JP3181176B2 - アルミプロペラシャフト - Google Patents

アルミプロペラシャフト

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JP3181176B2 JP17248594A JP17248594A JP3181176B2 JP 3181176 B2 JP3181176 B2 JP 3181176B2 JP 17248594 A JP17248594 A JP 17248594A JP 17248594 A JP17248594 A JP 17248594A JP 3181176 B2 JP3181176 B2 JP 3181176B2
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豊 川田
浩行 望月
治道 樋野
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Jidosha Buhin Kogyo Co Ltd
Nippon Light Metal Co Ltd
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Jidosha Buhin Kogyo Co Ltd
Nippon Light Metal Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヨークに形成された縮
径部の外側にパイプ材を圧入してこれらを溶接してなる
アルミプロペラシャフトに係り、特に、開先部の形状お
よび寸法を改良して良好な溶接状態を得られるようにし
たアルミプロペラシャフトに関する。
【0002】
【従来の技術】近年の自動車産業においては、燃費向上
等のため車体重量の軽量化が推進されており、そのため
様々な自動車部品にアルミ材が用いられるようになって
いる。本出願人は動力伝達軸であるプロペラシャフトの
アルミ化に取り組んだ。鋼製のプロペラシャフトは極め
て重いため、これをアルミ化できれば相当の軽量化が達
成される。
【0003】ところで、アルミプロペラシャフトとして
図4および図5に示すものが知られている(特公平5-80
316 号公報等)。図示するようにこの種のアルミプロペ
ラシャフトaは、アルミ製ヨークbの一端に形成された
パイプ状の縮径部cの外側にアルミ製パイプ材dを圧入
し、そのパイプ材dの圧入先端eを縮径部cの立上部f
から所定距離g離間させて開先部hを形成し、その開先
部hに肉盛溶接を施して構成されている。
【0004】所定距離g(開先間隔)を設ける理由は、
アルミは高い熱伝導率と比較的低い融点とを持つので、
開先間隔gを零にすると局部的に溶融してしまい、溶着
部の溶込深さが不足してしまうからである。すなわち、
所定の開先間隔gを設けることにより受熱面積を広げ、
局部的溶融を抑制しているのである。仮に、双方の部材
が鋼であれば、鋼は比較的低い熱伝導率と成形自在な可
塑状態にある比較的広い温度範囲とを持つので、開先間
隔gを零にしても十分深く溶け込む。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記アルミプ
ロペラシャフトaについて本出願人が研究を重ねた結
果、上記所定の開先間隔gを設けても、上記開先形状で
は溶け込み不足が発生しやすいことが分かった。これ
は、開先部hの受熱面積が十分ではないためと思われ
る。この対策として溶接パワーを上げれば、図5に示す
ように溶け込み不足は解消するものの、高い溶接温度に
よりアルミ製ヨークbが多量に溶けてしまい、ヨークb
中の高強度化添加物(Si,Mg,Cu,Mn,Cr 等)が溶接境界
部へ析出し、これが原因となって亀裂が発生する虞があ
る。特に、溶融部の深いところiでは放熱性が悪くゆっ
くりと冷却されるため、上記高強度化添加物が析出しや
すい。
【0006】また、パイプ材dの板厚jに対してヨーク
bの肉厚kが厚すぎる場合、パイプ材dへの入熱とヨー
クbへの入熱とのバランスが崩れ、パイプ材dは溶ける
がヨークbは十分溶けず、溶け込み不良が生じる虞があ
る。また、ヨークbの縮径部cに圧入されるパイプ材d
の締め代が不明確なため、締め代が大きすぎた場合、歪
が蓄積して、溶接後、溶接部に遅れ破壊が生じる虞があ
る。また、開先間隔gが適性でないと、溶け込み量、割
れ等の欠陥が発生する虞がある。
【0007】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、開先部における溶け込み不良と高強度化添加物
の析出とを両立して防止できるアルミプロペラシャフト
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、アルミ製のヨークの一端に形成されたパイ
プ状の縮径部の外側にアルミ製パイプ材を圧入し、該パ
イプ材の圧入先端を縮径部の立上部から所定距離離間さ
せて開先部を形成し、該開先部を肉盛溶接してなるアル
ミプロペラシャフトであって、上記ヨークが溶接時に溶
融する高強度化添加物(Si,Mg,Cu,Mn,Cr等)を含有し、
上記開先部を構成する縮径部の立上部を斜めにカットし
て受熱開先面を形成し、上記縮径部の肉厚をパイプ材の
板厚の約2〜3倍とし、上記ヨークの縮径部の外側にパ
イプ材を圧入するに際してその締め代を約 0.35mm 以下
とし、上記ヨークの縮径部にパイプ材の圧入先端が当接
するストッパを設けて開先間隔を約2.5mm とし、その上
で開先部を肉盛溶接してなるものである
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【作用】アルミ製ヨークの縮径部の立上部を斜めにカッ
トして受熱開先面を形成したので、溶接時の開先部にお
ける受熱面積が増える。よって、単位面積当りの受熱量
が減り、高熱伝導率と低融点とを持つアルミであって
も、広範囲に亘って健全に溶着される。従って、溶融体
積および溶融深さが小さくなり、アルミ製ヨークに含有
されて溶接時に溶融する高強度化添加物(Si,Mg,Cu,Mn,
Cr等)が冷却時に析出することによって生じる亀裂等の
不具合が未然に防止される。 また、ヨーク縮径部の肉厚
をパイプ材の板厚の約2〜3倍としたので、溶接時にお
けるヨークへの入熱量とパイプ材への入熱量とがバラン
スされ、双方が健全に溶着される。また、パイプ材の縮
径部への圧入締め代を約 0.35mm 以下としたので、圧入
時に歪が大きく蓄積することなく、溶接後の割れが防止
される。また、開先間隔を約2.5mm としたので、受熱面
積が適正となって割れ等の溶接欠陥が防止される。ま
た、ヨークの縮径部にパイプ材の圧入先端が当接するス
トッパを設けたので、圧入により自動的に所定の開先間
隔が形成される。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【実施例】本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明
する。
【0017】本実施例に係るアルミプロペラシャフト1
は、図1に示すように、アルミ製ヨーク2の一端に形成
されたパイプ状の縮径部3の外側にアルミ製パイプ材4
を圧入し、そのパイプ材4の圧入先端5を縮径部3の立
上部6から所定距離離間させて開先部7を形成し、この
開先部7を肉盛溶接して製造される。
【0018】上記ヨーク2には等速継手等を介してトラ
ンスミッション出力軸またはデファレンシャル入力軸が
接続される(ともに図示せず)。他方、上記パイプ材4
は実質的にエンジンの回転力をデファレンシャルに伝達
する伝達軸となる。また、ヨーク縮径部3の内径は、テ
ーパ状に形成されている。また、ヨーク2は、強度を高
めるために、高強度化添加物(Si,Mg,Cu,Mn,Cr等)が含
有され、鍛造又はダイキャスト等で製造される。
【0019】上記開先部7を構成するヨーク縮径部3の
立上部6は斜め45度にカットされており、そのカット面
に受熱開先面8が形成されている。すなわち、受熱開先
面8は、コーン状の円錐面となっており、図4に示す従
来のものより広い受熱面積を有している。これにより、
単位面積当りの受熱量が減り、開先部7のヨーク縮径部
3側が、広範囲に亘って均一に受熱される。なお、この
実施例においては、ヨーク縮径部3の外径γを95.4mmと
し、パイプ材4の板厚βを3mm とした。
【0020】溶接部分におけるヨーク縮径部3の肉厚α
は、パイプ材4の板厚βの2〜3倍となっている。すな
わち、2β≦α≦3βとなっている。これにより溶接時
におけるパイプ材4への入熱量とヨーク縮径部3への入
熱量とをバランスさせている。約2〜3倍という値は種
々の実験により決定された。αがβの2倍以下だとヨー
ク縮径部3への入熱量が過大となって縮径部3が過剰に
溶融してしまい、αがβの3倍以上だとパイプ材4への
入熱量が過大となってパイプ材4が過剰に溶融してしま
う。
【0021】ヨーク縮径部3の外側にパイプ材4を圧入
するに際して、その締め代は 0.35mm 以下となってい
る。すなわち、ヨーク縮径部3の外径をγとし、パイプ
材4の内径をδとすると、圧入時の締め代ε=γ−δ
は、0 <ε≦0.35となっている。これにより、圧入時の
締め過ぎを防止して溶接後の割れを防いでいる。 0.35m
m以下という値は種々の実験により決定された。ε>0.4
mm であると、溶接の際ブローホール(溶接欠陥)が発
生することが確認されている。また、この範囲において
もさらに好ましい寸法は、実験および組立容易性を考慮
すると、0.25<ε≦0.3 であった。
【0022】パイプ材4の圧入先端5とヨーク2の受熱
開先面8の根元との開先間隔λは 2.5mmとなっている。
受熱面積の適正化を図って割れ等の溶接欠陥を防止する
ためである。上記 2.5mmという値は種々の実験により決
定された。 2.5mm以上だと溶接面積が広すぎて溶接部に
均等に入熱を与えることができず、 2.5mm以下だと溶接
面積が小さいため深く溶融してしまう(図5参照)。
【0023】ヨーク縮径部3には、図2に示すように、
パイプ材4の圧入時にその圧入先端5が当接するストッ
パ9が設けられている。このストッパ9により開先間隔
λが2.5mmに常に正確に保たれることになる。ストッパ
9は、開先部7の底面を兼ねており、受熱開先面8へと
連続されている。
【0024】以上の溶接条件に設定された開先部7にイ
ナートガスアーク溶接等により肉盛溶接が施され、図3
に示すようにアルミ製ヨーク2にアルミ製パイプ材4が
取り付けられ、アルミプロペラシャフト1が製造され
る。図中10は溶着金属である。
【0025】ここで本実施例の作用について述べる。
【0026】アルミ製ヨーク2の縮径部3の立上部を斜
め45度にカットして受熱開先面8を形成したので、溶接
時の開先部7におけるヨーク縮径部3側の受熱面積が増
える。よって、単位面積当りの受熱量が減り、高熱伝導
率と低融点とを持つアルミであっても、局部的に溶融す
ることなく、図3に示すように広範囲に亘って溶け込み
が良好な状態で健全に溶着される。
【0027】すなわち、本実施例によれば、従来の図5
に示すものに比べ、アルミ製ヨーク2の溶融部分の体積
が少なくなる。よって、一端溶融したアルミ製ヨーク2
中の高強度化添加物(Si,Mg,Cu,Mn,Cr等)が冷却時に析
出することによって生じる亀裂等の不具合が未然に防止
される。
【0028】特に、本実施例によれば、受熱面積が広範
囲に亘って溶融するため、従来の図5に示すもののよう
に異常に深く溶け込むことはなく、溶込最深部11であ
っても比較的浅い。このため、溶込最深部11であって
も溶融後に速やかに放熱冷却され、高強度化添加物(S
i,Mg,Cu,Mn,Cr等)の析出が抑制される。
【0029】また、溶接部におけるヨーク縮径部3の肉
厚αをパイプ材4の板厚βの2〜3倍としたので、溶接
時におけるヨーク2への入熱量とパイプ部4への入熱量
とがバランスされ、双方が健全に溶着される。すなわ
ち、パイプ材4の板厚βに対してヨーク縮径部3の肉厚
αが上記比率より厚すぎると、パイプ材4は溶けるがヨ
ーク縮径部3は十分溶けず、溶け込み不良が発生してし
まうが、本実施例ではこれを防止している。
【0030】また、パイプ材4の縮径部3への圧入締め
代を 0.35mm 以下とすれば、圧入時に歪が蓄積すること
なく、溶接後の割れが防止できる。すなわち、圧入締め
代がこれより大きいと、圧入時の固定強さは高まるもの
の、溶接後に溶接部に割れ等が発生する虞があるが、本
実施例ではこれを防止している。
【0031】また、開先間隔λを2.5mm とすれば、受熱
面積が適正となって割れ等の溶接欠陥が防止される。す
なわち、開先間隔λがこれより小さければ開先部7の受
熱面積が少なくなって高熱伝導率と低融点とを持つアル
ミが局部的に溶融してしまい溶け込み不良が生じる。他
方、開先間隔λがこれより大きければ開先部7の受熱面
積が広くなり過ぎて溶け込み不良が生じる。
【0032】また、上記開先間隔λ=2.5mm は、ヨーク
2の縮径部3にパイプ材4の圧入先端5が当接するスト
ッパ9を設けたことにより、パイプ材4を圧入するだけ
で常に自動的に形成される。よって、製造工程上有利と
なる。
【0033】なお、上記実施例において一例として示し
たヨーク縮径部3の外径γやパイプ材4の板厚βはこれ
に限られるものではなく、用途により種々必要な寸法に
なることはいうまでもない。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るアルミ
プロペラシャフトによれば、開先部における溶け込み不
良と高強度化添加物の析出とを両立して防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すアルミプロペラシャフ
トのアルミ製ヨークとアルミ製パイプ材との溶接部を表
す部分側断面図である。
【図2】図1の部分拡大図である。
【図3】図1の溶接後の図である。
【図4】従来例を示すアルミプロペラシャフトのアルミ
製ヨークとアルミ製パイプ材との溶接部を表す部分側断
面図である。
【図5】図4の溶接後の図である。
【符号の説明】
1 アルミプロペラシャフト 2 アルミ製ヨーク 3 縮径部 4 アルミ製パイプ材 6 立上部 7 開先部 8 受熱開先面 9 ストッパ α 縮径部の肉厚 β パイプ材の板厚 γ ヨーク縮径部の外径 δ パイプ材の内径 λ 開先間隔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋野 治道 静岡県庵原郡蒲原町蒲原1丁目34番1号 株式会社日軽技研内 (56)参考文献 特開 昭58−187273(JP,A) 特開 昭60−184709(JP,A) 特開 昭58−100978(JP,A) 特開 昭53−149839(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/23

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミ製のヨークの一端に形成されたパ
    イプ状の縮径部の外側にアルミ製パイプ材を圧入し、該
    パイプ材の圧入先端を縮径部の立上部から所定距離離間
    させて開先部を形成し、該開先部を肉盛溶接してなるア
    ルミプロペラシャフトであって、上記ヨークが溶接時に
    溶融する高強度化添加物(Si,Mg,Cu,Mn,Cr等)を含有
    し、上記開先部を構成する縮径部の立上部を斜めにカッ
    トして受熱開先面を形成し、上記縮径部の肉厚をパイプ
    材の板厚の約2〜3倍とし、上記ヨークの縮径部の外側
    にパイプ材を圧入するに際してその締め代を約 0.35mm
    以下とし、上記ヨークの縮径部にパイプ材の圧入先端が
    当接するストッパを設けて開先間隔を約2.5mm とし、そ
    の上で開先部を肉盛溶接してなることを特徴とするアル
    ミプロペラシャフト。
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