WO2015194308A1 - 突合せ溶接方法、突合せ溶接継手、等速自在継手の外側継手部材 - Google Patents

Abstract

カップ部材（１２ａ）と軸部材（１３ａ）の接合用端面（５０，５１）どうしを突き合わせ、外径側から高エネルギー密度ビームを照射して突合せ溶接するにあたり、軸部材（１３ａ）の接合用端面（５１）の内径側にくぼみ（５２，５３）を設けておくことにより、突合せ溶接後、内径側に閉じた空洞をもつ溶接部（４９）を得る。カップ部材（１２ａ）の接合用端面（５０）（突出面（５０ａ））は、軸部材（１３ａ）の接合用端面（５１）の内径（Ｅ）よりも内径側にせり出している。これにより、カップ部材（１２ａ）と軸部材（１３ａ）を接合して製造する等速自在継手（１０）の外側継手部材（１１）の接合部（７４）の強度、品質の向上を図ることができる。

Description

突合せ溶接方法、突合せ溶接継手、等速自在継手の外側継手部材

　この発明は突合せ溶接方法及び突合せ溶接継手に関し、限定する趣旨ではないが、たとえば等速自在継手の外側継手部材の製造に利用することができる。

　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ともに、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、角度変位及び軸方向変位の両方を許容するしゅう動式等速自在継手とに大別される。たとえば、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）にしゅう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）に固定式等速自在継手が使用される。

　等速自在継手は、固定式、しゅう動式を問わず、その主要な構成要素として、内側継手部材と外側継手部材とトルク伝達部材を備えている。そして、外側継手部材はカップ部と軸部とを有し、カップ部の内周面にはトルク伝達部材が転動するトラック溝が形成してあり、軸部はカップ部の底から軸方向に延びている。この外側継手部材は、中実の棒状素材（バー材）から、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り、カップ部と軸部とを一体成形する場合が多い。

　ところで、軸部の長さを標準よりも長くした外側継手部材（ロングステムタイプ）を用いる場合がある。たとえば、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等速自在継手にロングステムタイプを採用する。この場合、軸部をサポートベアリングにより回転自在に支持する。ロングステムタイプの軸部の長さは、車種により異なるが、おおむね３００～４００ｍｍ程度である。ロングステムタイプの外側継手部材は、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ことが困難である。そのため、カップ部と軸部を各別に製作して摩擦圧接により接合することが知られている（特許文献１）。

　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は次のとおりである。まず、図２３に示すように、カップ部材７２と軸部材７３を摩擦圧接により接合して中間製品７１’を製作し、次に、接合部７４の外径側のバリ７５を除去して図２４に示すような外側継手部材７１を得る。中間製品７１’の接合部７４には圧接に伴ってバリ７５が生じているため、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き、外側継手部材７１の軸部にサポートベアリング（転がり軸受６：図１参照）を装着できるようにする。

  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の完成品となるため、外側継手部材７１と中間製品７１’とでは細部の形状に異なるところがある。しかしながら、図２３及び図２４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’の同じ部分に同じ符号を付している。以降の説明においても同様とする。

特開２０１２－５７６９６号公報 国際公開第２０１３／０６９４３３号パンフレット 特開昭６３－２６０６８５号公報

　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硬くなっているばかりでなく、軸方向と半径方向とに広がるゆがんだ形状をしている。したがって、外径側のバリ７５を旋削加工で除去する際、高い硬さのために旋削チップが激しく摩耗し、また、ゆがんだ形状のために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、旋削チップの一つのパス当たりの切削量が少なく、パス数が増大してサイクルタイムが長くなり、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にも、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。

　上記問題に対し、レーザ溶接又は電子ビーム溶接といった高エネルギー密度ビームによる溶接を採用することで、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（特許文献２参照）。しかし、図２５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、比較的容積の大きな空洞部７６が形成され、溶接中の加工熱により空洞部７６内の圧力が上昇し、また、溶接終了後は圧力が減少する。このような空洞部７６の内圧変化により、溶融物の吹き上がりが発生し、溶接部の表面の凹み、溶込み深さ不足、内部の気泡発生といった不具合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。

  また、等速自在継手の外側継手部材を構成する部材（ワーク）を突合せ溶接する場合を考慮すると、これらのワークは強度確保のために炭素含有量の多い中、高炭素鋼を使用しているため、そのまま溶接すると溶接部が著しく硬化し、割れやすくなる。そのため、硬度を下げ、靱性を確保する目的で予熱を行い、溶接後の冷却速度を遅くするようにしているが、中実軸状のワークをそのまま突合せ溶接すると、接合部周辺の体積が多くて予熱に長時間を要し、サイクルタイムが長くなって製造コストがアップする。

  さらに、溶接部の内径側に未接合部すなわち合わせ面が残存すると、切欠き係数が高まり、接合強度が低下するおそれがある。

　本発明の目的は、従来の突合せ溶接における上述の問題点を除去して、カップ部材と軸部材を突合せ溶接により接合して製造する等速自在継手の外側継手部材の接合部の強度、品質の向上を図ることのできる突合せ溶接方法を提供することにある。

  本発明の突合せ溶接方法は、第一ワークの中実軸状の端部と第二ワークの中実軸状の端部を突き合わせて、外径側から高エネルギー密度ビームを照射することにより突合せ溶接するにあたり、第二ワークの接合用端面の内径側にくぼみを設け、かつ、第一ワークの接合用端面を第二ワークの接合用端面の内径よりも内径側にせり出させたことを特徴とする。

  ここで、中実軸状とは、軸方向に貫通した空洞部を有するものや、接合用端面から軸方向に長く延びた空洞部（特許文献２、３参照）を有するものを排除する趣旨である。カップ部材は全体としては有底筒状であるが、接合用端面を形成した短軸部には貫通孔も、接合用端面から軸方向に長く延びた空洞部もなく、したがって少なくとも短軸部は中実軸状である。

  一般に、電子ビーム溶接は真空中で行われる。したがって、溶融物の吹き上がりや気泡の発生といった問題は解消する。なお、特許文献３には、真空中で、中空軸を突き合わせて溶接することが記載されている。しかし、それは、軸を中空にすることで質量を小さくして熱容量を下げることを目的としたもので、中実軸状の端部の接合用端面の内径側に浅いくぼみを設けていることとは発想が異なる。中実軸状の端部の接合用端面の内径側に浅いくぼみを設けただけでは、依然として中実軸であって中空軸ではなく、それゆえ、それでは特許文献３に記載された発明の目的は達成できない。

  接合用端面の内径側にくぼみを設けることの技術的意義は次のとおりである。
  まず、くぼみを設けることにより、接合用端面が環状の面となり、溶接すべき突合せ面の面積が減少し、それゆえに接合部近傍の体積も減少する。したがって、溶接前の予熱や溶接後の後熱を行う際、必要な接合部を効率的に加熱することができるため、加熱時間を短縮して製造コストを削減することができる。また、他型番や品種で、接合外径が異なるもの、とりわけ接合部外径が大きいものと接合する場合にも、くぼみの径を調整することで、サイクルタイムを長くすることなく対応することができる。

  また、中実軸状の端部を突合せ溶接するにあたり、接合用端面の内径側にくぼみを設けておくことにより、溶接後は溶接部の内径側に閉じた空洞が形成され、その結果、溶接部の内径側に未接合部が存在しない。したがって、溶接部の内径側に未溶接部が存在することによる溶接強度の低下といった問題が解消し、安定した溶接強度を確保することができる。

  さらに、溶接部の内径側にくぼみを設けたことにより、くぼみの内径部が軸方向のストレート部を提供し、超音波探傷による欠陥の検査、とりわけ溶込み深さを検出することが可能となる。また、くぼみを設けたワークとは異なるワークの端面がくぼみの内径部よりも内径側にせり出しているため、超音波探傷を実施する際に探触子からの送信パルスが探触子側に反射することがなく、超音波探傷の検査精度や信頼性が高まる。

  もちろん高エネルギー密度ビームによる溶接では、ビード幅が狭く、短時間で深い溶込みが得られるため、溶接部の強度が向上し、かつ、熱ひずみも少ない。しかも、バリが発生しないため、接合部の後加工を省略でき、その結果製造コストが削減できるばかりでなく、摩擦圧接により接合した場合に問題となっていたバリによる超音波の散乱もない。したがって、超音波探傷による全数検査を実施して高い溶接品質を安定して確保することができる。

　上に述べたところから明らかなように、本発明の突合せ溶接方法によれば、溶接部の強度、品質の向上を図ることができる。また、本発明をカップ部材と軸部材を突合せ溶接により接合した等速自在継手の外側継手部材の製造に適用することで、溶接部の強度、品質の向上を図った外側継手部材を提供することができる。

外側継手部材をロングステムタイプとしたしゅう動式等速自在継手を備えるドライブシャフトの一部破断正面図である。 図１における外側継手部材の第一実施例を示す拡大図である。 図２ａのｂ部の拡大図である。 溶接前の状態を示す、図２ｂと類似の拡大図である。 図１の外側継手部材の製造工程を示すブロック線図である。 しごき加工後のカップ部材の縦断面図である。 旋削加工後のカップ部材の縦断面図である。 軸部材の素材としてのバー材の正面図である。 鍛造加工後の一部破断正面図である。 旋削加工及びスプライン加工後の軸部材の一部破断正面図ある。 溶接前の溶接装置の概略立面図である。 溶接過程の溶接装置の概略立面図である。 超音波探傷装置の概略立面図である。 超音波探傷装置の概略平面図である。 超音波探傷装置の概略立面図である。 超音波探傷装置の概略平面図である。 図１０のXII-XII線に沿う、溶接良品の場合の部分拡大断面図である。 図１０のXII-XII線に沿う、溶接不良品の場合の部分拡大断面図である。 開発過程における知見を説明するための図１２ａ、１２ｂと類似の部分拡大断面図である。 品番の異なる軸部材を示す一部破断正面図である。 図１４の軸部材を用いて製造した外側継手部材の一破断正面図である。 カップ部材の品種統合の例を説明するためのブロック線図である。 外側継手部材の第二実施例を示す一部破断正面図である。 図１７ａのｂ部の拡大図である。 溶接前の状態を示す図１７ｂと類似の拡大図である。 図１７ａにおけるカップ部材の縦断面図である。 外側継手部材の製造方法の第二の例を説明するためのブロック線図である。 外側継手部材の製造方法の第三の例を説明するためのブロック線図である。 外側継手部材の第三実施例を示す等速自在継手の一部破断正面図である。 図２１における外側継手部材の一部判断正面図である。 従来の技術を説明するための外側継手部材の中間製品の縦断面図である。 従来の技術を説明するための外側継手部材の縦断面図である。 別の従来の技術を説明するための外側継手部材の縦断面図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

  はじめに、図１及び図２ａ～２ｃを参照しつつ外側継手部材の第一例について述べ、続いて、図３～１６を参照しつつ外側継手部材の製造方法の第一例について述べる。

　図１にドライブシャフト１の全体構造を示す。ドライブシャフト１は、しゅう動式等速自在継手１０と、固定式等速自在継手２０と、両継手１０、２０を連結する中間シャフト２を主要な構成要素としている。しゅう動式等速自在継手１０はデフ側（図中右側：インボード側ともいう）に配置され、固定式等速自在継手２０は駆動車輪側（図中左側：アウトボード側ともいう）に配置される。

　しゅう動式等速自在継手１０は、いわゆるダブルオフセット型等速自在継手(ＤＯＪ)で、主要な構成要素として、外側継手部材１１と、内側継手部材１６と、トルク伝達要素としての複数のボール４１と、ボール４１を保持するケージ４４を備えている。

  外側継手部材１１は、カップ部１２と、カップ部１２の底から軸方向に延びた長尺の軸部（以下、ロングステム部ともいう）１３とを有する。内側継手部材１６は、外側継手部材１１のカップ部１２内に収容される。外側継手部材１１のカップ部１２の内周に形成したトラック溝３０と、内側継手部材１６の外周に形成したトラック溝４０は対をなし、各対のトラック溝３０、４０間にボール４１が配置される。ケージ４４は、外側継手部材１１と内側継手部材１６との間に介在し、球状外周面４５にて外側継手部材１１の部分円筒形の内周面４２と接触し、球状内周面４６にて内側継手部材１６の球状外周面４３と接触する。ケージ４４の球状外周面４５の曲率中心Ｏ_１と球状内周面４６の曲率中心Ｏ_２は、継手中心Ｏをはさんで軸方向の反対側に等距離オフセットしている。

　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、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る。このように、外側継手部材１１をサポートベアリング６によって回転自在に支持することにより、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。

　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、主要な構成要素として、外側継手部材２１と、内側継手部材２２と、トルク伝達要素としての複数のボール２３と、ボール２３を保持するケージ２４を備えている。外側継手部材２１は、有底筒状のカップ部２１ａと、カップ部２１ａの底から軸方向に延びた軸部２１ｂとを有する。内側継手部材２２は、外側継手部材２１のカップ部２１ａ内に収容される。ボール２３は、外側継手部材２１のカップ部２１ａと内側継手部材２２との間に配置される。ケージは、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の外周面との間に介在する。
  なお、固定式等速自在継手としてアンダーカットフリー型等速自在継手を用いる場合もある。

　中間シャフト２は、その両端部にスプライン（セレーションを含む。以下、同じ。）軸３を有する。そして、インボード側のスプライン軸３をしゅう動式等速自在継手１０の内側継手部材１６のスプライン孔に挿入することにより、中間シャフト２としゅう動式等速自在継手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軸３を固定式等速自在継手２０の内側継手部材２２のスプライン孔に挿入することにより、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。中実の中間シャフト２の例を図示したが、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る。しゅう動式等速自在継手１０の外側継手部材１１と中間シャフト２との間、及び、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、それぞれ、蛇腹状のブーツ４、５を装着して、グリースの漏れや異物の侵入を防止する。

  次に、図２ａ～２ｃを参照して外側継手部材１１の詳細について述べる。

  外側継手部材１１は、カップ部１２と、ロングステム部１３とからなる。この外側継手部材１１は、カップ部材１２ａと軸部材１３ａを突合せ溶接により接合して製造するが、製造工程については後に詳しく述べる。

　カップ部１２は一端が開口した有底筒状で、内周面４２は、複数のトラック溝３０が円周方向に等間隔に形成される結果、部分円筒形状となっている。トラック溝３０上をボール４１（図１参照）が転動する。

  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で形成され、筒状部１２ａ１と底部１２ａ２とからなる一体成形品である。筒状部１２ａ１に上述のトラック溝３０と内周面４２が形成される。カップ部材１２ａの開口側の外周にはブーツ取付溝３２が形成してあり、内周には止め輪溝３３が形成してある。底部１２ａ２は軸部材１３ａ側に突き出た中実軸状の軸部すなわち短軸部１２ａ３を有し、その短軸部１２ａ３に接合用端面５０（図２ｃ）が形成してある。

  接合用端面５０は旋削により仕上げる。ここでは、接合用端面５０の内径側に凹部５０ｂを形成し、結果として凹部５０ｂの外径側に環状の接合用端面５０が形成されている。符号Ｄは接合用端面５０の内径を表している。凹部５０ｂは鍛造の過程で成形してもよく、あるいは、切削加工により形成してもよい。凹部５０を鍛造の過程で成形することで工数が少なくて済み、また、接合用端面５０が環状となるためその旋削に要する時間が短縮できる。

  ロングステム部１３はカップ部１２の底部１２ａ２から軸方向に延びる中実の軸である。ロングステム部１３は、カップ部材１２ａ寄りの外周に軸受装着面１４と止め輪溝１５が形成してあり、カップ部１２とは反対側の端部にトルク伝達用連結部としてのスプライン軸Ｓｐが形成してある。

  軸部材１３ａは、Ｓ４０Ｃ等の０．３０～０．５５重量％の炭素を含む中炭素鋼で形成され、カップ部材１２ａ側の端部に接合用端面５１（図２ｃ）が形成してある。接合用端面５１の内径側には、くぼみ５２を設けてあり、接合用端面５１は結果として環状の面となっている。符号Ｅは接合用端面５１の内径を表している。なお、図２ａ～２ｃ及び図５ａ～５ｃは、くぼみ５２を鍛造の過程で成形し、切削加工により接合用端面５１に内径部５３を形成した例を示したものであるため、くぼみ５２とその内径部５３があたかも段付き穴のように見えるが、内径部５３は、接合用端面５１の内径部であり、或いはくぼみ５２の内径部ということもできる。くぼみ５２は鍛造肌のままとしてもよく、その場合、図示するようにくぼみ５２と明確に区別できる内径部５３は現れない。

  くぼみ５２は浅底すなわち、接合用端面５１の外径に比べて非常に浅く、深さを例示するならば、下限は１ｍｍ程度である。これは、溶接部４９の半径方向の寸法（溶込み深さ）不良を超音波探傷する上で必要な軸方向長さのストレート部を確保する趣旨である。上記下限は超音波探傷の面からの値であるが、接合部近傍の体積を小さくして予熱時間を短くするという面からは、それ相当のくぼみ５２の深さが望まれる。
くぼみ５２の深さの上限は、くぼみを鍛造の過程で成形する場合、鍛造で成形できる限界値（目安）×１．５ｍｍ程度とする。くぼみ５２が深すぎると、鍛造負荷が高まり、金型寿命が低下し、加工コストが増大する。切削加工により形成する場合でも、くぼみ５２が深すぎると加工時間が長くなり、材料歩留まりも悪くなる。

  接合用端面５１の内径部５３は、軸部材１３ａの外径にもよるが、くぼみ５２の外径側に形成される溶接部４９の半径方向幅を確保することが前提である。なお、内径の「径」の語は、一般に円形を連想させるが、軸部材１３ａの軸線に垂直な平面で見たくぼみ５２の輪郭は必ずしも円形に限らず、たとえば多角形や不定形であってもよい。

  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とを突き合わせ、カップ部材１２ａの外側から半径方向に電子ビームを照射することによって溶接する（図２ａ及び図２ｂ）。溶接部４９は、周知のとおり、溶接中に溶融凝固した金属すなわち溶融金属とその周囲の熱影響部とで構成されている。

  詳細は後述するが、接合用端面５０、５１の外径Ｂ（図４ｂ、図５ｃ参照）は、ジョイントサイズごと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い。たとえば、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を若干小径にするなど適宜の寸法差をつけてもよい。この接合用端面５０の外径Ｂと接合用端面５１の外径Ｂとの寸法関係は本明細書を通じて同様とする。

　溶接部４９は軸部材１３ａの軸受装着面１４よりもカップ部材１２ａ側に形成されるため、軸受装着面１４などは溶接の前にあらかじめ加工しておくことができ、そうすることによって溶接後の後加工を廃止できる。また、電子ビーム溶接では溶接部にバリが出ないため、この点でも溶接部の後加工が省略できて製造コストが削減でき、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の内径Ｄは、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅよりも小さく設定してある。言い換えれば、凹部５０ｂはくぼみ５２よりも小径である。その結果、カップ部材１２ａの接合用端面５０は、内径Ｅの接合用端面５１よりも半径方向内側に部分的にせり出す。このせりだした部分を突出面５０ａと呼ぶこととする。このような形状の接合用端面５０、５１どうしを突き合わせて、カップ部材１２ａと軸部材１３ａが溶接により接合される。突出面５０ａは、ジョイントサイズごとに同一に設定される。

　次に、図３～１６を参照して上述の外側継手部材の製造方法について述べる。各製造工程の詳細に立ち入る前に全体的な製造工程について述べる。

  図３に示すように、カップ部材１２ａは、バー材切断工程Ｓ１ｃと、鍛造加工工程Ｓ２ｃと、しごき加工工程Ｓ３ｃと、旋削加工工程Ｓ４ｃと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と、旋削加工工程Ｓ２ｓと、スプライン加工工程Ｓ３ｓと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、品番を付与して管理される。その後、カップ部材１２ａと軸部材１３ａが、溶接工程Ｓ６と、超音波探傷工程Ｓ６ｋと、熱処理工程Ｓ７と、研削加工工程Ｓ８とを経ることにより、外側継手部材１１が完成する。

　各工程の概要は次のとおりである。なお、ここに述べ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加えることができる。
  まず、カップ部材１２ａの製造工程について述べる。

[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]
　ビレットに鍛造加工を施すことにより、カップ部材１２ａの素形材として筒状部、底部及び凸部を一体成形する。

[しごき加工工程Ｓ３ｃ]
　上記素形材のトラック溝３０及び筒状円筒面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。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の製造工程について述べる。

[バー材切断工程Ｓ１ｓ]
　軸部全長に基づいてバー材を所定長さで切断し、ビレットを製作する。その後、軸部材１３ａの形状に応じて、ビレットをアプセット鍛造により概略形状に鍛造加工する場合もある。

[旋削加工工程Ｓ２ｓ]
　ビレットの外周面（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Ｓ３ｓ]
　旋削加工後の軸部材にスプラインを転造加工してスプライン軸を形成する。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。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について述べる。

[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を突き合わせて溶接する。

[超音波探傷工程Ｓ６ｋ]
　カップ部材１２ａと軸部材１３ａの溶接部４９を超音波探傷により検査する。

[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及び内周面４２並びに軸部材１３の外周の必要範囲に高周波焼入れ焼戻しの熱処理を行う。溶接部４９は熱処理を施さない。カップ部１２のトラック溝３０や内周面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、軸部材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。

　このように、溶接工程の後に熱処理工程を組み入れたものであるため、カップ部材及び軸部材が、溶接時の熱で周辺部の温度が上昇して熱処理部の硬さに影響を及ぼすような形状や仕様である場合に適する。

　上述の外側継手部材の製造方法のうちの主要な構成についてさらに詳細に述べる。

  図４ａはカップ部材１２ａのしごき加工後の状態を示し、図４ｂは旋削加工後の状態を示す。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’及び短軸部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及び筒状円筒面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などと短軸部１２ａ３の接合用端面５０、その外径Ｂ及び内径Ｄが旋削加工される。

　図５ａ，図５ｂに軸部材１３ａの各加工工程における状態を示す。すなわち、図５ａはバー材を切断したビレット１３ａ”を示し、図５ｂはビレット１３ａ”をアプセット鍛造により概略形状に鍛造加工した素形材１３ａ’を示し、図５ｃは旋削加工及びスプライン加工後の軸部材１３ａを示す。

　バー材切断工程Ｓ１ｓにおいて、図５ａに示すビレット１３ａ”が製作される。そして、必要に応じて、図５ｂに示すように、ビレット１３ａ”にアプセット鍛造加工を施すことにより、所定範囲の軸径を拡径させるとともに接合側端部（カップ部材１２ａ側端部）にくぼみ５２を形成した素形材１３ａ’を製作する。なお、すでに述べたとおり、図５ｃは、くぼみ５２を鍛造の過程で成形し、旋削加工により開口端部に内径部５３を形成した例を示すが、鍛造肌のままとしてもよく、その場合、くぼみ５２と内径部５３は一体化して截然とした区別はなくなる。

　その後、旋削加工工程Ｓ２ｓ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、内径部５３（内径Ｅ）、接合用端面５１及びその外径Ｂを旋削加工する。また、スプライン加工工程Ｓ３ｓにおいて、くぼみ５２の反対側端部にスプライン軸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の接合用端面５０の外径Ｂは、一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、ロングステムタイプ用であるが、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ため、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、図６及び図７を参照してカップ部材１２ａと軸部材１３ａの溶接について述べる。ここで、図６及び図７は溶接装置の概略立面図と概略平面図であって、図６は溶接前の状態を示し、図７は溶接過程を示す。

  溶接装置１００は、図６に示すように、主要な構成要素として、電子銃１０１、回転装置１０２、チャック１０３、センタ１０４、テールストック１０５、ワーク受け台１０６、センタ１０７、ケース１０８、真空ポンプ１０９を有する。

　ワークであるカップ部材１２ａ及び軸部材１３ａは溶接装置１００内のワーク受け台１０６上に載置される。溶接装置１００の一端にあるチャック１０３及び芯出し治具１０７は回転装置１０２に連結されている。センタ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をつかみ、回転装置１０２によって回転運動を与えるようになっている。溶接装置１００の他端にあるテールストック１０５にセンタ１０４が一体に取り付けてあり、両者は軸方向（図６の左右方向）に進退可能に構成されている。

　センタ１０４に軸部材１３ａのセンタ穴をセットすることにより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。ここで、密閉空間とは、ケース１０８により形成される空間１１１を意味し、カップ部材１２ａ及び軸部材１３ａの全体が密閉空間１１１に収容されている。カップ部材１２ａ及び軸部材１３ａの接合用端面５０、５１に対応する位置に電子銃１０１が設けてある。電子銃１０１はワークに対して接近、離反可能になっている。

　上記構成の溶接装置１００の作動と溶接方法について述べると次のとおりである。

  ワークであるカップ部材１２ａ及び軸部材１３ａは、溶接装置１００とは別の場所にストックされている。各ワークをたとえばロボットにより取り出し、図６に示す大気に開放された溶接装置１００のケース１０８内に搬送し、ワーク受け台１０６の所定位置にセットする。この時点では、センタ１０４及びテールストック１０５は、図の右側に後退しており、カップ部材１２ａ及び軸部材１３ａの接合用端面５０、５１の間には隙間が存在する。

  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、カップ部材１２ａの凹部５０ｂ及び軸部材１３ａの凹部５２、５３内も減圧される。

　密閉空間１１１が所定の圧力に減圧されたら、図７に示すように、センタ１０４及びテールストック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間の隙間がなくなる。これにより、カップ部材１２ａはセンタ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１０４によりセンタリングされて支持される。この後、ワーク受け台１０６がワーク（１２ａ、１３ａ）から離れる。このときのワーク受け台１０６とワーク（１２ａ、１３ａ）との間隔は微小なものでよいため、図７では当該間隔の図示を省略する。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を所定位置まで移動させてワーク（１２ａ、１３ａ）に接近させ、ワーク（１２ａ、１３ａ）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、電子ビームを溶接時のビームサイズよりも大きくして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（１２ａ、１３ａ）の外側から半径方向に電子ビームを照射して溶接が開始される。溶接が終了すると、電子銃１０１が退避し、ワーク（１２ａ、１３ａ）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１０４及びテールストック１０５が図の右側に後退し、チャック１０３を開放する。その後、たとえばロボットがワーク（１２ａ、１３ａ）をつかみ、溶接装置１００から取り外して冷却ストッカに整列させる。この実施の形態は、カップ部材１２ａ及び軸部材１３ａの全体が密閉空間１１１に収容されているため、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。

　溶接の具体的条件を例示するならば次のとおりである。
炭素量０．４～０．６％のカップ部材１２ａと、炭素量０．３～０．５５％の軸部材１３ａを用いて、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て溶接部の硬さが高くなりすぎないようにするため、カップ部材１２ａ、軸部材１３ａの接合用端面５０、５１を含む周辺が３００～６５０℃になるよう電子ビームによる予熱で均熱化した後、電子ビーム溶接を行った。その結果、予熱時間は接合用端面の内径側にくぼみを設けない場合に比べて約１／２以下に短縮でき、必要強度を満足する良好な溶接部を得ることができた。

  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、予熱で均熱化したことにより溶接完了後の溶接部硬さを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。なお、たとえばカップ部材１２ａの内部とくぼみ５２に通じるベント孔を設け、カップ部材１２ａ内の空間を１．３Ｐａまで真空引きした後、接合面を突き合わせて溶接するようにしてもよい。

　次に、図８～１３を参照して超音波探傷工程について述べる。

  ここで、図８及び図９は溶接後の外側継手部材を載置した超音波探傷装置の正面図及び平面図であって、図８は図９のVIII‐VIII矢視図に相当する。図１０及び図１１は超音波探傷中の超音波探傷装置の正面図及び平面図であって、図１０は図１１のX‐X矢視図に相当する。

　超音波探傷装置１２０は、図８及び図９に示すように、基台１２１、貯水槽１２２、ワーク受台１２３、ワーク押え部材１２４、回転駆動装置１２５、押圧装置１３５、駆動位置決め装置１３６（図９参照）を有する。貯水槽１２２は基台１２１の中央に設置してある。回転駆動装置１２５は外側継手部材１１の中間製品１１’（以下、ワーク１１’ともいう）を回転させるためのものである。押圧装置１３５はワーク１１’の軸端部を押さえるためのものである。駆動位置決め装置１３６は探触子の駆動と位置決めを行う。

　ワーク受台１２３は、ワーク１１’を回転自在に載置するための支持ローラ１２６、１２７を有し、支持ローラ１２６は溶接部に近い位置に、支持ローラ１２７は軸部１３の中央付近に、それぞれ配置してある。各支持ローラ１２６、１２７は、図９から分かるように、ワーク１１’の軸部１３を安定して支持できるように、軸部１３の軸線の両側に振り分けた一対のローラで構成されている。支持ローラ１２６、１２７は、ワーク１１’のジョイントサイズや寸法、重量バランスを考慮して、ワーク１１’の軸方向（図８の左右方向）及び半径方向（図８の上下方向）の設置位置が適宜調整可能である。

　また、ワーク受台１２３には、図９の平面で見て、ワーク１１’の軸線から外れた位置にワーク押さえ部材１２４が設けてある。ワーク押さえ部材１２４はレバー１２８を有し、レバー１２８の端部にワーク押さえローラ１２９が設けてある。レバー１２８は図９の平面内で旋回可能であり、かつ、図８の上下方向に移動可能となっている。

　ワーク受台１２３は、レール１３１とリニアガイド１３２とからなる直線運動軸受１３０を介して支持台１３４に取り付けてあり、軸方向（図８、９の左右方向）に移動可能である。支持台１３４は基台１２１に取り付けてある。ワーク受台１２３は、端部（図８、９の左側端部）に連結したロッド１３３を介して、貯水槽１２２の外部に配置したアクチュエータ（図示省略）により移動させて所望の位置に位置決めできるようになっている。　

　回転駆動装置１２５は回転板１４４を設けた回転軸１４３を有し、この回転軸１４３が、貯水槽１２２の外部に配置したモータ（図示省略）により回転駆動される。

　超音波探傷装置１２０の上側に架台１３７が設けてあり、この架台１３７上に、押圧装置１３５の基板１４５が、レール１３９とリニアガイド１４０とからなる直線運動軸受１３８を介して、軸方向（図８、９の左右方向）に移動可能に取り付けてある。基板１４５の端部にエアシリンダ１４１のロッド１４２を連結して、エアシリンダ１４１によって基板１４５を駆動すなわち軸方向移動させる。押圧装置１３５はフリーベアリング１４６を介してワーク１１’の軸部１３の軸端と接触する。

　図９の平面で見て、ワーク１１’の軸線から外れた位置に探触子の駆動装置１３６が配置してある。この駆動装置１３６は、Ｘ軸方向とＹ軸方向のアクチュエータから構成され、探触子１４７のＸ軸方向及びＹ軸方向における移動と位置決めを行う。Ｘ軸方向のアクチュエータ１４８及びＹ軸方向のアクチュエータ１４９は、電動ボールねじタイプのもの（ロボシリンダ）で、高精度の位置決めが可能である。符号１５０は直線運動軸受のレールを示す。駆動装置１３６は貯水槽１２２の外に配置してあり、探触子１４７とそのホルダ１５１の部分は貯水槽１２２内に配置してある。

　上記構成の超音波探傷装置１２０の作動と超音波探傷工程Ｓ６ｋについて述べると次のとおりである。

  まず、溶接後のワーク１１’がローダ（図示省略）によりワーク受台１２３上に載置される（図８及び図９参照）。このとき、ワーク受台１２３は回転駆動装置１２５からワーク１１’の軸方向に適宜の間隔をあけて位置し、ワーク押さえ部材１２４は、レバー１２８を上昇させるとともに、ワーク１１’の軸線と略平行になる位置まで旋回させる。また、押圧装置１３５及び探触子の駆動装置１３６は後退した位置で待機している。

　その後、ワーク押さえ部材１２４のレバー１２８が、ワーク１１’の軸線と略直角になるように旋回するとともに下降し、ワーク１１’を上から押さえる（図１０参照）。ここで、貯水槽１２２に給水する。このように、超音波探傷装置１２０は水中で探傷する構成であることから、超音波の伝播が良好で、高精度な検査が可能である。

　次に、図１０及び図１１に示すように、エアシリンダ１４１の作動により押圧装置１３５を前進させてワーク１１’の軸端を押し、ワーク１１’のカップ部１２の開口端を回転駆動装置１２５の回転板１４４に押し当てる。押圧装置１３５の前進に併せてワーク受台１２３も回転駆動装置１２５の方に移動する。これにより、ワーク１１’が軸方向及び半径方向に位置決めされる。この状態で、回転駆動装置１２５のモータ（図示省略）が起動し、ワーク１１’を回転させる。

　図１１に白抜き矢印で示すように駆動装置１３６がＸ軸方向に移動し、さらにＹ軸方向に移動して、探触子１４７が探傷位置に位置決めされる。このときの探触子１４７を図１０では破線で示してある。そして、超音波探傷が行われる。超音波探傷が終わると貯水槽１２２内を排水し、ワーク１１’をローダ（図示省略）により超音波探傷装置１２０から搬出する。このようにして、順次ワーク１１’の超音波探傷を繰り返す。

　超音波探傷のサイクルタイムを短縮するため、時間がかかる給水、排水は、各装置、部材の動作と同時動作など連動したタイミングで行うのが望ましい。また、各装置、部材の動作も、部分的に同時動作や一部順序変更など適宜実施可能である。

　図１２ａ，１２ｂ及び図１３を参照して超音波探傷の詳細について述べる。これらの図はすべて図１０のXII－XII矢視図に相当し、図１２ａは溶接良品を示し、図１２ｂは溶接不良品を示す。図１３は、開発過程で得た知見を説明するための図である。

  探触子１４７は、溶接部４９から所定の距離にある探傷位置に位置決めされる。探傷位置はジョイントサイズごとにあらかじめ設定されている。探触子１４７からの送信パルスＧをワーク１１’の表面から斜めに入射させ、受信した反射エコーを波形として表示し、その波形を観察することにより欠陥の有無を判別することができる（斜角探傷法）。符号θ１は入射角を表し、符号θ２は屈折角を表している。実施の形態の場合、入射角θ１は約２０°、屈折角θ２は約４５°である。

  ここでは、裏波ビードの位置を検出することにより、主として溶込み不良の有無を検出する。すなわち、溶込み深さが判定基準Ｗｍｉｎを超えて内径側まで達しているものを溶接良品とし、溶込み深さが判定基準Ｗｍｉｎよりも外径側で終わっているものを溶接不良品とする。図示した例では、接合用端面５１に設けたくぼみ５２の内径部５３と判定基準Ｗｍｉｎを一致させている。符号Ｅはくぼみ５２（の内径部５３）の内径を表しているが、接合用端面５１の内径でもある。符号Ｗａは狙いの溶込み深さを表す。ちなみに、溶接後は、くぼみ５２の外径側に溶接部４９が形成される結果、溶接部４９の内径側に閉じた空洞が形成される。したがって、外部から裏波ビード４９１を目視で確認することは不可能である。

　超音波探傷の間、ワーク１１’は回転駆動装置１２５により駆動され、回転している。溶接部４９から所定の距離にある探傷位置に位置決めされた探触子１４７は、ワーク１１’の全周のデータを採取する。具体的には、溶接位置が公差分ずれることに対応するため、上記の探傷位置で、まず、ワーク１１’の１回転（３６０°）分のデータを採取し、その後、順次、微小ピッチ（たとえば、０．５ｍｍ）で軸方向に走査し、複数回転（たとえば、５回転）分のデータを採取する。このデータに基づき合否の判定を行うが、合否判定の反射エコーの閾値は、判定基準Ｗｍｉｎの溶接模範を用いて決定する。

　すでに述べたとおり、カップ部材１２ａの接合用端面５０に、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅよりも半径方向内側にせり出した突出面５０ａを設けてあるが、かかる形状に基づき、次に述べるような超音波探傷における利点が得られる。

　かかる利点の理解を容易にするため、開発過程で得た知見すなわち、図１３に示すように、カップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄ’と軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅを同じ寸法にした場合について先に述べる。この場合、溶込み深さが判定基準Ｗｍｉｎを超えて内径側まで達しており、それゆえに溶接良品と判定されるべきものである。しかしながら、探触子１４７から送信パルスＧを入射させると、裏波ビード４９１に送信パルスＧと直角方向の境界面が存在するため、この境界面で反射された反射エコーＲを探触子１４７が受信する。裏波ビード４９１の反射エコーは散乱するが、反射エコーＲはエコー高さが高いため、合否判定の反射エコーの閾値を超え、したがって、溶接不良品と判定されてしまう。このような事情で、溶接良品、不良品の判定が困難であることが判明した。

　そこで、実施の形態では、カップ部材１２ａの接合用端面５０に、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅよりも半径方向内側に突出した突出面５０ａを設けることによって対策を講じたものである。

  溶接良品は、図１２ａに示すように、溶込みが十分である。この場合、探触子１４７からの送信パルスＧは、判定基準Ｗｍｉｎを超えて内径側まで達している裏波ビード４９１からカップ部１２に入り、そのまま直進するか、あるいは、カップ部１２の内径Ｄで反射してカップ部１２側へ進む。そのため、探触子１４７は反射エコーを受信しない。つまり、送信パルスＧが裏波ビード４９１に入射しても、送信パルスＧに直角方向の裏波ビード４９１の境界面が存在しないため、僅かな散乱した反射エコーが発生するものの、誤検出の原因となるほどの反射エコーは生じない。したがって、探触子１４７が受信した反射エコーのエコー高さは閾値以下となり、溶接良品と判定される。
  このように、カップ部材１２ａの接合用端面５０に突出面５０ａを設けたことにより、反射エコーのエコー高さが低くなり、検査の精度を高めることができる。

　溶接不良品の場合、図１２ｂに示すように、溶込み不良でビード４９１の先端が判定基準Ｗｍｉｎに到達していないため、送信パルスＧは、接合用端面５１や面取部５１ａで反射され、散乱した反射エコーＲを探触子１４７が受信する。この反射エコーＲは、合否判定の反射エコーの閾値を超え、溶接不良品と判定される。

  このように、接合用端面５０に突出面５０ａを設けたことにより、反射エコーのエコー高さを明確に区別することができ、溶接良品、不良品の判定を精度よく行うことができる。
  突出面５０ａの寸法は、図１２ａに示すように、突出面５０ａの半径方向の幅をＳ〔Ｓ＝（Ｅ－Ｄ）／２〕とし、接合用端面５１の内径Ｅからの裏波ビード４９１の高さをＱとしたとき、Ｓ≧Ｑの関係とする。この関係にあれば、反射エコーの高さを明確に区別することができ、溶接良品、不良品を精度よく判定することができる。このＳ≧Ｑの関係を維持すれば、突出面５０ａの寸法は適宜設定することができる。なお、接合用端面５１の内径Ｅは、くぼみ５２（の内径部５３）の内径でもある。

　超音波探傷装置１２０は、ワーク１１’の搬入から、給水、排水、超音波探傷、ワーク搬出までの各動作を連動でき、超音波探傷を自動化することができる。したがって、検査の精度、作業性及び効率を向上させることができ、量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の検査に好適である。

　また、超音波探傷において、カップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂをジョイントサイズごとに同一寸法としたベースになる構成とが相俟って、品番の異なる外側継手部材１１に対する段取り替え作業も削減され、検査の効率が一層向上する。

　さらに、水中で探傷する構成であることから、超音波の伝播が良好で、一層高精度な検査が可能となる。加えて、接合用端面５０に突出面５０ａを設けた溶接部の形状を採用したことにより、反射エコーのエコー高さが明確に区別することができ、溶接良品、不良品を精度よく判定することができる。

　次に、カップ部材の品種統合について、図５ｃ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１４及び図１５に示す軸部材１３ｂは、インボード側の標準的なステム用である。軸部材１３ｂには、カップ部材１２ａの底部１２ａ２（短軸部１２ａ３）の接合用端面５０（図４ｂ参照）に突き合わせる接合用端面５１が形成されている。この接合用端面５１の外径Ｂ及び内径Ｅは、図５ｃ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及び内径Ｅと同一寸法に形成されている。

  ここでも、カップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄを軸部材１３ｂの接合用端面５１の内径Ｅよりも小さく設定してある。その結果、カップ部材１２ａの接合用端面５０に、軸部材１３ｂの接合用端面５１の内径Ｅよりも半径方向内側に突出した突出面５０ａが形成されている。このような形状の接合用端面５０、５１を突き合わせて溶接することで、カップ部材１２ａと軸部材１３ｂが接合されている。

　この軸部材１３ｂは、インボード側の標準的なステム用であるため、軸部の長さが短く、軸方向中央部に滑り軸受面２５を形成し、この滑り軸受面２５に複数の油溝２６が形成してある。カップ部材１２ａ側とは反対側の端部にはスプライン軸Ｓｐと止め輪溝４８が形成してある。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、車種ごと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ごとに同一寸法に設定されている。このため、ジョイントサイズごとに共用化されたカップ部材と車種ごと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１２ａ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、車種ごと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。しかし、これに限ることなく、標準的な長さのステム間での車種ごと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ごと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。　

　カップ部材の品種統合の例を図１６に示す。
図示するように、カップ部材は一つのジョイントサイズで共用化され、たとえば品番Ｃ００１を付与して管理される。これに対して、軸部材は、車種ごとに種々の軸部仕様を備え、たとえば品番Ｓ００１、Ｓ００２、～Ｓ（ｎ）を付与して管理される。そして、たとえば品番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、生産管理の負荷軽減が達成できる。ここで、カップ部材の品種統合というとき、一つのジョイントサイズで１種類すなわち１型番のカップ部材を設定することに限られない。たとえば、最大作動角の異なる仕様により一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を同一寸法にすることも含まれる。

　次に、図１７ａ～１７ｃ及び図１８を参照して外側継手部材の第二の例について述べる。

  ここで、図１７ａは外側継手部材の一部破断正面図、図１７ｂは図１７ａのｂ部拡大図、図１７ｃは図１７ｂの溶接前の状態を示す。図１８は溶接前のカップ部材の縦断面図である。
  この第二の例は、すでに述べた第一の例におけるカップ部材の接合用端面に設けた突出面の形態が異なる。その他の構成は第一の例と同じであるため、第一の例と同じ機能を有する部位には下付き数字のみ変えた同一の符号を付して、重複した説明を省略する。なお、軸部材１３ａ側についても第一の例（図２ａ～２ｃ）と変わるところはない。すなわち、図１７ａ～１７ｃに示すように、軸部材１３ａの端面にくぼみ（５２：図２ａ～２ｃ参照）が設けてあり、接合用端面５１は内径Ｅの環状の面となっている。

　図１７ｃ及び図１８に示すように、カップ部材１２ａ_１の短軸部１２ａ３_１に形成された接合用端面５０_１は環状で、内径側には凸部５０ｂ_１がある。そして、環状の接合用端面５０_１の内径側の径Ｄ_１が、外側継手部材の第一の例におけるカップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄに相当し、接合用端面５０_１の内径側部分が軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅよりも内径側にせりだす。このせり出した部分を第一の例と同様に突出面５０ａ_１と呼ぶこととする。

  カップ部材１２ａ_１は、第一の例におけるしごき加工後のカップ部材の素形材１２ａ’（図４ａ）の短軸部１２ａ３’の端面のうち、外径側の接合用端面５０_１の部分のみを旋削加工することで形成できる。したがって、旋削加工時間を短縮でき、材料歩留まりもよい。もちろん、内径側の凸部５０ｂ_１にも旋削加工を施すことは可能であるが、鍛造肌のままとすることにより工数が削減できる。凸部５０ｂ_１の高さは、接合用端面５０_１、５１の突合せの障害とならないように、くぼみ５２（図２ａ～２ｃ参照）の深さよりも小とする。

　その他の構成や作用、すなわち、外側継手部材の第一の例についてすでに述べた各工程の概要、カップ部材及び軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷、品種統合や外側継手部材の構成などは外側継手部材の第二の例にもあてはまる。

　ここで、カップ部材１２ａ、１２ａ_１の接合用端面５０、５０_１の外径Ｂや突出面５０ａ、５０ａ_１について、ジョイントサイズごとに同一寸法にするとは、カップ部材１２ａ、１２ａ_１を一つのジョイントサイズで１種類、すなわち、１品番に限定することに限られない。
  たとえば、最大作動角の異なる仕様により一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することや、上記突出面を同一に設定することも含まれる。
　また、これに加えて、たとえば、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、一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することや、上記突出面を同一に設定することも含まれる。

　さらに、カップ部材１２ａ、１２ａ_１の接合用端面５０、５０_１の外径Ｂをジョイントサイズごとに同一寸法にする、あるいは、突出面５０ａ、５０ａ_１をジョイントサイズごとに同一にするというときは、異なる形式の等速自在継手どうしについてもあてはまる。たとえば、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、上記突出面を同一に設定することも含まれる。また、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や、上記突出面を同一に設定することも含まれる。さらに、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や、上記突出面を同一に設定することも可能である。

　上記の溶接前のカップ部材１２ａ、１２ａ_１と軸部材１３ａ、１３ｂの少なくとも一方を、熱処理を施さない中間部品とすることができる。この場合は、溶接後、熱処理と研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工を施す。カップ部材１２ａ、１２ａ_１及び軸部材１３ａ、１３ｂが、熱処理後に溶接をすると溶接時の熱で周辺部の温度が上昇して熱処理部の硬さに影響を及ぼすような形状や仕様である場合に適する。上記の中間部品に品番を付与して管理する。

　また、上記の溶接前のカップ部材１２ａ、１２ａ_１と軸部材１３ａ、１３ｂの少なくとも一方を、熱処理を施した完成部品とすることができる。熱処理を施した完成部品とは、熱処理及び熱処理後の研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工を施した完成部品を意味する。この場合、ジョイントサイズごとに共用化された完成部品としてのカップ部材１２ａ、１２ａ_１と車種ごとに種々の軸部仕様を備えた軸部材が得られ、それぞれ、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１２ａ、１２ａ_１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、共用化されたカップ部材１２ａ、１２ａ_１と種々の軸部仕様を備えた軸部材１３ａ、１３ｂは、鍛造加工、旋削加工、熱処理、さらには研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工を経た完成部品まで、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向上する。ただし、完成部品としてのカップ部材１２ａ、１２ａ_１や軸部材１３ａ、１３ｂとは、前述した熱処理後の研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工が施されたものに限らず、この仕上げ加工を残した熱処理完了状態のカップ部材１２ａ、１２ａ_１や軸部材１３ａ、１３ｂを含む。

　図１９に、外側継手部材の製造方法の第二の例を示す。

  この第二の例は、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の前に組み入れて熱処理工程Ｓ５ｃとし、カップ部材については完成品として準備するようにしたものである。この点を除き、製造方法の第一の例についてすでに述べた事項すなわち、各工程の概要、カップ部材及び軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷、品種統合や外側継手部材の構成などは製造方法の第二の例にもあてはまる。

　図４ｂに示すように、カップ部材１２ａの外形は、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、筒状部１２ａ１の内周のトラック溝３０と内周面４２は焼入れ焼戻しの熱処理を施す部位である。このため、通常、熱処理部に対する溶接時の熱影響がないと考えられることから、カップ部材１２ａについては溶接前に熱処理を施し、完成品として準備する。このような製造工程が実用面では好適である。

　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ため、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。

　製造方法の第一の例に関連してすでに述べたカップ部材の品種統合の例を示す図１６については、図中のカップ部材の品番が完成品としての品番となるだけで、軸部材と外側継手部材については製造方法の第一の例と同様であることから、説明を省略する。

　図２０に、外側継手部材の製造方法の第三の例を示す。

  この製造方法の第三の例は、第一の例に関連してすでに述べた図３の熱処理工程Ｓ７のカップ部と軸部の熱処理工程及び軸部の研削加工工程Ｓ８を溶接工程Ｓ６の前に組み入れて、カップ部材の熱処理工程Ｓ５ｃ、軸部材の熱処理工程Ｓ４ｓ及び研削加工工程Ｓ５ｓとしたものである。したがって、カップ部材と軸部材をともに完成品として準備するものである。その他の事項すなわち、製造方法の第一の例に関連してすでに述べた各工程の概要、カップ部材及び軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷、品種統合や外側継手部材の構成などは製造方法の第三の例にもあてはまる。

　軸部材は、スプライン加工工程Ｓ３ｓの後、熱処理工程Ｓ４ｓで外周面の所定範囲に高周波焼入れによりＨＲＣ５０～６２程度の硬化層が形成される。接合用端面５１を含む所定の軸方向部位は熱処理を施さない。カップ部材の熱処理、品番付与等については、製造方法の第二の例と同様であるため、重複説明を省略する。

　熱処理工程Ｓ４ｓの後、軸部材は研削加工工程Ｓ５ｓに移され、軸受装着面１４などを仕上げ加工する。これにより、完成品としての軸部材が得られる。そして、軸部材に完成品としての品番が付与され管理される。この製造方法の第三の例は、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及び軸部材の場合に適する。

　製造方法の第三の例では、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、カップ部材及び軸部材は、鍛造加工、旋削加工、熱処理及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。

　製造方法の第三の例の場合、第一の例に関連してすでに述べたカップ部材の品種統合の例を示す図１６については、図中のカップ部材及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、製造方法の第一の例と同様であるため説明を省略する。ただし、完成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も含まれる。

　品種統合についてすでに述べたように、カップ部材は、一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。たとえば、最大作動角の異なる仕様により一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含まれる。また、これに加えて、たとえば、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一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含まれる。

　次に、図２１及び図２２を参照して外側継手部材の第三の例について述べる。
  ここでは、外側継手部材の第一の例と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して要点のみを説明する。

　図２１に示すしゅう動式等速自在継手１０_２はトリポード型等速自在継手（ＴＪ）であって、外側継手部材１１_２と、内側継手部材１６_２と、トルク伝達要素としてのローラ１９とを備える。外側継手部材１１_２は、カップ部１２_２と、カップ部１２_２の底から軸方向に延びたロングステム部１３とを有する。内側継手部材１６_２は、ローラ１９を回転自在に支持する３本の脚軸１８を円周方向等間隔に設けたトリポード部材１７で構成され、外側継手部材１１_２のカップ部１２_２の内周に収容されている。ローラ１９は外側継手部材１１_２と内側継手部材１６_２との間に介在し、両者間でトルクを伝達する。

　外側継手部材の第一の例と同様に、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る。したがって、外側継手部材１１_２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１１_２の振れが可及的に防止される。

　外側継手部材１１_２は、図２２に示すように、カップ部１２_２とロングステム部１３とからなる。カップ部１２_２は一端が開口した有底筒状で、内周面３１_２の円周方向三等分位置にローラ１９が転動するトラック溝３０_２が形成されている。ロングステム部１３は、カップ部１２_２の底から軸方向に延び、カップ部１２_２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軸Ｓｐが設けてある。

  外側継手部材１１_２は、カップ部１２_２となるカップ部材１２ａ_２と、ロングステム部１３となる軸部材１３ａを溶接することによって形成される。
カップ部材１２ａ_２は、筒状部１２ａ１_２と底部１２ａ２_２からなる一体成形品で、筒状部１２ａ１_２の内周にはトラック溝１３０と内周面１３１が形成されている。底部１２ａ２_２には短軸部１２ａ３_２が形成されている。カップ部材１２ａ_２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１２ａ_２側の外周に軸受装着面１４及び止め輪溝１５が形成され、カップ部材１２ａ_２とは反対側の端部にスプライン軸Ｓｐが形成されている。

　カップ部材１２ａ_２の底部１２ａ２_２の短軸部１２ａ３_２に形成された接合用端面５０_２と軸部材１３ａのカップ部材１２ａ_２側端部の接合用端面５１とを突き合わせ、半径方向の外側から電子ビームを照射することにより溶接されている。溶接部４９は、周知のとおり、溶接中に溶融凝固した金属すなわち溶融金属とその周囲の熱影響部とで構成されている。

  外側継手部材の第一の例と同様に、接合用端面５０_２と接合用端面５１の外径Ｂは、ジョイントサイズごとに同一寸法に設定されている。溶接部４９は軸部材１３ａの軸受装着面１４よりもカップ部材１２ａ_２側に形成されるため、軸受装着面１４などをあらかじめ加工しておくことが可能であり、そうすることによって溶接後の後加工を廃止できる。また、電子ビーム溶接では溶接部にバリが出ないことから、溶接部の後加工も省略でき、製造コストが削減できる。

　外側継手部材の第一及び第二の例並びに製造方法の第一～三の例に関連してすでに述べた事項は、外側継手部材の第三の例にもあてはまる。

  上述の本発明の実施の形態の効果を要約して列記するならば次のとおりである。

  実施の形態の突合せ溶接方法は、カップ部材１２ａ、１２ａ_１、１２ａ_２を第一ワーク、軸部材１３ａ、１３ｂを第二ワークとし、第一ワーク１２ａ、１２ａ_１、１２ａ_２の中実軸状の端部と第二ワーク１３ａ、１３ｂの中実軸状の端部を突き合わせて、外径側から高エネルギー密度ビームを照射することにより突合せ溶接するにあたり、第二ワーク１３ａ、１３ｂの接合用端面５１にくぼみ５２を設け、第一ワーク１２ａ、１２ａ_１、２ａ_２の接合用端面５０、５０_１、５０_２を、第二ワーク１３ａ、１３ｂの接合用端面５１の内径Ｅよりも内径側にせり出させたものである。

  そして、第一ワーク１２ａ、１２ａ_２の接合用端面５０、５０_２に、くぼみ５２よりも小径の凹部５０ｂを設けることにより、接合用端面５０、５０_２は環状の面となり、旋削加工に要する時間が短縮できる。

  あるいは、第一ワーク１２ａ_１の接合用端面５０_１の中央部に、くぼみ５２よりも小径で、高さがくぼみ５２の深さよりも低い凸部５０ｂ_１を設けることにより、この場合も接合用端面５０_１は環状の面となる。したがって、接合用端面５０_１のみ旋削加工し、内径側の凸部５０ｂ_１は鍛造肌のままとすることで、加工時間が短縮でき、材料歩留まりもよい。

  くぼみ５２は、切削加工により形成してもよく、あるいは、鍛造加工の過程で成形するようにしてもよい。前者に比べて後者のほうが工数削減、材料歩留まりの点で有利である。　

　接合用端面５０、５０_１、５０_２の突出面５０ａ、５０ａ_１をジョイントサイズごとに同一にすることにより、品種統合するカップ部材１２ａ、１２ａ_１、１２ａ_２の加工度を高め、生産性の向上及び生産管理の軽減を一層促進することができる。

  また、上記突出面５０ａ、５０ａ_１をカップ部材１２ａ、１２ａ_１、１２ａ_２の接合用端面５０、５０_１、５０_２に設けることにより、溶接部４９の超音波探傷の際、軸径の小さい軸部材１３ａ、１３ｂの表面側から斜角探触子により超音波を入射させることができるため、検査が容易である。

　以上、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、ここに述べ、かつ、添付図面に例示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、種々の改変を加えて実施をすることができる。

　たとえば、カップ部材の接合用端面の内径側に突出面を設ける場合を例にとったが、これとは反対に、軸部材の接合用端面の内径側に突出面を設けてもよい。この場合の超音波探傷は、カップ部材の表面側から超音波を入射させるようにすればよい。

　また、電子ビーム溶接を採用した場合を例にとったが、本発明は、レーザ溶接その他の高エネルギー密度ビームによる溶接を採用する場合にも同様に適用することができる。

　さらに、しゅう動式等速自在継手としてダブルオフセット型等速自在継手、トリポード型等速自在継手を例示したが、本発明は、クロスグルーブ型等速自在継手その他のしゅう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、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た場合を例にとって述べたが、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。

１０　　　しゅう動式等速自在継手
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
１２ａ３　短軸部
１３　　　長寸軸部
１３ａ　　軸部材
１４　　　軸受装着面
１６　　　内側継手部材
１７　　　トリポード部材
１９　　　トルク伝達要素（ローラ）
３０　　　トラック溝
４０　　　トラック溝
４１　　　トルク伝達要素（ボール）
４２　　　内周面
４９　　　溶接部
５０　　　カップ部材の接合用端面
５０ａ　　突出面
５０ｂ　　凹部
５０ｂ１　凸部
５１　　　軸部材の接合用端面
５２　　　くぼみ
５３　　　（接合用端面５１の）内径部
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　　超音波探傷装置
１２１　　基台
１２２　　貯水槽
１２３　　ワーク受台
１２４　　ワーク押さえ部材
１２５　　回転駆動装置
１３５　　押圧装置
１３６　　探触子の駆動装置
１４７　　探触子

Claims (11)

1. 　第一ワークの中実軸状の端部と第二ワークの中実軸状の端部を突き合わせて、外径側から高エネルギー密度ビームを照射することにより突合せ溶接するにあたり、第二ワークの接合用端面の内径側にくぼみを設け、かつ、第一ワークの接合用端面を第二ワークの接合用端面の内径よりも内径側にせり出させたことを特徴とする突合せ溶接方法。
2.   第一ワークの接合用端面に、前記くぼみよりも小径の凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の突合せ溶接方法。
3.   第一ワークの接合用端面に、前記くぼみよりも小径で、高さが前記くぼみの深さよりも低い凸部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の突合せ溶接方法。
4.   前記接合用端面を切削加工により形成することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の突合せ溶接方法。
5.   前記くぼみは、鍛造加工により形成することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の突合せ溶接方法。
6.   前記くぼみを鍛造加工により形成し、前記接合用端面と前記接合用端面の内径部分を切削加工したことを特徴とする請求項５に記載の突合せ溶接方法。
7.   前記凸部は鍛造肌とすることを特徴とする請求項３～６のいずれか１項に記載の突合せ溶接方法。
8.   第一ワークは等速自在継手の外側継手部材を構成するカップ部材であり、第二ワークは前記外側継手部材を構成する軸部材であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の突合せ溶接方法。
9.   第一ワークは等速自在継手の外側継手部材を構成する軸部材であり、第二ワークは前記外側継手部材を構成するカップ部材であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の突合せ溶接方法。
10.   請求項８又は９に記載の方法により溶接された等速自在継手の外側継手部材。
11.   請求項１から７のいずれか１項に記載の方法により溶接され、溶接部の内径側に閉じた空洞部をもつ溶接継手。
     

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