特許 6802695 プーリーの接合方法及び接合構造

(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】6802695

(24)【登録日】2020年12月1日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】プーリーの接合方法及び接合構造

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/36 20060101AFI20201207BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20201207BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20201207BHJP

   B23K 26/28 20140101ALI20201207BHJP

   F16H 9/12 20060101ALN20201207BHJP

【ＦＩ】

   F16H55/36 Z

   B23K26/21 N

   B23K26/00 M

   B23K26/28

   !F16H9/12 Z

【請求項の数】21

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-230409(P2016-230409)

(22)【出願日】2016年11月28日

(65)【公開番号】特開2018-87590(P2018-87590A)

(43)【公開日】2018年6月7日

【審査請求日】2019年11月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000149033

【氏名又は名称】株式会社エクセディ

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100091524

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 充夫

(72)【発明者】

【氏名】小寺 宏幸

(72)【発明者】

【氏名】松本 宣彦

【審査官】 岡本 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１０３４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２０６９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３０１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１３３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１３７６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９７９８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ５５／３６

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ２３Ｋ ２６／２８

Ｆ１６Ｈ ９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のトルク伝達用のプーリーと軸部材とは、いずれか一方が高伝熱部材であり、他方が低伝熱部材であって、
前記プーリーの嵌合穴に前記軸部材を嵌合し、
その後、前記軸部材と前記嵌合穴との円形の接合縁を含む円環状の接合領域内で、前記高伝熱部材での走査経路の長さよりも前記低伝熱部材での走査経路の長さを長くしつつ前記接合縁の周方向に対して間隔をあけて複数回交差する走査経路に沿ってレーザー光を照射して、前記円形の接合縁と重なる帯状のビードを形成し、前記プーリーと前記軸部材とを接合固定する、プーリーの接合方法。

【請求項2】

前記嵌合穴に前記軸部材が嵌合するとき、前記プーリーの筒状部の前記嵌合穴に前記軸部材の端部が、前記嵌合穴の周囲端面と前記軸部材の前記端部の端面とが面一状態となるように嵌合し、
前記ビードを形成するとき、前記ビードが、前記筒状部の前記嵌合穴と前記軸部材の前記端部とで形成された前記円形の接合縁に重なり、かつ、前記軸部材の前記端部から溶け込み深さ方向において部分的に形成されている、
請求項１に記載のプーリーの接合方法。

【請求項3】

前記帯状のビードは、前記円形の接合縁と交差する斜線部が互いに連結されたジグザグ形状である、
請求項１又は２に記載のプーリーの接合方法。

【請求項4】

前記走査経路は、前記円形の接合縁と交差する螺旋形状である、
請求項１又は２に記載のプーリーの接合方法。

【請求項5】

前記走査経路は、前記円形の接合縁と交差する湾曲した蛇行形状である、
請求項１又は２に記載のプーリーの接合方法。

【請求項6】

前記レーザー光を照射するとき、前記軸部材は治具により支持された状態で前記レーザー光が照射され、前記治具に対する前記円環状の接合領域が前記プーリーの中心から偏心した偏心量よりも、前記帯状のビードの径方向の寸法が大きい、
請求項１〜５のいずれか１つに記載のプーリーの接合方法。

【請求項7】

前記レーザー光を照射するとき、前記偏心量よりも、前記レーザー光のスポット径のほうが小さい状態で前記レーザー光を照射する、
請求項６に記載のプーリーの接合方法。

【請求項8】

前記走査経路は、前記円形の接合縁の全周において交差する、
請求項１〜７のいずれか１つに記載のプーリーの接合方法。

【請求項9】

前記走査経路は、前記円形の接合縁の一部において交差する、
請求項１〜７のいずれか１つに記載のプーリーの接合方法。

【請求項10】

前記走査経路は、前記接合縁に対して蛇行することにより前記接合縁の周方向に対して間隔をあけて複数回交差するとき、前記接合縁上で前記レーザー光のレーザースポット同士が重なり合うスポット径の重なり率をラップ率とし、ラップ率＝前記接合縁上でのスポット重なり幅／スポット径、と定義するとき、
前記ラップ率が−４０％以上で３０％未満とする、
請求項１〜９のいずれか１つに記載のプーリーの接合方法。

【請求項11】

車両のトルク伝達用のプーリーと軸部材とは、いずれか一方が高伝熱部材であり、他方が低伝熱部材であって、
前記プーリーの嵌合穴に前記軸部材が嵌合された状態で、前記高伝熱部材での走査経路の長さよりも前記低伝熱部材での走査経路の長さが長くかつ前記軸部材と前記嵌合穴との円形の接合縁に対して交差するレーザー走査痕を有しかつ前記接合縁と重なるように形成された帯状のビードのレーザー溶接部で、前記プーリーと前記軸部材とが接合固定されたプーリーの接合構造。

【請求項12】

前記プーリーは前記嵌合穴を有する筒状部を有し、前記軸部材は前記嵌合穴に嵌合される端部を有し、前記筒状部の前記嵌合穴に前記軸部材の前記端部が、前記嵌合穴の周囲端面と前記軸部材の前記端部の端面とが面一状態となるように嵌合した状態で、前記筒状部の前記嵌合穴と前記軸部材の前記端部とで前記円形の接合縁を形成し、前記軸部材の前記端部から、前記ビードが、前記軸部材の前記端部から溶け込み深さ方向において部分的に形成されている、
請求項１１に記載のプーリーの接合構造。

【請求項13】

前記帯状のビードは、前記円形の接合縁と交差する斜線部が互いに連結されたジグザグ形状でかつ前記接合縁と重なるように形成されている、
請求項１１又は１２に記載のプーリーの接合構造。

【請求項14】

前記帯状のビードは、前記円形の接合縁と交差する螺旋形状でかつ前記接合縁と重なるように形成されている、
請求項１１又は１２に記載のプーリーの接合構造。

【請求項15】

前記帯状のビードは、前記円形の接合縁と交差する湾曲した蛇行形状でかつ前記接合縁と重なるように形成されている、
請求項１１又は１２に記載のプーリーの接合構造。

【請求項16】

前記帯状のビードは、前記円形の接合縁の全周において交差しかつ前記接合縁と重なるように形成されている、
請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のプーリーの接合構造。

【請求項17】

前記帯状のビードは、前記円形の接合縁の一部において交差しかつ前記接合縁と重なるように形成されている、
請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のプーリーの接合構造。

【請求項18】

前記レーザー走査痕は、前記接合縁に交差する方向に延びる溝部及び隆起部が前記接合縁に重なって交互に並んで形成されたものである、
請求項１１〜１７のいずれか１つに記載のプーリーの接合構造。

【請求項19】

前記レーザー溶接部は、前記溝部及び前記隆起部に対する前記プーリーの内周側の隣接部分と前記プーリーの外周側の隣接部分とのそれぞれに熱変成部分を有する、
請求項１８に記載のプーリーの接合構造。

【請求項20】

前記レーザー溶接部が大略前記円形の接合縁沿いでかつ所定の中心軸周りに形成されていて、この中心軸は前記プーリーの形状中心から偏心していて、この偏心量よりも前記帯状のビードの幅方向の寸法が大きい、
請求項１１〜１９のいずれか１つに記載のプーリーの接合構造。

【請求項21】

前記レーザー溶接部における溶け込み深さの周方向のバラツキは４２％〜１０％である、
請求項１１〜２０のいずれか１つに記載のプーリーの接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定側プーリー又は可動側プーリーと軸部材とをレーザー溶接により接合するプーリーの接合方法及び接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プラズマ溶接では、溶け込み深さを確保するためには加工時間が長くなり、その結果、広範囲に入熱が加わるため、熱歪により、組付け後の寸法精度が悪くなるという課題があった。

【0003】

これを解消するため、最近、局所的に溶接できるレーザー溶接の適用が検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１９１９７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、レーザー溶接を適用して円形の接合箇所に溶接を行う場合に、以下のような課題がある。すなわち、例えば、図１３に示すように、軸部材１０１を円板部材１０２の嵌合穴１０３に嵌合したのち、溶接のため、治具（図示せず）で軸部材１０１を支持するとき、治具と軸部材１０１とのガタ付き（例えば鉛直方向から傾いた状態）で、嵌合穴１０３の縁に沿ってレーザー光を照射してレーザー溶接が行われることになり、最終製品において円環状の溶接部分１０４がプーリーの中心から偏心してしまい、芯ずれによる溶接不良となるといった課題があった。もし、このような芯ずれを防止しようとして、芯ずれが発生しないように大きなスポット径を使用しようとすると、レーザー照射装置として大きなパワーが必要となり、大きなエネルギーロスが発生し、かつ、装置も大型化するといった別の課題があった。

【0006】

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、円形の接合箇所に対して芯ずれによる溶接不良を防止することができるプーリーの接合方法及び接合構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

【0008】

本発明の１つの態様によれば、車両のトルク伝達用のプーリーと軸部材とは、いずれか一方が高伝熱部材であり、他方が低伝熱部材であって、
前記プーリーの嵌合穴に軸部材を嵌合し、
その後、前記軸部材と前記嵌合穴との円形の接合縁を含む円環状の接合領域内で、前記高伝熱部材での走査経路の長さよりも前記低伝熱部材での走査経路の長さを長くしつつ前記接合縁の周方向に対して間隔をあけて複数回交差する走査経路に沿ってレーザー光を照射して、前記円形の接合縁と重なる帯状のビードのレーザー溶接部を形成し、前記プーリーと前記軸部材とを接合固定する、プーリーの接合方法を提供する。

【0009】

また、本発明の別の態様によれば、車両のトルク伝達用のプーリーと軸部材とは、いずれか一方が高伝熱部材であり、他方が低伝熱部材であって、
前記プーリーの嵌合穴に軸部材が嵌合された状態で、前記高伝熱部材での走査経路の長さよりも前記低伝熱部材での走査経路の長さが長くかつ前記軸部材と前記嵌合穴との円形の接合縁に対して交差するレーザー走査痕を有しかつ前記接合縁と重なるように形成された帯状のビードのレーザー溶接部で、前記プーリーと前記軸部材とが接合固定されたプーリーの接合構造を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明の前記態様によれば、円形の接合縁に対して交差するような走査経路に沿ってレーザー光を照射して接合縁と重なる帯状のビードのレーザー溶接部を形成することができ、円形の接合箇所に対して芯ずれによる溶接不良を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】本発明の実施形態にかかるプーリーの接合構造の平面図

【図1B】図１Ａの接合構造の断面側面図

【図2】本発明の実施形態にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図3A】図２にかかるプーリーの接合方法の走査経路の説明図

【図3B】図２にかかるプーリーの接合方法のビードの説明図

【図3C】図３Ａにかかるプーリーの接合方法の走査経路の部分拡大説明図

【図3D】レーザー走査痕の写真を示す拡大図

【図4A】プーリーの接合方法において、左はラップ率−１７．２％のとき、右はラップ率６．２％のときの走査経路、ビードの平面状態の写真、及び溶け込み状態の写真を示す説明図

【図4B】プーリーの接合方法において、接合縁を境とする２つの部材の伝熱性が等しいときの説明図

【図4C】プーリーの接合方法において、接合縁を境とする２つの部材の伝熱性が異なるときの説明図

【図4D】プーリーの接合方法において、ビードの拡大断面の概略説明図

【図5A】プーリーの接合方法の説明図

【図5B】プーリーの接合方法において円形の接合縁を部分的に走査するときの１つの例の概略説明図

【図5C】プーリーの接合方法において円形の接合縁を部分的に走査するときの別の例の概略説明図

【図5D】前記実施形態の変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図6】前記実施形態の第２変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図7】前記実施形態の第３変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図8】前記実施形態の第４変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図9】前記実施形態の第５変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図10】前記実施形態の第６変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図11】前記実施形態の第７変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図12】前記実施形態の第８変形例にかかるプーリーの接合方法の説明図

【図13】従来のレーザー溶接を適用して円形の接合箇所に溶接を行う場合の説明図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。

【0013】

（実施形態）
本発明の実施形態にかかるプーリーの接合方法及び接合構造は、図１Ａ〜図２に示すように、車両のトルク伝達用のプーリー、例えばベルト式ＣＶＴ用の自動車用又は二輪用のような小型のプーリーのような固定側又は可動側プーリー２の筒状部２ｂの嵌合穴２ａに軸部材１の端部を圧入して、嵌合穴２ａの周囲端面と軸部材１の端部の端面とが面一状態となるように嵌合したのち、軸部材１の端部の外周縁と嵌合穴２ａの内周縁との円形の接合縁３に対して、レーザー溶接を行うものである。

【0014】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、レーザー溶接は、円形の接合縁３の周方向の全周又はその一部に対して、接合縁３と重なる、例えば所定幅の円環状の接合領域７内で間隔をあけて接合縁３と複数回交差するジグザグ形状の走査経路８に沿ってレーザー光９を走査しつつ照射して、レーザー走査痕を有する帯状のビード５をレーザー溶接部として形成する。円環状の接合領域７としては、例えば、一定幅の円環状の領域であってもよいし、部分的に幅が異なる領域であってもよい。レーザー走査痕は、ビード５の表面で実質的に径方向に延びる線状の痕跡である。

【0015】

具体的には、前記実施形態では、図３Ａに示すように、接合縁３を含むビード形成領域として、円環状の接合領域７を設定する。円環状の接合領域７の一例としては、径方向の幅寸法を１．５ｍｍで一定とし、径方向の幅寸法の中央付近に接合縁３が位置するように設定する。この円環状の接合領域７の幅寸法は一例であり、接合対象物の大きさ、材質、又は、要求される接合強度などにより、適宜、設定することが可能であるが、自動車用又は二輪用のような小型のプーリー２と軸部材１との接合では、接合縁３に、レーザー光９のスポット径を超えるような隙間は通常では生じないため、最低限、スポット径よりも大きければ、接合不良を防ぐことができる。ただし、接合領域７の幅寸法が大きすぎると、加工時間の増大につながる。このため、実質的には、接合領域７の幅寸法は、スポット径の２倍〜３倍が望ましい。
この円環状の接合領域７内で、接合縁３に交差するジグザグ形状の走査経路８に沿って、レーザー照射装置１１でレーザー光９を連続的に走査させる。

【0016】

このジグザグ形状のレーザー光９の走査経路８は、図３Ｃに示すように、第１斜線部８ａと第２斜線部８ｂとで構成されるＶ字形状８ｃを構成し、このＶ字形状８ｃが例えば接合縁３に沿って連続的に配置されて一筆書きで描いてＶ字形状のウィービングを実施し、連続溶接できるように構成されている。第１斜線部８ａは、その中間部で接合縁３と交差し、その交点８ｄにおいて実線で示す接線８ｅに対して所定角度θ１で傾いて交差しつつ内側から外側に向かう経路である。第２斜線部８ｂは、その中間部で接合縁３と交差し、その交点８ｆにおいて点線で示す接線８ｇに対して所定角度θ２で傾いて交差しつつ外側から内側に向かう経路である。第１斜線部８ａの外端と第２斜線部８ｂの外端とが互いに連結されてＶ字形状８ｃを構成している。一例として、接合縁３上の交点８ｄと交点８ｆとの間の間隔Ｗ２は一定としてもよいし、可変としてもよい。また、所定角度θ１及びθ２もそれぞれ一定としてもよいし、それぞれ異なる角度としてもよい。隣接するＶ字形状８ｃ同士をつなぐとき、例えば、第２斜線部８ｂと、第２斜線部８ｂに連結される第１斜線部８ａとで、逆さまの同じＶ字形状８ｈを構成しているが、同じＶ字形状に限られず、異なる形状のＶ字形状としてもよい。

【0017】

なお、このジグザグ形状の走査経路８に沿ってレーザー光９が照射された部分は、ジグザグ形状の形成開始時点から、接合熱により部分的に溶融してジグザグ形状の区別は明確には残らず互いに溶け合い、図３Ｂに斜線で示すとともに図３Ｄに写真で示すように、全体として１つの太い幅の円環状の帯状のビード５となる。図３Ｄに明白に示されるように、ジグザグ形状の走査経路８に沿ってレーザー光９が照射されると、ジグザグ形状の軌跡に沿って、レーザー走査痕が、ビード５の表面で実質的に径方向に延びる線状の痕跡として残っている。

【0018】

この帯状のビード５は、プーリー２の筒状部２ｂの嵌合穴２ａと軸部材１の端部とで形成された円形の接合縁３に重なり、かつ、軸部材１の端部から溶け込み深さ方向において部分的に形成されている。より具体的な一例としては、ビード５は、図３Ｂ及び図４Ａに示すように、内側の細い接合内縁部５ａと、外側の細い接合外縁部５ｂと、中間の幅広の円環状の接合本体部５ｃとで概略構成されている。細い接合内縁部５ａと細い接合外縁部５ｂとは、それぞれ、接合本体部５ｃへの入熱により熱変成した領域である。円環状の接合本体部５ｃは、２つの細い接合内縁部５ａと細い接合外縁部５ｂ間に挟まれて形成され、円形の接合縁３を一定幅で重なり、かつ所望の溶け込み深さまでの部分的な溶け込み６（図４Ａ参照）が形成されて溶接されている。一例として、筒状部２ｂの軸方向長さが５ｍｍであって、ビード５が、軸部材１の端部から溶け込み深さ方向において部分的に形成されるとき、その部分的な溶け込み６の深さは１ｍｍであり、筒状部２ｂの軸方向長さの５０％未満が部分的な溶け込み６の深さとなっている。また、細い接合内縁部５ａと細い接合外縁部５ｂは、それぞれ、円環状の接合本体部５ｃほど深くは、溶け込みが形成されていない。ここで、レーザー溶接部では、プーリー２の筒状部２ｂの嵌合穴２ａの嵌合面（接合本体部５ｃ）において、溶接深さ方向の一部だけ溶接させる構成となっている。これに対して、レーザーをウィービングさせて２つの部材それぞれを溶接深さ方向の全長にわたって溶かすとともに、裏当てにより部材が溶け落ちることを防ぐ、完全溶け込み溶接に関する技術があるが、そのような完全溶け込み溶接では、２つの部材の接合縁の両側近傍にエネルギーを与える必要があった。しかしながら、本発明の接合方法では、そのように接合縁の両側近傍にエネルギーを与える必要はない。

【0019】

また、図４Ｄは、図４Ａのラップ率６．２％の場合のビード５の拡大断面の概略説明図である。レーザー走査痕の巨視的な説明として、ビード５のレーザー溶接部の表面は、接合縁３に交差する方向に延びる溝部５ｄ及び隆起部５ｅが接合縁３に重なって交互に並んで形成されて、プーリー２と軸部材１とが接合固定されている。また、レーザー溶接部は、溝部５ｄ及び隆起部５ｅに対するプーリー２の内周側の隣接部分（内側の細い接合内縁部５ａ）とプーリー２の外周側の隣接部分（外側の細い接合外縁部５ｂ）とのそれぞれに熱変成部分を有している。

【0020】

このように、接合縁３と交差するようにレーザー光９を連続的にジグザグ形状に走査させることにより、接合縁３と重なる例えば所定幅の円環状の接合領域７内に、レーザー走査痕を有する帯状のビード５をレーザー溶接部として形成することにより、プーリー２と軸部材１とを安定して接合固定することができる。

【0021】

この結果、円形の接合箇所としての接合縁３に対して、芯ずれによる溶接不良を防止することができる。すなわち、円形の接合縁３に沿うようにレーザー光９を走査するのではなく、レーザー光９の走査方向を接合縁３と交差させることにより、芯ずれの発生を防止することができる。さらに、円形の接合縁３を含む例えば所定幅の円環状の接合領域７を設定し、その接合領域７内に接合縁３と重なる帯状のビード５をレーザー溶接部として形成するため、接合領域７内では、多少、帯状のビード５の位置がずれても許容され、全体としては、接合領域７内に帯状のビード５が形成される限り、芯ずれの発生を防止することができる。

【0022】

走査経路８の一例としては、図３Ａに示すように、円形の接合縁３を中心として内外に均等の距離だけ走査しつつジグザグに形成されており、円形の接合縁３を交差する間隔Ｗ２は、一例として均等にしている。このようにすれば、部分的に形成される溶け込み深さのバラツキを小さくすることができる。なお、この交差間隔Ｗ２は等間隔に限られず、間隔の距離が異なってもよい。そのような場合には、加工時間を短縮することができる。その理由は、交差間隔Ｗ２の密の部分と疎の部分とが交互に並ぶ構成により、密の部分で接合強度を確保しながら、疎の部分で加工時間を短縮することができるためである。

【0023】

次に、プーリーの接合方法について説明する。

【0024】

まず、プーリー２の嵌合穴２ａに軸部材１の端部を嵌合する。一例としては、嵌合穴２ａに軸部材１の端部がほぼ隙間なく嵌合して、円形の線状の接合縁３が形成される。

【0025】

次いで、図２に示すように、軸部材１の別の端部側を筒状の治具１０で支持する。このとき、溶接前の軸部材１を治具１０にセットする作業を効率良く短時間で行うため、接合領域７（溶接後はビード５に対応。）の円の中心とプーリー２の円形状の中心との芯ずれ（偏心）を、意図的に許容している。一例としては、スポット径（例えば０．２ｍｍ）よりも大きい芯ずれ（偏心量）（例えば０．３ｍｍ）を生じさせている。

【0026】

次いで、レーザー照射装置１１を使用して、予め決められた走査経路８に沿ってレーザー溶接を行う。すなわち、軸部材１の端部と嵌合穴２ａとの円形の接合縁３を含む円環状の接合領域７内で、接合縁３の周方向に対して間隔Ｗ２をあけて複数回交差するような走査経路８に沿ってレーザー光９を照射して、帯状のビード５を形成し、プーリー２と軸部材１とを接合固定する。

【0027】

ここで、レーザー溶接時のスポット径、レーザー走査速度、及びレーザー出力については、溶け込み深さに応じて設定することができる。例えば、プーリー２と軸部材１の例では、少なくとも０．１ｍｍ以上の溶け込み深さを満足することが一般に要求されるため、一例としては、スポット径を３０μｍ以上でかつ２００μｍ以下とし、レーザー走査速度を２００ｍｍ／ｓ以上とし、レーザー出力を４５０Ｗ以下とすることができる。なお、スポット径が小さいほど溶け込み深さが深くなるので、スポット径が２００μｍ以下であれば０．１ｍｍよりも深い溶け込み深さを確保することもできる。一例としては、０．７ｍｍの溶け込み深さで接合することができる。

【0028】

スポット径を２００μｍ以下まで小さくすると、局所的に深い溶け込みを確保することができ、その結果、熱影響を抑えることができて、熱歪を低減することができるとともに、レーザー照射装置１１内のレーザー発振器の出力を小さくすることができ、レーザー発振器の価格を抑えることができる。

【0029】

また、レーザー走査速度を最低２００ｍｍ／ｓ以上まで高速化すると、従来のレーザー溶接以外の溶接時間よりも溶接時間を短縮することができるとともに、熱影響を抑えることができて、熱歪を低減することができる。

【0030】

また、レーザー出力を４５０Ｗ以下まで下げると、レーザー発振器の価格を抑えることができるとともに、入熱を下げることにより、熱歪みを低減することができる。

【0031】

なお、治具１０で軸部材１を支持するとき、治具１０への軸部材１の取り付けを容易にするため、治具１０と軸部材１との間には一定の寸法差（ガタ付き）が設定される場合がある。このように設定すれば、治具１０に対して軸部材１すなわちプーリー２がガタ付いた状態（例えば鉛直方向から傾いた状態）でレーザー溶接が行われることになり、最終製品において、円環状の接合領域７は、プーリー２の中心からガタ付き分だけ偏心することになる。ここで、この偏心量（ガタ付き分）よりも、ビード５の幅Ｗ１が大きければ、円環状の接合領域７の中央に接合縁３を合わせたのち溶接を開始すれば、プーリー２と軸部材１との間の接合縁３は幅Ｗ１のビード５内に確実に収まることになり、安定した接合が行える。

【0032】

すなわち、軸部材１を治具１０に支持した際のガタツキがＸｍｍであるとすると、円環状の接合領域７の幅Ｘｍｍ未満では、芯ずれ不良となる可能性がある。そこで、幅Ｘｍｍ以上の円環状の接合領域７で溶け込み深さを満足させるようにすれば、芯ずれ不良が起きない。

【0033】

ここで、偏心量（ガタ付き分）の求め方について説明する。

【0034】

偏心量＝（レーザー照射位置の繰り返し精度）＋（接合縁３の内径と軸部材１の外径との同軸度）＋（治具１０のレーザー照射設備１９への取り付け精度）＋（治具１０と軸部材１との片側クリアランス）
ここで、レーザー照射位置の繰り返し精度とは、製品加工の度に発生する光学系のずれによって、スポット位置がずれる最大距離（放射方向）（μｍ）を意味する。また、接合縁３の内径と軸部材１の外径との同軸度とは、製品毎のプーリー２の中心と軸部材１の中心との距離（μｍ）を意味する。また、治具１０と軸部材１との片側クリアランスとは、治具１０と軸部材１との間に発生する隙間の最大距離（放射方向）（μｍ）を意味する。

【0035】

この計算式により、偏心量を求めて、この偏心量以上の幅の円環状の接合領域７で溶け込み深さを満足させるようにすれば、前記した不具合の発生を防止することができる。

【0036】

なお、原理的には、接合縁３よりも軸部材１の中心側での隣接距離と外周側での隣接距離との差によって、内外周に溶け込み深さの相違が生じるはずである。が、スポット径（例えば５０μｍ）がラップするほど、接合縁３を交差するとき狭間隔でレーザー走査すれば、内外周に実質的な溶け込み深さの相違は生じないようにすることができる。

【0037】

すなわち、実際の帯状のビード５では、一例として、接合縁３の全周で隙間なく溶け込みを生じさせるため、接合縁３に対する内外での蛇行の行き帰りで、レーザースポット９ａ同士が重なり合うような狭い間隔でレーザー走査すればよい。ただし、レーザースポット９ａ同士が少し離れていても、スポット９ａの周囲に溶け込みが生じるため、接合縁３の全周で隙間なく溶け込みを生じさせることができる。

【0038】

ここで、レーザー光９のスポット径の重なり率、すなわち、ラップ率＝接合縁３上でのスポット重なり幅／スポット径、と定義する。スポット重なり幅は、隣接するスポット９ａ同士が重なっているときは正の値とし、重なっていないときは負の値とする。スポット径は例えば５０μｍとする。

【0039】

ラップ率が−６３％と互いに離れた状態では、接合縁３の周方向の全周で隙間なく溶け込みが発生し、全周加工時間は約３ｓｅｃであった。これは、以下に列挙する例の中では、最も悪い例であり、これよりもマイナスが大きい場合には、溶け込みが無い箇所が繰り返し発生してしまう可能性があるため、好ましくない。

【0040】

ラップ率が−４０％と互いに離れた状態では、接合縁３の周方向の溶け込み深さのバラツキは４２％であるが、十分な強度を得ることができ、全周加工時間は約７ｓｅｃであった。

【0041】

ラップ率が−１７％と互いに離れた状態では、接合縁３の周方向の溶け込み深さのバラツキは３６％であるが、全周加工時間は約１０ｓｅｃであった。

【0042】

ラップ率が６％と互いに少し重なり合った状態では、接合縁３の周方向の溶け込み深さのバラツキは３０％であるが、全周加工時間は約１５ｓｅｃであった。

【0043】

ラップ率が２２％と互いに重なり合った状態では、接合縁３の周方向の溶け込み深さのバラツキは３０％であり、全周加工時間は約２０ｓｅｃであった。

【0044】

ラップ率が３０％と互いに重なり合った状態では、接合縁３の周方向の溶け込み深さのバラツキは１０％であるが、全周加工時間は約３０ｓｅｃであった。

【0045】

これらの例より、ラップ率は−４０％以上で３０％未満の範囲が好ましい範囲である。この範囲内ならば、バラツキは４２％〜１０％内に収まり、隙間なくビード形成するだけでなく、良品率を高め（接合不良を防ぎ）つつ、プラズマアーク溶接よりも加工時間を短縮することができる。

【0046】

なお、従来のプラズマアーク溶接による全周加工時間は約３０ｓｅｃを越える時間が必要となっているが、レーザー光９による溶接は、この約３０ｓｅｃより短くすることができる。ここで、プラズマアーク溶接よりも時間を短縮することができる理由は、たとえ装置のパワーが同じであっても、レーザー溶接では、集光によりエネルギー密度（Ｊ/ｍ^２）を極めて高く調整することができる一方、プラズマアーク溶接では、エネルギー密度（Ｊ/ｍ^２）は固定値であり、高く調整することができないためである。

【0047】

図４Ｂの（１）に示すように、接合縁３を境とする２つの部材１２ａ，１２ｂの伝熱性が等しいときには、２つの部材１２ａ，１２ｂの溶け込み深さ１３は、図４Ｂの（２）〜（４）に示すように同じである。なお、図４Ｂの（２）は、走査経路８の第１部材１２ａ側の内端でレーザー光９を照射したときでかつ接合縁３に対する走査経路８の交差間隔が広いとき、接合縁３を境とする径方向断面１４での２つの部材１２ａ，１２ｂうち照射位置に近い第１部材１２ａ側の溶け込み深さ１３が第２部材１２ｂより大きくなることを表している。図４Ｂの（３）では、走査経路８の第１部材１２ａ側の内端でレーザー光９を照射したときでかつ接合縁３に対する走査経路８の交差間隔が狭いとき、接合縁３を境とする径方向断面１４での２つの部材１２ａ，１２ｂの溶け込み深さ１３は同じになることを表している。図４Ｂの（４）は、走査経路８の接合縁３でレーザー光９を照射したとき、接合縁３を境とする径方向断面１５での２つの部材１２ａ，１２ｂの溶け込み深さ１３が等しいことを表している。

【0048】

しかしながら。図４Ｃの（１）に示すように、２つの部材１２ｃ，１２ｄ間での含有炭素量の相違により伝熱性が異なり、高伝熱部材１２ｃと低伝熱部材１２ｄとが隣接するときには、溶け込みが２つの部材１２ｃ，１２ｄ間の境界である接合縁３で非連続になり、低伝熱部材１２ｄ側では所定の溶け込み深さに到達しない場合がある。すなわち、図４Ｃの（２）は、走査経路８の接合縁３でレーザー光９を照射したとき、接合縁３を境とする径方向断面１６での２つの部材１２ｃ，１２ｄのうち高伝熱部材１２ｃの溶け込み深さ１３が低伝熱部材１２ｄよりも大きくなることを表している。高伝熱部材１２ｃの溶け込み深さ１３が所定の溶け込み深さまで到達していると仮定すると、低伝熱部材１２ｄの溶け込み深さ１３は所定の溶け込み深さまで到達していないことになる。このような場合を避けるため、溶け込み深さが浅くなる低伝熱部材１２ｄに合わせてレーザー出力をより大きく設定し、低伝熱部材１２ｄ側で所定の溶け込み深さを確保する必要がある。又は、そのようにレーザー出力の設定を変更する代わりに、レーザー出力の設定は変更せずに、溶け込み深さが深くなる高伝熱部材１２ｃに合わせてレーザー出力を設定した状態でレーザー溶接を行うが、そのレーザー出力では溶け込み深さが不足する低伝熱部材１２ｄの溶接個所では、走査時間を長くするか、又は、走査経路８を長くして、所望の溶け込み深さを確保するようにしてもよい。走査経路８を長くする例としては、走査経路８を重複させるか又は１つの渦巻き又は円を追加して経路を長くすることが考えられる。

【0049】

走査経路８の開始点と終点とは必ず一致させる必要はなく、最低限、開始点付近の経路と終点付近の経路とが交差すればよい。例えば５ｍｍだけでもオーバーラップさせるようにすればよい。このようにすることで、走査経路８を自由に設定することができる。

【0050】

前記実施形態によれば、従来のレーザー溶接に対する効果として、軸部材１０１と円板部材１０２の嵌合穴１０３との縁に沿ってレーザー光を照射するのではなく、接合縁３と交差するように走査するため、円形の接合箇所に対して芯ずれによる溶接不良を防止することができる。また、接合縁３の近傍に対してレーザー光９を局所的に照射するため、プラズマ溶接やＴＩＧ溶接などの従来の溶接法を採用する場合に比べて入熱量が少なくて済み、熱歪が大幅に減少し、溶接工程の前後での寸法誤差を大幅に抑制することができる。このため、従来、ＴＩＧ溶接などでは、プーリーに生じた熱歪を取るための削り工程又は熱プレスによる微調整工程が溶接後に必要となっていたが、すべて不要となり、組み付け精度及び製品精度を向上させることができる。また、プラズマ溶接に対する効果として、入熱量が少なくて済むため、加工時間の短縮が図れ、かつ、溶け込み深さのバラツキを少なくすることができる。一例として、従来のプラズマ溶接では溶接時間が４０秒であったのが、前記実施形態では１０秒となり、１／４に短縮することが可能であり、従来のプラズマ溶接では６００ｋｗのパワーが必要であったのが、レーザー出力として４５０Ｗ以下まで下げることができ、パワーを大幅に削減することが可能である。

【0051】

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように、その他種々の態様で実施できる。ただし、この明細書及び図面では、理解しやすくするため、ジグザグなどの様々なレーザー光９の走査経路８の形状を明確に記載及び図示しているが、実際には、先の実施形態と同様に、走査経路８の形状の形成開始時点から、接合熱により部分的に溶融して走査経路８の形状の区別は明確には残らず互いに溶け合い、全体として１つの太い幅の帯状のビード５となっている。しかしながら、説明上、及び、理解しやすくするため、走査経路８の形状を明確に区別して説明する。

【0052】

（第１変形例）
前記実施形態の第１変形例として、図５Ａに示すように、点線で示す円形の接合縁３の全周を走査経路８としてレーザー溶接するとき、全周を複数の領域に分割して、隣接する領域ではなく、隣接しない、例えば１つおきの領域を順に溶接することにより、熱影響の拡散を抑制するようにしてもよい。一例として、円形の接合縁３を０°〜３６０°まで溶接するとき６個の部分に分割したのち、まず、０°〜６０°の部分１８ａを溶接し、次いで、１２０°〜１８０°の部分１８ｂ、２４０°〜３００°の部分１８ｃ、６０°〜１２０°の部分１８ｄ、１８０°〜２４０°の部分１８ｅ、３００°〜３６０°の部分１８ｆというように、部分的に順に溶接するようにしてもよい。

【0053】

また、全周をレーザー溶接する代わりに、全周の一部のみを走査経路８−１として、部分的にレーザー溶接することにより、熱影響の拡散をより抑制するようにしてもよい。例えば、図５Ｂに示すように、円形の接合縁３を、部分的に、０°〜５°の部分１８ｇと、１２０°〜１２５°の部分１８ｈと、２４０°〜２４５°の部分１８ｉとの３か所に、部分的にウィービングして溶接するようにしてもよい。又は、図５Ｃに示すように、０°〜５°の部分１８ｊと、９０°〜９５°の部分１８ｋと、１８０°〜１８５°の部分１８ｍと、２７０°〜２７５°の部分１８ｎとの４か所に対して、部分１８ｊ、部分１８ｍ、部分１８ｋ、部分１８ｎのように対角線に配置された部分の順番でウィービングして溶接するようにしてもよい。それぞれの５°の角度範囲内の部分で、接合縁３に対して走査経路８は、最低８回程度（例えばラップ率が−４０％のときなどにおいて）交差するのが好ましい。一例としては、ラップ率が−１７％のとき、約１０回程度交差することができる。

【0054】

なお、前記例では、接合縁３に沿って走査経路８を形成しているが、接合縁３に沿わずに、例えば図５Ｄに示すように、接合縁３の接線方向に長方形の接合領域７−１０を設定して、その中でジグザグの走査経路８−１０が直線的に延びることにより、走査経路８−１０が接合縁３の一部と重なるような例も可能である。

【0055】

この第１変形例によれば、接合縁３の全周ではなく、一部のみ溶接を実施するため、溶け込み深さのバラツキを少なくすることができるとともに、熱歪を大幅に抑制することができる。

【0056】

（第２変形例）
第２変形例として、図６に示すように、走査経路８−２を、円形の接合縁３に対して交差しかつ湾曲して細かく蛇行するようにして、Ｕ字形状を連続的に形成するようにウィービングして連続的にレーザー溶接することもできる。このようにすれば、先の実施形態では、ジグザグ形状の折り返しの角で走査速度が落ちるために当該部分での入熱が大きくなる可能性があるが、この第２変形例では、溶け込み深さのバラツキを先の実施形態よりも小さくすることができる。

【0057】

（第３変形例）
第３変形例として、図７に示すように、走査経路８−３を、円形の接合縁３に対して交差しかつ湾曲してＳ字状に大きく蛇行するようにして、Ｓ字形状のウィービングを連続的に実施することもできる。このようにすれば、全体として先の実施形態よりも走査経路８−３が短くなり、加工時間を短縮することができる。

【0058】

（第４変形例）
第４変形例として、図８に示すように、走査経路８−４を、円形の接合縁３に対して交差する斜線のウィービングを所定間隔で間欠的に実施するようにして、非連続で断続的に加工するようにしてもよい。このようにすれば、全体として先の実施形態よりも走査経路８−４が短くなり、加工時間を短縮することができる。

【0059】

（第５変形例）
第５変形例として、図９に示すように、走査経路８−５を、円形の接合縁３に対して交差するＶ字のウィービングを所定間隔で間欠的に実施するように、非連続で断続的に加工することもできる。このようにすれば、全体として先の実施形態よりも加工時間を短縮することができる。

【0060】

（第６変形例）
第６変形例として、図１０に示すように、走査経路８−６を、円形の接合縁３に対して交差するように連続した螺旋形状のウィービングを実施し、かつ、隣接した渦同士を部分的に重ね合せるように連続的にレーザー溶接することもできる。このようにすれば、全体として先の実施形態よりも接合縁３上で走査経路８−６が細かく配置されることになり、全体として先の実施形態よりも溶け込み深さのバラツキを少なくすることができる上に加工時間を短縮することができる。この第６変形例では、接合縁３上で走査経路８−６が細かく配置されて接合縁３の各位置を単時間で複数回スポットが近接して通過するため、一回あたりのパワー等を抑制することができ、先の実施形態と比較して、パワー等が低レベルのレーザー照射装置１１を使用することが可能となる。

【0061】

（第７変形例）
第７変形例として、図１１に示すように、走査経路８−７を、円形の接合縁３に対して交差するように多数の円形状のウィービングを断続的に一部重なるように実施して、断続的にレーザー溶接することもできる。このようにすれば、全体として先の実施形態よりも接合縁３上で走査経路８−７が細かく配置されることになり、全体として先の実施形態よりも溶け込み深さのバラツキを少なくすることができる。この第７変形例では、接合縁３上で走査経路８−７が細かく配置されて接合縁３の各位置を単時間で複数回スポットが近接して通過するため、一回あたりのパワー等を抑制することができ、先の実施形態と比較して、パワー等が低レベルのレーザー照射装置１１を使用することが可能となる。

【0062】

（第８変形例）
第８変形例として、図１２に示すように、図６に示す走査経路８−２を１周目の走査経路８−８として接合縁３を一周したのち、接合縁３の周方向の位相をずらせ、次いで、図６に示す走査経路８−２を２周目の走査経路８−９として接合縁３をさらに一周するようにして、走査経路８−２を２周形成するようにしてもよい。このようにすれば、接合縁３上で２周の走査経路８−８，８−９が細かく配置されて接合縁３の各位置を単時間で複数回スポットが近接して通過するため、一回あたりのパワー等を抑制することができ、図６の第２変形例と比較して、パワー等が低レベルのレーザー照射装置１１を使用することが可能となる。また、溶け込み深さのバラツキを図６の第２変形例よりも小さくすることができる。

【0063】

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明にかかるプーリーの接合方法及び接合構造は、円形の接合箇所に対して芯ずれによる溶接不良を防止することができ、例えば２輪車用部品等への適用として有用である。

【符号の説明】

【0065】

１ 軸部材
２ プーリー
２ａ 嵌合穴
２ｂ 筒状部
３ 接合縁
５ ビード
５ａ 内側の細い接合内縁部
５ｂ 外側の細い接合外縁部
５ｃ 幅広の円環状の接合本体部
５ｄ 溝部
５ｅ 隆起部
６ 溶け込み
７ 円環状の接合領域
７−１０ 長方形の接合領域
８，８−１〜８−１０ 走査経路
８ａ 第１斜線部
８ｂ 第２斜線部
８ｃ Ｖ字形状
８ｄ，８ｆ 交点
８ｅ，８ｇ 接線
８ｈ 逆Ｖ字形状
９ レーザー光
９ａ スポット
１０ 治具
１１ レーザー照射装置
１２ａ 第１部材
１２ｂ 第２部材
１２ｃ 高伝熱部材
１２ｄ 低伝熱部材
１３ 溶け込み深さ
１４，１５，１６ 径方向断面
１８ａ〜１８ｋ，１８ｍ，１８ｎ 分割された接合縁の部分
１９ レーザー照射設備

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】