように、第２金属部材３をフランジ部２ｂに向けて加圧することができる。

具体的に、第１クランプ部材７は、第２金属部材３を押圧するためのクランプ面７１を有している。このクランプ面７１は、図３に示すように円環状に形成されており、第２金属部材３（具体的には、第２金属部材３におけるフランジ部２ｂ側とは反対側の側面）に当接した状態で、第２金属部材３をフランジ部２ｂ側（図１における右側）へ押圧する。クランプ面７１が第２金属部材３を押圧することによって、第２金属部材３は、フランジ部２ｂに向けて加圧される。なお、第１クランプ部材７による加圧量（具体的には加圧力）は、第１クランプ部材７に連結されたプレス装置１２によって制御されるようになっている。

第１クランプ部材７は、本実施形態における「加圧手段」の例示である。また、クランプ面７１は、本実施形態における「押圧部」の例示である。押圧部としてのクランプ面７１は、図３及び図４に例示するように、周方向に並んだ複数の部材７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄに分割されている。

具体的に、第１クランプ部材７におけるクランプ面７１側の端部には、図３及び図４に例示するように、中心軸Ｃ方向に沿って４本の溝７２が設けられている。４本の溝７２は、周方向において９０度おきに設けられていて、円環状のクランプ面７１を４つの円弧に分断する。これにより、クランプ面７１は、第１クランプ面７１ａと、第２クランプ面７１ｂと、第３クランプ面７１ｃと、第４クランプ面７１ｄと、に分割される。

一方、第２クランプ部材８は、第１クランプ部材７と同様に略円筒状に形成されており、第１金属部材２と略同軸に配置されている。図１及び図２Ａに例示するように、第２クランプ部材８は、そのクランプ面８ａがフランジ部２ｂにおける円筒状部２ａとは反対側の側面に当接した状態で、フランジ部２ｂを第２金属部材３側（図１における左側）へ押圧する。第２クランプ部材８のクランプ面８ａがフランジ部２ｂを押圧することによって、フランジ部２ｂは、第２金属部材３に向けて加圧される。

第１及び第２クランプ部材７，８がそれぞれ第２金属部材３及びフランジ部２ｂを押圧することにより、第１金属部材２のフランジ部２ｂにおける円筒状部２ａ側の側面３ａと、第２金属部材３におけるフランジ部２ｂ側の側面２ｄと、が所定のクランプ力（例えば数１０ｋＮ）でもって当接することになる。これにより、第２金属部材３は、第１金属部材２のフランジ部２ｂに押し当てられて、第１金属部材２に対して中心軸Ｃ方向に位置決めされることになる。そうして、第１及び第２金属部材２，３が互いに当接することで、第１金属部材２と第２金属部材３の間に当接部４が構成される。

また、図１及び図２Ａに例示するように、第１クランプ部材７におけるクランプ面７１側の内周部には、第１嵌合部７ｂが形成されている。この第１嵌合部７ｂは、第１金属部材２に設けられた円筒状部２ｃ（円筒状部２ａよりも僅かに径が小さい）に嵌合する。この円筒状部２ｃは、第１金属部材２において、円筒状部２ａに対してフランジ部２ｂとは反対側に設けられている。第１クランプ部材７におけるクランプ面７１側の端部及びその近傍部は、リングギヤとしての第２金属部材３の径方向内側に入り込む。その状態では、クランプ面７１は、第２金属部材３におけるフランジ部２ｂとは反対側の側面に当接することになる。

一方、第２クランプ部材８の内周部には、第２嵌合部８ｂが形成されている。この第２嵌合部８ｂは、第１金属部材２の中心軸Ｃ方向の前記一側（第１クランプ部材７とは反対側）の端部に嵌合する。第２クランプ部材８は、電動モータ等を含む駆動装置１１に連結されている。この駆動装置１１は、第２クランプ部材８を介して、前記のようにクランプされた第１及び第２金属部材２，３を中心軸Ｃまわりに回転させる。なお、駆動装置１１を第２金属部材３と連結し、前記のようにクランプされた第１及び第２金属部材２，３を中心軸Ｃまわりに回転させるように構成してもよい。

本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、第１及び第２金属部材２，３の当接部４に向けてレーザ光を照射することにより、この当接部４を周方向に沿ってレーザ溶接するレーザ出射装置１５をさらに備えている。レーザ出射装置１５は、本実施形態における「レーザ出射手段」の例示である。

ここで、レーザ出射装置１５は、不図示の支持部材により支持されている。本実施形態では、第１及び第２金属部材２，３の当接部４に溝部４ａを設けておき、この溝部４ａにフィラー材３０を供給しつつレーザ溶接する。そのために、レーザ出射装置１５は、ワイヤー状のフィラー材３０を供給するフィラー材供給装置（不図示）を有している。

具体的に、本実施形態に係る溝部４ａは、第１及び第２金属部材２，３における当接部４の外面（径方向外側に面する外周面）に設けられている。この溝部４ａは、周方向に沿って延びる開先として形成されており、径方向外側に開口し、かつ径方向内側に向かって延びている。溝部４ａの底部には、径方向内側に向かって延びる貫通孔４ｂが設けられており、この貫通孔４ｂを介して溝部４ａと内部空間４ｃとが連通している。

内部空間４ｃは、第１及び第２金属部材２，３の少なくとも一方によって区画されており、当接部４（具体的には溝部４ａの底部）に連通するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る内部空間４ｃは、図２Ａ及び図２Ｂに例示するように、第１金属部材２と、第２金属部材３と、の双方によって区画されている。この内部空間４ｃは、溝部４ａ及び貫通孔４ｂに対して径方向内側に配置されており、第２金属部材３に設けられた外部開放孔４ｄを介して外部と連通している。内部空間４ｃは、後述のように「ブローホール対策空間」として機能する。

なお、図２Ｂに示すように、溝部４ａ及び内部空間４ｃを設けた分だけ、第１金属部材２において第２金属部材３と当接する側面２ｄ、及び、第２金属部材３において第１金属部材２と当接する側面３ａの厚み（具体的には、径方向における側面２ｄ，３ａの寸法）が短くなる。これにより、当接部４の面積が縮小することになる。

また、不図示のフィラー材供給装置は、第１及び第２金属部材２，３の当接部４（より具体的には、溝部４ａ）に向けて、フィラー材３０を供給するように構成されている。フィラー材供給装置によって供給されるフィラー材３０は、Ｎｉを主成分とし（７０質量以上含有）かつ、その他にＣｒ等を含有する材料からなる。

よって、レーザ出射装置１５は、そのレーザ溶接の際、フィラー材供給装置によって供給されたフィラー材３０を、当接部４に向けて照射されたレーザ光により溶融して、その当接部４に設けた溝部４ａに充填する。フィラー材３０の充填については、図５も参照されたい。

すなわち、フィラー材３０が溶融されると、図５に示すように当接部４における溝部４ａに充填される。ここで、溶融したフィラー材３０内でガスが発生したり、レーザ溶接装置１の外部からガスが侵入したりすると、フィラー材３０の凝固時にガスが閉じ込められる可能性がある。そうして閉じ込められたガスは、気泡状のブローホールＢを形成することになるものの、溶接部の強度を確保するためには、ブローホールＢの形成は、可能な限り抑制することが求められる。

一方、本実施形態では、フィラー材３０の充填先である溝部４ａに貫通孔４ｂを設けるとともに、その貫通孔４ｂを介して、溝部４ａと、内部空間４ｃ及び外部開放孔４ｄと、を連通させている。したがって、図５の矢印Ａ１，Ａ２に示すように、フィラー材３０の内部に閉じ込められたガスを、貫通孔４ｂ、内部空間４ｃ及び外部開放孔４ｄを介して外部に放出することができる。そのことで、ブローホールＢの形成を抑制することが可能となる。

また、図１～図４に例示するように、本実施形態において加圧手段をなす第１クランプ部材７は、この第１クランプ部材７の加圧方向（中心軸Ｃ方向）における第１クランプ部材７の歪み量を検出する歪みゲージ２１を有している。歪みゲージ２１は、本実施形態における「歪み検出手段」の例示である。

歪みゲージ２１は、周方向に沿って、第１クランプ部材７における複数箇所に設けられている。すなわち、前述のように、第１クランプ部材７のクランプ面７１は、周方向に沿って第１クランプ面７１ａ、第２クランプ面７１ｂ、第３クランプ面７１ｃ及び第４クランプ面７１ｄに分割されており、そうして分割されたそれぞれに、歪み検出手段としての歪みゲージ２１が設けられている。

具体的に、各歪みゲージ２１は、第１クランプ面７１ａ～第４クランプ面７１ｄそれぞれの外周面（凹部７ｃが形成された部分）に設けられている。これら４つの歪みゲージ２１を区別しない場合には、単に歪みゲージ２１と呼称し、区別する場合には、それぞれ、第１歪みゲージ２１ａ、第２歪みゲージ２１ｂ、第３歪みゲージ２１ｃ及び第４歪みゲージ２１ｄと呼称する。

なお、図４の矢印は、駆動装置１１による第１及び第２金属部材２，３の中心軸Ｃまわりの回転方向を指す。この矢印に示すように、駆動装置１１が作動すると、レーザ出射装置１５は、前記当接部４において、第１クランプ面７１ａによって押圧されている部位（Ａ）、第２クランプ面７１ｂによって押圧されている部位（Ｂ）、第３クランプ面７１ｃによって押圧されている部位（Ｃ）、及び、第４クランプ面７１ｄによって押圧されている部位（Ｄ）の順番で、レーザ光を照射する。以下、当接部４における部位（Ａ）を「第１ブロックＡ」と呼称し、部位（Ｂ）を「第２ブロックＢ」と呼称し、部位（Ｃ）を「第３ブロックＣ」と呼称し、部位（Ｄ）を「第４ブロックＤ」と呼称する場合がある。

歪みゲージ２１の出力は、アンプ２３を介して判定装置２４に入力される。この判定装置２４は、第１及び第２クランプ部材７，８による第１及び第２金属部材２，３のクランプ時に、各歪みゲージ２１による出力（歪み量）を例えばゼロに初期化しておき、レーザ溶接の最中、各歪みゲージ２１により得られる中心軸Ｃ方向の残留歪み量（本実施形態では、クランプ時の歪み量に対する残留歪み量）をモニタすることができる。

ここで、図６は当接部４における圧縮応力を説明するための図であり、図７は加圧力と圧縮応力との関係を例示する図である。図７の下図において、横軸は駆動装置１１による回転角度を示しており、縦軸は歪み量に対応した圧縮応力を示している。

第１歪みゲージ２１ａ～第４歪みゲージ２１ｄによる出力は、例えば図６、及び、図７の下図に示すように変化する。すなわち、例えば当接部４にレーザ光が照射されると、その当接部４が加熱により膨張（加熱膨張）した後、凝固の進行に伴う収縮（凝固収縮）を経て、自然冷却とともに収縮（熱収縮）することになる。

例えば、前述の第１ブロックＡにレーザ光が照射されると、その当接部４が中心軸Ｃ方向へ加熱膨張しようとするが、第１及び第２クランプ部材７，８によるクランプによって膨張が妨げられることになる。この場合、第１クランプ部材７には圧縮応力が作用することになるから、第１ブロックＡ付近に設けられた第１歪みゲージ２１ａは、圧縮応力を示す出力値（図７の下図では、正の出力値）を出力することになる。その後、駆動装置１１による第１及び第２金属部材２，３の中心軸Ｃまわりの回転により、第１ブロックＡに続いて第２ブロックＢにレーザが照射されると、第１ブロックＡにおける当接部４は、冷却等に起因して収縮しようとする。この場合、第１クランプ部材７に作用する圧縮応力は、少なくとも低減することになる。そのため、第１歪みゲージ２１ａは、膨張時よりもゼロに近い圧縮応力を検出することになる。このように第１歪みゲージ２１ａにより検出される圧縮応力は、レーザ光の照射直後にピークをなす。

また、駆動装置１１による回転により、第１ブロックＡに続いて第２ブロックＢにレーザ光が照射されると、第２ブロックＢ付近に設けられた第２歪みゲージ２１ｂは、第１歪みゲージ２１ａと同様に、圧縮応力を示す出力値を出力した後に、元の出力値（ゼロ）に戻ろうとする。第２歪みゲージ２１ｂの出力は、第１歪みゲージ２１ａの出力に対して、第１及び第２金属部材２，３が９０度回転するのに要する時間分だけ遅れて出力することになる。次いで、第２ブロックＢに続いて第３ブロックＣにレーザ光が照射されると、第３歪みゲージ２１ｃが、第１及び第２歪みゲージ２１ａと同様の出力値を、第２歪みゲージ２１ｂに対して遅れて出力し、最後に、第４歪みゲージ２１ｄは、第１歪みゲージ２１ａ～第３歪みゲージ２１ｃと同様の出力値を、第３歪みゲージ２１ｃに対して遅れて出力する。その結果、図７の下図に例示するように、第１ブロックＡ、第２ブロックＢ、第３ブロックＣ及び第４ブロックＤの順番で、歪み量（圧縮応力）がピークを示すことになる。

レーザ溶接の終了後、各歪みゲージ２１の出力値は、通常ゼロには戻らず、正又は負の出力値（正の値となることが多い）を出力するようになる。この出力値が、中心軸Ｃ方向の残留歪み量を表すことになる。すなわち、囲み部Ｃにおける出力値が正の値である場合には、引張方向の残留歪み量であり、出力値が負の値である場合には、圧縮方向の残留歪み量である、この出力値は、時間の経過に伴って安定するようになるので、例えば、レーザ溶接の開始から所定時間経過の出力値を、残留歪み量とみなすことができる。

このように、第１クランプ部材７において歪みゲージ２１が配設された部位における中心軸Ｃ方向の歪み量は、第２金属部材３において該歪みゲージ２１に対応する部位に生じる中心軸Ｃ方向の歪み量、ひいては同部位に作用する圧縮応力と対応しており、このことから、各歪みゲージ２１により得られる残留歪み量は、第２金属部材３に生じる中心軸Ｃ方向の残留歪み量と対応していることになる。

４つの歪みゲージ２１よりそれぞれ得られる残留歪み量が同じであれば、第２金属部材３は、中心軸Ｃ方向に変形しているだけで、中心軸Ｃに対して傾斜していないことになるが、少なくとも１つの歪みゲージ２１より得られる残留歪み量が、他の歪みゲージ２１より得られる残留歪み量と異なる場合には、第２金属部材３は、中心軸Ｃに対して傾斜していることになる。

このように、本実施形態に係るレーザ溶接装置１では、第１金属部材２に第２金属部材３を加圧した状態で、周方向に沿ってレーザ溶接を行っていくことになる。そのため、周方向における最終溶接部、具体的には第２金属部材３における第４ブロックＤに応力が集中してしまい、その第４ブロックＤにおいて座屈が生じる可能性がある。

ここで、第４ブロックＤにおいて座屈が生じた場合、４つの歪みゲージ２１よりそれぞれ得られる残留歪み量のうち、第４ブロックＤにおける残留歪み量が、他のブロックＡ～Ｃにおける残留歪み量と相違することになる。また、第４ブロックＤに応力が集中した場合、図７の下図に示すように、第４ブロックＤにおける歪み量のピークの高さが、他のブロックＡ～Ｃに比して高くなるものと考えられる。歪み量のピークは、レーザ溶接の終了後ではなく、レーザ溶接の最中に検出することができる。

すなわち、各ブロックＡ～Ｄにおける歪み量のピークの高さを判定することで、いずれかのブロックＡ～Ｄに応力が集中していること、ひいては残留歪み量にバラツキが生じてしまい座屈が生じ得ることを、レーザ溶接の最中に予め検知することができる。

そこで、本実施形態に係る判定装置２４は、歪みゲージ２１による検出結果に基づいて、レーザ溶接の最中に第１クランプ部材７の加圧量を調整するように構成されている。

具体的に、判定装置２４は、第１クランプ部材７の加圧量を調整するための調整部２４ｂを有している。この調整部２４ｂは、歪みゲージ２１の出力値に基づいて各ブロックＡ～Ｄにおける歪み量を判定するとともに、少なくとも１つのブロックＡ～Ｄ（具体的には、最終溶接部としての第４ブロックＤ）における歪み量の大きさが第１基準値Ｆ１以上の場合には、該第１基準値Ｆ１未満の場合に比して、第１クランプ部材７による加圧力を低減する（図７の上図を参照）。調整部２４ｂは、本実施形態における「調整手段」の例示であり、第１基準値Ｆ１は、本実施形態における「所定の基準値」の例示である。

さらに詳しくは、本実施形態に係る調整部２４ｂは、プレス装置１２に対して電気信号を出力するように構成されている。調整部２４ｂは、プレス装置１２を介して前述のクランプ力を調節することで、第１クランプ部材７の加圧力（加圧量）を調整することができる。

ところで、レーザ溶接の開始前から第２金属部材３が中心軸Ｃに対して傾斜していた場合、第１金属部材２に第２金属部材３を当接させた直後であっても、残留歪み量の場合と同様に、少なくとも１つの歪みゲージ２１より得られる歪み量が、他の歪みゲージ２１より得られる歪み量と相違することになる。

すなわち、判定装置２４は、レーザ溶接の最中に応力が集中していることを判定するばかりでなく、レーザ溶接の開始前に、第２金属部材３の寸法精度不良を判定することもできる。

具体的に、本実施形態に係る判定装置２４は、歪みゲージ２１による検出結果に基づいて、レーザ溶接の開始前に第２金属部材３の寸法精度不良を判定するように構成されている。より詳細には、判定装置２４は、レーザ溶接の開始前に、歪みゲージ２１の出力値に基づいて各ブロックＡ～Ｄにおける歪み量を判定するとともに、少なくとも１つのブロックＡ～Ｄにおける歪み量の大きさが、所定の第２基準値Ｆ２以上の場合には、第２金属部材３に寸法精度不良が生じていると判定する。判定装置２４による判定結果は、作業者に情報を通知するための表示部２４ａに表示される。

以下、レーザ溶接方法の具体例について説明する。

図８は、レーザ溶接方法の具体的な手順を例示するフローチャートである。先ず、図８のステップＳ１に例示するように、作業者が、第１金属部材２における円筒状部２ａの外周面に、第２金属部材３を嵌合する。

続いて、図８のステップＳ２に例示するように、第２金属部材３をフランジ部２ｂに向けて加圧する第１及び第２クランプ部材７，８によって、円筒状部２ａの外周面に嵌合された第２金属部材３をフランジ部２ｂに当接させる。具体的に、第２金属部材３におけるフランジ部２ｂ側の側面３ａが、フランジ部２ｂにおける円筒状部２ａ側の側面２ｄに当接するように、第１及び第２クランプ部材７，８によって第１及び第２金属部材２，３を中心軸Ｃ方向に挟んでクランプする。

次いで、ステップＳ３に例示するように、歪みゲージ２１の検出結果に基づいて、判定装置２４が第２金属部材３の寸法精度不良を判定する。具体的に、判定装置２４は、第１歪みゲージ２１ａ～第４歪みゲージ２１ｄの少なくとも１つによって検出された歪み量（圧縮応力）が、前述の第２基準値Ｆ２以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、第２金属部材３に寸法精度不良が生じていると判定し、その旨が表示部２４ａに表示される。この場合、ステップＳ３からステップＳ４へ進み、作業者はレーザ溶接を取り止めることになる。レーザ溶接を取り止めた場合、寸法精度不良が生じている部材が交換される。

一方、ステップＳ３の判定がＮＯの場合は、ステップＳ３からステップＳ５へ進み、レーザ溶接が開始される。具体的に、駆動装置１１が、クランプされた状態にある第１及び第２金属部材２，３を中心軸Ｃまわりに回転させる。それと同時に、レーザ出射装置１５が、第１及び第２金属部材２，３の当接部４に向けてレーザ光を照射する。前述のように、レーザ光は、第１ブロックＡ、第２ブロックＢ、第３ブロックＣ及び第４ブロックＤの順番で照射される。

そこで、ステップＳ５から続くステップＳ６において、全ブロックに対してレーザ溶接が完了したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合はステップＳ７へ進み、レーザ溶接を終了する。その場合、作業者は、溶接品を次の組み立て工程に供給する。

一方、ステップＳ６の判定がＮＯの場合、ステップＳ５からステップＳ８へ進む。このステップＳ８においては、歪みゲージ２１の検出結果に基づいて、判定装置２４が、最終溶接部としての第４ブロックＤに座屈が生じることを予測する。具体的に、判定装置２４は、第４歪みゲージ２１ｄによって検出された歪み量（圧縮応力）が、前述の第１基準値Ｆ１以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、判定装置２４は、最終溶接部としての第４ブロックＤに応力が集中しており、座屈が生じ得ると判定する。その場合は、ステップＳ８からステップＳ９に進み、判定装置２４における調整部２４ｂが、プレス装置１１を介して第１クランプ部材７の加圧力を低減する。

図７に示す例では、第１及び第２金属部材２，３が所定角度θだけ回転したタイミングで、第４歪みゲージ２１によって検出された歪み量が第１基準値Ｆ１以上となり、加圧力が低減されるようになっている。加圧力が低減されると、図７にて太線で示した（Ｄ）’のように、第４ブロックＤにおける圧縮応力が低減される。その場合、同図の囲み部Ｃに示すように、第１ブロックＡ～第３ブロックＣにおける残留歪み量と、圧縮応力を低減した場合の第４ブロックＤ’における残留歪み量と、が略一致することになる。これにより、座屈の発生が防止される。

また、ステップＳ９に示す処理が終了すると、ステップＳ６へ戻る。ステップＳ８の判定がＮＯで合って場合も、ステップＳ９をスキップしてステップＳ６へ戻る。そうして、全ブロックＡ～Ｄに対するレーザ溶接が完了するまで、各ブロックＡ～Ｄにおける圧縮応力がモニタされ続けるようになっている。

以上説明したように、歪みゲージ２１より検出された歪み量が大きい場合は、その歪み量が小さい場合に比して、最終溶接部において座屈が生じる可能性が高いと判定することができる。図８のステップＳ８に例示したように、その場合は加圧量を低減することで、座屈の発生を抑制することができる。

また、図５等に例示したように、ブローホールＢの発生を抑制するための内部空間４ｃを設けた場合、第１及び第２金属部材２，３における当接部４の面積が縮小し、該当接部４の強度が低下する可能性がある。このことは、最終溶接部に座屈を招くおそれがあるため望ましくない。

しかしながら、前記のレーザ溶接方法のように、歪みゲージ２１による検出結果に基づいて加圧量を調整することで、内部空間４ｃによるブローホールＢの抑制と、最終溶接部における座屈の抑制と、を両立することができる。

また、図２Ａ等に例示したように、フィラー材３０を受け入れためのスペースを確保するべく溝部４ａを設けた場合、第１及び第２金属部材２，３における当接部４の面積が縮小し、該当接部４の強度が低下する可能性がある。このことは、最終溶接部に座屈を招くおそれがあるため望ましくない。

しかしながら、前記のレーザ溶接方法のように、歪みゲージ２１による検出結果に基づいて加圧量を調整することで、溝部４ａによるフィラー材３０の受け入れと、最終溶接部における座屈の抑制と、を両立することができる。

また、図３及び図４に例示したように、クランプ面７１を第１クランプ面７１ａ～第４クランプ面７１ｄに分割することで、第１クランプ面７１ａに作用する圧縮応力が、第２クランプ面７１ｂ～第４クランプ面７１ｄに与える影響を抑制することができる。これにより、第１クランプ面７１ａ～第４クランプ面７１ｄのそれぞれに設けた歪みゲージ２１の検出精度を高めることができる。

また、第２金属部材２，３に寸法精度不良が生じていた場合、レーザ溶接後に座屈に至る可能性がある。そこで、図８のステップＳ３に例示したように、レーザ溶接の開始前に第２金属部材２，３の寸法精度不良を判定することで、最終溶接部における座屈の発生を抑制する上で有利になる。

また、前記のレーザ溶接方法によれば、第２金属部材３としての座屈のないリングギヤを、第１金属部材２としてのデフケースに固定することができるので、車両用デファレンシャル装置が車両に搭載された状態で、ギヤノイズ及び振動が生じるのを防止することができる。

《他の実施形態》
前記実施形態では、判定装置２４は、歪み量が第１基準値Ｆ１以上の場合に加圧力を低減するように構成されていたが、この構成には限定されない。例えば、歪み量の経時変化をリアルタイムでモニタし、その変化量が所定値を超えた場合、すなわち、歪み量が急峻に増加した場合に加圧力を低減してもよい。

１ レーザ溶接装置
２ 第１金属部材（デフケース）
２ａ 円筒状部
２ｂ フランジ部
３ 第２金属部材（リングギヤ）
４ 当接部
４ａ 溝部
４ｃ 内部空間
７ 第１クランプ部材（加圧手段）
７１ 第１クランプ部材のクランプ面（押圧部）
７１ａ 第１クランプ面（複数の部材）
７１ｂ 第２クランプ面（複数の部材）
７１ｃ 第３クランプ面（複数の部材）
７１ｄ 第４クランプ面（複数の部材）
１５ レーザ出射装置（レーザ出射装置）
２１ 歪みゲージ（歪み検出手段）
２４ｂ 調整部（調整手段）
Ｆ１ 第１基準値（所定の基準値）
Ｃ 円筒状部の中心軸（加圧方向）

Claims (8)

1. 円筒状部、及び該円筒状部の外周面から突出したフランジ部を有する第１金属部材と、該外周面に嵌合されたリング状の第２金属部材と、を前記円筒状部の周方向に沿ってレーザ溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記第２金属部材を前記外周面に嵌合する工程と、
   前記第２金属部材を前記フランジ部に向けて加圧する加圧手段によって、前記外周面に嵌合された前記第２金属部材を前記フランジ部に当接させる工程と、
   前記第１及び第２金属部材が互いに当接してなる当接部を、前記周方向に沿ってレーザ溶接する工程と、を備え、
   前記加圧手段は、該加圧手段の加圧方向における歪み量を検出するように、前記周方向に沿って複数箇所に設けられた歪み検出手段を有し、
   前記歪み検出手段による検出結果に基づいて、前記レーザ溶接の最中に前記加圧手段の加圧量を調整する
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 請求項１に記載されたレーザ溶接方法において、
   前記歪み量の大きさが所定の基準値以上の場合には、該基準値未満の場合に比して前記加圧手段による加圧力を低減する
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 請求項１又は２に記載されたレーザ溶接方法において、
   前記第１及び第２金属部材の少なくとも一方は、前記当接部に連通する内部空間を区画する
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載されたレーザ溶接方法において、
   前記当接部の外面には、前記周方向に沿って延びる溝部が設けられている
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載されたレーザ溶接方法において、
   前記加圧手段は、前記第２金属部材を押圧することによって、該第２金属部材を前記フランジ部に向けて加圧する押圧部を有し、
   前記押圧部は、前記周方向に並んだ複数の部材に分割され、
   前記複数の部材のそれぞれに、前記歪み検出手段が設けられている、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載されたレーザ溶接方法において、
   前記歪み検出手段による検出結果に基づいて、前記レーザ溶接の開始前に前記第２金属部材の寸法精度不良を判定する工程を備える
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載されたレーザ溶接方法において、
   前記第１金属部材は、車両用デファレンシャル装置のデフケースであり、
   前記第２金属部材は、前記デフケースに固定されるリングギヤである、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
8. 円筒状部、及び該円筒状部の外周面から突出したフランジ部を有する第１金属部材と、該外周面に嵌合されたリング状の第２金属部材と、を前記円筒状部の周方向に沿ってレーザ溶接するレーザ溶接装置であって、
   前記外周面に嵌合された前記第２金属部材が前記フランジ部に当接するように、前記第２金属部材を前記フランジ部に向けて加圧する加圧手段と、
   前記第１及び第２金属部材が互いに当接してなる当接部を、前記周方向に沿ってレーザ溶接するレーザ出射手段と、を備え、
   前記加圧手段は、該加圧手段の加圧方向における歪み量を検出するように、前記周方向に沿って複数箇所に設けられた歪み検出手段を有し、
   前記歪み検出手段による検出結果に基づいて、前記レーザ溶接の最中に前記加圧手段の加圧量を調整する調整手段をさらに備える
   ことを特徴とするレーザ溶接装置。

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