JP2015052364A - 等速自在継手の外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量・コンパクトで、低コストで製造でき、かつ精度の良い等速自在継手の外側継手部材を提供すること。
【解決手段】 等速自在継手（１、２１、４１、６１）の外側継手部材（２、２２、４２、６２）であって、この外側継手部材（２、２２、４２、６２）がカップ部（１５、３５、５５、７５）を形成するカップ部材（１５’、３５’、５５’、７５’）と軸部（１６、３６、５６、７６）を形成する軸部材（１６’、３６’、５６’、７６’）の２部材からなり、両部材を溶接したものにおいて、カップ部材（１５’、３５’、５５’、７５’）は鋼板からなり、トラック溝（７、２７、４６、６７）の奥側端部（１５ａ、３５ａ、５５ａ、７５ａ）が湾曲形状で縮径し、円形部（１５ｂ、３５ｂ、５５ｂ、７５ｂ）に接続される形状にプレス加工されたものであって、この円形部（１５ｂ、３５ｂ、５５ｂ、７５ｂ）の鋼板の肉厚断面において軸部材（１６’、３６’、５６’、７６’）と溶接されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、等速自在継手の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。

外側継手部材の軽量化やコスト低減を図るために、外側継手部材のカップ部を鋼板や鋼製パイプからプレス加工により成形し、これに軸部材を一体に接合した構成のものが提案されている（例えば、特許文献１）。

実開平７−２８２３４号公報

特許文献１に記載の等速自在継手の外側継手部材では、カップ状の外輪素材とステム（軸部）を同軸嵌合し、嵌合部をレーザビーム溶接又は電子ビーム溶接するものや、外輪素材のカップ部の底にステムの軸端を突合わせ、この突合せ面をレーザビーム溶接又は電子ビーム溶接するものである。このため、溶接長さが長くなり、電子ビーム溶接でも入熱量が多く薄肉のカップ部の変形が懸念される。また、溶接のサイクルタイムが増大するという問題がある。さらに、高周波焼入れを行う場合、焼割れを抑えるため、溶接前に予熱を要するが、溶接長さが長いほど多量の予熱が必要となり、薄肉カップの変形、サイクルタイムの増大が懸念される。

加えて、カップ状の外輪素材の形状は、プレス加工の際の成形荷重を抑制し、成形品の精度を向上する必要があるが、このような問題について特許文献１は着目されていない。

本発明は、上記の問題に鑑み、軽量・コンパクトで、低コストで製造でき、かつ精度の良い等速自在継手の外側継手部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、軽量・コンパクト、低コストで、かつ精度の良い外側継手部材を提供するために、溶接部の構造とカップ部の形状の両方を工夫するという新たな着想により、本発明に至った。

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備えた等速自在継手の外側継手部材であって、この外側継手部材が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の２部材からなり、両部材を溶接したものにおいて、
前記カップ部材は鋼板からなり、前記トラック溝の奥側端部が湾曲形状で縮径し、円形部に接続される形状にプレス加工されたものであって、この円形部の鋼板の肉厚断面において前記軸部材と溶接されていることを特徴とする。

上記の構成により、軽量・コンパクト、低コストで、かつ精度のよい外側継手部材を実現することができる。具体的には、カップ部材を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形するため、外側継手部材の外径面は内径面に倣った形状で略同一の肉厚で形成され、余分な肉がなく軽量・コンパクト化を図ることができると共に、トラック溝の奥側端部が湾曲形状で縮径した形状により、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。加えて、溶接深さをカップ部の肉厚断面とすることで、溶接時の入熱量を抑えることができ、トラック溝や内径面の変形を抑えることができるので、精度の良い外側継手部材を得ることができる。

有利な構成として、上記のカップ部材を構成する鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることが望ましい。鋼板の肉厚を３ｍｍ以上としたので、トラック溝や内周面の焼入れ時に肉厚方向の焼き抜けを防止し、強度低下を防止できる。一方、鋼板の肉厚を５ｍｍ以下としたのでプレス成形性を確保できる。

上記の円形部が半径方向に延びるフランジ部を有し、このフランジ部の内径孔部に軸部材を嵌合させて溶接することができる。この場合、フランジ部の内径孔部に軸部材を圧入して同軸度を確保し安定した溶接を行うことができる。

上記の内径孔部に軸部を嵌合させた溶接において、溶接された部分の溶接径Ｄ_Ａと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ａ／ｔを３．５以上とすることにより、溶接部に熱硬化処理を施さなくても強度が確保でき、プレス加工性、溶接性も良好である。また、溶接部に焼入れをしないので、焼割れの懸念がない。

また、上記の円形部が円筒状に形成され、この円筒状端面と軸部材の端面を突き合わせて溶接することができる。この場合には、円形部の形状が簡素化され、プレス加工性が一層良好である。

上記の円筒状端面と軸部材の端面を突き合わせた溶接において、溶接された部分の溶接径Ｄ_Ｂと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ｂ／ｔを５．０以上とすることにより、溶接部に熱硬化処理を施さなくても強度が確保でき、プレス加工性、溶接性も良好である。また、溶接部に焼入れをしないので、焼割れの懸念がない。

上記の等速自在継手を、軸方向に直線状のトラック溝を有するダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手とすることで、プレス加工性が一層良好で、軽量・コンパクト、低コストで、かつ精度の良い外側継手部材を実現することができる。

本発明の等速自在継手の外側継手部材によれば、軽量・コンパクト、低コストで、かつ高精度化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は縦断面図である。 図１の外側継手部材の溶接前の状態を示す縦断面図である。 図１の外側継手部材の溶接後の状態を示す縦断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示し、（ａ）は縦断面図で、（ｂ）は、（ａ）図中のＢ部の溶接前の状態を示す部分的な縦断面図である。 図４の外側継手部材の溶接後の状態を示す縦断面図である。 第１の実施形態の他の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は縦断面図で、（ｃ）は、（ｂ）図中のＣ部の溶接前の状態を示す部分的な縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は縦断面図である。 第２の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示す縦断面図である。 図９の等速自在継手の横断面図である。 第３の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示す縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示し、（ａ）は縦断面図で、（ｂ）は側面図である。 第４の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を示す縦断面図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の第１の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図１〜３に基づいて説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手の横断面図であり、図１（ｂ）は縦断面図である。この実施形態は、摺動式等速自在継手の一つであるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）の外側継手部材である。等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とする。外側継手部材２の筒状内周面６には６本のトラック溝７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に直線状に形成されている。内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向するトラック溝９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に直線状に形成されている。外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間にトルクを伝達する６個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の筒状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８との間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。ボール４は保持器５のポケット１０に収容されている。

保持器５の球状外周面１１は外側継手部材２の筒状内周面６と嵌合し、保持器５の球状内周面１２は内側継手部材３の球状外周面８と嵌合している。図示は省略するが、内側継手部材３の内径孔１３に中間シャフトの軸端部がスプライン嵌合され、止め輪によって軸方向に固定される。そして、外側継手部材２の開口端部１４の外周と中間シャフトの外周にブーツが取り付けられ、継手内部に潤滑剤としてのグリースが封入される。

保持器５の球状外周面１１は曲率中心Ｏ_１を有し、保持器５の球状内周面１２は曲率中心Ｏ_２を有する。曲率中心Ｏ_１、Ｏ_２は、継手中心Ｏに対して軸方向の反対側に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。

外側継手部材２は、中空のカップ部１５と軸部１６とからなる。カップ部１５は、鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工されて形成され、図１（ａ）に示すように、カップ部１５の外径面は、内径面（トラック溝７、筒状内周面６）に倣った形状で略同一の肉厚で形成されている。したがって、余分な肉がなく軽量・コンパクト化を図ることができる。

カップ部１５は、図１（ｂ）に示すように、その内周に形成されたトラック溝７の奥側端部１５ａが湾曲形状で縮径し、円形部１５ｂに接続されている。トラック溝７の奥側端部１５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。円形部１５ｂは半径方向内方に延びるフランジ部１５ｃを有し、このフランジ部１５ｃの内径孔部１５ｄ（図２参照）に軸部１６を嵌合させて、鋼板の肉厚断面において電子ビーム溶接により溶接されている。軸部１６はデファレンシャルのサイドギヤ（図示省略）に連結される。

詳細には、図２に示すように、外側継手部材２を構成するカップ部１５と軸部１６は、それぞれカップ部材１５’と軸部材１６’として別体で製作される。カップ部材１５’は、鋼製のパイプ材又はステム平板からなり、その肉厚は３〜５ｍｍとしている。材料としては、必要な部位を硬化させ、母材層を残すことで靱性が確保できる０．３〜０．６質量％程度の炭素（Ｃ）を含有する高周波焼入れ用鋼（例えば、Ｓ５３Ｃ）が望ましい。高周波焼入れ用鋼は、表面に発生する大きな圧縮残留応力により疲労強度の向上が期待できる。また、材料費を抑えることができる。肉厚を３ｍｍ以上にすることにより、トラック溝７や筒状内周面６の焼入れ時に肉厚方向の焼き抜けを防止し、強度低下を防止できる。一方、肉厚を５ｍｍ以下にすることにより、トラック溝７の奥側端部１５ａの湾曲形状と相俟って、プレス成形性を確保できる。

カップ部材１５’には、円形部１５ｂのフランジ部１５ｃに内径孔部１５ｄが設けられている。軸部材１６’には、溶接側の軸端部に外径部１６ａが設けられている。内径孔部１５ｄに外径部１６ａを圧入嵌合させ、カップ部材１５’と軸部材１６’の同軸度を確保する。

その状態で、図３に示すように、内径孔部１５ｄと外径部１６ａの嵌合部に対して軸方向から電子ビーム溶接を行う。これにより、カップ部材１５’と軸部材１６’の同軸度を確保し安定した溶接を行うことができる。また、溶接深さをカップ部１５の肉厚断面とすることで、溶接時の入熱量を抑えることができ、トラック溝７や筒状内周面６の変形を抑えることができる。

図示は省略するが、カップ部材１５’と軸部材１６’を嵌合した状態で、溶接装置の密閉空間にセットし、この密閉空間を真空（大気圧以下）にして、電子ビーム溶接を行うことが望ましい。これにより、安定した溶接強度、品質を得ることができる。

カップ部材と軸部材の接合形態として、次の二通りがある。
（１）本実施形態のように、カップ部材の内径孔部に軸部材の外径部を圧入嵌合し嵌合部を溶接する接合形態
（２）後述する変形例のように、カップ部材の円形部を円筒状に形成し、この円筒状部の端面と軸部材の端面を突合せて溶接する接合形態

図３に基づいて、まず、前記（１）項の接合形態を説明する。この場合、カップ部材の内径孔部に軸部材の外径部を圧入嵌合し溶接しているので、溶接部の捩り強度は次の式で計算することができる。
Ｔ_Ａ＝Ｄ_Ａ×π×ｔ×τ
ただし、Ｔ_Ａ：前記（１）項の条件下での溶接部の捩り強度、Ｄ_Ａ：溶接径、ｔ：溶接断面長さ、τ：せん断強度

前記の計算式に基づき、本実施形態に係る外側継手部材２では、溶接された部分の溶接径Ｄ_Ａと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ａ／ｔを３．５以上としている。これにより、溶接部に熱硬化処理を施さなくても強度が確保でき、プレス加工性、溶接性も良好である。また、溶接部に焼入れをしないので、焼割れの懸念がない。溶接後、高周波焼入れにより、カップ部１５のトラック溝７および筒状内周面６のクロスハッチングＨ_１、Ｈ_２で示す所定範囲に表面硬さＨＲＣ５８〜６２程度の熱処理硬化層を形成する。また、軸部１６のクロスハッチングＨ_３で示す所定範囲に表面硬さＨＲＣ５０〜６２程度の熱処理硬化層を形成する。このように必要な部位を硬化させ、母材層を残すことで靱性が確保できる。また、表面に発生する大きな圧縮残留応力により疲労強度を向上することができる。本実施形態に係る外側継手部材２は、図示のように溶接部は焼入れを施さない。熱硬化処理を施さなくても強度が確保でき、焼割れの懸念がない。

本実施形態に係る外側継手部材２は、カップ部材１５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形するため、外側継手部材２の外径面は、内径面（トラック溝７、筒状内周面６）に倣った形状で略同一の肉厚で形成され、余分な肉がなく軽量・コンパクトで、低コスト化を図ることができる．また、トラック溝７の奥側端部１５ａが湾曲形状で縮径させているので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。さらに、溶接深さ（溶接断面長さｔ）をカップ部１５の肉厚断面とすることで、溶接時の入熱量を抑えることができ、トラック溝７や筒状内周面６の変形を抑えることができるので、精度の良い外側継手部材２を得ることができる。

次に、本発明の第１の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図４および図５に基づいて説明する。図４（ａ）は、本変形例の外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手の縦断面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＢ部の溶接前の状態を示す部分的な縦断面図である。図５は外側継手部材の縦断面図である。本変形例の外側継手部材は、第１の実施形態の外側継手部材に対して、カップ部の円形部および溶接部の形状が異なる。その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同じ符号を付して要点のみ説明する。

本変形例は、第１の実施形態と同じダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）の外側継手部材である。外側継手部材２を構成するカップ部１５と軸部１６は、それぞれカップ部材１５’と軸部材１６’として別体で製作される。第１の実施形態と同様に、図４（ａ）および図５に示すように、外側継手部材２のカップ部１５は、その内周に形成されたトラック溝７の奥側端部１５ａが湾曲形状で縮径し、円形部１５ｂに接続されている。トラック溝７の奥側端部１５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。

本変形例では円形部１５ｂは円筒状に形成されている。円形部１５ｂの形状が簡素化され、プレス加工性が一層良好である。軸部１６は、溶接側の端部に半径方向に延びるフランジ部１６ｂが形成され、このフランジ部１６ｂは、その半径方向外側部に円筒部１６ｃを有している。カップ部材１５’の円形部１５ｂの端面１５ｅ〔図４（ｂ）参照〕と軸部材１６’の円筒部１６ｃの端面１６ｄ〔図４（ｂ）参照〕を突き合わせて、鋼板の肉厚断面において半径方向から電子ビーム溶接されている。

図５に基づいて、前述した（２）項の接合形態を説明する。この場合、カップ部材の円形部の円筒状部の端面と軸部材の端面を突合せて溶接しているので、溶接部の捩り強度は次の式で計算することができる。
Ｔ_Ｂ＝τ×π×（Ｄ_Ｂ ^４−Ｄ_Ｉ ^４）／１６／Ｄ_Ｂ
Ｄ_Ｉ＝Ｄ_Ｂ−２ｔ
ただし、Ｔ_Ｂ：前述した（２）項の条件下での溶接部の捩り強度、Ｄ_Ｂ：溶接径、Ｄ_Ｉ：溶接部内径、ｔ：溶接断面長さ、τ：せん断強度

前記の計算式に基づき、本変形例の外側継手部材２では、溶接された部分の溶接径Ｄ_Ｂと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ｂ／ｔを５．０以上としている。これにより、溶接部に熱硬化処理を施さなくても強度が確保でき、プレス加工性、溶接性も良好である。また、溶接部に焼入れをしないので、焼割れの懸念がない。第１の実施形態と同様に、溶接後、カップ部１５のトラック溝７および筒状内周面６のクロスハッチングＨ_１、Ｈ_２で示す所定範囲に表面硬さＨＲＣ５８〜６２程度の熱処理硬化層を形成する。また、軸部１６のクロスハッチングＨ_３で示す所定範囲に表面硬さＨＲＣ５０〜６２程度の熱処理硬化層を形成する。本変形例に係る外側継手部材２も、図示のように溶接部は焼入れを施さない。熱硬化処理を施さなくても強度が確保でき、焼割れの懸念がない。

カップ部材１５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形することや、鋼板の肉厚が３〜５ｍｍであること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用いること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態の記載内容を準用し、説明を省略する。

本発明の第１の実施形態の他の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図６に基づいて説明する。本変形例の外側継手部材は、第１の実施形態の外側継手部材に対して、溶接部の嵌合部の形態が異なる。その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同じ符号を付して要点のみ説明する。

図６（ａ）は、本変形例の外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手の横断面図で、図６（ｂ）は縦断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）中のＣ部の溶接前の状態を示す部分的な縦断面図である。図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、カップ部材１５’には、円形部１５ｂのフランジ部１５ｃにテーパ状の内径孔部１５ｄが設けられ、軸部材１６’には、溶接側の軸端部にテーパ状の外径部１６ａが設けられている。互いにテーパ状をなす内径孔部１５ｄと外径部１６ａを圧入嵌合させ、カップ部材１５’と軸部材１６’の同軸度を確保する。テーパ状をなす内径孔部１５ｄと外径部１６ａのテーパ角αは、電子ビーム溶接を適用した場合、内径孔部１５ｄと外径部１６ａの嵌合面の延長線と軸部１６の外径との間の空間を広げるように傾ける。これによって、電子ビームの照射がし易くなり、溶接をし易くする。テーパ角αは、１０°〜２０°程度が望ましい。

カップ部材１５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形すること、鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることや、溶接径Ｄ_Ａと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ａ／ｔを３．５以上とすること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用いること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態の記載内容を準用し、説明を省略する。

本発明の第２の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図７に基づいて説明する。図７（ａ）は横断面図であり、図７（ｂ）は縦断面図である。本実施形態は、３個のボールを有する摺動式ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）の外側継手部材である。３個のボールを有する摺動式ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）は、軽自動車やそれより小型な自動車、又はレジャー、農耕用の特殊車両のドライブシャフト等に好適である。

等速自在継手２１は、外側継手部材２２、内側継手部材２３、ボール２４および保持器２５を主な構成とする。外側継手部材２２は、肉厚が全周において略同一の筒状をなし、その内周面の周方向に１２０°ピッチでトラック溝２７が形成されている。内側継手部材２３は、その球状外周面２８の周方向に１２０°ピッチでトラック溝２９が形成されている。二点鎖線で示すように、内側継手部材２３にシャフト４０を突設させ、内側継手部材２３とシャフト４０を一体に形成してもよい。この場合、保持器２５は、図７（ｂ）の左右を逆にして組み込むことができる。

保持器２５には、ボール２４を収容するポケット３０が設けられている。保持器２５の球状外周面３１は曲率中心Ｏ１を有し、保持器２５の球状内周面３２は曲率中心Ｏ２を有する。曲率中心Ｏ１、Ｏ２は、継手中心Ｏに対して軸方向の反対側に等距離オフセットされている。

図７（ａ）に示すように、外側継手部材２２の横断面形状は、頂部４１が凸アール状の三角形において、頂部４１間の辺の中央部を凸状に膨出させた形状となっている。そして、頂部４１の内周部がトラック溝２７を形成し、頂部４１間の膨出部４２の内周部が保持器２５の球状外周面３１と嵌合する筒状内周面４３を形成する。外側継手部材２２は、肉厚が全周において略同一であり、しかも内周形状が円弧と直線で段差がない構成となっている。

外側継手部材２２を構成するカップ部３５と軸部３６は、それぞれカップ部材３５’と軸部材３６’として別体で製作される。第１の実施形態と同様に、図７（ｂ）に示すように、カップ部３５は、その内周に形成されたトラック溝２７の奥側端部３５ａが湾曲形状で縮径し、円形部３５ｂに接続されている。トラック溝２７の奥側端部３５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、前述した内周形状が円弧と直線で段差がない構成と相俟って、成形荷重を一層抑制しかつ高精度に成形することができる。カップ部材３５’の円形部３５ｂは半径方向内方に延びるフランジ部３５ｃを有し、このフランジ部３５ｃの内径孔部３５ｄに軸部材３６’の外径部３６ａを圧入嵌合させて、鋼板の肉厚断面において電子ビーム溶接により溶接されている。

カップ部材３５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形すること、鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることや、溶接径Ｄ_Ａと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ａ／ｔを３．５以上とすること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用い、所定範囲に熱処理硬化層を形成すること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態の記載内容を準用し、説明を省略する。

本発明の第２の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図８に基づいて説明する。図８は縦断面図である。本変形例の外側継手部材は、第２の実施形態の外側継手部材に対して、カップ部の円形部および溶接部の形状が異なる。その他の構成については、第２の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同じ符号を付して要点のみ説明する。

本変形例は、第２の実施形態と同じ３個のボールを有するダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）の外側継手部材である。外側継手部材２２を構成するカップ部３５と軸部３６は、それぞれカップ部材３５’と軸部材３６’として別体で製作される。第１の実施形態と同様に、図８に示すように、外側継手部材２２のカップ部３５は、その内周に形成されたトラック溝２７の奥側端部３５ａが湾曲形状で縮径し、円形部３５ｂに接続されている。トラック溝２７の奥側端部３５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。

円形部３５ｂは円筒状に形成されている。軸部３６は、溶接側の端部に半径方向に延びるフランジ部３６ｂが形成され、このフランジ部３６ｂは、その半径方向外側部に円筒部３６ｃを有している。カップ部材３５’の円形部３５ｂの端面３５ｅと軸部材３６’の円筒部３６ｃの端面３６ｄを突き合わせて、鋼板の肉厚断面において半径方向から電子ビーム溶接されている。その他の構成は第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

カップ部材３５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形すること、鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることや、溶接径Ｄ_Ｂと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ｂ／ｔを５．０以上とすること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用い、所定範囲に熱処理硬化層を形成すること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態の変形例と同様であるので、第１の実施形態の変形例の記載内容を準用し、説明を省略する。

本発明の第３の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図９および図１０に基づいて説明する。図９は縦断面図であり、図１０は横断面図である。本実施形態は、摺動式等速自在継手の一つであるトリポード型等速自在継手の外側継手部材である。

トリポード型等速自在継手４１は、外側継手部材４２、内側継手部材としてのトリポード部材４３、球状ローラ４４および転動体としての針状ころ４５を主な構成とする。外側継手部材４２は、その内周に円周方向の三等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝４６を有する中空カップ状である。各トラック溝４６の対向する側壁にローラ案内面４７が形成されている。ローラ案内面４７は、円筒面の一部、すなわち部分円筒面で形成されている。

トリポード部材４３は、トラニオン胴部４８とトラニオンジャーナル４９からなり、トラニオンジャーナル４９はトラニオン胴部４８の円周方向の三等分位置から半径方向に突出して３本形成されている。各トラニオンジャーナル４９は、円筒形外周面５０と、軸端付近に形成された環状の止め輪溝５１を備えている。トラニオンジャーナル４９の円筒形外周面５０の周りに複数の針状ころ４５を介して回転自在に球状ローラ４４が装着されている。トラニオンジャーナル４９の円筒形外周面５０は針状ころ４５の内側軌道面を形成する。球状ローラ４４の内周面４４ａは円筒形状で、針状ころ４５の外側軌道面を形成する。

トラニオンジャーナル４９の軸端付近に形成された止め輪溝５１には、アウタワッシャ５２を介して止め輪５３が装着されている。針状ころ４５は、トラニオンジャーナル４９の付根段部とアウタワッシャ５２により、トラニオンジャーナル４９の軸方向の移動が規制されている。アウタワッシャ５２は、トラニオンジャーナル４９の半径方向に延びた円盤部５２ａと、トラニオンジャーナル４９の軸線方向に延びた円筒部５２ｂとからなる。アウタワッシャ５２の円筒部５２ｂは球状ローラ４４の内周面４４ａより小さな外径を有し、トリポード部材４３の半径方向で見た円筒部５２ｂの外側の端部５２ｃは、球状ローラ４４の内周面４４ａよりも大径に形成されている。したがって、球状ローラ４４は、トラニオンジャーナル４９の軸線方向に移動することができ、かつ、端部５２ｃにより脱落が防止されている。

トラニオン部材４３のトラニオンジャーナル４９に回転自在に装着された球状ローラ４４は、外側継手部材４２のトラック溝４６のローラ案内面４７に回転自在に案内される。このような構造により、外側継手部材４２とトリポード部材４３との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収され、回転が等速で伝達される。本実施形態の外側継手部材４２では、トラニオンジャーナル４９上に針状ころ４５を介して球状ローラが装着されたシングルローラタイプのトリポード型等速自在継手４１に用いるものを例示したが、これに限ることなく、トルク伝達要素が外側ローラ、内側リングおよび両部材間に配置される転動体（針状ころ）からなるローラカセットを備えたダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手に用いるものであってもよい。

外側継手部材４２を構成するカップ部５５と軸部５６は、それぞれカップ部材５５’と軸部材５６’として別体で製作される。第１の実施形態と同様に、図９に示すように、カップ部４２は、その内周に形成されたトラック溝４６の奥側端部５５ａが湾曲形状で縮径し、円形部５５ｂに接続されている。トラック溝４６の奥側端部５５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。円形部５５ｂは半径方向内方に延びるフランジ部５５ｃを有し、このフランジ部５５ｃの内径孔部５５ｄに軸部材５６’の外径部５６ｃを圧入嵌合させて、鋼板の肉厚断面において電子ビーム溶接により溶接されている。

カップ部材５５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形すること、鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることや、溶接径Ｄ_Ａと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ａ／ｔを３．５以上とすること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用い、所定範囲に熱処理硬化層を形成すること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態の記載内容を準用し、説明を省略する。

本発明の第３の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図１１に基づいて説明する。図１１は縦断面図である。本変形例の外側継手部材は、第３の実施形態の外側継手部材に対して、カップ部の円形部および溶接部の形状が異なる。その他の構成については、第３の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同じ符号を付して要点のみ説明する。

本変形例は、第３の実施形態と同じトリポード型等速自在継手の外側継手部材である。外側継手部材４２を構成するカップ部５５と軸部５６は、それぞれカップ部材５５’と軸部材５６’として別体で製作される。カップ部５５は、その内周に形成されたトラック溝４６の奥側端部５５ａが湾曲形状で縮径し、円形部５５ｂに接続されている。トラック溝４６の奥側端部５５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。

円形部５５ｂは円筒状に形成されている。軸部５６は、溶接側の端部に半径方向に延びるフランジ部５６ｂが形成され、このフランジ部５６ｂは、その半径方向外側部に円筒部５６ｃを有している。カップ部材５５’の円形部５５ｂの端面５５ｅと軸部材５６’の円筒部５６ｃの端面５６ｄを突き合わせて、鋼板の肉厚断面において半径方向から電子ビーム溶接されている。その他の構成は第３の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

カップ部材５５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形すること、鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることや、溶接径Ｄ_Ｂと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ｂ／ｔを５．０以上とすること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用い、所定範囲に熱処理硬化層を形成すること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態の変形例と同様であるので、第１の実施形態の変形例の記載内容を準用し、説明を省略する。

本発明の第４の実施形態に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図１２に基づいて説明する。図１２（ａ）は縦断面図であり、図１２（ｂ）は側面図である。本実施形態は、固定式等速自在継手の一つであるツェッパ型等速自在継手の外側継手部材である。

この等速自在継手６１は、外側継手部材６２、内側継手部材６３、ボール６４および保持器６５を主な構成とする。外側継手部材６２の球状内周面６６には６本のトラック溝６７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材６３の球状外周面６８には、外側継手部材６２のトラック溝６７と対向するトラック溝６９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材６２のトラック溝６７と内側継手部材６３のトラック溝６９との間にトルクを伝達する６個のボール６４が１個ずつ組み込まれている。トラック溝６７、６９がボール６４の軌道面を形成する。外側継手部材６２の球状内周面６６と内側継手部材６３の球状外周面６８の間に、ボール６４を保持する保持器６５が配置されている。内側継手部材６３の内周面にはスプラインが形成され、このスプラインにシャフト８０のスプラインが嵌合され、止め輪７９により軸方向に固定されている。外側継手部材６２の外周と、内側継手部材６３にスプライン連結されたシャフト８０の外周とをブーツで覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入される。

図１２（ａ）に示すように、外側継手部材６２の球状内周面６６と内側継手部材６３の球状外周面６８の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。また、保持器６５の球状外周面７１および球状内周面７２の曲率中心も継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材６２のトラック溝６７の曲率中心Ｏ_３と、内側継手部材６３のトラック溝６９の曲率中心Ｏ_４とは、継手の中心Ｏに対して軸方向の反対側に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材６２と内側継手部材６３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール６４が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。

外側継手部材６２を構成するカップ部７５と軸部７６は、それぞれカップ部材７５’と軸部材７６’として別体で製作される。図１２（ａ）に示すように、カップ部７５は、その内周に形成されたトラック溝６７の形状に沿って奥側端部７５ａが湾曲形状で縮径し、円形部７５ｂに接続されている。トラック溝６７の奥側端部７５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。円形部７５ｂは半径方向内方に延びるフランジ部７５ｃを有し、このフランジ部７５ｃの内径孔部７５ｄに軸部材７６’の外径部７６ａを圧入嵌合させて、鋼板の肉厚断面において電子ビーム溶接により溶接されている。

カップ部材７５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形すること、鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることや、溶接径Ｄ_Ａと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ａ／ｔを３．５以上とすること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用い、所定範囲に熱処理硬化層を形成すること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態の記載内容を準用し、説明を省略する。

本発明の第４の実施形態の変形例に係る外側継手部材およびこれを組み込んだ等速自在継手を図１３に基づいて説明する。図１３は縦断面図である。本変形例の外側継手部材は、第４の実施形態の外側継手部材に対して、カップ部の円形部および溶接部の形状が異なる。その他の構成については、第４の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同じ符号を付して要点のみ説明する。

本変形例は、第４の実施形態と同じツェッパ型等速自在継手の外側継手部材である。外側継手部材６２を構成するカップ部７５と軸部７６は、それぞれカップ部材７５’と軸部材７６’として別体で製作される。カップ部７５は、その内周に形成されたトラック溝６７の形状にそって奥側端部７５ａが湾曲形状で縮径し、円形部７５ｂに接続されている。トラック溝６７の奥側端部７５ａを湾曲形状で縮径する形態としたので、成形荷重を抑制しかつ高精度に成形することができる。

円形部７５ｂは円筒状に形成されている。軸部７６は、溶接側の端部に半径方向に延びるフランジ部７６ｂが形成され、このフランジ部７６ｂは、その半径方向外側部に円筒部７６ｃを有している。カップ部材７５’の円形部７５ｂの端面７５ｅと軸部材７６’の円筒部７６ｃの端面７６ｄを突き合わせて、鋼板の肉厚断面において半径方向から電子ビーム溶接されている。その他の構成は第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

カップ部材７５’を鋼製のパイプ材又はステム平板からプレス加工で成形すること、鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとすることや、溶接径Ｄ_Ｂと溶接断面長さｔの比Ｄ_Ｂ／ｔを５．０以上とすること、また、材料として高周波焼入れ用鋼を用い、所定範囲に熱処理硬化層を形成すること、更には、それらの作用効果については、第１の実施形態の変形例と同様であるので、第１の実施形態の変形例の記載内容を準用し、説明を省略する。

以上の実施形態およびその変形例では、カップ部材と軸部材を電子ビーム溶接により溶接する例を示したが、これに限ることなく、レーザ溶接でも同様に適用することができる。

また、以上の実施形態およびその変形例では、カップ部材に用いるパイプ材又はステム平板の材料として高周波焼入れ用鋼を適用することを例示したが、これに限ることなく、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）やクロム鋼（ＳＣｒ）等の肌焼鋼を適用し浸炭焼入れ処理を施してもよい。

以上の実施形態では、摺動式等速自在継手としてダブルオフセット型等速自在継手およびトリポード型等速自在継手の外側継手部材を示したが、これに限ることなく、クロスグルーブ型等速自在継手等の他の形式の等速自在継手の外側継手部材に適用することができる。また、固定式等速自在継手として、ツェッパ型等速自在継手の外側継手部材を例示したが、これに限ることなく、アンダーカットフリー型等速自在継手やカウンタートラック形式の等速自在継手、更には、交差溝タイプの等速自在継手等の他の形式の等速自在継手の外側継手部材に適用することができる。

また、ボールの個数は３個と６個のものを示したが、これに限られることなく、４個、５個、８個や１０個以上でも実施することができる。

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、２１、４１、６１ 等速自在継手
２、２２、４２、６２ 外側継手部材
３、２３、４３、６３ 内方部材（内側継手部材、トリポード部材）
４、２４、４４、６４ トルク伝達要素（ボール、球状ローラ）
５、２５、６５ 保持器
７、２７、４６、６７ トラック溝
９、２９、６９ トラック溝
１５、３５、５５、７５ カップ部
１５’、３５’、５５’、７５’ カップ部材
１５ａ、３５ａ、５５ａ、７５ａ 奥側端部
１５ｂ、３５ｂ、５５ｂ、７５ｂ 円形部
１５ｄ、３５ｄ、５５ｄ、７５ｄ 内径孔部
１５ｅ、３５ｅ、５５ｅ、７５ｅ 端面
１６、３６、５６、７６ 軸部
１６’、３６’、５６’、７６’ 軸部材
１６ａ、３６ａ、５６ａ、７６ａ 外径部
１６ｄ、３６ｄ、５６ｄ、７６ｄ 端面
Ｄ_Ａ 溶接径
Ｄ_Ｂ 溶接径
Ｏ_１、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｏ_４ 曲率中心
ｔ 溶接断面長さ

Claims (8)

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備えた等速自在継手の外側継手部材であって、この外側継手部材が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の２部材からなり、両部材を溶接したものにおいて、
   前記カップ部材は鋼板からなり、前記トラック溝の奥側端部が湾曲形状で縮径し、円形部に接続される形状にプレス加工されたものであって、この円形部の鋼板の肉厚断面において前記軸部材と溶接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。
2. 前記カップ部材を構成する鋼板の肉厚を３〜５ｍｍとした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。
3. 前記円形部が半径方向に延びるフランジ部を有し、このフランジ部の内径孔部に前記軸部を嵌合させて溶接されてい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。
4. 前記溶接された部分の溶接径ＤＡと溶接断面長さｔの比ＤＡ／ｔを３．５以上としたことを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手の外側継手部材。
5. 前記円形部が円筒状に形成され、この円筒状端面と前記軸部材の端部を突き合わせて溶接されてい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。
6. 前記溶接された部分の溶接径ＤＢと溶接断面長さｔの比ＤＢ／ｔを５．０以上としたことを特徴とする請求項５に記載の等速自在継手の外側継手部材。
7. 前記等速自在継手がダブルオフセット型等速自在継手であ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。
8. 前記等速自在継手がトリポード型等速自在継手であ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。

Images