JP5509910B2

JP5509910B2 - ビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置

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Publication number: JP5509910B2
Application number: JP2010035877A
Authority: JP
Inventors: 佳典伊澤; 一央 ▲高▼木; 明清水; 秀信松山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP2011167746A

Description

本発明は、例えば自動車の差動装置等の機械装置における２つの構成部材同士を接合するビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置に関する。特に、部材とこの部材を内径部から支持する部材とが互いにビーム溶接されて構成されるビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置に関するものである。

自動車等の車両の駆動出力側には、変速装置を介して伝達される動力を、車両の旋回時等の必要時に左右の車輪にそれぞれ対応する左右のドライブシャフトを介して動力を伝達する差動装置が設けられている。この差動装置は、動力が伝達される鋼製のデフリングギヤと、このデフリングギヤを内径部から支持してデフリングギヤと一体に回転する鋳鉄製のデフケースとを備える。

従来から、上記両者を、高張力ボルト等により結合することに代えて、高エネルギビームにより溶接結合するビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置が提案されている(特許文献１参照)。

これは、鋳造部品であるデフケースと肌焼き鋼から成るデフリングギヤとを溶接により結合する方法である。そして、先ず、加工の完了した両方の部品において、溶接準備のために溶接すべき面を少なくとも部分的に除去して、両者間に狭いＵ字状溝、Ｙ字状溝又はＶ字状溝からなる開先が形成されるようにする。次に、両方の部品を互いに継ぎ合わして、オーステナイト系のフィラーワイヤを補給しながら高エネルギビームにより溶接するようにしている。

特表２００２−５１４５１１号公報

上記従来例では、デフケースとデフリングギヤとの開先部を貫通溶接するために、開先の奥側(ビーム先端側)のデフケースとデフリングギヤとが接触した部分に、両者の表面を窪ませて形成した空間を設けている。しかしながら、この空間は、一方ではデフケースとデフリングギヤの開先により閉じられ、他方ではデフケースとデフリングギヤとが互いに中心軸を合わせるために圧入または焼き嵌めで嵌合して閉じられ、密閉された空間となっている。このため、レーザや電子ビーム等の高エネルギビームを開先部に照射して溶接した場合に、溶接時の熱で空間内部の空気が膨張し、膨張した気体は高エネルギビームにより溶融した溶接金属を開先部内へ押出すよう作用する。この結果、溶接金属の内周側が抉られた窪んだ状態となり、所謂アンダーフィルという、溶接欠陥を生じる。また、溶接の終盤では空間内部の気体が溶接ビードを外周側に押し退けて噴出して、溶接金属に気孔の発生や溶接ビードの表面側に不整ビードを生じるという、溶接欠陥を発生する場合があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、溶接欠陥を防止するに好適なビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１部材は第２部材の外周に内周部を嵌合させて支持され、第１部材と第２部材とが互いに当接する環状の面の一方側において外部空間に臨む端部に形成した溶接用開先部に、フィラーワイヤを供給しつつ溶接用開先部を貫通させて、前記溶接用開先部より奥側の第１，２部材間に設けた貫通空間に達する高エネルギビームによる貫通溶接により接合されたビーム溶接部材である。
そして、前記第１，２部材の貫通溶接のための貫通空間が、前記第１部材または第２部材の少なくとも一方の溶接用開先部の一部分を半径方向に切り欠いて形成され、環状に形成された溶接用開先部の全周に対するビーム溶接の終了段階において、溶接金属により閉じられる連通孔を介して外部空間と連通されている。

したがって、本発明では、第１，２部材の溶接用開先部の奥側に形成される貫通溶接のための貫通空間が、第１部材若しくは第２部材に設けた連通孔を介して外部空間と連通されている。このため、ビーム溶接時に貫通空間内の気体が膨張しても外部空間へ連通孔を介して排出されて内圧が上昇することがなく、内圧上昇に伴う溶接金属の内周側が抉られた窪んだ状態となる、所謂アンダーフィルという、溶接欠陥を防止できる。また、溶接の終盤では空間内部の気体が溶接ビードを外周側に押し退けて噴出して、溶接金属に気孔の発生や溶接ビードの表面側に不整ビードを生じるという、溶接欠陥の発生も防止できる。
しかも、連通孔は、第１部材または第２部材の少なくとも一方の開先部の一部分を半径方向に切り欠いて形成された溝で構成され、環状に形成された開先部の全周に対するビーム溶接の終了段階において、溶接金属により閉じられる。このため、ビーム溶接が終了した段階では、前記溝は高エネルギビームにより開先部とフィラーワイヤとが溶融した溶接金属により埋められることとなる。従って、溝が開先部に存在しても、ビーム溶接された部分の強度を低下させることがない。

本発明の一実施形態を示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置の概略構成図。第１参考例のビーム溶接部材の一例が適用されたデフリングギヤとデフケースとのビーム溶接部の拡大断面図。第２参考例のビーム溶接部材の一例が適用された差動装置におけるデフリングギヤの拡大断面図。第３参考例のビーム溶接部材の一例が適用された差動装置におけるデフリングギヤの拡大断面図。第４参考例のビーム溶接部材の一例が適用された差動装置におけるデフリングギヤの拡大断面図。第１実施例のビーム溶接部材の一例が適用された差動装置におけるデフリングギヤの拡大断面図。第２実施例のビーム溶接部材の一例が適用された差動装置におけるデフリングギヤとデフケースとのビーム溶接部の拡大断面図。本発明の第２実施形態を示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置における第１実施例のデフリングギヤとデフケースとのビーム溶接部の拡大断面図。第２実施例のデフリングギヤとデフケースとのビーム溶接部の拡大断面図。第３実施例のデフリングギヤとデフケースとのビーム溶接部の拡大断面図。開先部の内周に設ける貫通溶接のための貫通空間を、開先の内周端に連ねて部分的に閉空間として設けた比較例のビーム溶接後の状態を示す断面図。

以下、本発明のビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図７は、本発明を適用したビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置の第１実施形態を示し、図１は適用しようとする差動装置の概略断面図を示し、図２〜図７は第１〜４参考例及び第１、２実施例を夫々示す図である。

図１において、ビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置１は、エンジン等からの動力が伝達される第１部材としての鋼製のデフリングギヤ２と、このデフリングギヤ２を支持してデフリングギヤ２と一体に回転する鋳鉄製のデフケース３とを備えている。デフケース３は、図示しないが、ハウジングに回転可能に支持されている。そして、ベベルギヤからなる一対のピニオンメイトギヤとこのピニオンメイトギヤと噛合いするベベルギヤからなる左右のサイドギヤとからなるディファレンシャルギヤユニットを内蔵している。

そして、変速機等から出力がデフリングギヤ２に伝達されると、このデフリングギヤ２が回転するので、デフケース３も回転する。このデフケース３の回転により、デフケース３内に内蔵されているディファレンシャルギヤユニットのピニオンメイトギヤもデフケース３と一体に回転する。すると、ピニオンメイトギヤに噛合いする左右のサイドギヤが回転する。これにより、図示しない左右のドライブシャフトが回転し、これらのドライブシャフトに連結された左右の車輪（不図示）が回転する。この構成の差動装置１は、一般的に使用されている通常のものであり、車両左右の駆動車輪間に配置されるものの他、車両前後のファイナルドライブ装置間に配置されるセンタデファレンシャル装置にも適用されている。

前記差動装置１におけるデフリングギヤ２とデフケース３との接合は、デフリングギヤ２が繰り返し荷重および衝撃荷重を受けることから、高い接合強度（耐疲労強度、耐衝撃強度）が求められる。しかし、デフリングギヤ２を構成する表面焼入された鋼材とデフケース３を構成する鋳鉄若しくは鋳鋼との高強度接合が困難である。このため、一般的には、デフリングギヤ２とデフケース３との高強度接合として、所定数のボルトによるボルト接合が使用されている。

しかし、差動装置１におけるデフリングギヤ２とデフケース３との接合として、ボルト接合を用いたのでは、差動装置１として８〜１２本くらいのボルトが使用される。このため、部品点数が多くコスト高となるばかりでなく、重量が重いものとなっている。特に、これらのボルトには荷重が繰り返しかかることから、その部品機能として耐疲労強度および耐衝撃強度等の高強度が求められるため、更に一層コスト高を招いてしまう。また、デフリングギヤ２とデフケース３とを手作業でボルト仮付けを行った後、ボルト締め付け機でボルトを締めつけているため、作業工数が多くかかっている。更に、ボルトが他の部材との干渉を防止するために、ケースの狭い空間内にこれらのボルトの占有スペースが必要となっている。

そこで、本実施形態においては、デフリングギヤ２とデフケース３との接合にボルト接合を用いずに、高接合強度を得つつ、作業工数および部品点数をともに削減できるビーム溶接部材を提供するものである。更に本実施形態では、高接合強度を得つつ、占有スペースを低減して他の部材との干渉を防止して確実に動力を伝達することのできる差動装置１を提供するものである。

このために、前記デフケース３は、外周に前記デフリングギヤ２の内周面を嵌め合い支持する円筒面１１を、機械加工により形成する。また、この円筒面１１の端部において外周側に突出させてフランジ部１２を備える。このフランジ部１２の前記円筒面１１側の側面は、前記デフリングギヤ２を軸方向に位置決めをすると共にデフリングギヤ２に対して溶接すべき接合部１３を構成するよう機械加工している。

前記デフリングギヤ２は、リング状の鋼材により形成され、鋼材の一方の側面に形成されたテーパ状の(傘)歯車部２０を備える。前記歯車部２０は、車両の平面図より見て、デフケース３の軸心に対して直交する方向の軸（プロペラシャフト）から入力を受ける場合には、上記したように傘歯車となる。また、前記歯車部２０は、デフケース３の軸心に対して並行する方向の軸から入力を受ける場合には、デフリングギヤ２に設ける歯車部２０は平歯車が使用される。また、機械加工により、この歯車部２０の内周側に形成されてデフケース３の外周の円筒面１１に圧入嵌合する内周面２１と、歯車部２０の背面側に形成された接合部２３と、を有する。前記接合部２３は、デフケース３に設けたフランジ部１２に軸方向から当接して軸方向の位置決めすると共にそのフランジ部１２の接合部１３にビーム溶接される。本実施形態におけるデフケース３とデフリングギヤ２との結合面は、デフケース３の円筒面１１とデフリングギヤ２の内周面２１との圧入嵌合部と、デフケース３及びデフリングギヤ２の接合部１３，２３同士のビーム溶接部と、よりなるＬ字状断面をなす。

図２は、第１参考例のビーム溶接部材の一例が適用された差動装置１におけるデフリングギヤ２とデフケース３との接合部１３，２３を模式的に示す。即ち、デフケース３の円筒面１１にデフリングギヤ２の内周面２１を圧入嵌合させ、デフリングギヤ２とデフケース３との接合部１３，２３同士を接触させてビーム溶接した状態を示す図である。

図２に示すように、デフリングギヤ２およびデフケース３の接合部１３，２３は、機械加工により、夫々外周側に形成された開先部１４，２４を備える。また、開先部１４，２４よりも内周側において開先部１４，２４より軸方向に夫々後退させた端面により形成された空間形成部１５，２５を備える。

前記ビーム溶接のための開先部１４，２４は、内周側において互いに当接される当接部１４Ａ，２４Ａと、この当接部１４Ａ，２４Ａの外周側においてテーパ状に切欠き形成したテーパ部１４Ｂ，２４Ｂと、を備える。

また、前記夫々の空間形成部１５，２５を構成する側面の内周側は、夫々隅Ｒおよび面取りを介して、デフケース３の円筒面１１及びデフリングギヤ２の内周面２１に連なっている。また、空間形成部１５，２５を構成する側面の外周側は、夫々隅Ｒを介して、夫々前記開先部１４，２４の当接部１４Ａ，２４Ａの内周端に連なるよう構成している。

従って、デフリングギヤ２とデフケース３との接合部１３，２３は、両者を接触させたビーム溶接前の状態では、開先部１４，２４の当接部１４Ａ，２４Ａ同士が接触される。そして、開先部１４，２４のテーパ部１４Ｂ，２４Ｂ同士は、内周に向けて狭まり、外周に向けて拡がるビーム溶接のための開先を形成する。また、内周側の空間形成部１５，２５は、溶接ビームを互いの開先部１４，２４を貫通させて受入れて、貫通溶接とするための貫通空間Ａを形成する。この貫通空間Ａは、開先部１４，２４の内周端からデフケース３とデフリングギヤ２との嵌合部分１１，２１までの範囲において、互いに接触することなく軸方向に離間している。

また、デフケース３には、前記貫通空間Ａに外端が開口し内端がデフケース３内面に開口して半径方向に貫通する連通孔４０を備える。この連通孔４０は、例えば、φ３．０の孔で形成され、デフリングギヤ２のデフケース３への組立時にビーム溶接のための貫通空間Ａと外部空間とを連通させる。前記連通孔４０は、１本で形成しても複数本で形成してもよく、また、配置する円周方向位置はいずれの円周方向位置でもよい。

前記デフリングギヤ２とデフケース３との開先部１４，２４同士を接触させて、デフケース３とデフリングギヤ２の開先にフィラーワイヤを供給しながら、レーザビーム若しくは電子ビーム等の高エネルギビームを照射してビーム溶接する。このビーム溶接は、順次デフケース３及びデフリングギヤ２を軸心回りに回転させて、開先の全周に渡って実施する。フィラーワイヤとデフケース３とデフリングギヤ２の開先とが高エネルギビームにより溶融されて開先部１４，２４に溶接金属３０が形成され、デフケース３とデフリングギヤ２とが開先部１４，２４で溶接される。同時に、溶接金属３０の軸方向両側のデフケース３とデフリングギヤ２の母材部位に、夫々熱影響層３１が生じる。

そして、半径方向内周側に位置する貫通空間Ａは連通孔４０を介して外部空間に連通しているため、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、半径方向内周側に位置する貫通空間Ａ内の空気は膨張する。膨張した気体は連通孔４０を介して流れ出る。また、溶接後の冷却過程においては、貫通空間Ａ内の気体の冷却に伴う収縮に応じて、外部空間から連通孔４０を介して外気を導入する。このため、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがなく、また、溶接後においても、外気圧と同じに保持される。従って、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退けることを防止できる。

図１１は、開先部１４，２４の内周に設ける貫通溶接のための貫通空間Ａを、開先の内周端に連ねて部分的に設けた閉空間に形成した比較例のビーム溶接後の状態を示している。即ち、貫通空間Ａは、半径方向外周側において開先部１４，２４の当接部１４Ａ，２４Ａ同士の接触により閉じられている。また、半径方向内周側においてデフケース３とデフリングギヤ２との端面同士の接触及びデフケース３とデフリングギヤ２との嵌合部分１１，２１の嵌り合いにより閉じられている。言い換えれば、貫通空間Ａは外部空間から遮断された閉空間となっている。

このため、比較例においては、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、貫通空間Ａ内の空気は膨張するが、膨張した気体は高エネルギビームにより溶融した溶接金属３０を外周側に押出すよう作用する。この作用は、図１１に示すように、溶接金属３０の内周側が抉られた状態(図中のＢ参照)の、所謂アンダーフィルという、溶接欠陥を生じる。また、溶接の終盤では貫通空間Ａ内部の気体が溶接ビードを外周側に押し退けて噴出して溶接ビードの表面側に不整ビードを生じるという、溶接欠陥を発生する。

これに対して、第１参考例においては、上記したように、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがなく、また、溶接後においても、外気圧と同じに保持される。このため、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退ける、アンダーフィルや溶接の終盤において貫通空間Ａ内部の気体が溶接ビードを外周側に押し退けて噴出して溶接ビードの表面側に不整ビードを生じることがない。即ち、溶接欠陥を発生することが防止できる。

また、溶接後の溶接金属３０が冷えて固まる際には、溶接金属３０の体積が収縮し、周囲の母材（デフケース３及びデフリングギヤ２）との間にある熱影響層３１付近に引張応力が発生する。しかし、第１参考例においては、貫通空間Ａが、その内周側においてデフケース３の円筒面１１及びデフリングギヤ２の内周面２１に拡大されている。このため、溶接金属３０の凝固収縮時に撓める部分の長さは、デフケース３とデフリングギヤ２とが嵌合している部分１１，２１から開先部１４，２４外周までの長さＬＡとなる。また、デフケース３のフランジ部１２の撓める角度をδとすると、溶接金属３０の周辺の母材の変位量の期待値は積［ＬＡ＊δ］と見なせる。

一方、比較例においては、溶接金属３０の凝固収縮時に撓める部分の長さは、デフケース３とデフリングギヤ２の軸方向端面同士の接触部の外周部分から開先部１４，２４外周までの長さＬＢとなる。また、デフケース３のフランジ部１２の撓める角度をδとすると、溶接金属３０の周辺の母材の変位量の期待値は積［ＬＢ＊δ］と見なせる。このため、比較例においては、溶融した母材及びフィラーワイヤよりなる溶接金属３０の凝固収縮に対応して発生する剥離方向の応力が緩和されず、比較的柔軟性の低い鋳鉄部品側の熱影響層３１において剥離等の溶接割れＣが生じるものと推定される。

これに対して、第１参考例においては、デフケース３とデフリングギヤ２とが嵌合している部分１１，２１から開先部１４，２４外周までの長さＬＡは、比較例の長さＬＢよりも長くなる。従って、第１参考例の溶接金属３０の周辺の母材の変位量の期待値である積［ＬＡ*δ］は、比較例の溶接金属３０の周辺の母材の変位量の期待値である積［ＬＢ＊δ］よりも大きくなる。このため、比較例に比べて第１参考例の方が、溶接金属３０の周辺の母材の変位量の期待値は大きく、つまり、撓みやすいことになる。また、デフケース３の内周側の側面が軸方向に後退されていることによっても、撓みやすいことになる。

ここで、凝固収縮の体積変化が、比較例と第１参考例とで同じと仮定すると、溶接金属３０の周辺の母材が大きく撓める第１参考例の方が、発生する引張応力が低くなる。従って、溶融した母材及びフィラーワイヤよりなる溶接金属３０の凝固収縮に対応して発生する剥離方向の応力が緩和され、比較的柔軟性の低い鋳鉄部品側の熱影響層においても、剥離等の溶接割れを生じないものとできる。

図３に示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置１の第２参考例においては、デフケース３の円筒面１１に嵌合するデフリングギヤ２の内周面２１に、軸方向に連通溝４１を形成する。この連通溝４１は、例えば、直線状に半径Ｒ１．０の溝で形成され、デフケース３への組立時にビーム溶接のための貫通空間Ａと外部空間とを連通させる連通孔４０を構成する。前記連通溝４１は、１本で形成しても複数本で形成してもよく、また、配置する円周方向位置はいずれの円周方向位置でもよい。また、デフリングギヤ２の内周面２１に設けるのでなく、デフケース３の円筒面１１に設けるものであってもよい。

また、図４に示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置１の第３参考例のように、デフリングギヤ２の内周面２１とデフケース３の円筒面１１との両者に夫々軸方向に延びる連通溝４１，４２を形成する。そして、両連通溝４１，４２の円周方向位置を一致させることで、断面積の大きい連通孔４０とすることもできる。このようにすることで、連通孔４０の通路面積を稼ぐことができ、設ける連通溝４１，４２の本数を少なくすることができる。

また、前記連通溝４１，４２は、デフケース３の軸心に平行に形成してもよいが、図５に示す第４参考例のように、螺旋状に形成してもよい。螺旋状に形成する場合には、デフリングギヤ２の内周面２１(デフケース３の円筒面１１)の機械加工時に、内面加工ツールの外周側への追い込みにより、内周面２１(円筒面１１)加工と同時に形成することができる。

これらの第２〜４参考例においても、半径方向内周側に位置する貫通空間Ａは連通溝４１，４２からなる連通孔４０を介して外部空間に連通している。このため、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、貫通空間Ａ内の空気が膨張すると、膨張した気体は連通孔４０を介して流れ出る。また、溶接後の冷却過程においては、貫通空間Ａ内の気体の冷却に伴う収縮に応じて、外部空間から連通孔４０を介して外気を導入する。このため、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがなく、また、溶接後においても、外気圧と同じに保持される。従って、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退けることを防止できる。

このため、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退ける、アンダーフィルや溶接の終盤において貫通空間Ａ内部の気体が溶接ビードを外周側に押し退けて噴出して溶接ビードの表面側に不整ビードを生じることがない。即ち、溶接欠陥を発生することが防止できる。

図６に示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置１の第１実施例においては、デフリングギヤ２の接合部に円周方向に配置されている開先部の一部分を半径方向に切り欠いて半径方向の連通溝４３を形成する。この連通溝４３は、例えば、円周方向寸法(溝幅)０．５ｍｍ、軸方向寸法(溝深さ)０．３ｍｍの溝を半径方向に切り欠いて形成する。

前記連通溝４３は、デフリングギヤ２とデフケース３との開先部同士を接触させた組立状態において、貫通空間Ａを外部空間に連通させる連通孔４０となる。また、その状態からデフケース３とデフリングギヤ２の開先にフィラーワイヤを供しながら高エネルギビームを照射してビーム溶接する場合に、前記連通溝４３の円周方向における一方の縁がビーム溶接の開始位置となる。次いで、高エネルギビームが前記連通溝４３から離れる方向に順次デフケース３及びデフリングギヤ２を軸心回りに回転させて、連通溝４３の他方の縁に到るようにする。そして、最後に連通溝４３が存在する部分をビーム溶接することによって、開先の全周に渡って実施する。

従って、ビーム溶接が終了した段階では、前記連通溝４３は高エネルギビームにより開先部１４，２４とフィラーワイヤとが溶融した溶接金属３０により埋められることとなる。このため、連通溝４３が開先部１４，２４に存在しても、ビーム溶接された部分の強度を低下させることがない。

また、この第１実施例においても、貫通空間Ａは連通孔４０を介して外部空間に連通しているため、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、貫通空間Ａ内の空気が膨張し、膨張した気体は連通孔４０を介して流れ出る。このため、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがない。従って、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退けることを防止できる。

また、前記実施例１及び参考例２〜４においても、第１参考例と同様に、溶接後の溶接金属３０が冷えて固まる際には、溶接金属３０の体積が収縮し、周囲の母材（デフケース３及びデフリングギヤ２）との間にある熱影響層３１付近に引張応力が発生する。しかし、貫通空間Ａが、その内周側においてデフケース３の円筒面１１及びデフリングギヤ２の内周面２１に拡大されているため、溶接金属３０の凝固収縮時に撓める部分の長さを、第１参考例と同様に確保することができる。また、第１参考例と同様に、デフケース３のフランジ部１２の内周側の端面が軸方向に後退されていることによっても、撓みやすいことになる。

従って、凝固収縮の体積変化が、比較例と本実施例とで同じと仮定すると、溶接金属３０の周辺の母材が大きく撓めるため、発生する引張応力を低くできる。このため、溶融した母材及びフィラーワイヤよりなる溶接金属３０の凝固収縮に対応して発生する剥離方向の応力が緩和され、比較的柔軟性の低い鋳鉄部品側の熱影響層３１においても、剥離等の溶接割れを生じないものとできる。

図７に示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置１の第２実施例においては、高エネルギビームを照射してビーム溶接する開先部１４，２４を、両者が圧入嵌合するデフケース３の円筒面１１およびデフリングギヤ２の内周面２１に設けるようにしたものである。即ち、デフケース３の円筒面１１及びデフリングギヤ２の内周面２１には、互いに嵌合するも、軸方向の一端部分には開先部１４，２４が形成されると共にその開先部１４，２４の奥側において、開先部１４，２４よりデフケース３側で外径を縮小させ且つデフリングギヤ２側で内径を拡大させた空間形成部１５，２５を備える。なお、前記開先部１４，２４は、デフケース３側とデフリングギヤ２側とが互いに接触する当接部１４Ａ，２４Ａとそれに連ねてテーパ状に切り欠き形成したテーパ部１４Ｂ，２４Ｂとより構成されている。また、空間形成部１５，２５より奥側(開先部１４、２４とは反対の側)のデフリングギヤ２の内周面２１とデフケース３の円筒面１１とは互いに圧入嵌合している。この奥側の圧入嵌合を容易にするために、奥側のデフリングギヤ２の内周面２１のフランジ部１２の側面に到る端部に、テーパ面が形成されることが望ましい。

そして、デフリングギヤ２の空間形成部２５から奥側の内周面２１と、デフケース３のフランジ部１２の側面に当接しているデフリングギヤ２の端面２６とに、軸方向に延びる連通溝４４及び半径方向に延びる連通溝４５を夫々形成している。

従って、デフリングギヤ２とデフケース３とを嵌合させて組立てたビーム溶接前の状態では、開先部１４，２４の当接部１４Ａ，２４Ａ同士が接触される。そして、開先部１４，２４のテーパ部１４Ｂ，２４Ｂ同士は、奥側で狭まり、外側に向けて拡がるビーム溶接のための開先を形成する。また、奥側の空間形成部１５，２５は、溶接ビームを互いの開先部１４，２４を貫通させて受入れて、貫通溶接とするための貫通空間Ａを形成する。この貫通空間Ａは、連通溝４４，４５で形成した連通孔４０により外部空間に連通している。

前記デフケース３とデフリングギヤ２の開先にフィラーワイヤを供給しながら、高エネルギビームを照射し、デフケース３及びデフリングギヤ２を軸心回りに回転させつつ、順次開先の全周に渡ってビーム溶接を実施する。フィラーワイヤとデフケース３とデフリングギヤ２の開先とが高エネルギビームにより溶融されて開先部１４，２４に溶接金属３０が形成され、デフケース３とデフリングギヤ２とが開先部１４，２４で溶接される。

そして、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、軸方向奥側に位置する貫通空間Ａ内の空気は膨張するが、貫通空間Ａは連通溝４４，４５を介して外部空間に連通しているため、膨張した気体は連通孔４０を介して流れ出る。また、溶接後の冷却過程においては、貫通空間Ａ内の気体の冷却に伴う収縮に応じて、外部空間から連通溝４４，４５を介して外気を導入する。このため、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがなく、また、溶接後においても、外気圧と同じに保持される。従って、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退けることを防止できる。

本実施形態における各参考例及び実施例においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）第１部材としての例えばデフリングギヤ２は第２部材としての例えばデフケース３の外周に内周部２１を嵌合させて支持され、第１部材と第２部材とが互いに当接する環状の面の一方側において外部空間に臨む端部に形成した溶接用開先部１４，２４に、フィラーワイヤを供給しつつ溶接用開先部１４，２４を貫通させて、前記溶接用開先部１４，２４より奥側の第１，２部材間に設けた貫通空間Ａに達する貫通溶接により接合されたビーム溶接部材である。そして、前記第１，２部材の貫通溶接のための貫通空間Ａが、第１部材若しくは第２部材に設けた連通孔４０を介して外部空間と連通されている。

したがって、ビーム溶接時に貫通空間Ａ内の気体が膨張しても外部空間へ連通孔４０を介して排出されて内圧が上昇することがなく、内圧上昇に伴う溶接金属３０の内周側が抉られた窪んだ状態となる、所謂アンダーフィルという、溶接欠陥を防止できる。また、溶接の終盤では空間Ａ内部の気体が溶接ビードを外周側に押し退けて噴出して、溶接金属に気孔の発生や溶接ビードの表面側に不整ビードを生じるという、溶接欠陥の発生も防止できる。

(イ)図３〜図５，図７に示す連通孔４０は、前記第１，２部材間に設けた貫通空間Ａから溶接用開先部とは反対側に延びて、他方側の外部空間に達するように、第１部材と第２部材とが当接する互いの面の少なくともいずれか一方に設けた溝４１，４２，４４，４５により形成されている。このため、第１、２部材が互いに当接する環状の面を機械加工する際、同時に溝加工により連通孔４０を形成することができ、形成が容易である。

(ウ)図４に示す連通孔４０は、前記第１部材と第２部材とが当接する互いの面に円周方向位置を合わせて夫々設けられた溝４１，４２により形成されている。このため、断面積の大きい連通孔４０とする、即ち、連通孔４０の通路面積を稼ぐことができ、設ける連通溝４１，４２の本数を少なくすることができる。

(エ)図５に示す連通孔４０は、ビーム溶接部材の軸心回りに螺旋状に形成されている。このため、第１部材の内周面２１(若しくは第２部材の円筒面１１)の旋盤等による機械加工時に加工ツールを追い込みすることで、面加工と同時に形成することができる。

(オ)図６に示す第１実施例の連通孔４０は、第１部材または第２部材の少なくとも一方の開先部１４，２４の一部分を半径方向に切り欠いて形成された溝４３で構成され、環状の形成された開先部１４，２４の全周に対するビーム溶接の終了段階において、溶接金属３０により閉じられる。このため、ビーム溶接が終了した段階では、前記溝４３は高エネルギビームにより開先部１４，２４とフィラーワイヤとが溶融した溶接金属３０により埋められることとなる。従って、溝４３が開先部１４，２４に存在しても、ビーム溶接された部分の強度を低下させることがない。

(カ)図２に示す連通孔４０は、第１部材若しくは第２部材を貫通させて形成した貫通孔により形成されている。このため、孔加工を追加するのみでよく、他の部位の孔加工と同時に加工してもよい。

(キ)少なくともデフリングギヤ２と、このデフリングギヤ２を支持しかつデフリングギヤ２と一体回転するデフケース３とを備えている差動装置１である。そして、第１部材がデフリングギヤ２であり、前記第２部材がデフケース３であるように構成して、貫通空間Ａを前記効果(ア)〜(カ)のいずれかの連通孔４０により外部空間に連通させた状態で前記両者をビーム溶接する。このことにより、デフリングギヤ２とデフケース３との接合部の占有スペースを小型化できる。したがって、差動装置１のハウジング内の他の構成部材に干渉するおそれがなく、動力伝達を確実に行うことができるようになる。しかも、ボルトのための占有スペースが不要となるので、ハウジング内の比較的狭い空間を効率よく使用することが可能となる。しかも、アンダーフィルや内部気孔・不整ビードのないビーム溶接により、デフリングギヤ２とデフケース３との接合強度（耐疲労強度および耐衝撃強度）を高めることができるので、デフリングギヤ２とデフケース３との接合部に繰り返しかかる荷重を確実に対応することができる。これによっても、差動装置１は動力伝達を確実に行うことができるようになる。

（第２実施形態）
図８〜図１０は、本発明を適用したビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置の第２実施形態の第１〜３実施例を夫々示すデフリングギヤとデフケースとのビーム溶接部の拡大断面図である。本実施形態においては、デフリングギヤとデフケースとの接合面が、一方と他方とで径方向に段差を持った２つの面を持つ場合及び同一径の一つの面を持つ場合の構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図８に示す第１実施例のビーム溶接部材の一例が適用された差動装置１は、デフリングギヤ２とデフケース３との接合面が、一方と他方とで径方向に段差を持った２つの面を持つ場合を示す。即ち、デフケース３においては、一方の面は円筒面１１であり、他方の面はフランジ部１２の外周面１７となる。また、デフリングギヤ２においては、一方の面は内周面２１であり、他方の面はフランジ部１２の外周面に嵌合する第２の内周面２７となる。そして、一方と他方との２つの面間に形成されるデフリングギヤ２の内端面２８とデフケース３のフランジ部１２の側面１８とは互いに当接して、デフリングギヤ２のデフケース３に対する軸方向の位置決めを行うようにしている。

そして、小径に形成された一方の面(円筒面１１及び内周面２１)には、高エネルギビームを照射してビーム溶接する開先部１４，２４とその奥側において空間形成部１５，２５とが設けられている。また、大径に形成された他方の面を構成するフランジ部１２の外周面１７と第２内周面２７とは互いに圧入嵌合するよう形成している。なお、前記開先部１４，２４は、デフケース３側とデフリングギヤ２側とが互いに接触する当接部１４Ａ，２４Ａとそれに連ねてテーパ状に切り欠き形成したテーパ部１４Ｂ，２４Ｂとより構成されている。また、大径に形成された他方の面を構成するデフリングギヤ２の第２内周面２７の軸方向端には圧入嵌合を容易にするテーパ面を設けている。

そして、デフリングギヤ２の前記内端面２８及び第２内周面２７には、半径方向及び軸方向の連通溝４５，４６が夫々形成され、空間形成部１５，２５はこれら連通溝４５，４６により外部空間と連通可能としている。

従って、デフリングギヤ２とデフケース３とを径方向に段差を持った２つの面同士を嵌合させて組立てたビーム溶接前の状態では、開先部１４，２４の当接部１４Ａ，２４Ａ同士が接触される。そして、開先部１４，２４のテーパ部１４Ｂ，２４Ｂ同士は、奥側で狭まり、外側に向けて拡がるビーム溶接のための開先を形成する。また、奥側の空間形成部１５，２５は、溶接ビームを互いの開先部１４，２４を貫通させて受入れて、貫通溶接とするための貫通空間Ａを形成する。この貫通空間Ａは、デフリングギヤ２の前記内端面２８及び第２内周面２７に形成した半径方向及び軸方向の連通溝４５，４６により形成した連通孔４０を介して外部空間に連通している。

このため、前記デフケース３とデフリングギヤ２の開先にフィラーワイヤを供給しながら、高エネルギビームを照射して、デフケース３及びデフリングギヤ２を軸心回りに回転させて、開先の全周に渡って順次ビーム溶接する。フィラーワイヤとデフケース３とデフリングギヤ２の開先とが高エネルギビームにより溶融されて開先部１４，２４に溶接金属３０が形成され、デフケース３とデフリングギヤ２とが開先部１４，２４で溶接される。

そして、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、貫通空間Ａ内の空気は膨張するが、貫通空間Ａは前記連通溝４５，４６を介して外部空間に連通しているため、膨張した気体は連通孔４０を介して流れ出る。また、溶接後の冷却過程においては、貫通空間Ａ内の気体の冷却に伴う収縮に応じて、外部空間から連通溝４５，４６を介して外気を導入する。このため、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがなく、また、溶接後においても、外気圧と同じに保持される。従って、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退けることを防止できる。

図９に示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置１の第２実施例においては、第１実施例とは逆に、小径の一方の面は互いに圧入嵌合する円筒面１１及び内周面２１により形成する。また、大径の他方の面は、互いに嵌合するフランジ部１２の外周面１７とデフリングギヤ２の第２内周面２７とにより形成している。そして、大径の他方の面に、高エネルギビームを照射してビーム溶接する開先部１４，２４とその奥側において空間形成部１５，２５とを設けたものである。

そして、デフリングギヤ２の前記内端面２８及び一方の面を構成する内周面２１には、夫々半径方向及び軸方向の連通溝４５，４７が夫々形成され、空間形成部１５，２５はこれら連通溝４５，４７により外部空間と連通可能としている。その他の構成は、第１実施例と同様に形成している。

この構成においても、デフリングギヤ２とデフケース３とを径方向に段差を持った２つの面同士を嵌合させて組立てたビーム溶接前の状態では、開先部１４，２４の当接部１４Ａ，２４Ａ同士が接触される。そして、開先部１４，２４のテーパ部１４Ｂ，２４Ｂ同士は、奥側で狭まり、外側に向けて拡がるビーム溶接のための開先を形成する。また、奥側の空間形成部１５，２５は、溶接ビームを互いの開先部１４，２４を貫通させて受入れて、貫通溶接とするための貫通空間Ａを形成する。この貫通空間Ａは、デフリングギヤ２の前記内端面２８及び内周面２１に形成した半径方向及び軸方向の連通溝４５，４７により外部空間に連通している。

そして、前記デフケース３とデフリングギヤ２の開先にフィラーワイヤを供給しながら、高エネルギビームを照射し、デフケース３及びデフリングギヤ２を軸心回りに回転させて、開先の全周に渡って順次ビーム溶接する。フィラーワイヤとデフケース３とデフリングギヤ２の開先とが高エネルギビームにより溶融されて開先部１４，２４に溶接金属３０が形成され、デフケース３とデフリングギヤ２とが開先部１４，２４で溶接される。

そして、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、貫通空間Ａ内の空気は膨張するが、貫通空間Ａは前記連通溝４５，４７を介して外部空間に連通しているため、膨張した気体は連通孔４０を介して流れ出る。また、溶接後の冷却過程においては、貫通空間Ａ内の気体の冷却に伴う収縮に応じて、外部空間から連通溝４５，４７を介して外気を導入する。このため、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがなく、また、溶接後においても、外気圧と同じに保持される。従って、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退けることを防止できる。

図１０に示すビーム溶接部材およびこれを備えた差動装置１の第３実施例においては、デフリングギヤ２とデフケース３との接合面が、同一径の一つの面(円筒面及び内周面)を持つ場合を示す。そして、接合面の軸方向の一方側(第１円筒面１１及び第１内周面２１)には、高エネルギビームを照射してビーム溶接する開先部１４，２４とその奥側において空間形成部１５，２５とを設け、接合面の軸方向の他方側(第２円筒面１９及び第２内周面２９)は互いに圧入嵌合させて形成している。なお、前記開先部１４，２４は、デフケース３側とデフリング側とが互いに接触する当接部１４Ａ，２４Ａとそれに連ねてテーパ状に切り欠き形成したテーパ部１４Ｂ，２４Ｂとより構成されている。なお、デフリングギヤ２の第２内周面２９の開先部２４とは反対側の端面には、デフケース３の円筒面１９への圧入嵌合を容易にするテーパ面を形成してもよい。

そして、軸方向の他方の接合面を構成するデフリングギヤ２の第２内周面２９には、軸方向に延びる連通溝４８を形成している。軸方向の他方の接合面を構成するデフケース３の第２円筒面１９にも、軸方向に延びる連通溝を形成してもよい。

従って、デフリングギヤ２とデフケース３とを圧入嵌合させて組立てたビーム溶接前の状態では、開先部１４，２４の当接部１４Ａ，２４Ａ同士が接触される。そして、開先部１４，２４のテーパ部１４Ｂ，２４Ｂ同士は、奥側で狭まり、外側に向けて拡がるビーム溶接のための開先を形成する。また、奥側の空間形成部１５，２５は、溶接ビームを互いの開先部１４，２４を貫通させて受入れて、貫通溶接とするための貫通空間Ａを形成する。この貫通空間Ａは、前記連通溝４８で形成した連通孔４０により外部空間に連通している。

このため、前記デフケース３とデフリングギヤ２の開先にフィラーワイヤを供給しながら、高エネルギビームを照射し、デフケース３及びデフリングギヤ２を軸心回りに回転させて、開先の全周に渡って順次ビーム溶接する。フィラーワイヤとデフケース３とデフリングギヤ２の開先とが高エネルギビームにより溶融されて開先部１４，２４に溶接金属３０が形成され、デフケース３とデフリングギヤ２とが開先部１４，２４で溶接される。

そして、高エネルギビームの照射及び溶接熱により、貫通空間Ａ内の空気は膨張するが、貫通空間Ａは連通溝４８を介して外部空間に連通しているため、膨張した気体は連通孔４０を介して流れ出る。また、溶接後の冷却過程においては、貫通空間Ａ内の気体の冷却に伴う収縮に応じて、外部空間から連通溝４８を介して外気を導入する。このため、貫通空間Ａ内の気体圧力は、溶接中は上昇されることがなく、また、溶接後においても、外気圧と同じに保持される。従って、貫通空間Ａの内部の空気の圧力が上昇して溶融した溶接金属３０を押し退けることを防止できる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）、(キ)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（ク）ビーム溶接部材は、貫通空間Ａの開先部１４，２４とは反対側において、第１部材としての例えばデフリングギヤ２は第２部材としての例えばデフケース３の外周面１１，１７，１９に、第２内周面２１，２７，２９を介して圧入嵌合させて支持されている。このため、両者の結合強度を向上させることができる。

(ケ)図１０に示すビーム溶接部材は、貫通空間Ａを挟んで第１，２円筒面１１，１９及び第１，２内周面２１，２９が同一径に構成されているため、構造が簡単であり、低コストで提供することができる。

本発明のビーム溶接部材は、例えば自動車の差動装置等の種々の装置に用いられ、金属からなる２つの構成部材を接合して構成される接合部材、特に、繰り返し荷重を受ける部材とこの部材を支持する部材とが互いに接合されて構成される接合部材に好適に利用することが可能である。また、本発明の差動装置は、例えば自動車の差動装置等の種々の機械装置の差動装置に好適に利用することが可能である。

Ａ貫通空間
１差動装置
２デフリングギヤ
３デフケース
１１円筒面
１２フランジ部
１３、２３接合部
１４，２４開先部
１５，２５空間形成部
１７，２７窪み
２１内周面
３０溶接金属
３１熱影響層
４０連通孔

Claims

第１部材は第２部材の外周に内周部を嵌合させて支持され、第１部材と第２部材とが互いに当接する環状の面の一方側において外部空間に臨む端部に形成した溶接用開先部に、フィラーワイヤを供給しつつ溶接用開先部を貫通させて、前記溶接用開先部より奥側の第１，２部材間に設けた貫通空間に達する貫通溶接により接合されたビーム溶接部材であり、
前記第１，２部材の貫通溶接のための貫通空間が、前記第１部材または第２部材の少なくとも一方の溶接用開先部の一部分を半径方向に切り欠いて形成され、環状に形成された溶接用開先部の全周に対するビーム溶接の終了段階において、溶接金属により閉じられる連通孔を介して外部空間と連通されていることを特徴とするビーム溶接部材。
少なくともデフリングギヤと、このデフリングギヤを支持しかつデフリングギヤと一体回転するデフケースとを備えている差動装置において、
請求項１のビーム溶接部材を用い、前記第１部材がデフリングギヤであり、前記第２部材がデフケースであることを特徴とする差動装置。