JP4725039B2 - ドライブシャフト - Google Patents

Description

本発明は、自動車の動力伝達系などに使用するドライブシャフト、特に軸部と等速ジョイントよりなるドライブシャフトに関する。

自動車等の動力伝達装置においては、軸部及び等速ジョイントよりなるドライブシャフトを介して駆動力を伝達するのが普通であり、軸部は強度向上のために高周波熱処理などにより表面からある深さまで硬化層を形成するとともに軸芯部に未硬化部を残したものとし、その両端には等速ジョイントの内側部材がスプライン結合されている（例えば特許文献１参照）。図３はこのような動力伝達系の一例を示すものであり、その軸部１は軸本体部２の両端部に、ブーツ取付部３，５及び延長部４，６をそれぞれ連続して同軸的に形成したものである。

軸部１の一方のインボード側延長部４は例えばトリポードタイプの摺動式等速ジョイント３０を介して差動装置のサイドギヤ等の駆動側部材に連結され、他方のアウトボード側延長部６は例えばボールタイプの固定式等速ジョイント３５を介して駆動車輪のハブ等の従動側部材に連結されている。各等速ジョイント３０，３５の内部を外部の塵埃や水などからシールするために、各等速ジョイント３０，３５と軸部１の軸本体部２の両端部の各ブーツ取付部３，５との間には柔軟なゴムや樹脂などよりなるブーツ３３，３８が設けられ、各ブーツ３３，３８の一端は等速ジョイント３０，３５の外側部材３１，３６の開口部にかぶせてバンド３４ａ，３９ａにより気密に取り付け、他端にはブーツ取付部３，５を通してバンド３４ｂ，３９ｂにより気密に取り付けている。ブーツ取付部３，５には、ブーツ３３，３８が動かないようにかつ確実にシールして取り付けるため、ブーツ溝３ａ，５ａが形成されている。

インボード側延長部４は、図４に示すように、等速ジョイント３０の内側部材３２ａにスプライン結合される先端部４ｂと、円筒状の中間部４ａよりなり、中間部４ａの外径は先端部４ｂ及びブーツ取付部３よりも小径であり、中間部４ａの両端部はテーパ部４ｃ，４ｄによりブーツ取付部３と先端部４ｂに連結されている。延長部４の中間部４ａの外径は必要な伝達トルクを得るための必要最小限の値であり、等速ジョイント３０の外側部材３１の内面の開口側には、延長部４と外側部材３１の間の軸交角が最大となった状態において延長部４の中間部４ａと干渉するのを避けるために、中間部４ａとの間にわずかな隙間が残る外向きに広がる逃げ面３１ａが形成されている。

同様に、アウトボード側延長部６は、図５に示すように、等速ジョイント３５の内側部材３７にスプライン結合される先端部６ｂと、円筒状の中間部６ａよりなり、ブーツ取付部５及び先端部６ｂよりも小径の中間部６ａは両端部がテーパ部６ｃ，６ｄによりブーツ取付部５と先端部６ｂに連結されている。延長部４と同様、延長部６の中間部６ａの外径は強度的に必要最小限の値であり、等速ジョイント３５の外側部材３６の内面の開口側には、軸交角が最大となった状態において中間部６ａとの間にわずかな隙間が残る外向きに広がる逃げ面３６ａが形成されている。

また延長部４と延長部６の何れも、中間部４ａ，６ａと根本側テーパ部４ｃ，６ｃとの境界部の位置は、軸交角が最大となった状態において、等速ジョイント３０，３５の逃げ面３１ａ，３６ａの外端縁３１ｂ，３６ｂからブーツ取付部３，５側に相当離れた位置となっている。
特開２０００−２４０６６９号公報（段落〔０００２〕〜〔００１０〕、図１）。

上述のように、ドライブシャフトの軸部は強度向上のため表面からある深さまで硬化層を形成するとともに軸芯部に未硬化部を残したものとしており、総合的に最大の強度向上を得るには熱処理深さｔ／Ｒ（ｔ：硬化層の深さ、Ｒ：熱処理部材の半径）をある最適値にする必要がある。軸部には例えば特殊鋼が使用され、その材質によって異なるが、最適な熱処理深さｔ／Ｒは０．５５〜０．８の範囲内である。すなわち、静的ねじり強度は熱処理深さｔ／Ｒの増大につれて向上するが、疲労ねじり強度は熱処理深さｔ／Ｒがある限度を超えると低下するので、熱処理深さｔ／Ｒは０．８より小さい値としなければならない。また、延長部４，６の中間部４ａ，６ａの外径は必要な伝達トルクを得るための必要最小限の値であり、一方ブーツ取付部３，５にはブーツ３３，３８を取り付けるためのブーツ溝３ａ，５ａが形成されており、ブーツ溝３ａ，５ａの底部の外径を中間部４ａ，６ａの外径よりも小さくすることは強度上できない。従って、ブーツ溝３ａ，５ａの両側となるブーツ取付部３，５の外径は中間部４ａ，６ａの外径よりも大となり、中間部４ａ，６ａとブーツ取付部３，５とでは軸部１の外径が変化する。また、先端部４ｂ，６ｂもスプラインが形成されているので、その外径も強度上の理由で中間部４ａ，６ａの外径より大とする必要があり、中間部４ａ，６ａと先端部４ｂ，６ｂも軸部１の外径は変化する。

この種の軸部の焼き入れには高周波熱処理装置を使用し、高周波出力の大きさ、コイル形状及び周波数を調整することにより熱処理深さｔ／Ｒの調整を行っているが、前述のように中間部４ａ，６ａとブーツ取付部３，５とでは軸部１の外径が変化して単位長さ当たりの熱容量も変化するので、その付近では熱処理深さｔ／Ｒのコントロールが困難となる。これは、最適値をねらって軸部を高周波焼入れするが、テーパ部４ｃ，４ｄで外径が急激に変化するため、熱処理深さｔ／Ｒがねらい値から外れ、この付近での強度が低下するからである。また、テーパ部４ｃ，４ｄ及びその付近では、外径が急激に変化するため、高周波焼入れ時に磁場が集中してしまい、温度が不均一となって焼入れ深さがねらい値に対して過大または過小となる。このためブーツ取付部３，５付近では、ある位置での熱処理深さｔ／Ｒを最適値にしようとすればその前後の位置の熱処理深さｔ／Ｒが最適値よりも過大または過小となり、局部的に十分な強度が確保されない部分が生じるという問題がある。本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

このために、本発明によるドライブシャフトは、軸本体部、その一端に同軸的に形成されたブーツ取付部及びこのブーツ取付部に続けて同軸的に形成された延長部を備えてなる軸部と、延長部の先端部に内側部材を介して取り付けられる等速ジョイントよりなり、軸部は熱処理により形成された硬化層を有し、延長部の中間部は円柱状でその外径はブーツ取付部及び先端部より小径とし、等速ジョイントの内部を外部よりシールするブーツは一端部をブーツ取付部に気密に取り付け、等速ジョイントの外側部材の内面の開口側には、延長部と外側部材の間の軸交角が最大となった状態において中間部との間にわずかな隙間が残る外向きに広がる逃げ面を形成してなるドライブシャフトにおいて、中間部のブーツ取付部側となる一端縁は軸交角が最大となった状態において逃げ面の外端縁と対応する位置またはその付近でそれよりもブーツ取付部側となる位置とし、その一端縁とブーツ取付部とはテーパ部により連結し、テーパ部の軸方向長さは中間部の軸方向長さより長くしたことを特徴とするものである。

請求項１に記載のドライブシャフトにおいて、中間部の先端部側となる他端縁は軸交角が最大となった状態において逃げ面の内端縁と対応する位置またはその付近でそれよりも先端部側となる位置とし、他端縁と先端部とは先端側テーパ部により連結することが好ましい。

上述のように、請求項１の発明によれば、中間部のブーツ取付部側となる一端縁は軸交角が最大となった状態において逃げ面の外端縁と対応する位置またはその付近でそれよりもブーツ取付部側となる位置とし、その一端縁とブーツ取付部とはテーパ部により連結し、テーパ部の軸方向長さは中間部の軸方向長さより長くしたので、その間の熱処理深さｔ／Ｒのコントロールが容易となる。従って、ドライブシャフトの延長部の中間部及びブーツ取付部の範囲において最適値またはそれに近い熱処理深さｔ／Ｒを得ることができ、軸部の形状変化率に伴う局部的な強度低下を大幅に改善することができる。

また、中間部の先端部側となる他端縁は軸交角が最大となった状態において逃げ面の内端縁と対応する位置またはその付近でそれよりも先端部側となる位置とし、他端縁と先端部とは先端側テーパ部により連結した請求項２の発明によれば、中間部と先端部の間におけるドライブシャフトの外径の変化も緩やかになるので、その間の単位長さ当たりの熱容量の変化も緩やかになる。従って、その間における熱処理深さｔ／Ｒの変動も少なくなるので、ドライブシャフトの延長部の中間部及び先端部の範囲において最適値またはそれに近い熱処理深さｔ／Ｒを得ることができ、軸部の形状変化率に伴う局部的な強度低下をさらに改善することができる。

以下に、図１及び図２に示す実施形態により、本発明によるドライブシャフトの最良の形態の説明をする。この実施形態は、自動車の差動装置と駆動車輪を連結する動力伝達装置に本発明を適用したものである。この動力伝達装置は、ドライブシャフトの両端の延長部の形状を除き図３に示す従来技術と実質的に同じである。

この実施形態の軸部１０は、合金鋼からなる軸本体部１１と、その各端に同軸的に一体形成されたブーツ取付部１２，１３と、このブーツ取付部に続けて同軸的に一体形成された延長部１５，２０よりなるものである。図３に示す従来技術の場合と同様、インボード側延長部（延長部）１５の先端部１７にはトリポードタイプの摺動式等速ジョイント３０が連結され、アウトボード側延長部（延長部）２０の先端部２２にはボールタイプの固定式等速ジョイント３５が連結されている。また、図３に示す従来技術の場合と同様なブーツ３３，３８は、一端を等速ジョイント３０，３５の外側部材３１，３６の開口部にかぶせてバンド３４ａ，３９ａにより気密に取り付け、他端はブーツ溝１２ａ，１３ａが形成されたブーツ取付部１２，１３を通してバンド３４ｂ，３９ｂにより気密に取り付けている。

図１はこの実施形態の軸部１０の、インボード側延長部１５を含む拡大図を示すものである。インボード側延長部１５の中間部１６は直径一定の円柱状で、その外径は、従来技術において述べたのと同じ理由により、ブーツ取付部１２及び先端部１７の外径よりも小径であり、中間部１６の一端縁１６ａはテーパ部１８によりブーツ取付部１２に連結され、他端縁１６ｂは先端側テーパ部１９により先端部１７に連結されている。軸本体部１１の外径は、ブーツ取付部１２の外径より小で中間部１６の径より大である。

トリポードタイプの等速ジョイント３０は、主として図３に示すように、内面に３本の軸線方向案内溝３１ｄが円周方向等間隔で形成された外側部材３１と、内側部材３２ａから３本のトラニオン３２ｂを円周方向等間隔で半径方向に突出してなるトリポード３２と、各トラニオン３２ｂに回転自在に支持されて外側部材３１の案内溝３１ｄ内に案内支持された３個のローラ３２ｃよりなるものである。等速ジョイント３０の内側部材３２ａにはインボード側延長部１５の先端部１７がスプライン結合され、外側部材３１から軸線方向に同軸的に突出する軸部３１ｅは差動装置のサイドギヤ（図示省略）に同軸的にスプライン結合されている。先端部１７が内側部材３２ａにスプライン結合されたインボード側延長部１５は、内側部材３２ａの中心点Ｏ１回りにみそすり運動自在であり、また中心点Ｏ１は外側部材３１の中心軸線方向に移動可能である。

図１及び図３に示すように、トリポードタイプの等速ジョイント３０の外側部材３１の内面の開口側には、各案内溝３１ｄの間となる円周方向位置に、外向きに広がる円錐面の一部よりなる逃げ面３１ａが形成されている。この逃げ面３１ａは、図１に示すように、インボード側延長部１５と外側部材３１の軸交角が最大で中心点Ｏ１が外側部材３１に対し最も奥側の位置となった状態において、インボード側延長部１５の中間部１６との間に僅かな隙間が生じるように形成されている。またこの軸交角が最大となった状態において、インボード側延長部１５の中間部１６のブーツ取付部１２側となる一端縁１６ａは外側部材３１の逃げ面３１ａの外端縁３１ｂと対応する位置にあり、一方、中間部１６の先端部１７側となる他端縁１６ｂは外側部材３１の逃げ面３１ａの内端縁３１ｃと対応する位置よりも先端部１７側に位置している。

また図２はこの実施形態の軸部１０の、アウトボード側延長部２０を含む拡大図を示すものである。インボード側延長部１５と同様、アウトボード側延長部２０の中間部２１は円柱状で、その外径はブーツ取付部１３及び先端部２２の外径よりも小径であり、中間部２１の一端縁２１ａはテーパ部２３によりブーツ取付部１３に連結され、他端縁２１ｂは先端側テーパ部２４により先端部２２に連結されている。この中間部２１はインボード側延長部１５の中間部１６と実質的に同径で、軸本体部１１より小径である。

ボールタイプの等速ジョイント３５は、主として図３に示すように、それぞれ６本のボール溝３６ｄ，３７ｂが円周方向等間隔で形成された外側部材３６及び内側部材３７と、各ボール溝３６ｄ，３７ｂ内を転動する６個のボール３７ａよりなるものである。等速ジョイント３５の内側部材３７にはアウトボード側延長部２０の先端部２２がスプライン結合され、外側部材３６から軸線方向に同軸的に突出する軸部３６ｅは駆動車輪のハブにスプライン結合されている。先端部２２が内側部材３７にスプライン結合されたアウトボード側延長部２０は、内側部材３７の中心点Ｏ２回りにみそすり運動自在である。

図２及び図３に示すように、ボールタイプの等速ジョイント３５の外側部材３６の内面の開口側には、外向きに広がる円錐面状の逃げ面３６ａが形成されている。この逃げ面３６ａは、図２に示すように、アウトボード側延長部２０と外側部材３６の軸交角が最大となった状態において、アウトボード側延長部２０の中間部２１との間に僅かな隙間が生じるように形成されている。またこの軸交角が最大となった状態において、アウトボード側延長部２０の中間部２１のブーツ取付部１３側となる一端縁２１ａは外側部材３６の逃げ面３６ａの外端縁３６ｂと対応する位置付近でそれよりも多少ブーツ取付部１３側に位置しており、一方、中間部２１の先端部２２側となる他端縁２１ｂは外側部材３６の逃げ面３６ａの内端縁３６ｃと対応する位置付近でそれよりも多少先端部２２側に位置している。

軸本体部１１の各端に同軸的にブーツ取付部１２，１３と延長部１５，２０を一体形成した軸部１０は、総合的に最大の強度向上が得られるように、熱処理深さｔ／Ｒが最適値（合金鋼では材質によって異なるが０．５５〜０．８）となるようにねらい値を定めて高周波熱処理される。インボード側延長部１５では、中間部１６のブーツ取付部１２側となる一端縁１６ａは、軸交角が最大で中心点Ｏ１が外側部材３１に対し最も奥側の位置となった状態において逃げ面３１ａの外端縁３１ｂと対応する位置とし、その一端縁１６ａとブーツ取付部１２とはテーパ部１８により連結したのでテーパ部１８の軸方向長さは中間部１６の軸方向長さより長くなって最大となり、これにより中間部１６とブーツ取付部１２の間における軸部１０の外径の変化は緩やかになるので、その間の単位長さ当たりの熱容量の変化も緩やかになる。従って、その間の熱処理深さｔ／Ｒの変動も少なくなるので、軸部１０の延長部１５の中間部１６とブーツ取付部１２の範囲においてねらい値またはそれに近い熱処理深さｔ／Ｒを得ることができ、図４で示すような従来技術に比して、局部的な強度低下を生じるおそれは大幅に減少する。また、従来に比べてテーパ部が長くなった分、小径の中間部が短くなるため強度が向上する。

またアウトボード側延長部２０では、中間部２１のブーツ取付部１３側となる一端縁２１ａは、軸交角が最大となった状態において逃げ面３６ａの外端縁３６ｂと対応する位置付近でそれよりもブーツ取付部１３側となる位置とし、その一端縁２１ａとブーツ取付部１３とはテーパ部２３により連結したので、インボード側延長部１５の場合と同様、テーパ部２３の軸方向長さは中間部２１の軸方向長さより長くなって最大となり、これにより中間部２１とブーツ取付部１３の間における軸部１０の外径の変化は緩やかになって、その間の単位長さ当たりの熱容量の変化も緩やかになるとともに、高周波焼入れ時の磁場の集中も抑制される。。従って、その間の熱処理深さｔ／Ｒのコントロールが容易となるので、軸部１０の延長部１５，２１の中間部１６，２１及びブーツ取付部１２，１３の範囲においてねらい値またはそれに近い熱処理深さｔ／Ｒを得ることができ、図５で示すような従来技術に比して、局部的な強度低下を大幅に改善することができる。

このアウトボード側延長部２０では、中間部２１の先端部２２側となる他端縁２１ｂも、軸交角が最大となった状態において逃げ面３６ａの内端縁３６ｃと対応する位置付近でそれよりも先端部２２側となる位置とし、その他端縁２１ｂと先端部２２とを先端側テーパ部２４により連結したので、中間部２１と先端部２２の間における軸部１０の外径の変化は緩やかになって、その間の単位長さ当たりの熱容量の変化も緩やかになる。従って、その間の熱処理深さｔ／Ｒのコントロールが容易となるので、テーパ部２３及びブーツ取付部１３側と同様、図５で示すような従来技術に比して、局部的な強度低下をさらに改善することができる。また、従来に比べてテーパ部が長くなった分、小径の中間部が短くなるため強度が向上する。

次に図４に及び図５示す従来技術の形状のものに従来と同じ高周波熱処理を施したもの（テスト１）と、図４及び図５に示す従来技術の形状のものに高周波熱処理を施したもの（テスト２）と、図１及び図２に示す本発明の形状のものに高周波熱処理を施したもの（テスト３）の静的ねじり強度において、テスト１を基準（１．０）とした場合の値を示す。
テスト１ テスト２ テスト３
静的ねじり強度（平均） １．００ １．１１ １．２２
（テスト１を１．０とした場合）

本発明によるドライブシャフトの一実施形態のインボード側延長部及びその周辺を示す部分拡大図である。 図１に示す実施形態のアウトボード側延長部及びその周辺を示す部分拡大図である。 本発明と同様なドライブシャフトを含む自動車の動力伝達装置の一例を示す縦断面図である。 従来技術によるドライブシャフトの一例の図１と同様な部分拡大図である。 従来技術によるドライブシャフトの一例の図２と同様な部分拡大図である。

符号の説明

１０…軸部、１１…軸本体部、１２，１３…ブーツ取付部、１５，２０…延長部（インボード側延長部、アウトボード側延長部）、１６，２１…中間部、１６ａ，２１ａ…一端縁、１６ｂ，２１ｂ…他端縁、１７，２２…先端部、１８，２３…テーパ部、２４…先端側テーパ部、３０，３５…等速ジョイント、３１，３６…外側部材、３１ａ，３６ａ…逃げ面、３１ｂ，３６ｂ…外端縁、３６ｃ…内端縁、３２ａ，３７…内側部材、３３，３８…ブーツ。

Claims (2)

1. 軸本体部、その一端に同軸的に形成されたブーツ取付部及びこのブーツ取付部に続けて同軸的に形成された延長部を備えてなる軸部と、前記延長部の先端部に内側部材を介して取り付けられる等速ジョイントよりなり、前記軸部は熱処理により形成された硬化層を有し、前記延長部の中間部は円柱状でその外径は前記ブーツ取付部及び先端部より小径とし、前記等速ジョイントの内部を外部よりシールするブーツの一端部を前記ブーツ取付部に気密に取り付け、前記等速ジョイントの外側部材の内面の開口側には、前記延長部と外側部材の間の軸交角が最大となった状態において前記中間部との間にわずかな隙間が残る外向きに広がる逃げ面を形成してなるドライブシャフトにおいて、前記中間部の前記ブーツ取付部側となる一端縁は前記軸交角が最大となった状態において前記逃げ面の外端縁と対応する位置またはその付近でそれよりも前記ブーツ取付部側となる位置とし、前記一端縁とブーツ取付部とはテーパ部により連結し、前記テーパ部の軸方向長さは前記中間部の軸方向長さより長くしたことを特徴とするドライブシャフト。
2. 請求項１に記載のドライブシャフトにおいて、前記中間部の前記先端部側となる他端縁は前記軸交角が最大となった状態において前記逃げ面の内端縁と対応する位置またはその付近でそれよりも前記先端部側となる位置とし、前記他端縁と先端部とは先端側テーパ部により連結したことを特徴とするドライブシャフト。
   

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