JP2006258236A - 中空シャフト - Google Patents

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Tatsuyoshi Aminaka
達良 網中
Yuji Kato
裕司 加藤
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NTN Corp
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles

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Abstract

【課題】車両等の軽量化を阻害することなく、安価に摩擦圧接時の熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消できる中空シャフトを提供することである。
【解決手段】摩擦圧接による熱影響部を含むパイプ部材１両端の接合部Ａの近傍部分を厚い肉厚Ｔａの厚肉部１ａとし、接合部Ａから肉厚Ｔａの３倍距離が離れたその他の部分を薄い肉厚Ｔｂの薄肉部１ｂとすることにより、車両等の軽量化を阻害することなく、安価に摩擦圧接時の熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消できるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車のプロペラシャフトやドライブシャフト等に使用される中空シャフトに関する。
自動車エンジンからの駆動力を車輪に伝達するプロペラシャフトやドライブシャフトは、車輪の上下動に追随できるように、シャフトの両端部にユニバーサルジョイントや等速ジョイント等の自在継手との連結部が設けられている。これらのプロペラシャフトやドライブシャフトには、車両の軽量化やシャフトの剛性アップによる車室内の静粛性向上の要求から、中空シャフトが多く使用されている。
上述したプロペラシャフトやドライブシャフト等に使用される中空シャフトには、パイプ部材の両端に、自在継手との連結部材を摩擦圧接で接合したものがある（例えば、特許文献１参照）。通常、連結部材にはＳ４３Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５３Ｃ等の低、中炭素鋼が用いられ、自在継手との連結用のスプライン等の加工を施されたのち、表面層を高周波焼入れ、焼戻しされている。また、パイプ部材にはＳ４３Ｃ、Ｓ４５ＣやＳＴＫＭ１３等の低、中炭素鋼の構造用鋼管鋼が、熱処理なしでそのまま用いられている。
このようにパイプ部材に連結部材を摩擦圧接で接合した中空シャフトでは、摩擦圧接時の熱影響によりパイプ部材の接合部近傍で硬度低下が生じ、この硬度低下部が中空シャフトの強度のネックとなる。従来、このような熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消する手段としては、パイプ部材の肉厚や直径を一律に大きくして硬度低下部の強度を確保する方法や、パイプ部材の素材に、熱影響による硬度低下を抑制するＮｂ等の高価な元素を添加する方法が採用されている。また、特許文献１に記載されたものでは、摩擦圧接後の中空シャフトを調質処理し、接合部近傍を含む全体を均質な金属組織とするようにしている。
特開平１０−２６７０２７号公報
上述した従来の摩擦圧接時の熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消する手段のうち、パイプ部材の肉厚や直径を一律に大きくする方法は、中空シャフトの重量が増加して車両等の軽量化を阻害するとともに、パイプ部材の素材コストが増大する問題がある。また、パイプ部材の素材にＮｂ等の高価な元素を添加する方法も、パイプ部材の素材コストが増大する。一方、特許文献１に記載された方法は、車両等の軽量化を阻害せず、パイプ部材の素材コストが増大することもないが、摩擦圧接後に余分の調質処理工程を必要とするので製造コストが増大する。
そこで、本発明の課題は、車両等の軽量化を阻害することなく、安価に摩擦圧接時の熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消できる中空シャフトを提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明は、パイプ部材の両端に連結部材を摩擦圧接により接合した中空シャフトにおいて、前記パイプ部材の摩擦圧接による熱影響部を含む接合部近傍部分と、接合部から離れたその他の部分との間に肉厚差を設け、この接合部から離れたその他の部分の肉厚を前記接合部近傍部分の肉厚よりも薄く形成した構成を採用した。
すなわち、パイプ部材の摩擦圧接による熱影響部を含む接合部近傍部分と、接合部から離れたその他の部分との間に肉厚差を設け、この接合部から離れたその他の部分の肉厚を接合部近傍部分の肉厚よりも薄く形成することにより、車両等の軽量化を阻害することなく、安価に摩擦圧接時の熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消できるようにした。また、この中空シャフトは、パイプ部材の接合部の肉厚が相対的に厚くなるので、摩擦圧接をより安定して行なうこともできる。
前記パイプ部材の接合部から前記肉厚を薄くしたその他の部分の境界までの距離は、前記接合部近傍部分の肉厚の２倍以上、好ましくは３倍以上とするのがよい。通常、摩擦圧接時の熱影響部は接合部から肉厚の２倍までの距離の範囲に入るが、圧接条件の変動等によるばらつきを考慮すれば、前記距離を肉厚の３倍以上とするのが好ましい。
本発明の中空シャフトは、パイプ部材の摩擦圧接による熱影響部を含む接合部近傍部分と、接合部から離れたその他の部分との間に肉厚差を設け、この接合部から離れたその他の部分の肉厚を接合部近傍部分の肉厚よりも薄く形成したので、車両等の軽量化を阻害することなく、安価に摩擦圧接時の熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消することができる。また、この中空シャフトは、パイプ部材の接合部の肉厚が相対的に厚くなるので、摩擦圧接をより安定して行なうこともできる。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この中空シャフトは自動車のドライブシャフト用のものであり、図１に示すように、パイプ部材１の両端に、等速ジョイント（図示省略）との連結部材２が摩擦圧接により接合されている。パイプ部材１は構造用鋼管鋼ＳＴＫＭ１３で形成され、連結部材２は中炭素鋼Ｓ４５Ｃを素材とし、端部に転造加工でスプライン２ａが形成されて、表面層を高周波焼入れ、焼戻しされている。
前記パイプ部材１は、図２に示すように、摩擦圧接の熱影響部を含む両端の接合部Ａの近傍部分が厚い肉厚Ｔａの厚肉部１ａとされ、接合部Ａから肉厚Ｔａの３倍距離が離れたその他の部分が薄い肉厚Ｔｂの薄肉部１ｂとされている。薄肉部１ｂの肉厚Ｔｂは厚肉部１ａの肉厚Ｔａの約２／３とされ、厚肉部１ａと薄肉部１ｂはテーパ部１ｃで滑らかに接続されている。したがって、この中空シャフトは、車両等の軽量化を阻害することなく、安価に摩擦圧接時の熱影響による硬度低下部の強度ネックを解消することができる。
中空シャフトの実施形態を示す一部切欠き正面図 図１の要部を拡大して示す断面図
符号の説明
１ パイプ部材
１ａ 厚肉部
１ｂ 薄肉部
１ｃ テーパ部
２ 連結部材
２ａ スプライン

Claims (2)

  1. パイプ部材の両端に連結部材を摩擦圧接により接合した中空シャフトにおいて、前記パイプ部材の摩擦圧接による熱影響部を含む接合部近傍部分と、接合部から離れたその他の部分との間に肉厚差を設け、この接合部から離れたその他の部分の肉厚を前記接合部近傍部分の肉厚よりも薄く形成したことを特徴とする中空シャフト。
  2. 前記パイプ部材の接合部から前記肉厚を薄くしたその他の部分の境界までの距離を、前記接合部近傍部分の肉厚の２倍以上とした請求項１に記載の中空シャフト。
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