JP2005106257A - ドライブシャフト - Google Patents

Abstract

【目的】 軽量化および低振動化の向上を容易に図り得るドライブシャフトを提供する。
【構成】 炭素繊維を含む複合材により成形された中間軸１と、その中間軸１の両端部のそれぞれに結合され、内周面にスプライン７が形成された内方部材３を有する等速自在継手とからなり、前記中間軸１の外径Ａ₁を内方部材３のスプライン小径Ｂ₁より大きく、かつ、スプライン大径Ｃ₁より小さく設定して中間軸１を内方部材３に圧入した構造を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車などの回転力伝達手段として用いられ、中間軸の両端部に等速自在継手を結合させたドライブシャフトに関する。

自動車エンジンからの駆動力を車輪に伝達するドライブシャフトは、１本の中間軸の両端部に一対の等速自在継手をトルク伝達可能に結合させたユニット構造を有する。このドライブシャフトの中間軸は、適用される車種によって多くの種類のものが量産されており、従来から、鋼製棒材から加工された中実シャフトが広く使用されている。

最近、車両の燃費向上や静粛性向上が要望されている中で、鋼製中実シャフトを使用したドライブシャフトは、重量が大きく、剛性が低いことが原因となって、燃費向上のための軽量化や静粛性向上のための振動低減を目的とした高剛性化の要求が課せられているというのが現状である。

この問題を解消するための手段として、鋼管等から加工された中空シャフトを使用することにより振動特性の改善を達成するようにした提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２６３８１９号公報

ところで、前述の特許文献１では、中空シャフトの管区分が軸方向対称形かつ回転対称形に構成されており、中間部区分の曲げこわさに対する端部区分の曲げこわさの比を著しく大きくして２０：１程度に設定されている。

この特許文献１では、中間部区分と端部区分との間の曲げこわさについて前述のような極端な比によって、低い固有振動数を有する中空シャフトにつながる基準値が得られ、この場合、設定に変化を与えることによって固有振動数を最小の外的励起エネルギーの範囲にずらすことが可能である。このような固有共振振動数のずらしによって不都合な振動騒音を排除することができる。

しかしながら、中空シャフトを構成する素材が鋼製であることから、ドライブシャフトの軽量化の効果は小さく、より軽量で、かつ、低振動なシャフトを持つドライブシャフトが要望されているというのが現状である。

そこで、本発明は前述の要望に対応すべく提案されたもので、その目的とするところは、より一層の軽量化および低振動化を容易に図り得るドライブシャフトを提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、炭素繊維を含む複合材により成形された中間軸と、その中間軸の両端部のそれぞれに結合された等速自在継手とからなることを特徴とする。この等速自在継手は、内周面にスプラインが形成された内方部材を有し、前記中間軸の外径を内方部材のスプライン小径より大きく、かつ、スプライン大径より小さく設定して中間軸を内方部材に圧入した構造とすることが望ましい。

ここで、「内方部材のスプライン小径」とは、内方部材の内周面に形成されたスプラインの歯頂部を結ぶ径寸法であり、また、「内方部材のスプライン大径」とは、内方部材の内周面に形成されたスプラインの歯底部を結ぶ径寸法を意味する。

なお、前述の内方部材としては、固定型等速自在継手の一部を構成する内輪あるいは摺動型等速自在継手の一部を構成するトリポード部材または内輪であることが望ましい。また、前述の中間軸は、中実部材あるいは中空部材のいずれにも適用可能である。

中間軸が中空部材で構成されている場合、中空部材からなる中間軸の両端部内径にバックアップ部材を嵌入させた構造とすることが望ましい。このようにバックアップ部材を使用したことにより、内方部材と中間軸とのスプライン嵌合が強固となり、さらに、バックアップ部材を接着材により中間軸と接着することにより、中間軸の捩り剛性を向上させることができる。

中間軸としては、両端部内径に中空部を有する中実部材を使用することも可能である。この中間軸の両端中空部に軸方向に延びる複数のスリットを円周方向に配設し、そのスリット間に位置する両端部外径に、前記内方部材の端面に係止可能な突起を設けた構造とすれば、中間軸の抜け止めが容易となる。

なお、中間軸の外径に、圧入代を残したスプラインを形成するようにしてもよい。

また、本発明は、炭素繊維を含む複合材により成形され、両端部内径に中空部を有する中間軸と、その中間軸の両端部のそれぞれに結合され、外周面にスプラインが形成されたボス部を持つ内方部材を有する等速自在継手とからなり、前記中間軸の中空部内径を内方部材のボス部のスプライン小径より大きく、かつ、スプライン大径より小さく設定して中間軸を内方部材に圧入したことを特徴とする。なお、中間軸の中空部の内径に、圧入代を残したスプラインを形成するようにしてもよい。

前述の中間軸の両端部に軸方向に延びる複数のスリットを円周方向に配設し、そのスリット間に位置する両端部内径に突起を設けると共に、内方部材のボス部の付根部にスプライン大径よりも小さな径の円周溝を形成した構造とすれば、内方部材と中間軸との結合状態を強固なものにできる。

また、等速自在継手は、外周面にスプラインが形成された軸部を持つ外方部材を有し、前記中間軸の内径を外方部材の軸部のスプライン小径より大きく、かつ、スプライン大径より小さく設定して外方部材を中間軸に圧入した構造とすることも可能である。

なお、中間軸と内方部材または外方部材とのセレーション嵌合部分に接着材を介在させて固定した構造とすることも可能である。

本発明によれば、炭素繊維を含む複合材により成形された中間軸と、その中間軸の両端部のそれぞれに結合され、内周面にスプラインが形成された内方部材を有する等速自在継手とからなり、前記中間軸の外径を内方部材のスプライン小径より大きく、かつ、スプライン大径より小さく設定して中間軸を内方部材に圧入したことにより、振動吸収性が高く、かつ、軽量である炭素繊維を含む複合材で中間軸を構成したことから、より一層の軽量化および低振動化を容易に図ることができ、車両の燃費向上および振動特性の向上が図れる。

本発明に係るドライブシャフトの実施形態を詳述する。自動車エンジンからの駆動力を車輪に伝達するドライブシャフトは、１本の中間軸の両端部に一対の等速自在継手、例えば自動車のアウトボード側に固定型等速自在継手、インボード側に摺動型等速自在継手をトルク伝達可能に結合させたユニット構造を有する。前述の中間軸の一端部は、固定型等速自在継手の構成要素である内輪がトルク伝達可能に結合され、他端部には、摺動型等速自在継手の構成要素であるトリポード部材または内輪がトルク伝達可能に結合される。

図１（ａ）（ｂ）および図２は、中間軸１の端部に固定型等速自在継手の内輪３を結合させた実施形態で、図３（ａ）（ｂ）および図４は、中間軸２の端部に摺動型等速自在継手のトリポード部材４を結合させた実施形態である。

両実施形態において、中間軸１，２は、炭素繊維を含む複合材により成形された中実部材であり、また、内輪３またはトリポード部材４は、軸方向に貫通形成された孔５，６の内周面にスプライン７，８が形成されている。この中間軸１，２の端部外径Ａ₁，Ａ₂は、内輪３またはトリポード部材４のスプライン小径Ｂ₁，Ｂ₂（スプラインの歯頂部での径）より大きく、かつ、スプライン大径Ｃ₁，Ｃ₂（スプラインの歯底部での径）より小さく設定されている。

このドライブシャフトでは、中間軸１，２の端部を内輪３またはトリポード部材４の孔５，６に圧入することにより組み付けられる。この時、内輪３またはトリポード部材４のスプライン７，８が中間軸１，２の外周面に転写されることにより、両者が嵌合してトルク伝達可能な状態となる。

なお、前述の実施形態では、内輪３またはトリポード部材４の内径にスプライン７，８を形成し、中間軸１，２の外径にはスプラインを形成していない場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、中間軸１，２の外径に、圧入代を残したスプラインを形成するようにしてもよい。

また、図５に示すように中間軸１２の端部先端に、トリポード部材４のスプライン径よりも僅かに小さい径を有する円筒部９を形成し、その一部に円周凹溝１０を形成するようにしてもよい。この実施形態では、トリポード部材４の孔６に中間軸１２の端部を圧入し、そのトリポード部材４の端面から突出する円筒部９の円周凹溝１０に止め輪１１を嵌着することにより、中間軸１２の抜け止めが可能となる。なお、この実施形態は、固定型等速自在継手の内輪にも適用可能である。

図７（ａ）（ｂ）〜図９および図１０（ａ）（ｂ）〜図１２は、中間軸１３として、図６（ａ）（ｂ）に示すように両端部内径に中空部１４を有する中実部材を使用した実施形態で、図７（ａ）（ｂ）〜図９は固定型等速自在継手の内輪１５への適用例であり、図１０（ａ）（ｂ）〜図１２は摺動型等速自在継手のトリポード部材１６への適用例である。両実施形態では、中間軸１３の両端中空部１４に軸方向に延びる複数のスリット１７を円周方向に配設し、そのスリット１７間に位置する両端部外径に、内輪１５またはトリポード部材１６の端面に係止可能な突起１８を設けた構造を具備する。

この実施形態において、中間軸１３は、炭素繊維を含む複合材により成形された中実部材であり、また、内輪１５またはトリポード部材１６は、軸方向に貫通形成された孔１９，２０の内周面にスプライン２１，２２が形成されている。この中間軸１３の端部外径Ａ₃，Ａ₄は、内輪１５またはトリポード部材１６のスプライン小径Ｂ₃，Ｂ₄より大きく、かつ、スプライン大径Ｃ₃，Ｃ₄より小さく設定されている。

このドライブシャフトでは、中間軸１３の端部を内輪１５またはトリポード部材１６の孔１９，２０に圧入することにより組み付けられる。この時、内輪１５またはトリポード部材１６のスプライン２１，２２が中間軸１３の外周面に転写されることにより、両者が嵌合してトルク伝達可能な状態となる。また、中間軸１３の先端の突起１８が内輪１５またはトリポード部材１６の端面に係止されることにより、中間軸１３の抜け止めとなる。

図１３（ａ）〜（ｃ）は、中間軸２３として、炭素繊維を含む複合材により成形され、両端部内径に中空部２４を有する中実部材を使用し、外周面にスプライン２５が形成されたボス部２６を持つ内輪２７に適用した実施形態で、中間軸２３の中空部２４の内径Ａ₅は、内輪２７のボス部２６のスプライン小径Ｂ₅より大きく、かつ、スプライン大径Ｃ₅より小さく設定されている。

この実施形態では、中間軸２３の中空部２４に内輪２７のボス部２６を圧入することにより組み付けられる。この時、内輪２７のボス部２６のスプライン２５が中間軸２３の中空部２４の内径に転写されることにより、両者が嵌合してトルク伝達可能な状態となる。

なお、この実施形態では、内輪２７のボス部２６の外径にスプライン２５を形成し、中間軸２３の中空部２４の内径にはスプラインを形成していないが、中間軸２３の中空部２４の内径に、圧入代を残したスプラインを形成するようにしてもよい。また、この実施形態は、摺動型等速自在継手のトリポード部材にも適用可能である。

図１５（ａ）（ｂ）および図１６は、中間軸２８として、炭素繊維を含む複合材により成形され、両端部内径に中空部２９を有する中実部材を使用し、中間軸２８の両端部に軸方向に延びる複数のスリット３０を円周方向に配設し、そのスリット３０間に位置する両端部内径に突起３１を設けると共に、外周面にスプライン３２が形成されたボス部３３を持つ内輪３４を使用し、その内輪３４のボス部３３の付根部にスプライン大径よりも小さな径の円周溝３５を形成した構造を具備する。

この実施形態では、中間軸２８の中空部２９に内輪３４のボス部３３を圧入するに際して、内輪３４のボス部３３のスプライン３２が中間軸２８の中空部２９の内径に転写されることにより、両者が嵌合してトルク伝達可能な状態となり、また、中間軸２８の先端の突起３１が内輪３４の円周溝３５に嵌まり込んで係止されることにより、中間軸２８の抜け止めとなる。

以上の実施形態は、中間軸として、炭素繊維などの複合材により成形された中実部材を使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、炭素繊維などの複合材により成形された中空部材を使用することも可能である。

図１７（ａ）（ｂ）および図１８は、中間軸４１として、炭素繊維を含む複合材により成形された中空部材を使用した実施形態で、内輪４２は、軸方向に貫通形成された孔４３の内周面にスプライン４４が形成されている。この中間軸４１の端部外径Ａ₆は、内輪４２のスプライン小径Ｂ₆より大きく、かつ、スプライン大径Ｃ₆より小さく設定されている。

この実施形態では、中間軸４１の端部を内輪４２の孔４３に圧入することにより組み付けられる。この時、内輪４２のスプライン４４が中間軸４１の外周面に転写されることにより、両者が嵌合してトルク伝達可能な状態となる。なお、この実施形態は、摺動型等速自在継手のトリポード部材にも適用可能である。

中間軸４１として中空部材を使用した場合、図１９に示すように中間軸４１の両端部内径にバックアップ部材４５を嵌入させた構造や、図２０に示すように中間軸１３の両端に軸方向に延びる複数のスリット１７を円周方向に配設し、そのスリット１７間に位置する両端部外径に、内輪１５の端面に係止可能な突起１８を設けた実施形態の場合も、その中間軸１３の両端部内径にバックアップ部材４６を嵌入させた構造とする。

このようにバックアップ部材４５，４６を使用したことにより、内輪１５，４２と中間軸１３，４１とのスプライン嵌合が強固となる。なお、バックアップ部材４５，４６は、鋼製や複合材などの部品であり、接着材により中間軸１３，４１と接着することにより、中間軸１３，４１の捩り剛性を向上させることが可能となる。また、この実施形態についても、摺動型等速自在継手のトリポード部材または内輪にも適用可能である。

また、図２１（ａ）〜（ｃ）および図２２に示すように外周面にスプライン４７が形成された軸部４８を持つ固定型等速自在継手の外輪４９を使用した場合、中空状の中間軸５０の内径Ａ₇を外輪４９の軸部４８のスプライン小径Ｂ₇より大きく、かつ、スプライン大径Ｃ₇より小さく設定して、外輪４９の軸部４８を中間軸５０に圧入した構造にも適用可能である。なお、中間軸５０の反対側には、摺動型等速自在継手の外輪５１が圧入される。この外輪５１も、固定型等速自在継手の外輪４９と同様、外周面にスプライン５２が形成された軸部５３を有する。

以上の各実施形態においては、内輪またはトリポード部材のセレーションと中間軸の内外径の少なくともいずれか一方に接着材を塗布し、中間軸を内輪またはトリポード部材に圧入することにより、両者のセレーション嵌合部分に接着材を介在させて固定した構造とすることも可能である。

本発明に係るドライブシャフトの実施形態で、中実の中間軸を内輪に圧入する前の状態を示し、（ａ）は内輪の断面図、（ｂ）は中間軸の正面図である。 図１の中間軸を内輪に圧入した後の状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、中実の中間軸をトリポード部材に圧入する前の状態を示し、（ａ）はトリポード部材の断面図、（ｂ）は中間軸の正面図である。 図３の中間軸をトリポード部材に圧入した後の状態を示す断面図である。 中実の中間軸をトリポード部材に圧入し、止め輪で抜け止めした状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、（ａ）は両端に中空部を有し、その先端に突起を設けた中実の中間軸を示す側面図、（ｂ）はその部分断面を含む正面図である。 図６の中間軸を内輪に圧入する前の状態を示し、（ａ）は内輪の断面図、（ｂ）は中間軸の部分断面を含む正面図である。 図７の中間軸を内輪に圧入する途中の状態を示す断面図である。 図８の中間軸を内輪に圧入した後の状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、両端に中空部を有し、その先端に突起を設けた中実の中間軸をトリポード部材に圧入する前の状態を示し、（ａ）はトリポード部材の断面図、（ｂ）は中間軸の部分断面を含む正面図である。 図１０の中間軸をトリポード部材に圧入する途中の状態を示す断面図である。 図１０の中間軸をトリポード部材に圧入した後の状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、両端に中空部を有する中実の中間軸を、ボス部を有する内輪に圧入する前の状態を示し、（ａ）は内輪の側面図、（ｂ）は内輪の正面図、（ｃ）は中間軸の部分断面を含む正面図である。 図１３の中間軸を内輪に圧入した後の状態を示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態で、両端に中空部を有し、その先端に突起を設けた中実の中間軸を、ボス部を有する内輪に圧入する前の状態を示し、（ａ）は内輪の正面図、（ｂ）は中間軸の部分断面を含む正面図である。 図１５の中間軸を内輪に圧入した後の状態を示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態で、中空の中間軸を内輪に圧入する前の状態を示し、（ａ）は内輪の断面図、（ｂ）は中間軸の断面図である。 図１７の中間軸を内輪に圧入した後の状態を示す部分断面図である。 先端にバックアップ部材を装着した中空の中間軸を内輪に圧入する前の状態を示し、（ａ）は内輪の断面図、（ｂ）は中間軸の断面図である。 先端に突起を設け、バックアップ部材を装着した中空の中間軸を内輪に圧入する前の状態を示し、（ａ）は内輪の断面図、（ｂ）は中間軸の断面図である。 本発明の他の実施形態で、外輪の軸部を中空の中間軸に圧入する前の状態を示し、（ａ）は外輪の断面図、（ｂ）は中間軸の断面図、（ｃ）は摺動型等速自在継手の外輪を示す断面図である。 図２１の外輪を中間軸に圧入した後の状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 中間軸
３ 内方部材（内輪）
４ 内方部材（トリポード部材）
７，８ スプライン
１３ 中間軸
１４ 中空部
１７ スリット
１８ 突起
２３ 中間軸
２４ 中空部
２５ スプライン
２６ ボス部
２７ 内方部材（内輪）
２８ 中間軸
２９ 中空部
３０ スリット
３１ 突起
３５ 円周溝
３２ スプライン
３３ ボス部
３４ 内方部材（内輪）
４５，４６ バックアップ部材
Ａ₁ 中間軸の外径
Ｂ₁ スプライン小径
Ｃ₁ スプライン大径

Claims (15)

1. 炭素繊維を含む複合材により成形された中間軸と、その中間軸の両端部の少なくとも一方に結合された等速自在継手とからなることを特徴とするドライブシャフト。
2. 前記等速自在継手は、内周面にスプラインが形成された内方部材を有し、前記中間軸の外径を内方部材のスプライン小径より大きく、かつ、スプライン大径より小さく設定して中間軸を内方部材に圧入した請求項１に記載のドライブシャフト。
3. 前記内方部材は、固定型等速自在継手の一部を構成する内輪である請求項１又は２に記載のドライブシャフト。
4. 前記内方部材は、摺動型等速自在継手の一部を構成するトリポード部材又は内輪である請求項１又は２に記載のドライブシャフト。
5. 前記中間軸は、中実部材からなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドライブシャフト。
6. 前記中間軸は、中空部材からなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドライブシャフト。
7. 前記中空部材からなる中間軸の両端部内径にバックアップ部材を嵌入させた請求項６に記載のドライブシャフト。
8. 前記中間軸は、両端部内径に中空部を有する中実部材からなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドライブシャフト。
9. 前記中間軸の両端中空部に軸方向に延びる複数のスリットを円周方向に配設し、そのスリット間に位置する両端部外径に、前記内方部材の端面に係止可能な突起を設けた請求項６又は８に記載のドライブシャフト。
10. 前記中間軸の外径に、圧入代を残したスプラインを形成した請求項１乃至９のいずれか一項に記載のドライブシャフト。
11. 前記中間軸の両端部のそれぞれに結合され、外周面にスプラインが形成されたボス部を持つ内方部材を有する等速自在継手を有し、前記中間軸の中空部内径を内方部材のボス部のスプライン小径より大きく、かつ、スプライン大径より小さく設定して中間軸を内方部材に圧入した請求項６又は８に記載のドライブシャフト。
12. 前記中間軸の両端部に軸方向に延びる複数のスリットを円周方向に配設し、そのスリット間に位置する両端部内径に突起を設けると共に、内方部材のボス部の付根部にスプライン大径よりも小さな径の円周溝を形成した請求項１１に記載のドライブシャフト。
13. 前記等速自在継手は、外周面にスプラインが形成された軸部を持つ外方部材を有し、前記中間軸の内径を外方部材の軸部のスプライン小径より大きく、かつ、スプライン大径より小さく設定して外方部材を中間軸に圧入した請求項６又は８に記載のドライブシャフト。
14. 前記中間軸の中空部の内径に、圧入代を残したスプラインを形成した請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のドライブシャフト。
15. 前記中間軸と内方部材または外方部材とのセレーション嵌合部分に接着材を介在させて固定した請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のドライブシャフト。

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