JP2006077963A

JP2006077963A - 動力伝達構造

Info

Publication number: JP2006077963A
Application number: JP2004265782A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sakurai; 勝弘櫻井; Akira Nakagawa; 亮中川
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】スプラインの根元部への応力集中を緩和する。
【解決手段】固定型等速自在継手の内方部材３の内周に形成されたスプライン３ｄに、シャフト１の端部外周に形成されたスプライン１ｂが嵌合され、さらに、シャフト１と内方部材３とが、シャフト１の軸端面５の側で相互に溶着されて一体化されている。シャフト１と内方部材３とは、溶着部６により軸方向及び回転方向に相互に拘束される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の動力伝達系に用いられる動力伝達構造に関し、特に等速自在継手を使用した動力伝達構造に関する。

例えば、自動車の動力伝達系において、減速装置（ディファレンシャル）から駆動輪に動力を伝達する動力伝達シャフトは、ドライブシャフト（駆動軸）と呼ばれることがある。特にＦＦ車に使用されるドライブシャフトでは、前輪操舵時に大きな作動角と等速性が要求され、また、懸架装置との関係で軸方向の変位を吸収する機能が要求されるので、その一端部をダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手等の摺動型等速自在継手を介して減速装置側に連結し、その他端部をバーフィールド型等速自在継手（ゼッパジョイントと呼ばれることもある。）等の固定側等速自在継手を介して駆動輪側に連結する機構が多く採用されている。

図８は、中空状の動力伝達シャフト１と、動力伝達シャフト１の一端部に連結された摺動型等速自在継手２と、動力伝達シャフト１の他端部に連結された固定型等速自在継手３とを備えた自動車の動力伝達機構を示している。

この動力伝達機構において、摺動型等速自在継手２は減速装置（ディファレンシャル）に連結され、固定型等速自在継手３は駆動輪側に連結される。動力伝達シャフト１の一端部は摺動型等速自在継手２の内方部材（トリポード部材）２ａに連結され、摺動型等速自在継手２の外方部材２ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ２ｃが固定される。

また、動力伝達シャフト１の他端部は固定型等速自在継手３の内方部材３ａに連結され、固定型等速自在継手３の外方部材３ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ３ｃが固定される。

シャフト１の他端部と固定型等速自在継手３の内方部材３ａとの連結は、例えば、図９に拡大して示すように、シャフト１の他端部外周に形成されたスプライン１ｂと、内方部材３ａの内周に形成されたスプライン３ｄとを相互に嵌合すると共に、シャフト１の一端部の軸端側に形成された止め輪溝１ａに止め輪４を装着し、シャフト１と内方部材３ａとの相対移動を軸方向に規制することにより行われる。同様に、シャフト１の一端部と摺動型等速自在継手２の内方部材２ａとの連結は、シャフト１の一端部外周に形成されたスプライン１ｂと、内方部材２ａの内周に形成されたスプライン２ｄとを相互に嵌合すると共に、シャフト１の一端部の軸端側に形成した止め輪溝１ａに止め輪を装着し、シャフト１と内方部材２ａとの相対移動を軸方向に規制することにより行われる。

また、下記の特許文献１では、スプライン嵌合に際し、シャフト側のスプラインに捩れ角を付与し、これを継手内方部材のスプラインに圧入することにより、スプライン嵌合部のガタを抑えると共に、シャフトのスプラインの反軸端側において、トルク負荷時の内方部材とシャフトのスプラインの歯面にかかる応力を圧入による応力により打ち消して最大応力を軽減している。
実公平６−３３２２０号公報

従来のスプライン嵌合構造では、シャフトに捩りトルクが加わると、捩りの支点がシャフトのスプラインの根元部になるため、スプラインの根元部に応力が集中する傾向がある。特に、特許文献１のように、スプライン嵌合部のガタを抑えるために、シャフト側のスプラインに捩れ角を付与した構造では、スプラインの根元部への応力集中がさらに顕著になる。

本発明の課題は、スプラインの根元部への応力集中を緩和し、シャフトと継手内部方部材の強度を高めた動力伝達構造を提供することである。

本発明の他の課題は、従来構造と同等以上の強度を確保しつつ、シャフトと継手内部方部材のサイズダウンを図り、動力伝達構造の軽量コンパクト化を図ることである。

上記課題を解決するため、本発明は、等速自在継手の内方部材の内周に形成したスプラインと、シャフトの端部外周に形成したスプラインとを互いに嵌合させた動力伝達構造において、内方部材とシャフトとを軸方向及び回転方向に相互に拘束する拘束部を設け、シャフトに捩りトルクが負荷されたときの捩りの支点が、シャフトのスプラインの根元部と拘束部になるようにした。

上記構成において、拘束部は、シャフトの軸端と内方部材とを相互に固着することにより構成することができる。ここでの固着には、溶着、圧着、接着等が含まれる。

また、上記構成において、拘束部は、シャフトと内方部材とを摩擦力により拘束するものとすることができる。

本発明によれば、シャフトに捩りトルクが負荷されたときの捩りの支点が、シャフトのスプラインの根元部と拘束部になるので、スプラインの根元部の応力集中が従来構造に比べて緩和される。これにより、シャフトと継手内方部材の強度が向上する。

また、従来構造と同等以上の強度を確保しつつ、シャフトと継手内部方部材のサイズダウンを図り、動力伝達構造の軽量コンパクト化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、以下で説明する実施の形態は、図８に示す自動車の動力伝達機構において、シャフト１の他端部と固定型等速自在継手３の内方部材３ａとの間に設けられる動力伝達構造に関するものであるが、シャフト１の一端部と摺動型等速自在継手２の内方部材２ａとの間に設けられる動力伝達構造にも同様に適用することができる。また、図８、９に示す従来構造の部材又は部分については同一符号を付与してその詳細な説明を省略する。

図１に示す実施の形態１では、固定型等速自在継手３の内方部材３ａの内周に形成されたスプライン３ｄに、シャフト１の端部外周に形成されたスプライン１ｂが嵌合され、さらに、シャフト１と内方部材３ａとが、シャフト１の軸端面５の側で相互に溶着（溶接）されて一体化されている。シャフト１と内方部材３ａとは、溶着部６により軸方向及び回転方向に相互に拘束される。したがって、実施の形態１では、溶着部６が拘束部になる。

上記のように、シャフト１と内方部材３ａとが、溶着部６によりシャフト１の軸端面５の側で相互に拘束されるので、シャフト１に捩りトルクが負荷されたとき、捩りの支点は、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ａと溶着部６の２箇所になる。そのため、スプライン１ｂの根元部Ａへの応力集中が緩和される。

シャフト１のスプライン１ｂにかかる応力状態を見てみると、図２に示すように、図９に示す従来構造（実線）では、スプライン１ｂの根元部Ａと軸端部Ｂとで応力差が大きく、根元部Ａへの応力集中が認められたが、実施の形態１（本発明：一点鎖線）では、根元部Ａでの応力が減少する一方、軸端部Ｂでの応力が増大し、従来構造に比べて、根元部Ａと軸端部Ｂとで応力が均一化され、根元部Ａへの応力集中が緩和されていた。これは、上記のように、捩りの支点が、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ａと溶着部６の２箇所に増えたことにより、シャフト１にかかる応力が分散されたためである。

上記のように、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ａへの応力集中が緩和される結果、シャフト１の強度は向上する。また、内方部材３ａのスプライン３ｄについても根元部Ａへの応力集中が緩和される結果、内方部材３ａの強度は向上する。また、シャフト１と内方部材３ａの強度を従来品と同等以上に確保した場合、シャフト１と内方部材３ａをサイズダウンして、軽量コンパクト化を図ることができる。

次に、本発明の実施の形態２を図３、図４を用いて説明する。

図３に示す実施の形態２では、固定型等速自在継手３の内方部材３ａの内周に形成されたスプライン３ｄに、シャフト１の端部外周に形成されたスプライン１ｂが嵌合され、さらに、シャフト１と内方部材３ａとが、シャフト１の軸端面７の側に配置された端面部材８によって相互に固定されている。すなわち、シャフト１の軸端面７と内方部材３の一方の端面に端面部材８をあてがい、端面部材８をシャフト１の軸端面７に螺子９で締め付けて、内方部材３ａの他方の端部をシャフト１の肩部１ｄに押し当てることにより、内方部材３ａを端面部材８とシャフト１の肩部１ｄとで軸方向に挟持固定している。これにより、シャフト１と内方部材３ａとは、端面部材８と内方部材３の端面との当接部Ｃ１、内方部材３ａの端部とシャフト１の肩部１ｄとの当接部Ｃ２、及び、螺子９と端面部材８との当接部Ｃ３に発生する摩擦力により軸方向及び回転方向に相互に拘束される。したがって、実施の形態２では、当接部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が拘束部になる。

上記のように、シャフト１と内方部材３ａとが、当接部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３によりシャフト１のスプライン１ｂを挟んで軸方向両側で相互に拘束されるので、シャフト１に捩りトルクが負荷されたとき、捩りの支点は、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ａと当接部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の４箇所になる。そのため、スプライン１ｂの根元部Ａへの応力集中が緩和される。

実施の形態２について、シャフト１のスプライン１ｂにかかる応力状態を見てみると、図４に示すように、図９に示す従来構造（実線）に比べ、実施の形態２（本発明：一点鎖線）では、根元部Ａから軸端部Ｂにかけて応力が均一に減少していた。その結果、根元部Ａへの応力集中が従来構造に比べて緩和されていた。これは、上記のように、捩りの支点が、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ａと当接部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の４箇所に増えたことにより、シャフト１にかかる応力が分散されたためである。

図５は、本発明の実施の形態３を示している。この実施の形態３が、上記の実施の形態２と異なる点は、シャフト１の肩部１ｄを大径にして、内方部材３ａとの接触面積を大きくした点にある。これにより、内方部材３ａの端部とシャフト１の肩部１ｄとの当接部Ｃ２の摩擦力が増大し、スプライン１ｂの根元部Ａへの応力集中がより一層緩和される。

図６は、本発明の実施の形態４を示している。この実施の形態４では、シャフト１の軸端面７に形成した圧入部１０に端面部材１１を圧入して、内方部材３ａの他方の端部をシャフト１の肩部１ｄに押し当てることにより、内方部材３ａを端面部材１１とシャフト１の肩部１ｄとで軸方向に挟持固定している。これにより、シャフト１と内方部材３ａとは、端面部材１１と内方部材３ａの端面との当接部Ｃ１、内方部材３ａの端部とシャフト１の肩部１ｄとの当接部Ｃ２に発生する摩擦力により軸方向及び回転方向に相互に拘束される。この実施の形態４では、捩りの支点は、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ａと当接部Ｃ１、Ｃ２の３箇所になり、上述した実施の形態２、３に対して捩りの支点が１箇所少なくなる。

図７は、本発明の実施の形態５を示している。この実施の形態５では、端面部材１２に螺子部１３を一体に設け、端面部材１２をシャフト１の軸端面７に締め付けて、内方部材３ａの他方の端部をシャフト１の肩部１ｄに押し当てることにより、内方部材３ａを端面部材１２とシャフト１の肩部１ｄとで軸方向に挟持固定している。この実施の形態５でも、捩りの支点は、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ａと当接部Ｃ１、Ｃ２の３箇所になり、上述した実施の形態２、３に対して捩りの支点が１箇所少なくなる。

実施の形態１を示す一部断面図である。図１のスプライン部にかかる応力状態を示す図である。実施の形態２を示す一部断面図である。図３のスプライン部にかかる応力状態を示す特性図である。実施の形態３を示す一部断面図である。実施の形態４を示す一部断面図である。実施の形態５を示す一部断面図である。自動車の動力伝達系を示す図である。従来の動力伝達構造を示す一部断面図である。

符号の説明

１シャフト
３ａ内方部材
１ｂ，３ｄスプライン
６溶着部（拘束部）
７軸端面
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３当接部（拘束部）
Ａスプラインの根元部

Claims

等速自在継手の内方部材の内周に形成したスプラインと、シャフトの端部外周に形成したスプラインとを互いに嵌合させた動力伝達構造において、
前記内方部材とシャフトとを軸方向及び回転方向に相互に拘束する拘束部を設け、
前記シャフトに捩りトルクが負荷されたときの捩りの支点が、前記シャフトのスプラインの根元部と前記拘束部になるようにしたことを特徴とする動力伝達構造。
前記拘束部は、前記シャフトの軸端と前記内方部材とを相互に固着することにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の動力伝達構造。
前記拘束部は、前記シャフトと前記内方部材とを摩擦力により拘束するものであることを特徴とする請求項１記載の動力伝達構造。