JPH0215891A - トルクコンバータとその溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明はレーザビーム及び電子ビームなど高エネルギー
ビームを用いる金属溶接に係わる。

特に、トルクコンバータのカバ一部分を接続しかつシー
ルするジヨイントのシーム溶接に係わる。

〔従来技術と問題点〕

通常、自動車トランスミッション用のトルクコンバータ
には、２個のカバ一部分即ち“インペラーハウジングと
コンバータカバーがその重なり合ったつなぎ目にそった
すみ肉溶接により接合されて設けられている。溶接は、
金属不活性ガス（ＭＩＧ＞溶接技術を用いて不活性ガス
雰囲気で作動する１弧溶接ガンで発生する熱により行わ
れる。カバー及びハウジングの溶融金属に溶解融合せる
溶加ワイヤが母材に加えられすみ肉のための材料を提供
する。

溶接前、このカバー及びハウジング部材は３゜５００’
ｌ−ン又はそれ以上といった巨大な加圧力を具えたプレ
スで高張力低合金鋼より所望の形状に形成される。プレ
スによる大成形圧力でカバー及びハウジングを形成する
工程において、かなりの大きさの残留応力が発生し形成
後も部材中に残る。

ＭＩＧ溶接などの在来の溶接の場合、カバー及びハウジ
ングの接合部のつぎ目近くの大面積領域にわたり高温度
が拡がる。Ｉ！ａｆＡ度により成形中発生した残留応力
が解放され、溶接の熱により残留応力が除かれるのでカ
バー及びハウジングのゆがみが発生ずる。

自動車の場合、カバー及びハウジング両部材の溶接によ
り形成された組立体が車を動かすエンジンの高速度で回
転する。この状態における良好な性能発揮のためは回転
軸の周りにおけるトルクコンバータの正確なダイナミッ
クバランスが不可欠である。トルクコンバータの成形及
び溶接後における良好なバランスを保証するために、性
／ｌｌ準により決められる許容できるバランス範囲内に
トルクコンバータ組立体のバランスを回復させるようカ
バ一部材の外面に重聞体が取付けられる。残留応力に打
勝つのに伴うゆがみ及び普通の溶接工程に要する溶加ワ
イヤの添加の両者は、トルクコンバータの初期バランス
をかく乱し普通の溶接工程のこれら好ましからざる効果
が除かれた場合に要するよりも更に大きな矯正バランス
ｌｆｆ１及び慎ルな注意がダイナミックバランスに要す
るよう働く。

インペラハウジング及びコンバータカバーを製作しこれ
ら部材を重ね継ぎで組み立てるのに要する必要な製造及
び組立の許容誤差によりハウジングとカバーが重ね合わ
されシームの形成される個所のハウジングの内面とカバ
ーの外面との間に間隙が発生ずる。その重合個所におけ
る外側部材の内面の位置はその部材に対する許容誤差の
範囲内でいろいろ変わり、１合個所における内側部材の
外面の位置もその部材に与えられた許容誤差の範囲内で
変わることがある。従って、間隙の大きさは溶接により
接合さるべきカバー及びハウジングの両部材に係わる許
容誤差の組合ゼに従って変動する。１弧溶接の場合、間
隙が有ってもこれは重大な困難をもたらりものではない
。大ｍの発生熱、これに伴う広域にわたる温度上昇なら
びに溶加ワイヤの使用により、間隙を補い効果的接合を
実施するのに十分な聞の溶融金属が提供される。

黙しながら１、本発明における如く僅小面域又は点に東
中した溶接ビームを用い溶接を行い溶加ワイヤを使用し
ないような場合には間隙の存在は重大な困ｎ性をもたら
ず。にも拘らず溶接前のＢ　ＩＭは、カバー及びハウジ
ングの組立を保シ）゛するのに要する許容誤差のため不
可欠である。

組立体には圧カドランスミッション流体を入れた外殻体
が含まれる。従って、カバーとハウジングとの間におけ
るシーム溶接により液Ｉｔ流体に対する洩れのないシー
ルが形成されねばならぬ。又、これら必要条件に従って
溶接の程度はできるだけ確実に行うべきである。

〔発明の構成〕

本発明の方法により行われるシーム溶接の場合、溶接物
の近くで重ね合わされるインペラハウジングとコンバー
タカバーの部分に対し浅い角度で向けられた溶接ビーム
好適にはレーザビームが使用される。この角度は、重ね
合いにおける外部部材普通の場合インペラーハウジング
上にビームが向けられるように選ばれる。ビームの集中
域は、外１１！ＩＪ部材の内面から外面までの距離の約
１７３即ち０、５＃ＩＩｌ＋　−１、７ｍの点の外側部
材の壁Ｆに位置する。この集中域は更に、溶接工程で得
られる溶接ナゲツトの全長が少なくともインペラーハウ
ジング又はコンバータカバーの壁の厚さに等しくなるよ
うにインペラーハウジングの自由縁部から十分遠ざかっ
ておかれる。ナゲツトがこの長さの時には、継ぎ目の破
壊テストによる経験の示す所によると欠陥発生は溶接部
よりハウジングやカバーの厚み部分を通じてより多く起
こる。

溶接ビームを既述の如く外側部材上に当てることにより
ハウジングの壁厚を通ずる温度変化又は勾配が誘発され
、もう１つの温度勾配がカバーの壁厚を通じて発生する
。ハウジング壁における温度勾配は、集中域及び内面に
近い所でより高い温度が発生し、外面で低温度が発生す
るように形成されている。カバー壁における温度勾配は
、外面でより高い温度が発生し低温度が下面において発
生するように形成されている。これらの温度勾配により
それぞれの部分のルみを通じる熱曲げ七−メントが誘発
され、ハウジングの外方への熱膨張をおさえ勾配がない
場合にお１プるよりも大きなカバ一部材の外方への熱膨
張を引き起す傾向が示される。

他方、若し集中域が重合域におけるハウジング壁厚の中
間点近くに当てられた場合、壁厚を通ずる湿度変化は殆
ど均一となる。そこで、ハウジング壁は主として高温度
により半径方向外方に膨張するが曲げ効果は殆ど伴わず
従って間隙の幅を増加させる傾向を示す。然し、本発明
による集中域の位置ぎめによりこの外方膨張をおさえる
熱曲げモーメントが誘起されそれにより間隙のサイズを
減らす。更に、カバーの厚みを通ずる熱勾配によりカバ
ーの外方半径方向膨張が増加し、これによっても間隙の
幅が減らされる。これらの諸条件はカバー及びハウジン
グの上昇温度の効果と組合わさってカバー及びハウジン
グの両部材が溶接工程の前に重ね合わされて組立てられ
る際における周辺温度で形成されている間隙のサイズを
低減、最小化し若しくは完全になくす。

約１８Ａｉ＃（４０ボンド）のｆｆ１社のあるトルクコ
ンバータが溶接後比較的大きな速度で回転され対称軸線
周りのそのダイナミックバランスが測定される。許容し
難い不均衡を矯正するため、重量物を外面に固定する。

本発明による溶接工程では溶接に際しなんら余分の溶加
ワイヤなどを使用せず、熱の必要度が在来の溶接方法よ
りかなり少なくて済む。従って、溶融状態になる金属の
思は最小におさえられ溶接後におけるその位置は正確に
予知できるものであり、バランスに対し実質上なんらの
悪影響を及ぼすものではない。これらの理由で上記の如
く接合が行われる時トルクコンバータ組立体のバランス
をとり直すのに溶接後髪するバランス重量及び時間はか
なり少なくて済む。

組立後で溶接前のトルクコンバータは取付具内に保持さ
れ、対称＠線層りの回転ができるよう支持される。カバ
ー及びハウジングは溶接ビームの軸線に対し対称軸線周
りに一体として回転され、約２２８．６１ｍから３３０
．２＃１１１（９インチから１３インチ）の直径を有す
る全周にそってシーム溶接が行われる。溶接速度は毎分
的１．２７０ｓ＋から２．０３２＃１Ｉ１１（５０イン
チから８０インチ）である。本発明による技術を溶接に
利用する３１合、周辺温度における間隙の大きさは好適
には±０．０から−０，５０８＃＋（０，２０インチ）
の範囲内にある。レーザビーム溶接は、Ｎ２Ｏ２ヘリウ
ム又はＮ２Ｏ２アルゴンの若しくはこれらの混合のガス
状雰囲気を溶接ビームの近傍に配貨（必然的にこの近傍
に限られる）してその中で行われる。

〔実施例〕

第１図において、自動トランスミッション用の自動車ト
ルクコンバータ１０には機械的取付ｎ１４によりエンジ
ンクランク軸で駆動されるようになったフライホイール
（図示省略）に接続できるように構成したカバー１１が
設けられている。このカバーはエンジン軸端部に形成し
た四部にぴったり嵌まるようになった表面１６上に支持
されている。ロックアップクラツヂ１８がタービンロー
タ２２のハブ２０上に回転できるよう支持され、タービ
ンロータには、ハブ上に回転可能に支持されかつエンジ
ン軸に平行にして横軸ＩＱ２８に直角にトルクコンバー
タ全長にそって延びる長手方向軸線２６の周りに角度状
に分布された複数枚のタービンブレード２４が含まれる
。組立後、このトルクコンバータは軸線２６を中心とし
てほぼ対称状である。

インペラーハウジング３０がインペラー軸上に担持され
、軸線２６の周りに角度状に相互に間隔をおいた複数枚
のインペラーブレード３１が納められている。インペラ
ーブレードはこのブレードとハウジングが長手方向軸線
の周りに一体状に回転するようインペラーハウジングに
機械的に固定される。

反作用体には、一方伝導りラツヂ４１の外方部材３９に
接続せる複数枚のステータブレード３７が含まれ、クラ
ッチ４１の内方部材４３はトランスミッション入力軸（
図示省略）の外面に組立てられそれによりクラッチ４１
により入力軸に対する一方伝導が行われるよう構成され
ている。

インペラーハウジングとトルクコンバータカバーは重ね
合わされ、ハウジング及びカバーの全周にわたり延びる
溶着部４５により接合され、ハウジング及びカバーの組
立体内の空間をシールし溶着部を介する液圧流体の流れ
を防止する。

第２図には、溶接の行われるｉ［なり継ぎ目の付近でイ
ンペラーハウジングがフンバータカバーの半径方向外方
におかれている所が示されている。

第３図及び第４図は溶接シームにおける重ね継ぎ目の形
態の詳細を示している。インペラーハウジングは均一な
厚みを有する第１シート３４を形成しており、このシー
トはその面にほぼ直角な縁部３２に延び終わっている。

コンバータカバーは第１シートから半径方向内方に位置
する第２シート３６を形成し、この第２シート３６は溶
接部の付近で第１シートに重ね合わされ、カバーの他の
部分に比較してほぼ平担状にして均一なるも減少された
厚みをもっている。これらの図面はハウジング及びカバ
ーに対する３種の位置を示している。

その中の２つは許容誤差の極限にお【）るハウジング及
びカバーの位ぎを表わしている。この両極限の中間の第
３の位置はハウジング及びカバーの通常の許容誤差の位
置を表わす。両シートの間の間隙Ａは第１シートの半径
方向のもつとも内側の面３８が最大許容誤差位置におか
れ第２シートの外面４２が最小許容誤差位置におかれる
時に最大になる。縁部には隅逃げ４６が形成されハウジ
ング内にカバーを差し込み重ね継ぎを構成することによ
り組立作業を容易ならしめる。

第３図及び第４図に示すインペラーハウジングとコンバ
ータカバーの相対位置は溶接中ずつと堅固な治具に取付
けて定位置に保たれる。この治具により、第１シーｊ・
に向けられかつ第１シートの面に対し１０°から４５°
の範囲の傾斜角で組立体全体が軸１！１１２６の周りに
回転することができる。

溶接ビームは、例えばカリフォルニア州すンジョースの
スペクトラ・フィジックス社（５ｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙ
ｓｉｃｓｊｎｃ　）の製造に係るモデルＮＱ９７５の酋
通の市販溶接機によるレーザビームであることが望まし
い。溶接機には５キロワツトから１５キロワツトの電気
溶接エネルギーが供給される。組立体は軸１２６の周り
にかつ溶接ビームに対し毎分１２７ｃＩＲから２０３．
２ａ＋（５０インヂから８０インチ）の割で回転される
。

溶接ガンによりほぼ円錐形のレーザビームが組立体の方
へ向けられる。このビームはハウジングとの交差により
先端が切られそこでは約０゜７６２ｍｍから１．０１６
ｍ＋＋　（０，０３０インチから０．０４０インチ）の
直径又は金属を溶着するのに通せるもう１つの寸法をと
っている。ビームの頂点から第１シートとの接触面にい
たる距離即ち集中域と呼ばれる領域は溶接工程により形
成される溶接ナゲツト部５０がインペラーハウジング又
はコンバータカバーの厚さにほぼ等しいかこれより若干
大きい長さを有するように第１シート上の縁部３２から
のへだたりで位置する。溶接機に送る電力と溶接ビーム
に対する第１及び第２のシートの移動速度をコント０−
ルすることにより溶接ナゲツト５０の端部を第２シート
内におき、ナゲツ１−が第３図及び第４図に示ず如く第
１シー１〜内に延びる。

基面に対する溶接ビームの入射角が少ない場合には、溶
接ビームは最初に縁部３２に接触するが若しこの入射角
が比較的大きいと、溶接ビームは最初にシート３４の外
面５２に接触する。いずれの場合にも、溶接ビームはシ
ート３４の内面３８とシート３４の中間厚みとの間、好
適には而３８から面５２への距離の約１／３の地点にお
かれる。

集中点をこのように配置することにより面３８近くにお
けるシート３４の材料は面５２近くの材料よりも高い温
度を示ず。更に、第１シートの厚さ部分を通じて温度勾
配Ｂが確立され、第２シート３６の厚みを通じて温度勾
配Ｃが形成される。溶接ビームにより第１及び第２のシ
ートの両方の平均温度が局部的なるもかなり上昇し、そ
れによりその厚みが増え最初の間隙の大きさが低減する
。

更に、第１シートの外面は溶接近傍において内面より低
い温度を示すので、第１シートが円周方向に拡がり加熱
前の初期位置から半径方向外方に動く傾向が、第１シー
トの厚みを通じて曲げを起こしがちの熱曲げモーメント
Ｍ□１の効果により抑制される。第５図にこの曲げモー
メントの向きを示している。シート３４を加熱し集中点
を上記の如く配置することにより、誘起される曲げモー
メントにより、温度勾配Ｂがなかった場合発生するのと
同じ位の第１シートの半径方向拡がりが防止される。若
し集中点がＭ１シートの中間厚さ付近に位置した場合に
は、温度勾配Ｂはかなり少なく、換言すれば第１シート
の厚みを通ずる温度はより均等になり、シーＩ・３４の
中間面に関し殆ど対称状になり、対応する熱モーメント
は小さくなり、第２シートから遠ざかる第１シートの半
径方向拡がりが大きくなる。

同様に、第２シート３６の厚みを通じる温度勾配Ｃによ
り第６図に示すように第２シート内に熱曲げモーメント
ＭＴ２が発生し第１シート３４及び間ｇｉＡの方に向か
った半径方向拡がりを温度勾配Ｃのない場合における半
径方向拡がりに比較して増加さぼる傾向を示す。

従って、第１及び第２のシートの溶接部近くにおける平
均温度の増加と、第１シートと第２シート内に誘起され
る熱曲げモーメントの発住との組合せにより、第１シー
トと第２シートとの間に溶接開始前に形成されている周
隙が減らされ好適にはなくなる。

インペラーハウジングの外周にわたる継ぎ目は溶接ビー
ムに対し毎分的１２７αから２０３．２１（５０インチ
から８０インチ）の割合で第１及び第２のシートをゆっ
くり回転などして形成される。このようにして、溶接ビ
ームにより第１及び第２のシート内に形成される溶融金
属が溶は継ぎ目全体にそった溶接部を完成させる。この
工程で形成される溶接ナゲツトはほぼ溶接ビームの軸線
と平行な向きを示し、第３図及び第４図に示す形態を具
えている。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンバータカバーとインペラーハウジングを接
続する継ぎ溶接を示す流体動力学的トルクコンバータの
一部断面による側面図、第２図は継ぎ目溶接の付近の組
立てを示す第１図より拡大せる尺度で示した断面図、 第３図は溶接ビームの第１人射角を示す継ぎ目溶接の断
面図、 第４図は第３図より大・きな溶接ビーム入射角を示す継
ぎ目溶接の断面図、 第５図及び第６図は第２図の面５−５及び６−６による
断面図である。 １０・・・・・・トルクコンバータ、１１・・・・・・
カバー２２・・・・・・タービンロータ、３０・・・・
・・インペラーハウジング、３２・・・・・・縁部、Ａ
・・・・・・間隙、３８・・・・・・第１シートの内面
、４２・・・・・・第２シー１−の外面、４８・・・・
・・溶接ビーム、５０・・・・・・溶接ナゲツト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接前にシート間に間隙を設けた第１シートと第
   ２シートを溶接するための方法にして、第１シートが第
   ２シートに部分的に重なり、該重なり部近くにおかれ第
   １シート又は第２シートに対して大角度で向けられた縁
   部を形成するように前記シートを配置し、 重なり部付近における第１シートの平面に対し比較的浅
   い角度で前記縁部に向け第１シートに溶接ビームを向け
   、 該溶接ビームの集中点を第１シート上に配し、シートの
   熱膨張が間隙を低減させシートを溶接するよう溶接ビー
   ムでシートを加熱する段階を有する溶接方法。
2. （２）自動車の自動トランスミッションのためのトルク
   コンバータにして、 ハウジングの外周をめぐつて延びる縁部を有する第１シ
   ートを形成するインペラーハウジングと、前記第１シー
   トに向かつて延び該第１シートと部分的に重なり合う第
   ２シートを形成するケーシングと、 特許請求の範囲第１項による方法により製作された第１
   及び第２のシートを接続する溶接部とを有するトルクコ
   ンバータ。
3. （３）溶接前にシート間に間隙を設けた第１シートと第
   ２シートを溶接するための方法にして、第１シートが第
   ２シートに部分的に重なり、重なり部の付近で第１シー
   トの平面に対して比較的浅い角度で第１シートに溶接ビ
   ームを向け、溶接ビームの集中点を第１シート上に配し
   、シートの熱膨張が間隙を低減しシートを溶接するよう
   に溶接ビームでシートを加熱する段階を有する溶接方法
   。
4. （４）自動車の自動トランスミッションのためのトルク
   コンバータにして、 第１シートを形成するインペラーハウジングと、第２シ
   ートを形成し第１シートに部分的に重なるケーシングと
   、 特許請求の範囲第３項による方法で製作された第１シー
   トと第２シートを接続する溶接部を有するトルクコンバ
   ータ。