JP6347994B2 - 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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Description

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、前記鍛造加工は、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。
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し、（ａ）は部分縦断面図で、（ｂ）は溶接部の拡大図で、（ｃ）は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、（ａ）はしごき加工後のカップ部材の縦断面図で、（ｂ）は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、（ａ）はバー材を切断したビレットの正面図で、（ｂ）は鍛造加工後の軸部材の部分縦断面図で、（ｃ）は旋削加工、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、（ａ）は予備成形工程を示す縦断面図で、（ｂ）は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２（ａ）は部分縦断面図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部の拡大図で、図２（ｃ）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２（ａ）〜図２（ｃ）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２（ａ）および図２（ｂ）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４（ｂ）、図５（ｃ）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２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２（ｃ）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４（ａ）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４（ｂ）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４（ａ）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４（ｂ）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５（ａ）はバー材を切断したビレット１３ａ”を示す正面図で、図５（ｂ）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５（ｃ）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５（ａ）に示すビレット１３ａ”が製作され、鍛造加工工程Ｓ２ｓでは、図５（ｂ）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５（ｃ）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４（ｂ）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５（ｃ）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６（ａ）は予備成形工程を示す縦断面図で、図６（ｂ）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６（ａ）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６（ａ）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６（ａ）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６（ａ）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６（ａ）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６（ｂ）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６（ａ）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６（ｂ）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４（ｂ）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４（ｂ）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 (4)

  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、
    前記鍛造加工は、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等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
  2. 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１又は請求項２に記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
  4. 請求項１〜３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。
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