OUTER JOINT MEMBER FOR CONSTANT-VELOCITY UNIVERSAL JOINT

　以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形態に係る等速自在継手の外側継手部材を図１～図９に基づいて説明する。

　図１に示す摺動式等速自在継手１は、いわゆるダブルオフセット型等速自在継手(ＤＯＪ)である。この等速自在継手１は、カップ部３とカップ部３の底部から軸方向に延びた軸部４とを有する外側継手部材２と、外側継手部材２のカップ部３の内周に収容された内側継手部材５と、外側継手部材２と内側継手部材５のトラック溝１０、１１との間に配置されたトルク伝達要素としてのボール６と、外側継手部材２の筒状内周面１２と内側継手部材５の球状外周面１３とに、それぞれ嵌合する球状外周面１４、球状内周面１５を有し、ボール６を保持する保持器７とを備える。保持器７の球状外周面１４の曲率中心Ｏ_１と球状内周面１５の曲率中心Ｏ_２は、継手中心Ｏに対して、軸方向に反対側に等距離オフセットされている。

　図示は省略するが、等速自在継手１の内部には潤滑剤としてのグリースが封入される。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、等速自在継手１の外側継手部材２と中間シャフトとの間に蛇腹状のブーツがそれぞれ装着される。

　外側継手部材２は、一端が開口し、内周面の円周方向等間隔にボール６が転動する複数のトラック溝１０と筒状内周面１２が形成された有底筒状のカップ部３と、カップ部３の底部から軸方向に延び、カップ部３とは反対側の端部外周にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐが設けられた軸部４とからなる。本実施形態では、外側継手部材２は、カップ部材３ａと軸部材４ａが溶接部３０において接合されている。

　カップ部材３ａは、Ｓ５３Ｃ等の０．４０～０．６０重量％の炭素を含む機械構造用炭素鋼からなり、内周にトラック溝１０と筒状内周面１２が形成された筒状部３ａ１と底部３ａ２からなる一体成形品である。カップ部材３ａの開口側の外周にはブーツ取付溝１６が形成され、内周には止め輪溝１７が形成されている。

　軸部材４ａは、Ｓ４０Ｃ等の０．３０～０．５５重量％の炭素を含む機械構造用炭素鋼からなる。軸部材４ａには、カップ部材３ａ側の外周にシール面１８、軸方向の中央外周に滑り軸受面１９、反対側の端部にスプラインＳｐが形成されている。軸部材４ａには、スプラインＳｐを除く軸方向の部分に中空穴部２７が形成され、中空穴部２７は鍛造肌からなる表面を有する。中空穴部２７の内周の直径は、強度を確保しつつ軽量化を促進するために軸部材４ａの外周の直径に対応して段付きの形状となっている。ただし、中空穴部２７の内周形状は、段付き形状に限定されるものではなく、段のないストレート状やテーパ状にしてもよい。軸部材４ａは、カップ部材３ａとは別部材であるので、軸方向に延びる中空穴部２７の鍛造成形が可能になる。中空穴部２７により、軸部材４ａの軽量化、ひいては等速自在継手１の軽量化が図れる。また、中空穴部２７がスプラインＳｐの軸方向手前で止められているので、スプラインＳｐ部は中実形状になり強度の低下がない。

　図１に示すように、カップ部材３ａの底部３ａ２の肉厚内に接合用孔２１と圧入用孔２２が形成され、軸部材１３ａには接合用外面２３と圧入用外面２４が形成されている。これらの作用の詳細は後述する。なお、カップ部材３ａの接合用孔２１と軸部材１３ａの接合用外面２３との間には、後述するように隙間δが設けられているが、図１では隙間δを省略して図示している。

　次に、カップ部材３ａの加工工程を図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに基づいて説明する。図２ａはバー材を切断した円柱状ビレットＷ１の正面図で、図２ｂはしごき加工後のカップ部材の縦断面図で、図２ｃは旋削加工後のカップ部材の縦断面図である。図２ｂに示すように、カップ部材３ａの素形材３ａ１’は、鍛造加工により筒状部３ａ１’、底部３ａ２’が一体成形され、その後、しごき加工により、トラック溝１０および筒状内周面１２がしごき加工され筒状部３ａ１’の内周が仕上げられる。

　その後、旋削加工により、図２ｃに示すように、カップ部材３ａの外周面、ブーツ取付溝１６、止め輪溝１７などと底部３ａ２の接合用孔２０、圧入用孔２１が形成される。

　軸部材４ａの加工工程を図３ａ、図３ｂおよび図３ｃに基づいて説明する。図３ａはバー材を切断した円柱状ビレットＷ２を示す正面図で、図３ｂはビレットＷ２を鍛造加工した素形材４ａ’を示す縦断面図で、図３ｃは、旋削加工後の軸部材４ａを示す縦断面図である。

　図３ａに示すビレットＷ２を鍛造加工する。図３ｂに示すように、接合用外面２３、圧入用外面２４（図３ｃ参照）が形成される接合部２５が拡径され、シール面１８、滑り軸受面１９、スプラインＳｐがそれぞれ形成される部分１８’、１９’、Ｓｐ”が形成されると共に、中空穴部２７が形成されて素形材４ａ’となる。

　鍛造加工された素形材４ａ’は、図４に示すように、成形された各部１８’、１９’Ｓｐ”、２５および２７の表面に沿った状態でファイバーフローＦが連続的に形成される。そのため、次の旋削加工で表面を除去しても、連続したファイバーフローＦが残存し、強度面で有利となる。

　その後、図３ｃに示すように、軸部材４ａの外周、シール面１８、滑り軸受面１９、スプライン下径部Ｓｐ’、接合用外面２３、圧入用外面２４を旋削加工する。中空穴部２７は、旋削加工を施さず、鍛造肌のままとする。図３ｃにおいて破線で素形材の輪郭を示す。中空穴部２７は旋削加工を施さず鍛造肌のままであるので、材料歩留りが向上する。また、中空穴部２７に連続したファイバーフローＦが維持され、強度面で有利となる。スプライン下径部Ｓｐ’は、転造やプレスによりスプライン加工され、スプラインＳｐ（図１参照）が形成される。その後、止め輪溝２６を旋削加工する。

　以上のようにして加工されたカップ部材３ａと軸部材４ａを、図５に示すように嵌合させる。ここで、カップ部材３ａの接合用孔２０、圧入用孔２１および軸部材４ａの接合用外面２３、圧入用外面２４の詳細を図６ａ、図６ｂに基づいて説明する。

　図６ａに示すように、カップ部材３ａの接合用孔２０の内径Ｂ１は、軸部材４ａの接合用外面２３の外径Ｂ２より若干大きく設定され、内径Ｂ１と外径Ｂ２との間に直径で０．５ｍｍ以下の隙間δが設けられている。なお、接合部に隙間δは必ずしも設ける必要はない。一方、カップ部材３ａの圧入用孔２１の内径Ｃ１は、軸部材４ａの圧入用外面２４の外径Ｃ２より若干小さく設定され、内径Ｃ１と外径Ｃ２との間に締め代が設けられている。そして、接合用孔２０の軸方向寸法Ｄは、圧入用孔２１の軸方向寸法Ｅより若干長く設定されている。圧入用孔２１、圧入用外面２４の直径寸法Ｃ１、Ｃ２は、接合用孔２０、接合用外面２３の直径寸法Ｂ１、Ｂ２より大きく形成され、カップ部材３ａの底部３ａ２の肉厚内における外部側（図６ａの右側）に圧入用孔２２、圧入用外面２４が設けられている。

　上記のような寸法関係に設定されているので、圧入時に、まず、図６ａに示すように、カップ部材３ａの接合用孔２０に軸部材４ａの接合用外面２３を臨ませる。その後、接合用孔２０、接合用外面２３を圧入ガイドとすることにより、カップ部材３ａと軸部材４ａの芯を出しながら、カップ部材３ａの圧入用孔２１と軸部材４ａの圧入用外面２４が当接する。そして、芯出しされた状態で、圧入用孔２１、圧入用外面２４が圧入され、図６ｂに示すように、圧入が終了する。このようにして圧入されるので、カップ部材３ａと軸部材４ａの同軸度が向上する。また、上記のように、圧入時の芯出し作業性が向上する。

　圧入が終了したカップ部材３ａと軸部材４ａの状態を図５に示す。この状態で、カップ部材３ａの内部から軸方向にビームを照射して電子ビーム溶接を行い、溶接部３０によりカップ部材３ａと軸部材４ａが接合される。これにより、図７に示す外側継手部材２が得られる。その後、外側継手部材２は熱処理が施される。例えば、高周波焼入れにより、カップ部３のトラック溝１０やその他の所定部分にＨＲＣ５８～６２程度の硬化層を形成し、軸部４の外周面の所定範囲にＨＲＣ５０～６２程度の硬化層を形成する。溶接部３０の近傍は熱処理を施さない。熱処理後に、軸部４のシール面１８、滑り軸受面１９は研削加工等により仕上げ加工し、完成品としての外側継手部材２となる。

　カップ部材３ａの接合用孔２０の内径Ｂ１と軸部材４ａの接合用外面２３の外径Ｂ２との隙間δを直径で０．５ｍｍ以下に設定したので、接合用孔２０と接合用外面２３との間で圧入とならず、良好な圧入ガイドの効果が得られると共に、良好な溶接部を得ることができる。尚、隙間δは、理解しやすいように誇張して図示している。

　また、圧入用孔２１、圧入用外面２４の直径寸法Ｃ１、Ｃ２を接合用孔２０、接合用外面２３の直径寸法Ｂ１、Ｂ２より大きくし、カップ部材３ａの底部３ａ２の肉厚内における外部側（図６ａの右側）に圧入用孔２１部、圧入用外面２４を設けたので、図６ａに示すように、カップ部材３ａの底部３ａ２に軸部材４ａを圧入することができ、生産性が向上する。

　溶接部３０が、軸部材４ａの端部に形成されるので、シール面１８などの後加工が省略でき、また、電子ビーム溶接のため溶接部にバリが出ないので、溶接部の後加工も省略でき、製造コストが削減できる。さらに、溶接部の超音波探傷による全数検査を確実に実施できる。

　図６ａに示すカップ部材３ａの接合用孔２０の内径Ｂ１は、１つのジョイントサイズで同一寸法に設定されている。接合用孔２０に嵌合する軸部材４ａの接合用外面２３の外径Ｂ２は、軸径や外周形状に関係なく、接合用孔２０の内径Ｂ１と一定の隙間δをもった寸法に設定されている。カップ部材３ａの接合用孔２１の内径Ｂ１と軸部材４ａの接合用外面２３とが請求の範囲におけるカップ部材と軸部材の接合された部分に対応する。このように寸法設定されているので、カップ部材３ａを共用化しておいて、軸部材４ａ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３ａ、４ａ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２を製作することができる。

　次に、カップ部材３ａの品種統合について、前述した図３ｃに示す軸部材４ａとは異なる品番の軸部材を例示して補足説明する。図８に示す軸部材４ａ’は、軸部材４ａとは異なる車種用のもので、シール面１８’やスプラインＳｐ_１の具体的な寸法が異なる。軸部材４ａ’には、カップ部材３ａの底部３ａ２の接合用孔２０、圧入用孔２１に嵌合する接合用外面孔２３、圧入用外面２４が形成されている。この接合用外面２３の外径は、図６ａに示す軸部材４ａの接合用外面２３の外径Ｂ２と同一寸法に形成されている。このように、車種毎の種々の軸径や外周形状が異なっても、軸部材４ａ、４ａ’の接合用外面２３の外径Ｂ２は同一寸法に設定されている。また、軸部材４ａ’の圧入用外面２４の外径も、軸部材４ａの圧入用外面２４の外径Ｃ２と同一寸法に形成されている。

　カップ部材３ａの接合用孔２０の内径Ｂ１がジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されているので、ジョイントサイズ毎に共用化されたカップ部材と車種毎に種々の軸部仕様を備えた軸部材を準備することができ、カップ部材と軸部材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、カップ部材を品種統合しても、車種毎に種々の軸部仕様を備えた軸部材と組み合わせて、要求に応じた種々の外側継手部材２を迅速に製作することができる。したがって、カップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷を軽減することができる。

　以上の要約として、カップ部材の品種統合の例を図９に示す。図示のようにカップ部材は、１つのジョイントサイズで共用化され、例えば、品番Ｃ００１が付与されて管理される。これに対して、軸部材は、車種毎に種々の軸部仕様を備え、例えば、品番Ｓ００１、Ｓ００２、～Ｓ（ｎ）が付与されて管理される。そして、例えば、品番Ｃ００１のカップ部材と品番Ｓ００１の軸部材を組み合わせて溶接すると、品番Ａ００１の外側継手部材を製作することができる。このように、カップ部材の品種統合により、コスト低減、生産管理の負荷を軽減することができる。この品種統合において、カップ部材は、１つのジョイントサイズで１種類、すなわち、１型番ということに限定されるものではなく、例えば、最大作動角の異なる仕様により１つのジョイントサイズで複数の種類（複数型番）のカップ部材を設定し、これらのカップ部材の上記接合部の直径を同一寸法にしたものを包むものである。

　次に、本発明の第２の実施形態に係る等速自在継手の外側継手部材を図１０に基づいて説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号（下付き文字を除く）を付して、要点のみを説明する。

　図１０に示す摺動式等速自在継手１_２は、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）であり、カップ部３_２とカップ部３_２の底部から軸方向に延びた軸部４_２とを有する外側継手部材２_２と、外側継手部材２_２のカップ部３_２の内周に収容された内側継手部材５_２と、外側継手部材２_２と内側継手部材５_２との間に配置されたトルク伝達要素としてのローラ６_２とを備える。内側継手部材５_２は、ローラ６_２を外嵌した３本の脚軸７_２が円周方向等間隔に設けられたトリポード部材１３で構成される。

　外側継手部材２_２は、一端が開口し、内周面の円周方向三等分位置にローラ６_２が転動するトラック溝１０_２と内周面１２_２が形成された有底筒状のカップ部３_２と、カップ部３_２の底部から軸方向に延び、カップ部３_２側とは反対側の端部外周にトルク伝達用連結部としてのスプラインＳｐ_２が設けられた軸部４_２とからなる。外側継手部材２_２は、カップ部材３ａ_２と軸部材４ａ_２が溶接されて形成されている。

　カップ部材３ａ_２は、内周にトラック溝１０_２と内周面１２_２が形成された筒状部３ａ１_２と底部３ａ２_２からなる一体成形品である。カップ部材３ａ_２の開口側の外周にはブーツ取付溝１６_２が形成されている。軸部材４ａ_２の外周にシール面１８_２、滑り軸受面１９_２が形成され、カップ部材３ａ_２側とは反対側の端部にスプラインＳｐ_２、止め輪溝２６_２が形成されている。

　第１の実施形態と同様に、軸部材４ａ_２には、スプラインＳｐ_２を除く軸方向の部分に中空穴部２７_２が形成され、中空穴部２７_２は鍛造肌からなる表面を有する。中空穴部２７_２の内周の直径は、強度を確保しつつ軽量化を促進するために軸部材４ａ_２の外周の直径に対応して段付きの形状となっている。ただし、中空穴部２７_２の内周形状は、段付き形状に限定されるものではなく、段のないストレート状やテーパ状にしてもよい。軸部材４ａ_２は、カップ部材３ａ_２とは別部材であるので、軸方向に延びる中空穴部２７_２の鍛造成形が可能になる。中空穴部２７_２により、軸部材４ａ_２の軽量化、ひいては等速自在継手１_２の軽量化が図れる。また、中空穴部２７_２がスプラインＳｐ_２の軸方向手前で止められているので、スプラインＳｐ_２部は中実形状になり強度の低下がない。

　本実施形態では、カップ部材３ａ_２の接合用孔２０_２、圧入用孔２１_２と軸部材４ａ_２の接合用外面２３_２、圧入用外面２４_２の構成が第１の実施形態と異なる。トリポード型等速自在継手１_２の外側継手部材２_２では、トラック溝１０_２の内径側に位置する内周面（小内径）１２_２が小さいので、第１の実施形態とは逆に、カップ部材３ａ_２の接合用孔２０_２、軸部材４ａ_２の接合用外面２３_２の直径寸法Ｂ１、Ｂ２を圧入用孔２１_２、圧入用外面２４_２の直径寸法Ｃ１’、Ｃ２’よりも大きくし、カップ部材３ａ_２の底部３ａ２_２の肉厚内における外部側（図１０の右側）に接合用孔２０_２、接合用外面２３_２を設けている。

　本実施形態におけるカップ部材３ａ_２の接合用孔２０_２、軸部材４ａ_２の接合用外面２３_２の直径寸法Ｂ１、Ｂ２は、第１の実施形態における接合用孔２０、接合用外面２３の直径寸法Ｂ１、Ｂ２と同一である。しかし、本実施形態におけるカップ部材３ａ_２の圧入用孔２１_２、軸部材４ａ_２の圧入用外面２４_２の直径寸法Ｃ１’、Ｃ２’については、第１の実施形態における圧入用孔２１、圧入用外面２４の直径寸法Ｃ１、Ｃ２よりも小さく設定されている。

　したがって、第１の実施形態のダブルオフセット型等速自在継手に限定してカップ部材３ａの共有化を図る場合は、第１の実施形態のように接合用孔２０、接合用外面２３の直径寸法をＢ１、Ｂ２とし、圧入用孔２１、圧入用外面２４の直径寸法をＣ１、Ｃ２とし、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定することが望ましい。しかし、ダブルオフセット型等速自在継手とトリポード型等速自在継手の両方を合わせてカップ部材の共有化を図る場合には、第２の実施形態のように接合用孔２０_２、接合用外面２３_２の直径寸法をＢ１、Ｂ２とし、圧入用孔２１_２、圧入用外面２４_２の直径寸法をＣ１’、Ｃ２’とし、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定することが望ましい。さらに、他の形式の等速自在継手を含めてカップ部材の共有化を図る場合には、対象とする各等速自在継手の形態を考慮して、接合用孔、接合用外面の直径寸法および圧入用孔、圧入用外面の直径寸法を適宜設定し、これらの直径寸法をジョイントサイズ毎に同一寸法に設定すればよい。

　図示は省略するが、本実施形態においても、カップ部材３ａ_２の接合用孔２０_２の内径Ｂ１は、軸部材４ａ_２の接合用外面２３_２の外径Ｂ２より若干大きく設定され、内径Ｂ１と外径Ｂ２との間に直径で０．５ｍｍ以下の隙間δが設けられている。また、カップ部材３ａ_２の圧入用孔２１_２の内径Ｃ１’は、軸部材４ａ_２の圧入用外面２４_２の外径Ｃ２’より若干小さく設定され、内径Ｃ１’と外径Ｃ２’との間に締め代が設けられている。そして、図１０に示すように、接合用孔２０_２の軸方向寸法Ｄは、圧入用孔２１_２の軸方向寸法Ｅより若干長く設定されている。

　第１の実施形態で前述した圧入作業の要領と同様にして、カップ部材３ａ_２の接合用孔２０_２と軸部材４ａ_２の接合用外面２３_２を嵌合させて、カップ部材３ａの外部から軸方向にビームを照射して電子ビーム溶接により溶接されている。

　本実施形態の外側継手部材は、第１の実施形態において前述した内容と同様であるので、これを準用し、重複説明を省略する。

　以上の実施形態では、カップ部と軸部とを別部材で構成し接合したもので、軸部材の中空穴を鍛造成形で形成したことにより、製品強度を確保して軽量化が図れると共に、材料歩留りがよく、かつ製造コストを抑制できる等速自在継手の外側継手部材を実現することができる。

　以上の実施形態では、電子ビーム溶接を適用したものを示したが、レーザ溶接でも同様に適用することができる。

　以上の外側継手部材についての実施形態では、摺動式等速自在継手１０、１０_１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。

　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、請求の範囲によって示され、さらに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。