JP2017020561A - 等速自在継手の外側継手部材の製造方法および溶接部の超音波探傷検査方法 - Google Patents

等速自在継手の外側継手部材の製造方法および溶接部の超音波探傷検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】自動車用等の量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲で、かつ、工業生産を成立させるレベルで行え、溶接部の強度、品質の向上、生産性の向上および製造コストの削減を可能にする外側継手部材の製造方法を提供すること。【解決手段】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、カップ部を形成するカップ部材と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、製造方法は、少なくとも、カップ部材と軸部材の接合用端部にビームを照射して溶接する溶接工程と、溶接工程で形成された溶接部を１つの探触子１６０により複数の超音波探傷方式で検査する超音波探傷検査工程を備えていることを特徴とする。【選択図】図８

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溶接部の超音波探傷検査方法に関する。
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、切削加工、熱処理、研削加工等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、電子ビーム溶接を施したものが提案されている（特許文献１）。
溶接部には、ブローホールや凝固割れなどの欠陥が発生するため、一般に超音波探傷法による品質確認がされている。超音波探傷法では、製品形状による制限や欠陥の向きによって検出精度の低下が課題である。加えて、入射方式によりワーク形状に特有の検査不可能領域（以下、不感帯ともいう）が生じる場合があり、検査範囲が限られる。検出精度の低下を防ぐために、複数の異なる方向から超音波を照射して検出精度と範囲を確保するものが提案されている（特許文献２）。
特開２０１５−６４１０１号公報 特開昭５８−１４４７４２号公報
特許文献１に記載された外側継手部材の製造方法は、カップ部材の接合用端面と軸部材の接合用端面を突合せて、この突合せ部に外側から半径方向にビームを照射して溶接するもので、接合用端面の外径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたものである。この構成により、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優れた外側継手部材の製造方法が提案されている。しかし、溶接部の検査精度および検査作業性の向上について着目されていない。
特許文献２に記載された超音波探傷機では、複数の異なる方向から超音波を照射するために、２つ以上の固定された探触子を備え、コンベア等でワークを送りながら検査を実施する場合が多い。また、複雑な形状の製品には適用が難しい。例えば、等速自在継手の外側継手部材のような外径がφ１００ｍｍ以下の円筒部品の接合では、０．５ｍｍ程度の欠陥検出が全域で求められる。ワーク１個当たりの検査範囲が小さいため、上述したような搬送装置を備えた超音波探傷機では設備の規模が大きくなってしまい、設備費が高額になる。また、製品ごとに異なる形状をもつため、特許文献２のような単純な調整機構の適用が難しく、段取り調整に手間がかかる。したがって、自動車用等の量産製品である等速自在継手の外側継手部材の工業生産レベルでは成立しないことが判明した。
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、自動車用等の量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲で、かつ、工業生産を成立させるレベルで行え、溶接部の強度、品質の向上、生産性の向上および製造コストの削減を可能にする外側継手部材の製造方法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に種々検討した結果、１つの探触子で複数の超音波探傷方式の検査を行い、高い検出精度と広い検出範囲を確保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、前記製造方法は、少なくとも、前記カップ部材と前記軸部材の接合用端部にビームを照射して溶接する溶接工程と、前記溶接工程で形成された溶接部を１つの探触子により複数の超音波探傷方式で検査する超音波探傷検査工程を備えていることを特徴とする。
また、溶接部の超音波探傷検査方法に係る本発明は、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溶接部の超音波探傷検査方法において、前記溶接部を１つの探触子により複数の超音波探傷方式で検査することを特徴とする。
上記の構成により、自動車用等の量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲で、かつ、工業生産を成立させるレベルで行え、溶接部の強度、品質の向上、生産性の向上および製造コストの削減を可能にする外側継手部材の製造方法を実現することができる。
上記の探触子の位置と角度を自由に制御することにより、１つの探触子で垂直法や斜角法といった複数（２つ以上）の異なる探傷方式を併用でき、欠陥の向きによる検出精度の低下、不感帯による検出範囲の減少を防止できる。
上記の探触子の位置と角度の制御をプログラムで行うことが好ましい。この場合は、複雑なワーク（外側継手部材）形状や異なる型番の外側継手部材に適用することができる。同時に、設備の段取り調整を容易にし、検査の再現性を確保できる。
上記の超音波探傷検査工程において、カップ部材と軸部材が溶接されたワークを、検査時に回転させることにより、溶接部の１周分（３６０°）の検査を短時間に行うことができる。
本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の製造方法および溶接部の超音波探傷検査方法によれば、自動車用等の量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲で、かつ、工業生産を成立させるレベルで行え、溶接部の強度、品質の向上、生産性の向上および製造コストの削減を可能にする外側継手部材の製造方法を実現することができる。
本発明に係る製造方法についての第１の実施形態に基づいて製造された外側継手部材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。 図１の外側継手部材を拡大して示し、（ａ）図は部分縦断面図で、（ｂ）図は（ａ）図のＡ部の拡大図で、（ｃ）図は溶接前の形状を示す拡大図である。 図１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し、（ａ）図はしごき加工後のカップ部材の縦断面図で、（ｂ）図は旋削加工後のカップ部材の縦断面図である。 溶接前の軸部材を示し、（ａ）図はバー材を切断したビレットの正面図で、（ｂ）図は鍛造加工後の軸部材の部分縦断面図で、（ｃ）図は旋削加工、スプライン加工後の部分縦断面図ある。 溶接工程を示す概要図である。 溶接工程を示す概要図である。 超音波探傷検査装置の概要を示す正面図である。 超音波探傷検査装置の概要を示す平面図である。 超音波探傷検査装置の概要を示す右側面図である。 超音波探傷検査装置の概要を示す右側面図である。 超音波探傷検査装置の概要を示す平面図である。 図１２のＦ−Ｆ線で矢視した部分的な拡大図である。 周方向斜角探傷方式の検査状態を示し、（ａ）図は、（ｂ）図のＧ−Ｇ線における部分的な横断面図で、（ｂ）図は外側継手部材の部分的な縦断面図である。 軸方向斜角探傷方式の検査状態を示し、（ａ）図は、（ｂ）図のＧ−Ｇ線における部分的な横断面図で、（ｂ）図は外側継手部材の部分的な縦断面図である。 軸方向斜角探傷方式の検査状態を示し、（ａ）図は、（ｂ）図のＧ−Ｇ線における部分的な横断面図で、（ｂ）図は外側継手部材の部分的な縦断面図である。 溶接部の欠陥検出結果の良否判定プログラムの概要を説明するグラフである。 溶接部の欠陥検出結果の良否判定プログラムの概要を説明するグラフである。 溶接部の欠陥検出結果の良否判定プログラムの概要を説明するグラフである。 図５（ｃ）の軸部材とは品番の異なる軸部材を示す正面図である。 図２０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。 第１の実施形態に基づいて製造された別型式の等速自在継手を示す部分縦断面図である。 図２３の外側継手部材を拡大して示す部分縦断面図である。 外側継手部材の製造方法の第２の実施形態を示す概要図である。 外側継手部材の製造方法の第３の実施形態を示す概要図である。
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第１の実施形態を図３〜２２に示し、本実施形態の製造方法に基づいて製造された外側継手部材および等速自在継手を図１および図２に示す。はじめに、外側継手部材および等速自在継手を図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第１の実施形態を図３〜２２に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態の製造方法に基づいて製造された外側継手部材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長寸軸部（以下、ロングステム部ともいう）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、軸方向に反対側に等距離オフセットされている。
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の内側継手部材１６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の内側継手部材１６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の実施形態の製造方法に基づいて製造された外側継手部材を説明する。図２は、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、図２（ａ）のＡ部の拡大図で、図２（ｃ）は溶接前の形状を示す図である。外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面の円周方向等間隔にボール４１（図１参照）が転動する複数のトラック溝３０と筒状内周面４２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とは反対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。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）〜図２（ｃ）に示すカップ部材１２ａは、Ｓ５３Ｃ等の０．４０〜０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなり、内周にトラック溝３０と筒状内周面４２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。カップ部材１２ａの底部１２ａ２には凸部１２ａ３が形成されている。カップ部材１２ａの開口側の外周にはブーツ取付溝３２が形成され、内周には止め輪溝３３が形成されている。軸部材１３ａは、カップ部材１２ａ側の外周に軸受装着面１４および止め輪溝１５が形成され、反対側の端部にスプライン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。カップ部材１２ａの底部１２ａ２の凸部１２ａ３に形成された接合用端面５０と軸部材１３ａのカップ部材１２ａ側端部の接合用端面５１とを突合せ、カップ部材１２ａの外側から半径方向に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（ｂ）に示すように、溶接部４９は、カップ部材１２ａの半径方向外側から照射されたビームによるビードで形成されている。詳細は後述するが、接合用端面５０と接合用端面５１の外径Ｂ１、Ｂ２〔図４（ｂ）、図５（ｃ）参照〕は、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されている。ただし、カップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂ１と軸部材１３ａの接合用端面５１の外径Ｂ２を、必ずしも同一寸法にする必要はなく、例えば、溶接ビードの状態などを考慮して、接合用端面５０の外径Ｂ１に対して接合用端面５１の外径Ｂ２を若干小径にすることや、反対に接合用端面５０の外径Ｂ１に対して接合用端面５１の外径Ｂ２を若干大径にするなど適宜の寸法差をつけてもよい。本明細書において、接合用端面５０と接合用端面５１の外径Ｂ１、Ｂ２は、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されているとは、接合用端面５０の外径Ｂ１と接合用端面５１の外径Ｂ２との間においては適宜の寸法差があることも含む概念のものである。
図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように、溶接部４９が、軸部材１３ａの軸受装着面１４よりカップ部材１２ａ側の接合用端面５１に形成されるので、軸受装着面１４などは前もって加工可能で溶接後の後加工を廃止できる。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が可能である。本実施形態の製造方法では、量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲で、かつ、工業生産を成立させるレベルで行える超音波探傷検査工程を特徴的な構成とする。詳細は後述する。
図２（ｃ）に示すように、カップ部材１２ａの接合用端面５０は、環状に座ぐった形態で旋削加工し、半径方向の中央部は鍛造肌を残している。これにより、旋削加工時間を短縮している。軸部材１３ａの接合用端面５１の内径側に環状溝部５１ａが形成され、さらにその内径側に環状遮蔽部５１ｂが形成されている。環状溝部５１ａは溶接ビード２９の直下の溶接接合界面に形成されている〔図２（ｂ）参照〕。両接合用端面５０、５１を突き合わせると、中空空洞部Ｈが形成される。環状溝部５１ａは、中空空洞部Ｈとは環状遮蔽部５１ｂにより、分離、遮蔽されている。環状溝部５１ａや環状遮蔽部５１ｂが形成された溶接部４９は。後述する超音波探傷検査の対象として複雑なワーク形状となる。
上記のような構成のカップ部材１２ａと軸部材１３ａを突き合わせて、量産製品である等速自在継手の工業生産を成立させるレベルの真空（低圧）雰囲気内で電子ビーム溶接を行うと、図２（ｂ）に示すように、溶接ビード４９の内径側には凹みが発生せず、溶接ビード４９の内径端部が環状溝部５１ａまで十分形成される。これは、中空空洞部Ｈの残存空気の内圧が環状遮蔽部５１ｂで遮蔽され、また、環状溝部５１ａ内の残存空気は体積が僅かであることから加熱による体積膨張量が小さく、内圧の影響が抑制されるものと考えられる。これにより、溶接部の強度、品質、信頼性を向上させることができる。環状溝部５１ａは、幅が１〜３ｍｍ程度で、深さが０．５〜２ｍｍ程度である。
次に、本発明に係る製造方法についての第１の実施形態を図３〜２２に基づいて説明する。本実施形態の製造方法の特徴的な構成である溶接部の超音波探傷検査工程の詳細を説明する前に全体的な製造工程（加工工程）を説明する。図３は、外側継手部材の製造工程の概要を示す。本実施形態では、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および旋削加工工程Ｓ４ｃからなる製造工程により製造される。一方、軸部材１３ａは、バー材切断工程Ｓ１ｓ、旋削加工工程Ｓ２ｓおよびスプライン加工工程Ｓ３ｓからなる製造工程により製造される。このようにして製造されたカップ部材１２ａと軸部材１３ａの中間部品は、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、超音波探傷検査工程Ｓ６ｋ、熱処理工程Ｓ７および研削加工工程Ｓ８を経て外側継手部材１１が完成する。
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バー材を所定長さで切断し、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の素形材として筒状部、底部および凸部を一体成形する。
[しごき加工工程Ｓ３ｃ]
前記素形材のトラック溝３０および筒状円筒面４２をしごき加工して、カップ部材１２ａの筒状部の内周を仕上げる。
[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、止め輪溝３３、接合用端面５０等を旋削加工する。本実施形態では、旋削加工工程Ｓ４ｃの後、中間部品としてのカップ部材１２ａに品番を付与して管理する。
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バー材を所定長さで切断し、ビレットを製作する。その後、軸部材１３ａの形状に応じて、ビレットをアプセット鍛造により概略形状に鍛造加工する場合もある。
[旋削加工工程Ｓ２ｓ]
ビレット又は素形材の外周面（軸受装着面１４、止め輪溝１５、スプライン下径、端面など）とカップ部材１２ａ側端部の接合用端面５１や環状溝部５１ａを旋削加工する。
[スプライン加工工程Ｓ３ｓ]
旋削加工後の軸部材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。本実施形態では、スプライン加工後、中間部品としての軸部材１３ａに品番を付与して管理する。
次に、カップ部材１２ａと軸部材１３ａから外側継手部材１１が完成するまでの製造工程を説明する。
[溶接工程Ｓ６]
カップ部材１２ａの接合用端面５０と軸部材１３ａの接合用端面５１を突合せて溶接する。
[超音波探傷検査工程Ｓ６ｋ]
カップ部材１２ａと軸部材１３ａの溶接部４９を超音波探傷方法により検査する。
[熱処理工程Ｓ７]
溶接後のカップ部１２の少なくともトラック溝３０、筒状内周面４２および軸部１３の外周の必要範囲に熱処理として高周波焼入れ焼戻しを行う。溶接部は熱処理を施さない。カップ部１２のトラック溝３０や筒状内周面４２はＨＲＣ５８〜６２程度の硬化層が形成される。また、軸部１３の外周の所定範囲にＨＲＣ５０〜６２程度の硬化層が形成される。
[研削加工工程Ｓ８]
熱処理後、軸部１３の軸受装着面１４等を研削加工して仕上げる。これにより、外側継手部材１１が完成する。
本実施形態の製造工程では、溶接工程後に熱処理工程を組み入れたものであるので、溶接時の熱で周辺部の温度が上昇し、熱処理部の硬度に影響がある形状や仕様のカップ部材および軸部材に適する。
次に、本実施形態の製造方法の主な構成を詳細に説明する。図４（ａ）は、カップ部材１２ａのしごき加工後の状態を示す縦断面図で、図４（ｂ）は旋削加工後の状態を示す縦断面図である。カップ部材１２ａの素形材１２ａ’は、鍛造加工工程Ｓ２ｃにおいて、筒状部１２ａ１’、底部１２ａ２’および凸部１２ａ３’が一体成形される。その後、しごき加工工程Ｓ３ｃにおいて、トラック溝３０および筒状円筒面４２がしごき加工され、図４（ａ）に示すように筒状部１２ａ１’の内周が仕上げられる。
その後、旋削加工工程Ｓ４ｃにおいて、図４（ｂ）に示すように、カップ部材１２ａの外周面、ブーツ取付溝３２、止め輪溝３３などと底部１２ａ２の凸部１２ａ３の接合用端面５０、その外径Ｂ１が旋削加工される。
図５に軸部材１３ａの各加工工程における状態を示す。図５（ａ）はバー材を切断したビレット１３ａ”を示す正面図で、図５（ｂ）はビレット１３ａ”をアプセット鍛造により概略形状に鍛造加工した素形材１３ａ’を示す部分縦断面図で、図５（ｃ）は、旋削加工およびスプライン加工後の軸部材１３ａを示す部分縦断面図である。
バー材切断工程Ｓ１ｓにおいて、図５（ａ）に示すビレット１３ａ”が製作され、必要に応じて、図５（ｂ）に示すように、ビレット１３ａ”をアプセット鍛造加工により、所定範囲の軸径を拡径させると共に接合側端部（カップ部材１２ａ側端部）に凹部５２を形成した素形材１３ａ’を製作する。
その後、旋削加工工程Ｓ２ｓにおいて、図５（ｃ）に示すように、軸部材１３ａの外径、軸受装着面１４、止め輪溝１５、凹部５２の内径面５３（内径Ｅ）、接合用端面５１、その外径Ｂ２および環状溝部５１ａを旋削加工し、スプライン加工工程Ｓ３ｓにおいて、凹部５２の反対側端部にスプラインＳｐが転造やプレスにより加工される。
図４（ｂ）に示すカップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂ１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。また、図５（ｃ）に示す軸部材１３ａは、ロングステム用のものであるが、接合用端面５１の外径Ｂ２は、軸径や外周形状に関係なく、１つのジョイントサイズで同一寸法に設定されている。そして、軸部材１３ａの接合用端面５１は、軸受装着面１４よりカップ部材１２ａ側の位置に設定されている。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、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。カップ部材１２ａの共用化についての詳細は後述する。
次に、カップ部材１２ａと軸部材１３ａの溶接方法を図６および図７に基づいて説明する。図６および図７は溶接装置を示す概要図である。図６は溶接前の状態を示し、図７は溶接している状態を示す。図６に示すように溶接装置１００は、電子銃１０１、回転装置１０２、チャック１０３、センター穴ガイド１０４、テールストック１０５、ワーク受け台１０６、センター穴ガイド１０７、ケース１０８および真空ポンプ１０９を主な構成とする。
溶接装置１００内のワーク受け台１０６には、ワークであるカップ部材１２ａ、軸部材１３ａが載置される。溶接装置１００の一端にあるチャック１０３およびセンター穴ガイド１０７は回転装置１０２に連結されており、センター穴ガイド１０７によりカップ部材１２ａをセンタリングした状態でチャック１０３によりカップ部材１２ａを掴み、回転運動を与える。溶接装置１００の他端にあるテールストック１０５にセンター穴ガイド１０４が一体に取り付けられ、両者は軸方向（図６、７の左右方向）に進退可能に構成されている。
センター穴ガイド１０４には軸部材１３ａのセンター穴がセットされ、センタリングされる。溶接装置１００のケース１０８には真空ポンプ１０９が接続されている。本明細書において、密閉空間とは、ケース１０８により形成される空間１１１を意味する。本実施形態では、カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの全体が密閉空間１１１に収容されている。カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの接合用端面５０、５１に対応する位置に電子銃１０１が設けられている。電子銃１０１はワークに対して所定位置まで接近可能に構成されている。
次に、上記のように構成された溶接装置１００の作動と溶接方法を説明する。ワークであるカップ部材１２ａおよび軸部材１３ａは、溶接装置１００と別の場所にストックされている。各ワークを、例えば、ロボットにより取り出し、図６に示す大気に開放された溶接装置１００のケース１０８内に搬送し、ワーク受け台１０６の所定位置にセットする。この時点では、センター穴ガイド１０４およびテールストック１０５は、図の右側に後退しており、カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの接合用端面５０、５１の間には隙間が設けられている。その後、ケース１０８の扉（図示省略）が閉まり、真空ポンプ１０９を起動してケース１０８内に形成される密閉空間１１１を減圧する。これにより、軸部材１３ａの凹部５２、内径部５３内も減圧される。
密閉空間１１１が所定の圧力に減圧されたら、図７に示すように、センター穴ガイド１０４およびテールストック１０５が左側に前進し、カップ部材１２ａと軸部材１３ａの接合用端面５０、５１の隙間がなくなる。これに伴い、カップ部材１２ａの接合用端面５０と軸部材１３ａの内径面５３、凹部５２との間に減圧された中空空洞部Ｈが形成され、また、減圧された環状溝部５１ａが環状遮蔽部５１ｂ〔図２（ｃ）参照〕により中空空洞部Ｈから遮蔽されて形成される。カップ部材１２ａはセンター穴ガイド１０７によりセンタリングされてチャック１０３で固定され、軸部材１３ａはセンター穴ガイド１０４により支持される。この後、ワーク受け台１０６がワークから離れる。このときのワーク受け台１０６とワークとの間隔は微小なものでよいので、図７では、上記間隔は図示を省略する。もちろん、ワーク受け台１０６を下方に大きく退避する構造にすることも可能である。
その後、図示は省略するが、電子銃１０１が所定位置までワークに接近し、ワークを回転させて、予熱を開始する。予熱条件は、溶接条件とは異なり、電子銃１０１をワークに接近させてスポット径が大きな状態で電子ビームを照射するなどにより、溶接温度よりも低い温度とする。予熱することにより、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る。所定の予熱時間に達したら、電子銃１０１が所定の位置に後退し、ワークの外側から半径方向に電子ビームを照射し溶接が開始される。溶接が終了すると、電子銃１０１が退避し、ワークの回転が停止する。
その後、図示は省略するが、密閉空間１１１を大気に開放する。そして、ワーク受け台１０６が上昇し、ワークを支持した状態で、センター穴ガイド１０４およびテールストック１０５が右側に後退し、チャック１０３を開放する。その後、例えば、ロボットがワークを掴み、溶接装置１００から外し、冷却ストッカに整列させる。本実施形態では、カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの全体が密閉空間１１１に収容されている形態であるので、ケース１０８内の密閉空間１１１の構成を簡素化することができる。
具体的には、炭素量が０．４〜０．６％のカップ部材１２ａおよび炭素量が０．３〜０．５５％の軸部材１３ａを用いて、前述した溶接装置１００で、ケース１０８内の密閉空間１１１の圧力を６．７Ｐａ以下に設定して溶接した。溶接後の急冷を防止し溶接部硬度の高硬度化を抑制するために、カップ部材１２ａ、軸部材１３ａの接合用端面５０、５１が３００〜６５０℃になるよう予熱により均熱化した後、電子ビーム溶接を行った。この結果、溶接ビードの内径側に凹みのない溶接部が得られた。また、予熱による均熱化よって溶接完了後の溶接部硬度をＨｖ２００〜５００の範囲内に抑えることができ、溶接強度が高く、かつ安定した溶接状態、品質を得ることができた。さらに、溶接装置１００の密閉空間１１１を大気圧以下にして溶接することにより、溶接中の中空空洞部内の圧力変化を抑えることができ、溶融物の吹き上がりや内径側への引き込みを防ぐことができた。ケース１０８内の密閉空間１１１の圧力６．７Ｐａ以下の設定は、自動車用等の量産製品である等速自在継手の工業生産を成立させるレベルの真空（低圧）条件である。
本実施形態の外側継手部材１１では、図２（ｂ）に示すように、軸部材１３ａには、接合用端面５１の内径側の溶接ビード４９の直下の溶接接合界面に環状溝部５１ａが形成され、さらにその内径側に環状遮蔽部５１ｂが形成されている。環状溝部５１ａは、中空空洞部Ｈとは環状遮蔽部５１ｂにより分離、遮蔽されている。
上記のような構成のカップ部材１２ａと軸部材１３ａを突き合わせて、電子ビーム溶接を行うと、図２（ｂ）に示すように、溶接ビード４９の内径側には凹みが発生せず、溶接ビード４９の内径端部が環状溝部５１ａまで十分形成されることが判明した。これは、中空空洞部Ｈの内圧が環状遮蔽部５１ｂで遮蔽され、また、環状溝部５１ａ内の残存空気は体積が僅かであることから加熱による体積膨張量が小さく、内圧の影響が抑制されるものと考えられる。これにより、溶接部の強度、品質、信頼性を向上させることができる。
本実施形態の製造工程（加工工程）の全体構成は、前述したとおりであるが、次に本実施形態の特徴的な構成である溶接部の超音波探傷検査工程を図８〜１９に基づいて説明する。図８は超音波探傷検査装置の概要を示す正面図で、図９は平面図で、図１０は右側面図である。図８〜１０は、いずれも、溶接後の外側継手部材を超音波探傷検査装置に載置した状態を示す。図１１は外側継手部材の上下のセンター穴ガイドで芯出しした状態を示す右側面図で、図１２は、図１１の芯出し後、探触子が探傷位置に移動した状態を示す平面図である。図１３は、探触子と外側継手部材の位置関係を示す部分的な正面図である。図１４〜１６は各超音波探傷方式による検査状態を示す概要図で、図１７〜１９は溶接部の欠陥検出結果の良否判定プログラムの概要を説明するグラフである。
図８〜１０に示すように、超音波探傷検査装置１２０は、架台１２１に設置された貯水槽１２２、ワーク受台１２３およびその昇降装置１４７、上側センター穴ガイド１２４およびその駆動位置決め装置１２８、下側センター穴ガイド１２６、外側継手部材１１の中間製品１１’（以下、ワーク１１’ともいう）を回転させる回転駆動装置１２５、探触子１６０の駆動位置決め装置１６１を主な構成とする。超音波探傷検査装置１２０の外枠は、フレーム１３３の組立体であり、このフレーム１３３に架台１２１が設置されている。
図１０に示すように、上側センター穴ガイド１２４の駆動位置決め装置１２８は、上下方向の駆動位置決め装置１２９と水平方向の駆動位置決め装置１３０からなる。水平方向の駆動位置決め装置１３０は、架台１２１に固定された支柱１３２の上端部に設けられている。水平方向の駆動位置決め装置１３０は、支柱１３２の上端部に取り付けられたレール１３４とリニアガイド１３９からなる直線運動軸受１３５、移動部材１３６およびこの移動部材１３６と連結された駆動シリンダ１３７を主な構成とする。移動部材１３６は駆動シリンダ１３７により水平方向に駆動、位置決めされる。
上下方向の駆動位置決め装置１２９は、水平方向の駆動位置決め装置１３０の移動部材１３６に取り付けられた支持部材１３８に設けられている。上下方向の駆動位置決め装置１２９は、上側センター穴ガイド１２４および上側センター穴ガイド１２４と連結された駆動シリンダ１４２、支持部材１３８に取り付けられたレール１３９とリニアガイド１４１とからなる直線運動軸受１４０を主な構成とする。上側センター穴ガイド１２４は駆動シリンダ１４２により上下方向に駆動、位置決めされる。センター１２４ａは上側センター穴ガイド１２４内に転がり軸受等（図示省略）を介して回転自在に装着されている。駆動シリンダ１４２の上下方向のセット位置は、ワーク１１’の型番、軸方向寸法に応じて、送りねじ機構などの適宜の機構（図示省略）により調整可能になっている。
下側センター穴ガイド１２６は、架台１２１に取り付けられた回転支持部材１４３の回転軸１４３ａに取り付けられている。回転軸１４３ａは、側板１４４に取り付けられたサーボモータ１４５により回転駆動される。回転軸１４３ａには、ワーク１１’のトラック溝３０〔図２（ａ）参照〕に係合し回転駆動力を伝達する係止片１４６が設けられている。下側センター穴ガイド１２６のセンター１２６ａは回転自在であるが、上下方向には位置が固定されている。
ワーク受台１２３は昇降装置１４７に取り付けられている。昇降装置１４７は、支柱１３２の側面に取り付けられたレール１４８とリニアガイド１５０とからなる直線運動軸受１４９と、移動部材１５１と、この移動部材１５１と連結された駆動シリンダ１５２とからなる。ワーク受台１２３は昇降装置１４７により上下方向にわずかな量で移動可能である。
探触子１６０の駆動位置決め装置１６１を図８および図９に基づいて説明する。図８に示すように、架台１２１に固定部材１５５が設けられており、この固定部材１５５と上部のフレーム１３３との間に駆動シリンダ（ロボシリンダ）１５６が取り付けられている。固定部材１５５は板状部材１５５ａを有し、板状部材１５５ａの背面に二点鎖線で示すレール１５７が取り付けられている。板状部材１５５ａに対向して探触子１６０の駆動位置決め装置１６１のベース部材１５９が配置されている。ベース部材１５９にはリニアガイド１５８が取り付けられ、レール１５７に沿って移動可能である。ベース部材１５９は駆動シリンダ１５６に連結されている。これにより、ベース部材１６２は、上下方向、すなわち、Ｚ軸方向に駆動、位置決めされる。
ベース部材１５９の上面の図８の左右方向にレール１６２が取り付けられ、リニアガイド１６３を介して移動台１６４が設けられている。移動台１６４は、ベース部材１５９の上面に設置された駆動シリンダ（ロボシリンダ）１６５と連結されている。これにより、移動台１６４は図８の左右方向、すなわち、Ｘ軸方向に駆動、位置決めされる。
移動台１６４は、上方に取り付け部１６４ａを有し、この取り付け部１６４ａに駆動シリンダ（ロボシリンダ）１６６が取り付けられている。駆動シリンダ１６６には探触子１６０のアーム部材１６７が取り付けられている。これにより、アーム部材１６７は、図８の前後方向、すなわち、図９に示すＹ軸方向に駆動、位置決めされる。
上述したように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の駆動シリンダは、いずれも、電動ボールねじタイプのロボシリンダを使用しているので、高精度の位置決めが可能である。
図８、図１０および図１１では、各部材の配置状態が理解しやすいように、図面手前側の貯水槽１２２の側面壁をカットすると共に水面を省略した状態で図示している。本実施形態の超音波探傷検査装置１２０では、ワーク１１’の探傷部位、ワーク受台１２３、移動部材１５１の一部、下側センター穴ガイド１２６、回転支持部材１４３の一部、探触子１６０およびアーム部材１６７の一部が水に浸かるように貯水槽１２２に配置されている。
探触子１６０のアーム部材１６７の詳細を図１３に基づいて説明する。アーム部材１６７の下部に探触子１６０が装着されている。探触子１６０はホルダー１７２を介して歯車１６８に取り付けられている。アーム部材１６７の上部にはロボロータリ１６９が設置され、ロボロータリ１６９に歯車１６８と歯数・モジュールが同じ歯車１７０が装着されている。歯車１６８と歯車１７０にラック１７１が噛合っている。このため、ロボロータリ１６９の回転運動が歯車１７０からラック１７１、歯車１６８に伝達され、ロボロータリ１６９の回転角と探触子１６０の回転角とが同じとなる。これにより、探触子１６０の入射角を可変にすることができる。ラック１７１と歯車１６８、１７０のバックラッシュは抑えてあるので、ロボロータリ１６９と探触子１６０は同期回転する。ロボロータリ１６９の回転角の原点を決める要領は、探触子１６０のホルダー１７２の底辺を角度確認治具（図示省略）に当接させて水平状態にし、この状態におけるロボロータリ１６９の回転角を原点とする。この原点に対するロボロータリ１６９の回転角をＲとする。本実施形態では、ラック１７１と歯車１６８、１７０による伝達機構を例示したが、これに限られず、タイミングベルトとプーリ等の伝達機構を使用してもよい。
次に、超音波探傷検査装置１２０の作動と共に超音波探傷検査工程Ｓ６ｋを説明する。まず、溶接後のワーク１１’を載置する前の状態を図８〜１０に基づいて説明する。貯水槽１２２には給水されている。図１０に示すように、上側センター穴ガイド１２４は、水平方向の駆動位置決め装置１３０の駆動シリンダ１３７により水平方向に後退した位置で待機し、このとき、上側センター穴ガイド１２４は、上下方向の駆動位置決め装置１２９の駆動シリンダ１４２により、ワーク１１’の軸端との干渉がないように上方に適宜の量で後退した位置にある。ワーク受台１２３は、下側センター穴ガイド１２６のセンター１２６ａがワーク１１’のセンター穴を臨んだ手前に位置するように、昇降装置１４７の駆動シリンダ１５２により適宜の量だけ上方に位置する。
図８および図９に示すように、探触子１６０のアーム部材１６７は、探触子１６０の駆動位置決め装置１６１のＺ軸方向の駆動シリンダ１５６、Ｙ軸方向の駆動シリンダ１６６およびＸ軸方向の駆動シリンダ１６５により、貯水槽１２２の左奥側（図９参照）の位置で待機している。この位置を原位置とし、後述するプログラムの原点になる。
上記の初期状態で、溶接後のワーク１１’がローダー（図示省略）によりワーク受台１２３に載置される。図８〜１０は、ワーク１１’がワーク受台１２３に載置された状態を示す。ワーク１１’がワーク受台１２３に載置された状態では、下側センター穴ガイド１２６のセンター１２６ａはワーク１１’にセンター穴を臨んだ手前の位置にある。
その後、図１１に示すように、上側センター穴ガイド１２４は、水平方向の駆動位置決め装置１３０の駆動シリンダ１３７により前進し、ワーク１１’の上側センター穴の水平方向の位置で位置決めされる。続いて、上側センター穴ガイド１２４は、上下方向の駆動位置決め装置１２９の駆動シリンダ１４２により下側へ前進し、ワーク１１’の上側センター穴に嵌合し、引き続き、上側センター穴ガイド１２４が前進すると、ワーク受台１２３が下降し、下側センター穴ガイド１２６のセンター１２６ａがワーク１１’の下側センター穴に嵌合し、ワーク１１’が心出しされる。
その後、探触子１６０の駆動位置決め装置１６１のＺ軸方向の駆動シリンダ１５６により、Ｚ軸方向（上下方向）に探傷位置に対応する位置まで前進する。さらに、Ｙ軸方向の駆動シリンダ１６６により、Ｙ軸方向（水平方向）に探傷位置に対応する位置まで前進する。最後に、Ｘ軸方向の駆動シリンダ１６５により、Ｘ軸方向（水平方向）に前進し、図１２および図１３に示すように、探触子１６０が探傷位置に位置決めされる。本実施形態では、探触子１６０の駆動位置決めをＺ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向の順に行う例を示したが、これに限られず、適宜順序を変更してもよい。
探触子１６０が探傷位置に位置決めされると超音波探傷検査が行われる。溶接部４９の欠陥はその形状や向きがランダムであるが、本実施形態の超音波探傷検査は、溶接部４９を１つの探触子１６０により複数の超音波探傷方式で検査することにより、自動車用等の量産製品である等速自在継手１０の外側継手部材１１の溶接部４９の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲で、かつ、工業生産を成立させるレベルで行えることを特徴とする。
まず、周方向斜角探傷方式の検査を行う。この検査の状態を図１４に基づいて説明する。図１４（ａ）は、図１４（ｂ）のＩ−Ｉ線における部分的な横断面図で、図１４（ｂ）はワーク１１’の部分的な縦断面図である。図を簡素化するために溶接部４９のハッチングは省略した。後述する図１５、１６も同様とする。周方向斜角探傷方式では探触子１６０の送信パルスＧの軸線は、ワーク１１’の軸線に直角で、図１４（ｂ）の縦断面と平行である。このとき、探触子１６０の送信パルスＧの軸線を変えるロボロータリ１６９の回転角Ｒは０°とする。ただし、送信パルスの軸線が傾斜したタイプの探触子の場合は、傾斜分だけロボロータリの回転角Ｒを調整して、送信パルスＧの軸線が、ワーク１１’の軸線に直角で、図１４（ｂ）の縦断面と平行になるようにする。図１４（ａ）のように、探触子１６０をＹ軸方向にオフセットさせて位置決めしているので、周方向斜角ＲＣの入射角が生じ、屈折角はＲＣ’となる。
探触子１６０から送信パルスＧは連続して送られる。サーボモータ１４５は適宜の回転角まで逆回転した後、正回転し等速回転状態で位相角０°を原点として、第１ステップとして、位相角と対応させて１ステップで１周（３６０°）分の反射エコーＧｒ１を受信する。溶接部４９の欠陥Ｋは、その形状や向きがランダムであるが、図１４（ａ）に示すように、屈折角ＲＣ’に略直角な欠陥Ｋを検出する。次に第２ステップとして、Ｚ軸方向の位置をずらせて（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置は変えない。次の第３ステップも同じ）、第１ステップと同様に、位相角０°を原点にして回転し、位相角と対応させて１周（３６０°）分の反射エコーＧｒ１を受信する。第３ステップとして、Ｚ軸方向の位置をさらにずらせて、前ステップと同様に、位相角と対応させて１周（３６０°）分の反射エコーＧｒ１を受信する。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の位置は、プログラムで制御される。
次に、超音波探傷方式の異なる軸方向斜角探傷方式で検査する。この検査の状態を図１５に基づいて説明する。図１５（ａ）は、図１５（ｂ）のＩ−Ｉ線における部分的な横断面図で、図１５（ｂ）はワーク１１’の部分的な縦断面図である。軸方向斜角探傷方式ではロボロータリ１６９に回転角Ｒを与える。その結果、軸方向斜角ＲＬ１（例えば、１９°）が入射角となり、屈折角はＲＬ１’となる。この軸方向斜角探傷方式を第１の軸方向斜角探傷方式とする。このように軸方向斜角ＲＬ１は、図１３のロボロータリ１６９の回転角Ｒにより与え、ロボロータリ１６９はプログラムにより制御する。
第１の軸方向斜角探傷方式においても、探触子１６０から送信パルスＧは連続して送られる。前述した周方向斜角探傷方式と同様に、サーボモータ１４５が位相角０°を原点にして回転し、第４ステップとして、位相角と対応させて１周（３６０°）分の反射パルスＧｒ２を受信する。溶接部４９の欠陥Ｋは、その形状や向きがランダムであるが、図１５（ａ）に示すように、屈折角ＲＬ１’に略直角な欠陥Ｋを検出する。次に第５ステップ、第６ステップと、Ｚ軸方向の位置を順次ずらせて（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置は変えない。）、位相角と対応させて各ステップごとに１周（３６０°）分の反射パルスＧｒ２を受信する。
次に、ロボロータリ１６９の回転角Ｒを変えて、第２の軸方向斜角探傷方式で検査する。この検査の状態を図１６に基づいて説明する。図１６（ａ）は、図１６（ｂ）のＩ−Ｉ線における部分的な横断面図で、図１６（ｂ）はワーク１１’の部分的な縦断面図である。第２の軸方向斜角探傷方式では、軸方向斜角ＲＬ２（例えば、２４°）が入射角となり、屈折角はＲＬ２’となる。
第２の軸方向斜角探傷方式は、第１の軸方向探傷方式と同様にして、第７〜９ステップの探傷により、反射エコーＧｒ３を受信する。
周方向斜角探傷方式と軸方向斜角探傷方式という複数の探傷方式により、溶接部４９の欠陥Ｋの種々の向きに対応できる。さらに、各探傷方式は次のような特徴を有する。周方向斜角探傷方式は、溶接部４９の表面から内径部まで半径方向に広い範囲で検出が可能である。一方、軸方向斜角探傷方式は、基本的に溶接部４９の表面近傍は検出が困難であるが、第１の軸方向斜角探傷方式（入射角ＲＬ１＝１９°）の場合の屈折角は、第２の軸方向斜角探傷方式（ＲＬ２＝２４°）の場合の屈折角よりも小さいので、第１の軸方向斜角探傷方式は溶接部４９の表面から内径側の領域が検出しやすく、第２の軸方向斜角探傷方式は、第１の軸方向探傷方式よりも表面に近い側の領域が検出できる。このような関係で、本実施形態では、溶接部の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲を確保できることになる。
前述した周方向斜角探傷方式、第１、第２の軸方向斜角探傷方式の順序は、適宜変更してもよい。
以上説明した各探傷方式のプログラムの指令値の例をまとめて表１に示す。このような探傷プログラムを型番ごとに予め設定しておく。作業者が、型番ごとに設定された探傷プログラムを選択し、ワーク１１’の投入から自動で検査を行うことができる。したがって、探触子１６０の位置と角度をプログラムの指令値により制御することにより、複雑なワーク（外側継手部材）形状や異なる型番の外側継手部材に適用することができる。同時に、設備の段取り調整を容易にし、検査の再現性を確保できる。
Figure 2017020561
 前述した各探傷方式のプログラムのステップや指令値の例は、表１に示したものに限られない。表１の例では、３つの探傷方式によるものを例示したが、対象とするワーク１１’に応じて、２つの探傷方式、あるいは４つ以上の探傷方式に適宜変更することもできる。要するに、１つの探触子で複数の異なる探傷方式により溶接部の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲を確保できるものであればよい。
次に、溶接部の欠陥検出結果の良否判定プログラム例の概要を図１７〜１９に基づいて説明する。図１７に示すグラフは、欠陥がないベースとなる反射エコー（以下、ベースエコーという）を示す。ベースエコーの最大値（２０％）を基準にして、その２倍に設定したのが閾値Ｘ１であり、ベースエコーの３倍に設定したのが閾値Ｘ２である。
反射エコーは、１°当りに１個のデータがでるので、１周分で３６０個のデータがでる。閾値Ｘ１は、小さな欠陥を検出した場合の良否を判定するために設定した。溶接部の１周（３６０°）で閾値Ｘ１を超える反射エコーのデータが１０個以上検出されると不良品と判定する。図１８に示す反射エコーのデータでは、閾値Ｘ１を超えるものが溶接部の１周で２個であるので、良品と判定する。
閾値Ｘ２は、大きな欠陥を検出した場合の良否を判定するために設定した。溶接部の１周（３６０°）で閾値Ｘ２を超える反射エコーのデータが１個でも検出されると不良品と判定する。図１９に示す反射エコーのデータでは、閾値Ｘ１を超えるものが２個で閾値Ｘ１からは良品判定となるが、閾値Ｘ２を超えるデータが１個あるので、最終的に不良品と判定する。
前述したように、閾値Ｘ１、Ｘ２のどちらかでも不良判定となれば、ワーク１１’は不良判定となる。反射エコーのデータから閾値Ｘ１、Ｘ２により良否判定することにより、自動で検査を行うことができる。ただし、良否判定は、ワーク１１’の実態に応じて、判定基準を適宜調整することができる。
探傷検査が終わると、図８〜１０に示す待機位置に戻り、ワーク１１’をローダー（図示省略）により超音波探傷装置１２０から搬出する。このようにして、順次ワーク１１’の検査を繰り返す。
以上説明したように、本実施形態の超音波探傷検査装置１２０は、架台１２１に設置された貯水槽１２２、ワーク受台１２３およびその昇降装置１４７、上側センター穴ガイド１２４およびその駆動位置決め装置１２８、下側センター穴ガイド１２６、外側継手部材１１の中間製品１１’（以下、ワーク１１’ともいう）を回転させる回転駆動装置１２５、探触子１６０の駆動位置決め装置１６１を主な構成とする。この構成により、給水・排水、ワーク１１’の搬入から、探傷検査、搬出までの各動作を連動でき、超音波探傷検査を自動化することができる。したがって、溶接部４９を１つの探触子１６０により複数の超音波探傷方式で検査することにより、溶接部４９の欠陥検出を高い検出精度と広い検出範囲で、かつ、工業生産を成立させるレベルで行えるという特徴に加えて、検査の精度、作業性、および効率を向上させることができ、量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の検査に好適である。
また、超音波探傷検査において、本実施形態のカップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂをジョイントサイズ毎に同一寸法とした構成とが相俟って、品番の異なる外側継手部材１１に対する段取り替え作業も削減され、検査の効率の一層の向上を図ることができる。さらに、水中で探傷する構成であるので、超音波の伝播が良好で、一層高精度な検査を可能とする。
次に、製造コンセプトのまとめとして、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２０および図２１に示す軸部材１３ｂ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１３ｂには、カップ部材１２ａの底部１２ａ２（凸部１２ａ３）の接合用端面５０〔図４（ｂ）参照〕に突合せる接合用端面５１が形成されている。この接合用端面５１の外径Ｂおよび内径Ｅは、図５（ｃ）に示したロングステムタイプの軸部材１３ａの接合用端面５１の外径Ｂおよび内径Ｅと同一寸法に形成されている。
この軸部材１３ｂ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。カップ部材１２ａ側とは反対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、１３ｂの接合用端面５１の外径Ｂは同一寸法に設定されている。
カップ部材１２ａと軸部材１３ａ、１３ｂの接合用端面５０、５１の外径Ｂ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熱処理前の状態で準備することができ、カップ部材１３ａと軸部材１３ａ、１３ｂの中間部品の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１２ａ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１３ａ、１３ｂ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１２ａ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。
上記では、理解しやすいように、標準的な長さのステムとロングステムというタイプの違いを例として、カップ部材の品種統合の説明を行ったが、これに限ることなく、標準的な長さのステム間での車種毎の種々の軸部仕様を備えた軸部材やロングステム間の車種毎の種々の軸部仕様を備えた軸部材に対するカップ部材の品種統合も同様である。
以上の要約として、本実施形態のカップ部材の品種統合の例を図２２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接合用端面の外径Ｂを同一寸法にしたものを包むものである。
次に、本発明の第１の実施形態の製造方法に基づいて製造された図１および図２（ａ）の等速自在継手および外側継手部材とは別型式の等速自在継手および外側継手部材を図２３および図２４に基づいて説明する。この等速自在継手および外側継手部材では、図１および図２（ａ）の等速自在継手および外側継手部材と同様の機能を有する箇所には同一の符号（下付文字を除く）を付して、要点のみを説明する。
図２３に示す摺動式等速自在継手１０2は、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）であり、カップ部１２2とカップ部１２2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１１2と、外側継手部材１１2のカップ部１２2の内周に収容された内側継手部材１６2と、外側継手部材１１2と内側継手部材１６2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１６2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、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１１2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１１2の振れが可及的に防止される。
図２４に、外側継手部材１１2の部分縦断面を示す。図示のように、外側継手部材１１2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２３参照）が転動するトラック溝３０2と内周面３１2が形成された有底筒状のカップ部１２2と、カップ部１２2の底部から軸方向に延び、カップ部１２2側とは反対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。外側継手部材１１2は、カップ部材１２ａ2と軸部材１３ａが溶接されて形成されている。
図２４に示すように、カップ部材１２ａ2は、内周にトラック溝３０2と内周面３１2が形成された筒状部１２ａ１2と底部１２ａ２2からなる一体成形品である。カップ部材１２ａ2の底部１２ａ２2には凸部１２ａ３2が形成されている。カップ部材１２ａ2の開口側の外周にはブーツ取付溝３２が形成されている。軸部材１３ａは、カップ部材１２ａ2側の外周に軸受装着面１４および止め輪溝１５が形成され、カップ部材１２ａ2側とは反対側の端部にスプラインＳｐが形成されている。
カップ部材１２ａ2の底部１２ａ２2の凸部１２ａ３2に形成された接合用端面５０2と軸部材１３ａのカップ部材１２ａ2側端部の接合用端面５１とを突合せ、半径方向の外側から電子ビーム溶接により溶接されている。溶接部４９は、カップ部材１２ａ2の半径方向外側から照射されたビードで形成されている。第１の実施形態の外側継手部材と同様に、接合用端面５０2と接合用端面５１の外径Ｂ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の軸受装着面１４よりカップ部材１２ａ2側の接合用端面５１に形成されるので、軸受装着面１４などは前もって加工可能で溶接後の後加工を廃止できる。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。
外側継手部材１１2は、前述した外側継手部材１１の製造方法についての第１の実施形態において前述した内容と同様であり、また、後述する外側継手部材の製造方法についての第２及び第３の実施形態にも同様に適用できるので、これらの全てを準用し、重複説明を省略する。
図２１に、本発明の製造方法についての第２の実施形態を示す。本実施形態の製造工程では、第１の実施形態で前述した図３の熱処理工程Ｓ７中のカップ部材の熱処理工程を溶接工程Ｓ６の前に組入れて、熱処理工程Ｓ５ｃとし、カップ部材については完成品として準備するものである。この点を除いた内容、すなわち、製造方法についての第１の実施形態において前述した各工程の概要、カップ部材および軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷検査の方法、品種統合や外側継手部材の構成などは同様であるので第１の実施形態の全ての内容を本実施形態に準用し、相違する部分のみ説明する。
図４（ｂ）に示すように、カップ部材１２ａは、接合用端面５０から底部１２ａ２を経て径の大きな筒状部１２ａ１に至る形状であり、かつ、焼入れ焼戻しとしての熱処理を施す部位が筒状部１２ａ１の内周のトラック溝３０、筒状内周面４２である。このため、通常、熱処理部に対して溶接時の熱影響がないので、カップ部材１２ａについては溶接前に熱処理を施し完成部品として準備する。本実施形態の製造工程が実用面では好適である。
本実施形態の製造工程では、カップ部材１２ａについては完成品としての熱処理が施されているので、完成品としての品番を付与して管理する。したがって、カップ部材１２ａ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になる。また、カップ部材１２ａは、鍛造加工、旋削加工、熱処理を経た完成品まで、単独で製造でき、段取り削減等も含めて生産性が向上する。
本実施形態の場合、第１の実施形態で前述したカップ部材の品種統合の例を示す図１６については、図中のカップ部材の品番が完成品としての品番となるだけで、軸部材と外側継手部材については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図２２に、本発明の製造方法の第３の実施形態を示す。本実施形態の製造工程では、第１の実施形態で前述した図３の熱処理工程Ｓ７のカップ部と軸部の熱処理工程および軸部の研削加工工程Ｓ８を溶接工程Ｓ６の前に組み入れて、カップ部材の熱処理工程Ｓ５ｃ、軸部材の熱処理工程Ｓ４ｓおよび研削加工工程Ｓ５ｓとしたものである。したがって、カップ部材と軸部材を共に完成品として準備するものである。この点を除いた内容、すなわち、製造方法についての第１の実施形態において前述した各工程の概要、カップ部材および軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷検査の方法、品種統合や外側継手部材の構成などは同様であるので第１の実施形態の全ての内容を本実施形態に準用し、相違する部分のみ説明する。
軸部材は、スプライン加工工程Ｓ３ｓの後、熱処理工程Ｓ４ｓで外周面の所定範囲に高周波焼入れによりＨＲＣ５０〜６２程度の硬化層が形成される。接合用端面５１を含む所定の軸方向部位は熱処理を施さない。カップ部材の熱処理、品番付与等については、製造方法についての第２の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
熱処理工程Ｓ４ｓ後、軸部材は研削加工工程Ｓ５ｓに移され、軸受装着面１４などを仕上げ加工する。これにより、完成品としての軸部材が得られる。そして、軸部材に完成品としての品番が付与され管理される。本実施形態の製造工程は、熱処理部に対して溶接時の熱影響が生じない形状、仕様を有するカップ部材および軸部材の場合に適する。
本実施形態の製造工程では、カップ部材と軸部材の両方が完成品としての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一層顕著になる。また、カップ部材および軸部材は、鍛造加工、旋削加工、熱処理および熱処理後の研削加工等を経た完成品まで、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一層向上する。
本実施形態の場合、第１の実施形態で前述したカップ部材の品種統合の例を示す図１６については、図中のカップ部材および軸部材の品番が完成品の品番となる。外側継手部材については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。ただし、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切削加工等の仕上げ加工が施されたものに限られず、この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ものである。
品種統合において述べたように、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い。すなわち、前述したように、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接合用端面の外径Ｂを同一寸法にしたものを包むものである。また、これに加えて、例えば、継手機能や製造現場の実情、生産性等を考慮して、カップ部材を熱処理前の中間部品と完成部品の複数形態で管理するために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接合用端面の外径Ｂを同一寸法にしたものも包むものである。
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としてのダブルオフセット型等速自在継手、トリポード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
１１’ ワーク
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）
４２ 筒状内周面
４９ 溶接部
５０ 接合用端面
５１ 接合用端面
１００ 溶接装置
１０１ 電子銃
１０８ ケース
１０９ 真空ポンプ
１１１ 密閉空間
１２０ 超音波探傷検査装置
１２１ 架台
１２２ 貯水槽
１２３ ワーク受台
１２４ 上側センター穴ガイド
１２５ 回転駆動装置
１２６ 下側センター穴ガイド
１２８ 駆動位置決め装置
１２９ 上下方向の駆動位置決め装置
１３０ 水平方向の駆動位置決め装置
１４２ 駆動シリンダ
１４３ 回転支持部材
１４５ サーボモータ
１５６ 駆動シリンダ
１６０ 探触子
１６１ 駆動位置決め装置
１６５ 駆動シリンダ
１６６ 駆動シリンダ
１６７ アーム部材
１６８ 歯車
１６９ ロボロータリ
１７０ 歯車
１７１ ラック
Ｂ１ 外径
Ｂ２ 外径
Ｄ 内径
Ｅ 内径
Ｇ 送信パルス
Ｇｒ１ 反射エコー
Ｇｒ２ 反射エコー
Ｇｒ３ 反射エコー
Ｋ 欠陥
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
ＲＣ 周方向斜角（入射角）
ＲＣ’ 屈折角
ＲＬ１ 軸方向斜角（入射角）
ＲＬ１’ 屈折角
ＲＬ２ 軸方向斜角（入射角）
ＲＬ２’ 屈折角
Ｘ１ 閾値
Ｘ２ 閾値

Claims (5)

  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、
    前記製造方法は、少なくとも、前記カップ部材と前記軸部材の接合用端部にビームを照射して溶接する溶接工程と、
    前記溶接工程で形成された溶接部を１つの探触子により複数の超音波探傷方式で検査する超音波探傷検査工程を備えている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. 前記探触子の位置と角度が自由に制御され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. 前記探触子の位置と角度の制御がプログラムで行われることを特徴とする請求項２に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
  4. 前記超音波探傷検査工程において、前記カップ部材と軸部材が溶接されたワークが、検査時に回転してい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. 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溶接部の超音波探傷検査方法において、
    前記溶接部を１つの探触子により複数の超音波探傷方式で検査することを特徴とする等速自在継手の外側継手部材の溶接部の超音波探傷検査方法。
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