特開 2023-74666 筒部材の溶接構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023074666

(43)【公開日】2023-05-30

(54)【発明の名称】筒部材の溶接構造

(51)【国際特許分類】

   F16C 3/02 20060101AFI20230523BHJP

   F16B 11/00 20060101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

F16C3/02

F16B11/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021187705

(22)【出願日】2021-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川田 樹

【テーマコード（参考）】

3J023

3J033

【Ｆターム（参考）】

3J023EA02

3J023FA03

3J023GA03

3J033AA01

3J033AB03

3J033BA02

(57)【要約】

【課題】繰り返し応力を低減することができる筒部材の溶接構造を提供すること。
【解決手段】溶接構造５０は、第１筒部材１１と、第１筒部材１１に挿入されるインロー２２ｂを含む第２筒部材２２であって、当該第２筒部材２２の内面は、インロー２２ｂに対して外側に窪む減肉部２２ｃを含む、第２筒部材２２と、第１筒部材１１と第２筒部材２２との間に位置し、かつ、インロー２２ｂの外面上に形成される溶接金属３０と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１筒部材と、
前記第１筒部材に挿入されるインローを含む第２筒部材であって、当該第２筒部材の内面は、前記インローに対して外側に窪む減肉部を含む、第２筒部材と、
前記第１筒部材と前記第２筒部材との間に位置し、かつ、前記インローの外面上に形成される溶接金属と、
を含む、筒部材の溶接構造。

【請求項2】

前記第１筒部材および前記第２筒部材は、動力を伝達するためのシャフトの一部である、請求項１に記載の筒部材の溶接構造。

【請求項3】

前記第２筒部材の外面と前記減肉部との間の厚さは、前記第１筒部材の外面と内面との間の厚さ以上である、請求項１または２に記載の筒部材の溶接構造。

【請求項4】

前記第１筒部材および前記第２筒部材の中心軸線方向において、前記減肉部と前記溶接金属とは重複しない、請求項１から３のいずれか一項に記載の筒部材の溶接構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、筒部材の溶接構造に関する。

【背景技術】

【0002】

溶接部分には、様々な応力がかかる。例えば、特許文献１は、デフケースとデフリングギアとの間の溶接を開示している。特許文献１では、デフケースの外面にデフリングギアが嵌合される。デフケースの外面には、フランジが形成される。フランジとデフリングギアの側面との間には、開先が形成される。開先の径方向内側には、貫通溶接用の空間が形成される。この空間は、溶接に伴う熱収縮による応力を低減するために、径方向内側に向かってデフケースの外面まで拡大されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１６９４４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

筒部材の溶接には、インローが使用される場合がある。インローは、一方の筒部材の端面に形成され、他方の筒部材の内径と同じまたは略同じ外径を有する。インローは、他方の筒部材に挿入され、インローの周りで筒部材が互いに溶接される。インローを含む溶接構造に繰り返し荷重が加えられると、インローによって溶接構造の内側部分の剛性が向上されることから、溶接構造のなかで低い剛性を有する部分、例えば溶接金属と母材との間の界面に、繰り返し応力が過度に集中する可能性がある。

【0005】

本開示は、繰り返し応力を低減することができる、筒部材の溶接構造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】

【0006】

本開示の一態様に筒部材の溶接構造は、第１筒部材と、第１筒部材に挿入されるインローを含む第２筒部材であって、当該第２筒部材の内面は、インローに対して外側に窪む減肉部を含む、第２筒部材と、第１筒部材と第２筒部材との間に位置し、かつ、インローの外面上に形成される溶接金属と、を含む。

【0007】

第１筒部材および第２筒部材は、動力を伝達するためのシャフトの一部であってもよい。

【0008】

第２筒部材の外面と減肉部との間の厚さは、第１筒部材の外面と内面との間の厚さ以上であってもよい。

【0009】

第１筒部材および第２筒部材の中心軸線方向において、減肉部と溶接金属とは重複しなくてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、繰り返し応力を低減することができる筒部材の溶接構造を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係る溶接構造を含むシャフトの一部を示す側面図である。

【図2】図２は、図１中のＡ部の拡大された一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0013】

図１は、実施形態に係る溶接構造５０を含むシャフト１００の一部を示す側面図である。なお、図１は、シャフト１００の中心軸線方向における一方の端部のみを示すが、他方の端部も同様な構造を有する。したがって、他方の端部についての説明は省略する。

【0014】

本実施形態では、溶接構造５０は、動力を伝達するための回転するシャフト１００に適用される。シャフト１００は、様々な装置において動力を伝達するために使用されてもよい。他の実施形態では、溶接構造５０は、様々な構造物において、一方がインローを含む、２つの筒部材の端面間の接合に適用されてもよい。また、例えば、溶接構造５０は、一方がインローを含む、２つの配管の端面間の接合に適用されてもよい。

【0015】

シャフト１００は、シャフト本体１０と、締結部材２０と、を備える。締結部材２０は、フランジ９０を含む。シャフト１００は、溶接構造５０を備える。シャフト本体１０および締結部材２０は、溶接構造５０において接合される。シャフト本体１０および締結部材２０は、同心状に直列に接合される。したがって、本開示において、シャフト本体１０、締結部材２０およびこれらの構成要素の中心軸線方向、径方向および円周方向は、それぞれ単に「軸線方向」、「径方向」および「円周方向」と称され得る。

【0016】

図２は、図１中のＡ部の拡大された一部断面図である。

【0017】

軸線方向において、シャフト本体１０の端部は、第１筒部材１１を含む。なお、本実施形態では、シャフト本体１０は、軸線方向において、その長さ全体を通じて中空形状を有するが、他の実施形態では、シャフト本体１０の中心部分は、中実形状を有してもよい。

【0018】

第１筒部材１１は、円筒形状を有する。他の実施形態では、第１筒部材１１は、例えば、楕円筒形状または多角筒形状等、他の筒形状を有してもよい。第１筒部材１１は、軸線方向における端面１１ａを含む。

【0019】

締結部材２０は、本体２１と、第２筒部材２２と、を含む。例えば、本体２１は、概ね円柱形状を有する。本実施形態では、本体２１は、中実形状を有する。しかしながら、他の実施形態では、本体２１は、中空形状を有してもよい。

【0020】

第２筒部材２２は、本体２１と連続しており、本体２１と一体である。第２筒部材２２は、概ね円筒形状を有する。他の実施形態では、第２筒部材２２は、例えば、楕円筒形状または多角筒形状等、他の筒形状を有してもよい。第２筒部材２２は、軸線方向における端面２２ａを含む。第２筒部材２２の端面２２ａは、第１筒部材１１の端面１１ａと対向する。端面１１ａ，２２ａは、軸線方向において互いに離間する。本実施形態では、第２筒部材２２の外径は、第１筒部材１１の外径と同じである。

【0021】

第２筒部材２２は、インロー２２ｂを含む。インロー２２ｂは、端面２２ａから軸線方向に沿って突出する。例えば、インロー２２ｂは、円筒形状を有する。インロー２２ｂは、端面２２ａの径方向内側部分に形成される。すなわち、インロー２２ｂの外径は、端面２２ａの外径よりも小さい。

【0022】

インロー２２ｂは、第１筒部材１１に挿入される。インロー２２ｂの外面は、第１筒部材１１の内面と同様な形状を有する。インロー２２ｂの外径は、第１筒部材１１の内径と略同じである。例えば、第１筒部材１１は、溶接前に、インロー２２ｂの外面に焼き嵌めによって取り付けられてもよい。

【0023】

溶接構造５０は、上記の第１筒部材１１および第２筒部材２２と、溶接金属３０と、を含む。

【0024】

第１筒部材１１の端面１１ａと、第２筒部材２２の端面２２ａとは、溶接前に開先を画定する。本実施形態では、開先はＶ字形状を有するが、開先の形状はこれに限定されない。インロー２２ｂは、裏当てとして使用される。

【0025】

溶接金属３０は、インロー２２ｂの外面上に形成される。例えば、溶接構造５０は、電子ビーム溶接またはレーザー溶接によって形成されてもよい。しかしながら、溶接構造５０に使用される溶接方法は、これらに限定されない。溶接構造５０には、止端仕上げが施されてもよい。

【0026】

上記のような溶接構造５０において、第２筒部材２２の内面は、減肉部２２ｃを含む。減肉部２２ｃは、溝または切り欠きとも称され得る。軸線方向において、減肉部２２ｃは、インロー２２ｂに対して、本体２１の近くに形成される。減肉部２２ｃは、インロー２２ｂに対して、径方向外側に向かって窪む。別の表現では、減肉部２２ｃの内径は、インロー２２ｂの内径よりも大きい。さらに別の表現では、中心軸線Ｘを含む断面において、中心軸線Ｘから減肉部２２ｃまでの距離ｄ１は、中心軸線Ｘからインロー２２ｂまでの距離ｄ２よりも大きい。なお、本実施形態では、減肉部２２ｃは、円周方向の全体に亘って形成されるが、他の実施形態では、減肉部２２ｃは、応力を十分に低減できる限りにおいて、円周方向に不連続であってもよい。減肉部２２ｃは、応力集中を低減するために、中心軸線Ｘを含む断面において、曲面で形成される。

【0027】

本実施形態では、第２筒部材２２の外面と減肉部２２ｃとの間の厚さｔ１は、第１筒部材１１の外面と内面との間の厚さｔ２以上である。厚さｔ１は、中心軸線Ｘを含む断面において、中心軸線Ｘに垂直でかつ減肉部２２ｃを通る、最も薄い部分の厚さを意味する。図２では、厚さｔ１は、中心軸線Ｘを含む断面において、中心軸線Ｘに垂直であり、かつ、減肉部２２ｃにおいて最も径方向外側の部分を通る部分の厚さに相当する。別の表現では、中心軸線Ｘから減肉部２２ｃまでの距離ｄ１は、中心軸線Ｘから第１筒部材１１の内面までの距離ｄ３以下である。より具体的には、厚さｔ１は、厚さｔ２と同じであってもよい。別の表現では、距離ｄ１は、距離ｄ３と同じであってもよい。

【0028】

本実施形態では、軸線方向において、減肉部２２ｃは、溶接金属３０と重複しない。より具体的には、減肉部２２ｃと溶接金属３０とは、軸線方向において互いに離間していてもよく、それらの間に隙間ｇを有してもよい。

【0029】

溶接金属３０と減肉部２２ｃとの間、すなわち、端面２２ａと減肉部２２ｃとの間の第２筒部材２２の母材の厚さは、厚さｔ１および隙間ｇ等の因子によって決まる。厚さｔ１および隙間ｇを含めて、端面２２ａと減肉部２２ｃとの間の母材の厚さは、例えば、第１筒部材１１をインロー２２ｂの外面に焼き嵌めによって取り付ける際に、この部分に加わる応力が、全面的に母材の降伏応力を超えないように決定することができる。このような応力は、例えば、ＦＥＭ解析等によって算出することができる。

【0030】

軸線方向の幅および曲面の曲率等の減肉部２２ｃのサイズは、例えば、シャフト１００が溶接後に使用される時に、溶接構造５０に加わると想定される繰り返し応力が、母材の疲労限を超えないように決定することができる。このような応力も、例えば、ＦＥＭ解析等によって算出することができる。

【0031】

以上のような溶接構造５０は、第１筒部材１１と、第１筒部材１１に挿入されるインロー２２ｂを含む第２筒部材２２であって、当該第２筒部材２２の内面は、インロー２２ｂに対して外側に窪む減肉部２２ｃを含む、第２筒部材２２と、第１筒部材１１と第２筒部材２２との間に位置し、かつ、インロー２２ｂの外面上に形成される溶接金属３０と、を含む。このような構成によれば、溶接金属３０と母材との界面から離れた第２筒部材２２の内面に、インロー２２ｂに対して窪んだ減肉部２２ｃが形成される。したがって、溶接構造５０に繰り返し荷重が加えられるときに、減肉部２２ｃにおける弾性変形によって荷重を吸収することができる。したがって、溶接構造５０のなかで低い剛性を有する部分、例えば溶接金属３０と母材との間の界面にかかる応力を低減することができる。したがって、繰り返し応力を低減することができる。

【0032】

また、溶接構造５０では、第１筒部材１１および第２筒部材２２は、動力を伝達するための回転するシャフト１００の一部である。したがって、回転に伴う繰り返し荷重に晒されるシャフト１００の疲労強度を向上することができる。

【0033】

また、溶接構造５０では、第２筒部材２２の外面と減肉部２２ｃとの間の厚さｔ１は、第１筒部材１１の外面と内面との間の厚さｔ２以上である。このような構成によれば、減肉部２２ｃにおいて荷重を吸収しつつ、溶接構造５０全体としての剛性を維持することができる。

【0034】

また、溶接構造５０では、軸線方向において、減肉部２２ｃと溶接金属３０とは重複しない。したがって、減肉部２２ｃの弾性変形によって引き起こされる、溶接金属３０と母材との間の界面への影響を低減することができる。

【0035】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0036】

例えば、上記の実施形態では、第２筒部材２２の外面と減肉部２２ｃとの間の厚さｔ１は、第１筒部材１１の外面と内面との間の厚さｔ２以上である。しかしながら、他の実施形態では、溶接構造５０全体の剛性を必要なレベルに維持することができる限りにおいて、厚さｔ１は、厚さｔ２よりも小さくてもよい。

【0037】

また、上記の実施形態では、軸線方向において、減肉部２２ｃは、溶接金属３０と重複しない。しかしながら、他の実施形態では、端面２２ａと減肉部２２ｃとの間の母材が全面的に降伏しない限りにおいて、減肉部２２ｃは、軸線方向において溶接金属３０と重複してもよい。

【符号の説明】

【0038】

１１ 第１筒部材
２２ 第２筒部材
２２ｂ インロー
２２ｃ 減肉部
３０ 溶接金属
５０ 溶接構造
１００ シャフト
ｔ１ 第２筒部材の外面と減肉部との間の厚さ
ｔ２ 第１筒部材の外面と内面との間の厚さ

【図1】

【図2】