等速自在継手の外側継手部材の溶接方法および外側継手部材
【課題】溶接部の品質の向上、追加工程や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を有するロングステムタイプの等速自在継手に好適な外側継手部材の溶接方法および外側継手部材を提供することにある。
【解決手段】トルク伝達要素１９が係合するトラック溝３０を内周に形成したカップ部１２と、カップ部１２の底部に形成された軸部１３とを２つ以上の別部材で構成し、カップ部１２を形成するカップ部材１２ａと軸部１３を形成する軸部材１３ｂとを接合してなる等速自在継手１０の外側継手部材１１の溶接方法において、カップ部材１２ａと軸部材１３ｂは、その端部７２、７３、７４、７５を突合せたとき密閉された中空空洞部４７が形成される形状を備えており、中空空洞部４７が大気圧以下の状態で、カップ部材１２ａと軸部材１３ｂの突合せた端部７２、７３、７４、７５を溶融溶接することを特徴とする。
【解決手段】トルク伝達要素１９が係合するトラック溝３０を内周に形成したカップ部１２と、カップ部１２の底部に形成された軸部１３とを２つ以上の別部材で構成し、カップ部１２を形成するカップ部材１２ａと軸部１３を形成する軸部材１３ｂとを接合してなる等速自在継手１０の外側継手部材１１の溶接方法において、カップ部材１２ａと軸部材１３ｂは、その端部７２、７３、７４、７５を突合せたとき密閉された中空空洞部４７が形成される形状を備えており、中空空洞部４７が大気圧以下の状態で、カップ部材１２ａと軸部材１３ｂの突合せた端部７２、７３、７４、７５を溶融溶接することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、等速自在継手の外側継手部材の溶接方法および外側継手部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や各種産業機械の動力伝達系を構成する等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸をトルク伝達可能に連結すると共に、前記二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達することができる。等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手とに大別され、例えば、自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトにおいては、デフ側（インボード側）に摺動式等速自在継手が使用され、駆動車輪側（アウトボード側）には固定式等速自在継手が使用される。
【０００３】
摺動式又は固定式を問わず、等速自在継手は主要な構成部材として、内周面にトルク伝達要素が係合するトラック溝を形成したカップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びた軸部とを有する外側継手部材を備えている。この外側継手部材は、中実の棒状素材を鍛造加工やしごき加工等の冷間塑性加工、切削、研削加工等の機械加工を施すことによって、カップ部と軸部とを一体成形する場合が多い。
【０００４】
ところで、外側継手部材として、長寸の軸部（ロングステム）を有するものを用いる場合がある。左右のドライブシャフトの長さを等しくするために、片側のドライブシャフトのインボード側外側継手部材をロングステムにし、このロングステムが転がり軸受によって回転支持される。ロングステム部の長さは、車種により異なるが、概ね３００〜４００ｍｍ程度である。この外側継手部材では、軸部が長寸であるために、カップ部と軸部を精度良く一体成形することが困難である。そのため、カップ部を形成するカップ部材と軸部を形成する軸部材を別部材で構成し、両部材を摩擦圧接にて接合するものがある。このような摩擦圧接で接合した継手部材が、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献１の図５に示された等速自在継手の外側継手部材を図１１および図１２に基づいて説明する。外側継手部材５１の中間製品５１’は、カップ部材としての部品５２、パイプ部材としての部品５３およびスタブ部材としての部品５４からなり、摩擦圧接によって接合されている。図１１に示すように、接合部５５、５６は、圧接に伴って内外径にバリが生じる。外側継手部材５１の中間製品５１’の軸部に転がり軸受（図１参照）を装着するために、接合部５５、５６の外径側のバリ５５ａ、５６ａを旋削等の加工により取り除く必要がある。図示は省略するが、中間製品５１’はスプラインや止め輪溝等を機械加工して外側継手部材５１の完成品となる。したがって、外側継手部材５１と中間製品５１’との間に細部の形状に異なるところがあるが、ここでは、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５１と中間製品５１’を同じ部分に符号を付している。以降の説明においても同様とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６４０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した摩擦圧接によって生じた接合部５５、５６のバリ５５ａ、５６ａは、摩擦熱によって焼入れされて高い硬度を有すると共に、径方向と軸方向とに広がる歪んだ形状をしている。したがって、図１２に示すように、外径側のバリ５５ａ、５６ａを旋削加工で除去する際、高い硬度によって旋削チップの摩耗が激しく、また、歪んだ形状によって旋削チップに欠けが生じやすい。そのため、旋削速度を上げることが難しく、旋削チップの１つのパス当たりの切削量が少なくパス数が増大するので、サイクルタイムが長く製造コストが上がるという問題がある。
【０００８】
また、外側継手部材５１の接合部５５、５６の接合状態を検査するために、高速探傷が可能な超音波探傷を行おうとしても、接合部５５、５６の内径側に残るバリ５５ａ、５６ａ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、超音波探傷による全数検査ができないという問題がある。
【０００９】
上記の問題に対して、接合にレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接を行うことによって、摩擦圧接のような接合部表面の盛り上がりを抑えることができるが、図１３に示すようなカップ部材としての部品５２が中実で、パイプ部材としての部品５３が中空で、およびスタブ部材としての部品５４が中実という形状であるので、これらの部品を突き合わせて溶接した場合、溶接中の加工熱により、パイプ部材の中空空洞部５３ａ内の気体圧力が上昇し、溶接終了後は圧力の減少が生じる。この中空空洞部５３ａの内圧の変化により、溶融物の吹き上がりや内径側への引き込みが発生し、溶接部の内外径の表面に凹凸、溶接深さ不良や溶接内部に気泡が生じて溶接状態が悪化する。その結果、溶接部の強度が安定せず、品質に悪影響を及ぼすことになる。この対策として、中空空洞部５３ａに連通する通気穴を設けることが考えられるが、通気穴を設ける工程が追加されるので、製造コストが上がる問題や、通気穴を設ける部位・孔径などによっては製品強度への影響が懸念される。
【００１０】
本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、溶接部の品質の向上、追加工程や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を有するロングステムタイプの等速自在継手に好適な外側継手部材の溶接方法および外側継手部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討した結果、接合部表面の盛り上がりを抑えることができる溶融溶接を採用すると共に、カップ部材と軸部材の両端部を突合せたとき形成される中空空洞部を大気圧以下の状態にして溶接するという新たな着想に至った。
【００１２】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを２つ以上の別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを接合してなる等速自在継手の外側継手部材の溶接方法において、前記カップ部材と前記軸部材は、その端部を突合せたとき密閉された中空空洞部が形成される形状を備えており、前記中空空洞部が大気圧以下の状態で、前記カップ部材と前記軸部材の突合せた端部を溶融溶接することを特徴とする。このような構成により、溶接部の品質の向上、追加工程や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を実現することができる。
【００１３】
具体的には、上記中空空洞部を大気圧以下の状態にする方法として、カップ部材と軸部材の全体を密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより実現することができる。この場合は、大気圧以下に減圧する密閉空間の構成を簡素化することができる。また、別の方法として、カップ部材と軸部材の端部近傍のみを密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより実現することができる。この場合は、密閉空間の容積を減少できるので、真空ポンプのポンプ容量を下げることができ、溶接装置のコンパクト化と共に減圧作業を軽減することができる。
【００１４】
上記の密封空間を大気圧以下に減圧する際、カップ部材と軸部材の端部間に隙間を設けておくことが望ましい。これにより、カップ部材と軸部材とにより形成される中空空洞部の減圧が確実に行える。また、ワークとしてのカップ部材と軸部材の搬入・設置、減圧、溶接の一連の工程を自動化するのに好適である。
【００１５】
上記の溶融溶接をレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接とすることが望ましい。これにより、接合部にバリが生じることがない。接合部の後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、さらには、接合部の超音波探傷による全数検査が確実に実施できる。
【００１６】
上記の溶接前に、カップ部材と軸部材の端部を３００℃〜６５０℃に予熱することが望ましい。これにより、溶接後の冷却速度を遅くすることで焼き割れを防止することができ、溶接した部位の硬度を調整し、良好な溶接状態を得ることができる。
【００１７】
上記の溶接した部位の硬度はＨｖ２００〜５００の範囲が好ましい。Ｈｖ２００未満では製品機能上必要な強度の確保が困難であり望ましくない。一方、Ｈｖ５００を超えると割れが発生する恐れが生じるため、望ましくない。
【００１８】
本発明に係る外側継手部材は、溶接部の品質の向上、追加工程や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を実現することができ、ロングステム部を有する外側継手部材として好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の溶接方法および外側継手部材は、溶接部の品質の向上、追加加工や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を実現することができる。また、本発明に係る外側継手部材は、ロングステム部を有する外側継手部材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る外側継手部材についての第１の実施形態を適用したドライブシャフトの全体構造を示す図である。
【図２】外側継手部材を拡大した部分縦断面図である。
【図３】溶接した外側継手部材を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る溶接方法についての第１の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図５】本発明に係る溶接方法についての第１の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図６】本発明に係る溶接方法についての第２の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図７】本発明に係る溶接方法についての第２の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図８】本発明に係る外側継手部材についての第２の実施形態を使用した等速自在継手を示す部分縦断面図である。
【図９】上記の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図１０】本発明に係る外側継手部材についての第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図１２】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図１３】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の溶接方法についての第１の実施形態を図４および図５に示し、本発明に係る外側継手部材についての第１の実施形態を図１〜図３に示す。はじめに、外側継手部材についての第１の実施形態を図１〜３に基づいて説明し、続いて、外側継手部材の溶接方法についての第１の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施形態の外側継手部材１１が使用されたドライブシャフト１の全体構造を示す図である。ドライブシャフト１は、デフ側（図中右側：以下、インボード側ともいう）に配置される摺動式等速自在継手１０と、駆動車輪側（図中左側：以下、アウトボード側ともいう）に配置される固定式等速自在継手２０と、両等速自在継手１０、２０をトルク伝達可能に連結する中間シャフト２とを主要な構成とする。
【００２４】
図１に示す摺動式等速自在継手１０は、いわゆるトリポード型等速自在継手（ＴＪ）であり、カップ部１２とカップ部１２の底部から軸方向に延びた長寸軸部（ロングステム部）１３とを有する外側継手部材１１と、外側継手部材１１のカップ部１２の内周に収容された内側継手部材１６と、外側継手部材１１と内側継手部材１６との間に配置されたトルク伝達要素としてのローラ１９とを備える。内側継手部材１６は、ローラ１９を回転自在に外嵌した３本の脚軸１８が円周方向等間隔に設けられたトリポード部材１７で構成される。
【００２５】
ロングステム部１３の外周面にはサポートベアリング６の内輪が固定されており、このサポートベアリング６の外輪は、図示しないブラケットを介してトランスミッションケースに固定されている。外側継手部材１１は、サポートベアリング６によって回転自在に支持され、このようなサポートベアリング６を設けておくことにより、運転時等における外側継手部材１１の振れが可及的に防止される。
【００２６】
図１に示す固定式等速自在継手２０は、いわゆるツェッパ型等速自在継手であり、有底筒状のカップ部２１ａとカップ部２１ａの底部から軸方向に延びた軸部２１ｂとを有する外側継手部材２１と、外側継手部材２１のカップ部２１ａの内周に収容された内側継手部材２２と、外側継手部材２１のカップ部２１ａと内側継手部材２２との間に配置されたトルク伝達要素としてのボール２３と、外側継手部材２１のカップ部２１ａの内周面と内側継手部材２２の外周面との間に配され、ボール２３を円周方向等間隔に保持する保持器２４とを備える。なお、固定式等速自在継手２０として、アンダーカットフリー型等速自在継手が用いられる場合もある。
【００２７】
中間シャフト２は、その両端部外径にトルク伝達用のスプライン（セレーションを含む。以下、同じ）３を有する。そして、インボード側のスプライン３を摺動式等速自在継手１０のトリポード部材１７の孔部とスプライン嵌合させることにより、中間シャフト２と摺動式等速自在継手１０のトリポード部材１７とがトルク伝達可能に連結される。また、アウトボード側のスプライン３を固定式等速自在継手２０の内側継手部材２２の孔部とスプライン嵌合させることにより、中間シャフト２と固定式等速自在継手２０の内側継手部材２２とがトルク伝達可能に連結される。この中間シャフト２として、中実タイプを示したが、中空タイプを用いることもできる。
【００２８】
両等速自在継手１０、２０の内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。グリースの外部漏洩や継手外部からの異物侵入を防止するため、摺動式等速自在継手１０の外側継手部材１１と中間シャフト２との間、および固定式等速自在継手２０の外側継手部材２１と中間シャフト２との間には、蛇腹状のブーツ４、５がそれぞれ装着されている。
【００２９】
図２に基づき、第１の実施形態の外側継手部材を説明する。図２は、本実施形態の外側継手部材１１を拡大して示したもので、図２（ａ）は部分縦断面図で、図２（ｂ）はカップ部の横断面図である。外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面の円周方向三等分位置にローラ１９（図１参照）が転動するトラック溝３０が形成された有底筒状のカップ部１２と、カップ部１２の底部から軸方向に延び、カップ部１２と反対側（インボード側）の端部外径にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが設けられたロングステム部１３とからなる。本実施形態では、外側継手部材１１が、カップ部材としての部品１２ａ、パイプ部材としての部品１３ａおよびスタブ部材としての部品１３ｂの３つの部品が接合されたものであって、カップ部材としての部品１２ａ、パイプ部材としての部品１３ａとが破線Ａの位置で接合され、パイプ部材としての部品１３ａとスタブ部材としての部品１３ｂとが破線Ｂの位置で接合されている。ここで、パイプ部材としての部品１３ａとスタブ部材としての部品１３ｂとが軸部材を構成する。カップ部材としての部品１２ａ、パイプ部材としての部品１３ａおよびスタブ部材としての部品１３ｂは、以降の説明ではカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂと簡略化して表現する。
【００３０】
図３に溶接した状態の外側継手部材１１の中間製品１１’の縦断面図を示す。図示は省略するが、中間製品１１’はスプラインや止め輪溝等を機械加工して外側継手部材１１の完成品となる。したがって、外側継手部材１１と中間製品１１’との間に細部の形状に異なるところがあるが、ここでは、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１１と中間製品１１’を同じ部分に符号を付している。以降の説明においても同様とする。前述したように外側継手部材１１の中間製品１１’は、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの３つの部品が破線Ａと破線Ｂの位置で接合されている。図示のように、カップ部品１２ａおよびスタブ部品１３ｂの突合せ端部は、パイプ部品１３ａの内径とほぼ同じ径の凹部２７、２８が形成されている。ここで、パイプ１３ａの内径、凹部２７、２８から形成された空間を密閉された中空空洞部４７という。この接合には溶融溶接の中でも、特にレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接を適用することが好ましい。この実施形態ではレーザ溶接を適用したが、軸方向に圧力を掛けずに接合できるため、その接合部２５、２６は摩擦圧接のような接合部表面の盛り上がり（図１１参照）を抑えることができる。その結果、中間製品１１’の軸部にサポートベアリングを装着するために必要であった接合部２５、２６の外径面の旋削工程の低減もしくは省略が可能となり、製造コストを削減することができる。
【００３１】
本実施形態では、中空空洞部４７への通気孔を有しない構造として接合部２５、２６で溶接されているが、後述する溶接方法により、中空空洞部４７の内圧の変化を抑えられるので、溶融物の吹き上がりや内径側への引き込みや溶接不良を防止することができ、良好な溶接状態を得ることができる。かつ、接合部表面の盛り上がりが抑えられ、接合部の超音波探傷による全数検査が確実に実施できるので、安定した品質を実現することができる。
【００３２】
次に、本発明に係る外側継手部材の溶接方法についての第１の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。図４および図５は本実施形態の溶接方法を実施する溶接装置を示す概要図である。図４は溶接前の状態を示し、図５は溶接している状態を示す。図４に示すように溶接装置６０は、溶接ヘッド６１、回転装置６２、チャック６３、センター穴ガイド６４、テールストック６５、ワーク受け台６６、芯出し治具６７、ケース６８および真空ポンプ６９を主な構成とする。
【００３３】
溶接装置６０内のワーク受け台６６には、ワークであるカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂが載置される。溶接装置６０の一端にあるチャック６３および芯出し治具６７は回転装置６２に連結されており、芯出し治具６７によりカップ部品１２ａをセンタリングした状態でチャック６３によりカップ部品１２ａを掴み、回転運動を与える。装置６０の他端にあるテールストック６５にセンター穴ガイド６４が一体に取り付けられ、両者は軸方向（図４の左右方向）に進退可能に構成されている。センター穴ガイド６４にはスタブ部品１３ｂのセンター穴がセットされ、センタリングされる。溶接装置６０のケース６８には真空ポンプ６９が接続されている。本明細書において、密閉空間とは、ケース６８により形成される空間７１を意味する。本実施形態では、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの全体が密閉空間７１に収容されている。カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５に対応する位置に溶接ヘッド６１が設けられている。溶接ヘッド６１はワークに対して所定位置まで接近可能に構成されている。
【００３４】
次に、上記のように構成された溶接装置６０の作動と共に本実施形態の溶接方法を説明する。ワークであるカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂは、溶接装置６０と別の場所にストックされている。各ワークを、例えば、ロボットにより取り出し、図４に示す大気に開放された溶接装置６０のケース６８内に搬送し、ワーク受け台６６の所定位置にセットする。この時点では、センター穴ガイド６４およびテールストック６５は、図の右側に後退しており、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５の間には隙間が設けられている。その後、ケース６８の扉（図示省略）が閉まり、真空ポンプ６９を起動してケース６８内に形成される密閉空間７１を減圧する。
【００３５】
密閉空間７０が所定の圧力に減圧されたら、図５に示すように、センター穴ガイド６４およびテールストック６５が左側に前進し、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの各端部７２、７３、７４、７５の隙間がなくなる。これにより、カップ部品１２ａは芯出し治具６７によりセンタリングされてチャック６３で固定され、スタブ部品１３ｂはセンター穴ガイド６４により支持され、また、カップ部品１２ａ、スタブ部品１３ｂ間に挟まれたパイプ部品１３ａはセンタリング状態で固定される。この後、ワーク受け台６６がワークから離れる。このときのワーク受け台６６とワークとの間隔は微小なものでよいので、図５では、上記間隔は図示を省略する。もちろん、ワーク受け台６６を下方に大きく退避する構造にすることも可能である。
【００３６】
その後、図示は省略するが、溶接ヘッド６１が所定位置までワークに接近し、ワークを回転させて、予熱を開始する。予熱条件は、溶接条件とは異なり、溶接ヘッド６１をワークに接近させてスポット径を大きくすることにより、溶接温度よりも低い温度とする。予熱することにより、溶接後の冷却速度を遅くすることで焼き割れを防止することができる。所定の予熱時間に達したら、溶接ヘッド６１が所定の位置に後退し、溶接が開始される。溶接が終了すると、溶接ヘッド６１が退避し、ワークの回転が停止する。この溶接が終了した状態の外側継手部材１１の中間製品１１’が図３に示すものである。
【００３７】
その後、図示は省略するが、ケース６８の扉を開き大気に開放する。そして、ワーク受け台６６が上昇し、ワークを支持した状態で、センター穴ガイド６４およびテールストック６５が右側に後退し、チャック６３を開放する。その後、例えば、ロボットがワークを掴み、溶接装置６０から外し、冷却ストッカに整列させる。その後、外側継手部材１１の中間製品１１’は、超音波探傷を行い、後工程としての旋削工程へと進む。本実施形態では、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの全体が密閉空間７１に収容されている形態であるので、ケース６８内の密閉空間７１の構成を簡素化することができる。
【００３８】
具体的には、炭素量が０．４〜０．６％のカップ部品１２ａ、炭素量が０．１〜０．５％のパイプ部品１３ａおよび炭素量が０．４〜０．６％のスタブ部品１３ｂを用いて、前述した溶接装置６０で、ケース６８内の密閉空間７１の圧力を６．７Ｐａに設定して溶接した。溶接後の急冷を防止し溶接部硬度の高硬度化を抑制するために、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの各端部が３００〜６５０℃になるよう予熱により均熱化した後、出力５ｋＷのファイバレーザを用いて溶接を行った。この結果、図３に示す中間製品１１’の軸部へのベアリング６の組込みに影響のない溶接表面の盛り上がり高さＨが０．５ｍｍ以下の溶接部が得られた。また、予熱による均熱化よって溶接完了後の溶接部硬度をＨｖ２００〜５００の範囲内に抑えることができ、溶接強度が高く、かつ安定した溶接状態、品質を得ることができた。さらに、通気孔を有しない密閉された中空空洞部４７の構造で接合部２５、２６が溶接されているが、溶接装置６０の密閉空間７１を大気圧以下にして溶接することにより、溶接中の中空空洞部４７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。
【００３９】
本発明に係る外側継手部材の溶接方法についての第２の実施形態を図６および図７に基づいて説明する。第２の実施形態の溶接方法は、第１の実施形態の溶接方法に対して、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５の近傍のみを密閉空間７１内に収容した構成が異なる。第１の実施形態の溶接方法を実施する溶接装置と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、重複説明を省略する。
【００４０】
第１の実施形態の溶接方法を実施する溶接装置と同様に、図６は溶接前の状態を示し、図７は溶接している状態を示す。第２の実施形態の溶接方法を実施する溶接装置６０では、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの全体をケース６８内の密閉空間７１に収容するのではなく、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５の近傍のみを密閉空間７１内に収容したものである。実際の設計では、図示のように、ケース６８は、カップ部品１２ａの外周面の途中部位からスタブ部品１３ｂの外周面の途中部位までを覆うように構成されている。図示は省略するが、ケース６８は、上側ケース６８ａと下側ケース６８ｂの分割構造になっており、上側ケース６８ａは上方に移動可能となっている。上側ケース６８ａを上方に移動させ、下側ケース６８ｂと上側ケース６８ａとの開口部からワークであるカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂを搬入・搬出することができる。下側ケース６８ｂにはワーク受け台６６が嵌合する開口およびカップ部品１２ａ、スタブ部品１３ｂの各外周面が嵌合する凹部が設けられており、それぞれの嵌合部分がシール装置７０により密封される。上側ケース６８ａにはカップ部品１２ａ、スタブ部品１３ｂの各外周面が嵌合する凹部が設けられており、同様に嵌合部分がシール装置７０により密封される。したがって、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂをワーク受け台６６にセットした後、上側ケース６８ａを下降させて下側ケース６８ｂに合わせると、上下のケース６８ａ、６８ｂ内に密閉空間７１が形成される。
【００４１】
上記の構成のため、本実施形態の溶接方法を実施する溶接装置６０では、真空ポンプ６９のポンプ容量を下げることができ、かつ減圧作業が軽減される。本実施形態の溶接方法および溶接装置６０の動作については、前述した第１の実施形態の溶接方法および溶接装置と同様であるので、説明を省略する。
【００４２】
次に、本発明に係る外側継手部材についての第２の実施形態を図８および図９に基づいて説明する。本実施形態では、外側継手部材についての第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、重複説明を省略する。
【００４３】
図８に示す摺動式等速自在継手１０は、ダブルオフセット型等速自在継手(ＤＯＪ)である。この等速自在継手１０は、カップ部１２とカップ部１２の底部から軸方向に延びたロングステム部１３とを有する外側継手部材１１と、外側継手部材１１のカップ部１２の内周に収容された内側継手部材１６と、外側継手部材１１と内側継手部材１６のトラック溝３０、４０との間に配置されたトルク伝達要素としてのボール４１と、外側継手部材１１の筒状内周面４２と内側継手部材１６の球状外周面４３とに、それぞれ嵌合する球状外周面４５、球状内周面４６を有し、ボール４１を保持する保持器４４とを備える。保持器４４の球状外周面４５の曲率中心Ｏ1と球状内周面４６の曲率中心Ｏ2は、継手中心Ｏに対して、軸方向に反対側にオフセットされている。
【００４４】
外側継手部材についての第１の実施形態と同様に、ロングステム部１３の外周面にはサポートベアリング６の内輪が固定され、このサポートベアリング６の外輪は、図示しないブラケットを介してトランスミッションケースに固定されている。外側継手部材１１は、サポートベアリング６によって回転自在に支持され、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。
【００４５】
図９に、外側継手部材１１の部分縦断面を示す。図示したように、外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面４２にボール４１（図８参照）が配置される６本、又は８本のトラック溝３０が形成された有底筒状のカップ部１２と、カップ部１２の底部から軸方向に延び、カップ部１２と反対側（インボード側）の端部外径にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが設けられたロングステム部１３とからなる。第１の実施形態と同様に、外側継手部材１１は、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの３つの部品が溶接されたものであって、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａとが破線Ａの位置で溶接され、パイプ部品１３ａとスタブ部品１３ｂとが破線Ｂの位置で溶接されている。図示は省略するが、本実施形態でも通気孔を有しない密閉された中空空洞部が形成されている。外側継手部材についての第１の実施形態における溶接方法に関する内容は、本実施形態でも同じであるので、重複説明を省略する。
【００４６】
本発明に係る外側継手部材についての第３の実施形態を図１０に基づいて説明する。本実施形態においても、外側継手部材についての第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、重複説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の外側継手部材１１の中間製品１１’は、第１の実施形態の外側継手部材１１の中間製品１１’に対して、カップ部品１２ａと、パイプ部１３ａを一体に有するスタブ部品１３ｂの２つの部品で構成された点が異なる。本実施形態ではスタブ部品１３ｂが軸部材を構成する。本実施形態も、通気孔を有しない密閉された中空空洞部４７が形成された構造となっている。スタブ部品１３ｂは、例えば、鍛造加工によりパイプ部１３ａと一体で形成される。溶接部２５が１箇所であるので溶接工程が軽減される。本実施形態の外側継手部材１１の場合は、前述した溶接装置６０の溶接ヘッド６１が１つになり、また、ワーク受け台６６の個数も削減されるので、装置のコスト低減にもなる。その他の構成は、第１の実施形態の外側継手部材と同様である。また、第１の実施形態における溶接方法に関する内容は、本実施形態でも同様であるので、重複説明を省略する。
【００４８】
以上の実施形態では、溶融溶接としてレーザ溶接を適用したものを示したが、電子ビーム溶接でも同様に適用することができる。要は、溶接方法として、軸方向に圧力を掛けずに接合できるもので、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できるものであれば良い。その結果、サポートベアリングを装着するために必要であった接合部の外径面の旋削工程の低減もしくは省略が可能となり、製造コストを削減することができる。かつ、接合部表面の盛り上がりが抑えられ、接合部の超音波探傷による全数検査が確実に実施できるので、安定した品質を実現することができる。
【００４９】
また、本発明に係る溶接方法を実施する溶接装置６０のケース６８は、密封空間７１を形成でき、大気圧以下に減圧できる構造であればよく、ケース６８の分割構造やシール装置も含めて適宜の形態とすることができる。
【００５０】
以上の外側継手部材についての実施形態では、摺動式等速自在継手１０としてのトリポード型等速自在継手、ダブルオフセット型等速自在継手に適用した場合について説明したが、本発明は、クロスグルーブ型等速自在継手等、他の摺動式等速自在継手の外側継手部材、さらには固定式等速自在継手の外側継手部材にも適用することができる。また、以上では、ドライブシャフトを構成する等速自在継手の外側継手部材に本発明を適用しているが、本発明は、プロペラシャフトを構成する等速自在継手の外側継手部材にも適用することができる。
【００５１】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００５２】
１ ドライブシャフト
２ 中間シャフト
３ スプライン
４ ブーツ
５ ブーツ
６ サポートベアリング
１０ 摺動式等速自在継手
１１ 外側継手部材
１２ カップ部
１２ａ カップ部品
１３ 長寸軸部
１３ａ パイプ部品
１３ｂ スタブ部品
１６ 内側継手部材
１７ トリポード部材
１９ トルク伝達要素（ローラ）
２０ 固定式等速自在継手
２１ 外側継手部材
２２ 内側継手部材
２３ トルク伝達要素（ボール）
２４ 保持器
２５ 接合部
２６ 接合部
３０ トラック溝
４０ トラック溝
４１ トルク伝達要素（ボール）
４７ 中空空洞部
６０ 溶接装置
７１ 密閉空間
７２ 端部
７３ 端部
７４ 端部
７５ 端部
Ａ 接合面
Ｂ 接合面
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
【技術分野】
【０００１】
この発明は、等速自在継手の外側継手部材の溶接方法および外側継手部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や各種産業機械の動力伝達系を構成する等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸をトルク伝達可能に連結すると共に、前記二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達することができる。等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手とに大別され、例えば、自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトにおいては、デフ側（インボード側）に摺動式等速自在継手が使用され、駆動車輪側（アウトボード側）には固定式等速自在継手が使用される。
【０００３】
摺動式又は固定式を問わず、等速自在継手は主要な構成部材として、内周面にトルク伝達要素が係合するトラック溝を形成したカップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びた軸部とを有する外側継手部材を備えている。この外側継手部材は、中実の棒状素材を鍛造加工やしごき加工等の冷間塑性加工、切削、研削加工等の機械加工を施すことによって、カップ部と軸部とを一体成形する場合が多い。
【０００４】
ところで、外側継手部材として、長寸の軸部（ロングステム）を有するものを用いる場合がある。左右のドライブシャフトの長さを等しくするために、片側のドライブシャフトのインボード側外側継手部材をロングステムにし、このロングステムが転がり軸受によって回転支持される。ロングステム部の長さは、車種により異なるが、概ね３００〜４００ｍｍ程度である。この外側継手部材では、軸部が長寸であるために、カップ部と軸部を精度良く一体成形することが困難である。そのため、カップ部を形成するカップ部材と軸部を形成する軸部材を別部材で構成し、両部材を摩擦圧接にて接合するものがある。このような摩擦圧接で接合した継手部材が、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献１の図５に示された等速自在継手の外側継手部材を図１１および図１２に基づいて説明する。外側継手部材５１の中間製品５１’は、カップ部材としての部品５２、パイプ部材としての部品５３およびスタブ部材としての部品５４からなり、摩擦圧接によって接合されている。図１１に示すように、接合部５５、５６は、圧接に伴って内外径にバリが生じる。外側継手部材５１の中間製品５１’の軸部に転がり軸受（図１参照）を装着するために、接合部５５、５６の外径側のバリ５５ａ、５６ａを旋削等の加工により取り除く必要がある。図示は省略するが、中間製品５１’はスプラインや止め輪溝等を機械加工して外側継手部材５１の完成品となる。したがって、外側継手部材５１と中間製品５１’との間に細部の形状に異なるところがあるが、ここでは、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５１と中間製品５１’を同じ部分に符号を付している。以降の説明においても同様とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６４０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した摩擦圧接によって生じた接合部５５、５６のバリ５５ａ、５６ａは、摩擦熱によって焼入れされて高い硬度を有すると共に、径方向と軸方向とに広がる歪んだ形状をしている。したがって、図１２に示すように、外径側のバリ５５ａ、５６ａを旋削加工で除去する際、高い硬度によって旋削チップの摩耗が激しく、また、歪んだ形状によって旋削チップに欠けが生じやすい。そのため、旋削速度を上げることが難しく、旋削チップの１つのパス当たりの切削量が少なくパス数が増大するので、サイクルタイムが長く製造コストが上がるという問題がある。
【０００８】
また、外側継手部材５１の接合部５５、５６の接合状態を検査するために、高速探傷が可能な超音波探傷を行おうとしても、接合部５５、５６の内径側に残るバリ５５ａ、５６ａ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、超音波探傷による全数検査ができないという問題がある。
【０００９】
上記の問題に対して、接合にレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接を行うことによって、摩擦圧接のような接合部表面の盛り上がりを抑えることができるが、図１３に示すようなカップ部材としての部品５２が中実で、パイプ部材としての部品５３が中空で、およびスタブ部材としての部品５４が中実という形状であるので、これらの部品を突き合わせて溶接した場合、溶接中の加工熱により、パイプ部材の中空空洞部５３ａ内の気体圧力が上昇し、溶接終了後は圧力の減少が生じる。この中空空洞部５３ａの内圧の変化により、溶融物の吹き上がりや内径側への引き込みが発生し、溶接部の内外径の表面に凹凸、溶接深さ不良や溶接内部に気泡が生じて溶接状態が悪化する。その結果、溶接部の強度が安定せず、品質に悪影響を及ぼすことになる。この対策として、中空空洞部５３ａに連通する通気穴を設けることが考えられるが、通気穴を設ける工程が追加されるので、製造コストが上がる問題や、通気穴を設ける部位・孔径などによっては製品強度への影響が懸念される。
【００１０】
本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、溶接部の品質の向上、追加工程や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を有するロングステムタイプの等速自在継手に好適な外側継手部材の溶接方法および外側継手部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討した結果、接合部表面の盛り上がりを抑えることができる溶融溶接を採用すると共に、カップ部材と軸部材の両端部を突合せたとき形成される中空空洞部を大気圧以下の状態にして溶接するという新たな着想に至った。
【００１２】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを２つ以上の別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを接合してなる等速自在継手の外側継手部材の溶接方法において、前記カップ部材と前記軸部材は、その端部を突合せたとき密閉された中空空洞部が形成される形状を備えており、前記中空空洞部が大気圧以下の状態で、前記カップ部材と前記軸部材の突合せた端部を溶融溶接することを特徴とする。このような構成により、溶接部の品質の向上、追加工程や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を実現することができる。
【００１３】
具体的には、上記中空空洞部を大気圧以下の状態にする方法として、カップ部材と軸部材の全体を密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより実現することができる。この場合は、大気圧以下に減圧する密閉空間の構成を簡素化することができる。また、別の方法として、カップ部材と軸部材の端部近傍のみを密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより実現することができる。この場合は、密閉空間の容積を減少できるので、真空ポンプのポンプ容量を下げることができ、溶接装置のコンパクト化と共に減圧作業を軽減することができる。
【００１４】
上記の密封空間を大気圧以下に減圧する際、カップ部材と軸部材の端部間に隙間を設けておくことが望ましい。これにより、カップ部材と軸部材とにより形成される中空空洞部の減圧が確実に行える。また、ワークとしてのカップ部材と軸部材の搬入・設置、減圧、溶接の一連の工程を自動化するのに好適である。
【００１５】
上記の溶融溶接をレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接とすることが望ましい。これにより、接合部にバリが生じることがない。接合部の後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、さらには、接合部の超音波探傷による全数検査が確実に実施できる。
【００１６】
上記の溶接前に、カップ部材と軸部材の端部を３００℃〜６５０℃に予熱することが望ましい。これにより、溶接後の冷却速度を遅くすることで焼き割れを防止することができ、溶接した部位の硬度を調整し、良好な溶接状態を得ることができる。
【００１７】
上記の溶接した部位の硬度はＨｖ２００〜５００の範囲が好ましい。Ｈｖ２００未満では製品機能上必要な強度の確保が困難であり望ましくない。一方、Ｈｖ５００を超えると割れが発生する恐れが生じるため、望ましくない。
【００１８】
本発明に係る外側継手部材は、溶接部の品質の向上、追加工程や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を実現することができ、ロングステム部を有する外側継手部材として好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の溶接方法および外側継手部材は、溶接部の品質の向上、追加加工や後加工の省略あるいは削減による製造コスト削減、かつ溶接部の確実な検査による安定した品質を実現することができる。また、本発明に係る外側継手部材は、ロングステム部を有する外側継手部材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る外側継手部材についての第１の実施形態を適用したドライブシャフトの全体構造を示す図である。
【図２】外側継手部材を拡大した部分縦断面図である。
【図３】溶接した外側継手部材を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る溶接方法についての第１の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図５】本発明に係る溶接方法についての第１の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図６】本発明に係る溶接方法についての第２の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図７】本発明に係る溶接方法についての第２の実施形態を実施する溶接装置を示す概要図である。
【図８】本発明に係る外側継手部材についての第２の実施形態を使用した等速自在継手を示す部分縦断面図である。
【図９】上記の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図１０】本発明に係る外側継手部材についての第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図１２】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図１３】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の溶接方法についての第１の実施形態を図４および図５に示し、本発明に係る外側継手部材についての第１の実施形態を図１〜図３に示す。はじめに、外側継手部材についての第１の実施形態を図１〜３に基づいて説明し、続いて、外側継手部材の溶接方法についての第１の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施形態の外側継手部材１１が使用されたドライブシャフト１の全体構造を示す図である。ドライブシャフト１は、デフ側（図中右側：以下、インボード側ともいう）に配置される摺動式等速自在継手１０と、駆動車輪側（図中左側：以下、アウトボード側ともいう）に配置される固定式等速自在継手２０と、両等速自在継手１０、２０をトルク伝達可能に連結する中間シャフト２とを主要な構成とする。
【００２４】
図１に示す摺動式等速自在継手１０は、いわゆるトリポード型等速自在継手（ＴＪ）であり、カップ部１２とカップ部１２の底部から軸方向に延びた長寸軸部（ロングステム部）１３とを有する外側継手部材１１と、外側継手部材１１のカップ部１２の内周に収容された内側継手部材１６と、外側継手部材１１と内側継手部材１６との間に配置されたトルク伝達要素としてのローラ１９とを備える。内側継手部材１６は、ローラ１９を回転自在に外嵌した３本の脚軸１８が円周方向等間隔に設けられたトリポード部材１７で構成される。
【００２５】
ロングステム部１３の外周面にはサポートベアリング６の内輪が固定されており、このサポートベアリング６の外輪は、図示しないブラケットを介してトランスミッションケースに固定されている。外側継手部材１１は、サポートベアリング６によって回転自在に支持され、このようなサポートベアリング６を設けておくことにより、運転時等における外側継手部材１１の振れが可及的に防止される。
【００２６】
図１に示す固定式等速自在継手２０は、いわゆるツェッパ型等速自在継手であり、有底筒状のカップ部２１ａとカップ部２１ａの底部から軸方向に延びた軸部２１ｂとを有する外側継手部材２１と、外側継手部材２１のカップ部２１ａの内周に収容された内側継手部材２２と、外側継手部材２１のカップ部２１ａと内側継手部材２２との間に配置されたトルク伝達要素としてのボール２３と、外側継手部材２１のカップ部２１ａの内周面と内側継手部材２２の外周面との間に配され、ボール２３を円周方向等間隔に保持する保持器２４とを備える。なお、固定式等速自在継手２０として、アンダーカットフリー型等速自在継手が用いられる場合もある。
【００２７】
中間シャフト２は、その両端部外径にトルク伝達用のスプライン（セレーションを含む。以下、同じ）３を有する。そして、インボード側のスプライン３を摺動式等速自在継手１０のトリポード部材１７の孔部とスプライン嵌合させることにより、中間シャフト２と摺動式等速自在継手１０のトリポード部材１７とがトルク伝達可能に連結される。また、アウトボード側のスプライン３を固定式等速自在継手２０の内側継手部材２２の孔部とスプライン嵌合させることにより、中間シャフト２と固定式等速自在継手２０の内側継手部材２２とがトルク伝達可能に連結される。この中間シャフト２として、中実タイプを示したが、中空タイプを用いることもできる。
【００２８】
両等速自在継手１０、２０の内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。グリースの外部漏洩や継手外部からの異物侵入を防止するため、摺動式等速自在継手１０の外側継手部材１１と中間シャフト２との間、および固定式等速自在継手２０の外側継手部材２１と中間シャフト２との間には、蛇腹状のブーツ４、５がそれぞれ装着されている。
【００２９】
図２に基づき、第１の実施形態の外側継手部材を説明する。図２は、本実施形態の外側継手部材１１を拡大して示したもので、図２（ａ）は部分縦断面図で、図２（ｂ）はカップ部の横断面図である。外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面の円周方向三等分位置にローラ１９（図１参照）が転動するトラック溝３０が形成された有底筒状のカップ部１２と、カップ部１２の底部から軸方向に延び、カップ部１２と反対側（インボード側）の端部外径にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが設けられたロングステム部１３とからなる。本実施形態では、外側継手部材１１が、カップ部材としての部品１２ａ、パイプ部材としての部品１３ａおよびスタブ部材としての部品１３ｂの３つの部品が接合されたものであって、カップ部材としての部品１２ａ、パイプ部材としての部品１３ａとが破線Ａの位置で接合され、パイプ部材としての部品１３ａとスタブ部材としての部品１３ｂとが破線Ｂの位置で接合されている。ここで、パイプ部材としての部品１３ａとスタブ部材としての部品１３ｂとが軸部材を構成する。カップ部材としての部品１２ａ、パイプ部材としての部品１３ａおよびスタブ部材としての部品１３ｂは、以降の説明ではカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂと簡略化して表現する。
【００３０】
図３に溶接した状態の外側継手部材１１の中間製品１１’の縦断面図を示す。図示は省略するが、中間製品１１’はスプラインや止め輪溝等を機械加工して外側継手部材１１の完成品となる。したがって、外側継手部材１１と中間製品１１’との間に細部の形状に異なるところがあるが、ここでは、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１１と中間製品１１’を同じ部分に符号を付している。以降の説明においても同様とする。前述したように外側継手部材１１の中間製品１１’は、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの３つの部品が破線Ａと破線Ｂの位置で接合されている。図示のように、カップ部品１２ａおよびスタブ部品１３ｂの突合せ端部は、パイプ部品１３ａの内径とほぼ同じ径の凹部２７、２８が形成されている。ここで、パイプ１３ａの内径、凹部２７、２８から形成された空間を密閉された中空空洞部４７という。この接合には溶融溶接の中でも、特にレーザ溶接あるいは電子ビーム溶接を適用することが好ましい。この実施形態ではレーザ溶接を適用したが、軸方向に圧力を掛けずに接合できるため、その接合部２５、２６は摩擦圧接のような接合部表面の盛り上がり（図１１参照）を抑えることができる。その結果、中間製品１１’の軸部にサポートベアリングを装着するために必要であった接合部２５、２６の外径面の旋削工程の低減もしくは省略が可能となり、製造コストを削減することができる。
【００３１】
本実施形態では、中空空洞部４７への通気孔を有しない構造として接合部２５、２６で溶接されているが、後述する溶接方法により、中空空洞部４７の内圧の変化を抑えられるので、溶融物の吹き上がりや内径側への引き込みや溶接不良を防止することができ、良好な溶接状態を得ることができる。かつ、接合部表面の盛り上がりが抑えられ、接合部の超音波探傷による全数検査が確実に実施できるので、安定した品質を実現することができる。
【００３２】
次に、本発明に係る外側継手部材の溶接方法についての第１の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。図４および図５は本実施形態の溶接方法を実施する溶接装置を示す概要図である。図４は溶接前の状態を示し、図５は溶接している状態を示す。図４に示すように溶接装置６０は、溶接ヘッド６１、回転装置６２、チャック６３、センター穴ガイド６４、テールストック６５、ワーク受け台６６、芯出し治具６７、ケース６８および真空ポンプ６９を主な構成とする。
【００３３】
溶接装置６０内のワーク受け台６６には、ワークであるカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂが載置される。溶接装置６０の一端にあるチャック６３および芯出し治具６７は回転装置６２に連結されており、芯出し治具６７によりカップ部品１２ａをセンタリングした状態でチャック６３によりカップ部品１２ａを掴み、回転運動を与える。装置６０の他端にあるテールストック６５にセンター穴ガイド６４が一体に取り付けられ、両者は軸方向（図４の左右方向）に進退可能に構成されている。センター穴ガイド６４にはスタブ部品１３ｂのセンター穴がセットされ、センタリングされる。溶接装置６０のケース６８には真空ポンプ６９が接続されている。本明細書において、密閉空間とは、ケース６８により形成される空間７１を意味する。本実施形態では、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの全体が密閉空間７１に収容されている。カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５に対応する位置に溶接ヘッド６１が設けられている。溶接ヘッド６１はワークに対して所定位置まで接近可能に構成されている。
【００３４】
次に、上記のように構成された溶接装置６０の作動と共に本実施形態の溶接方法を説明する。ワークであるカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂは、溶接装置６０と別の場所にストックされている。各ワークを、例えば、ロボットにより取り出し、図４に示す大気に開放された溶接装置６０のケース６８内に搬送し、ワーク受け台６６の所定位置にセットする。この時点では、センター穴ガイド６４およびテールストック６５は、図の右側に後退しており、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５の間には隙間が設けられている。その後、ケース６８の扉（図示省略）が閉まり、真空ポンプ６９を起動してケース６８内に形成される密閉空間７１を減圧する。
【００３５】
密閉空間７０が所定の圧力に減圧されたら、図５に示すように、センター穴ガイド６４およびテールストック６５が左側に前進し、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの各端部７２、７３、７４、７５の隙間がなくなる。これにより、カップ部品１２ａは芯出し治具６７によりセンタリングされてチャック６３で固定され、スタブ部品１３ｂはセンター穴ガイド６４により支持され、また、カップ部品１２ａ、スタブ部品１３ｂ間に挟まれたパイプ部品１３ａはセンタリング状態で固定される。この後、ワーク受け台６６がワークから離れる。このときのワーク受け台６６とワークとの間隔は微小なものでよいので、図５では、上記間隔は図示を省略する。もちろん、ワーク受け台６６を下方に大きく退避する構造にすることも可能である。
【００３６】
その後、図示は省略するが、溶接ヘッド６１が所定位置までワークに接近し、ワークを回転させて、予熱を開始する。予熱条件は、溶接条件とは異なり、溶接ヘッド６１をワークに接近させてスポット径を大きくすることにより、溶接温度よりも低い温度とする。予熱することにより、溶接後の冷却速度を遅くすることで焼き割れを防止することができる。所定の予熱時間に達したら、溶接ヘッド６１が所定の位置に後退し、溶接が開始される。溶接が終了すると、溶接ヘッド６１が退避し、ワークの回転が停止する。この溶接が終了した状態の外側継手部材１１の中間製品１１’が図３に示すものである。
【００３７】
その後、図示は省略するが、ケース６８の扉を開き大気に開放する。そして、ワーク受け台６６が上昇し、ワークを支持した状態で、センター穴ガイド６４およびテールストック６５が右側に後退し、チャック６３を開放する。その後、例えば、ロボットがワークを掴み、溶接装置６０から外し、冷却ストッカに整列させる。その後、外側継手部材１１の中間製品１１’は、超音波探傷を行い、後工程としての旋削工程へと進む。本実施形態では、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの全体が密閉空間７１に収容されている形態であるので、ケース６８内の密閉空間７１の構成を簡素化することができる。
【００３８】
具体的には、炭素量が０．４〜０．６％のカップ部品１２ａ、炭素量が０．１〜０．５％のパイプ部品１３ａおよび炭素量が０．４〜０．６％のスタブ部品１３ｂを用いて、前述した溶接装置６０で、ケース６８内の密閉空間７１の圧力を６．７Ｐａに設定して溶接した。溶接後の急冷を防止し溶接部硬度の高硬度化を抑制するために、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの各端部が３００〜６５０℃になるよう予熱により均熱化した後、出力５ｋＷのファイバレーザを用いて溶接を行った。この結果、図３に示す中間製品１１’の軸部へのベアリング６の組込みに影響のない溶接表面の盛り上がり高さＨが０．５ｍｍ以下の溶接部が得られた。また、予熱による均熱化よって溶接完了後の溶接部硬度をＨｖ２００〜５００の範囲内に抑えることができ、溶接強度が高く、かつ安定した溶接状態、品質を得ることができた。さらに、通気孔を有しない密閉された中空空洞部４７の構造で接合部２５、２６が溶接されているが、溶接装置６０の密閉空間７１を大気圧以下にして溶接することにより、溶接中の中空空洞部４７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。
【００３９】
本発明に係る外側継手部材の溶接方法についての第２の実施形態を図６および図７に基づいて説明する。第２の実施形態の溶接方法は、第１の実施形態の溶接方法に対して、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５の近傍のみを密閉空間７１内に収容した構成が異なる。第１の実施形態の溶接方法を実施する溶接装置と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、重複説明を省略する。
【００４０】
第１の実施形態の溶接方法を実施する溶接装置と同様に、図６は溶接前の状態を示し、図７は溶接している状態を示す。第２の実施形態の溶接方法を実施する溶接装置６０では、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの全体をケース６８内の密閉空間７１に収容するのではなく、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂの端部７２、７３、７４、７５の近傍のみを密閉空間７１内に収容したものである。実際の設計では、図示のように、ケース６８は、カップ部品１２ａの外周面の途中部位からスタブ部品１３ｂの外周面の途中部位までを覆うように構成されている。図示は省略するが、ケース６８は、上側ケース６８ａと下側ケース６８ｂの分割構造になっており、上側ケース６８ａは上方に移動可能となっている。上側ケース６８ａを上方に移動させ、下側ケース６８ｂと上側ケース６８ａとの開口部からワークであるカップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂを搬入・搬出することができる。下側ケース６８ｂにはワーク受け台６６が嵌合する開口およびカップ部品１２ａ、スタブ部品１３ｂの各外周面が嵌合する凹部が設けられており、それぞれの嵌合部分がシール装置７０により密封される。上側ケース６８ａにはカップ部品１２ａ、スタブ部品１３ｂの各外周面が嵌合する凹部が設けられており、同様に嵌合部分がシール装置７０により密封される。したがって、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａ、スタブ部品１３ｂをワーク受け台６６にセットした後、上側ケース６８ａを下降させて下側ケース６８ｂに合わせると、上下のケース６８ａ、６８ｂ内に密閉空間７１が形成される。
【００４１】
上記の構成のため、本実施形態の溶接方法を実施する溶接装置６０では、真空ポンプ６９のポンプ容量を下げることができ、かつ減圧作業が軽減される。本実施形態の溶接方法および溶接装置６０の動作については、前述した第１の実施形態の溶接方法および溶接装置と同様であるので、説明を省略する。
【００４２】
次に、本発明に係る外側継手部材についての第２の実施形態を図８および図９に基づいて説明する。本実施形態では、外側継手部材についての第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、重複説明を省略する。
【００４３】
図８に示す摺動式等速自在継手１０は、ダブルオフセット型等速自在継手(ＤＯＪ)である。この等速自在継手１０は、カップ部１２とカップ部１２の底部から軸方向に延びたロングステム部１３とを有する外側継手部材１１と、外側継手部材１１のカップ部１２の内周に収容された内側継手部材１６と、外側継手部材１１と内側継手部材１６のトラック溝３０、４０との間に配置されたトルク伝達要素としてのボール４１と、外側継手部材１１の筒状内周面４２と内側継手部材１６の球状外周面４３とに、それぞれ嵌合する球状外周面４５、球状内周面４６を有し、ボール４１を保持する保持器４４とを備える。保持器４４の球状外周面４５の曲率中心Ｏ1と球状内周面４６の曲率中心Ｏ2は、継手中心Ｏに対して、軸方向に反対側にオフセットされている。
【００４４】
外側継手部材についての第１の実施形態と同様に、ロングステム部１３の外周面にはサポートベアリング６の内輪が固定され、このサポートベアリング６の外輪は、図示しないブラケットを介してトランスミッションケースに固定されている。外側継手部材１１は、サポートベアリング６によって回転自在に支持され、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。
【００４５】
図９に、外側継手部材１１の部分縦断面を示す。図示したように、外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面４２にボール４１（図８参照）が配置される６本、又は８本のトラック溝３０が形成された有底筒状のカップ部１２と、カップ部１２の底部から軸方向に延び、カップ部１２と反対側（インボード側）の端部外径にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが設けられたロングステム部１３とからなる。第１の実施形態と同様に、外側継手部材１１は、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂの３つの部品が溶接されたものであって、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａとが破線Ａの位置で溶接され、パイプ部品１３ａとスタブ部品１３ｂとが破線Ｂの位置で溶接されている。図示は省略するが、本実施形態でも通気孔を有しない密閉された中空空洞部が形成されている。外側継手部材についての第１の実施形態における溶接方法に関する内容は、本実施形態でも同じであるので、重複説明を省略する。
【００４６】
本発明に係る外側継手部材についての第３の実施形態を図１０に基づいて説明する。本実施形態においても、外側継手部材についての第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、重複説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の外側継手部材１１の中間製品１１’は、第１の実施形態の外側継手部材１１の中間製品１１’に対して、カップ部品１２ａと、パイプ部１３ａを一体に有するスタブ部品１３ｂの２つの部品で構成された点が異なる。本実施形態ではスタブ部品１３ｂが軸部材を構成する。本実施形態も、通気孔を有しない密閉された中空空洞部４７が形成された構造となっている。スタブ部品１３ｂは、例えば、鍛造加工によりパイプ部１３ａと一体で形成される。溶接部２５が１箇所であるので溶接工程が軽減される。本実施形態の外側継手部材１１の場合は、前述した溶接装置６０の溶接ヘッド６１が１つになり、また、ワーク受け台６６の個数も削減されるので、装置のコスト低減にもなる。その他の構成は、第１の実施形態の外側継手部材と同様である。また、第１の実施形態における溶接方法に関する内容は、本実施形態でも同様であるので、重複説明を省略する。
【００４８】
以上の実施形態では、溶融溶接としてレーザ溶接を適用したものを示したが、電子ビーム溶接でも同様に適用することができる。要は、溶接方法として、軸方向に圧力を掛けずに接合できるもので、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できるものであれば良い。その結果、サポートベアリングを装着するために必要であった接合部の外径面の旋削工程の低減もしくは省略が可能となり、製造コストを削減することができる。かつ、接合部表面の盛り上がりが抑えられ、接合部の超音波探傷による全数検査が確実に実施できるので、安定した品質を実現することができる。
【００４９】
また、本発明に係る溶接方法を実施する溶接装置６０のケース６８は、密封空間７１を形成でき、大気圧以下に減圧できる構造であればよく、ケース６８の分割構造やシール装置も含めて適宜の形態とすることができる。
【００５０】
以上の外側継手部材についての実施形態では、摺動式等速自在継手１０としてのトリポード型等速自在継手、ダブルオフセット型等速自在継手に適用した場合について説明したが、本発明は、クロスグルーブ型等速自在継手等、他の摺動式等速自在継手の外側継手部材、さらには固定式等速自在継手の外側継手部材にも適用することができる。また、以上では、ドライブシャフトを構成する等速自在継手の外側継手部材に本発明を適用しているが、本発明は、プロペラシャフトを構成する等速自在継手の外側継手部材にも適用することができる。
【００５１】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００５２】
１ ドライブシャフト
２ 中間シャフト
３ スプライン
４ ブーツ
５ ブーツ
６ サポートベアリング
１０ 摺動式等速自在継手
１１ 外側継手部材
１２ カップ部
１２ａ カップ部品
１３ 長寸軸部
１３ａ パイプ部品
１３ｂ スタブ部品
１６ 内側継手部材
１７ トリポード部材
１９ トルク伝達要素（ローラ）
２０ 固定式等速自在継手
２１ 外側継手部材
２２ 内側継手部材
２３ トルク伝達要素（ボール）
２４ 保持器
２５ 接合部
２６ 接合部
３０ トラック溝
４０ トラック溝
４１ トルク伝達要素（ボール）
４７ 中空空洞部
６０ 溶接装置
７１ 密閉空間
７２ 端部
７３ 端部
７４ 端部
７５ 端部
Ａ 接合面
Ｂ 接合面
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを２つ以上の別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを接合してなる等速自在継手の外側継手部材の溶接方法において、
前記カップ部材と前記軸部材は、その端部を突合せたとき密閉された中空空洞部が形成される形状を備えており、前記中空空洞部が大気圧以下の状態で、前記カップ部材と前記軸部材の突合せた端部を溶融溶接することを特徴とする等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項２】
前記中空空洞部の大気圧以下の状態が、前記カップ部材と前記軸部材の全体を密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより得られることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項３】
前記中空空洞部の大気圧以下の状態が、前記カップ部材と前記軸部材の端部近傍のみを密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより得られることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項４】
前記密閉空間を大気圧以下に減圧する際、前記カップ部材と前記軸部材の端部間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項５】
前記溶融溶接がレーザ溶接であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項６】
前記溶融溶接が電子ビーム溶接であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項７】
前記カップ部材と前記軸部材の端部を溶接前に３００℃〜６５０℃に予熱することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項８】
前記溶融溶接した部位の硬度がＨｖ２００〜５００であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項９】
トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、該カップ部の底部に形成された軸部とを２つ以上の別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを溶接してなる等速自在継手の外側継手部材において、
前記カップ部材と前記軸部材は、その端部を突合せたとき密閉された中空空洞部が形成される形状を備えており、突合せた前記端部が溶融溶接されていることを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
【請求項１】
トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、このカップ部の底部に形成された軸部とを２つ以上の別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを接合してなる等速自在継手の外側継手部材の溶接方法において、
前記カップ部材と前記軸部材は、その端部を突合せたとき密閉された中空空洞部が形成される形状を備えており、前記中空空洞部が大気圧以下の状態で、前記カップ部材と前記軸部材の突合せた端部を溶融溶接することを特徴とする等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項２】
前記中空空洞部の大気圧以下の状態が、前記カップ部材と前記軸部材の全体を密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより得られることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項３】
前記中空空洞部の大気圧以下の状態が、前記カップ部材と前記軸部材の端部近傍のみを密閉空間内に収容し、この密閉空間を大気圧以下に減圧することにより得られることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項４】
前記密閉空間を大気圧以下に減圧する際、前記カップ部材と前記軸部材の端部間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項５】
前記溶融溶接がレーザ溶接であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項６】
前記溶融溶接が電子ビーム溶接であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項７】
前記カップ部材と前記軸部材の端部を溶接前に３００℃〜６５０℃に予熱することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項８】
前記溶融溶接した部位の硬度がＨｖ２００〜５００であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材の溶接方法。
【請求項９】
トルク伝達要素が係合するトラック溝を内周に形成したカップ部と、該カップ部の底部に形成された軸部とを２つ以上の別部材で構成し、前記カップ部を形成するカップ部材と前記軸部を形成する軸部材とを溶接してなる等速自在継手の外側継手部材において、
前記カップ部材と前記軸部材は、その端部を突合せたとき密閉された中空空洞部が形成される形状を備えており、突合せた前記端部が溶融溶接されていることを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１００８５９（Ｐ２０１３−１００８５９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４５０８（Ｐ２０１１−２４４５０８）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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