JP2005152980A

JP2005152980A - 等速ジョイント用外輪部材の製造方法

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Publication number: JP2005152980A
Application number: JP2003397545A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Doi; 善久土井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】軸方向の端面寸法を略均一として加工精度を向上させることが可能な等速ジョイント用外輪部材の製造方法を提供することにある。
【解決手段】ワークに対して前方押し出し成形（Ｓ１）を施した後、前記ワークに予備据え込み成形を施して第１次成形品を形成し（Ｓ２）、前記第１次成形品の上部に対して据え込み成形を施すことにより、大径部と小径部との間で均一な傾斜角度を有する環状傾斜面が形成された中間予備成形体を形成し（Ｓ３）、前記中間予備成形体に対して後方押し出し成形を施すことによりトラック溝が設けられたカップ部を有する第４次成形品を形成し（Ｓ４）、さらに、前記第４次成形品のカップ部に対して製品寸法に仕上げるしごき成形を行う（Ｓ５）。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転駆動力を伝達するための等速ジョイントを構成する等速ジョイント用外輪部材の製造方法に関する。

従来から、互いに接合された上部ダイス及び下部ダイスに形成されるキャビティに鍛造用素材を装填し、パンチを介して前記鍛造用素材に加圧力を付与することにより、例えば、自動車の車輪駆動用の等速ジョイントの外輪部材（アウタカップ）が製造されている。

前記外輪部材は、筒状のカップ部と、前記カップ部と一体的に形成される軸部とから構成され、前記カップ部の内周面には、軸線方向に沿って延在する３本のトラック溝が形成され、前記トラック溝に沿ってローラが転動するように設けられている。

この種の等速ジョイント用外輪部材の製造方法に関し、例えば、特許文献１には、製品形状寸法に略均一寸法の肉厚を有するカップ状外方部材用素材にしごき加工を施した場合、軸方向への伸び量において大径部が小さく小径部が大きくなるという課題を解決するために、体積一定則に従ってカップ状外方部材用素材の寸法を設定することにより軸方向の伸び量を略一定にする技術的思想が開示されている。

また、特許文献２には、内面部に仕上がり形状と略同一の形状を有する軸付きのカップ状の粗製品を鍛造加工により成形し、続いて前記粗製品の内面部に内型をセットした状態で、均等肉厚部、均等薄肉部、厚肉から薄肉への変化部の各部のしごき率が均一になるようにして、外面部の全周を内面部方向に向かってしごき加工を施すことにより、内面部の複数の溝を高精度に仕上げる技術的思想が開示されている。

特開昭５７−２０６５３７号公報特開昭６１−３６１８号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された技術的思想では、トラック溝の底部、トラック溝、内面部のしごき率に大きな差異が発生するため、前記トラック溝の底部、トラック溝、内面部をそれぞれ均一なしごき率でしごき加工を行った場合と比較して、トラック溝の溝面の精度が劣るという問題がある。

また、前記特許文献２に開示された技術的思想では、内面部に仕上がり形状と略同一の形状を有する軸付きのカップ状の粗製品を鍛造用素材（ワーク）とすることが前提となっている。そこで、例えば、ビレットに対して後方押し出し成形を施して大径部と小径部との間で肉厚に差があるカップ状の中間素材をワークとして特許文献２に開示された製造方法を適用した場合、しごき加工率の差によって厚肉部よりも薄肉部の軸方向の伸び量が大きくなってしまい、元々の軸方向の端面が不揃いである前記中間素材を全周均一なしごき率でしごき加工を行ってもしごき加工後の端面は、依然として不揃いであり、前記軸方向の端面に対する仕上げ加工量が増大するという問題がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、大径部と小径部との間で均一な傾斜角度を有する環状傾斜面が形成された中間予備成形体を形成する工程を設けることにより、後方押し出し成形を行った際に軸方向の端面寸法を略均一として加工精度を向上させることが可能な等速ジョイント用外輪部材の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、冷間鍛造成形によって軸部とカップ部とが一体的に形成されたトリポート型等速ジョイント用外輪部材の製造方法であって、
所定長に切断された円柱状のワークに対して前方押し出し成形が施されることにより軸部を有する第１次成形体を形成する工程と、
前記ワークの軸部を除いた上部に対して予備据え込み成形が施されることにより第２次成形体を形成する工程と、
前記第２次成形体の軸部を除いた上部に対してさらに据え込み成形が施されることにより、複数の大径部と小径部との間を周回し且つ前記大径部と小径部との間で均一な傾斜角度を有する環状傾斜面が形成された中間予備成形体を形成する工程と、
前記中間予備成形体に対して後方押し出し成形を施すことによりトラック溝が設けられたカップ部を有する第４次成形体を形成する工程と、
前記第４次成形体のカップ部に対してしごき成形を行う工程と、
を有することを特徴とする。

この場合、前記中間予備成形体は、第２次成形体の上部と比較して薄肉且つ拡径した円盤状からなる頭部を有し、前記頭部には、平面からみたとき、半径外方向に向かって突出し周方向に沿って所定の離間角度を有する複数の大径部と、隣接する前記大径部の間に湾曲して窪んで形成された複数の小径部とが設けられるとよい。

さらに、前記頭部の上面には、円形状平面と、前記円形状平面の周囲を囲繞し水平面に対する傾斜角度が周方向に沿って均一な環状傾斜面とが形成され、この場合、大径部における環状傾斜面の面積は、小径部における環状傾斜面の面積よりも大きく設定されるとよい。

本発明によれば、複数の冷間鍛造成形によって等速ジョイント用外輪部材を成形する工程中に、大径部と小径部との間で均一な傾斜角度を有する環状傾斜面が形成された中間予備成形体を形成する工程を設けている。従って、前記中間予備成形体に対して、次工程で後方押し出し成形を行った際、塑性変形した肉が小径部から前記環状傾斜面に沿って大径部側に流出しやすくなり、小径部と比較して大径部の肉流れが良好となる。この場合、小径部と比較して大径部における環状傾斜面の面積を大きく設定することにより、大径部の肉流れが小径部よりも促進される。

本発明によれば、中間成形体を、小径部よりも大径部に多くの肉が流動しやすい形状とすることにより、後方押し出し成形をしたときに大径部と小径部との間でカップ部の端面の軸線方向の寸法を略均一とすることができる。

この結果、後方押し出し成形によって得られた第４次成形体に対する偏肉を防止して大径部の塑性流動を小径部と比較して良好とすることにより、仕上げ加工代を抑制し、仕上げ加工としての切削加工量を削減することができる。

以下、本発明に係る等速ジョイント用外輪部材の製造方法に関し好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る等速ジョイント用外輪部材の製造方法においては、図１のフローチャートに示されるように、炭素鋼製の円柱体からなるワーク１０に対して合計５回の冷間鍛造加工が施され、最終的にトリポート型等速ジョイント用外輪部材が製造される。

図２〜図７に、本実施の形態に係る等速ジョイント用外輪部材の製造方法を示す。

まず、第１準備工程において、所定長の円柱体に切り出されたワーク１０（図２参照）に対して球状化焼鈍を施す。これによりワーク１０が軟化し、以下の第１次〜第５次冷間鍛造加工が容易となる。

そして、第２準備工程において、ワーク１０に対して潤滑用化成被膜の形成を行う。すなわち、ボンデライト処理によって、例えば、リン酸亜鉛等からなる潤滑用化成被膜をワーク１０の表面に形成することによって該表面に潤滑性を付与する。具体的には、このようなリン酸亜鉛等が溶解された溶媒中にワーク１０を所定時間浸漬することにより潤滑用化成被膜を形成すればよい。

次いで、第１次冷間鍛造加工工程Ｓ１において、潤滑用化成被膜が形成されたワーク１０に対して前方押し出し成形を施す。すなわち、図示しない軸部成形用キャビティを有する第１鍛造用金型のワーク保持部にワーク１０を装填する。なお、前記軸部成形用キャビティはワーク１０に比して小径に形成されており、且つ該軸部成形用キャビティとワーク保持部との間にはテーパ面が設けられている。

この状態で、前記軸部成形用キャビティに指向してワーク１０の一端面を押圧する。この押圧によって該ワーク１０の他端面側が軸部成形用キャビティに圧入され、その結果、該他端面側にテーパ状に縮径した縮径部１２と軸部１４とが形成された第１次成形品（第１次成形体）１６（図３参照）が得られる。なお、ワーク１０におけるワーク保持部に装填された部位はほとんど塑性変形しないので、第１次成形品１６は、その直径がワーク１０の直径に対応する寸法の上部１８を有する。

次いで、第２次冷間鍛造加工工程Ｓ２において、第１次成形品１６に対して予備据え込み成形を行う。すなわち、図示しない第２鍛造用金型のキャビティに第１次成形品１６を装填する。この際、軸部１４は、第２鍛造用金型に設けられた軸部保持部に挿入される。

そして、軸部保持部に挿入された軸部１４の先端部を図示しない押止部材で支持しながら、第１次成形品１６の上部１８をパンチで押圧して圧潰する。この圧潰に伴って上部１８が圧縮されるとともに拡径されることにより、第２次成形品（第２次成形体）２０（図４参照）が得られる。

続いて、第３次冷間鍛造加工工程Ｓ３において、第２次成形品２０の上部２２をさらに圧縮し且つ拡径させる据え込み成形を施し、第３次成形品として中間予備成形体２４を形成する（図５及び図１０参照）。

すなわち、図８に示されるような第３鍛造用金型（予備成形用金型）２５を用い、キャビティ２７に装填された第２次成形品２０の上部２２をパンチ２９によって押圧することにより、前記第２次成形品２０の上部２２が軸線方向に圧縮変形された中間予備成形体２４（第３次成形品）が得られる。

前記パンチ２９の先端面には、図９に示されるように、中心部が円形状に僅かに窪んで形成され、前記円形状の窪みから半径外方向に沿った周縁部に向かって立ち上がる環状の傾斜面成形部３１が形成され、前記傾斜面成形部３１には、周方向に沿った傾斜角度が均一な傾斜面が形成される。

前記中間予備成形体２４は、図５及び図１０に示されるように、第２次成形品２０の上部２２と比較して薄肉且つ拡径した円盤状からなる頭部２６と、前記頭部２６の下部側に一体的に縮径して形成された軸部１４とから構成される。

前記頭部２６は、平面からみたとき、３つの花びら状に半径外方向に向かって所定長だけ突出し周方向に沿って約１２０度の離間角度を有する大径部２８ａ〜２８ｃと、隣接する前記大径部２８ａ〜２８ｃの間に湾曲して窪んで形成された３つの小径部３０ａ〜３０ｃとを備える。

前記頭部２６の上面には、円形状平面３３と、前記円形状平面３３の周囲を囲繞し、軸線Ｃ（円形状平面３３の中心点）を中心とする円形状稜線３２と大径部２８ａ〜２８ｃ及び小径部３０ａ〜３０ｃの周縁部稜線３４との間で環状傾斜面３６が形成される。

前記環状傾斜面３６は、中心側の円形状稜線３２から半径外方向の周縁部稜線３４に向かって下降する傾斜面によって構成され、前記大径部２８ａ〜２８ｃ及び小径部３０ａ〜３０ｃを周回する前記傾斜面の傾斜角度が均一となるように設定される。

すなわち、中心（軸線Ｃ）と大径部２８ａ〜２８ｃの中央部とを結ぶ３箇所からなる第１傾斜面部３８ａ〜３８ｃは、水平面に対して約３度の傾斜角度αに設定され、また、中心（軸線Ｃ）と小径部３０ａ〜３０ｃの中央部とを結ぶ３箇所からなる第２傾斜面部４０ａ〜４０ｃは、前記第１傾斜面部３８ａ〜３８ｃと同様に、水平面に対して約３度の傾斜角度αに設定されている。さらに、前記第１傾斜面部３８ａ〜３８ｃと前記第２傾斜面部４０ａ〜４０ｃとの間は、前記第１傾斜面部３８ａ〜３８ｃ及び第２傾斜面部４０ａ〜４０ｃと同一の傾斜角度αに設定されている。

なお、前記環状傾斜面３６の傾斜角度αは、３度に限定されるものではなく、例えば、３度〜１０度の範囲内において設定されればよい。

また、前記環状傾斜面３６の半径方向の幅は、図５に示されるように、大径部２８ａ〜２８ｃの中央部において最も幅広となり、小径部３０ａ〜３０ｃの中央部において最も幅狭となるように形成されている。従って、大径部２８ａ〜２８ｃにおける環状傾斜面３６の面積は、小径部３０ａ〜３０ｃにおける環状傾斜面３６の面積よりも大きくなるように設定される。

この場合、小径部３０ａ〜３０ｃよりも大径部２８ａ〜２８ｃにおける環状傾斜面３６の面積を大きく設定することにより、小径部３０ａ〜３０ｃから大径部２８ａ〜２８ｃ側に向かって塑性変形した肉が流れやすくなる。

なお、第１次成形品１６及び第２次成形品２０がそれぞれ軸線Ａ、Ｂを基準として対称（線対称）に形成されているのに対し、第３次成形品である中間予備成形体２４では、軸線Ｃを基準として非対称となるように形成されている。

従来、等速ジョイント用外輪部材の完成製品では、カップ部の外周が円筒面によって形成されていたが、軽量化のニーズから前記カップ部に窪み部を形成して肉抜きすることによって軽量化を図っている。この場合、カップ部に窪みを形成することにより、その軸線を基準として非対称形状となる。

第３次冷間鍛造加工工程Ｓ３が終了した後、中間予備成形体２４から応力を除去するための低温焼鈍、この低温焼鈍の際に発生する酸化スケール等を除去するショットブラスト処理、ボンデライト処理による中間予備成形体２４の外表面にリン酸亜鉛等からなる潤滑用化成被膜の形成をそれぞれ行う。これらの各種処理を行うことにより、中間予備成形体２４（第３次成形品）を容易に塑性変形させることができるようになるからである。

その後、図１１に示す第４鍛造用金型４２を使用して第４次冷間鍛造加工工程Ｓ４を行う。

この第４鍛造用金型４２は、上部ダイス４４及び下部ダイス４６を有し、前記上部ダイス４４及び下部ダイス４６は、図示しないインサート部材によって内嵌されることにより一体的に接合されている。下部ダイス４６には、中間予備成形体２４（第３次成形品）の軸部１４を挿入するための軸部挿入部４８が設けられている。軸部挿入部４８の鉛直下方には、貫通孔を介して上昇または下降動作自在なノックアウトピン５０が配設されている。上部ダイス４４の内壁には、カップ部成形用キャビティ５２が設けられている。

パンチ５４の側周壁部には、パンチ５４を上部ダイス４４のガイド面に沿って円滑に上昇または下降動作させるために、金属製の円筒体からなるガイドスリーブ５６が外嵌されている。

パンチ５４の外周面には、周方向に沿って１２０度で互いに離間し、且つ該パンチ５４の軸線方向に沿って所定長で延在する３個の突条部（図示せず）が設けられており、図６に示すように、これら突条部により、第４次成形品５８のカップ部８の内壁面にトラック溝６０ａ〜６０ｃが形成される。これらトラック溝６０ａ〜６０ｃに対し、後述する第５次冷間鍛造加工工程Ｓ５でカップ部６２に対してしごき成形がなされることによって、形状及び寸法精度をより一層向上させたトラック溝６０ａ〜６０ｃ（図７参照）が形成される。

パンチ５４は、図示しない機械プレスの駆動作用下に上昇または下降自在である。すなわち、この機械プレスのラム（図示せず）には、該ラムと一体的に上下方向に沿って変位する図示しない昇降部材が連結されている。パンチ５４は、治具を介してこの昇降部材に固定されている。

このように構成された第４鍛造用金型４２の軸部挿入部４８に軸部１４が挿入された中間予備成形体２４（第３次成形品）に対する第４次冷間鍛造加工、すなわち、後方押し出し成形は、以下のようにして遂行される。

なお、下部ダイス４６の軸部挿入部４８に沿って中間予備成形体２４の軸部１４を装填した際、上部ダイス４４の内壁に形成されたカップ部成形用キャビティ５２と、大径部２８ａ〜２８ｃ及び小径部３０ａ〜３０ｃを含む中間予備成形体２４の外壁面との間には、所定間隔（例えば、０．２〜０．３ｍｍ）からなり周方向に沿って均一なクリアランスが設定される。

まず、前記機械プレスの駆動作用下に該機械プレスのラムに連結された昇降部材を下降させる。これに追従してパンチ５４が下降し、最終的に中間予備成形体（第３次成形品）２４の頭部２６の上面に当接する。

パンチ５４をさらに下降させて中間予備成形体２４の頭部２６を押圧することにより前記頭部２６を塑性変形させる。その際、中間予備成形体２４の大径部２８ａ〜２８ｃ及び小径部３０ａ〜３０ｃがカップ部成形用キャビティ５２の内壁部によって塑性流動が規制されながら、パンチ５４の外周面に沿って該パンチ５４の下降方向と反対の後方（上方）に向かって塑性流動させることにより、カップ部６２が形成される。

この場合、塑性流動によって大径部２８ａ〜２８ｃが伸長されることにより、パンチ５４の突条部によって、中間予備成形体２４（第３次成形品）の軸線方向に指向するトラック溝６０ａ〜６０ｃがカップ部６２の内壁面に形成される。

その後、パンチ５４を前記機械プレスの駆動作用下に前記ラム及び昇降部材とともに上昇させ、さらに、ノックアウトピン５０を上昇させれば、図６に示す第４次成形品５８が露呈する。

通常、鍛造用素材に対し後方押し出し成形をした場合、後方への伸び量（塑性流動量）は小径部よりも大径部が小さくなり、例えば、鍛造用素材における変形抵抗（変形能）の差に起因して、割れ、偏肉等の不具合が発生するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、中間予備成形体２４の大径部２８ａ〜２８ｃ及び小径部３０ａ〜３０ｃの周縁部を周回する傾斜角度αが一定の環状傾斜面３６を設けている。従って、前記中間予備成形体２４に対して、後方押し出し成形を行った際、塑性変形した肉が小径部３０ａ〜３０ｃから前記環状傾斜面３６に沿って大径部２８ａ〜２８ｃ側に流出しやすくなり、小径部３０ａ〜３０ｃと比較して大径部２８ａ〜２８ｃの肉流れが良好となる。

この場合、小径部３０ａ〜３０ｃと比較して大径部２８ａ〜２８ｃにおける環状傾斜面３６の面積を大きく設定することにより、大径部２８ａ〜２８ｃの肉流れが小径部３０ａ〜３０ｃよりもより一層促進される。

従って、本実施の形態では、中間予備成形体２４において、小径部３０ａ〜３０ｃよりも大径部２８ａ〜２８ｃに多くの肉が流動しやすい形状とすることにより、後方押し出し成形をしたときに大径部２８ａ〜２８ｃと小径部３０ａ〜３０ｃとの間でカップ部６２の端面の軸線方向の寸法が略均一となる。

この結果、本実施の形態では、後方押し出し成形によって得られた第４次成形品５８に対する偏肉を防止して大径部２８ａ〜２８ｃの塑性流動を良好とすることにより、後工程での仕上げ加工量（切削加工量）を抑制することができる。

このように、本実施の形態では、後方押し出し成形を行う第４次冷間鍛造加工工程Ｓ４の前に、中間予備成形体２４（第３次成形品）を形成することにより、後工程で形成される完成製品の製品精度を向上させ、後工程での仕上げ加工量を削減することができる。

第４次冷間鍛造加工工程Ｓ４が行われた後、第４次成形品５８に対して第５次冷間鍛造加工工程Ｓ５を施す。なお、第５次冷間鍛造加工工程Ｓ５を行う前に、第４次成形品５８の表面または第５鍛造用金型（図示せず）の少なくともいずれか一方に液体潤滑剤を塗布するとよい。これにより、第５次冷間鍛造加工工程Ｓ５が遂行されている最中に、第４次成形品５８または第５鍛造用金型に焼き付きが生じることを回避することができる。液体潤滑剤としては、従来から使用されている公知の液体潤滑剤を使用すればよい。

第５次冷間鍛造加工工程Ｓ５では、図示しない第５鍛造用金型を使用して、第４次成形品５８の内面及び外面に対し、カップ部６２を最終的な製品形状に仕上げるためのしごき成形（最終サイジング成形）が施される。すなわち、カップ部６２の肉厚やトラック溝６０ａ〜６０ｃの幅及び深さが所定の寸法精度となるように加工し、これにより、トラック溝６０ａ〜６０ｃ等の形状を含むカップ部６２の寸法精度が出された完成製品６４としてのトリポート型等速ジョイント用外輪部材が得られるに至る（図７参照）。

本実施の形態に係る製造方法によれば、第４次冷間鍛造加工工程Ｓ４で後方押し出し成形を遂行する前に、大径部２８ａ〜２８ｃと小径部３０ａ〜３０ｃとの間で傾斜角度が均一な環状傾斜面３６を有する中間予備成形体２４を成形することにより、完成製品６４の製品精度及び品質の安定性を向上させることができる。

本実施の形態に係る等速ジョイント用外輪部材の製造工程を示すフローチャートである。所定長に切り出された円柱体からなるワークの側面図及び平面図である。前記ワークに対して前方押し出し成形がなされた第１次成形品の側面図及び平面図である。前記第１成形品に対して予備据え込み成形がなされた第２次成形品の側面図及び平面図である。前記第２次成形品に対して据え込み成形がなされた中間予備成形体の側面図及び平面図である。前記中間予備成形体に対して後方押し出し成形がなされた第４次成形品の側面図及び平面図である。前記第４次成形品に対してしごき成形がなされたトリポート型等速ジョイント用外輪部材の完成製品の側面図及び平面図である。中間予備成形体を成形するための第３鍛造用金型の一部省略縦断面図である。図８に示す第３鍛造用金型を構成するパンチの一部切り欠き側面図及び底面図である。前記中間予備成形体の斜視図である。前記中間予備成形体に対して後方押し出し成形を遂行する第４鍛造用金型の一部省略縦断面図である。

符号の説明

１０…ワーク１６…第１次成形品
２０…第２次成形品２４…中間予備成形体（第３次成形品）
２５…第３鍛造用金型２８ａ〜２８ｃ…大径部
２９、５４…パンチ３０ａ〜３０ｃ…小径部
３１…傾斜面成形部３２…円形状稜線
３４…周縁部稜線３６…環状傾斜面
３８ａ〜３８ｃ…第１傾斜面部４０ａ、４０ｂ…第２傾斜面部
４２…第４鍛造用金型５８…第４次成形品
６４…完成製品

Claims

冷間鍛造成形によって軸部とカップ部とが一体的に形成されたトリポート型等速ジョイント用外輪部材の製造方法であって、
所定長に切断された円柱状のワークに対して前方押し出し成形が施されることにより軸部を有する第１次成形体を形成する工程と、
前記ワークの軸部を除いた上部に対して予備据え込み成形が施されることにより第２次成形体を形成する工程と、
前記第２次成形体の軸部を除いた上部に対してさらに据え込み成形が施されることにより、複数の大径部と小径部との間を周回し且つ前記大径部と小径部との間で均一な傾斜角度を有する環状傾斜面が形成された中間予備成形体を形成する工程と、
前記中間予備成形体に対して後方押し出し成形を施すことによりトラック溝が設けられたカップ部を有する第４次成形体を形成する工程と、
前記第４次成形体のカップ部に対してしごき成形を行う工程と、
を有することを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の製造方法。
請求項１記載の製造方法において、
前記中間予備成形体は、第２次成形体の上部と比較して薄肉且つ拡径した円盤状からなる頭部を有し、前記頭部には、平面からみたとき、半径外方向に向かって突出し周方向に沿って所定の離間角度を有する複数の大径部と、隣接する前記大径部の間に湾曲して窪んで形成された複数の小径部とが設けられることを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の製造方法。
請求項２記載の製造方法において、
前記頭部の上面には、円形状平面と、前記円形状平面の周囲を囲繞し水平面に対する傾斜角度が複数の大径部と小径部との間で周方向に沿って均一な環状傾斜面とが形成され、大径部における環状傾斜面の面積は、小径部における環状傾斜面の面積よりも大きく設定されることを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の製造方法。