JP5526567B2

JP5526567B2 - 溶接接合部材

Info

Publication number: JP5526567B2
Application number: JP2009056143A
Authority: JP
Inventors: 明清水; 佳典伊澤; 敦之隼田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010207850A

Description

本発明は、一対の部品を互いに突き合わせた状態で溶加材を用いて溶接接合する際に、この突き合わせ部の外側部分に溝を備えている溶接接合部材に関する。

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できるので、ファイナルドライブユニットの軽量化を達成できる。

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部品相互が当接する部分を外周溶接するが、この外周溶接部分に溝を設けた溶接継手とし、溶加材を使用してレーザなどの高エネルギビームを溶射して溶接接合している（例えば下記特許文献１参照）。

特表２００２−５１４５１１号公報

ところで、上記２部品を溶接接合するにあたり、リングギヤをデフケースに嵌め込む際には、溶接による熱変形を防ぐために、リングギヤをデフケースに対して嵌め込み方向に押し付けて圧力を付与した状態とする必要がある。

ところが、上記２部品相互の溶接部分の外周部には溝を設けてあるので、リングギヤをデフケースに押し付ける際にリングギヤが変形するか、あるいは、溶接時の溶融金属が冷却収縮する際に、上記押し付け方向に変形する恐れがある。

そこで、本発明は、互いに突き合わせた一対の部品の溶接接合部の外側部分に溝を設けた状態で、これら各部品相互を押し付けるようにして溶接接合する場合であっても、部品の変形を抑えることを目的としている。

本発明は、一対の部品を互いに突き合わせた突き合わせ部の外側部分に溝を備え、この溝内にて、一対の部品の少なくとも一方から他方に向けて突出してその先端が他方に接触する突起を備え、前記一対の部品は、少なくとも前記突き合わせ部を環状に形成してあり、前記突き合わせ部における環状に形成した前記突起に、前記溝の内部と外部とを連通する連通孔を設け、前記突起は、前記溝の底部と反対側の開口端部に位置し、前記突起の前記開口端部側に、溶融状態の溶加材を溜めることができる凹部が形成され、前記溝は、溶接によって前記突起を含む前記一対の部品及び前記溶加材がそれぞれ溶融した溶融物で充填されるものであることを特徴とする。

本発明によれば、互いに突き合わせた一対の部品の溶接接合部の外側部分に溝を設けた状態で、これら各部品相互を押し付けるようにして溶接接合する際には、一対の部品の少なくとも一方に設けた突起の先端が他方に接触することで、この突起による接触部が押し付け方向の力に対抗するので、該押し付け方向への部品の変形を抑えることができ、溶接接合部材として高品質化を達成することができる。
また、上記した突起を、溝の底部から離れた位置の開口端部に設けているので、一対の部品の一方側の側面を、他方側の側面に押し付けて圧力を付与したときの対抗力が有効に作用し、上記押し付け方向への変形を効率よく抑えることができる。
また、本発明では、一対の部品は、少なくとも突き合わせ部を環状に形成してあるので、一対の部品を溶接接合する際に、部品の変形を抑制するのに有効である。
また、本発明では、連通孔を設けることで、溶接時の熱で溝内の空気が膨張した際に、該空気を連通孔から逃がすことができ、これによって溝の内壁の膨張空気による凹みなど変形を抑え、溶融金属部内に空気が混入するなどによる溶接不良を抑えることができる。
さらに、本発明では、凹部が溶融プールを形成することになり、溶融状態の溶加材が凹部に溶接当初に溜まることになるので、この溶融した溶加材の突き合わせ部周辺への流出を抑制して母材の割れをより効果的に抑えることができるとともに、高品質な溶接部品を得ることができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わる溶接継手を示す、図２の要部の断面図、（ｂ）は溶接後の（ａ）に対応する断面図である。図１の溶接継手を適用しているデフケースとリングギヤを示す正面図である。本発明の第２の実施形態を示す、図１（ａ）に対応する断面図である。（ａ）は本発明の第３の実施形態を示す、図２に対応する正面図、（ｂ）は図１（ａ）に対応する、（ａ）の要部の断面図である。

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、互いの突き合わせ部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２を照射して行うが、その際溶加材となるフィラーワイヤ４を使用する。フィラーワイヤ４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。

デフケース１は、小径部７と大径部９とを備える一方、リングギヤ３は、歯部１１を備えるギヤ部１３と、ギヤ部１３よりも小径で、上記デフケース１の大径部９と外径がほぼ同等なギヤ側小径部１５とを備えている。

デフケース１の小径部７に環状のリングギヤ３を嵌め込んでおり、その際、図２の突合せ部５近傍のＡ部における断面形状を示す図１（ａ）のように、デフケース１における大径部９の側面１７と、リングギヤ３におけるギヤ側小径部１５の側面１９とを互いに突き合わせている。

すなわち、デフケース１は小径部７及び大径部９を備え、リングギヤ３は、デフケース１の小径部７が挿入されて大径部９の小径部７側に形成した側面１７に突き合わせた状態で溶接接合される。

そして、この突き合わせ部５における大径部９の側面１７及びギヤ側小径部１５の側面１９には、周方向に沿って全周にわたり凹溝２１及び２３をそれぞれ形成してあり、これら凹溝２１及び２３によって、突き合わせ部５の外周部分に形成した溝２５を構成している。

また、この溝２５の外周側の開口端部には、大径部９の側面１７及びギヤ側小径部１５の側面１９から互いに対向する方向に突出してその先端が接触する突起２７及び２９をそれぞれ設けている。これら突起２７及び２９は、周方向にわたり全周に設けて環状に形成している。

したがって、溝２５は、外周側の開口端部を各突起２７及び２９によって閉塞した環状の閉空間となっている。

次に、作用を説明する。図２のように、デフケース１の小径部７にリングギヤ３を嵌め込む際に、図１に示すように、デフケース１の大径部９の側面１７に、ギヤ側小径部１５の側面１９を突き当てる。このとき、溶接による熱変形を抑制するために、リングギヤ３のギヤ側小径部１５の側面１９を、デフケース１の大径部９の側面１７に押し付けて圧力を付与した状態とする。

このとき本実施形態では、溝２５の外周側の開口端部に、デフケース１及びリングギヤ３の双方から互いに対向するようにして突出する突起２７及び２９をそれぞれ設けて、該突起２７及び２９の先端相互を当接させている。

この状態で、図２に示す高密度エネルギビーム２を突き合わせ部５の外周部分に向けて照射し、母材であるデフケース１及びリングギヤ３側の各突起２７及び２９付近が溶融し始めたら、フィラーワイヤ４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、突き合わせ部５の全周にわたって溶接することになる。

溶接時には、各突起２７及び２９や、デフケース１側の側面１７及びリングギヤ３側の側面１９における凹溝２１及び２３など、突き合わせ部５における互いの表層部が溶融するとともに、順次供給するフィラーワイヤ４が溶融する。これにより、図１（ｂ）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４とが溶融した溶融金属部３１が形成され、これら２部品相互が溶接接合されることになる。

ここで、本実施形態では、溶接時には、前述したようにリングギヤ３のギヤ側小径部１５の側面１９を、デフケース１の大径部９の側面１７に押し付けて圧力を付与した状態とすることで、溶接による熱変形を抑えている。

この際、本実施形態では、溝２５の外周側の開口端部において、デフケース１及びリングギヤ３にそれぞれ設けてある突起２７及び２９の先端相互を当接させていることから、上記のように側面１９を側面１７に押し付けて圧力を付与したとしても、これら各突起２７，２９が該押し付け方向の力に対抗する。この結果、該押し付け方向への部品、特にリングギヤ３の変形を抑えることができる。また、溶接時の溶融金属が冷却収縮する際には、母材側の溶融部分となる突起２７及び２９を備える分、上記押し付け方向に変形することも抑制でき、溶接接合部材として高品質化を達成することができる。

特に、上記した突起２７及び２９を、溝２５の底部から最も離れた位置の開口端部に設けているので、リングギヤ３側の側面１９を、デフケース１側の側面１７に押し付けて圧力を付与したときの対抗力が有効に作用し、上記押し付け方向への変形を効率よく抑えることができる。

また、本実施形態では、一対の部品は、少なくとも前記突き合わせ部５を環状に形成してあるので、デフケース１及びリングギヤ３を一対の部品として溶接接合する際に、部品の変形を抑制するのに有効である。

［第２の実施形態］
前記した第１の実施形態では、溝２５の開口端部に突起２７及び２９を設定しているが、図３に示すように、第２の実施形態は、これら突起２７及び２９に代えて、溝２５の深さ方向の中間位置に突起２７Ａ及び２９Ａをそれぞれ設けている。これらの突起２７Ａ及び２９Ａは、前記した突起２７及び２９と同様に全周に設けてあり、これにより本実施形態では、突起２７Ａ及び２９Ａの外側に凹部３１を備えることになる。

これにより第２の実施形態では、凹部３１が溶融プールを形成することになり、特に溶融状態のＮｉを含むフィラーワイヤ４が凹部３１に溶接当初に溜まることになるので、この溶融したフィラーワイヤ４の突き合わせ部５周辺への流出を抑制して鋳鉄材からなる母材の割れをより効果的に抑えることができるとともに、高品質な溶接部品を得ることができる。

このとき本実施形態では、突き合わせ部５における溶け込み深さをＬとすると、突起２７Ａ及び２９Ａは、Ｌ／２よりも溝２５の開口端部側に位置している。これにより、突起２７Ａ及び２９Ａによるリングギヤ３の前記した変形抑制効果を維持しつつ、凹部３１による溶融プール形成に基づく母材割れも抑制でき、高品質な溶接部品を得ることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、図４に示すように、第１の実施形態に対し、突起２７，２９を有する部分の突き合わせ部５の一部に、溝２５の内部と外部とを連通する連通孔３３を設けている。この連通孔３３は、互いに突き合わせた一対の突起２７，２９の先端に設けた半円形状の切欠で構成している。なお、この切欠は、一対の突起２７，２９の少なくとも一方に設けるだけもよい。また、連通孔３３として、一対の突起２７，２９の少なくともいずれか一方に貫通孔として設けたものでもよい。

上記した連通孔３３を設けることで、溶接時の熱で溝２５内の空気が膨張した際に、該空気を連通孔３３から逃がすことができ、これによって溝２５の内壁の膨張空気による凹みなど変形を抑えることができる。この結果、前記図１（ｂ）に示してある溶融金属部３１内に空気が混入するなどによる溶接不良を抑えることができる。

また、上記した連通孔３３は、互いに突き合わせた一対の突起２７，２９の先端に設けた半円形状の切欠で構成しているので、鋳造成形するデフケース１の場合には、突起２７，２９の少なくとも一方に連通孔３３となる貫通孔を形成する場合に比較して、鋳造成形時に連通孔３３を容易に設けることができる。

なお、上記した連通孔３３は、周方向沿って少なくとも１個あればよく、複数設けてもよい。また、この連通孔３３は、図３に示す第２の実施形態の突起２７Ａ，２９Ａに設けることもできる。

また、前記した各実施形態では、デフケース１側の側面１７及びリングギヤ３側のギヤ側小径部１５の側面１９に、突起２７（２７Ａ）及び２９（２９Ａ）をそれぞれ設けているが、これら突起２７（２７Ａ）と突起２９（２９Ａ）のうちいずれか一方のみ設け、その一方の例えばリングギヤ３側の突起２７（２７Ａ）を対向するデフケース１側の溝２５の側壁に当接させるようにしてもよい。

さらに、突起２７（２７Ａ）と突起２９（２９Ａ）の突出長さを互いに異ならせても構わない。要するに、溝２５内にて、一対の部品の少なくとも一方から他方に向けて突出してその先端が他方に接触する突起を設けてあればよい。

１デフケース（一対の部品）
３リングギヤ（一対の部品）
４フィラーワイヤ（溶加材）
５突き合わせ部
７デフケースの小径部
９デフケースの大径部
１７大径部の側面
２５突き合わせ部における溝
２７，２９溝内に設けた突起
３１突き合わせ部に設けた凹部
３３突起に設けた連通孔
Ｌ溶接時の溶け込み深さ

Claims

一対の部品を互いに突き合わせた状態で溶加材を用いて溶接接合する際に、この突き合わせ部の外側部分に溝を備えている溶接接合部材であって、前記溝内にて、前記一対の部品の少なくとも一方から他方に向けて突出してその先端が他方に接触する突起を備え、
前記一対の部品は、少なくとも前記突き合わせ部を環状に形成してあり、
前記突き合わせ部における環状に形成した前記突起に、前記溝の内部と外部とを連通する連通孔を設け、
前記突起は、前記溝の底部と反対側の開口端部に位置し、
前記突起の前記開口端部側に、溶融状態の溶加材を溜めることができる凹部が形成され、
前記溝は、溶接によって前記突起を含む前記一対の部品及び前記溶加材がそれぞれ溶融した溶融物で充填されるものであることを特徴とする溶接接合部材。
前記連通孔を、前記突起の先端に設けた切欠で構成したことを特徴とする請求項１に記載の溶接接合部材。
前記一対の部品は、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及びこのデフケースに取り付けられる環状のリングギヤであることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接接合部材。
前記デフケースは小径部及び大径部を備え、前記リングギヤは、前記デフケースの小径部が挿入されて大径部の小径部側に形成した側面に突き合わせた状態で溶接接合されることを特徴とする請求項３に記載の溶接接合部材。