(57)【要約】      （修正有）【課題】等速自在継手の外側継手部材を、鍛造金型の低コスト化、長寿命化を図ると共に、高精度のトラック溝の成形を可能にする鍛造方法を提供する。【解決手段】外側継手部材の鍛造方法は、軸部と軸部の一端に形成された筒状部とを有する外側継手部材の前素材の筒状部の内周面に拡縮可能なパンチセットＴを嵌合させた状態で、筒状部をダイスのダイス孔に圧入してしごき成形するもので、パンチセットＴは、少なくとも複数のパンチ２０と、パンチを進退可能に案内するパンチベース２１を備え、各パンチには、隣り合うトラック溝を成形する一対の成形面２７Ａ、２７Ｂが形成されている。【選択図】図１５
2017144452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面との間に介在してボールを保持する保持器とを備え、前記外側継手部材と内側継手部材の各トラック溝が、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、このボール軌道中心線と前記継手中心を含む平面を継手の軸線に対して周方向に傾斜させ、この傾斜方向を、対になる前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝とで相反させた等速自在継手の外側継手部材の鍛造方法であって、
前記鍛造方法は、軸部とこの軸部の一端に形成された筒状部とを有する前記外側継手部材の前素材の前記筒状部の内周面に拡縮可能なパンチセットを嵌合させた状態で、前記筒状部をダイスの孔に圧入してしごき成形するもので、
前記パンチセットは、少なくとも複数のパンチと、このパンチを進退可能に案内するパンチベースを備え、
前記各パンチには、隣り合うトラック溝を成形する一対の成形面が形成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の鍛造方法。
【請求項２】
前記しごき成形に際し、前記前素材の筒状部の開口部側からダイスの孔に圧入す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鍛造方法。
【請求項３】
前記パンチセットは、前記パンチと前記パンチベースに加えて傘パンチを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手の外側継手部材の鍛造方法。
【請求項４】
前記パンチと前記パンチベースがパンチホルダに収容案内され、前記パンチの前進行程長さが、前記パンチベースの前進行程長さより長い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鍛造方法。
【請求項５】
前記前素材の筒状部の内周面には、奥側の軸方向略半分に周方向に傾斜した円弧状の略仕上げ形状のトラック溝面と、開口側の軸方向略半分に周方向に傾斜しない直線状の予備形状のトラック溝面とが形成されてい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鍛造方法。
【請求項６】
前記前素材の筒状部の外周面に、部分的に突出する突状部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５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鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外側継手部材と内側継手部材のトラック溝が、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、このボール軌道中心線と継手中心を含む平面を継手の軸線に対して周方向に傾斜させ、この傾斜方向を外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝とで相反させた等速自在継手の外側継手部材の鍛造方法に関する。
【０００２】
そして、外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝のそれぞれの傾斜方向を周方向に交互に反対にした等速自在継手の場合は、トルク損失および発熱が少なく高効率化を図ることができる。
【０００３】
従来の成形方法の１つ（成形方法１という）として、特許文献１にツェッパ型等速自在継手の外側継手部材の鍛造方法が記載されている。図２５に示すように、この等速自在継手の外側継手部材１０２は、トラック溝１０３が周方向に傾斜していない円弧状に形成され、外側継手部材１０２の開口側のトラック溝底１０３ａの径より継手中央のトラック溝底１０３ｂの径が大きい構造となっている。この構造をもつ等速自在継手の外側継手部材１０２を成形する場合、冷間しごき加工で成形することが一般的である。
【０００４】
図２６に示すように、冷間しごき加工の工具の主な構成は、軸方向で傾斜した方向に進退可能なパンチ１２０、このパンチ１２０を案内するパンチベース１２１、それぞれのパンチ１２０を継手中心の軸方向位置に拘束する傘パンチ１２２、前素材Ｗを押圧するダイス１２３からなる。冷間しごき加工前に、前素材Ｗが亜熱間鍛造にて成形され、表面潤滑処理（例えば、ボンデ処理）を施す。パンチ１２０に前素材Ｗを被せ、ダイス１２３が前素材Ｗの外周面を押圧し、しごき加工を行う。しごき加工後、鍛造完了品はスプリングバックによりダイス１２３に挟まれている。ダイス１２３の上昇に伴い、鍛造完了品はパンチ１２０を牽引しながら上昇する。図２７（ｂ）に示すように、パンチ１２０は、軸方向に傾斜したパンチベース１２１に案内されて縮径し、鍛造完了品とパンチ１２０の離型を実現する。
【０００５】
成形方法の２（成形方法２という）として、特許文献２に、筒状内周面にクロス溝を有するクロスグルーブ型等速自在継手の外側継手部材の鍛造方法が記載されている。この鍛造金型は、図２８に示すように、軸方向に平行に進退可能な段付きパンチ１４０と、このパンチ１４０を案内するパンチベース１４１、それぞれのパンチ１４０を軸方向の同一位置に拘束する傘パンチ１４２〔図２９（ａ）、図２９（ｂ）参照〕、前素材を押圧するダイス（図示省略）を主な構成とする。成形方法１と同様、前素材が亜熱間鍛造にて成形され、表面潤滑処理（例えば、ボンデ処理）を施す。前素材を鍛造金型に嵌合させた状態で、前素材の開口部側からダイス（図示省略）に圧入することにより、しごき加工を行う。成形完了後、鍛造完了品はスプリングバックによりダイスに挟まれている。ダイスの上昇に伴い、鍛造完了品はパンチ１４０を牽引しながら上昇する。図２９（ｂ）に示すように、パンチ１４０の段差部１４０ａがパンチベース１４１の先端部１４１ａを越え、段差部１４０ａとパンチベース１４１との間に隙間ができ、パンチ１４０の縮径空間ができる。これにより、鍛造完了品とパンチ１４０の離型を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３０３１５号公報
【特許文献２】特開昭５７−５６１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、円弧状のトラック溝を有し、かつ、トラック溝が周方向に傾斜したトラック溝交差タイプの等速自在継手の外側継手部材を成形する場合、前述した各特許文献の成形方法１、成形方法２では、金型工具の構造上、また、金型工具の機能上、成形することは困難であることが判明した。
【０００８】
本発明に至る過程における金型の構造面での知見を図２１に基づいて説明する。円弧状トラック溝を有し、かつトラック溝交差タイプの等速自在継手の外側継手部材では、継手中心以外の軸方向位置における横断面でトラック溝断面の分布が不均一となる。このため、成形方法１、成形方法２の成形パンチの先端には、必然的に、図２１に示すように、トラック溝が接近した部分Ａ１とトラック溝が離れた部分Ａ２が生じる。接近した部分Ａ１では、パンチ１６０の肩部が狭く、パンチベース１６１の肉厚も薄くなる。トラック溝交差タイプでは、成形する際に、トラック溝の左右にアンバランス荷重を受ける。このアンバランス荷重により、成形パンチ１６０は不規則な変形が起こり、成形精度が悪化する。また、変形は予測が困難であるため、金型設計へのフィードバックも難しい。さらに、狭くなったパンチ１６０の肩部と肉厚が薄くなったパンチベース１６１の金型剛性が弱くなり、金型の短寿命の原因になることが判明した。
【０００９】
また、金型の機能面では、成形方法１の冷間しごき加工の場合、隣のパンチが干渉するまでの工程と傾き角度によりパンチ縮径量が決まる。円弧状のトラック溝交差タイプの等速自在継手の外側継手部材のパンチ先端では、パンチベースの肉厚が薄いため、パンチの肩部が干渉しやすい。このため、成形可能なトラック長さが短くなる。トラック溝数が６本から８本、１０本に増える場合、パンチベースがさらに薄くなり、縮径量が減少し、成形可能なトラック溝長さも短くなることが判明した。
【００１０】
成形方法２のダイス孔に前素材の開口部側から押し込むしごき加工の場合、隣のパンチが干渉するまでの距離がパンチ縮径量を決める。パンチの先端面に、接近するトラック溝部分のパンチベースが薄いために、パンチ肩部が干渉しやすくなり、成形可能なトラック溝長さも短くなる。トラック溝数が増加する場合も、薄いパンチベースがさらに薄くなる。このように、縮径量の減少により、成形可能なトラック溝長さが短くなることが判明した。
【００１１】
したがって、成形方法１、成形方法２では、高作動角が必要な円弧状のトラック溝交差タイプの等速自在継手の外側継手部材の成形に不向きで、特に、トラック溝数の多い円弧状のトラック溝交差タイプの等速自在継手の外側継手部材の成形には不向きであることが判明した。
【００１２】
以上の問題に鑑み、本発明は、円弧状のトラック溝を有し、かつ、トラック溝が周方向に傾斜した等速自在継手の外側継手部材を、鍛造金型の低コスト化、長寿命化を図ると共に、高精度のトラック溝の成形を可能にする鍛造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記の目的を達成するため種々検討した結果、隣り合う一対のトラック溝の凸状成形面を１つのパンチに形成するという新規な着想に至った。
【００１４】
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、球状内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面との間に介在してボールを保持する保持器とを備え、前記外側継手部材と内側継手部材の各トラック溝が、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、このボール軌道中心線と前記継手中心を含む平面を継手の軸線に対して周方向に傾斜させ、この傾斜方向を、対になる前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝とで相反させた等速自在継手の外側継手部材の鍛造方法であって、前記鍛造方法は、軸部とこの軸部の一端に形成された筒状部とを有する前記外側継手部材の前素材の前記筒状部の内周面に拡縮可能なパンチセットを嵌合させた状態で、前記筒状部をダイスの孔に圧入してしごき成形するもので、前記パンチセットは、少なくとも複数のパンチと、このパンチを進退可能に案内するパンチベースを備え、前記各パンチには、隣り合うトラック溝を成形する一対の成形面が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成により、円弧状のトラック溝を有し、かつ、トラック溝が周方向に傾斜した等速自在継手の外側継手部材を、鍛造金型の低コスト化、長寿命化を図ると共に、高精度のトラック溝の成形を可能にする鍛造方法を実現することができる。具体的には、隣り合う一対のトラック溝成形面のパンチ間の隙間をなくして、一対のトラック溝成形面が１つのパンチに一体に形成されているので、構造強度と剛性の向上により、高精度の成形が可能となり、また、パンチ肩部の肉厚の薄い領域をなくしたため、応力の集中が緩和され、金型の寿命を向上させることができる。
【００１６】
上記のしごき成形に際し、前素材の筒状部の開口部側からダイスの孔に圧入することが好ましい。これにより、前素材の内周部の材料充足性を向上させることができる。上記の一対のトラック溝成形面が１つのパンチに一体に形成されている構成と前素材の筒状部の開口部側から押し込むしごき成形が相俟って、高精度の成形や金型寿命の向上等を一層促進させることができる。
【００１７】
上記のパンチセットが、パンチとパンチベースに加えて傘パンチを備えていることにより、各パンチが精度よく整列され、継手中心の軸方向位置に拘束される。
【００１８】
上記のパンチとパンチベースがパンチホルダに収容案内され、パンチの前進行程長さが、パンチベースの前進行程長さより長いことにより、簡素な機構でパンチの縮径動作が可能になる。
【００１９】
上記の前素材の筒状部の内周面には、奥側の軸方向略半分に周方向に傾斜した円弧状の略仕上げ形状のトラック溝面と、開口側の軸方向略半分に周方向に傾斜しない直線状の予備形状のトラック溝面とが形成されていることが好ましい。これにより、前素材の亜熱間鍛造において一体型パンチを用いて、鍛造コストの抑制とトラック溝の精度向上を図ることができる。
【００２０】
上記の前素材の筒状部の外周面に、部分的に突出する突状部が形成されていることにより、隣り合うトラック溝を周方向で反対方向に傾斜させる成形の際、材料を十分充足させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、円弧状のトラック溝を有し、かつ、トラック溝が周方向に傾斜した等速自在継手の外側継手部材を、鍛造金型の低コスト化、長寿命化を図ると共に、高精度のトラック溝の成形を可能にする鍛造方法を実現することができる。具体的には、隣り合う一対のトラック溝成形面のパンチ間の隙間をなくして、一対のトラック溝成形面が１つのパンチに一体に形成されているので、構造強度と剛性の向上により、高精度の成形が可能となり、また、パンチ肩部の肉厚の薄い領域をなくしたため、応力の集中が緩和され、金型の寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）図は、本発明の一実施形態に係る鍛造方法に基づいて製造された外側継手部材が組み込まれた等速自在継手の部分縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の等速自在継手の側面図である。
【図２】（ａ）図は、図１（ａ）の等速自在継手の外側継手部材の部分縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の外側継手部材の側面図である。
【図３】図１（ａ）の等速自在継手の内側継手部材を示し、（ａ）図は、（ｂ）図の左側面図で、（ｂ）図は内側継手部材の外周面を示す図で、（ｃ）図は、（ｂ）図の右側面図である。
【図４】外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。
【図５】内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。
【図６】図１（ａ）の等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す図である。
【図７】図２（ｂ）のＳ１−Ｓ１線で矢視した外側継手部材の斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る鍛造方法の外側継手部材の前素材を示し、（ａ）図は前素材の縦断面図で、（ｂ）図は側面図である。
【図９】図８（ｂ）のＳ２−Ｎ−Ｓ２線で矢視した前素材の斜視図である。
【図１０】図９の前素材の内周面を示す展開図である。
【図１１】図９の前素材の外周面を示す斜視図である。
【図１２】鍛造金型を示し、（ａ）図はパンチの斜視図で、（ｂ）図はパンチベースの斜視図である。
【図１３】図１２の鍛造金型の先端の成形部分を示し、（ａ）図はパンチの斜視図で、（ｂ）図はパンチの展開図である。
【図１４】パンチベースの先端部の斜視図である。
【図１５】パンチベースにパンチを組合わせた状態を示し、（ａ）図はパンチが拡径した状態を示す斜視図で、（ｂ）図はパンチが縮径した状態を示す斜視図である。
【図１６】パンチホルダの縦断面で見た斜視図である。
【図１７】金型をセットした状態を示す斜視図である。
【図１８】成形工程を示し、（ａ）図はワーク投入状態を示し、（ｂ）図は成形開始状態を示し、（ｃ）は成形完了状態を示す概要図である。
【図１９】排出工程を示し、（ａ）はプレートからのワーク排出状態を示し、（ｂ）図はダイスからのワーク排出状態を示し、（ｃ）図はパンチからのワーク排出状態を示す概要図である。
【図２０】パンチの変形例を示す斜視図である。
【図２１】開発過程の知見を示すパンチとパンチベースを組合わせた状態を示す斜視図ある。
【図２２】本発明の一実施形態に係る鍛造方法に基づいて製造された外側継手部材が組み込まれた他の形式の等速自在継手を示し、（ａ）図は縦断面図で、（ｂ）図は側面図である。
【図２３】図２２（ａ）の外側継手部材の部分縦断面図である。
【図２４】図２２（ａ）の内側継手部材の外周面を示す図である。
【図２５】ツェッパ型等速自在継手の外側継手部材の縦断面で見た斜視図である。
【図２６】従来の鍛造金型を示す斜視図である。
【図２７】従来の鍛造金型を示し、（ａ）図はパンチが拡径した状態を縦断面でみた斜視図で、（ｂ）図はパンチが縮径した状態を縦断面で見た斜視図である。
【図２８】従来の鍛造金型を示す斜視図である。
【図２９】従来の鍛造金型を示し、（ａ）図はパンチが拡径した状態を縦断面でみた斜視図で、（ｂ）図はパンチが縮径した状態を縦断面で見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態に係る鍛造方法に基づいて製造された外側継手部材が組み込まれた等速自在継手の一例およびその構成部材を図１〜６に示し、本発明の実施の形態に係る外側継手部材の鍛造方法を図７〜１９に示す。まず、等速自在継手の一例およびその構成部材を図１〜６に基づいて説明する。
【００２４】
図１（ａ）は等速自在継手の部分縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の右側面図である。等速自在継手１は、固定式等速自在継手であり、外側継手部材２、内側継手部材３、トルクを伝達するボール４および保持器５を主な構成とする。図１（ｂ）および図２（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、外側継手部材２および内側継手部材３のそれぞれ８本のトラック溝７、９は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝７Ａ、７Ｂおよび９Ａ、９Ｂで互いに反対方向に形成されている。そして、外側継手部材２および内側継手部材３の対となるトラック溝７Ａ、９Ａおよび７Ｂ、９Ｂはそれぞれ互いに反対方向（相反）に傾斜し、その各交差部に８個のボール４が配置されている。トラック溝７、９の詳細は後述する。
【００２５】
継手の縦断面を図１（ａ）に示す。軸方向に延びるトラック溝の傾斜状態や湾曲状態などの形態、形状を的確に示すために、本明細書では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、トラック溝に配置されたボールがトラック溝に沿って移動するときのボールの中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝の傾斜状態は、ボール軌道中心線の傾斜状態と同じであり、また、トラック溝の円弧状、あるいは直線状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状、あるいは直線状の状態と同じである。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、外側継手部材２のトラック溝７はボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７ｂとからなり、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａに第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。一方、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９ｂとからなり、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａに第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。
【００２７】
第１のトラック溝部７ａ、９ａのボール軌道中心線Ｘａ、Ｙａの各曲率中心を、継手中心Ｏ、すなわち継手の軸線Ｎ−Ｎ上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。トラック溝７、９の横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝７、９とボール４は、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール４は、トラック溝７、９の溝底より少し離れたトラック溝７、９の側面側で接触している。
【００２８】
図２に基づき、外側継手部材２のトラック溝７が継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。図２（ａ）は外側継手部材２の部分縦断面を示し、図２（ｂ）は外側継手部材２の右側面を示す。外側継手部材２のトラック溝７は、その傾斜方向の違いから、トラック溝７Ａ、７Ｂの符号を付す。図２（ａ）に示すように、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝７Ａに周方向に隣り合うトラック溝７Ｂは、図示は省略するが、トラック溝７Ｂのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して、トラック溝７Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。この例では、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの両方が平面Ｍ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａのみが平面Ｍに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍが継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第１のトラック溝部７ａで互いに反対方向に形成されていればよい。
【００２９】
ここで、トラック溝の符号について補足する。外側継手部材２のトラック溝全体を指す場合は符号７を付し、その第１のトラック溝部に符号７ａ、第２のトラック溝部に符号７ｂを付す。さらに、傾斜方向の違うトラック溝を区別する場合には符号７Ａ、７Ｂを付し、それぞれの第１のトラック溝部に符号７Ａａ、７Ｂａ、第２のトラック溝部に符号７Ａｂ、７Ｂｂを付す。後述する内側継手部材３のトラック溝についても、同様の要領で符号を付している。
【００３０】
次に、図３に基づき、内側継手部材３のトラック溝９が継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。図３（ｂ）は内側継手部材３の外周面を示し、図３（ａ）は内側継手部材３の左側面を、図３（ｃ）は右側面を示す。内側継手部材３のトラック溝９は、その傾斜方向の違いから、トラック溝９Ａ、９Ｂの符号を付す。図３（ｂ）に示すように、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝９Ａに周方向に隣り合うトラック溝９Ｂは、図示は省略するが、トラック溝９Ｂのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して、トラック溝９Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、等速自在継手１の作動性および内側継手部材３のトラック溝の最も接近した側の球面幅Ｆを考慮し、４°〜１２°にすることが好ましい。また、前述した外側継手部材と同様、この例では、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂの両方が平面Ｑ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａのみが平面Ｑに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａと継手中心Ｏを含む平面Ｑが継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第１のトラック溝部９ａで互いに反対方向に形成されていればよい。内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含み、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して垂直な平面Ｐを基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。
【００３１】
図４に基づいて、外側継手部材２の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図４の部分縦断面は、前述した図２（ａ）のトラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図４には、外側継手部材２のトラック溝７Ａが示されているが、トラック溝７Ｂは、傾斜方向がトラック溝７Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝７Ａと同じであるので、説明は省略する。外側継手部材２の球状内周面６にはトラック溝７Ａが概ね軸方向に沿って形成されている。トラック溝７Ａはボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａにおいて、第２のトラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ａが第１のトラック溝部７Ａａと第２のトラック溝７Ａｂとの接続点である。端部Ａは継手中心Ｏよりも開口側に位置するので、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａにおいて接線として接続される第２のトラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂは、開口側に行くにつれて継手の軸線Ｎ−Ｎ（図１（ａ）参照）に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。
【００３２】
図４に示すように、端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬとする。トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ（図２（ａ）参照）上に投影された継手の軸線Ｎ’−Ｎ’は継手の軸線Ｎ−Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｌとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｌが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。
【００３３】
同様に、図５に基づいて、内側継手部材３の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図５の縦断面は、前述した図３（ｂ）のトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た断面図である。したがって、図４と同様に、厳密には、継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図５には、内側継手部材３のトラック溝９Ａが示されているが、トラック溝９Ｂは、傾斜方向がトラック溝９Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝９Ａと同じであるので、説明は省略する。内側継手部材３の球状外周面８にはトラック溝９Ａが概ね軸方向に沿って形成されている。トラック溝９Ａはボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂにおいて、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｂが第１のトラック溝部９Ａａと第２のトラック溝９Ａｂとの接続点である。端部Ｂは継手中心Ｏよりも奥側に位置するので、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂにおいて接線として接続される第２のトラック溝部９Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｙｂは、奥側に行くにつれて継手の軸線Ｎ−Ｎ（図１（ａ）参照）に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。
【００３４】
図５に示すように、端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲとする。トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ（図３（ｂ）参照）上に投影された継手の軸線Ｎ’−Ｎ’は継手の軸線Ｎ−Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｒとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｒが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。
【００３５】
次に、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材２および内側継手部材３の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対して、ボール４がθ／２だけ移動する。使用頻度が多い作動角の１／２より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール４が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で１名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手に生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°〜１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。使用頻度の多い作動角は最大２０°を目処とする。これにより、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βを３°〜１０°と設定する。ただし、角度βは３°〜１０°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができる。角度βを３°〜１０°に設定することで種々の車種に汎用することができる。
【００３６】
上記の角度βにより、図４において、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、図５において、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの端部Ｂは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａと、傾斜方向が反対の７Ｂａ、９Ｂａ〔図２（ａ）、図３（ｂ）参照〕に位置するので、保持器５の周方向に隣り合うポケット部５ａにボール４から相反する方向の力が作用し、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定する〔図１（ａ）参照〕。このため、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触力、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
【００３７】
等速自在継手１においては、保持器５のポケット部５ａとボール４との嵌め合いをすきま設定にしてもよい。この場合、前記すきまは０〜４０μｍ程度に設定することが好ましい。すきま設定にすることにより、保持器５のポケット部５ａに保持されたボール４をスムーズに作動させることができ、更なるトルク損失の低減を図ることができる。
【００３８】
等速自在継手１が最大作動角を取った状態を図６に示す。外側継手部材２のトラック溝７Ａは、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂが開口側に形成されている。コンパクト設計の中で、この第２のトラック溝部７Ａｂの存在により、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。そのため、図示のように、最大作動角θｍａｘを４７°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ１０を設けた状態でボール４がトラック溝７Ａｂと接触状態を確保することができ、かつ、くさび角が大きくならないように抑えることができる。
【００３９】
尚、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール４が第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａ〔７Ｂａ、９Ｂａ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照〕と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂ〔７Ｂｂ、９Ｂｂ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照〕に一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器５の各ポケット部５ａにボール４から作用する力が釣り合わず、保持器５と外側継手部材２との球面接触部１２、６および保持器５と内側継手部材３との球面接触部１３、８の接触力が発生するが、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、この等速自在継手１は、総合的にみるとトルク損失や発熱を抑制できる。したがって、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。
【００４０】
前述した等速自在継手の一例では、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのボール軌道中心線Ｘｂ、Ｙｂが直線状に形成されたものを例示したが、これに限られず、第２のトラック溝部のボール軌道中心線を比較的大きな曲率半径を有する凹円弧状あるいは凸円弧状に形成したものでもよい。この場合でも、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共に、くさび角が過大になるのを抑制することができる。
【００４１】
本発明の実施形態に係る鍛造方法に基づいて製造された外側継手部材が組み込まれた等速自在継手の一例およびその構成部材は、以上説明したとおりである。次に本発明の実施形態に係る外側継手部材の鍛造方法を図７〜図１９に基づいて説明する。
【００４２】
図７は、外側継手部材２の単体完成品を図２（ｂ）のＳ１−Ｓ１線で矢視した斜視図である。外側継手部材２の詳細は、前述したとおりである。外側継手部材２は、機械構造用炭素鋼（例えば、Ｓ５３Ｃ）等からなり、表面には高周波焼入れによる硬化層が形成されている。外側継手部材２は、奥側に第１のトラック溝部７ａ（７Ａａ、７Ｂａ）が形成され、開口側に第２のトラック溝部７ｂ（７Ａｂ、７Ｂｂ）が形成され、両トラック溝部が滑らかに接続されている。トラック溝７（７Ａ、７Ｂ）間には球状外周面６が形成されている。後述する成形工程後の鍛造完了品に旋削加工、スプライン加工、熱処理、研削加工などを経て図７に示す完成品となる。
【００４３】
本実施形態は、前述した外側継手部材２の鍛造方法を特徴とするものである。本実施形態の鍛造方法における前素材を図８〜図１１に基づいて説明する。図８（ａ）は前素材の縦断面図で、図８（ｂ）は側面図である。図９は、図８（ｂ）のＳ２−Ｎ−Ｓ２線で矢視した前素材の斜視図で、図１０は、図９の前素材の内周面を示す展開図で、図１１は、図９の前素材の外周面を示す斜視図である。
【００４４】
本実施形態の鍛造方法における冷間しごき加工前の図８（ａ）および図８（ｂ）に示す前素材は、亜熱間鍛造により成形され、表面潤滑処理（例えば、ボンデ処理）が施される。前素材Ｗ１は、筒状部Ｗ１ｂと軸部Ｗ１ｃを有し、筒状部Ｗ１ｂの内周面に、第１のトラック溝部７ａ（７Ａａ、７Ｂａ）（図７参照）に対応する略仕上げ形状の面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）〔以下、略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）と略称する。〕が図８（ａ）の継手中心Ｏから奥側略半分に形成されている。第１のトラック溝部７ａ（７Ａａ、７Ｂａ）の残部と直線状の第２のトラック溝部７ｂ（７Ａｂ、７Ｂｂ）に対応する予備形状の面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）〔以下、予備形状の第２のトラック溝面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）と略称する。〕が図８（ａ）の継手中心Ｏから開口側略半分に形成されている。略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）は、周方向に傾斜し、かつ継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状に形成されている。一方、予備形状の第２のトラック溝面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）は、周方向の傾斜のない直線状に形成されている。
【００４５】
前素材Ｗ１の略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）は、継手中心Ｏから奥側略半分に形成する形態にしたので、トラック溝面の傾斜角γが比較的に小さいことと、継手中心Ｏを曲率中心とする奥側略半分が円弧状であるので、亜熱間鍛造において一体型パンチによって、略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）の肩部との間の干渉なく成形することができる。これにより、鍛造コストの抑制とトラック溝の精度向上を図ることができる。
【００４６】
球状内周面６（図７参照）に対応する略仕上げ形状の内周面６’ａ（以下、略仕上げ形状の球状内周面６’ａと略称する。）が、図８（ａ）の継手中心Ｏから奥側略半分に形成され、図８（ａ）の継手中心Ｏから開口側略半分は略円筒状の予備形状の内周面６’ｂ（以下、予備形状の略円筒状内周面６’ｂと略称する。）が形成されている。
【００４７】
斜視図である図９に、前素材ＷＩの略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）、予備形状の第２のトラック溝面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）、略仕上げ形状の球状内周面６’ａおよび予備形状の略円筒状内周面６’ｂをより分かりやすく示す。予備形状の第２のトラック溝面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）および予備形状の略円筒状内周面６’ｂは、金型の抜け勾配として、開口側に向けて若干拡径するテーパ状に形成されている。
【００４８】
また、展開図である図１０に、略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）および予備形状の第２のトラック溝面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）の周方向の傾斜状態をより分かりやすく示す。略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）のボール軌道中心線Ｘａ’は継手の軸線Ｎ−Ｎに対してγだけ周方向に傾斜している〔図２（ａ）参照〕。これに対して、予備形状の第２のトラック溝面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）のボール軌道中心線Ｘｂ’は周方向の傾斜のない直線状に形成されている。
【００４９】
図１１に示すように、前素材Ｗ１の外周面には、周方向の４箇所に部分的に外径を大きくして肉厚を増加させた突状部Ｗ１ａが形成されている。突状部Ｗ１ａは、図９の予備形状の第２のトラック溝面７Ａｂ’と７Ｂｂ’を周方向で反対方向に傾斜させる成形の際、材料が十分充足するように設けられている。換言すると、予備形状の第２のトラック溝面７Ａｂ’と７Ｂｂ’の周方向の間隔を開口側で広げる成形の際、材料が十分充足するように設けられている。このため、突状部Ｗ１ａは、図８（ｂ）、図９および図１１に示すＧ１、Ｇ２の範囲で部分的に形成されている。突状部Ｗ１ａの具体的な形状は、材料の充足状態を考慮して設定する。
【００５０】
本実施形態の鍛造方法は、前素材Ｗ１を冷間しごき加工するものである。この鍛造方法に用いる金型を図１２〜図１７に基づいて説明する。図１２（ａ）はパンチを示す斜視図で、図１２（ｂ）はパンチベースを示す斜視図である。図１３（ａ）はパンチの先端部を拡大した斜視図で、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のパンチの外周面をさらに拡大した展開図である。図１２（ａ）および図１３（ａ）に示すように、パンチ２０は４個に分割されている。各パンチ２０の先端外周部には、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａ（図７参照）を成形する第１のトラック溝部成形面２７Ａａ、２７Ｂａと、第２のトラック溝部７Ａｂ、７Ｂｂ（図７参照）を成形する第２のトラック溝部成形面２７Ａｂ、２７Ｂｂが形成されている。図１３（ｂ）に示すように、第１のトラック溝部成形面２７Ａａ、２７Ｂａと第２のトラック溝部成形面２７Ａｂ、２７Ｂｂは、継手の軸線Ｎ−Ｎ〔図２（ａ）参照〕に対してγだけ周方向に傾斜しており、両トラック溝部成形面２７Ａａ、２７Ａｂと２７Ｂａ、２７Ｂｂは、それぞれ、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａの開口側端部Ａ〔図２（ａ）参照〕に対応する位置で接続している。
【００５１】
第１のトラック溝部成形面２７Ａａ、２７Ｂａの間に球状内周面６を成形する球状成形面２８が継手中心Ｏ〔図２（ａ）参照〕の軸方向位置からパンチ２０の先端（継手の奥側）まで形成され、球状成形面２８からパンチ２０の軸方向中央側〔図１２（ａ）、図１３（ｂ）の上側〕には円筒状成形面２９が形成されている。
【００５２】
第１のトラック溝部成形面２７Ａａと第２のトラック溝部成形面２７Ａｂを合わせてトラック溝成形面２７Ａと呼び、第１のトラック溝部成形面２７Ｂａと第２のトラック溝部成形面２Ｂｂを合わせてトラック溝成形面２７Ｂと呼ぶ。
【００５３】
図１２（ａ）に示すように、パンチ２０の周方向の端面は、後述するパンチ２０の拡径時にパンチベース２１の鍔面３６ａ〔図１２（ｂ）参照〕に当接する当接面３０と、この当接面３０からテーパ状段部３１を介して、パンチ２０の縮径空間を形成する段差面３２から形成されている。各パンチ２０の当接面３０には、面取り部３３が形成され、成形時の材料の挟み込みを抑制している。
【００５４】
パンチ２０の半径方向内側には、パンチベース２１に案内される内側当接面３４が形成されている。４個のパンチ２０が縮径して、周方向の当接面３０同士を当接させた時、４個の内側当接面３４で形成される横断面の輪郭は正方形となる。パンチ２０の他端部〔図１２（ａ）の上側〕には、突出部３５が形成され、その軸方向の面が位置決め用テーパ状段部４４となっている。
【００５５】
従来の成形方法１や成形方法２では、冷間加工する１本のトラック溝に１つのパンチを配置した構造であった。これに対して、本実施形態では、隣り合う一対のトラック溝成形面２７Ａ、２７Ｂを１つのパンチ２０に配置した構造となっている。すなわち、従来のパンチ配置とは異なり、隣り合う一対のトラック溝成形面２７Ａ、２７Ｂのパンチ間の隙間をなくして、一対のトラック溝成形面２７Ａ、２７Ｂが１つのパンチ２０に一体に形成されている。そのため、従来のパンチの断面積に対して、本実施形態におけるパンチ２０の断面積は約３〜４．５倍となる。トラック溝成形面１本当たりの断面積に換算すると、１．５〜２．２５倍に増加し、曲げ剛性は４．２倍以上に向上する。すなわち、構造強度と剛性の向上により、高精度の成形が可能になる。また、パンチ肩部の肉厚の薄い領域をなくしたため、応力の集中が緩和され、金型の寿命を向上させることができる。
【００５６】
次に、パンチ２０を進退可能に案内するパンチベース２１を図１２（ｂ）および図１４に基づいて説明する。図１４は、パンチベース２１の先端部を図１２（ｂ）とは異なる方向から見た斜視図である。パンチベース２１は、概ね４角柱形状をなし、パンチ２０の内側当接面３４を案内する４個の底面３７と、４個の底面３７の角部からパンチ２０の周方向の当接面３０を案内する鍔部３６が形成されている。鍔部３６の両側には、鍔面３６ａが形成されている。鍔部３６の先端部〔図１２（ｂ）の下側〕には、前述したパンチ２０の面取り部３３と輪郭が一致するテーパ状面３８が形成されている。鍔部３６の他端部〔図１２（ｂ）の上側〕には、突出部３９が形成され、その軸方向の面が位置決め用テーパ状段部４２となっている。パンチベース２１の中心には、傘パンチ２２〔図１５（ｂ）参照〕の軸部が進退可能に挿入される貫通孔４０が形成されている。
【００５７】
従来の成形方法１および成形方法２の冷間加工の場合に、パンチの先端側に接近するトラック溝の領域のパンチベースが薄く、パンチの縮径量が制限される。本実施形態では、隣り合う一対のトラック溝成形面２７Ａ、２７Ｂが１つのパンチ２０に配置されているため、従来のパンチベースより肉厚を増加させることが可能である。これにより、トラック溝数が多くかつ高作動角が取れる等速自在継手の外側継手部材の場合でも、必要なトラック長さを有するトラック溝交差タイプの外側継手部材を成形することが可能である。
【００５８】
また、パンチ２０を案内する底面３７と鍔面３６ａからなる溝数を半減したパンチベース２１では、溝の断面形状を鋭い角形（図２１のＢ部参照）から平らな底面３７の形状にしたために、応力の集中が緩和され、パンチベース２１の長寿命化を図ることができる。さらに、上記溝数の半減により、一体になったパンチベース２１の剛性が向上し、鍛造品の高精度化に効果がある。
【００５９】
次に、パンチ２０とパンチベース２１の拡縮作動と相対的な進退作動を図１５（ａ）、図１５（ｂ）に基づいて説明する。図１５（ａ）はパンチ２０の拡径状態を示す斜視図で、図１５（ｂ）はパンチ２０の縮径状態を示す斜視図である。ここで、本明細書および特許請求の範囲におけるパンチセットとは、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すパンチ２０とパンチベース２１のセット、さらに好ましくは、パンチ２０、パンチベース２１および傘パンチ２２のセットを意味する。パンチセットに符号Ｔを付す。図１５（ａ）に示すように、各パンチ２０の当接面３０〔図１５（ｂ）参照〕の間にパンチベース２１の鍔部３６が挿入され、当接面３０と鍔面３６ａが当接すると共に各パンチ２０の先端面およびパンチベース２１の先端面が傘パンチ２２の背面２２ａに当接して整列され、これにより、各パンチ２０が継手中心Ｏ〔図１（ａ）参照〕に拘束される。この状態が、パンチ２０の拡径状態である。
【００６０】
図１５（ａ）の拡径状態から、各パンチ２０がパンチベース２１の底面３７と鍔面３６ａに案内されて下方へ前進する。そして、パンチベース２１の鍔面３６の先端がパンチ２０のテーパ状段部３１を過ぎると、パンチ２０の段差面３２とパンチベース２０の鍔面３６ａとの間に隙間が生じ、パンチ２０の縮径空間ができる。これにより、図１５（ｂ）に示すように、パンチ２０は縮径状態になる。
【００６１】
パンチ２０とパンチベース２１の拡縮作動と相対的な進退作動は以上のとおりであるが、
パンチ２０とパンチベース２１は、図１６に示すパンチホルダ２４の内周孔４１に収容案内され、前述した相対的な進退作動を行う。具体的には、パンチホルダ２４の内周孔４１に、パンチベース２１の鍔部３６の突出部３９〔図１５（ｂ）参照〕が摺動自在に嵌合する軸方向溝４３が設けられ、この軸方向溝４３の下方側端部にテーパ状ストッパ面４３ａが設けられている。このテーパ状ストッパ面４３ａにパンチベース２１の鍔部３６の突出部３９の位置決め用テーパ状段部４２が係止されてパンチベース２１の下方側への前進行程が決められる。パンチベース２１の鍔部３６の外周面はパンチホルダ２４の内周孔４１に案内される。
【００６２】
パンチホルダ２４の内周孔４１には、さらに、パンチ２０の突出部３５〔図１５（ａ）参照〕が摺動自在に嵌合する軸方向溝４５が設けられ、この軸方向溝４５の下方側端部にテーパ状ストッパ面４５ａが設けられている。このテーパ状ストッパ面４５ａにパンチ２０の突出部３５の位置決め用テーパ状段部４４が係止されてパンチ２０の下方側への前進行程が決められる。パンチ２０の外周面２０ａはパンチホルダ２４の内周孔４１に案内される。
【００６３】
パンチホルダ２４に設けられたテーパ状ストッパ面４３ａおよびテーパ状ストッパ面４５ａにより、パンチベース２１の前進行程長さが短く、パンチ２０の前進行程長さが長くなる。これにより、パンチベース２１が停止した後にも、パンチ２０の当接面３０とパンチベース２１の鍔面３６ａとの案内によりパンチ２０の前進が続き、パンチ２０のテーパ状段部３１がパンチベース２１の鍔面３６ａの先端を過ぎると、パンチ２０の段差面３２とパンチベース２０の鍔面３６ａとの間に隙間が生じ、パンチ２０の縮径空間ができる。このように、簡素な機構でパンチ２０の縮径動作が可能になる。
【００６４】
図１７の斜視図は、本実施形態の鍛造方法に用いる金型をセットにした状態を示す。パンチ２０、パンチベース２１がパンチホルダ２４内に収容され、パンチベース２１に傘パンチ２２挿入されている。ダイス２３はパンチホルダ２４と合わせて後述するプレス装置のスライドに取付け固定される。図１７は、前素材Ｗ１の内周部に傘パンチ２２、パンチ２０およびパンチベース２１が挿入され、ダイス２３によって、前素材Ｗ１の外周部をしごき加工する成形開始時〔図１８（ｂ）参照〕の金型の配置状態を示す。
【００６５】
次に、具体的な成形工程を図１８、図１９に基づいて説明する。図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、前素材の投入から成形完了までの行程を示し、図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は成形完了後、鍛造完成品の排出までの行程を示す。
【００６６】
図１８（ａ）を参照して、プレス装置に装着された金型や加圧装置の概要を説明する。プレス装置の例えば、油圧駆動源により昇降するスライド５０に、パンチ２０、パンチベース２１、傘パンチ２２等を収容したパンチホルダ２４やダイス２３からなる金型セット、加圧シリンダ５１およびノックアウトシリンダ５２が取付け固定されている。パンチホルダ２４の内部には、パンチ２０、パンチベース２１、傘パンチ２２および押圧部材５３が摺動自在に収容されている。押圧部材５３の中心に設けられた貫通孔５３ａに傘パンチ２２の軸部２２ｂが摺動自在に嵌合している。傘パンチ２２の軸部２２ｂは、ばね受け部材５４を介してノックアウトシリンダ５２のロッド５２ａに連結されている。押圧部材５３の上面には、ばね受け部５３ａが設けられ、このばね受け部５３ｂと、ばね受け部材５４との間に圧縮コイルばね５５が組み込まれている。この圧縮コイルばね５５の付勢力により、パンチ２０とパンチベース２１が、傘パンチ２２の背面２２ａと押圧部材５３の下面５３ｃとの間で拘束されて整列する。加圧シリンダ５１は連結部材５６を介して押圧部材５３を押圧する。プレス装置の下方にプレート５７が取付け固定され、このプレート５７上に前素材Ｗ１がセットされる。
【００６７】
成形工程を具体的に説明する。図１８（ａ）に示すように、ワーク投入状態は、スライド５０が上死点に位置し、加圧シリンダ５１には一定の圧力が負荷され、ノックアウトシリンダ５２には圧力が負荷されていない。加圧シリンダ５１およびノックアウトシリンダ５２の圧力状態は成形完了まで維持される。この状態で、パンチ２０の位相に合わせて、プレート５７上に前素材Ｗ１がセットされる。
【００６８】
ワーク投入後、図１８（ｂ）に示すように、成形開始状態は、加圧シリンダ５１が一定の圧力負荷状態でスライド５０が下降し、傘パンチ２２が前素材Ｗ１のカップ底面に定圧を保って当接すると共にダイス２３のダイス孔２３ａに前素材Ｗ１の開口端部が臨む位置までスライド５０が下降する。
【００６９】
傘パンチ２２が前素材Ｗ１のカップ底面に定圧を保って当接し、パンチ２０のトラック溝成形面２７Ａ、２７Ｂの軸方向位置を安定させた状態で、図１８（ｃ）に示すように、ダイス２３が下降し前素材Ｗ１の開口部側から外周面を押圧し、スライド５０が下死点まで達し、前素材Ｗ１の内周部がパンチ２０のトラック溝成形面２７Ａ、２７Ｂおよび球状成形面２８、円筒状成形面２９に押し付けられて、軸方向全域のトラック溝面７ａ’、７ｂ’および奥側の球状内周面６’ａと開口側の円筒状内周面６’ｂの仕上げ成形が完了する。
【００７０】
具体的には、前素材ＷＩの奥側におけて、略仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ’（７Ａａ’、７Ｂａ’）が仕上げ形状の第１のトラック溝面７ａ”（７Ａａ”、７Ｂａ”）となり、略仕上げ形状の球状内周面６’ａが仕上げ形状の球状内周面６”ａとなる。また、前素材Ｗ１の開口側において、予備形状の第２のトラック溝面７ｂ’（７Ａｂ’、７Ｂｂ’）が仕上げ形状の第２のトラック溝面７ｂ”（７Ａｂ”、７Ｂｂ”）となり、予備形状の略円筒状内周面６’ｂが仕上げ形状の略円筒状内周面６”ｂとなる。ここで、本明細書において仕上げ形状とは、鍛造完了品に残る形状を意味する。
【００７１】
上記成形において、前素材Ｗ１に突状部Ｗ１ａを設けたことにより、予備形状の第２のトラック溝面７Ａｂ’と７Ｂｂ’の周方向の間隔を開口側で広げる成形の際、材料が十分充足する。
【００７２】
成形完了後のスプリンバック現象により、鍛造完了品Ｗ２はダイス２３に挟持されて状態になる。上記のように、ダイス２３が前素材Ｗ１の開口部側から外周面を押圧し、押し込むしごき成形であるので、前素材Ｗ１の内周部の材料充足性を向上させることができる。前述した一対のトラック溝成形面２７Ａ、２７Ｂが１つのパンチ２０に一体に形成されている構成と前素材Ｗ１の筒状部Ｗ１の開口部側から押し込むしごき成形が相俟って、高精度の成形や金型寿命の向上等を一層促進させることができる。
【００７３】
成形完了後、鍛造完了品Ｗ２の排出工程となる。加圧シリンダ５１の圧力を抜くことにより鍛造完了品Ｗ２のカップ底面への傘パンチ２２の圧力が消失する。そして、図１９（ａ）に示すように、スライダ５０が上昇し、ダイス２３の中に挟持された鍛造完了品Ｗ２とパンチ２０、パンチベース２１、傘パンチ２２が上昇し、鍛造完了品Ｗ２がプレート５７から排出され、スライド５０が上死点に達する。
【００７４】
その後、図１９（ｂ）に示すように、加圧シリンダ５１に圧力が負荷され、パンチ２０、パンチベース２１を介して傘パンチ２２が鍛造完了品Ｗ２のカップ底面を押圧し、鍛造完了品Ｗ２がダイス２３から離脱する。この状態までパンチベース２１が下降すると、パンチベース２１のテーパ状段部４２がパンチホルダ２４のテーパ状ストッパ面４３ａに係止され、パンチベース２１の下降動作は停止する。
【００７５】
その後、図１９（ｃ）に示すように、ノックアウトシリンダ５２に圧力が負荷され、パンチベース２１の行程長さより長い工程長さに設計されているパンチ２０がさらに下降する。そして、パンチ２０の位置決め用テーパ状段部４４がパンチホルダ２４のテーパ状ストッパ面４５ａに係止すると共に、パンチ２０の段差面３２がパンチベース２１の鍔部３６の先端部に達する。これにより、パンチ２０の段差面３２とパンチベース２１の鍔面３６ａとの間に隙間が生じ、パンチ２０が縮径し、鍛造完了品Ｗ２が排出される。鍛造完了品Ｗ２は、その後、旋削加工、スプライン加工、熱処理、研削加工などを経て図７に示す完成品となる
【００７６】
本実施形態の鍛造方法は、以上の図１８（ａ）〜図１８（ｃ）および図１９（ａ）〜図１９（ｃ）の行程を経て完了する。本実施形態の鍛造方法により、円弧状のトラック溝を有し、かつ、トラック溝が周方向に傾斜した等速自在継手の外側継手部材を、鍛造成形工具の低コスト化、長寿命化を図ると共に、高精度のトラック溝の成形を可能できる。
【００７７】
本実施形態の鍛造方法に基づいて製造された外側継手部材が組み込まれた等速自在継手の一例では、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのボール軌道中心線Ｘｂ、Ｙｂが直線状に形成されたものを例示したが、これに限られず、第２のトラック溝部のボール軌道中心線を比較的大きな曲率半径を有する凹円弧状あるいは凸円弧状に形成したものでもよい。この場合には、第２のトラック溝部を成形する金型の成形面を、上記凹円弧状あるいは凸円弧状を考慮した形状に適宜修正すればよい。
【００７８】
次に、パンチの変形例を図２０に基づいて説明する。前述した実施形態の鍛造方法に用いたパンチ２０は、継手中心Ｏの軸方向位置から上側を円筒状成形面２９にしたものを例示したが、本変形例のパンチは、円筒状成形面２９を球状成形面に変更して、成形面の軸方向全域を球状成形面２８’としたものである。図２０に示すように、パンチ２０’では、成形面の軸方向全域に球状成形面２８’が形成されている。成形荷重や金型寿命等を考慮して、本変形例のパンチ２０’も適宜適用することができる。この場合は、球状内周面の後加工が削減できる。パンチ２０’の成形面の軸方向全域を球状成形面２８’とした点を除く金型の構成は、前述した実施形態と同様であるので、同じ機能を有する部位には同一の符号を付して、前述した実施形態における前素材や金型の構成、作用、具体的な成形工程等について説明した内容をすべて準用する。
【００７９】
次に、本発明の実施形態に係る鍛造方法を適用する他の形式の等速自在継手を図２２（ａ）〜図２４に基づいて説明する。図２２（ａ）は、他の形式の等速自在継手の縦断面図で、図２２（ｂ）は側面図である。この等速自在継手７１もトラック溝交差タイプであり、外側継手部材７２、内側継手部材７３、トルクを伝達する複数のボール７４および保持器７５を主な構成とする。外側継手部材７２には球状内周面７６に複数（８本）のトラック溝７７が形成されている。内側継手部材７３には球状外周面７８に外側継手部材７２のトラック溝７７と対をなす複数のトラック溝７９が形成されている。対をなす外側継手部材７２のトラック溝７７と内側継手部材７３のトラック溝７９との間に複数のボール７４が１個ずつ組み込まれている。保持器７５の球状外周面８２と球状内周面８３は、外側継手部材７２の球状内周面７６と内側継手部材７３の球状外周面７８に、それぞれ嵌合し、保持器７５のポケット７５ａにボール７４を保持している。
【００８０】
外側継手部材７２のトラック溝７７の曲率中心と、内側継手部材７３のトラック溝７９の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに一致させており、両トラック溝７７、７９の軸方向のオフセットを０としている。また、外側継手部材７２の球状内周面７６の曲率中心と、内側継手部材７３の球状外周面７８の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに一致させている。
【００８１】
図２３に基づいて、外側継手部材７２のトラック溝７７の周方向の傾斜状態を説明する。図２３は、図２２のＳ３−Ｓ３断面で矢視した外側継手部材７２の内周部を示す。図２３に示すように、外側継手部材７２のトラック溝７７は、周方向に傾斜して形成され、周方向に隣り合うトラック溝７７の傾斜方向を相反させている。すなわち、トラック溝７７Ａが、奥側から開口側に向かって反時計廻り方向に軸線Ｌに対して角度γだけ傾斜し、このトラック溝７７Ａに対して周方向に隣り合うトラック溝７７Ｂは、奥側から開口側に向かって時計廻り方向に軸線Ｌに対してγだけ傾斜している。すなわち、周方向に隣り合うトラック溝７７の傾斜方向を相反させている。
【００８２】
図２４に基づいて、内側継手部材７３のトラック溝７９の周方向の傾斜状態を説明する。図２４は、図２２のＳ３−Ｓ３断面に平行に離間した面で矢視した内側継手部材７３の外周部を示す。図２４に示すように、内側継手部材７３のトラック溝７９は、周方向に傾斜して形成され、周方向に隣り合うトラック溝７９の傾斜方向を相反させている。すなわち、トラック溝７９Ａが、奥側から開口側に向かって反時計廻り方向に軸線Ｌに対して角度γだけ傾斜し、このトラック溝７９Ａに対して周方向に隣り合うトラック溝７９Ｂは、奥側から開口側に向かって時計廻り方向に軸線Ｌに対してγだけ傾斜している。すなわち、周方向に隣り合うトラック溝７９の傾斜方向を相反させている。
【００８３】
以上説明したように、この等速自在継手７１では、外側継手部材７２と内側継手部材７３の周方向に傾斜したトラック溝７７、７９は、それぞれ、軸方向の全域にわたって円弧状に形成されている。そして、外側継手部材７２と内側継手部材７３の対になるトラック溝７７、７９は、軸線に対して反対方向に傾斜している。
【００８４】
したがって、この等速自在継手７１においても、外側継手部材７２と内側継手部材７３のトラック溝７７、７９は、その曲率中心が軸方向にオフセットされてなく、周方向に傾斜するトラック溝７７Ａ、７９Ａと、これと反対方向に傾斜するトラック溝７７Ｂ、７９Ｂとが周方向に交互に交差するので、保持器７５の周方向に隣り合うポケット７５ａに相反する方向の力が作用することになり、保持器７５が継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器７５の球状外周面８２と外側継手部材７２の球状内周面７６との接触、保持器７５の球状内周面８３と内側継手部材７３の球状外周面７８との接触が抑制され、高負荷時や高速回転時にこの等速自在継手が円滑に作動し、発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
【００８５】
上述した等速自在継手７１の外側継手部材７２の鍛造方法においても、前述した前素材Ｗ１と同様のものを亜熱間鍛造で成形し、外側継手部材７２のトラック溝７７の形状に対応した金型のセットを用いて、前述した実施形態の鍛造方法と同様にしごき加工することにより成形することができる。前述した実施形態における金型の構成、作用、具体的な成形工程等について説明した内容をすべて準用する。
【００８６】
本実施形態の鍛造方法に基づいて製造された外側継手部材が組み込まれた等速自在継手の例として、外側継手部材２、７２および内側継手部材３、７３のトラック溝７、７７、９、７９は、周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝７Ａ、７Ｂ、７７Ａ、７７Ｂおよび９Ａ、９Ｂ、７９Ｂ、７９Ｂで互いに反対方向に形成されているものを例示したが、これに限られず、外側継手部材の全てのトラック溝が周方向の同方向に傾斜し、内側継手部材の全てのトラック溝が周方向の同方向に傾斜し、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝の傾斜方向が反対方向に形成された等速自在継手にも適用できる。この場合も、外側継手部材と内側継手部材のトラック溝の各交差部にボールが配置される。
【００８７】
本実施形態の鍛造方法に基づいて製造された外側継手部材が組み込まれた等速自在継手の例として、トルクを伝達するボールの数は８個を例示したが、これに限られず、６個あるいは１０個以上としてもよい。
【００８８】
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】
【００８９】
１、７１      等速自在継手
２、７２      外側継手部材
３、７３      内側継手部材
４            ボール
５、７５      保持器
６、７６      球状内周面
６’ａ        略仕上げ形状の球状内周面
６’ｂ        予備形状の略円筒状の内周面
７、７７      トラック溝
７ａ          第１のトラック溝部
７ａ’        略仕上げ形状の第１のトラック溝面
７ｂ          第２のトラック溝部
７ｂ’        予備形状の第２のトラック溝面
８、７８      球状外周面
９、７９      トラック溝
９ａ          第１のトラック溝部
９ｂ          第２のトラック溝部
１２、８２    球状外周面
１３、８３    球状内周面
２０          パンチ
２１          パンチベース
２２          傘パンチ
２３          ダイス
２３ａ        ダイス孔
２４          パンチホルダ
２７Ａ        トラック溝成形面
２７Ｂ        トラック溝成形面
２７Ａａ      第１のトラック溝部成形面
２７Ａｂ      第２のトラック溝部成形面
２７Ｂａ      第１のトラック溝部成形面
２７Ｂｂ      第２のトラック溝部成形面
２８          球状成形面
２９          円筒状成形面
３０          当接面
３２          段差面
３４          内側当接面
３５          突出部
３６          鍔部
３７          底面
３９          突出部
４２          位置決め用テーパ状段部
４３ａ        テーパ状ストッパ面
４４          位置決め用テーパ状段部
４５ａ        テーパ状ストッパ面
５０          スライド
５１          加圧シリンダ
５２          ノックアウトシリンダ
Ａ            端部
Ｂ            端部
Ｋ            垂線
Ｌ            直線
Ｍ            ボール軌道中心線を含む平面
Ｎ            継手の軸線
Ｏ            継手中心
Ｐ            継手中心平面
Ｑ            ボール軌道中心線を含む平面
Ｒ            直線
Ｔ            パンチセット
Ｗ１          前素材
Ｗ１ａ        突状部
Ｗ１ｂ        筒状部
Ｗ１ｃ        軸部
Ｗ２          鍛造完了品
Ｘ      ボール軌道中心線
Ｙ      ボール軌道中心線
γ      傾斜角
β      角度
θ      作動角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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