(57)【要約】  第１の金属部品（１０）および第２の金属部品（２０）を互いに固定するために磁気パルス溶接作業を行う方法では、第１の部分（１１）に隣接する第１の金属部品の第２の部分について実質的にその温度を高め軟化させることなく、初めに第１の金属部品の第１の部分（１１）の温度を高めてこれを軟化することが必要である。次いで、第１の金属部品（１０）の第１の部分（１１）が空間が介在する第２の金属部品（２０）の一部分に対して軸方向に重なり合う形で配置される。インダクタ（４０）が第１の金属部品（２０）および第２の金属部品（２０）の軸方向に重なり合う部分に対して設けられる。インダクタ（４０）が通電されて、第１の金属部品（１０）の第１の部分（１１）を第２の金属部品（２０）の上記部分と係合状態に変形させ、それによって第１の金属部品（１０）および第２の金属部品（２０）を互いに固定するようにする。
2008521614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属部品および第２の金属部品を互いに固定するための磁気パルス溶接作業を行う方法であって、
（ａ）第１の金属部品および第２の金属部品を設けるステップと、
（ｂ）第１の部分に隣接する前記第１の金属部品の第２の部分について実質的にその温度を高め軟化させることなく、前記第１の金属部品の前記第１の部分についてその温度を高めて軟化させるステップと、
（ｃ）前記第１の金属部品の前記第１の部分を、空間が介在する前記第２の金属部品の一部分に対して軸方向に重なり合う形に配置するステップと、
（ｄ）前記第１の金属部品および第２の金属部品の前記軸方向に重なり合う部分に対してインダクタを設けるステップと、
（ｅ）前記第１の金属部品の前記第１の部分を前記第２の金属部品の前記部分と係合状態に変形させて前記第１の金属部品および前記第２の金属部品を互いに固定するように、前記インダクタを通電するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）が、予熱用インダクタ内に前記第１の金属部品の前記第１の部分を配置して、前記第１の金属部品の前記第１の部分についてその温度を高めて軟化させるように前記予熱用インダクタを通電することによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｂ）がさらに、前記第１の金属部品の前記第２の部分を冷却装置内に配置することによって行われ、同時に前記予熱用インダクタが前記第１の金属部品の前記第２の部分の温度を実質的に高めるのを防止するように通電される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）が、前記第１の金属部品の前記第２の部分の温度を実質的に高めるのを防止するように前記第１の金属部品の前記第２の部分に係合するインサートを有する前記冷却装置を設けることによって行われる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ａ）は、前記ステップ（ｂ）が行われた後に前記第１の金属部品の前記第１の部分の内径と実質的に等しい最大直径を有するテーパ面を前記第２の金属部品に付けることによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｂ）が前記第２の金属部品の前記部分を予熱するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｃ）が前記第１の金属部品および前記第２の金属部品に軸方向力を加えることによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｃ）が、ツーリング・ブッシングの中に前記第２の金属部品を支持して前記ツーリング・ブッシングおよび前記第２の金属部品の前記部分に対して軸方向に重なり合う形に前記第１の金属部品の前記第１の部分を配置することによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ａ）が駆動軸管および端部取付具を設けることによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１の金属部品および第２の金属部品を互いに固定するための磁気パルス溶接作業を行う方法であって、
（ａ）第１の金属部品および第２の金属部品を設けるステップと、
（ｂ）第１のインダクタおよび第２のインダクタを設けるステップと、
（ｃ）その第１の部分が前記第１のインダクタ内に配置され、前記第１の部分に隣接するその第２の部分が前記第１のインダクタ内に配置されないように前記第１の金属部品を方向付けるステップと、
（ｄ）前記第１の金属部品の前記第２の部分について実質的にその温度を高め軟化させることなく、前記第１の金属部品の前記第１の部分についてその温度を高めて軟化させるように前記第１のインダクタを通電するステップと、
（ｅ）前記第１の金属部品の前記第１の部分を、空間が介在する前記第２の金属部品の一部分に対して、および前記第２のインダクタに対して軸方向に重なり合う形に配置するステップと、
（ｆ）前記第１の金属部品の前記第１の部分を前記第２の金属部品の前記部分と係合状態に変形させて前記第１の金属部品および前記第２の金属部品を互いに固定するように、前記第２のインダクタを通電するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｂ）が、予熱用インダクタ内に前記第１の金属部品の前記第１の部分を配置して、前記第１の金属部品の前記第１の部分についてその温度を高めて軟化させるように前記予熱用インダクタを通電することによって行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｂ）がさらに、冷却装置内に前記第１の金属部品の前記第２の部分を配置することによって行われ、同時に前記予熱用インダクタが前記第１の金属部品の前記第２の部分の温度を実質的に高めるのを防止するように通電される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｂ）が、前記第１の金属部品の前記第２の部分の温度を実質的に高めるのを防止するように前記第１の金属部品の前記第２の部分に係合するインサートを有する前記冷却装置を設けることによって行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ａ）は、前記ステップ（ｂ）が行われた後に前記第１の金属部品の前記第１の部分の内径と実質的に等しい最大直径を有するテーパ面を前記第２の金属部品に付けることによって行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｂ）が前記第２の金属部品の前記部分を予熱するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ｃ）が前記第１の金属部品および第２の金属部品に軸方向力を加えることによって行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ｃ）が、ツーリング・ブッシングの中に前記第２の金属部品を支持して前記ツーリング・ブッシングおよび前記第２の金属部品の前記部分に対して軸方向に重なり合う形で前記第１の金属部品の前記第１の部分を配置することによって行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ａ）が駆動軸管および端部取付具を設けることによって行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
第１の金属部品および第２の金属部品を互いに固定するための磁気パルス溶接作業を行う方法であって、
（ａ）パルス・インダクタおよび予熱用インダクタを設けるステップと、
（ｂ）その一部分が前記予熱用インダクタ内に配置されるように前記第１の金属部品を方向付けるステップと、
（ｃ）前記第１の金属部品の隣接部分の加熱を実質的に低減するように前記第１の金属部品の前記部分の温度を高めるために前記予熱用インダクタを通電するステップと、
（ｄ）その加熱された部分が空間が介在する前記第２の金属部品の一部分に対して軸方向に重なり合う形で前記パルス・インダクタの内側に配置されるように前記第１の金属部品を移動させるステップと、
（ｅ）前記第１の金属部品の前記部分を前記第２の金属部品の前記部分に固定するための磁気パルス溶接作業を行うために前記パルス・インダクタを通電するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、２つの金属部品（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を互いに固定するための磁気パルス溶接技術に関する。詳細には、本発明は、上記金属部品の一方または両方に生じることがある望ましくない歪みの量を最小限に抑えるような磁気パルス溶接作業を行うための改善された方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている大多数の陸上車両には、ドライブトレイン系が、車両の１つまたは複数の車輪を回転可能に駆動するようにエンジン／変速機アセンブリの出力軸から車軸アセンブリの入力軸まで回転動力を伝達するために設けられている。これを達成するために、通常の車両のドライブトレイン・アセンブリは、その両端に固定される第１の端部取付具（ｅｎｄ  ｆｉｔｔｉｎｇ）および第２の端部取付具を有する円筒形の駆動軸管を含む。第１の端部取付具は第１の自在継手の一部分を形成し、それにより、これら２つの軸の回転軸間の限られた量の角度ずれ（ａｎｇｕｌａｒ  ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を許容しながらエンジン／変速機アセンブリの出力軸から駆動軸管の第１の端部へ回転可能な駆動連結が行われる。同様に、第２の端部取付具は第２の自在継手の一部分を形成し、それにより、これら２つの軸の回転軸間の限られた量の角度ずれを許容しながら駆動軸管の第２の端部から車軸アセンブリの入力軸へ回転可能な駆動連結が行われる。
【０００３】
この一般的なタイプの車両の駆動軸アセンブリでは、通常、駆動軸管の両端に第１の端部取付具および第２の端部取付具を永久的に固定することが必要である。伝統的に、従来の溶接技術が駆動軸管の両端に第１の端部取付具および第２の端部取付具を永久的に接合するのに用いられてきた。よく知られているように、従来の溶接技術は２つの金属部材の局所的な部位（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  ａｒｅａ）に熱を加える必要があり、それにより２つの金属部材の材質が合着（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）することになる。この種の従来の溶接技術は、圧力を加えて行うことがありまたは行わないこともあり、充填材の使用を含むことがありまたは含まないこともある。従来の溶接技術は過去において十分役目を果たしてきたが、その使用にはいくつかの欠点がある。第１に、上述の通り、従来の溶接技術には２つの金属部材の局所的な部位に熱を加える必要がある。この加熱により望ましくない歪みおよび欠点が金属部品に持ち込まれることがある。第２に、従来の溶接技術は、類似の金属材料から形成される部品を接合するには十分適しているが、非類似の金属材料から形成される部品を接合する際の使用にこれを適合させることは幾分より困難であることが分かってきた。第３に、従来の溶接技術はゲージ厚さが異なる部品の接合には容易に適合しない。車両の駆動軸アセンブリの生産は通常大量製法（ｈｉｇｈ  ｖｏｌｕｍｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）であるので、従来の溶接技術の欠点を回避する形でこれらの金属部品を互いに永久的に接合するための改善された方法を提供することが望ましいであろう。
【０００４】
磁気パルス溶接は、駆動軸管の両端に第１の端部取付具および第２の端部取付具を固定するように提案された代替製法である。これを達成するために、端部を有する駆動軸管およびネック部分を有する端部取付具が初めに設けられる。この端部取付具は一般的には、管ヨークまたは管シャフトとして具体化される。このヨークは第１の軸方向にそこから延在する一対の対向するアームを有する。一対の整列する開口がヨーク・アームを貫いて形成され、その中に自在継手クロスの従来の軸受カップを受け入れるように構成される。概ね中空のネック部分が本体部分から第２の軸方向に軸方向延在する。磁気パルス溶接作業を行うために、駆動軸管の端部が端部取付具のネック部分の周りに同軸状に取り付けられる。駆動軸管およびヨークがこのように組み立てられると、環状の隙間または空間が駆動軸管の端部の内面とヨークのネック部分の外面との間に画定される。次いで、電気インダクタが駆動軸管とヨークとの組立体の周りに配置される。このインダクタは通電されて駆動軸管の端部の周りに広大で瞬間の電磁場を発生する。この電磁場は管端部の外面に非常に大きな力を働かせて、それによりこれはヨークのネック部分上へ高速で内方に撓み込まされる。結果として管端部の内面がヨークのネック部分の外面に衝突すると、その間に溶接部および分子結合が生じる。
【０００５】
磁気パルス溶接作業の間中、管端部がヨークのネック部分上へ高速で衝突すると、ある場合には、ヨーク・アームが互いに対して永久的に偏向し得ることが分かってきた。例えば管の端部がヨークのネック部分で撓み込まされる場合、このネック部分が内方へ変形すると、ヨークの他の端部のヨーク・アームが互いから外方に開離することがある。また、この衝突の結果としてヨークを介して伝搬する衝撃波がヨーク・アームを貫いて形成される開口の寸法を僅かに大きくすることがある。これらの事象は、ヨークがアルミニウムの合金など、比較的軽量の材料から形成される場合に特に起こりそうである。この種のヨークの偏向は、それを通して形成されるそれぞれの開口の芯出し不良（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を生じ得るので望ましくない。ヨーク・アームを貫いて形成される開口が正確に位置合わせされていない場合、その上に自在継手の残る部分を適切に配置し、回転に対して自在継手を平衡させることは比較的困難である場合がある。
【０００６】
管シャフトは通常、管受け座（ｔｕｂｅ  ｓｅａｔ）、軸受もしくはブーツ部分、途中から細まった部分、およびスプライン端部分を有する。高応力のために、管シャフトを生産するための要求を満足する最良の実用的な材料は中炭素鋼（ｍｉｄｄｌｅ  ｃａｒｂｏｎｉｃ  ｓｔｅｅｌ）である。また駆動軸管が鋼材から形成される場合、通常、従来のアーク溶接工程がそれに管シャフトを固定するために使用される。しかし、車両の重量を低減し、円滑な作業を行い、および燃料経済性を改善するために、アルミニウムなど、より軽量の材料から駆動軸アセンブリの部品のいくつかを作ることが好ましい場合がある。多くの場合、ヨークおよび駆動軸管は、６０６１−Ｔ６など、比較的強力なアルミニウム合金から形成することができ、ならびに既知のアーク溶接法を用いることによって互いにうまく固定することができる。しかし、アルミニウム駆動軸管および鋼管シャフトについて高品質の溶接接合を提供するためにこの方法を用いることは幾分困難であることが分かってきた。なぜなら脆性金属間構造（ｂｒｉｔｔｌｅ  ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）ができることがあり、その存在がその間で接合箇所の強度を低減することがあるからである。アルミニウム駆動軸管と鋼製端部取付具との間の高品質の接合箇所を実現するという問題を解決するために、他の技術が成功の度合いは変化しながら試験されてきた。今日では、磁気パルス溶接技術および摩擦溶接技術（これらは共に冷間溶接処理［ｃｏｌｄ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ］である）が最良の結果を示すように見える。
【０００７】
摩擦溶接技術は、特に優れた製造機械の有用性という分野において、より古くからよりよく開発されている。しかし、摩擦溶接法は、９０ｍｍより大きい管直径および３ｍｍより小さい壁厚を有する鋼−アルミニウム駆動軸アセンブリを溶接するために使用する場合いくつかの実用上の制限を有するように思われる。これと対照的に、磁気パルス溶接はより新しい技術であり、特に製造機械に関して幾分より少しか開発されていないが、駆動軸管の直径が５０ｍｍから１５０ｍｍであり壁厚が１．５ｍｍから３ｍｍの場合にはよりよい結果を与えるように見える。したがって磁気パルス溶接は、鋼−アルミニウム駆動軸アセンブリを高品質に溶接するという問題を解決するための将来有望な技術である。
【０００８】
磁気パルス溶接作業のプロセスにおける衝撃波および管受け座の変形は、管シャフトのスプライン端部にいかなる重大な歪みをも生じない。しかし、製造上の実際的な限界により、ならびに被溶接部品自体の、およびインダクタ軸に対する被溶接部品（ｔｏ−ｂｅ−ｗｅｌｄｅｄ  ｐａｒｔｓ）の、理想的な同心度を与えることが不可能なために、溶接部位における駆動軸が許容できる限度を超えて曲げられることになる。磁気パルス溶接のプロセスで使用される磁気パルスが強力であればあるほど、ますます大きな歪みが溶接後に駆動軸に生じ得ることが分かってきた。この曲がりおよび上述のヨークの歪みの結果として、駆動軸の大きい振れが生じることになり、これは不平衡が様々な作業速度に影響される様子についての重要なパラメータである。広範な速度範囲にわたって、特に高速度においてこのパラメータは動的バランスの重要なたった１つの要因である。回転速度の２乗に比例する遠心力が平衡していないとたわみ（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）、応力（ｓｔｒｅｓｓ）、および振動を引き起こし、それにより部品の故障、ならびに車両の乗車人（ｏｃｃｕｐａｎｔ）に対して不快な騒音および乗り心地（ｒｉｄｅ  ｆｅｅｌ）を生じることがある。
発明の要約
【０００９】
したがって、駆動軸管が磁気パルス溶接作業によってそれに固定される場合に、ヨークの歪みまたは管シャフト溶接部位の曲がりということになり得る駆動軸の望ましくない振れ量を最小限に抑える磁気パルス溶接作業を行う改善された方法を提供することが望ましいであろう。
【００１０】
本発明は、第１の金属部品および第２の金属部品を互いに固定するための磁気パルス溶接作業を行う改善された方法に関する。初めに、第１の部分に隣接する第１の金属部品の第２の部分について実質的にその温度を高め軟化させることなく、第１の金属部品の第１の部分についてその温度を高めて軟化させる。次いで、前記第１の金属部品の前記第１の部分が、空間が介在する前記第２の金属部品の一部分に対して軸方向に重なり合う形で配置される。インダクタが前記第１の金属部品および第２の金属部品の軸方向に重なり合う部分に対して設けられる。このインダクタが通電されて、前記第１の金属部品の前記第１の部分を前記第２の金属部品の前記部分と係合状態に変形させて前記第１の金属部品および前記第２の金属部品を互いに固定する。
【００１１】
本発明の様々な目的および利点は、好ましい実施形態についての次の詳細な説明から、添付図面を考慮に入れて読むと当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次いで図面を参照して図１および図２に、全体を符号１０で表す駆動軸管、全体を符号２０で表す管ヨークなどの第１の端部取付具、および全体を符号３０で表す管シャフトなどの第２の端部取付具を示す。本発明は、第１の端部取付具２０および第２の端部取付具３０を駆動軸管１０に固定して少なくとも駆動軸アセンブリの一部分を形成するような関係において説明され図示されているが、本発明の方法は、任意の所望の目的および用途について任意の２つの金属部品を互いに固定するために使用できることが理解されよう。
【００１３】
図示した駆動軸管１０は概ね中空で形状が円筒形であり、例えば、６０６１−Ｔ６アルミニウム合金など、任意の所望の金属材料によって形成できる。駆動軸管１０は、実質的に一定の外径を画定する外面、および実質的に一定の内径を画定する内面を有することが好ましい。したがって図示した駆動軸管１０は、そのようなことは要求されないが、実質的に円筒形で一様な壁厚を有する。駆動軸管１０は、端面１２のところで終端する第１の端部１１、および端面１４のところで終端する第２の端部１３を有する。
【００１４】
図示した第１の端部取付具２０は、例えば鋼もしくはアルミニウム合金など、駆動軸管１０を形成するのに使用される金属材料と同一または異なることができる金属材料から形成される管ヨークである。図示した第１の端部取付具２０は、第１の軸方向にそこから延在する対向する一対のヨーク・アーム２２を有する本体部分２１を含む。一対の整列する開口２３がヨーク・アーム２２を貫いて形成され、その中に自在継手クロスの従来の軸受カップ（図示せず）を受け入れるように構成される。必要であれば、環状の溝２３ａ（図２を参照されたい）を開口２３のそれぞれの内側に形成して、それぞれのスナップリング（図示せず）を使って知られた方法でその中に軸受カップの保持を容易にすることができる。概ね中空のネック部分２４が、ヨーク・アーム２２によって画定される第１の軸方向に対向して本体部分２１から第２の軸方向に延在する。ネック部分２４には環状肩部２４ａおよび環状ステップ２４ｂが設けられ、その案内面（ｐｉｌｏｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）には約５度から約９度など、小さな角度でテーパを付けることが好ましい。
【００１５】
ネック部分２４の構造は、２００５年５月１７日に発行され、本発明の譲受人が所有の米国特許第６８９２９２９号に詳細に記載されている。同出願の開示は本明細書で援用される。必要であれば、図２の破線で示すような環状の溝２５または類似の凹所部位を第１の端部取付具２０の内部に形成することができる。この内部の溝２５の目的もまた、米国特許第６８９２９２９号に詳細に説明されている。
【００１６】
図示した第２の端部取付具３０は、通常炭素鋼から形成される管シャフトである。図示した第２の端部取付具３０は全体を符号３１で示す本体部分を含み、この本体部分は３つの部位、すなわち、軸受もしくはブーツ受け座部分３２、小さくなった直径部分３３、およびスプライン端部３４を有する。概ね中空のネック部分３５は上述の米国特許第６８９２９２９号に詳細に記載されているのと同じ構造を有する。具体的にいえば、ネック部分３５には環状肩部３５ａおよび環状ステップ３４ｂが設けられている。
【００１７】
図２はまた、本発明の方法により２つの部品を互いに固定するための磁気パルス溶接作業を行う以前に駆動軸管１０および第１の端部取付具２０のアセンブリの周りに配置されるインダクタ４０を示す。駆動軸管１０および第１の端部取付具２０がこのように組み立てられると、環状の隙間または空間２６が駆動軸管１０の端部１１の内面と管ヨーク２０のネック部分２４の外面との間に画定される。インダクタ４０は、Ｙａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖの米国特許第４１２９８４６号に示され記載されているような任意の所望の構造を有して形成することができる。同特許の開示は本明細書で援用される。インダクタ４０は、全体を符号５０で示す、図式的に示したパルス電源に接続される。図２に示すように、インダクタ４０の第１の導線は第１の電気導体５１に接続され、同時にインダクタ４０の第２の導線は、放電スイッチ５２を介して第２の電気導体５３に接続される。複数の高電圧コンデンサ５４または類似のエネルギー貯蔵デバイスが、第１の電気導体５１と第２の電気導体５３との間に接続される。また、第１の電気導体５１は電気エネルギー源５５に接続され、同時に第２の電気導体５３は、充電スイッチ５６を介して電気エネルギー源５５に接続される。制御回路の構成および作動は、Ｙａｂｌｏｃｈｎｉｋｏｖの米国特許第５９８１９２１号に詳細に記載されており、同特許の開示もまた本明細書で援用される。
【００１８】
磁気パルス溶接作業を行うインダクタ４０の作動は当業界でよく知られており、詳細な説明のために先に参照した米国特許第５９８１９２１号が再び参照される。しかし簡単にいえば、インダクタ４０は初めに放電スイッチ５２を開き、それから充電スイッチ５６を閉じることによって作動する。これにより電気エネルギーを電気エネルギー源５５からコンデンサ５４のそれぞれに伝達できる。コンデンサ５４が所定の電圧まで充電されると、充電スイッチ５６が開かれる。その後、インダクタ４０を作動するように要求されると放電スイッチ５２が閉じられる。結果として、高エネルギーの電流パルスがコンデンサ５４からインダクタ４０を通して流れ、それによって駆動軸管１０の端部１１の周りに巨大な瞬時の電磁場が発生する。この電磁場は駆動軸管１０の端部１１の外面に非常に大きな力を働かせて、それによりこれはヨーク２０のネック部分２４（または先に論じたように、管シャフト３０のネック部分３５）上に高速で内側に撓み込まされる。
【００１９】
結果として駆動軸管１０の端部１１の内面がヨーク２０のネック部分２４の外面に衝突すると、それらの共通の界面を横切る２つの金属の原子間での電子共有（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｈａｒｉｎｇ）の結果として溶接部または分子結合がその間に生じる。溶接部位のサイズおよび位置は、環状の隙間２６のサイズ、駆動軸管１０およびヨーク２０を形成するのに使用される金属材料のサイズ、形状および性質、インダクタ４０のサイズおよび形状、駆動軸管１０の端部１１とヨーク２０のネック部分２４との間の衝突角度および衝突速度、ならびにその他の要因など、様々な要因によって変化する。
【００２０】
先に論じたように、磁気パルス溶接作業の間に駆動軸管１０の端部１１が第１の端部取付具２０のネック部分２４上に高速で衝突すると、少なくともある場合には、部品の１つまたは両方の形状に望ましくない歪みが生じ得ることが分かってきた。この種の歪みの大きさは、２つの部品間の衝突速度の増加と共に大きくなることが分かってきた。しかし、駆動軸管１０を形成するのに使用される材料の強度が大きくなるにつれて、それらの共通の界面を横切る２つの金属の原子結合を与えるためには、従来、より高い衝突速度が必要であった。このようなより高い衝突速度を与えるために、従来からパルス電源５０によって発生される磁場エネルギー・パルスの大きさを大きくする必要があり、それによりパルス電源回路５０の素子の摩滅を加速することがある。したがって、パルス電源５０によって発生される磁場エネルギー・パルスの大きさがより小さいものを用いて高品質の溶接接合を提供するように磁気パルス溶接プロセスを改善することが望ましいであろう。
【００２１】
パルス電源５０によって発生される磁場エネルギー・パルスの大きさを小さくする１つの既知の方法は、変形される部品材料の材料降伏強さを小さくすることに基づくものである。これを達成するために、変形される駆動軸管１０の部分に逆行熱処理（ｒｅｔｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を施すことが知られている。典型的な逆行熱処理サイクルは、初めに駆動軸管１０の特定部位を約１０００°Ｆまで約１０〜１５秒の間誘導加熱し、次いで加熱された駆動軸管１０を室温の水で急冷するステップを含む。逆行熱処理が行われた後には、６０６１−Ｔ６アルミニウム合金の降伏強さは典型的に、４０ｋｓｉから約１０ｋｓｉに低下し、それにより磁気パルス溶接プロセスを行うのに必要な磁場エネルギー・パルスの大きさを著しく小さくすることができる。
【００２２】
しかし、磁気パルス溶接作業を行うような関係においての逆行熱処理技術の欠点の１つは、冷却工程の間に駆動軸管１０を加熱するのに使用されたエネルギー（これは磁気パルス溶接作業の間に使用されるエネルギーよりも約２０倍大きいことがある）が浪費されるだけでなく、この溶接プロセスの理論的に有益な長所として利用できないようになることである。実際に、金属片を溶接するために、表面原子はいかなる種類のエネルギーをも受け入れることによって活性化される。加熱は原子に活性化の必要なエネルギーを与えるための都合のよい効果的な方法である。したがって理論的には、駆動軸の磁気パルス溶接作業を行うためには、逆行熱処理技術を単に使用するよりもその管端部を予熱するだけのほうがより有利であろう。
【００２３】
磁気パルス技術の誘導予熱に関する多くの重要な革新が米国特許第３１２６９３７号に示唆されており、その開示は本明細書で援用される。磁気パルス溶接プロセスの際に予熱するという考え方自体は新しいものではなく、本発明はその技術をさらに一歩進めるものである。予熱して磁気パルスを発生させるための大多数の先行技術では、同じインダクタが両方の目的のために使用され、予熱サイクルが開始する前に被溶接片がインダクタの内側に組み立てられる。このレイアウトの基本的な欠点は、溶接の工程で加熱源であることからパルス源であることへインダクタを切り換える必要があることである。被溶接片の直径が比較的小さい場合（例えば、約２５ｍｍ）パルス・インダクタの電流が比較的小さいので、これは比較的容易に行うことができる。しかし、被溶接片の直径が比較的大きい場合（例えば、約１００ｍｍから約１５０ｍｍまでであり、これは車両用駆動軸用途について典型的なものである）、その電流振幅が１００万アンペアより大きいことがあるので、これはより困難になる。他の問題はインダクタの冷却を行うことであり、これは加熱するためにも強力な磁気パルスを発生するためにも使用される。熱の大部分は予熱の工程でインダクタによって受け入れられ、通常、これは非常に大きいので水冷却システムの助けを借りてのみ取り除くことができる。残念ながら、米国特許第４１２９８４６号のインダクタの構成に水冷却を使用することは実行できないことが分かっており、このことは比較的大きな直径を有する管状部品を磁気パルス溶接するためには最良である。
【００２４】
また、予熱して磁気パルスを発生するための別個のインダクタを使用することが知られている。詳細には、米国特許第３６２１１７５号ではコンベヤの助けを借りて同時に２つの被溶接要素を移動する経路に沿って相隔たる位置に配置された誘導加熱コイルおよび磁気溶接コイルを含む装置を記載している。被溶接要素は管状で同心であることもでき、その内側要素は外側要素の内面に隣接した外面を有する。この特許により、本発明は特にパイプの連続溶接およびライナーの内側での予備的な滑り嵌め（ｓｌｉｐ  ｆｉｔ）が得られるようにしている。作業時、パイプおよびライナーは同一温度に加熱されると共に、毎分約１５メートルの速度で加熱コイルおよび溶接コイルを介してローラによって送り込んで毎秒１０回溶接コイルを動作させる（ａｃｔｉｖａｔｅ）工程において溶接される。溶接コイルおよびその制御回路によって規定されるパラメータは、電流パルスがパイプおよびライナーに誘導電流を発生させる特性周波数（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）固有振動数を有するように選択され、このパイプおよびライナーの表皮厚さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）は２つの重なり合うコンダクタのうちの１つの厚さよりも大きい（そして、重ね合わされたコンダクタの全体の厚さよりも大きいことが好ましい）。結果として、パイプおよびライナーに発生する磁気力によりそれらは互いの方向へ引き付けられる。
【００２５】
本発明では、駆動軸管１０の端部１１および第１の端部取付具２０のネック部分２４の被溶接面を分離する空間が、予熱する工程においてもパルス・インダクタの内側に被溶接部品を組み立てる工程においても存在する。予熱の工程において、被溶接部品は互いから離れることがあり、さもなければそれらの被溶接面に相対するような形で重なり合い、部品の被溶接面の外側の被溶接管端部のただ内側円形隆起線だけで接触していることもある。オプションとして、追加の加熱用インダクタが取付具ネック部を予熱するために使用できる。パルス・インダクタおよび放電回路によって規定されるパラメータは、駆動軸管の表皮厚さが管の壁厚よりも小さいように選択される。結果として、管とパルス・インダクタとの間に発生する磁気力により管端部はインダクタから反発され、それにより被溶接管および取付具部分が高速で撓み込まされる。
【００２６】
説明する目的のために、これ以後本発明の方法が２つのステップで説明される。第１のステップでは、この方法を実現するための一般的なレイアウトを説明する。第２のステップでは、この方法を実施するのに使用できる装置およびツーリングと関係があるより具体的な説明を行う。第１の段階の一般的なレイアウトは図３ａから図３ｄに示される。
【００２７】
ここで、図３ａは、一組のインダクタ（例えば、１つの主加熱用インダクタおよび１つのパルス・インダクタ）の助けを借りて駆動軸管１０の第１の端部１１を第１の端部取付具２０に磁気パルス溶接する工程を示し、ここに取付具用ツーリングはパルス・インダクタの１つの側面だけに配置される（第１の端部取付具２０のネック部分２４を予熱するための追加のインダクタを随意に使用できる）。
【００２８】
図３ｂは、初めに図３ａに示すように駆動軸管１０の第１の端部１１を溶接した後、さらに駆動軸管１０の向きを逆転させた後に、駆動軸管１０の第２の端部１３を第２の端部取付具３０に磁気パルス溶接する工程を示す（第２の端部取付具３０のネック部分３５を予熱するための追加のインダクタを随意に使用できる）。
【００２９】
図３ｃは、パルス・インダクタの両側から取付具用ツーリングを配置しならびに第１の端部を磁気パルス溶接した後に駆動軸管１０を予熱中にそしてパルス・インダクタを一方の端部から他方の端部へ移動させることによって、１組のインダクタの助けを借りて駆動軸管１０の端部１１および端部１３の両方を第１の端部取付具２０および第２の端部取付具３０にそれぞれ磁気パルス溶接する工程を示す（第１の端部取付具２０のネック部分２４および第２の端部取付具３０のネック部分３５をそれぞれ予熱するための追加のインダクタを随意に使用できる）。
【００３０】
図３ｄは、各パルス・インダクタの１つの側面だけから取付具用ツーリングを配置し予備的に主予熱用インダクタの間に管を配置しならびに第１の端部を磁気パルス溶接した後に第２の端部を磁気パルス溶接するために駆動軸管１０を反対方向に移動させることによって、２組のインダクタの助けを借りて駆動軸管１０の端部１１および端部１３の両方を磁気パルス溶接する工程を示す（第１の端部取付具２０のネック部分２４および第２の端部取付具３０のネック部分３５をそれぞれ予熱するための２つの追加のインダクタを随意に使用できる）。
【００３１】
図３ａおよび図３ｂに示す工程は、図３ａに示すように予熱用インダクタ６１の内側に駆動軸管１０の第１の端部１１を挿入し、上述のパルス・インダクタ４０の中にヨーク２０のネック部分２４を挿入することから開始する。予熱用インダクタ６１は高周波源６２によって通電され、パルス電源５０のコンデンサ・バッテリが所定の電圧に充電される。駆動軸管１０の端部１１を所定の温度まで予熱した後に高周波源６２はオフに切り換えられる。次いで、駆動軸管１０は、パルス・インダクタ４０の中に軸方向に迅速に移動され、図２に示すように駆動軸管１０の第１の端部１１が第１の端部取付具２０に対して正確に配置された瞬間に停止される。パルス・インダクタ４０は次いで、上述のようにパルス電源５０のコンデンサを放電することによって通電され、それにより駆動軸管１０の第１の端部１１の磁気パルス溶接サイクルが完了する。
【００３２】
その後、半溶融の駆動軸管（ｈａｌｆ−ｗｅｌｄｅｄ  ｄｒｉｖｅｓｈａｆｔ  ｔｕｂｅ）１０は、図３ｂに示すように、インダクタ４０およびインダクタ６１から取り除かれ、駆動軸管１０の第２の端部１３が予熱用インダクタ６１の内側に挿入されるように方向転換される。次いで、溶接サイクルが第２の端部取付具３０について上述のように繰り返される。随意に、パルス・インダクタ４０の内側に端部取付具２０のネック部分２４および端部取付具３０のネック部分３５をそれぞれ挿入する前に、そのいずれかまたは両方が符号６１’で示すような追加の加熱用インダクタの助けを借りて予熱されることがあり、この加熱用インダクタは符号６２’で示すような追加の高周波源の助けを借りて通電されることができる。この場合、端部取付具２０または端部取付具３０は、駆動軸管１０の関連する予熱された端部１１または端部１３を挿入する直前にまたはこれと同時にパルス・インダクタ４０の中に挿入されることになる。
【００３３】
上記の説明から分かるように、この方法は大量生産には全く適切ではなく、このことは駆動軸の製造にはよくあることである。しかし後に示すように、これは取り扱いが簡単で比較的費用のかからないツーリングがパルス・インダクタと共に組み込まれ得る少量生産での使用に優れている。
【００３４】
図３ｃに示す工程は、図３ａに示す方法で駆動軸管１０の第１の端部１１を管ヨーク２０と溶接することによって開始される。しかしここでは、駆動軸管１０の第２の端部１３を溶接するために、第２の端部取付具３０は、予備的に駆動軸管１０の第２の端部１３の中に挿入され、しかも予熱用インダクタ６１の中に駆動軸管１０の第２の端部１３を押すように使用される。これを行うために、駆動軸管１０の第２の端部１３および第２の端部取付具３０は後で説明する方法で互いに接触する。予熱後、駆動軸管１０および第２の端部取付具３０はパルス・インダクタ４０の内側に移動され、磁気パルス溶接作業がそれについて行われる。この工程は大量生産にいっそう適切であるが、その生産性は、２つの溶接サイクルの間に駆動軸管１０の全長を移動する必要があること、および単一のパルス電源５０で２つのコンデンサの順次の放電を整える必要あることによって幾分限定される。
【００３５】
駆動軸管１０の端部１１および端部１３の両方を溶接するための図３ｄに示す工程は、図３ａと関連して上記のように概ね同一である。しかしこの場合、２つの予熱用インダクタ６１および予熱用インダクタ１６１（および、これらに関連する高周波源６２および高周波源１６２）ならびに２つのパルス・インダクタ４０およびパルス・インダクタ１４０（および、これらに関連するパルス電源５０およびパルス電源１５０）が設けられる。２組のインダクタが設けられるので、駆動軸管１０は、磁気パルス溶接作業の間、比較的短距離だけ前後に移動する必要があり、初めは予熱用インダクタ６１および予熱用インダクタ１６１の内側の、続いてパルス・インダクタ４０およびパルス・インダクタ１４０の内側の必要な位置に停止する。２つの端部取付具２０および端部取付具３０をそれぞれの端部１１および端部１３に溶接した後、駆動軸管１０は、加熱用インダクタ６１と加熱用インダクタ１６１との間の中間に配置され、次いでこのようなインダクタ６１およびインダクタ１６１によって画定される軸に対して横方向に移動される。随意に、端部取付具２０のネック部分２４および端部取付具３０のネック部分３５をパルス・インダクタ４０およびパルス・インダクタ１４０のいずれか一方の内側にそれぞれ挿入した後、このネック部分は、上記のそれと類似の追加の加熱用インダクタ６１’および加熱用インダクタ１６１’の助けを借りて予熱されることがある。この最後の場合、端部取付具２０および端部取付具３０は、駆動軸管１０の関連する予熱された端部１１または端部１３を挿入する直前にまたはこれと同時にそれぞれのインダクタ４０およびインダクタ１４０の中に挿入されることになる。この工程は、ツーリングおよび駆動軸が移動される必要がある距離が短いので、そして２つのコンデンサの順次の放電を整える時間は２つのパルス電源５０にとって重要な問題でないので大量生産に最も適切なものである。
【００３６】
図４ａ、図４ｂ、および図４ｃは、第２の端部取付具３０のネック部分３５に対する、ならびにインダクタ４０およびインダクタ６１に対する駆動軸管１０の第２の端部１３の基本的な位置を示し、これは上述のレイアウトのすべてに使用できる。図４ａに示す位置は、例えば第２の端部取付具３０のネック部分３５の形状では、パルス・インダクタ４０を通電する前に駆動軸管１０の第２の端部１３と接触していることが容易にできないので、適切なツーリングによって得ることができる。このタイプの構成は多くの磁気パルス溶接の用途に受け入れられるが、自動車用駆動軸を生産するための最良の選択ではないことがある。溶接後の駆動軸の精度要求が非常に高いので、図４ｂおよび図４ｃに示すネック部形状を使用するとこの精度要求を満足することができそうである。この形状は概して上記に説明されており、ここでネック部分３５の外面についてのより詳細な説明により補足され、このことは良質なおよび正確な磁気パルス溶接を提供する際に重要であり得る。
【００３７】
図４ｂおよび図４ｃに示すように、駆動軸管１０の端部１３内にネック部分３５を挿入するのを容易にする第１のテーパ面３５ｃが該ネック部分３５に設けられることができる。第１のテーパ面３５ｃは最大外径の遷移部位３５ｄのところで終端し、この遷移部位３５ｄは組立時に２つの部品１０および部品３０を予備的に半径方向へ方向付けを行うことが好ましい。第２のテーパ面３５ｅが磁気パルス溶接プロセスの間に高品質の溶接を促進するように設けられる。第３のテーパ面３５ｇが環状ステップ３５ｂに設けられ、組み立てられた部品１０および部品３０の最終的な半径方向への方向付けに備えている。最後に、環状肩部３５ａがこのような部品１０および部品３０の正確な軸方向の位置決めに備えている。
【００３８】
溶接の精度を得るためには、図３ｂに示すレイアウトを使用する場合、第３のテーパ面３５ｇの最大直径が、図４ｂに示すように予熱後に駆動軸管１０の被溶接端部１３の内径に実質的に等しいことが望ましい。例えば、６０６１−Ｔ６アルミニウム合金によって形成され１２７ｍｍの初期の内径および２ｍｍの壁厚を有する駆動軸管１０は、本発明による溶接に最適である７００°Ｆ〜１０００°Ｆの温度まで予熱する結果として約２ｍｍ膨張する。したがって、この膨張を考慮に入れることなく溶接された駆動軸の振れは１ｍｍであるということもでき、これは受け入れられないことである。
【００３９】
図３ｂに示すレイアウトが使用される場合、第２の端部取付具３０のネック部分３５のうちの最大外径の遷移部位３５ｄと第３のテーパ面３５ｇの最小外径は共に、図４ｃに示すように、予熱前に駆動軸管１０の被溶接端部１３の内径に実質的に等しいことが望ましい。第３のテーパ面３５ｇの最大外径は、図４ｂに示すように予熱後に駆動軸管１０の被溶接端部１３の内径に実質的に等しいことが好ましい。したがって図４ｃに示すように、予熱前にインダクタ６１内側の駆動軸管１０の被溶接端部１３の内側円形隆起線が第２の端部取付具３０のネック部分３５の第３のテーパ面３５ｇの開始部と接触している。予熱工程におけるこの接触を確実にするために、軸方向力（図４ｃに２つの矢印で示す）が駆動軸管１０を移動して上記肩部３５ａのところで停止するように加えられることができる。しかし、上記の様々な部品は任意の所望のサイズを有することがあることに留意されたい。
【００４０】
説明された磁気パルス溶接方法を用いて駆動軸アセンブリの大量製造する際に管および取付具の移動のすべてを行うためには、十分に機械化され自動化されたツーリングが使用されなければならないということが望ましい（しかし要求はされない）。このツーリングについての議論は本発明の範囲外である。しかし説明の目的のために、本発明の方法は、この方法を実施するために使用できる装置およびツーリングの形態（ｖｅｒｓｉｏｎ）と関連して後に記述される。詳細には図５に示す装置は、駆動軸管１０の端部１１を予熱するための全体を符号６０で示す手段、および磁気パルス溶接作業を行うための全体を符号７０で示す手段を含む。そこで示すように、予熱用手段６０は高周波電源６２と接続された加熱用インダクタ６１、およびそれを通して水を循環するための１つまたは複数の通路６４を有するクーラ６３を含む。インサート６５が軸方向移動用装置（図示せず）の助けを借りて操作される。クーラ６３とインサート６５は共に、例えば黄銅など、高熱伝導性金属材料から形成されることが好ましい。
【００４１】
磁気パルス溶接手段７０は、全体を符号４０で示すパルス・インダクタ、有向性ブッシング（ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ｂｕｓｈｉｎｇ）７１、ユニオン・ナット７３を有するツーリング・ブッシング（ｔｏｏｌｉｎｇ  ｂｕｓｈｉｎｇ）７２、ヨーク・ブッシング７４、ピン７５、およびダンパ７７によって保持されるカウンタ・ダイ７６を含む。インダクタ４０は一連の金属リング４１および絶縁リング４２から組み立てられ、この金属リング４１および絶縁リング４２は比較的薄いプレートとして形成され、比較的厚いプレートとして形成された絶縁リング４４および金属リング４５を介して電気的に絶縁された強力ボルト４３の列によって圧縮される。ボルト４３は、リング４１、リング４２、リング４４、およびリング４５の精密に機械加工された開口を介して通過する（インダクタ要素のうちの中央部品のみを示す）。ツーリング・ブッシング７２は、インダクタ４０が接地される方法に応じて金属材料または絶縁材料から形成できる。また、インダクタ４０はセグメント化されたクランプ（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ  ｃｌａｍｐ）４６を含み、その目的は下記で説明することにする。
【００４２】
インダクタ４０の中に挿入される前に、管ヨーク２０およびヨーク・ツーリング（ヨーク・ブッシング７４およびカウンタ・ダイ７６を含む）は、図６および図７に詳細に示すように磁気パルス溶接手段７０の外側で予備的に組み立てられることが好ましい。組立てを容易にするために、管ヨーク２０およびヨーク・ブッシング７４には互いに一致するテーパ面部位が設けられる。管ヨーク２０上にこれらのテーパ部位は、図６の２２ａで示されるような、整列する開口２３の近くのヨーク・アーム２２の外面の一部として設けられる。管ヨーク２０は通常ブランクを鍛造することによって作られるので、表面部位２２ａは、開口２３および溝もしくは凹所２５を機械加工した後の初期の鍛造面が残されたものである。その後、表面部位２２ａは鍛造加工用抜き勾配（ｆｏｒｇｉｎｇ  ｄｒａｆｔ  ａｎｇｌｅ）を有し、この勾配は通常約３°から約５°の間で変化する。管ヨーク２０が他の方法によって作られる場合、このテーパ面部位は予備的に機械加工することができる。ヨーク・ブッシング７４の少なくとも１つの端部は、表面部位２２ａの角度とほとんど同じかまたはこれに近い角度７４ｂ（図６では幾分誇張して示す）を画定する内側テーパ面７４ａを有する。また、ヨーク・ブッシング７４は、その中にピン７５の端部を受け入れるように設けられた（図５を参照されたい）凹所７４ｃを有することができる。カウンタ・ダイ７６はヨーク・ブッシング７４の内側に配置され、その中に形成される弧形凹所７６ａを有し、この弧形凹所は一対の対向するカウンタ・ダイ・アーム７６ｂを画定する。また、カウンタ・ダイ７６は弾性ダンパ７７を含むことができる。カウンタ・ダイ７６およびダンパ７７の目的は下記で説明することにする。
【００４３】
予備組立（ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）のプロセスで、ピン７５は初めにヨーク２０の開口２３の内側に挿入される。次いで、ピン７５を備えたヨーク２０は、ピン７５の端部が凹所７４ｃに沿って摺動するような形でヨーク・ブッシング７４の内側に挿入される。結局軸方向荷重が、所定の距離のところでヨーク・ブッシング７４の内側にヨーク２０を押し進めるように加えられて、摩擦によってそれらの一致するテーパ面２２ａおよびテーパ面７４ａについて信頼できる連結が行われる。次にカウンタ・ダイ７６は、予備組立小部品が手段７０の中に装填される（ｌｏａｄｅｄ）予備組立の段階でまたはそれより遅れてヨーク・ブッシング７４の内側に配置される。
【００４４】
次いで、駆動軸管１０を管ヨーク２０と磁気パルス溶接する一連の作業を行う際の加熱手段６０および磁気パルス溶接手段７０の使用について説明する。この一連の工程は装填作業および実際の溶接作業を含む。初めに図５に示すように、駆動軸管１０は、その端部１１がインダクタ６１の内側に配置され管端面１２がインダクタ６１の側面６１ａに少なくとも近似的に整列されるような形でクーラ６３および加熱用インダクタ６１の内側に配置される。インサート６５がクーラ６３のテーパ孔の中に軸方向に移動して駆動軸管１０を締め付けるように作動され、冷却液（水など）がクーラ６３の通路６４を通して循環される。ヨーク２０、ピン７５、ヨーク・ブッシング７４、およびカウンタ・ダイ７４が上記のように予備組み立てられ、次いで、ツーリング・ブッシング７２内に挿入され、例えばツーリング・ブッシング７２のねじ端部にねじ付きユニオン・ナット７３などによってその中に固定される。インダクタ４０に対するヨーク２０のネック部分２４の軸方向および半径方向の正確な位置は、ヨーク・ブッシング７４の寸法によって規定される。ユニオン・ナット７３を締める工程において、カウンタ・ダイ７４は、ダンパ・リング７７を介して作動されて、ヨーク・アーム２２の外側部分がその中に形成された弧形凹所７６ａ内に受け入れられるまで端部取付具２０に向かって軸方向に移動する。ダンパ・リング７７は、ユニオン・ナット７３を締める工程においてヨーク２０およびブッシング７４の分離を防止するのに十分なだけ軟質であることが好ましい。図６に最もよく示すように、ヨーク２０のヨーク・アーム２２はこの対向するカウンタ・ダイ・アーム７６ｂに係合して、それに対して軸方向に（すなわち、図５を見ると頂部から底部までである）確実に位置決めされる。
【００４５】
その後に、実際の溶接作業が行われる。電源６２から高周波交流電流が加熱用インダクタを通して流され、充電スイッチ５６が閉じられて電気エネルギーを電気エネルギー源５５からコンデンサ５４まで伝達する（図２を参照されたい）。上記交流電流は所定の温度に駆動軸管１０の端部１１を加熱するのに十分な時間長さの間だけ流され、この所定の温度は例えば赤外線ゲージ（図示せず）などの温度ゲージによって制御される。次に、上記交流電流はオフに切り換えられ、インサート６５はクーラ６３から移動して駆動軸管１０のクランプを緩める（ｕｎｃｌａｍｐ）ように作動され、駆動軸管１０は、リニア・アクチュエータ（図示せず）または他の所望の機構の助けを借りて有向性ブッシング７１を介してパルス・インダクタ４０の中へ移動してその端部１１を管ヨーク２０の環状ステップ２４ｂの周りに、好ましくは肩部２４ａと当接状態に配置するように作動され、それにより駆動軸管１０の端面１２の軸方向位置を規定する。駆動軸管１０がこの方法で適正に位置決めされると、セグメント化されたクランプ４６が付勢されて駆動軸管をこの位置に維持する。
【００４６】
駆動軸管１０の端面１２が肩部２４ａに接触する瞬間より前に、コンデンサ５４は所定の電圧まで充電されることが好ましい。これにより放電スイッチ５２は駆動軸管１０の端面１２が肩部２４ａに接触する瞬間の直後に（または短時間の遅延のみで）閉じられることができる。結果として、インダクタ４０が次いで通電されて上記のように磁気パルス溶接作業が行われる。
【００４７】
先に論じたように、磁気パルス溶接作業の間に駆動軸管１０の端部１１がヨーク２０のネック部分２４に高速で衝突すると、ある場合には、ヨーク・アーム２２は互いに対して永久的に撓まされ、開口２３の寸法の拡大を引き起こすことがある。駆動軸管１０の端部１１を予熱することによって磁気パルスのエネルギーを低減するとヨークの歪み量は著しく少なくなる。この歪みのレベルが受け入れられる場合は、より簡単なツーリングが使用できる。しかし、この種の永久的な撓みおよび拡大が受け入れられない場合、管ヨーク２０が上記のようにヨーク・ブッシング７４およびカウンタ・ダイ７６によって係合され支持されていると、この種の歪みをさらに小さくしまたは除去することとなる。磁気パルス溶接作業の間、ヨーク・ブッシング７４はヨーク・アーム２２が互いから離れて外側へ広がることを防止し、したがってネック部分２４の内側への変形を引き起こす。また、カウンタ・ダイ７６およびダンパ７７は衝撃波のエネルギーを吸収し、この衝撃波のエネルギーは磁気パルス溶接の工程における衝突の結果としてヨーク２０を介して伝播しそしてヨーク・アーム２２を貫いて形成される開口２３の形状歪みを除去する。この衝撃波はヨーク２０のテーパ面２２ａとこれと合致しているヨーク・ブッシング７４のテーパ面７４ａとの間の摩擦係合の強度を低減し、それにより磁気パルス溶接作業完了後磁気パルス溶接手段７０から駆動軸を取り出すことが容易になる。
【００４８】
クーラ６３を使用することは本発明の磁気パルス溶接プロセスの本質的な部分ではないことが理解されよう。これは、熱影響の管部位が非常に小さくなければならないが、加熱源６２の電力が十分急速に管端部１１を加熱するのに比較的小さい場合に有用である。加熱システムの電力が約４秒から６秒でこのような加熱を行うのに十分である場合には、クーラ６３は完全に取り除かれ、あるいはただ簡単な有向性ブッシングで置き換えることもできる。また、ツーリング・ブッシング７２の内側に予備組立部品を保持するためにユニオン・ナット７３を使用することは、この課題を解決する最も簡単な方法である。もちろん大量生産を行うために、他のよく知られた機械化され自動化された技術手段を使用することもできる。また、上記の予備組立作業は磁気パルス溶接手段７０を組み込んだツーリングの助けを借りて行うこともできる。
【００４９】
次いで図８を参照して、予熱用手段６０および磁気パルス溶接手段７０を、駆動軸管１０を管シャフト３０と磁気パルス溶接することに関連して示す。実際の溶接作業は駆動軸管１０を管ヨーク２０と磁気パルス溶接することに関連して説明したそれらの作業と同一である。この場合、内部スリーブ部分８１および外部スリーブ部分８２を有する管シャフト・ブッシング８０が設けられる。予備組立の工程で管シャフト３０は、軸受もしくはブーツ受け座部分３２がスリーブ８１の内側に正確に配置されるような方法で管シャフト・ブッシング８０の内部スリーブ部分８１の内側に挿入される。さらに、スプライン端部３４のブラインド・スプラインは内部スリーブ部分８１の内側に設けられたブラインド溝と位置合わせすることができる。次に、管シャフト３０および管シャフト・ブッシング８０のアセンブリがツーリング・ブッシング７２の内側に挿入される。望ましい場合は従来の位相合わせ操作を行うことができ、それにより駆動軸管１０の他の端部に固定された管ヨーク２０に対して管シャフト３０の正しい角度位置決めが行われる。従来の位相合わせデバイス（図示せず）の取付けおよび使用を容易にするために、ブッシング８０の外部スリーブ部分８２はそこに設けられた１つまたは複数の凹所８３を有する。最終的に、磁気パルス溶接サイクルは上記のように行われる。
【００５０】
アルミニウム管から作られた駆動軸を溶接することは、本発明の具現する（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）ための多くの目的のうちの１つである。しかしこの方法はある場合には、特に管が高強度鋼で作られ非常に薄い壁厚を有する場合には鋼管の駆動軸を溶接するために非常に有用である。鋼の電気伝導率は比較的小さいので、この材料から作られた部品の磁気パルス処理は通常、アルミニウムまたは銅などの高電気伝導率の材料から作られた駆動素子（シートまたはリング）を使用することなしには困難である。鋼管の磁気パルス溶接を行うためには、駆動リングが通常、パルス・インダクタの内側に被溶接部品を挿入する前に、管端部の上に予備的に圧入される。しかし、駆動リングを装着するというこの好都合な方法は、駆動リング材料の溶融温度が一般的に鋼を予熱するのに必要な温度よりもはるかに低いので本発明で使用することはできない可能性がある。
【００５１】
この制約に取り組むために、駆動リングを予備的にパルス・インダクタの内側に配置できる。駆動リングの内径は予熱後のこの被溶接管端部の外径よりも大きくして、この端部をこのリングの内側に挿入できるようにすべきである。駆動リングを配置する最良の方法を図８に示し、そこでは駆動リング９０（材料１枚を型打ちすることによって作ることができる）は、取付具ネック部３５の環状肩部３５ａの上に予備的に圧入され、ネック部３５と共にインダクタ４０の中に挿入される。駆動リング９０の形状は端部取付具形状に応じて異なることができる。駆動軸管１０の端部１３を管シャフト３０と磁気パルス溶接するためには、円筒形部分９１および平坦部分９２を有する駆動リング９０が、ネック部３５の環状肩部３５ａの軸方向寸法が小さいのでより適切である。駆動軸管１０の端部１３をヨーク２０と溶接するためには、円筒形部分９１だけを有する駆動リング９０を使用することがより適切であろう。
【００５２】
予熱して直接磁気パルス溶接を行う作業は上記と同様である。通常、磁気パルス溶接プロセスが完了した後は駆動リング９０は溶接接合箇所（ｗｅｌｄｉｎｇ  ｊｏｉｎｔ）の望ましくない素子である。これは、受け入れられる場合は溶接後に残しておくこともでき、さもなければ切り離してもよい。しかし、駆動軸管の磁気パルス溶接用途のような関係において、駆動リング９０（これは一般には非常に堅く圧着され、あるいは磁気パルス溶接プロセスによって駆動軸管の端部の外面に溶接さえも行われる）は、接点（抵抗）溶接法、アーク溶接法、または他の適切な溶接法によって釣合いおもりを取り付けるために使用することもできる。通常、この種の釣合いおもりは、ヨークおよび管シャフトの直近において駆動軸管に溶接される。これらの溶接打点（ｗｅｌｄｉｎｇ  ｓｐｏｔ）は駆動軸の最も弱い箇所であることが多く、そこから疲労亀裂が始まる。したがって駆動リング９０に釣合いおもりを溶接することは、駆動軸アセンブリを製造する際に遭遇する追加の問題を解決する機会を提供する。釣合いおもりは通常鋼から作られ、この鋼はいかなるアルミニウム合金とも溶接性が良好でない。銅および多くの銅合金はこのような問題を有さないので、これらは、後者を溶接によって釣合いおもりを取り付けるために使用するつもりである場合に駆動リング用に最良の材料である。
【００５３】
良好な品質の溶接接合箇所を形成するために被溶接金属表面を清浄にすることは、いかなる磁気パルス溶接プロセスの中でも重要な工程である。しかし、表面の清浄度を評価するのに一般的に受け入れられるいかなる基準も、および磁気パルス溶接技術に関する清浄方法も存在していない。本質的に環境に優しくなくて他の欠点を有するいろいろな化学的清浄方法が使用されることが極めて多い。この理由からよりよい清浄方法を見出すために多くの試みが行われてきたが、溶接接合箇所の品質を保証することに関しては化学的方法を凌駕できるようになった方法はない。駆動軸の用途の調査では、乾式切削またはアセトンもしくはアルコールで潤滑した切削によって金属の被溶接面を機械加工すること（スキミング）は、ホーニング、サンダー仕上げ（ｓａｎｄｉｎｇ）、サンドブラスティング、ドライアイスブラスティングなど、他の機械的方法に比べて最良の結果をもたらすことが示されている。しかし疲労寿命に関しては、化学的に清浄にされた予熱のない磁気パルス溶接の接合箇所の品質は、機械的スキミング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｋｉｍｍｉｎｇ）後に溶接された接合箇所よりも良好である。
【００５４】
乾式切削、またはアセトンもしくはアルコールによる潤滑を用いた切削によってアルミニウム６０６１−Ｔ６合金の被溶接面を機械的にスキミングすると、本発明で説明した磁気パルス溶接プロセスによる溶接接合箇所について高い品質が与えられ、これは化学的な清浄化に匹敵することが分かってきた。
【００５５】
次いで本発明の方法についていくつかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００５６】
アルミニウム６０６１−Ｔ６合金から作られた駆動軸管１１４ｍｍ×２．５ｍｍの駆動軸管の１つの端部が、図３ａに示すレイアウトを用いて本発明に従ってアルミニウム６０６１−Ｔ６合金から作られた端部ヨークと溶接された。この管の第２の端部は、図３ｂに示すレイアウトに従って熱処理鋼４１４０から作られた管シャフトと溶接された。端部取付具を支持するためのツーリングは、図５および図８に示すようにパルス・インダクタと共に部分的に組み込まれた。１ターンのパルス・インダクタ４０およびパルス電源５０（図２を参照されたい）は米国特許第４１２９８４６号に従って作られた。バッテリ５４は約８．４ｘ１０＿３Ｆのキャパシタンス、約５ｋＶの最大電圧、および約１０５ｋＪの最大充電エネルギーを有した。放電回路は約１０ｋＨｚの周波数を有し、振幅電流は約３．５ｋＶのバッテリ電圧が使用される場合約１．４ＭＡであった。誘導加熱システム６０（図３を参照されたい）は、電源６２について約１０ｋＷの最大電力、および水冷で１ターンのインダクタ６１について約３０ｋＨの周波数を有した。予熱温度はＦｌｕｃｋｅ５ＩＩＩ温度計によって測定された。溶接前のアルミニウム部品はＡｒｃａｌ「Ｗｅｌｄ−Ｏ」（５％のフッ化水素酸を含有する）によって化学的に清浄にされ冷水で洗浄された、鋼製取付具はアセトンで清浄された。
【００５７】
オペレータ制御の磁気パルス溶接プロセスの場合、約７００°Ｆから約９００°Ｆまでの管端部の予熱温度がアルミニウム−アルミニウム継手とアルミニウム−鋼継手の両方に最適であることが分かった。また、自動制御の磁気パルス溶接プロセスの場合、最適温度は約１０００°Ｆなど、より高いこともあることが分かった。この温度が７５０°Ｆの場合、最大電圧は約２．６ｋＶで、最大充電エネルギーは約２８．４ｋＪであり、これはアルミニウム−アルミニウム継手とアルミニウム−鋼継手の両方について良好な品質の溶接接合箇所を得るのに十分であった。予熱のない場合で、約４・０ｋＶの最大電圧および約６７．２ｋＪの最大充電エネルギーを使用すると、これはアルミニウム−アルミニウム継手およびアルミニウム−鋼継手のいずれについても、いかなる溶接痕をこうむるにも不十分であった。一方、温度が約４００°Ｆよりも高いかまたは等しい場合、良好な品質のアルミニウム−アルミニウム継手を得るのに必要な最大電圧を実験的に見出すことは比較的容易であった。しかしこれは、溶接接合箇所に形成される脆性アルミニウム−鋼金属間構造の影響のためにアルミニウム−鋼継手について行うのと同様に容易なことではない。この一般的な傾向は、良好な品質のアルミニウム−鋼溶接継手を形成するために必要な最大電圧を見出すことが容易になるようにより高く温度を上昇させることである。ヨーク耳部の撓みはブッシング７４およびダンパ７６（図５を参照されたい）を使用することなく受け入れられた。したがって取付具ネック部の直近により高い可塑性を有する小さくて円形の均一な管部位があることにより駆動軸の最大静止トルクが低減され、その疲労寿命を延長するために大いに有利である。同じ試験条件下で直接比較すると、本発明による磁気パルス溶接は、予熱なしで磁気パルス溶接を使用することに比べて約５０％、および通常のアーク溶接に比べて２〜３倍駆動軸の疲労寿命を延長することが示された。
【実施例２】
【００５８】
アルミニウム６０６１−Ｔ６合金から作られた１２７ｍｍｘ２ｍｍの駆動軸管の両端部が、図３ａおよび図３ｂに示すレイアウトを用いて本発明に従ってアルミニウム６０６１−Ｔ６合金から作られた端部ヨークと溶接された。ツーリングおよび装置は上記のものと同様であった。良好なアルミニウム−アルミニウム溶接継手が約７５０°Ｆの温度、および約２．４ｋＶの最大電圧（約２４．２ｋＪの最大充電エネルギーである）を用いて実現された。多くのシャフトに関する金属の原子接合面（ａｔｏｍｉｃ  ｊｏｉｎｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）の部位の形状についての超音波測定では、１ターン加熱用インダクタのスリット部位における非一様な電磁場に関連付けることができるいかなる非一様性の存在も示さなかった。したがって本発明を用いると予熱の工程で管を回転することが必要でないことがあり、これは管誘導加熱の円形非一様性（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を排除するよく知られた方法である。
【００５９】
特許法の規定に従って、本発明の原理および作動の方式を好ましい実施形態で説明し図示した。本発明は、その精神または範囲から逸脱することなく、具体的に説明され図示されたようにではなく別の方法で実施できるということを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の方法により組み立てられ互いに固定される以前に示された駆動軸管および一対の端部取付具の部分断面の分解立面図である。
【図２】磁気パルス溶接作業を行うためのインダクタ内に組み立てられ配置されて示された図１に示す駆動軸管の一部および端部取付具のうちの１つの断面立面図である。
【図３ａ】磁気パルス溶接作業を行うための異なるレイアウトを示す図である。
【図３ｂ】磁気パルス溶接作業を行うための異なるレイアウトを示す図である。
【図３ｃ】磁気パルス溶接作業を行うための異なるレイアウトを示す図である。
【図３ｄ】磁気パルス溶接作業を行うための異なるレイアウトを示す図である。
【図４ａ】駆動軸アセンブリの被溶接部品を、本発明により互いに対して、およびインダクタに対して所定位置に配置する基本的な方法を示す図である。
【図４ｂ】駆動軸アセンブリの被溶接部品を、本発明により互いに対して、およびインダクタに対して所定位置に配置する基本的な方法を示す図である。
【図４ｃ】駆動軸アセンブリの被溶接部品を、本発明により互いに対して、およびインダクタに対して所定位置に配置する基本的な方法を示す図である。
【図５】本発明による、予熱用インダクタ内側に配置された駆動軸管端部、およびパルス・インダクタと共に組み込まれた支持用ツーリング内に配置された管ヨークを示す断面図である。
【図６】管ヨークに対して配置された管ヨーク支持用ツーリング（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ｔｏｏｌｉｎｇ）の拡大断面図である。
【図７】図６に示す管ヨーク支持用ツーリングの端部立面図である。
【図８】パルス・インダクタ内に組み込まれた管シャフトおよび支持用ツーリングを示す断面立面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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