JP2004144269A

JP2004144269A - 動力伝達装置の結合構造

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Publication number: JP2004144269A
Application number: JP2002312754A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sugiyama; 杉山　健一
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】円筒軸部材とヨーク部材をセレーションにより強固に結合しつつ同一の軽量化材によって装置全体の軽量化を図りうる結合構造を提供する。
【解決手段】プロペラシャフトの円筒軸部材１の端部１ａとヨーク部材２の円筒状の結合部２ａとの間に、該両者をセレーション結合させる円筒状の連結部材３を介装した。前記円筒軸部材とヨーク部材をアルミ合金材によって形成する一方、前記連結部材をアルミ合金材よりも高硬度の鉄系金属材によって形成し、該連結部材の内周面と外周面にセレーション部４，５を軸方向に沿って形成した。これによって、各セレーション部を前記円筒軸部材の端部とヨーク部材の結合部に硬度差を利用して食い込みながら嵌合挿通させることによって、円筒軸部材とヨーク部材とを強固にセレーション結合させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両用の動力伝達装置であるプロペラシャフトなどの結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動力伝達装置としては、例えば車両のプロペラシャフトに適用された以下の特許文献に記載されたものが知られている。
【０００３】
すなわち、このプロペラシャフトは、例えばアルミ合金材からなる円筒軸部材と、該円筒軸部材の両端部に嵌合して結合された鉄系金属材からなる一対のヨーク部材（自在継手）とから構成されて、エンジンから変速機を介して出力された動力が一方のヨーク部材から円筒軸部材に入力されて、さらに他方のヨーク部材から差動歯車などを介して後輪に伝達されるようになっている。
【０００４】
前記各ヨーク部材は、前記円筒軸部材の両端部に嵌合する一端部に横断面ほぼコ字形状の円筒状のフランジ部が一体に設けられており、このフランジ部の円筒状溝の内周面と外周面にセレーション部がそれぞれ形成されている。
【０００５】
そして、円筒軸部材とヨーク部材を結合させるには、円筒軸部材の各端部をそれぞれ各ヨーク部材の円筒状溝内に軸方向から圧入すると、該円筒状溝の内外周のセレーション部が円筒軸部材の各端部の内外周に食い込みながら塑性変形させる。これによって、両者が内外周のセレーション結合による摩擦抵抗によって結合されるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１５３８０８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術にあっては、前述のように、円筒軸部材と各ヨーク部材を結合するには、各ヨーク部材のフランジ部に形成された内外のセレーション部を円筒軸部材の内外周に軸方向から食い込ませることによって結合させるようになっているため、かかる食い込み性を確保するには両部材間に材質上の硬度差を設ける必要があり、各ヨーク部材を円筒軸部材よりも高硬度の材質によって形成しなければならない。
【０００８】
このため、例えば前述のように、円筒軸部材をアルミ合金材にする一方、ヨーク部材を鉄系材によって形成しなけらならず、これによって円筒軸部材とヨーク部材の材料が限定されてしまい、設計の自由度が低下してしまう。
【０００９】
一方、これら車両のプロペラシャフトにあっては、燃費の向上などを図るための軽量化対策として円筒軸部材とヨーク部材の両方をアルミ合金材などの軽量材で形成することが望まれるが、これらを結合する方法としては、材質の関係で前述のような形のセレーションによる結合が困難であることから、溶接によって結合することが考えられる。
【００１０】
ところが、両者を溶接によって結合する場合は、溶接の高熱によって溶接部及びこの周囲が熱的応力の影響を受けやすくなる。そこで、この熱的影響を回避するために、それぞれの部材を肉厚にしたり大型化する必要があり、前記軽量化の要請を満足することができない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の動力伝達装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、とりわけ、円筒軸部材の端部とヨーク部材の結合部との間に、該両者をセレーション結合させる連結部材を介装すると共に、前記円筒軸部材とヨーク部材の材質に対して連結部材を硬度の異なる材質によって形成し、かつ高硬度部材側にセレーション部を形成し、かつ各部材を互いに嵌合する際に、前記高硬度部材のセレーション部によって低硬度部材の嵌合部を塑性または弾性変形させて結合させたことを特徴としている。
【００１２】
したがって、この発明によれば、円筒軸部材とヨーク部材との間に、両者とは材質の異なる連結部材を介在させてセレーション結合させるようにしたため、円筒軸部材とヨーク部材との材質を同じくすることが可能になる。
【００１３】
この結果、円筒軸部材とヨーク部材との強固な結合を確保しつつ、該円筒軸部材とヨーク部材の両方を軽量材で形成できることから、装置の軽量化の要請を満足させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記連結部材を、円筒軸部材の端部の内周面とヨーク部材の結合部の外周面との間に介装配置されると共に、前記連結部材を円筒軸部材とヨーク部材より高硬度の材質により形成したことを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、連結部材側を高硬度の材質によって形成したことにより、セレーション部を円筒軸部材やヨーク部材側に形成することなく、連結部材の内外周にのみ形成すればよいことから、かかるセレーション部の成形作業が容易になる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記連結部材を鉄系金属材によって形成する一方、前記円筒軸部材とヨーク部材を連結部材より低硬度のアルミ合金材によって形成したことを特徴としている。
【００１７】
したがって、この発明によれば、長尺な円筒軸部材やヨーク部材を軽量材であるアルミ合金材としたことから、装置全体の軽量化が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる動力伝達装置の結合構造を、従来と同様に動力伝達装置である車両用プロペラシャフトの円筒軸部材とヨーク部材に適用した実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図４は本発明の結合構造が適用される車両用プロペラシャフトを示し、図中１は車体前後方向に沿って配設された長尺な円筒軸部材、２、２は該円筒軸部材１の両端部１ａ、１ｂに結合される入力側及び出力側のヨーク部材、この各ヨーク２，２は、図外の十字軸を介して他の円筒軸部材と連結する自在継手の一部を構成している。また、前記円筒軸部材１の両端部１ａ、１ｂと各ヨーク部材２，２との間には円筒状の連結部材３，３が介装されている。
【００２０】
前記円筒軸部材１は、図５にも示すように、全体がアルミ合金材によって一体成形され、肉厚が比較的薄肉に形成されていると共に、内径及び外径がそれぞれ均一径に設定されており、内径Ｄが前記連結部材３の外径に対して締め代をもつように設定されている。また、前記円筒軸部材１の各端部１ａ、１ｂの内周面１ｃには、何らセレーションなどが形成されておらず、平坦状に形成されている。
【００２１】
前記各ヨーク部材２，２は、便宜上一方のみを示す図６にも示すように、円筒軸部材１と同じくアルミ合金材によって一体に形成され、前記円筒軸部材１の両端部１ａ、１ｂにそれぞれ前記連結部材３、３を介して結合される円筒状の結合部２ａと、該結合部２ａの先端側に一体に設けられた二股状のヨーク部２ｂとから構成されている。前記結合部２ａは、その外径Ｄ１が前記連結部材３の内径に対して締め代をもつように設定されている。また、この結合部２ａの外周面には、円筒軸部材１と同じくセレーションなどが形成されておらず、平坦状に形成されている。
【００２２】
前記連結部材３は、図７にも示すように、円筒軸部材１やヨーク部材２のようなアルミ合金材よりも硬度の高い鉄系金属材によって比較的短尺な円筒状に形成され、その肉厚が円筒軸部材１の肉厚の約２倍程度に設定されて高い剛性が確保されていると共に、内周面と外周面の全体にそれぞれセレーション部４，５が軸方向に沿って形成されている。
【００２３】
そして、前記円筒軸部材１と各ヨーク部材２、２とは、図１〜図３に示すように連結部材３，３の内外周のセレーション部４，５によって互いに結合されるようになっている。
【００２４】
すなわち、円筒軸部材１と各ヨーク部材２，２の結合手順を説明すれば、まず各ヨーク部材２の結合部２ａの外周部端縁から前記連結部材３の内周面を嵌合挿通させながら所定の荷重で押し込むと、該内周面のセレーション部４が硬度差によって結合部２ａの外周面に食い込みながら、つまり塑性変形させながら連結部材３の軸方向の長さ分だけ進出させる。これによって、ヨーク部材２と連結部材３を大きな摩擦抵抗によって強固に結合させることができる。
【００２５】
なお、塑性変形に代えて部材の弾性力による結合であってもよい
次に、前記ヨーク部材２を連結部材３を介して円筒軸部材１の各端部に嵌合させるわけであるが、この場合も円筒軸部材１の各端部１ａ、１ｂに前記ヨーク部材２を所定の支持具によって支持させながら連結部材３の外周面側を円筒軸部材１の端部１ａ、１ｂの内周部端縁から嵌合挿通させて、そのまま所定の荷重で押し込む。これによって外周側のセレーション部５が各端部１ａ、１ｂの内周面に食い込みながら、つまり塑性変形させながら連結部材３の軸方向の長さ分だけ進出させる。これによって、円筒軸部材１と連結部材３がセレーション結合し、結果的に円筒軸部材１と各ヨーク部材２、２が大きな摩擦抵抗によって強固にセレーション結合することになる。
【００２６】
このように、円筒軸部材１とヨーク部材２，２を、これらと材質の異なる鉄系金属材の連結部材３を介在させて硬度差によってセレーション結合させるようにしたため、円筒軸部材１とヨーク部材２，２の材質を同じアルミ合金材で形成することができる。
【００２７】
この結果、円筒軸部材１とヨーク部材２，２との強固な結合を確保しつつ、該円筒軸部材１とヨーク部材２，２の両方をアルミ合金の軽量材で形成できることから、装置の軽量化の要請を満足させることができる。
【００２８】
また、前記連結部材３、３を、円筒軸部材１とヨーク部材２，２より高硬度の材質により形成したことにより、セレーション部４，５を円筒軸部材１やヨーク部材２，２側に形成することなく、連結部材３，３の内外周にのみ形成すればよいことから、かかるセレーション部４，５の成形作業が容易になる。
【００２９】
図８及び図９は本発明の第２の実施形態を示し、連結部材の構造を変更したものである。すなわち、この連結部材６は、鉄系金属材によって断面ほぼコ字形状に形成され、それぞれアルミ合金材で形成された円筒軸部材１とヨーク部材２との間に配置された内筒部６ａと、円筒軸部材１の外周側に配置された外筒部６ｂと、内筒部６ａと外筒部６ｂの外端縁を結合する円環部６ｃとから構成され、内外筒部６ａ、６ｂとの間に、円筒軸部材１の端部１ａ、１ｂが挿通される円筒状の溝部６ｄが形成されている。また、前記溝部６ｄの外側内周面には、セレーション部が形成されず、内側内周面、つまり内筒部の外周面と内周面にそれぞれセレーション部７，８が軸方向に沿って形成されている。
【００３０】
したがって、この実施形態によれば、まず、円筒軸部材１の端部１ａ、１ｂに対して連結部材６の溝部６ｄを嵌合させながら所定荷重で押し込むと、前記外周側のセレーション部７が各端部１ａ、１ｂの内周面に食い込みながら進出し、端部１ａ、１ｂの端縁に前記円環部６ｃの内端縁が突き当たった時点で、それ以上の進出が規制される。これによって、連結部材６は、円筒軸部材１にセレーション部７を介して大きな摩擦抵抗が得られるので強固に結合されることになる。
【００３１】
次に、各ヨーク２の結合部２ａを連結部材６の内筒部６ａ内に嵌合挿通させながら所定荷重で押し込むと、前記内周側のセレーション部８が結合部２ａの外周面に食い込みながら所定量まで進出する。これによって、ヨーク部材２は、連結部材６を介して円筒軸部材１に強固に結合される。
【００３２】
また、円筒軸部材１の各端部１ａ、１ｂは、その外周面全体が連結部材６の外筒部６ｂの内周面に外周側から支持された状態になるため、ヨーク部材２の結合部２ａを連結部材６の内筒部６ａ内に押し込んだ際における入力荷重によって拡径方向の自由な変形が確実に規制されて、かかる端部１ａ、１ｂの亀裂などの発生を防止することができる。特に、各端部１ａ、１ｂは、高硬度の鉄系金属である外筒部２ｂの高剛性によって支持されることから、支持力が大きくなり、拡径変形をより確実に防止することができる。
【００３３】
さらに、前記連結部材６は、内筒部６ａと外筒部６ｂとの間に形成された円環部６ｃによって円筒軸部材１の各端部１ａ、１ｂの軸方向への最大挿通位置を規制することができるので、円筒軸部材１に対する連結部材６の結合作業が容易になる。
【００３４】
また、前記連結部材６を、図８の一点鎖線で示すように、軸方向へ延出形成した場合は、例えば車両の衝突時などにおいて車体前方から大きな入力荷重が発生して円筒軸部材１にも軸方向の大きな入力荷重が加わって径方向へ変形しながら潰れようとした際に、その膨出した先端部が同図の一点鎖線で示すように、連結部材６の外筒部６ｂの先端縁６ｅに突き当たって効果的に緩衝することができる。
【００３５】
図１０及び図１１は本発明の第３の実施形態を示し、円筒軸部材１の各端部１ａ、１ｂの外径は前記各実施形態と同様であるが、それより内側の部位１ｃが径方向膨出形成されている。一方、連結部材６は、基本的に第２の実施形態と同様に断面ほぼコ字形状に形成されて、内外筒部６ａ、６ｂ及び円環部６ｃとから構成され、内筒部６ａの内外周にセレーション部７，８が形成されているが、外筒部６ｂの外径Ｄ２がさらに大きく形成されて溝部６ｄの断面積が大きく形成されている。これによって、嵌合挿通した円筒軸部材１の端部１ａ、１ｂの外周面と外筒部６ｂの内周面との間に大きな円環状の隙間部が形成されている。
【００３６】
したがって、この実施形態では、前述のように、衝突時などにおいて円筒軸部材１に軸方向に入力荷重が作用して前記膨出部位１ｃが図１０中一点鎖線で示すように軸方向へ潰れて、大径な外筒部６ｂの先端部６ｅに突き当たり易くなる。
【００３７】
このため、車両衝突時の衝撃を外筒部６ｂで一層効果的に緩衝することが可能になる。
【００３８】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、前記円筒軸部材１を繊維強化樹脂材（ＦＲＰ）によって形成すると共に、ヨーク部材２や連結部材をそのままアルミ合金材と鉄系金属で形成することも可能である。また、円筒軸部材１やヨーク部材２を前述した以外の軽量材で形成することも可能であり、さらに連結部材３も必ずしも鉄系金属材に限定されるものではなく、円筒軸部材１やヨーク部材２よりも高硬度の材料であればよい。
【００３９】
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
【００４０】
前記円筒軸部材を繊維強化樹脂材によって形成すると共に、ヨーク部材をアルミ合金材によって形成する一方、連結部材を鉄系材によって形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置の結合構造。
【００４１】
この発明によれば、円筒軸部材を繊維強化樹脂材によって形成したため、十分な捩りや曲げ強度を確保しつつ装置全体の軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる円筒軸部材とヨーク部材が連結部材によって結合された状態を示す縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかる円筒軸部材とヨーク部材が連結部材によって結合された状態を示す斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明が適用される車両用プロペラシャフトの一部断面図である。
【図５】本実施形態に供される円筒軸部材の斜視図である。
【図６】本実施形態に供されるヨーク部材の斜視図である。
【図７】本実施形態に供される連結部材の縦断面図である。
【図８】第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】同第２の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】同第３の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…円筒軸部材
１ａ・１ｂ…両端部
２…ヨーク部材
３・６…連結部材
４・５…セレーション部
６ａ…内筒部
６ｂ…外筒部
６ｃ…円環部
７・８…セレーション部

Claims

円筒軸部材と、該円筒軸部材の端部に一端側の結合部を嵌合して結合されるヨーク部材とを有する動力伝達装置において、
前記円筒軸部材の端部とヨーク部材の結合部との間に、該両者をセレーション結合させる連結部材を介装すると共に、前記円筒軸部材とヨーク部材の材質に対して連結部材を硬度の異なる材質によって形成し、かつ高硬度部材側にセレーション部を形成し、かつ各部材を互いに嵌合する際に、前記高硬度部材のセレーション部によって低硬度部材の嵌合部を塑性または弾性変形させて結合させたことを特徴とする動力伝達装置の結合構造。
前記連結部材を、円筒軸部材の端部の内周面とヨーク部材の結合部の外周面との間に介装配置されると共に、前記連結部材を円筒軸部材とヨーク部材より高硬度の材質により形成したことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置の結合構造。
前記連結部材を鉄系金属材によって形成する一方、前記円筒軸部材とヨーク部材を連結部材より低硬度のアルミ合金材によって形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置の結合構造。