JP2003307211A - 動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動力伝達シャフト、または、当該動力伝達シ
ャフトを構成部材とするドライブシャフト等の部品の軽
量化にともなう、当該動力伝達シャフトの強度の低下を
補強する。 【解決手段】軸方向の全体が熱処理されている動力伝達
シャフトであり、当該動力伝達シャフトは、軸方向の所
定部位が軸中心部に至るまでの熱処理がなされ、かつ、
同シャフトの加工にともなう切欠部の根本部位がショッ
トピーニング処理されていることを特徴とする動力伝達
シャフト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や産業機械
等の多くの機械部品として使用される動力伝達シャフト
に関する。

【０００２】

【従来の技術】動力伝達シャフトは、一般には、静的強
度を向上させるために熱処理（焼き入れ）がなされてい
る。当該動力伝達シャフトは、自動車のドライブシャフ
トを構成する中間シャフトとして使用されるとともに、
産業機械における駆動側の動力を従動側に伝達する伝達
軸として使用される。

【０００３】当該動力伝達シャフトにおいては、中間シ
ャフトにあっては、シャフトの一端側が自在継ぎ手を介
して駆動側回転軸に連結され、かつ、同シャフトの他端
側が自在継ぎ手を介して従動側回転軸に連結されて、駆
動側の高トルクを従動側回転軸へ伝達すべく機能する。

【０００４】当該中間シャフトは、シャフトの各端部に
自在継ぎ手を組付けるためのスプラインやセレーション
を備え、また、スプラインやセレーションの形成部位よ
り所定長さ離れた部位に自在継ぎ手を覆蓋するブーツを
組付けるためのブーツ組付け溝を備えている。当該中間
シャフトは、一般には、塑性加工や機械加工により形成
されるが、中炭素鋼や低合金鋼に浸炭焼き入れ、高周波
焼き入れ、窒化等の表面硬化処理等の熱処理を施して強
度を高めている。

【０００５】近年、自動車や産業機械においては、省エ
ネルギー化やコンパクト化等が要請され、これにともな
い、当該中間シャフトを構成部材とする自動車用のドラ
イブシャフトや中間シャフト自体、産業機械用の動力伝
達軸自体の軽量化が要請されている。当該中間シャフト
や動力伝達軸等の動力伝達シャフトにおいて、それ自身
の軽量化を図るにはシャフトを小径化すればよいが、シ
ャフトを小径化する場合には、シャフトの強度、すなわ
ち、静的強度と疲労強度の両方の強度を補強することが
不可欠である。

【０００６】また、自動車用のドライブシャフトにおい
て軽量化を図るには、中間シャフトとの先端部に組付け
られる自在継ぎ手として小型のものを採用すればよい
が、自在継ぎ手の小型化にともなって、中間シャフトが
自在継ぎ手と干渉する角度が小さくなり、中間シャフト
における所定のジョイント角度を確保することができな
くなる。このため、自動車のドライブシャフトにおいて
は、自在継ぎ手の組付け部位となる中間シャフトの先端
部をシャフト本体の部位よりも小径にして、所定のジョ
イント角度を確保するようにしている。この場合におい
ても、中間シャフトにおける先端側の小径部位の静的強
度および疲労強度を補強することは、不可欠のことであ
る。

【０００７】当該動力伝達シャフトにおいて、その軽量
化にともない、その静的強度および疲労強度の補強を図
った例は、特開２０００―２４０６６９号公報に開示さ
れている。当該公報に開示されている動力伝達シャフト
では、シャフトの先端部である自在継ぎ手の組付け用の
セレーション加工部位と、非加工部位であるシャフトの
中間部位とで、焼き入れ深さに差をもたせる手段を採っ
ている。

【０００８】当該手段は、動力伝達シャフトにおいて
は、シャフトの中間部位はシャフトの先端部であるスプ
ライン加工部位に比較して静的強度が低いこと、シャフ
トの軽量化にともなう小径化によってその差が大きくな
ること等を考慮しているものであり、シャフトの両端間
における中間部位のみの静的強度の補強を図っているも
のである。なお、シャフトの先端部であるセレーション
加工部位については、その疲労強度の向上を図るべく、
残留圧縮応力を付与するためのショットピーニング処理
を行っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、動力伝
達シャフトの軽量化にともなう強度の問題について、静
的強度試験および疲労強度試験に基づいて鋭意検討した
結果、静的強度試験による動力伝達シャフトの破損部位
は、スプライン加工やセレーション加工にともなう切欠
部の根本部位であることを確認した。また、動力伝達シ
ャフトにおいて、シャフトに対する熱処理深さと静的強
度および疲労強度には、図５（ａ），（ｂ）のグラフに
示す関係があることを確認した。各グラフに示す横軸
（ｔ／ｒ）は、熱処理深さ（ｔ）／シャフトの半径
（ｒ）を意味する。

【００１０】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
もので、その目的とするところは、当該動力伝達シャフ
ト、または、当該動力伝達シャフトを構成部材とするド
ライブシャフト等の軽量化にともなう、当該動力伝達シ
ャフトの強度の低下を補強することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、動力伝達シャ
フトに関するものである。本発明に係る動力伝達シャフ
トは、軸方向の全体が熱処理されている動力伝達シャフ
トであって、軸方向の所定部位が軸中心部に至るまでの
熱処理がなされ、かつ、同シャフトの加工にともなう切
欠部の根本部位がショットピーニング処理されているこ
とを特徴とするものである。

【００１２】本発明に係る動力伝達シャフトは、駆動側
回転軸および従動側回転軸に自在継ぎ手を介して連結さ
れる中間シャフトに適用することができ、当該中間シャ
フトにおいては、前記自在継ぎ手が組付けられる部位の
隣接する部位が所定の長さのわたって小径部位に形成さ
れていて、同小径部位が軸中心部に至るまでの熱処理さ
れ、かつ、前記自在継ぎ手の組付け部位および同自在継
ぎ手を覆蓋するブーツの組付け部位における切欠部の根
本部位がショットピーニング処理されていることを特徴
とするものである。

【００１３】また、本発明に係る動力伝達シャフトが適
用される中間シャフトは、駆動側回転軸および従動側回
転軸に自在継ぎ手を介して連結される中間シャフトであ
って、軸方向の所定の部位が軸中心部に至るまでの熱処
理がなされ、かつ、軸方向の残りの部位が軸中心部には
至らない熱処理がなされていて、前記自在継ぎ手の組付
け部位および同自在継ぎ手を覆蓋するブーツの組付け部
位における切欠部の根本部位がショットピーニング処理
されていることを特徴とするものである。

【００１４】また、本発明に係る動力伝達シャフトが適
用される中間シャフトは、駆動側回転軸および従動側回
転軸に自在継ぎ手を介して連結される中間シャフトであ
って、軸方向の全体が軸中心部に至るまでの熱処理され
ていて、前記自在継ぎ手の組付け部位および同自在継ぎ
手を覆蓋するブーツの組付け部位における切欠部の根本
部位がショットピーニング処理されていることを特徴と
するものである。

【００１５】本発明に係る各動力伝達シャフトにおいて
は、同シャフトにおけるショットピーニング処理が施さ
れる切欠部の根本部位として、自在継ぎ手に係合するス
プラインまたはセレーションの根本部位とすることがで
きる。

【００１６】

【発明の作用・効果】本発明に係る動力伝達シャフトに
おいては、シャフトや同シャフトを構成する構成部品の
軽量化による小径化された部位の静的強度、および、同
シャフトの疲労強度の低下を同時に補強することができ
る。

【００１７】本発明に係る動力伝達シャフトを適用され
た中間シャフトのうち、自在継ぎ手が組付けられる先端
側の所定長さの部位が小径部位に形成されていて、同小
径部位が軸中心部に至るまでの熱処理はなされ、かつ、
同熱処理部位における自在継ぎ手の組付け部位および同
自在継ぎ手を覆蓋するブーツの組付け部位の根本部位が
ショットピーニング処理されている中間シャフトにおい
ては、下記の利点を有している。

【００１８】すなわち、当該中空シャフトにおいては、
軸中心部に至るまでの熱処理をすべき部位が、所定の長
さの部位に限定されること、および、ショットピーニン
グ処理がさらに限られた部位に限定されることから、熱
処理およびショットピーニング処理のコストを大幅に軽
減することができる。

【００１９】また、シャフト全体が小径に形成される中
間シャフトにおいては、熱処理効果をシャフト全体に均
等に付与してシャフト全体の静的強度を大きく向上させ
ることができるため、シャフトの径を大幅に低減するこ
とができて、シャフトの軽量化に大いに寄与することが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明は動力伝達シャフトに関す
るものである。図１は、本発明に係る動力伝達シャフト
の一実施形態である中間シャフトを構成部材とする自動
車用のドライブシャフトを示している。当該ドライブシ
ャフト１０は、中間シャフト１０ａと、中間シャフト１
０ａの一端部上に組付けたインボート側の等速自在継ぎ
手１０ｂと、中間シャフト１０ａの他端部上に組付けた
アウトボード側の等速自在継ぎ手１０ｃと、中間シャフ
ト１０ａの一端端部に組付けられて等速自在継ぎ手１０
ｂを覆蓋するたインボードブーツ１０ｄと、中間シャフ
ト１０ａの他端端部に組付けられて等速自在継ぎ手１０
ｃを覆蓋するたアウトボードブーツ１０ｅからなるアッ
センブリである。

【００２１】当該ドライブシャフト１０を構成する各等
速自在継ぎ手１０ｂ、１０ｃは、それ自体公知のもの
で、インボード側の等速自在継ぎ手１０ｂは、中間シャ
フト１０ａの一端部の外周に設けたスプライン部１１上
に内輪１２をスプライン嵌合させることによって組付け
られている。また、アウトボード側の等速自在継ぎ手１
０ｃは、中間シャフト１０ａの他端部の外周に設けたス
プライン部１３上に内輪１４をスプライン嵌合させるこ
とによって組付けられている。

【００２２】一方、インボードブーツ１０ｄは、その一
端を等速自在継ぎ手１０ｂのアウタケース１５の開口端
部上に組付けられていて、その他端が中間シャフト１０
ａにおけるスプライン部１１より所定距離離間した位置
に設けたブーツ組付け溝１６上に組付けられている。ま
た、アウトボードブーツ１０ｅは、その一端を等速自在
継ぎ手１０ｃのアウタケース１７の開口端部上に組付け
られていて、その他端が中間シャフト１０ａにおけるス
プライン部１３より所定距離離間した位置に設けたブー
ツ組付け溝１８上に組付けられている。

【００２３】しかして、当該ドライブシャフト１０を構
成する中間シャフト１０ａにおいては、図２に示すよう
に、インボード側の等速自在継ぎ手１０ｂが組付けられ
るスプラインの形成部位Ａ、インボードブーツ１０ｄに
より覆蓋される部位Ｂ、ブーツ組付け溝１６の形成部位
Ｃ、シャフトの中間部位Ｄ、ブーツ組付け溝１８の形成
部位Ｅ、アウトボードブーツ１０ｅにより覆蓋される部
位Ｆ、および、アウトボード側の等速自在継ぎ手１０ｃ
が組付けられるスプラインの形成部位Ｇに区分けするこ
とができる。各部位Ａ〜Ｇのうち、アウトボードブーツ
１０ｅにより覆蓋される部位Ｆが他の部位に比較して小
径に形成されている。その理由は、アウトボード側の等
速自在継ぎ手１０ｃに対する中間シャフト１０ａの所定
のジョイント角度を確保するためである（図３を参
照）。

【００２４】中間シャフト１０ａにおいては、その軸方
向の全長にわたって、高周波加熱による熱処理が施され
ているが、当該熱処理の程度は、両部位Ｂ，Ｆとその他
の部位Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇとでは異にしている。中間シ
ャフト１０ａにおける両部位Ｂ，Ｆでは、熱処理深さが
軸中心に至るまでの熱処理がなされ、その他の部位Ａ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇでは、熱処理深さがそれより浅い熱処理
がなされている。

【００２５】すなわち、これらの熱処理は、シャフトの
半径をｒとしかつ熱処理深さをｔとした場合、両部位
Ｂ，Ｆではｔ／ｒ＝１に、その他の部位Ａ，Ｃ，Ｄ，
Ｅ，Ｇではｔ／ｒ＝０．７程度になっている。図２に示
す中間シャフト１０ａにおいては、各部位の熱処理深さ
を便宜上斜線によって示している。これにより、熱処置
深さが軸中心部Ｌに至っている両部位Ｂ，Ｆでは、その
他の部位Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇに比較して、静的強度が一
層高められている。特に、軸径が最小である部位Ｆで
は、小径に起因する静的強度の低下が補強されている。

【００２６】また、中間シャフト１０ａにおいては、部
位Ａにおける部位Ｂとの境界部（スプライン切上がり部
…切欠部の根本部位）、部位Ｃおよび部位Ｅ（ブーツ溝
部）、部位Ｇにおける部位Ｆとの境界部（スプライン切
上がり部…切欠部の根本部位）に、ショットピーニング
処理を施している。ショットピーニング処理を施した各
部位では、残留圧縮応力が高められていて疲労強度が補
強されている。これにより、中間シャフト１０ａにおけ
る加工にともなう切欠部の根本部位での疲労強度の低下
が補強されている。

【００２７】図４に示す中間シャフト１０ｆは、図２に
示す中間シャフト１０ａと同様に、図１に示すドライブ
シャフト１０を構成するものであり、当該中間シャフト
１０ｆにおいては、中間シャフト１０ａとは異なり、軸
方向の全体にわたって、熱処理深さが軸中心部Ｌに至る
までの熱処理（ｔ／ｒ＝１）を施している。また、ショ
ットピーニング処理は、中間シャフト１０ａと同様に、
部位Ａにおける部位Ｂとの境界部（スプライン切上がり
部）、部位Ｃおよび部位Ｅ（ブーツ溝部）、部位Ｇにお
ける部位Ｆとの境界部（スプライン切上がり部）に施し
ている。

【００２８】当該ドライブシャフト１０を構成する中間
シャフト１０ａにおいては、シャフトの小径化された部
位における静的強度の低下が補強され、かつ、疲労強度
の低い部位における疲労強度が補強されている。このた
め、当該中間シャフト１０ａは、当該ドライブシャフト
１０を軽量化すべく、小型の等速自在継ぎ手１０ｃを採
用する場合に十分に対処することができる。これによ
り、当該ドライブシャフト１０の軽量、小型化を図るこ
とができる。

【００２９】また、中間シャフト１０ｆにおいては、シ
ャフトの軸方向全体の部位における静的強度の増強が図
られ、かつ、疲労強度の低い部位における疲労強度が補
強されている。このため、当該中間シャフト１０ｆにお
いては、当該ドライブシャフト１０を軽量化すべく、軸
方向の全体を従来の中間シャフトより小径化することが
できるとともに、等速自在継ぎ手１０ｃとして小型のも
のを採用することができる。これにより、当該ドライブ
シャフト１０の軽量、小型化を一層図ることができる。

【００３０】これらの中間シャフト１０ａ，１０ｆにお
いては、中間シャフト１０ａにあっては、軸中心部Ｌま
での熱処理をすべき部位が所定の長さの部位に限定され
ること、および、ショットピーニング処理すべき部位が
さらに限定されることから、熱処理およびショットピー
ニング処理のコストを大きく軽減することができて、コ
スト的に有利である。また、中間シャフト１０ｆにあっ
ては、熱処理効果をシャフト全体に均等に付与してシャ
フト全体の静的強度を大きく向上させることができるた
め、シャフトの径を大幅に低減することができて、ドラ
イブシャフト１０を一層軽量化することができる利点が
ある。

【００３１】なお、コストの面を考慮せずに強度の向上
を図る場合には、熱処理深さが軸中心部Ｌに至るまでの
熱処理を行っている部位の全体にショットピーニング処
理を施して、当該熱処理に起因する疲労強度の低下を補
強するようにすることができる。例えば、中間シャフト
１０ａにあっては、両部位Ｂ，Ｆの全体にショットピー
ニング処理を施す手段を採ることができ、また、中間シ
ャフト１０ｆにあっては、軸方向の全体にショットピー
ニング処理を施す手段を採ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動力伝達シャフトの一例である中
間シャフトを構成部材とするドライブシャフトの一部の
部位を切欠いた側面図である。

【図２】同中間シャフトにおける熱処理深さを模式的に
示す側面図である。

【図３】同ドライブシャフトの中間シャフトにおける等
速自在継ぎ手の組付け部を示す切断面図である。

【図４】同ドライブシャフトを構成する中間シャフトの
他の例を示す図２に対応する側面図である。

【図５】動力伝達シャフトにおける熱処理深さと静的強
度の関係を示すグラフ（ａ）、および熱処理深さと疲労
強度の関係を示すグラフ（ｂ）である。

【符号の説明】

１０…ドライブシャフト、１０ａ，１０ｆ…中間シャフ
ト、１０ｂ，１０ｃ…等速自在継ぎ手、１０ｄ，１０ｅ
…ブーツ、１１…スプライン部、１２…内輪、１３…ス
プライン部、１４…内輪、１５…アウタケース、１６…
ブーツ組付け溝、１７…アウタケース、１８…ブーツ組
付け溝。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向の全体が熱処理されている動力伝達
   シャフトであり、当該動力伝達シャフトは、軸方向の所
   定部位が軸中心部に至るまでの熱処理がなされ、かつ、
   同シャフトの加工にともなう切欠部の根本部位がショッ
   トピーニング処理されていることを特徴とする動力伝達
   シャフト。
2. 【請求項２】請求項１に記載の動力伝達シャフトは、駆
   動側回転軸および従動側回転軸に自在継ぎ手を介して連
   結される中間シャフトであって、前記自在継ぎ手が組付
   けられる部位の隣接する部位が所定の長さにわたって小
   径部位に形成されていて、同小径部位が軸中心部に至る
   までの熱処理がなされ、かつ、前記自在継ぎ手の組付け
   部位および同自在継ぎ手を覆蓋するブーツの組付け部位
   における切欠部の根本部位がショットピーニング処理さ
   れていることを特徴とする動力伝達シャフト。
3. 【請求項３】請求項１に記載の動力伝達シャフトは、駆
   動側回転軸および従動側回転軸に自在継ぎ手を介して連
   結される中間シャフトであって、軸方向の所定の部位が
   軸中心部に至るまでの熱処理がなされ、かつ、軸方向の
   残りの部位が軸中心部には至らない熱処理がなされてい
   て、前記自在継ぎ手の組付け部位および同自在継ぎ手を
   覆蓋するブーツの組付け部位における切欠部の根本部位
   がショットピーニング処理されていることを特徴とする
   動力伝達シャフト。
4. 【請求項４】請求項１に記載の動力伝達シャフトは、駆
   動側回転軸および従動側回転軸に自在継ぎ手を介して連
   結される中間シャフトであって、軸方向の全体が軸中心
   部に至るまでの熱処理がされていて、前記自在継ぎ手の
   組付け部位および同自在継ぎ手を覆蓋するブーツの組付
   け部位における切欠部の根本部位がショットピーニング
   処理されていることを特徴とする動力伝達シャフト。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項に記載の動力
   伝達シャフトであり、同シャフトにおけるショットピー
   ニング処理が施される切欠部の根本部位は、自在継ぎ手
   に係合するスプラインまたはセレーションの根本部位で
   あることを特徴とする動力伝達シャフト。