WO2012143986A1

WO2012143986A1 - 車両用駆動力伝達装置の製造方法及び製造装置

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Publication number: WO2012143986A1
Application number: PCT/JP2011/059491
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Inventors: 内田　圭亮; 信吾岩谷; 鈴木　克典
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-10-26
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Abstract

　ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置の製造方法において、ケース又はリングギヤのいずれか一方に環状フランジを設けて、該環状フランジの一方の側面とケース又はリングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接工程と、一方の側面と近接する環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測工程と、計測工程で計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定工程とを備える。

Description

車両用駆動力伝達装置の製造方法及び製造装置

　本発明は、エンジン等の駆動源からの駆動力を駆動輪へ伝達する車両用駆動力伝達装置の製造方法及び製造装置に関する。

　エンジン等の駆動源からの駆動力を駆動輪へ伝達する車両用駆動力伝達装置には、例えば差動歯車からなるデファレンシャルギヤ（以下、「デフギヤ」という。）装置がある。図１０に示すように、このデフギヤ装置３００は、デファレンシャルケース３０１（以下、「デフケース」又は単に「ケース」という。）とデフケース３０１の内部に装着されるサイドギヤ３１４、３１５及びピニオンギヤ３１２、３１３とデフケース３０１の外周面に固着されるリングギヤ３０２とを備えている。そして、従来のデフケース３０１の外周面には、環状の鍔部３１０が形成されていて、リングギヤ３０２はこの鍔部３１０にボルト締めされていた。

　しかしながら、リングギヤ３０２をデフケース３０１の鍔部３１０にボルト締めするためには、リングギヤ本体にねじ孔を加工し、デフケース３０１の鍔部３１０にボルト貫通孔を加工する必要がある。また、リングギヤ３０２をデフケース３０１に嵌合してからのボルト締め作業が必要であるとともに、各ボルト３１１の締め付けトルクを検査する必要もある。このような機械加工工数、組付け作業工数、検査工数は、車両用駆動力伝達装置のコストアップをもたらす要因ともなっていた。

　一方、従来から、デフケース３０１は複雑な形状に対応するため球状黒鉛鋳鉄等を鋳造することによって成形し、リングギヤ３０２は強度部材であるためクロムモリブデン鋼等を機械加工又は鍛造することによって成形している。そのため、異種材料の部品であるデフケース３０１とリングギヤ３０２とを固着する方法に溶接方法を採用した時には、溶接部で割れが生じ易いという問題があった。

　特に、リングギヤ３０２は環状部材であるため、全周溶接した時のビードは始端と終端とでラップさせる必要があるが、溶接ビードのラップ部は入熱が２回行われるので、他の部位よりも収縮が大きく割れが生じ易い。

　この溶接割れを検査する方法として、溶接部の溶融・凝固の過程を経る箇所もしくは熱的に影響を受ける近傍箇所にレーザービームを照射し、スペックル・パターンの変化によりひずみ量を動的に測定し、その動的ひずみ量の時間的変化から溶接部の割れを検査する技術が、特許文献１に開示されている。この方法によれば、溶接部表面のひずみを非接触で測定し、ひずみ量の時間変化としてのひずみ曲線に現れる不連続部により、溶接部の高温割れを検出できる。

　また、溶接構造物の表面の変位を計測する変位計と、この変位計からのデータと変位計測点に関する位置情報から溶接構造物の変形量を計算する変形量計算装置と、溶接構造物の表面温度を計測する温度計と、この温度計からのデータと温度計測点に関する位置情報から溶接構造物の温度分布を推定する温度分布計算装置と、溶接構造物の溶接変形に関する判定を溶接施工中に行う判定装置とを備え、判定装置は、温度分布計算装置にて求めた溶接構造物の温度分布から、この溶接構造物の線膨張による熱変形量を推定する第１演算部と、変形量計算装置により求められた溶接構造物の変形量から、第１演算部にて得られた熱変形量の推定値を差し引いて真の溶接変形量を演算する第２演算部と、溶接プロセス毎の溶接変形量の許容値を予め格納するデータベースと、第２演算部にて求めた真の溶接変形量と前記溶接変形量の許容値とを比較して、溶接変形の合否を判定する判定部と、を有することを特徴とする溶接構造物の溶接変形を監視する溶接構造物の変形監視装置が、特許文献２に開示されている。この方法によれば、計測により直接観察できる変形量から、温度分布に起因する線膨張による熱変形量を差し引き、溶接部の弾塑性変形によって生じる真の溶接変形量を求めることができるので、溶接プロセスの途中の変形をモニタリングできる。

特開２０００－３９３０８号公報特開２０１０－１３１６２９号公報

　しかし、特許文献１に開示された技術は、動的ひずみ量の時間変化を計測する方法であるので、割れ発生の有無を判定するまでには一定の時間が必要となる。そのため、短時間で溶接箇所を計測するためには、範囲を分割して複数のレーザービームを照射し、同時に計測する箇所を複数設ける必要がある。その場合、レーザー照射装置は高額であるため、結果的として、検査コストが上昇することから実ラインへの導入は困難となる。

　また、特許文献２に開示された技術は、温度分布に起因する線膨張による熱変形量を差し引き、溶接部の弾塑性変形によって生じる真の溶接変形量を求める方法であるので、温度の不均一による熱変形の大きい大型構造物のモニタリングには適しているが、車両用駆動力伝達装置のような小型部品に適用することは困難である。また、変位計の他に温度計も複数設置する必要があり、簡便に計測できる方法とはいえない。

　さらに、車両用駆動力伝達装置には、駆動源からの振動や車輪からの振動等が伝達される。そのため、ケースとリングギヤとの溶接部に割れが存在すると疲労強度低下の原因となり得るので、全数検査ができる方法を検討する必要がある。

　本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置に対して、ケースとリングギヤとを溶接ビードがラップして溶接するときの良否を、インラインで簡単かつ確実に全数検査をすることができる車両用駆動力伝達装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。

（１）上記課題を解決するための本発明の一態様である車両用駆動力伝達装置の製造方法は、ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置の製造方法において、前記ケース又は前記リングギヤのいずれか一方に環状フランジを設けて、該環状フランジの一方の側面と前記ケース又は前記リングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接工程と、前記一方の側面と近接する前記環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測工程と、前記計測工程で計測した形状の内、前記溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定工程とを備えることを特徴とする。

（２）（１）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、前記溶接工程は、レーザー溶接により行うこと、前記判定工程は、前記計測工程で計測した形状が前記ラップ部に対応する箇所でラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に凹んでいるときには、溶接割れが生じていないと判定することが好ましい。

（３）（１）又は（２）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、前記環状フランジは、前記ケースの外周面に立設したことが好ましい。

（４）（１）又は（２）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、前記環状フランジは、前記ケースの外周面に沿って前記リングギヤの本体部から延設したことが好ましい。

（５）（３）又は（４）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、前記ケースは、デファレンシャルケース又はトランスファケースであることが好ましい。

（６）上記課題を解決するための本発明の他の態様である車両用駆動力伝達装置の製造装置は、ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置の製造装置において、前記ケース又は前記リングギヤのいずれか一方に環状フランジを設けて、該環状フランジの一方の側面と前記ケース又は前記リングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接装置と、前記一方の側面と近接する前記環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測装置と、前記計測工程で計測した形状の内、前記溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定装置とを備えることを特徴とする。

　このような特徴を有する本発明の車両用駆動力伝達装置の製造方法は、以下のような作用効果を奏する。（１）に記載された構成は、ケース又はリングギヤのいずれか一方に環状フランジを設けて、該環状フランジの一方の側面とケース又はリングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接工程と、一方の側面と近接する環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測工程と、計測工程で計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定工程とを備えるので、溶接不良の生じやすい溶接ビードのラップ部における溶接状態の良否を簡単かつ確実に全数検査をすることができる。

　具体的には、環状フランジの一方の側面とケース又はリングギヤとの当接部に沿って突合せ溶接を行うと、当接部には溶融金属が凝固するときの収縮による引張り応力が生じる。この引張り応力の作用で、環状フランジの一方の側面と近接する他方の側面は、当接部の方向に引き寄せられる。その結果、環状フランジの他方の側面の外形形状は変形する。特に、溶接ビードのラップ部においては、ラップしていない他の部位に比べて、入熱が繰り返されるため引張り応力が大きくなる。そのため、環状フランジの他方の側面の外形形状が変形する量も、ラップしていない他の部位に比べて大きくなる。

　一方、溶接熱の影響を受ける熱影響部(Ｈｅａｔ－Ａｆｆｅｃｔｅｄ　Ｚｏｎｅ、略してＨＡＺと称す。)の中で融合線近傍の粗粒域は、一般に硬化しやすくその破壊靱性が低くなっている。特に、溶接ビードのラップ部においては、収縮による引張り応力が大きいので、靱性の低い所でいわゆるＨＡＺ割れが生じ易い。このＨＡＺ割れは溶接ビードに沿って生じるので、ＨＡＺ割れが生じたときには、一方の側面と近接する環状フランジの他方の側面の外形形状は変形しない。収縮による引張り応力が、ＨＡＺ割れによって分断されて他方の側面に伝達しないからである。

　以上のことから、環状フランジの他方の側面の外形形状が変形しているときは、溶接割れ、特にＨＡＺ割れが生じていなく、環状フランジの他方の側面の外形形状が変形していないときは、溶接割れ、特にＨＡＺ割れが生じていると判定することができる。そして、その判定のために、溶接されていない他方の側面の外形形状を計測すればよく、特許文献１の発明のように、複雑な波形状になる溶接部の外形形状を直接計測しなくてもよい。そのため、例えば渦電流式変位計などの一般的な形状測定装置によって簡単かつ短時間に形状計測ができる。

　このように、溶接ビードのラップ部では、溶接部を直接観察しなくても、環状フランジの他方の側面の外形形状の変化を観察すれば、溶接割れ、特にＨＡＺ割れの有無を簡単に知ることができる。本構成は、直接の検査では発見が困難な溶接割れに対して、割れの有無で変化する現象を捉えることで、簡単かつ短時間に検査できることにしたのである。

　さらに、計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状によって、溶接ビードのラップ長さが設定値に対して長すぎるか短すぎるかについても、簡単に判定できる。すなわち、溶接ビードのラップ長さは、環状フランジの他方の側面の外形形状が溶接方向（進行方向）において変形する長さに比例するので、他方の側面の外形形状においてラップ部に対応する箇所の境界でラップしていない箇所との段差が生じる。よって、溶接方向（進行方向）でその段差間の距離を計測し、設定値と比較すれば、ラップ長さの良否を簡単に検査できる。

　以上、具体的に説明したように、環状フランジの一方の側面と近接する他方の側面の外形形状を計測して、計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を検査することができる。

　よって、本構成によれば、ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置に対して、ケースとリングギヤとを溶接ビードがラップして溶接するときの良否を、インラインで簡単かつ確実に全数検査をすることができる車両用駆動力伝達装置の製造方法を提供できる。

（２）に記載された構成は、（１）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、溶接工程は、レーザー溶接により行うこと、判定工程は、計測工程で計測した形状がラップ部に対応する箇所でラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に凹んでいるときには、溶接割れが生じていないと判定するので、溶接ビードのラップ部に生じる溶接割れを簡単かつ確実に検査できる。

　すなわち、溶接工程は、レーザー溶接により行うので、溶接ビードの溶け込み深さに対する溶け込み幅の比率が小さいことから、環状フランジの厚みを薄くしても、一方の側面と近接する他方の側面まで溶接ビードが広がることはない。そのため、環状フランジの厚みが薄くても、他方の側面は溶融することなく、元の面のまま残っているので、その外形形状を簡単に計測することができる。また、環状フランジの厚みを薄くできれば、他方の側面は収縮による引張り応力の作用を受け易く、その外形形状の変形量は大きく現れるので、ラップ部に対応する箇所とそれ以外の箇所との差異がより明確になる。

　したがって、計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状が、ラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に凹んでいるときには、収縮による引張り応力によって他方の側面が引き寄せられていると正確に判定でき、溶接割れ、特にＨＡＺ割れが生じていないことをより正確に検査できる。

　よって、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状が、ラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に凹んでいるか否かのみを確認すれば、溶接割れ、特にＨＡＺ割れの有無を即座に、また正確に判定できるので、より簡単かつ確実である。結局、ケースとリングギヤとを溶接ビードがラップして溶接するときの良否を、インラインでより簡単かつ確実に全数検査できる。

（３）に記載された構成は、（１）又は（２）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、環状フランジは、ケースの外周面に立設したので、溶接装置と計測装置を固定したままで、ケースを軸中心に回転すれば、溶接しながら計測できる。その結果、溶接状態の良否を短時間に検査できる。したがって、ケースとリングギヤとを溶接ビードがラップして溶接するときの良否を、インラインでより簡単かつ確実に全数検査できる。

(４）に記載された構成は、（１）又は（２）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、環状フランジは、ケースの外周面に沿ってリングギヤの本体部から延設したので、リングギヤのケースへの嵌合部を直接溶接できる。そのため、ケースとリングギヤとの当接部を新たに設ける必要がなく、機械加工を簡略化できるとともに、環状フランジは、ケースの外周面に沿っているので、溶接装置と計測装置を固定したままで、ケースを軸中心に回転すれば、溶接しながら計測できる。その結果、溶接状態の良否を短時間に検査できる。したがって、機械加工費の低減を図りながら、ケースとリングギヤとを溶接ビードがラップして溶接するときの良否を、インラインでより簡単かつ確実に全数検査できる。

（５）に記載された構成は、（３）又は（４）に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、ケースは、デファレンシャルケース又はトランスファケースであるので、デフギヤ装置又はトランスファギヤ装置においてケースとリングギヤとを突合せ溶接によって固着でき、ボルト締結による従来の固着構造に比べて製造コストの低減に寄与できる。したがって、デフギヤ装置又はトランスファギヤ装置において製造コストの低減を図りながら、ケースとリングギヤとを溶接ビードがラップして溶接するときの良否を、インラインでより簡単かつ確実に全数検査できる。

　このような特徴を有する本発明の車両用駆動力伝達装置の製造装置は、以下のような作用効果を奏する。（６）に記載された構成は、ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置の製造装置において、ケース又はリングギヤのいずれか一方に環状フランジを設けて、該環状フランジの一方の側面とケース又はリングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接装置と、一方の側面と近接する環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測装置と、計測工程で計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定装置とを備えるので、溶接不良の生じ易い溶接ビードのラップ部における溶接状態の良否を簡単かつ確実に全数検査をすることができる。換言すれば、ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置に対して、ケースとリングギヤとを溶接ビードがラップして溶接するときの良否を、インラインで簡単かつ確実に全数検査をすることができる。

デフケースの環状フランジとリングギヤとの当接部を溶接する溶接装置と、環状フランジの外形形状を計測する計測装置を示す断面図である。環状フランジとリングギヤとの当接部の断面図である。図２における当接部に沿って溶接した溶接ビードの拡大断面図であって、溶接割れが生じていない場合を示す。図２における当接部に沿って溶接した溶接ビードの拡大断面図であって、溶接割れ（ＨＡＺ割れ）が生じている場合を示す。図２における溶接部の模式的拡大図であって、溶接ビードの断面図を示す。図２における溶接部の模式的拡大図であって、溶接ビードのラップ部における上面図を示す。図２におけるＨＡＺ割れが生じたときの溶接部の模式的拡大図であって、溶接ビードの断面図を示す。図２におけるＨＡＺ割れが生じたときの溶接部の模式的拡大図であって、溶接ビードのラップ部における上面図を示す。環状フランジにける他方の側面の外形形状を計測したデータの模式的グラフであって、溶接ビードのラップ部においてＨＡＺ割れが生じていないときを示す。環状フランジにける他方の側面の外形形状を計測したデータの模式的グラフであって、溶接ビードのラップ部においてＨＡＺ割れが生じているときを示す。溶接ビードのラップ部におけるラップ長さの良否を説明する模式図である。変形例として、トランスファケースとリングギヤとを溶接したときの断面図であって、トランスファケースの外周面に立設した環状フランジとリングギヤとを溶接する場合を示す。変形例として、トランスファケースとリングギヤとを溶接したときの断面図であって、トランスファケースの外周面に沿ってリングギヤの本体部から延設した環状フランジとトランスファケースとを溶接する場合を示す。変形例として、リングギヤが溝構造を有する場合の計測装置を示す。従来のデフギヤ装置の構造を示す断面図である。

　次に、本発明に係る車両用駆動力伝達装置の製造方法及び製造装置の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の製造方法は、デフケースの外周面に環状フランジを立設して、該環状フランジの一方の側面とリングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接工程と、一方の側面と近接する環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測工程と、計測工程で計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定工程とを備えている。ここでは、デフケースとリングギヤとの当接部の構造を説明した上で、溶接工程、計測工程、判定工程の順で詳細に説明する。

＜当接部の構造＞
　まず、デフケースとリングギヤとの当接部の構造から説明する。図１に、デフケース１の環状フランジ１１とリングギヤ２との当接部を溶接するレーザー溶接装置３と、環状フランジ１１の外形形状を計測する計測装置４を示す。図２に、環状フランジ１１とリングギヤ２との当接部の断面図を示す。

　図1に示すように、デフギヤ装置１００は、デフケース１とデフケース１の外周面に立設する環状フランジ１１と固着されるリングギヤ２とを備えている。デフケース１は球状黒鉛鋳鉄製であって、図示しないドライブギヤ、ピニオンギヤを内部に収納する中空収納部１２が中央に形成され、ドライブギヤと連結され車輪を駆動する図示しないドライブシャフトを支持する筒状の支持部１３、１４が中空収納部１２の左右端に形成されている。リングギヤ２は、リング状の本体部２１と、本体部２１の外周側に形成された歯部２２とを備えている。デフケース１の中空収納部１２の外周面には、リングギヤ２の本体部２１が嵌合されている。リングギヤ２の材質は、クロムモリブデン鋼である。

　図２に示すように、デフケース１の中空収納部１２の外周面には、所定の厚みを有する環状フランジ１１が垂直に立設されている。環状フランジ１１の厚みは、３～５ｍｍ程度であって、一方の側面１１１と他方の側面１１３とが近接している。リングギヤ２の本体部２１には、デフケース１の環状フランジ１１の高さと等しい高さの鍔部２１１が形成されている。そのため、環状フランジ１１の上端１１２は、リングギヤ２の鍔部２１１の上端と面一になっている。また、環状フランジ１１の一方の側面１１１とリングギヤ２の鍔部２１１の側面２１２とは、当接して環状の当接部を形成している。当接部の径方向の長さは、後述する溶接深さと同程度に設定さている。当接部より内周側には、環状フランジ１１に逃げ面１１４（いわゆる二番）が形成されている。逃げ面１１４を設けることによって、当接部での隙間を極少化する効果と、溶接時のガス逃がし効果を狙っている。

＜溶接工程＞
　次に、当接部に沿って突合せ溶接する溶接工程について説明する。図３は、図２における当接部に沿って溶接した溶接ビードＷのラップ部における拡大断面図であって、図３Ａは溶接割れが生じていない場合を示し、図３Ｂは溶接割れ（ＨＡＺ割れ）が生じている場合を示す。

　図1に示すように、環状フランジ１１とリングギヤ本体部２１との当接部の上方には、レーザー溶接装置３が配置されている。レーザー溶接装置３には、例えば炭酸ガスレーザー、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）の頭文字による略称）レーザー、ファイバーレーザーなどがある。レーザー溶接装置３のトーチ３１は、図示しない固定具によって固定されている。そのため、デフケース１とリングギヤ２とが、デフケース１の支持部１３、１４を図示しない回転治具に把持されて、矢印Ｒ方向に回転する。レーザービーム３２の照射を開始すると同時に、環状フランジ１１とリングギヤ本体部２１との当接部が溶融され、デフケース１とリングギヤ２とが、1回転した段階でレーザービーム３２の照射を終了する。照射の始端と終端とは、溶接ビードＷが一定長さラップするよう制御する。そのとき、レーザービーム３２の出力等をコントロールする。また、当接部の上端面には、溶接部のヒケを防止するため、斜め上方からフィラー供給装置５によってフィラー５１を供給している。フィラー５１の材質は、通常、ステンレス系を用いるが、デフケース１の材質とリングギヤ２の材質によって最適なものを選定する。

　図３Ａに示すように、レーザー溶接は、コヒーレントな光を高密度に集束して照射するエネルギー密度の高い溶接法であるので、溶接ビードＷの溶け込み深さに対する溶け込み幅の比率が小さい。例えば、溶接ビードの溶け込み深さを約６ｍｍ程度で、溶け込み幅を約１．５～２ｍｍとすることが可能である。そのため、環状フランジ１１の厚みは、５～１０ｍｍ程度であるが、この程度の厚みでも、溶接しない他方の側面１１３まで溶接ビードＷが広がることはない。したがって、溶接ビードＷが広がってこない他方の側面１１３は、フラットな面が維持されている。

　一方、レーザービーム３２によって溶かされた溶融金属は、レーザービーム３２が通過した後、直ちに母材境界部ＷＥから溶接ビード中心部ＷＯに向かって凝固する。そのとき、収縮による引張り応力Ｐが発生し、残留する。この引張り応力Ｐによって、環状フランジ１１の他方の側面１１３が、溶接ビード方向に引き寄せられる。溶接ビードＷがラップしている箇所は、レーザービーム３２が２回照射され、入熱が繰り返されるので、溶接ビードＷがラップしていない箇所に比較して、引張り応力Ｐが大きくなる。そのため、引き寄せられる量も大きくなって、溶接ビードＷがラップしている箇所に対応する環状フランジ１１の他方の側面１１３Ｂは、ラップしていない箇所に対応する環状フランジ１１の他方の側面１１３との間で、段差が生じることになる。

　また、図３Ａ、図３Ｂに示すように、溶接ビードＷと母材との境界部には熱影響部Ｈが形成される。熱影響部Ｈは、溶接熱によって結晶粒径が粗大化され、溶融金属との融合線近傍の粗粒域は、一般に硬化しやすくその破壊靱性が低くなっている。特に、溶接ビードＷのラップ部においては、収縮による引張り応力Ｐが大きいので、靱性の低い所でいわゆるＨＡＺ割れが生じ易い。

　図３Ｂに示すように、ＨＡＺ割れは、溶接ビードＷの上端から始まり、熱影響部Ｈに沿って下方に伸びる。また、このＨＡＺ割れは、溶接ビードＷの進行方向に沿って生じる。そのため、ＨＡＺ割れ境界面ＨＣは、溶接ビードＷに沿いながら下方に延びる緩やかな曲面として形成される。そして、このＨＡＺ割れ境界面ＨＣによって、収縮による引張り応力Ｐが分断される。したがって、ＨＡＺ割れが生じたとき、一方の側面１１１と近接する環状フランジ１１の他方の側面１１３には、収縮による引張り応力Ｐが作用しないことになる。その結果、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状は、変形しないのである。

＜計測工程＞
　次に、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状を計測する計測工程について説明する。図４は、図２における溶接部の模式的拡大図であって、図４Ａは溶接ビードＷの断面図を示し、図４Ｂは溶接ビードＷのラップ部Ｌにおける上面図を示す。図５は、図２におけるＨＡＺ割れが生じたときの溶接部の模式的拡大図であって、図５Ａは溶接ビードＷの断面図を示し、図５Ｂは溶接ビードＷのラップ部Ｌにおける上面図を示す。

　図1に示すように、レーザー溶接装置３と軸対照の位置に、計測装置４が配置されている。計測装置４は、レーザー溶接装置３によって溶接した後、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状を計測する。計測装置４には、例えば渦電流式変位計のような非接触タイプと、ダイヤルゲージのような接触タイプとがあり、どちらを採用することも可能である。本実施形態では、コンパクトで計測精度の高い渦電流式変位計を設置している。渦電流式変位計のセンサーヘッドは、環状フランジ１１の他方の側面１１３に平行に設置する。また、センサーヘッドは、環状フランジ１１の上端側に近接して配置する。図４Ａに示すように、環状フランジ１１の他方の側面１１３は、上端１１２に近いほど、外形形状の変形量が大きくなるからである。

　また、図４Ｂに示すように、ＨＡＺ割れが生じていないときには、環状フランジ１１の他方の側面１１３は、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所１１３Ｂにおいて、ラップしていない箇所１１３に比較して外形形状が溶接ビード方向に凹んでいる。そのため、計測装置４は、溶接開始と同時に計測を開始して、ラップしていない箇所とラップしている箇所に対応するデータをそれぞれ計測する。

　一方、図５Ａ、図５Ｂに示すように、ＨＡＺ割れが生じたときには、環状フランジ１１の他方の側面１１３は、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所とラップしていない箇所とを比較しても、外形形状が変化しない。このように、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状が溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所で、ラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に凹んでいるか否かが、溶接割れ、特にＨＡＺ割れの有無によって明確に区別される。

＜判定工程＞
　次に、判定工程について説明する。図６は、環状フランジ１１にける他方の側面１１３の外形形状を計測したデータの模式的グラフであって、図６Ａは溶接ビードＷのラップ部ＬにおいてＨＡＺ割れが生じていないときを示し、図６Ｂは溶接ビードＷのラップ部ＬにおいてＨＡＺ割れが生じているときを示す。図７に、溶接ビードＷのラップ部Ｌにおけるラップ長さの良否を説明する模式図を示す。

　図６Ａ、図６Ｂにおいて、横軸は溶接ビードＷのラップ部中心からの距離を示し、縦軸は環状フランジ１１の他方の側面１１３とセンサーヘッドとの距離を示す。図６Ａによれば、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状は、ラップ部中心を挟んで約２０ｍｍの範囲で、センサーヘッドから離れる方向（溶接ビードの方向）に変形していることが分かる。特に、ラップ部中心を挟んで約１０ｍｍの範囲では、約５０～７０μｍ凹んでいることが分かる。一方、図６Ｂによれば、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状は、ほとんど変形していないことが分かる。

　本実施形態では、溶接ビードＷのラップ代は約１０ｍｍに設定しているので、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所とラップしていない溶接ビードＷに対応する箇所との間で、約５０～７０μｍの変形量の局部的な差異が生じたことになる。

　さらに、図７に示すように、環状フランジ１１の他の側面１１３の外形形状を計測することによって、ラップ長さの長短を判定できる。具体的には、凹変形量がない場合は、溶接ビードＷがラップしていないのでＮＧと判定する。また、凹変形量が設定値の長さＬ１と略等しければ、適正なラップ長さでありＯＫとし、凹変形量が設定値以上の長さＬ２であれば、ラップが長すぎるとしてＮＧと判定する。

　以上のように、判定工程では、計測工程で計測した形状の内、溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて、溶接割れ、特にＨＡＺ割れの有無とラップ長さの長短とを含む溶接状態の良否を判定することができる。

＜作用効果＞
　以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る車両用駆動力伝達装置１００の製造方法は、デフケース１に環状フランジ１１を設けて、該環状フランジ１１の一方の側面１１１とリングギヤ２との当接部に沿って、溶接ビードＷがラップする突合せ溶接を行う溶接工程と、一方の側面１１１と近接する環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状を計測する計測工程と、計測工程で計測した形状の内、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所１１３、１１３Ｂの形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定工程とを備えるので、溶接不良の生じやすい溶接ビードＷのラップ部Ｌにおける溶接状態の良否を簡単かつ確実に全数検査をすることができる。

　具体的には、環状フランジ１１の一方の側面１１１とリングギヤ２との当接部に沿って突合せ溶接を行うと、当接部には溶融金属が凝固するときの収縮による引張り応力Ｐが生じる。この引張り応力Ｐの作用で、環状フランジ１１の一方の側面１１１と近接する他方の側面１１３は、当接部の方向に引き寄せられる。その結果、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状は変形する。特に、溶接ビードのラップ部Ｌにおいては、ラップしていない他の部位に比べて、入熱が繰り返されるため引張り応力Ｐが大きくなる。そのため、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状が変形する量も、ラップしていない他の部位に比べて大きくなる。

　一方、溶接熱の影響を受ける熱影響部Ｈの中で融合線近傍の粗粒域は、一般に硬化しやすくその破壊靱性が低くなっている。特に、溶接ビードＷのラップ部Ｌにおいては、収縮による引張り応力Ｐが大きいので、靱性の低い所でいわゆるＨＡＺ割れが生じ易い。このＨＡＺ割れは溶接ビードＷに沿って生じるので、ＨＡＺ割れが生じたときには、一方の側面１１１と近接する環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状は変形しない。収縮による引張り応力Ｐが、ＨＡＺ割れによって分断されて他方の側面１１３に伝達しないからである。

　以上のことから、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状が局部的に変形しているときは、溶接割れ、特にＨＡＺ割が生じていなく、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状が局部的に変形していないときは、溶接割れ、特にＨＡＺ割が生じていると判定することができる。そして、その判定のために、溶接されていない他方の側面１１３の外形形状を計測すればよく、特許文献１の発明のように、複雑な波形状になる溶接部の外形形状を直接計測しなくてもよい。そのため、例えば渦電流式変位計などの一般的な形状測定装置によって、簡単かつ短時間に形状計測ができる。

　このように、溶接ビードＷのラップ部Ｌでは、溶接部を直接観察しなくても、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状の変化を観察すれば、溶接割れ、特にＨＡＺ割れの有無を簡単に知ることができる。本発明は、直接の検査では発見が困難な溶接割れに対して、割れの有無で変化する現象を捉えることで、簡単かつ短時間に検査できることにしたのである。

　さらに、計測した形状の内、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所の形状によって、溶接ビードＷのラップ長さが設定値に対して長すぎるか短すぎるかについても、簡単に判定できる。すなわち、溶接ビードＷのラップ長さは、環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状が溶接方向（進行方向）において変形する長さに比例するので、他方の側面１１３の外形形状においてラップ部Ｌに対応する箇所の境界でラップしていない箇所との段差が生じる。よって、溶接方向（進行方向）でその段差間の距離を計測し、設定値と比較すれば、ラップ長さの良否を簡単に検査できる。

　以上、具体的に説明したように、環状フランジ１１の一方の側面１１１と近接する他方の側面１１３の外形形状を計測して、計測した形状の内、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を検査することができる。

　よって、本実施形態によれば、ケース１と該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤ２とを有する車両用駆動力伝達装置１００に対して、ケース１とリングギヤ２とを溶接ビードＷがラップして溶接するときの良否を、インラインで簡単かつ確実に全数検査をすることができる車両用駆動力伝達装置１００の製造方法を提供できる。

　また、本実施形態によれば、溶接工程は、レーザー溶接により行うこと、判定工程は、計測工程で計測した形状がラップ部Ｌに対応する箇所でラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に局部的に凹んでいるときには、溶接割れ、特にＨＡＺ割れが生じていないと判定するので、溶接ビードＷのラップ部Ｌに生じる溶接割れ、特にＨＡＺ割れを簡単かつ確実に検査できる。

　すなわち、溶接工程は、レーザー溶接により行うので、溶接ビードＷの溶け込み深さに対する溶け込み幅の比率が小さいことから、環状フランジ１１の厚みを薄くしても、一方の側面１１１と近接する他方の側面１１３まで溶接ビードＷが広がることはない。そのため、環状フランジ１１の厚みが薄くても、他方の側面１１３は溶融することなく、元の面のまま残っているので、その外形形状を簡単に計測することができる。また、環状フランジ１１の厚みを薄くできれば、他方の側面１１３は収縮による引張り応力Ｐの作用を受け易く、その外形形状の変形量は大きく現れるので、ラップ部Ｌに対応する箇所とそれ以外の箇所との差異がより明確になる。

　したがって、計測した形状の内、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所の形状が、ラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に局部的に凹んでいるときには、収縮による引張り応力Ｐによって他方の側面１１３が引き寄せられていると正確に判定でき、溶接割れ、特にＨＡＺ割れが生じていないことをより正確に検査できる。

　よって、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所の形状が、ラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に局部的に凹んでいるか否かのみを確認すれば、溶接割れ、特にＨＡＺ割れの有無を即座に、また正確に判定できるので、より簡単かつ確実である。結局、ケース１とリングギヤ２とを溶接ビードＷがラップして溶接するときの良否を、インラインでより簡単かつ確実に全数検査できる。

　また、本実施形態によれば、環状フランジ１１は、ケース１の外周面に立設したので、レーザー溶接装置３と計測装置４を固定したままで、ケース１を軸中心に回転すれば、溶接しながら計測できる。その結果、溶接状態の良否を短時間に検査できる。したがって、ケース１とリングギヤ２とを溶接ビードＷがラップして溶接するときの良否を、インラインでより簡単かつ確実に全数検査できる。

　また、本実施形態によれば、ケース１は、デファレンシャルケースであるので、デフギヤ装置１００においてケース１とリングギヤ２とを突合せ溶接によって固着でき、ボルト締結による従来の固着構造に比べて製造コストの低減に寄与できる。したがって、デフギヤ装置１００において製造コストの低減を図りながら、ケース１とリングギヤ２とを溶接ビードＷがラップして溶接するときの良否を、インラインでより簡単かつ確実に全数検査できる。

　本実施形態に係る車両用駆動力伝達装置１００の製造装置は、以下のような作用効果を奏する。本実施形態は、ケース１と該ケース１の外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤ２とを有する車両用駆動力伝達装置１００の製造装置において、ケース１に環状フランジ１１を設けて、該環状フランジ１１の一方の側面１１１とリングギヤ２との当接部に沿って、溶接ビードＷがラップする突合せ溶接を行うレーザー溶接装置３と、一方の側面１１１と近接する環状フランジ１１の他方の側面１１３の外形形状を計測する計測装置４と、計測工程で計測した形状の内、溶接ビードＷのラップ部Ｌに対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定装置とを備えるので、溶接不良の生じ易い溶接ビードＷのラップ部Ｌにおける溶接状態の良否を簡単かつ確実に全数検査をすることができる。換言すれば、ケース１と該ケース１の外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤ２とを有する車両用駆動力伝達装置１００に対して、ケース１とリングギヤ２とを溶接ビードＷがラップして溶接するときの良否を、インラインで簡単かつ確実に全数検査をすることができる。

　尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
（１）例えば、上記実施形態では、図１に示すように、デフケース１の外周面に立設した環状フランジ１１とリングギヤ２との当接部に沿って突合せ溶接したが、図８Ａに示すように、トランスファ装置１０１において、トランスファケース６の外周面に立設した環状フランジ６１とリングギヤ７との当接部に沿って突合せ溶接してもよい。筒状のケースであれば、特に限定されるものではないからである。したがって、本発明で言うケースとは、デフケース、トランスファケース等を含むものとする。また、図８Ｂに示すように、トランスファ装置１０２において、トランスファケース８の外周面に沿ってリングギヤ９の本体部から延設した環状フランジ９１とトランスファケース８の外周部８２とを突合せ溶接してもよい。リングギヤ９のトランスファケース８への嵌合部を直接溶接できるので、トランスファケース８とリングギヤ９との当接部を新たに設ける必要がなく、機械加工を簡略化できるからである。なお、トランスファケース（デフケースを含む）の外周面に沿ってトランスファケース（デフケースを含む）から延設した環状フランジとリングギヤとを溶接してもよいことは、勿論である。

（２）例えば、上記実施形態では、計測装置４を渦電流式変位計としたが、図９に示すように、２次元レーザー変位計４１を用いることもできる。特に、ケース１５に嵌合されたリングギヤ２の環状フランジ２３がリングギヤ本体部２１を溝加工することによって形成された場合には、有効である。溝内に計測装置を配置できないときであっても、上方又は斜め上方から計測できるからである。この場合、環状フランジ２３の他方の側面２３１の外形形状と上端２３２の外形形状とをレーザービーム４１１によって同時に計測できるので、環状フランジ２３の変形量をより詳細に知ることができる。そのため、溶接状態の良否をより正確に検査できる。

（３）例えば、上記実施形態では、溶接装置にレーザー溶接装置３を用いたが、電子ビーム溶接装置でもよい。電子ビーム溶接も、レーザー溶接と同様にエネルギー密度の高い溶接法だからである。

　本発明は、自動車に用いるデフギヤ装置やトランスファ装置などの車両用駆動力伝達装置の製造方法及び製造装置として利用できる。

　１　　　　　　ケース、デフケース
　２　　　　　　リングギヤ
　３　　　　　　レーザー溶接装置
　４　　　　　　計測装置
　５　　　　　　フィラー供給装置
　６　　　　　　トランスファケース
　７　　　　　　リングギヤ
　８　　　　　　トランスファケース
　９　　　　　　リングギヤ
　１１　　　　　環状フランジ
　１２　　　　　中空収納部
　２１　　　　　リングギヤの本体部
　２２　　　　　リングギヤの歯部
　３１　　　　　トーチ
　３２　　　　　レーザービーム
　５１　　　　　フィラー
　１００　　　　デフギヤ装置
　１０１　　　　トランスファ装置
　１０２　　　　トランスファ装置
　１１１　　　　環状フランジの一方の側面
　１１２　　　　環状フランジの上端
　１１３　　　　環状フランジの他方の側面
　２１１　　　　リングギヤの鍔部
　２１２　　　　リングギヤの鍔部側面
　Ｈ　　　　　　熱影響部
　Ｐ　　　　　　引張り応力
　Ｌ　　　　　　ラップ部
　Ｗ　　　　　　溶接ビード
　ＷＥ　　　　　母材境界部
　ＷＯ　　　　　溶接ビード中心部
　ＨＣ　　　　　ＨＡＺ割れ境界面

Claims

　ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置の製造方法において、
　前記ケース又は前記リングギヤのいずれか一方に環状フランジを設けて、該環状フランジの一方の側面と前記ケース又は前記リングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接工程と、
　前記一方の側面と近接する前記環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測工程と、
　前記計測工程で計測した形状の内、前記溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定工程とを備えることを特徴とする車両用駆動力伝達装置の製造方法。
　請求項１に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、
　前記溶接工程は、レーザー溶接により行うこと、
　前記判定工程は、前記計測工程で計測した形状が前記ラップ部に対応する箇所でラップしていない箇所に比較して溶接ビード方向に凹んでいるときには、溶接割れが生じていないと判定することを特徴とする車両用駆動力伝達装置の製造方法。
　請求項１又は請求項２に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、
　前記環状フランジは、前記ケースの外周面に立設したことを特徴とする車両用駆動力伝達装置の製造方法。
　請求項１又は請求項２に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、
　前記環状フランジは、前記ケースの外周面に沿って前記リングギヤの本体部から延設したことを特徴とする車両用駆動力伝達装置の製造方法。
　請求項３又は請求項４に記載された車両用駆動力伝達装置の製造方法において、
　前記ケースは、デファレンシャルケース又はトランスファケースであることを特徴とする車両用駆動力伝達装置の製造方法。
　ケースと該ケースの外周面に嵌合されて駆動源からの駆動力を伝達するリングギヤとを有する車両用駆動力伝達装置の製造装置において、
　前記ケース又は前記リングギヤのいずれか一方に環状フランジを設けて、該環状フランジの一方の側面と前記ケース又は前記リングギヤとの当接部に沿って、溶接ビードがラップする突合せ溶接を行う溶接装置と、
　前記一方の側面と近接する前記環状フランジの他方の側面の外形形状を計測する計測装置と、
　前記計測工程で計測した形状の内、前記溶接ビードのラップ部に対応する箇所の形状に基づいて溶接状態の良否を判定する判定装置とを備えることを特徴とする車両用駆動力伝達装置の製造装置。