WO2016024468A1 - 等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an inspection device for an outer joint member (hereinafter referred to as a joining type outer joint member) in which a cup member and a shaft member are joined by fusion welding among outer joint members of a constant velocity universal joint.
- a joining type outer joint member an outer joint member in which a cup member and a shaft member are joined by fusion welding among outer joint members of a constant velocity universal joint.
- 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 type constant velocity universal joints that permit only angular displacement and sliding constant velocity universal joints that permit both angular displacement and axial displacement.
- a drive shaft that transmits power from an automobile engine to a drive wheel uses a sliding constant velocity universal joint on the differential side (inboard side) and a fixed constant velocity on the drive wheel side (outboard side). A universal joint is used.
- the constant velocity universal joint is provided with an inner joint member, an outer joint member, and a torque transmission member as main components, regardless of whether they are fixed or sliding.
- the outer joint member has a cup portion and a shaft portion, and a track groove on which the torque transmitting member rolls is formed on the inner peripheral surface of the cup portion.
- the shaft portion extends in the axial direction from the bottom of the cup portion. It extends.
- This outer joint member is used to integrally form the cup and shaft from a solid rod-shaped material, that is, a round bar, by performing plastic processing such as forging and ironing, cutting, heat treatment, grinding, etc. There are many.
- an outer joint member (long stem type) having a shaft portion longer than the standard length may be used.
- a long stem type is employed for the inboard constant velocity universal joint of one drive shaft.
- the shaft portion is rotatably supported by the support bearing.
- the length of the shaft portion of the long stem type is approximately 300 to 400 mm, although it varies depending on the vehicle type. Since the long stem type outer joint member has a long shaft portion, it is difficult to integrally form the cup portion and the shaft portion with high accuracy. Therefore, it is known that the cup portion and the shaft portion are separately manufactured and joined by friction welding (Patent Document 1).
- the outline of the friction welding technique for the outer joint member described in Patent Document 1 is as follows. First, as shown in FIG. 28, the cup member 72 and the shaft member 73 are joined by friction welding to produce an intermediate product 71 ′, and then the burr 75 on the outer diameter side of the joint 74 is removed to remove FIG.
- the outer joint member 71 as shown in FIG. Since a burr 75 is generated in the joint portion 74 of the intermediate product 71 ′ 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, and a support bearing is attached to the shaft portion of the outer joint member 71. (Rolling bearing 6: see FIG. 1) can be mounted.
- 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, and undergoes heat treatment, grinding, etc., so the outer joint member 71 and the intermediate product 71 ′.
- the difference in the shape of the details is omitted for the sake of simplicity, and the same reference numerals are given to the same portions of the outer joint member 71 and the intermediate product 71 ′ as a finished product. . The same applies to the following description.
- the burr 75 of the joint 74 generated by the friction welding is not only hardened by hardening by frictional heat and subsequent cooling, but also has a distorted shape spreading in the axial direction and the radial direction. Therefore, when the burr 75 on the outer diameter side is removed by turning, the turning tip is severely worn due to high hardness, and the turning tip is likely to be chipped due to the distorted shape. Therefore, it is difficult to increase the turning speed, there is a problem that the cutting amount per pass of the turning tip is small, the number of passes increases, the cycle time becomes long, and the manufacturing cost increases. *
- Patent Document 2 describes that butt welding is performed by fusion welding such as electron beam welding or laser welding.
- fusion welding such as electron beam welding or laser welding.
- FIG. 30 when the cup member 72 and the shaft member 73 having a cavity extending long in the axial direction from the joining end face are welded against each other, a cavity 76 having a relatively large volume is formed. And the pressure in the cavity 76 rises by the processing heat during welding, and the pressure decreases after the end of welding.
- Such a change in the internal pressure of the cavity 76 causes a melt to blow up, causing defects such as dents (pits) on the surface of the welded portion, poor penetration, internal blowholes and weld cracks, and welding. Quality deteriorates.
- the strength of the welded portion is not stable, which adversely affects the product quality.
- the welded portion has an annular shape, and the surface of the bead can be visually observed, but the back surface (backside bead) of the welded portion cannot be observed. Therefore, it is necessary to use a nondestructive inspection in order to detect the penetration depth, the presence or absence of penetration failure, the presence or absence of internal defects in the welded portion, and the like.
- the weld inspection methods can be broadly divided into visual inspection, penetration inspection, magnetic particle inspection, eddy current inspection, etc. for detecting surface defects, and ultrasonic detection for detecting internal defects.
- inspections such as shape measurement, hardness measurement, and structure observation may be performed as necessary.
- Ultrasonic flaw detection and visual inspection by image processing are suitable for automatic inspection in line, and inspection systems that match the characteristics of the products have been put into practical use (see Patent Documents 3 and 4).
- joint type outer joint members separately formed cup members and stem members are joined by fusion welding for the purpose of consolidating manufacturing processes and improving efficiency by sharing parts.
- fusion welding In order to inspect all the welded portions of such joint-type outer joint members in-line, it is necessary to construct an inspection system that matches the welding characteristics of the joint-type outer joint member.
- An object of the present invention is to provide an inspection device that efficiently performs a total inspection in-line for a fusion-type welded outer joint member.
- the present invention comprises a bottomed cylindrical cup portion having a track groove on which the torque transmission element rolls on the inner periphery, and a shaft portion extending in the axial direction from the bottom of the cup portion.
- An apparatus for inspecting an outer joint member of a constant velocity universal joint obtained by welding (melting welding) a cup member forming the cup part and a shaft member forming the shaft part, on the surface of the outer joint member A surface inspection unit that performs inspection to detect defects caused by welding that has appeared, an internal inspection unit that inspects internal defects in the welded portion, and a recording unit that records the inspection results of the inspection It is characterized by that.
- Defects resulting from welding can be broadly divided into defects that appear on the surface, such as weld distortion and pits on the bead surface of the weld, and internal defects in the weld, such as poor penetration, blowholes, and weld cracks (Fig. 8b).
- the surface inspection unit of the inspection apparatus targets defects appearing on the surface, and the internal inspection unit targets internal defects.
- the welded portion is a general term for portions including the weld metal and the heat affected zone.
- the weld metal is a part of the weld that is melted and solidified during welding, and the heat-affected zone is a molten metal whose structure, metallurgical properties, mechanical properties, etc. have changed due to the heat of welding.
- the welding distortion is a state in which the workpiece is deformed due to the displacement of the welding surface or welding heat, and is detected here as the workpiece, that is, the vibration of the joint type outer joint member (see (1) in FIG. 8b). That is, the run-out measurement is performed by applying a contact gauge while rotating the workpiece.
- the dial gauge reading (measured value) is stamped for each workpiece by its product number (to identify the workpiece). In this sense, it is also called a product number.)
- a workpiece W whose measured value exceeds a preset upper limit is determined to be defective, and is removed from the line at an appropriate stage.
- the constant velocity universal joint constitutes a power transmission system
- the outer joint member particularly the long stem type
- the outer joint member is a rotating part used for the drive shaft for the front wheel. Therefore, if the cup part and the shaft part are misaligned or bent as a whole, depending on the degree, not only the strength and durability will be reduced, but also the steering stability of the vehicle may be adversely affected. Therefore, in the welding process, it is important to sufficiently adjust the position of the joining end faces and manage preheating and postheating in the welding process so as to suppress or reduce the occurrence of welding deformation as much as possible. . In addition, defective workpieces whose runout exceeds a preset upper limit must be reliably detected by inspection and removed from the line.
- the pit is a small hollow formed on the surface of the bead (see (2) in FIG. 8b).
- the presence or absence of a pit is detected using a laser displacement meter, and when a pit is detected, the depth is measured and recorded in correspondence with the product number for each workpiece. Since the pit is related to strength, a workpiece whose depth exceeds a preset upper limit is judged as defective and is removed from the line at an appropriate stage.
- “Poor penetration” means that there is a portion that does not melt in the case of a fully-penetrated welded joint (see (3) in FIG. 8b).
- an ultrasonic flaw detector is used in the internal inspection portion, and the penetration depth is measured by detecting the inner diameter side end portion of the welded portion, and is recorded in association with the product number for each workpiece. If the penetration depth does not reach the preset criterion, it is judged that the penetration is poor, and the workpiece is removed from the line at an appropriate stage.
- Penetration failure means that there is an unwelded surface. In this case, stress concentration may occur at the end of the welded portion, which may cause a problem in strength. Therefore, it is desirable to reliably remove defective workpieces.
- Blow hole means a spherical or almost spherical cavity generated in the weld metal (see (4) in FIG. 8b).
- the pit is a small hole opened on the surface, whereas the blow hole is an internal defect, and these are sometimes collectively referred to as porosity.
- a weld crack is a general term for the crack-like defect which arises in a welding part (refer to (4) of Drawing 8b). During welding, there are cases where blow holes generated by entraining air or shielding gas and weld cracks generated by expansion and contraction due to welding heat may occur.
- the recording unit can record the inspection results including inspection items and measurement values for each workpiece in association with the product number of the workpiece.
- a surface inspection unit that performs inspection for detecting defects caused by welding that has appeared on the surface of the outer joint member, an internal inspection unit that performs inspection of internal defects in the welded portion, and inspection results
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 2b shows the state before welding.
- FIG. 16 is a partially enlarged cross-sectional view of a good weld product along the line XVII-XVII in FIG. 15.
- FIG. 16 is a partially enlarged cross-sectional view of a good weld product along the line XVII-XVII in FIG. 15.
- FIG. 16 is a partially enlarged cross-sectional view of a poorly welded product along the line XVII-XVII in FIG. 15. It is a partial expanded sectional view similar to FIG. 17 for demonstrating the knowledge in a development process. It is a partially broken front view which shows the shaft member from which a product number differs.
- FIG. 20 is a cutaway front view of an outer joint member manufactured using the shaft member of FIG. 19. It is a block diagram for demonstrating the example of the kind integration of a cup member. It is a partially broken front view of the outer joint member of the 2nd example. It is an enlarged view of the b section of Drawing 22a. It is an enlarged view similar to FIG. 22b which shows the state before welding.
- FIG. 22a It is a longitudinal cross-sectional view of the cup member in FIG. 22a. It is a block diagram for demonstrating the 2nd example of the manufacturing method of an outer joint member. It is a block diagram for demonstrating the 3rd example of the manufacturing method of an outer joint member. It is a partially broken front view of the constant velocity universal joint which shows the 3rd example of an outer joint member. It is a partial judgment front view of the outer joint member in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of the intermediate product of the outer joint member for demonstrating the prior art. It is a longitudinal cross-sectional view of the outer joint member for demonstrating the prior art. It is a longitudinal cross-sectional view of the outer joint member for demonstrating another prior art.
- Fig. 1 shows the overall structure of the drive shaft 1.
- the drive shaft 1 includes a sliding type constant velocity universal joint 10, a fixed type constant velocity universal joint 20, and an intermediate shaft 2 that connects both the joints 10 and 20 as main components.
- the sliding type constant velocity universal joint 10 is arranged on the differential side (right side in the figure: also called inboard side), and the fixed type constant velocity universal joint 20 is on the drive wheel side (left side in the figure: also called outboard side). Placed in.
- the sliding type constant velocity universal joint 10 is a so-called double offset type constant velocity universal joint (DOJ), and includes an outer joint member 11, an inner joint member 16, and a plurality of balls 41 as torque transmission elements as main components. And a cage 44 for holding the ball 41.
- DOJ double offset type constant velocity universal joint
- the outer joint member 11 includes 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 of the cup portion 12.
- the inner joint member 16 is accommodated in the cup portion 12 of the outer joint member 11.
- the track groove 30 formed on the inner periphery of the cup portion 12 of the outer joint member 11 and the track groove 40 formed on the outer periphery of the inner joint member 16 make a pair, and a ball 41 is arranged between each pair of track grooves 30, 40. Is done.
- the cage 44 is interposed between the outer joint member 11 and the inner joint member 16, contacts the partial cylindrical inner peripheral surface 42 of the outer joint member 11 at the spherical outer peripheral surface 45, and is at the spherical inner peripheral surface 46. It contacts the spherical outer peripheral surface 43 of the inner joint member 16.
- 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 by the same distance on the opposite side in the axial direction across the joint center O.
- 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 to prevent the outer joint member 11 from swinging as much as possible during operation.
- the fixed type constant velocity universal joint 20 is a so-called Rzeppa type constant velocity universal joint, and includes an outer joint member 21, an inner joint member 22, a plurality of balls 23 as torque transmitting elements, and balls 23 as main components.
- a cage 24 for holding is provided.
- the outer joint member 21 includes a bottomed cylindrical cup portion 21a and a shaft portion 21b extending in the axial direction from the bottom of the cup portion 21a.
- the inner joint member 22 is accommodated in the cup portion 21 a of the outer joint member 21.
- the ball 23 is disposed between the cup portion 21 a of the outer joint member 21 and the inner joint member 22.
- the cage is interposed 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.
- An undercut-free type constant velocity universal joint may be used as the fixed type constant velocity universal joint.
- the intermediate shaft 2 has spline (including serrations, hereinafter the same) shafts 3 at both ends thereof. Then, by inserting the spline shaft 3 on the inboard side into the spline hole of the inner joint member 16 of the sliding type constant velocity universal joint 10, the intermediate shaft 2 and the inner joint member 16 of the sliding type constant velocity universal joint 10 Are coupled so that torque can be transmitted. Further, by inserting the spline shaft 3 on the outboard side into the spline hole of the inner joint member 22 of the fixed type constant velocity universal joint 20, the intermediate shaft 2 and the inner joint member 22 of the fixed type constant velocity universal joint 20 are torqued. It is connected so that it can be transmitted. Although an example of the solid intermediate shaft 2 has been illustrated, a hollow type can also be used.
- the outer joint member 11 includes a cup portion 12 and a shaft portion (long stem portion) 13.
- the outer joint member 11 is manufactured by joining the cup member 12a and the shaft member 13a by butt welding. The manufacturing process will be described in detail later.
- the cup portion 12 has a bottomed cylindrical shape with one end opened, and the inner peripheral surface 42 has a partial cylindrical shape as a result of the plurality of track grooves 30 being formed at equal intervals in the circumferential direction.
- a ball 41 (see FIG. 1) rolls on the track groove 30.
- the cup member 12a forming the cup part 12 is formed of medium carbon steel containing 0.40 to 0.60% by weight of carbon such as S53C, and is an integrally formed product including a cylindrical part 12a1 and a bottom part 12a2.
- the above-described track groove 30 and the inner peripheral surface 42 are formed in the cylindrical portion 12a1.
- a boot mounting groove 32 is formed on the outer periphery of the cup member 12a on the opening side, and a retaining ring groove 33 is formed on the inner periphery.
- the bottom portion 12a2 has a solid shaft-like shaft portion protruding to the shaft member 13a side, that is, a short shaft portion 12a3, and a joining end face 50 (FIG. 2c) is formed on the short shaft portion 12a3.
- the solid shaft shape is intended to exclude those having a hollow portion penetrating in the axial direction and those having a hollow portion extending in the axial direction from the end face for joining (see Patent Documents 1 and 2).
- the cup member has a bottomed cylindrical shape as a whole, but the short shaft portion 12a3 formed with the joining end face has neither a through hole nor a cavity extending long in the axial direction from the joining end face, and therefore at least the short shaft portion. 12a3 has a solid shaft shape.
- the end face 50 for joining is finished by turning.
- a shallow recess 50b is formed on the inner diameter side of the joining end face 50, and as a result, an annular joining end face 50 is formed on the outer diameter side of the recess 50b.
- Reference sign D represents the inner diameter of the joining end face 50.
- the recess 50b may be formed during the forging process, or may be formed by cutting. The number of steps can be reduced by forming the recess 50b in the process of forging, and the time required for the turning can be shortened because the joining end face 50 has an annular shape.
- the shaft portion 13 is a solid shaft extending in the axial direction from the bottom of the cup portion 12, and has a bearing mounting surface 14 and a retaining ring groove 15 formed on the outer periphery near the cup member 12 a, and is opposite to the cup portion 12.
- a spline shaft Sp as a torque transmission connecting portion is formed at the end.
- the shaft member 13a forming the shaft portion 13 is formed of medium carbon steel containing 0.30 to 0.55 wt% carbon such as S40C, and a joining end surface 51 (FIG. 2C) is formed at the end on the cup member 12a side. Is formed.
- the joining end surface 51 is provided with a recess 52 on the inner diameter side, resulting in an annular surface.
- Reference symbol E represents the inner diameter of the joining end surface 51.
- 2 and 5 show an example in which the indentation 52 is formed during the forging process and the inner diameter portion 53 is formed on the joining end surface 51 by cutting, so that the indentation 52 and the inner diameter portion 53 are formed.
- the inner diameter portion 53 is the inner diameter portion of the joining end face 51, or can be said to be the inner diameter portion of the recess 52.
- the indentation 52 may be left as a forged skin. In this case, the inner diameter portion 53 that can be clearly distinguished from the indentation 52 does not appear as shown.
- the recess 52 is very shallow compared to the diameter of the shallow bottom, that is, the end face 51 for bonding, and if the depth is exemplified, the lower limit is about 1 mm. This is intended to ensure a straight portion having a length in the axial direction necessary for ultrasonic flaw detection of a defective dimension (penetration depth) in the radial direction of the welded portion 49.
- the above lower limit is a value from the surface of the ultrasonic flaw detection, but from the viewpoint of reducing the preheating time by reducing the volume in the vicinity of the joint, a corresponding depth of the recess 52 is desired.
- the upper limit of the depth of the recess 52 is set to a limit value (standard) that can be formed by forging ⁇ 1.5 mm when the recess is formed in the forging process. If the indentation 52 is too deep, the forging load increases, the die life decreases, and the processing cost increases. Even in the case of forming by cutting, if the recess 52 is too deep, the processing time becomes long and the material yield also deteriorates.
- the inner diameter portion 53 of the joining end face 51 is based on the premise that the radial width of the welded portion 49 formed on the outer diameter side of the recess 52 is secured, although it depends on the outer diameter of the shaft member 13a.
- the term “diameter” of the inner diameter is generally associated with a circular shape, but the outline of the inner diameter portion 53 viewed in a plane perpendicular to the axis of the shaft member 13a is not necessarily circular, and may be, for example, a polygon or an indefinite shape. May be.
- the end face 50 for joining of the cup member 12a and the end face 51 for joining of the shaft member 13a are abutted and welded by irradiating an electron beam in the radial direction from the outside of the cup member 12a (FIGS. 2a and 2b).
- the welded portion 49 is composed of a metal that has been melted and solidified during welding, that is, a molten metal and a surrounding heat-affected zone.
- the outer diameter B (see FIGS. 4b and 5c) of the joining end faces 50 and 51 is set to the same dimension for each joint size.
- 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.
- an appropriate dimensional difference may be made such that the outer diameter B of the joining end face 51 is slightly smaller than the outer diameter B of the joining end face 50.
- the dimensional relationship between the outer diameter B of the joining end face 50 and the outer diameter B of the joining end face 51 is the same throughout this specification.
- the bearing mounting surface 14 and the like can be processed in advance before welding. Post-processing can be abolished. In addition, since burr does not appear in the welded part in electron beam welding, post-processing of the welded part can be omitted also in this respect, and the manufacturing cost can be reduced. Further, 100% inspection by ultrasonic flaw detection of the welded part is possible.
- the inner diameter D of the joining end surface 50 of the cup member 12a is set smaller than the inner diameter E of the inner diameter portion 53 of the joining end surface 51 of the shaft member 13a.
- the recess 50 b has a smaller diameter than the recess 52.
- the joining end surface 50 of the cup member 12a partially protrudes radially inward from the joining end surface 51 having the inner diameter E.
- This protruding portion is referred to as a protruding surface 50a.
- the joining end surfaces 50 and 51 having such shapes are brought into contact with each other, and the cup member 12a and the shaft member 13a are joined by welding.
- the protruding surface 50a is set to be the same for each joint size.
- the cup member 12a is manufactured by a manufacturing process including a bar cutting process S1c, a forging process S2c, an ironing process S3c, and a turning process S4c.
- the shaft member 13a is manufactured by a manufacturing process including a bar material cutting process S1s, a turning process S2s, and a spline processing process S3s.
- the cup member 12a and the shaft member 13a manufactured in this way are each managed by giving a product number. Thereafter, the cup member 12a and the shaft member 13a are subjected to a welding step S6, an ultrasonic flaw detection step S6k, a heat treatment step S7, and a grinding step S8, whereby the outer joint member 11 is completed.
- each process described here shows a typical example, Comprising: A change and addition can be added suitably as needed.
- the manufacturing process of the cup member 12a will be described.
- Bar material cutting step S1c A bar material (round bar) is cut into a predetermined length based on the forging weight to produce a columnar billet.
- Bar material cutting process S1s A bar material is cut into a predetermined length based on the total length of the shaft portion, and a columnar billet is manufactured. Thereafter, depending on the shape of the shaft member 13a, the billet may be forged into an approximate shape by upset forging.
- a spline shaft is formed by rolling a spline on the shaft member after turning.
- the spline processing is not limited to the rolling process, and can be appropriately replaced with a press process or the like.
- a part number is assigned to the shaft member 13a as an intermediate part that has undergone spline processing and managed.
- Heat treatment step S7 Heat treatment of induction hardening and tempering is performed on at least the track grooves 30 and the inner peripheral surface 42 of the cup portion 12 after welding and the necessary ranges of the outer periphery of the shaft member 13.
- the weld 49 is not heat treated.
- a hardened layer of about HRC 58 to 62 is formed on the track groove 30 and the inner peripheral surface 42 of the cup portion 12.
- 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 shape of the cup member and the shaft member increases the temperature of the peripheral part due to the heat during welding and affects the hardness of the heat treatment part. It is suitable when it is or specification.
- FIG. 4a shows a state after the ironing of the cup member 12a
- FIG. 4b shows a state after the turning.
- the cylindrical portion 12a1 ', the bottom portion 12a2', and the short shaft 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.
- the turning step S4c as shown in FIG. 4b, the outer peripheral surface of the cup member 12a, the boot mounting groove 32, the retaining ring groove 33, etc. and the joining end face 50 of the short shaft portion 12a3, its outer diameter B and inner diameter D are Turned.
- FIG. 5a to 5c show states of the shaft member 13a in each processing step. That is, FIG. 5a shows a billet 13a ′′ obtained by cutting a bar material, FIG. 5b shows a shaped member 13a ′ obtained by forging the billet 13a ′′ into an approximate shape by upset forging, and FIG. 5c shows a state after turning and spline processing.
- the shaft member 13a is shown.
- the billet 13a "shown in FIG. 5a is manufactured. If necessary, the billet 13a" is upset forged as shown in FIG.
- the shape material 13a ′ in which the recess 52 is formed in the joining side end (cup member 12a side end) is manufactured.
- the outer diameter of the shaft member 13a, the bearing mounting surface 14, the retaining ring groove 15, the inner diameter portion 53 (inner diameter E), the joining end face 51 and the outer diameter B thereof are turned.
- the spline shaft Sp is processed at the opposite end of the recess 52 by rolling or pressing.
- the outer diameter B of the joining end face 50 of the cup member 12a shown in FIG. 4b is set to the same dimension with one joint size.
- the shaft member 13a shown in FIG. 5c is for a long stem type, but the outer diameter B of the end surface 51 for joining at the end on the cup member 12a side is the joining of the cup member 12a regardless of the shaft diameter or the outer peripheral shape. It is set to the same dimension as the outer diameter B of the end face 50 for use.
- 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. 6 and 7 are a schematic elevation view and a schematic plan view of the welding apparatus.
- FIG. 6 shows a state before welding
- FIG. 7 shows a welding process.
- the welding apparatus 100 includes, as main components, an electron gun 101, a rotating device 102, a chuck 103, a center 104, a tail stock 105, a work cradle 106, a center 107, a case 108, and a vacuum pump 109.
- the cup member 12 a and the shaft member 13 a which are workpieces are placed on a workpiece cradle 106 in the welding apparatus 100.
- a chuck 103 and a centering jig 107 at one end of the welding device 100 are connected to a rotating device 102.
- the cup member 12 a is grasped by the chuck 103 and a rotational motion is given by the rotating device 102.
- a center 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 FIG. 6).
- Centering is performed by setting the center hole of the shaft member 13a in the center 104.
- 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, and 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 can approach and leave the workpiece.
- the cup member 12a and the shaft member 13a which are workpieces, are stocked in 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. 6, and set at a predetermined position of the workpiece cradle 106.
- the center 104 and the tail stock 105 are retracted to the right in the drawing, and there is a gap between the joining end faces 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.
- the recessed part 50b of the cup member 12a and the recessed parts 52 and 53 of the shaft member 13a are also decompressed.
- the center 104 and the tail stock 105 move forward to the left, and there is no gap between the joining end surfaces 50 and 51 of the cup member 12a and the shaft member 13a. .
- the cup member 12a is centered by the center 107 and fixed by the chuck 103, and the shaft member 13a is centered by the center 104 and supported.
- the work cradle 106 moves away from the work (12a, 13a). Since the space
- the electron gun 101 is moved to a predetermined position to approach the workpieces (12a, 13a), and the workpieces (12a, 13a) are rotated to start preheating.
- the preheating condition is set to a temperature lower than the welding temperature by irradiating the electron beam with a beam size larger than that at the time of welding. Preheating increases the amount of heat input and, together with later heat described later, slows the cooling rate of the welded portion after welding, and as a result, prevents cracking.
- the electron gun 101 When the predetermined preheating time is reached, the electron gun 101 is moved back to the predetermined position, and welding is started by irradiating the electron beam in the radial direction from the outside of the work (12a, 13a). While the workpieces (12a, 13a) make one rotation, welding is performed over the entire circumference, and an annular welded portion 49 is formed.
- Post-heating is performed to slow down the cooling rate of the welded portion 49 and prevent it from burning.
- the electron gun 101 is retracted, and the rotation of the workpieces (12a, 13a) is stopped.
- the sealed space 111 is opened to the atmosphere. Then, with the workpiece cradle 106 raised and supporting the workpiece, the center 104 and the tail stock 105 are retracted to the right side in the drawing to open the chuck 103. Thereafter, for example, the robot grasps the workpieces (12a, 13a), removes them from the welding apparatus 100, and aligns them with the cooling stocker.
- the configuration of the sealed space 111 in the case 108 can be simplified.
- Illustrative specific welding conditions are as follows. Using the cup member 12a having a carbon content of 0.4 to 0.6% by weight and the shaft member 13a having a carbon content of 0.3 to 0.55% by weight, the pressure of the sealed space 111 in the case 108 is determined by the welding apparatus 100. Was set to 6.7 Pa or less for welding. In order to prevent rapid cooling after welding so that the hardness of the welded portion does not become too high, the electron beam is set so that the periphery including the joining end faces 50 and 51 of the cup member 12a and the shaft member 13a is 300 to 650 ° C. Electron beam welding was performed after soaking with preheating. As a result, the preheating time could be shortened to about 1 ⁇ 2 or less compared with the case where no recess was provided on the inner diameter side of the joining end face, and a good weld satisfying the required strength could be obtained.
- a welded portion with a raised height (0.5 mm or less) of the weld surface that does not affect the product function was obtained.
- the hardness of the welded part after completion of welding could be suppressed within the range of HV200 to 500, and the welding strength was high and stable welding condition and quality could be obtained.
- the sealed space 111 of the welding apparatus 100 at atmospheric pressure or lower, it is possible to suppress the pressure change in the dent 52 and the recess 50b during welding, so that the melt is blown up and drawn into the inner diameter side. I was able to prevent it.
- the work that has been welded, that is, the joint-type outer joint member 11 is sent to the inspection device.
- Each inspection process will be described as follows with reference to FIG. 8 showing a schematic configuration of the inspection apparatus.
- the order of the inspection process and the arrangement of the inspection units in charge of each inspection process are not limited to the illustrated example, and the specific configuration of each inspection unit depends on, for example, whether or not the rotation drive means can be shared. It can be changed accordingly.
- the inspection apparatus 80 illustrated in FIG. 8 is entirely surrounded by a cage, and a cooling unit I, a draining unit II, a surface inspection unit III, and an internal inspection unit IV are included in the right side of FIG. From left to right.
- a robot hand 90 for delivering the workpiece W is installed in the vicinity of each part I to IV. Then, as indicated by the white arrow, the workpiece W that has completed the welding process is first put into the cooling section I, and the workpiece W that has undergone all the inspections is unloaded and sent to the next process. As a result of the inspection, the work W determined to be defective is removed from the line and collected at a predetermined location.
- the contact gauge, the laser displacement meter, and the ultrasonic flaw detection device constituting the inspection device 80 are electrically connected to a control device installed outside the cage via an interface.
- the control device corresponds to the master unit of the production line.
- the control device is provided with a recording unit, and inspection results including inspection items, measurement values and the like regarding each workpiece can be recorded in association with the product number of the workpiece.
- the data in the recording unit can be displayed on a display on the operation panel, and the inspection result can be confirmed on-site (see FIGS. 10b and 11c).
- the cooling unit I is a station for performing a cooling process. That is, the cooling water tank 82 is installed, and the high-temperature work W after welding is immersed in the cooling water tank 82 and cooled. Usually, it is cooled to about room temperature so as not to hinder the conveyance and the work of the next process.
- a draining device 84 is installed in the draining part II, and excess water is blown off by blowing air onto the work taken out from the cooling water tank 82.
- the work that has finished the draining process is sent to the surface inspection section III.
- the surface inspection unit III defects appearing on the surface of the workpiece, that is, measurement of workpiece deflection and detection of pits on the bead surface of the welded portion 49 are performed.
- the same rotation drive means is shared within the surface inspection unit III, but pit detection and runout measurement are performed.
- Adopting a servo motor with an encoder as the rotation driving means is advantageous because the rotation angle of the workpiece can be recorded in correspondence with each measured value.
- the shake measurement is performed using a contact gauge 86a as shown in (1) of FIG. 8b and FIG.
- an electric dial gauge is used as the contact gauge 18a.
- the runout is measured over the entire circumference.
- a measured value is sent as an electronic signal from the contact-type gauge 86a to the recording unit, and the recording unit records the measured value in association with the rotation of the workpiece W, thereby obtaining a deflection diagram over 360 °.
- the recording unit records the shake measurement value in association with the product number for each workpiece W. Furthermore, the maximum value of the measured value is compared with an upper limit value set in advance, and a workpiece W whose maximum value exceeds the upper limit value is determined to be defective.
- the deflection is measured at least for each of the cup member 12a and the shaft member 13a. Further, as shown in FIG. 9, when there are already ground surfaces such as the bearing mounting surface 14 and the boot mounting surface 16 at both ends of the shaft portion 13, these surfaces can be used as measurement surfaces. it can.
- a laser displacement meter 86b As shown in (2) of FIG. 8b and FIG. 10a.
- a reflection type laser displacement meter has a light projecting unit that projects laser light onto a measurement object and a light receiving unit that receives laser light reflected from the measurement object, as is well known. Then, the laser light emitted from the laser projector is reflected by the measurement object and received by the laser receiver, and a spot is formed on the laser receiver. Since the spot moves each time the object moves, the amount of displacement to the object is detected by detecting the position of the spot.
- the presence or absence of pits is detected in a non-contact manner and the depth is measured.
- FIG. 10B illustrates an image on the display of the operation panel when a pit having a depth h of about 0.4 mm is detected.
- the horizontal axis represents the bead width direction of the welded portion 49
- the vertical axis represents welding.
- the radial direction of the part 49 is represented.
- the measurement result by the laser displacement meter 86b is sent as an electronic signal from the laser displacement meter 86b to the recording unit, and the recording unit associates the maximum value of the depth h when the workpiece is rotated once with the product number for each workpiece W. Record. Furthermore, the measured value of the depth h is compared with a preset upper limit value, and a workpiece W whose measured value exceeds the upper limit value is determined to be defective.
- the workpiece after the run-out measurement and pit detection process is sent to the internal inspection unit IV.
- the internal inspection unit IV uses an ultrasonic flaw detector to detect an internal defect of the welded portion 49, that is, a penetration defect of the welded portion 49 (see (3) in FIG. 8b), and blow Holes and weld cracks are detected (see (4) in FIG. 8b).
- the probe 147 of the ultrasonic flaw detector 120 is scanned in the axial direction, and based on the echo height of the reflected echo with respect to the incident pulse G from the probe 147, the penetration failure And detect blowholes and weld cracks.
- FIG. 11a the probe 147 of the ultrasonic flaw detector 120 is scanned in the axial direction, and based on the echo height of the reflected echo with respect to the incident pulse G from the probe 147, the penetration failure And detect blowholes and weld cracks.
- FIG. 11 b shows echo level data (determination criterion) for one round of the welding position
- FIG. 11 c shows an example in the case where the echo level does not reach the determination criterion.
- the ultrasonic flaw detection by the ultrasonic flaw detector 120 will be described in more detail later.
- the measurement result by the ultrasonic flaw detector 120 is sent to the recording unit as an electronic signal.
- the recording unit the presence or absence of defects such as poor penetration, blowholes and weld cracks, and the position in the axial direction and circumferential direction when a defect is detected. Is associated with the product number for each work W and recorded. Furthermore, the workpiece W that has detected these defects is determined to be defective.
- workpiece part numbers include identification of base materials (cup members, shaft members), confirmation of welding positions, nondestructive testing procedures and personnel, and repair positions when applicable. Can also be included.
- Fig. 12 shows an example of a list of storage of test results and data storage.
- a circle in the “Recording contents” column indicates that the corresponding item should be recorded. That is, in the “item” column, “execution model number” means the product number of the workpiece and is recorded in the “set value” column.
- the “inspection completion time” records the actual time in the “actual measurement value” column. For “pit”, the upper limit and the lower limit are recorded in the “set value” field, and “measured value” and “determination result” are recorded.
- the “determination result” column records “judgment result”. “Vacuum degree / welding condition” records the upper limit and lower limit in “set value”, and records “actual value” and “judgment result”.
- FIG. 13 and FIG. 14 are a front view and a plan view of the ultrasonic flaw detector on which the outer joint member after welding is placed, and FIG. 13 corresponds to a view taken in the direction of arrows XIII-XIII in FIG. 15 and 16 are a front view and a plan view of the ultrasonic flaw detector during ultrasonic flaw detection, and FIG. 15 corresponds to a view taken along the arrow XV-XV in FIG.
- the ultrasonic flaw detector 120 includes a base 121, a water storage tank 122, a work receiving base 123, a work pressing member 124, a rotation driving device 125, a pressing device 135, and a drive positioning device 136 (see FIG. 14).
- the water storage tank 122 is installed in the center of the base 121.
- the rotation drive device 125 is for rotating the workpiece W, that is, the outer joint member 11 that has been welded.
- the pressing device 135 is for pressing the shaft end of the workpiece W.
- the drive positioning device 136 drives and positions the probe.
- the work cradle 123 includes support rollers 126 and 127 for rotatably placing the work W, the support roller 126 is located near the welded portion, and the support roller 127 is located near the center of the shaft portion 13. It is arranged. As can be seen from FIG. 14, each of the support rollers 126 and 127 is composed of a pair of rollers distributed on both sides of the axis of the shaft portion 13 so that the shaft portion 13 of the workpiece W can be stably supported. In consideration of the joint size, dimensions, and weight balance of the work W, the support rollers 126 and 127 are appropriately adjusted in the installation position of the work W in the axial direction (left-right direction in FIG. 13) and the radial direction (up-down direction in FIG. 13). Is possible.
- the workpiece holder 123 is provided with a workpiece pressing member 124 at a position deviated from the axis of the workpiece W as seen in the plane of FIG.
- the work pressing member 124 has a lever 128, and a work pressing roller 129 is provided at the end of the lever 128.
- the lever 128 can turn in the plane of FIG. 14 and can move in the vertical direction of FIG.
- the work cradle 123 is attached to the support pedestal 134 via a linear motion bearing 130 composed of a rail 131 and a linear guide 132, and is movable in the axial direction (left and right direction in FIGS. 13 and 14).
- the support base 134 is attached to the base 121.
- the work cradle 123 can be moved to a desired position by an actuator (not shown) arranged outside the water storage tank 122 via a rod 133 connected to an end (the left end in FIGS. 13 and 14). It is like that.
- the rotation driving device 125 has a rotating shaft 143 provided with a rotating plate 144, and the rotating shaft 143 is driven to rotate by a motor (not shown) arranged outside the water storage tank 122.
- a gantry 137 is provided on the upper side of the ultrasonic flaw detector 120, and the substrate 145 of the pressing device 135 is axially disposed on the gantry 137 via a linear motion bearing 138 including a rail 139 and a linear guide 140 (see FIG. 13 and 14 in the left-right direction).
- the rod 142 of the air cylinder 141 is connected to the end of the substrate 145, and the substrate 145 is driven by the air cylinder 141, that is, moved in the axial direction.
- the pressing device 135 comes into contact with the shaft end of the shaft portion 13 of the workpiece W via the free bearing 146.
- a probe driving device 136 is disposed at a position deviating from the axis of the workpiece W.
- the driving device 136 is composed of actuators in the X-axis direction and the Y-axis direction, and moves and positions the probe 147 in the X-axis direction and the Y-axis direction.
- the actuator 148 in the X-axis direction and the actuator 149 in the Y-axis direction are electric ball screw type (robo cylinder) and can be positioned with high accuracy.
- Reference numeral 150 denotes a rail of the linear motion bearing.
- the driving device 136 is disposed outside the water storage tank 122, and the probe 147 and its holder 151 are disposed in the water storage tank 122.
- the welded workpiece W is placed on the workpiece cradle 123 by a loader (not shown) (see FIGS. 13 and 14).
- the workpiece cradle 123 is positioned at an appropriate interval in the axial direction of the workpiece W from the rotation driving device 125, and the workpiece pressing member 124 raises the lever 128 and becomes substantially parallel to the axis of the workpiece W.
- the pressing device 135 and the probe driving device 136 are on standby at a retracted position.
- the lever 128 of the work pressing member 124 turns and substantially descends so as to be substantially perpendicular to the axis of the work W, and presses the work W from above (see FIG. 15).
- water is supplied to the water storage tank 122.
- the ultrasonic flaw detection apparatus 120 is configured to perform flaw detection in water, the propagation of ultrasonic waves is good and high-accuracy inspection is possible.
- the pressing device 135 is advanced by the operation of the air cylinder 141 to push the shaft end of the work W, and the rotation end of the rotation drive device 125 rotates the opening end of the cup portion 12 of the work W. Press against the plate 144.
- the pressing device 135 advances, the work cradle 123 also moves toward the rotation drive device 125.
- the workpiece W is positioned in the axial direction and the radial direction.
- a motor (not shown) of the rotation driving device 125 is activated to rotate the workpiece W.
- the drive device 136 moves in the X-axis direction and further moves in the Y-axis direction as indicated by a white arrow, and the probe 147 is positioned at the flaw detection position.
- the probe 147 at this time is indicated by a broken line in FIG.
- ultrasonic flaw detection is performed.
- the water storage tank 122 is drained, and the workpiece W is carried out of the ultrasonic flaw detector 120 by a loader (not shown). In this manner, the ultrasonic flaw detection of the workpiece W is sequentially repeated.
- FIGS. 17a, 17b and FIG. These drawings all correspond to the XVII-XVII arrow view of FIG. 15, FIG. 17a shows a good weld product, and FIG. 17b shows a poor weld product.
- FIG. 18 is a diagram for explaining the knowledge obtained in the development process.
- the probe 147 is positioned at a flaw detection position at a predetermined distance from the welded portion 49.
- the flaw detection position is preset for each joint size.
- the transmission pulse G from the probe 147 is obliquely incident from the surface of the workpiece W, the received reflected echo is displayed as a waveform, and the presence or absence of a defect can be determined by observing the waveform (diagonal flaw detection). Law).
- Reference sign ⁇ 1 represents an incident angle
- reference sign ⁇ 2 represents a refraction angle. In the case of the embodiment, the incident angle ⁇ 1 is 0 to 30 ° and the refraction angle ⁇ 2 is 0 to 90 °, and the angle corresponding to the position and shape of the inspection object can be appropriately selected.
- the ultrasonic flaw detector 120 performs inspection for poor penetration (see (3) in FIG. 8b) and inspection for blowholes and weld cracks (see (4) in FIG. 8b).
- the inspection is the same as that for normal ultrasonic inspection of welds. Therefore, here, the former inspection will be mainly described.
- the presence or absence of penetration failure in the welded portion 49 is determined by the penetration depth. That is, a product having a penetration depth exceeding the criterion Wmin and reaching the inner diameter side is regarded as a good weld product, and a sample having a penetration depth ending on the outer diameter side from the criterion Cmin is regarded as a poor weld product.
- the inner diameter portion 53 of the recess 52 provided in the joining end surface 51 is matched with the determination reference Wmin.
- the symbol E represents the inner diameter of the recess 52 (the inner diameter portion 53 thereof), but is also the inner diameter of the joining end face 51.
- the symbol Wa represents the target penetration depth.
- the workpiece W is driven and rotated by the rotation driving device 125.
- the probe 147 positioned at a flaw detection position at a predetermined distance from the welded portion 49 collects data on the entire circumference of the workpiece W.
- data for one rotation (360 °) of the workpiece W is collected at the flaw detection position, and then the shaft is sequentially formed at a minute pitch (for example, 0.5 mm).
- the acceptance / rejection determination is performed based on this data, and the threshold value of the reflection echo for the acceptance / rejection determination is determined using the welding example of the determination criterion Wmin.
- the end face 50 for joining of the cup member 12a is provided with the protruding surface 50a protruding radially inward from the inner diameter E of the joining end face 51 of the shaft member 13a.
- the knowledge obtained in the development process that is, the inner diameter D ′ of the joining end face 50 of the cup member 12a and the inner diameter E of the joining end face 51 of the shaft member 13a, as shown in FIG.
- the penetration depth exceeds the determination criterion Wmin and reaches the inner diameter side. Therefore, it should be determined as a good welding product.
- the probe 147 reflects the reflected echo R reflected by this boundary surface. Receive.
- the reflected echo of the back bead 49a is scattered, the reflected echo R has a high echo height, and thus exceeds the reflected echo threshold for pass / fail determination, and is therefore determined to be a defective weld. Under these circumstances, it has been found that it is difficult to determine whether the welded product is good or defective.
- a countermeasure is taken by providing a projecting surface 50a projecting radially inward from the inner diameter E of the joining end surface 51 of the shaft member 13a on the joining end surface 50 of the cup member 12a.
- the weld good product has sufficient penetration.
- the transmission pulse G from the probe 147 enters the cup portion 12 from the backside bead 49a that reaches the inner diameter side exceeding the determination reference Wmin, and proceeds straight as it is, or the inner diameter D of the cup portion 12
- the light is reflected and proceeds to the cup 12 side. Therefore, the probe 147 does not receive the reflected echo. That is, even if the transmission pulse G is incident on the back wave bead 49a, there is no boundary surface of the back wave bead 49a in the direction perpendicular to the transmission pulse G. Therefore, the reflected echo is not generated.
- the echo height of the reflected echo received by the probe 147 is equal to or less than the threshold value, and is determined as a good weld.
- the transmission pulse G is reflected by the joining end surface 51 and the chamfered portion 51a,
- the probe 147 receives the scattered reflected echo R. This reflection echo R exceeds the threshold value of the reflection echo for pass / fail determination, and is determined to be a defective weld.
- the height of Q is Q
- the relation of S ⁇ Q is established. If it is in this relationship, the height of a reflective echo can be distinguished clearly and a welding good product and a defective product can be determined accurately. If the relationship of S ⁇ Q is maintained, the dimension of the projecting surface 50a can be set as appropriate.
- the inner diameter E of the joining end face 51 is also the inner diameter of the recess 52 (the inner diameter portion 53 thereof).
- the ultrasonic flaw detector 120 can automate the ultrasonic flaw detection by interlocking each operation from the loading of the workpiece W to the water supply, drainage, ultrasonic flaw detection, and workpiece unloading. Therefore, the accuracy, workability, and efficiency of inspection can be improved, and it is suitable for inspection of the welded portion of the outer joint member of the constant velocity universal joint that is a mass-produced product.
- the changeover operation for the outer joint member 11 having a different product number is combined with the base structure in which the outer diameter B of the joining end surface 50 of the cup member 12a is the same for each joint size.
- the inspection efficiency is further improved.
- the propagation of ultrasonic waves is good and inspection with higher accuracy becomes possible.
- the shape of the welded portion in which the projecting surface 50a is provided on the joining end surface 50 the echo height of the reflected echo can be clearly distinguished, and a good welding product and a defective product can be accurately determined. Can do.
- cup member type integration will be described supplementarily by exemplifying a shaft member having a product number different from that of the long stem type shaft member 13a shown in FIG.
- the shaft member 13b shown in FIGS. 19 and 20 is for a standard stem on the inboard side.
- the shaft member 13b is formed with a joining end surface 51 that abuts against the joining end surface 50 (see FIG. 4b) of the bottom 12a2 (short shaft portion 12a3) of the cup member 12a.
- the outer diameter B and the inner diameter E of the joining end face 51 are formed to have the same dimensions as the outer diameter B and the inner diameter E of the joining end face 51 of the long stem type shaft member 13a shown in FIG.
- the inner diameter D of the joining end face 50 of the cup member 12a is set smaller than the inner diameter E of the joining end face 51 of the shaft member 13b.
- a projecting surface 50a is formed on the joining end surface 50 of the cup member 12a so as to project radially inward from the inner diameter E of the joining end surface 51 of the shaft member 13b.
- the cup member 12a and the shaft member 13b are joined by abutting and welding the joining end faces 50 and 51 having such shapes.
- 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 at the central portion in the axial direction, and a plurality of oil grooves are formed on this sliding bearing surface 18. 19 is formed.
- a spline shaft 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 surface 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. Set to the same dimensions.
- the outer diameter B of the joining end faces 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. For this reason, a cup member shared for each joint size and a shaft member with various shaft specifications for each vehicle type can be prepared in a state before heat treatment, and intermediate between the cup member 12a and the shaft members 13a and 13b. A part number can be assigned to each part for management. And even if the cup member 12a is integrated, 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 member varieties taking as an example the difference between the standard length stem and the long stem type.
- present invention is not limited to this.
- shaft members having various shaft specifications for each vehicle type between standard length stems and shaft members having various shaft specifications for each vehicle type between long stems. The same applies to the integration of cup member types.
- cup member type integration is shown in FIG.
- the cup member is shared by one joint size, and is managed by giving, for example, a product number C001.
- the shaft member has various shaft specifications for each vehicle type, and is managed by assigning, for example, product numbers S001, S002, to S (n). For example, when a cup member having a product number C001 and a shaft member having a product number S001 are combined and welded, an outer joint member having a product number A001 can be manufactured.
- the types of cup members when integrating the types of cup members, it is not limited to setting one type of cup member with one joint size, that is, one type of cup member. For example, setting a plurality of types (plural model numbers) of cup members with one joint size according to different specifications of the maximum operating angle, and setting the outer diameter B of the joining end surface of these cup members to the same dimension is also included. .
- FIG. 22a is a partially broken front view of the outer joint member
- FIG. 22b is an enlarged view of a portion b in FIG. 22a
- FIG. 22c shows a state before welding in FIG.
- FIG. 23 is a longitudinal sectional view of the cup member before welding.
- This second example differs in the form of the protruding surface provided on the end face for joining the cup member in the first example already described. Since the other configuration is the same as that of the first example, parts having the same functions as those of the first example are denoted by the same reference numerals except for subscripts, and redundant description is omitted.
- the short shaft portion 12a3 joint end face 50 1 formed on one of the cup member 12a 1 is circular, the inner diameter side is convex portion 50b 1.
- the inner diameter D 1 of the annular joining end surface 50 1 corresponds to the inner diameter D of the joining end surface 50 of the cup member 12a in the first example of the outer joint member, and the inner diameter side of the joining end surface 50 1
- the portion protrudes to the inner diameter side from the inner diameter E of the joining end surface 51 of the shaft member 13a.
- This protruding portion is called a projecting surface 50a 1 as in the first example.
- Cup member 12a 1 is formed and fabricated material 12a of the cup member after ironing in the first example of the end face of the 'minor axis portion 12a3 ( Figure 4a)', only a portion of the bonding end faces 50 1 of the outer diameter side Can be formed by turning. Therefore, the turning time can be shortened and the material yield is good. Of course, it is possible to perform a turning to the convex portion 50b 1 of the inner diameter side, it can be reduced man-hours by left forging skin.
- FIG. 24 shows a second example of the manufacturing method of the outer joint member.
- the heat treatment step of the cup member in the heat treatment step S7 of FIG. 3 is incorporated before the welding step S6 to form a heat treatment step S5c, and the cup member is prepared as a finished product.
- the matters already described for the first example of the manufacturing method that is, the outline of each process, the state in the main processing steps of the cup member and the shaft member, the common use of the cup member, the welding method, ultrasonic flaw detection, Variety integration and the configuration of the outer joint member also apply to the second example of the manufacturing method.
- the outer shape of the cup member 12a is 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 track groove 30 and the inner periphery of the cylindrical portion 12a1.
- the surface 42 is a part to be heat-treated for quenching and tempering. For this reason, since it is thought that there is normally no thermal influence at the time of welding with respect to a heat treatment part, about cup member 12a, heat treatment is performed before welding and it prepares as a finished product. Such a manufacturing process is suitable for practical use.
- the cup member 12a Since the cup member 12a is heat-treated as a finished product, it is managed by assigning a product number as the 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. In addition, 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.
- the cup member in the drawing is only the product number as a finished product, and the shaft member and the outer side Since it is the same as that of the 1st example of a manufacturing method about a joint member, description is abbreviate
- FIG. 25 shows a third example of the manufacturing method of the outer joint member.
- the cup part and shaft part heat treatment step and shaft part grinding step S8 of the heat treatment step S7 of FIG. 3 already described in connection with the first example are incorporated before the welding step S6, and the cup This is a member heat treatment step S5c, a shaft member heat treatment step S4s, and a grinding step S5s. Therefore, both the cup member and the shaft member are prepared as finished products.
- Other matters, that is, the outline of each process already described in relation to the first example of the manufacturing method, the state in the main processing steps of the cup member and the shaft member, the common use of the cup member, the welding method, ultrasonic flaw detection, Variety integration and the configuration of the outer joint member also apply to this third example.
- the shaft member is formed with a hardened layer of about HRC 50 to 62 by induction hardening in a predetermined range of the outer peripheral surface in the heat treatment step S4s after the spline processing step S3s.
- 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 S5s 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 third example of this manufacturing method is suitable for the case of a cup member and a shaft member having a shape and specifications that do not cause a thermal effect 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, etc., and productivity is further improved, including reduction of setup.
- the part numbers of the cup member and the shaft member in the figure are the part numbers of the finished products. It becomes. About an outer joint member, since it is the same as that of the 1st example of a manufacturing method, description is abbreviate
- the cup member and the shaft member as a finished product are not limited to those subjected to the finishing process such as the grinding process after the heat treatment and the cutting process after the quenching described above, but the cup in the heat treatment completed state that leaves this finishing process.
- a member and a shaft member are also included.
- the cup member is not limited to one type of joint size, that is, one model number.
- a plurality of types (multiple model numbers) of cup members are set with a single joint size according to different specifications of the maximum operating angle, and the outer diameter B of the joining end face of these cup members is the same size.
- multiple types (multiple model numbers) with one joint size to manage cup members in multiple forms of intermediate parts and finished parts before heat treatment
- These cup members are set, and those having the same outer diameter B of the joining end faces of these cup members are also included.
- Plunging constant velocity universal joint 10 2 shown in FIG. 26 is a tripod type constant velocity universal joint (TJ), and the outer joint member 11 2, and the inner joint member 16 2, and a roller 19 serving as a torque transmission element Prepare.
- the outer joint member 11 2 has a cup portion 12 2, and a long stem portion 13 extending axially from the bottom of the cup portion 12 2.
- the inner joint member 16 2 is composed of three trunnions 26 which rotatably supports the roller 27 in the tripod member 25 provided at equal circumferential intervals, the inner periphery of the outer joint member 11 and second cup portions 12 2 Is housed in. Roller 27 is interposed between the outer joint member 11 2 and the inner joint member 16 2, to transmit torque therebetween.
- 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). . Accordingly, 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.
- the outer joint member 11 2 consisting of the cup portion 12 2 and the long stem portion 13.
- Cup portion 12 2 in a bottomed cylindrical shape whose one end is opened, the track grooves 30 2 roller 19 rolls on the inner peripheral surface 31 2 of the circumferential trisected position is formed.
- Long stem portion 13 extends axially from the bottom of the cup portion 12 2, the cup portion 12 2 spline shaft Sp as a torque transmitting connection portion to the outer circumference of the end portion of the opposite side is provided.
- the outer joint member 11 2 is provided with a cup member 12a 2 comprising a cup portion 12 2 is formed by welding the shaft member 13a to be the long stem portion 13.
- Cup member 12a 2 are integrally molded article comprising the cylindrical portion 12a1 2 and the bottom 12a2 2, on the inner periphery of the cylindrical portion 12a1 2 inner circumferential surface 131 and the track grooves 130 are formed.
- the bottom 12a2 2 minor 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, the spline shaft Sp is formed at the opposite end from the cup member 12a 2.
- the welded portion 49 is composed of a metal that has been melted and solidified during welding, that is, a molten metal and a surrounding heat-affected zone.
- 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. Since the weld 49 is formed in the cup member 12a 2 side of the bearing mounting surface 14 of the shaft member 13a, it is possible to previously processed and bearing mounting surface 14, after after welding by doing so Processing can be abolished. Moreover, since burr does not appear in the welded part in electron beam welding, post-processing of the welded part can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced.
- the cup members 12a, 12a 1 and 12a 2 the outer diameter B of the joining end surfaces 50, 50 1 and 50 2 and the projecting surfaces 50a and 50a 1 have the same dimensions for each joint size.
- 1 and 12a 2 are not limited to one type with one joint size, that is, one product number.
- the outer diameters of the end faces for joining of these cup members may be the same size, or the protrusion It also includes setting the faces the same.
- the same cup member 12a, to the same dimensions 12a 1, bonding the end faces 50, 50 1 12a 2, 50 2 of the outer diameter B for each joint size, or protruding surface 50a, the 50a 1 for each joint size The same applies to different types of constant velocity universal joints.
- the outer diameters of the joining end surfaces of the tripod type constant velocity universal joint and the double offset type constant velocity universal joint are set to the same size, and the protruding surface is set to be the same.
- the outer diameter of the joining end surface of the Rzeppa type constant velocity universal joint and the undercut free type constant velocity universal joint is set to the same size, and the protruding surface is set to be the same.
- At least one of the cup members 12a, 12a 1 , 12a 2 and the shaft members 13a, 13b before welding can be an intermediate part that is not subjected to heat treatment.
- finish processing such as heat treatment, grinding, and hardened steel cutting is performed.
- the cup members 12a, 12a 1 , 12a 2 and the shaft members 13a, 13b are welded after heat treatment, the shape and specifications are such that the temperature at the periphery rises due to heat during welding and affects the hardness of the heat treated portion. Suitable for some cases. Part numbers are assigned to the above intermediate parts for management.
- cup members 12a, 12a 1 and 12a 2 and the shaft members 13a and 13b before welding can be a completed part subjected to heat treatment.
- the heat-treated finished part means a finished part that has been subjected to finishing such as heat treatment and post-heat treatment grinding or quenching steel cutting.
- cup members 12a, 12a 1 and 12a 2 as completed parts shared for each joint size and shaft members having various shaft specifications for each vehicle type are obtained, and each is assigned a product number and managed. can do. Therefore, cost reduction and production management load reduction due to the product type integration of the cup members 12a, 12a 1 and 12a 2 become remarkable.
- the common cup members 12a, 12a 1 and 12a 2 and the shaft members 13a and 13b having various shaft specifications can be used for forging, turning, heat treatment, grinding and quenching steel cutting, etc. Finished parts can be manufactured separately, and the productivity is improved, including reduction of setup.
- the cup members 12a, 12a 1 and 12a 2 and the shaft members 13a and 13b as the finished parts are not limited to those subjected to the finishing process such as the grinding process or the hardened steel cutting described above. It includes cup members 12a, 12a 1 , 12a 2 and shaft members 13a, 13b in a heat treatment completed state with finishing.
- the inspection device 80 includes a bottomed cylindrical cup portion 12 in which a track groove on which a torque transmitting element rolls is formed on the inner periphery, and a shaft portion 13 extending in the axial direction from the bottom of the cup portion 12.
- the outer joint members 11, 11 1 of the constant velocity universal joint obtained by melt welding the cup members 12 a, 12 a 1 , 12 a 2 forming the cup portion 12 and the shaft members 13 a, 13 a 1 , 13 a 2 forming the shaft portion 13, 11 a 2 a device for checking the, of the outer joint member 11, 11 1, 11 2 of the surface inspection unit III that performs tests to detect defects due to welding appears on the surface, the weld 49
- An internal inspection unit IV for inspecting internal defects and a recording unit for recording the inspection results of the inspection are provided.
- high energy density beam welding can be used, and typical examples of the high energy density beam welding include electron beam welding or laser welding.
- the bead width is narrow and deep penetration can be obtained in a short time, so that the strength of the welded portion is improved and the thermal strain is small.
- post-processing of the joint portion can be omitted.
- the manufacturing cost can be reduced, and there is no scattering of ultrasonic waves due to burrs, which has been a problem when joining by friction welding. Therefore, 100% inspection by ultrasonic flaw detection can be performed to stably ensure high welding quality.
- electron beam welding is performed in a vacuum, even if a cavity exists in the welded portion, problems such as blowing up of a melt and generation of bubbles are unlikely to occur.
- the surface inspection unit III includes measuring the deflection of the workpiece W (outer joint members 11, 11 1 , 11 2 ) using the contact gauge 86 a. As a result, it is possible to detect a defective workpiece whose runout exceeds a preset upper limit and reliably eliminate it from the line.
- the surface inspection unit III includes a laser displacement meter 86b.
- a laser displacement meter 86b is used to detect a defect that appears on the surface of the weld 49.
- a typical example of such a defect is a pit, and a workpiece W whose depth exceeds a preset upper limit can be determined to be defective and reliably removed from the line.
- the internal inspection unit IV includes detecting at least one of internal defects such as poor penetration, blowholes, and weld cracks by ultrasonic flaw detection. Poor penetration means that there is an unwelded surface. In this case, stress concentration may occur at the end of the welded portion 49, which may cause a problem in strength. By detecting weld cracks, such defective workpieces W can be reliably eliminated.
- Traceability can be ensured by providing a recording unit in the inspection apparatus 80 and recording the inspection result of each inspection in association with the product number for each workpiece W.
- the present invention is not limited to electron beam welding but is similarly applied to the case where laser welding or other welding with high energy density beam or fusion welding is employed. be able to.
- the double offset type constant velocity universal joint and the tripod type constant velocity universal joint are exemplified as the sliding type constant velocity universal joint.
- the present invention is not limited to the cross groove type constant velocity universal joint or other sliding type constant velocity universal joints.
- the present invention can also be applied to an outer joint member, and further to an outer joint member of a fixed type constant velocity universal joint.
- this invention is applied also to the outer joint member of the constant velocity universal joint which comprises a propeller shaft. be able to.
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Abstract
等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置は、トルク伝達要素が転動するトラック溝を内周に形成した有底筒状のカップ部12と、このカップ部12の底から軸方向に延びる軸部13とからなり、前記カップ部12を形成するカップ部材12aと前記軸部13を形成する軸部材13aとを溶融溶接した等速自在継手の外側継手部材11を検査する。この検査装置には、外側継手部材11の表面に現れた溶接に起因する欠陥を検出するための検査を行う表面検査部IIIと、溶接部49の内部欠陥の検査をするための内部検査部IVと、上記検査の検査結果を記録する記録部とが設けられる。これにより、溶融溶接した接合タイプ外側継手部材を対象として、インラインで全数検査を効率的に行う検査装置を提供することができる。
Description
この発明は、等速自在継手の外側継手部材のうちカップ部材と軸部材を溶融溶接により接合した外側継手部材(以下、接合タイプ外側継手部材という)の検査装置に関する。
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、中実の棒状素材すなわち丸棒から、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、軸部が長尺であるために、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28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29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28及び図29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。
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、高い硬度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。
上記問題に対しては、溶融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には、電子ビーム溶接やレーザ溶接といった溶融溶接により突合せ溶接することが記載されている。しかし、図30に示すように、接合用端面から軸方向に長く延びた空洞部を有するカップ部材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が形成される。そして、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て、溶接部の表面の凹み(ピット)や、溶込み不良、内部のブローホールや溶接割れといった欠陥の原因となり、溶接品質が低下する。その結果、溶接部の強度が安定せず、製品の品質に悪影響を及ぼす。この場合、溶接部は環状となり、ビードの表面は目視による観察が可能であるが、溶接部の裏面(裏波ビード)は観察できない。したがって、溶込み深さや溶込み不良の有無、溶接部の内部欠陥の有無などを検出するためには非破壊検査を利用する必要がある。
ここで、溶接部の検査方法を大別すると、表面の欠陥を検出するためには外観検査、浸透探傷、磁粉探傷、渦流探傷などがあり、また、内部の欠陥を検出するためには超音波探傷やX線検査などがある。その他、必要に応じて形状測定、硬度測定、組織観察といった検査を行うこともある。超音波探傷や、画像処理による外観検査は、ラインでの自動検査に向いており、その製品の特徴に合わせた検査システムが実用化されてきた(特許文献3、4参照)。
接合タイプ外側継手部材では、製造工程の集約及び部品の共通化による効率化を目的として、別々に成形したカップ部材とステム部材を溶融溶接により接合する。このような接合タイプ外側継手部材の溶接部の検査をインラインで全数検査を行うためには、接合タイプ外側継手部材の溶接の特徴に合わせた検査システムを構築する必要がある。
さらに、生産技術の面から、溶融溶接の溶接部の品質、信頼性を追求する過程で次の問題が判明した。すなわち、自動車用等の量産製品である等速自在継手の生産性を確保しつつ、トレーサビリティに対する要求に応える必要がある。とりわけ溶融溶接による接合タイプ外側継手部材を量産は従来行われていなかったため、その検査や品質管理の手法が確立していない。しかも、自動車用等速自在継手は重要保安部品であることから、トレーサビリティを確保することが不可欠である。
本発明の目的は、溶融溶接した接合タイプ外側継手部材を対象として、インラインで全数検査を効率的に行う検査装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、トルク伝達要素が転動するトラック溝を内周に形成した有底筒状のカップ部と、このカップ部の底から軸方向に延びる軸部とからなり、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(溶融溶接)した等速自在継手の外側継手部材を検査するための装置であって、外側継手部材の表面に現れた溶接に起因する欠陥を検出するための検査を行う表面検査部と、溶接部の内部欠陥の検査をするための内部検査部と、上記検査の検査結果を記録する記録部とを具備したことを特徴とする。
溶接に起因する欠陥は、溶接ひずみや溶接部のビード表面のピットといった表面に現れた欠陥と、溶込み不良やブローホール、溶接割れといった溶接部の内部欠陥とに大別することができる(図8b参照)。検査装置の表面検査部は表面に現れた欠陥を対象とし、内部検査部は内部欠陥を対象とする。ここで、溶接部とは、溶接金属及び熱影響部を含んだ部分の総称である。そして、溶接金属とは溶接部の一部で、溶接中に溶融凝固した金属をいい、熱影響部とは溶接の熱で組織、冶金的性質、機械的性質などが変化を生じた、溶融していない母材の部分をいう(JIS Z 3001-1溶接用語‐第1部:一般)。以下で言及するピット、溶込み不良、ブローホール、溶接割れ、溶接ひずみ等もJIS規定の溶接用語である。
溶接ひずみは、溶接面の位置ずれや溶接熱によりワークが変形した状態であり、ここではワークすなわち接合タイプ外側継手部材の振れとして検出する(図8bの(1)参照)。すなわち、ワークを回転させながら接触式ゲージを当てて振れ測定を行う。電気式ダイヤルゲージを使用して、記録部のコンピュータにインターフェースを介して接続しておくことにより、ダイヤルゲージの読み(測定値)をワークごとにその品番(ワークを識別するために刻印してあり、その意味で品番ともいう。)と対応づけて記録する。また、測定値があらかじめ設定した上限を超えるワークWは不良と判定し、適当な段階でラインから排除する。
等速自在継手は動力伝達系を構成し、その外側継手部材とりわけロングステムタイプは前輪用のドライブシャフトに使用する回転部品である。そのため、カップ部と軸部の心がずれていたり、全体的に曲がっていたりすると、その程度によっては強度や耐久性が低下するばかりでなく車両の操縦安定性に悪影響を与えることも考えられる。したがって、溶接工程においては、接合用端面の位置合わせと、溶接工程における予熱、後熱の管理を十分に行い、溶接変形の発生を抑え、あるいは可及的に減らすようにすることが肝要である。加えて、振れがあらかじめ設定した上限を超える不良ワークは検査によって確実に検出し、ラインから排除する必要がある。
ピットとは、ビードの表面に生じた小さなくぼみ穴をいう(図8bの(2)参照)。レーザ変位計を使用してピットの有無を検出し、ピットを検出した場合、その深さを測定して、ワークごとにその品番と対応づけて記録する。ピットは強度に関係するため、その深さがあらかじめ設定した上限を超えるワークについては不良と判定し、適当な段階でラインから排除する。
溶込み不良とは、完全溶込み溶接継手の場合に溶け込まない部分があることをいう(図8bの(3)参照)。溶込み不良については、内部検査部において、超音波探傷装置を使用し、溶接部の内径側端部を検出することにより溶込み深さを測定し、ワークごとにその品番と関連づけて記録する。溶込み深さがあらかじめ設定した判定基準に達していなければ溶込み不良と判定し、当該ワークは適当な段階でラインから排除する。溶込み不良は未溶接面が存在することを意味し、その場合、溶接部の端部に応力集中が発生して強度上問題となり得るため、不良ワークは確実に排除するのが望ましい。
ブローホールとは、溶着金属中に生じる球状又はほぼ球状の空洞をいう(図8bの(4)参照)。なお、上記ピットが表面に開口した***であるのに対してブローホールは内部の欠陥であり、これらを総称してポロシティと呼ぶこともある。溶接割れとは、溶接部に生じる割れ状の欠陥の総称である(図8bの(4)参照)。溶接中は、空気やシールドガスを巻き込んで発生するブローホールと、溶接熱による膨張収縮により発生する溶接割れが発生する場合がある。
ブローホールや溶接割れといった溶接部の内部欠陥は製品強度の低下を引き起こす原因となる。したがって、溶接工程においては、溶接条件を十分に管理してブローホールや溶接割れの発生を抑えることが肝要である。たとえば、真空チャンバ内で溶接を行う場合、適切な真空度の管理を行えばブローホールは発生しにくい。また、溶接割れについても、予熱及び後熱を行い、溶接熱による急激な膨張、収縮を防ぐことで、その発生を抑制できる。これらの内部欠陥の有無を確認するため、超音波探傷装置により溶接部の全域を検査する。検査結果すなわち内部欠陥の有無、そのエコーレベルデータをワークごとにその品番と対応づけて記録する。ブローホールや溶接割れを検出したワークは適当な段階でラインから排除する。
記録部は、各ワークに関する検査項目や測定値等を含む検査結果を、そのワークの品番と対応づけて記録することができる。
本発明によれば、外側継手部材の表面に現れた溶接に起因する欠陥を検出するための検査を行う表面検査部と、溶接部の内部欠陥の検査をするための内部検査部と、検査結果を記録する記録部とを具備したことにより、等速自在継手の接合タイプ外側継手部材に好適な、インラインで全数検査を行うことのできる効率的な検査装置を提供することができる。そして、この検査装置を利良することにより、接合タイプ外側継手部材の品質保証が可能となり、しかも、トレーサビリティを確保した品質管理を行うことができる。
また、従来の超音波探傷だけでは検出困難な溶接欠陥も検出することができる。さらに、作業者の目視による外観検査や破壊検査などの熟練を要し、かつ、手間のかかる検査を廃止して、リードタイム短縮に貢献することができる。また、破壊検査や抜取検査では、ラインを止めて該当ワークを取り出す必要があり、手間がかかるばかりでなく、すべてのワークについてトレーサビリティを確保することができない。
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~図18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O1と球状内周面46の曲率中心O2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。
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2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、図2(a)に示すように、カップ部12と、軸部(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。
外側継手部材11は、図2(a)に示すように、カップ部12と、軸部(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12を形成するカップ部材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。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を有するもの(特許文献1、2参照)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12a3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12a3は中実軸状である。
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の内径側に浅い凹部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50bを鍛造の過程で成形することで工数が少なくてすみ、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。
軸部13はカップ部12の底から軸方向に延びる中実の軸で、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13を形成する軸部材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は、内径側にくぼみ52が設けてあり、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2及び図5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の直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。
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内径部53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、既述のとおり、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の内径部53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。このせり出した部分を突出面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~図18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。
カップ部材12aは、図3に示すように、バー材切断工程S1cと、鍛造工程S2cと、しごき工程S3cと、旋削工程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。
一方、軸部材13aは、バー材切断工程S1sと、旋削工程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。
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(丸棒)を所定長さに切断し、柱状のビレットを製作する。
鍛造重量に基づいてバー材(丸棒)を所定長さに切断し、柱状の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、筒部と底部と凸部を一体成形する。
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、筒部と底部と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の筒部の内周を仕上げる。
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。旋削工程S4cを経た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。
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。旋削工程S4cを経た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に切断し、柱状の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。
軸部全長に基づいてバー材を所定長さに切断し、柱状の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。
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。スプライン加工を経た中間部品としての軸部材13aに品番を付与して管理する。
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。スプライン加工を経た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、上述のようにして得た中間部品としてのカップ部材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。この溶接工程については後に詳しく述べる。
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。この溶接工程については後に詳しく述べる。
[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。この超音波探傷工程についても後に詳しく述べる。
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。この超音波探傷工程についても後に詳しく述べる。
[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。熱処理により、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。
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。熱処理により、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。
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、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の素形材は、鍛造工程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5cは軸部材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。
その後、旋削工程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して、溶接温度よりも低い温度とする。予熱により入熱量が増え、後述する後熱とあいまって、溶接後の溶接部の冷却速度が遅くなり、その結果、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。ワーク(12a、13a)が1回転する間に、全周にわたって溶接が行われ、環状の溶接部49が形成される。
溶接部49の冷却速度を遅くして焼きが入るのを防止するため後熱を実施する。
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重量%のカップ部材12aと、炭素量0.3~0.55重量%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。
炭素量0.4~0.6重量%のカップ部材12aと、炭素量0.3~0.55重量%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、溶接中のくぼみ52や凹部50b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。
溶接を終えたワークすなわち接合タイプ外側継手部材11は検査装置へ送られる。その検査装置の概略構成を示す図8を参照しつつ各検査工程について述べるならば次のとおりである。なお、検査工程の順番や、各検査工程を担当する検査部の配置は図示例に限らず任意であり、各検査部の具体的な構成も、たとえば回転駆動手段を共用の可否その他の事情に応じて適宜変更することができる。
図8に例示した検査装置80は、ケージで全体的に囲繞してあり、その内部に、冷却部Iと、水切り部IIと、表面検査部IIIと、内部検査部IVが、図8の右から左へ向かって順次配置してある。各部I~IVの付近にはワークWの受け渡しを行うためのロボットハンド90が設置してある。そして、白抜き矢印で示すように、溶接工程を終えたワークWはまず冷却部Iに投入され、すべての検査を終えたワークWは搬出されて次工程に送られる。検査の結果、不良と判定されたワークWはラインから排除され、所定の個所に集められる。
なお、図示は省略したが、検査装置80を構成する接触式ゲージ、レーザ変位計、超音波探傷装置は、インターフェースを介して、ケージの外に設置した制御装置と電気的に接続されている。通常、その制御装置は当該製造ラインの親機に相当する。また、制御装置には記録部が設けてあり、各ワークに関する検査項目や測定値等を含む検査結果を、そのワークの品番と対応づけて記録することができる。また、記録部のデータは操作盤上のディスプレイに表示することができ、検査結果をオンサイトでも確認できるようになっている(図10b、図11c参照)。
冷却部Iは冷却工程を実施するためのステーションである。すなわち、冷却水槽82が設置してあり、溶接後の高温のワークWを冷却水槽82に浸漬して冷却する。通常、搬送や次工程の作業に支障のないように常温程度まで冷却する。
冷却工程を終えたワークは水切り部IIへ送られる。水切り部IIには水切り装置84が設置してあり、冷却水槽82から取り出したワークにエアーを吹き付けることによって余分な水分を飛ばす。
水切り工程を終えたワークは表面検査部IIIへ送られる。表面検査部IIIでは、ワークの面に現れた欠陥すなわち、ワークの振れの測定と、溶接部49のビード表面のピットの検出が行われる。いずれもワークを回転させながらワークの全周にわたり検査や測定を行う必要があることから、ここでは表面検査部III内で同一の回転駆動手段を共用するようにしているが、ピット検出と振れ測定を別々の場所で各別に行う構成とすることも、もちろん可能である。回転駆動手段としては、エンコーダ付きのサーボモータを採用することにより、ワークの回転角度と各測定値を対応させて記録することができるため有利である。
振れ測定は、図8bの(1)及び図9に示すように、接触式ゲージ86aを使用して行う。実施例では、接触式ゲージ18aとして電気式ダイヤルゲージを使用した。ワークWを回転させながら、全周にわたり、振れを測定する。測定値を電子信号として接触式ゲージ86aから記録部へ送り、記録部ではその測定値をワークWの回転と対応づけて記録することにより、360°にわたる振れ線図が得られる。記録部では振れ測定値をワークWごとにその品番と対応づけて記録する。さらに、測定値の最大値をあらかじめ設定した上限値と比較し、最大値が上限値を超えるワークWは不良と判定する。
軸方向の測定位置に関しては、ワークWがロングステムタイプの外側継手部材11であって長尺であることから多点で、少なくともカップ部材12aと軸部材13aのそれぞれについて、振れを測定する。また、図9に示すように、軸部13の両端部に軸受装着面14やブーツ装着面16のようなすでに研削仕上げ済みの面があるときは、これらの面を測定面として利用することができる。
ピットの検出は、図8bの(2)及び図10aに示すように、レーザ変位計86bを使用して行う。たとえば反射型レーザ変位計は、周知のとおり、レーザ光を測定対象物に投光する投光部と、測定対象物で反射されたレーザ光を受ける受光部とを有する。そして、レーザ投光部から照射されたレーザ光が測定対象物に反射されてレーザ受光部で受光され、このレーザ受光部上にスポットを結ぶ。対象物が移動するごとにスポットも移動するので、そのスポットの位置を検出することで、対象物までの変位量を検出する。ここでは、ワークWを回転させながら溶接部49にレーザ光を照射することにより、非接触でピットの有無を検出し、その深さを測定する。
図10bは、深さhが約0.4mmのピットを検出した場合の操作盤のディスプレイ上の画像を例示したもので、同図の横軸が溶接部49のビード幅方向、縦軸が溶接部49の半径方向を表している。レーザ変位計86bによる測定結果は、電子信号としてレーザ変位計86bから記録部へ送り、記録部ではワークを1回転させたときの深さhの最大値を、ワークWごとにその品番と対応づけて記録する。さらに、深さhの測定値を、あらかじめ設定した上限値と比較し、測定値が上限値を超えるワークWは不良と判定する。
振れ測定及びピット検出工程を終えたワークは内部検査部IVへ送られる。内部検査部IVでは、図11に示すように超音波探傷装置を使用して、溶接部49の内部欠陥すなわち、溶接部49の溶込み不良の検出(図8bの(3)参照)と、ブローホール及び溶接割れの検出(図8bの(4)参照)を行う。図11aに二点鎖線で示すように、超音波探傷装置120の探触子147を軸方向に走査させ、探触子147からの入射パルスGに対する反射エコーのエコー高さに基づき、溶込み不良や、ブローホール及び溶接割れを検出する。図11bは、溶接位置1周分のエコーレベルデータ(判定基準)を示し、図11cは、エコーレベルが判定基準に達していない場合の例を示す。この超音波探傷装置120による超音波探傷については後でさらに詳しく述べる。超音波探傷装置120による測定結果は、電子信号として記録部へ送り、記録部では溶込み不良、ブローホール、溶接割れといった欠陥の有無、欠陥を検出したときはその軸方向及び円周方向の位置を、ワークWごとにその品番と対応づけて記録する。さらに、これらの欠陥を検出したワークWは不良と判定する。
なお、検査の前工程である溶接工程において、真空度や溶接の予熱及び後熱条件について監視幅を設け、適切な条件で加工がなされたことを確認し、その事実を検査装置80の記録部に記録する。その際、一連のラインとして加工条件と検査結果をワークの品番と対応づけて記録し、トレーサビリティを確保する。また、ワークの品番には、溶接の種類のほか、母材(カップ部材、軸部材)の識別、溶接位置の確認、非破壊試験要領及び要員の確認、該当する場合には補修位置の確認等々も含めることができる。
図12に、検査結果等の記録とデータのストレージに関する一覧を例示する。「記録内容」欄の○印は該当項目を記録すべきことを表している。すなわち、「項目」欄中、「実行型番番号」はワークの品番を意味し、「設定値」欄に記録する。「検査完了時刻」は実際の時刻を「実測値」欄に記録する。「ピット」については、「設定値」欄に上限と下限を記録し、「実測値」と「判定結果」を記録する。「溶込み不良」欄は、「判定結果」を記録する。「真空度・溶接条件」は、「設定値」に上限と下限を記録し、「実測値」と「判定結果」を記録する。「振れ測定」は、「カップ側」と「ステム側」のそれぞれにつき、「設定値」に上限を記録し、「実測値」と「判定結果」を記録する。「内部欠陥(詳細探傷データ)」は超音波探傷の検査結果として得られた溶接部の内部欠陥すなわちブローホールや溶接割れに関する「設定値」、「実測値」、「判定結果」を記録する。「ストレージ」欄は各項目のデータの記録場所を表している。すなわち、検査に関するすべてのデータは基本的にライン親機の記録部に記録し、超音波探傷の詳細データは超音波探傷装置にも記録を残すようにした例である。
次に、図13~図18を参照して超音波探傷工程について述べる。
ここで、図13及び図14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13は図14のXIII‐XIII矢視図に相当する。図15及び図16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15は図16のXV‐XV矢視図に相当する。
超音波探傷装置120は、図13及び図14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14参照)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はワークWすなわち溶接を終えた外側継手部材11を回転させるためのものである。押圧装置135はワークW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W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14から分かるように、ワークW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W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Wの軸方向(図13の左右方向)及び半径方向(図13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14の平面で見て、ワークW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14の平面内で旋回可能であり、かつ、図13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13、14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13、14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13、14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Wの軸部13の軸端と接触する。
図14の平面で見て、ワークW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W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13及び図14参照)。このとき、ワーク受台123は回転駆動装置125からワークW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W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W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Wを上から押さえる(図15参照)。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15及び図16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Wの軸端を押し、ワークW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W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Wを回転させる。
図16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15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W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W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17a,17b及び図18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15のXVII-XVII矢視図に相当し、図17aは溶接良品を示し、図17bは溶接不良品を示す。図18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W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0~30°、屈折角θ2は0~90°であり、検査対象の位置、形状に応じた角度を適宜選択できる。
すでに述べたとおり、超音波探傷装置120により、溶込み不良の検査(図8bの(3)参照)と、ブローホール及び溶接割れの検査(図8bの(4)参照)を行うが、後者の検査は通常の溶接部の超音波探傷と同様である。したがって、ここでは、主として前者の検査について述べる。
溶接部49の溶込み不良の有無は溶込み深さによって判断する。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49a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W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Wの全周のデータを採取する。溶接位置が公差分ずれることに対応するため、上記探傷位置で、まず、ワークW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18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49a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49a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17a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49a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49aに入射しても、送信パルスGに直角方向の裏波ビード49a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。
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17bに示すように、溶込み不良でビード49a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17a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49a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。
突出面50aの寸法は、図17a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49a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W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19及び図20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18を形成し、この滑り軸受面18に複数の油溝19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21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。
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22及び図23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22aは外側継手部材の一部破断正面図、図22bは図22aのb部拡大図、図22cは図22bの溶接前の状態を示す。図23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。
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。
図22c及び図23に示すように、カップ部材12a1の短軸部12a31に形成された接合用端面501は環状で、内径側には凸部50b1がある。そして、環状の接合用端面501の内径側の径D1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501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出す。このせり出した部分を第一の例と同様に突出面50a1と呼ぶこととする。
カップ部材12a1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501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50b1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。
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。
図24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。
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21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25に、外側継手部材の製造方法の第三の例を示す。
この第三の例は、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工程S8を溶接工程S6の前に組み入れ、カップ部材の熱処理工程S5c、軸部材の熱処理工程S4s、研削工程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こ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21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、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26及び図27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。
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26に示すしゅう動式等速自在継手102はトリポード型等速自在継手(TJ)であって、外側継手部材112と、内側継手部材162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112は、カップ部122と、カップ部122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162は、ローラ27を回転自在に支持する3本の脚軸26を円周方向等間隔に設けたトリポード部材25で構成され、外側継手部材112のカップ部122の内周に収容されている。ローラ27は外側継手部材112と内側継手部材162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。
外側継手部材112は、図27に示すように、カップ部122とロングステム部13とからなる。カップ部122は一端が開口した有底筒状で、内周面312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302が形成されている。ロングステム部13は、カップ部122の底から軸方向に延び、カップ部122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112は、カップ部122となるカップ部材12a2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12a2は、筒状部12a12と底部12a22からなる一体成形品で、筒状部12a12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12a22には短軸部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及び止め輪溝15が形成され、カップ部材12a2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12a2は、筒状部12a12と底部12a22からなる一体成形品で、筒状部12a12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12a22には短軸部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及び止め輪溝15が形成され、カップ部材12a2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12a2の短軸部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502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12a2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。
ここで、カップ部材12a、12a1、12a2接合用端面50、501、502の外径Bや突出面50a、50a1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、12a1、12a2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。
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、12a1、12a2の接合用端面50、501、502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、50a1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。
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、12a1、12a2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、12a1、12a2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、12a1、12a2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、12a1、12a2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、12a1、12a2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、12a1、12a2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、12a1、12a2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、12a1、12a2や軸部材13a、13bを含む。
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。
実施の形態の検査装置80は、トルク伝達要素が転動するトラック溝を内周に形成した有底筒状のカップ部12と、このカップ部12の底から軸方向に延びる軸部13とからなり、カップ部12を形成するカップ部材12a、12a1、12a2と軸部13を形成する軸部材13a、13a1、13a2を溶融溶接した等速自在継手の外側継手部材11、111、112を検査するための装置であって、外側継手部材11、111、112の表面に現れた溶接に起因する欠陥を検出するための検査を行う表面検査部IIIと、溶接部49の内部欠陥の検査をするための内部検査部IVと、上記検査の検査結果を記録する記録部を具備している。この検査装置80を利用することにより、溶融溶接した接合タイプ外側継手部材11、111、112を対象として、インラインで全数検査を効率的に行うことができる。したがって、接合タイプ外側継手部材11、111、112の品質保証が可能となり、しかも、トレーサビリティを確保した品質管理を行うことができる。
溶接もしくは溶融溶接として、たとえば高エネルギー密度ビーム溶接を用いることができ、高エネルギー密度ビーム溶接の代表例としては電子ビーム溶接又はレーザ溶接が挙げられる。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。また、一般に、電子ビーム溶接は真空中で行われるため、溶接部に空洞部が存在したとしても、溶融物の吹き上がりや気泡の発生といった問題も生じにくい。
表面検査部IIIは、接触式ゲージ86aを用いて、ワークW(外側継手部材11、111、112)の振れを測定することを含む。これにより、振れがあらかじめ設定した上限を
超える不良ワークを検出して、確実にラインから排除することができる。
超える不良ワークを検出して、確実にラインから排除することができる。
表面検査部IIIは、レーザ変位計86bを含む。レーザ変位計86bを用いて、溶接部49の表面に現れた欠陥を検出する。そのような欠陥の代表例がピットであり、その深さがあらかじめ設定した上限を超えるワークWについては不良と判定し、確実にラインから排除することができる。
内部検査部IVは、超音波探傷により、溶込み不良、ブローホール、溶接割れといった内部欠陥の少なくとも一つを検出することを含む。溶込み不良は未溶接面が存在することを意味し、その場合、溶接部49の端部に応力集中が発生して強度上問題となり得るところ、内部検査部IVで溶込み不良、ブローホール、溶接割れを検出することにより、そのような不良ワークWを確実に排除することができる。
検査装置80に記録部を設けて、上記各検査の検査結果をワークWごとにその品番と対応づけて記録することにより、トレーサビリティを確保することができる。
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。
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、電子ビーム溶接に限らず、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や溶融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、102 しゅう動式等速自在継手
11、111、112 外側継手部材
12、121、122 カップ部
12a、12a1、12a2 カップ部材
12a1、12a11、12a12 筒状部
12a2、12a21、12a22 底部
12a3、12a31、12a32 短軸部
13 軸部(ロングステム部)
13a、13b 軸部材
16 内側継手部材
41 トルク伝達要素(ボール)
49 溶接部
49a 裏波ビード
80 検査装置
82 冷却水槽
84 水切り装置
86 ダイヤルゲージ(接触式変位計)
88 レーザ変位計
90 ロボットハンド
100 溶接装置
120 超音波探傷装置
I 冷却部
II 水切り部
III 表面検査部
IV 内部検査部
11、111、112 外側継手部材
12、121、122 カップ部
12a、12a1、12a2 カップ部材
12a1、12a11、12a12 筒状部
12a2、12a21、12a22 底部
12a3、12a31、12a32 短軸部
13 軸部(ロングステム部)
13a、13b 軸部材
16 内側継手部材
41 トルク伝達要素(ボール)
49 溶接部
49a 裏波ビード
80 検査装置
82 冷却水槽
84 水切り装置
86 ダイヤルゲージ(接触式変位計)
88 レーザ変位計
90 ロボットハンド
100 溶接装置
120 超音波探傷装置
I 冷却部
II 水切り部
III 表面検査部
IV 内部検査部
Claims (5)
- トルク伝達要素が転動するトラック溝を内周に形成した有底筒状のカップ部と、このカップ部の底から軸方向に延びる軸部とからなり、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た等速自在継手の外側継手部材を検査するための装置であって、外側継手部材の表面に現れた溶接に起因する欠陥を検出するための検査を行う表面検査部と、溶接部の内部欠陥の検査をするための内部検査部と、上記検査の検査結果を記録する記録部とを具備したことを特徴とする等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置。
- 前記表面検査部は、接触式ゲージを用いて、前記外側継手部材の振れを測定することを含むことを特徴とする請求項1に記載した等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置。
- 前記表面検査部は、レーザ変位計を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載した等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置。
- 前記内部検査部は、超音波探傷により、溶込み不良、ブローホール、溶接割れの少なくとも一つを検出することを特徴とする請求項1、2、又は3に記載に記載した等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置。
- 前記記録部は、上記検査の検査結果をワークごとにその品番と対応づけて記録することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載した等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置。
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