JP2001208037A - ドライブシャフト用中間軸及びその製造方法 - Google Patents

ドライブシャフト用中間軸及びその製造方法

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JP2001208037A
JP2001208037A JP2000017421A JP2000017421A JP2001208037A JP 2001208037 A JP2001208037 A JP 2001208037A JP 2000017421 A JP2000017421 A JP 2000017421A JP 2000017421 A JP2000017421 A JP 2000017421A JP 2001208037 A JP2001208037 A JP 2001208037A
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drive shaft
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intermediate portion
connection
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Yukihiro Watanabe
幸弘 渡辺
Kazuya Wakita
和哉 脇田
Kiyomi Maruyama
清美 丸山
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TUBE FOMING CO Ltd
NTN Corp
Original Assignee
TUBE FOMING CO Ltd
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間部の両端部にこれより小径の接続部を設
けてなる中空のドライブシャフト用中間軸において、中
間部の外径や肉厚の増大をもたらすことなく、熱処理が
施される接続部と同等の強度を持たせるようにすること
である。 【解決手段】 パイプ素材22に冷間加工を施して中間
部4を形成することにより加工硬化を付与し、その中間
部4の両端部に形成されるこれより小径の接続部5、5
に高周波焼き入れによる表面硬化層24を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等の車両
に用いられるドライブシャフト用中間軸及びその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エンジンの駆動力を前輪又は後輪に伝達
するドライブシャフトは、中間軸の両端部にそれぞれ等
速自在継手を接続した構成である。その中間軸には、棒
材から加工された中実タイプのもの、鋼管等から加工さ
れた中空タイプのものがある(例えば、特公平7−88
876号公報参照)。特に、中空タイプのものは、自動
車の軽量化、シャフトの剛性増大による車室内の静粛性
向上を目的として使用されている。
【0003】図3は、中空タイプの中間軸を用いたドラ
イブシャフトの一例である。このドライブシャフトは、
中間軸1の一端部にベル型の等速自在継手2、他端部に
プランジング型の等速自在継手3をそれぞれ接続したも
のである。その中間軸1は、中間部4と、その左右両端
部に設けられたこれより小径の接続部5、5とからな
る。各接続部5は棒材により形成され、その内端部に大
径部6が設けられている。大径部6の端面に凹所7が形
成される。上記の左右の各大径部6、6間にこれらと同
一外径のパイプ材8が介在され、溶接又は圧接による接
続部9、9において一体化され、該パイプ材8と両方の
大径部6、6とにより中空の中間部4が構成される(中
間部4の範囲を軸方向の矢印で示す。)。
【0004】上記の各接続部5の先端部分にはスプライ
ン11が形成され、そのスプライン11の内端側に膨出
部18が形成され、各スプライン11にそれぞれ内輪1
2が嵌合され、上記の膨出部18と止め輪溝13に嵌め
た止め輪14により固定される。
【0005】なお、プランジング型等速自在継手13の
場合は、その内輪12にトリポート部材12’が設けら
れる。
【0006】また、各接続部5の前記大径部6に近い部
分においてブーツ取り付け溝15が形成され、各等速自
在継手2、3において、各外輪16と上記のブーツ取り
付け溝15、15との間に蛇腹状のブーツ17、17が
装着される。
【0007】上記のベル型等速自在継手2においては、
内輪12と外輪16との間に複数のボール20が介在さ
れ、プランジング型等速自在継手3においては、各トリ
ポート部材12’の周りに回転体20’が取り付けら
れ、外輪16の内径を転動する。
【0008】その他、図3において19は等速自在継手
2、3の外輪16と一体の軸部である。
【0009】図4に示したドライブシャフトはその他の
例であり、この場合の中間軸1はパイプ素材の両端部を
塑性加工等で変肉及び縮径し、中間部4とこれより小径
の接続部5、5を形成したものである。各接続部5の内
端にテーパ部21が形成され、中間部4と接続部5がこ
のテーパ部21を挟んで連続している。
【0010】その他の構成は、図3の場合と同一である
ので、同一部分には同一に符号を付して示すにとどめ、
その説明を省略する。
【0011】前記の図3及び図4に示したドライブシャ
フトの中間軸1において、捩じり強度を増大する手段と
して、図3のドライブシャフトの中間軸1においては接
続部5のみに熱処理を施して硬化させ、中間部4のパイ
プ素材8として外径や肉厚の大きい素材を使用する手段
が用いられる。また、図4に示した全長中空タイプの中
空軸1においては全長にわたり熱処理等を施して硬化す
る手段が用いられる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図3の場合の
ように中間部4の外径や肉厚を大きくすると、その分中
間軸1の重量が大になり、また固有振動数が小さくなる
問題がある。
【0013】また、図4の場合のように全長にわたり熱
処理を施す場合は次のような問題がある。 (1)定置式焼入れの場合は、中間軸1の外径形状に合
わせた高周波コイルを各仕様ごとに多種類製作する必要
がある。 (2)移動式焼入れに場合は、最大径と最小径の差が大
きくなるに従い、最小径部分は十分な加熱がなされず、
必要な硬さと強度が得られないこと、及び長い中間軸の
場合はサイクルタイムが大となり、加工効率が劣る。
【0014】そこで、この発明は軽量化の点で有利な全
長中空タイプの中間軸を採用することとし、その場合に
おけるの熱処理の問題を解消することを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この発明に係るドライブシャフト用中間軸は、中
間部の両端部に継手接続用の接続部を一体に設け、該接
続部の外径を上記中間部より小径に形成し、全長にわた
り中空に形成してなるドライブシャフト用中間軸におい
て、上記中間部に加工硬化を付与し、上記接続部に高周
波焼き入れによる表面硬化層を形成した構成としたもの
である。
【0016】上記のように、中間部は加工硬化により所
要の硬度が付与されるので、外径や肉厚の増加が無く、
また焼入れは両端部のほぼ一定外径の接続部だけに施さ
れるので、定置式、移動式のいずれによっても効率よく
処理することができる。
【0017】上記中間部が、パイプ素材の塑性加工によ
り減面率が35%から50%になるように縮径された構
成を選択することができ、又その中間部の断面係数を接
続部の断面係数の少なくとも1.5倍であるように選定
することができる。このように選定すると、加工硬化の
みを付与した中間部の許容トルクが、焼入れによる表面
硬化層を施した小径の接続部における許容トルクと同等
又はそれ以上になり、中間部に熱処理を施す必要が無く
なる。これにより、中間部の捩じり強度が、接続部の捩
じり強度と同等かそれ以上となる。
【0018】なお、上記接続部の表面硬化層が、該接続
部の先端から等速自在継手の内輪を固定する止め輪溝ま
での範囲を除いて形成された構成をとることができる。
【0019】上記の中間軸の製造方法は、パイプ素材を
塑性加工により縮径させて上記の中間部とこれより小径
の接続部を形成し、更に上記接続部に高周波焼き入れを
施し表面硬化層を形成することにより実施される。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付の図1と図2に基づいて説明する。図1は中間軸を示
し、図2はその中間軸を用いたドライブシャフトを示し
ている。
【0021】上記の中間軸1は、全長にわたり中空に形
成され、中間部4の両端部に該中間部4より小径の接続
部5、5が一体に形成される。
【0022】上記の中間部4は各接続部5と共に、該中
間部4より大径のパイプ素材22を冷間加工により縮径
することにより形成され、その冷間加工により加工硬化
が付与される。この中間部4の加工度は、パイプ素材2
2の断面積の減少率、即ち減面率で示すと35%〜50
%に選定される。また、その中間部4の両端部に近い部
分に転造等によりブーツ取り付け溝15、15が形成さ
れる。
【0023】各接続部5は、その内端部に形成されたテ
ーパ部21を介して上記の中間部4に一体化される。ま
た、各接続部5の先端部には、転造等によりスプライン
11が形成され、そのスプライン11の終端部に膨出部
18が形成される。その膨出部18と前記のテーパ部2
1の間の軸部23が接続部5において最も小径に形成さ
れる。上記のスプライン11の先端部に止め輪溝13が
形成される。
【0024】上記の各接続部5において、止め輪溝13
からテーパ部21の中程までの範囲aの部分に、定置式
又は移動式により高周波焼入れによる表面硬化層24が
形成される。
【0025】上記の接続部5のように熱処理が施された
部分のせん断応力は素材の約3倍、中間部4のように、
熱処理が施されず冷間加工による加工硬化のみが付与さ
れた部分のせん断応力は加工度35〜50%で1.75
〜2倍になることが知られている。そこで、素材のせん
断応力をτ、接続部5の最小径部分である軸部23にお
けるA−A部の断面係数をZ,中間部4の断面係数を
Z’とすると、接続部5の許容トルクT(A-A)、中間部4
の許容トルクT(B-B)は次のようになる。
【0026】T(A-A)=2Z×(3〜4 τ) =6 〜8Zτ T(B-B)=2Z' ×(1.75 〜2 τ) =3.5 〜4Z' τ T(B-B)は、上式よりZ/Z'≧1.5 〜2.3 以上であれば、T
(A-A)に対し同等以上となる。よって、中間部4の熱処
理はZ/Z'≧1.5 〜2.3 以上の条件下においては不要とな
る。
【0027】
【実施例】図2は、図1に示した中空の中間軸1を用い
たドライブシャフトを示している。その中間軸1の一方
の接続部5に固定式のベル型等速自在継手2、他方の接
続部5に摺動式のプランジング型等速自在継手3が、そ
れぞれの内輪12をスプライン11に嵌合させ、膨出部
18と、止め輪溝13に嵌合した止め輪14により固定
される。また、各外輪16とブーツ取り付け溝15との
間に蛇腹状のブーツ17が装着される。その他、19は
等速自在継手2、3の軸部、20はボール、20’は回
転体である。
【0028】上記の中間軸1の材質は、通常の鋼管(ST
KM,STMA)に対し、焼入れ性を向上させた材料を使用して
いる。この場合の中間部4の断面積は、加工後/素材=
0.6(断面積の減少率は約40%) 程度であり、引張応力は
素材の約1.9 倍となる。接続部5は、その先端部から5m
m 以内(先端部から止め輪溝13までの範囲)は焼入れ
硬化させず、テーパ部21の中程までの範囲に高周波に
よる熱処理を施し、表面硬化層24を形成している。表
面硬化層24の深さは、A−A部で最大鋼管肉厚分全硬
化させる。
【0029】上記の中間部4の断面係数は、接続部5の
軸部23の断面係数に対し、2.4 倍に選定している。よ
って、接続部5の許容トルクT(A-A)=2 ×Z ×4 τ=8Z
τ、中間部4の許容トルクT(B-B)=2 ×2.4Z×1.9 τ=
9.12τであり、T(A-A)< T(B-B)となる。
【0030】許容トルクTの値は、T(A-A)は要求される
捩じり強度により決定され、T(A-A)≦T(B-B)とし、更に
はその差を小さくすることが、より軽量化を図れるため
好ましい。但し、中間部4の断面係数はシャフト全体の
固有振動数をも考慮に入れて決定されなければならな
い。
【0031】
【発明の効果】上記のように、この発明に係るドライブ
シャフト用中間軸は、全長にわたり中空であるために軽
量であるという利点を生かしつつ、その中間部に加工硬
化を付与して所要の硬度を持たせるようにしたので、中
間部の外径や肉厚の増加をもたらすことが無い。また焼
入れは両端部のほぼ一定の外径を有する接続部だけに施
されるので、定置式、移動式のいずれの焼入れ方法によ
っても効率よく処理することができる。
【0032】また、中間部の減面率や、、接続部に対す
る断面係数を適当に選択することにより、加工硬化のみ
を付与した中間部の許容トルクを焼入れ処理した接続部
のそれと同等かそれ以上の大きさに設定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の中間軸の一部省略断面図
【図2】実施例のドライブシャフトの一部省略断面図
【図3】従来例のドライブシャフトの一部省略断面図
【図4】他の従来例のドライブシャフトの一部省略断面
【符号の説明】
1 中間軸 2 等速自在継手 3 等速自在継手 4 中間部 5 接続部 6 大径部 7 凹所 8 パイプ材 9 接続部 11 スプライン 12 内輪 12’ トリポート部材 13 止め輪溝 14 止め輪 15 ブーツ取り付け溝 16 外輪 17 ブーツ 18 膨出部 19 軸部 20 ボール 20’ 回転体 21 テーパ部 22 パイプ素材 23 軸部 24 表面硬化層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇田 和哉 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内 (72)発明者 丸山 清美 神奈川県横浜市金沢区福浦2丁目15番地の 12 株式会社チューブフォーミング内 Fターム(参考) 3J033 AA01 AC01 BA07 BA20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中間部の両端部に継手接続用の接続部を
    一体に設け、該接続部の外径を上記中間部より小径に形
    成し、全長にわたり中空に形成してなるドライブシャフ
    ト用中間軸において、上記中間部に加工硬化を付与し、
    上記接続部に高周波焼き入れによる表面硬化層を形成し
    たことを特徴とするドライブシャフト用中間軸。
  2. 【請求項2】 上記中間部が、パイプ素材の塑性加工に
    より減面率が35%から50%になるように縮径されて
    いることを特徴とする請求項1に記載のドライブシャフ
    ト用中間軸。
  3. 【請求項3】 上記中間部の断面係数が、上記接続部の
    断面係数の少なくとも1.5倍であることを特徴とする
    請求項1又は2に記載のドライブシャフト用中間軸。
  4. 【請求項4】 上記中間部の捩じり強度が、上記接続部
    の捩じり強度と同等かそれ以上であることを特徴とする
    請求項1から3のいずれかに記載のドライブシャフト用
    中間軸。
  5. 【請求項5】 上記接続部の表面硬化層が、該接続部の
    先端から等速自在継手の内輪を固定する止め輪溝までの
    範囲を除いて形成されていることを特徴とする請求項1
    から4のいずれかに記載のドライブシャフト用中間軸。
  6. 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載のドラ
    イブシャフト用中間軸の製造方法において、パイプ素材
    を塑性加工により縮径させて上記の中間部と接続部を形
    成し、更に上記接続部に高周波焼き入れを施し表面硬化
    層を形成することを特徴とするドライブシャフト用中間
    軸の製造方法。
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