JP2014119096A - 等速自在継手の外側継手部材の製造方法および外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接コストの削減、コスト低減、生産管理の負荷低減を可能にする外側継手部材の製造方法および外側継手部材を提供する。
【解決手段】等速自在継手の外側継手部材の製造方法において、製造工程として、カップ部材１２ａは、その筒状部１２ａ１と底部１２ａ２を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程において底部１２ａ２の肉厚内に接合用孔を形成して完成部品としてのカップ部材１２ａを準備し、軸部材１３ａの機械加工工程においてカップ部材１２ａの底部１２ａ２と接合される軸部材１３ａの端部に接合用外面を形成して完成部品としての軸部材１３ａを準備し、完成部品としてのカップ部材１２ａの接合用孔と軸部材１３ａの接合用外面を嵌合して、この嵌合部にカップ部材１２ａの内側からビームを照射して溶接するものであって、嵌合部の直径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

この発明は、等速自在継手の外側継手部材の製造方法および外側継手部材に関する。

自動車や各種産業機械の動力伝達系を構成する等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸をトルク伝達可能に連結すると共に、前記二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達することができる。等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手とに大別され、例えば、自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトにおいては、デフ側（インボード側）に摺動式等速自在継手が使用され、駆動車輪側（アウトボード側）には固定式等速自在継手が使用される。

摺動式又は固定式を問わず、等速自在継手は主要な構成部材として、内周面にトルク伝達要素が係合するトラック溝を形成したカップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びた軸部とを有する外側継手部材を備えている。この外側継手部材は、中実の棒状素材（バー材）を鍛造加工やしごき加工等の塑性加工、切削、熱処理、研削等の加工を施すことによって、カップ部と軸部とを一体成形する場合が多い。

ところで、外側継手部材として、長寸の軸部（ロングステム）を有するものを用いる場合がある。左右のドライブシャフトの長さを等しくするために、片側のドライブシャフトのインボード側外側継手部材をロングステムにし、このロングステムが転がり軸受によって回転支持される。ロングステム部の長さは、車種により異なるが、概ね３００〜４００ｍｍ程度である。この外側継手部材では、軸部が長寸であるために、カップ部と軸部を精度良く一体成形することが困難である。そのため、カップ部と軸部を別部材で構成し、両部材を摩擦圧接にて接合するものがある。このような摩擦圧接技術が、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された外側継手部材の摩擦圧接技術の概要を図１４および図１５に基づいて説明する。外側継手部材７１の中間製品７１’は、カップ部材７２および軸部材７３からなり、摩擦圧接によって接合されている。図１４に示すように、接合部７４は、圧接に伴って内外径にバリ７５が生じる。外側継手部材７１の中間製品７１’の軸部に転がり軸受（図１参照）を装着するために、図１５に示すように、接合部７４の外径側のバリ７５を旋削等の加工により取り除く必要がある。図示は省略するが、中間製品７１’はスプラインや止め輪溝等を機械加工して外側継手部材７１の完成品となる。したがって、外側継手部材７１と中間製品７１’との間に細部の形状に異なるところがあるが、図１５では、説明を簡略化するため細部の形状の相違点は省略して、完成品としての外側継手部材７１と中間製品７１’を同じ部分に符号を付している。以降の説明においても同様とする。

特開２０１２−５７６９６号公報

前述した摩擦圧接によって生じた接合部７４のバリ７５は、摩擦熱とその後の冷却によって焼入れされて高い硬度を有すると共に、径方向と軸方向とに広がる歪んだ形状をしている。したがって、図１５に示すように、外径側のバリ７５を旋削加工で除去する際、高い硬度によって旋削チップが激しく摩耗し、また、歪んだ形状によって旋削チップに欠けが生じやすい。そのため、旋削速度を上げることが難しく、旋削チップの１つのパス当たりの切削量が少なくパス数が増大するので、サイクルタイムが長く製造コストが上がるという問題がある。

また、外側継手部材７１の接合部７４の接合状態を検査するために、高速探傷が可能な超音波探傷を行おうとしても、接合部７４の内径側に残るバリ７５によって超音波が散乱するため接合状態を確認できない。したがって、接合直後では超音波探傷による全数検査ができないという問題もある。

上記の問題に対して、接合にレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接を行うことによって、摩擦圧接のような接合部表面の盛り上がりを抑えることが考えられるが、図１６に示すようなカップ部材７２と軸部材７３を突き合わせて溶接した場合、溶接中の加工熱により、中空空洞部７６内の気体圧力が上昇し、溶接終了後は圧力の減少が生じる。この中空空洞部７６の内圧の変化により、溶融物の吹き上がりが発生し、溶接部の外径の表面に凹み、溶接深さ不良や溶接内部に気泡が生じて溶接状態が悪化する。その結果、溶接部の強度が安定せず、品質に悪影響を及ぼすことになる。

この対策として、カップ部材７２と軸部材７３を突き合わせ部位に形成される中空空洞部７６を真空化して溶接することも考えられるが、後述するように技術面やコスト面等で問題が残ることが判明した。

さらに、前述した図１４および図１５の摩擦圧接や図１６の溶接に用いたカップ部材７２と軸部材７３は、軸部分の途中位置で接合するものである。そのため、後述するように生産性の向上やカップ部材の品種統合によるコスト低減の面でも問題があることが判明した。

本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、溶接部の強度、品質の向上と共に溶接コストの削減、生産性の向上、並びに品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷低減を可能にする外側継手部材の製造方法および外側継手部材を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意検討および検証し、以下の知見を見出した。そして、これらの多面的な知見を基に、新たな製造コンセプトを着想し、本発明に至った。
（１）レーザ溶接や電子ビーム溶接における生産技術の面では、カップ部材７２と軸部材７３を密閉空間に設置して真空引きし、中空空洞部７６を真空化して溶接すると、製品サイズにより真空引きに要する時間が異なるといった問題がある。特に、ロングステムタイプの外側継手部材のような長い軸部材を溶接する場合、真空引き時間を多く要するため、サイクルタイムが長くなり、接合工程のコストアップに繋がる。
（２）また、生産性の面では、生産性向上を図るために、焼入れ焼戻しの熱処理を施した完成状態のカップ部材と軸部材を溶接する場合、溶接時の熱で周辺部の温度が上昇し、熱処理部の硬度が低下する問題がある。この対策として、溶接中に水冷や空冷等でワークとしてのカップ部材と軸部材を冷却する方法が考えられるが、密閉空間で適用した場合、真空度が下がり、前述した溶接部の強度の不安定や品質への悪影響という問題が依然として残ることが判明した。
（３）さらに、生産性や品種統合の面では、図１４〜１６に示すカップ部材７２は、鍛造加工等によりカップ部の底部より縮径された短軸部を有する形状であり、カップ部材７２と軸部材７３は、軸部の途中位置で接合されている。軸部材７３は、組み付けられる車両によって、標準的な長さのステムやロングステムというタイプの違いに加えて、種々の軸径や外周形状が要求される。したがって、この軸部材７３と接合されるカップ部材７２の短軸部の軸径（接合径）や形状、長さ（接合位置）の両方が異なるため、一種類の軸部材７３に対して専用のカップ部材７２が必要になる。したがって、生産性の向上やカップ部材の品種統合によるコスト低減の面でも問題があることが判明した。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを溶接してなる等速自在継手の外側継手部材の製造方法において、前記カップ部材と軸部材を中炭素鋼で形成し、製造工程として、前記カップ部材は、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程および熱処理工程を含み、前記機械加工工程において前記底部の肉厚内に接合用孔を形成して完成部品としてのカップ部材を準備し、前記軸部材は、機械加工工程および熱処理工程を含み、前記軸部材の機械加工工程において前記カップ部材の底部と接合される前記軸部材の端部に接合用外面を形成して完成部品としての軸部材を準備し、前記完成部品としてのカップ部材の接合用孔と軸部材の接合用外面を嵌合して、この嵌合部に前記カップ部材の内側からビームを照射して溶接するものであって、前記嵌合部の直径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたことを特徴とする。

また、等速自在継手の外側継手部材としての本発明は、トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを溶接してなる等速自在継手の外側継手部材において、前記カップ部材と軸部材が中炭素鋼からなり、前記カップ部材は、鍛造加工により筒状部と底部が一体成形され、この底部の肉厚内に接合用孔が形成されたものであり、前記軸部材は、前記底部に接合される端部に接合用外面が形成されたものであり、前記接合用孔に接合用外面が嵌合されて前記カップ部材と軸部材が溶接されており、この溶接部が前記カップ部材の内側から照射されたビードで形成されていると共に、前記接合用孔と接合用外面の嵌合部の直径がジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されていることを特徴とする。

ここで、特許請求の範囲および本明細書において、接合用孔と接合用外面の嵌合部の直径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたとは、カップ部材が１つのジョイントサイズで１種類、すなわち、１品番ということに限定されるものではなく、例えば、最大作動角の異なる仕様により１つのジョイントサイズで複数の種類（複数品番）のカップ部材を設定し、これらのカップ部材の上記嵌合部の直径を同一寸法にしたものを包む概念のものである。また、接合用孔と接合用外面の嵌合部の直径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたとは、等速自在継手の形式が異なる場合も含むものであり、例えば、インボード側では、トリポード型等速自在継手とダブルオフセット型等速自在継手の上記嵌合部の直径を同一寸法にすることや、アウトボード側では、ツェッパ型等速自在継手とアンダーカットフリー型等速自在継手の上記嵌合部の直径を同一寸法にすることも含む概念のものである。さらには、インボード側とアウトボード側の等速自在継手の上記嵌合部の直径を同一にすることも可能である。

上記の構成により、溶接部の強度、品質の向上、溶接コストの削減と共に、カップ部材および軸部材の生産性の向上、並びにカップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の軽減が可能な外側継手部材の製造方法および外側継手部材を実現することができる。

具体的には、上記の溶接前にカップ部材と軸部材の少なくとも一方に完成部品としての熱処理後の研削加工や焼入れ後切削加工等の仕上げ加工が施されていることが望ましい。これにより、ジョイントサイズ毎に共用化された完成部品としてのカップ部材と車種毎に種々の軸部仕様を備えた軸部材が得られるので、それぞれ、品番を付与して管理することができる。したがって、カップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷軽減が顕著となる。また、共用化されたカップ部材と種々の軸部仕様を備えた軸部材は、鍛造加工、旋削加工、熱処理、さらには研削加工や焼入れ後の切削加工等の仕上げ加工を経た完成部品まで、それぞれ別々に製造でき、段取り削減等も含めて生産性が向上する。ただし、本明細書および特許請求の範囲において、完成部品としてのカップ部材や軸部材とは、前述した熱処理後の研削加工や焼入れ後の切削加工等の仕上げ加工（例えば、軸受装着面や滑り軸受面）が施されたものに限られず、前記仕上げ加工を残した熱処理完了状態のカップ部材や軸部材を含む概念のものである。

上記の溶接を電子ビーム溶接とすることにより、接合部にバリが生じることがない。接合部の後加工の省略による製造コスト削減、さらには、接合部の超音波探傷による全数検査が確実に実施できる。また、電子ビーム溶接により、深い溶け込みが得られるので溶接強度が高く、かつ熱歪を小さくできる。

上記のカップ部の内部を大気圧以下の状態で溶接することが望ましい。カップ部材の内部空間を真空引きするので、真空引きする空間が減少するため、サイクルタイムの短縮が可能になると共に、製品サイズによる真空引き時間の差を低減することができ、サイクルタイムを増加することなく他型番、品種に対応できる。また品質面では、カップ部材の内部空間を真空引きするので、溶接部の品質を向上できる。

上記のカップ部および軸部を冷却しながら溶接することが望ましい。これにより、焼入れ焼戻しの熱処理を施した完成部品としてのカップ部材と軸部材を溶接する場合であっても、溶接時の熱で周辺部の温度が上昇による熱処理部の硬度が低下するという問題が解消される。また、カップ部および軸部を冷却する部位が、真空引きするカップ部材の内部空間と遮断されているので、真空度が下がることによる溶接部の強度の不安定や品質への悪影響という問題も解消される。

上記の溶接前にカップ部材と軸部材の接合箇所を２００℃〜６５０℃に予熱することや溶接後にカップ部材と軸部材の接合箇所を２００℃〜６５０℃に後熱することが望ましい。これにより、溶接後の冷却速度を遅くすることで焼き割れを防止することができ、溶接した部位の硬度を調整し、良好な溶接状態を得ることができる。

上記のカップ部材と軸部材の溶接部の硬度はＨｖ２００〜５００の範囲が好ましい。Ｈｖ２００未満では製品機能上必要な強度の確保が困難であり望ましくない。一方、Ｈｖ５００を超えると割れが発生する恐れが生じるため望ましくない。

本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の製造方法および外側継手部材によれば、溶接部の強度、品質の向上、溶接コストの削減と共に、カップ部材および軸部材の生産性の向上、並びにカップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の軽減が可能な外側継手部材の製造方法および外側継手部材を実現することができる。

本発明に係る外側継手部材についての第１の実施形態を適用したドライブシャフトの全体構造を示す図である。 外側継手部材を拡大した部分縦断面図、溶接部の拡大図および側面図である。 上記の外側継手部材の製造工程を示す概要図である。 溶接前のカップ部材を示す縦断面図である。 溶接前の軸部材を示す正面図である。 溶接前にカップ部材と軸部材を嵌合させた状態を示す部分縦断面図である。 本発明に係る製造方法についての実施形態における溶接方法を示す概要図である。 品番の異なる軸部材を示す正面図である。 上記の軸部材を用いて製造した外側継手部材を示す部分縦断面図である。 カップ部材の品種統合の例を示す図である。 外側継手部材の製造工程の一部変形例を示す概要図である。 本発明に係る外側継手部材についての第２の実施形態を使用した等速自在継手を示す部分縦断面図である。 上記の外側継手部材を示す縦断面図である。 従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。 従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。 従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の製造方法についての実施の形態を図３〜１１に示し、本発明に係る外側継手部材についての第１の実施形態を図１および図２に示す。はじめに、外側継手部材についての第１の実施形態を図１および図２に基づいて説明し、続いて、外側継手部材の製造方法についての実施形態を図３〜１１に基づいて説明する。

図１は、第１の実施形態の外側継手部材１１が使用されたドライブシャフト１の全体構造を示す図である。ドライブシャフト１は、デフ側（図中右側：以下、インボード側ともいう）に配置される摺動式等速自在継手１０と、駆動車輪側（図中左側：以下、アウトボード側ともいう）に配置される固定式等速自在継手２０と、両等速自在継手１０、２０をトルク伝達可能に連結する中間シャフト２とを主要な構成とする。

図１に示す摺動式等速自在継手１０は、いわゆるトリポード型等速自在継手（ＴＪ）であり、カップ部１２とカップ部１２の底部から軸方向に延びた長寸軸部（ロングステム部）１３とを有する外側継手部材１１と、外側継手部材１１のカップ部１２の内周に収容された内側継手部材１６と、外側継手部材１１と内側継手部材１６との間に配置されたトルク伝達要素としてのローラ１９とを備える。内側継手部材１６は、ローラ１９を外嵌した３本の脚軸１８が円周方向等間隔に設けられたトリポード部材１７で構成される。

ロングステム部１３の外周面にはサポートベアリング６の内輪が固定されており、このサポートベアリング６の外輪は、図示しないブラケットを介してトランスミッションケースに固定されている。外側継手部材１１は、サポートベアリング６によって回転自在に支持され、このようなサポートベアリング６を設けておくことにより、運転時等における外側継手部材１１の振れが可及的に防止される。

図１に示す固定式等速自在継手２０は、いわゆるツェッパ型等速自在継手であり、有底筒状のカップ部２１ａとカップ部２１ａの底部から軸方向に延びた軸部２１ｂとを有する外側継手部材２１と、外側継手部材２１のカップ部２１ａの内周に収容された内側継手部材２２と、外側継手部材２１のカップ部２１ａと内側継手部材２２との間に配置されたトルク伝達要素としてのボール２３と、外側継手部材２１のカップ部２１ａの内周面と内側継手部材２２の外周面との間に配され、ボール２３を保持する保持器２４とを備える。なお、固定式等速自在継手２０として、アンダーカットフリー型等速自在継手が用いられる場合もある。

中間シャフト２は、その両端部外径にトルク伝達用のスプライン（セレーションを含む。以下、同じ）３を有する。そして、インボード側のスプライン３を摺動式等速自在継手１０のトリポード部材１７の孔部とスプライン嵌合させることにより、中間シャフト２と摺動式等速自在継手１０のトリポード部材１７とがトルク伝達可能に連結される。また、アウトボード側のスプライン３を固定式等速自在継手２０の内側継手部材２２の孔部とスプライン嵌合させることにより、中間シャフト２と固定式等速自在継手２０の内側継手部材２２とがトルク伝達可能に連結される。この中間シャフト２として、中実タイプを示したが、中空タイプを用いることもできる。

両等速自在継手１０、２０の内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。グリースの外部漏洩や継手外部からの異物侵入を防止するため、摺動式等速自在継手１０の外側継手部材１１と中間シャフト２との間、および固定式等速自在継手２０の外側継手部材２１と中間シャフト２との間には、蛇腹状のブーツ４、５がそれぞれ装着されている。

図２に基づき、第１の実施形態の外側継手部材を説明する。図２は、本実施形態の外側継手部材１１を拡大して示したもので、図２（ａ）は部分縦断面図で、図２（ｂ）は側面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ部の拡大図である。外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面の円周方向三等分位置にローラ１９（図１参照）が転動するトラック溝３０と内周面３１が形成された有底筒状のカップ部１２と、カップ部１２の底部から軸方向に延び、カップ部１２の開口側とは反対側（インボード側）の端部外周にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが設けられたロングステム部１３とからなる。本実施形態では、外側継手部材１１は、カップ部材１２ａ、軸部材１３ａが溶接されて形成されている。

図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように、カップ部材１２ａは、内周にトラック溝３０と内周面３１が形成された筒状部１２ａ１と底部１２ａ２からなる一体成形品である。軸部材１３ａは、カップ部材１２ａ寄りの外周に軸受装着面１４および止め輪溝１５が形成され、インボード側の端部にスプラインＳｐが形成されている。カップ部材１２ａの底部１２ａ２の接合用孔５０と軸部材１３ａのアウトボード側端部の接合用外面５１とが嵌合され（図６参照）、接合用孔５０と接合用外面５１の嵌合部６０が電子ビーム溶接により溶接されている。図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように、溶接部４９は、カップ部材１２ａの内側から照射されたビードで形成されている。詳細は後述するが、接合用孔５０と接合用外面５１の嵌合部６０の直径は、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されている。溶接部４９が、軸部材１３ａの端部に形成されるので、軸受装着面１４などの後加工が省略でき、また、電子ビーム溶接のため溶接部にバリが出ないので、溶接部の後加工も省略でき、製造コストが削減できる。さらに、溶接部の超音波探傷による全数検査を確実に実施できる。

次に、本発明に係る製造方法についての実施形態を図３〜１１に基づいて説明する。図３に、外側継手部材の製造工程の概要を示す。カップ部材１２ａは、図示のように、バー材切断工程Ｓ１ｃ、鍛造加工工程Ｓ２ｃ、しごき加工工程Ｓ３ｃ、旋削加工工程Ｓ４ｃおよび熱処理工程Ｓ５ｃを主な製造工程として完成部品となる。一方、軸部材１３ａは、バー材切断工程Ｓ１ｓ、旋削加工工程Ｓ２ｓ、スプライン転造加工工程Ｓ３ｓ、熱処理工程Ｓ４ｓおよび研削加工工程Ｓ５ｓを主な製造工程として完成部品となる。完成部品としてのカップ部材１２ａと軸部材１３ａは、それぞれ、品番が付与されて管理される。その後、カップ部材１２ａと軸部材１３ａとが溶接工程Ｓ６を経て外側継手部材１１が完成する。特許請求の範囲における機械加工工程とは、上記の製造工程のうち、旋削加工工程Ｓ４ｃ、旋削加工工程Ｓ２ｓおよび研削加工工程Ｓ５ｓを意味する。

各工程の概要を説明する。各工程は、代表的な例を示すものであって、必要に応じて適宜変更や追加を行うことができる。まず、カップ部材１２ａの製造工程を説明する。

[バー材切断工程Ｓ１ｃ]
鍛造重量に基づいて所定長さで切断し、ビレットを製作する。

[鍛造加工工程Ｓ２ｃ]
ビレットを鍛造加工によりカップ部材１２ａの筒状部１２ａ１と底部１２ａ２を一体成形し素形材を製作する。

[しごき加工工程Ｓ３ｃ]
前記素形材のトラック溝３０および円筒面３１をしごき加工して、カップ部材１２ａの筒状部１２ａ１の内周を仕上げる。

[旋削加工工程Ｓ４ｃ]
しごき加工後の素形材に、外周面、ブーツ取付溝３２などと底部１２ａ２の肉厚内に接合用孔５０（図４参照）を旋削加工する。

[熱処理工程Ｓ５ｃ]
旋削加工後、少なくともカップ部材１２ａのトラック溝３０に熱処理としての焼き入れ焼き戻しを行う。これにより、カップ部材１２ａは完成部品となり、品番が付与されて管理される。

次に、軸部材１３ａの製造工程を説明する。
[バー材切断工程Ｓ１ｓ]
軸部全長に基づいて所定長さで切断し、ビレットを製作する。

[旋削加工工程Ｓ２ｓ]
ビレットの外周面（軸受装着面１４、止め輪溝１５、スプライン下径、端面など）とアウトボード側端部の接合用外面５１（図５参照）を旋削加工する。

[スプライン転造加工工程Ｓ３ｓ]
旋削加工後の軸部材の中間製品にスプラインを転造加工する。ただし、スプラインの加工は転造加工に限られるものではなく、適宜プレス加工等に置き換えることもできる。

[熱処理工程Ｓ４ｓ]
軸部材の外周の必要範囲を熱処理としての高周波焼き入れ焼き戻しを行う。軸端の接合用外面は熱処理を施さない。

[研削加工工程Ｓ５ｓ]
熱処理後、軸部材１３ａの軸受装着面１４等を研削加工して仕上げる。これにより、軸部材１３ａは完成部品となり、品番が付与されて管理される。

[溶接工程Ｓ６]
完成部品としてのカップ部材１２ａと軸部材１３ａを嵌合し溶接する。これにより、外側継手部材１１が完成する。

次に、本実施形態の製造方法の特徴的な部分を詳細に説明する。図４は、完成部品としてのカップ部材１２ａの溶接前の状態を示す縦断面図である。カップ部材１２ａは、内周にトラック溝３０と内周面３１が形成された筒状部１２ａ１とそのインボード側端部から半径方向内方に延びる底部１２ａ２からなり、底部１２ａ２の肉厚内に接合用孔５０が形成されている。カップ部材１２ａは、Ｓ５３Ｃ等の０．４０〜０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなる。前述した旋削加工工程Ｓ４ｃにおいて接合用孔５０が切削加工される。図示は省略するが、トラック溝３０やその他の所定部分にはＨＲＣ５８〜６２程度の硬化層が形成されている。

図５に完成部品としての軸部材１３ａの溶接前の状態を示す。軸部材１３ａは、アウトボード側端部にカップ部材１２ａの接合用孔５０に嵌合される接合用外面５１が形成され、接合用外面５１に隣接する位置に軸受装着面１４、止め輪溝１５、そしてインボード側端部にスプラインＳｐが形成されている。軸部材１３ａは、Ｓ４０Ｃ等の０．３０〜０．５５重量％の炭素を含む中炭素鋼からなる。図示は省略するが、外周面の所定範囲に熱処理としての高周波焼入れによりＨＲＣ５０〜６２程度の硬化層が形成されている。接合用外面５１は熱処理を施さない。熱処理工程Ｓ４ｓ後に、軸受装着面１４は研削加工等により仕上げ加工されている。

図４に示すカップ部材１２ａの底部１２ａ２の接合用孔５０の直径Ｂは、１つのジョイントサイズで同一寸法に設定されている。図５に示す軸部材１３ａはロングステム用のものであるが、接合用孔５０に嵌合するアウトボード側端部の接合用外面５１直径Ｃは、軸径や外周形状に関係なく、直径Ｂと同一の一定の隙間をもった寸法に設定されている。このように寸法設定されているので、カップ部材１２ａを共用化しておいて、軸部材１３ａのみを車種に応じた種々の軸径、長さや外周形状に製作し、両部材１２ａ、１３ａを溶接することにより、種々の車種に適合する外側継手部材１１を製作することができる。

上記のようにして製作された完成品としてのカップ部材１２ａと軸部材１３ａを図６に示すように圧入嵌合する。カップ部材１２ａの圧入部７７と軸部材１３ａの圧入部７８が圧入嵌合されるので、両部材１２ａ、１３ａが同軸に芯出し状態で仮固定される。

次に、本発明の製造方法についての実施形態の溶接工程Ｓ６を図７に基づいて説明する。図７は、溶接工程Ｓ６の概要を示す。圧入嵌合で仮固定されたカップ部材１２ａと軸部材１３ａを溶接装置（図示省略）にセットする。図７に示すように、カップ部材１２ａの開口端部にカバー部材５２に設けたシール部材５３を当接させ、カップ部材１２ａの内部に密閉空間５４を形成する。カバー部材５２には電子銃５５が設置されると共に密閉空間５４を真空引きするために真空ポンプ５６が管路５７を介して接続されている。カップ部材１２ａの外周面の外側と軸部材１３ａの外周面の外側に冷却ジャケット５８が設置されている。

具体的には、カップ部材１２ａの開口端部にカバー部材５２に設けたシール部材５３を当接させ、カップ部材１２ａの内部に密閉空間５４を形成した後、密閉空間５４を大気圧以下の１．３ｐａ程度まで真空引きする。本実施形態では、密閉空間５４がカップ部材１２ａの内部に限定され、空間容積が減少するため、真空引きのサイクルタイムが短縮される。真空引きと共に、溶接後の急冷を防止し溶接部の高硬度化を抑制するために電子ビーム５９により接合用孔５０と接合用外面５１の嵌合部６０を含む周辺を２００〜６５０℃になるように予熱する。予熱は、電子ビーム５９のビーム幅を拡げて、ビームを高速で旋回させて行う。予熱後、図示のように電子ビーム５９のビームを絞って溶接するが、冷却ジャケット５８により、カップ部材１２ａの筒状部１２ａ１の外周と軸部材１３ａの軸受装着面１４の周辺外周を冷却しながら溶接する。予熱によって、溶接部の硬度をＨｖ２００〜５００に調整することで、必要強度を満足する良好な溶接部を得ることができると共に、熱処理した部分の硬度低下を防止することができる。

前述した溶接工程Ｓ７では、溶接部の硬度を調整するために、溶接前に予熱を実施した例を説明したが、溶接後に接合箇所を２００℃〜６５０℃に後熱し、溶接部の硬度を調整してもよい。また、予熱、後熱は、電子ビーム以外の誘導加熱等の熱源で実施してもよい。

次に、カップ部材の品種統合について、前述した図５に示すロングステムタイプの軸部材１３ａとは異なる品番の軸部材を例示して補足説明する。図８および図９に示す軸部材１３ａ’は、インボード側の標準的なステム用のものである。軸部材１３ａ’には、カップ部材１２ａの底部１２ａ２の接合用孔５０（図４参照）に嵌合する接合用外面５１が形成されている。この接合用外面５１の直径Ｃは、図５に示したロングステムタイプの軸部材１３ａの接合用外面５１の直径Ｃと同一寸法に形成されている。

この軸部材１３ａ’は、インボード側の標準的なステム用のため、軸部の長さが短く、軸方向中央部に滑り軸受面１８が形成され、この滑り軸受面１８に複数の油溝１９が形成されている。インボード側の端部にはスプラインＳｐと止め輪溝４８が形成されている。このように、標準的な長さのステムやロングステムというタイプの違いや、車種毎の種々の軸径や外周形状が異なっても、軸部材１３ａ、１３ａ’の接合用外面５１の直径Ｃは同一寸法に設定されている。

カップ部材１２ａと軸部材１３ａ、１３ａ’の接合用孔５０と接合用外面５１の嵌合部の直径Ｂ、Ｃがジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されているので、ジョイントサイズ毎に共用化されたカップ部材と車種毎に種々の軸部仕様を備えた軸部材が完成部品として準備することができ、カップ部材と軸部材それぞれに品番を付与して管理することができる。そして、カップ部材を品種統合しても、車種毎に種々の軸部仕様を備えた軸部材と組み合わせて、要求に応じた種々の外側継手部材１１を迅速に製作することができる。したがって、カップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷を軽減することができる。

以上の要約として、カップ部材の品種統合の例を図１０に示す。図示のようにカップ部材は、１つのジョイントサイズで共用化され、例えば、品番Ｃ００１が付与されて管理される。これに対して、軸部材は、車種毎に種々の軸部仕様を備え、例えば、品番Ｓ００１、Ｓ００２、〜Ｓ（ｎ）が付与されて管理される。そして、例えば、品番Ｃ００１のカップ部材と品番Ｓ００１の軸部材を組み合わせて溶接すると、品番Ａ００１の外側継手部材を製作することができる。このように、カップ部材の品種統合により、コスト低減、生産管理の負荷を軽減することができる。この品種統合において、カップ部材は、１つのジョイントサイズで１種類、すなわち、１型番ということに限定されるものではなく、例えば、最大作動角の異なる仕様により１つのジョイントサイズで複数の種類（複数型番）のカップ部材を設定し、これらのカップ部材の上記嵌合部の直径を同一寸法にしたものを包むものである。

図１１に、前述した図３に示す製造工程を一部変更した例を示す。図１１の製造工程では、図３の軸部材の研削加工工程Ｓ５ｓを溶接工程Ｓ６の後に変更し、研削加工工程Ｓ７としている。この製造工程では、カップ部材と軸部材を溶接した後、軸部材の軸受装着面や滑り軸受面を研削加工により仕上げる。そのため、図１１の軸部材の製造工程中、熱処理工程Ｓ４ｓでは軸部材の略完成と表記している。その他の構成は、図３に示す製造工程と同様であるので、同様の加工工程については同一の符号を付して重複説明を省略する。このように、本明細書および特許請求の範囲において、完成部品としてのカップ部材や軸部材とは、前述した実施形態のような熱処理後の研削加工や焼入れ後の切削加工等の仕上げ加工（例えば、軸受装着面や滑り軸受面）が施されたものに限られず、前記仕上げ加工を残した熱処理完了状態のカップ部材や軸部材を含む概念のものである。

次に、本発明に係る外側継手部材についての第２の実施形態を図１２および図１３に基づいて説明する。本実施形態では、外側継手部材についての第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、重複説明を省略する。

図１２に示す摺動式等速自在継手１０は、ダブルオフセット型等速自在継手(ＤＯＪ)である。この等速自在継手１０は、カップ部１２とカップ部１２の底部から軸方向に延びたロングステム部１３とを有する外側継手部材１１と、外側継手部材１１のカップ部１２の内周に収容された内側継手部材１６と、外側継手部材１１と内側継手部材１６のトラック溝３０、４０との間に配置されたトルク伝達要素としてのボール４１と、外側継手部材１１の筒状内周面４２と内側継手部材１６の球状外周面４３とに、それぞれ嵌合する球状外周面４５、球状内周面４６を有し、ボール４１を保持する保持器４４とを備える。保持器４４の球状外周面４５の曲率中心Ｏ₁と球状内周面４６の曲率中心Ｏ₂は、継手中心Ｏに対して、軸方向に反対側にオフセットされている。

外側継手部材についての第１の実施形態と同様に、ロングステム部１３の外周面にはサポートベアリング６の内輪が固定され、このサポートベアリング６の外輪は、図示しないブラケットを介してトランスミッションケースに固定されている。外側継手部材１１は、サポートベアリング６によって回転自在に支持され、運転時等における外側継手部材１１の振れが可及的に防止される。

図１３に、外側継手部材１１の部分縦断面を示す。図示したように、外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面４２にボール４１（図１２参照）が配置される６本、又は８本のトラック溝３０が形成された有底筒状のカップ部１２と、カップ部１２の底部から軸方向に延び、カップ部１２と反対側（インボード側）の端部外径にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが設けられたロングステム部１３とからなる。第１の実施形態と同様に、外側継手部材１１は、カップ部材１２ａと軸部材１３ａが溶接されたものである。

本実施形態の外側継手部材は、前述した外側継手部材についての第１の実施形態および製造方法についての実施形態と同様であるので、これらについて前述した内容を全て準用し、重複説明を省略する。

以上の実施形態では、電子ビーム溶接を適用したものを示したが、レーザ溶接でも同様に適用することができる。

以上の外側継手部材についての実施形態では、摺動式等速自在継手１０としてのトリポード型等速自在継手、ダブルオフセット型等速自在継手に適用した場合について説明したが、本発明は、クロスグルーブ型等速自在継手等、他の摺動式等速自在継手の外側継手部材、さらには固定式等速自在継手の外側継手部材にも適用することができる。また、以上では、ドライブシャフトを構成する等速自在継手の外側継手部材に本発明を適用しているが、本発明は、プロペラシャフトを構成する等速自在継手の外側継手部材にも適用することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ ドライブシャフト
２ 中間シャフト
３ スプライン
４ ブーツ
５ ブーツ
６ サポートベアリング
１０ 摺動式等速自在継手
１１ 外側継手部材
１２ カップ部
１２ａ カップ部材
１２ａ１ 筒状部
１２ａ２ 底部
１３ 長寸軸部
１３ａ 軸部材
１４ 軸受装着面
１６ 内側継手部材
１７ トリポード部材
１９ トルク伝達要素（ローラ）
２０ 固定式等速自在継手
２１ 外側継手部材
２２ 内側継手部材
２３ トルク伝達要素（ボール）
２４ 保持器
３０ トラック溝
３１ 内周面
４０ トラック溝
４１ トルク伝達要素（ボール）
４９ 溶接部
５０ 接合用孔
５１ 接合用外面
５２ カバー部材
５４ 密閉空間
５５ 電子銃
５６ 真空ポンプ
５８ 冷却ジャケット
５９ 電子ビーム
６０ 嵌合部
７７ 圧入部
７８ 圧入部
Ｂ 直径
Ｃ 直径
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
Ｓｐ スプライン

Claims (10)

1. トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを溶接してなる等速自在継手の外側継手部材の製造方法において、
   前記カップ部材と軸部材を中炭素鋼で形成し、製造工程として、前記カップ部材は、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程および熱処理工程を含み、前記機械加工工程において前記底部の肉厚内に接合用孔を形成して完成部品としてのカップ部材を準備し、前記軸部材は、機械加工工程および熱処理工程を含み、前記軸部材の機械加工工程において前記カップ部材の底部と接合される前記軸部材の端部に接合用外面を形成して完成部品としての軸部材を準備し、前記完成部品としてのカップ部材の接合用孔と軸部材の接合用外面を嵌合して、この嵌合部に前記カップ部材の内側からビームを照射して溶接するものであって、前記嵌合部の直径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
2. 前記溶接前に前記カップ部材と軸部材の少なくとも一方に、熱処理後の仕上げ加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
3. 前記溶接が電子ビーム溶接であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
4. 前記カップ部の内部を大気圧以下の状態で溶接することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
5. 前記カップ部および軸部を冷却しながら溶接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
6. 前記溶接前に前記カップ部材と軸部材の接合箇所を２００℃〜６５０℃に予熱することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
7. 前記溶接後に前記カップ部材と軸部材の接合箇所を２００℃〜６５０℃に後熱することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
8. 前記カップ部材と軸部材の溶接部の硬度がＨｖ２００〜５００であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
9. トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを溶接してなる等速自在継手の外側継手部材において、前記カップ部材と軸部材が中炭素鋼からなり、前記カップ部材は、鍛造加工により筒状部と底部が一体成形され、この底部の肉厚内に接合用孔が形成されたものであり、前記軸部材は、前記底部に接合される端部に接合用外面が形成されたものであり、前記接合用孔に接合用外面が嵌合されて前記カップ部材と軸部材が溶接されており、この溶接部が前記カップ部材の内側から照射されたビードで形成されていると共に、前記接合用孔と接合用外面の嵌合部の直径がジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されていることを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
10. 前記カップ部材と軸部材の溶接部の硬度がＨｖ２００〜５００であることを特徴とする請求項９に記載の等速自在継手の外側継手部材。

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