JP2007100798A - 中空シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】 低コスト化および加工性の向上を図ることができ、自動車に動力伝達機構に用いても等速自在継手からのグリースの流入を防止できる中空シャフトを提供する。
【解決手段】 一方の端部４側がディファレンシャル側の摺動型等速自在継手２に連結されると共に、他方の端部５側が駆動輪側の固定式等速自在継手３に連結される中空シャフトである。ディファレンシャル中心Ｌ１と駆動輪中心Ｌ２とを比較して、高位となる側のシャフト端部の開口部２１ａ、２１ｂのみを封止機構２２にて塞いだ。封止機構２２を、金属又は弾性材からなる栓部材２３、３０にて構成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、等速自在継手等に連結される中空シャフトに関し、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）やプロペラシャフト（推進軸）に適用することができる。

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（一方の端部）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（他方の端部）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。

上記のようなドライブシャフトとしては、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、ドライブ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、ドライブシャフトを中空シャフト化する要求が増えてきている。

ドライブシャフト等に適用される中空シャフトは、例えば、パイプ素材に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部、軸方向両側部に小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に必要に応じて所要の機械加工を施した後、熱処理を施すことによって製造される。

また、この種の中空シャフトは、等速自在継手の内部に封入された潤滑剤（グリース）が中空部に侵入するのを防止するために、中空部の端部内周に封止プラグを装着している。この封止プラグは金属製のものを使用する場合もあるが、中空部に対する圧入代や圧入位置を管理するために、端部内周を削り加工によって仕上げる必要があり、加工コストが高くなるという問題がある。そのため、クロロプレンゴム（ＣＲ）やニトリルゴム（ＮＢＲ）等のゴムで形成した封止プラグ（特許文献１）や、エラストマーで形成した封止プラグ（特許文献２）が提案されている。

さらに、摺動型等速自在継手に連結される側の開口部を逆止弁にて塞ぐものもある（特許文献３）。
特開平６−２８１０１０号公報 特開平９−６８２３３号公報 特開２００３−３１４５７９号公報

一方の端部側がディファレンシャル側の摺動型等速自在継手に連結されると共に、他方の端部側が駆動輪側の固定式等速自在継手に連結される動力伝達用シャフトでは、ディファレンシャル中心高さと、駆動輪とで高さ位置が相違する場合が多い。

このため、シャフトの低位側の開口部においては下方を向いて開口するので、グリースが流入しにくく、この低位の開口部を塞ぐ必要がない。

ところが、前記特許文献１や特許文献２等に記載のものでは、両端部の開口部を封止プラグにて塞ぐものである。このため、部品点数および組立て工数等が多く、コスト高となると共に、組立て作業時間が大となっていた。

前記特許文献３に記載のものには、摺動型等速自在継手に連結される側の開口部を逆止弁にて塞ぎ、固定型等速自在継手に連結される側の開口部を止め栓等にて塞ぐものと塞がないものとが記載されている。

固定型等速自在継手に連結される側の開口部を止め栓等にて塞ぐものでは、両開口部を塞ぐことになって、前述したように、部品点数および組立て工数等が多くなる。

また、固定型等速自在継手に連結される側の開口部を塞がないものでは、摺動型等速自在継手に連結される側の開口部のみ塞ぐことになっている。この場合、摺動型等速自在継手側が固定型等速自在継手側よりも高位となれば、低位となる固定型等速自在継手側のシャフト端部の開口部にはグリースが流入しにくいので、問題はない。

しかしながら、逆に固定型等速自在継手側が摺動型等速自在継手側よりも高位となれば、高位となる固定型等速自在継手側のシャフト端部の開口部が上方を向いて開口するので、この開口部にはグリースが流入しやすくなる。このため、固定型等速自在継手はグリースが流出して潤滑剤不足となって、円滑な回転ができなくなるおそれがある。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、低コスト化および加工性の向上を図ることができ、自動車に動力伝達機構に用いても等速自在継手からのグリースの流入を防止できる中空シャフトを提供することにある。

本発明は、両端部のどちらか一方の端部が他方の端部よりも高位となるように配置される中空シャフトにおいて、高位側の端部の開口部のみを封止機構にて塞いだものである。

また、一方の端部側がディファレンシャル側の摺動型等速自在継手に連結されると共に、他方の端部側が駆動輪側の固定式等速自在継手に連結される中空シャフトにおいて、ディファレンシャル中心と駆動輪中心とを比較して、高位となる側のシャフト端部の開口部のみを封止機構にて塞いだものである。

低位側の端部の開口部を封止機構にて塞がなくてもよいので、部品点数の減少を図ることができると共に、封止機構を装着するための加工等をこの開口部側において行う必要がない。

前記封止機構を金属製の栓部材にて構成したり、弾性材からなる栓部材にて構成したりすることができ、さらには高位側に充填される発泡樹脂にて構成することができる。

本発明によれば、低位側の端部の開口部を封止機構にて塞がなくてもよいので、部品点数の減少を図ることができると共に、封止機構を装着するための加工等をこの開口部側において行う必要がない。このため、シャフトの組立て工数や完成後の検査工数の減少を可能とし、製造時間の短縮およびコスト低減を図ることがきる。

ところで、一方の端部側がディファレンシャル側の摺動型等速自在継手に連結されると共に、他方の端部側が駆動輪側の固定式等速自在継手に連結される中空シャフトでは、高位となる側のシャフト端部の開口部は上方を向いて開口し、この開口部側に連結される等速自在継手のグリースがこの開口部に流入し易くなっている。

しかしながら、本発明では、ディファレンシャル中心と駆動輪中心とを比較して、高位となる側のシャフト端部の開口部のみを封止機構にて塞ぐので、上方を向いて開口している開口部側に連結される等速自在継手のグリースがこの開口部からシャフト内に流入するのを防止できる。また、低位となる側のシャフト端部の開口部を塞がなくても、低位となる側のシャフト端部の開口部は下方を向いて開口するので、この開口部には等速自在継手のグリース等が流入しにくくなっている。

このため、動力伝達シャフトと、動力伝達シャフトの一端部に連結された摺動型等速自在継手と、動力伝達シャフトの他端部に連結された固定型等速自在継手とを備えた自動車の動力伝達機構において、前記動力伝達シャフトに、前記中空シャフトを使用すれば、両等速自在継手のグリースの中空シャフト内への流出を防止できる。すなわち、自動車の動力伝達機構において、本発明の中空シャフトを使用すれば、各等速自在継手はそのグリースの減少を防止でき、滑らかな回転を長期に渡って安定して行うことができる。

前記封止機構を金属製の栓部材にて構成したり、弾性材からなる栓部材にて構成したりすることができる。このような栓部材を使用することによって、開口部を簡単に塞ぐことができる。特に、弾性材からなる栓部材では、開口部の内周面が多少粗い仕上げであっても、栓部材が弾性変形することによって、開口部を塞ぐ（封止する）ことができる。このため、開口部の内周面を削り加工等の仕上げ加工を行う必要がなく、加工コストの低減を図ることができる。ここで、弾性材としては、ゴムや樹脂等を使用することができる。

さらには高位側に充填される発泡樹脂にて構成すれば、金属やゴム等を用いたものに比べて、開口部の封止作業が容易で、部品点数が少なく、軽量で低コストな動力伝達シャフトを提供することができる。

本発明に係る中空シャフトの実施形態を以下に詳述する。図１は、自動車の動力伝達機構を示し、この動力伝達機構に本発明に係る中空シャフト１を使用している。動力伝達機構は、動力伝達シャフトとしての中空シャフト１と、中空シャフト１の一方の端部４に連結された摺動型等速自在継手２と、中空シャフト１の他方の端部５に連結された固定型等速自在継手３とを備える。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。図１においては、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を例示し、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を例示している。

中空シャフト１の一方の端部４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の端部外周と中空シャフト１の外周にブーツ２ｃがそれぞれ固定されている。また、中空シャフト１の他方の端部５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の端部外周と中空シャフト１の外周にブーツ３ｃがそれぞれ固定されている。

図２は、中空シャフト１を示している。この中空シャフト１は、軸方向中間部に大径部１ａと、この大径部１ａからテーパ部１ｂ、１ｃを介して連設される小径部１ｄ、１ｅとを有している。各小径部１ｄ、１ｅの端部にはそれぞれスプライン６、７が設けられている。

前記各スプライン６、７は、周方向に沿って所定ピッチで配設される複数の軸方向凸部と、軸方向凸部間に配設される複数の軸方向凹部とからなる。端部４側のスプライン６の軸方向範囲外に、この中空シャフト１が摺動型等速自在継手２に装着された際に、抜け止めとなる止め輪の嵌合用の周方向溝８が形成されている。端部５側においては、そのスプライン７の軸方向範囲内に、抜け止めとなる止め輪の嵌合用の周方向溝９が形成されている。

小径部１ｄには、周方向凹溝からなるブーツ固定部１０が形成され、このブーツ固定部１０にブーツ２ｃの小径部１１が嵌合され、この小径部１１にブーツバンド１２を締め付けることによって、シャフト１にブーツ２ｃの小径部１１を固定している。また、ブーツ２ｃの大径部１３を外輪２ｂの開口部側に外周面に外嵌し、この大径部１３にブーツバンド１４を締め付けることによって、外輪２ｂにブーツ２ｃの大径部１３を固定している。

小径部１ｅには、周方向凹溝からなるブーツ固定部１５が形成され、このブーツ固定部１５にブーツ３ｃの小径部１６が嵌合され、この小径部１６にブーツバンド１７を締め付けることによって、シャフト１にブーツ３ｃの小径部１６を固定している。また、ブーツ３ｃの大径部１８を外輪３ｂの開口部側に外周面に外嵌し、この大径部１８にブーツバンド１９を締め付けることによって、外輪３ｂにブーツ３ｃの大径部１８を固定している。

中空シャフト１は、例えば、パイプ素材に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部１ａ と、軸方向両側部に小径部１ｄ、１ｅ等を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に所要の機械加工（スプライン６、７の転造加工等）を施した後、焼入れ処理を施して表面部等に硬化層を形成して製造される。

パイプ素材の材質としては、例えば、ＳＴＫＭやＳＴＭＡ等の機械構造用炭素鋼、または、それらをベースに加工性や焼入れ性等の改善のために合金元素を添加した合金鋼、あるいは、ＳＣｒ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭ等のはだ焼鋼を用いることができる。また、パイプ素材として、継目無管（シームレス管）、電縫管、鍛接管、冷牽管の何れも採用することができる。

中空シャフト１は、図３に示すように、軸方向全長に渡って形成される軸心孔からなる中空部２０を有する。そして、一方の端部４の開口部２１ａを封止機構２２にて塞いだり、仮想線で示すように他方の開口部２１ｂを封止機構２２にて塞いだりする。

図３における封止機構２２は金属製の栓部材２３にて構成される。図４に示すように、この栓部材２３は、周壁２４と、この周壁２４の内方開口部を塞ぐ底壁２５とを有する有底短円筒体からなる。開口部２１ａ、２１ｂの内周面には大径部２６が設けられ、この大径部２６に栓部材２３が嵌合される。すなわち、大径部２６の内径寸法と栓部材２３の周壁２４の外径寸法とを略同一に設定して、栓部材２３を大径部２６に圧入状に挿入する。嵌合した際には、底壁２５の外周縁部が大径部２６の端部２６ａに当接して位置規制される。なお、栓部材２３の軸方向長さは大径部２６に軸方向長さよりも短く設定され、嵌合（装着）された状態では、栓部材２３の開口端が、開口部２１ａ、２１ｂの開口端（大径部２６の開口端）より後退した状態となっている。

このように構成された中空シャフト１は、一方の端部４側がディファレンシャル側の摺動型等速自在継手２に連結されると共に、他方の端部５側が駆動輪側の固定式等速自在継手３に連結される。この際、図５（ａ）に示すように、ディファレンシャル中心Ｌ１の高さ（デフ中心高さ）Ｈ１が駆動輪中心Ｌ２の高さＨ２よりも高くなる場合（Ｈ１＞Ｈ２）と、図５（ｂ）のように、駆動輪中心高さＨ２がデフ中心高さＨ１よりも高くなる場合（Ｈ１＜Ｈ２）とがある。

Ｈ１＞Ｈ２の場合、一方の端部４の開口部２１ａのみが栓部材２３にて塞がれた中空シャフト１を使用し、Ｈ１＜Ｈ２の場合、他方の開口部２１ｂのみが栓部材２３にて塞がれた中空シャフト１を使用する。

Ｈ１＞Ｈ２の場合、摺動型等速自在継手２が固定型等速自在継手３よりも高位に配置され、中空シャフト１は、一方の端部４が他方の端部５よりも高位になるように傾斜する。このため、端部５側の開口部２１ｂは下方を向いて開口することになって、この開口部２１ｂを塞がなくても、固定型等速自在継手３のグリースが開口部２１ｂに流入しにくくなっている。逆に、端部４側の開口部２１ａは上方を向いて開口することになって、この開口部２１ａに摺動型等速自在継手２のグリースが流入しやすくなっている。そこで、この開口部２１ａを栓部材２３にて塞ぐようにしている。

すなわち、Ｈ１＞Ｈ２の場合は、端部５側において開口部２１ｂを塞がなくても、固定型等速自在継手３のグリースが中空シャフト１に流入しにくく、端部４側においては開口部２１ａを塞いでいるので、摺動型等速自在継手２のグリースが中空シャフト１に流入しない。このため、各等速自在継手２、３において、中空シャフト１側へのグリースの流出によるグリース量の減少を防止できる。

Ｈ１＜Ｈ２の場合、固定型等速自在継手３が摺動型等速自在継手２よりも高位に配置され、中空シャフト１は、他方の端部５が一方の端部４よりも高位になるように傾斜する。このため、端部４側の開口部２１ａは下方を向いて開口することになって、この開口部２１ａを塞がなくても、摺動型等速自在継手２のグリースが開口部２１ａに流入しにくくなっている。逆に、端部５側の開口部２１ｂは上方を向いて開口することになって、この開口部２１ｂに固定型等速自在継手３のグリースが流入しやすくなっている。そこで、この開口部２１ｂを栓部材２３にて塞ぐようにしている。

すなわち、Ｈ１＜Ｈ２の場合は、端部４側において開口部２１ａを塞がなくても、摺動型等速自在継手２のグリースが中空シャフト１に流入しにくく、端部５側においては開口部２１ｂを塞いでいるので、固定型等速自在継手３のグリースが中空シャフト１に流入しない。このため、各等速自在継手２、３において、中空シャフト１側へのグリースの流出によるグリース量の減少を防止できる。

本発明では、高位となる側のシャフト端部の開口部２１ａ（又は開口部２１ｂ）のみを封止機構２２にて塞ぐものである。このため、低位側の端部４（又は端部５）の開口部２１ａ（又は開口部２１ｂ）を封止機構２２にて塞がなくてもよいので、部品点数の減少を図ることができると共に、封止機構２２を装着するための加工等を一つの開口部２１ａ（２１ｂ）側において行う必要がない。したがって、中空シャフト１の組立て工数や完成後の検査工数の減少を可能とし、製造時間の短縮およびコスト低減を図ることがきる。

このため、図１に示しように、動力伝達シャフトに中空シャフト１を使用して、中空シャフト１の一端部（一方の端部４）に摺動型等速自在継手２を連結すると共に、中空シャフト１の他端部（他方の端部５）に固定型等速自在継手３を連結して自動車の動力伝達機構を構成すれば、両等速自在継手２、３のグリースの中空シャフト１内への流出を防止でき、各等速自在継手２、３はそのグリースの減少を防止でき、滑らかな回転を長期に渡って安定して行うことができる。

次に、図６は封止機構２２として、弾性材からなる栓部材３０を使用している中空シャフト１を示している。栓部材３０は、内端面３０ａの外周側には面取り部３０ｃが形成されている短円柱体にて構成される。栓部材３０の弾性材としては、ゴム、熱可塑性エラストマー、樹脂（プラスチック）等を使用することができる。なお、耐久性、断熱性、軽量性等を考慮して弾性材を選ぶのが好ましい。

このように、弾性材からなる栓部材３０を使用すれば、前記金属製の栓部材２３を使用する場合と相違して、開口部２１ａ、２１ｂの内周面（内径部）に嵌合用の大径部２６等の加工を必要としない。すなわち、栓部材３０の外径寸法を開口部２１ａ、２１ｂの内径寸法よりも僅かに大きくして、この栓部材３０を開口部２１ａ、２１ｂに挿入していけば、栓部材３０が弾性変形しつつ挿入されることになる。このため、栓部材３０の外周面が開口部２１ａ、２１ｂの内周面に密着するから、この内周面を精度良く仕上げる必要がない。なお、栓部材３０にて開口部２１ａ（２１ｂ）を塞いだ状態では、その外端面３０ｂが開口部２１ａ（２１ｂ）の開口端よりも後退している。

このような、弾性材からなる栓部材３０を使用した中空シャフト１であっても、ディファレンシャル中心Ｌ１と駆動輪中心Ｌ２とを比較して、高位となる側のシャフト端部の開口部のみを封止機構２２（栓部材３０）にて塞ぐことになる。

弾性材からなる栓部材３０では、開口部２１ａ、２１ｂの内周面を精度良く仕上げないで、多少粗い仕上げであっても、栓部材３０が弾性変形することによって、開口部２１ａ、２１ｂを塞ぐことができる。このため、開口部２１ａ、２１ｂの内周面を削り加工等の仕上げ加工を行う必要がなく、加工コストの低減を図ることができる。

さらに、図７は封止機構２２として発泡樹脂３１にて構成している。この場合、図例のように、一方の端部４側にのみ充填したり、図示省略するが他方の端部５側にのみ充填したりすることができる。

一方の端部４側に発泡樹脂３１を充填する場合、発泡原料（例えば、発泡ウレタン原料）を端部４の開口部２１ａ側に注入し、これを発泡させる。これによって、開口部２１ａ（図例では、小径部１ｄ全体の内部）に発泡樹脂が発泡充填され、この開口部２１ａが封止される。なお、他方の端部５側に発泡樹脂３１を充填する場合も、同様に、開口部２１ｂに発泡樹脂が発泡充填され、この開口部２１ｂが封止される。また、発泡樹脂３１にて開口部２１ａ（２１ｂ）を塞いだ状態では、その外端面３１ｂが開口部２１ａ（２１ｂ）の開口端よりも後退している。

使用する発泡樹脂としては、発泡ウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等を採用することができる。耐久性、断熱性、軽量性、自己接着性、経済性等の点から、発泡ウレタン、特に硬質発泡ウレタンが好ましい。

このような、発泡樹脂３１を使用した中空シャフト１であっても、ディファレンシャル中心Ｌ１と駆動輪中心Ｌ２とを比較して、高位となる側のシャフト端部の開口部のみを封止機構２２（発泡樹脂３１）にて塞ぐことになる。

封止機構２２を発泡樹脂にて構成すれば、金属やゴム等を用いたものに比べて、開口部２１ａ、２１ｂの封止作業が容易で、部品点数が少なく、軽量で低コストな動力伝達シャフトを提供することができる。

前記各中空シャフト１を使用した自動車の動力伝達機構として、摺動型等速自在継手２を図例以外のダブルオフセット型やクロスグルーブ型等の他の種々の摺動型等速自在継手を採用することができ、また、固定式等速自在継手３を、図例以外のツェッパ型等の他の種々の固定型等速自在継手を採用することができる。

また、図４に示す栓部材２３において、図例では、底壁２５を内部側に向くように配置しているが、逆に底壁２５を外部側に向くように配置したりしてもよい。図７に示すように、発泡樹脂３１を充填する場合、図例では、小径部１ｄ全体に渡って充填しているが、開口部２１ａ、２１ｂのみに発泡樹脂３１を充填しても、逆に、大径部１ａにも発泡樹脂３１を充填してもよい。

栓部材２３、３０及び発泡樹脂３１は、開口部２１ａ（２１ｂ）の開口端よりも後退させているが、このように後退させなくてもよい。

本発明の実施形態を示す中空シャフトを使用した自動車の動力伝達機構断面図である。 前記中空シャフトの側面図である。 前記中空シャフトの断面図である。 前記中空シャフトの拡大断面図である。 前記動力伝達機構を示し、（ａ）はディファレンシャル中心が駆動輪中心よりも高位の状態の簡略図であり、（ｂ）は駆動輪中心がディファレンシャル中心よりも高位の状態の簡略図である。 他の封止機構を使用した中空シャフトの断面図である。 別の封止機構を使用した中空シャフトの断面図である。

符号の説明

１ 中空シャフト
１ａ 大径部
１ｂ、１ｃ テーパ部
１ｄ、１ｅ 小径部
２ 摺動型等速自在継手
２ａ トリポード部材
２ｂ 外輪
２ｃ ブーツ
３ 固定型等速自在継手
３ａ 内輪
３ｂ 外輪
３ｃ ブーツ
４ 端部
５ 端部
６、７ スプライン
８、９ 周方向溝
１０、１５ ブーツ固定部
１１、１６ 小径部
１２、１４、１７、１９ ブーツバンド
１３、１８、２６ 大径部
２０ 中空部
２１ａ、２１ｂ 開口部
２２ 封止機構
２３、３０ 栓部材
２４ 周壁
２５ 底壁
２６ａ 端部
３０ａ 内端面
３０ｂ 外端面
３０ｃ 面取部
３１ 発泡樹脂
Ｌ１ ディファレンシャル中心
Ｌ２ 駆動輪中心

Claims (5)

1. 両端部のどちらか一方の端部が他方の端部よりも高位となるように配置される中空シャフトにおいて、高位側の端部の開口部のみを封止機構にて塞いだことを特徴とする中空シャフト。
2. 一方の端部側がディファレンシャル側の摺動型等速自在継手に連結されると共に、他方の端部側が駆動輪側の固定式等速自在継手に連結される中空シャフトにおいて、ディファレンシャル中心と駆動輪中心とを比較して、高位となる側のシャフト端部の開口部のみを封止機構にて塞いだことを特徴とする中空シャフト。
3. 前記封止機構を金属製の栓部材にて構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空シャフト。
4. 前記封止機構を弾性材からなる栓部材にて構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空シャフト。
5. 前記封止機構を高位側に充填される発泡樹脂にて構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空シャフト。

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