WO2015194302A1 - 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

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 Download PDF

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練二 夏目
邦明 原田
義也 真野
聖広 鈴木
駿一郎 坪井
英 永武
達朗 杉山
正純 小林
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Ntn株式会社
練二 夏目
邦明 原田
義也 真野
聖広 鈴木
駿一郎 坪井
英 永武
達朗 杉山
正純 小林
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an outer joint member of a constant velocity universal joint and an outer joint member.
  • the constant velocity universal joint that constitutes the power transmission system of automobiles and various industrial machines connects the two shafts on the drive side and the driven side so that torque can be transmitted, and transmits rotational torque at a constant speed even if the two shafts have an operating angle. can do.
  • Constant velocity universal joints are broadly classified into fixed constant velocity universal joints that allow only angular displacement and sliding constant velocity universal joints that allow both angular displacement and axial displacement.
  • a sliding type constant velocity universal joint is used on the differential side (inboard side), and a fixed type constant velocity universal joint is used on the drive wheel side (outboard side).
  • the constant velocity universal joint is composed of a cup part in which a track groove that engages a torque transmitting element is formed on the inner peripheral surface, and an axial direction from the bottom part of this cup part. And an outer joint member having an extended shaft portion.
  • This outer joint member is used to integrally form the cup and shaft by subjecting a solid bar-shaped material (bar material) to plastic processing such as forging and ironing, cutting, heat treatment, grinding, etc. There are many.
  • a member having a long shaft portion may be used as the outer joint member.
  • the inboard side outer joint member of the drive shaft on one side is made a long stem, and this long stem is rotatably supported by a rolling bearing.
  • the length of the long stem portion varies depending on the vehicle type, but is approximately 300 to 400 mm.
  • the shaft portion since the shaft portion is long, it is difficult to integrally form the cup portion and the shaft portion with high accuracy. For this reason, there is a type in which the cup portion and the shaft portion are formed of separate members and both members are joined by friction welding. Such a friction welding technique is described in Patent Document 1, for example.
  • the intermediate product 71 ′ of the outer joint member 71 includes a cup member 72 and a shaft member 73 and is joined by friction welding. As shown in FIG. 20, the joining portion 74 has a burr 75 at least in one of the inner and outer diameters due to the pressure contact.
  • the burr 75 on the outer diameter side of the joint portion 74 is removed by processing such as turning as shown in FIG. There is a need.
  • the intermediate product 71 ′ is a finished product of the outer joint member 71 by machining a spline, a retaining ring groove, and the like, through heat treatment, grinding, and the like. Accordingly, there is a difference in the shape of the details between the outer joint member 71 and the intermediate product 71 ′. However, in FIG. 21, the difference in the shape of the details is omitted to simplify the description, and the outer shape as a finished product is omitted.
  • the joint member 71 and the intermediate product 71 ′ are denoted by the same reference numerals. The same applies to the following description.
  • the burrs 75 of the joint 74 generated by the friction welding described above are hardened by friction heat and subsequent cooling, and have a distorted shape spreading in the radial direction and the axial direction. Accordingly, as shown in FIG. 21, when the burr 75 on the outer diameter side is removed by turning, the turning tip is abraded violently due to high hardness, and the turning tip tends to be chipped due to the distorted shape. For this reason, it is difficult to increase the turning speed, and the amount of cutting per pass of the turning tip is small and the number of passes is increased. Therefore, there is a problem that the cycle time is long and the manufacturing cost is increased.
  • cup member 72 and the shaft member 73 used for the friction welding shown in FIGS. 20 and 21 and the welding shown in FIG. 22 are joined at intermediate positions of shaft portions having different shapes and sizes for each vehicle type. Therefore, as described later, it has been found that there is a problem in terms of cost reduction by improving productivity and integrating cup member types.
  • the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems, and its object is to improve the strength and quality of the welded portion, reduce the welding cost, improve the productivity of the shaft member, and reduce the manufacturing cost. Another object of the present invention is to provide an outer joint member manufacturing method and an outer joint member that enable cost reduction and product management load reduction by product type integration.
  • the present inventors diligently studied and verified to achieve the above object, and found the following findings. And based on these multifaceted findings, a new manufacturing concept that takes mass productivity into consideration was conceived and the present invention was achieved.
  • (1) In terms of production technology, the cup member and shaft member are placed in a sealed space and evacuated, and the hollow cavity is also welded in a vacuumed state, thereby preventing the melt from blowing up and generating bubbles. It is done.
  • productivity when welding a cup member and a shaft member that have been subjected to quenching and tempering heat treatment in order to improve productivity, the temperature of the peripheral portion increases due to heat during welding, and the heat treatment portion There is a concern that the hardness of the steel will decrease.
  • the cup member 72 shown in FIGS. 20 to 22 has the following problems.
  • the cup member 72 is formed with a short shaft portion whose diameter is reduced from the bottom portion of the cup portion by forging or the like.
  • the short shaft portion is set based on the shape and dimensions of the shaft member 73, and the shaft portion It is the structure joined in the middle position.
  • the shaft member 73 is required to have various shaft diameters and outer peripheral shapes in addition to the standard length stem and long stem type depending on the vehicle to be assembled. For this reason, when the short shaft portion of the cup member 72 is set with reference to the shape and dimensions of the shaft member 73 and joined at an intermediate position of the shaft portion 73, the short shaft portion of the cup member 72 joined to the shaft member 73 Since both the shaft diameter (joining diameter), shape, and length (joining position) are different, a dedicated cup member 72 is required for one kind of shaft member 73.
  • the material temperature When the material temperature is lowered, the deformation resistance becomes large, so that there is a problem that it cannot be processed into a target shape in a predetermined process. For this reason, conventionally, the material temperature is heated to a hot region of 1000 to 1200 ° C. And had to be forged. As a result, it becomes easy to cause enlargement of crystal grains by heating to the hot region, and a normalizing process after forging is essential, and an oxide film called scale is formed on the surface of the forged product in the hot region. Therefore, there is a problem of high manufacturing cost that the shot peening process is essential. In particular, it has been found that long-axis products tend to avoid working by forging because there is no cost advantage compared to full-scale turning from bar material.
  • the present invention separates a cup portion formed on the inner periphery with a track groove engaged with a torque transmitting element and a shaft portion formed on the bottom portion of the cup portion.
  • the cup member and the shaft member are made of medium carbon
  • the cup member is prepared by forming a joining end face on the outer surface of the bottom part in the machining step, and the shaft member.
  • the shaft member As a shaft member formed with a joining end face to be joined to the bottom of the cup member in a machining process, the joining end face of the cup member and the joining end face of the shaft member are abutted, and the outside of the abutting part Or A beam is irradiated in the radial direction and welded.
  • the shaft member is formed by a forging process from a billet obtained by cutting a bar material, and a step portion on which the joining end surface is formed and a concave portion on the radially inner side are formed. It is characterized by that.
  • the present invention as an outer joint member of a constant velocity universal joint includes a cup part formed on the inner periphery of a track groove with which a torque transmission element engages and a shaft part formed on the bottom part of the cup part as separate members.
  • the cup member and the shaft member are made of medium carbon steel
  • a cylindrical portion and a bottom portion are integrally formed by forging, and a joining end surface is formed on an outer surface of the bottom portion.
  • the shaft member is joined to an end portion to be joined to the bottom portion.
  • outer joint members that can improve the strength and quality of welds, reduce welding costs, improve shaft member productivity and reduce manufacturing costs, reduce costs by integrating products, and reduce production management loads.
  • the manufacturing method and outer joint member can be realized.
  • the fact that the outer diameter of the joining end face is the same for each joint size means that the cup member has one type of joint size, that is, one part number.
  • a plurality of types (multiple product numbers) of cup members are set with one joint size according to different specifications of the maximum operating angle, and the outer diameters of the end surfaces for joining of these cup members are the same. It is the concept of wrapping what is dimensioned.
  • a plurality of types (multiple product numbers) of cup members are set with one joint size, and the outer diameters of the end surfaces for joining of these cup members are the same size.
  • the outer diameter of the end face for joining the cup member and the outer diameter of the end face for joining the shaft member are not necessarily the same size.
  • the end face for joining the cup member in consideration of the state of the weld bead, etc.
  • the outer diameter of the end surface for joining the shaft member is slightly smaller than the outer diameter of the shaft member.
  • the outer diameter of the end surface for joining the shaft member is slightly larger than the outer diameter of the end surface for joining the cup member. Appropriate dimensional differences may be added.
  • the outer diameter of the joining end surface of the cup member and the shaft member is set to the same dimension for each joint size, the outer diameter of the joining end surface of the cup member and the joining end surface of the shaft member It is a concept including an appropriate dimensional difference between the outer diameter and the outer diameter.
  • the type of the constant velocity universal joint is different in that the outer diameter of the joining end surface is the same for each joint size, and the protruding surface is the same for each joint size.
  • the outer diameter of the joining end face of the tripod type constant velocity universal joint and the double offset type constant velocity universal joint is made the same size, or on the outboard side.
  • the forging process of the shaft member includes a preliminary molding step in which a step portion on which a joining end surface is formed from a billet is formed into a taper shape, and then a main molding in which a step portion on which the joining end surface is formed and the concave portion are formed. It is preferable to comprise from a process. Thereby, the number of processes is suppressed, and forging at a heating temperature in a temperature region lower than the hot region can be performed.
  • the upsetting distance (L2) in the main forming step and the diameter (Dw2) after the preforming It is preferable to reduce the ratio L2 / Dw2. As a result, buckling is prevented and there is no entrainment of the skin and stable installation is possible.
  • buckling can be prevented even at a heating temperature lower than the hot region by forming the billet with a punch having a cone angle ( ⁇ ) of 5 to 20 °.
  • the billet is heated to 800 to 1000 ° C., so that the normalizing process and shot peening process after the forging process can be omitted, the productivity of the shaft member is improved, and the manufacturing cost is increased. Can be reduced.
  • the outer segregated portion of the constant velocity universal joint with good strength and quality of the welded portion can be obtained by retaining the central segregation portion of the billet in the concave portion.
  • the outer joint member manufacturing method and outer joint member of the constant velocity universal joint According to the outer joint member manufacturing method and outer joint member of the constant velocity universal joint according to the present invention, the strength and quality of the welded portion, the welding cost is reduced, the productivity of the shaft member is improved, and the manufacturing cost is reduced. In addition, it is possible to realize an outer joint member manufacturing method and an outer joint member capable of reducing cost and production management by integrating the types of cup members.
  • FIG. 1 shows the whole structure of the drive shaft to which 1st Embodiment is applied about the outer joint member which concerns on this invention. It is a fragmentary longitudinal cross-sectional view which expands and shows the outer joint member of FIG. It is an enlarged view of a welding part. It is an enlarged view which shows the shape before welding. It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the outer joint member of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of the cup member after the ironing process, showing the cup member before welding. It is a longitudinal cross-sectional view of the cup member after turning, showing the cup member before welding. It is a front view of the billet which showed the shaft member before welding and cut
  • the shaft member before welding is shown, and is a partial longitudinal sectional view after turning and spline processing.
  • FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of an outer joint member according to the present invention. Shown in First, a first embodiment of the outer joint member will be described with reference to FIGS. 1 and 2, and then a first embodiment of a method for manufacturing the outer joint member will be described with reference to FIGS. .
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall structure of a drive shaft 1 in which the outer joint member 11 of the first embodiment is used.
  • the drive shaft 1 includes a sliding type constant velocity universal joint 10 disposed on the differential side (right side in the figure: hereinafter also referred to as inboard side) and a drive wheel side (left side in the figure: hereinafter also referred to as outboard side).
  • the fixed type constant velocity universal joint 20 and the intermediate shaft 2 that couples the two constant velocity universal joints 10 and 20 so as to transmit torque are the main components.
  • a sliding type constant velocity universal joint 10 shown in FIG. 1 is a so-called double offset type constant velocity universal joint (DOJ).
  • the constant velocity universal joint 10 includes an outer joint member 11 having a cup portion 12 and a long shaft portion (hereinafter, also referred to as a long stem portion) 13 extending in the axial direction from the bottom portion of the cup portion 12, and an outer joint member 11.
  • a cylindrical inner peripheral surface 42 of the member 11 and a spherical outer peripheral surface 43 of the inner joint member 16 are fitted with a spherical outer peripheral surface 45 and a spherical inner peripheral surface 46, respectively, and a cage 44 holding the ball 41.
  • the center of curvature O 1 of the spherical outer peripheral surface 45 of the cage 44 and the center of curvature O 2 of the spherical inner peripheral surface 46 are offset from the joint center O by the same distance on the opposite side in the axial direction.
  • the inner ring of the support bearing 6 is fixed to the outer peripheral surface of the long stem portion 13, and the outer ring of the support bearing 6 is fixed to the transmission case via a bracket (not shown).
  • the outer joint member 11 is rotatably supported by the support bearing 6, and by providing such a support bearing 6, the outer joint member 11 is prevented from swinging during operation or the like as much as possible.
  • a fixed type constant velocity universal joint 20 shown in FIG. 1 is a so-called Rzeppa type constant velocity universal joint, and has an outer side having a bottomed cylindrical cup portion 21a and a shaft portion 21b extending in the axial direction from the bottom portion of the cup portion 21a.
  • a torque transmission element disposed between the joint member 21, the inner joint member 22 accommodated in the inner periphery of the cup portion 21 a of the outer joint member 21, and the cup portion 21 a and the inner joint member 22 of the outer joint member 21.
  • a cage 24 that is disposed between the inner peripheral surface of the cup portion 21 a of the outer joint member 21 and the outer peripheral surface of the inner joint member 22 and holds the ball 23.
  • An undercut-free type constant velocity universal joint may be used as the fixed type constant velocity universal joint 20.
  • the intermediate shaft 2 has torque transmission splines (including serrations; the same applies hereinafter) 3 at the outer diameters at both ends. Then, the spline 3 on the inboard side is spline-fitted with the hole portion of the inner joint member 16 of the sliding type constant velocity universal joint 10, whereby the inner joint member 16 of the intermediate shaft 2 and the sliding type constant velocity universal joint 10. Are coupled so that torque can be transmitted. Further, the spline 3 on the outboard side is spline-fitted with the hole of the inner joint member 22 of the fixed type constant velocity universal joint 20, so that the intermediate shaft 2 and the inner joint member 22 of the fixed type constant velocity universal joint 20 are connected. Connected to transmit torque. As the intermediate shaft 2, a solid type is shown, but a hollow type can also be used.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the outer joint member 11 of the present embodiment.
  • FIG. 2a is a partial longitudinal sectional view
  • FIG. 2b is an enlarged view of a portion A in FIG. 2a
  • FIG. It is a figure which shows a shape.
  • the outer joint member 11 is open at one end, and has a bottom with a plurality of track grooves 30 and a cylindrical inner peripheral surface 42 on which balls 41 (see FIG. 1) roll at equal intervals in the circumferential direction of the inner peripheral surface.
  • the outer joint member 11 is formed by welding a cup member 12a and a shaft member 13a.
  • the cup member 12a shown in FIGS. 2a to 2c is made of medium carbon steel containing 0.40 to 0.60% by weight of carbon such as S53C, and has a track groove 30 and a cylindrical inner peripheral surface 42 formed on the inner periphery. It is an integrally molded product comprising a cylindrical portion 12a1 and a bottom portion 12a2. A convex portion 12a3 is formed on the bottom portion 12a2 of the cup member 12a.
  • a boot mounting groove 32 is formed on the outer periphery on the opening side of the cup member 12a, and a retaining ring groove 33 is formed on the inner periphery.
  • the shaft member 13a has a bearing mounting surface 14 and a retaining ring groove 15 formed on the outer periphery on the cup member 12a side, and a spline Sp formed on the opposite end.
  • the shaft member 13a is made of medium carbon steel containing 0.30 to 0.55 wt% carbon such as S40C.
  • the joining end surface 50 formed on the convex portion 12a3 of the bottom 12a2 of the cup member 12a and the joining end surface 51 at the end of the shaft member 13a on the side of the cup member 12a are abutted, and electron beam welding is performed radially from the outside of the cup member 12a. It is welded by.
  • the welded portion 49 is formed by a bead of a beam irradiated from the radially outer side of the cup member 12a.
  • the outer diameter B see FIGS.
  • the outer diameter B of the joining end face 50 of the cup member 12a and the outer diameter B of the joining end face 51 of the shaft member 13a are not necessarily the same size.
  • the outer diameter B of the joining end face 51 is slightly smaller than the outer diameter B of the joining end face 50, or conversely, the outer diameter B of the joining end face 51 is slightly smaller than the outer diameter B of the joining end face 50.
  • An appropriate dimensional difference such as a large diameter may be added.
  • the outer diameter B of the joining end face 50 and the joining end face 51 is set to the same dimension for each joint size.
  • the outer diameter B of the joining end face 50 and the outer diameter of the joining end face 51 are the same. This is a concept including that there is an appropriate dimensional difference with B.
  • the bearing mounting surface 14 and the like can be processed in advance, and after welding Processing can be abolished. Further, since burrs do not appear in the weld due to electron beam welding, post-processing of the weld can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced. Further, 100% inspection by ultrasonic flaw detection of the welded portion is possible.
  • the joining end face 50 of the cup member 12a is turned in a ring-shaped configuration, and the forging skin remains in the central portion in the radial direction. This shortens the turning time.
  • FIG. 3 shows an outline of the manufacturing process of the outer joint member.
  • the cup member 12a is manufactured by a manufacturing process including a bar material cutting process S1c, a forging process S2c, an ironing process S3c, and a turning process S4c, as shown.
  • the shaft member 13a is manufactured by a manufacturing process including a bar material cutting process S1s, a forging process S2s, a turning process S3s, and a spline processing process S4s.
  • the intermediate parts of the cup member 12a and the shaft member 13a manufactured in this way are each assigned a product number and managed.
  • the machining process in the claims means a turning process S4c, a turning process S3s, and a grinding process S6s described later (see FIG. 17) among the above manufacturing processes.
  • Bar material cutting step S1c Based on the forging weight, the bar material is cut at a predetermined length to produce a billet.
  • Forming process S2c The billet is forged, and the cylindrical part, the bottom part, and the convex part are integrally formed as a shape material of the cup member 12a.
  • Induction hardening and tempering are performed as heat treatment on at least the track grooves 30, the cylindrical inner peripheral surface 42 and the outer periphery of the shaft portion 13 of the cup portion 12 after welding. The weld is not heat treated.
  • a hardened layer of about HRC 58 to 62 is formed on the track groove 30 and the cylindrical inner peripheral surface 42 of the cup portion 12. Further, a hardened layer of about HRC 50 to 62 is formed in a predetermined range on the outer periphery of the shaft portion 13.
  • the heat treatment process is incorporated after the welding process, the temperature of the peripheral part rises due to the heat during welding, and the cup member and shaft having a shape and specifications that affect the hardness of the heat treatment part. Suitable for parts.
  • FIG. 4a is a longitudinal sectional view showing a state after the ironing of the cup member 12a
  • FIG. 4b is a longitudinal sectional view showing a state after the turning.
  • the cylindrical portion 12a1', the bottom portion 12a2 'and the convex portion 12a3' are integrally formed in the forging step S2c.
  • the track grooves 30 and the cylindrical cylindrical surface 42 are ironed, and the inner periphery of the cylindrical portion 12a1 'is finished as shown in FIG. 4a.
  • FIG. 5 shows a state in each processing step of the shaft member 13a.
  • FIG. 5 a is a front view showing a billet 13 a ′′ obtained by cutting a bar material
  • FIG. 5 b is a partial longitudinal sectional view showing a shaped member 13 a ′ forged into a schematic shape by forging (upset forging) the billet 13 a ′′
  • FIG. 5c is a partial longitudinal sectional view showing the shaft member 13a after turning and spline processing.
  • the billet 13a ′′ shown in FIG. 5a is manufactured.
  • the billet 13a ′′ is expanded by upset forging to a predetermined range of shaft diameter, A step portion 54 on which the joining end surface 51 is formed, a second step portion 55 on which the bearing mounting surface 14 is formed, and a first step portion 56 are formed, and a joining side end portion (end portion on the cup member 12a side) is formed.
  • the shape member 13a ′ in which the recess 52 is formed is manufactured.
  • the diameter B is turned, and in the spline processing step S4s, the spline Sp is processed at the opposite end of the recess 52 by rolling or pressing.
  • the outer diameter B of the joining end surface 50 of the convex portion 12a3 of the bottom portion 12a2 of the cup member 12a shown in FIG. 4b is set to be the same size with one joint size.
  • the shaft member 13a shown in FIG. 5c is for a long stem, the outer diameter B of the joining end surface 51 at the end on the cup member 12a side is not related to the shaft diameter or the outer peripheral shape of the cup member 12a. It is set to the same dimension as the outer diameter B of the joining end face 50.
  • the joining end surface 51 of the shaft member 13 a is set at a position closer to the cup member 12 a than the bearing mounting surface 14.
  • the cup member 12a is shared, only the shaft member 13a is manufactured in various shaft diameters, lengths and outer peripheral shapes according to the vehicle type, and both the members 12a and 13a are welded.
  • the outer joint member 11 suitable for various vehicle types can be manufactured. Details of sharing the cup member 12a will be described later.
  • FIGS. 10 and 11 are schematic views showing the welding apparatus.
  • FIG. 10 shows a state before welding
  • FIG. 11 shows a state where welding is performed.
  • the welding apparatus 100 includes an electron gun 101, a rotating device 102, a chuck 103, a center hole guide 104, a tail stock 105, a work cradle 106, a center hole guide 107, a case 108, and a vacuum pump 109.
  • the configuration is shown in FIG. 10 shows a state before welding
  • FIG. 11 shows a state where welding is performed.
  • the welding apparatus 100 includes an electron gun 101, a rotating device 102, a chuck 103, a center hole guide 104, a tail stock 105, a work cradle 106, a center hole guide 107, a case 108, and a vacuum pump 109.
  • the configuration is shown in FIG. 10 shows a state before welding
  • FIG. 11 shows a state where welding is performed.
  • the welding apparatus 100 includes an electron
  • the cup member 12a and the shaft member 13a which are workpieces, are placed on the workpiece cradle 106 in the welding apparatus 100.
  • the chuck 103 and the center hole guide 107 at one end of the welding device 100 are connected to the rotating device 102, and the cup member 12a is gripped by the chuck 103 in a state where the cup member 12a is centered by the center hole guide 107 to give a rotational motion.
  • a center hole guide 104 is integrally attached to a tail stock 105 at the other end of the welding apparatus 100, and both are configured to be able to advance and retract in the axial direction (left and right direction in FIGS. 10 and 11).
  • the center hole of the shaft member 13a is set in the center hole guide 104 and is centered.
  • a vacuum pump 109 is connected to the case 108 of the welding apparatus 100.
  • the sealed space means a space 111 formed by the case 108.
  • the entire cup member 12 a and the shaft member 13 a are accommodated in the sealed space 111.
  • An electron gun 101 is provided at a position corresponding to the joining end faces 50 and 51 of the cup member 12a and the shaft member 13a. The electron gun 101 is configured to be close to a predetermined position with respect to the workpiece.
  • the cup member 12a and the shaft member 13a which are workpieces, are stocked at a place different from the welding apparatus 100.
  • Each workpiece is taken out by, for example, a robot, conveyed into the case 108 of the welding apparatus 100 opened to the atmosphere shown in FIG. 10, and set at a predetermined position on the workpiece cradle 106.
  • the center hole guide 104 and the tail stock 105 are retracted to the right in the drawing, and a gap is provided between the joining end surfaces 50 and 51 of the cup member 12a and the shaft member 13a.
  • the door (not shown) of the case 108 is closed, and the vacuum pump 109 is activated to depressurize the sealed space 111 formed in the case 108. Thereby, the inside of the recessed part 52 and the internal diameter part 53 of the shaft member 13a is also pressure-reduced.
  • the center hole guide 104 and the tail stock 105 move forward to the left, and the gap between the joining end surfaces 50 and 51 of the cup member 12a and the shaft member 13a is formed. Disappear. Thereby, the cup member 12 a is centered by the center hole guide 107 and fixed by the chuck 103, and the shaft member 13 a is supported by the center hole guide 104. Thereafter, the work cradle 106 moves away from the work. Since the distance between the workpiece cradle 106 and the workpiece at this time may be very small, the above-mentioned interval is not shown in FIG. Of course, it is possible to have a structure in which the workpiece cradle 106 is largely retracted downward.
  • the electron gun 101 approaches the work to a predetermined position, rotates the work, and starts preheating.
  • the preheating condition is set to a temperature lower than the welding temperature by, for example, irradiating the electron gun 101 close to the workpiece and irradiating the electron beam with a large spot diameter. By preheating, burning cracks can be prevented by slowing the cooling rate after welding.
  • the electron gun 101 is retracted to a predetermined position, and an electron beam is irradiated in the radial direction from the outside of the workpiece to start welding.
  • the electron gun 101 is retracted and the rotation of the workpiece is stopped.
  • the sealed space 111 is opened to the atmosphere. Then, with the workpiece cradle 106 raised and supporting the workpiece, the center hole guide 104 and the tail stock 105 are retracted to the right, and the chuck 103 is released. Thereafter, for example, the robot grabs the workpiece, removes it from the welding apparatus 100, and aligns it with the cooling stocker.
  • the configuration of the sealed space 111 in the case 108 can be simplified.
  • the above-described welding apparatus 100 uses the cup member 12a.
  • the pressure in the sealed space 111 was set to 6.7 Pa or less for welding.
  • Electron beam welding was performed. As a result, a welded portion having a raised height (0.5 mm or less) on the weld surface that does not affect the product function was obtained.
  • the weld zone hardness after completion of welding could be suppressed within the range of Hv 200 to 500, and the welding strength was high and stable welding condition and quality could be obtained. Furthermore, by welding the sealed space 111 of the welding apparatus 100 at atmospheric pressure or lower, it is possible to suppress a pressure change in the hollow cavity during welding, and to prevent the melt from being blown up or drawn into the inner diameter side. did it.
  • FIGS. . 6 shows the forging process of the shaft member
  • FIG. 6a is a longitudinal sectional view showing the preforming step
  • FIG. 6b is an enlarged partial longitudinal sectional view of the preform
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the main forming step
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a forging line
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing knowledge in the development process.
  • the number of steps (2 to 3 steps) that can be forged before the material temperature decreases is obtained by deriving the conditions described later by an evaluation test.
  • forging can be performed in a temperature range of about 800 to 1000 ° C., which is lower than the hot range.
  • This forging process S2s consists of a preliminary molding process and a main molding process.
  • the mold for the preforming process mainly includes a die 120 and a punch 121.
  • the upper half from the center line of the billet 13a ′′ in FIG. 6a shows the state before the preforming, and the lower half shows the state after the preforming.
  • the die 120 is divided into two in the vertical direction, and its inner peripheral surface Includes a cylindrical inner peripheral surface 120a substantially the same as the diameter Dw1 of the billet 13a ′′, a first step forming surface 120b having a diameter larger than that of the cylindrical inner peripheral surface 120a, and a first step forming surface 120b. Further, a second stepped molding surface 120c having a larger diameter is formed. A connecting portion 120d between the cylindrical inner peripheral surface 120a and the first stepped molding surface 120b is tapered and rounded to be formed smoothly. Similarly, the connecting portion 120e between the first stepped molding surface 120b and the second stepped molding surface 120c is also tapered and rounded to be formed smoothly.
  • the first step forming surface 120b and the second step forming surface 120c are formed in a substantially cylindrical shape.
  • a tapered molding surface 121a having a conical angle ⁇ is formed on the inner peripheral surface of the punch 121.
  • the bottom of the molding surface 121a has a diameter substantially the same as the diameter Dw1 of the billet 13a ′′.
  • the mold for the main forming process mainly includes a die 122 and a punch 123.
  • the upper half from the center line shows the state before the main molding
  • the lower half shows the state after the main molding.
  • the inner peripheral surface of the die 122 has a cylindrical inner peripheral surface 122a substantially the same as the diameter Dw1 of the billet 13a ′′, a first stepped molding surface 122b having a diameter larger than the cylindrical inner peripheral surface 122a, and a first A second stepped molding surface 122c having a diameter larger than that of the stepped molding surface 122b is formed, and a connecting portion 122d between the cylindrical inner peripheral surface 122a and the first stepped molding surface 122b is tapered and Similarly, the connecting portion 122e between the first stepped molding surface 122b and the second stepped molding surface 122c is tapered and smoothly formed with roundness.
  • the first step forming surface 122b and the second step forming surface 122c are formed in a substantially cylindrical shape, and the second step formed by the second step forming surface 122c is mounted on the bearing. It becomes a part which forms the surface 14.
  • this molding worker Die 122 is used the same as the die 120 of the preforming step is not limited thereto, and may be appropriately different settings specifications of both dies 120, 122.
  • a substantially cylindrical forming surface 123a having a slight clearance angle is formed on the inner peripheral surface of the punch 123 in the main forming step.
  • a step portion formed by the forming surface 123a is a portion that forms a joining end surface.
  • the bottom of the molding surface 123 a is provided with a concave molding surface 123 b for molding the concave 52.
  • the processed part of the billet 13a ′′ and its adjacent non-processed part are heated to a predetermined temperature (800 to 1000 ° C., for example 900 ° C.).
  • a predetermined temperature 800 to 1000 ° C., for example 900 ° C.
  • the punch 121 advances, pressurizes the billet 13a ′′, and moves the punch 121 to the upset distance L1.
  • the billet 13a ′′ is formed on the first step forming surface 120b of the die 120 as shown in FIG. 6a.
  • the second stepped molding surface 120c is expanded in diameter to a state along the part (connecting part 120e side), and has a gentle taper shape from the expanded part to the punch 121 side.
  • a preform 13a ′′ 1 is formed.
  • the shape of the preform 13a ′′ 1 is shown in FIG. 6b.
  • the portion whose diameter has been expanded to a state along the part of the second stepped molding surface 120c (on the connection portion 120e side) is the maximum diameter Dw2. "
  • the tip on the punch 121 side has a minimum diameter Dw2 '.
  • the preform 13a ′′ 1 is gripped by the cylindrical inner peripheral surface 122a of the die 122 in the main molding step. Then, the punch 123 advances and the preform 13a ′′ 1 is moved forward. And the punch 123 moves to the upsetting distance L2. As a result, the material is filled along the second step forming surface 122c of the die 122, the substantially cylindrical forming surface 123a of the punch 123, and the recessed forming surface 123b, and the main product (forged material) 13a. 'Is completed.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a forging line of the shaped member 13a ′ after forging according to the present embodiment. Since the end of the forging line K converges in the range of the recess 52, the central segregation portion J also remains in the recess 52. Therefore, since the central segregation part J does not appear on the joining end face, an outer joint member of a constant velocity universal joint having good strength and quality of the welded part can be obtained.
  • the upsetting process limit is evaluated by the ratio of the upsetting distance L and the material diameter Dw. That is, the upsetting ratio L / Dw, which is the ratio of the upsetting distance L and the material diameter Dw, is desirable as a parameter for determining the upsetting limit.
  • the upsetting ratio L / Dw is large, buckling occurs, and skin entrainment or the like occurs and normal forging cannot be performed.
  • the diameter of the billet 13a ′′ obtained by cutting the bar material is about 30 to 50 mm, and the diameter of the joining end portion of the shaped member 13a ′ after the forging process. Dw3 is about 40 to 60 mm.
  • the upsetting distance in the preforming process is L1
  • the diameter of the billet 13a ′′ as the material is Dw1
  • the upsetting distance in the main forming process is L2.
  • the upsetting ratio L1 / Dw1 in the preforming process is a safe upsetting ratio that does not cause buckling even when the heating temperature of the material is 800 to 1000 ° C. It was confirmed that L1 / Dw1 ⁇ 1.5, and the upsetting ratio L2 / Dw2 in the main forming step was L2 / Dw2 ⁇ 0.5.
  • FIG. 9 shows the findings in the development process.
  • the upsetting distance L2 of one time in the main forming process is 20 mm or less, it has been found that unsatisfactory H occurs because forging is completed before the corners are filled with meat.
  • the diameter difference G between the small diameter Dw2 ′ of the preform 13a ′′ 1 and the diameter Dw3 of the substantially cylindrical forming surface 123a of the punch 123 in the main forming step was set to 9 mm or less.
  • the base material 13a ′ has a JIS grain size number 6 in the stepped portion 54 (portion where the end face for bonding is formed), the second stepped portion 55, and the first stepped portion 56, which are processed portions. It was -8, and the particle size equivalent to or higher than that of the material could be maintained. Further, in the non-processed part adjacent to the first step part 56, JIS grain size numbers 5 to 6 and growth of some grain size were observed by heating, but it was a level with no practical problem. The material part of the non-heated part was JIS grain size number 6-7.
  • the forging process S2s of the shaft member of the present embodiment enables forging in a temperature region of about 800 to 1000 ° C. lower than the hot region, and suppresses the enlargement of crystal grains.
  • a forging process in which no oxide film was generated could be achieved.
  • the normalization process and shot peening after the forging process can be abolished, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the shaft member forging process S2s of the present embodiment described above exemplifies upset forging by an upsetter, but the present invention is not limited to this, and the same process is also performed by a screw press (Vincent type screw press) or the like. Can do.
  • the shaft member 13b shown in FIGS. 12 and 13 is for a standard stem on the inboard side.
  • the shaft member 13b is formed with a joining end surface 51 that abuts the joining end surface 50 (see FIG. 4b) of the bottom 12a2 (projection 12a3) of the cup member 12a.
  • the outer diameter B and inner diameter E of the joining end surface 51 are formed to have the same dimensions as the outer diameter B and inner diameter E of the joining end surface 51 of the long stem type shaft member 13a shown in FIG.
  • this shaft member 13b is for a standard stem on the inboard side, the length of the shaft portion is short, and a sliding bearing surface 18 is formed in the central portion in the axial direction, and a plurality of oil grooves 19 are formed on this sliding bearing surface 18. Is formed. A spline Sp and a retaining ring groove 48 are formed at the end opposite to the cup member 12a side.
  • the outer diameter B of the joining end face 51 of the shaft members 13a and 13b is different even if the stem length or the long stem of the standard length is different, or the various shaft diameters or outer peripheral shapes are different for each vehicle type. The same dimensions are set.
  • the outer diameter B of the joining end surfaces 50 and 51 of the cup member 12a and the shaft members 13a and 13b is set to the same dimension for each joint size, there are various cup members and vehicle types that are shared for each joint size.
  • a shaft member having a shaft specification can be prepared in a state before the heat treatment, and a part number can be assigned to each of the intermediate parts of the cup member 13a and the shaft members 13a and 13b for management.
  • various outer joint members 11 according to requirements can be quickly manufactured in combination with shaft members 13a and 13b having various shaft specifications for each vehicle type. . Therefore, it is possible to reduce the cost and production management load by integrating the types of cup members 12a.
  • cup members In the above, for the sake of easy understanding, the type integration of cup members has been explained by taking the difference between the standard length stem and the long stem as an example, but the standard length is not limited to this. This also applies to the integration of cup members with respect to shaft members having various shaft specifications for each vehicle type between the stems and shaft members having various shaft specifications for each vehicle type between the long stems.
  • the cup member is shared by one joint size, and is managed with, for example, a product number C001.
  • the shaft member has various shaft part specifications for each vehicle type, and is managed by being assigned product numbers S001, S002, to S (n), for example.
  • the integration of the cup member types can reduce the cost and the production management load.
  • the cup member is not limited to one type with one joint size, that is, one model number. For example, a plurality of types (multiple types with one joint size according to specifications with different maximum operating angles). No.) cup members are set, and those having the same outer diameter B of the joining end faces of these cup members are wrapped.
  • FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing the cup member before welding. This modification differs in the form of the end surface for joining of the cup member of 1st Embodiment. As shown in FIG. 15, the bottom 12a2 1 of the convex portions 12a3 joint end face 50 1 formed on one of the cup member 12a 1 is turning to the radial center. This is an example in the case where there is a large turning allowance after forging. Parts having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals (excluding subscripts).
  • FIG. 16 shows a second embodiment of the manufacturing method of the present invention.
  • the heat treatment process of the cup member in the heat treatment process S7 of FIG. 3 described above in the first embodiment is incorporated before the welding process S6 to form a heat treatment process S5c.
  • the contents excluding this point that is, the outline of each process described in the first embodiment of the manufacturing method, the state in the main machining process of the cup member and the shaft member, the forging process of the shaft member, and the common use of the cup member Since the structure, welding method, product integration, and configuration of the outer joint member are the same, all the contents of the first embodiment are applied to this embodiment, and only different portions will be described.
  • the cup member 12a has a shape extending from the joining end face 50 to the cylindrical portion 12a1 having a large diameter through the bottom portion 12a2, and the portion subjected to heat treatment as quenching and tempering is the cylindrical portion 12a1.
  • the cup member 12a is subjected to heat treatment as a finished product, and therefore is assigned and managed with a product number as a finished product. Therefore, the cost reduction and the production management load reduction due to the product type integration of the cup member 12a become remarkable.
  • the cup member 12a can be manufactured independently up to a finished product that has undergone forging, turning, and heat treatment, and productivity is improved including reduction of setup.
  • FIG. 14 which shows the example of the kind integration of the cup member described in the first embodiment
  • only the part number of the cup member in the figure becomes the part number as a finished product
  • the shaft member and the outer side Since the joint member is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • FIG. 17 shows a third embodiment of the manufacturing method of the present invention.
  • the cup portion and shaft portion heat treatment step and the shaft portion grinding step S8 of the heat treatment step S7 of FIG. 3 described above in the first embodiment are incorporated before the welding step S6, and the cup This is a member heat treatment step S5c, a shaft member heat treatment step S5s, and a grinding step S6s. Therefore, both the cup member and the shaft member are prepared as finished products.
  • a hardened layer of about HRC 50 to 62 is formed in the predetermined range of the outer peripheral surface by induction hardening.
  • the predetermined axial direction portion including the joining end face 51 is not subjected to heat treatment.
  • duplication description is abbreviate
  • the shaft member is moved to the grinding step S6s to finish the bearing mounting surface 14 and the like. Thereby, the shaft member as a finished product is obtained. Then, a product number as a finished product is assigned to the shaft member and managed.
  • the manufacturing process of this embodiment is suitable for the case of a cup member and a shaft member having a shape and specifications that do not cause thermal effects during welding on the heat treatment part.
  • both the cup member and the shaft member can be managed by assigning product numbers as finished products. Therefore, the cost reduction and the production management load reduction due to the integration of the types of cup members become more remarkable. Further, the cup member and the shaft member can be separately manufactured up to a finished product that has undergone forging, turning, heat treatment, grinding after heat treatment, and the like, and the productivity is further improved, including reduction of setup.
  • the product numbers of the cup member and the shaft member in the drawing are the product numbers of the finished products. Since the outer joint member is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the cup member and the shaft member as a finished part are not limited to those subjected to the finishing process such as the grinding process after the heat treatment and the post-quenching cutting process described above, and the heat-treated cup with the finishing process remaining. It includes members and shaft members.
  • the cup member is not limited to one type of joint size, that is, one model number. That is, as described above, for example, a plurality of types (plural model numbers) of cup members are set with one joint size according to different specifications of the maximum operating angle, and the outer diameters B of the joining end faces of these cup members are the same. Wrapping what is dimensioned. In addition to this, in order to manage the cup member in multiple forms of intermediate parts and finished parts before heat treatment in consideration of, for example, joint functions, actual conditions at the manufacturing site, productivity, etc. These types (multiple model numbers) of cup members are set, and those having the same outer diameter B of the joining end faces of these cup members are also wrapped.
  • Sliding type constant velocity universal joint 10 2 shown in FIG. 18 is a tripod type constant velocity universal joint (TJ), and a long stem portion 13 extending axially from the bottom of the cup portion 12 2 and the cup portion 12 2 an outer joint member 11 2 having an outer joint member 11 2 of the cup portion 12 the inner joint member 16 2 accommodated in the inner circumference of the 2, disposed between the outer joint member 11 2 and the inner joint member 16 2 And a roller 19 as a torque transmission element.
  • the inner joint member 16 2 is composed of a tripod member 17 three trunnions 18 which the roller 19 externally fitted is provided at equal circumferential intervals.
  • the inner ring of the support bearing 6 is fixed to the outer peripheral surface of the long stem portion 13, and the outer ring of the support bearing 6 is fixed to the transmission case via a bracket (not shown). ing.
  • the outer joint member 11 2 is rotatably supported by the support bearing 6, deflection of the outer joint member 11 2 at the operating time or the like is prevented as much as possible.
  • Figure 19 shows a partial longitudinal section of the outer joint member 11 2.
  • the outer joint member 11 2 has one end open, the inner roller 19 in the circumferential direction trisected position in the circumferential surface (see FIG. 18) track grooves 30 2 rolling the inner circumferential surface 31 2 spline Sp of but a bottomed cylindrical cup portion 12 2 formed, extending axially from the bottom of the cup portion 12 2, as the torque transmitting connection portion to the outer circumference of the end portion of the opposite side of the cup portion 12 2 side And a long stem portion 13 provided with.
  • the outer joint member 11 2, the cup member 12a 2 and the shaft member 13a is formed by welding.
  • the cup member 12a 2 is a single piece consisting of an inner cylindrical portion inner peripheral surface 31 2 and the track grooves 30 2 are formed on the peripheral 12a1 2 and the bottom 12a2 2.
  • the bottom 12a2 2 of the cup member 12a 2 projecting portion 12a3 2 is formed.
  • a boot mounting groove 32 is formed on the outer periphery of the cup member 12a 2 on the opening side.
  • the shaft member 13a is a bearing mounting surface 14 and retaining ring groove 15 on the outer periphery of the cup member 12a 2 side is formed a spline Sp is formed at the opposite end from the cup member 12a 2 side.
  • Weld 49 is formed at the bead by the beam emitted from the radially outer side of the cup member 12a 2. Similar to the outer joint member of the first embodiment, the outer diameter B of the joint end face 50 2 and connecting end face 51 is set to the same size for each joint size.
  • Weld 49 because it is formed in the bearing mounting surface 14 cup member 12a 2 side of the joint end face 51 than the shaft member 13a, etc. bearing mount surface 14 can be eliminated post-processing after the pre-processable welding. Further, since burrs do not appear in the weld due to electron beam welding, post-processing of the weld can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the outer joint member of the present embodiment is the same as that described above in the first embodiment of the outer joint member and the first to third embodiments of the manufacturing method described above. Duplicate explanation is omitted.
  • the electron beam welding is applied, but the same can be applied to laser welding.
  • the present invention is applied to a double offset type constant velocity universal joint and a tripod type constant velocity universal joint as the sliding type constant velocity universal joint 10 has been described.
  • the present invention can also be applied to an outer joint member of another sliding type constant velocity universal joint such as a cross groove type constant velocity universal joint, and further to an outer joint member of a fixed type constant velocity universal joint.
  • the present invention is applied to the outer joint member of the constant velocity universal joint constituting the drive shaft.
  • the present invention is also applied to the outer joint member of the constant velocity universal joint constituting the propeller shaft. Can do.

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Abstract

　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、カップ部材と軸部材を中炭素鋼で形成し、カップ部材として、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程において底部の外面に接合用端面を形成したカップ部材を準備し、軸部材として、機械加工工程においてカップ部材の底部と接合される接合用端面を形成した軸部材を準備し、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、この突合せ部の外側から半径方向にビームを照射して溶接するものであって、軸部材は、バー材を切断したビレットから鍛造加工により、接合用端面が形成される段部および半径方向内側の凹部を成形したことを特徴とする。

Description

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
　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、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２０および図２１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２０に示すように、接合部７４は、圧接に伴って少なくとも内外径のいずれかにバリ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２１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、熱処理、研削加工等を経て外側継手部材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２１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２１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、接合後、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２２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。
　さらに、前述した図２０および図２１の摩擦圧接や図２２の溶接に用いたカップ部材７２と軸部材７３は、車種毎に異なる形状、寸法の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。
　加えて、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では、その軸部材の加工工程を削減し、生産性の向上および製造コストの削減を図ることが不可欠であることに着目した。
　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、溶接コストの削減、軸部材の生産性の向上および製造コストの削減、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、量産性を考慮した新たな製造コンセプトを着想し、本発明に至った。
（１）生産技術の面では、カップ部材と軸部材を密閉空間に設置して真空引きし、中空空洞部も真空化された状態で溶接することで溶融物の吹き上がりや気泡の発生が抑えられる。
（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懸念がある。この問題に対しては、溶接工程の順序の入れ替えにより、継手機能への影響がない範囲で最も効率的でコスト低減が可能な工程で接合するという方法に着目した。例えば、溶接時の熱影響がないものであれば、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し、一方、熱影響があるものは、溶接後の熱処理とする工程とするなど、カップ部材や軸部材の形状、仕様等に応じて最適な工程をとるコンセプトを見出した。
（３）さらに、生産性や品種統合の面では、図２０～２２に示すカップ部材７２には、次のような問題があることが判明した。すなわち、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が形成されるが、この短軸部が軸部材７３の形状、寸法を基準にして設定され、軸部の途中位置で接合される構成となっている。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。このため、カップ部材７２の短軸部を軸部材７３の形状、寸法を基準にして設定し、軸部の途中位置で接合する場合、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。
（４）加えて、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新たな製造コンセプトを実用面で成立させるためには、外側継手部材の軸部材の加工工程を削減し、生産性の向上および製造コストの削減を可能にする鍛造加工に工夫が必要であることが判明した。具体的には、例えば、アプセッタによる鍛造では、各工程間で材料を搬送していくため、搬送時間が無視できず材料温度の低下が起こる。また、工程数が多い場合に、金型への接触も多くなることから、材料温度はより低下しやすくなる。材料温度が低下した場合、変形抵抗が大きくなるために所定の工程で狙い形状に加工することができなくなる問題があり、このために、従来は材料温度を１０００～１２００℃の熱間領域まで加熱して鍛造する必要があった。この結果、熱間領域まで加熱することで結晶粒の肥大化が起こり易くなり、鍛造加工後の焼準工程が必須となり、また、熱間領域では、鍛造品表面にスケールと呼ばれる酸化被膜が形成されることから、ショットピーニング工程が必須であるという製造コスト高の課題があった。特に、長軸製品ではバー材からの全域旋削と比較してコストメリットがないために、鍛造による加工が敬遠される傾向にあるという問題が判明した。
　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、前記カップ部材として、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程において前記底部の外面に接合用端面を形成したカップ部材を準備し、前記軸部材として、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接合用端面を形成した軸部材を準備し、前記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、この突合せ部の外側から半径方向にビームを照射して溶接するものであって、前記軸部材は、バー材を切断したビレットから鍛造加工により、前記接合用端面が形成される段部および半径方向内側の凹部を成形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、この底部の外面に接合用端面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端面が形成されたものであり、前記両接合用端面を突合せ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外側から半径方向に照射されたビームによるビードで形成されたものであって、前記軸部材には前記接合用端面の半径方向内側に凹部が形成されており、この凹部が鍛造加工で成形された表面を有することを特徴とする。
　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、軸部材の生産性の向上および製造コストの削減、並びに品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷低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、上記の接合用端面の外径をジョイントサイズ毎に同一寸法にすることにより、品種統合するカップ部材の加工度を高め、生産性の向上および生産管理の軽減を一層促進することができる。
　ここで、特許請求の範囲および本明細書において、上記の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接合用端面の外径を同一寸法にしたものを包む概念のものである。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熱処理を施した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（複数品番）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を同一寸法にしたものも包むものである。
　ただし、カップ部材の接合用端面の外径と軸部材の接合用端面の外径を、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、カップ部材の接合用端面の外径に対して軸部材の接合用端面の外径を若干小径にすることや、反対にカップ部材の接合用端面の外径に対して軸部材の接合用端面の外径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、カップ部材と軸部材の接合用端面の外径が、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されているとは、カップ部材の接合用端面の外径と軸部材の接合用端面の外径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。
　さらに、特許請求の範囲および明細書において、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ことや、突出面をジョイントサイズ毎に同一にしたことは、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接合用端面の外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接合用端面の外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接合用端面の外径を同一寸法にすることも可能である。
　上記の軸部材の鍛造加工は、ビレットから接合用端面が形成される段部をテーパ状に成形する予備成形工程と、その後、接合用端面が形成される段部および前記凹部を形成する本成形工程とから構成することが好ましい。これにより、工程数を抑制し、熱間領域より低い温度領域の加熱温度での鍛造を可能となる。
　上記の予備成形工程における据え込み距離（Ｌ１）とビレットの直径（Ｄｗ１）の比Ｌ１／Ｄｗ１に対して、上記の本成形工程における据え込み距離（Ｌ２）と予備成形後の直径（Ｄｗ２）の比Ｌ２／Ｄｗ２を小さくすることが好ましい。これにより、座屈の発生を防止し、表皮の巻き込み等がなく、安定した据込みを可能とする。
　上記の予備成形工程において、ビレットを円錐角（θ）が５～２０°のパンチで成形することにより、熱間領域より低い温度領域の加熱温度でも座屈を防止することができる。
　上記の軸部材の鍛造加工において、ビレットを８００～１０００℃に加熱することにより、鍛造加工後の焼準工程やショットピーニング工程を省略することができ、軸部材の生産性が向上し、製造コストを低減できる。
　上記の凹部の中にビレットの中央偏析部が留まっていることにより、溶接部の強度、品質の良好な等速自在継手の外側継手部材が得られる。
　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、軸部材の生産性の向上および製造コストの削減、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。 図１の外側継手部材を拡大して示す部分縦断面図である。 溶接部の拡大図である。 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、しごき加工後のカップ部材の縦断面図である。 溶接前のカップ部材を示し、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、バー材を切断したビレットの正面図である。 溶接前の軸部材を示し、鍛造加工後の軸部材の部分縦断面図である。 溶接前の軸部材を示し、旋削加工、スプライン加工後の部分縦断面図ある。 軸部材の鍛造加工を示し、予備成形工程を示す縦断面図である。 軸部材の鍛造加工を示し、予備成形品を拡大した縦断面図である。 本成形工程を示す縦断面図である。 鍛造線を示す縦断面図である。 開発過程における知見を示す縦断面図である。 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。 品番の異なる軸部材を示す正面図である。 図１２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の実施形態のカップ部材の変形例を示す縦断面図である。 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。 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。 図１８の外側継手部材を示す部分縦断面図である。 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第１の実施形態を図３～１４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第１の実施形態を図３～１４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２ａは部分縦断面図で、図２ｂは、図２ａのＡ部の拡大図で、図２ｃ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。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２ａ～図２ｃ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２ａおよび図２ｂ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Ｂ（図４ｂ、図５ｃ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Ｂと軸部材１３ａの接合用端面５１の外径Ｂ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Ｂに対して接合用端面５１の外径Ｂを若干小径にすることや、反対に接合用端面５０の外径Ｂに対して接合用端面５１の外径Ｂ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Ｂ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Ｂと接合用端面５１の外径Ｂ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２ａ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。
　図２ｃ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。
　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３～１４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軸部材の鍛造加工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、鍛造加工工程Ｓ２ｓ、旋削加工工程Ｓ３ｓおよびスプライン加工工程Ｓ４ｓ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、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。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Ｓ３ｓや、後述する研削加工工程Ｓ６ｓ（図１７参照）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などと接合用端面５０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]
　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Ｓ２ｓ]
  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。
[旋削加工工程Ｓ３ｓ]
　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）とカップ部材１２ａ側端部の接合用端面５１を旋削加工する。
[スプライン加工工程Ｓ４ｓ]
　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。溶接後、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要な構成を詳細に説明する。図４ａ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４ｂ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４ａ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４ｂ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および外径Ｂ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５ａはバー材を切断したビレット１３ａ”を示す正面図で、図５ｂはビレット１３ａ”を鍛造加工（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５ｃ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５ａに示すビレット１３ａ”が製作され、鍛造加工工程Ｓ２ｓでは、図５ｂ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、接合用端面５１が形成される段部５４、軸受装着面１４が形成される第２の段部５５、第１の段部５６を形成すると共に、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Ｓ３ｓにおいて、図５ｃ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の内径部５３（内径Ｅ）、接合用端面５１およびその外径Ｂを旋削加工し、スプライン加工工程Ｓ４ｓ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４ｂに示すカップ部材１２ａの底部１２ａ２の凸部１２ａ３の接合用端面５０の外径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。また、図５ｃに示す軸部材１３ａは、ロングステム用のものであるが、カップ部材１２ａ側端部の接合用端面５１の外径Ｂは、軸径や外周形状に関係なく、カップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂと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１０および図１１に基づいて説明する。図１０および図１１は溶接装置を示す概要図である。図１０は溶接前の状態を示し、図１１は溶接している状態を示す。図１０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１０、１１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１０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１１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。これにより、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１１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、製品機能上影響のない溶接表面の盛り上がり高さ（０．５ｍｍ以下）の溶接部が得られた。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。
　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軸部材の鍛造加工工程を図６～９に基づいて説明する。図６は軸部材の鍛造加工を示し、図６ａは予備成形工程を示す縦断面図で、図６ｂは予備成形品を拡大して部分縦断面図である。図７は、本成形工程を示す縦断面図である。図８は鍛造線を示す模式図であり、図９は開発過程における知見を示す縦断面図である。
　従来は、材料温度の低下により変形抵抗が大きくなる問題のため、材料温度を１０００～１２００℃の熱間領域まで加熱して鍛造する必要があった。この結果、熱間領域まで加熱することで結晶粒の肥大化が起こり易くなり、鍛造加工後の焼準工程が必須となり、また、熱間領域では、鍛造品表面にスケールと呼ばれる酸化被膜が形成されることから、ショットピーニング工程が必須であるという製造コスト高の課題があった。この課題を解決したのが、本実施形態の軸部材の鍛造加工工程Ｓ２ｓである。
　具体的には、本実施形態の軸部材の鍛造加工工程Ｓ２ｓは、後述する条件を評価テストにより導出したことにより、材料温度が低下する前に鍛造成形可能な工程数（２～３工程）にて、熱間領域よりも低い８００～１０００℃程度の温度領域で鍛造加工が可能となった。
　まず、軸部材の鍛造加工工程Ｓ２ｓの概要を説明する。本実施形態はアプセッタによる据込み鍛造加工を実施した。この鍛造加工工程Ｓ２ｓは、予備成形工程と本成形工程からなる。図６ａに示すように、予備成形工程の金型は、ダイス１２０とパンチ１２１を主な構成とする。図６ａのビレット１３ａ”の中心線より上側半分は、予備成形前の状態を示し、下側半分は予備成形後の状態を示す。ダイス１２０は、上下に２分割されており、その内周面には、ビレット１３ａ”の直径Ｄｗ１と略同一の円筒状内周面１２０ａと、円筒状内周面１２０ａより拡径した第１の段部成形面１２０ｂと、第１の段部成形面１２０ｂよりさらに拡径した第２の段部成形面１２０ｃが形成されている。円筒状内周面１２０ａと第１の段部成形面１２０ｂとの接続部１２０ｄは、テーパ状でかつ丸みを設けて滑らかに形成されている。同様に、第１の段部成形面１２０ｂと第２の段部成形面１２０ｃとの接続部１２０ｅも、テーパ状でかつ丸みを設けて滑らかに形成されている。第１の段部成形面１２０ｂと第２の段部成形面１２０ｃは略円筒状に形成されている
　一方、パンチ１２１の内周面には、円錐角度θを有するテーパ状の成形面１２１ａが形成されている。成形面１２１ａの底部は、ビレット１３ａ”の直径Ｄｗ１と略同一の直径を有する。
　本成形工程の金型は、図７に示すように、ダイス１２２とパンチ１２３を主な構成とする。図７も、図６ａと同様に中心線より上側半分は、本成形前の状態を示し、下側半分は本成形後の状態を示す。ダイス１２２の内周面には、ビレット１３ａ”の直径Ｄｗ１と略同一の円筒状内周面１２２ａと、円筒状内周面１２２ａより拡径した第１の段部成形面１２２ｂと、第１の段部成形面１２２ｂよりさらに拡径した第２の段部成形面１２２ｃが形成されている。円筒状内周面１２２ａと第１の段部成形面１２２ｂとの接続部１２２ｄは、テーパ状でかつ丸みを設けて滑らかに形成されている。同様に、第１の段部成形面１２２ｂと第２の段部成形面１２２ｃとの接続部１２２ｅも、テーパ状でかつ丸みを設けて滑らかに形成されている。第１の段部成形面１２２ｂと第２の段部成形面１２２ｃは略円筒状に形成されている。第２の段部成形面１２２ｃで成形された第２の段部が軸受装着面１４を形成する部分となる。本実施形態では、本成形工程のダイス１２２は、予備成形工程のダイス１２０と同じものを用いたが、これに限られず、両ダイス１２０、１２２の仕様を適宜異なる設定にしてもよい。
　本成形工程のパンチ１２３の内周面には、若干の逃げ角を有する略円筒状成形面１２３ａが形成されている。成形面１２３ａで成形された段部が接合用端面を形成する部分となる。成形面１２３ａの底部は、凹部５２を成形するための凹部成形面１２３ｂが設けられている。
　次に、上記のような金型で構成された成形工程を説明する。ビレット１３ａ”の加工部とその隣接する非加工部分を所定温度（８００～１０００℃、例えば、９００℃）に加熱する。予備成形工程では、図６ａの上側半分に示すように、加熱されたビレット１３ａ”をダイス１２０の円筒状内周面１２０ａによりグリップする。そして、パンチ１２１が前進し、ビレット１３ａ”を加圧し、据込み距離Ｌ１までパンチ１２１が移動する。ビレット１３ａ”は、図６ａに示すように、ダイス１２０の第１の段部成形面１２０ｂには材料が充足され、第２の段部成形面１２０ｃには、その一部（接続部１２０ｅ側）に沿う状態まで拡径し、その拡径部分からパンチ１２１側へ緩やかなテーパ状をなした予備成形品１３ａ”１が形成される。
　予備成形品１３ａ”１の形状を図６ｂに示す。図示のように、前述した第２の段部成形面１２０ｃの一部（接続部１２０ｅ側）に沿う状態まで拡径した部分が最大直径Ｄｗ２”となり、パンチ１２１側の先端が最小直径Ｄｗ２’となる。
　続いて、本成形工程を説明する。予備成形品１３ａ”１が、図７の上側半分に示すように、本成形工程のダイス１２２の円筒状内周面１２２ａによりグリップされる。そして、パンチ１２３が前進し、予備成形品１３ａ”１を加圧し、据込み距離Ｌ２までパンチ１２３が移動する。これにより、材料がダイス１２２の第２の段部成形面１２２ｃおよびパンチ１２３の略円筒状成形面１２３ａ、凹部成形面１２３ｂに沿って充足され、本成形品（鍛造加工後の素形材）１３ａ’が完成する。
　上記のような成形工程であるので、バー材を切断したビレット１３ａ”の中央偏析部は、予備成形工程では、予備成形品１３ａ”１のパンチ１２１側先端の最小直径Ｄｗ２’の部分に留められ、その後の本成形工程では、凹部５２に留められる。この状態を図８により補足説明する。図８は、本実施形態の鍛造加工後の素形材１３ａ’の鍛造線を示す模式図である。鍛造線Ｋの端部は、凹部５２の範囲に集束するので、中央偏析部Ｊも凹部５２に留まる。したがって、中央偏析部Ｊが接合用端面には現れないので、溶接部の強度、品質の良好な等速自在継手の外側継手部材が得られる。
　ここで、評価テストにより見出した本実施形態の鍛造加工工程Ｓ２ｓの特徴的な条件を以下に説明する。
[据込み加工限界]
　据込み加工限界として据込み距離Ｌと素材直径Ｄｗの比により評価する。すなわち、据込み加工限界を決定するパラメータとして据込み距離Ｌと素材直径Ｄｗの比である据込み比Ｌ／Ｄｗが望ましい。据込み比Ｌ／Ｄｗが大きいと座屈が発生し、表皮の巻き込み等が発生して正常な鍛造ができなくなる。
　本実施形態の軸部材が適用される自動車用ドライブシャフトでは、バー材を切断したビレット１３ａ”の直径が３０～５０ｍｍ程度であり、鍛造加工後の素形材１３ａ’の接合用端部の直径Ｄｗ３は４０～６０ｍｍ程度である。このような寸法の軸部材について、予備成形工程における据込み距離をＬ１、素材であるビレット１３ａ”の直径をＤｗ１とし、本成形工程における据込み距離をＬ２、素材である予備成形品１３ａ”１の直径をＤｗ２とすると、素材の加熱温度を８００～１０００℃にしても座屈が発生しない安全な据込み比として、予備成形工程における据込み比Ｌ１／Ｄｗ１をＬ１／Ｄｗ１＜１．５、本成形工程における据込み比Ｌ２／Ｄｗ２をＬ２／Ｄｗ２＜０．５であることを確認した。
　ここで、予備成形品１３ａ”の直径Ｄｗ２について説明する。予備成形工程のパンチ１２１はテーパ状の成形面１２１ａを有するので、予備成形すると、予備成形品１３ａ”１は、図６ａに示すように、ダイス１２０の第２の段部成形面１２０ｃの一部（接続部１２０ｅ側）に沿う状態まで拡径し、その拡径部分からパンチ１２１側へ緩やかなテーパ状に形成される。そのため、予備成形品１３ａ”１の直径Ｄｗ２は、図６ｂに示す円錐部の最小直径Ｄｗ２’と最大直径Ｄｗ２”を平均した直径とする。すなわち、Ｄｗ２＝（Ｄｗ２’＋Ｄｗ２”）／２とする。
[予備成形工程のパンチ形状]
　素材の加熱温度が８００～１０００℃程度では、熱間領域に比べて変形抵抗が増加し座屈し易くなる。また、円柱据込みは円錐据込みよりも座屈が発生しやすいことが判明した。そのため、予備成形工程のパンチ１２１の成形面１２１ａをテーパ状に形成し、その際における最適な円錐角度θとして、５°≦θ≦２０°とした。
[本成形工程における据込み距離]
　図９に開発過程における知見を示す。本成形工程で１回の据込み距離Ｌ２が２０ｍｍ以下の場合では、角部に肉が充足する前に鍛造成形が完了してしまうため不充足Ｈが生じることが判明した。また、図７に示すように、予備成形品１３ａ”１の小径Ｄｗ２’と本成形工程のパンチ１２３の略円筒状の成形面１２３ａの直径Ｄｗ３の径差をＧとしたとき、径差Ｇ（＝Ｄｗ３－Ｄｗ２’）が１０ｍｍ以上であると、材料が型離れを引き起こし、ヒケＩ（図９参照）が生じることが判明した。よって、本成形工程における１回の据込み距離Ｌ２の量を２５ｍｍ以上とし、予備成形品１３ａ”１の小径Ｄｗ２’と本成形工程のパンチ１２３の略円筒状の成形面１２３ａの直径Ｄｗ３との径差Ｇを９ｍｍ以下とした。
　以上の鍛造加工条件により、素形材１３ａ’は、加工部である段部５４（接合用端面が形成される部分）、第２の段部５５、第１の段部５６においてＪＩＳ粒度番号６～８となり、素材と同等以上の粒度を維持できた。また、第１の段部５６に隣接する非加工部においてはＪＩＳ粒度番号５～６と、加熱により多少の粒度の成長が見られたが、実用上問題のないレベルであった。非加熱部の素材部はＪＩＳ粒度番号６～７となった。
　以上に説明したように、本実施形態の軸部材の鍛造加工工程Ｓ２ｓにより、熱間領域よりも低い８００～１０００℃程度の温度領域で鍛造加工が可能となり、結晶粒の肥大化を抑制し、酸化皮膜も発生しない鍛造加工が達成できた。これにより、鍛造加工後の焼準工程やショットピーニング加工を廃止でき、製造コストの低減を図ることができた。
　以上に説明した本実施形態の軸部材の鍛造加工工程Ｓ２ｓは、アプセッタによる据込み鍛造加工を例示したが、これに限られず、スクリュープレス（ビンセント型スクリュープレス）等でも、同様の加工を行うことができる。
　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１２および図１３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４ｂ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１４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。
　外側継手部材についての第１実施形態の変形例を図１５に示す。図１５は、溶接前のカップ部材を示す縦断面図である。本変形例は、第１の実施形態のカップ部材の接合用端面の形態が異なる。図１５に示すように、カップ部材１２ａ１の底部１２ａ２１の凸部１２ａ３１に形成された接合用端面５０１は、半径方向の中心まで旋削加工されている。鍛造加工後の旋削取り代が多い場合の例である。第１の実施形態と同じ機能を有する部位には、同一の符号（下付き文字を除く）を付す。その他の構成や作用、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、軸部材の鍛造加工工程、カップ部材の共用化、溶接方法、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、重複説明を省略する。
　図１６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、軸部材の鍛造加工工程、カップ部材の共用化、溶接方法、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４ｂ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１４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１７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Ｓ５ｓおよび研削加工工程Ｓ６ｓ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、軸部材の鍛造加工工程、カップ部材の共用化、溶接方法、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Ｓ４ｓの後、熱処理工程Ｓ５ｓ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Ｓ５ｓ後、軸部材は研削加工工程Ｓ６ｓ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１４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。
　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１８および図１９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（下付き文字を除く）を付して、要点のみを説明する。
　図１８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。
　第１の実施形態の外側継手部材と同様に、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１９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１８参照）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１９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ムによる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。
　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第１～３の実施形態において前述した内容と同様であるので、これらの全てを準用し、重複説明を省略する。
　以上の実施形態および変形例では、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および変形例では、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および変形例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
１３ａ”　ビレット
１３ａ’　素形材
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
５０ａ　　突出面
５１　　　接合用端面
５２　　　凹部
５４　　　段部
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　　ダイス
１２１　　パンチ
１２２　　ダイス
１２３　　パンチ
Ｂ　　　　外径
Ｄｗ１　　直径
Ｄｗ２　　直径
Ｄｗ３　　直径
Ｅ　　　　内径
Ｊ　　　　中央偏析部
Ｋ　　　　鍛造線
Ｌ　　　　据込み距離
Ｌ１　　　据込み距離
Ｌ２　　　据込み距離
Ｏ　　　　継手中心
Ｏ１　　　曲率中心
Ｏ２　　　曲率中心
Ｓｐ　　　スプライン
θ　　　　円錐角度

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、前記カップ部材として、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程において前記底部の外面に接合用端面を形成したカップ部材を準備し、前記軸部材として、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接合用端面を形成した軸部材を準備し、前記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、この突合せ部の外側から半径方向にビームを照射して溶接するものであって、
    　前記軸部材は、バー材を切断したビレットから鍛造加工により、前記接合用端面が形成される段部および半径方向内側の凹部を成形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. 　前記軸部材の鍛造加工は、前記ビレットから前記接合用端面が形成される段部をテーパ状に成形する予備成形工程と、その後、前記接合用端面が形成される段部および前記凹部を形成する本成形工程とからな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。
  4. 　前記予備成形工程における据え込み距離（Ｌ１）と前記ビレットの直径（Ｄｗ１）の比Ｌ１／Ｄｗ１に対して、前記本成形工程における据え込み距離（Ｌ２）と予備成形後の直径（Ｄｗ２）の比Ｌ２／Ｄｗ２を小さく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の製造方法。
  5. 　前記予備成形工程において、前記ビレットを円錐角度（θ）が５～２０°のパンチで成形することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
  6. 　前記軸部材の鍛造加工において、前記素材を８００～１０００℃に加熱することを特徴とする請求項３～５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. 　請求項３～５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に基づき鍛造加工された軸部材。
  8. 　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、この底部の外面に接合用端面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端面が形成されたものであり、前記両接合用端面を突合せ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外側から半径方向に照射されたビームによるビードで形成されたものであって、
    　前記軸部材には前記接合用端面の半径方向内側に凹部が形成されており、この凹部が鍛造加工で成形された表面を有することを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
  9. 　前記接合用端面の外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請求項８に記載の等速自在継手の外側継手部材。
  10. 　前記凹部の中にビレットの中央偏析部が留まっていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の等速自在継手の外側継手部材。
     
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