JP5172183B2

JP5172183B2 - 等速自在継手の外側継手部材

Info

Publication number: JP5172183B2
Application number: JP2007073466A
Authority: JP
Inventors: 直樹中川; 靖之渡邊
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP2008232294A; EP2128468A4; EP2128468B1; EP2128468A1; US20100119300A1; WO2008114623A1

Description

本発明は、等速自在継手の外側継手部材及びその製造方法に関するものである。

等速自在継手（例えば、トリポード型等速自在継手）は、外側継手部材と、内側継手部材としてのトリポード部材と、トルク伝達部材としてのローラを主要な構成要素としている。

前記外側継手部材には、有底円筒状のカップ部と、このカップ部から突設するように外嵌固定されるフランジ部とを備えたものがある。カップ部は内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝が形成してある。このカップ部の内径面は、軸方向と直交する断面で見ると、大径部と小径部が交互に現れる非円筒形状である。カップ部は、大径部と小径部とを形成することによって、その内周面に軸方向に延びる３本の前記トラック溝が形成される。

このような外側継手部材を形成する場合、カップ部とフランジ部とを冷間鍛造や熱間鍛造等にて一体的に形成する方法がある（特許文献１）。また、図６に示すように、カップ部とフランジ部を別部品（カップ部品１０１およびフランジ部品１０２）とし、両者を溶接固定する方法もある。具体的には、カップ部品１０１の底部１１２に軸方向に突出する小径の突部１０８を形成し、この突部１０８にフランジ部品１０２を外嵌（圧入）した後、その嵌合部の軸方向一端部を、図７に示すように円形溶接軌跡１１８で溶接することによって、カップ部品１０１にフランジ部品１０２を取付けるものである。
特開平７−１８５７３０号公報

前記特許文献１に記載の方法のうち、冷間鍛造では、加工度が大きくなる為、フランジの成形が困難である。熱間鍛造では、鍛造工程後にブローチ加工等の別加工を内部に施して内径寸法を仕上げる必要があり、製造工数が多くなる。また、ブローチ加工後に熱処理を行う場合、熱処理による変形量をフィードバックしてブローチ加工を行うことが考えられるが、ブローチ加工の加工形態を考慮すると、フィードバック制御は困難である。

また、カップ部とフランジ部とを溶接固定する方法では、溶接によって形成されるビード部１１３（溶接部分に形成された溶接跡）の処理が問題となる。すなわち、ビード部１１３は通常、母材表面に対して盛り上がりを生じているため、フランジ部１０２を他部材に取り付けるための端面１１１（取り付け端面）からビード部１１３が突出していると、取り付け端面１１１に他部材を精度良く取り付けることができない。この場合、ビード部１１３の盛り上がりを切削等の後加工で取り除く必要がある。このため、旋削工程が必要となり、加工工数の増加、及び製造コストが大となる不具合を招く。

本発明は、上記課題に鑑みて、低コストに製作可能な等速自在継手の外側継手部材を提供する。

本発明は、軸方向一端部に底部を有するカップ部品と、このカップ部品に装着されるリング状のフランジ部品とを備え、カップ部品の底部の軸方向一端部に軸方向に突出する小径の突部を設け、突部の外径面とカップ部品の外径面との間に半径方向に延びる肩面を介在させ、フランジ部品の内径面を突部の外径面に嵌合させ、フランジ部品の内径面と突部の外径面との嵌合部を溶接して両面を接合した等速自在継手の外側継手部材であって、前記肩面と突部の外径面とを何れも旋削で形成された面とし、カップ部品の肩面と突部の外径面との間に、溶接で生じた溶融金属が流入する逃げ部を形成し、溶接で形成されたビード部の表面をフランジ部品の他部材に取り付ける取り付け端面と同レベル、もしくは取り付け端面よりも軸方向他端側に位置させたことを特徴とするものである。

本発明の等速自在継手の外側継手部材では、カップ部品とフランジ部品の溶接時に、カップ部品の外径面とフランジ部品の内径面の嵌合部に設けた逃げ部に溶融金属が流入する。この溶融金属の流れ込みは、図５（ａ）に示すように逃げ部９の輪郭の一部で母材が溶融し、残った逃げ部９に溶融金属１９が流入することによって、あるいは、図５（ｂ）に示すように、逃げ部９の輪郭全体を含む領域で母材が溶融し、元の逃げ部があった領域に溶融金属が流入することによって生じる。何れの場合でも、逃げ部でその容積分だけ溶融金属が吸収されるため、溶接後に生じるビード部の盛り上がりを小さくし、あるいは０にすることができる。これにより、ビード部の除去加工を簡略化し、あるいは省略することができ、外側継手部材の製作コストを安価に抑えることができる。

また、溶接で形成されたビード部の表面をフランジ部品の他部材に取り付ける取り付け端面と同レベル、もしくは取り付け端面よりも軸方向他端側に位置させることで、取り付け端面に他部材を精度良く取り付けることが可能となる。

フランジ部品の形態としては、内径部を薄肉にし、嵌合部の軸方向一端を、フランジ部品の、他部材に取り付ける取り付け端面よりも軸方向他端側に位置させたもの（図３）と、半径方向の全体で均一肉厚にしたもの（図４）との二種類が考えられる。前者であれば、溶接後にビード部が多少母材表面から盛り上がっていても、その除去加工が不要となる利点がある。後者であれば、フランジ部の内径部の加工が不要で、例えばプレス成形品をそのまま利用でき、フランジ部品を安価に製作できるというメリットがある。

前記逃げ部の曲率半径Ｒを０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下とするとともに、溝深さを０．０５ｍｍ以上、２／３Ｒ以下とするのが望ましい。

溶接としては、レーザ溶接又は電子ビーム溶接を採用することができる。レーザ溶接とは、レーザ光を熱源として主として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融・凝固させることによって接合する方法である。電子ビーム溶接とは、高真空中でフィラメントを加熱して、放出した電子を高電圧で加速し電磁コイルで、集束し被溶接部に衝突させ、電子ビームの運動エネルギーを熱エネルギーに変換して溶接する方法である。

本発明によれば、ビード部の母材表面からの盛り上がりを抑制し、あるいは防止することができる。従って、ビード部の盛り上がりを除去するための後加工の工数を削減し、あるいは後加工自体を省略することができるため、外側継手部材の低コスト化を図ることができる。

フランジ部品の取り付け端面からのビード部の突出量を０にすることにより、フランジ部品の取り付け端面に相手部材を精度良く取り付けることが可能となる。

本発明に係る等速自在継手の外側継手部材の第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

等速自在継手（例えば、トリポード型等速自在継手）は、外側継手部材と、外側継手部材の内径側に配置される内側継手部材としてのトリポード部材と、トルク伝達部材としてのローラを主要な構成要素としている。この等速自在継手は、外側継手部材と内側継手部材との間で軸方向の相対移動を許容する摺動型であり、例えば自動車のドライブシャフトのインボード側（車幅方向における車体中央側）に配置される等速自在継手として用いられる。

前記外側継手部材は、図３に示すように、筒状の本体部１とこの本体部１の軸方向一端側の開口部を塞ぐ底部１２とを有するカップ部品１３と、このカップ部品１３の底部１２に装着されるリング状のフランジ部品２とを備える。カップ部品１３の内径面には、軸方向に延びる３本のトラック溝５が形成され、これによってカップ部品１３の内径面には、その軸方向と直交する断面で大径部と小径部とが交互に形成される。なお、以下の説明では、軸方向のうち、カップ部品１３の底部１２が存在する側を「軸方向一端側」と称し、カップ部品１３の開口部が存在する側を「軸方向他端側」と称する。

フランジ部品２は、図２に示すように、平板リング状体の円盤であって、周方向に沿って所定ピッチ（例えば１８０°）で貫通孔１１が設けられており、この貫通孔１１にボルト等をねじこむことにより、外側継手部材を他の部材、例えばディファレンシャルに取付けることができる。フランジ部品２の内径部はその外径側より薄肉になっている。フランジ部品２の内径面には、小径内径面４ａと大径内径面４ｂとが形成され、大径内径面４ｂは小径内径面４ａよりも軸方向一端側に形成される。小径内径面４ａと大径内径面４ｂとの間の肩面４ｃは、カップ部品１３の底部１２の端面１５と同一平面上にある。このフランジ部品２は、例えばプレスによる成形後、内径部の軸方向一端側の角部を旋削等で除去加工することで製作することができる。

カップ部品１３の底部１２には、軸方向一端側に突出し、外径寸法を他所よりも小さくした円筒状の突部８が旋削加工等により形成されている。突部８の軸方向寸法は底部１２の最小肉厚よりも小さい。カップ部品１３の本体部１の外径面と突部８の外径面３との間には、半径方向に延びる肩面６が形成され、肩面６と突部８の外径面３との間には、旋削加工等により、その全周にわたって断面が部分円弧状の溝状の逃げ部９が形成されている。

次に、前記のような構成を有する外側継手部材において、カップ部品１とフランジ部品２とを接合する方法を説明する。まず、カップ部品１３の開口部が下方を向くようにカップ部品１３を配置して、カップ部品１３の突部８にフランジ部品２を外嵌し、カップ部品１３の肩面６とフランジ部品２の軸方向他端側の端面１６とを密着させる。これにより、逃げ部９がフランジ部品２の小径内径面４ａと軸方向他端側の端面１６とで区画された隙間Ｓとなる。次に、突部８の外径面３とフランジ部品２の小径内径面４ａとの嵌合部の軸方向一端部を狙って溶接熱源（例えば、レーザや電子ビーム）を照射し、例えば溶接熱源を時計方向に移動させる。これにより、溶接跡であるビード部１８は図２に示すような円形となる。この溶接により、フランジ部品２の小径内径面４ａと突部８の外径面３とを含む嵌合領域が溶融し、フランジ部品２とカップ部品１３が一体化される。溶接中は、図５ａに示すように、逃げ部９の一部輪郭が溶融することにより、残った逃げ部９に溶融金属１９が流入し、逃げ部９が溶融金属１９で満たされる。この他、図５（ｂ）に示すように、逃げ部９の輪郭全体を含む領域で母材を溶融させてもよい。

このように、本発明の等速自在継手の外側継手部材では、カップ部品１３とフランジ部品２との嵌合部に設けられた逃げ部９に溶融金属が流入するため、逃げ部９の容積分だけビード部１８の盛り上がりを抑えることができる。加えて、フランジ部品２の内径部を軸方向で薄肉に形成し、小径内径面４ａと突部８の外径面３との嵌合部の軸方向一端をフランジ部品２の取り付け端面１４よりも軸方向他端側に設けている。これにより、ビード部１８がフランジ部品２の取り付け端面１４から突出するのを防止することができ、フランジ部品２の取り付け端面１４に相手部材を精度よく取り付けることが可能となる。この際、ビード部１８の旋削工程を簡略化し、あるいは省略することが可能となるので、製品（外側継手部材）の製造コストを低減することができる。

逃げ部９の曲率半径Ｒは０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下とするとともに、深さｔは０．０５ｍｍ以上、２／３Ｒとするのが望ましい。Ｒが０．２ｍｍ未満かつ溝深さｔが０．０５ｍｍ未満であれば、隙間Ｓに溶融金属が流れ込まず、ビード部１８が溶接部表面に盛り上がる。Ｒが１ｍｍを超えるとともに溝深さｔが２／３Ｒを超えると、逃げ部に流れる溶融金属が多いため、溶接部の強度に必要な溶接面積（体積）が確保できない。

次に、図４は本発明の第２実施形態を示す。図１〜図３に示す第１実施形態では、フランジ部品２の内径部の肉厚を外径部よりも薄肉にしていたが、第２実施形態では、フランジ部品２の肉厚をその全体で均一としている。フランジ部品２の取り付け端面１４と、カップ部品１３の底部１２の端面１５とは、同一面上に配設するようにしている。第２実施形態のフランジ部品２の取付は、前記第１実施形態のフランジ部品２の取付と同様の方法により行うことができる。溶接後のビード部１８に盛り上がりを生じた場合でも、これを切削加工等による後加工で除去することにより、ビード部１８の表面をフランジ部品２の取り付け端面１４と同レベルにし、相手部材に対する取り付け精度を確保することができる。この際、逃げ部９で溶融金属が吸収される分だけ、図６に示す従来構成に比べて盛り上がり量が小さくなるので、後加工のコストを抑えることができる。もちろん溶接後のビード部１８の取り付け端面１４に対する盛り上がりが０であれば、この種の後加工は不要となる。

第２実施形態の構成では、フランジ部品２の形状が単純な平板形状であり、第１実施形態に比べて単純化できるので、切削加工等を用いずプレス等のコスト安な加工にてフランジ部品２を製作することができる。また、フランジ部品２全体の軸方向の肉厚を薄くしても第１実施形態と同程度の溶接強度を確保することができるため、フランジ部品２の軽量化を図ることができるとともに、材料コストも低減することができる。なお、図４に示す等速自在継手の外側継手部材において、図１〜図３に示す等速自在継手の外側継手部材と同様の構成については、図１〜図３と同一符号を付してその説明を省略する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、逃げ部９は、嵌合部の全周にわたって連続させて形成するだけでなく、円周方向で間欠的に形成することもできる。また、その形状も溝状のものには限定されない。逃げ部９の断面形状も任意であり、部分円弧状以外の他の断面形状に形成することもできる。また、逃げ部９はカップ部品１３側だけでなく、フランジ部品２側に設けることもできる（例えばフランジ部品２の内径面の軸方向一端側の角部に面取りを設け、この面取りを逃げ部とする）。また、溶接する場合、溶接熱源側（溶接棒側）を移動させるだけでなく、溶接熱源を定点に照射させつつ外側継手部材側を回転させてもよい。

等速自在継手としては、トリポード型等速自在継手に限られるものではなく、外側継手部材にフランジ部を有しているものであれば他の継手形式、例えばダブルオフセット型等の他の摺動型等速自在継手、さらにはバーフィールド型等の固定型等速自在継手にも本発明を適用することができる。

本発明の実施の形態を示す外側継手部材の溶接前の断面図である。前記図１の外側継手部材の背面図である。本発明の実施の形態を示す外側継手部材の断面図である。本発明の第２の実施の形態を示す外側継手部材の断面図である。溶接部を拡大して示す断面図である。従来の外側継手部材の断面図である。従来の外側継手部材の背面図である。

符号の説明

１本体部
２フランジ部品
３外径面
４ａ小径内径面
４ｂ大径内径面
８突部
９逃げ部
１２底部
１３カップ部品
１４取り付け端面
１８ビード部
Ｓ隙間

Claims

軸方向一端部に底部を有するカップ部品と、このカップ部品に装着されるリング状のフランジ部品とを備え、カップ部品の底部の軸方向一端部に軸方向に突出する小径の突部を設け、突部の外径面とカップ部品の外径面との間に半径方向に延びる肩面を介在させ、フランジ部品の内径面を突部の外径面に嵌合させ、フランジ部品の内径面と突部の外径面との嵌合部を溶接して両面を接合した等速自在継手の外側継手部材であって、
前記肩面と突部の外径面とを何れも旋削で形成された面とし、カップ部品の肩面と突部の外径面との間に、溶接で生じた溶融金属が流入する逃げ部を形成し、溶接で形成されたビード部の表面をフランジ部品の他部材に取り付ける取り付け端面と同レベル、もしくは取り付け端面よりも軸方向他端側に位置させたことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
フランジ部品の内径部を薄肉にし、前記嵌合部の軸方向一端を、フランジ部品の、他部材に取り付ける取り付け端面よりも軸方向他端側に位置させたことを特徴とする請求項１記載の等速自在継手の外側継手部材。
フランジ部品を均一肉厚にしたことを特徴とする請求項１記載の等速自在継手の外側継手部材。
前記逃げ部を断面部分円弧状とし、前記逃げ部の曲率半径Ｒを０．２ｍｍ以上、１ｍｍ以下とするとともに、深さを０．０５ｍｍ以上、２／３Ｒ以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。