JP2006064061A - 中空状動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】 強度と、回転時の振れ特性に優れた中空状動力伝達シャフトを提供すること。
【解決手段】 回転を伴う絞り加工を素管に施して、軸方向中間部を大径部１ａに形成すると共に、大径部１ａよりも軸方向両側をそれぞれ小径部１ｂに形成した中空状動力伝達シャフト１であって、上記絞り加工の際に外周面に形成される加工痕Ｔを機械加工によって除去したものである。このように加工痕Ｔを除去しておくと、熱処理を施しても、硬度が局所的に高くなる部位が外周面に存在しなくなる。そのため、中空状動力伝達シャフト１の強度が安定しかつ向上する。特に、肉厚の小さい大径部１ａにおいて効果が大である。また、所要強度を確保するために、肉厚を必要以上に厚くしなくても良いので、中空状動力伝達シャフト１の軽量化にも寄与する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車のドライブシャフト（駆動軸）やプロペラシャフト（推進軸）などの動力伝達系を構成する中空状動力伝達シャフトに関するものである。

図１は、自動車の動力伝達系の一例を示している。同図において、符号１はドライブシャフトで、その一端部は摺動型等速自在継手２を介して図示しない減速装置（ディファレンシャル）に連結され、他端部は固定型等速自在継手３を介して図示しない駆動輪側に連結される。ドライブシャフト１の一端部は、摺動型等速自在継手２のトリポード部材２ａにスプライン連結され、摺動型等速自在継手２の外輪２ｂの端部外周とドライブシャフト１の外周にブーツ２ｃがそれぞれ固定されている。また、ドライブシャフト１の他端部は、固定型等速自在継手３の内輪３ａにスプライン連結され、固定型等速自在継手３の外輪３ｂの端部外周とドライブシャフト１の外周にブーツ３ｃがそれぞれ固定されている。尚、同図には、摺動型等速自在継手２としてトリポード型等速自在継手が例示され、固定型等速自在継手３としてバーフィールド型等速自在継手が例示されているが、他の型式の等速自在継手が用いられる場合もある。

上記のドライブシャフト１のような動力伝達シャフトは、従来、また現在においても、中実シャフトが多く使用されているが、自動車の軽量化、シャフトの剛性増大による機能向上、曲げ一次固有振動数のチューニング最適化による車室内の静粛性向上等の観点から、近時では、中空シャフト化の要望が増えてきている。このような、動力伝達シャフトは、例えば、下記の特許文献１、２に記載されている。

この種の中空状動力伝達シャフトは、素管に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部、軸方向両側にそれぞれ小径部を有する形態に成形する場合が多い。絞り加工としては、例えば、素管及び／又はダイスを回転させながら、素管を高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工（ロータリースウェージング）が採用される。このような絞り加工は、素管の軸方向全域に対して施す場合もあるし、素管の軸方向両側部にのみ施す場合もある。

特開平１１−１０１２５９号公報 特開２００１―２０８０３７号公報

ところで、ロータリースウェージングのように、素管とダイスとが回転を伴いながら軸方向に相対移動する絞り加工では、成形後、中空状動力伝達シャフトの外周面に螺旋状の加工痕が形成される。この加工痕は、ダイスが素管の外周面を直径方向に打撃しながら軸方向に相対移動することによって不可避的に形成される突条である。

通常、自動車の動力伝達系に使用される中空状動力伝達シャフトは、その強度を高めるために高周波焼入れ等の熱処理が施される。上記のような加工痕が形成された中空状動力伝達シャフトに熱処理を施すと、加工痕の形成部位の突条に焼きが強く入り、熱処理後の硬度が他の部位よりも高くなる。そのため、中空状動力伝達シャフトがねじり応力を受けた際に、この加工痕の形成部位に応力が集中し、強度低下の起点となる場合がある。特に、軸方向中間部の大径部は軸方向両側の小径部よりも肉厚が小さくなるため、特に大径部に対する強度上の影響が大きい。

また、この種の中空状動力伝達シャフトは、軸方向中間部の大径部において、回転時の振れが大きくなることがある。このような大径部の振れは、通常、外周面の側から荷重をかけて矯正するが、この場合、大径部の肉厚が他の部位に比べて小さくなっているため、荷重がかかる外周面と反対側の内周面に引張応力が発生し、あるいは、割れが発生する可能性がある。

本発明は斯かる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、強度と、回転時の振れ特性に優れた中空状動力伝達シャフトを提供することにある。

本発明に係る中空状動力伝達シャフトは、上記課題を解決するため、回転を伴う絞り加工を素管に施して、軸方向中間部を大径部に形成すると共に、大径部よりも軸方向両側をそれぞれ小径部に形成した中空状動力伝達シャフトにおいて、上記絞り加工の際に外周面に形成される加工痕が機械加工によって除去されていることを特徴としている。この機械加工は、少なくとも大径部の外周面に対して施せばよい。

このように、絞り加工の際に外周面に形成される加工痕を機械加工によって除去しておくと、熱処理を施しても、硬度が局所的に高くなる部位が外周面に存在しなくなる。そのため、中空状動力伝達シャフトの強度が安定しかつ向上する。特に、肉厚の小さい大径部において効果が大である。また、所要強度を確保するために、肉厚を必要以上に厚くしなくても良いので、中空状動力伝達シャフトの軽量化にも寄与する。

上記の機械加工としては、精密研磨加工の一種であるバニッシング加工を採用することができる。バニッシング加工は、硬い工具にワークの表面を押し付けつつ滑らせることで、ワークの表面を塑性変形させて平滑にする加工である。また、バニッシング加工を施した外周面には残留圧縮応力が生成されるので、強度向上にも有利である。さらに、バニッシング加工では、加工痕を除去すると同時に振れ矯正をすることも可能である。

バニッシング加工は、中空状動力伝達シャフトの熱処理前に施しても良いし、熱処理後に施しても良い。バニッシング加工を熱処理後に施した場合、外周面の圧縮残留応力を７００ＭＰａ以上として、強度の一層の向上を図ることができる。

本発明によれば、強度と回転時の振れ特性に優れた中空状動力伝達シャフトを提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る中空状動力伝達シャフトの一実施形態について説明する。

図２は、例えば、図１に示す自動車の動力伝達系において、ドライブシャフトとして使用される中空状動力伝達シャフト１の一例を示している。この動力伝達シャフト１は、軸方向の全域に亘って中空状をなし、軸方向中間部に大径部１ａを有し、大径部１ａの両側にそれぞれ小径部１ｂを有している。大径部１ａと小径部１ｂは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部１ｃを介して連続している。小径部１ｂは、等速自在継手（２、３）との連結に供される端部側の連結部１ｄと、ブーツ（２ｃ、３ｃ）が固定される軸方向中間部側のブーツ固定部１ｅとを有している。連結部１ｄには、等速自在継手（２、３）にスプライン連結されるスプライン１ｄ１と、等速自在継手（２、３）に対する軸方向抜け止め用の止め輪を装着するための止め輪溝１ｄ２が形成されている。ブーツ固定部１ｅには、ブーツ（２ｃ、３ｃ）の小径端部の内周を嵌合するための嵌合溝１ｅ１が形成されている。

また、この動力伝達シャフト１は、止め輪溝１ｄ２の近傍から軸端に至る一部領域を除く、軸方向のほぼ全域に亘って、焼入れ処理による硬化層を有している。この硬化層は、外周面から所定深さの領域（又は全深さの領域）に形成されている。

上記構成の動力伝達シャフト１は、例えば、素管にロータリースウェージング加工を施して、軸方向中間部に大径部１ａ、軸方向両側部に小径部１ｂを有する形態に成形し、さらに所要の機械加工（スプライン１ｄ１のプレス加工や転造加工等）を施した後、高周波焼き入れ等の焼入れ処理を施し、その後、大径部１ａの外周面にバニッシング加工を施こすことによって製造される。

上述のように、素管にロータリースウェージング加工を施すと、成形後の動力伝達シャフトの外周面には螺旋状の加工痕が形成される。この実施形態では、焼入れ処理後に、動力伝達シャフト１の外周面、具体的には、図２のＡ部の拡大図に模式的に示すように、
大径部１ａの外周面１ｆにバニッシング加工を施こすことによって上記の加工痕Ｔを除去し、大径部１ａの外周面１ｆを平滑に仕上げている。このように、ロータリースウェージング加工の際に、大径部１ａの外周面に形成される加工痕Ｔをバニッシング加工によって除去しておくと、熱処理を施しても、硬度が局所的に高くなる部位が外周面１ｆに存在しなくなる。そのため、動力伝達シャフト１の強度が安定しかつ向上する。また、所要強度を確保するために、大径部１ａの肉厚を必要以上に厚くしなくても良いので、動力伝達シャフト１の軽量化にも寄与する。

また、この実施形態では、焼入れ処理後に上記のバニッシング加工を施すことによって、大径部１ａの外周面１ｆの表層部に７００ＭＰａ以上の圧縮残留応力を生成させている。これにより、動力伝達シャフト１の強度がより一層向上する。

さらに、この実施形態では、上記のバニッシング加工により、大径部１ａの外周面１ｆの加工痕Ｔを除去すると同時に、大径部１ａの外周面１ｆの振れ矯正も行っている。これにより、大径部１ａの振れに関する不良率を低減することができ、また、振れ矯正と加工痕Ｔの除去とを同時加工で行うことによって、生産性を高めることができる。

以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば上記実施形態では、大径部１ａの外周面１ｆにのみバニッシング加工を施している、大径部１ａに加え，小径部１ｂ、さらにはテーパー部１ｃの外周面にバニッシング加工を施しても良い。

自動車の動力伝達系を示す図である。 実施形態に係る中空状動力伝達シャフトを例示する断面図である。

符号の説明

１ 中空状動力伝達シャフト
１ａ 大径部
１ｂ 小径部
１ｃ テーパー部
１ｄ 連結部
１ｅ ブーツ固定部
１ｆ 加工痕の周辺部
Ｔ 加工痕

Claims (4)

1. 回転を伴う絞り加工を素管に施して、軸方向中間部を大径部に形成すると共に、大径部よりも軸方向両側をそれぞれ小径部に形成した中空状動力伝達シャフトにおいて、上記絞り加工の際に外周面に形成される加工痕が機械加工によって除去されていることを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
2. 上記機械加工がバニッシング加工であることを特徴とする請求項１に記載の中空状動力伝達シャフト。
3. 上記バニッシング加工により、加工痕の除去に加え、振れ矯正がなされていることを特徴とする請求項２に記載の中空状動力伝達シャフト。
4. 外周面の圧縮残留応力が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項２に記載の中空状動力伝達シャフト。

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