JPH07317844A

JPH07317844A - 動力伝達用高強度駆動軸およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07317844A
Application number: JP7300895A
Authority: JP
Inventors: Mitsusachi Yamamoto; 三幸山本; Kiyoyuki Fukui; 清之福井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1995-12-08
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JP3187274B2

Abstract

(57)【要約】【目的】疲労強度に優れた高張力鋼管製駆動軸及びその
製造方法の提供。【構成】駆動軸を構成する中空軸の一部にバランスウエ
イトがプロジェクション溶接によって接合されている動
力伝達用駆動軸であって、上記中空軸は、引張強さが70
kgf/mm² 以上の鋼管であり、この鋼管とバランスウエイ
トとの接合部におけるプロジェクションの径Ｄに対する
接合部の径ｄの比（ｄ／Ｄ）が 0.6〜1.0 であること、
鋼管として低炭素高強度鋼鋼管を用いること、もしくは
接合部の最大ビッカース硬度と上記鋼管のビッカース硬
度との差 (ΔＨv)が 150以下であること、またはこの条
件を同時に満たすことを特徴とする動力伝達用高強度駆
動軸。この駆動軸は、バランスウエイトの溶接する面に
設けたプロジェクション（突起）を、その１個当たりの
圧力を 100 kgf〜500 kgf として中空軸に押圧し、上記
プロジェクション１個当たりの電流を７〜30 KA として
１〜50 ms の時間で溶接する方法で製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、駆動軸を構成する中
空軸が高強度鋼管で製作され、回転の不釣り合いを調整
するバランスウエイトが取り付けられた動力伝達用駆動
軸であって、耐疲労強度特性に優れた駆動軸、およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や産業機械などには動力伝達用に
長尺の駆動軸が使用されている。駆動軸は高速回転する
ため、回転バランス（釣り合い）特性に優れていること
が必要である。それは、回転時に発生する振動が不釣り
合い量に比例して増加するので、不釣り合い量をあるレ
ベル以下に抑えなければ、自動車や産業機械などを設計
通りに運転できないばかりでなく、最悪の場合には故障
や事故の原因となるからである。

【０００３】このため駆動軸では、回転時の不釣り合い
を調整することが行われている。その方法には種々があ
るが、駆動軸の一部にバランスウエイトを電気抵抗溶接
する方法が、その作業性・コストの点で優れているた
め、多用されている。

【０００４】図１は、バランスウエイトの形状とこれを
駆動軸（中空軸）に取り付けた状態を示す図である。同
図(d) は、中空軸３の一部にバランスウエイトを取りつ
けた状態を示す図であるが、バランスウエイト２は、同
図 (a)〜(c) に示す板厚１〜３mm程度の鋼板を、中空軸
１の外径とほぼ等しい曲率の弧状に曲げ加工して製作さ
れる。そして中空軸への取りつけは、いわゆるプロジェ
クション溶接と呼ばれる方法で行われる。

【０００５】プロジェクション溶接法では、図１(c) に
示すごとく、バランスウエイト２の湾曲面の内側に１個
あるいは数個のプロジェクション (突起）21を設け、突
起21を中空軸３に押しつけて通電し、溶接を行う。この
とき、突起は直径 2.5〜6.0mm、高さ 0.7〜1.5 mm程度
とし、突起１個当たりの加圧力を 200〜500 kgf とし、
８〜20 kA の交流電流を10〜30サイクル通電するのが普
通である（中村孝、小林徳夫、森本一共著「現代溶接技
術大系−抵抗溶接」（産報出版、昭和55年１月23日版）
p.121 ）。この場合、通電時間は、電力周波数による
が、例えば60Ｈzでは約 160〜500ms となり、電流値と
通電時間の積は1280〜10000 kA・msとなる。なお、最近
ではコンデンサー型の電気抵抗溶接機を用いて直流電流
を通電する場合もあるが、この場合の溶接条件は、加圧
力、電流値、通電時間ともほぼ上記の範囲である。

【０００６】近年、自動車の低燃費化、産業機械の省力
化が求められ、駆動軸用材料についても高強度化による
重量軽減が進められている。例えば、自動車の駆動軸用
中空管としては、従来、引張強さ50kgf/mm² クラスの材
料で製造された鋼管が使用されてきたが、最近は 70 kg
f/mm² クラス以上の高強度材料へ変更し、管の外径ある
いは肉厚を減じ、重量を軽減する試みが進められてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような高強度材
料で製作した駆動軸に、前記の電気抵抗溶接法でバラン
スウエイトを取りつけると、バランスウエイトの接合部
には、駆動中のねじり荷重の繰り返しによる疲労亀裂が
発生する可能性が大きくなる。この現象は、従来レベル
の強度材料では全く認められておらず、これが解決でき
ないかぎり駆動軸の高強度化は望めない。

【０００８】本発明の目的は、引張強さが70kgf/mm² 以
上の高強度材料製の鋼管で製作された駆動軸であっても
上記の疲労寿命の長い駆動軸、およびこのような駆動軸
を製造する方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題を解決するために、バランスウエイトの溶接部の金属
組織的特性、疲労強度に及ぼす材料強度及び溶接条件の
影響に関して種々研究し、下記の知見を得た。

【００１０】(A) 疲労亀裂は溶接接合端部から発生す
る。

【００１１】(B) 従来の電気抵抗（プロジェクション）
溶接の条件では、接合部の端部に未溶着部が存在し、こ
の未溶着部が初期欠陥として作用して疲労亀裂が発生す
る。

【００１２】(C) さらに、従来の電気抵抗溶接条件で
は、接合中央部にかなり広い範囲にわたって溶融・凝固
組織が存在する。この溶融・凝固組織には引張残留応力
が発生し、疲労強度を低下させる。

【００１３】(D) 駆動軸用材料が高強度になると、上記
(C) の引張残留応力レベルが強度の増加に比例して増加
するため、疲労強度が低下する。

【００１４】(E) 鋼管を低炭素鋼とすることでプロジェ
クション溶接部と母材鋼管の硬度差が小さくなり、プロ
ジェクション溶接部の硬化が低減されるため、疲労に対
する切欠感受性が低減する。

【００１５】(F) バランスウエイトを高強度の材料とす
ると、バランスウエイト側に発生する残留応力値が増加
し、その分だけ駆動軸側の残留応力値が低下する。

【００１６】要約すれば、溶接部の疲労強度を高めるた
めには、溶接部の残留応力を低減すること、および未溶
着部をできるだけ少なくすることが必要であり、さらに
低炭素鋼製鋼管の採用により溶接部の硬化を小さくする
ことが望ましいことを確認し、本発明を完成した。

【００１７】本発明の要旨は下記、およびの駆動
軸、ならびにのそれらの製造方法にある（図３および
図４参照）。

【００１８】駆動軸(1) を構成する中空軸(3) の一部
にバランスウエイト(2) がプロジェクション溶接によっ
て接合されている動力伝達用駆動軸であって、上記中空
軸(3)は、引張強さが70kgf/mm² 以上の鋼管であり、こ
の鋼管とバランスウエイト(2)との接合部におけるプロ
ジェクションの径Ｄに対する接合部の径ｄの比（ｄ／
Ｄ）が 0.6〜1.0 である動力伝達用高強度駆動軸。

【００１９】駆動軸を構成する中空軸の一部にバラン
スウエイトがプロジェクション溶接によって接合されて
いる動力伝達用駆動軸であって、上記中空軸は、炭素含
有量が0.05〜0.12重量％で、引張強さが70kgf/mm² 以上
の低炭素鋼鋼管であり、この鋼管とバランスウエイトと
の接合部におけるプロジェクションの径Ｄに対する接合
部の径ｄの比（ｄ／Ｄ）が 0.6〜1.0 である動力伝達用
高強度駆動軸。

【００２０】駆動軸を構成する中空軸の一部にバラン
スウエイトがプロジェクション溶接によって接合されて
いる動力伝達用駆動軸であって、上記中空軸は、炭素含
有量が0.05〜0.12重量％で、引張強さが70kgf/mm² 以上
の低炭素鋼鋼管であり、この鋼管とバランスウエイトと
の接合部におけるプロジェクションの径Ｄに対する接合
部の径ｄの比（ｄ／Ｄ）が 0.6〜1.0 であり、かつ、上
記接合部の最大ビッカース硬度と上記鋼管のビッカース
硬度との差 (ΔＨv)が 150以下である動力伝達用高強度
駆動軸。

【００２１】上記のバランスウエイトは、引張強さが70
kgf/mm² 以上の鉄鋼材料で製作するのが望ましい。

【００２２】バランスウエイトの溶接する面に設けた
プロジェクションを、その１個当たりの圧力を 100〜50
0 kgf として中空軸に押圧し、上記プロジェクション１
個当たりの電流を７〜30 kA として 1〜50 ms の時間で
溶接を行う上記、またはの動力伝達用高強度駆動
軸の製造方法。

【００２３】上記圧力を 200〜400 kgf 、電流を７〜20
kA 、通電時間を５〜50msとするとともに、電流値と通
電時間との積を 100〜500 kA・msとするのが望ましい。
また、上記溶接電源には直流電源を用いるのが望まし
い。

【００２４】なお、上記の「引張強さが70kgf/mm² 以
上の鋼管」とは、例えば、炭素 (Ｃ) : 0.05〜0.22重量
％、マンガン (Mn) :1.4〜2.1 重量％を含有する鋼管、
あるいはこれらの成分の外に、Mo、Nb、Ti、Cr、Si等を
添加して更に高強度化した鋼管であり、以下では単に
「高強度鋼管」と呼ぶことにする。また、上記および
の駆動軸は、Ｃの含有量が0.05〜0.12重量％、望まし
くは0.05〜0.08重量％の低炭素鋼管 (例えば 1.9〜2.1
重量％のMn、その他の成分によって70kgf/mm² 以上の引
張強さを持つ鋼管であり、以下では「低炭素高強度鋼
管」と呼ぶ。) を中空軸とするものである。

【００２５】「バランスウエイトに使用する引張強さが
70kgf/mm² 以上の鉄鋼材料」とは、駆動軸と同材料また
はそれと同等あるいはそれ以上の高い引張強さを有する
鉄鋼材料である。

【００２６】プロジェクションの径Ｄとは、図１の(b)
に示すようにバランスウエイトの内面に形成したプロジ
ェクション21（凸部）の最大径である（図１の(b) の例
ではＤ＝ 5.5mm )。また、接合部の径ｄとは、後述する
図２および図３に示す通常ナゲットと呼ばれる部分の径
である。なお、上記のプロジェクションの径Ｄは、通常
はバランスウエイト外側の窪みの径Ｄ’とほぼ等しくな
るので、Ｄ’をＤと見做すことができる。

【００２７】

【作用】本発明の駆動軸の特徴は、前記のように、鋼管
とバランスウエイトとの接合部において、プロジェクシ
ョン凸部の径Ｄに対する溶接部の径ｄの比（ｄ／Ｄ）が
0.6 〜1.0 であること、鋼管として高強度鋼管を用いる
こと、もしくは低炭素高強度鋼鋼管を用いさらに接合部
の最大ビッカース硬度と鋼管のビッカース硬度との差
(ΔＨv)が 150以下であること、更にバランスウエイト
の材質を70kgf/mm²以上の引張強さを有する鉄鋼材料と
すること、にある。

【００２８】図２は、従来の条件による電気抵抗溶接法
でバランスウエイトを鋼管に接合したときの接合部断面
を示したもので (a)は顕微鏡組織、(b) は模式図であ
る。同図において、ナゲット径ｄは、プロジェクション
（突起) の径Ｄよりもかなり大きくなっている。そし
て、この接合部の中央部には溶融・凝固組織11が、かな
り広い範囲にわたって存在しているとともに、接合端部
には未溶着部12が存在する。

【００２９】溶融・凝固組織11は、溶接時の通電加熱に
より当接部が溶融し、通電の終了と同時に周囲への熱伝
導によって急速に冷却され、凝固したものである。鉄鋼
材料では、凝固に伴い体積収縮が生じるため、溶融・凝
固組織部11及びその周辺近傍には、引張残留応力が発生
し、この値は材料の降伏強度にまで達することがある。
引張残留応力は、材料に繰り返し荷重が作用したとき、
疲労強度を低下させる原因となる。ここで高強度材質の
バランスウエイトとすると、鋼管に発生する引張残留応
力の発生が軽減され、疲労強度を高めることができる。
この理由については後述する。

【００３０】未溶着部12は、溶接時の通電により生じた
溶融あるいは半溶融金属が、通電中に負荷される加圧に
より中空軸３（駆動軸１）とバランスウエイト２の隙間
に押し出され、この隙間の部分の温度が低いため接合さ
れない状態で残ったものである。この未溶着部は材料表
面に切り欠きがあるのと同じ働きをし、材料に繰り返し
荷重が作用したとき、疲労亀裂の起点となる。

【００３１】図３は、本発明で定める条件の電気抵抗溶
接法で接合したときの接合断面を示したものであるが、
溶融・凝固層は少なく、引張残留応力が低減する。ま
た、未溶着部がほとんどなく、このためナゲット径ｄは
図２のそれに較べて小さく、ｄはＤよりも小さくなる。
後述する実施例に示すように、このｄとＤの比（ｄ／
Ｄ）が、1.0 以下であるとき、接合部の疲労強度が著し
く高くなることが多数の試験結果から判明した。これ
は、ｄ／Ｄが 1.0より大きくなると、接合部の接合端部
に未溶着部が存在するようになり、疲労亀裂の起点とな
るとともに、広い溶融・凝固組織が存在するため高い引
張残留応力が生じ、疲労強度が低下するためである。し
かし、ｄ／Ｄが0.6 より小さい場合は、接合部の面積が
小さすぎて十分な静的接合強度が得られず、駆動中の遠
心力や振動等でバランスウエイトが剥離する危険性があ
る。

【００３２】以上のことから、接合部の静的強度を確保
し、かつ疲労寿命を延長できる範囲として、ｄ／Ｄを
0.6〜1.0 の範囲とするのが好ましい。

【００３３】上記のようにｄ／Ｄを 0.6〜1.0 の範囲に
することは、中空軸を構成する鋼管が70kgf/mm² 以上の
高強度鋼管であれば、その材質によらず必須である。た
だし、中空軸が低強度鋼管であれば、本発明が解決すべ
き課題とする問題点がはじめからないので、鋼管は引張
強さが 70kgf/mm²以上の高強度材に限った。

【００３４】ｄ／Ｄが 0.6〜1.0 の範囲とした上で中空
軸をＣが0.05〜0.12重量％の低炭素高強度鋼管とするこ
とで疲労強度はさらに向上する。これは低炭素鋼とする
ことでプロジェクション溶接部の硬化を小さくすること
により、疲労に対する切欠感受性が小さくなるためであ
る。即ち、一般の高強度鋼管にプロジェクション溶接を
施すと、接合部の最大ビッカース硬度と鋼管のビッカー
ス硬度との差 (ΔＨv)は通常200 を超えるが、低炭素高
強度鋼管では200 以下に抑制することができ、接合部の
硬化が低減できるため、疲労強度が向上する。

【００３５】この効果は、ΔＨv を150 以下とすること
により更に顕著となり、疲労寿命が一層向上する。

【００３６】下記のように極短時間で接合を行う場合、
バランスウエイトの材質を、駆動軸と同等、あるいはそ
れ以上の高強度鉄鋼材料とすることによって、接合部の
疲労寿命を長くできる。その理由は、次のように考えら
れる。接合による引張残留応力は、駆動軸側とバランス
ウエイト側に発生する。従って、バランスウエイトの材
質を高強度のものとすると、バランスウエイト側に発生
する残留応力値が増加し、その分だけ駆動軸側の残留応
力値が低下する。

【００３７】本発明の駆動軸は、次に述べる方法（前記
の方法）で製造することができる。この方法の最大の
特徴は、溶接中の加圧力、溶接電流を高め、通電時間を
短くし、電流値と通電時間との積を規制することにあ
る。このように極めて短時間の通電とすることにより、
ｄ／Ｄを好ましい範囲に調整し、接合中央部の溶融・凝
固組織を有する部分を少なくするとともに、接合端部の
未溶着部をほぼ無くすことができる。

【００３８】図２と図３に示したような従来条件の溶接
と本発明による溶接の接合部断面の相違は、本質的には
通電時に溶融する金属の体積（量）の違いによるもので
あるが、ここで注意すべきことは、溶融量が通電時間に
比例して直線的に変化するものでないことである。通電
初期にはバランスウエイト２のプロジェクション (突
起)21 の先端と中空軸３の表面との間の接触電気抵抗に
より発熱し、ごく表層部のみを溶融させるため、溶融量
は極めて少ない。しかし、この状態で更に続けて通電す
ると、溶融した部分は接触抵抗が無くなり、この部分に
電流が集中しジュール熱により発熱するため、溶融量は
飛躍的に増加する。

【００３９】従来の溶接条件は、加圧力と溶接電流を低
くし、通電時間を長くしてジュール熱で材料を溶融させ
て接合を行うことを主眼としていた。これに対して、本
発明方法では、加圧力と溶接電流を高め、通電時間を短
くしている。通電時間の 50msという上限は、接触抵抗
加熱からジュール加熱への変化限界として定めたもので
ある。これによって溶融量を極めて少なくすることがで
き、通電後の凝固・収縮で生じる引張残留応力が低減
し、さらに、駆動軸１とバランスウエイト２の隙間に押
し出される未溶着部12も僅かになる。なお、通電は、接
触部にわずかでも溶融が生じればよいので極く短時間で
よい。従って、下限は 1 ms 、より好ましくは通電の安
定性を考慮して５ ms とした。

【００４０】電流値は７〜30 kA と従来の溶接条件より
高くする。これによって接合を安定にすることができ
る。溶接電流が７kA未満では溶接入熱量不足で、後に説
明する加圧力の下限付近では接触部の界面が溶融せず、
良好な接合が得られない場合や接合してもｄ／Ｄが小さ
すぎ、接合部の静的な強度が得られない場合がある。ま
た、溶接電流が 30kA を超えると前記通電時間の上限付
近では溶融量が多くなり、ｄ／Ｄが大きくなりすぎる。
またチリが発生し、接合部に空孔等の欠陥が生じる場合
もある。接合をより安定させるためには、電流値は10〜
20 kA とするのが好ましい。

【００４１】更に、電流値と通電時間の積を 100〜500
kA・msとする。電流値と通電時間の積が100 kA・ms以下
では、安定な接合が得られない場合や接合してもｄ／Ｄ
が小さい場合があり、バランスウエイトを駆動軸に取り
付けるに十分な静的接合強度を得ることができない。ま
た、500 kA・msを超えるとｄ／Ｄが1.0 近辺となり、溶
融凝固組織や引張残留応力が発生するようになり、疲労
寿命の延長効果が低下する。以上のことから、健全な接
合が得られ、かつ疲労寿命を延長させるには電流値と通
電時間の積を 100〜500 kA・msとするのが好ましい。

【００４２】溶接電源として、汎用の単相交流溶接電源
の他に、コンデンサータイプまたはインバータ制御の直
流電源を用いることができる。直流電源を用いると、駆
動軸とバランスウエイトとの界面での発熱効率がよくな
り、短時間でも良好な接合が得られる。このため、本発
明で規定した範囲のうち下限近くの溶接条件を選ぶ場合
には、直流電源を用いるのが好ましい。

【００４３】バランスウエイトの中空軸への押圧は、突
起１個当たりの加圧力が 100〜500kgf となるように行
う。このように加圧力を高くすると、溶接中の突起の移
動を防止する効果がある。加圧力が100 kgf 未満では、
突起に電流を集中させることができなくなるため、良好
な接合が得られない場合がある。また、500 kgf を超え
ると電流値と通電時間を上限近辺に選んだ場合、溶融量
が多くなりすぎる。接合をより安定させるためには、加
圧力は 200〜400 kgf とするのが好ましい。なお、通電
直後に加圧力を２ないし３倍に増加させ、いわゆるフォ
ージング力を加えることにより、溶接部の接合強度を更
に向上させることができる。

【００４４】上記のように通電時間、電流値および加圧
力は互いに影響を及ぼしあうので、それぞれの好ましい
範囲内で、相関させて調整し、バランスウエイトの板厚
が薄い場合には上記の範囲の下限側の値を選ぶのが望ま
しい。

【００４５】プロジェクション (突起) の形状には特に
制約はない。通電時に電流を集中できるものであればよ
く、従来から用いられている形状で差し支えない。

【００４６】本発明方法によれば、加圧力と溶接電流を
高め、通電時間を 1〜50 ms とすることにより、疲労強
度に悪影響を及ぼす引張残留応力の低減、欠陥として作
用する未溶着部の減少ができ、バランスウエイト接合部
の疲労強度を大きく改善することができる。

【００４７】

【実施例】以下、実施例によって本発明の効果をさらに
具体的に説明する。

【００４８】〔実施例１〕表１に示す80kgf/mm² 級の機
械構造用鋼管と40kgf/mm² 級熱延鋼板のバランスウエイ
トを用いてプロジェクション溶接された接合部の静的強
度を調べた。

【００４９】図１はバランスウエイトの形状とこれを中
空軸３（鋼管）に取り付けた状態を示す図である。図１
(a) に示すような長さ40mm、幅25mm、厚さ2.6 mmの軟鋼
板（40kgf/mm² 級）の２ヵ所に直径６mmの鋼球を押圧し
て図１(b) に示すごとく直径5.5mm 、高さ1.1mm の突起
21を２か所に形成し、次いで、これを(c) に示すように
半径50mmの円弧状に曲げ加工してバランスウエイトを作
製した。

【００５０】上記のバランスウエイトを図１(d) のよう
に中空軸３（鋼管）に当接し、表２に示すようにｄ／Ｄ
を0.35〜1.20に変化させる条件で溶接し、７体の試験体
を製作した。

【００５１】図４は、バランスウエイトの静的接合強度
を調べるために負荷している状態を示す図であり、(a)
は上から見た図、(b) は正面図である。

【００５２】この試験に用いた試験体は、図４に示すよ
うに、あらかじめ鋼管３に直径方向に貫通する穴５（負
荷棒挿入穴、直径14mm）を機械加工によってあけ、一方
の穴の中心とバランスウエイト２の中心が一致するよう
にバランスウエイトをセットし、図１に示す方法でプロ
ジェクション溶接を行って製作した。

【００５３】バランスウエイトの静的接合強度の試験
は、図４に示すように、試験体（鋼管３）を支持台７で
支え、バランスウエイトが接合されていない他方の穴５
から負荷棒６（直径13mm）を通し、バランスウエイトに
バランスウエイトを鋼管から押し剥がす力を加え、バラ
ンスウエイトが剥がれる最大荷重（Ｎ）を測定した。そ
の結果を表２に併記した。

【００５４】なお、接合部ｄは、同条件でプロジェクシ
ョン溶接した試験体の断面を、図２および図３に示すよ
うに研磨しエッチングして測定した。また、窪みの径
（D'）を測定してプロジェクション (突起) の径Ｄと見
做した。それらの結果を表２に示した。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】図５は、これらの結果からバランスウエイ
ト接合部のｄ／Ｄと静的接合強度（剥離強さ）との関
係を示す図である。同図にみられるようにｄ／Ｄが0.6
未満で最大荷重( 剥離強さ) は急激に低下するが、ｄ／
Ｄが0.6 以上ではほぼ一定となり飽和する。これはｄ／
Ｄが0.6 未満では接合部が剥離するのに対し、ｄ／Ｄが
0.6 を超えると接合部の剥離は生じずバランスウエイト
部で破断するためである。即ち、0.6 を境にバランスウ
エイトの破壊形態が異なるためである。

【００５８】したがって、バランスウエイトの静的接合
強度の観点から、接合部のｄ／Ｄを0.6 以上にする必要
がある。

【００５９】〔実施例２〕実施例１の結果から、接合部
のｄ／Ｄが0.6 以上となるような溶接条件でバランスウ
エイトを接合した実物大の疲労試験を行った。

【００６０】図６は、本発明の駆動軸の疲労寿命を確認
するために製作した駆動軸モデルを示す図である。駆動
軸１は、駆動軸の本体を形成する中空軸３の両端に、十
字継手４をアーク溶接で接合して製作される。そして、
バランスウエイト２は、中空軸３の一部に取りつけられ
ている。

【００６１】中空軸３は、外径101.6 mm、肉厚4.0 mm、
長さ600 mmで、引張強さ80kgf/mm²級と70kgf/mm² 級の
機械構造用鋼管で製作されている。これらの鋼管は、実
施例１と同様、その化学組成を表１に示すように、高強
度鋼管として一般的に使用されている中炭素鋼製鋼管で
ある。

【００６２】バランスウエイトの形状とこれを中空軸３
（鋼管）に取り付ける方法は、実施例１（図１参照）と
同様であり、溶接条件は表３に示すとおりである。この
様な試験体から図６に示すような駆動軸モデルを製作
し、電気油圧式ねじり疲労試験機を用い、負荷トルク16
00 kgf・ｍにてねじり疲労試験を行った。その結果を表
３に併記した。

【００６３】

【表３】

【００６４】表３から明らかなように、本発明例の試験
体Ａ〜Ｄおよびａ〜ｃは、十字継手を溶接したアーク溶
接部で破断し、バランスウエイト接合部には疲労強度の
低下が認められない。

【００６５】これに対して、比較例の試験体Ｅ〜Ｈおよ
びｄ、ｅでは、いずれもバランスウエイト接合部で破断
し、疲労寿命が短く、実用に耐えないものであった。即
ち、従来の条件で溶接した試験体Ｅは、ｄ／Ｄが1.05と
なり150000回でバランスウエイト接合部で破断した。試
験体Ｆは、加圧力を600kgfと高くしたためｄ／Ｄが1.20
と大きくなり、109000回でバランスウエイト接合部で破
断した。試験体Ｇは、溶接電流が35kAと高く、通電時間
が67msと長すぎるためｄ／Ｄが1.30と大きくなり、1340
00回でバランスウエイト接合部で破断した。接合部を調
べた結果、チリの発生が認められた。また、試験体Ｈ
は、通電時間が333 msと長すぎてｄ／Ｄが1.10と大きく
なり、113000回でバランスウエイト接合部で破断した。

【００６６】さらに、試験体ｄは、溶接電流が32kAと高
すぎたためｄ／Ｄが1.20と大きくなり、105000回でバラ
ンスウエイト接合部で破断した。また、試験体ｅは溶接
時間が 200 ms と長いため、ｄ／Ｄが1.25と大きく、95
000 回でバランスウエイト接合部で破断した。

【００６７】〔実施例３〕鋼管の材質とｄ／Ｄとの関係
を調査するため、表４に示す80kgf/mm² 級と70kgf/mm²
級の鋼管 (化学成分はＣとMnのみ示す) を使用し、実施
例２と同様に試験体を作製して同様に疲労試験、接合部
のｄおよびＤの測定を行った。ただし、本実施例の疲労
試験では負荷トルクを1400 kgf・ｍとし、十字継手のア
ーク溶接部で破断したものは再溶接して、バランスウエ
イト部で破断するまで試験を行った。

【００６８】試験体製作条件（溶接条件）、接合部の調
査および疲労試験の結果を表４にまとめて示す。

【００６９】

【表４】

【００７０】本発明例の試験体（Ｉ〜Ｍ、ｆ〜ｉ）は、
いずれもｄ／Ｄが1.0 以下であり、破断までの繰り返し
数は400000回以上となり、疲労寿命はｄ／Ｄが1.0 を超
える比較例に比較して約1.7 倍以上長い。

【００７１】図７は、表４から鋼管のＣ含有量と疲労寿
命との関係を求めた図である。同図および表４から、鋼
管の材質を低炭素化（Ｃ含有量を0.12重量％以下）する
ことによって疲労寿命が長くなり、更にＣ含有量を0.08
重量％以下として溶接部の硬度差ΔＨv を150 以下とす
ることによって疲労寿命が長くなることがわかる。

【００７２】一方、比較例（試験体Ｎ〜Ｐ、ｊ〜ｌ（エ
ル））では従来の溶接条件（通電時間が250 msと長い）
によってプロジェクション溶接したため、ｄ／Ｄが1.0
を超え、このため、鋼管材質を低炭素化（試験体Ｍ、
ｋ）しても、また溶接部の硬度差ΔＨv が150 以下（試
験体Ｐ、ｌ（エル））であるにもかかわらず、疲労寿命
は短い。即ち、単に鋼管材質を低炭素化することでは疲
労寿命の改善効果は得られないが、本発明で定める溶接
条件で接合することによってｄ／Ｄを1.0 以下とするこ
とができ、初めて低炭素化の効果が得られるのである。

【００７３】〔実施例４〕ここではバランスウエイトの
材質、溶接電流値×通電時間および溶接電源の試験を行
った。

【００７４】引張強さ80kgf/mm² の機械構造用鋼管（0.
10％Ｃ、1.90％Mn、外径が101.6 mm、肉厚が4.0 mm、長
さが600 mm）を使用し、実施例２と同様に（但し、バラ
ンスウエイトとして90キロ級の熱延鋼板を主に使用）試
験体を作製した。疲労試験は、実施例２と同じ試験機を
用い、負荷トルクを1400 kgf・ｍとして、十字継手部で
破断したものは再溶接して、バランスウエイト部で破断
するまで試験を行った。試験体製作条件（溶接条件）お
よび試験の結果を表５にまとめて示す。

【００７５】

【表５】

【００７６】バランスウエイトの材質について：試験体
ＱとＲを比較すると、バランスウエイトとして90キロ級
の高強度鋼板を使用した試験体Ｒの疲労寿命が40キロ級
鋼板を使用したＱより長い。

【００７７】溶接電流値×通電時間について：試験体Ｒ
〜Ｗを比較すると、溶接電流値×通電時間が増加すると
ともにｄ／Ｄは増加しており、溶接電流値×通電時間が
102〜495 kA・msの範囲にあるＲ、Ｕ、ＶおよびＷでは
65万回以上の疲労寿命が得られた。これに比べ、溶接電
流値×通電時間が1000および750 kA・msの試験体Ｓ、Ｔ
ではｄ／Ｄが発明で定める範囲の上限の1.0 近辺とな
り、疲労寿命が若干短くなった。

【００７８】溶接電源について：溶接電源の影響は溶接
電流値×通電時間の小さい範囲で顕著に顕れることがわ
かった。即ち、溶接電流値×通電時間が102 kA・msと本
発明で定める好ましい範囲の下限に等しい場合（試験体
Ｗ：インバータ直流：883000回と試験体Ｘ：単相交流：
870000回）、疲労寿命は交流電源と直流電源でほとんど
差はないが、交流電源ではｄ／Ｄが0.40と小さく、静的
接合強度に劣る。

【００７９】しかし、溶接電流値×通電時間が255 kA・
msと本発明で定める好ましい範囲に含まれる場合（試験
体Ｒ：インバータ；895000回および試験体Ｚ：コンデン
サー；859000回と試験体Ｙ：単相交流；857000回）、直
流電源と交流電源とでは、疲労寿命にほとんど差は認め
られない。

【００８０】

【発明の効果】本発明の高強度駆動軸は、70kgf/mm² 級
以上の高張力鋼で製作された駆動軸であってもバランス
ウエイト接合部の疲労寿命の長いものである。この駆動
軸は、前述の溶接条件でプロジェクション溶接を行うこ
とによって製造できる。本発明は、駆動軸の重量低減に
よる自動車の低燃費化や産業機械の省力化に大きく寄与
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】駆動軸の中空軸の一部に取りつけられるバラン
スウエイトと、このバランスウエイトの取りつけら状態
を示す図である。

【図２】本発明の駆動軸のバランスウエイトを取りつけ
た接合部の断面の組織 (a)とその模式図 (b)である。

【図３】従来の駆動軸のバランスウエイトを取りつけた
接合部の断面の組織 (a)とその模式図 (b)である。

【図４】バランスウエイトの静的接合強度を調べるため
に負荷している状態を示す図であり、(a) は上から見た
図、(b) は正面図である。

【図５】バランスウエイトのｄ／Ｄと静的接合強度（剥
離強さ）との関係を示す図である。

【図６】疲労試験に供した駆動軸モデルを示す図であ
る。

【図７】駆動軸のＣ含有量と疲労寿命との関係を示す図
である。

【符号の説明】

１：駆動軸、２：バランスウエイト、３：中空
軸、４：十字継手５：負荷棒挿入穴６：負荷棒
７：支持台 11：溶融・凝固組織部、 12：未溶着部、 21：突
起（プロジェクション）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動軸を構成する中空軸の一部にバランス
ウエイトがプロジェクション溶接によって接合されてい
る動力伝達用駆動軸であって、上記中空軸は、引張強さ
が70kgf/mm² 以上の鋼管であり、この鋼管とバランスウ
エイトとの接合部におけるプロジェクションの径Ｄに対
する接合部の径ｄの比（ｄ／Ｄ）が 0.6〜1.0 である動
力伝達用高強度駆動軸。
【請求項２】駆動軸を構成する中空軸の一部にバランス
ウエイトがプロジェクション溶接によって接合されてい
る動力伝達用駆動軸であって、上記中空軸は、炭素含有
量が0.05〜0.12重量％で、引張強さが70kgf/mm² 以上の
鋼管であり、この鋼管とバランスウエイトとの接合部に
おけるプロジェクションの径Ｄに対する接合部の径ｄの
比（ｄ／Ｄ）が 0.6〜1.0 である動力伝達用高強度駆動
軸。
【請求項３】駆動軸を構成する中空軸の一部にバランス
ウエイトがプロジェクション溶接によって接合されてい
る動力伝達用駆動軸であって、上記中空軸は、炭素含有
量が0.05〜0.12重量％で引張強さが70kgf/mm² 以上の鋼
管であり、この鋼管とバランスウエイトとの接合部にお
けるプロジェクションの径Ｄに対する接合部の径ｄの比
（ｄ／Ｄ）が 0.6〜1.0 であり、かつ、上記接合部の最
大ビッカース硬度と上記鋼管のビッカース硬度との差
(ΔＨv)が 150以下である動力伝達用高強度駆動軸。
【請求項４】上記バランスウエイトの材料は、引張強さ
が70kgf/mm² 以上の鉄鋼材料である請求項１、２または
３に記載の動力伝達用高強度駆動軸。
【請求項５】バランスウエイトの溶接する面に設けたプ
ロジェクションを、その１個当たりの圧力を 100〜500
kgf として中空軸に押圧し、上記プロジェクション１個
当たりの電流を７〜30 kA として 1〜50 ms の時間で溶
接を行う請求項１から４までのいずれかに記載の動力伝
達用高強度駆動軸の製造方法。
【請求項６】バランスウエイトの溶接する面に設けたプ
ロジェクションを、その１個当たりの圧力を 200〜400
kgf として中空軸に押圧し、上記プロジェクション１個
当たりの電流を７〜20 kA とし、通電時間を５〜50 ms
とするとともに、電流値と通電時間の積を 100〜500 kA
・msとして溶接を行う請求項１から４までのいずれかに
記載の動力伝達用高強度駆動軸の製造方法。
【請求項７】上記の溶接が直流電流による電気抵抗溶接
である請求項５または６に記載の動力伝達用高強度駆動
軸の製造方法。