(57)【要約】【課題】摩擦圧接構造の曲げ強度を向上する。【解決手段】アクスルエンド部１８とアクスルチューブ部１４は、摩擦圧接により接合される。アクスルエンド部１８は、軸方向に延びる円環状の第１環状突出部１８ａと、第１環状突出部１８ａよりも大きな径を有して軸方向に延びる円環状の第２環状突出部１８ｂと、を有する。アクスルチューブ部１４は、先端面が円環状に形成されている。第１環状突出部１８ａの先端面は、アクスルチューブ部１４の先端面と摩擦圧接により接合される。第２環状突出部１８ｂとアクスルチューブ部１４との間に支持部材２２が介装される。【選択図】図２
2008272818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材とが摩擦圧接により接合された摩擦圧接構造であって、
前記第１部材と前記第２部材の摩擦接合位置とは異なる位置で、前記第１部材と前記第２部材とに当接する支持部材を設けたことを特徴とする摩擦圧接構造。
【請求項２】
前記第１部材と前記第２部材は異種金属であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦圧接構造。
【請求項３】
前記第１部材は、軸方向に延びる円環状の第１環状突出部と、前記第１環状突出部よりも大きな径を有して軸方向に延びる円環状の第２環状突出部と、を有し、
前記第２部材は、先端面が円環状に形成されており、
前記第１環状突出部の先端面は、第２部材の先端面と摩擦圧接により接合され、
前記第２環状突出部と前記第２部材との間に前記支持部材が介装されることを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦圧接構造。
【請求項４】
前記第１環状突出部は、前記第２環状突出部よりも軸方向に短く形成されることを特徴とする請求項３に記載の摩擦圧接構造。
【請求項５】
デフケース部と、前記デフケース部に設けられる左右一対のアクスルチューブ部と、前記アクスルチューブ部の端部に設けられるアクスルエンド部と、を互いに接合することにより構成されるアクスルハウジングであって、
前記デフケース部と前記アクスルチューブ部、および前記アクスルチューブ部と前記アクスルエンド部は、請求項１から４のいずれかに記載の摩擦圧接構造により接合されることを特徴とするアクスルハウジング。
【請求項６】
前記アクスルチューブ部は鉄系材料により形成され、前記デフケース部および前記アクスルエンド部はアルミニウム系材料により形成されることを特徴とする請求項５に記載のアクスルハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材同士を摩擦圧接により接合した摩擦圧接構造、およびその摩擦圧接構造を用いたアクスルハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両用リジッドアクスルサスペンションに適用されるアクスルハウジングとして、ディファレンシャルギアが収容されるデフケース部、アクスルシャフトが挿入されるアクスルチューブ部などが、互いに溶接によって接合されたものが知られている。
【０００３】
このようなアクスルハウジングに用いられる溶接方法の一つとして、摩擦圧接がある。摩擦圧接は、部材の片側を回転させ、もう一方の部材を回転中の部材端面に押し付け、その時発生する摩擦熱により塑性変形しやすくなった所で回転を急停止させ、さらに高い圧力で押し付けることにより接合する方法である。摩擦圧接は、比較的簡易な作業で精度の高い接合が行えること、異種材料の接合に適していること、などの利点を有する（摩擦圧接については、たとえば特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００５−２７１０１５号公報
【特許文献２】特開平１１−１１８０８０号公報
【特許文献３】特開２００５−８１３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アクスルハウジングは、車両のいわゆるバネ下に位置する部材であるため、その重量はいわゆるバネ下重量となる。バネ下重量が大きくなると、車両の乗り心地や接地性に影響を与えてしまうので、アクスルハウジングはできるだけ軽量化することが好ましい。
【０００５】
本発明者は、アクスルハウジングを軽量化するために、様々な異種金属を摩擦溶接により接合したアクスルハウジングについて鋭意研究・開発を進める中で、異種金属の組み合わせによる摩擦圧接構造は、ねじり強度は強いが、曲げ強度は比較的弱いという課題を認識した。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩擦圧接構造の曲げ強度を向上する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の摩擦圧接構造は、第１部材と第２部材とが摩擦圧接により接合された摩擦圧接構造であって、第１部材と第２部材の摩擦接合位置とは異なる位置で、第１部材と第２部材とに当接する支持部材を設けた。
【０００８】
この態様によると、第１部材と第２部材の摩擦接合位置とは異なる位置に、第１部材と第２部材とに当接する支持部材を設けたことにより、支持部材を設けなかった場合に摩擦接合位置に生ずる曲げ応力を支持部材の当接位置に分散できるため、摩擦接合位置の曲げ応力を小さくできる。これにより、摩擦圧接構造全体としての曲げ強度を向上できる。
【０００９】
第１部材と第２部材は異種金属であってもよい。上述したように、異種金属の組み合わせによる摩擦圧接構造は、ねじり強度は強いが、曲げ強度は比較的弱い。従って、本発明に係る摩擦圧接構造は、第１部材と第２部材が異種金属の場合に特に有効である。
【００１０】
第１部材は、軸方向に延びる円環状の第１環状突出部と、第１環状突出部よりも大きな径を有して軸方向に延びる円環状の第２環状突出部と、を有し、第２部材は、先端面が円環状に形成されており、第１環状突出部の先端面は、第２部材の先端面と摩擦圧接により接合され、第２環状突出部と第２部材との間に支持部材が介装されてもよい。また、第１環状突出部は、第２環状突出部よりも軸方向に短く形成されてもよい。
【００１１】
この場合、支持部材を設けなかった場合に第１環状突出部の先端面と第２部材の先端面の摩擦接合位置に生ずる曲げ応力を、支持部材の当接位置に分散できるため、摩擦接合位置の曲げ応力を小さくできる。これにより、摩擦圧接構造全体としての曲げ強度を向上できる。
【００１２】
本発明の別の態様は、アクスルハウジングである。このアクスルハウジングは、デフケース部と、デフケース部に設けられる左右一対のアクスルチューブ部と、アクスルチューブ部の端部に設けられるアクスルエンド部と、を互いに接合することにより構成されるアクスルハウジングであって、デフケース部とアクスルチューブ部、およびアクスルチューブ部とアクスルエンド部は、上述の摩擦圧接構造により接合される。
【００１３】
この態様によると、デフケース部とアクスルチューブ部の接合位置、およびアクスルチューブ部とアクスルエンド部の接合位置の曲げ強度を向上したアクスルハウジングを構成することができる。
【００１４】
アクスルチューブ部は鉄系材料により形成され、デフケース部およびアクスルエンド部はアルミニウム系材料により形成されてもよい。この場合、デフケース部およびアクスルエンド部を鉄系材料よりも軽量なアルミニウム系材料で形成することにより、アクスルハウジングを軽量化できる。これにより、バネ下重量を小さくできるので、車両の乗り心地性、接地性、および燃費を向上できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、摩擦圧接構造の曲げ強度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るアクスルハウジング１０を示す図である。図１に示すアクスルハウジング１０は、車両の後輪側に用いられるリヤアクスルハウジングである。アクスルハウジング１０は、デフケース部１２と、デフケース部１２に設けられる左右一対のアクスルチューブ部１４、１６と、アクスルチューブ部１４、１６のそれぞれの端部に設けられるアクスルエンド部１８、２０と、を互いに接合することにより構成される。
【００１７】
デフケース部１２は、ディファレンシャルギアを回転自在に収容する。デフケース部１２は、アルミニウム系材料により形成される。アルミニウム系材料とは、アルミニウムまたはアルミニウムに各種の元素が合金されたアルミニウム合金をいう。デフケース部１２には、曲げ力がほとんどかからないため、鉄系材料より軽量なアルミニウム材料を使用することにより、デフケース部１２の軽量化を図ることができる。デフケース部１２は、鋳造や鍛造により形成することができる。また、デフケース部１２に焼き入れなどの熱処理を施してもよい。これにより、デフケース部１２の強度を高めることができる。
【００１８】
アクスルチューブ部１４、１６は、デフケース部１２から車幅方向の左右へ延びるように設けられる。デフケース部１２とアクスルチューブ部１４、およびデフケース部１２とアクスルチューブ部１６は、図２を用いて後述する摩擦圧接構造により接合されている。
【００１９】
アクスルチューブ部１４、１６には、ディファレンシャルギアからの駆動力を車輪に伝達するアクスルシャフトが挿入される。アクスルチューブ部１４、１６は、中空円筒形状に形成される。アクスルチューブ部１４、１６は、鉄系材料により形成される。鉄系材料とは、鉄または炭素鋼などの鉄系合金をいう。アクスルチューブ部１４、１６は、鋳造や鍛造により成形されてもよく、また押し出し成形や引き抜き成形により成形されてもよい。また、アクスルチューブ部１４、１６に焼き入れなどの熱処理を施してもよい。これにより、アクスルチューブ部１４、１６の強度を高めることができる。
【００２０】
アクスルチューブ部１４、１６には、車体に取り付けるためのブラケットなど、多くの部材が溶接される。このブラケットが溶接される部位には、曲げ応力が発生するため、曲げ強度の高い鉄系材料を用いている。また、ブラケットは、強度を要求される部材であるため鉄系材料により形成される場合が多い。従って、ブラケットと同種の鉄系材料にてアクスルチューブ部１４、１６を形成することにより、溶接性を高めることができる。
【００２１】
アクスルエンド部１８、２０は、アクスルチューブ部１４、１６の端部にそれぞれ接合されている。アクスルチューブ部１４とアクスルエンド部１８、およびアクスルチューブ部１６とアクスルエンド部２０もまた、図２を用いて後述する摩擦圧接構造により接合されている。
【００２２】
アクスルエンド部１８、２０は、一端部が幅広の厚肉円筒形状に形成される。アクスルエンド部１８、２０は、アルミニウム系材料により成形される。アルミニウム系材料を使用することにより、アクスルエンド部１８、２０の軽量化を図ることができる。アクスルエンド部１８、２０は、鋳造や鍛造により形成することができる。また、アクスルエンド部１８、２０に焼き入れなどの熱処理を施してもよい。これにより、アクスルエンド部１８、２０の強度を高めることができる。
【００２３】
図２は、アクスルチューブ部１４とアクスルエンド部１８の接合位置３０を示す断面図である。図２に示すように、アクスルチューブ部１４は、先端面が円環状に形成されている。
【００２４】
アクスルエンド部１８は、軸方向に延びる円環状の第１環状突出部１８ａと、第１環状突出部１８ａよりも大きな径を有して軸方向に延びる円環状の第２環状突出部１８ｂと、を有する。第１環状突出部１８ａは、第２環状突出部１８ｂよりも軸方向に短く形成されている。なお、ここでの軸方向の長さは、第１環状突出部１８ａ、第２環状突出部１８ｂが突出する根元部１８ｃから突出先端面までの距離をいう。
【００２５】
アクスルエンド部１８において、第１環状突出部１８ａの外周面１８ｄと第２環状突出部１８ｂの内周面１８ｅは、所定距離離間するように形成されている。また、第１環状突出部１８ａの外径は、アクスルチューブ部１４の外径と略等しくなるように形成されている。
【００２６】
第１環状突出部１８ａの先端面は、アクスルチューブ部１４の先端面と摩擦圧接により接合される。摩擦圧接は、第１環状突出部１８ａの円環状の先端面とアクスルチューブ部１４の円環状の先端面を圧接し、アクスルエンド部１８とアクスルチューブ部１４を相対的に回転させて両者の先端面に摩擦熱を発生させ、摩擦熱による加熱が所定条件に達したときに、さらに大きな力を作用させて圧接することにより行われる。摩擦圧接で接合されることにより、インサートなどの別部材を設ける必要なくアクスルエンド部１８とアクスルチューブ部１４を接合することができる。また、鉄系材料とアルミニウム系材料を摩擦圧接することにより、ねじり力に対してより高い強度を得ることができる。
【００２７】
本実施の形態では、アクスルエンド部１８の第１環状突出部１８ａ先端面とアクスルチューブ部１４先端面の摩擦接合位置４０とは異なる位置で、アクスルエンド部１８とアクスルチューブ部１４とに当接する支持部材２２が設けられている。
【００２８】
支持部材２２は、円筒部２２ａと、円筒部２２ａの内周縁に沿って所定の厚みで軸方向に突出した環状突出部２２ｂと、を有する。支持部材２２は、金属材料により形成される。円筒部２２ａおよび環状突出部２２ｂの内径は、アクスルチューブ部１４の外径と略同一の大きさに形成される。また、円筒部２２ａの外径は、アクスルエンド部１８の第２環状突出部１８ｂの内径よりも大きく、好ましくは、第２環状突出部１８ｂの外径と略同一の大きさに形成される。また、環状突出部２２ｂの外径は、後述する圧入のために、第２環状突出部１８ｂの内径よりもやや大きく形成される。
【００２９】
支持部材２２は、アクスルチューブ部１４の外周面と第２環状突出部１８ｂの内周面との間の空間に、圧入されることにより介装される。アクスルチューブ部１４にアクスルエンド部１８を接合する際には、まず支持部材２２にアクスルチューブ部１４を挿通しておき、その後、アクスルエンド部１８の第１環状突出部１８ａ先端面とアクスルチューブ部１４の先端面を摩擦圧接により接合する。摩擦圧接により、第１環状突出部１８ａと第２環状突出部１８ｂの間の空間、およびアクスルエンド部１８の内周側の空間にバリ４２が生じる。その後、支持部材２２の円筒部２２ａをアクスルエンド部１８方向に加圧することにより、アクスルチューブ部１４の外周面と第２環状突出部１８ｂの内周面との間の空間に、支持部材２２の環状突出部２２ｂを圧入する。
【００３０】
円筒部２２ａの外径を、アクスルエンド部１８の第２環状突出部１８ｂの内径よりも大きく形成することにより、圧入する際のストッパとして機能させることができる。圧入をスムーズに行うために、環状突出部２２ｂ先端面外周部、および第２環状突出部１８ｂの先端面内周部は、面取りされていることが好ましい。圧入しろは、たとえば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度確保することが好ましい。
【００３１】
本実施の形態では、アクスルチューブ部１４とアクスルエンド部１８の接合位置３０を上記のように構成したことにより、支持部材２２を設けなかった場合に第１環状突出部１８ａの先端面とアクスルチューブ部１４先端面の摩擦接合位置４０に生ずる応力を、支持部材２２の当接位置に分散できるため、摩擦接合位置４０の曲げ応力を小さくできる。これにより、接合位置３０全体としての曲げ強度を向上できる。
【００３２】
他方のアクスルチューブ部１６とアクスルエンド部２０の接合位置３２においても、支持部材２４を用いて接合位置３０と同様の摩擦圧接構造により接合される。また、デフケース部１２とアクスルチューブ部１４、１６の接合位置３４、３６においても、支持部材２６、２８を用いて、接合位置３０と同様の摩擦圧接構造により接合される。接合位置３４、３６においては、デフケース部１２の接合部位に、アクスルエンド部１８と同様の第１環状突出部および第２環状突出部が形成される。
【００３３】
以上のように構成されたアクスルハウジング１０によれば、接合位置３０、３２、３４、３６に、それぞれ支持部材２２、２４、２６、２８を設けたことにより、各接合位置の曲げ強度を向上できる。さらに、デフケース部１２およびアクスルエンド部１８、２０を鉄系材料より軽量なアルミニウム系材料で形成しているので、アクスルハウジング１０の軽量化を図ることができる。これにより、アクスルハウジングとして要求される強度を確保しつつ、車両の乗り心地性、接地性、および燃費を向上することができる。
【００３４】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３５】
上述の実施の形態では、アクスルハウジングについて説明したが、本実施の形態に係る摩擦圧接構造は、たとえばアクスルシャフト等の他の部材にも当然適用できる。
【００３６】
また、上述の実施の形態では、鉄系材料とアルミニウム系材料を接合する摩擦圧接構造について説明したが、本実施の形態に係る摩擦圧接構造は、他の異種金属材料の組み合わせの接合や、同種の金属材料同士の接合の場合にも、適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係るアクスルハウジングを示す図である。
【図２】アクスルチューブとアクスルエンド部の接合位置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  アクスルハウジング、  １２  デフケース部、  １４、１６  アクスルチューブ部、  １８、２０  アクスルエンド部、  １８ａ  第１環状突出部、  １８ｂ  第２環状突出部、  ２２、２４、２６、２８  支持部材、  ３０、３２、３４、３６  接合位置。
【図１】
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【図２】
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