JP2007198428A - 中空状動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】中空状動力伝達シャフトの中空部へのグリースの侵入防止、その低コスト化
【解決手段】中空シャフトの中空部１６全域に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部１ｂ、１ｃに発泡樹脂２１、２２を充填して中空部１６を封止した。
【選択図】図２

Description

本発明は、等速自在継手等に連結される中空状動力伝達シャフトに関するものである。

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。

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状動力伝達シャフトは、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（例えば、特許文献１、２）。

また、この種の中空状動力伝達シャフトは、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３）や、エラストマーで形成した封止プラグ（特許文献４）が提案されている。
特開平１１−１０１２５９号公報 特開２００１−２０８０３７号公報 特開平６−２８１０１０号公報 特開平９−６８２３３号公報

特許文献３のゴム製封止プラグは、比較的大きな力で中空部に圧入する必要があるので、組付け作業に手間が掛かるという問題がある。

特許文献４のエラストマー製封止プラグは、形状記憶合金製のストッパインサートとの併用によって、組付け作業の簡単化が図られているが、部品点数の増大につながる。

また、いずれの封止プラグも、所要の形状および寸法に成形された部品形態のものであるため、製作費が高くなるという問題もある。

本発明に係る中空状動力伝達シャフトは、中空シャフトの中空部全域に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部に発泡樹脂を充填して中空部を封止したものである。

中空シャフトの中空部全域に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部に発泡樹脂を充填して中空部を封止したので、金属製、ゴム製、又はエラストマー製の封止プラグを用いる従来構成に比べて、中空部の封止作業が容易で、部品点数が少なく、軽量で低コストな中空状動力伝達シャフトを提供することができる。また、シャフトの軸方向全域にわたって中空部に発泡樹脂を充填する場合に比べて、発泡樹脂の充填が容易であり、発泡樹脂の発泡率によらず中空状動力伝達シャフトのシャフト両端の中空部を確実に封止する製造が容易である。また、発泡樹脂の使用量も少なくできるから原材料の低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る中空状動力伝達シャフトを図面に基づいて説明する。

中空状動力伝達シャフトは、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。図１は、中空状動力伝達シャフト１が組み込まれた自動車の動力伝達機構を示している。図１中の１は中空状動力伝達シャフトであり、図示例では、中空状動力伝達シャフト１の一端部には摺動型等速自在継手２が連結され、他端部には固定型等速自在継手３が連結されている。

この実施形態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。中空状動力伝達シャフト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の端部外周と中空状動力伝達シャフト１の外周にブーツ２ｃがそれぞれ固定されている。また、中空状動力伝達シャフト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の端部外周と中空状動力伝達シャフト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。

中空状動力伝達シャフト（ドライブシャフト）１は、図２に示すように、中空シャフトの中空部１６に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部１ｂ、１ｃに発泡樹脂２１、２２を充填して中空部を封止したものである。この実施形態では、中空状動力伝達シャフト１は、軸方向全域に亘って中空状をなし、軸方向中間部に大径部１１、大径部１１よりも軸方向両側部にそれぞれ小径部１２を有している。大径部１１と小径部１２とは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部１３を介して連続している。小径部１２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１４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１５とを有している（括弧内の符号は図１を参照）。連結部１４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１４ａ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１４ｂが形成されている。ブーツ固定部１５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１５ａが形成されている。

また、この中空状動力伝達シャフト１は、止め輪溝１４ｂ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、外周表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。

この中空状動力伝達シャフト１は、中空シャフトの中空部１６全域に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部１ｂ、１ｃに発泡樹脂２１、２２を充填して中空部１６を封止している。この実施形態において、発泡樹脂２１、２２は硬質発泡ウレタンである。シャフト両端部１ｂ、１ｃに発泡樹脂２１、２２を充填したことによって、図１に示すように、中空状動力伝達シャフト１を等速自在継手に組み込んだときに、等速自在継手２、３の内部に封入されたグリースが、中空状動力伝達シャフト１の中空部１６に侵入するのを防止することができる。

なお、中空状動力伝達シャフト１の中空部１６に侵入するのを防止するためには、図３に示すように、発泡樹脂２０を中空部１６の軸方向全域にわたって充填してもよい。しかし、この場合、図４に示すように、中空部の内径寸法が途中で縮径していると、発泡樹脂２０の流入性が悪く、軸方向全域にわたって発泡樹脂を充填することが難しい場合がある。このため、発泡樹脂２０が充填されない部分が生じ、１回で充填されずに複数回にわたって発泡樹脂２０を注入することを要する場合がある。また、図５に示すように、過充填となり、発泡樹脂２０があふれ出すこともある。この場合、その修正作業で工数がかかる。

これに対し、図２に示す実施形態に係る中空状動力伝達シャフト１によれば、中空シャフトの中空部１６全域に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部１ｂ、１ｃに発泡樹脂２１、２２を充填して中空部を封止したので、中空状動力伝達シャフト１の両端から、中空部１６に発泡樹脂を注入することができ、これにより容易かつ確実に中空部１６を封止することができる。また、発泡樹脂２１、２２は、シャフト両端部１ｂ、１ｃに充填すればよいので、注入量の調整も容易であり、中空状動力伝達シャフト１の製造が容易に行える。例えば、注入された発泡樹脂の量が多い場合、余剰の発泡樹脂は、シャフト中間部１ａに流入するので、シャフト両端部１ｂ、１ｃからあふれ出すことはない。このように、発泡樹脂２１、２２の充填が容易であり、発泡樹脂２１、２２の発泡率によらず中空状動力伝達シャフトのシャフト両端１ｂ、１ｃの中空部を確実に封止する製造が容易である。また、発泡樹脂２１、２２の使用量を少なくできるから原材料の低コスト化を図ることができる。特に、シャフト中間部１ａの中空領域が大きい形状であれば、発泡樹脂の使用量抑制効果が大きい。

上記構成の中空状動力伝達シャフト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１１、軸方向両側部に小径部１２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１４ａの転造加工等）を施した後、焼入れ処理を施し、さらに、中空部１６に発泡樹脂２１、２２を充填することによって製造される。

上記の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。

上記の絞り加工としては、スウェージング加工やプレス加工等がある。前者のスウェージング加工には、ロータリースウェージングとリンクタイプスウェージングがあり、その何れも採用することができる。例えば、ロータリースウェージングは、機内の主軸に組込まれた一対又は複数対のダイスとバッカーとが回転運動を行なうと共に、外周ローラとバッカー上の突起により一定ストロークの上下運動を行なって、挿入されるパイプ素材に打撃を加えて絞り加工を行なう加工法である。また、プレス加工は、パイプ素材をダイスに軸方向に押し込んで絞り加工を行なう加工法である。このような絞り加工は、パイプ素材の軸方向全域に対して行なって良いし、パイプ素材の軸方向両側部に対してのみ部分的に行なっても良い。この実施形態では、パイプ素材の軸方向全域に絞り加工を施している。

上記のような絞り加工を施した中空状シャフト素材の小径部１２の端部に転造加工等によってスプライン１４ａを成形して連結部１４を形成すると共に、連結部１４に切削加工等によって止め輪溝１４ｂを形成する。また、ブーツ固定部１５となる部位に転造加工や切削加工等によってブーツ固定溝１５ａを形成する。

その後、上記の中空状シャフト素材に焼入れ処理を施して硬化層を形成する。焼入れ処理としては、パイプ素材の材質や動力伝達シャフトに要求される特性等に応じて、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ等の種々の手段を採用することができるが、硬化層の範囲や深さを自由に選択でき、また、表面に残留圧縮応力が生成されることによる耐疲労強度の改善等の点から、高周波焼入れを採用するのが好ましい。例えば、中空状シャフト素材の外周表面の側に高周波誘導加熱コイルを配置して、外周表面の側から高周波焼入れを行なう。この高周波焼入れは、定置式焼入れ、移動式焼入れの何れの方式で行なっても良い。

そして、この実施形態に係る中空状動力伝達シャフト１は、図２に示すように、上記の工程を経て製造された中空状動力伝達シャフト１の中空部１６に、両端から発泡ウレタン原料を注入し、中空部１６の内部で発泡させる。これにより、中空部１６に発泡樹脂２１、２２が発泡充填され、中空部１６が発泡樹脂２１、２２によって封止される。

以上、本発明の一実施形態に係る中空状動力伝達シャフトを説明したが、本発明に係る中空状動力伝達シャフトは上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、中空状動力伝達シャフトの形状や用途は、図示例に限定されない。また、中空シャフトの中空部１６全域に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部１ｂ、１ｃに発泡樹脂２１、２２を充填して中空部１６を封止する場合において、図６、図７に示すように、シャフト両端部１ｂ、１ｃにどれくらい発泡樹脂２１、２２を充填するかによっては、本発明は何ら限定されない。中空状動力伝達シャフトは、少なくともシャフト両端部１ｂ、１ｃに発泡樹脂２１、２２を充填して中空部１６を封止したものであり、中空シャフトの中空部１６のどこかに発泡樹脂を充填しない中空の領域が形成されているとよい。また、発泡樹脂としては、中空部１６からあふれ出ると修正に手間が掛かるため、発泡率が１０倍以下程度の低発泡率の発泡樹脂を用いるのが好ましい。また、発泡樹脂としては、発泡ウレタンの他、発泡ポリスチレン、発泡ホリプロピレンなどを採用することができる。また、耐久性、断熱性、軽量性、自己接着性、経済性などの点から、発泡ウレタン、特に、硬質発泡ウレタンが好ましい。

自動車の動力伝達機構を示す図である。 本発明の一実施形態に係る中空状動力伝達シャフトを示す部分縦断面図である。 比較例に係る中空状動力伝達シャフトを示す縦断面図である。 比較例に係る中空状動力伝達シャフトの製造上の問題点を示す縦断断面図である。 比較例に係る中空状動力伝達シャフトの製造上の問題点を示す縦断断面図である。 本発明の他の実施形態に係る中空状動力伝達シャフトを示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る中空状動力伝達シャフトを示す縦断面図である。

符号の説明

１ 中空状動力伝達シャフト
２１、２２ 発泡樹脂

Claims (3)

1. 中空シャフトの中空部全域に発泡樹脂を充填せず、少なくともシャフト両端部に発泡樹脂を充填して中空部を封止した中空状動力伝達シャフト。
2. 発泡樹脂が発泡ウレタン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. 請求項１に記載の中空状動力伝達シャフトの両端に等速自在継手を連結した動力伝達ユニット。

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