JP2006077889A

JP2006077889A - 動力伝達構造

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Publication number: JP2006077889A
Application number: JP2004262704A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sakurai; 勝弘櫻井; Akira Nakagawa; 亮中川
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: JP4846216B2

Abstract

【課題】スプラインの根元部への応力集中を緩和する。
【解決手段】固定型等速自在継手の内方部材３の内周に形成されたスプライン３ｄのトルク伝達用溝６，７をシャフト１の端面部Ａから根元部Ｂに向かって漸次広くし、シャフト１のトルク伝達用突起５を内方部材３の端面部Ａ側に圧入するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の動力伝達系に用いられる動力伝達構造に関し、特に等速自在継手を使用した動力伝達構造に関する。

例えば、自動車の動力伝達系において、減速装置（ディファレンシャル）から駆動輪に動力を伝達する動力伝達シャフトは、ドライブシャフト（駆動軸）と呼ばれることがある。特にＦＦ車に使用されるドライブシャフトでは、前輪操舵時に大きな作動角と等速性が要求され、また、懸架装置との関係で軸方向の変位を吸収する機能が要求されるので、その一端部をダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手等の摺動型等速自在継手を介して減速装置側に連結し、その他端部をバーフィールド型等速自在継手（ゼッパジョイントと呼ばれることもある。）等の固定側等速自在継手を介して駆動輪側に連結する機構が多く採用されている。

図８は、中空状の動力伝達シャフト１と、動力伝達シャフト１の一端部に連結された摺動型等速自在継手２と、動力伝達シャフト１の他端部に連結された固定型等速自在継手３とを備えた自動車の動力伝達機構を示している。

この動力伝達機構において、摺動型等速自在継手２は減速装置（ディファレンシャル）に連結され、固定型等速自在継手３は駆動輪側に連結される。動力伝達シャフト１の一端部は摺動型等速自在継手２の内方部材（トリポード部材）２ａに連結され、摺動型等速自在継手２の外方部材２ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ２ｃが固定される。

また、動力伝達シャフト１の他端部は固定型等速自在継手３の内方部材３ａに連結され、固定型等速自在継手３の外方部材３ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ３ｃが固定される。

シャフト１の他端部と固定型等速自在継手３の内方部材３ａとの連結は、例えば、図９に拡大して示すように、シャフト１の他端部外周に形成されたスプライン１ｂと、内方部材３ａの内周に形成されたスプライン３ｄとを相互に嵌合すると共に、シャフト１の一端部の軸端側に形成された止め輪溝１ａに止め輪４を装着し、シャフト１と内方部材３ａとの相対移動を軸方向に規制することにより行われる。同様に、シャフト１の一端部と摺動型等速自在継手２の内方部材２ａとの連結は、シャフト１の一端部外周に形成されたスプラインと、内方部材２ａの内周に形成されたスプラインとを相互に嵌合すると共に、シャフト１の一端部の軸端側に形成した止め輪溝１ａに止め輪を装着し、シャフト１と内方部材２ａとの相対移動を軸方向に規制することにより行われる。

また、下記の特許文献１では、スプライン嵌合に際し、シャフト側のスプラインに捩れ角を付与し、これを継手内方部材のスプラインに圧入することにより、スプライン嵌合部のガタを抑えると共に、シャフトのスプラインの反軸端側において、トルク負荷時の内方部材とシャフトのスプラインの歯面にかかる応力を圧入による応力により打ち消して最大応力を軽減している。

また、下記特許文献２では、シャフトのスプラインの根元部に応力がかかるのを防止するために、内輪に形成した溝を、端面部から根元部に直線状溝部と拡開状溝部を連続して形成し、シャフトのトルク伝達用突起が根元部側で溝と当らないように嵌合させる構造が示されている。
実公平６−３３２２０号公報特開２００３−３０７２３２号公報

従来のスプライン嵌合構造では、シャフトに捩りトルクが加わると、捩りの支点がシャフトのスプラインの根元部になるため、スプラインの根元部に応力が集中する傾向がある。特に、特許文献１のように、スプライン嵌合部のガタを抑えるために、シャフト側のスプラインに捩れ角を付与した構造では、スプラインの根元部への応力集中がさらに顕著になる。

さらに特許文献２のように根元部でのトルク伝達用突起と溝との当接位置を、根元部から端面部側へずらしたものにおいては、突起と溝の当接位置に応力が集中することになり応力を分散したものにはならなかった。

本発明の課題は、スプラインの根元部への応力集中を緩和し、シャフトと継手内方部材の強度を高めた動力伝達構造を提供することである。

本発明の他の課題は、従来構造と同等以上の強度を確保しつつ、シャフトと継手内方部材のサイズダウンを図り、動力伝達構造の軽量コンパクト化を図ることである。

上記課題を解決するため、本発明は、端部に軸方向に平行に延びた複数のトルク伝達用突起を有するシャフトと、内面に軸方向に延びた複数のトルク伝達用溝を有する等速ジョイントの内方部材とからなり、前記内方部材のトルク伝達用溝の幅を前記トルク伝達用突起の端面側に位置する端面部から、前記トルク伝達用突起の根元部側に位置する根元部に向かって漸次広くし、前記トルク伝達用突起とトルク伝達用溝の端面部とを圧入したものである。

また、本発明は、端部に軸方向に平行に延びた複数のトルク伝達用突起を有するシャフトと、内面に前記シャフトの軸方向に延びた複数のトルク伝達用溝を有する等速ジョイントの内方部材とからなり、前記内方部材のトルク伝達用溝の幅を前記トルク伝達用突起の端面側に位置する端面部から、前記トルク伝達用突起の根元部側に位置する根元部に向かって所定の軸方向領域で漸次広くし、その後一定同幅とするとともに前記トルク伝達用突起とトルク伝達用溝の端面部とを圧入したものである。

したがって、シャフトの根元部側はトルク伝達用溝の幅が広くなっているのでシャフトと内方部材の当接点が端面部側になるとともに、端面部側でトルク伝達用突起とトルク伝達用溝の圧入部が拘束部になって、シャフトに捩りトルクが負荷されたときの捩りの支点が、シャフトの根元部側と拘束部にして負荷の分散がはかれる。また、端面部側でトルク伝達用突起とトルク伝達用溝の圧入部が拘束部になっているので、スプライン結合部でのガタがない

本発明によれば、シャフトに捩りトルクが負荷されたときの捩りの支点が、シャフトの根元部側と拘束部とになるので、応力集中が従来構造に比べて緩和される。これにより、シャフトと継手内方部材の強度が向上する。また、端面部側に拘束部がありスプライン結合部でのガタがないので、シャフトの回転運動が確実に伝達される。

また、従来構造と同等以上の強度を確保しつつ、シャフトと継手内部方部材のサイズダウンを図り、動力伝達構造の軽量コンパクト化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、以下で説明する実施の形態は、図８に示す自動車の動力伝達機構において、シャフト１の他端部と固定型等速自在継手３の内方部材３ａとの間に設けられる動力伝達構造に関するものであるが、シャフト１の一端部と摺動型等速自在継手２の内方部材２ａとの間に設けられる動力伝達構造にも同様に適用することができる。また、図８、９に示す従来構造の部材又は部分については同一符号を付与してその詳細な説明を省略する。

図１〜図５は本発明の実施の形態１を示す。図１はシャフト１の端面に形成されたスプライン１ｂと、内方部材３ａの内面に形成されたスプライン３ｄの圧入状態を示す縦断面図で、図中左側がシャフト１の根元部Ｂの側（シャフトの中央側）、右側がシャフト１の端面部Ａの側を示している。図２は図１の圧入状態を示すシャフト１の端面と内方部材３ａの内面の展開図で、シャフト１のスプライン１ｂのトルク伝達用突起５は内方部材３ａのスプライン３ｄのトルク伝達用溝６に端面部側で寸法Ｌ４の長さ圧入している。

図３はシャフト１の端面部に形成されたスプライン１ｂの展開図で、前記トルク伝達用突起５は軸線方向に平行でストレートに一定幅Ｌ１で複数形成されている。
また、図４は内方部材３ａの内面に形成されたスプラインの展開図で、トルク伝達用溝６は、端面部Ａから根元部Ｂに向かって幅が漸次広がって形成されている。この広がりは直線上に広がって形成されている。

そして、トルク伝達用溝６の端面部Ａ側の幅をＬ２、根元部Ｂ側の幅Ｌ３としたときに、以下の条件を成り立たせている。

Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ３
なお、Ｌ１とＬ２の関係は圧入できる寸法であればよい。また、Ｌ２＜Ｌ３により漸次広がる角度が決まってくるが、この角度が大きいと根元部でトルク伝達用突起５とトルク伝達用溝６の当接がしにくくなるので、Ｌ１＜Ｌ３の関係で従来のスプライン嵌合される寸法と同じにして、その範囲内でＬ２、Ｌ３の寸法を決めればよい。また、Ｌ２＜Ｌ３により圧入される長さＬ４が決まってくる。

前記トルク伝達用突起５およびトルク伝達用溝６の断面はともに台形状（図示せず）である。また、スプライン１ｂ，３ｄはプレス加工または転造加工にて形成されている。

このようなものにおいて、シャフト１が回転すると、シャフト１のトルク伝達用突起５と内方部材３ａのトルク伝達用溝６は、始めにシャフト１の端面部Ａ側で圧入されているため一体となって内方部材を回転させようとする。しかし、シャフト１の捩りトルクにより漸次広がっている面にシャフト１のトルク伝達用突起５が当接して根元部Ｂ側にもトルクが伝わり内方部材３ａを回転させる。

すなわち、端面部側でトルク伝達用突起５とトルク伝達用溝６の圧入部が拘束部になっているので、スプライン結合部でのガタがないとともに、シャフト１に捩りトルクが負荷されたとき圧入部長さＬ４がシャフト１と内方部材３ａの拘束部となって、捩りの支点が拘束部と根元部に分散され負荷が軽減される。したがって、従来のように根元部Ｂにトルクが集中しない。

このシャフト１のスプライン１ｂにかかる応力状態を見てみると、図５の実線で示すように、図９に示す従来構造では、スプライン１ｂの根元部Ｂと端面部Ａとで応力差が大きく、根元部Ｂへの応力集中が認められたが、実施の形態１（本発明：破線）では、根元部Ｂでの応力が減少する一方、端面部Ａでの応力が増大し、従来構造に比べて、根元部Ｂと端面部Ａとで応力が均一化され、根元部Ｂへの応力集中が緩和されていた。これは、上記のように、捩りの支点が、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ｂと圧入部の２箇所に増えたことにより、シャフト１にかかる応力が分散されたためである。

上記のように、シャフト１のスプライン１ｂの根元部Ｂへの応力集中が緩和される結果、シャフト１の強度は向上する。また、内方部材３のスプライン３ｄについても根元部Ｂへの応力集中が緩和される結果、内方部材３の強度は向上する。また、シャフト１と内方部材３の強度を従来品と同等以上に確保した場合、シャフト１と内方部材３をサイズダウンして、軽量コンパクト化を図ることができる。

また、スプライン嵌合のガタを防止するためにあらかじめシャフトのトルク伝達用突起に捩れ角を付与する従来構造においては、根元部でトルク伝達用突起とトルク伝達用溝が当接しているので根元部により応力集中が発生するが、本実施の形態では端面側のみでトルク伝達用突起とトルク伝達用溝を圧入するため根元部での応力集中の発生がなくガタ詰めを提供できるものである。

さらに従来の捩れを与えた仕様は、根元部でトルク伝達用突起とトルク伝達用溝が当接するだけであるのに対して、トルク伝達用溝またはトルク伝達用突起に捩れ角を与えると、トルク伝達用突起の両サイドで締め代がとれるため、片側の締め代は従来に比較して１／２でよい。このことにより、従来の捩れ角が付いたトルク伝達用突起との締め代と同じにした場合、圧入力を小さくすることができ、従来品よりも安定した加工で制作することができる。また、同様な圧力とした場合では締め代を２倍確保できるため、従来品より更なるガタ詰め仕様が提供できる。

次に実施の形態２を図６〜図７を参考に説明する。

シャフト１の端面に形成したスプライン１ｂのトルク伝達用突起５は実施の形態１と同じものを用いているので、その詳細は省略する。

図６はシャフト１の端面に形成したスプライン１ｂのトルク伝達用突起５と内方部材３ａの内面に形成されたスプライン３ｄのトルク伝達用溝７の圧入状況を説明する展開図である。図中左側が根元部Ｂ（シャフト１の中央側）側で、右側がシャフトの端面部Ａ側である。

図７は内方部材３ａのスプライン３ｄの展開図である。実施の形態１と異なる点はトルク伝達用溝７の形状である。すなわち、実施の形態２においては、内方部材３ａのトルク伝達用溝７の幅を前記トルク伝達用突起の根元部Ｂ側に位置する根元部に向かって所定の軸方向領域で漸次広くし、その後一定幅Ｌ５に形成している。

そして、トルク伝達用突起の幅Ｌ１に対して、トルク伝達用溝７の端面部の幅Ｌ２及び広い幅Ｌ５の関係を以下の用にしている。

Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ５
なお、Ｌ１とＬ２の関係は圧入できる寸法であればよい。また、Ｌ２＜Ｌ５により漸次広がる角度が決まってくるが、この角度が大きいと根元部でトルク伝達用突起５とトルク伝達用溝７の当接がしにくくなるので、Ｌ１＜Ｌ５の関係で従来のスプライン嵌合される寸法と同じにして、その範囲内でＬ２、Ｌ５の寸法を決めればよい。また、Ｌ２＜Ｌ５により圧入される長さＬ６が決まってくる。

前記トルク伝達用突起５およびトルク伝達用溝７の断面は、ともに台形状（図示せず）である。また、スプライン１ｂ，３ｄはプレス加工または転造加工にて形成されている。

このようなものにおいて、シャフト１が回転すると、シャフト１のトルク伝達用突起５と内方部材３ａのトルク伝達用溝７は、始めにシャフト１の端面部Ａ側で圧入されているため一体となって内方部材３ａを回転させようとする。しかし、シャフト１の捩りトルクにより漸次広がっている面にシャフト１のトルク伝達用突起５が当接して根元部Ｂ側にもトルクが伝わり内方部材３ａを回転させる。このときＬ１＜Ｌ５の寸法を従来のスプライン嵌合と同じ寸法にすることにより根元部Ｂに近い点での当接が行われる。

すなわち、シャフト１に捩りトルクが負荷されたとき圧入部長さＬ６がシャフト１と内方部材３ａの拘束部となって、捩りの支点が拘束部と根元部に分散され負荷が軽減される。したがって、従来のように根元部Ｂにトルクが集中しない。

また、実施の形態１に比べて根元部Ｂ側での当接が確実に行われるので、スプライン幅全体で二点支持を行うようになり応力の分散が確実に行われる。

また、スプライン嵌合のガタを防止するためにあらかじめシャフトのトルク伝達用突起に捩れ角を付与する従来構造においては、根元部でトルク伝達用突起とトルク伝達用溝が当接しているので根元部に応力集中が発生するが、本実施の形態では端面側のみでトルク伝達用突起とトルク伝達用溝を圧入するため根元部での応力集中の発生がなくガタ詰めを提供できるものである。

実施の形態１を示すスプライン結合を示す断面図である。図１のスプライン結合の展開図である。図１のシャフトのスプラインの展開図である。図１の内方部材のスプラインの展開図である。図１のスプラインにかかる応力状態を示す特性図である。実施の形態２を示すスプライン結合の展開図である。図６の内方部材のスプラインの展開図である。自動車の動力伝達系を示す図である。従来の動力伝達構造を示す一部断面図である。

符号の説明

１動力伝達シャフト
３ａ内方部材
１ｂ，３ｄスプライン
５トルク伝達用突起
６，７トルク伝達用溝
Ａ端面部
Ｂ根元部

Claims

端部に軸方向に平行に延びた複数のトルク伝達用突起を有するシャフトと、内面に軸方向に延びた複数のトルク伝達用溝を有する等速ジョイントの内方部材とからなり、前記内方部材のトルク伝達用溝の幅を前記トルク伝達用突起の端面側に位置する端面部から、前記トルク伝達用突起の根元部側に位置する根元部に向かって漸次広くし、前記トルク伝達用突起とトルク伝達用溝との端面部側を圧入したことを特徴とする動力伝達構造。
前記トルク伝達用溝の幅はシャフトの端面部から根元部に向かって直線的に広くしたことを特徴とする請求項１記載の動力伝達構造。
前記トルク伝達用突起の幅Ｌ１に対して、トルク伝達用溝の端面部の幅Ｌ２と根元部の幅Ｌ３との関係を
Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ３
にしたことを特徴とする請求項１または２記載の動力伝達構造。
端部に軸方向に平行に延びた複数のトルク伝達用突起を有するシャフトと、内面に軸方向に延びた複数のトルク伝達用溝を有する等速ジョイントの内方部材とからなり、前記内方部材のトルク伝達用溝の幅を前記トルク伝達用突起の端面側に位置する端面部から、前記トルク伝達用突起の根元部側に位置する根元部に向かって所定の軸方向領域で漸次広くし、その後一定幅とするとともに、前記トルク伝達用突起とトルク伝達用溝との端面部を圧入したことを特徴とする動力伝達構造。
前記トルク伝達用突起の幅Ｌ１に対して、トルク伝達用溝の端面部の幅Ｌ２と一定幅Ｌ５との関係を
Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ５
にしたことを特徴とする請求項４記載の動力伝達構造
前記トルク伝達用溝をプレス加工で形成したことを特徴とする請求項１または請求項４記載の動力伝達構造。