JP2004225853A - スプライン連結構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被伝達部材側スプライン11bと動力伝達軸側スプライン18aをスプライン嵌合して被伝達部材と動力伝達軸を連結する連結構造において被伝達部材側スプライン11bの少なくとも先端部位における歯先隅部11b6を、鋭い角部を切欠いた円弧状または面取り形状に形成して、当該部位での応力集中を緩和する。
【選択図】 図5
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被伝達部材と動力伝達軸を互いに連結するスプライン連結構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
被伝達部材と動力伝達軸を互いに連結するスプライン連結構造は、例えば、自動車用のドライブシャフトにおける中間シャフトとインボードジョイント間の連結手段や、中間シャフトとアウトボードジョイント間の連結手段として採用されるものである。
【0003】
これらのスプライン連結構造は、例えば、被伝達部材である等速ジョイントを構成する連結部材の内周側に同連結部材の軸線に平行に設けたスプラインと、動力伝達軸である中間シャフトの端部の外周側に軸方向に平行に設けたスプラインをスプライン嵌合して、等速ジョイントとを互いに動力伝達可能に連結する構成となっている(特許文献1を参照)。
【0004】
当該スプライン連結構造のスプライン嵌合においては、被伝達部材である等速ジョイントの連結部材側スプラインの複数のスプライン歯部および複数のスプライン溝部と、動力伝達軸側スプラインの複数のスプライン溝部および複数のスプライン歯部とが互いに噛合していて、これらのスプライン歯部とスプライン溝部間で動力伝達の受渡がなされて、等速ジョイント側から動力伝達軸側へ、または、動力伝達軸側から等速ジョイント側へ動力が伝達される。
【0005】
【特許文献1】
特表平11−514079号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被伝達部材と動力伝達軸の従来のスプライン連結構造においては、等速ジョイント(被伝達部材)と動力伝達軸が相対回転を開始した場合、連結部材側スプラインと動力伝達軸側スプライン間では、スプライン歯部とスプライン溝の先端側の噛合部位における歯面同士が先ず当接を開始する。この際には、当該噛合部位に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位においては、応力集中がスプライン歯部の歯欠の原因となる。
【0007】
また、当該噛合部位における応力の集中する部位(歯面)は、スプライン溝部の底部(歯底)での引張応力発生部位と一致するため、歯面での大きな応力は歯底の引張応力を増大させ、当該噛合部位の疲労強度を低下させる。
【0008】
従って、本発明の目的は、当該形式のスプライン連結構造において、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時に、スプライン歯部とスプライン溝の先端側の噛合部位で発生する応力集中を緩和することにより、上記した不具合を解消することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スプライン連結構造に関するもので、被伝達部材の連結部の内周側に軸線に平行に設けたスプラインと、動力伝達軸の端部の外周側に軸方向に平行に設けたスプラインをスプライン嵌合して、前記被伝達部材と前記動力伝達軸を互いに動力伝達可能に連結する形式のスプライン連結構造を適用対象とするものである。
【0010】
しかして、本発明に係るスプライン連結構造における第1の連結構造は、上記した形式のスプライン連結構造であって、前記被伝達部材側スプラインの少なくとも先端部位における歯先隅部が円弧形状または面取り形状に形成されていることを特徴とするものである。
【0011】
当該第1の連結構造においては、前記被伝達部材側スプラインの先端部が面取りされたテーパ形状に形成されている場合には、同テーパ形状部位の歯先隅部を、円弧形状または面取り形状に形成する構成とすることができる。
【0012】
また、当該第1の連結構造において、前記被伝達部材側スプラインの先端側が他の部位に比較して浅溝部に形成されている場合には、同浅溝部の歯先隅部を、円弧形状または面取り形状に形成する構成とすることができる。
【0013】
当該第1の連結構造は、動力伝達軸と等速ジョイント、なかでも、トリポード型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造に採用することができ、この場合の連結部としては、複数のトラニオンを有するインナー部材を選定することができる。また、当該第1の連結構造は、動力伝達軸とボール型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造に採用することができ、この場合の連結部としては、複数の転動ボールを支承する内輪を選定することができる。
【0014】
本発明に係るスプライン連結構造における第2の連結構造は、上記した形式のスプライン連結構造であって、前記被伝達部材側スプラインにスプライン嵌合する前記動力伝達軸側スプラインにおける先端から所定の長さの部位が、同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成されていることを特徴とするものである。
【0015】
当該第2の連結構造においては、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位を、前記動力伝達軸の同易変形部位に対応する部位と他の部位との熱処理の程度の差または熱処理の有無によって形成する構成とすることができる。
【0016】
また、当該第2の連結構造においては、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位の長さを、前記被伝達部材側のスプラインにおける軸方向の全長の少なくとも10〜15%である構成とすることができる。
【0017】
当該第2の連結構造においても、動力伝達軸と等速ジョイント、まはでも、トリポード型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造に採用することができ、この場合の連結部としては、複数のトラニオンを有するインナー部材を選定することができる。また、当該第2の連結構造は、動力伝達軸とボール型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造にも採用することができ、この場合の連結部としては、複数の転動ボールを支承する内輪を選定することができる。
【0018】
【発明の作用・効果】
本発明に係るスプライン連結構造の第1の連結構造においては、動力伝達軸に連結する被伝達部材側スプラインの断面形状を特殊な形状とすることによって、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における、スプライン歯部とスプライン溝部の噛合部位の先端側で発生する応力集中を大幅に緩和しようとするものである。
【0019】
当該第1の連結構造では、被伝達部材側スプラインの少なくとも先端部の歯先隅部を円弧形状または面取り形状に形成し、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における当該噛合部位で発生する応力集中を、同スプラインの円弧形状または面取り形状の当接によって緩和している。
【0020】
これによって、当該噛合部位での応力集中に起因するスプライン歯部の歯欠の発生を防止することができる。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン歯底の引張応力の増大を抑制し得て、当該噛合部位における疲労強度の低下を抑制することができる。
【0021】
また、本発明に係るスプライン連結構造の第2の連結構造においては、被伝達部材に連結する動力伝達軸側スプラインを特殊な強度特性とすることによって、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における、スプライン歯部とスプライン溝部の噛合部位の先端部で発生する応力集中を大幅に緩和しようとするものである。
【0022】
当該第2の連結構造では、動力伝達軸側スプラインの先端から所定の長さの部位を、同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成し、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における当該噛合部位で発生する応力集中を、同スプラインの変形によって、かつ、その後の変形状態の残存によって緩和するものである。
【0023】
これによって、当該噛合部位での応力集中に起因するスプライン歯部の歯欠の発生を防止することができる。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン歯底の引張応力の増大を抑制して、当該噛合部位における疲労強度の低下を抑制することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明は、スプライン連結構造に関するものである。図1には、被伝達部材である等速ジョイントと動力伝達軸である中間シャフトの連結構造に、本発明に係るスプライン連結構造を採用した自動車用ドライブシャフトを示している。当該ドライブシャフトは、動力伝達軸である中間シャフト10aと、中間シャフト10aの一端部に連結されたインボードジョイント10bと、中間シャフト10aの他端部に連結されたアウトボードジョイント10cとからなるもので、中間シャフト10aとインボードジョイント10bの連結、および、中間シャフト10aとアウトボードジョイント10cの連結に、当該形式の連結構造が採用されている。
【0025】
当該ドライブシャフトにおいては、インボードジョイント10bとしてトリポード型等速ジョイントが採用されていて、中間シャフト10aを連結する連結部材には、3本のトラニオン11aを有するインナ部材11が選定されている。インボードジョイント10bにおいては、インナ部材11の各トラニオン11aの外周にローラ12が回転自在に支持されていて、各ローラ12は、アウタ部材13の各案内溝13aに転動可能に係合している。かかる構造は、トリポード型等速ジョイントとして公知の構造であって、公知の作動を行う。
【0026】
また、当該ドライブシャフトにおいては、アウトボードジョイント10cとしてボール型等速ジョイントが採用されていて、中間シャフト10aを連結する連結部材には内輪14が選定されている。内輪14は、保持器15にて保持されている3個の転動ボール16を支承して、各転動ボール16を内輪14の各円弧溝14aと外輪17の円弧溝17aに、転動自在に嵌合させている。かかる構造は、ボール型等速ジョイントとして公知の構造であって、公知の作動を行う。
【0027】
インボードジョイント10bを中間シャフト10aに連結するインナ部材11においては、その内周側に、その軸線に平行に設けたスプライン11bを備えている。また、インナ部材11に連結する中間シャフト10aにおいては、そのシャフト部18の一端部外周側に、その軸方向に平行に設けたスプライン18aを備えている。インボードジョイント10bのインナ部材11と中間シャフト10aのシャフト部18の一端部とは、両スプライン11b,18aの多数のスプライン歯部とスプライン溝部を噛合させるスプライン嵌合によって、互いに連結されている。
【0028】
アウトボードジョイント10cを中間シャフト10aに連結する内輪14においては、その内周側に、その軸線に平行に設けたスプライン14bを備えている。また、内輪14に連結する中間シャフト10aにおいては、そのシャフト部18の他端部外周側に、その軸方向に平行に設けたスプライン18bを備えている。アウトボードジョイント10cの内輪14と中間シャフト10aのシャフト部18の他端部とは、両スプライン14b,18bの多数のスプライン歯部とスプライン溝部を噛合させるスプライン嵌合によって、互いに連結されている。
【0029】
しかして、本発明に係る第1の連結構造の第1実施形態においては、インボードジョイント10bを構成するインナ部材が図2に示す構造に形成されている。本実施形態においては、当該インナ部材を、図1に示す従来のインナ部材11と区別するため、インナ部材11Aと称する。
【0030】
また、本発明に係る第1の連結構造の第2実施形態においては、インボードジョイント10bを構成するインナ部材が図3に示す構造に形成されている。本実施形態においては、当該インナ部材を、図1に示す従来のインナ部材11と区別するため、インナ部材11Bと称する。
【0031】
本発明に係る第1の連結構造の第1実施形態においては、図2に示すインナ部材11Aを採用している。インナ部材11Aにおいては、図2に示すように、スプライン11bが多数のスプライン歯部11b1と、これに並列する多数のスプライン溝部11b2にて構成されていて、先端側が面取りされて径内方へ傾斜するテーパ面11b3に形成されている。当該スプライン11bにあっては、テーパ面11b3の部位とそれ以外の部位である主体部11b4とのスプラインの軸線に交差する断面では、形状を異にしている。
【0032】
図4には、当該スプライン11bにおける主体部11b4の部位の断面(図2の4−4線での断面:一般断面)を示しており、また、図5(b)には、当該スプライン11bにおけるテーパ面11b3の部位の断面(図2の5−5線での断面)を示している。なお、図5には、従来のインナ部材11のスプライン11bにおけるテーパ面11b3の部位の断面を、同図(a)に併せて示している。
【0033】
当該スプライン11bにおいては、主体部11b4の部位の断面にあっては、図4に示すように、その歯先隅部11b5(エッジ部)は鋭い角度に形成されている。当該歯先隅部11b5の断面形状は、従来のインナ部材11の当該歯先隅部の形状と同じである。一方、テーパ面11b3の部位の断面では、図5(b)に示すように、その歯先隅部11b6は、鋭い角部を切欠いた円弧状で滑らかな形状に形成されている。従来のインナ部材11の当該歯先隅部11b6の形状は、図5(a)に示すように鋭い角度に形成されている。インナ部材11Aにおけるスプライン歯部11bの歯先隅部11b6の形状は、この点で、従来のインナ部材11の歯先隅部11b6の形状とは大きく相違している。
【0034】
第1実施形態に係る連結構造では、インナ部材11Aに形成したスプライン11bの多数のスプライン歯部11b1およびスプライン溝部11b2と、中間シャフト10aのスプライン18aの多数のスプライン溝部18a2およびスプライン歯部18a1とを噛合させるスプライン嵌合によって、中間シャフト10aとインボードジョイント10bが互いに連結されている。
【0035】
ところで、当該形式の従来の連結構造においては、インナ部材11のスプライン11bにおけるスプライン歯部11b1の歯先隅部11b6が、図5(a)に示すように、長さ方向の全体に鋭い角度に形成されている。このため、インボードジョイント10bと中間シャフト10aが相対回転を開始した場合、インナ部材11のスプライン11bと中間シャフト10aのスプライン18a間では、スプライン歯部11b1の先端側とスプライン歯部18a1の先端側の噛合部位における歯面同士で当接を開始し、この際には、当該噛合部位に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位では、応力集中がスプライン歯部11b1、および/またはスプライン歯部18a1の歯欠の原因となる。
【0036】
また、当該噛合部位におけるスプライン歯部11b1,18a1での応力の集中する部位(歯面)は、スプライン溝部11b2,18a2の底部(歯底)での引張応力の発生する部位と一致するため、歯面での大きな応力は歯底の引張応力を増大させ、当該噛合部位の疲労強度を大きく低下させるおそれがある。
【0037】
これに対して、本発明に係る第1の連結構造における第1実施形態の連結構造においては、インナ部材11Aのスプライン11bの先端側のテーパ面11b3の部位の歯先隅部11b6を、鋭い角部を切欠いた円弧状で滑らかな形状に形成している。
【0038】
このため、中間シャフト10aとインボードジョイント10b間での動力伝達開始時における相対回転の際、スプライン歯部11b1およびスプライン溝部11b2とスプライン歯部18a1およびスプライン溝部18a2間の噛合部位の先端側での局部的な当接が回避され、これにより、当該噛合部位の先端側で発生する応力集中が緩和される。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン溝部11b2,18a2の歯底での引張応力の増大を抑制し得て、当該噛合部位における疲労強度の低下を大きく抑制することができる。
【0039】
本発明に係る第1の連結構造における第2実施形態においては、図3に示すインナ部材11Bを採用している。当該インナ部材11Bにおいては、図3に示すように、スプライン11bが多数のスプライン歯部11b1と、これに並列する多数のスプライン溝部11b2にて構成されていて、先端側が面取りされて径内方へ傾斜するテーパ面11b3に形成されている。また、スプライン11bのテーパ面11b3に続く先端部は、所定長さにわたって浅溝部11b7に形成されていて、浅溝部11b7と主体部11b4の境界がテーパ面11b8に形成されている。
【0040】
当該インナ部材11Bのスプライン11bにあっては、テーパ面11b8の部位および浅溝部11b7の部位と、それ以外である主体部11b4の部位とでは、スプラインの軸線に交差する断面を異にしている。
【0041】
図4には、インナ部材11Bのスプライン11bにおける主体部11b4の断面(図3の矢印4−4部位での断面:一般断面)を示しており、当該断面はインナ部材11Aのスプライン11bにおける主体部11b4の断面と共通している。図5(b)には、インナ部材11Bのスプライン11bにおけるテーパ面11b8の部位の断面(図3の矢印5−5部位での断面)を示しており、当該断面は、インナ部材11Aのスプライン11bにおけるテーパ面11b3の部位の断面と共通している。
【0042】
また、図6(b)には、インナ部材11Bのスプライン11bにおける浅溝部11b7の部位の断面(図3の矢印6−6部位での断面)を示している。なお、図6には、従来のインナ部材11のスプライン11bにおける浅溝部11b7に対応する部位の断面を、同図(a)に併せて示している。
【0043】
インナ部材11Bのスプライン11bにおいては、主体部11b4の部位の断面では、図4に示すように、その歯先隅部11b5(エッジ部)は鋭い角度に形成されている。当該歯先隅部11b5の断面形状は、従来のインナ部材11の当該歯先隅部の形状と同じである。
【0044】
一方、テーパ面11b8の部位の断面では、図5(b)に示すように、スプライン歯部11bの歯先隅部11b6は、鋭い角部を切欠いた円弧状で滑らかな形状に形成されている。従来のインナ部材11の当該歯先隅部11b6の形状は、図5(a)に示すように鋭い角度に形成されており、この点で、スプライン歯部11bの歯先隅部11b6の形状は、従来のインナ部材11の当該歯先隅部11b6の形状とは大きく相違している。
【0045】
また、浅溝部11b7の部位の断面では、図6(b)に示すように、その歯先隅部11b9は、鋭い角部を切欠いた円弧状で滑らかな形状に形成されている。これに対して、従来のインナ部材11の当該歯先隅部11b9の形状は、図6(a)に示すように鋭い角度に形成されており、この点でも、スプライン11bの歯先隅部11b9の形状は、従来のインナ部材11の当該歯先隅部11b9の形状とは大きく相違している。
【0046】
第2実施形態に係る連結構造では、インナ部材11Bに形成したスプライン11bの多数のスプライン歯部11b1およびスプライン溝部11b2と、中間シャフト10aのスプライン18aの多数のスプライン溝部18a2およびスプライン歯部18a1とを噛合させるスプライン嵌合によって、中間シャフト10aとインボードジョイント10bが互いに連結されている。
【0047】
ところで、当該形式の従来の連結構造においては、インナ部材11のスプライン11bにおけるテーパ面11b8の部位の歯先隅部11b8が、図5(a)に示すように、鋭い角度に形成されている。また、インナ部材11のスプライン11bにおける浅溝部11b7の部位の歯先隅部11b9も、図6(a)に示すように、鋭い角度に形成されている。
【0048】
このため、インボードジョイント10bと中間シャフト10aが相対回転を開始した場合、インナ部材11のスプライン11bと中間シャフト10aのスプライン18a間では、スプライン歯部11b1,18a1の先端側とスプライン溝部11b2,18a2の先端側の噛合部位における歯面同士で当接を開始し、この際には、当該噛合部位の歯面に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位では、応力集中がスプライン歯部11b1,18a1の歯欠の原因となる。
【0049】
また、当該噛合部位におけるスプライン歯部11b1,18a1での応力の集中する部位(歯面)は、スプライン溝部11b2,18a2の底部(歯底)での引張応力の発生する部位と一致するため、スプライン歯部11b1,18a1の歯面での大きな応力は、スプライン溝部11b2,18a2の歯底の引張応力を増大させ、当該噛合部位の疲労強度を大きく低下させるおそれがある。
【0050】
これに対して、本発明に係る第1の連結構造における第2実施形態の連結構造においては、インナ部材11Bのスプライン11bの先端側のテーパ面11b8の部位における歯先隅部11b6、および、浅溝部11b7の部位における歯先隅部11b9を、鋭い角部を切欠いた円弧状で滑らかな形状に形成している。
【0051】
このため、中間シャフト10aとインボードジョイント10b間での動力伝達開始時における相対回転の際、スプライン歯部11b1およびスプライン溝部11b2とスプライン歯部18a1およびスプライン溝部18a2間の噛合部位の先端側での局部的な当接が回避され、これにより、当該噛合部位の先端側で発生する応力集中が緩和される。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン溝部11b2,18a2における歯底の引張応力の増大を抑制し得て、当該噛合部位における疲労強度の低下を大幅に抑制することができる。
【0052】
図7には、第2実施形態に係る連結構造で採用しているインナ部材11Bの製造方法を概略的に示している。当該製造方法は、特殊な押込成形治具Cを採用して、インナ部材11Bにおける内周側のスプライン11bを一気に成形することを意図している。使用する押込成形治具Cは、先端側の外周に多数の切削刃を有している。
【0053】
当該切削刃は、先端から所定長さ延びるスプライン11bの主体部11b4を成形するための主体刃部c1、主体刃部c1から後方へ所定長さ延びるスプライン11bの浅溝部11b7を成形するための第1副刃部c2、および、第1副刃部c2と主体刃部c1の境界に位置しスプライン11bのテーパ面11b8を成形するための第2副刃部c3にて構成されている。また、当該切削刃においては、第1副刃部c2および第2副刃部c3の刃溝の底隅部が円弧状に形成されていて、スプライン11bの浅溝部11b7における歯先隅部11b9(円弧状隅部)、および、スプライン11bのテーパ面11b8における歯先隅部11b6(円弧状隅部)が成形できるようになっている。
【0054】
押込成形治具Cを使用してインナ部材11Bにスプライン11bを成形するには、押込成形治具Cをインナ部材11Bの原形材の内孔内に、図7(a)に示す方向から内孔内を貫通するまで押し込む。その後、押込成形治具Cをインナ部材11Bの原形材の内孔内から、図7(b)に示す方向に引抜く。これにより、当該原形材にはその内孔周面に、主体部11b4、テーパ面11b8、および浅溝部11b7を有するスプライン11bが一気に成形される。換言すれば、インナ部材11Bを一気に製造することができる。
【0055】
以上の各実施形態は、本発明に係る第1の連結構造をドライブシャフトの中間シャフト10aとインボードジョイント10b間の連結に実施した例であるが、当該第1の連結構造は、当該ドライブシャフトの中間シャフト10aとアウトボードジョイント10c間の連結にも同様の態様で実施することができる。
【0056】
本発明に係る第1の連結構造では、等速ジョイントと動力伝達軸の連結構造における噛合部位での応力集中を抑制する手段を、等速ジョイントを構成する連結部材側で対処している。これに対して、本発明に係る第2の連結構造では、等速ジョイントと動力伝達軸の連結構造における噛合部位での応力集中を抑制する手段を、動力伝達軸側で対処しようとするものである。図8には、本発明に係る第2の連結構造の実施形態を示している。
【0057】
第2の連結構造に係る実施形態(第3連結構造)では、動力伝達軸として中間シャフト20aを採用し、等速ジョイントとしてインボードジョイント20bを採用して、中間シャフト20aとインボードジョイント20bを連結している。インボードジョイント20bは、図1に示すインボードジョイント10bと同一構成のものである。なお、第3連結構造は、アウトボードジョイントと中間シャフトとの連結構造にも実施し得るものである。
【0058】
中間シャフト20aは、中間シャフト10aとは基本的には同一構造であって、その一端部にてインボードジョイント20bのインナ部材21と連結しているが、インボードジョイント20bのインナ部材21と連結しているシャフト部22は、中間シャフト10aのシャフト部18とは、その長さ方向の熱処理状態を異にしている。当該熱処理は、中間シャフトに高い剛性を付与するためのものであり、中間シャフト10aのシャフト部18では、その長さ方向には均等に熱処理が施されているのに対して、中間シャフト20aのシャフト部22では、先端側に非熱処理の部位を備えている。
【0059】
なお、中間シャフト20aにおいては、シャフト部22の図示しない他端部にて、アウトボードジョイントの内輪と連結しているが、シャフト部22の他端側にも非熱処理の部位を備えていて、第3連結構造を実施している。
【0060】
中間シャフト20aを構成するシャフト部22においては、熱処理の有無によって、中間主体部である熱処理域22a1と、その各端部の非熱処理域22a2とに区分されていて、シャフト部22の各側端部には、軸方向へ所定長さ延びるスプライン22bが形成されている。シャフト部22における熱処理域22a1は、通常の中間シャフトが受ける熱処理を施されて硬くて剛性の高い領域であり、シャフト部22における非熱処理域22a2は、当該熱処理を施されていない、熱処理域22a1に比較して軟らかくて容易に変形可能な領域(易変形性の領域)である。
【0061】
インボードジョイント20bのインナ部材21側のスプライン21aとスプライン嵌合する中間シャフト20a側のスプライン22bは、非熱処理域22a2から熱処理域22a1に所定長さ延びて形成されている。スプライン22bの長は、インボードジョイント20bのインナ部材21側のスプライン21aの長さと略同一であるが、非熱処理域22a2は、インナ部材21側のスプライン21aとの噛合端から少なくとも13%の長さの領域にある。換言すれば、中間シャフト20a側のスプライン22bの先端部は、その先端から少なくとも13%の長さの領域が非熱処理域22a2であって、易変形部位に形成されている。
【0062】
図9(a)は、中間シャフト20a側のスプライン22bとインナ部材21側のスプライン21aとの噛合状態を模式的に示している。スプライン22bのスプライン歯部22b1は、スプライン21aのスプライン溝部21a2に噛合した状態にあり、かつ、スプライン21aのスプライン歯部21a1は、スプライン22bのスプライン溝部22b2に噛合した状態にある。
【0063】
スプライン22bとスプライン21aがこのような噛合状態にある場合、インボードジョイント20bと中間シャフト20aが相対回転を開始すると、中間シャフト20a側のスプライン22bのスプライン歯部22b1は、スプライン21aのスプライン溝部22a2内を相対的に移動して、先ず、その先端側の歯面の先端をスプライン21aのスプライン歯部21a1の歯面に当接させる。
【0064】
中間シャフト20a側のスプライン22bのスプライン歯部22b1がスプライン21aのスプライン歯部21a1の歯面に当接する部位は、非熱処理域22a2の易変形部位の先端にあたり、スプライン歯部22b1がスプライン歯部21a1に当接した場合には、スプライン歯部22b1の先端側の隅部(易変形部位)は瞬時に図9(b)に示す状態に変形し、当該変形状態はその後復帰することなく、その形態を永久に残存させる。
【0065】
このように、本発明に係る第2の連結構造の実施形態(第3連結構造)においては、中間シャフト20aのスプライン22bにおけるスプライン歯部22b1の先端側が非熱処理域22a2の易変形部位に形成されていて、スプライン歯部22b1がスプライン歯部21a1に当接した場合には、スプライン歯部22b1の先端側隅部は瞬時に変形して、当該変形状態はその後復帰することなく、その形態を永久に残存する。
【0066】
このため、中間シャフト20aとインボードジョイント20b間での動力伝達開始時における、スプライン22bのスプライン歯部22b1およびスプライン溝部22b2とスプライン21aのスプライン溝部21a2およびスプライン歯部21a1の噛合部位の先端側での局部的な当接が回避され、これにより、当該噛合部位の先端側で発生する応力集中が緩和される。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン歯底の引張応力の増大を抑制し得て、当該噛合部位における疲労強度の低下を抑制することができる。
【0067】
これに対して、当該形式の連結構造において、中間シャフト20aのシャフト部22における易変形部位が存在しない場合には、インナ部材21のスプライン21aと中間シャフト20a間では、スプライン歯部の先端側とスプライン溝部の先端側の噛合部位における歯面同士で当接が開始され、この際には、当該噛合部位に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位では、応力集中がスプライン歯部の歯欠の原因となり、かつ、歯面での大きな応力に起因する歯底の引張応力の増大により、当該噛合部位の疲労強度を低下させることにもなる。
【0068】
本発明に係る第2の連結構造の実施形態(第3連結構造)において、中間シャフト20aのシャフト部22における易変形部位(非熱処理域22a2)の適切な長さを知見すべき実験を試みたところ、図10のグラフに示す結果を得た。
【0069】
図10は、インボードジョイント20bのインナ部材21側スプライン21aの長さL1に対する中間シャフト20aの易変形部位(非熱処理域22a2)の長さL2の割合(L2/L1)と、両スプライン21a,22bのスプライン歯部とスプライン溝部の噛合部位における疲労強度との関係を示している。
【0070】
当該第3連結構造では、中間シャフト20aの易変形部位(非熱処理域22a2の長さL2)のインナ部材21側スプライン21aの長さL1に対する割合(L2/L1)が増加すると、これに伴い、疲労強度が急激に増大して向上していることが確認される。但し、疲労強度の増加率は、L2/L1が13%前後に達すると急激に低下し、その後のL2/L1の増加によっても、疲労強度を大きく増大させることは期待できないことが確認される。
【0071】
この結果からすれば、中間シャフト20aの易変形部位(非熱処理域22a2)の長さのインナ部材21側スプライン21aに対する割合(L2/L1)は10%以上であることが好ましく、一層好ましくは、少なくとも10〜15%である。中間シャフト20aの易変形部位(非熱処理域22a2)の長さの上限については、両スプライン21a,22bの噛合強度の面から適宜設定するようにする。好ましい上限は、30%前後である。易変形部位(非熱処理域22a2)の長さが30%を越えると、中間シャフトの強度に影響を及ぼすことになって好ましくない。
【0072】
なお、上記した各実施形態では、等速ジョイントと中間シャフトを連結するスプライン連結構造を例示しているが、本発明に係るスプライン連結構造はこれに限らず、各種の被伝達部材と動力伝達軸間のスプライン連結構造に適用することができる。また、上記した各実施形態では、等速ジョイントとしてインボード側のトリポート型ジョイントを例示しているが、本発明に係るスプライン連結構造はこれに限らず、インボード側およびアウトボード側の各種型の等速ジョイント、例えばBI型、GI型、トリポート型、ボール型、クロスグルーブ型の等速ジョイントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用対象とする形式の連結構造を使用している自動車用ドライブシャフトの一部縦断した正面図である。
【図2】本発明に係る連結構造の一実施形態である第1連結構造で採用している連結部材(インナ部材)の一部を省略した縦断面図である。
【図3】本発明に係る連結構造の他の実施形態である第2連結構造で採用している連結部材(インナ部材)の一部を省略した縦断面図である。
【図4】本発明に係る連結構造のスプライン嵌合部における図2またはび図3の4−4線で切断した面を模式的に示す切断面図である。
【図5】本発明に係る連結構造のスプライン嵌合部における図2および図3の5−5線で切断した面を模式的に示す切断面図である。
【図6】本発明に係る連結構造のスプライン嵌合部における図3の6−6線で切断した面を模式的に示す切断面図である。
【図7】本発明に係る連結構造の実施形態である第2連結構造で採用している図3に示すインナ部材の製造方法を概略的に示す一部を省略した縦断面図(a),(b)である。
【図8】本発明に係る連結構造のさらに他の実施形態である第3連結構造を採用したドライブシャフトを一部省略して示す側面図である。
【図9】同連結構造におけるスプライン歯部およびスプライン溝部の噛合部位の一部を模式的に示す噛合図である。
【図10】インボードジョイントのインナ部材側スプラインの長さL1に対する中間シャフトの易変形部位の長さL2の割合(L2/L1)と、両スプラインの噛合部位における疲労強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10a…中間シャフト、10b…インボードジョイント、10c…アウトボードジョイント、11,11A,11B…インナ部材、11a…トラニオン、11b…スプライン、11b1…スプライン歯部、11b2…スプライン溝部、11b3,11b8…テーパ面、11b4…主体部、11b5,11b6,11b9…歯先隅部、11b7…浅溝部、12…ローラ、13…アウタ部材、13a…案内溝、14…内輪、14a…円弧溝、14b…スプライン、15…保持器、16…転動ボール、17…外輪、17a…円弧溝、18…シャフト部、18a、18a1…スプライン歯部、18a2…スプライン溝部、18b…スプライン、20a…中間シャフト、20b…インボードジョイント、21…インナ部材、21a…スプライン、21a1…スプライン歯部、21a2…スプライン溝部、22…シャフト部、22a1…熱処理域、22a2…非熱処理域、22b…スプライン、22b1…スプライン歯部、22b2…スプライン溝部、C…押込成形治具、c1…主体刃部、c2…第1副刃部、c3…第2副刃部。
Claims (9)
- 被伝達部材の連結部の内周側に軸線に平行に設けたスプラインと動力伝達軸の端部の外周側に軸方向に平行に設けたスプラインをスプライン嵌合して、前記被伝達部材と前記動力伝達軸を互いに動力伝達可能に連結するスプライン連結構造であり、前記被伝達部材側スプラインの少なくとも先端部位における歯先隅部が円弧形状または面取り形状に形成されていることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項1に記載のスプライン連結構造において、前記被伝達部材側スプラインの先端部は面取りされたテーパ形状に形成されていて、同テーパ形状部位の歯先隅部が円弧形状または面取り形状に形成されていることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項1に記載のスプライン連結構造において、前記被伝達部材側スプラインは先端側が他の部位に比較して浅溝部に形成されていて、同浅溝部の歯先隅部が円弧形状または面取り形状に形成されていることを特徴とするスプライン連結構造。
- 被伝達部材の連結部の内周側に軸線に平行に設けたスプラインと動力伝達軸の端部の外周側に軸方向に平行に設けたスプラインをスプライン嵌合して、前記被伝達部材と前記動力伝達軸を互いに動力伝達可能に連結するスプライン連結構造であり、前記動力伝達軸側スプラインの先端から所定の長さの部位は、同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成されていることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項4に記載のスプライン連結構造において、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位は、前記動力伝達軸の同易変形部位に対応する部位と他の部位との熱処理の程度の差または熱処理の有無によって形成されていることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項4または5に記載のスプライン連結構造において、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位の長さは、前記被伝達部材側スプラインの軸方向の全長の少なくとも10〜15%であることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のスプライン連結構造において、前記被伝達部材は等速ジョイントであることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項7に記載のスプライン連結構造において、前記等速ジョイントはトリポード型等速ジョイントであって、同トリポード型等速ジョイントにおける連結部は複数のトラニオンを有するインナー部材であることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項7に記載のスプライン連結構造において、前記等速ジョイントはボール型等速ジョイントであって、同ボール型等速ジョイントの連結部は複数の転動ボールを支承する内輪であることを特徴とするスプライン連結構造。
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