JPH07303968A

JPH07303968A - アルミニウム駆動軸

Info

Publication number: JPH07303968A
Application number: JP9624794A
Authority: JP
Inventors: Harumichi Hino; 治道樋野; Hiroyuki Mochizuki; 浩行望月; Hajime Kamio; 一神尾; Yoichi Ebe; 陽一江部; Akira Kojima; 昭小島
Original assignee: Jidosha Buhin Kogyo Co Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Jidosha Buhin Kogyo Co Ltd; Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1995-11-21
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3151696B2

Abstract

(57)【要約】【目的】熱処理型のＡＩ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金によって
つくられる第１駆動軸部品（ヨーク）と第２駆動軸部品
（軸本体）を相互溶接して得られる車両用アルミニウム
駆動軸であって、安定的に溶接ビード部における溶接割
れのない駆動軸、特に、全体剛性を高めた駆動軸を提供
する。【構成】第１駆動軸部品２をＣｕ，Ｓｉ及びＭｎの量
を高めたＡＩ−Ｓｉ−Ｍｇ系の高強度の鍛造用合金で形
成すると共に、第２駆動軸部品３をＡＩ−Ｓｉ−Ｍｇ系
合金に酸化アルミニウム粒子を分散させた粒子分散複合
合金で形成し、ＡＩ−Ｍｇ系合金溶接棒でイナートガス
アーク溶接するに際し、溶接ビード部４のＣｕ含有量を
０．３５％以下になるように制御して割れの原因となる
晶出物の生成を抑制し、また、ＴｉとＢを含有させた溶
接棒を用いて溶接ビード部４の結晶粒を微細化させるこ
とにより、割れを安定的に防止した駆動軸とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金
で形成された駆動軸部品を相互溶接して構成する自動車
用駆動軸に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の駆動軸はジョイント部における
ヨークとなる第１駆動軸部品と駆動軸本体となる第２駆
動軸部品を接合して構成される。このような第１駆動軸
部品と第２駆動軸部品を溶接により接合してつくられる
アルミニウム駆動軸及びそのイナートガスアーク溶接方
法については、例えば、特公平５−８０３１６号公報及
び特開平３−９９７８０号公報に開示されているが、こ
れらの公報では、そのアルミニウム駆動軸の強度を配慮
した材質については言及されていない。駆動軸本体につ
いては、実公昭５６−５２４０９号公報において、アル
ミニウム等軽合金管の表層に繊維強化金属層を形成して
その剛性を強化する提案もなされているが、高価であ
り、材料のリサイクルについても問題を有している。

【０００３】このようなアルミニウム駆動軸の強度及び
材質を配慮した技術としては、第１駆動軸部品を、重量
比で、Ｓｉ０．４０〜０．８％、Ｍｇ０．８〜１．
２％、のほか、Ｃｕ０．１５〜０．４０％、Ｃｒ
０．０４〜０．３５％を含む熱処理型のＡｌ−Ｓｉ−Ｍ
ｇ系合金の６０６１合金（ＪＩＳＨ４０８０，４１
４０）によってつくると共に、第２駆動軸部品をこの６
０６１合金に酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子を体
積％で約２０％添加した粒子分散複合材料（アルキャン
・インターナショナル・リミテッド商品名ジュラル
キャンＷ６Ａ２０Ａ；以下、Ｗ６Ａ２０Ａ合金と称す
る）でつくり、Ｍｎ０．０５〜０．２０％、Ｍｇ
４．５〜５．５％、Ｃｒ０．０５〜０．２０％及びＴ
ｉ０．０６〜０．２０％を含む５３５６合金（ＪＩＳ
Ｚ３２３２）からなるアルミニウム合金溶接棒を使
用してイナートガスアーク溶接により接合した全体剛性
の高いアルミニウム駆動軸が報告され、このＷ６Ａ２０
Ａ合金が、加工後の熱処理によっても低下しない高剛性
率を有し駆動軸本体即ち第２駆動軸部品として有用であ
ることが報告されている（William Hoover : "Duralcan
composite driveshafts" , AUTOMOTIVE TECHNOLOGY IN
TERNATIONAL '92(1992) ，P191) 。

【０００４】前記６０６１合金を初めとする熱処理型の
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金は、Ｍｇ₂Ｓｉの分散析出によ
って強度を確保すると共にＣｕ，Ｍｎ，Ｃｒ等を添加し
てマトリックスの強化による強度の向上を図っているも
のであるが、このようなＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金に金属
酸化物、炭化物等耐火材粒子を強制分散させることによ
りさらに強度を改善した前記Ｗ６Ａ２０Ａ合金のような
粒子分散複合材料及びその製造方法については、米国特
許第４７５９９９５号公報、米国特許第４７８６４６７
号公報及び特表平５−５０２０５７号公報に開示されて
いる。

【０００５】また、これまで、このＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系
合金については、溶接した際に溶接ビード部にミクロ割
れが観測されることがあるとの指摘がなされているが、
上記の先行技術にあっても、高い生産性で深い溶け込み
を得る方法を開示したものはあっても、安定的に前記ミ
クロ割れの防止方法を開示したものはない。

【０００６】一方、従来の前記６０６１合金のようなＡ
ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金においては、鍛造等加工後の熱処
理において結晶粒の粗大化に伴う強度低下があって中強
度合金に止まることから、この改善を図った、重量比
で、Ｓｉ１．０〜１．５％、Ｃｕ０．４〜０．９
％、Ｍｎ０．２〜０．６％、Ｍｇ０．８〜１．５
％、Ｃｒ０．３〜０．９％、Ｔｉ０．０３〜０．０
５％、Ｚｒ０．１〜０．２％、Ｂ０．０００１〜
０．０１％を含有し、Ｆｅ含有量を０．２％未満に規制
すると共に、Ｍｎ＋Ｃｒの含有率を１．２％以下に設定
した鍛造用高強度アルミニウム合金（日本軽金属株式会
社商品名ＨＳ６０：以下、ＨＳ６０合金と称する）
が特開平５−５９４７７号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、第１駆
動軸部品と第２駆動軸部品とを接合してつくる自動車用
アルミニウム駆動軸について、前記６０６１合金のみを
利用したものではその全体剛性が比較的低く、剛性率の
高い前記Ｗ６Ａ２０Ａ合金を第２駆動軸部品に利用して
前記６０６１合金を第１駆動軸部品に利用しようとする
と、負荷の高い大型車両等に適用するには、全体剛性の
バランスの点から、強度が比較的低いこの第１駆動軸部
品を大型化する必要があって、スペースの少ない車体の
レイアウトの関係からは採用が難しい等の問題があり、
また、前記ＨＳ６０合金については、すぐれた機械的性
質についての期待があるものの、その溶接性、特に、前
記の溶接ビード部のミクロ割れ防止に関しての技術は開
示されていないという問題がある。このように、その全
体剛性の面からはいろいろな構造用Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系
合金の組み合わせが配慮され得るにかかわらず、この系
の合金において、前記のように、溶接ビード部のミクロ
割れを安定的に防止するめたの技術は開示されておら
ず、特に、アルミニウム駆動軸のように、高強度、高剛
性率が志向される場合には、この溶接欠陥の存在は深刻
な問題となる懸念があった。

【０００８】本発明は、以上のような状況に鑑み、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｍｇ系合金によってつくられる第１駆動軸部品
と第２駆動軸部品を相互溶接して得られる自動車用アル
ミニウム駆動軸であって、安定的に溶接ビード部におけ
る溶接割れのない駆動軸、特に、全体剛性を高めた駆動
軸の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、Ｃｕを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金によ
る第１駆動軸部品と第２駆動軸部品をＡｌ−Ｍｇ系合金
の溶接棒を用いて、イナートガスアーク溶接によって接
合してつくったアルミニウム駆動軸であって、溶接ビー
ド部内のＣｕ含有量が０．３５重量％以下（以下、成分
％で示す含有率は、特に断りなき場合は重量％を表すも
のとする）で、前記Ｃｕ含有量は、ａを溶接ビード部断
面における余盛部と開先隙間の断面積の合計、ｂを第１
駆動軸部品の溶け込み部の断面積、ｃを第２駆動軸部品
の溶け込み部の断面積、Ａを溶接棒のＣｕ含有率、Ｂを
第１駆動軸部品のＣｕ含有率、Ｃを第２駆動軸部品のＣ
ｕ含有率とした場合、（ａ×Ａ＋ｂ×Ｂ＋ｃ×Ｃ）／
（ａ＋ｂ＋ｃ）で算出されるところのアルミニウム駆動
軸を、また、前記第１駆動軸部品と前記第２駆動軸部品
と前記溶接棒の各Ｃｕ含有量を調整することによって前
記溶接ビード部内のＣｕ含有量を制御したアルミニウム
駆動軸を、またさらに、前記第１駆動軸部品と前記第２
駆動軸部品との接合部に対する溶接トーチの位置を調整
することによって前記溶接ビード部内のＣｕ含有量を制
御したアルミニウム駆動軸を、そして、前記第１駆動軸
部品と前記第２駆動軸部品との接合部において開先を設
けることによって前記溶接ビード部内のＣｕ含有量を制
御したアルミニウム駆動軸を、そしてまた、前記第１駆
動軸部品と前記第２駆動軸部品との接合部における突き
合わせギャップを調整することによって前記溶接ビード
部内のＣｕ含有量を制御したアルミニウム駆動軸を、ま
た、前記溶接ビード部と前記第１駆動軸部品の基地の境
界部近傍の結晶粒の粒径が３０ミクロンメートル以下で
あるところのアルミニウム駆動軸を、さらに、前記イナ
ートガスアーク溶接において、Ｃｕを０．１０％以下に
規制する共に、Ｔｉを０．０６〜０．２％とＢを０．０
０３〜０．０１％含有するＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金溶接
棒を用いることにより、前記結晶粒の粒径を制御したと
ころのアルミニウム駆動軸を、またさらに、前記第１駆
動軸部品が、Ｓｉを１．０〜１．５％、Ｃｕを０．４〜
０．９％、Ｍｎを０．２〜０．６％、Ｍｇを０．８〜
１．５％、Ｃｒを０．３〜０．９％、Ｔｉを０．０３〜
０．０５％、Ｚｒを０．１〜０．２％及びＢを０．００
０１〜０．０１％含有し、Ｆｅ含有量を、０．２％未満
に規制すると共に、ＭｎとＣｒの合計含有量を１．２％
以下に設定した鍛造用アルミニウム合金でつくられてい
るところのアルミニウム駆動軸を、そしてまた、前記第
２駆動軸部品が、Ｃｕを０．１５〜０．４０％、Ｓｉを
０．４０〜０．８％、Ｍｇを０．８〜１．２％及びＣｒ
を０．０４〜０．３５％含有するアルミニウム合金に酸
化アルミニウム粒子を体積％で１５〜２５％分散させた
粒子分散複合材料でつくられているところのアルミニウ
ム駆動軸を提案する。

【００１０】

【作用】溶接ビードを形成するアルミニウム駆動軸の構
成部品について、Ｃｕ含有量の調整を行うか、各構成部
品のＣｕ含有量の多少に応じて、溶接トーチの位置を調
整し、また、開先の形状を変え、あるいは、突き合わせ
ギャップの幅を調整し、さらに、これらの手段を組み合
わせることにより、溶接ビード部のＣｕ含有量を０．３
５％以下に制御することができる。

【００１１】そして、溶接ビード部内のＣｕ含有量を
０．３５％以下とすることにより、ミクロ割れの原因と
なるＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の量を低減して、ミクロ
割れを安定的に防止することができる。

【００１２】溶接棒にＴｉ及びＢを含有させることによ
り、ＴｉＢ₂の核生成効果によって、溶接ビード部の境
界部近傍の結晶粒径を３０ミクロン以下とすることがで
き、このように結晶粒を３０ミクロン以下にすることに
よって溶接ビード部の境界部に晶出してミクロ割れの原
因となるＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物とＳｉ−Ｆｅ−Ｃｒ
系晶出物をネットワーク状に分散晶出させ、ミクロ割れ
を安定的に防止できる。

【００１３】溶接ビード部内のＣｕ含有量を０．３５％
以下に規制し、またさらに、溶接ビード部境界部の結晶
粒を３０ミクロンメートル以下に規制することにより、
該境界部におけるミクロ割れの発生を懸念することな
く、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を組み合わせてアルミニウ
ム駆動軸を構成できる。特に、第１駆動軸部品に高強度
で、疲労強度を改善したＣｕ含有量の高い、高強度アル
ミニウム合金（ＨＳ６０合金）を用いることができ、ま
た、第２駆動軸部品として剛性率の高い粒子分散複合ア
ルミニウム合金材（Ｗ６Ａ２０Ａ合金）を用いることが
でき、全体構造を大きくすることなく、全体剛性の高い
アルミニウム駆動軸をつくることができる。なお、Ｗ６
Ａ２０Ａ合金において、酸化アルミニウム粒子の含有量
が１５体積％未満では効果が少なく、２５体積％以上で
は材料の押出し加工性及び引抜加工性に難があるので好
ましくない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明のアルミニウム駆動軸１は、図１のよう
に、第１駆動軸部品（ヨーク）２と第２駆動軸部品（駆
動軸本体＝シャフト）３を溶接によって接合してなり、
第１駆動軸部品２と第２駆動軸部品３は溶接ビード部４
の生成によって一体化されるものである。

【００１５】Ｓｉ１．２％、Ｃｕ０．８％、Ｍｎ
０．３％、Ｍｇ１．０％、Ｃｒ０．４％、Ｔｉ０．
０３％、Ｚｒ０．１％及びＢ０．００２％を含み、
不純物としてＦｅ０．１５％含むＨＳ６０合金による
ビレットを４５０℃で熱間鍛造し、Ｔ₆熱処理、即ち、
５３０℃で２時間の加熱による溶体化処理を行い、水冷
後、１７５℃で８時間時効させる処理を行った後、機械
加工を施して図１に示したような第１駆動軸部品２を得
た。この第１駆動軸部品２の機械的性質を表１に示し
た。また、従来例として、６０６１合金によって同様に
してつくった第１駆動軸部品の機械的性質を表１に併記
した。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１に示されたように、ＨＳ６０合金によ
るものは、６０６１合金によるものに較べて、ヨークと
して必要な引張り強さと耐力において約１．５倍であ
り、特に、疲労強さにおいて従来品の６０６１合金の疲
労強さの１２３Ｎ／ｍｍ²に対して約１．３倍の１５７
Ｎ／ｍｍ²を示している。

【００１８】次に、前記米国特許第４７５９９９５号公
報等に開示された手段により、Ｃｕ０．３５％、Ｓｉ
０．６％、Ｍｇ１．１％、Ｃｒ０．１％、Ｆｅ
０．２％、Ｍｎ０．０１％、Ｔｉ０．０２％を含む
６０６１合金の溶湯に、酸化アルミニウムを２０体積％
を混入させて溶製し、鋳造したＷ６Ａ２０Ａ合金のビレ
ットを押出し加工の後、Ｔ₈熱処理、即ち、５３０℃、
２時間の溶体化処理の後、水冷し、次いで、５％未満の
加工度で引抜き加工を行い、約１６０℃で１４時間の人
工時効処理を行って、外径１０１．６ｍｍで肉厚３ｍｍ
の第２駆動軸部品３を得た。なお、このＴ₈熱処理で溶
体化処理後の加工度を５％未満に抑えたのは、５％以上
の引抜き加工では、６０６１合金の基地と酸化アルミニ
ウム粒子との界面が破壊して剛性率が低下するからであ
る。得られた第２駆動軸部品３の機械的性質を表２に示
した。また、従来例として６０６１合金によって同様に
してつくった第２駆動軸部品の機械的性質を表２に併記
した。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２に示されたように、Ｗ６Ａ２０Ａ合金
によるものは、６０６１合金によるものに較べて、引張
り強さと耐力は若干上回る程度であるが、駆動軸本体と
して必要とされる剛性率において９８３００Ｎ／ｍｍ²
で６０６１合金の６８６００Ｎ／ｍｍ²に比べて１．５
倍に近い数値を示している。

【００２１】次に、ＨＳ６０合金による前記第１駆動軸
部品２と前記第２駆動軸部品３をプレス嵌めによって嵌
合し、図２のようにＭＩＧ溶接した。

【００２２】溶接姿勢としては、図２（ａ）に示したよ
うに、溶接トーチ５を駆動軸方向に垂直な方向から見て
９０度で、図２（ｂ）に示したように、平行な方向から
見て１５度の角度に配置させ、直径１．６ｍｍの５３５
６合金による溶接棒６を用い、駆動軸を矢印の方向に１
回転させることによって溶接を完了させるようにした。
そして、溶接電流は、ベース電流１４０Ａ、ピーク電流
３２０〜３４０Ａ、平均電流２６０〜２８０Ａでパルス
幅（ｔｐ）は１．１〜１．３ミリ秒とし、溶接電圧は２
４〜２７Ｖ、溶接速度１．２ｍ／分で、アルゴン流量は
２７リットル／分とした。なお、実施例に使用した５３
５６合金による溶接棒の成分は、Ｍｎ０．１３％、Ｍｇ
５．０％、Ｃｒ０．１３％、Ｔｉ０．１３％で、
不純物としてＣｕを０．０１％含んでいた。

【００２３】なお、上記の溶接条件で予備テストを行っ
たところでは、、前記第１駆動軸部品２と前記第２駆動
軸部品３との嵌合代を０．４ｍｍ以上としたとき、第２
駆動軸部品３の熱影響部に割れが生じた。これは、０．
４ｍｍ以上の嵌合代の場合、プレス嵌めで生じた応力が
第２駆動軸部品３の溶接時の高温強度を越えることに起
因するものであって、嵌合代としては０．２５〜０．３
５ｍｍの範囲が適当であることがわかった。従ってま
た、第２駆動軸部品３が外径１０１．６ｍｍ及び肉厚３
ｍｍに較べて外径または肉厚が小さい場合は、嵌合代
は、この０．２５〜０．３５ｍｍの範囲よりも小さく設
定することが好ましいことがわかった。

【００２４】嵌合代を０．２５〜０．３５ｍｍとし、第
１駆動軸部品２と第２駆動軸部品３との間の突き合わせ
ギャップを０とし、上記の溶接条件でＭＩＧ溶接して得
られた溶接部の断面を顕微鏡観察した結果を、図３に示
した。なお、溶接平均電流は２８０Ａ、溶接電圧は２７
Ｖであった。図のように、溶接ビード部４と第１駆動軸
部品２との界面部分に沿って割れ７が観測された。

【００２５】次いで、図３に示された溶接部の割れ７の
部分を、電子顕微鏡で観察することにより、図４に示し
た拡大組織を見ることができた。この組織により割れに
沿って矢印Ａで示す灰色晶出物と、矢印Ｂに示す白色の
晶出物が観察され、これらの晶出物が割れの起点にな
り、また、割れの進展通路となっていることがわかっ
た。

【００２６】これらの晶出物を、電子線マイクロアナラ
イザ（ＥＰＭＡ）で定性分析した結果、図５（ａ）及び
（ｂ）に示すように、灰色晶出物ＡはＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ
系晶出物であり、白色晶出物ＢはＳｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃ
ｒ系晶出物であることがわかった。

【００２７】次に、溶接ビード部内のＣｕ含有量が前記
Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の長さと幅に及ぼす影響を調
査した。前記ＨＳ６０合金のＣｕ含有量を０．４、０．
６、０．８及び１．０％に変えて、図６のように試験用
のブロック材８をつくり、平面に仕上げたその上面に前
記５３５６合金による溶接棒６を用いてＭＩＧ溶接の手
法で、溶接ビード部９を形成させるビードオン試験を行
った。溶接ビード部９の断面の顕微鏡観察で割れの有無
を調査すると共に、前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の長
さを測定し、また、溶接ビード部内のＣｕ含有量を算出
した。

【００２８】この溶接ビード部内のＣｕ含有量は、図６
のように、ブロック材８の表面線から上部の盛り上がり
部分即ち余盛部の断面積ａが溶接棒６からの溶加分に相
当し、ブロック材８の表面線から下部の部分の断面積ｂ
がブロック材８の溶け込み分に相当すると考えられるの
で、次式により算出した。Ｃｕ含有量（％）＝（溶接棒のＣｕ％×ａ＋ブロック材
のＣｕ％×ｂ）／（ａ＋ｂ）

【００２９】図６の溶接ビード部９におけるＣｕ含有量
（％）と、図のＣ部分の境界部近傍で観測されたＭｇ−
Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の長さとの関係を図７に示したが、
このＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の長さが約２．５ｍｍを
越える場合に割れが見られること、溶接ビード部９のＣ
ｕ含有量と前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の長さとの間
に明らかな相関関係が見られること、そして、溶接ビー
ド部８のＣｕ含有量が０．３５％を越える場合に割れを
生じることがわかった。

【００３０】次に、第１駆動軸部品２と第２駆動軸部品
３とを嵌合したアルミニウム駆動軸１について、前記図
３の場合に準じた溶接条件で、溶接ビード部のＣｕ含有
量（％）と割れとの比較調査をしたが、その結果を図８
に示す。

【００３１】図８（ａ）は、第１駆動軸部品２を、Ｃｕ
を特に１．０％としたＨＳ６０合金でつくり、第２駆動
軸部品３との突き合わせギャップｄを１．６ｍｍとし
た。この場合平均溶接電流は２７０Ａ、溶接電圧は２４
Ｖで溶接速度は１．４ｍ／分である。図８（ｂ）及び
（ｃ）の場合は、前記図３の場合と同様に第１駆動軸部
品２をＣｕが０．８％のＨＳ６０合金でつくり、突き合
わせギャップは０ｍｍとしたが、溶接トーチ５の位置を
僅かづつ第２駆動軸部品３側にずらせて、溶接ビード部
４への溶入Ｃｕ量が少なくなるようにした。得られた溶
接駆動軸について、その溶接ビード部４の顕微鏡観察を
行い、Ｃｕ含有量を算出した。

【００３２】溶接ビード部４内のＣｕ含有量（％）の算
出は、前記ビードオン試験の場合に準じて行った。即
ち、図９に示すように、溶接ビード部４内における図示
の断面積ａ，ｂ，ｃの比率は、概ね、５３５６合金によ
る溶接棒６による溶加分、ＨＳ６０合金による第１駆動
軸部品２の溶入分、Ｗ６Ａ２０Ａ合金による第２駆動軸
部品３の溶入分の比率と考えることができるので、溶接
ビード部４内のＣｕ含有量は、次式により算出できる。
なお、開先を設けた場合、ａは余盛部と開先隙間の断面
積を加えたものになる。Ｃｕ含有量（％）＝｛（溶接棒のＣｕ％×ａ）＋（第１
駆動軸部品のＣｕ％×ｂ）＋（第２駆動軸部品のＣｕ％
×ｃ）｝／（ａ＋ｂ＋ｃ）

【００３３】上記溶接の結果、図８（ａ）において第２
駆動軸側に割れ７が観察されたが、図８（ｂ）と（ｃ）
においては割れはなかった。また、これらの溶接ビード
部４におけるＣｕの算出量は、それぞれ（ａ）０．５１
０％、（ｂ）０．３５０％及び（ｃ）０．３１２％であ
って、Ｃｕ含有量が０．３５％以下のものについては、
割れがなかったことを示した。

【００３４】さらに、溶接時における溶接ビード部のＣ
ｕ含有量の制御手段の検討のために、駆動軸の溶接試験
を行った。即ち、第１駆動軸部品２をＣｕ含有量０．８
％としたＨＳ６０合金によってつくると共に、この第１
駆動軸部品２に、開先角度４５°の開先面１０を形成
し、且つ、Ｗ６Ａ２０Ａ合金による第２駆動軸部品３と
の間の突き合わせギャップｄを０〜２ｍｍの範囲内で適
宜変えると共に溶接トーチ５の位置を変え、前記実施例
と同じ５３５６合金溶接棒で溶接した。この溶接条件は
前記図３の場合と同様とした。

【００３５】得られた８試料の駆動軸試料について、溶
接ビード部４の断面を顕微鏡観察し、割れの有無を調査
すると共に、溶接ビード部４内のＣｕ含有量（％）を算
出した。８試料の観察結果を、図１０（ａ）〜（ｈ）に
示した。図１０（ａ）〜（ｂ）の場合は溶接トーチ５を
開先部中央に位置させ、（ｅ）〜（ｈ）の場合は第２駆
動軸部品の端部に位置させた。また、ギャップｄは、
（ａ）と（ｅ）で０ｍｍ、（ｂ）と（ｆ）で０．５ｍ
ｍ、（ｃ）と（ｇ）で１．０ｍｍ、（ｄ）と（ｈ）で
２．０ｍｍとした。

【００３６】図１０（ａ）〜（ｃ）の試料には図示矢印
の個所に割れ７が見られた。図１０（ｄ）〜（ｈ）の試
料には割れは見られなかった。各試料のＣｕ含有量は、
それぞれ、（ａ）０．３８５％、（ｂ）０．３６０％、
（ｃ）０．３５２％、（ｄ）０．３５１％、（ｅ）０．
３２７％、（ｆ）０．３２５％、（ｇ）０．３０１％、
及び（ｈ）０．２５５％で、割れ７の見られた試料のＣ
ｕ含有量は何れも０．３５％を越えていた。また、溶接
トーチ５はＣｕ含有量の少ない第２駆動軸３側に寄せる
ことにより、また突き合わせギャップｄを大きくするこ
とによりＣｕ含有量を低減し、割れを制御することがで
きた。

【００３７】さらに、図１１（ａ）のようにＣｕを０．
８％含有するＨＳ６０合金による第１駆動軸部品２に開
先角度を約５５度とする開先面１１を設け、Ｃｕを０．
３５％含有するＷ６Ａ２０Ａ合金による第２駆動軸部品
３についても、開先角度を約５５°とする開先面１２を
設け、突き合わせギャップを０ｍｍとし、またＣｕを不
純物として０．０１％含有する５３５６合金による溶接
棒６を用い、前記の溶接条件によってＭＩＧ溶接した結
果、溶接ビード部４内のＣｕ含有量は約０．２５％で割
れは見られなかった。

【００３８】図１１（ｂ）のように、前記と同じ材質の
材料の組合せとし、第１駆動軸部品２の開先を約５５度
とし、第２駆動軸部品３との突き合わせギャップを０ｍ
ｍとすると共に、溶接トーチ５の位置を僅かに第２駆動
軸部品３側にずらせた他は前記（ａ）の場合と同じ条件
でＭＩＧ溶接した。その結果、溶接ビード部４内のＣｕ
量は０．３３重量％で割れは見られなかった。

【００３９】また、図１１（ｃ）のように、同じ材質の
組合せにより第１駆動軸部品２の開先を約６０度とし、
第２駆動軸部品３との突き合わせギャップを約１．５ｍ
ｍとし、溶接トーチ５を第２駆動軸部品端に合わせた他
は、前記（ａ）の場合と同じ条件で溶接した結果、溶接
ビード部４内のＣｕ量は約０．３１％で、割れのない溶
接ビード部４が得られた。

【００４０】従って、溶接ビード部内のＣｕ量を０．３
５０％以下にすることによって溶接ビード部内のミクロ
割れの原因となるＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の量が低減
され、ミクロ割れを安定的に防止することができる。溶
接ビード部におけるＣｕ含有量は、第１駆動軸部品と第
２駆動軸部品と溶接棒の材質におけるＣｕ含有量と、溶
接ビード部におけるそれら材料の構成比率によって制御
でき、構成部品特に第１駆動軸部品のＣｕ含有量の調整
による制御が最も容易であるが、ＨＳ６０合金及びＷ６
Ａ２０Ａ合金のベースとなる６０６１合金のＣｕ成分は
強度上必要な成分であることから、溶接ビード部のＣｕ
含有量の制御は、前記の図１１に示されたように、Ｃｕ
含有量の多い第１駆動軸部品の開先を大きくして第１駆
動軸部品の溶入を抑えると共に、５３５６合金の溶接棒
によるＣｕ成分希釈効果を考慮し、さらには、比較的Ｃ
ｕ含有量の少ない第２駆動軸部品の溶入が多くなるよう
に、突き合わせギャップ又は溶接トーチ位置の調整を図
るようにすることが望ましい。溶接ビード部の形成即ち
溶接時の溶け込み状況は溶接条件を一定にすることによ
り略一定に制御することができ、従って、上記の手段に
より、溶接ビード部のＣｕ含有量を制御することは比較
的容易に行える。なお、開先形状については、任意であ
る。

【００４１】割れのメカニズムを調べるために、前記図
３に示した溶接ビード部４と第１駆動軸部品２との境界
部における割れ７の部分のミクロ組織を拡大して観察し
た。その結果を図１２に写真で示した。この図の写真か
ら、溶接ビード部４と第１駆動軸部品２の基地の境界に
割れ７が発生すること、及び、この境界部近傍の結晶の
粒径が２０〜１００ミクロンメートルの範囲に不均一に
なっていることがわかる。

【００４２】また、図１０（ｄ）に示した溶接ビード部
内のＣｕ含有量が０．３５１％で割れのなかった溶接ビ
ード部４を、同じように観察した結果、図１３に示すよ
うに、溶接ビード部４と第１駆動軸部品２の基地の境界
部近傍の結晶粒の粒径は同様に不均一であった。割れが
発生しなかった理由はあきらかでないが、結晶粒の分布
にやや蛇行が見られ、割れ応力が抑制されたように思わ
れる。

【００４３】次に、溶接トーチ位置と開先と突き合わせ
ギャップとを配慮して溶接ビード部のＣｕ含有量を制御
すると共に、結晶微細化剤として作用するＴｉを０．０
６〜０．２％と、Ｂを０．００３〜０．０１％含有する
５３５６合金による溶接棒を用いてＭＩＧ溶接を行っ
た。得られた溶接ビード部についてミクロ組織を観察し
た。その結果、図１４と図１５に示すようなミクロ組織
写真が得られた。

【００４４】溶接ビード部内のＣｕ含有量は、図１４の
ものにおいて０．３４０％で、図１５のものにおいて
０．３０％で、共に割れは見られず、溶接ビード部と第
１駆動軸部品の基地の境界部近傍の結晶の粒径は３０ミ
クロンメートル以下で略均一であり、狭い幅で蛇行状に
分布しており、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物とＳｉ−Ｆｅ
−Ｍｎ−Ｃｒ系晶出物は細かくネットワーク状に分散し
ているのが観察できた。

【００４５】即ち、前記の図１２と図１３の場合のよう
に、結晶粒径が不均一で、粗い粒径のものを含む場合
は、強度が低いことにより割れが発生することと、粒界
が直線的であることによって割れが進展し易いことが考
えられ、図１４と図１５のように、Ｔｉを０．０６〜
０．２％とＢを０．００３〜０．０１％含む５３５６合
金の溶接棒を用いてイナートガスアーク溶接を行うこと
により、ＴｉＢ₂の核生成効果によって、溶接ビード部
と第１駆動軸部品の基地との境界部及びその近傍の結晶
粒径を略均一に微細化することができ、溶接ビード部に
生ずる割れの原因となるＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物及び
Ｓｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系晶出物をネットワーク状に分
散晶出させることにより、溶接ビード部に生じる割れを
安定的に防止できることがわかった。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、溶接ビード部のＣｕ含有量を０．３
５％以下に抑制するようにしたので、溶接ビード部に生
じるミクロ割れの原因となるＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物
の量を低減することによって、溶接ビード部に生じる割
れを安定的に防止することができる。

【００４７】請求項２の発明によれば、接合部におい
て、溶接ビード部を形成する第１駆動軸部品と第２駆動
軸部品と溶接棒とからなる構成材料のＣｕ成分を調整す
ることにより、溶接ビード部のＣｕ含有量を制御するこ
とができる。

【００４８】請求項３〜５の発明によれば、溶接ビード
部を形成する上記の構成材料の構成比を調整することに
より、溶接ビード部のＣｕ含有量を制御できる。

【００４９】請求項６の発明によれば、溶接ビード部と
第１駆動軸部品の基地の境界部近傍の結晶粒径を３０ミ
クロンメートル以下となるようにし、溶接ビード部に生
じる割れの原因となるＭｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物及びＳ
ｉ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ系晶出物をネットワーク状に分散
晶出させることによって、溶接ビード部に生じる割れを
安定的に防止することができる。

【００５０】請求項７の発明によれば、Ｃｕ含有量が少
なく、ＴｉとＢを含むＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金溶接棒を
用いることにより、ＴｉＢ₂の核生成効果により、溶接
ビード部と第１駆動軸部品の基地の境界部近傍のＭｇ−
Ｓｉ−Ｃｕ系晶出物の生成を抑制すると共に結晶粒径を
効果的に３０ミクロンメートル以下に微細化し割れを安
定的に防止することができる。

【００５１】請求項８の発明によれば、第１駆動軸部品
の疲労強度を著しく向上でき、第２駆動軸部品と共に全
体剛性の向上を図ることができる。また、従来品の全体
剛性を維持しながら、第１駆動軸部品の形状を約２０％
コンパクトにすることができる。

【００５２】請求項９の発明によれば、溶接ビード部に
おける割れの懸念なく、従来のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金
に酸化アルミニウム粒子を分散させた粒子分散複合材料
で第２駆動軸部品をつくるようにしたので、剛性率を高
めることができ、アルミニウム駆動軸の全体剛性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルミニウム駆動軸の一実施例を示す
部分断面図である。

【図２】図１のアルミニウム駆動軸における溶接姿勢を
示す部分略断面図で、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は縦
断面図である。

【図３】溶接を施された図１のアルミニウム駆動軸の溶
接部を示す部分断面図である。

【図４】図３の溶接部における割れ部分の拡大写真であ
る。

【図５】図４における晶出物の分析結果を示す電子線マ
イクロアナライザによる写真であって、（ａ）は灰色晶
出物Ａの写真で、（ｂ）は白色晶出物Ｂの写真である。

【図６】ビードオン試験における溶接部の略断面図であ
る。

【図７】ビードオン試験の結果による溶接ビード部内の
Ｃｕ含有量と晶出物の長さとの関係を示す図表である。

【図８】図１のアルミニウム駆動軸における他の例によ
る溶接部の略断面図であって、（ａ）は突き合わせギャ
ップを設けた例で、（ｂ）と（ｃ）は溶接トーチの位置
を変えた例である。

【図９】図１のアルミニウム駆動軸の溶接における溶接
ビード部の略断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｈ）は図１のアルミニウム駆動軸
において、開先を形成すると共に、突き合わせギャップ
及び溶接トーチ位置を変えた実施例による溶接部の略断
面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、図１のアルミニウム駆動
軸において、開先を形成し、突き合わせギャップを変え
溶接トーチ位置を変えた他の例による略断面図である。

【図１２】図３における溶接部の割れ部分を示す拡大写
真である。

【図１３】図１０（ｄ）における溶接ビード部の境界部
近傍部分を示す拡大写真である。

【図１４】Ｔｉ及びＢを含有するアルミニウム合金溶接
棒を用いて溶接した図１のアルミニウム駆動軸の溶接ビ
ード部の境界部近傍部分を示す拡大写真である。

【図１５】他の例における図１４相当拡大写真である。

【符号の説明】

１アルミニウム駆動軸２第１駆動軸部品３第２駆動軸部品４溶接ビード部５溶接トーチ６溶接棒７割れ８ブロック材９溶接ビード部１０開先面１１開先面

【手続補正書】

【提出日】平成６年９月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】図３の溶接部における割れ部分の金属組織を
表す顕微鏡写真である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】図４における晶出物の電子線マイクロアナラ
イザによる状態分析結果を示す図表であって、（ａ）は
灰色晶出物Ａの図表で、（ｂ）は白色晶出物Ｂの図表で
ある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】図１のアルミニウム駆動軸において、開先
を形成し、突き合わせギャップを変え溶接トーチ位置を
変えた実施例による溶接部の略断面図である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】図３における溶接部の割れ部分の金属組織
を表す顕微鏡写真である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１３】図１０の（ｄ）における溶接ビード部の境
界部近傍部分の金属組織を表す顕微鏡写真である。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】Ｔｉ及びＢを含有するアルミニウム合金溶
接棒を用いて溶接した図１のアルミニウム駆動軸の溶接
ビード部の境界部近傍部分の金属組織を表す顕微鏡写真
である。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】他の例における図１４相当の金属組織を表
す顕微鏡写真である。

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神尾一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 (72)発明者江部陽一東京都港区三田３丁目13番12号日本軽金属株式会社内 (72)発明者小島昭神奈川県海老名市上郷2400番地自動車部品工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｕを含むＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系第１駆動
軸部品と第２駆動軸部品を、Ａｌ−Ｍｇ系合金による溶
接棒を用いてイナートガスアーク溶接により接合してつ
くったアルミウニム駆動軸であって、下記式により算出
された溶接ビード部のＣｕ含有量が０．３５重量％以下
であることを特徴とするアルミニウム駆動軸。溶接ビード部のＣｕ含有量（重量％）＝（ａ×Ａ＋ｂ×
Ｂ＋ｃ×Ｃ）／（ａ＋ｂ＋ｃ）但し、ａは溶接ビード部断面における余盛部と開先隙間
の断面積の合計、ｂは第１駆動軸部品の溶け込み部の断面積、ｃは第２駆動軸部品の溶け込み部の断面積、Ａは溶接棒のＣｕ含有率（重量％）、Ｂは第１駆動軸部品のＣｕ含有率（重量％）、Ｃは第２駆動軸部品のＣｕ含有率（重量％）である。
【請求項２】前記第１駆動軸部品と前記第２駆動軸部
品と前記溶接棒の各Ｃｕ含有量を調整することによって
前記溶接ビード部内のＣｕ含有量を制御したことを特徴
とする請求項１記載のアルミニウム駆動軸。
【請求項３】前記第１駆動軸部品と前記第２駆動軸部
品との接合部に対する溶接トーチ位置を調整することに
よって前記溶接ビード部内のＣｕ含有量を制御したこと
を特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム駆動
軸。
【請求項４】前記第１駆動軸部品と前記第２駆動軸部
品との接合部において開先を設けることによって前記溶
接ビード部内のＣｕ含有量を制御したことを特徴とする
請求項１乃至３に記載のアルミニウム駆動軸。
【請求項５】前記第１駆動軸部品と前記第２駆動軸部
品との接合部における突き合わせギャップを調整するこ
とによって前記溶接ビード部内のＣｕ含有量を制御した
ことを特徴とする請求項１乃至４に記載のアルミニウム
駆動軸。
【請求項６】前記溶接ビード部と前記第１駆動軸部品
の基地の境界部近傍の結晶粒の粒径が３０ミクロンメー
トル以下であることを特徴とする請求項１記載のアルミ
ニウム駆動軸。
【請求項７】前記イナートガスアーク溶接において、
Ｃｕを０．１０重量％以下に規制すると共に、Ｔｉを
０．０６〜０．２重量％とＢを０．００３〜０．０１重
量％含有するＡｌ−Ｍｇ系合金の溶接棒を用いることに
より前記結晶粒を制御したことを特徴とする請求項６記
載のアルミニウム駆動軸。
【請求項８】前記第１駆動軸部品が、重量比で、Ｓｉ
を１．０〜１．５％、Ｃｕを０．４〜０．９％、Ｍｎを
０．２〜０．６％、Ｍｇを０．８〜１．５％、Ｃｒを
０．３〜０．９％、Ｔｉを０．０３〜０．０５％、Ｚｒ
を０．１〜０．２％、Ｂを０．０００１〜０．０１％含
有し、Ｆｅ含有量を０．２％未満に規制すると共に、Ｍ
ｎとＣｒの合計含有量を１．２重量％以下に設定した鍛
造用アルミニウム合金でつくられていることを特徴とす
る請求項１記載のアルミニウム駆動軸。
【請求項９】前記第２駆動軸部品が、重量比で、Ｃｕ
を０．１５〜０．４％、Ｓｉを０．４０〜０．８％、Ｍ
ｇを０．８〜１．２％及びＣｒを０．０４〜０．３５％
含有するアルミニウム合金に酸化アルミニウム粒子を１
５〜２５体積％分散させた粒子分散複合材料でつくられ
ていることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム駆
動軸。