JP2010158712A

JP2010158712A - パイプの接合方法

Info

Publication number: JP2010158712A
Application number: JP2009003776A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tashiro; 裕明田代; Misako Matsui; 美紗子松井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】接合部分において優れた耐久信頼性が得られるパイプの接合方法、を提供する。
【解決手段】パイプの接合方法は、相対的に小さい肉厚Ｔ_Ｂに形成された肉薄パイプ３１と、相対的に大きい肉厚Ｔ_Ａに形成され、肉薄パイプ３１の肉厚Ｔ_Ａよりも小さい肉厚Ｔ_Ｃに形成された肉薄パイプ３１に対する接合面２１ａを有する肉厚パイプ２１とを準備する工程と、肉薄パイプ３１と肉厚パイプ２１とを摩擦圧接法により接合する工程とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には、パイプの接合方法に関し、より特定的には、摩擦圧接法を利用したパイプの接合方法に関する。

従来のパイプの接合方法に関して、たとえば、特開２００４−１４１９３３号公報には、肉薄パイプと肉厚パイプの圧接部に生じるバリ隅部の疲労破壊の起点となるシャープエッジの発生を回避し、圧接部の耐久信頼性を向上することを目的としたプロペラシャフトの摩擦圧接方法が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたプロペラシャフトの摩擦圧接方法においては、肉薄パイプの内径を肉厚パイプの内径よりも小径に設定する。

また、特開２００５−２７１０１６号公報には、高い接合強度が得られるとともに、接合時におけるアルミニウム合金管の変形を抑制することを目的とした、鋼管とアルミニウム合金中空部材との摩擦圧接法が開示されている（特許文献２）。また、特開２００２−２２４８５７号公報には、接合界面に金属間化合物や酸化物等をほとんど残留させず、良好な接合強度を得ることを目的とした異種金属中空部材間の接合構造およびその接合方法が開示されている（特許文献３）。

特開２００４−１４１９３３号公報特開２００５−２７１０１６号公報特開２００２−２２４８５７号公報

上述の特許文献１に開示されるように、プロペラシャフトの製造工程において、パイプ同士を接合するための手段として摩擦圧接法が利用されている。摩擦圧接法では、パイプの端面同士を当接した状態で両パイプを相対回転させることによって、摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によりパイプを接合する。この際、パイプ端面が変形することによってカール状のバリが発生する。しかしながら、このバリが、パイプの周面から急激に立ち上がるシャープエッジ形状に形成されると、パイプ接合部分の耐久信頼性が損なわれるおそれがある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、接合部分において優れた耐久信頼性が得られるパイプの接合方法を提供することである。

この発明の１つの局面に従ったパイプの接合方法は、相対的に小さい肉厚に形成された第１パイプと、相対的に大きい肉厚に形成された第２パイプとを準備する工程と、第１パイプと第２パイプとを摩擦圧接法により接合する工程とを備える。第２パイプは、第１パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された第１パイプに対する接合面を有する。

このように構成されたパイプの接合方法によれば、第２パイプは第１パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された接合面を有するため、接合工程で生じるバリが第２パイプ側から受ける力を小さく抑えることができる。これにより、肉薄の第１パイプ側へと向かうシャープエッジ形状のバリが形成されることを抑制できる。結果、第１パイプおよび第２パイプの接合部分において、優れた耐久信頼性を得ることができる。

この発明の別の局面に従ったパイプの接合方法は、相対的に小さい強度を有する第１パイプと、相対的に大きい強度を有する第２パイプとを準備する工程と、第１パイプと第２パイプとを摩擦圧接法により接合する工程とを備える。第２パイプは、第１パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された第１パイプに対する接合面を有する。

このように構成されたパイプの接合方法によれば、第２パイプは第１パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された接合面を有するため、接合工程で生じるバリが第２パイプ側から受ける力を小さく抑えることができる。これにより、低強度の第１パイプ側へと向かうシャープエッジ形状のバリが形成されることを抑制できる。結果、第１パイプおよび第２パイプの接合部分において、優れた耐久信頼性を得ることができる。

また好ましくは、第１パイプと第２パイプとを接合する工程は、第１パイプおよび第２パイプの径方向において、第２パイプの接合面が第１パイプの接合面に内包されるように、第１パイプと第２パイプとを突き合わせる工程を含む。

このように構成されたパイプの接合方法によれば、肉薄もしくは低強度の第１パイプ側へと向かうシャープエッジ形状のバリが形成されることを抑制できる。

以上に説明したように、この発明に従えば、接合部分において優れた耐久信頼性が得られるパイプの接合方法を提供することができる。

プロペラシャフトの一部を示す断面図である。図１中のプロペラシャフトの製造工程を示す断面図である。この発明の実施の形態２におけるパイプの接合方法の工程を示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、プロペラシャフトの一部を示す断面図である。図１を参照して、プロペラシャフト１０は、車両に搭載され、代表的には、動力をトランスミッションから駆動側の車軸まで伝達する役割を果たす。プロペラシャフト１０は、続いて説明する本実施の形態におけるパイプの接合方法を用いて製造される。

プロペラシャフト１０は、肉厚パイプ２１と肉薄パイプ３１とが接合されて形成されている。本実施の形態では、肉厚パイプ２１は、プロペラシャフト１０のチューブを構成する長尺の筒部材からなる。肉薄パイプ３１は、連結部として機能するジョイントヨークを構成し、肉厚パイプ２１と比較して短尺の筒部材からなる。肉厚パイプ２１と肉薄パイプ３１とは、同軸上に配置されている。

肉厚パイプ２１および肉薄パイプ３１は、金属から形成されている。肉厚パイプ２１と肉薄パイプ３１とは、同じ金属から形成されてもよいし、互いに異なる金属から形成されてもよい。

図２は、図１中のプロペラシャフトの製造工程を示す断面図である。図中には、図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた範囲に対応する部分が拡大して示されている。

図２を参照して、まず、本実施の形態におけるパイプの接合方法の基本的な工程について説明すると、本実施の形態におけるパイプの接合方法は、相対的に小さい肉厚Ｔ_Ｂに形成された第１パイプとしての肉薄パイプ３１と、相対的に大きい肉厚Ｔ_Ａに形成された第２パイプとしての肉厚パイプ２１とを準備する工程と、肉薄パイプ３１と肉厚パイプ２１とを摩擦圧接法により接合する工程とを備える。肉厚パイプ２１は、肉薄パイプ３１の肉厚Ｔ_Ａよりも小さい肉厚Ｔ_Ｃに形成された肉薄パイプ３１に対する接合面２１ａを有する。

続いて、本実施の形態におけるパイプの接合方法の工程について詳細に説明する。
図２（Ａ）を参照して、まず、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１を準備する。肉薄パイプ３１は、肉厚Ｔ_Ｂを有し、肉厚パイプ２１は、肉厚Ｔ_Ｂよりも大きい肉厚Ｔ_Ａを有する。肉厚パイプ２１および肉薄パイプ３１は、それぞれ、接合面２１ａおよび接合面３１ａを有する。接合面２１ａおよび接合面３１ａは、それぞれ、筒状に延びる肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の先端に形成されている。

肉厚パイプ２１は、テーパ部２５を有する。テーパ部２５は、肉厚パイプ２１の外周面が接合面２１ａに近接するほど縮径し、肉厚パイプ２１の内周面が接合面２１ａに近接するほど拡径するように、テーパ状に形成されている。肉薄パイプ３１は、接合面３１ａに向けて一定の肉厚Ｔ_Ｂを有するように形成されている。肉厚パイプ２１は、接合面２１ａにおいて、肉厚Ｔ_Ｂよりも小さい肉厚Ｔ_Ｃを有する。

接合面３１ａと接合面２１ａとが互いに対向するように、肉薄パイプ３１と肉厚パイプ２１とを同軸上に位置決めする。

図２（Ｂ）を参照して、次に、摩擦圧接法により、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１を接合する。

より具体的には、肉薄パイプ３１の接合面３１ａと肉厚パイプ２１の接合面２１ａとを当接した状態で、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１を相対回転させる。この際、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の径方向において、肉厚パイプ２１の接合面２１ａが肉薄パイプ３１の接合面３１ａに内包されるように、肉薄パイプ３１と肉厚パイプ２１とを突き当てる。言い換えれば、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の軸方向において、接合面２１ａを接合面３１ａ上に投影した場合に、投影した接合面２１ａの全体が接合面３１ａに含まれる。

図２（Ｃ）を参照して、接合面３１ａと接合面２１ａとの間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱を利用して肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１を接合する。

以上に説明した、摩擦圧接法による肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の接合工程においては、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の内周側に、それぞれ圧接カール４７および圧接カール４２が発生し、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の外周側に、それぞれ圧接カール４６および圧接カール４１が発生する。

本実施の形態では、肉厚パイプ２１に、肉薄パイプ３１の肉厚Ｔ_Ｂよりも小さい肉厚Ｔ_Ｃを有するテーパ部２５が形成される構成により、肉薄パイプ３１から発生する圧接カール４７および圧接カール４６が、肉厚パイプ２１および圧接カール４２，４１から押し上げる力を受けない。これにより、圧接カールの根元が丸みを帯び、疲労回復の起点となるシャープエッジが形成されることを抑制できる。

さらに本実施の形態では、摩擦圧接時における肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の寄り代を、テーパ部２５の全長Ｌ以上に設定する。これにより、接合完了後における肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の接合面積を十分に確保することができる。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるパイプの接合方法によれば、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１の接合部分にシャープエッジが形成されることを抑制し、プロペラシャフト１０の耐久信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、プロペラシャフト１０のチューブ側に肉厚パイプ２１が配置され、ジョイントヨーク側に肉薄パイプ３１が配置される場合について説明したが、プロペラシャフト１０は、肉薄パイプ３１および肉厚パイプ２１が逆に配置される構成であってもよい。

（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２におけるパイプの接合方法の工程を示す断面図である。本実施の形態におけるパイプの接合方法は、実施の形態１におけるパイプの接合方法と比較して、基本的には同様の工程を備える。以下、重複する工程については、その説明を繰り返さない。

図３を参照して、まず、本実施の形態におけるパイプの接合方法の基本的な工程について説明すると、本実施の形態におけるパイプの接合方法は、相対的に小さい強度を有する第１パイプとして低強度パイプ１３１と、相対的に大きい強度を有する第２パイプとしての高強度パイプ１２１とを準備する工程と、低強度パイプ１３１と高強度パイプ１２１とを摩擦圧接法により接合する工程とを備える。高強度パイプ１２１は、低強度パイプ１３１の肉厚Ｔ_Ｄよりも小さい肉厚Ｔ_Ｅに形成された低強度パイプ１３１に対する接合面１２１ａを有する。

続いて、本実施の形態におけるパイプの接合方法の工程について詳細に説明する。
図３（Ａ）を参照して、まず、低強度パイプ１３１および高強度パイプ１２１を準備する。本実施の形態では、低強度パイプ１３１および高強度パイプ１２１が、肉厚Ｔ_Ｄを有する。低強度パイプ１３１および高強度パイプ１２１は、それぞれ、接合面１３１ａおよび接合面１２１ａを有する。接合面１３１ａおよび接合面１２１ａは、それぞれ、筒状に延びる低強度パイプ１３１および高強度パイプ１２１の先端に形成されている。

高強度パイプ１２１は、テーパ部１２５を有する。テーパ部１２５は、図２中のテーパ部２５と同じ形態に形成されている。低強度パイプ１３１は、接合面１３１ａに向けて一定の肉厚Ｔ_Ｄを有するように形成されている。高強度パイプ１２１は、接合面１２１ａにおいて、肉厚Ｔ_Ｄよりも小さい肉厚Ｔ_Ｅを有する。

なお、本実施の形態では、低強度パイプ１３１および高強度パイプ１２１が同一の肉厚を有する場合を説明するが、両者の肉厚の大きさの関係は特に限定されない。

高強度パイプ１２１の材料強度は、低強度パイプ１３１の材料強度よりも高く、本実施の形態では、高強度パイプ１２１が低強度パイプ１３１よりも高い強度を有する。

図３（Ｂ）および図３（Ｃ）を参照して、次に、摩擦圧接法により、低強度パイプ１３１の接合面１３１ａと高強度パイプ１２１の接合面１２１ａとを接合する。低強度パイプ１３１および高強度パイプ１２１の内周側に、それぞれ圧接カール１４７および圧接カール１４２が発生し、低強度パイプ１３１および高強度パイプ１２１の外周側にそれぞれ圧接カール１４６および圧接カール１４１が発生する。

本実施の形態では、高強度パイプ１２１に、低強度パイプ１３１の肉厚Ｔ_Ｄよりも小さい肉厚Ｔ_Ｅを有するテーパ部１２５が形成される構成により、低強度パイプ１３１から発生する圧接カール１４７および圧接カール１４６が、高強度パイプ１２１および圧接カール１４２，１４１から押し上げる力を受けない。これにより、圧接カールの根元が丸みを帯び、疲労回復の起点となるシャープエッジが形成されることを抑制できる。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるパイプの接合方法によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、車両に搭載されるプロペラシャフトの製造工程に利用される。

１０プロペラシャフト、２１肉厚パイプ、２１ａ，３１ａ，１２１ａ，１３１ａ接合面、２５，１２５テーパ部、３１肉薄パイプ、１２１高強度パイプ、１３１低強度パイプ。

Claims

相対的に小さい肉厚に形成された第１パイプと、相対的に大きい肉厚に形成され、前記第１パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された前記第１パイプに対する接合面を有する第２パイプとを準備する工程と、
前記第１パイプと前記第２パイプとを摩擦圧接法により接合する工程とを備える、パイプの接合方法。
相対的に小さい強度を有する第１パイプと、相対的に大きい強度を有し、前記第１パイプの肉厚よりも小さい肉厚に形成された前記第１パイプに対する接合面を有する第２パイプとを準備する工程と、
前記第１パイプと前記第２パイプとを摩擦圧接法により接合する工程とを備える、パイプの接合方法。
前記第１パイプと第２パイプとを接合する工程は、前記第１パイプおよび前記第２パイプの径方向において、前記第２パイプの接合面が前記第１パイプの接合面に内包されるように、前記第１パイプと前記第２パイプとを突き合わせる工程を含む、請求項１または２に記載のパイプの接合方法。