特許 6759749 溶接方法および溶接品の作製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6759749

(24)【登録日】2020年9月7日

(45)【発行日】2020年9月23日

(54)【発明の名称】溶接方法および溶接品の作製方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/323 20140101AFI20200910BHJP

   B23K 15/00 20060101ALI20200910BHJP

   B23K 15/04 20060101ALI20200910BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/323

   B23K15/00 501B

   B23K15/00 506

   B23K15/04

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-123723(P2016-123723)

(22)【出願日】2016年6月22日

(65)【公開番号】特開2017-225993(P2017-225993A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2019年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100148231

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 謙治

(72)【発明者】

【氏名】岡本 尚樹

(72)【発明者】

【氏名】牧 鉄兵

(72)【発明者】

【氏名】吉武 宏晃

(72)【発明者】

【氏名】フナル アウレル

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼木 一央

【審査官】 金丸 治之

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０４４１６２８７（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０７０９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１４０８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／３２３

Ｂ２３Ｋ １５／００

Ｂ２３Ｋ １５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

部材同士を溶接する溶接方法であって、
炭素含有量の異なる部材同士を突き合せた突き合せ部に溶接用金属材料を供給するとともに、前記突き合せ部から炭素含有量の多い一方の前記部材側に０．０５〜０．２ｍｍずれた位置にビームを照射して４ｍ／ｍｉｎ以上の速度で前記部材同士を溶接する溶接工程を有する、溶接方法。

【請求項2】

前記突き合せ部のうち炭素含有量の多い一方の前記部材側に凹部を設ける、請求項１に記載の溶接方法。

【請求項3】

前記凹部の幅は５０μｍ以上、かつ前記凹部の深さは溶接溶け込み深さの１／２以上とする、請求項２に記載の溶接方法。

【請求項4】

部材同士を溶接した溶接品の作製方法であって、
炭素含有量の異なる部材同士を突き合せた突き合せ部に溶接用金属材料を供給するとともに、前記突き合せ部から炭素含有量の多い一方の前記部材側に０．０５〜０．２ｍｍずれた位置にビームを照射して４ｍ／ｍｉｎ以上の速度で前記部材同士を溶接する溶接工程を有する、溶接品の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接方法および溶接品に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ディファレンシャルギヤユニットにおいてはデフケースとリングギヤをボルトで締結する構造が主である。このユニットの小型軽量化、設計自由度向上のため、ボルト締結に変わる新たな接合工法が求められている。その一つが特許文献１に記載されたレーザ溶接工法である。

【0003】

一般的に、デフケースとリングギヤの接合のような鋳鉄を含む異種材接合では、溶接部の組織状態が安定しないため、接合の難易度が高い。接合前の母材と同等の強度を持たせるためには溶接部の組織状態をオーステナイト化させて硬度を低くする必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１４０８５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に記載された技術では、溶接時のビーム照射位置を炭素含有量の少ない部材（リングギヤ）の側にずれた位置に照射することで、コンタミ等の異物混入の原因となる溶接スパッタを抑制し溶接欠陥を防止できるとしている。しかしながら、炭素含有量の少ない部材の側に照射した場合、溶接部の組織がマルテンサイト化して硬くなり、溶接割れが発生するおそれがある。

【0006】

そこで本発明は、溶接部の組織制御によって溶接割れを防止できる溶接方法および溶接品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の溶接方法は、部材同士を溶接する溶接方法であって、炭素含有量の異なる部材同士を溶接する溶接工程を有する。溶接工程では、部材同士を突き合せた突き合せ部に溶接用金属材料が供給されるとともに、突き合せ部から炭素含有量の多い一方の部材側に０．０５〜０．２ｍｍずれた位置にビームが照射されることによって４ｍ／ｍｉｎ以上の速度で部材同士が溶接される。

【発明の効果】

【0008】

本発明の溶接方法によれば、溶接部の組織をオーステナイト化でき、溶接部の硬度が高くなることを防止することができる。これによって溶接割れを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態の異種材の溶接方法および異種材の溶接品を説明するための第１実施形態の溶接品の概略構成図である。

【図2】異種材を溶接する前の図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図3】図１のＹ方向からの矢視図である。

【図4】異種材を溶接する前の図２の一部拡大図である。

【図5】異種材を溶接した後の図２の一部拡大図である。

【図6】第２実施形態の異種材を溶接する前の図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図7】第２実施形態の異種材を溶接する前の図６の一部拡大図である。

【図8】溶接部が硬化した後に得られた溶接部組織、溶接部硬さ、溶接部性状の結果をまとめて示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる。

【0011】

（第１実施形態）
図１は異種材の溶接方法および異種材の溶接品を説明するための第１実施形態の溶接品の概略構成図、図２は異種材を溶接する前の図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図３は図１のＹ方向からの矢視図である。図４は異種材を溶接する前の図２の一部拡大図、図５は異種材を溶接した後の図２の一部拡大図である。

【0012】

図１を参照してディファレンシャルギヤユニットの構成を概説すると、リングギヤ１２はデフケース２１を介して、図示しない左右のテーパローラベアリングで支持される。デフケース２１の内部には２つのピニオンギヤが図で上下方向に直列に、また２つのサイドギヤが図で左右方向に直列に並んでいる。ピニオンギヤとサイドギヤとは互いに直交する向きに配置され、互いに噛み合っている。デフケース２１の左右端には２つの円筒状端部２２，２３が一体で形成されている。２つの円筒状端部２２，２３の中心はサイドギヤの軸心と一致している。

【0013】

図１において左右から、アクスルシャフト５１，５２を円筒状端部２２，２３の内部にそれぞれ挿入してサイドギヤとスプライン結合することで、左側のアクスルシャフト５１と左側のサイドギヤが同軸で、右側のアクスルシャフト５２と右側のサイドギヤが同軸で連結される。アクスルシャフト５１，５２は仮想線（一点鎖線参照）で示している。左右のアクスシャフト５１，５２の一端には、図示しない駆動輪がそれぞれ接続される。

【0014】

リングギヤ１２は図示しないドライブピニオンと噛み合っている。例えば車両の直進時にドライブピニオンによってリングギヤ１２が回されると、デフケース２１がリングギヤ１２と一体で回転する。デフケース２１が回転すると、デフケース２１内部のピニオンギヤが公転し、ピニオンギヤと噛み合う左右のサイドギヤが同じ速度で回転する。左右のサイドギヤが同じ速度で回転すると、左右のアクスルシャフト５１，５２も同じ速度で同じ方向に回転する（図１の矢印参照）。つまり、左右の駆動輪が同じ速度で同じ方向に駆動されるため車両が直進する。

【0015】

上記のリングギヤ１２は、デフケース２１を形成する材料よりも炭素含有量の少ない材料によって形成される。リングギヤ１２は、例えば鋼材によって形成される。鋼材は、例えばＪＩＳ規格に規定されたＳＣｒ４１７Ｈ、ＳＣｒ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２０Ｈ、ＳＣＭ４１８Ｈ、ＳＮＣＭ４２０Ｈ等である。一方、上記のデフケース２１は、例えば鋳鉄材によって形成される。鋳鉄材は、例えばＪＩＳ規格に規定されたＦＣＤ４５０、ＦＣＤ６００、ＦＣＤ７００、ＦＣＤ８００等である。

【0016】

このように、異種材によって形成されているリングギヤ１２およびデフケース２１（二つは炭素含有量の異なる部材）を本実施形態の溶接方法によって溶接し、リングギヤ１２およびデフケース２１が接合した溶接品１０を作製する。

【0017】

リングギヤ１２とデフケース２１を突き合せて溶接するため、リングギヤ１２及びデフケース２１に同じ外径の円筒状端部１３，２４を有させる。リングギヤ１２と一体に成形される円筒状端部１３（以下、「第１円筒部」ともいう。）の材質はリングギヤ１２の材質（例えば鋼材）と同じである。デフケース２１と一体に形成される円筒状端部２４（以下、「第２円筒部」ともいう。）の材質はデフケース２１の材質（例えば鋳鉄材）と同じである。第１円筒部１３と第２円筒部２４の中心は上記円筒状端部２２，２３の中心と一致するように配置される。

【0018】

第１円筒部１３の開口端１４と、第２円筒部２４の開口端２５はサイドギヤ（あるいはアクスルシャフト）の軸方向に直交する平面で形成する。以下、サイドギヤの軸方向を「サイドギヤ軸方向」という（図1参照）。第１円筒部１３と第２円筒部２４を突き合せることで、第１円筒部１３の開口端１４と、第２円筒部２４の開口端２５とが全面で当接し、リングギヤ１２とデフケース２１の突き合せ部３１が形成される。以下、第２円筒部２４と第１円筒部１３の突き合せ部３１を、単に「突き合せ部」という。

【0019】

図２にも示すように、第２円筒部２４の開口端２５の内周側には、リングギヤ１２の側に向けて突出する突起部２６を有する。第１円筒部１３の開口端１４の内周側には、突起部２６が嵌合する孔１５を有する。

【0020】

リングギヤ１２とデフケース２１を溶接するに際しては、第２円筒部２４の突起部２６を第１円筒部１３の孔１５に嵌合し、第２円筒部２４の開口端２５と第１円筒部１３の開口端１４とを突き合せることで、リングギヤ１２およびデフケース２１を接続する。

【0021】

なお、図２には第２円筒部２４の開口端２５の外周側（突き合せ部３１のうちデフケース２１の側）に凹部２７を設けているが、この点は後述する。

【0022】

炭素含有量の異なる部材同士を溶接する工程（以下単に「溶接工程」ともいう。）の準備工程として、リングギヤ１２及びデフケース２１からなる回転体（以下、単に「回転体」ともいう。）１１を台上に置き、台上でサイドギヤ（あるいはアクスルシャフト５１，５２）の軸回りに回転可能に支持する。

【0023】

図１にも示したように、突き合せ部３１に近接してレーザ溶接機のトーチ４２を配置する。トーチ先端のノズル４３からはレーザビーム４４が出射される。レーザビーム４４は、発振器によって発振された後、集光レンズ等を含む集光光学系を経てノズル４３から出射されるものである。レーザビーム４４は、例えばＣＯ２レーザであるが、これに限定されない。レーザビーム４４は、例えばＹＡＧレーザであってもよい。ノズル４３は、ガスの流路を備え、アルゴンや窒素等のシールドガスを吹き出してもよい。

【0024】

レーザビーム４４はきわめて指向性の高い光線であるが、ある程度は広がって伝搬するため、レーザビーム４４が焦点を結ぶ位置では点とならず少し広がった円状となる。この少し広がった円状の焦点４４ａを「スポット」といい、スポット径（レーザビームを加工するものに垂直に照射したときのビームの直径）を有する。このレーザビーム４４のスポット４４ａの中心位置には溶接ワイヤ４５を供給する。なお、スポット４４ａの中心位置を、以下、単に「スポット位置」ともいう。あるいは、「レーザビーム４４の照射位置」ともいう。溶接ワイヤ４５は、溶接ワイヤ４５が巻回されたワイヤリールから溶接ワイヤ４５を送り出すワイヤ送給機構によって供給される。回転体１１は後述するように周方向に回転される。溶接ワイヤ４５はレーザビーム４４のスポット位置及び回転体１が回転する位置に合わせて順次供給される。

【0025】

溶接ワイヤ４５はニッケルを含む。溶接ワイヤ４５のニッケルの含有量は好ましくは１０質量％以下であるが、これに限定されず１０質量％より多くてもよい。溶接ワイヤ４５を形成する材料は、例えばＪＩＳ規格に規定されたＹ３０８、Ｙ３１０等Ｎｉを含有する溶接ワイヤである。

【0026】

レーザビーム４４のスポット位置およびその近傍は、図３にも示したようにＣＣＤカメラ等の撮影装置４６によって撮影される。溶接の間、作業者は、撮影装置４６によって撮影された画像を液晶ディスプレイ等の表示装置で確認する。リングギヤ１２およびデフケース２１は、レーザビーム４４のスポット位置が監視されつつ溶接される。

【0027】

溶接工程における溶接方法を具体的に述べると、まず上記回転体１１が回転しないように回転体を台上に固定する。また、トーチ先端のノズル４３は固定した状態とする。この状態で、ノズル４３から一定の出力で照射されるレーザビーム４４の照射位置が、突き合せ部３１を最外周から内周側に向かって一定の速度で侵入するように、レーザビーム４４の照射位置を制御する。

【0028】

レーザビーム４４の照射スポット４４ａは突き合せ部３１を最外周から内周側に向かって進む。突き合せ部３１の最外周からレーザビーム４４の照射を止める位置までの距離が「溶接溶け込み深さ」である（図５参照）。レーザビーム４４のスポット４４ａが進む速度（溶接速度）は一定である。溶接速度が相対的に遅いと被加工材であるリングギヤ１２及びデフケース２１への入熱量が大きくなり、この反対に溶接速度が相対的に速いと被加工材であるリングギヤ１２及びデフケース２１への入熱量が小さくなる。溶接溶け込み深さが相対的に浅いとリングギヤ１２とデフケース２１の間の締結強度が低下し、この反対に溶接溶け込み深さが相対的に深いとリングギヤ１２とデフケース２１の間の締結強度が大きくなる。これら溶接速度と溶接溶け込み深さは予め設定しておく。

【0029】

溶接の開始当初には、図４にも示したように、突き合せ部３１の最外周に溶接ワイヤ４５（溶接用金属材料）が供給される。レーザビーム４４のスポット４４ａが一定の速度で突き合せ部３１を最外周から内周側に向かって侵入するようにレーザビーム４４を照射しつつ、レーザビームのスポット４４ａの移動に合わせて溶接ワイヤ４５を供給する。レーザビーム４４のスポット４４ａが予め定めた溶接溶け込み深さに到達したら、レーザビーム４４の照射を中断する。この溶接（１回目の溶接）によって、第１円筒部１３の開口端１４および第２円筒部２４の開口端２５が線分状に一箇所で接合される。１回目の溶接後には図５にも示したように、リングギヤ１２、デフケース２１、および溶接ワイヤ４５の材料が溶融した後に冷えて固まった部位（以下、単に「溶接部」ともいう。）４７が突き合せ部３１の最外周から内周側に向かって線分状に形成される。

【0030】

次に、レーザビーム４４の出射方向を固定したまま、回転体１１を所定の角度だけ円筒部１３，２４の周方向に回転させる。例えば、図３にも示すように回転体１１を、サイドギヤの軸を中心にして反時計方向に所定の角度だけ回転させる。そして、上記の操作を繰り返す。すなわち、レーザビーム４４の照射位置が一定の速度で突き合せ部３１を最外周から内周側に向かって侵入するようにレーザビーム４４を照射しつつ、レーザビーム４４のスポット４４ａの移動に合わせて溶接ワイヤ４５を供給する。レーザビーム４４のスポット４４ａが予め定めた溶接溶け込み深さに到達したら、レーザビーム４４の照射を中断する。この溶接（２回目の溶接）によって、第１円筒部１３の開口端１４および第２円筒部２４の開口端２５が二箇所目で接合される。

【0031】

同様にして、レーザビーム４４の出射方向を固定したまま、回転体１１を所定の角度だけ、サイドギヤの軸を中心にして円筒部１３，２４の周方向の同じ方向に回転させる。そして、上記の操作を繰り返す。すなわち、レーザビーム４４のスポット４４ａが一定の速度で突き合せ部３１を最外周から内周側に向かって侵入するようにレーザビーム４４を照射しつつ、レーザビーム４４のスポット４４ａの移動に合わせて溶接ワイヤ４５を供給する。レーザビーム４４のスポット４４ａが予め定めた溶接溶け込み深さに到達したら、レーザビームの照射を中断する。この溶接（３回目の溶接）によって、第１円筒部１３の開口端１４および第２円筒部２４の開口端２５が三箇所目で接合される。

【0032】

以下、レーザビーム４４の出射方向を固定したまま、回転体１１を所定の角度ずつ円筒部１３，２４の周方向に回転しては、上記の操作を繰り返す。このように、レーザビーム４４の照射位置を円筒部１３，２４の周方向の一方向に所定の角度回転する毎に溶接を繰り返すことで、リングギヤ１２およびデフケース２１が円筒部１３、２４の周方向に複数の箇所（全周）にわたって接合される。

【0033】

上記所定の角度を相対的に小さくすると、線分状に形成される溶接部４７の数が円筒部１３，２４の周方向に増えるためリングギヤ１２とデフケース２１の締結強度が増すものの、溶接工程全体に要する時間が長くなる。一方、上記所定の角度を相対的に大きくすると溶接部４７の数が減るためリングギヤ１２とデフケース２１の締結強度が減るものの、溶接工程全体に要する時間は短くて済む。よって、リングギヤ１２とデフケース２１の間に要求される締結強度と溶接溶け込み深さによって所定の角度を定める。

【0034】

ここまで、溶接工程における溶接方法の一例を具体的に述べたが、溶接方法はこの例に限られるものでない。

【0035】

さて、異種材の２つの円筒部１３，２４を、例えばレーザビーム４４のスポット径を一定として、４ｍ／ｍｉｎ以上の高速で溶接することで、被加工材である２つの円筒部１３，２４への入熱量を、２つの円筒部１３，２４を例えば１ｍ／ｍｉｎ程度の低速で溶接する場合より小さくすることができる。円筒部１３，２４への入熱量が小さくなると、その分溶接ひずみが低減される。その一方で、２つの円筒部１３，２４を高速で溶接する場合に、レーザビーム４４のスポット位置を突き合せ部３１から炭素含有量の相対的に少ない部材であるリングギヤ１２の側にずらすと、溶接部４７の組織がマルテンサイト化して硬くなり、溶接割れが発生する恐れがある、ことを本発明者らが初めて見出した。

【0036】

この問題を解決するためには、レーザビーム４４のスポット位置を炭素含有量の相対的に多い部材であるデフケース２１の側に照射する必要があるということが、本発明者らが行った実験で初めて明らかになった。

【0037】

そこで本実施形態では、図４に示すように、レーザビーム４４のスポット位置を突き合せ部３１から炭素含有量の多い部材であるデフケース２１の側に所定の距離Ｋ（正の値）だけずらす。すなわち、スポット４４ａの中心及びレーザビーム４４の中心を通る直線Ｌ（二点鎖線参照）と、第１円筒部１３の開口端１４に沿う直線Ｍ（二点鎖線参照）の２つの線の最短距離が上記所定の距離Ｋである。このようにレーザビーム４４のスポット位置をずらせて溶接を行うことで、図５に示すように、溶接した後に形成される溶接部４７の中心は、突き合せ部３１からデフケース２１の側にずれて位置する。

【0038】

ところで、レーザビーム４４のスポット位置をデフケース２１の側にずらせることで、接合する材料のうちの鋳鉄材（デフケース２１を形成する）の割合が、レーザビーム４４のスポット位置をデフケース２１の側にずらせない場合より増加する。すると、接合した状態での鉄材に含まれる球状黒鉛がスパッタの飛散を促進する。接合材料の溶融状態（溶融池）から飛散するスパッタが溶接部４７の周囲にある円筒部１３，２４の外周などに付着して固化したのでは、見映えが悪くなる。円筒部１３，２４の外周などに付着して固化したスパッタはディファレンシャルギヤユニットを組み立てた後もそのままディファレンシャルギヤユニットの内部に残ってしまうおそれもある。

【0039】

図１，図２にはリングギヤ１２の歯が左面１２ａに形成されている場合を示しているが、右面１２ｂにリングギヤ１２の歯が形成されるものもある。右面１２ｂにリングギヤ１２の歯が形成される場合には、リングギヤ１２の歯が形成される右面１２ｂに向けてスパッタが飛散し付着して固化することがある。このときにはリングギヤ１２の歯面を再仕上げすることが必要となってしまう。

【0040】

このように、レーザビーム４４のスポット位置をデフケース２１の側にずらす場合には、溶融した状態の鋳鉄材に含まれる球状黒鉛に起因するスパッタの飛散を抑制することが好ましい。

【0041】

そこで、本実施形態では、レーザビーム４４のスポット位置をデフケース２１の側にずらす場合に、第２円筒部２４の開口端２５の外周側（突き合せ部３１のうちデフケース２１側）に凹部２７を設ける。凹部２７は、第２円筒部２４の最外周から径方向の内側に向けて、かつリングギヤ１２からサイドギヤ軸方向に離れる向きに、へこませて形成する。

【0042】

詳細には、凹部２７の表面は平面状に形成する。かつ、この凹部２７の平面と第１円筒部１３の開口端１４とが平行な位置関係となるように凹部２７を形成する。この結果、第２円筒部２４の凹部２７と第１円筒部１３の開口端１４との間に、円筒部１３，２４の外周側に向かって開口する隙間２８が生じる。つまり、突き合せ部３１の外周側に、全体として平板リング状の隙間２８が形成される。

【0043】

このように、鋳鉄材で形成される第２円筒部２４に凹部２７を設けることによって、溶接部４７を構成する組成のうちの鋳鉄材の割合を、第２円筒部２４に凹部２７を設けない場合より少なくするのである。溶接部４７を構成する組成のうちの鋳鉄材の割合が、凹部２７を設けない場合より少なくなれば、異種材の接合時に接合材料の溶融状態で発生するスパッタの周囲への飛散を効果的に抑えることができる。

【0044】

隙間２８の幅、言い換えると凹部２７のサイドギヤ軸方向幅Ｗ１（図４参照）は５０μｍ以上とする。つまり、サイドギヤ軸方向幅Ｗ１の最小値は５０μｍである。サイドギヤ軸方向幅Ｗ１の最小値を５０μｍとしたのは、次の理由からである。すなわち、凹部２７を設けていない状態で２つの円筒部１３，２４を突き合せたとき、第１円筒部１３の開口端１４と第２円筒部２４の開口端２５との間には、リングギヤ１２、デフケース２１の製作バラツキに起因する隙間が実際に生じる。この製作バラツキに起因する隙間の最大値はある値に予め定まる。この予め定まる値を許容値とすると、この許容値に余裕代を加算した値が上記の５０μｍである。従って、サイドギヤ軸方向幅Ｗ１を５０μｍ以上とすることで、リングギヤ１２やデフケース２１に製作バラツキがあっても、溶接部４７を構成する組成のうちの鋳鉄材の割合を、凹部２７を設けない場合より少なくすることができるのである。

【0045】

ただし、サイドギヤ軸方向幅Ｗ１を決めるに際しては、次のことをも考慮する必要がある。すなわち、サイドギヤ軸方向幅Ｗ１を大きくするほど、溶接部４７を構成する組成のうちの鋳鉄材の割合が少なくなっていくものの、幅Ｗ１はひろがってゆく。すると、幅Ｗ１が広がっても２つの円筒部１３，２４の開口端１４，２５同士を溶接できるようにレーザビーム４４のスポット径を大きくする必要がある。これは、次の理由による。すなわち、２つの部材（１３，２４）は溶けないと接合できないし、レーザビーム４４が同時に２つの部材に照射されないと２つの部材を接合できない。このため、幅Ｗ１が広がっても、同時に２つの部材にレーザビームのスポット４４ａをあてて溶かすためにはスポット径を大きくする必要があるためである。こうしてサイドギヤ軸方向幅Ｗ１を大きくすることに伴い、レーザビーム４４のスポット径が大きくなったのでは、被加工材ある２つの円筒部１３，２４への入熱量が大きくなってしまう。したがって、レーザビーム４４のスポット径があまり大きくならないようにサイドギヤ軸方向幅Ｗ１を定める必要がある。

【0046】

隙間２８の深さ、言い換えると凹部２７の径方向深さＤ１（図４参照）は、溶接溶け込み深さの１／２以上であるとする。つまり、径方向深さＤ１の最小値は溶接溶け込み深さの１／２である。径方向深さＤ１の最小値を溶接溶け込み深さの１／２としたのは、次の理由からである。すなわち、凹部２７を設けたのは、溶接部４７を構成する組成のうちの鋳鉄材の割合を少なくして、スパッタの発生を抑制するためであった。ここで、スパッタの発生が問題となるのは、レーザビーム４４のスポット位置が突き合せ部３１の外周側にあるときに、スポット位置にできる溶融池で発生するスパッタが円筒部１３，２４の外周やその周囲に、あるいはリングギヤ１２の歯面に飛散して付着し固化することである。

【0047】

一方、レーザビーム４４のスポット位置が突き合せ部３１の奥（円筒部１３，２４の径方向内側）に移動したときには、スポット４４ａの周囲の隙間２８を構成する壁面（１４，２７）にスパッタが付着して固化するだけで、円筒部１３，２４の外周やその周囲にまで、あるいはリングギヤ１２の歯面にまで飛散してくるスパッタは殆どないと考えられる。言い換えると、スパッタの飛散があっても、そのスパッタが円筒部１３，２４の外周やその周囲に、あるいはリングギヤ１２の歯面に飛散してこなければ、スパッタの発生は問題とならないのである。そこで、レーザビーム４４のスポット位置が溶接溶け込み深さの１／２までくればスパッタの飛散が問題とならないと推定し、凹部２７の径方向深さＤ１の最小値を溶接溶け込み深さの１／２としたものである。

【0048】

凹部２７の形状は、図４の場合に限られるものでない。凹部２７の平面と、第１円筒部１３の開口端１４とが平行な位置関係から多少ずれていてもかまわない。凹部２７は平面でなくてもかまわない。

【0049】

突き合せ部３１の外周側に凹部２７を有する場合においては、凹部２７を有する部分において、第１円筒部１３の開口端１４と第２円筒部２４の開口端１５とが、厳密には突き合せられていない。しかしながら、突き合せ部３１の外周側に凹部２７を有する場合においても、第１円筒部１３の開口端１４と、第２円筒部２４の開口端２５とが突き合さっている位置を基準として、レーザビーム４４のスポット位置を考える。

【0050】

本実施形態の作用効果を述べる。

【0051】

本実施形態の溶接方法によれば、リングギヤ１２およびデフケース２１のうち炭素含有量の多い部材であるデフケース２１の側にずれた位置にレーザビーム４４が照射され、また、溶接品１０においては炭素含有量の多い部材であるデフケース２１の側にずれた位置に溶接部４７が形成される。これによって、溶接部４７の組織がオーステナイト化され、溶接部４７の硬度が高くなることを防止できる。これによって溶接割れを防止できる。

【0052】

本実施形態では、突き合せ部３１のうちデフケース２１（炭素含有量の多い一方の前記部材側）の側に凹部２７を設けている。鋳鉄材（炭素含有量の多い一方の部材であるデフケース２１）に含まれる球状黒鉛がスパッタを発生させる原因の主なものであるため、凹部２７を設けて鋳鉄材の溶融量を、凹部２７を設けない場合より減らすことで、異種材の２つの円筒部１３，２４の接合時に発生するスパッタを低減することができる。また、凹部２７を設けたことで、溶融金属（被溶接材、溶接ワイヤ）が溶融池で攪拌しやすくなり、溶接部４７の全域で均一な組織状態を得ることがきる。

【0053】

本実施形態では、凹部２７のサイドギヤ軸方向幅Ｗ１（幅）は５０μm以上、かつ凹部２７の径方向深さＤ１（深さ）は溶接溶け込み深さの１／２以上としている。凹部２７のサイドギヤ軸方向幅Ｗ１の最小値を５０μｍとすることによって、リングギヤ１２やデフケース２１に製造バラツキがあっても、溶接部４７を構成する組成のうちの鋳鉄材の割合を、凹部２７を設けない場合より少なくすることができる。また、凹部２７の径方向深さＤ１の最小値を１／２とすることで、スパッタの飛散が問題となる範囲にだけ凹部２７を設けることが可能となり、凹部２７の不必要な加工を省略することができる。

【0054】

（第２実施形態）
図６は第２実施形態の異種材を溶接する前の図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図７は第２実施形態の異種材を溶接する前の図６の一部拡大図で、第１実施形態の図２，図４と置き換わるものである。

【0055】

第１実施形態では、デフケース２１と一体成型される第２円筒部２４の側だけに凹部２７を設けた。一方、第２実施形態は、リングギヤ１２と一体成型される第１円筒部１３の側にも凹部１６を設けるものである。すなわち、図７に示したように第１円筒部１３の開口端１４の外周側に、デフケース２１から離れる向きにへこむ凹部１６を設ける。凹部１６の表面は平面状に形成する。かつ、この凹部１６の平面とデフケース２１側の凹部２７の平面が、平行な位置関係となるように凹部１６を形成する。

【0056】

この結果、第２円筒部２４の凹部２７と第１円筒部１３の凹部１６との間に隙間２８’が生じる。つまり、突き合せ部３１の外周側に、全体として平板リング状の隙間２８’が生じる。

【0057】

隙間２８’のサイドギヤ軸方向幅Ｗ２は第１実施形態の隙間２８のサイドギヤ軸方向幅Ｗ１と同等とする。例えば、凹部１６のサイドギヤ軸方向幅と凹部２７のサイドギヤ軸方向幅とを等しくし、かつ、隙間２８’のサイドギヤ軸方向幅Ｗ２を第１実施形態の隙間２８のサイドギヤ軸方向幅Ｗ１と同じにしたとき、第１実施形態の凹部２７のサイドギヤ軸方向幅は第１実施形態の凹部２７のサイドギヤ軸方向幅Ｗ１の半分となる。隙間２８’の径方向深さＤ２も第１実施形態の隙間２８の径方向深さＤ１と同等とする。

【0058】

このように、リングギヤ１２の側にも凹部１６を設ける場合であっても、突き合せ部３１からデフケース２１の側にずれた位置にレーザビーム４４が照射されることとなる。

【0059】

第２実施形態でも、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0060】

＜実施例＞
本発明者らは、第１実施形態と同様のリングギヤ１２とデフケース２１とを実際に溶接して溶接品２０を作製した。

【0061】

リングギヤ１２を形成する材料は、肌焼き鋼としてＪＩＳ規格に規定されたＳＣＭ４１８Ｈである。デフケース２１を形成する材料は、黒鉛鋳鉄としてＪＩＳ規格に規定されたＦＣＤ７００である。本発明者らは、ＪＩＳ規格に規定されたＹ３０８によって形成された溶接ワイヤ４５を用いた。照射するレーザビーム４４は、ＣＯ２レーザである。

【0062】

本発明者らは、サイドギヤ軸方向に沿って位置をずらして設定した複数のスポット位置のそれぞれでレーザビーム４４の出力を一定として高速で溶接した。レーザビーム４４の照射によってリングギヤ１２、デフケース２１、および溶接ワイヤ４５の材料が溶融した後に冷えて固まって形成される溶接部４７の組織、溶接部４７の硬さに関し、レーザビーム４４のスポット位置に応じて異なる結果が得られた。

【0063】

図８は、溶接部４７が硬化した後の溶接部４７の組織、溶接部４７の硬さ（平均硬さ及び最大硬さ）、溶接部４７の性状について得られた結果をまとめて示すものである。

【0064】

図８において、最上段に示すレーザビーム４４のスポット位置は、リングギヤ１２とデフケース２１との突き合せ部３１からのサイドギヤ軸に沿う方向の離隔距離である。レーザビーム４４のスポット位置が正の場合、レーザビーム４４のスポット位置は突き合せ部３１よりもデフケース２１の側に位置する。例えばレーザビーム４４のスポット位置が０．０７５ｍｍの場合、突き合せ部３１からサイドギヤ軸方向に０．０７５ｍｍ、デフケース２１の側にずれた位置にレーザビーム４４が照射されることを意味している。一方、最上段に示すレーザビーム４４のスポット位置が負の場合、レーザビーム４４のスポット位置は突き合せ部３１よりもリングギヤ１１の側に位置する。例えばレーザビーム４４のスポット位置が−０．１５ｍｍの場合、突き合せ部３１からサイドギヤ軸方向に０．１５ｍｍ、リングギヤ１１の側にずれた位置にレーザビーム４４が照射されることを意味している。

【0065】

図８第２段目に示されるように、レーザビーム４４のスポット位置が−０．２ｍｍのとき、溶接部４７に溶接方向に沿って（サイドギヤ軸に直交する方向に）割れが発生している。

【0066】

レーザビーム４４のスポット位置が−０．１５ｍｍ、０ｍｍ、０．０７５ｍｍとデフケース２１の側にずれていくほど、図８に示されるように、溶接部４７の平均硬さがビッカース硬さで６０４Ｈｖ，４１０Ｈｖ，３７９Ｈｖと小さい側に変化する。しかしながら、図８に示されるように、溶接部４７にマルテンサイトが発生している。

【0067】

一方、レーザビーム４４のスポット位置がデフケース２１の側にさらにずれて、０．１２５ｍｍになると、図８に示されるように、溶接部４７の平均硬さがビッカース硬さで３４３Ｈｖと、レーザビーム４４の照射位置が０．０７５ｍｍのときより小さくなっている。かつ、図８に示されるように、溶接部４７の全域がオーステナイトになっている。

【0068】

レーザビーム４４のスポット位置がデフケース２１の側にさらにずれて、０．１５ｍｍになると、図８に示されるように、溶接部４７の平均硬さはビッカース硬さで３８４Ｈｖと、レーザビーム４４のスポット位置が０．０７５ｍｍのときより却って大きくなっているものの、溶接部４７の全域はオーステナイトになっている。

【0069】

レーザビーム４４のスポット位置が０．２ｍｍにまでずれたときには、図８に示されるように、溶接部４７の平均硬さがビッカース硬さで３９６Ｈｖと、レーザビーム４４のスポット位置が０．１５ｍｍのときと同様に、レーザビーム４４のスポット位置が０．０７５ｍｍのときより却って大きくなっている。しかしながら、溶接部４７の全域は、レーザビーム４４のスポット位置が０．１５ｍｍのときと同様にオーステナイトになっており、かつ溶接部４７に球状黒鉛が含まれている。

【0070】

図８の結果から、レーザビーム４４のスポット位置は、好ましくは、突き合せ部３１よりもデフケース２１の側で、かつ突き合せ部３１からデフケース２１の側に０．０５〜０．２ｍｍずれた位置であることが分かった。レーザビーム４４のスポット位置の好ましい範囲として、スポット位置が０．０７５ｍｍである場合を含めたのは次の理由による。すなわち、レーザビーム４４のスポット位置が０．０７５ｍｍである場合には、スポット位置が０ｍｍの場合と同じく溶接部４７にマルテンサイトが発生するものの、溶接部４７の平均硬さはスポット位置が０ｍｍの場合より小さくなると考えられるためである。

【0071】

一方、レーザビーム４４のスポット位置の好ましい範囲として、スポット位置が０．２ｍｍである場合を含めたのは次の理由による。すなわち、レーザビーム４４のスポット位置が０．２ｍｍになると、性状はオーステナイトであっても、溶接部４７の平均硬さがビッカース硬さで３９６Ｈｖとなっており、平均硬さの限界にきていると考えられるためである。

【0072】

このように、ビーム４４が突き合せ部３１からデフケース２１の側に０．０５〜０．２ｍｍずれた位置に照射されることによって、図８の結果のとおり、溶接部４７の破断および溶接割れを効果的に防止でき、また溶接部４７を深く形成して部材同士の接合を強固にできる。特に、ビームが突き合せ部３１からデフケースの側に０．１２５〜０．１５ｍｍずれた位置に照射されるときには、溶接部４７の組織全域をオーステナイト化でき、硬度を抑えて溶接欠陥のない品質の溶接品を得ることができる。

【0073】

本発明は、上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。

【0074】

例えば、溶接される部材は、互いに炭素含有量の異なる部材であればリングギヤおよびデフケースに限定されず、他のものであってもよい。

【0075】

また、実施形態および実施例では、レーザビームの出射位置および出射方向を固定したままリングギヤ１２およびデフケース２１を周方向に回転させることによってリングギヤ１２とデフケース２１を接合したが、これに限定されない。本発明は、リングギヤおよびデフケースを回転することなく固定し、レーザビームの出射位置および出射方向を変化させつつ周方向に溶接する形態を含む。また、ビームは、レーザビームに限定されず、電子ビームであってもよい。

【符号の説明】

【0076】

１０ 溶接品
１１ 回転体
１２ リングギヤ
１３ 第１円筒部
１４ 開口端
１５ 孔
２１ デフケース（炭素含有量の多い一方の部材）
２４ 第２円筒部
２５ 開口端
２６ 突起部
２７ 凹部
２８ 隙間
２８’ 隙間
３１ 突き合せ部
４３ ノズル
４４ レーザビーム（ビーム）
４４ａ スポット
４５ 溶接ワイヤ（溶接用金属材料）
４６ 撮影装置
４７ 溶接部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】