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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6366977
(24)【登録日】2018年7月13日
(45)【発行日】2018年8月1日
(54)【発明の名称】等速自在継手の外側継手部材の製造方法および外側継手部材
(51)【国際特許分類】
F16D 3/20 20060101AFI20180723BHJP
B21K 1/14 20060101ALI20180723BHJP
B23K 15/00 20060101ALI20180723BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20180723BHJP
【ＦＩ】
F16D3/20 J
B21K1/14 A
B23K15/00 505
B23K26/21 N
【請求項の数】8
【全頁数】27
(21)【出願番号】特願2014-68408(P2014-68408)
(22)【出願日】2014年3月28日
(65)【公開番号】特開2015-190571(P2015-190571A)
(43)【公開日】2015年11月2日
【審査請求日】2017年2月27日
(73)【特許権者】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107423
【弁理士】
【氏名又は名称】城村 邦彦
(74)【代理人】
【識別番号】100120949
【弁理士】
【氏名又は名称】熊野 剛
(72)【発明者】
【氏名】林 宏美
(72)【発明者】
【氏名】中川 直樹
(72)【発明者】
【氏名】榊原 育彦
(72)【発明者】
【氏名】杉山 達朗
(72)【発明者】
【氏名】小林 正純
【審査官】
瀬川 裕
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１３−１００８５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１０３２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１３／０７６８５０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ１６Ｄ ３／２０
Ｂ２１Ｋ １／１４
Ｂ２３Ｋ １５／００
Ｂ２３Ｋ ２６／２１
(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、このカップ部の底部に形成された軸部とを別部材で構成し、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の製造方法において、
前記カップ部材と軸部材を中炭素鋼で形成し、前記カップ部材として、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程において前記底部の外面に接合用端面を形成したカップ部材を準備し、前記軸部材として、機械加工工程において前記カップ部材の底部と接合される接合用端面を形成した軸部材を準備し、前記カップ部材の接合用端面と軸部材の接合用端面を突合せて、この突合せ部に前記カップ部材の外側から半径方向にビームを照射して溶接するものであって、前記軸部材は、サポートベアリングの軸受装着面を含めて、前記軸部材が組み込まれる車種に応じた特有の仕様を有し、前記等速自在継手の形式および前記軸部材の特定の仕様に関係なく、前記カップ部材の接合用端面の外径をジョイントサイズ毎に同一寸法とし、前記カップ部材と軸部材の接合用端面のうち一方の接合用端面の内径側に他方の接合用端面の内径より半径方向内側に突出した突出面を設け、この状態で前記溶接を行った後、当該溶接後の前記カップ部材と軸部材を水中に載置し回転させた状態で、前記他方の接合用端面を有する部材の表面側から探傷を行う超音波探傷検査工程を備え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製造方法。
前記カップ部材と軸部材を中炭素鋼で形成し、前記カップ部材として、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程において前記底部の外面に接合用端面を形成したカップ部材を準備し、前記軸部材として、機械加工工程において前記カップ部材の底部と接合される接合用端面を形成した軸部材を準備し、前記カップ部材の接合用端面と軸部材の接合用端面を突合せて、この突合せ部に前記カップ部材の外側から半径方向にビームを照射して溶接するものであって、前記軸部材は、サポートベアリングの軸受装着面を含めて、前記軸部材が組み込まれる車種に応じた特有の仕様を有し、前記等速自在継手の形式および前記軸部材の特定の仕様に関係なく、前記カップ部材の接合用端面の外径をジョイントサイズ毎に同一寸法とし、前記カップ部材と軸部材の接合用端面のうち一方の接合用端面の内径側に他方の接合用端面の内径より半径方向内側に突出した突出面を設け、この状態で前記溶接を行った後、当該溶接後の前記カップ部材と軸部材を水中に載置し回転させた状態で、前記他方の接合用端面を有する部材の表面側から探傷を行う超音波探傷検査工程を備え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製造方法。
【請求項2】
前記突出面をジョイントサイズ毎に同一にした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製造方法。
【請求項3】
前記突出面を前記カップ部材の接合用端面に設け、前記軸部材の表面側から斜角探触子により超音波を入射す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製造方法。
【請求項4】
前記溶接前のカップ部材と軸部材の少なくとも一方を、熱処理を施さない中間部品とした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製造方法。
【請求項5】
前記溶接前のカップ部材と軸部材の少なくとも一方を、熱処理を施した完成部品としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
【請求項6】
前記溶接が電子ビーム溶接であることを特徴とする請求項１〜５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製造方法。
【請求項7】
前記カップ部材と軸部材を密閉空間に設置して大気圧以下の状態で溶接することを特徴とする請求項１〜６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製造方法。
【請求項8】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法により製造された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の製造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（バー材）を鍛造加工やしごき加工等の塑性加工、切削加工、熱処理、研削加工等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、カップ部と軸部を別部材で構成し、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技術が、例えば、特許文献１に記載されている。
【0005】
特許文献１に記載された外側継手部材の摩擦圧接技術の概要を図２３および図２４に基づいて説明する。外側継手部材７１の中間製品７１’は、カップ部材７２および軸部材７３からなり、摩擦圧接によって接合されている。図２３に示すように、接合部７４は、圧接に伴って少なくとも内外径のいずれかにバリ７５が生じる。外側継手部材７１の中間製品７１’の軸部に転がり軸受（図１参照）を装着するために、図２４に示すように、接合部７４の外径側のバリ７５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７１’はスプラインや止め輪溝等を機械加工し、熱処理、研削加工等を経て外側継手部材７１の完成品となる。したがって、外側継手部材７１と中間製品７１’との間に細部の形状に異なるところがあるが、図２４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７１と中間製品７１’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２０１２−５７６９６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７４のバリ７５は、摩擦熱とその後の冷却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２４に示すように、外径側のバリ７５を旋削加工で除去する際、高い硬度によって旋削チップが激しく摩耗し、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７１の接合部７４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７４の内径側に残るバリ７５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、接合後、超音波探傷による全数検査ができないという問題もある。
【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考えられるが、図２５に示すようなカップ部材７２と軸部材７３を突き合わせて溶接した場合、溶接中の加工熱により、中空空洞部７６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７６の内圧の変化により、溶融物の吹き上がりが発生し、溶接部の外径の表面に凹み、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】
さらに、前述した図２３および図２４の摩擦圧接や図２５の溶接に用いたカップ部材７２と軸部材７３は、車種毎に異なる形状、寸法の軸部分の途中位置で接合するものである。そのため、後述するように生産性の向上やカップ部材の品種統合によるコスト低減の面でも問題があることが判明した。
【0011】
加えて、レーザ溶接や電子ビーム溶接では溶接ビードの盛り上がりを抑えられるので、超音波探傷による全数検査が可能であるが、自動車用等の量産製品である等速自在継手の外側継手部材であるため、溶接部の検査精度および検査作業性の向上を図ることが不可欠であることに着目した。
【0012】
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、溶接部の強度、品質の向上と共に検査精度、検査作業性の向上、溶接コストの削減、生産性の向上、並びに品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷低減を可能にする外側継手部材の製造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】
【0013】
本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意検討および検証し、以下の知見を見出した。そして、これらの多面的な知見を基に、量産性を考慮した新たな製造コンセプトを着想し、本発明に至った。（１）生産技術の面では、カップ部材と軸部材を密閉空間に設置して真空引きし、中空空洞部も真空化された状態で溶接することで溶融物の吹き上がりや気泡の発生が抑えられる。
（２）また、生産性の面では、生産性向上を図るために焼入れ焼戻しの熱処理を施したカップ部材と軸部材を溶接する場合、溶接時の熱で周辺部の温度が上昇し、熱処理部の硬度が低下する懸念がある。この問題に対しては、溶接工程の順序の入れ替えにより、継手機能への影響がない範囲で最も効率的でコスト低減が可能な工程で接合するという方法に着目した。例えば、溶接時の熱影響がないものであれば、焼入れ焼戻しの熱処理を施した完成状態のカップ部材と軸部材を溶接し、一方、熱影響があるものは、溶接後の熱処理とする工程とするなど、カップ部材や軸部材の形状、仕様等に応じて最適な工程をとるコンセプトを見出した。
（３）さらに、生産性や品種統合の面では、図２３〜２５に示すカップ部材７２には、次のような問題があることが判明した。すなわち、カップ部材７２は、鍛造加工等によりカップ部の底部より縮径された短軸部が形成されるが、この短軸部が軸部材７３の形状、寸法を基準にして設定され、軸部の途中位置で接合される構成となっている。軸部材７３は、組み付けられる車両によって、標準的な長さのステムやロングステムというタイプの違いに加えて、種々の軸径や外周形状が要求される。このため、カップ部材７２の短軸部を軸部材７３の形状、寸法を基準にして設定し、軸部の途中位置で接合する場合、軸部材７３と接合されるカップ部材７２の短軸部の軸径（接合径）や形状、長さ（接合位置）の両方が異なるため、一種類の軸部材７３に対して専用のカップ部材７２が必要になる。したがって、生産性の向上やカップ部材の品種統合によるコスト低減の面でも問題があることが判明した。
（４）加えて、自動車用等の量産製品である等速自在継手の外側継手部材の新たな製造コンセプトを実用面で成立させるためには、溶接部の検査精度および検査作業性の向上を可能にする超音波探傷検査の方法や溶接部形状に工夫が必要であることが判明した。
【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、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の製造方法において、前記カップ部材と軸部材を中炭素鋼で形成し、前記カップ部材として、その筒状部と底部を鍛造加工により一体に形成した後、機械加工工程において前記底部の外面に接合用端面を形成したカップ部材を準備し、前記軸部材として、機械加工工程において前記カップ部材の底部と接合される接合用端面を形成した軸部材を準備し、前記カップ部材の接合用端面と軸部材の接合用端面を突合せて、この突合せ部に前記カップ部材の外側から半径方向にビームを照射して溶接するものであって、前記軸部材は、サポートベアリングの軸受装着面を含めて、前記軸部材が組み込まれる車種に応じた特有の仕様を有し、前記等速自在継手の形式および前記軸部材の特定の仕様に関係なく、前記カップ部材の接合用端面の外径をジョイントサイズ毎に同一寸法とし、前記カップ部材と軸部材の接合用端面のうち一方の接合用端面の内径側に他方の接合用端面の内径より半径方向内側に突出した突出面を設け、この状態で前記溶接を行った後、当該溶接後の前記カップ部材と軸部材を水中に載置し回転させた状態で、前記他方の接合用端面を有する部材の表面側から探傷を行う超音波探傷検査工程を備えていることを特徴とする。【0016】
上記の構成により、溶接部の強度、品質の向上、溶接コストの削減、溶接部の検査精度および検査作業性の向上と共に、カップ部材および軸部材の生産性の向上、並びにカップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の軽減が可能な外側継手部材の製造方法および外側継手部材を実現することができる。
【0017】
具体的には、上記の超音波探傷検査工程において、溶接後のカップ部材と軸部材を水中に載置し、探傷することが好ましい。これにより、検査精度を一層向上させることができる。
【0018】
上記の突出面をジョイントサイズ毎に同一にすることや、突出面をカップ部材の接合用端面に設けることにより、品種統合するカップ部材の加工度を高め、生産性の向上および生産管理の軽減を一層促進することができる。また、溶接部の超音波探傷検査の際、軸径の小さい軸部材の表面側から斜角探触子により超音波を入射できるので、探傷検査が容易にできる。
【0019】
ここで、特許請求の範囲および本明細書において、カップ部材の接合用端面の外径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたことや、突出面をジョイントサイズ毎に同一にしたとは、カップ部材が１つのジョイントサイズで１種類、すなわち、１品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（複数品番）のカップ部材を設定し、これらのカップ部材の上記接合用端面の外径を同一寸法にしたものや、上記突出面を同一に設定したものを包む概念のものである。また、これに加えて、例えば、継手機能や製造現場の実情、生産性等を考慮して、カップ部材を熱処理前の中間部品と熱処理を施した完成部品の複数形態で管理するために、１つのジョイントサイズで複数の種類（複数品番）のカップ部材を設定し、これらのカップ部材の上記接合用端面の外径を同一寸法にしたものや、上記突出面を同一に設定したものも包むものである。
【0020】
さらに、特許請求の範囲および明細書において、カップ部材の接合用端面の外径をジョイントサイズ毎に同一寸法にしたことや、突出面をジョイントサイズ毎に同一にしたことは、等速自在継手の形式が異なる場合も含むものであり、例えば、インボード側では、トリポード型等速自在継手とダブルオフセット型等速自在継手の上記接合用端面の外径を同一寸法にすることおよび上記突出面を同一に設定することや、アウトボード側では、ツェッパ型等速自在継手とアンダーカットフリー型等速自在継手の上記接合用端面の外径を同一寸法にすることおよび上記突出面を同一に設定することも含む概念のものである。さらには、インボード側とアウトボード側の等速自在継手の上記接合用端面の外径を同一寸法にすることおよび上記突出面を同一に設定することも可能である。
【0021】
上記の溶接前のカップ部材と軸部材の少なくとも一方を、熱処理を施さない中間部品とすることができる。この場合は、溶接後、熱処理と研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工を施す。溶接時の熱で周辺部の温度が上昇し、熱処理部の硬度に影響がある形状や仕様のカップ部材および軸部材に適する。上記の中間部品に品番を付与して管理する。
【0022】
また、上記の溶接前のカップ部材と軸部材の少なくとも一方を、熱処理を施した完成部品とすることができる。熱処理および熱処理後の研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工が施された完成部品とすることにより、ジョイントサイズ毎に共用化された完成部品としてのカップ部材と車種毎に種々の軸部仕様を備えた軸部材が得られるので、それぞれ、品番を付与して管理することができる。したがって、カップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷軽減が顕著になる。また、共用化されたカップ部材と種々の軸部仕様を備えた軸部材は、鍛造加工、旋削加工、熱処理、さらには研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工を経た完成部品まで、それぞれ別々に製造でき、段取り削減等も含めて生産性が向上する。ただし、完成部品としてのカップ部材や軸部材とは、前述した熱処理後の研削加工や焼入鋼切削等の仕上げ加工が施されたものに限られず、この仕上げ加工を残した熱処理完了状態のカップ部材や軸部材を含む概念のものである。
【0023】
上記の溶接を電子ビーム溶接とすることにより、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より確実に実施できる。また、電子ビーム溶接により、深い溶け込みが得られるので溶接強度が高く、かつ熱歪を小さくできる。
【0024】
上記のカップ部材と軸部材を密閉空間に設置して大気圧以下の状態で溶接することが望ましい。これにより、溶融物の吹き上がりや気泡の発生が抑えられ、溶接部の強度や品質が向上する。
【0025】
上記のカップ部材と軸部材の溶接部の硬度は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を超えると相変態に伴う割れおよび靱性の変化による疲労強度の低下などが発生する恐れが生じるため望ましくない。
【発明の効果】
【0026】
本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の製造方法および外側継手部材によれば、溶接部の強度、品質の向上、溶接コストの削減、溶接部の検査精度および検査作業性の向上と共に、カップ部材および軸部材の生産性の向上、並びにカップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の軽減が可能な外側継手部材の製造方法および外側継手部材を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【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4】溶接前のカップ部材を示し、（ａ）はしごき加工後のカップ部材の縦断面図で、（ｂ）は旋削加工後のカップ部材の縦断面図である。
【図5】溶接前の軸部材を示し、（ａ）は素材としてのバー材の正面図で、（ｂ）は鍛造加工後の軸部材の部分縦断面図で、（ｃ）は旋削加工、スプライン加工後の部分縦断面図ある。
【図6】溶接工程を示す概要図である。
【図7】溶接工程を示す概要図である。
【図8】超音波探傷検査装置の概要を示す正面図である。
【図9】超音波探傷検査装置の概要を示す平面図である。
【図10】超音波探傷検査装置の概要を示す正面図である。
【図11】超音波探傷検査装置の概要を示す平面図である。
【図13】開発過程における知見を示す図である。
【図14】品番の異なる軸部材を示す正面図である。
【図16】カップ部材の品種統合の例を示す図である。
【図17】第１の実施形態の外側継手部材の変形例を示し、（ａ）は部分縦断面図で、（ｂ）は溶接部の拡大図で、（ｃ）は溶接前の形状を示す拡大図である。
【図19】外側継手部材の製造方法の第２の実施形態を示す概要図である。
【図20】外側継手部材の製造方法の第３の実施形態を示す概要図である。
【図21】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23】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図24】従来技術の外側継手部材を示す縦断面図である。
【図25】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】
【0028】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0029】
本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の製造方法についての第１の実施形態を図３〜１６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および図２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および図２に基づいて説明し、続いて、外側継手部材の製造方法についての第１の実施形態を図３〜１６に基づいて説明する。
【0030】
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。
【0031】
図１に示す摺動式等速自在継手１０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長寸軸部（以下、ロングステム部ともいう）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、軸方向に反対側に等距離オフセットされている。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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の内側継手部材１６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の内側継手部材１６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。
【0035】
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。
【0036】
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、図２（ａ）のＡ部の拡大図で、図２（ｃ）は溶接前の形状を示す図である。外側継手部材１１は、一端が開口し、内周面の円周方向等間隔にボール４１（図１参照）が転動する複数のトラック溝３０と筒状内周面４２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は、カップ部材１２ａ、軸部材１３ａが溶接されて形成されている。
【0037】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すカップ部材１２ａは、Ｓ５３Ｃ等の０．４０〜０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなり、内周にトラック溝３０と筒状内周面４２が形成された筒状部１２ａ１と底部１２ａ２からなる一体成形品である。カップ部材１２ａの底部１２ａ２には凸部１２ａ３が形成されている。カップ部材１２ａの開口側の外周にはブーツ取付溝３２が形成され、内周には止め輪溝３３が形成されている。軸部材１３ａは、カップ部材１２ａ側の外周に軸受装着面１４および止め輪溝１５が形成され、反対側の端部にスプラインＳｐが形成されている。
【0038】
軸部材１３ａは、Ｓ４０Ｃ等の０．３０〜０．５５重量％の炭素を含む中炭素鋼からなる。カップ部材１２ａの底部１２ａ２の凸部１２ａ３に形成された接合用端面５０と軸部材１３ａのカップ部材１２ａ側端部の接合用端面５１とを突合せ、カップ部材１２ａの外側から半径方向に電子ビーム溶接により溶接されている。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、溶接部４９は、カップ部材１２ａの半径方向外側から照射されたビームによるビードで形成されている。詳細は後述するが、接合用端面５０と接合用端面５１の外径Ｂ〔図４（ｂ）、図５（ｃ）参照〕は、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されている。ただし、カップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂと軸部材１３ａの接合用端面５１の外径Ｂを、必ずしも同一寸法にする必要はなく、例えば、溶接ビードの状態などを考慮して、接合用端面５０の外径Ｂに対して接合用端面５１の外径Ｂを若干小径にするなど適宜の寸法差をつけてもよい（この接合用端面５０の外径Ｂと接合用端面５１の外径Ｂとの寸法関係は本明細書において同様とする）。
【0039】
溶接部４９が、軸部材１３ａの軸受装着面１４よりカップ部材１２ａ側の接合用端面５１に形成されるので、軸受装着面１４などは前もって加工可能で溶接後の後加工を廃止できる。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が可能である。ただし、本実施形態では、量産製品である等速自在継手の外側継手部材の新たな製造コンセプトを実用面で成立させるために、溶接部の検査精度および検査作業性の向上を可能にする超音波探傷検査の方法および溶接部形状を特徴とする。詳細は後述する。
【0040】
図２（ｃ）に示すように、カップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄは、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅより小さく設定され、カップ部材１２ａの接合用端面５０には、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅより半径方向内側に突出した突出面５０ａが設けられている。このような状態でカップ部材１２ａと軸部材１３ａが溶接されている。突出面５０ａは、ジョイントサイズ毎に同一に設定されている。
【0041】
次に、本発明に係る製造方法についての第１の実施形態を図３〜１６に基づいて説明する。本実施形態の製造方法の特徴的な構成である溶接部の超音波探傷検査工程の詳細を説明する前に全体的な製造工程（加工工程）を説明する。図３は、外側継手部材の製造工程の概要を示す。本実施形態では、カップ部材１２ａは、図示のように、バー材切断工程Ｓ１ｃ、鍛造加工工程Ｓ２ｃ、しごき加工工程Ｓ３ｃおよび旋削加工工程Ｓ４ｃからなる製造工程により製造される。一方、軸部材１３ａは、バー材切断工程Ｓ１ｓ、旋削加工工程Ｓ２ｓおよびスプライン加工工程Ｓ３ｓからなる製造工程により製造される。このようにして製造されたカップ部材１２ａと軸部材１３ａの中間部品は、それぞれ、品番が付与されて管理される。
【0042】
その後、カップ部材１２ａと軸部材１３ａとが溶接工程Ｓ６、超音波探傷検査工程Ｓ６ｋ、熱処理工程Ｓ７および研削加工工程Ｓ８を経て外側継手部材１１が完成する。特許請求の範囲における機械加工工程とは、上記の製造工程のうち、旋削加工工程Ｓ４ｃ、旋削加工工程Ｓ２ｓや、後述する研削加工工程Ｓ５ｓ（図２０参照）を意味する。
【0043】
各工程の概要を説明する。各工程は、代表的な例を示すものであって、必要に応じて適宜変更や追加を行うことができる。まず、カップ部材１２ａの製造工程を説明する。
【0044】
[バー材切断工程Ｓ１ｃ]鍛造重量に基づいてバー材を所定長さで切断し、ビレットを製作する。
【0045】
[鍛造加工工程Ｓ２ｃ]ビレットを鍛造加工により、カップ部材１２ａの素形材として筒状部、底部および凸部を一体成形する。
【0046】
[しごき加工工程Ｓ３ｃ]前記素形材のトラック溝３０および筒状円筒面４２をしごき加工して、カップ部材１２ａの筒状部の内周を仕上げる。
【0047】
[旋削加工工程Ｓ４ｃ]しごき加工後の素形材に、外周面、ブーツ取付溝３２、止め輪溝３３などと接合用端面５０を旋削加工する。本実施形態では、旋削加工工程Ｓ４ｃの後、中間部品としてのカップ部材１２ａに品番を付与して管理する。
【0048】
次に、軸部材１３ａの製造工程を説明する。[バー材切断工程Ｓ１ｓ]
軸部全長に基づいてバー材を所定長さで切断し、ビレットを製作する。その後、軸部材１３ａの形状に応じて、ビレットをアプセット鍛造により概略形状に鍛造加工する場合もある。
【0049】
[旋削加工工程Ｓ２ｓ]ビレットの外周面（軸受装着面１４、止め輪溝１５、スプライン下径、端面など）とカップ部材１２ａ側端部の接合用端面５１を旋削加工する。
【0050】
[スプライン加工工程Ｓ３ｓ]旋削加工後の軸部材にスプラインを転造加工する。ただし、スプラインの加工は転造加工に限られるものではなく、適宜プレス加工等に置き換えることもできる。本実施形態では、スプライン加工後、中間部品としての軸部材１３ａに品番を付与して管理する。
【0051】
次に、カップ部材１２ａと軸部材１３ａから外側継手部材１１が完成するまでの製造工程を説明する。
【0052】
[溶接工程Ｓ６]カップ部材１２ａの接合用端面５０と軸部材１３ａの接合用端面５１を突合せて溶接する。
【0053】
[超音波探傷検査工程Ｓ６ｋ]カップ部材１２ａと軸部材１３ａの溶接部４９を超音波探傷方法により検査する。
【0054】
[熱処理工程Ｓ７]溶接後のカップ部１２の少なくともトラック溝３０、筒状内周面４２および軸部１３の外周の必要範囲に熱処理として高周波焼入れ焼戻しを行う。溶接部は熱処理を施さない。カップ部１２のトラック溝３０や筒状内周面４２はＨＲＣ５８〜６２程度の硬化層が形成される。また、軸部１３の外周の所定範囲にＨＲＣ５０〜６２程度の硬化層が形成される。
【0055】
[研削加工工程Ｓ８]熱処理後、軸部１３の軸受装着面１４等を研削加工して仕上げる。これにより、外側継手部材１１が完成する。
【0056】
本実施形態の製造工程では、溶接工程後に熱処理工程を組み入れたものであるので、溶接時の熱で周辺部の温度が上昇し、熱処理部の硬度に影響がある形状や仕様のカップ部材および軸部材に適する。
【0057】
次に、本実施形態の製造方法の主要な構成を詳細に説明する。図４（ａ）は、カップ部材１２ａのしごき加工後の状態を示す縦断面図で、図４（ｂ）は旋削加工後の状態を示す縦断面図である。カップ部材１２ａの素形材１２ａ’は、鍛造加工工程Ｓ２ｃにおいて、筒状部１２ａ１’、底部１２ａ２’および凸部１２ａ３’が一体成形される。その後、しごき加工工程Ｓ３ｃにおいて、トラック溝３０および筒状円筒面４２がしごき加工され、図４（ａ）に示すように筒状部１２ａ１’の内周が仕上げられる。
【0058】
その後、旋削加工工程Ｓ４ｃにおいて、図４（ｂ）に示すように、カップ部材１２ａの外周面、ブーツ取付溝３２、止め輪溝３３などと底部１２ａ２の凸部１２ａ３の接合用端面５０、その外径Ｂおよび内径Ｄが旋削加工される。
【0059】
図５に軸部材１３ａの各加工工程における状態を示す。図５（ａ）はバー材を切断したビレット１３ａ”を示す正面図で、図５（ｂ）はビレット１３ａ”をアプセット鍛造により概略形状に鍛造加工した素形材１３ａ’を示す部分縦断面図で、図５（ｃ）は、旋削加工およびスプライン加工後の軸部材１３ａを示す部分縦断面図である。
【0060】
バー材切断工程Ｓ１ｓにおいて、図５（ａ）に示すビレット１３ａ”が製作され、必要に応じて、図５（ｂ）に示すように、ビレット１３ａ”をアプセット鍛造加工により、所定範囲の軸径を拡径させると共に接合側端部（カップ部材１２ａ側端部）に凹部５２を形成した素形材１３ａ’を製作する。
【0061】
その後、旋削加工工程Ｓ２ｓにおいて、図５（ｃ）に示すように、軸部材１３ａの外径、軸受装着面１４、止め輪溝１５、凹部５２の内径部５３（内径Ｅ）、接合用端面５１およびその外径Ｂを旋削加工し、スプライン加工工程Ｓ３ｓにおいて、凹部５２の反対側端部にスプラインＳｐが転造やプレスにより加工される。
【0062】
図４（ｂ）に示すカップ部材１２ａの底部１２ａ２の凸部１２ａ３の接合用端面５０の外径Ｂ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。また、図５（ｃ）に示す軸部材１３ａは、ロングステム用のものであるが、カップ部材１２ａ側端部の接合用端面５１の外径Ｂは、軸径や外周形状に関係なく、カップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂと同一寸法に設定されている。そして、軸部材１３ａの接合用端面５１は、軸受装着面１４よりカップ部材１２ａ側の位置に設定されている。このように寸法設定されているので、カップ部材１２ａを共用化し、軸部材１３ａ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１２ａ、１３ａ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１１を製作することができる。カップ部材１２ａの共用化についての詳細は後述する。
【0063】
次に、カップ部材１２ａと軸部材１３ａの溶接方法を図６および図７に基づいて説明する。図６および図７は溶接装置を示す概要図である。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。図６に示すように溶接装置１００は、電子銃１０１、回転装置１０２、チャック１０３、センター穴ガイド１０４、テールストック１０５、ワーク受け台１０６、センター穴ガイド１０７、ケース１０８および真空ポンプ１０９を主な構成とする。
【0064】
溶接装置１００内のワーク受け台１０６には、ワークであるカップ部材１２ａ、軸部材１３ａが載置される。溶接装置１００の一端にあるチャック１０３および芯出し治具１０７は回転装置１０２に連結されており、センター穴ガイド１０７によりカップ部材１２ａをセンタリングした状態でチャック１０３によりカップ部材１２ａを掴み、回転運動を与える。溶接装置１００の他端にあるテールストック１０５にセンター穴ガイド１０４が一体に取り付けられ、両者は軸方向（図７の左右方向）に進退可能に構成されている。
【0065】
センター穴ガイド１０４には軸部材１３ａ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１００のケース１０８には真空ポンプ１０９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１０８により形成される空間１１１を意味する。本実施形態では、カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの全体が密閉空間１１１に収容されている。カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの接合用端面５０、５１に対応する位置に電子銃１０１が設けられている。電子銃１０１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。
【0066】
次に、上記のように構成された溶接装置１００の作動と溶接方法を説明する。ワークであるカップ部材１２ａおよび軸部材１３ａは、溶接装置１００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６に示す大気に開放された溶接装置１００のケース１０８内に搬送し、ワーク受け台１０６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１０４およびテールストック１０５は、図の右側に後退しており、カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの接合用端面５０、５１の間には隙間が設けられている。その後、ケース１０８の扉（図示省略）が閉まり、真空ポンプ１０９を起動してケース１０８内に形成される密閉空間１１１を減圧する。これにより、カップ部材１２ａの内径部５０ｂおよび軸部材１３ａの凹部５２、内径部５３内も減圧される。
【0067】
密閉空間１１１が所定の圧力に減圧されたら、図７に示すように、センター穴ガイド１０４およびテールストック１０５が左側に前進し、カップ部材１２ａと軸部材１３ａの接合用端面５０、５１の隙間がなくなる。これにより、カップ部材１２ａはセンター穴ガイド１０７によりセンタリングされてチャック１０３で固定され、軸部材１３ａはセンター穴ガイド１０４により支持される。この後、ワーク受け台１０６がワークから離れる。このときのワーク受け台１０６とワークとの間隔は微小なものでよいので、図７では、上記間隔は図示を省略する。もちろん、ワーク受け台１０６を下方に大きく退避する構造にすることも可能である。
【0068】
その後、図示は省略するが、電子銃１０１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、電子銃１０１をワークに接近させてスポット径が大きな状態で電子ビームを照射するなどにより、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、電子銃１０１が所定の位置に後退し、ワークの外側から半径方向に電子ビームを照射し溶接が開始される。溶接が終了すると、電子銃１０１が退避し、ワークの回転が停止する。
【0069】
その後、図示は省略するが、密閉空間１１１を大気に開放する。そして、ワーク受け台１０６が上昇し、ワークを支持した状態で、センター穴ガイド１０４およびテールストック１０５が右側に後退し、チャック１０３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１００から外し、冷却ストッカに整列させる。本実施形態では、カップ部材１２ａおよび軸部材１３ａの全体が密閉空間１１１に収容されている形態であるので、ケース１０８内の密閉空間１１１の構成を簡素化することができる。
【0070】
具体的には、炭素量が０．４〜０．６％のカップ部材１２ａおよび炭素量が０．３〜０．５５％の軸部材１３ａを用いて、前述した溶接装置１００で、ケース１０８内の密閉空間１１１の圧力を６．７Ｐａ以下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、カップ部材１２ａ、軸部材１３ａの接合用端面５０、５１が３００〜６５０℃になるよう予熱により均熱化した後、電子ビーム溶接を行った。この結果、製品機能上影響のない溶接表面の盛り上がり高さ（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、溶接装置１００の密閉空間１１１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。
【0071】
本実施形態の製造工程（加工工程）の全体構成は、前述したとおりであるが、次に本実施形態の特徴的な構成である溶接部の超音波探傷検査工程を図８〜１３に基づいて説明する。図８は、図９のＧ−Ｇ線で矢視した超音波探傷検査装置の概要を示す正面図で、図９は平面図で、いずれも、溶接後の外側継手部材を超音波探傷検査装置に載置した状態を示す。図１０は、図１１のＨ−Ｈ線で矢視した検査中の状態を示す正面図で、図１１は平面図ある。
【0072】
図８および図９に示すように、超音波探傷検査装置１２０は、基台１２１の中央に設置された貯水槽１２２、ワーク受台１２３、ワーク押え部材１２４、外側継手部材１１の中間製品１１’（以下、ワーク１１’ともいう）を回転させる回転駆動装置１２５、ワーク１１’の軸端を押える押圧装置１３５、探触子の駆動位置決め装置１３６（図９参照）を主な構成とする。
【0073】
ワーク受台１２３は、図８に示すように、ワーク１１’を回転自在に載置するローラ１２６、１２７が設けられている。ローラ１２６、１２７は、図９に示すように、ワーク１１’の軸部１３を安定して支持できるように、一対ずつ設けられ、ローラ１２６は溶接部に近い部位に位置し、ローラ１２７は軸部１３の中央部位に位置する。ローラ１２６、１２７は、ワーク１１’のジョイントサイズや寸法、重量バランスを考慮して、ワーク１１’の軸方向（図９の左右方向）および半径方向（図９の上下方向）の設置位置が適宜調整可能である。
【0074】
また、ワーク受台１２３には、ワーク１１’の軸線から平面上で外れた位置にワーク押え部材１２４が設けられている（図９参照）。ワーク押え部材１２４は、レバー１２８を有し、レバー１２８の端部にワーク押えローラ１２９が設けられている。レバー１２８は、平面上で旋回可能であり、かつ上下に移動可能となっている。
【0075】
ワーク受台１２３は、レール１３１とリニアガイド１３２とからなる直線運動軸受１３０を介して支持台１３４に取り付けられ、軸方向（図８、９の左右方向）に移動可能になっている。支持台１３４は基台１２１に取り付けられている。ワーク受台１２３の端部（図８、９の左側端部）にロッド１３３が連結され、貯水槽１２２の外部からアクチュエータ（図示省略）により駆動、位置決めされる。
【0076】
回転駆動装置１２５は、回転板１４４が設けられた回転軸１４３を有し、この回転軸１４３が、貯水槽１２２の外部からモータ（図示省略）により回転駆動される。
【0077】
図８に示すように、超音波探傷検査装置１２０の上側に架台１３７が設けられ、ワーク１１’の軸端を押える押圧装置１３５の基板１４５がレール１３９とリニアガイド１４０とからなる直線運動軸受１３８を介して架台１３７に取り付けられ、軸方向（図８、９の左右方向）に移動可能になっている。押圧装置１３５の基板１４５の端部にエアシリンダ１４１のロッド１４２が連結され、駆動される。ワーク１１’の軸部１３の軸端と当接する部分にはフリーベアリング１４６が取り付けられ、回転自在に押圧できるようになっている。
【0078】
図９に示すように、ワーク１１’の軸線から平面上で外れた位置に探触子の駆動位置決め装置１３６が配置されている。この駆動位置決め装置１３６は、Ｘ軸方向（図９の左右方向）とＹ軸方向（図９の上下方向）のアクチュエータから構成され、探触子１４７は、Ｘ−Ｙ軸方向で駆動位置決めされる。Ｘ軸方向のアクチュエータ１４８およびＹ軸方向のアクチュエータ１４９は、電動ボールねじタイプのもの（ロボシリンダ）で、高精度の位置決めが可能である。１５０は直線運動軸受のレールである。駆動位置決め装置１３６は、貯水槽１２２の外部に配置され、探触子１４７とそのホルダー１５１の部分が貯水槽１２２内に配置されている。
【0079】
次に、超音波探傷検査装置１２０の作動と共に超音波探傷検査工程Ｓ６ｋを説明する。図８および図９に示すように、溶接後のワーク１１’がローダー（図示省略）によりワーク受台１２３に載置される。このとき、ワーク１１’のローディングのために、ワーク受台１２３は、回転駆動装置１２５からワーク１１’の軸方向に適宜の間隔をあけて位置し、ワーク押え部材１２４は、レバー１２８を上昇させると共にワーク１１’の軸線と略平行になるように旋回している。また、押圧装置１３５および探触子の駆動位置決め装置１３６は後退した位置で待機している。
【0080】
その後、ワーク押え部材１２４のレバー１２８が、ワーク１１’の軸線と略直角になるように旋回すると共に下降し、ワーク１１’を上から押える（図１０参照）。そして、貯水槽１２２に給水する。本実施形態の超音波探傷検査装置１２０では、水中で探傷する構成であるので、超音波の伝播が良好で、高精度な検査を可能とする。
【0081】
次に、図１０および図１１に示すように、エアシリンダ１４１を駆動し押圧装置１３５を前進させてワーク１１’の軸端を押しつけ、ワーク１１’のカップ部１２の開口端を回転駆動装置１２５の回転板１４４に押し当てる。押圧装置１３５の前進に併せてワーク受台１２３も回転駆動装置１２５の方に移動する。これにより、ワーク１１’が半径方向および軸方向に位置決めされる。この状態で、回転駆動装置１２５のモータ（図示省略）か回転し、ワーク１１’が回転する。
【0082】
図１１に示すように、駆動位置決め装置１３６がＸ軸方向に移動し、さらにＹ軸方向に移動し、探触子１４７が探傷位置に位置決めされる（この状態の探触子１４７を図１０では破線で示す）。そして、探傷検査が行われる。探傷検査が終わると排水すると共に、ワーク１１’をローダー（図示省略）により超音波探傷装置１２０から排出する。このようにして、順次ワーク１１’の検査を繰り返す。
【0083】
本実施形態の超音波探傷検査装置１２０では、検査のサイクルタイムを短縮するため、時間がかかる給水、排水は、各装置、部材の動作と同時動作など連動したタイミングで行う。また、各装置、部材の動作も、部分的に同時動作や一部順序変更など適宜実施可能である。
【0084】
超音波探傷検査の詳細を図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１３に基づいて説明する。これらの図は、すべて図１０のＦ−Ｆ線で矢視した図である。図１２（ａ）は溶接良品を示し、図１２（ｂ）は溶接不良品を示す。図１３は、開発過程における知見を示す。
【0085】
探触子１４７は、溶接部４９から所定の距離にある探傷位置に位置決めされる。探傷位置はジョイントサイズ毎に予め設定されている。溶接狙い深さをＷａで示し、溶接合否深さをＷｍｉｎで示す。溶接合否深さＷｍｉｎ以上のものを溶接良品とし、Ｗｍｉｎに満たないものを溶接不良品とする。探触子１４７から送信パルスＧは入射角θ１で送信されると軸部１３の表面で屈折され屈折角θ２でパルスが入射される。今回の超音波探傷検査の条件では、入射角θ１は約２０°で、屈折角θ２は約４５°である。探傷検査時、ワーク１１’は、回転駆動装置１２５により回転している（図１０参照）。
【0086】
溶接部４９から所定の距離にある探傷位置に位置決めされた探触子１４７は、ワーク１１’の全周のデータを採取する。具体的には、溶接位置が公差分ずれることに対応するため、上記の探傷位置で、まず、ワーク１１’の１回転（３６０°）のデータを採取し、その後、順次、微小ピッチ（例えば、０．５ｍｍ）で軸方向に送られ、複数回転（例えば、５回転）分のデータを採取する。このデータより合否の判定を行うが、合否判定の反射エコーの閾値は、溶接合否深さＷｍｉｎの溶接模範を用いて決定する。
【0087】
カップ部材１２ａと軸部材１３ａの溶接部の形状による超音波探傷検査における利点を説明する。前述したように、カップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄは、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅより小さく設定され、カップ部材１２ａの接合用端面５０には、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅより半径方向内側に突出した突出面５０ａが設けられている。このような状態でカップ部材１２ａと軸部材１３ａが溶接されている。
【0088】
上記の溶接部の形状による利点を、具体的に溶接良品、溶接不良品の場合で説明する。溶接良品の場合は、図１２（ａ）に示すように、探触子１４７から送信パルスＧが入射されると、送信パルスＧは、溶接合否深さＷｍｉｎ以上にある裏面ビード４９ａからカップ部１２に入り、そのまま直進するか、あるいは、カップ部１２の内径Ｄで反射してカップ部１２側へ進み、探触子１４７は反射エコーを受信しない。これは、前述したように、カップ部材１２ａの接合用端面５０に、軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅより半径方向内側に突出した突出面５０ａが設けられているため、送信パルスＧが裏面ビード４９ａに入射しても、送信パルスＧに直角方向の裏面ビード４９ａの境界面が存在しないので、僅かな散乱した反射エコーが発生するものの、探触子１４７が誤検出となる程の反射エコーは生じない。したがって、探触子１４７が受信した反射エコーの高さは、閾値以下となって溶接良品と判定する。このように、カップ部材１２ａの接合用端面５０に突出面５０ａを設けたことにより、反射エコーが低くなり、検査の精度を高めることができる。
【0089】
本実施形態の溶接部の形状を着想するに至った開発過程での知見を図１３に示す。この場合は、カップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄ’と軸部材１３ａの接合用端面５１の内径Ｅを同じ寸法にしたものである。溶接深さが溶接合否深さＷｍｉｎ以上にある溶接良品であるが、探触子１４７から送信パルスＧが入射されると、裏面ビード４９ａに送信パルスＧと直角方向の境界面が存在するので、この境界面で反射された反射エコーＲを探触子１４７が受信する。裏面ビード４９ａの反射エコーは散乱するが、反射エコーＲは高いので、合否判定の反射エコーの閾値以上になってしまい、溶接不良品という判定になる。このような状況のため、溶接良品、不良品の判定が困難であることが判明した。この知見を基に、本実施形態の溶接部形状を着想するに至った。
【0090】
次に、溶接不良品の場合を説明する。図１２（ｂ）に示すように、探触子１４７から送信パルスＧが入射されると、ビード４９ａの先端が溶接合否深さＷｍｉｎに到達していないので、送信パルスＧは、接合用端面５１や面取部５１ａで反射され、散乱した反射エコーＲを探触子１４７が受信する。この反射エコーＲは、合否判定の反射エコーの閾値以上に高くなるので、溶接不良品という判定になる。このように、接合用端面５０に突出面５０ａが設けられているので、反射エコーの高さを明確に区別することができるので、溶接良品、不良品を精度よく判定することができる。
【0091】
突出面５０ａの寸法は、図１２（ａ）に示すように、突出面５０ａの半径方向の幅をＳ〔Ｓ＝（Ｅ−Ｄ）／２〕とし、接合用端面５１の内径Ｄからの裏面ビード４９ａの高さをＱとしたとき、Ｓ≧Ｑの関係とする。この関係にあれば、反射エコーの高さを明確に区別することができるので、溶接良品、不良品を精度よく判定することができる。このＳ≧Ｑの関係を維持すれば、突出面５０ａの寸法は適宜設定することができる。
【0092】
以上説明したように、本実施形態の超音波探傷検査装置１２０は、基台１２１の中央に貯水槽１２２を設置し、その中に配置したワーク受台１２３、ワーク押え部材１２４、ワーク１１’を回転させる回転駆動装置１２５の回転板１４４、ワーク１１’の軸端を押える押圧装置１３５のフリーベアリング１４６、駆動位置決め装置１３６に取り付けられた探触子１４７を主な構成とする。この構成により、ワーク１１’の搬入から、給水・排水、探傷検査、搬出までの各動作を連動でき、超音波探傷検査を自動化することができる。したがって、検査の精度、作業性、および効率を向上させることができ、量産製品である等速自在継手の外側継手部材の溶接部の検査に好適である。
【0093】
また、超音波探傷検査において、本実施形態のカップ部材１２ａの接合用端面５０の外径Ｂをジョイントサイズ毎に同一寸法としたベースになる構成とが相俟って、品番の異なる外側継手部材１１に対する段取り替え作業も削減され、検査の効率の一層の向上を図ることができる。
【0094】
さらに、水中で探傷する構成であるので、超音波の伝播が良好で、一層高精度な検査を可能とする。加えて、接合用端面５０に突出面５０ａを設けた溶接部の形状を採用したので、反射エコーの高さが明確に区別することができ、溶接良品、不良品を精度よく判定することができる。
【0095】
製造コンセプトのまとめとして、カップ部材の品種統合について、前述した図５に示すロングステムタイプの軸部材１３ａとは異なる品番の軸部材を例示して補足説明する。図１４および図１５に示す軸部材１３ｂは、インボード側の標準的なステム用のものである。軸部材１３ｂには、カップ部材１２ａの底部１２ａ２（凸部１２ａ３）の接合用端面５０〔図４（ｂ）参照〕に突合せる接合用端面５１が形成されている。この接合用端面５１の外径Ｂおよび内径Ｅは、図５に示したロングステムタイプの軸部材１３ａの接合用端面５１の外径Ｂおよび内径Ｅと同一寸法に形成されている。この場合も、カップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄは、軸部材１３ｂの接合用端面５１の内径Ｅより小さく設定され、カップ部材１２ａの接合用端面５０には、軸部材１３ｂの接合用端面５１の内径Ｅより半径方向内側に突出した突出面５０ａが設けられている。このような状態でカップ部材１２ａと軸部材１３ｂが溶接されている。
【0096】
この軸部材１３ｂは、インボード側の標準的なステム用のため、軸部の長さが短く、軸方向中央部に滑り軸受面１８が形成され、この滑り軸受面１８に複数の油溝１９が形成されている。カップ部材１２ａ側とは反対側の端部にはスプラインＳｐと止め輪溝４８が形成されている。このように、標準的な長さのステムやロングステムというタイプの違いや、車種毎の種々の軸径や外周形状が異なっても、軸部材１３ａ、１３ｂの接合用端面５１の外径Ｂは同一寸法に設定されている。
【0097】
カップ部材１２ａと軸部材１３ａ、１３ｂの接合用端面５０、５１の外径Ｂ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が熱処理前の状態で準備することができ、カップ部材１３ａと軸部材１３ａ、１３ｂの中間部品の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１２ａ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１３ａ、１３ｂと組み合わせて、要求に応じた種々の外側継手部材１１を迅速に製作することができる。したがって、カップ部材１２ａ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。
【0098】
上記では、理解しやすいように、標準的な長さのステムとロングステムというタイプの違いを例として、カップ部材の品種統合の説明を行ったが、これに限ることなく、標準的な長さのステム間での車種毎の種々の軸部仕様を備えた軸部材やロングステム間の車種毎の種々の軸部仕様を備えた軸部材に対するカップ部材の品種統合も同様である。
【0099】
以上の要約として、本実施形態のカップ部材の品種統合の例を図１６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用端面の外径Ｂを同一寸法にしたものを包むものである。
【0100】
外側継手部材についての第１実施形態の変形例を図１７および図１８に示す。図１７（ａ）は、本変形例の外側継手部材の部分的縦断面図で、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＡ部を拡大した図で、図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）の溶接前の状態を示す図である。図１８は、溶接前のカップ部材の全体を示す縦断面図である。本変形例は、第１の実施形態のカップ部材の接合用端面に設けた突出面の形態が異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同じであるので、同じ機能を有する部位には、同一の符号（下付き文字を除く）を付して、要点のみ説明する。
【0101】
図１７（ｃ）および図１８に示すように、カップ部材１２1ａの底部１２1ａ２の凸部１２1ａ３に形成された接合用端面５０1は、環状に座ぐった形態に旋削加工されている。この場合、接合用端面５０1の内径側の径Ｄ1が、第１実施形態のカップ部材１２ａの接合用端面５０の内径Ｄに相当する。したがって、図１７（ｃ）に示すように、軸部材１３ａの内径Ｅより内径側の部分が突出面５０1ａとなる。この変形例のカップ部材１２1ａは、前述した図４（ａ）に示すしごき加工後のカップ部材の素形材１２ａ’の凸部１２ａ３’の端面のうち、図１８に示すように、外径側の接合用端面５０1の部分のみを旋削加工することで形成することができ、旋削加工時間を短縮できる。ただし、これに限られず、図１８の接合用端面の内径側の凸面部５０1ｂも旋削加工を施してもよい。
【0102】
その他の構成や作用、すなわち、製造方法についての第１の実施形態において前述した各工程の概要、カップ部材および軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷検査の方法、品種統合や外側継手部材の構成などは同様であるので第１の実施形態の全ての内容を本実施形態に準用し、重複説明を省略する。
【0103】
図１９に、本発明の製造方法についての第２の実施形態を示す。本実施形態の製造工程では、第１の実施形態で前述した図３の熱処理工程Ｓ７中のカップ部材の熱処理工程を溶接工程Ｓ６の前に組入れて、熱処理工程Ｓ５ｃとし、カップ部材については完成品として準備するものである。この点を除いた内容、すなわち、製造方法についての第１の実施形態において前述した各工程の概要、カップ部材および軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷検査の方法、品種統合や外側継手部材の構成などは同様であるので第１の実施形態の全ての内容を本実施形態に準用し、相違する部分のみ説明する。
【0104】
図４（ｂ）に示すように、カップ部材１２ａは、接合用端面５０から底部１２ａ２を経て径の大きな筒状部１２ａ１に至る形状であり、かつ、焼入れ焼戻しとしての熱処理を施す部位が筒状部１２ａ１の内周のトラック溝３０、筒状内周面４２である。このため、通常、熱処理部に対して溶接時の熱影響がないので、カップ部材１２ａについては溶接前に熱処理を施し完成部品として準備する。本実施形態の製造工程が実用面では好適である。
【0105】
本実施形態の製造工程では、カップ部材１２ａについては完成品としての熱処理が施されているので、完成品としての品番を付与して管理する。したがって、カップ部材１２ａの品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷軽減が顕著になる。また、カップ部材１２ａは、鍛造加工、旋削加工、熱処理を経た完成品まで、単独で製造でき、段取り削減等も含めて生産性が向上する。
【0106】
本実施形態の場合、第１の実施形態で前述したカップ部材の品種統合の例を示す図１６については、図中のカップ部材の品番が完成品としての品番となるだけで、軸部材と外側継手部材については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【0107】
図２０に、本発明の製造方法の第３の実施形態を示す。本実施形態の製造工程では、第１の実施形態で前述した図３の熱処理工程Ｓ７のカップ部と軸部の熱処理工程および軸部の研削加工工程Ｓ８を溶接工程Ｓ６の前に組み入れて、カップ部材の熱処理工程Ｓ５ｃ、軸部材の熱処理工程Ｓ４ｓおよび研削加工工程Ｓ５ｓとしたものである。したがって、カップ部材と軸部材を共に完成品として準備するものである。この点を除いた内容、すなわち、製造方法についての第１の実施形態において前述した各工程の概要、カップ部材および軸部材の主な加工工程における状態、カップ部材の共用化、溶接方法、超音波探傷検査の方法、品種統合や外側継手部材の構成などは同様であるので第１の実施形態の全ての内容を本実施形態に準用し、相違する部分のみ説明する。
【0108】
軸部材は、スプライン加工工程Ｓ３ｓの後、熱処理工程Ｓ４ｓで外周面の所定範囲に高周波焼入れによりＨＲＣ５０〜６２程度の硬化層が形成される。接合用端面５１を含む所定の軸方向部位は熱処理を施さない。カップ部材の熱処理、品番付与等については、製造方法についての第２の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
【0109】
熱処理工程Ｓ４ｓ後、軸部材は研削加工工程Ｓ５ｓに移され、軸受装着面１４などを仕上げ加工する。これにより、完成品としての軸部材が得られる。そして、軸部材に完成品としての品番が付与され管理される。本実施形態の製造工程は、熱処理部に対して溶接時の熱影響が生じない形状、仕様を有するカップ部材および軸部材の場合に適する。
【0110】
本実施形態の製造工程では、カップ部材と軸部材の両方が完成品としての品番を付与して管理することができる。したがって、カップ部材の品種統合によるコスト低減、生産管理の負荷軽減が一層顕著になる。また、カップ部材および軸部材は、鍛造加工、旋削加工、熱処理および熱処理後の研削加工等を経た完成品まで、それぞれ、別々に製造でき、段取り削減等も含めて生産性が一層向上する。
【0111】
本実施形態の場合、第１の実施形態で前述したカップ部材の品種統合の例を示す図１６については、図中のカップ部材および軸部材の品番が完成品の品番となる。外側継手部材については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。ただし、完成部品としてのカップ部材や軸部材とは、前述した熱処理後の研削加工や焼入れ後切削加工等の仕上げ加工が施されたものに限られず、この仕上げ加工を残した熱処理完了状態のカップ部材や軸部材を含むものである。
【0112】
品種統合において述べたように、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い。すなわち、前述したように、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用端面の外径Ｂを同一寸法にしたものを包むものである。また、これに加えて、例えば、継手機能や製造現場の実情、生産性等を考慮して、カップ部材を熱処理前の中間部品と完成部品の複数形態で管理するために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用端面の外径Ｂを同一寸法にしたものも包むものである。
【0113】
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２１および図２２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、要点のみを説明する。
【0114】
図２１に示す摺動式等速自在継手１０2は、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）であり、カップ部１２2とカップ部１２2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１１2と、外側継手部材１１2のカップ部１２2の内周に収容された内側継手部材１６2と、外側継手部材１１2と内側継手部材１６2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１６2は、ローラ１９を外嵌した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。
【0115】
第１の実施形態の外側継手部材と同様に、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１１2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１１2の振れが可及的に防止される。
【0116】
図２２に、外側継手部材１１2の部分縦断面を示す。図示のように、外側継手部材１１2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２１参照）が転動するトラック溝３０2と内周面３１2が形成された有底筒状のカップ部１２2と、カップ部１２2の底部から軸方向に延び、カップ部１２2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が設けられたロングステム部１３とからなる。外側継手部材１１2は、カップ部材１２2ａと軸部材１３ａが溶接されて形成されている。
【0117】
図２２に示すように、カップ部材１２2ａは、内周にトラック溝３０2と内周面３１2が形成された筒状部１２2ａ１と底部１２2ａ２からなる一体成形品である。カップ部材１２2ａの底部１２2ａ２には凸部１２2ａ３が形成されている。カップ部材１２2ａの開口側の外周にはブーツ取付溝３２が形成されている。軸部材１３ａは、カップ部材１２2ａ側の外周に軸受装着面１４および止め輪溝１５が形成され、カップ部材１２2ａ側とは反対側の端部にスプラインＳｐが形成されている。
【0118】
カップ部材１２2ａの底部１２2ａ２の凸部１２2ａ３に形成された接合用端面５０2と軸部材１３ａのカップ部材１２2ａ側端部の接合用端面５１とを突合せ、半径方向の外側から電子ビーム溶接により溶接されている。溶接部４９は、カップ部材１２2ａの半径方向外側から照射されたビードで形成されている。第１の実施形態の外側継手部材と同様に、接合用端面５０2と接合用端面５１の外径Ｂは、ジョイントサイズ毎に同一寸法に設定されている。溶接部４９が、軸部材１３ａの軸受装着面１４よりカップ部材１２2ａ側の接合用端面５１に形成されるので、軸受装着面１４などは前もって加工可能で溶接後の後加工を廃止できる。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。
【0119】
本実施形態の外側継手部材は、前述した外側継手部材についての第１の実施形態および製造方法についての第１〜３の実施形態において前述した内容と同様であるので、これらの全てを準用し、重複説明を省略する。
【0120】
以上の実施形態および変形例では、カップ部材の接合用端面の内径側に突出面を設けたものを例示したが、これとは反対に、軸部材の接合用端面の内径側に突出面を設けてもよい。この場合は、超音波探傷検査は、カップ部材の表面側から探傷を行うようにすればよい。
【0121】
以上の実施形態および変形例では、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。
【0122】
以上の外側継手部材についての実施形態および変形例では、摺動式等速自在継手１０としてのダブルオフセット型等速自在継手、トリポード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。
【0123】
本発明は前述した実施形態および変形例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】
【0124】
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 カップ部材
１２ａ１ 筒状部
１２ａ２ 底部
１３ 長寸軸部
１３ａ 軸部材
１４ 軸受装着面
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
３０ トラック溝
３１ 内周面
４０ トラック溝
４１ トルク伝達要素（ボール）
４２ 筒状内周面
４９ 溶接部
５０ 接合用端面
５０ａ 突出面
５１ 接合用端面
５２ 凹部
１００ 溶接装置
１０１ 電子銃
１０８ ケース
１０９ 真空ポンプ
１１１ 密閉空間
１２０ 超音波探傷検査装置
１２１ 基台
１２２ 貯水槽
１２３ ワーク受台
１２４ ワーク押え部材
１２５ 回転駆動装置
１３５ 押圧装置
１３６ 探触子の駆動位置決め装置
１４７ 探触子
Ｂ 外径
Ｄ 内径
Ｅ 内径
Ｇ 送信パルス
Ｒ 反射エコー
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
Ｓｐ スプライン