KR101505766B1

KR101505766B1 - 양측 용접 방법

Info

Publication number: KR101505766B1
Application number: KR1020137026439A
Authority: KR
Inventors: 게이스케 우치다; 신고 이와타니; 다카히토 엔도; 고 구라모토; 준 가미타케; 슈헤이 야마구치
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤; 아이신세이끼가부시끼가이샤
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2015-03-24
Also published as: JPWO2012137342A1; WO2012137342A1; BR112013025768A2; CN103429377B; EP2695700A4; BR112013025768B1; JP5466297B2; EP2695700A1; US20130299469A1; KR20130133861A; CN103429377A; EP2695700B1; US10213874B2

Abstract

본원 발명의 양측 용접 방법은, 제품 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 하는 것이며, 접합 대상인 제1 부재와 제2 부재가 맞대어진 접합부에 대해, 그 접합부를 사이에 둔 일측으로부터 행하는 제1 용접과, 그 제1 용접과는 반대의 타측으로부터 행하는 제2 용접에 의해 양측으로부터 용접하는 경우에, 상기 제1 용접 후에 행하는 상기 제2 용접은, 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록, 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하도록 한 것이다.

Description

양측 용접 방법 {DOUBLE SIDED WELDING METHOD}

본 발명은, 예를 들어 디퍼런셜 기어의 제조에 사용되는 용접 방법이며, 기어 케이스에 끼워 맞춘 링 기어를 접합하기 위해 용접부를 양측으로부터 용접하는 양측 용접 방법에 관한 것으로, 특히 용접에 의해 발생하는 용접 변형을 적극적으로 이용하여 제품 정밀도를 향상시키는 것이다.

종래, 디퍼런셜 기어의 기어 케이스에 링 기어를 접합하는 경우, 볼트를 사용한 체결이 행해지고 있었다. 그러나 볼트 체결에서는, 볼트의 중량이나 플랜지의 겹침분의 중량에 의해 무거워지는 것 외에, 탭 가공이나 구멍 형성 가공이 필요해지므로 가공 비용이 높아져 버리고 있었다.

따라서, 하기 특허문헌 1 및 2에는, 그 밖의 접합 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 디퍼런셜 기어를 구성하는 기어 케이스와 링 기어를 포개고, 그 접합면에 납땜재를 배치시켜 행하는 접합 방법이 기재되어 있다. 구체적으로는, 기어 케이스에 대하여 링 기어를 가압하면서, 각각에 접촉시킨 전극간에 전류를 흘려, 접합면의 접촉 저항에 의해 발생하는 열에 의해 납땜재를 용융 확산시키는 접합 방법이다. 또한, 특허문헌 2는, 링 기어의 내주측에 플랜지 부재의 외주 단부를 맞대어 행하는 레이저 용접이 기재되어 있다. 구체적으로는, 플랜지 부재에 링 기어를 끼워 맞추고, 맞댐 상태의 원주면을 접합부로 하고, 링 기어의 축 방향 양측으로부터 레이저광을 조사하여 용접하는 방법이다.

일본 특허 출원 공개 평06-109085호 공보 일본 특허 출원 공개 평10-231918호 공보

상기 특허문헌 1의 접합 방법의 경우에는 다음과 같은 문제가 있었다. 우선, 납땜재에 의한 접합에서는 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 또한, 링 기어의 접합부는 환 형상으로 되어 있지만, 그 전체 둘레에 걸쳐 전극을 균일하게 배치할 수 없다. 그로 인해, 전체를 균일하게 가열한 브레이징을 할 수 없고, 용접 변형이 발생하여 치면(齒面) 정밀도를 저하시켜 버린다. 또한, 접합 시에 링 기어가 가열되어 버려, 템퍼링에 의한 연화가 발생하고, 치면의 경도 저하를 야기해 버린다. 한편, 상기 특허문헌 2에 기재된 레이저 용접 방법은, 고속으로 용접하는 것이 가능하며 입열량도 적으므로, 특허문헌 1의 방법에 비해 유효한 접합 방법이다. 그러나 레이저 용접은, 열의 영향은 적기는 하나, 그것만으로도 용접 변형은 발생해 버리므로, 보다 치면 정밀도 등 제품 정밀도를 향상시키는 것이 과제였다.

따라서, 본 발명은, 제품 정밀도를 향상시키는 양측 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 있어서의 양측 용접 방법은, 제1 부재와 제2 부재가 맞대어진 접합부에 대해, 그 접합부를 사이에 둔 일측으로부터 행하는 제1 용접과 타측으로부터 행하는 제2 용접에 의해 접합하는 것이며, 상기 제1 용접 후에 행하는 상기 제2 용접은, 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것을 특징으로 한다.

상기 양측 용접 방법의 제1 용접 및 제2 용접은, 함께 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법의 열량 조정은, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 및 제2 용접에 의한 용접 변형의 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법의 열량 조정은, 상기 용접 변형이 상기 제2 부재에 대한 것인 경우에, 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽의 용접을 행할 때, 용접 전에 상기 제2 부재의 상태를 측정하고, 그 측정 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법의 열량 조정은, 상기 용접 변형이 상기 제2 부재에 대한 것이며, 상기 제1 용접 및 제2 용접이 본 용접을 행하기 전에 가부착을 행하는 경우에, 상기 가부착 후에 행하는 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽의 본 용접을 행할 때, 용접 전에 상기 제2 부재의 상태를 측정하고, 그 측정 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법은, 상기 제1 부재가 원형의 돌출부를 구비한 부재이며, 상기 제2 부재가 상기 돌출부에 끼워 맞추는 환 형상의 부재이며, 끼워 맞춘 상기 제1 부재 및 제2 부재의 직경 방향으로 맞대어진 원주면끼리의 상기 접합부에 대하여 행하는 것인 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법의 상기 열량 조정에서의 상태 측정은, 상기 제2 부재의 축 방향 단부면에 대해 용접 전의 상태를 전체 둘레에 걸쳐 행하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법의 제1 용접 및 제2 용접은 레이저 용접인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 형태에 있어서의 양측 용접 방법은, 원형의 돌출부를 구비한 제1 부재의 당해 돌출부에 대하여 환 형상의 제2 부재를 끼워 맞추고, 상기 제1 부재 및 제2 부재의 원주면끼리가 직경 방향으로 맞대어진 접합부에 대해, 그 접합부를 사이에 둔 일측으로부터 행하는 제1 용접과 타측으로부터 행하는 제2 용접에 의해 접합하는 것이며, 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽을 행할 때, 용접 변형에 의해 발생하는 둘레 방향의 용접 변위에 의해 상기 제2 부재의 축 방향 단부면에 존재하는 둘레 방향의 굴곡을 상쇄하기 위해, 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 양측 용접 방법은, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽 후에, 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면의 상태를 측정하고, 그 측정 결과를 기초로 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면에 용접 변형에 의해 발생한 상기 용접 변위를 구해 두고, 상기 제1 부재 및 제2 부재에 대해 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽을 행하기 전에 상기 제2 부재의 축 방향 단부면의 상태를 측정하고, 용접 전의 상기 축 방향 단부면에 존재하는 상기 굴곡을 구하고, 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽을 행할 때, 상기 용접 변위에 의해 상기 굴곡을 상쇄하기 위한 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법은, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 및 상기 제2 용접의 양쪽 후에, 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면에 발생한 용접 후의 상태를 측정한 측정 결과로부터 상기 용접 변위를 구해 두고, 상기 제1 부재 및 제2 부재에 대해 상기 제1 용접 및 상기 제2 용접의 양쪽의 용접을 행하기 전에 상기 제2 부재에 대해 상기 굴곡을 구하고, 상기 양쪽의 용접을 행할 때, 상기 용접 변위에 의해 상기 굴곡을 상쇄하기 위한 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법은, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 후에 행하는 상기 제2 용접에 의해, 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면에 발생한 용접 후의 상태를 측정한 측정 결과로부터 상기 용접 변위를 구해 두고, 상기 제1 부재 및 제2 부재에 대해 행한 상기 제1 용접 후의 상기 제2 부재에 대해 상기 굴곡을 구하고, 상기 제2 용접을 행할 때, 상기 용접 변위에 의해 상기 굴곡을 상쇄하기 위한 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법은, 상기 제1 용접 후에 행하는 상기 제2 용접에서, 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법은, 상기 제1 용접 및 제2 용접에서, 함께 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것이 바람직하다.

상기 양측 용접 방법은, 상기 제1 및 제2 용접의 용접 방향으로 본 상기 접합부의 중간 부분에 공간을 구성하는 조인트 형상의 상기 제1 부재와 제2 부재를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 제1 용접과 제2 용접에 의해 발생하는 용접 변형을 파악하고, 그에 의해 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하거나, 혹은 둘레 방향으로 발생하는 용접 변위에 의해 굴곡을 상쇄하기 위해 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하도록 하였다. 용접 변형을 적극적으로 이용함으로써, 예를 들어 링 기어의 단부면을 기준 위치에 근접시킬 수 있는 등, 제품 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은 용접 후의 링 기어 및 기어 케이스를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ―Ⅰ 단면이며 링 기어와 기어 케이스의 접합부를 도시한 확대도이다.
도 3은 제1 용접에 의해 발생하는 용접 변형의 모습을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 제2 용접에 의해 발생하는 용접 변형의 모습을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 제1 용접과 제2 용접에 있어서의 단부면의 위치를 도시한 도면이다.
도 6은 링 기어와 기어 케이스에 대하여 행하는 양측 용접의 제1 용접 공정을 도시한 도면이다.
도 7은 링 기어와 기어 케이스에 대하여 행하는 양측 용접의 제2 용접 공정을 도시한 도면이다.
도 8은 레이저 용접 장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 9는 링 기어의 단부면의 전체 둘레에 걸쳐 상하 방향의 위치를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 10은 링 기어의 단부면의 둘레 방향의 변화를 개념적으로 나타낸 도면이다.

다음으로, 본 발명에 관한 양측 용접 방법의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 본 실시 형태에서는, 디퍼런셜 기어를 구성하는 기어 케이스와 링 기어가 용접 부재이며, 레이저 용접에 의해 양자를 접합하는 예에 대해 설명한다. 도 1은 용접 후의 링 기어(1) 및 기어 케이스(2)를 도시한 평면도이다. 또한, 기어 케이스(2)는 링 기어(1)가 접합된 일부분만을 도시하고 있다. 또한, 도 2는 도 1의 Ⅰ―Ⅰ 단면이며 링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 접합부를 도시한 확대도이다.

기어 케이스(2)에는, 전체 둘레에 돌출된 원형의 플랜지부(21)가 형성되고, 링 기어(1)에는, 플랜지부(21)에 끼워 맞추는 끼워 맞춤부(11)가 형성되어 있다. 링 기어(1)는, 그 끼워 맞춤부(11) 내에 플랜지부(21)를 압입하도록 하여 끼워 맞추어진다. 압입 후의 링 기어(1)와 기어 케이스(2)는, 끼워 맞춤부(11)와 플랜지부(21)의 원주면이 직경 방향으로 맞대어진 부분이 접합부(5)로 된다. 따라서, 접합부(5)는 맞댐의 조인트 형상을 하고 있다. 그리고 원주면끼리가 맞대어진 접합부(5)는, 그 전체 둘레에 걸쳐 레이저 용접이 행해진다.

레이저 용접은, 도 2에 1점 쇄선으로 나타내는 회전축(6)을 따른 방향이 용접 방향이며, 양측 용접에서는, 접합부(5)에 대하여 링 기어(1)의 두께 방향의 양측으로부터 레이저광이 조사된다. 이하, 링 기어(1)의 축 방향을 상하 방향으로 하여 설명한다. 링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 접합부(5)는 상하 방향에서 볼 때 환 형상으로 되어 있다. 그 접합부(5)에 대하여 레이저광이 연속적으로 조사된다. 그로 인해, 레이저 용접 후의 접합부(5)에는 도 1에 도시하는 바와 같이 원형의 용접 비드(13)가 형성된다. 접합부(5)에는 도 2에 도시하는 바와 같이 반대측으로부터도 레이저 용접이 행해져, 원형의 용접 비드(14)가 형성된다.

그런데 본 실시 형태에서는, 접합부(5)에 대하여 레이저광을 편측으로부터만 조사하는 것이 아니라, 전술한 바와 같이 상하 양측으로부터 레이저광을 조사하여 용접하는 양측 용접 방법이다. 이것은, 편측으로부터만 레이저광을 조사하여 용접한 것으로는, 조사측과 반조사측에서 입열량이 달라, 접합부(5)에 큰 용접 변형을 발생시켜 버리기 때문이다. 그리고 용접 변형은 링 기어(1)의 치면 정밀도를 현저하게 저하시켜 버리기 때문이다. 따라서, 양측 용접을 채용함으로써, 접합부(5)에 대하여 상하 양측으로부터 레이저광을 조사하여, 입열량에 치우침이 발생하지 않도록 한다.

링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 접합부(5)는, 도 2에 도시하는 바와 같은 조인트 형상을 하고 있다. 끼워 맞춤부(11)의 내주면(12)은 상하 방향으로 곧은 면이지만, 플랜지부(21)의 외주면(22)에는 상하 방향의 중간부에 환 형상 홈(221)이 형성되어 있다. 그로 인해, 접합부(5)는, 환 형상 홈(221)에 의한 공간부(23)를 사이에 두고, 내주면(12)과 외주면(22)이 맞대어진 용접 부분이 상하로 분할하여 형성되어 있다. 본 실시 형태의 레이저 용접에서는, 상하 양측으로부터 조사된 레이저광이 공간부(23)에까지 도달하는 관통 용접이 행해진다. 공간부(23)는, 입열량에 관계없이, 접합부(5)가 그 이상 깊게 용입되지 않도록 하기 위한 구성이다. 따라서, 양측 접합한 경우에, 접합부(5)를 상하로부터 소정의 깊이만큼 용융시켜 밸런스를 취하여, 용접의 강도나 품질을 향상시킬 수 있다.

그러나 이러한 조인트 형상을 채용한 양측 용접이라도 용접 변형은 발생해 버려, 치면 정밀도를 저하시켜 버리고 있었다. 그로 인해 본원 발명자는, 양측 용접에 의해 발생하는 용접 변형을 적극적으로 이용함으로써 제품 정밀도를 향상시키는 것을 생각하였다. 따라서 우선, 레이저 용접에 의해 일어나는 용접 변형에 대해 측정을 행하였다. 도 3 및 도 4는 레이저 용접에 의해 발생하는 용접 변형의 모습을 개념적으로 도시한 도면이다. 용접 변형의 측정은, 링 기어(1)의 상태에 대해 측정을 행하였지만, 구체적으로는, 링 기어(1)의 단부면(111, 112)에 대해 상하 방향의 변위를 측정하였다. 각 도면 중에서 0(제로)이 나타내는 위치가 단부면(111, 112)의 기준으로 되는 위치(기준 위치)이며, 이 기준 위치로부터 상하 방향으로 어느 만큼 어긋나 있는지를 측정하였다. 측정에는, 예를 들어 레이저광을 이용한 측정 장치 등이 사용된다.

양측 용접에서는, 우선 도 3에 도시하는 바와 같이, 단부면(111)측으로부터 레이저광(8)을 조사시키는 제1 용접이 행해진다. 레이저광(8)이 조사된 접합부(5)는, 단부면(111)측이 용융되어 상하 방향의 편측이 접합된다. 이 용접에 의해, 링 기어(1)는 용접 비드(13)가 형성된 측으로 변형하고, 단부면(111)이 1점 쇄선으로 나타내는 기준 위치로부터 실선으로 나타내는 위치로 변위하는 용접 변형이 발생하였다. 이것을 제1 용접 변형으로 한다. 다음으로, 링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 상하를 반전시키고, 도 4에 도시하는 바와 같이 단부면(112)측으로부터 레이저광(8)을 조사시키는 제2 용접이 행해진다. 이 제2 용접에 의해, 접합부(5)의 단부면(112)측이 접합된다. 제2 용접에서도 링 기어(1)는 용접 비드(14)가 형성된 측으로 변형하고, 단부면(111)이 1점 쇄선으로 나타내는 제1 용접 변형의 위치로부터 실선으로 나타내는 위치로 변위하는 용접 변형이 발생하였다. 이것을 제2 용접 변형으로 한다.

레이저 용접을 상하 양측으로부터 행하는 양측 용접 방법을 실행한 경우, 각각의 용접 후에 제1 용접 변형과 제2 용접 변형이 발생하였다. 그리고 제1 용접 변형과 제2 용접 변형은, 상하 역방향으로 발생하는 것이므로, 서로 상쇄하는 관계에 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 이러한 용접 변형의 관계를 더욱 여러 가지 패턴으로 측정하였다. 예를 들어, 도시한 조인트 형상과는 다른 조인트 형상을 형성한 링 기어(1)와 기어 케이스(2)에 대해 행하였다. 단, 그 조인트 형상은, 모두 공간부를 구성하여 상하의 용융 부분을 분할시키는 점에서는 공통되어 있다. 예를 들어, 중간 부분을 맞대어 상하 2단으로 환 형상 홈을 형성한 것이나, 맞대어진 원주면의 양측에 환 형상 홈을 형성하고 공간부의 용적을 크게 한 것 등이다.

또한, 조인트 형상 이외에도 용접 조건을 변경한 경우에 대해서도 측정하였다. 용접 조건의 변경이라 함은, 예를 들어 가부착의 유무나, 레이저 출력의 크기나 용접 속도 등의 값을 변경한 경우를 말한다. 금회의 측정에 있어서는, 조인트 형상이나 용접 조건을 바꾼 11의 용접 패턴으로 링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 양측 용접을 행하고, 용접 변형에 의한 단부면(111, 112)의 변형량을 측정하였다. 그 결과, 각 용접 패턴에 의해 변형량에 차이는 있었지만, 어느 용접 패턴이라도 제1 용접 변형과 제2 용접 변형이 역방향으로 발생하는 것을 알 수 있었다. 그리고 또한 각 패턴에 있어서 제1 용접 변형과 제2 용접 변형의 변형량의 크기에 차이가 있는 것을 알 수 있었다.

여기서 도 5는 제1 용접과 제2 용접에 있어서의 단부면(111, 112)의 위치를 나타낸 도면이다. 11 패턴의 양측 용접으로 얻어진 측정 결과로부터, 제1 용접 변형과 제2 용접 변형의 관계를 본 경우, 대략 도 5에 나타내는 2 패턴으로 나눌 수 있었다. 도 5에 나타낸 그래프의 꺾은선(201, 202)은 당해 2 패턴을 나타내는 일례이다. 꺾은선(201)은, 제1 용접 변형의 변형량이 제2 용접 변형의 변형량보다도 큰 타입이며, 반대로 꺾은선(202)은, 제2 용접 변형의 변형량 쪽이 제1 용접 변형의 변형량보다도 큰 타입이다. 또한, 도 5에 나타내는 제1 용접과 제2 용접에 있어서의 단부면(111, 112)의 위치는 기준 위치로부터의 거리이며, 단부면(111, 112)의 전체 둘레에 걸쳐 평균한 값이다.

따라서, 본원 발명자는, 이러한 꺾은선(201, 202)에 나타내어지는 측정 결과로부터, 디퍼런셜 기어의 치면 정밀도를 향상시키기 위해서는, 레이저 용접의 용접 변형을 제어하는 것이 유효하다고 생각하였다. 즉, 링 기어(1)의 단부면(111, 112)의 위치를, 용접 변형에 의해 기준 위치 0에 근접시키는 것을 생각하였다. 이를 위해서는, 상하 역방향으로 발생하는 제1 용접 변형과 제2 용접 변형의 변형량을 컨트롤하고, 일단 변형되어 변위한 링 기어(1)의 단부면(111, 112)을 기준 위치로 복귀되도록 한다.

양측 용접에서는, 먼저 행하는 제1 용접에 의해 제1 용접 변형이 발생하였다고 해도, 제2 용접에 의해 역방향으로 발생하는 제2 용접 변형이 상하 방향의 변위를 상쇄하게 된다. 그로 인해, 링 기어(1)는, 단부면(111, 112)의 상하 방향의 위치가 기준 위치 0으로부터 제1 용접에 의해 어긋났다고 해도, 제2 용접에 의해 다시 기준 위치 0으로 복귀시킬 수 있다. 그러나 측정한 전체 용접 패턴의 용접 변형을 확인한 바, 각각에 변형량이 다른 것을 알 수 있었다. 그로 인해, 단순하게 제1 용접과 제2 용접을 행한 것만으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 용접을 종료한 시점에서 기준 위치 0으로부터의 어긋남이 발생해 버린다.

지금까지, 양측 용접을 행하는 경우에는, 접합 강도를 확보하기 위해 용접 비드(13, 14)의 용접 깊이를 일정한 값으로 설정하는 제어가 행해지고 있었다. 거기에서는 치면 정밀도의 향상에 대해 제1 용접 변형과 제2 용접 변형의 변형량의 영향을 고려한 제어는 행해지고 있지 않았다. 따라서, 여기에서는 우선, 접합부(5)에 대한 입열량을 제어함으로써 용접 변형의 변형량을 조정하고, 치면 정밀도를 향상시키는 양측 용접 방법을 제안한다. 그때, 접합 강도를 확보하기 위해 일정한 용접 깊이가 얻어지는 입열량을 확보하고, 그런 후에 입열량을 조정함으로써 목표로서 정한 용접 변형의 변형량이 얻어지도록 한다.

(제1 실시 형태)

도 6 및 도 7은 링 기어(1)와 기어 케이스(2)에 대하여 행하는 양측 용접의 각 공정을 도시한 도면이며, 도 6은 제1 용접 공정을 도시하고, 도 7은 제2 용접 공정을 도시하고 있다. 우선, 고정된 기어 케이스(2)에 대하여, 도 6의 (a)에 화살표로 나타내는 바와 같이 링 기어(1)가 하방으로부터 끼워 맞추어진다. 즉, 링 기어(1)의 끼워 맞춤부(11) 내에 플랜지부(21)를 압입하도록 끼워 맞추어진다. 그 후, 도 6의 (b)에 도시하는 가부착이 행해진다. 가부착은, 레이저광(8)이 접합부(5)의 전체 둘레에 걸쳐 조사된다. 그때, 도 8에 도시하는 레이저 용접 장치(30)에서는, 용접 깊이가 1㎜로 되도록 레이저 출력이나 용접 속도 등이 제어된다. 다음으로, 도 6의 (c)에 도시하는 본 용접이 행해진다. 본 용접에서는, 가부착 부분에 거듭 레이저광(8)이 접합부(5)의 전체 둘레에 걸쳐 조사되고, 동시에 도시하지 않은 용접 와이어가 용입된다. 본 용접에서는 용접 깊이가 3㎜로 되도록 레이저 용접 장치의 레이저 출력이나 용접 속도 등이 제어된다.

링 기어(1)의 단부면(111)측에 대해 제1 용접이 행해진 후, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이 링 기어(1)와 기어 케이스(2)는 상하의 방향이 반전된다. 그로 인해, 상방에 있는 레이저 용접 장치(30)측에 링 기어(1)의 단부면(112)측이 배치된다. 그 후, 도 7의 (b)에 도시하는 가부착이 행해진다. 이 가부착도 레이저광(8)이 접합부(5)의 전체 둘레에 걸쳐 조사되어, 용접 깊이 1㎜의 용접이 행해진다. 그리고 도 7의 (c)에 도시하는 본 용접이 행해진다. 본 용접에서는, 가부착 부분에 거듭 레이저광(8)이 접합부(5)의 전체 둘레에 걸쳐 조사되고, 동시에 도시하지 않은 용접 와이어가 용입된다. 이때도 용접 깊이가 3㎜로 되도록 레이저 용접 장치의 레이저 출력이나 용접 속도 등이 제어된다. 그로 인해, 단부면(112)측에도 용접 깊이가 3㎜인 제2 용접이 행해진다. 또한, 접합부(5)의 용접 깊이는, 공간부(23)의 구성으로부터도 3㎜로 된다.

본 실시 형태에서는, 이러한 양측 용접이 도 8에 도시하는 바와 같은 레이저 용접 장치에 의해 행해진다. 또한, 이하에 나타내는 각 실시 형태도 동일하다. 도 8은 레이저 용접 장치를 개념적으로 도시한 도면이다. 레이저 용접 장치(30)는, 접합부(5)에 레이저광을 조사하는 레이저 헤드(31)를 갖고, 레이저 헤드(31)에는 레이저 발진기(32)로부터 레이저광이 보내지고, 조작 기구(33)에 의해 레이저광의 조사 위치의 이동이나 조사 각도의 변경이 가능한 구성으로 되어 있다. 레이저 발진기(32)나 조작 기구(33)에는, 각각을 구동 제어하는 컨트롤러(35)가 접속되어 있다. 컨트롤러(35)는, 접합부(5)를 대상으로 하여 전술한 용접을 행하기 위한 정보를 기억하는 기억부나, 목표의 변형량으로 되는 입열량이나 이를 위한 제어값을 산출하는 연산부 등을 구비하고 있다.

컨트롤러(35)에는, 측정 장치(40)가 접속되어 있다. 측정 장치(40)는, 레이저광에 의해 링 기어(1)의 단부면(111, 112)의 위치를 측정하는 것이며, 그 측정 데이터는 컨트롤러(35)에 보내진다. 본 실시 형태에서는, 측정 장치(40)의 측정 결과에 기초하여 레이저 출력이나 용접 속도 등의 설정 조건을 변경하여 입열량을 조정하는 것을 특징으로 한다. 컨트롤러(35)에는, 측정 장치(40)로부터 송신되는 측정 데이터나 직접 입력되는 정보를 기초로 설정 조건을 변경하고, 그 레이저 발진기(32)나 조작 기구(33)를 제어하기 위한 제어 프로그램이 저장되어 있다.

본 실시 형태에서는 우선, 디퍼런셜 기어를 양산하는 데 있어서, 용접 변형의 경향이 확인된다. 즉, 시험용의 동일한 링 기어(1)와 기어 케이스(2)를 사용하고, 이들을 소정의 조건에서 양측 용접이 행해지고, 입열량에 대하여 용접 변형의 변형량이 측정된다. 따라서, 소정의 설정 조건(초기 설정)에서 레이저 용접 장치(30)를 구동시키고, 측정 장치(40)에 의해 링 기어(1)와 기어 케이스(2)를 용접한 경우의 변형량이 측정된다. 도 6의 (c)나 도 7의 (c)에 도시하는 제1 용접과 제2 용접 후에는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 용접 변형에 의해 링 기어(1)의 단부면(111, 112)이 변위한다. 그 변위량의 측정이 측정 장치(40)에 의해 전체 둘레에 걸쳐 행해진다. 또한, 측정은 도 6의 (a)에 도시하는 압입 직후의 단부면(111)에 대해서도 마찬가지로 행해진다.

이 측정 결과에 의해 실제로 디퍼런셜 기어를 제조하기 위한 제어 설정이 행해진다. 예를 들어, 도 5에 나타내는 꺾은선(201)의 타입이면, 제2 용접 변형의 변형량이 커지도록 제어 설정이 바뀐다. 그로 인해, 제2 용접 시의 입열량을 늘려 제2 용접 변형의 변형량이 제1 용접 변형의 변형량과 동등해지도록 제어 설정이 바뀐다. 한편, 도 5에 나타내는 꺾은선(202)의 타입이면, 반대로 제1 용접 변형의 변형량을 크게 할 필요가 있다. 따라서, 제1 용접 시의 입열량을 늘려 제1 용접 변형의 변형량이 제2 용접 변형의 변형량과 동등해지도록 제어 설정이 바뀐다. 이와 같이 하여, 동등한 변형량의 제1 용접 변형과 제2 용접 변형이 서로 상쇄되어, 단부면(111, 112)의 위치를 기준 위치에 맞출 수 있기 때문이다.

측정 장치(40)로부터의 측정 데이터는 컨트롤러(35)에서 기억되고, 그 측정 결과에 기초하여 제1 용접 시 또는 제2 용접 시의 입열량이 커지도록 한다. 구체적으로는, 컨트롤러(35)에 있어서, 목표의 변형량으로 되는 입열량에 따른 레이저 출력값이나 용접 속도의 설정 변경이 행해진다. 이러한 입열량의 변경에 의해, 제1 용접과 제2 용접의 변형량이 동등해진다. 따라서, 디퍼런셜 기어의 제조에서는, 소정 입열량의 제어 설정이 행해진 컨트롤러(35)에 의해, 전술한 도 6 및 도 7에 도시하는 링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 양측 용접이 실행된다. 그리고 제1 용접과 제2 용접의 변형량이 동등하므로, 일단 제1 용접 변형에 의해 변위한 링 기어(1)의 단부면(111, 112)은, 제2 용접 변형에 의해 기준 위치 0에까지 복귀되어, 치면 정밀도가 좋은 디퍼런셜 기어가 제조된다.

그런데 링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 양측 용접에서는, 접합 강도를 확보하기 위해 양측의 용접 깊이가 각각 3㎜로 설정되어 있다. 따라서, 3㎜의 용접 깊이가 얻어지는 것이면, 전술한 경우와는 반대로, 입열량을 줄이도록 제어 설정을 변경하도록 해도 된다. 따라서, 링 기어(1)와 기어 케이스(2)의 용접 변형이 꺾은선(201)의 타입이면, 제1 용접 변형의 변형량을 작게 하여 제2 용접 변형의 변형량과 동등해지도록 하고, 반대로 꺾은선(202)의 타입이면, 제2 용접 변형의 변형량을 작게 하여 제1 용접 변형의 변형량과 동등해지도록 한다. 그로 인해 컨트롤러(35)에서는, 목표의 변형량으로 되는 입열량으로 레이저 용접을 할 수 있도록 제어 설정이 변경된다. 이 경우에도, 제1 용접과 제2 용접의 변형량이 동등하므로, 용접 후의 단부면(111, 112)은 기준 위치 0으로 복귀되어, 치면 정밀도가 좋은 디퍼런셜 기어가 제조된다.

이상의 설명에서는, 측정 결과에 기초하여 제1 용접과 제2 용접의 편측에서 입열량을 조정하는 경우에 대해 나타냈다. 그러나 입열량의 증감은, 제1 용접과 제2 용접의 양측을 고려하여 조정하도록 해도 된다. 예를 들어, 도 6의 (a)에 도시하는 압입 직후의 상태에서, 이미 단부면(111, 112)의 상하 방향의 위치가 기준 위치 0으로부터 어긋나 있는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 제1 용접과 제2 용접의 양쪽에서 입열량을 조정한다. 따라서, 제1 용접과 제2 용접에 대하여 각각 변형량이 정해지고, 목표의 변형량으로 되는 입열량으로 레이저 용접을 할 수 있도록 제어 설정이 변경된다. 또한, 입열량의 제어 설정은, 도 5에 나타내는 바와 같이 변형량의 평균값에 기초하여 제1 용접이나 제2 용접에서 일정하게 하는 것 외에, 환 형상의 접합부(5)를 둘레 방향으로 세분화하여 입열량을 변경하도록 해도 된다.

본 실시 형태에서는, 제1 용접 변형이나 제2 용접 변형에 대해 목표로 하는 변형량을 정하고, 입열량을 컨트롤하여 레이저 용접을 행하도록 하였다. 그로 인해, 동등한 변형량의 제1 및 제2 용접 변형이 서로 상쇄되어, 양측 용접 전체에서의 용접 변형을 저감시킬 수 있다. 구체적으로는, 링 기어(1)의 단부면(111, 112)을 도 3 및 도 4에 도시하는 기준 위치에 의해 근접시킬 수 있다. 이에 의해, 본 실시 형태의 양측 용접 방법을 실행함으로써, 디퍼런셜 기어에 대해 치면 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(제2 실시 형태)

상기 제1 실시 형태에서는, 미리 단부면(111, 112)의 위치 변위를 측정한 측정 결과를 기초로 레이저 용접 장치(30)의 제어 설정을 행하도록 하였다. 제2 실시 형태도, 마찬가지의 측정 결과를 이용하여 레이저 용접 장치(30)를 제어하는 점에서 제1 실시 형태와 공통된다. 그러나 제2 실시 형태에서는, 미리 얻어진 측정 결과가 아니라, 용접 시에 얻어지는 링 기어(1)의 측정 데이터에 기초하여 레이저 용접 장치(30)를 제어하는, 소위 피드 포워드 제어를 실행하는 점에 특징을 갖는다. 또한, 본 실시 형태에서도 측정에는 레이저광을 이용한 측정 장치(40)가 사용된다.

본 실시 형태의 양측 용접 방법은, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 도 6 및 도 7에 도시하는 제1 용접과 제2 용접이 행해진다. 그리고 디퍼런셜 기어의 제조 시에 있어서, 도 6의 (c) 및 도 7의 (c)에 도시하는 제1 및 제2 용접 공정에서, 측정 장치(40)에 의한 단부면(111, 112)의 변위 측정이 동시에 행해진다. 따라서, 측정 장치(40)로부터의 측정 데이터는, 레이저 용접 시에 항상 컨트롤러(35)에 송신된다. 컨트롤러(35)에서는, 그 측정 결과에 기초하여 목표로 하는 변형량이 산출되고, 또한 측정 개소의 후방에서 행하는 레이저 용접에서의 입열량이 산출된다. 그로 인해, 레이저 용접 장치(30)에서는, 입열량에 따라 레이저 발진기(32)나 조작 기구(33)가 구동 제어되고, 레이저 출력이나 용접 속도가 적절하게 조정된다.

측정 장치(40)의 측정 결과로부터는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 용접 전의 단부면(111, 112)이 상하 방향으로 어느 정도 변위하고 있는지가 검출된다. 여기서, 도 9는 단부면(111, 112)의 전체 둘레에 걸쳐 상하 방향의 위치를 나타낸 그래프이며, 예를 들어 0°가 용접의 개시 위치이다. 도면 중의 꺾은선(300)은, 제1 용접 전, 즉 압입 후에 측정한 단부면(111)의 위치이며, 꺾은선(301)은, 제2 용접 전, 즉 제1 용접 변형에 의해 변위한 단부면(112)의 위치이다. 0의 값이 기준 위치를 나타내고 있다. 따라서, 컨트롤러(35)에서는, 꺾은선(300)이나 꺾은선(301)으로부터 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 용접 변형이 발생하도록 입열량이 산출되고, 레이저 발진기(32)나 조작 기구(33)가 구동 제어된다.

본 실시 형태에서는, 도 7의 (c)에 도시하는 제2 용접만 피드 포워드 제어를 행하는 제1 예와, 도 6의 (c)에 도시하는 제1 용접과 도 7의 (c)에 도시하는 제2 용접의 양쪽에서 피드 포워드 제어를 행하는 제2 예로 나눌 수 있다. 따라서, 제1 예에서는, 제1 용접 변형에 의한 변형량[꺾은선(301)]만을 검출하고, 제2 용접 변형의 변형량을 조정한다. 즉, 제2 용접에서는, 레이저광(8)이 조사되는 용접 위치보다도 선행하여 측정 장치(40)에 의해 단부면(112)의 위치가 측정된다. 즉, 꺾은선(301)으로 나타내는 측정 데이터가 컨트롤러(35)에 입력된다.

컨트롤러(35)에서는, 단부면(112)의 위치가 기준 위치 0으로 복귀되는 변형량을 목표로 하여 입열량이 산출되고, 레이저 발진기(32)나 조작 기구(33)가 구동 제어된다. 그로 인해, 제2 용접에서는, 레이저광(8)의 레이저 출력이 증감하거나 용접 속도가 변화되거나 하여, 접합부(5)의 용접 개소마다 입열량이 조정된다. 이러한 제2 용접에 의해, 링 기어(1)의 단부면(111, 112)이 도 3 및 도 4에 도시하는 기준 위치 0으로 복귀되어, 치면 정밀도가 좋은 디퍼런셜 기어가 제조된다. 이 경우, 제1 용접에서는, 초기 설정인 채로 행하거나, 상기 제1 실시 형태와 같이 미리 행한 측정 결과를 기초로, 입열량을 증감시키는 제어 설정을 행하도록 해도 된다.

다음으로, 제2 예에서는, 제1 용접과 제2 용접의 양 공정에서 용접 변형을 조정한다. 즉, 제1 용접 공정에서는, 측정 장치(40)에서 단부면(111)의 위치가 측정되고, 꺾은선(300)으로 나타내는 측정 데이터가 용접 개소에 선행하여 컨트롤러(35)에 입력된다. 컨트롤러(35)에서는, 예를 들어 꺾은선(300)의 기준 위치 0으로부터의 어긋남량에 따라 초기 설정의 입열량을 증감하고, 레이저 발진기(32)나 조작 기구(33)가 구동 제어된다. 또한, 제2 용접 공정에서도, 측정 장치(40)에서 단부면(112)의 위치가 측정되고, 꺾은선(301)으로 나타내는 측정 데이터가 용접 개소에 선행하여 컨트롤러(35)에 입력된다. 컨트롤러(35)에서는, 단부면(112)의 위치가 기준 위치 0으로 복귀되는 변형량을 목표로 하여 입열량이 산출되고, 레이저 발진기(32)나 조작 기구(33)가 구동 제어된다. 이러한 제1 및 제2 용접에 의해, 링 기어(1)의 단부면(111, 112)이 도 3 및 도 4에 도시하는 기준 위치에 보다 근접한다.

따라서, 본 실시 형태에서도, 제1 용접 변형과 제2 용접 변형이 서로 상쇄되어, 양측 용접 전체에서의 용접 변형을 저감시킬 수 있다. 특히, 단부면(111, 112)의 상태에 따라 입열량을 조정하는 피드 포워드 제어를 행하고, 보다 적절한 입열량에 의한 레이저 용접을 행할 수 있다. 그로 인해, 링 기어(1)의 단부면(111, 112)을 도 3 및 도 4에 도시하는 기준 위치에 보다 근접시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 양측 용접 방법을 실행함으로써, 디퍼런셜 기어에 대해 치면 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(제3 실시 형태)

상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 측정 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하여 레이저 용접 장치(30)의 제어 설정을 행하도록 하였다. 제3 실시 형태에서도, 링 기어(1)의 단부면(111, 112)의 상하 방향의 위치를 측정하고, 그 측정 결과를 이용하는 점에서 상기 실시 형태와 공통된다. 그러나 제3 실시 형태에서는, 측정 결과로부터 링 기어(1)의 둘레 방향으로 본 굴곡을 확인하고, 그 굴곡을 용접 변형에 의해 발생하는 용접 변위로 상쇄하는 양측 용접 방법을 제안한다. 또한, 제3 실시 형태에서도, 양측 용접은, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 도 6 및 도 7에 도시하는 공정을 거쳐 행해진다.

링 기어(1)의 단부면(111, 112)에 대해 행한 측정 결과로부터는, 용접 변형에 의한 단부면(111, 112)의 굴곡이 보였다. 즉, 도 6의 (c)의 제1 용접 후와 도 7의 (c)의 제2 용접 후에 단부면(111, 112)의 위치를 전체 둘레에 걸쳐 측정한 측정 결과로부터, 도 10의 실선으로 나타내는 주기적인 용접 변위(401)를 발생시키는 것을 알 수 있었다. 도 10은 단부면(111, 112)의 둘레 방향의 변화를 개념적으로 나타낸 도면이다. 또한, 용접 변형에 의해 단부면(111)에 발생한 굴곡을 용접 변위라 한다.

동일한 조건에서 행한 복수회의 측정 결과로부터는, 용접 변위가 어느 경우나 동일한 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이러한 용접 변위의 발생은, 전체 둘레에 대해 행하는 레이저 용접의 개시 부분과 종료 부분이 일부에서 겹침으로써, 다른 부분에 비해 입열량이 많아져 버려 인장 응력이 작용하는 것이 원인으로 생각된다. 또한, 도 10의 용접 변위(401)는, 제1 용접 변형과 제2 용접 변형을 합한 것이다. 단, 이러한 용접 변위는 제1 용접 변형과 제2 용접 변형의 각각에도 보인다. 예를 들어, 제1 용접 변형에 의한 구체적인 용접 변위는, 도 9에 나타내는 꺾은선(301)에 보인다.

또한, 단부면(111, 112)의 굴곡은, 용접 전의 링 기어(1) 자체에도 존재한다. 이것은, 링 기어(1)가 종래의 링 기어에 비해 강성이 낮은 것에 의한다. 즉, 종래의 디퍼런셜 기어는 볼트 체결 방법을 채용하고 있었으므로, 링 기어의 내경이 작게 설계되어 있었다. 이에 반해 레이저 용접 등으로 접합하는 링 기어(1)는, 내경이 크게 형성되므로 강성이 낮아져 버린다. 그로 인해, 링 기어(1)가 켄칭에 의해 열처리됨으로써 변형하고, 굴곡으로 된다. 따라서, 도 6의 (a)에 도시하는 용접 전의 단계에서 단부면(111)을 측정하면, 개념적으로는, 도 10의 파선과 같이 굴곡(400)이 발생해 버린다. 구체적으로는, 도 9에 나타내는 꺾은선(300)에도 나타나 있다. 또한, 이와 같이 켄칭한 링 기어(1)에는 굴곡이 존재하므로, 전술한 용접 변위의 측정에는 열처리를 행하고 있지 않은 것을 사용하였다.

본 실시 형태에서는, 이러한 굴곡(400)이나 용접 변위(401)를 고려하여 레이저 용접의 개시 위치를 결정하는 것으로 하였다. 즉, 제1 용접이나 제2 용접에 의해 발생하는 용접 변위(401)에 의해, 용접 전의 링 기어(1)에 존재하는 굴곡(400)을 상쇄하는 것을 특징으로 한다. 따라서 우선, 디퍼런셜 기어를 양산하는 데 있어서, 시험용의 링 기어(1)와 기어 케이스(2)를 사용하고, 이들에 대해 양측 용접이 행해진다. 그리고 양측 용접을 행하는 과정에서 측정 장치(40)에 의해 단부면(111, 112)의 측정이 행해진다. 측정은, 도 6의 (a)의 압입 직후, 도 6의 (c)의 제1 용접 후, 및 도 7의 (c)의 제2 용접 후에 행해진다.

측정 장치(40)의 측정 데이터는 컨트롤러(35)로 보내지고, 컨트롤러(35)에서는, 그 측정 결과로부터 굴곡(400)이나 용접 변위(401)가 산출된다. 용접 전의 링 기어(1)에 발생하는 굴곡(400)과, 용접에 의해 발생하는 용접 변위(401)는, 실제로는 도 10에 나타내는 바와 같이 반드시 동일한 파형을 나타내는 것은 아니다. 그러나 개념적으로는, 굴곡(400)의 파형에 대하여 용접 변위(401)의 파형을 위상을 어긋나게 하여 포개고, 상하 방향의 변위를 상쇄하여 단부면(111)의 위치를 기준 위치 0에 근접시킬 수 있다.

디퍼런셜 기어의 제조에서는, 도 6의 (a)의 압입 직후에 측정 장치(40)에 의한 단부면(111)의 변위 측정이 행해진다. 그 측정 결과는, 측정 장치(40)로부터 컨트롤러(35)에 송신되고, 거기에서 단부면(111)의 굴곡이 산출된다. 컨트롤러(35)에서는, 단부면(111)의 굴곡(400)에 기초하여, 도 1에 도시하는 환 형상의 접합부(5)로부터, 도 10의 0°에 해당하는 위치를 구하고, 거기를 개시 위치로 한다. 그리고 제1 용접 및 제2 용접에서는, 그 개시 위치로부터 레이저광의 조사가 행해진다.

도 10에서는, 제1 용접 변형과 제2 용접 변형이 겹쳐진 용접 변위(401)에 의해 굴곡(400)을 상쇄하는 경우를 나타내고 있다. 단, 제1 용접과 제2 용접에 대해, 레이저 조사의 개시 위치를 반드시 일치시킬 필요는 없다. 예를 들어, 용접 변위(401)를 얻는 경우에, 제1 용접과 제2 용접의 개시 위치를 일치시킨 경우 외에, 위상을 어긋나게 한 경우에 대해 여러 가지 패턴의 측정을 행하고, 각각의 용접 변화(401)의 패턴을 취득한다. 컨트롤러(35)에서는, 용접 변화(401)와 각 개시 위치에 대해 복수의 패턴이 기억되어 있다. 따라서, 실제로 양측 용접을 행하는 경우, 굴곡(400)을 상쇄하는 데 가장 적합한 패턴을 선택하고, 제1 용접과 제2 용접의 개시 위치를 각각 결정한다.

한편, 용접 변위(401)를 제2 용접 변형만으로 구하도록 해도 된다. 이 경우에는, 제1 용접 후이며 제2 용접 전에 단부면(112)의 굴곡이 측정되고, 그 파형으로부터 링 기어(1)의 굴곡을 상쇄하는 제2 용접의 개시 위치가 산출된다. 이 방법에 따르면, 제1 용접 변형에 의한 용접 변위를 가한 단계의 상태가 굴곡(400)으로서 파악된다. 그리고 제2 용접 변형에 의한 용접 변위(401)가 굴곡(400)에 겹쳐지고, 상하 방향의 변위가 상쇄되어 단부면(111)의 위치가 기준 위치 0에 근접한다.

이와 같이 본 실시 형태에서는, 용접 전에 측정한 굴곡(400)을 용접 변위(401)로 상쇄하도록 결정한 위치로부터 용접을 개시하도록 하였다. 그로 인해, 접합된 링 기어(1)는, 단부면(111, 112)의 굴곡이 수정되어, 디퍼런셜 기어에 대해 치면 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

(제4 실시 형태)

상기 제3 실시 형태에서는, 용접 개시 위치를 제어하여 링 기어(1)의 굴곡을 상쇄하는 방법을 제안하였다. 이에 반해 본 실시 형태에서는, 링 기어(1)의 굴곡을 상쇄하는 동시에, 제1 및 제2 실시 형태에서 나타낸 입열량의 조정을 행하고, 제1 용접 변형과 제2 용접 변형의 상쇄에 의해, 양측 용접 전체에서의 용접 변형을 저감시키는 방법을 제안한다. 즉, 제1 실시 형태와 제3 실시 형태를 조합한 방법과, 제2 실시 형태와 제3 실시 형태를 조합한 방법이다.

본 실시 형태에서도 우선, 디퍼런셜 기어를 양산하는 데 있어서, 용접 변형이나 굴곡의 경향이 확인된다. 즉, 시험용의 링 기어(1)와 기어 케이스(2)를 사용하여 소정의 조건에서 양측 용접이 행해지고, 측정 장치(40)에 의해 단부면(111, 112)의 측정이 행해진다. 그 측정 결과로부터, 상기 제1 내지 제3 실시 형태와 마찬가지로, 입열량에 대한 용접 변형의 변형량 외에, 굴곡이나 용접 변위가 산출된다.

본 실시 형태의 양측 용접 방법에서도, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이 제1 용접과 제2 용접이 행해진다. 따라서, 제1 실시 형태에서 나타낸 바와 같이, 측정 결과로부터 디퍼런셜 기어의 제조에서 행하는 제1 용접과 제2 용접에서의 입열량이 산출되고, 컨트롤러(35)에 의한 제어 설정이 행해진다. 그리고 도 6의 (a)의 압입 직후에 측정 장치(40)에 의한 단부면(111)의 변위 측정이 행해지고, 도 10에 나타내는 바와 같은 단부면(111)의 굴곡(400)이 산출된다. 컨트롤러(35)에서는, 제3 실시 형태에서 나타낸 바와 같이, 굴곡(400)에 기초하여 개시 위치가 산출되고, 그 위치로부터 레이저광의 조사가 전체 둘레에 걸쳐 행해진다.

한편, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 디퍼런셜 기어의 제조 시에 단부면(111, 112)의 변위 측정을 행하고, 그 측정 결과에 기초하여 입열량을 변화시키면서 레이저 용접을 행하도록 해도 된다. 이 경우에도, 제3 실시 형태에서 나타낸 바와 같이, 굴곡(400)에 기초하여 개시 위치가 산출되고, 그 위치로부터 레이저광의 조사가 전체 둘레에 걸쳐 행해진다.

본 실시 형태에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 용접 전에 측정한 굴곡(400)을 용접 변위(401)로 상쇄하고, 단부면(111, 112)의 굴곡이 수정되고, 또한, 제1 용접 변형과 제2 용접 변형이 서로 상쇄됨으로써, 양측 용접 전체에서의 용접 변형을 저감시킬 수 있다. 그로 인해, 접합된 링 기어(1)는, 디퍼런셜 기어에 대해 치면 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능한 것은 물론이다. 예를 들어, 상기 각 실시 형태에서는, 접합하는 부재로서 링 기어(1)와 기어 케이스(2)를 예로 들어 설명하였지만, 그 밖의 부재여도 된다. 또한, 상기 실시 형태에서는 레이저 용접에 의한 양측 용접을 설명하였지만, 아크 용접 등으로 행하는 양측 용접이어도 된다. 또한, 제1 및 제2 실시 형태의 방법에 관해서는, 접합부가 링 기어(1)와 기어 케이스(2)와 같은 환 형상인 것 외에, 직선이나 파형이어도 된다. 또한, 조인트 형상도 상기 실시 형태의 것에 한정되는 것은 아니다.

1 : 링 기어
2 : 기어 케이스
5 : 접합부
23 : 공간부
11, 112 : 단부면

Claims

제1 부재와 제2 부재가 맞대어진 접합부에 대해, 그 접합부를 사이에 둔 일측으로부터 행하는 제1 용접과 타측으로부터 행하는 제2 용접에 의해 접합하는 양측 용접 방법이며,
상기 제1 용접 후에 행하는 상기 제2 용접은, 상기 제1 용접에 의해 발생한 변형을 상쇄하기 위해 목표로 하는 변형량의 제2 용접 변형이 발생하도록, 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 용접 및 제2 용접은, 함께 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열량 조정은, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 및 제2 용접에 의한 용접 변형의 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열량 조정은, 상기 용접 변형이 상기 제2 부재에 대한 것인 경우에, 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽의 용접을 행할 때, 용접 전에 상기 제2 부재의 변위를 측정하고, 그 측정 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열량 조정은, 상기 용접 변형이 상기 제2 부재에 대한 것이며, 상기 제1 용접 및 제2 용접이 본 용접을 행하기 전에 가부착을 행하는 경우에, 상기 가부착 후에 행하는 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽의 본 용접을 행할 때, 용접 전에 상기 제2 부재의 변위를 측정하고, 그 측정 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 부재는, 원형의 돌출부를 구비한 부재이며, 상기 제2 부재는, 상기 돌출부에 끼워 맞추는 환 형상의 부재이며, 끼워 맞춘 상기 제1 부재 및 제2 부재의 직경 방향으로 맞대어진 원주면끼리가 상기 접합부로 되는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제4항에 있어서, 상기 열량 조정에서의 변위 측정은, 상기 제2 부재의 축 방향 단부면에 대해 용접 전의 변위를 전체 둘레에 걸쳐 행하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 용접 및 제2 용접은 레이저 용접인 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
원형의 돌출부를 구비한 제1 부재의 당해 돌출부에 대하여 환 형상의 제2 부재를 끼워 맞추고, 상기 제1 부재 및 제2 부재의 원주면끼리가 직경 방향으로 맞대어진 접합부에 대해, 그 접합부를 사이에 둔 일측으로부터 행하는 제1 용접과 타측으로부터 행하는 제2 용접에 의해 접합하는 양측 용접 방법이며,
상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽을 행할 때, 용접 변형에 의해 발생하는 둘레 방향의 용접 변위에 의해 상기 제2 부재의 축 방향 단부면에 존재하는 둘레 방향의 굴곡을 상쇄하기 위해, 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽 후에, 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면의 변위를 측정하고, 그 측정 결과를 기초로 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면에 용접 변형에 의해 발생한 상기 용접 변위를 구해 두고,
상기 제1 부재 및 제2 부재에 대해 상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽을 행하기 전에 상기 제2 부재의 축 방향 단부면의 변위를 측정하고, 용접 전의 상기 축 방향 단부면에 존재하는 상기 굴곡을 구하고,
상기 제1 용접 및 제2 용접의 한쪽 또는 양쪽을 행할 때, 상기 용접 변위에 의해 상기 굴곡을 상쇄하기 위한 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제10항에 있어서, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 및 상기 제2 용접의 양쪽 후에, 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면에 발생한 용접 후의 변위를 측정한 측정 결과로부터 상기 용접 변위를 구해 두고,
상기 제1 부재 및 제2 부재에 대해 상기 제1 용접 및 상기 제2 용접의 양쪽의 용접을 행하기 전에 상기 제2 부재에 대해 상기 굴곡을 구하고, 상기 양쪽의 용접을 행할 때, 상기 용접 변위에 의해 상기 굴곡을 상쇄하기 위한 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제10항에 있어서, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 후에 행하는 상기 제2 용접에 의해, 상기 제2 시험용 부재의 축 방향 단부면에 발생한 용접 후의 변위를 측정한 측정 결과로부터 상기 용접 변위를 구해 두고,
상기 제1 부재 및 제2 부재에 대해 행한 상기 제1 용접 후의 상기 제2 부재에 대해 상기 굴곡을 구하고, 상기 제2 용접을 행할 때, 상기 용접 변위에 의해 상기 굴곡을 상쇄하기 위한 둘레 방향의 용접 개시 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 용접 후에 행하는 상기 제2 용접은, 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 용접 및 제2 용접은, 함께 목표로 하는 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 열량 조정을 행하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제13항에 있어서, 상기 열량 조정은, 상기 제1 부재 및 제2 부재와 동일한 부재인 제1 시험용 부재와 제2 시험용 부재를 준비하고, 상기 제1 및 제2 시험용 부재에 대하여 행한 상기 제1 용접 및 제2 용접에 의한 용접 변형의 결과를 기초로 목표로 하는 변형량을 정하고, 그 변형량의 용접 변형이 발생하도록 상기 접합부에의 입열량을 조정하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 용접 및 제2 용접은 레이저 용접인 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.
제1항, 제2항, 제6항 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 용접의 용접 방향으로 본 상기 접합부의 중간 부분에 공간을 구성하는 조인트 형상의 상기 제1 부재와 제2 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는, 양측 용접 방법.