JP2006090518A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車の動力伝達装置において、等速自在継手とシャフトの常用作動角を大き取ることがあったが、等速自在継手の内方部材と継手外方部材と接する摺動部の摩擦熱が著しく高くなり、従来の構造では放熱仕切れないものであった。
【解決手段】 ハブ輪１６と等速自在継手のステム部２４とをトルク伝達手段で嵌合した動力伝達装置であって、前記等速自在継手の内方部材３０に連結された動力伝達シャフト（ドライブシャフト）１５とステム部２４に軸受で発生した熱を逃がす中空部２９，３５を設けるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、等速自在継手とその内方部材に連結された動力伝達シャフトとを備えた動力伝達装置に関するもので、例えば、自動車の動力伝達系を構成するドライブシャフト（駆動軸）や駆動輪用車軸軸受ユニット、あるいは、プロペラシャフト（推進軸）に適用することができる。

等速自在継手は自動車の動力伝達系を構成するドライブシャフト（駆動軸）やプロペラシャフト（推進軸）に多く採用されており、通常、動力伝達シャフトの一端側に角度変位を吸収する固定型等速自在継手を連結し、他端側に角度変位及び軸方向変位を吸収する摺動形等速自在継手を連結して動力伝達装置を構成している。

ドライブシャフトの駆動輪側（アウトボード側）には、バーフィールド型等速自在継手等の固定型等速自在継手が使用され、近時では、この固定型等速自在継手とハブ輪及び車軸軸受とをモジュール化して、車軸軸受ユニット（いわゆる第４世代車軸軸受ユニット）として構成する場合が増えてきている（例えば、特許文献１）。

また、プロペラシャフトは、いわゆるＦＲ車や、ＦＲベースの４ＷＤ車に使用されているが、プロペラシャフトに用いられる動力伝達シャフトは、一般に、中空状の中間シャフトと、この中間シャフトの軸端部に摩擦圧接等で接合された中実状のスタブシャフトとで構成される（例えば、特許文献２、３）。
特開２００２−１９４１１号公報 特開２００２−３３１８４２号公報 特開２００１−３４７８４５号公報

一般に、この種の等速自在継手が作動角を取りつつトルクを伝達する際、その内部に組み込まれたトルク伝達部材（ボールやローラ等）は回転方向の位相変化に伴いトラック上を軸方向に往復移動する動きを繰り返し、その際の部品間接触部の摩擦熱等によって継手内部に発熱が生じる。この内部発熱量は、等速自在継手の作動角が大きくなるほど、また、回転速度が高くなるほど多くなる。

例えば、近時の自動車はＳＵＶ（Sports Utility Vehicle）の進展等に伴って、等速自在継手と動力伝達シャフトとの常用作動角が大きくなり、また、エンジンの回転数も常時使用範囲が高回転化してきている。そのため、等速自在継手の内部発熱がますます増大する傾向にある。

さらに、第４世代車軸軸受ユニットでは、上記のような事状に加え、車軸軸受の複列の内側軌道面のうち片側の内側軌道面が等速自在継手の外方部材の外周に直接形成されているため、車軸軸受の内部発熱が外方部材を介して等速自在継手の内部に流入しやすく、発熱に対してはより厳しい状況がある。

現在、等速自在継手の内部発熱対策として、高価な耐熱性グリースや耐熱性ブーツを用いる場合もあるが、コスト面で有利とはいえない。

また、特許文献１では、第４世代車軸軸受ユニットの発熱対策として、等速自在継手の外方部材のステム部を中空状に形成すると共に、この中空状ステム部の内周に複数の放熱用凸部を設けている。しかしながら、このような構成では、部品構造が複雑化し、製造コストの増大につながる。

そこで、本発明は、等速自在継手の内部発熱を比較的簡易な構造で効率よく抑制することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、等速自在継手と、この等速自在継手の内方部材に連結された動力伝達シャフトとを備えた動力伝達装置において、等速自在継手と動力伝達シャフトとの常用作動角が７°以上であり、かつ、伝達シャフトに放熱用の中空部が設けられている構成を提供する。この発明の動力伝達装置は、特に自動車のドライブシャフトに好適であり、等速自在継手が常用作動角７°以上でトルクを伝達する際に発生する内部発熱が、動力伝達シャフトに設けられた中空部に放熱されるため、内部発熱が効率的に抑制される。

また、本発明は、車輪取付けフランジを有するハブ輪と、ハブ輪の内周側に配設された等速自在継手と、ハブ輪の外周側に配設された複列の車軸軸受と、等速自在継手の内方部材に連結された動力伝達シャフトとを備えた車軸軸受ユニットにおいて、動力伝達シャフトに放熱用の中空部が設けられている構成を提供する。この発明の車軸軸受ユニットには、車軸軸受の複列の内側軌道面のうち一方をハブ輪の外周に形成し、他方をハブ輪の外周に装着した軸受内輪に形成した構成（いわゆる第３世代車軸軸受ユニット）、車軸軸受の複列の内側軌道面のうち一方をハブ輪の外周に形成し、他方を等速自在継手の外方部材の外周に直接形成した構成（いわゆる第４世代車軸軸受ユニット）が含まれる。この種の車軸軸受ユニットでは、等速自在継手自身で発生する熱に加え、車軸軸受等から等速自在継手の内部に流入する熱もあるが、これらの内部発熱が動力伝達シャフトに設けられた中空部に放熱されるため、内部発熱が効率的に抑制される。特に第４世代車軸軸受ユニットでは、車軸軸受の内部発熱が外方部材を介して等速自在継手の内部に流入しやすい構造になっているため、この発明の効果は顕著である。

また、本発明は、等速自在継手と、この速自在継手の内方部材に連結された動力伝達シャフトとを備えたプロペラシャフトにおいて、動力伝達シャフトは、中空部を有すると共に、この中空部が軸端側に通じるように形成されている構成を提供する。動力伝達シャフトは、中空部が軸端側に通じるように形成されているため、等速自在継手の内部発熱が、動力伝達シャフトに設けられた中空部に効率よく放熱される。

上記構成において、プロペラシャフトを構成する動力伝達シャフトは、軸方向の全長に亘って中空状をなす一体型のものであっても良い。あるいは、動力伝達シャフトは、中空状の中間シャフトと、この中間シャフトの軸端部に接合されたスタブシャフトとで構成され、スタブシャフトに、中間シャフトの中空部に通じる軸方向の貫通孔を設けたものであっても良い。

本発明によれば、等速自在継手の内部発熱を比較的簡易な構造で効率よく抑制することができ、等速自在継手を用いた動力伝達装置、特に自動車のドライブシャフトや車軸軸受ユニット、プロペラシャフトのコスト上昇を抑えつつ耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、四輪駆動車の動力伝達装置の概念図である。図２は、図１のドライブシャフト（駆動軸）の縦断面図である。

図１において、例えばＦＲ車ベースの四輪駆動車１は、エンジン２と、トランスミッション３と、トランスファー４とが一体になったパワーユニットを備えている。

トランスファー４と後部ディファレンシャル５との間には後部第一継手６と後部第二継手７とを介して動力伝達シャフト（後部プロペラシャフト）８が設けられている。

また、トランスファー４と前部ディファレンシャル９の間には前部第一継手１０と前部第二継手１１を介して動力伝達シャフト（前部プロペラシャフト）１２が設けられている。

前部ディファレンシャル９側に摺動型等速自在継手１３を、前輪ＦＴ側に固定型等速自在継手１４を設けて、両継手１３、１４間を動力伝達シャフト（ドライブシャフト）１５で連結している。

また、後部ディファレンシャル５側に摺動型等速自在継手１３を、後輪ＲＴ側に固定型等速自在継手１４を設けて、両継手１３、１４間を動力伝達シャフト（ドライブシャフト）１５で連結している。

そして、前輪ＦＴ並びに後輪ＲＴは、それぞれ固定型等速自在継手１４と後述するハブ輪１６を介して連結されている。

図２は、前輪ＦＴ側のドライブシャフト（１５）を示している。尚、後輪ＲＴ側のドライブシャフト（１５）も前輪ＦＴ側と同様の構成であるので、後輪ＲＴ側については説明を省略する。この実施形態において、固定型等速自在継手１４とハブ輪１６及び車軸軸受１９とはモジュール化され、車軸軸受ユニット（いわゆる第４世代車軸軸受ユニット）として構成されている。ハブ輪１６は、前輪ＦＴ（車輪ホイール）（図示せず）を固定するためのハブボルト１７を円周方向等間隔位置に取付けた車輪取付けフランジ１８を有する。

車軸軸受１９は、複列の外側軌道面２０ａ，２０ｂを備えた軸受外輪２１と、複列の内側軌道面２２ａ，２２ｂと、複列の転動体２３ａ，２３ｂとを備えている。複列の内側軌道面２２ａ，２２ｂのうちの一方２２ａはハブ輪１６の外周面に直接形成され、他方２２ｂは固定型等速自在継手１４の外方部材２７の外周面に直接形成されている。また、軸受外輪２１は、自動車の車体（図示せず）に固定するためのフランジ２５を備えている。

固定型等速自在継手（例えば、バーフィールド型等速自在継手）１４の外方部材２７は、外観が概ね椀状のカップ部２６と、このカップ部２６と一体に形成されたステム部２４とで構成し、ステム部２４をハブ輪１６の内周部に結合している。また、ステム部２４の内周は、中空部２９になっている。

カップ部２６の内部には、内方部材３０、トルク伝達用ボール３１、保持器３２が組み込まれている。また、カップ部２６の内周部には曲線状のトラック溝３３が軸方向に形成されている。

また、内方部材３０の外周部には曲線状のトラック溝３４が軸方向に形成されている。そして、両トラック溝３３，３４間にトルク伝達用ボール３１を組み込んでいる。なお、保持器３２はカップ部２６の内周部と内方部材３０の外周部との間に介在してトルク伝達用ボール３１を保持するようになっている。

ドライブシャフトを構成する動力伝達シャフト１５は、例えば、鋼材からなる素管にスウェージング加工等の塑性加工を施して所定形状に成形した後、その端部外周にそれぞれスプライン３６ａ，３６ｂをプレス加工や転造加工等によって成形し、その後、熱処理を施して製造したものである。

この動力伝達シャフト１５の内周部には、軸方向の全長に亘って中空部３５が存在している。この中空部３５は、動力伝達シャフト１５の両軸端で開口するように形成されている。

また、この実施形態では、動力伝達シャフト１５を形成する素管の材質として、Ｃの含有量が０．３５以下の鋼材を用い、熱処理として焼き入れのみを行い、焼き戻しを省略している。この焼き戻しをしない理由は、Ｃが０．３５以下の鋼材の場合、焼き入れしても硬度があまり高くならないため、組織的、内部応力的に不安定になり、置き割れ等の心配がないからである。焼き戻し工程を省略することにより、焼き入れ時の硬度を維持することができるため、焼き戻しをした動力伝達シャフトに比べて高強度になる。また、焼き戻し工程を省略することにより、熱処理に要する時間が短縮されるので、製造コストの低減にもつながる。
動力伝達シャフト１５の一方の端部外周に形成されたスプライン３６ａは、固定型等速自在継手１４の内方部材３０の内周部に形成されたスプライン３８とスプライン嵌合される。

そして、カップ部２６の外周と動力伝達シャフト１５の外周にブーツ３７の端部をブーツバンド３９ａ，３９ｂで固定している。

摺動型等速自在継手（例えば、ダブルオフセット型等速自在継手）１３の外方部材４０は、外観が概ね椀状のカップ部４１と、カップ部４１と一体に形成されたステム部４２とで構成している。

カップ部４１の内部には、内方部材４３、トルク伝達用ボール４４、保持器４５が組み込まれている。また、カップ部４１の内周部には、直線状のトラック溝４６が軸方向に形成されている。

また、内方部材４３の外周部には、直線状のトラック溝４７が軸方向に形成されている。そして、両トラック溝４６，４７間にトルク伝達用ボール４４を組み込んでいる。なお、保持器４５はカップ部４１の内周部と内方部材４３の外周部との間に介在してトルク伝達用ボール４４を保持するようになっている。

動力伝達シャフト１５の端部外周に形成したスプライン３６ｂは、摺動型等速自在継手１３の内方部材４３の内周部に形成したスプライン４８にスプライン嵌合させている。

そして、カップ部４１の外周とシャフト１５の外周にブーツ４９の端部をブーツバンド５０ａ，５０ｂで固定している。

上記構成のドライブシャフトにおいて、固定型等速継手１４、摺動型等速継手１３と動力シャフト１５との常用作動角は７°以上である。このように、常用作動角が７°以上で運転されるドライブシャフトでは、固定型等速継手１４及び摺動型等速継手１３の内部発熱が多くなる傾向にあるが、この実施形態では、ドライブシャフトを構成する動力伝達シャフト１５が軸方向の全長に亘って中空部３５を有するように構成されており、固定型等速継手１４及び摺動型等速継手１３の内部発熱が動力伝達シャフト１５の中空部３５に放熱されるため、継手内部での温度上昇が抑制され、固定型等速継手１４及び摺動型等速継手１３の耐久性が向上する。また、固定型等速自在継手１４を含む車軸軸受ユニットにおいては、固定型等速継手１４の内部での温度上昇が抑制される結果、その外周側に配設された車軸軸受１９の耐久性も向上する。

図３は、動力伝達シャフト８、後部第一継手６、及び後部第二継手７を含む後部プロペラシャフト（８）を示している。なお、前部第一継手１０，前部第二継手１１、及び動力伝達シャフト１２を含む前部プロペラシャフト（１２）は後部プロペラシャフト（８）と同様の構成であるので、前部プロペラシャフト（１２）の説明は省略する。

後部プロペラシャフトを構成する動力伝達シャフト８は、例えば、鋼材からなる素管にスウェージング加工等の塑性加工を施して所定形状に成形した後、その端部の縮径部８ａの外周にそれぞれスプライン５３ａ，５３ｂをプレス加工や転造加工等によって成形し、その後、熱処理を施して製造したものである。また、両端部（図３の網掛け部）のみスウェージング加工、スプライン加工して熱処理をし、パイプ材を摩擦圧接する場合もある。

この動力伝達シャフト８の内周部には、軸方向の全長に亘って中空部５４が存在している。この中空部５４は、動力伝達シャフト８の両軸端で開口するように形成されている。

また、この実施形態では、動力伝達シャフト８を形成する素管の材質として、Ｃの含有量が０．３５以下の鋼材を用い、熱処理として焼き入れのみを行い焼き戻しを省略している。この焼き戻しをしない理由は、Ｃが０．３５以下の鋼材の場合、焼き入れしても硬度があまり高くならないため、組織的、内部応力的に不安定になり、置き割れ等の心配がないからである。焼き戻し工程を省略することにより、焼き入れ時の硬度を維持することができるため、焼き戻しをした動力伝達シャフトに比べて高強度になる。また、焼き戻し工程を省略することにより、熱処理に要する時間が短縮されるので、製造コストの低減にもつながる。

そして、動力伝達シャフト８の一方には後部第一継手６である固定型等速自在継手が取付けられるとともに、他方には後部第二継手７である摺動型等速自在継手が取付けられている。

固定型等速自在継手（例えば、バーフィールド型等速自在継手）６は、外方部材５５、内方部材５６、トルク伝達用ボール５７、保持器５８とから構成されている。外方部材５５の内周部には、曲線状のトラック溝５９が軸方向に形成されている。この外方部材５５の一端にはフランジ６０を形成し、フランジ６０を通じて外方部材５５は後部ディファレンシャル５の歯車軸（図示せず）に連結している。

また、内方部材５６の外周部には、曲線状のトラック溝６１が軸方向に形成されている。そして、両トラック溝５９，６１間にトルク伝達用ボール５７を組み込んでいる。なお、保持器５８は外方部材５５の内周部と内方部材５６の外周部との間に介在して、トルク伝達用ボール５７を保持するようになっている。

動力伝達用シャフト８の一方の端部外周に形成されたスプライン５３ａは、内方部材５６の内周面に形成されたスプライン６２とスプライン結合されている。

そして、外方部材５５と動力伝達シャフト８の外周にブーツ６３の端部をブーツバンド６４ａ，６４ｂで固定している。

また、摺動型等速自在継手（例えば、ダブルオフセット型等速自在継手）７は、外方部材６５、内方部材６６、トルク伝達用ボール６７、保持器６８とから構成されている。外方部材６５の内部には、内方部材６６、トルク伝達用ボール６７、保持器６８が組み込まれている。また、外方部材６５の内周部には、直線状のトラック溝６９が軸方向に形成されている。

また、内方部材６６の外周部には、直線状のトラック溝７０が軸方向に形成されている。そして、両トラック溝６９，７０間にトルク伝達用ボール６７を組み込んでいる。なお、保持器６８は外方部材６５の内周部と内方部材６６の外周部との間に介在してトルク伝達用ボール６７を保持するようになっている。

動力伝達シャフト８の端部外周に形成したスプライン５３ｂは、内方部材６６の内周部に形成したスプライン７１にスプライン結合させている。

そして、外方部材６５の外周と動力伝達シャフト８の外周にブーツ７２の端部をブーツバンド７３ａ，７３ｂで固定している。

また、外方部材６５の一端にはフランジ７４を形成し、フランジ７４を通じて外方部材６５はトランスファー４の歯車軸（図示せず）に連結している。

上記構成のプロペラシャフト（８）において、エンジン２の回転数が高速となって、プロペラシャフト（８）が高速回転しても、固定型等速自在継手６、摺動型等速自在継手７の内部で発生した熱は、動力伝達シャフト８の中空部へ放熱されるため、上記両継手６，７の内部温度が抑制される。そのため、両継手６，７の耐久性が向上する。

図４は、後部プロペラシャフト（８）の他の実施例を示している。

後部プロペラシャフトを構成する動力伝達シャフト８は、鋼材から形成された中空状の中間シャフト７５の両端に、鋼材から中実状に形成され、さらに軸中心線に沿って貫通孔７６を形成したスタブシャフト７７をそれぞれ摩擦圧接により一体的に固着している。

そして、スタブシャフト７７の軸端外周部に軸方向へ延びたスプライン７８を形成して図３の固定型等速自在継手６、摺動型等速自在継手７の内方部材５６，６６のスプライン６２，７１とスプライン結合させている。

上記構成のプロペラシャフト（８）において、エンジン２の回転数が高速となって、プロペラシャフト（８）が高速回転しても、固定型等速自在継手６、摺動型等速自在継手７の内部で発生する熱は、動力伝達シャフト８を構成するスタブシャフト７７の貫通孔７６を介して中間シャフト７５の中空部５４へ放熱されるため、上記両継手６，７の内部温度上昇が抑制され、両継手６，７の耐久性が向上する。

四輪駆動車の動力伝達装置の概念図である。 図１の駆動軸の縦断面図である。 後部プロペラシャフトの縦断面図である。 後部プロペラシャフトの拡大縦断面図である。

符号の説明

２ エンジン
３ トランスミッション
４ トランスファー
５ 後部ディファレンシャル
６ 固定型等速自在継手
７ 摺動型等速自在継手
８ 動力伝達シャフト（後部プロペラシャフト）
１３ 摺動型等速自在継手
１４ 固定型等速自在継手
１５ 動力伝達シャフト（ドライブシャフト）
１６ ハブ輪
１９ 車軸軸受
２０ａ，２０ｂ 外側軌道面
２１ 軸受外輪
２２ａ，２２ｂ 内側軌道面
２３ａ，２３ｂ 転動体
２６，４１ カップ部
２７，４０，５５，６５ 外方部材
２９，３５，５４，７６ 中空部
３０，４３、５６，６６ 内方部材
７５ 中間シャフト

Claims (5)

1. 等速自在継手と、該等速自在継手の内方部材に連結された動力伝達シャフトとを備えた動力伝達装置において、
   前記等速自在継手と前記動力伝達シャフトとの常用作動角が７°以上であり、かつ、前記動力伝達シャフトに放熱用の中空部が設けられていることを特徴とする動力伝達装置。
2. 車輪取付けフランジを有するハブ輪と、該ハブ輪の内周側に配設された等速自在継手と、該ハブ輪の外周側に配設された複列の車軸軸受と、前記等速自在継手の内方部材に連結された動力伝達シャフトとを備えた車軸軸受ユニットにおいて、
   前記動力伝達シャフトに放熱用の中空部が設けられていることを特徴とする車軸軸受ユニット。
3. 前記車軸軸受の複列の内側軌道面のうち一方が前記ハブ輪の外周に形成され、他方が前記等速自在継手の外方部材の外周に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の車軸軸受ユニット。
4. 等速自在継手と、該等速自在継手の内方部材に連結された動力伝達シャフトとを備えたプロペラシャフトにおいて、
   前記動力伝達シャフトは、中空部を有すると共に、該中空部が軸端側に通じるように形成されていることを特徴とするプロペラシャフト。
5. 前記動力伝達シャフトは、中空状の中間シャフトと、該中間シャフトの軸端部に接合されたスタブシャフトとで構成され、該スタブシャフトは、前記中間シャフトの中空部に通じる軸方向の貫通孔を有することを特徴とする請求項４に記載のプロペラシャフト。