JP2007247769A

JP2007247769A - トルク伝達機構

Info

Publication number: JP2007247769A
Application number: JP2006071566A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamase; 徹山瀬; Chikaya Shinba; 千佳也榛葉
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】高いガタ詰め効果が得られ、かつスプライン結合部の強度や耐久性がトルク負荷方向に依存しないトルク伝達機構を提供する。
【解決手段】軸スプラインＳ２に、歯幅を軸端側に向けて徐々に拡大させた第一山部１１ａと、歯幅を軸端側に向けて徐々に縮小させた第二山部１１ｂとを設ける。第一山部１１ａおよび第二山部１１ｂは、円周方向で交互に同数ずつ設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車や各種産業機器に使用されるトルク伝達機構に関するもので、詳細には、少なくとも一方が等速自在継手の軸である二部材を、軸スプラインと穴スプラインとの嵌合でトルク伝達可能に結合するトルク伝達機構に関する。

自動車のホイールにエンジンの動力を伝達するためにドライブシャフトが使用される。このドライブシャフトには、ホイール側とデフ側に、それぞれ等速自在継手が使用される。等速自在継手には、θ＝４５〜５０deg程度の大きな作動角を取ることのできるタイプ（例えばツェッパ型、バーフィールド型などのボールを用いた固定式等速自在継手）や、作動角はそれ程大きく取ることはできないが外側継手部材の軸線方向にスライドする機構を兼ね備えたタイプ（たとえばダブルオフセット型、トリポード型、クロスグルーブ型などの摺動式等速自在継手）がある。通常、ホイール側には固定式等速自在継手、デフ側には摺動式等速自在継手が使用される。このドライブシャフトのうち、二部材間でトルク伝達を行う部分では、駆動力を確実に従動側に伝達するため、スプライン結合（セレーション結合も含む。以下、同じ）が使用されている。

ところで、近年の自動車においては、騒音、振動等のＮＶＨ（Noise Vibration Harshness）対策として、動力伝達系のガタを詰めることが重要視されている。ドライブシャフトにおいても、ＮＶＨ対策としてスプラインでの円周方向のガタ詰めが望まれており、その具体例として、例えば内輪内径面のスプラインを軸方向と平行に形成すると共に、図５に示すように、軸１００側のスプライン１０１に主負荷トルクと同じ方向の捩れ角θを付与する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
実公平６−３３２２０号公報

特許文献１の構成は、軸セレーションの反軸端側において、トルク負荷時に内輪セレーションと軸セレーションの歯面にかかる応力を、両セレーションの圧入による応力で打ち消し、これによって最大応力を軽減するものである。しかしながら、この構成では、トルク負荷方向が反転すると、トルク負荷による応力と圧入による応力が加算されるため、却って最大応力が増し、軸強度や軸寿命の低下を招くことになる。

本発明は、かかる実情に鑑み、高いガタ詰め効果が得られ、かつスプライン結合部の強度や耐久性がトルク負荷方向に依存しないトルク伝達機構を提供することを目的とする。

以上の目的達成のため、本発明では、少なくとも一方が等速自在継手の軸である二部材を、軸スプラインと穴スプラインとの嵌合でトルク伝達可能に結合するトルク伝達機構において、軸スプラインに、歯幅を軸端側に向けて徐々に拡大させた第一山部と、歯幅を軸端側に向けて徐々に縮小させた第二山部とを円周方向交互に設けた。

かかる構成から、軸スプラインと穴スプラインを嵌合させた際、スプライン結合部の軸方向両端で大きな締め代が得られるので、円周方向で高いガタ詰め効果が得られる。また、軸スプラインと穴スプラインの歯面では、正負を反転させた二種類の応力分布が円周方向で交互に現れる。そのため、トルク負荷方向を正逆方向に反転させた場合でも、スプライン結合部全体では応力に差が生じず、従って、スプライン結合部の強度や耐久性のトルク負荷方向依存性を解消することができる。

この場合、第一山部の軸端側の端部に、歯幅が軸方向で一定の第一ストレート領域を設けることにより、軸スプラインと穴スプラインを嵌合させる際の作業性が向上する。また、第一ストレート領域での面圧を減じることができるので、スプライン結合部の耐久性向上にも有効となる。

さらに、第二山部の反軸端側の端部に、歯幅が軸方向で一定の第二ストレート領域を設けることにより、第二ストレート領域でも面圧を減じることができ、スプライン結合部の耐久性向上により一層効果的となる。

このように、本発明によれば、トルク伝達部で高いガタ詰め効果が得られる。従って、例えば自動車の駆動系に本発明のトルク伝達機構を採用することにより、ＮＶＨ特性の向上を図ることができる。また、本発明では、スプライン結合部の強度や耐久性がトルク負荷方向に依存しないので、トルク負荷方向が常時反転するような用途にも適用可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、デフ側の摺動式等速自在継手２と、ホイール側の固定式等速自在継手３と、各等速自在継手の内側継手部材同士を接続する中間シャフト１とからなる自動車のドライブシャフトを例示している。図示例では、摺動式等速自在継手２として、内側継手部材としてのトリポード部材２ａと、カップ状の外側継手部材２ｂと、トルク伝達要素としてのローラ２ｃと、ブーツ２ｄとを有するトリポード型を例示し、固定式等速自在継手３として、内側継手部材３ａと、カップ状の外側継手部材３ｂと、トルク伝達要素としてのボール３ｃと、ブーツ３ｄとを有するツェッパ型を例示している。

摺動式等速自在継手２および固定式等速自在継手３の何れも、それぞれ入力軸および出力軸を継手構成部品として含む。図示例のドライブシャフトにおいて、摺動式等速自在継手２の入力軸は、外側継手部材２ｂに一体形成した軸部２ｂ１で構成され、出力軸は内側継手部材２ａの内周に固定した中間軸１で構成される。固定式等速自在継手３の入力軸は、内側継手部材３ａの内周に固定した中間軸１で構成され、出力軸は外側継手部材３ｂに一体形成した軸部３ｂ１で構成される。軸部２ｂ１・３ｂ１は、外側継手部材２ｂ、３ｂと別体にして、ボルトや溶接等の手段で外側継手部材２ｂ・３ｂに固定することもできる。

このドライブシャフトでは、摺動式等速自在継手２の入力軸２ｂ１と出力軸１、および固定式等速自在継手３の入力軸１と出力軸３ｂ１にそれぞれ軸スプラインＳ１〜Ｓ４が形成される。このうち、摺動式等速自在継手２の入力側の軸スプラインＳ１は、ディファレンシャル（図示省略）に設けた穴スプラインＳ１’に圧入され、摺動式等速自在継手２の出力側の軸スプラインＳ２は、内側継手部材２ａに設けた穴スプラインＳ２’に圧入される。固定式等速自在継手２の入力側の軸スプラインＳ３は、内側継手部材３ａに設けた穴スプラインＳ３’に圧入され、固定式等速自在継手３の出力側の軸スプラインＳ４は、ホイールハブ（図示省略）に設けた穴スプラインＳ４’に圧入される。

図２は、各軸スプラインＳ１〜Ｓ４のうち、摺動式ジョイント２の出力側に設けられた軸スプラインＳ２を例示するものである。この軸スプラインＳ２は、破線で示すように、内側継手部材２ａ内周の穴スプラインＳ２’に圧入され、これにより中間軸１と内側継手部材２ａとがトルク伝達可能に結合される。この際、内側継手部材２ａは、その反軸端側を中間軸の肩部１３に当接させ、軸端側を止め輪１４で係止することにより軸方向の両側から位置決めされる。中間軸１のうち、軸スプラインＳ２の形成領域中には、止め輪１４を取り付けるための止め輪溝１ａが形成されている。また、中間軸１には、肩部１３の軸端側に隣接して、内側継手部材２ａの内周面と嵌合する円筒状の嵌合面１５が形成されている。

図３（ａ）（ｃ）は、図２に示す軸スプラインＳ２の歯面を平面に展開した時の軸方向両側での断面図である。図３（ｂ）は、同じく平面図で、図中のハッチング部分が歯の山部を表す（この図面では、止め輪溝１ａの図示が省略されている：図４も同じ）。

図示のように、軸スプラインＳ２には、歯の山部として、歯幅を軸端側に向けて徐々に拡大させた第一山部１１ａと、歯幅を軸端側に向けて徐々に縮小させた第二山部とが円周方向交互に設けられる。第一山部１１ａと第二山部１１ｂの数は同数で、これらの総数は偶数となる。歯の谷部としては、軸方向に対して一方に傾斜した第一谷部１２ａと他方に傾斜した第二谷部１２ｂとが円周方向交互に設けられる。第一山部１１ａおよび第二山部１１ｂのうち、各歯面の軸線に対する捩れ角θは、絶対値が全て等しい。これにより、両谷部１２ａ・１２ｂの溝幅は軸方向で等しくなる。捩れ角θは、これが大きすぎると穴スプラインＳ２’に圧入することが困難となり、小さすぎると十分なガタ詰め効果が得られないので、１０′〜２０′の範囲に設定するのが望ましい。

第一山部１１ａおよび第二山部１１ｂは、何れも嵌合面１５よりも大径に形成され、その反軸端部は徐々に縮径して嵌合面１５につながっている。また、第一谷部１２ａおよび第二谷部１２ｂは、何れも嵌合面１５よりも小径に形成され、その反軸端側は徐々に拡径して嵌合面１５につながっている。この形態の軸スプラインＳ２は、外側継手部材２ｂの旋削後、所定部位に転造加工を施すことで形成することができる（何れの加工も冷間で行うのが好ましい）。

図２に示す穴スプラインＳ２’の山部２１および谷部２２は、従来品と同様に軸方向と平行に等幅で形成される。穴スプラインＳ２’の加工法は任意で、ブローチ以外にも例えば鍛造（特に冷間鍛造）で形成することもできる。

以上の構成において、軸スプラインＳ２に穴スプラインＳ２’を圧入すると、軸方向両端で大きな締め代が形成されるので、正逆何れの回転方向でも円周方向のガタ詰めを確実に行うことができ、ＮＶＨ対策として有用なものとなる。また、軸スプラインＳ２と穴スプラインＳ２’の歯面では、正負を反転させた二種類の応力分布が円周方向で交互に現れるので、トルク負荷方向を正逆方向に反転させた場合でも、スプライン結合部全体では応力に差が生じない。従って、中間軸１の強度や耐久性が回転方向に左右されず、スプライン結合部の強度や耐久性のトルク負荷方向依存性を解消することができる。

図４に本発明の実施形態を示す。この実施形態は、軸スプラインＳ２のうち、第一山部１１ａの軸端側の端部に、歯幅が軸方向で一定の第一ストレート領域ｔ１を設けたものである。このようにストレート領域ｔ１を形成することにより、内側継手部材２ａを圧入する際の作業性がより良好なものとなる。さらに、図示のように、第二山部１１ｂの反軸端側の端部に、歯幅が軸方向で一定の第二ストレート領域ｔ２を形成すれば、軸スプラインＳ２の軸方向両端での面圧を下げることができ、中間軸１の耐久性向上を図ることができる。

以上の説明では、軸スプラインとして、摺動式等速自在継手２の出力側に形成した軸スプラインＳ２を例に挙げたが、同様の構成は、他の軸スプラインＳ１、Ｓ３、Ｓ４でも同様に採用することができる。この場合、各軸１・２ｂ１・３ｂ１の外周に部材（内側継手部材３ａ、歯車、ホイールハブ等）を取り付ける際、軸方向一方からの位置決めは、止め輪１４以外の手段で行うこともできる。例えば軸スプラインＳ４をホイールハブの穴スプラインＳ４’に嵌合させる場合、ホイールハブの軸方向一方からの位置決めは、ナットを用いて行うことができる。これに対応して、図１に示すように、固定式等速自在継手３の出力軸３ｂ１のうち、軸スプラインＳ４よりも軸端側には、ナットと螺合するおねじ６が形成されている。

ドライブシャフトの断面図である。軸スプラインの拡大断面図である。平面に展開した軸スプラインの断面図（ａ図、ｃ図）、および平面図（ｂ図）である。本発明の実施形態を示す図で、平面に展開した軸スプラインの断面図（ａ図、ｃ図）、および平面図（ｂ図）である。従来の軸スプラインの平面図である。

符号の説明

１中間軸
１ａ止め輪溝
２摺動式等速自在継手
３固定式等速自在継手
６おねじ
１１ａ第一山部
１１ｂ第二山部
１２ａ第一谷部
１２ｂ第二谷部
１３肩部
１４止め輪
１５嵌合面
２１山部
２２谷部
θ 捩れ角
Ｓ１〜Ｓ４軸スプライン
Ｓ１’〜Ｓ４’ 穴スプライン

Claims

少なくとも一方が等速自在継手の軸である二部材を、軸スプラインと穴スプラインとの嵌合でトルク伝達可能に結合するトルク伝達機構において、
軸スプラインに、歯幅を軸端側に向けて徐々に拡大させた第一山部と、歯幅を軸端側に向けて徐々に縮小させた第二山部とを円周方向交互に設けたことを特徴とするトルク伝達機構。
第一山部の軸端側の端部に、歯幅が軸方向で一定の第一ストレート領域を設けた請求項１記載のトルク伝達機構。
さらに第二山部の反軸端側の端部に、歯幅が軸方向で一定の第二ストレート領域を設けた請求項１または２記載のトルク伝達機構。