KR20140009055A

KR20140009055A - 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 및 그 마찰 용접 방법

Info

Publication number: KR20140009055A
Application number: KR1020130081536A
Authority: KR
Inventors: 게이고 요시다; 가즈야 마츠모토
Original assignee: 히타치 오토모티브 시스템즈 규슈 엘티디.
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2014-01-22
Also published as: KR101753445B1; CN103537791A; JP5889741B2; US20140018178A1; US20150174696A1; US9364918B2; JP2014019190A; CN103537791B; US9005039B2

Abstract

알루미늄 합금으로 제조된 튜브 및 알루미늄 합금으로 제조된 한 쌍의 요크 부재를 구비하는 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트로서, 요크 부재는 튜브의 양측 단부에 마찰 용접되는 원통형 기부를 포함하고, 각각의 요크 부재는 기부의 반경 방향으로 서로 정렬된 한 쌍의 베어링 보유 홀을 갖는 선단부를 포함한다. 기준 길이에 대해 요크 부재 중 하나의 베어링 보유 홀의 중심축과 다른 요크 부재의 베어링 보유 홀의 중심축 사이의 길이의 변화가 +2.0 mm 내지 -2.0 mm의 범위 내에서 설정된다. 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트를 생산하는 마찰 용접 방법은 마찰 단계, 위치 변위 검출 단계, 회전 중단 단계 및 업셋 단계를 포함한다.

Description

알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 및 그 마찰 용접 방법{ALUMINUM ALLOY PROPELLER SHAFT AND FRICTION WELDING PROCESS THEREOF}

본 발명은 차량용 동력 전달 장치로서의 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 및 프로펠러 샤프트의 마찰 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 차량 프로펠러 샤프트의 튜브와 요크 부재를 서로 접합하는 방법으로는 MIG 또는 TIG 용접 뿐 아니라 높은 정밀도를 갖는 마찰 용접 방법이 있다.

마찰 용접 방법에 있어서, 하나의 부재로서의 요크 부재는 메인 샤프트를 통해 회전되면서 다른 고정 부재인 튜브의 양측 단부 각각과 마찰 접촉된다. 그 후, 예열 단계에서, 부재들을 부가압 용접하는 데 필요한 열량을 얻기 위해 해당 부재들은 미리 정해진 예열 압력에서 서로 가압되어 미리 정해진 온도 값까지 온도 상승된다. 이어서, 메인 샤프트의 회전수와 마찰 압력이 미리 정해진 값으로 설정되어, 마찰 용접에 필요한 온도까지 부재 간의 접합 계면을 가열한다.

그 후, 마찰 단계가 완료되는 스테이지에서, 메인 샤프트의 회전은 중단되고 기설정된 업셋 지연 시간에 따라 업셋 단계로의 이행이 수행된다. 업셋 단계에서는, 업셋 압력을 이용하여, 부재 간의 접합 계면에 존재하는 산화물과 열 연화 부분이 플래시로서 외측으로 제거되고, 부재의 새로운 표면의 고체상 용접이 수행된다. 업셋 압력이 낮은 경우, 산화물의 제거가 충분히 달성될 수 없다. 반면에, 업셋 압력이 높은 경우, 부재들이 서로 용접되는 용접 부분에서 소성 변형 또는 크랙이 발생되어 용접 품질을 악화시킨다. 따라서 업셋 압력이 마찰 압력과 관련하여 적절히 조절된다.

또한, 예열 단계 및 마찰 단계는 타이머에 의해서 관리되고, 예열 단계의 시작으로부터 메인 샤프트의 회전 중단까지의 기간 동안 수행된다. 업셋 단계는 또한 타이머에 의해서 관리되고, 메인 샤프트의 회전 중단에서 시작하여 미리 정해진 시점에서 종료되는 기간 동안 수행된다. 업셋 시간 내에, 마찰 압력으로부터 업셋 압력까지의 전환 시에, 업셋 지연 시간은 마찰 공정에서의 부재에 적용될 열 입력과 해당 부재들의 열 영향 범위를 제어하도록 설정되며, 업셋 단계로의 이행이 수행된다.

일본 미심사 특허 출원 공개 제H11-156562 A는 이런 마찰 용접 방법을 개시한다.

알루미늄 합금재는 철재보다 높은 열 방사 성질을 가지며, 따라서 용접이 극히 짧은 시간 내에 완료되어야 한다. 또한, 입열량이 크면, 알루미늄 합금재는 열 연화되어 알루미늄 합금재의 기지 금속의 기계적 강도를 저하시킨다. 또한, 알루미늄 합금재의 업셋 거리 변화율이 크므로, 업셋 거리 값의 변화가 업셋 압력 타이밍의 변화로 인하여 야기될 수 있다는 우려가 있어, 프로펠러 샤프트의 전체 길이의 치수 정밀도를 악화시킨다.

또한, 마찰 압력 및 업셋 압력이 상술한 종래 기술과 유사하게 타이머에 의해 관리되는 경우, 업셋 거리 변화율과 같은 용접 조건의 변화가 요크 부재와 튜브의 축방향 치수 등의 변화로 인하여 쉽게 야기될 수 있을 것이다. 그 결과, 상술한 바와 같이, 특히 프로펠러 샤프트의 전체 길이 치수의 변화가 쉽게 야기되어, 프로펠러 샤프트의 수율 저하와 같은 기술적 문제를 야기한다.

본 발명은 종래의 마찰 용접 방법이 갖는 상술한 문제점의 견지에서 이루어졌다. 본 발명의 목적은 전체 길이의 치수 변화를 효과적으로 억제할 수 있는 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 및 프로펠러 샤프트의 마찰 용접 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에서는, 알루미늄 합금으로 제조된 튜브; 및 알루미늄 합금으로 제조된 한 쌍의 요크 부재를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재는 튜브의 축 방향으로 튜브의 양측 단부에 대해 버팅(butting)되어 튜브의 양측 단부에 마찰 용접되는 원통형 기부를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 기부의 반경 방향으로 서로 정렬된 한 쌍의 베어링 보유 홀을 갖는 분지형 선단부를 포함하며, 기준 길이에 대해 한 쌍의 요크 부재 중 하나에 형성되는 베어링 보유 홀의 중심축과 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나에 형성되는 베어링 보유 홀의 중심축 사이의 길이 변화는 +2.0 mm 내지 -2.0 mm의 범위 내에서 설정되는 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에서는, 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트가 알루미늄 합금으로 제조된 튜브 및 알루미늄 합금으로 제조된 한 쌍의 요크 부재를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 튜브의 축 방향으로 튜브의 양측 단부 각각에 대해 버팅되어 접합되는 원통형 기부를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 기부의 반경 방향으로 서로 정렬된 한 쌍의 베어링 보유 홀을 갖는 분지형 선단부를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법으로서,

튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 하나를 고정하고, 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나를 회전시키면서 튜브의 축방향으로 미리 정해진 가압 용접력으로 튜브의 단부 각각의 선단면과 튜브의 단부 각각의 선단면에 대해 버팅되는 한 쌍의 요크 부재 각각의 기부의 단부면을 가압하는 마찰 단계와,

마찰 단계에서 튜브와 한 쌍의 요크 부재 각각 사이에 생성되는 업셋 거리를 통해 튜브의 축방향에서의 튜브와 한 쌍의 요크 부재 각각의 변위량을 검출하는 위치 변위 검출 단계와,

위치 변위 검출 단계에서 검출된 변위량이 미리 정해진 값에 도달하면 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전을 중단시키기 위해 회전 중단 신호를 출력하는 회전 중단 단계와,

회전 중단 신호가 출력된 후 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전이 완전히 중단되는 기간 동안에 마찰 단계에서 사용되는 미리 정해진 가압 용접력보다 큰 업셋 압력으로 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나를 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 하나에 가압하기 위해 업셋 압력 명령 신호를 출력하는 업셋 단계를 포함하는 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에서는, 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트가 알루미늄 합금으로 제조된 튜브 및 알루미늄 합금으로 제조된 한 쌍의 요크 부재를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 튜브의 축 방향으로 튜브의 양측 단부 각각에 대해 버팅되어 접합되는 원통형 기부를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 기부의 반경 방향으로 서로 정렬된 한 쌍의 베어링 보유 홀을 갖는 분지형 선단부를 포함하는 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법으로서,

튜브를 고정하고, 한 쌍의 요크 부재를 회전시키면서 튜브의 축방향으로 미리 정해진 가압 용접력으로 한 쌍의 요크 부재 각각의 기부의 단부면과 한 쌍의 요크 부재 각각의 기부의 단부면에 대해 버팅되는 튜브의 단부 각각의 선단면을 가압하는 마찰 단계와,

위치 변위 검출 단계에서 검출된 변위량이 미리 정해진 값에 도달하면 한 쌍의 요크 부재의 회전을 중단시키기 위해 회전 중단 신호를 출력하는 회전 중단 단계와,

회전 중단 신호가 출력된 후 업셋 압력으로 한 쌍의 요크 부재를 튜브에 가압하기 위해 업셋 압력 명령 신호를 출력하는 업셋 단계를 포함하는 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법이 제공된다.

본 발명은 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트의 길이 치수의 변화를 효과적으로 억제하고 프로펠러 샤프트의 수율을 향상시키는 효과를 달성할 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 하기의 설명에서 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트의 부분 단면도이다.
도 2의 (a) 내지 (g)는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트를 생산하는 단계를 보여주는 도면으로서, 도 2의 (a) 및 (b)는 튜브와 요크 부재를 마찰 용접기에 장착하는 단계를 도시하고, 도 2의 (c)는 공작물의 길이를 점검하는 단계를 도시하고, 도 2의 (d)는 요크 부재의 회전을 시작하는 상태를 도시하고, 도 2의 (e)는 마찰을 요크 부재에 인가하는 단계를 도시하고, 도 2의 (f)는 업셋 단계를 도시하고, 도 2의 (g)는 프로펠러 샤프트를 생산 완료한 후 마찰 용접기를 초기 위치에 재설정하는 단계를 도시한다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 업셋 거리를 검출하는 방법을 도시하는 설명도이다.
도 4는 종래의 마찰 용접 방법에서의 시간 제어와 비교하여 본 발명의 실시예에 따른 마찰 용접 방법에서의 위치 제어의 실험예(비교예) 1 및 실험예 2에서의 변수들의 변화를 도시하는 제어 차트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 마찰 용접 방법에서의 위치 제어와 업셋 압력 타이밍 지연 제어의 실험예 3에서의 변수들의 변화를 도시하는 제어 차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마찰 용접 방법의 실험예 1 내지 실험예 3에서 얻어지는 측정 결과를 도시하는 표이다.
도 7은 마찰 용접 부분의 열 연화 범위에서의 경도 분포를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트와 프로펠러 샤프트의 마찰 용접 방법을 설명한다. 본 실시예에서, 프로펠러 샤프트는 차량(자동차)에 적용되고 차량의 변속기와 차동 기어 사이에 배치된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 프로펠러 샤프트의 일부가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 프로펠러 샤프트는 차체의 앞뒤 방향을 따라 배치된 세장형 원통형 튜브(1)와, 튜브(1)의 축방향으로 튜브(1)의 양측 단부(1a, 1b)에 각각 접합되는 일반적으로 원통형인 한 쌍의 요크 부재(2, 3)를 포함한다.

구체적으로, 튜브(1)는 전체적으로 알루미늄 합금재(예컨대 T6, T8 열처리 6000 시리즈 알루미늄 합금)로 제조되며 원통형으로 형성된다. 튜브(1)의 벽 두께(T)는 예컨대 약 3 mm로 설정된다. 튜브(1)의 외경(D)은 일정한 값, 예컨대 105 mm로 설정된다. 튜브(1)는 요철이 없는 매끄러운 외주면을 갖는다. 요크 부재(2, 3) 각각은 후술하는 바와 같이 베어링 보유 홀(5a, 5a)을 갖는다. 튜브(1)의 축방향으로 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)과 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1) 사이에서 연장되는 전체 길이(거리)(L1)는 미리 정해진 값, 예컨대 약 1200 mm로 설정된다. 전체 길이 L1은 후술하는 바와 같이 마찰 용접을 위해 제공되는 업셋 거리를 포함하도록 설정된다.

한 쌍의 요크 부재(2, 3)는 알루미늄 합금재로 제조되며 동일한 외경을 가진다. 요크 부재(2, 3)는 튜브(1)의 축방향으로 튜브(1)의 단부(1a, 1b)에 대해 각각 버팅되어 마찰 용접 방법에 의해 해당 단부(1a, 1b)에 접합되는 원통형 기부(4, 4)를 포함한다. 요크 부재(2, 3)는 또한 요크 부재(2, 3)의 축방향으로 기부(4, 4)로부터 각각 연장된 분지형 선단부(5, 5)를 포함한다. 축방향으로 요크 부재(2, 3) 각각의 길이는 후술하는 바와 같이 마찰 용접을 위해 제공되는 업셋 거리를 포함하도록 설정된다.

각각의 기부(4, 4)는 튜브(1)의 외경(D)과 동일한 외경을 갖는 원통 형상으로 형성된다. 각 기부(4, 4)의 벽 두께는 선단부(5)의 측면에서 튜브(1) 측면의 단부 모서리(4a)까지 계단식으로 변하며, 단부 모서리(4a)의 측면 상에서 튜브(1)의 벽 두께와 실질적으로 동일하도록 설정된다.

각각의 분지형 선단부(5, 5)에는 일반적으로 중심 위치에 각각 스파이더 조인트(미도시)의 스파이더에 제공되는 베어링 컵(미도시)을 보유하는 역할을 하는 한 쌍의 베어링 보유 홀(5a, 5a)이 형성된다. 각각의 베어링 보유 홀(5a, 5a)은 기부(4)의 반경 방향으로 선단부(5)를 통해서 연장된다. 베어링 보유 홀(5a, 5a)은 기부(4)의 반경 방향으로 서로 대향하며 도 1에 도시된 바와 같이 중심축(Q)(Q1)을 갖도록 서로 정렬된다. 베어링 보유 홀(5a, 5a)은 동일한 내경을 갖는다.

도 1에서, 참조부호 6은 튜브(1)의 내주면 상에서 튜브(1)의 축방향의 일반적으로 중간 위치에 고정 배치된 댐퍼 부재를 나타낸다.

튜브(1)의 일 단부(1a)와 요크 부재(2)의 기부(4)는 후술하는 바와 같이 마찰 용접 방법에 의해서 튜브(1)의 축방향으로 상호 버팅되는 부분에서 서로 접합된다. 마찬가지로, 튜브(1)의 타 단부(1b)와 요크 부재(3)의 기부(4)는 마찰 용접 방법에 의해서 튜브(1)의 축방향으로 상호 버팅되는 부분에서 서로 접합된다.

[마찰 용접기에 의한 마찰 용접 방법]

마찰 용접기는 튜브(1)의 단부(1a, 1b) 각각을 파지하는 역할을 하는 클램프 기구(8)와, 서보모터(미도시)의 메인 샤프트를 통해 각각의 요크 부재(2, 3)를 회전시키고 그 축방향으로 각각의 요크 부재(2, 3)를 활주시키는 역할을 하는 회전 슬라이드 기구(압력 작용 기구)와, 회전 슬라이드 기구를 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

마찰 용접기는 마찰 압력을 가하는 동안에 생성되는 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)의 업셋 거리를 검출하는 역할을 하는 서보 기구를 포함한다. 마찰 압력을 가하는 동안에 좌우 요크 부재(2, 3)의 베어링 보유 홀(5a, 5b)의 중심축(Q, Q1) 사이의 길이(L)의 변화량인 업셋 거리가 다음과 같이 결정된다. 구체적으로, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 좌측 업셋 길이의 검출은 좌측 요크 부재(2)의 기부(4)의 단부면(4b)과 튜브(1)의 단부(1a)의 선단면(1c)이 서로에 대해 버팅되는 버트 위치를 좌측 기준점(S)으로 설정하고, 마찰 압력이 가해지는 동안 좌측 기준점(S)에 대해 좌측 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)의 위치를 검출하여 수행된다. 마찬가지로,도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 우측 업셋 길이의 검출은 우측 요크 부재(3)의 기부(4)의 단부면(4b)과 튜브(1)의 단부(1b)의 선단면(1d)이 서로에 대해 버팅되는 버트 위치를 우측 기준점(S)로서 설정하고, 마찰 압력이 가해지는 동안 우측 기준점(S)에 대해 우측 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1)의 위치를 검출하여 수행된다.

이하, 예컨대 도 2의 (c) 및 도 3의 (a)를 참조하여, 좌측 요크 부재(2)와 튜브(1) 사이의 업셋 거리(U)를 설명한다. 좌측 요크 부재(2)와 튜브(1)가 마찰 용접 전에 서로에 대해 버팅되는 버트 위치가 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 좌측 기준점(S)으로서 정의되면, 마찰 용접전 기준점(S)(도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 선 S)에서 좌측 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)까지의 길이가 도 3의 (a)에서 L1로 표시된다. 반면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 마찰 용접 후 좌측 기준점(S)에서 좌측 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)까지의 길이는 L2로 표시되고, 이는 마찰 용접 동안에 좌측 요크 부재(2)의 접합부와 튜브(1)에서 생성되는 컬(9)로 인해 감소된다. 길이 L1과 길이 L2 사이의 차이(즉, L1로부터 L2를 빼서 얻어지는 값)가 좌측 요크 부재(2)와 튜브(1)의 업셋 거리(U)로 정의된다. 마찬가지로, 우측 요크 부재(3)와 튜브(1)의 업셋 거리(U)가 발생된다. 총 업셋 거리는 좌측의 업셋 거리(U)와 우측의 업셋 거리(U)의 총합으로서 얻어진다.

제어 유닛은, 회전 슬라이드 기구를 통해 그 축방향으로 각각의 요크 부재(2, 3)에 가해질 가압 용접력 뿐 아니라 각 요크 부재(2, 3)의 회전 속도, 그 회전 중단 등을 제어하고, 서보 기구로부터의 위치 검출 신호에 기초하여 업셋 압력 명령 신호를 회전 슬라이드 기구에 출력한다.

이하, 상술한 마찰 용접기를 이용한 마찰 용접 방법을 설명한다. 먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 튜브(1)의 양측 단부(1a, 1b)는 클램프 기구(8, 8)에 의해서 고정 파지된다. 요크 부재(2, 3)의 기부(4, 4) 각각은 회전 슬라이드 기구의 요크 척(미도시)에 의해서 축방향으로 정렬되도록 메인 샤프트에 고정 장착된다.

다음으로, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 레이스-홀 핀(7, 7)이 좌우 요크 부재(2, 3)의 기부(4, 4)의 반경 방향으로 좌우 요크 부재(2, 3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a; 5a, 5a) 내로 삽입된다. 핀(7, 7)이 배열됨으로써, 튜브(1)에 대한 원주 방향에서의 좌우 요크 부재(2, 3)의 각 위상(angular phase)(θ)이 서로에 균등하도록 사전 설정된다.

이어서, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 좌우 요크 부재(2, 3)는 좌우 요크 부재(2, 3)의 기부(4, 4)의 단부면(4b, 4b)이 그 축방향으로 튜브(1)의 단부(1a, 1b)의 선단면(1c, 1d)에 대해 버팅되도록 회전 슬라이드 기구에 의해서 서로 접근하게 된다. 이런 버팅 배열에 의해, 공작물의 전체 길이(L)가 점검되고, 상술한 기준점(S, S)이 검출된다. 공작물의 전체 길이(L)가 점검된 후, 즉 기준점(S, S)이 검출된 후, 양 요크 부재(2, 3)는 그 최초 위치로 후퇴하도록 허용된다.

다음으로, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 일시적으로 튜브(1)로부터 분리된 요크 부재(2, 3)는 회전 슬라이드 기구의 메인 샤프트를 통해서 동일한 방향으로 회전하도록 허용된다. 요크 부재(2, 3)의 회전 속도는 요크 부재(2, 3)가 실질적으로 동일한 속도로 회전되도록 미리 정해진 값으로 제어된다.

이어서, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 회전 상태인 좌우 요크 부재(2, 3)는 회전 슬라이드 기구에 의해서 튜브(1)의 단부(1a, 1b)를 향해 이동하도록 허용된다. 즉, 요크 부재(2, 3)의 기부(4, 4)의 단부면(4b, 4b)은 그 축방향으로 튜브(1)의 단부(1a, 1b)의 선단면(1c, 1d)에 접하도록 허용된다. 동시에, 요크 부재(2, 3)의 기부(4, 4)의 단부면(4b, 4b)이 예열 압력 P0 및 마찰 압력 P1으로 튜브(1)의 단부(1a, 1b)의 선단면(1c, 1d)에 대해 가압되도록 마찰 용접이 수행된다(마찰 단계).

그 후, 튜브(1)의 각 단부(1a, 1b)와 좌우 요크 부재(2, 3)의 기부(4, 4)의 각 단부 모서리(4a, 4a) 사이에서 생성되는 컬(버어)(9)로 인한 업셋 거리(U)는 좌우 요크 부재(2, 3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a; 5a, 5a)의 각 중심축(Q, Q1)과 해당 기준점(S,S) 사이의 길이에 기초하여 검출된다. 구체적으로는, 상술한 바와 같이, 도 2의 (c)에 도시된 단계에서 서보 기구에 의해서 검출되는 해당 기준점(S,S)에 대해 축방향으로 좌우 요크 부재(2, 3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a; 5a, 5a)의 중심축(Q, Q1) 각각의 위치 변위량이 검출되어 실제 업셋 거리(U)를 검출한다(위치 변위 검출 단계).

이어서, 업셋 거리(U)가 도 4에 도시된 지점 LA에서 표시된 미리 정해진 값에 도달하면, (도 4에 도시된 M에 표시된 바와 같이) 제어 유닛은 메인 샤프트의 회전을 중단시키기 위해 전기 모터에 메인 샤프트 회전 중단 신호를 출력하여, 양 요크 부재(2, 3)의 회전을 중단시킨다(회전 중단 단계).

이때, 메인 샤프트는 메인 샤프트 회전 중단 신호가 출력되는 시점(시점 M)으로부터 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단되는 시점까지의 기간 동안 관성력에 의한 여러 번의 회전에 의해 여전히 회전된다. 메인 샤프트의 회전 각도가 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단되는 회전 각도의 역산에 의해서 결정되는 도 5에 도시된 미리 정해진 회전 각도 F2θ가 될 때, 제어 유닛은 업셋 압력(P2) 명령 신호를 회전 슬라이드 기구에 출력한다(업셋 단계).

용어 "미리 정해진 회전 각도 (F2θ)"는 미리 정해진 강도, 예컨대 정적 비틀림 강도, 비틀림 피로 강도 등이 얻어지는 회전 각도를 의미하고, 파괴는 튜브(1)와 요크 부재(2, 3) 각각 사이의 접합 계면에서 일어나지 않고 마찰 용접 시에 생성되는 열에 의해서 생성되는 열 연화 부분에서 발생한다.

업셋 압력 P2는 상술한 마찰 단계에서의 마찰 압력 P1보다 큰 압력이고, 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단되는 시점에서 미리 정해진 기간이 경과할 때까지 연속으로 가해진다. 업셋 압력(P2)을 가함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 해당 기준점(S,S)에 대한 중심축(Q, Q1) 각각의 위치 변위량은 더 커져서 업셋 거리 U2만큼 증가한다. 업셋 압력 P2에 의해서 생성되는 업셋 거리 U2는 업셋 거리 U1에 더해져서 총 업셋 거리 U(U=U1+U2)를 얻게 된다. 얻어지는 총 업셋 거리 U는 도 1에 도시된 바와 같이 마찰 용접에 의해서 서로 접합되는 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)의 최종 총 길이 L을 결정한다.

또한, 상술한 바와 같이, 메인 샤프트 회전 중단 신호가 출력되는 시점(시점 M)에는, 이와 동시에, 원주 방향에서의 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)의 각 위상과 원주 방향에서의 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1)의 각 위상이 서로 실질적으로 동일하고 중심축(Q)과 중심축(Q1) 사이의 각방향 상의 차이가 +3도 내지 -3도의 범위에 있도록, 요크 부재(2, 3)가 회전 슬라이드 기구에 의해 회전 제어된다.

그 후, 도 2의 (g)에 도시된 바와 같이, 각각의 회전 슬라이드 기구는 요크 부재(2, 3) 각각의 베어링 보유 홀(5a, 5a)로부터 레이스-홀 핀(7)을 제거하고 요크 부재(2, 3)로부터 초기 위치로 후퇴시키도록 작동된다. 이때, 제조된 프로펠러 샤프트는 취출되고, 마찰 용접 방법의 일련의 순차적 단계가 완료된다.

[특정 제어 차트에 관한 실험]

이하, 종래기술에서 제안된 타어머 제어가 수행되는 실험예(비교예) 1, 본 발명의 실시예에 따른 위치 제어(LA 제어)가 수행되는 실험예 2, 및 LA 제어와 상술한 바와 같은 회전 각도 제어(F2θ 제어)의 조합이 수행되는 실험예 3을 설명한다.

도 4는 제어 타이밍과, 압력, 업셋 거리, 예열 압력 및 실험예(비교예) 1과 실험예 2에서 얻어진 요크 부재(2, 3)의 회전 속도와 같은 변수 간의 관계를 보여준다. 도 4에서, 종래기술에서 제안된 것과 같은 타이머 제어가 수행되는 실험예(비교예 1)가 파단선으로 표시되어 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 상술한 위치 제어(LA 제어), 즉 마찰 압력에 의해서 생성된 업셋 거리에 기초한 제어가 수행되는 실험예 2가 실선으로 표시되어 있다.

실험예(비교예) 1:

타이머 제어가 도 4의 파단선에 의해 표시된 바와 같이 수행되는 실험예(비교예) 1을 다음과 같이 수행하였다. 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)를 마찰 용접기에 설정한 후, 요크 부재(2, 3)가 메인 샤프트를 회전시키면서 각각 축방향으로 튜브(1)의 양측 단부(1a, 1b)를 향해 이동하여 버팅되도록 하였다(즉, 공작물의 접촉이 수행된다). 동시에, 도 4의 파단선에 의해 표시된 바와 같이, 미리 정해진 마찰 압력(P0)에서 예열 압력을 인가하기 시작했다. 이어서, 공작물들의 접촉이 수행되는 시점으로부터 0.1초가 경과한 시점에 마찰 압력 P1에서의 마찰 용접을 시작했다.

공작물의 접촉이 수행되는 시점으로부터 0.2초가 경과한 시점에 메인 샤프트의 회전을 중단시키기 위한 메인 샤프트 회전 중단 신호가 출력되었다. 공작물의 접촉이 수행된 시점으로부터 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단된 시점까지의 기간 동안에, 즉, 공작물의 접촉이 수행되는 시점에서 0.5초가 경과한 시점에 업셋 압력 명령 신호가 업셋 압력 P2를 가하도록 출력된다. 이때, 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단될 때까지 그리고 그 후에도 업셋 압력 P2을 계속 인가했다.

실험예 2:

본 발명의 실시예에 따른 위치 제어(LA 제어)가 수행되는 실험예 2를 다음과 같이 수행했다. 도 4의 실선에 의해 표시된 바와 같이, 마찰 압력 P1의 인가가 공작물의 접촉이 수행되는 시점에서 시작된 후, 그 축방향으로 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)의 버팅 부분의 현재 위치를 검출했다. 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)의 실제 업셋 거리가 미리 정해진 값(LA)에 도달한 시점에, 메인 샤프트 회전 중단 명령 신호가 출력되고, 동시에 업셋 압력 명령 신호가 업셋 압력 P2를 가하기 위해 출력되었다. 이때, 메인 샤프트의 회전이 완전 중단된 후 미리 정해진 시점이 경과할 때까지 업셋 압력 P2을 계속 인가했다.

실험예 3:

도 2의 (a) 내지 도 2의 (g)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LA 제어와 F2θ 제어의 조합이 수행되는 실험예 3을 다음과 같이 수행했다. 도 5는 제어 타이밍과, 압력, 업셋 거리, 예열 압력 및 실험예 3에서 얻어진 요크 부재(2, 3)의 회전 속도와 같은 변수 간의 관계를 보여준다. 실험예 2와 마찬가지로, 마찰 압력 P1의 인가가 공작물의 접촉이 수행된 시점으로부터 시작된 후, 그 축방향으로 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)의 버팅 부분의 현재 위치를 검출했다. 튜브(1)와 요크 부재(2, 3) 사이의 실제 업셋 거리가 미리 정해진 값 LA에 도달하는 시점에, 메인 샤프트 회전 중단 명령 신호가 출력되었다.

그 후, 메인 샤프트의 회전이 완전히 중지되기 전의 회전 각도 F2θ가 미리 정해진 범위 내에 있게 될 때, 업셋 압력 명령 신호가 업셋 압력(P2)을 튜브(1)와 요크 부재(2)의 버팅 부분에 가하도록 출력되었다. 이 미리 정해진 범위는, 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단될 때까지 여러 번의 회전에 의해 이루어진 메인 샤프트의 위상 변화가 100%로 정의된다고 가정할 때, 20%에서 50%의 범위에서 설정하였다.

즉, 회전 각도 F2θ가 20% 미만으로 설정되면, 업셋 압력 P2에 의해 생성되는 업셋 거리 U2가 감소되어, 산화물이 충분히 제거되지 못하게 함으로써, 마찰 용접시 생성되는 튜브(1)와 요크 부재(2, 3) 각각의 접합부에 열 연화 범위의 팽창을 야기한다. 결과적으로, 강도가 부족해지고 접합 상태가 불충분해진다. 이에 반해, 회전 각도 F2θ가 50%를 초과하도록 설정되면, 업셋 거리(U2)의 절대값은 더 커져서, 마찰 용접에 의해 서로 접합되는 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)의 길이 변화를 증가시키고 그 전체 길이 L의 정밀도를 부족하게 한다.

강도의 견지에서 볼 때, 튜브(1)와 요크 부재(2, 3) 각각의 접합부에서의 열 연화 범위가 가능한 한 작고 기지재의 경도에 기초한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트의 열 연화 범위의 경도 저하량이 작을 것이 요구된다. 도 7은 튜브(1)와 요크 부재(3)의 접합부에서의 경도의 분포도를 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 열 연화 범위는 튜브(1)와 요크 부재(3) 사이의 접합 계면으로부터 튜브(1)의 측면과 요크 부재(3)의 측면을 향해 5 mm 내에서 연장된다. 열 연화 범위가 5 mm일 때, 그 기지재의 경도에 기초한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트의 열 연화 범위의 경도의 저하량은 40 HV 이내라는 것을 알게 되었다. 따라서, 메인 샤프트 회전 중단 신호의 출력 후 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단하기 전 회전 각도 F2θ은 열 연화 범위를 결정하는 역할을 하는 20%로부터 50%까지의 미리 정해진 범위 내에서 설정하였다.

또한, 실험예 3에서, 메인 샤프트의 회전이 완전히 중단되는 시점으로부터 미리 정해진 시점이 경과할 때까지 업셋 압력 P2를 계속 인가하였다.

또한, 실험예 3에서, 메인 샤프트 회전 중단 신호가 출력되는 시점(지점 M)에, 이와 동시에, 원주 방향에서의 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)의 각 위상과 원주 방향에서의 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1)의 각 위상이 서로 실질적으로 동일하고 중심축(Q)과 중심축(Q1) 사이의 각방향 상의 차이가 +3도에서 -3도까지의 범위에 있도록, 요크 부재(2, 3)를 회전 제어하였다.

도 6은 실험예(비교예) 1 내지 실험예 3에서 얻어진 기준 길이에 대해 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)과 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1) 사이의 길이의 변화 범위의 측정 결과를 보여준다. 도 6에 도시된 바와 같이, 실험예(비교예) 1에서, 기준 길이에 대해 중심축(Q, Q1) 사이의 길이의 변화는 +2.8 mm 내지 -2.8 mm의 범위에 있었다.

도 6에 도시된 바와 같이, 실험예 2에서, 기준 길이에 대해 중심축(Q, Q1) 사이의 길이의 변화는 +2.1 mm 내지 -2.1 mm의 범위에 있었다.

도 6에 도시된 바와 같이, 실험예 3에서, 기준 길이에 대해 중심축(Q, Q1) 사이의 길이의 변화는 +1.2 mm 내지 -1.2 mm의 범위에 있었다.

상술한 바와 같이, 타이머 제어를 수행한 실험예(비교예) 1에서, 기준 길이에 대해 도 1에 도시된 바와 같은 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)과 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1) 사이의 길이(L)의 변화는 +2.8 mm 내지 -2.8 mm의 범위에 있었다. 결과적으로, 생성되는 프로펠러 샤프트의 전체 길이의 변화가 증가되어 수율을 크게 저하시켰다.

또한, 특히, 실험예(비교예) 1에서, 업셋 압력 신호 명령의 출력은 시간으로 관리되었다. 따라서, 업셋 거리에 대해 큰 영향을 갖는 마찰 용접 부분에서의 기계적 강도의 변화가 발생하였다.

따라서, 프로펠러 샤프트가 타이머 제어에 의해 제조되는 경우에, 수율 저하가 야기되고, 그 생산 비용이 증가하게 된다.

실험예 2에서, 업셋 압력의 인가는 LA 제어에 의해 시작되었다. 그 결과, 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)과 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1) 사이의 길이(L)의 변화는 물품의 허용 수율 범위인 +2.1 mm 내지 -2.1 mm의 범위로 한정될 수 있었다.

실험예 3에서, LA 제어에 부가하여, 업셋 압력 명령을 출력하는 타이밍은 업셋 압력 P2의 인가 시작 타이밍이 지연되도록 F2θ 제어에 의해 제어되었다. 업셋 압력 P2의 인가를 시작하는 타이밍의 지연으로 인해, 기준 길이에 대해 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)과 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1) 사이의 길이(L)의 변화가 +1.2 mm 내지 -1.2 mm의 범위에 있었다. 따라서, 길이(L) 변화 범위를 상당히 감소시키는 효과가 얻어질 수 있으며, 이에 따라 프로펠러 샤프트의 뛰어난 수율을 제공하고 생산 비용을 절감하는 역할을 한다.

또한, 업셋 거리는 튜브(1)와 요크 부재(2, 3)의 접합부에서의 강도를 확보하고 기계적 강도를 향상시키는 견지에서 경도의 이상적인 분포를 달성할 수 있도록 F2θ 제어에 의해 고정밀도로 잘 제어될 수 있었다.

즉, LA 제어 뿐 아니라 F2θ를 채택함으로써, 기준 길이에 대해 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)과 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1) 사이의 길이(L)의 변화가 +1.2 mm 내지 -1.2 mm의 범위로 한정될 수 있었다. 따라서 고품질을 갖는 프로펠러 샤프트가 제공될 수 있도록 마찰 용접에 의해 제공되는 각 접합부의 강도로서 정적 비틀림 강도가 충분히 확보될 수 있었다.

또한, 기준 길이에 대해 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)과 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1) 사이의 길이(L)의 변화가 +2.0 mm 내지 -2.0 mm의 범위에 있으면, 프로펠러 샤프트가 차량의 동적 거동과 치수 변화를 고려하여 결정되는 프로펠러 샤프트의 허용 장착 길이를 만족시키면서 차량의 변속기와 차동 기어 사이에 장착될 수 있다.

또한, 실험예 3에서, 메인 샤프트 회전 중단 신호가 출력되는 시점(지점 M)에서, 이와 동시에, 원주 방향에서의 요크 부재(2)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q)의 각방향 상과 원주 방향에서의 요크 부재(3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a)의 중심축(Q1)의 각 위상의 차이가 위상 정렬 제어에 의해 +3도 내지 -3도의 범위에 있도록 제어된다. 그 결과, 물품의 정밀도가 향상되어 생산 비용을 감소시키는 역할을 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 레이스-홀 핀(7, 7)은 요크 부재(2, 3)의 베어링 보유 홀(5a, 5a; 5a, 5a)로부터 원활하게 제거될 수 있다. 또한, 한 쌍의 베어링 보유 홀(5a, 5a; 5a, 5a) 각각에 보유되는 스파이더 조인트의 스파이더의 베어링 컵을 장착하는 정밀도가 향상될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 예컨대 프로펠러 샤프트의 길이 및 외경과 같은 구조의 변형에 따라, LA 제어가 수행되는 업셋 거리의 값 LA가 선택적으로 설정될 수 있으며, 업셋 압력 명령 신호, 즉 F2θ의 값을 출력하는 타이밍이 선택적으로 설정될 수 있다.

또한, 본 발명의 프로펠러 샤프트는 차량 이외에 배에 적용될 수 있다.

본 출원은 2012년 7월 12일에 출원된 종래의 일본 특허 출원 제2012-156600을 기초로 한다. 일본 특허 출원 제2012-156600의 전체 내용은 참조에 의해 본원에 원용된다.

이상 본 발명이 실시예 및 그 실시예의 변형예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예와 변형예에 한정되지 않는다. 또한, 실시예와 변형예의 변경이 상술한 교시를 고려하여 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 하기의 특허청구범위에 의해 정의된다.

Claims

알루미늄 합금으로 제조된 튜브; 및
알루미늄 합금으로 제조된 한 쌍의 요크 부재를 포함하고,
한 쌍의 요크 부재는 튜브의 축 방향으로 튜브의 양측 단부에 대해 버팅(butting)되어 해당 튜브의 양측 단부에 마찰 용접되는 원통형 기부를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 기부의 반경 방향으로 서로 정렬된 한 쌍의 베어링 보유 홀을 갖는 분지형 선단부를 포함하며,
기준 길이에 대해 한 쌍의 요크 부재 중 하나에 형성되는 베어링 보유 홀의 중심축과 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나에 형성되는 베어링 보유 홀의 중심축 사이의 길이 변화는 +2.0 mm 내지 -2.0 mm의 범위 내에서 설정되는, 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트.
제1항에 있어서, 원주 방향에서의 상기 한 쌍의 요크 부재 중 하나의 베어링 보유 홀의 중심축과 상기 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 베어링 보유 홀의 중심축 사이의 각 위상(angular phase)의 차이는 +3도 내지 -3도의 범위에 있는, 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트.
제1항에 있어서, 상기 튜브는 6000 시리즈 알루미늄 합금으로 제조되며 3 mm의 두께를 갖는, 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트.
제3항에 있어서, 상기 튜브와 상기 한 쌍의 요크 부재 각각이 마찰 용접되는 열 연화 범위는 상기 튜브와 상기 한 쌍의 요크 부재 각각 사이의 접합 계면으로부터 상기 튜브의 측면과 상기 한 쌍의 요크 부재 각각의 측면을 향해 5 mm 내에서 연장되는, 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트.
제4항에 있어서, 기지재의 경도에 기초한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트의 열 연화 범위의 경도의 저하량은 40HV 이내인, 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트.
알루미늄 합금 프로펠러 샤프트가 알루미늄 합금으로 제조된 튜브 및 알루미늄 합금으로 제조된 한 쌍의 요크 부재를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 튜브의 축 방향으로 튜브의 양측 단부 각각에 대해 버팅되어 접합되는 원통형 기부를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 기부의 반경 방향으로 서로 정렬된 한 쌍의 베어링 보유 홀을 갖는 분지형 선단부를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법으로서,
튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 하나를 고정하고, 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나를 회전시키면서 튜브의 축방향으로 미리 정해진 가압 용접력으로 튜브의 단부 각각의 선단면과 튜브의 단부 각각의 선단면에 대해 버팅되는 한 쌍의 요크 부재 각각의 기부의 단부면을 가압하는 마찰 단계와,
상기 마찰 단계에서 튜브와 한 쌍의 요크 부재 각각 사이에 생성되는 업셋 거리를 통해 튜브의 축방향에서의 튜브와 한 쌍의 요크 부재 각각의 변위량을 검출하는 위치 변위 검출 단계와,
상기 위치 변위 검출 단계에서 검출된 변위량이 미리 정해진 값에 도달하면 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전을 중단시키기 위해 회전 중단 신호를 출력하는 회전 중단 단계와,
회전 중단 신호가 출력된 후 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전이 완전히 중단되는 기간 동안에 상기 마찰 단계에서 사용되는 미리 정해진 가압 용접력보다 큰 업셋 압력으로 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나를 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 하나에 가압하기 위해 업셋 압력 명령 신호를 출력하는 업셋 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 회전 중단 단계는 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전이 완전히 중단되는 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전 각도를 계산하는 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 업셋 단계는 계산된 시점에 도달하기 전에 상기 업셋 압력을 인가하기 시작하는 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 업셋 단계는 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전이 완전히 중단된 후에 미리 정해진 시간 동안 상기 업셋 압력의 인가를 계속하는 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제7항에 있어서, 회전이 완전히 중단되기 전의 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전 각도가 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 회전까지 이루어진 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나의 위상 변화가 100%로 정의된다고 가정할 때 결정되는 미리 정해진 범위에 있을 때, 상기 업셋 압력은 상기 업셋 압력 명령 신호를 출력함으로써 인가되는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 미리 정해진 범위는 20% 내지 50%인, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 튜브의 단부에 대해 한 쌍의 요크 부재를 버팅하고, 상기 한 쌍의 요크 부재 각각의 단부면과 상기 튜브의 양측 단부 각각의 선단면이 서로에 대해 버팅되는 버트 위치를 기준점으로 설정하는 기준점 설정 단계를 더 포함하고, 상기 기준점 설정 단계는 상기 마찰 단계 전에 수행되는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 마찰 단계에서, 튜브와 한 쌍의 요크 부재 중 다른 하나는 한 쌍의 요크 부재 각각인, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 한 쌍의 요크 부재는 실질적으로 동일한 속도로 회전하도록 제어되는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제8항에 있어서, 위치 변위 단계는 설정된 기준점으로부터 한 쌍의 요크 부재 각각의 한 쌍의 베어링 보유 홀의 중심축까지의 길이에 기초하여 상기 업셋 거리를 검출하는 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
알루미늄 합금 프로펠러 샤프트가 알루미늄 합금으로 제조된 튜브 및 알루미늄 합금으로 제조된 한 쌍의 요크 부재를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 튜브의 축 방향으로 튜브의 양측 단부 각각에 대해 버팅되어 접합되는 원통형 기부를 포함하고, 한 쌍의 요크 부재 각각은 기부의 반경 방향으로 서로 정렬된 한 쌍의 베어링 보유 홀을 갖는 분지형 선단부를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법으로서,
튜브를 고정하고, 한 쌍의 요크 부재를 회전시키면서 튜브의 축방향으로 미리 정해진 가압 용접력으로 한 쌍의 요크 부재 각각의 기부의 단부면과 한 쌍의 요크 부재 각각의 상기 기부의 단부면에 대해 버팅되는 튜브의 상기 단부 각각의 선단면을 가압하는 마찰 단계와,
상기 마찰 단계에서 튜브와 한 쌍의 요크 부재 각각 사이에 생성되는 업셋 거리를 통해 튜브의 축방향에서의 튜브와 한 쌍의 요크 부재 각각의 변위량을 검출하는 위치 변위 검출 단계와,
상기 위치 변위 검출 단계에서 검출된 변위량이 미리 정해진 값에 도달하면 한 쌍의 요크 부재의 회전을 중단시키기 위해 회전 중단 신호를 출력하는 회전 중단 단계와,
회전 중단 신호가 출력된 후 업셋 압력으로 한 쌍의 요크 부재를 튜브에 가압하기 위해 업셋 압력 명령 신호를 출력하는 업셋 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 업셋 단계에서, 한 쌍의 요크 부재는 상기 마찰 단계에서 사용되는 미리 정해진 가압 용접력보다 큰 상기 업셋 압력으로 튜브에 가압되고, 가압 작업은 한 쌍의 요크 부재의 회전이 완전히 중단되기 전에 시작되는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 한 쌍의 요크 부재는 동시에 마찰 용접되는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 회전 중단 단계는 한 쌍의 요크 부재의 회전이 완전히 중단되는 한 쌍의 요크 부재의 회전 각도를 계산하는 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 업셋 단계는 계산된 시점에 도달하기 전에 업셋 압력을 인가하기 시작하는 단계를 포함하는, 마찰 용접에 의한 알루미늄 합금 프로펠러 샤프트 제조 방법.