JP2020085161A - 等速自在継手に用いられる外側継手部材の製造方法及び外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の歩留まりを改善すると共に、切削加工等によるコストを抑制できる外側継手部材の製造方法及び外側継手部材を提供する。【解決手段】等速自在継手１００に用いられ、筒状の本体２０とフランジ３０とを有する外側継手部材１０の製造方法であって、本体２０を冷間鍛造により形成する本体製造工程Ｓ１と、本体２０とは別体としてフランジ３０を形成するフランジ製造工程Ｓ２と、本体２０の軸方向の一端部にフランジ３０を接合する接合工程Ｓ３と、を備える。【選択図】図６

Description

本開示は、等速自在継手に用いられる外側継手部材の製造方法及び外側継手部材に関する。

プロペラシャフト等に使用される等速自在継手は、外側継手部材と内側継手部材との間で複数のボールを介してトルクを伝達する。

外側継手部材としては、筒状の本体の一端部にフランジが一体に形成されたものが知られている。本体の内周面には、ボールを保持するための複数のトラック溝が形成される。フランジは、変速機の出力軸等にボルト及びナットで締結される。

特開２００１−６５５９１号公報

ところで、上記の外側継手部材は、フランジ部分における鍛造成形性の問題から、温間鍛造や冷間鍛造ではなく熱間鍛造により製造する必要がある。しかし、熱間鍛造では、トラック溝、フランジ面等の荒加工や仕上げ加工を行う必要があるため、材料の歩留まりが悪く、また、加工工数が多いことでコストが高くなってしまう。

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、材料の歩留まりを改善すると共に、切削加工等によるコストを抑制できる外側継手部材の製造方法及び外側継手部材を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、等速自在継手に用いられ、筒状の本体とフランジとを有する外側継手部材の製造方法であって、前記本体を冷間鍛造により形成する本体製造工程と、前記本体とは別体として前記フランジを形成するフランジ製造工程と、前記本体の軸方向の一端部に前記フランジを接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする外側継手部材の製造方法が提供される。

好ましくは、前記接合工程は、前記本体の一端部に前記フランジを嵌合する嵌合工程と、嵌合された前記本体及び前記フランジを溶接する溶接工程と、を備える。

また、前記溶接工程においては、レーザー溶接、電子ビーム溶接または磁気駆動アーク溶接により溶接部が形成される。

また、前記フランジ製造工程においては、冷間鍛造またはプレス加工により前記フランジが形成される。

また、前記本体製造工程においては、材料から温間鍛造により筒状の中間成形体が形成され、その中間成形体から冷間鍛造により前記本体が形成される。

また、前記等速自在継手は、プロペラシャフト用の固定式等速自在継手である。

本開示の一の態様によれば、等速自在継手に用いられる外側継手部材において、冷間鍛造により形成された筒状の本体と、前記本体とは別体に形成され、前記本体の軸方向の一端部に接合されたフランジと、を備えたことを特徴とする外側継手部材が提供される。

好ましくは、前記本体の一端部には、前記フランジが嵌合される嵌合面が形成され、前記本体と前記フランジとの接合部には、溶接部が形成される。

また、前記溶接部は、レーザー溶接、電子ビーム溶接または磁気駆動アーク溶接により形成される。

また、前記フランジは、冷間鍛造またはプレス加工により形成される。

また、前記本体は、温間鍛造及び冷間鍛造により形成される。

また、前記等速自在継手は、プロペラシャフト用の固定式等速自在継手である。

本開示によれば、外側継手部材の製造における材料の歩留まりを改善すると共に、切削加工等によるコストを抑制できる。

プロペラシャフトの概略構成図である。 固定式等速自在継手の概略断面図である。 固定式等速自在継手の分解斜視図である。 図３に示した外側継手部材の前面視概略図である。 外側継手部材の分解斜視図である。 外側継手部材の概略断面図である。 図６のＶＩＩ部を示す拡大図である。 外側継手部材の製造方法を示す工程図である。 変形例１の摺動式等速自在継手の概略断面図である。 図９に示した外側継手部材の概略断面図である。 変形例２の拡大図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、図中に示す各方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないものとする。

図１は、本実施形態に係る固定式等速自在継手（以下、固定式自在継手）１００を含むプロペラシャフト１の概略構成図である。図２は、固定式自在継手１００の概略断面図であり、図３は、固定式自在継手１００の分解斜視図であり、図４は、図３に示した外側継手部材１０の前面視概略図である。また、図５は、外側継手部材１０の分解斜視図であり、図６は、図５に示した外側継手部材１０の概略断面図であり、図７は、図６のＶＩＩ部を示す拡大図である。なお、本実施形態の前後方向は、外側継手部材１０の軸方向と一致する。

図１に示すように、固定式自在継手１００は、車両（不図示）のプロペラシャフト１に用いられる。固定式自在継手１００は、プロペラシャフト１の前側軸部１ａと変速機の出力軸２とを連結する。他方、プロペラシャフト１の後側軸部１ｂは、摺動式等速自在継手（以下、摺動式自在継手）２００を介して、ファイナルギアの入力軸３に連結される。これにより、車両においては、エンジン等の動力源の動力が、変速機から固定式自在継手１００を通じてプロペラシャフト１に伝達されると共に、プロペラシャフト１から摺動式自在継手２００を通じてファイナルギアに伝達される。但し、固定式自在継手１００及び摺動式自在継手２００の搭載位置は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、互いに逆の位置であっても良い。また、継手部全てに固定式自在継手１００または摺動式自在継手２００のみを用いても良いし、これらの自在継手１００，２００をユニバーサルジョイントと組み合わせて用いても良い。

本実施形態では、図１に示した固定式自在継手１００に用いられる外側継手部材１０について説明する。

図２及び図３に示すように、固定式自在継手１００は、外側継手部材１０と、外側継手部材１０内に配置される内側継手部材５と、外側継手部材１０と内側継手部材５との間に介在されるケージ６及びボール７と、を備える。図２中、符号８は、外側継手部材１０の後端部に取り付けられるブーツであり、符号９は、外側継手部材１０の前端部に取り付けられるシールプレートである。なお、本実施形態のブーツ８は、筒状の取付具８ａを介して外側継手部材１０の後端部に取り付けられる。

内側継手部材５は、円環状に形成され、プロペラシャフト１の前側軸部１ａの前端部にスプライン嵌合される。内側継手部材５の外周面には、前後方向に延びる内側トラック溝５ａが周方向に複数（図示例では、等間隔に６つ）形成される。

ケージ６は、筒状に形成され、周方向に複数（図示例では、６つ）の開口部６ａを有する。ボール７は、ケージ６の開口部６ａに挿通される。

外側継手部材１０は、筒状の本体２０と、本体２０とは別体に形成され、本体２０の前端部に接合されたフランジ３０と、を備える。

本体２０の内周面２１には、前後方向に延びる外側トラック溝２２が周方向に複数（図示例では、等間隔に６つ）形成される。外側トラック溝２２は、前面視で球面状に形成される（図４を参照）。また、外側トラック溝２２は、前後方向において、両端よりも中央が径方向外側に緩やかに膨らむように球面状に形成される。

外側トラック溝２２は、内側継手部材５の内側トラック溝５ａと共にボール７を保持する。これにより、ボール７を介して外側継手部材１０から内側継手部材５にトルクが伝達される。また、図示しないが、外側トラック溝２２上をボール７が前後方向に転動することで、内側継手部材５及びケージ６と共にプロペラシャフト１が前後方向に対して傾動する。

他方、本体２０の前端部には、内周面２１を全周に亘って拡径させた内周側拡径部２３が形成される。内周側拡径部２３には、シールプレート９が嵌合される。

また、図５〜図７に示すように、本体２０の前端部には、フランジ３０が嵌合される嵌合面Ｆが形成される。また、本体２０とフランジ３０との接合部には、溶接部Ｗが形成される。

具体的には、本体２０の前端部には、外周面２４を全周に亘って縮径させた外周側縮径部２５が形成されており、嵌合面Ｆは、外周側縮径部２５の外周面２５ａによって画成される。また、嵌合面Ｆは、本体２０の前端から後方に向かって一定の距離で形成される。また、嵌合面Ｆは、フランジ３０の内径よりも僅かに小径または同径で形成される。

フランジ３０は、ボルト及びナット（不図示）を用いて、変速機の出力軸２の後端部に形成されたフランジ部２ａ（図１を参照）に締結される。フランジ３０には、ボルトを挿通するためのボルト挿通孔３１が形成される。ボルト挿通孔３１は、フランジ３０の周方向に複数（図示例では、等間隔に３つ）設けられる。

フランジ３０の外周面３２は、周方向におけるボルト挿通孔３１の位置が径方向外側に突出するように、湾曲されて形成される。但し、フランジ３０は、任意の形状であって良く、例えば、外周面３２が前面視で真円状に形成されていても良い。また、ボルト挿通孔３１の個数も任意であって良い。

また、本実施形態のフランジ３０は、内周面３３側の後面部に、全周に亘って後方に一定の距離で突出する凸部３４を有する。

図７に示すように、フランジ３０の内周面３３は、フランジ３０の前端から凸部３４の後端の位置にかけて形成され、全周に亘って本体２０の嵌合面Ｆに嵌合されて当接される。他方、凸部３４の後面３４ａは、外周側縮径部２５の後面２５ｂに当接される。

本実施形態の溶接部Ｗは、外周側縮径部２５の後面２５ｂと凸部３４の後面３４ａとの当接部分に形成される。

次に、外側継手部材１０の製造方法について説明する。図８は、外側継手部材１０の製造方法を示す工程図である。

図８に示すように、外側継手部材１０の製造方法は、本体２０を冷間鍛造により形成する本体製造工程Ｓ１と、本体２０とは別体としてフランジ３０を形成するフランジ製造工程Ｓ２と、本体２０の前端部にフランジ３０を接合する接合工程Ｓ３と、を備える。

本体製造工程Ｓ１においては、後に本体２０となる金属製の材料（例えば、円柱状のビレット）から、温間鍛造により筒状の中間成形体（不図示）が形成される。そして、その中間成形体から冷間鍛造により本体２０が形成される。但し、可能であれば、温間鍛造を省略して、材料から冷間鍛造により本体２０が形成されても良い。

フランジ製造工程Ｓ２においては、金属製の材料（例えば、円盤状のビレット）から、冷間鍛造によりフランジ３０が形成される。なお、可能であれば、冷間鍛造の代わりに、プレス加工等によってフランジ３０が形成されても良い。また、必要に応じて切削加工が加えられても良い。

接合工程Ｓ３は、本体２０の前端部にフランジ３０を嵌合する嵌合工程Ｓ３ａと、嵌合された本体２０及びフランジ３０を溶接する溶接工程Ｓ３ｂと、を備える。

嵌合工程Ｓ３ａにおいては、フランジ３０を本体２０の外周側縮径部２５に前方から後方にスライドさせてインロー嵌合させる。これにより、図７に示すように、フランジ３０の内周面３３が本体２０の嵌合面Ｆに嵌合されて当接され、フランジ３０は、本体２０に対して半径方向に同軸に位置決めされる。また、フランジ３０の凸部３４の後面３４ａが本体２０の外周側縮径部２５の後面２５ｂに当接され、フランジ３０は、本体２０に対して軸方向に位置決めされる。

溶接工程Ｓ３ｂにおいては、レーザー溶接により溶接部Ｗが形成される。詳細は後述するが、レーザー溶接は、通常のアーク溶接に比べて、溶接の熱による歪みを低減できる低歪み溶接である。

図示しないが、レーザー溶接には、光学系レンズを備えたレーザー照射装置が用いられる。レーザー照射装置は、凸部３４の後面３４ａと外周側縮径部２５の後面２５ｂとを突き合わせた当接部分に対して、径方向外側から全周に亘ってレーザー光を照射する。これにより、当接部分が溶融されて接合され、全周に亘って突き合わせ溶接による溶接部Ｗが形成される。

ところで、一般的なプロペラシャフト用等速自在継手の外側継手部材の製造方法では、本体及びフランジが一体として形成される。

しかし、この製造方法では、フランジ部分における鍛造成形性の問題から、温間鍛造や冷間鍛造ではなく、熱間鍛造により外側継手部材を形成しなければならない。熱間鍛造した場合には、外側トラック溝、フランジ面等の荒加工を施した後に熱処理を行い、研削、切削加工等の仕上げ加工を行う必要があり、材料の歩留まりが悪くなる。また、加工工数が多いので、製造コストが高くなってしまう。

特に、固定式自在継手の場合、外側トラック溝は、前後方向の両端よりも中央が径方向外側に緩やかに膨らむように球面状に形成されるので、後述する摺動式自在継手と比べて、切削加工等が難しいという問題がある。

これに対して、本実施形態に係る製造方法では、本体２０とフランジ３０とが別体として形成される。そのため、熱間鍛造ではなく、冷間鍛造により本体２０の最終形状を得ることできる。そして、これら本体２０及びフランジ３０を互いに接合することで、外側継手部材１０が完成される。従って、本実施形態によれば、本体２０における外側トラック溝２２等の荒加工や仕上げ加工が不要となり、材料の歩留まりを改善できる。また、加工工数を減らして製造コストを抑制できる。

特に、本実施形態によれば、切削加工等が難しい固定式自在継手１００の外側トラック溝２２であっても、冷間鍛造によって低コストで精度良く形成できる。

また、本実施形態では、本体２０の前端部にフランジ３０を嵌合した後、接合部に溶接部Ｗを形成する。そのため、フランジ３０と本体２０とを所定位置に位置決めした状態で、確実に互いを接合できる。

また、本実施形態の溶接部Ｗは、レーザー溶接により形成される。溶接方法としては、その他にアーク溶接等が考えられるが、通常のアーク溶接では、溶接部Ｗに加えられる入熱量が多く、熱による歪みの影響で本体２０の内周面２１や外側トラック溝２２等が変形する虞がある。そして、外側トラック溝２２等に変形が生じた場合、これを解消するためには切削加工等を行う必要があり、歩留まりの改善や製造コストの抑制に不利となる。

これに対して、レーザー溶接では、レーザー照射装置の光学系レンズによって集光されたレーザー光が当接部分に照射されるので、当接部分を高いエネルギー密度で局所的に溶融できる。そのため、アーク溶接に比べて溶接部Ｗに加えられる入熱量が少なく、熱による歪みを低減できる。その結果、外側トラック溝２２等の変形を抑制できるため、切削加工等を省略して、歩留まりの改善や製造コストの抑制を図ることが可能になる。

以上、本開示の基本実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような変形例またはそれら変形例の組み合わせとすることができる。なお、下記の説明において、基本実施形態と同一または対応する構成要素には同じ符号を用い、それらの詳細な説明を省略する。

（変形例１）
上述した固定式自在継手１００の外側継手部材１０の製造方法は、図１に示した摺動式自在継手２００の外側継手部材１０にも適用できる。

図９及び図１０に示すように、変形例１における摺動式自在継手２００の外側継手部材１０では、筒状の本体２０の後端部にフランジ３０が接合される。摺動式自在継手２００のフランジ３０は、ファイナルギアの入力軸３の前端部に形成されたフランジ部３ａ（図１を参照）に締結される。また、摺動式自在継手２００のブーツ８及び取付具８ａは、外側継手部材１０の前端部に設けられる。

摺動式自在継手２００の外側トラック溝２２は、前後方向に直線状に延びて形成される。これにより、摺動式自在継手２００では、外側トラック溝２２上をボール７が前後方向に転動することで、内側継手部材５及びケージ６と共にプロペラシャフト１が前後方向に対して傾動し、且つ、前後方向にも直線移動可能となる。なお、図示しないが、摺動式自在継手２００は、トリポード型であっても良い。

（変形例２）
図１１に示すように、フランジ３０の後面部から凸部３４を省略しても良く、また、溶接形状も任意であって良い。変形例２では、フランジ３０の後面３０ａと本体２０の外周側縮径部２５の後面２５ｂとの当接部分に、隅肉溶接による溶接部Ｗが形成される。

（変形例３）
図示しないが、レーザー溶接の代わりに、電子ビーム溶接または磁気駆動アーク溶接が用いられても良い。

電子ビーム溶接では、真空中でフィラメントを加熱して、放出された電子を高い電圧で加速させ、電磁コイルで収束させた上で、上述した本体２０とフランジ３０との当接部分に衝突させる。これにより、当接部分が溶融されて接合される。

磁気駆動アーク溶接では、本体２０とフランジ３０との接合面（図７の例では、凸部３４の後面３４ａと外周側縮径部２５の後面２５ｂ）に一定の隙間を設け、溶接機によってその隙間にアークを発生させる。また、本体２０及びフランジ３０のそれぞれの外周に電磁コイルや永久磁石を配置して、磁界を発生させることで、アークを周方向に高速で回転させる。そして、アーク熱によって接合部を溶融させた状態で接合面を圧接する。

電子ビーム溶接または磁気駆動アーク溶接であれば、レーザー溶接と同様に、通常のアーク溶接に比べて溶接部に加えられる入熱量が少ないため、熱による歪みを低減できる。

（変形例４）
接合工程においては、レーザー溶接、電子ビーム溶接及び磁気駆動アーク溶接の他に、摩擦圧接等の低歪みの接合方法を用いることも可能である。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ プロペラシャフト
１０ 外側継手部材
２０ 本体
２１ 内周面
２２ 外側トラック溝
３０ フランジ
１００ 固定式等速自在継手
Ｆ 嵌合面
Ｗ 溶接部

Claims (12)

1. 等速自在継手に用いられ、筒状の本体とフランジとを有する外側継手部材の製造方法であって、
   前記本体を冷間鍛造により形成する本体製造工程と、
   前記本体とは別体として前記フランジを形成するフランジ製造工程と、
   前記本体の軸方向の一端部に前記フランジを接合する接合工程と、を備えた
   ことを特徴とする外側継手部材の製造方法。
2. 前記接合工程は、前記本体の一端部に前記フランジを嵌合する嵌合工程と、嵌合された前記本体及び前記フランジを溶接する溶接工程と、を備える
   請求項１に記載の外側継手部材の製造方法。
3. 前記溶接工程においては、レーザー溶接、電子ビーム溶接または磁気駆動アーク溶接により溶接部が形成される
   請求項２に記載の外側継手部材の製造方法。
4. 前記フランジ製造工程においては、冷間鍛造またはプレス加工により前記フランジが形成される
   請求項１〜３何れか一項に記載の外側継手部材の製造方法。
5. 前記本体製造工程においては、材料から温間鍛造により筒状の中間成形体が形成され、その中間成形体から冷間鍛造により前記本体が形成される
   請求項１〜４何れか一項に記載の外側継手部材の製造方法。
6. 前記等速自在継手は、プロペラシャフト用の固定式等速自在継手である
   請求項１〜５何れか一項に記載の外側継手部材の製造方法。
7. 等速自在継手に用いられる外側継手部材において、
   冷間鍛造により形成された筒状の本体と、
   前記本体とは別体に形成され、前記本体の軸方向の一端部に接合されたフランジと、を備えた
   ことを特徴とする外側継手部材。
8. 前記本体の一端部には、前記フランジが嵌合される嵌合面が形成され、
   前記本体と前記フランジとの接合部には、溶接部が形成される
   請求項７に記載の外側継手部材。
9. 前記溶接部は、レーザー溶接、電子ビーム溶接または磁気駆動アーク溶接により形成される
   請求項８に記載の外側継手部材。
10. 前記フランジは、冷間鍛造またはプレス加工により形成される
    請求項７〜９何れか一項に記載の外側継手部材。
11. 前記本体は、温間鍛造及び冷間鍛造により形成される
    請求項７〜１０何れか一項に記載の外側継手部材。
12. 前記等速自在継手は、プロペラシャフト用の固定式等速自在継手である
    請求項７〜１１何れか一項に記載の外側継手部材。

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