(57)【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、該カップ部の底部に形成された軸部とを備え、該軸部のカップ部側にサポートベアリングの内輪を固定する外周面が形成され、前記カップ部と反対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が設けられたロングステムタイプの等速自在継手の外側継手部材であって、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からなる２つ以上の部品を接合することにより前記外側継手部材が形成され、前記接合により中空空洞部が密閉される構造のものにおいて、
前記部品の接合端部を突き合わせて前記中空空洞部が形成され、前記接合が溶融溶接によるものであって、前記溶融溶接による前記中空空洞部の内圧の変化を抑制するために前記カップ部材の軸心に前記中空空洞部に通じる通気孔を設けたことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
【請求項２】
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に記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項３】
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に記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
【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二部材で構成し、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として、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７および図８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７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８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の完成後、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９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。
【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、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、溶接中の加工熱によるパイプの中空空洞部内の内圧変化を抑え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、該カップ部の底部に形成された軸部とを備え、該軸部のカップ部側にサポートベアリングの内輪を固定する外周面が形成され、前記カップ部と反対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が設けられたロングステムタイプの等速自在継手の外側継手部材であって、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からなる２つ以上の部品を接合することにより前記外側継手部材が形成され、前記接合により中空空洞部が密閉される構造のものにおいて、前記部品の接合端部を突き合わせて前記中空空洞部が形成され、前記接合が溶融溶接によるものであって、前記溶融溶接による前記中空空洞部の内圧の変化を抑制するために前記カップ部材の軸心に前記中空空洞部に通じる通気孔を設けたことを特徴とする。このような構成により、溶接部の品質の向上、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、カップ部材の軸心に中空空洞部に通じる通気孔を設けたことにより、製品の強度に悪影響がなく、溶接中の加工熱による中空空洞部内の内圧変化を抑えることができる。
【００１４】
具体的には、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。
【００１５】
上記の溶融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。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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る外側継手部材は、溶接部の品質の向上、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】
【００１８】
【図１】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使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】第１の実施形態に係る外側継手部材を拡大した部分縦断面図である。
【図３】接合状態の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る外側継手部材を有する等速自在継手の部分縦断面図である。
【図５】外側継手部材の部分縦断面図である。
【図６】参考例に係る外側継手部材を示す縦断面図である。
【図７】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図８】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図９】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】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
本発明の第１の実施形態を図１〜図３に示す。図１は、本実施形態の等速自在継手１０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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、ロングステム部１３を有する摺動式等速自在継手１０の外側継手部材１１の構造を説明する。図２は外側継手部材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）は左側面図である。図２に示すように、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。
【００２７】
図３に接合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の接合端部は、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７参照）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。
【００２８】
本実施形態では、カップ部品１２ａの軸心に通気孔２９が形成され、この通気孔２９はカップ部品１２ａの底部と凹部２７との間を貫通している。これにより、カップ部品１２ａ、パイプ部品１３ａおよびスタブ部品１３ｂを突き合わせて形成される中空空洞部４７が通気孔２９を介して外気と連通する。このため、これらの部品を突き合わせてレーザ溶接した場合、溶接中の加工熱により中空空洞部４７の気体が膨張しても通気孔２９から外部に逃げ、逆に、溶接終了後、温度が低下した時にも通気孔２９の存在により、中空空洞部４７の内圧の変化を抑えることができる。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。
【００２９】
具体的には、炭素量が０．４〜０．６％のカップ部品１２ａ、炭素量が０．３〜０．５％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を突き合わせて、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、誘導加熱により突合せ部が３００〜６５０℃になるよう予熱により均熱化した後、出力５ｋＷのＣＯ2レーザを用いて溶接を行った。この結果、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、カップ部品１２ａの軸心に設けた通気孔２９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。
【００３０】
本実施形態では、通気孔２９をカップ部品１２ａの軸心に設けたので、製品強度面で有利である。また、接合工程の後に、通気孔２９に止め栓（図示省略）を装着することにより、グリースの外部への漏洩や外部からの異物侵入を防止することができる。
【００３１】
本発明の第２の実施形態を図４および図５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、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。
【００３２】
図４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。
【００３３】
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。
【００３４】
図５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４参照）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つの部品が接合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の位置で接合され、パイプ部品１３ａとスタブ部品１３ｂとが破線Ｂの位置で接合されている。また、カップ部品１２ａの軸心に通気孔２９が形成され、第１の実施形態と同様、この通気孔２９はカップ部品１２ａの底部と凹部２７（図示省略）との間を貫通し、中空空洞部が通気孔２９を介して外気と連通する。第１の実施形態における溶接接合に関する内容は、本実施形態でも同じであるので、重複説明を省略する。
【００３５】
本発明の参考例を図６に基づいて説明する。参考例においても、外側継手部材について、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。
【００３６】
参考例の外側継手部材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つの部品が接合された点が異なり、参考例ではスタブ部品１３ｂが軸部材を構成する。また、通気孔２９がスタブ部品１３ｂの軸心に形成されている構成が異なる。したがって、参考例では、カップ部品１２ａには通気孔が形成されていない。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。接合部２５が１箇所であるので溶接工程が軽減される。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００３７】
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。
【００３９】
以上の実施形態では、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。
【符号の説明】
【００４０】
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
２９      通気孔
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
Ａ        接合面
Ｂ        接合面
Ｏ        継手中心
Ｏ１      曲率中心
Ｏ２      曲率中心
【図１】
0005921825.tif 000002
【図２】
0005921825.tif 000003
【図３】
0005921825.tif 000004
【図４】
0005921825.tif 000005
【図５】
0005921825.tif 000006
【図６】
0005921825.tif 000007
【図７】
0005921825.tif 000008
【図８】
0005921825.tif 000009
【図９】
0005921825.tif 000010