JP5586929B2 - 等速自在継手の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は等速自在継手の製造方法に関する。

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トルク（回転トルク）を伝達し得る構造を備えている。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双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、エンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手が配置され、駆動車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手が配置される（例えば、特許文献１を参照）。

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、内径面に複数のトラック溝を有するカップ部と、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具備する。この外側継手部材は、例えば特許文献２に記載のように、中実の棒状素材に鍛造加工やしごき加工等の塑性加工、切削・旋削等の機械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。

特開２００８−２６２５号公報 特開平１１−１７９４７７号公報

ところで、外側継手部材として、長寸の軸部を有するものを用いる場合がある。この種の外側継手部材は、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のが困難である。そこで、次のような分割構造を有する外側継手部材を着想するに至った。すなわち、別体に製作したカップ部を構成するカップ部材と、軸部を構成する中間部材およびスタブ（一端外径にスプライン等のトルク伝達用連結部が設けられた軸状部材）とを軸方向に並べて配置し、カップ部材およびスタブを摩擦圧接や溶接等の手段で中間部材の一端および他端にそれぞれ接合したものである。

しかしながら、構成部材の数が多くなると、その分だけ設備投資、製造工数、管理工数、保管スペース等が増大する。そのため、上記のように、別体に製作したカップ部材、中間部材およびスタブの三部材を接合することによって長寸の軸部を有する外側継手部材を得るようにしたのでは、この種の等速自在継手の低コスト化を図る上での障害となる。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、別体部材を一体化する構造を前提とし、長寸の軸部を有する外側継手部材の製造コスト低減を図り、もってこの種の外側継手部材を具備する等速自在継手の低コスト化に寄与することにある。

上記の目的を達成するために、本願発明者らは、長寸の軸部を有する完成品としての外側継手部材のカップ部に対応したカップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びた短寸の軸部とを一体に有する外側継手部材の基材を準備し、これを分断するという着想を行った。

すなわち、上記の目的を達成するためになされた本発明は、カップ部とカップ部の底部から軸方向に延びた長寸の軸部とを有する外側継手部材と、外側継手部材のカップ部の内周に収容された内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に配置されたトルク伝達部材とを備える等速自在継手を製造するための方法であって、前記カップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びた短寸の軸部とを一体に有し、塑性加工や機械加工により前記カップ部の内径面および短寸軸部の端部外径に、トラック溝およびトルク伝達用の連結部としてのスプラインをそれぞれ形成した外側継手部材の基材を製作する基材製作工程と、基材を、短寸軸部のうち、前記カップ部の付け根部よりもスプライン側であって、かつスプラインよりも前記カップ部側の範囲内における軸方向一箇所で分断することにより、第１および第２の分断部材を製作する分断工程と、第１および第２の分断部材の分断面間に配置した中間部材の一端面および他端面を、第１の分断部材の分断面および第２の分断部材の分断面にそれぞれ接合する接合工程と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、長寸軸部を有する外側継手部材は、短寸軸部を有する外側継手部材の基材と、中間部材という二部材で構成することができる。そのため、上記したように、別体に製作した三部材（カップ部材、中間部材およびスタブ）を接合することによって長寸軸部を有する外側継手部材を製作する場合に比べ、設備投資、製造工数、管理工数および管理スペースなどを減じることができる。

さらに詳しく述べると、分断前の外側継手部材（外側継手部材の基材）は、その軸部長さや形状を適当なものとしておけば、そのまま等速自在継手に組み込んで使用することができる。また、外側継手部材の軸部長さは搭載される車種等に応じて適宜設定されるが、上記本発明の構成によれば、軸部長さは中間部材で調整することができるので軸部長さ変更の要請にも柔軟に対応することができる。そのため、保有しておくべき外側継手部材の品種低減を図り、管理工数や管理スペースを低減することができる。さらに、軸部長さの異なる外側継手部材を製作するためには、主に、外側継手部材の基材を製造するもの、この外側継手部材を分断するもの、および外側継手部材の基材を分断することによって形成された二部材を中間部材に接合するものがあれば足りる。従って、外側継手部材の軸部長さに応じて専用の製造設備を複数設ける必要がなくなり、設備投資の低減や設備設置スペースの狭小化（製造ラインの省スペース化）を図ることもできる。

外側継手部材の軸部の端部外径（反カップ部側の端部外径）には、等速自在継手（外側継手部材）と駆動軸若しくは従動軸とをトルク伝達可能に連結するために、通常、トルク伝達用の連結部（スプライン又はセレーション）が設けられる。この場合に、トルク伝達用連結部が設けられた軸方向範囲内で外側継手部材の基材を分断すると、準備すべき中間部材の形状が複雑化して中間部材の高コスト化を招くと共に、中間部材の端面を分断面と高精度に接合することが難しくなる。そのため、外側継手部材の基材の短小軸部にトルク伝達用の連結部を設けた場合には、このトルク伝達用連結部よりもカップ部側で外側継手部材の基材を分断する。

上記構成において、中間部材の両端面を分断面と接合するための方法は任意であるが、両者間に高い接合強度を比較的容易に得ることができる摩擦圧接、レーザ溶接、あるいは電子ビーム溶接が好適である。また中間部材としても、中空をなすパイプ材、又は中実をなすバー材を問わず採用することができる。なお、中間部材としてパイプ材を用いれば、中空状の長寸軸部を有する外側継手部材を得ることができ、中間部材としてバー材を用いれば、中実状の長寸軸部を有する外側継手部材を得ることができる。

以上に示す本発明の構成は、角度変位および軸方向変位の双方を許容するいわゆる摺動式の等速自在継手、あるいは角度変位のみを許容するいわゆる固定式の等速自在継手を問わず採用することができる。

以上に示すように、本発明によれば、長寸軸部を有する外側継手部材の製造コスト低減を図り、もってこの種の外側継手部材を具備する等速自在継手の低コスト化を図ることができる。

一実施形態にかかるドライブシャフトの正面図である。 図１に示すドライブシャフトを構成する２つの等速自在継手のうち、一方の等速自在継手の外側継手部材を拡大して示す正面図である。 （ａ）図は、図２に示す外側継手部材を製作するためのベース部材となる外側継手部材の正面図、（ｂ）図は、（ａ）図に示す外側継手部材を二部材に分断した状態を示す正面図である。 他の実施形態にかかるドライブシャフトの正面図である。 図４に示すドライブシャフトを構成する２つの等速自在継手のうち、一方の等速自在継手の外側継手部材を拡大して示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、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１の全体構造を示す正面図である。このドライブシャフト１は、エンジン側（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とを主要な構成として備える。

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部材としてのローラ１９とを備える。内側継手部材１６は、ローラ１９を回転自在に外嵌した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。

長寸軸部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エンジンに固定されている。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はいわゆるバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）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部材としてのボール２３と、外側継手部材２１のカップ部２１ａの内径面と内側継手部材２２の外径面との間に配され、ボール２３を円周方向等間隔に保持する保持器２４とを備える。なお、この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（ＵＪ）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連結部（スプライン）３，３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（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としては、中実タイプを用いても良いし、中空タイプを用いても良い。

両等速自在継手１０，２０の内部にはグリース等の潤滑剤が封入されている。潤滑剤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、筒状のブーツ４，５がそれぞれ装着されている。

次に、本発明の要旨である摺動式等速自在継手１０の外側継手部材１１の詳細構造を説明する。

図２に拡大して示すように、外側継手部材１１は、一端が開口し、内径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、反カップ部１２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が設けられた長寸軸部１３とからなる。より詳しくは、中空軸状をなす中間部材１４の一端面１４ａに、カップ部１２とカップ部１２の底部から一体に延びた軸状の部分とを有する第１の分断部材３４の端面（分断面）３４ａを接合すると共に、中間部材１４の他端面１４ｂに、上記スプラインＳｐを有する第２の分断部材３５の端面（分断面）３５ａを接合して構成される。

上記構成の外側継手部材１１は以下示す工程を順に経て製造される。

（１）基材製作工程
この工程では、上記構成の外側継手部材１１を得る上でのベースとなる部材、詳細には、図３（ａ）に示すように、カップ部３２と、カップ部３２の底部から軸方向に延びた中実軸状の軸部３３とを一体に有する外側継手部材３１を製作する。この外側継手部材３１の軸部３３は、外側継手部材１１の長寸軸部１３よりも短寸に形成されており、本発明で言う短寸軸部を構成する。カップ部３２は、外側継手部材１１のカップ部１２に対応したものであり、その内径面にはローラ１９が転動するトラック溝が形成されている。また、軸部３３は、外側継手部材１１の長寸軸部１３の一部に対応しており、その反カップ部３２側の端部外径にはトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが形成されている。この外側継手部材３１は、例えば、中実の棒状素材（バー材）に鍛造加工やしごき加工等の塑性加工、さらには旋削や切削加工等の機械加工を施すことによって製作される。

外側継手部材３１の所定部位には表面硬化処理が施され、表面硬化層Ｓｈが形成されている。詳しくは、図中クロスハッチングで示すように、軸部３３のうち、サポートベアリング６の内輪が固定されることとなるカップ部３２の付け根部と、スプラインＳｐの形成領域とに表面硬化層Ｓｈが形成されている。なお、図示は省略しているが、カップ部１２を構成することとなるカップ部３２の内径面にも表面硬化処理が施されている。表面硬化処理の手法に特段の限定はなく、例えば、浸炭処理、窒化処理あるいは高周波焼入れを採用することができる。

（２）分断工程
この工程では、基材としての外側継手部材３１を軸方向の一箇所で分断し、図３（ｂ）に示すような二部材３４，３５を製作する。本実施形態では軸部３３の軸方向範囲内、より厳密に言うとスプラインＳｐよりもカップ部３２側であって、表面硬化層Ｓｈが形成されていない領域に切断加工を施す。これにより、カップ部３２およびカップ部３２の底部から一体に延びた中実軸状の部分からなる第１の分断部材３４と、中実軸状をなし、一端外径にスプラインＳｐを有する第２の分断部材３５とが製作される。かかる態様で外側継手部材３１の軸部３３を分断すれば、後述する接合工程において第１および第２の分断部材３４，３５と接合される中間部材１４の形状を簡素化することができると共に、中間部材１４と二部材３４，３５の接合を容易かつ高精度に行うことができる。

（３）端部加工工程
この工程では、基材としての外側継手部材３１の分断面（第１の分断部材３４の端面３４ａ、および第２の分断部材３５の端面３５ａ）に所望の加工を施す。ここでは、図３（ｂ）に示すように、第１の分断部材３４の端面３４ａ中心に凹窪部３４ｂを形成すると共に、第２の分断部材３５の端面３５ａ中心に凹窪部３５ｂを形成する。また、必要に応じて、端面３４ａ，３５ａに平面度や表面粗さを向上するための仕上げ加工を施す。

（４）接合工程
この工程では、別途製作・準備した中間部材１４を外側継手部材３１の分断面（第１の分断部材３４の端面３４ａ、第２の分断部材３５の端面３５ａ）間に配置すると共に、中間部材１４の両端面１４ａ，１４ｂに、第１の分断部材３４の端面３４ａおよび第２の分断部材３５の端面３５ａをそれぞれ接合し、長寸軸部１３を有する外側継手部材１１（図２参照）を得る。本実施形態の中間部材１４は、中空軸状をなす径一定のパイプ材である。そして、中間部材１４の一端および他端に第１および第２の分断部材３４，３５を軸心合わせでそれぞれ配置し、摩擦圧接、レーザ溶接あるいは電子ビーム溶接等の適宜の手段で中間部材１４の一端面１４ａと第１の分断部材３４の端面３４ａを接合すると共に、中間部材１４の他端面１４ｂと第２の分断部材３５の端面３５ａを接合する。これにより、図２に示す外側継手部材１１、すなわち、内径面にトラック溝が形成されたカップ部１２と、カップ部１２の底部から軸方向に延びた長寸軸部１３とを備える外側継手部材１１が完成する。

以上で示したように、本発明に係る等速自在継手１では、図２に示す長寸軸部１３を有する外側継手部材１１が、図３（ａ）に示す外側継手部材３１の分断面（第１の分断部材３４の端面３４ａ、第２の分断部材３５の端面３５ａ）間に配置した中間部材１４の両端面１４ａ，１４ｂを、上記分断面とそれぞれ接合することで得られる。このような構成によれば、外側継手部材３１と中間部材１４とで、長寸軸部１３を有する外側継手部材１１が得られる。そのため、別体に製作した三部材（カップ部材、中間部材およびスタブ）を接合することによって長寸軸部を有する外側継手部材を製作する場合に比べ、設備投資、製造工数、管理工数および管理スペースなどを減じることができる。

さらに詳しく述べると、基材としての外側継手部材３１は、軸部３３長さや形状を適当なものに形成しておけば、そのまま等速自在継手に組み込んで使用することができる。また、外側継手部材の軸部長さは用途等に応じて適宜設定されるが、上記本発明の構成によれば、軸部長さは中間部材１４で調整することができるので軸部長さ変更の要請にも柔軟に対応することができる。そのため、保有しておくべき外側継手部材の品種削減を図ることができ、管理工数や管理スペースの低減を図ることができる。さらに、軸部長さの異なる外側継手部材を製作するためには、主に、図３（ａ）に示す基材としての外側継手部材３１を製造するもの、外側継手部材３１を分断するもの、および外側継手部材３１を分断することによって形成した二部材３４，３５を中間部材１４に接合するものがあれば足りる。従って、外側継手部材の軸部長さに応じて専用の製造設備を複数設ける必要がなくなり、設備投資の低減や設備設置スペースの狭小化（製造ラインの省スペース化）を図ることもできる。

以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。例えば、図示は省略するが、接合端部が互いに嵌合するインロー形状に形成された中間部材１４と第１および第２の分断部材３４，３５とを接合することにより、長寸軸部１３を有する外側継手部材１１を形成することも可能である。この場合、中間部材１４の両端面を段差面状に形成しておき、上記した（３）端部加工工程において、基材としての外側継手部材３１を分断することによって形成した第１および第２の分断部材３４，３５の端面３４ａ，３５ａを、中間部材１４の段差面と嵌合可能な段差面状に形成すれば良い。ちなみに上記構成を採用すれば、分断部材３４，３５の端部加工コストは若干上昇するものの、上記した（４）接合工程における各部材間の芯出しを容易化し、部材同士の接合コストを低減すると共に外側継手部材１１の高精度化を図り易くなるというメリットがある。

なお、中間部材１４の端面１４ａ，１４ｂや分断面（第１および第２の分断部材３４，３５の端面３４ａ，３５ａ）をいかなる形状に形成した場合であっても、中間部材１４の端面１４ａ，１４ｂを軸部３３の分断面と接合するための方法としては、摩擦圧接よりもレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接を採用するのが望ましい。

その理由として、摩擦圧接によって接合部を形成した場合には、接合部の内外径端にそれぞれバリが形成されるが、接合部の外径端に形成されるバリを放置しておくと、軸部外周にその他の部材（例えば、図１に示すサポートベアリング６）を装着する際の妨げとなるため、これを別途の仕上げ加工で除去する必要がある。また、接合部内径端に形成されるバリは、接合部の接合状態を検査する際に、超音波探傷法の適用を不可にするという問題もある。これに対し、レーザ溶接や電子ビーム溶接では、接合過程におけるバリの形成を回避することができる。従って、仕上げ加工が基本的に不要となって製造コストを低廉化することができ、また、接合部の接合状態の検査に超音波探傷を適用することが可能となって品質保証レベルが向上する。

図４は他の実施形態に係るドライブシャフト４１の全体構造を示す正面図である。図４に示すドライブシャフト４１は、摺動式等速自在継手１０の外側継手部材１１の構成のみが図１に示すドライブシャフト１と異なる。よって、図４に示すドライブシャフト４１を構成するその他の部材・部位には図１と共通の参照番号を付し、重複説明を省略する。

図４に示すドライブシャフト４１の一構成部材である摺動式等速自在継手１０の外側継手部材１１は、図５に示すように、長寸軸部１３を構成する中間部材１４が、中実のバー材である点において上述した実施形態と構成を異にしている。これに対応して、図３（ａ）に示す基材としての外側継手部材３１を分断して形成される第１および第２の分断部材３４，３５の端面３４ａ，３５ａには、凹窪部３４ｂ，３５ｂが形成されていない。そのため、この実施形態では、上記した（３）端部加工工程を基本的に省略することができる。従って、外側継手部材１１の製造コストを、上述した実施形態に比べて低廉化することができる。

以上では、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の外側継手部材１１に本発明を適用した場合について説明を行ったが、本発明は、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）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２０の外側継手部材２１にも好ましく適用することができる。また、以上では、ドライブシャフト１，４１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好ましく適用することができる。

１ ドライブシャフト
２ 中間シャフト
４、５ ブーツ
１０ 摺動式等速自在継手
１１ 外側継手部材
１２ カップ部
１３ 長寸軸部
１４ 中間部材
２０ 固定式等速自在継手
３１ 外側継手部材（基材）
３２ カップ部
３３ 軸部（短寸軸部）
３４ 第１の分断部材
３４ａ 端面（分断面）
３５ 第２の分断部材
３５ａ 端面（分断面）
４１ ドライブシャフト
Ｓｐ スプライン（トルク伝達用の連結部）

Claims (6)

1. カップ部とカップ部の底部から軸方向に延びた長寸の軸部とを有する外側継手部材と、前記外側継手部材のカップ部の内周に収容された内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配置されたトルク伝達部材とを備える等速自在継手を製造するための方法であって、
   前記カップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びた短寸の軸部とを一体に有し、塑性加工や機械加工により前記カップ部の内径面および前記短寸軸部の端部外径に、トラック溝およびトルク伝達用の連結部としてのスプラインをそれぞれ形成した外側継手部材の基材を製作する基材製作工程と、
   前記基材を、前記短寸軸部のうち、前記カップ部の付け根部よりも前記スプライン側であって、かつ前記スプラインよりも前記カップ部側の範囲内における軸方向一箇所で分断することにより、第１および第２の分断部材を製作する分断工程と、
   第１および第２の分断部材の分断面間に配置した中間部材の一端面および他端面を、第１の分断部材の分断面および第２の分断部材の分断面にそれぞれ接合する接合工程と、を有することを特徴とする等速自在継手の製造方法。
2. 前記基材製作工程で製作される前記基材は、表面硬化処理により形成された表面硬化層を有する請求項１に記載の等速自在継手の製造方法。
3. 前記分断工程では、前記表面硬化層が形成されていない領域において前記基材を分断する請求項２に記載の等速自在継手の製造方法。
4. 前記分断工程と前記接合工程の間に、前記分断面に所望の加工を施す端部加工工程をさらに設けた請求項１〜３の何れか一項に記載の等速自在継手の製造方法。
5. 中間部材が、中空をなすパイプ材である請求項１〜４の何れか一項に記載の等速自在継手の製造方法。
6. 中間部材が、中実をなすバー材である請求項１〜４の何れか一項に記載の等速自在継手の製造方法。

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