(57)【要約】      （修正有）【課題】金属製の筒部材３１の内周に金属製の軸部材２の端部を嵌合した状態で一体的に結合する方法において、比較的簡単に十分な強度の結合構造を提供する。【解決手段】軸部材２として、その端部の外周を当該端部側へ向けて漸次縮径するテーパ面２ａとするとともに当該端部の中心部分に中空部２ｃを設けかつ当該端部の外周テーパ面を未硬化状態にしたものを用意する。筒部材３１として、その内周を軸部材の端部の外周テーパ面２ａと合致するテーパ面３１ｃとしかつ当該内周テーパ面を未硬化状態にしたものを用意する。筒部材３１の内周テーパ面に軸部材の端部の外周テーパ面を嵌合して摩擦溶着させてから、軸部材２の中空部内から摩擦溶着部分を強制的に冷却する。つまり、摩擦溶着時に発生する摩擦熱で軸部材と筒部材との摩擦溶着部分およびその周辺が焼入れされ、その後の強制冷却で硬度が管理される。【選択図】図２
2007130660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の筒部材の内周に金属製の軸部材の端部を嵌合した状態で当該嵌合部分を一体的に結合する方法であって、
前記軸部材として、その端部の外周面を当該端部側へ向けて漸次縮径するテーパ面とするとともに当該端部の中心部分に中空部を設けかつ前記端部のテーパ面を未硬化状態にしたものを用意し、前記筒部材として、その内周面を前記軸部材の端部のテーパ面と合致するテーパ面としかつ当該内周テーパ面を未硬化状態にしたものを用意し、
前記筒部材の内周テーパ面に対し前記軸部材の端部の外周テーパ面を嵌合して摩擦溶着させてから、前記軸部材の中空部内から前記摩擦溶着部分を強制的に冷却することを特徴とする部品結合方法。
【請求項２】
請求項１において、前記軸部材の端部で中空部を形成する内周面は、当該軸部材の端部の外周テーパ面と同一の傾斜角度のテーパ面とされることによって、当該軸部材の端部における円錐筒形状部分の肉厚が軸方向で略一定とされていることを特徴とする部品結合方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記冷却処理は、前記中空部内に冷却媒体を噴射することにより急速冷却することを特徴とする部品結合方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、前記軸部材は、その端部の外周テーパ面以外の外表面が所定硬度に熱硬化処理されていることを特徴とする部品結合方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、前記軸部材は、車両のドライブシャフトに備える中間軸とされ、前記筒部材は、前記ドライブシャフトに備える等速ジョイントの内筒部材とされることを特徴とする部品結合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒部材の内周に軸部材の端部を嵌入して結合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車や産業機械等では、いろいろな動力伝達軸が使用されている。この種の動力伝達軸において、等速ジョイントを使用する場合には、この等速ジョイントの内筒部材を軸部材の端部外周に嵌合して結合することにより、動力伝達可能な状態とする必要がある。
【０００３】
このような結合には、一般的に、セレーション嵌合あるいはスプライン嵌合が利用される（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１４６３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例では、機械的な結合強度を十分なものにできるものの、内筒部材の内周面と軸部材の端部外周面とに、セレーションあるいはスプラインを機械加工技術あるいは塑性加工技術等によって形成する必要があり、加工が面倒でコストが嵩む他、セレーションあるいはスプラインの噛合部にバックラッシが存在するために、動力伝達時に僅かな遊びが発生するといったことが懸念される。
【０００５】
本発明は、筒部材の内周に軸部材の端部を嵌入した状態で結合する方法において、比較的簡単に十分な強度の結合構造を確保できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来例に対し、本願発明者は、セレーション嵌合あるいはスプライン嵌合を廃止し、内筒部材の内周面および軸部材の端部外周面をテーパ面とし、内筒部材の内周テーパ面に軸部材の端部の外周テーパ面を嵌合して摩擦溶着させる方法を考え、鋭意研究した。
【０００７】
この研究の過程において次のような知見を得た。つまり、結合前には、内筒部材や軸部材について適宜の炭素鋼や合金鋼に高周波焼入れ、浸炭焼入れ、窒化焼入れ等の熱硬化処理を施すことにより強度を高めておくと、前記摩擦溶着に伴い発生する熱でもって、内筒部材や軸部材の嵌合部分およびその周辺が焼き戻しされてしまい、この焼き戻しされた領域の硬度が低下するために、結合部分の強度が不足するおそれがある。
【０００８】
要するに、本願発明者は、上述したような知見に基づき、本発明を提案するに至ったのである。
【０００９】
本発明は、金属製の筒部材の内周に金属製の軸部材の端部側を嵌合した状態で当該嵌合部分を一体的に結合する方法であって、前記軸部材として、その端部の外周面を当該端部側へ向けて漸次縮径するテーパ面とするとともに当該端部の中心部分に中空部を設けかつ前記端部のテーパ面を未硬化状態にしたものを用意し、前記筒部材として、その内周面を前記軸部材の端部のテーパ面と合致するテーパ面としかつ当該内周テーパ面を未硬化状態にしたものを用意し、前記筒部材の内周テーパ面に対し前記軸部材の端部の外周テーパ面を嵌合して摩擦溶着させてから、前記軸部材の中空部内から前記摩擦溶着部分を強制的に冷却することを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、筒部材と軸部材との嵌合部分を摩擦溶着しているから、当該摩擦溶着によって発生する熱でもって当該摩擦溶着部分およびその周辺が焼入れされることになる。しかも、この焼入れされた領域を自然冷却ではなく、強制的に冷却しているから、前記焼入れされた領域を任意の硬度に設定することが可能になる。
【００１１】
つまり、従来例のように筒部材および軸部材の結合前にそれらに熱硬化処理を行わないので、焼入れの手間を省くことが可能であるとともに、摩擦溶着によって発生する熱によって従来例において前記熱硬化処理していた領域が焼き戻しされるという現象が発生せずに済む。これにより、従来例に比べて製造コストを低減することが可能になるうえ、摩擦溶着して結合した部分の硬度を適正に管理することが可能になる。
【００１２】
なお、前記強制的な冷却の処理については、冷却温度や冷却時間を適宜に管理することにより、前記焼入れ部分の硬度を任意に調整することが可能である。
【００１３】
好ましくは、前記軸部材の端部で中空部を形成する内周面は、当該軸部材の端部の外周テーパ面と同一の傾斜角度のテーパ面とされることによって、当該軸部材の端部における円錐筒形状部分の肉厚が軸方向で略一定とされる。
【００１４】
この構成によれば、冷却時において摩擦溶着部分およびその周辺が略均一に冷却されるようになるから、摩擦溶着部分およびその周辺における硬度の管理が正確に行えるようになり、筒部材と軸部材との結合部分における機械的強度を可及的に向上することが可能になる。
【００１５】
好ましくは、前記冷却処理は、前記中空部内に冷却媒体を噴射することにより急速冷却するものである。
【００１６】
この構成によれば、前記軸部材の端部で中空部を形成する内周面の全域に、冷却媒体を略均等に吹きかけることが可能になるから、前記摩擦溶着部分およびその周辺が略均一にかつ効率よく冷却することが可能になる。
【００１７】
好ましくは、前記軸部材は、その端部の外周テーパ面以外の外表面が所定硬度に熱硬化処理される。
【００１８】
この構成によれば、軸部材の全体を熱硬化処理していた従来例のように軸部材の端部が焼き戻しされて硬度が低下するという不具合がなく、この従来例に比べると、軸部材の全域の硬度を所望の硬度に管理することが可能になり、品質向上に貢献できる。
【００１９】
好ましくは、前記軸部材は、車両のドライブシャフトに備える中間軸とされ、前記筒部材は、前記ドライブシャフトに備える等速ジョイントの内筒部材とされる。
【００２０】
この構成によれば、ドライブシャフトの中間軸と等速ジョイントの内筒部材とを十分な機械的強度を確保した状態で比較的簡単に結合することが可能となり、安価で信頼性の高いドライブシャフトを提供するうえで有利となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、筒部材の内周に軸部材の端部を嵌入した状態で結合する方法において、比較的簡単に十分な強度の結合構造を確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態では、図１に示す自動車のドライブシャフト１の所定部分に本発明を適用する例を挙げる。
【００２３】
図１に示すように、ドライブシャフト１は、中間軸２の一端部にインボード側ジョイント３が、中間軸２の他端部にアウトボードジョイント４がそれぞれ装着された構成になっており、中間軸２とインボードジョイント３との結合部分、および中間軸２とアウトボードジョイント４との結合部分に、本発明の結合方法が適用されている。
【００２４】
このドライブシャフト１は、図示していないが、インボードジョイント３が例えば前輪駆動式車両の車幅方向中央に配置されるディファレンシャル内に連結されるようになっていて、アウトボードジョイント４が例えば車輪取り付け用のハブユニットに連結されるようになっている。
【００２５】
インボードジョイント３は、例えば公知のトリポード型等速ジョイントが、また、アウトボードジョイント４は、例えば公知のバーフィールド型等速ジョイントがそれぞれ採用されており、これらの構成や動作は公知であるが、以下で簡単に説明する。
【００２６】
インボードジョイント３は、内筒部材３１と、外筒部材３２と、複数のローラ３３と、ケージアンドローラタイプのベアリング３４とを含み、その内部にはグリース等の潤滑剤がブーツ３５によって封入されるようになっている。
【００２７】
内筒部材３１は、中間軸２の一端側外周に嵌合固定されるもので、その外径側の円周数ヶ所（３ヶ所）には、径方向外向きに突出するトラニオン３１ａが設けられている。この内筒部材３１の各トラニオン３１ａの外周に、ローラ３３がそれぞれベアリング３４を介して回動自在に外装されている。
【００２８】
外筒部材３２は、内筒部材３１の外径側に配置されるもので、有底円筒形とされていて、その内径側の円周数ヶ所（３ヶ所）には、軸方向に沿う直線溝３２ａが、また、底部中心には、軸方向に突出する軸部３２ｂが設けられている。この外筒部材３２の直線溝３２ａ内にローラ３３が転動可能に収納されている。
【００２９】
アウトボードジョイント４は、内筒部材４１と、外筒部材４２と、複数のボール４３と、保持器４４とを含み、その内部にはグリース等の潤滑剤がブーツ４５によって封入されるようになっている。
【００３０】
内筒部材４１は、中間軸２の他端側外周に嵌合固定されるもので、その外径側の円周数ヶ所（３ヶ所）には、軸方向に沿うとともに軸方向で湾曲する外側湾曲溝４１ａが設けられている。
【００３１】
外筒部材４２は、内筒部材４１の外径側に配置されるもので、有底円筒形とされていて、その内径側の円周数ヶ所（３ヶ所）には、軸方向に沿うとともに軸方向で湾曲する内側湾曲溝４２ａが、また、底部中心には、軸方向に突出する軸部４２ｂが設けられている。
【００３２】
内筒部材４１の外側湾曲溝４１ａと外筒部材４２の内側湾曲溝４２ａとの対向間に、保持器４４で保持されているボール４３が対応して転動自在に介装されている。
【００３３】
次に、上述した中間軸２の一端側に対するインボードジョイント３の内筒部材３１の結合方法と、中間軸２の他端側に対するアウトボードジョイント４の内筒部材４１の結合方法について、以下で詳細に説明する。
【００３４】
まず、中間軸２については次のようなものを用意する。つまり、中間軸２の両端の外周面を、それぞれ端縁側へ向けて漸次縮径するテーパ面２ａ，２ｂとし、この中間軸２の両端の中心部分に軸方向から凹む中空部２ｃ，２ｄを設ける。
【００３５】
この中間軸２の一端側の外周テーパ面２ａおよび他端側の外周テーパ面２ｂを未硬化状態にし、それ以外の外表面については適宜の硬度に熱硬化処理している。なお、図２および図３において、符号２ｅが硬化層を指している。
【００３６】
また、両方の内筒部材３１，４１については次のようなものを用意する。つまり、両内筒部材３１，４１の内周面は、中間軸２の両端の外周テーパ面２ａ，２ｂに合致するテーパ面３１ｃ，４１ｃとし、この内周テーパ面３１ｃ，４１ｃを未硬化状態にし、それ以外の外径側部分の外表面については適宜の硬度に熱硬化処理している。なお、インボードジョイント３の内筒部材３１では、そのトラニオン３１ａの外周面表層部分が硬化層とされ、また、アウトボードジョイント４の内筒部材４１では、その外周面表層部分が硬化層とされるが、それらの記載は省略している。
【００３７】
なお、中間軸２や内筒部材３１，４１は、例えば適宜の炭素鋼（例えばＪＩＳ規格Ｓ４０Ｃ〜Ｓ４５Ｃ）を基材として整形してから、必要部位（中間軸２の両端の外周テーパ面２ａ，２ｂ以外の外表面および両内筒部材３１，４１の内周テーパ面３１ｃ，４１ｃ以外の外表面）に適宜の熱硬化処理を施すことによって形成される。
【００３８】
前述の熱硬化処理は、例えば高周波焼入れで部分的に行うか、あるいは部分的にマスキングを施した状態で炉内で加熱することによって行うことができる。
【００３９】
このようなインボードジョイント３の内筒部材３１における内周テーパ面３１ｃに中間軸２の一端側の外周テーパ面２ａを、また、アウトボードジョイント４の内筒部材４１における内周テーパ面４１ｃに中間軸２の他端側の外周テーパ面２ｂを、それぞれ嵌合して摩擦溶着する。この摩擦溶着は、片方ずつ行う。
【００４０】
この摩擦溶着方法については、特許第３２８４８８７号公報や特開平５−２２１２０３号公報に開示された技術を応用することができるが、要するに、中間軸２または内筒部材３１，４１のいずれか一方を回転させることにより両方のテーパ面を摩擦摺動させ、この摩擦摺動に伴い発生する熱でもって両者を溶着させるのである。
【００４１】
このような摩擦溶着を行う過程では、中間軸２の一端側の外周テーパ面２ａと内筒部材３１の内周テーパ面３１ｃとが、また、中間軸２の他端側の外周テーパ面２ｂと内筒部材４１の内周テーパ面４１ｃとが、それぞれ摩擦熱でもって焼入れされることになる。
【００４２】
なお、この摩擦熱は、中間軸２や内筒部材３１，４１の素材に応じて適宜設定し、そのときの熱は、摩擦溶着を確実にしたうえで、所望の焼入れ状態を確保するのに必要な温度に管理するのが好ましい。
【００４３】
上述した摩擦溶着後に放置すると、自然冷却されるのであるが、それでは、所望する硬度を確保できないので、この摩擦溶着の後、中間軸２の一端側の中空部２ｃと他端側の中空部２ｄとの内部からそれぞれ強制冷却を行うことにより、前記摩擦熱を除去するようにしている。
【００４４】
上記強制冷却の方法としては、図示していないが、例えば気体、液体等の適宜の冷却媒体を噴射させることにより行うようにしている。この冷却媒体の温度や噴射時間を適宜に設定すれば、摩擦溶着部分およびその周辺についての硬度を任意に管理することができる。
【００４５】
以上説明したように、中間軸２の一端側とインボードジョイント３の内筒部材３１とを、また、中間軸２の他端側とアウトボードジョイント４の内筒部材４１とをそれぞれ一体に結合しており、その際に、従来例では必要であった焼入れ処理を省略でき、単に強制冷却を行うだけで済むようになる。
【００４６】
これにより、簡単かつ迅速に、中間軸２と両内筒部材３１，４１との結合部分における強度を十分に高めることができる。
【００４７】
しかも、中間軸２の両端の外周テーパ面２ａ，２ｂを未硬化状態としているので、従来例のように中間軸２の全体を熱硬化処理している場合のように、摩擦溶着に伴い発生する熱でもって熱硬化処理部分が焼き戻しされて硬度が低下してしまうという不具合が回避できる。
【００４８】
これにより、摩擦溶着部分およびその周辺の硬度を適正に管理できるようになる。
【００４９】
これらのことから、本発明では、インボードジョイント３とアウトボードジョイント４との間でトルク伝達が安定して行えるドライブシャフト１を提供できるようになる。
【００５０】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
【００５１】
（１）上記実施形態では、中間軸２の両端の中空部２ｃ，２ｄを軸方向から凹む形状としているが、図４および図５に示すように、軸方向に貫通する貫通孔２ｆとすることができる。この場合、中空部としての貫通孔２ｆを迅速かつ容易に形成することができ、生産性、コスト低減を図るうえで有利となる。
【００５２】
また、図４および図５に示すように、中間軸２の貫通孔２ｆを形成する内周面における両端部分については、端縁側から奥へ向けて拡径するテーパ面とし、この内周テーパ面を、両端の外周テーパ面２ａ，２ｂと同一の傾斜角度とすることによって、この中間軸２の両端側における円錐筒形状部分の肉厚を軸方向で略一定とすることができる。
【００５３】
この場合、冷却時において摩擦溶着部分およびその周辺が略均一に冷却されるようになるから、摩擦溶着部分およびその周辺における硬度の管理が正確に行えるようになり、中間軸２と両内筒部材３１，４１との結合部分における強度を可及的に高めるうえで有利となる。
【００５４】
（２）上記実施形態では、本発明を車両のドライブシャフト１に適用した場合を例に挙げたが、車両のプロペラシャフトやアクスルシャフト、あるいは各種の産業機械等に用いる動力伝達軸にも本発明を適用することができる。
【００５５】
（３）上記実施形態では、中間軸２の一端側と他端側とで異なる形式のジョイント３，４を用いているが、これらのジョイント３，４は、いずれか一方と同じ形式のものを両方に用いてもよいし、また、上記実施形態のようなローラ３３やボール４３を使用した形式とせずに、それ以外の種々な公知の形式のものを採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る部品結合方法を適用するドライブシャフトの構成を示す断面図である。
【図２】図１のインボードジョイントと中間軸とを結合するときの様子を説明するための拡大図である。
【図３】図１のアウトボードジョイントと中間軸とを結合するときの様子を説明するための拡大図である。
【図４】図１に示す中間軸に設ける中空部形状を変更した応用例で、図２に対応する図である。
【図５】図１に示す中間軸に設ける中空部形状を変更した応用例で、図３に対応する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１      ドライブシャフト
２      中間軸（軸部材）
２ａ    一端側の外周テーパ面
２ｂ    他端側の外周テーパ面
２ｃ    一端側の中空部
２ｄ    他端側の中空部
３      インボードジョイント
３１      インボードジョイントの内筒部材（筒部材）
３１ｃ    内筒部材の内周テーパ面
４      アウトボードジョイント
４１      アウトボードジョイントの内筒部材（筒部材）
４１ｃ    内筒部材の内周テーパ面
【図１】
2007130660.tif 000003
【図２】
2007130660.tif 000004
【図３】
2007130660.tif 000005
【図４】
2007130660.tif 000006
【図５】
2007130660.tif 000007