JP2008032160A

JP2008032160A - 動力伝達機構

Info

Publication number: JP2008032160A
Application number: JP2006208007A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Makino; 弘昭牧野; Junji Shibata; 淳史芝田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】動力伝達時に、外周部材への応力集中を緩和して外周部材の疲労強度を向上させる動力伝達機構を提供する。
【解決手段】中間シャフト１の端部である連結部２の外周に位置する、外周部材であるトラニオン３の内周面にはスプライン５が形成され、このスプライン５の軸部材挿入側部位にテーパ形状の歯高低減部５ａを形成する。この歯高低減部５ａは、歯高が軸部材反挿入側から軸部材挿入側に向けて減少する形状とする。また、歯高低減部５ａの図中Ｘ_１で示す軸部材挿入側端部の軸方向位置と図中Ｙ_１で示す最大歯高開始部との間に、連結部２の外周面に形成されるスプライン４の図中Ｚ_１で示す最大歯高開始部の軸方向位置を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車など各種機械において動力の伝達を行う動力伝達機構に関するものである。

上記動力伝達機構は、動力伝達軸の端部に位置する連結部の外周面に形成されるスプラインと、前記連結部の外周に位置する外周部材の内周面に形成されるスプラインとが噛み合い連結することで動力を伝達するものである。この動力伝達機構は、例えば、自動車のドライブシャフトにおける中間シャフトと等速自在継手との間の動力伝達手段に採用される。この一例を図４に示す。

図４（Ａ）は、自動車のドライブシャフトにおける動力伝達軸である中間シャフト５１と、摺動型等速自在継手の一つであるトリポード型等速自在継手の内側継手部材を構成する、外周部材であるトラニオン５３とで構成された動力伝達機構を示したものであり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の要部拡大図である。

この動力伝達機構は軸部材である中間シャフト５１、外周部材であるトラニオン５３で主要部が構成される。中間シャフト５１は端部に連結部５２を有し、連結部５２の外周面には、歯部５４ａを構成部とするスプラインが形成される。また、前記連結部５２の外周にはトラニオン５３が位置し、このトラニオン５３の内周面に図中斜線で示した歯部５５ａを構成部とするスプラインが形成される。

このトラニオン５３のスプラインの歯部５５ａと連結部５２のスプラインの歯部５４ａとが互いに噛み合うことで中間シャフト５１とトラニオン５３との間で動力伝達を可能にしている。なお、連結部５２のスプラインの歯部５４ａとトラニオン５３のスプラインの歯部５５ａとの噛み合い部分の接触面積を図４（Ｂ）中に散点模様で示している。

また、この動力伝達機構においては、図５に示すように、動力伝達時、連結部５２のスプラインとトラニオン５３のスプラインとの間では、連結部５２のスプラインにおける歯部５４ａの両先端とトラニオン５３のスプラインにおける溝部５５ｂの溝口両端とがまず当接を開始する。この際、当接する部位に応力が集中するため、トラニオン５３のスプラインにおける溝部５５ｂの溝口両端の隅部を、鋭い角部を切り欠いた構造とすることで、トラニオン５３のスプラインの歯部５５ａへの応力集中を緩和し、トラニオン５３のスプラインにおける溝部５５ｂの溝口両端と連結部５２のスプラインにおける歯部５４ａの両先端の歯欠を防止している（特許文献１参照）。
特開２００４−２２５８５３号公報

さて、図４に示す従来の動力伝達機構であると、動力伝達時に、図４（Ｂ）中の渦状模様で示したように、外周部材であるトラニオン５３の軸部材挿入側の内周面に応力が集中し、トラニオン５３の疲労強度を低下させてしまう問題がある。

また、図４に示す従来の動力伝達機構は、図５に示すように、トラニオン５３のスプラインにおける溝部５５ｂの溝口両端の隅部を、鋭い角部を切り欠いた構造とするため、トラニオン５３のスプラインにおける溝部５５ｂの溝口両端、つまり、トラニオン５３のスプラインにおける歯部５５ａの両先端へ応力が集中することにより生じる歯欠を防止することができる。しかし、この構造においては、トラニオン５３の疲労強度を向上させることは困難であった。

さらに、図４に示す動力伝達機構であると、上記の問題を解決するべく、トラニオン５３の疲労強度を向上させるためには、トラニオン５３の肉厚を厚くしなければならないため、トラニオン５３が大型化して動力伝達機構のコンパクト化が困難となり、製造コストも嵩んでしまう問題があった。

本発明は、上記の事情を鑑み、動力伝達時に、外周部材へ応力が集中するのを緩和して外周部材の疲労強度を向上させる動力伝達機構を提供するものである。

上記の課題を解決するための本発明の動力伝達機構は、軸部材の端部の外周面にスプラインを形成すると共に、前記軸部材の外周に位置する外周部材の内周面にスプラインを形成し、前記軸部材の端部を前記外周部材に内挿して両スプラインを噛み合わせることにより、前記軸部材と前記外周部材とを動力伝達可能に連結した動力伝達機構において、前記軸部材のスプラインの基部あるいは前記外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位のいずれか一方を、そのスプラインの歯高がスプライン端に向けて減少する歯高低減部としたことを特徴とする（請求項１）。

上記の動力伝達機構であると、軸部材の端部、つまり軸部材の連結部の外周面に形成するスプラインの基部あるいは前記外周部材の内周面に形成するスプラインの軸部材挿入側部位のいずれか一方を、そのスプラインの歯高がスプライン端に向けて減少する歯高低減部とする。つまり、軸部材のスプラインの基部に形成する歯高低減部は、その歯高が軸部材先端側から軸部材基端側に向けて減少する形状とし、外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位に形成する歯高低減部は、その歯高が軸部材反挿入側から軸部材挿入側に向けて減少する形状とする。この結果、軸部材のスプラインの基部と、外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位との噛み合いによる接触面積を従来の場合よりも小さくし、動力伝達時に、外周部材の軸部材挿入側の内周面へ応力が集中するのを緩和することができる。

また、前記歯高低減部の形状は、テーパ形状とすることが望ましい（請求項２）。

上記の動力伝達機構であると、軸部材のスプラインの基部に形成する歯高低減部、あるいは外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位に形成する歯高低減部をテーパ形状とする。この結果、製造時におけるスプラインの設計が簡易となって製造作業が簡便化し、製造コストの削減を実現することができる。

なお、軸部材のスプラインの基部に形成する歯高低減部、あるいは外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位に形成する歯高低減部の形状は、上記したテーパ形状に限らず、曲形状や波形状など、歯高低減部のスプラインの歯高が、後に詳述する最大歯高開始部からスプライン端に向けて減少する形状であればよい。

さらに、前記歯高低減部のスプライン端位置と最大歯高開始部との間に、相手部材のスプラインの最大歯高開始部が位置することが望ましい（請求項３）。

上記の動力伝達機構であると、前記歯高低減部のスプライン端位置と最大歯高開始部との間、つまり、軸部材のスプラインの基部に形成される歯高低減部のスプライン端位置からこのスプライン端位置とは反対側に位置する最大歯高開始部との間、あるいは外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位に形成される歯高低減部のスプライン端位置とこのスプライン端位置とは反対側に位置する最大歯高開始部との間に、相手部材のスプラインの最大歯高開始部が位置するように設定する。この結果、軸部材のスプラインの基部と外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位との接触面積が従来の場合よりも小さくなる部分を確実に形成することができるため、動力伝達時に、外周部材の軸部材挿入側の内周面へ応力が集中するのを緩和し、外周部材の疲労強度を向上させることができる。なお、ここでいうスプライン端位置とは、軸部材のスプラインの基部においては軸部材基端部の軸方向位置、外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位においては軸部材挿入側端部の軸方向位置を意味する。

本発明の動力伝達機構であると、軸部材のスプラインの基部あるいは外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位のいずれか一方を、その歯高がスプライン端に向けて減少する歯高低減部とするため、軸部材のスプラインの基部と、外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位との接触面積を従来の場合よりも小さくすることができる。この結果、動力伝達時に、外周部材の内周面に応力が集中するのを緩和し、外周部材の疲労強度を向上させて長寿命化を実現させることができる。

また、本発明により外周部材の疲労強度が向上させることができるため、従来のように外周部材の疲労強度を向上させるために外周部材を肉厚にする必要がなくなる。この結果、外周部材のコンパクト化が可能となり、これにより製造コストの削減を実現することができる。

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（Ａ）に本発明の第１の実施形態を示す。なお、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の要部拡大図である。

図１（Ａ）に示した動力伝達機構は、軸部材である中間シャフト１と、摺動型等速自在継手の一つであるトリポード型等速自在継手の内側継手部材を構成する、外周部材としてのトラニオン３とで主要部が構成される。中間シャフト１の端部、つまり連結部２の外周面にはスプライン４が形成される。また、連結部２の外周にはトラニオン３が位置し、このトラニオン３の内周面には図中斜線で示すスプライン５が形成される。

このスプライン５の軸部材挿入側部位にはテーパ形状の歯高低減部５ａが形成される。この歯高低減部５ａは、歯高がスプライン端に向けて減少する形状、つまり、歯高が軸部材反挿入側から軸部材挿入側に向けて減少する形状に形成される。

また、図１（Ｂ）に示すように、歯高低減部５ａのスプライン端位置と最大歯高開始部との間、つまり、図中Ｘ_１で示すスプライン５における軸部材挿入側端部の軸方向位置と図中Ｙ_１で示す最大歯高開始部との間に、相手部材つまり連結部２におけるスプライン４の図中Ｚ_１で示す最大歯高開始部の軸方向位置が設定される。なお、図中上記の各部を黒点で示す。

本実施形態の動力伝達機構であると、図１（Ｂ）中に散点模様で示すように、トラニオン３のスプライン５の軸部材挿入側部位において、連結部２のスプライン４との噛み合いによる接触面積が、連結部２の最大歯高開始部の軸方向位置Ｚ_１付近において、図４に示す従来の動力伝達機構の場合よりも小さくなる。このため、動力伝達時に、トラニオン３の軸部材挿入側の内周面にかかる負荷が、図中渦状模様で示すように分散され、応力集中が緩和される。この結果、トラニオン３の疲労強度を向上させることができる。

つまり、本実施形態において、図１（Ｂ）に渦状模様で示すように、トラニオン３の軸部材挿入側の内周面にかかる負荷は、従来の動力伝達機構である図４（Ｂ）中に渦状模様で示した、トラニオン５３の軸部材挿入側の内周面にかかる負荷に比べてより分散されるため、トラニオン３への応力集中が緩和されて疲労強度が向上する。なお、各図の渦状模様で示した負荷のかかる領域と強さは、負荷が小さいほど渦状模様の各線の間隔を広くし、また、負荷が広く分散されているほど渦状模様全体の軸方向幅を大きくして示している。

図２（Ａ）に本発明の第２の実施形態を示す。なお、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の要部拡大図である。また、以下の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分、形態、機能を有する部品には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の動力伝達機構は、中間シャフト１の端部、つまり連結部２の外周面にはスプライン４が形成され、トラニオン３の内周面には図中斜線で示すスプライン１０が形成される。

このトラニオン３のスプライン１０の軸部材挿入側部位にはテーパ形状の歯高低減部１０ａが形成され、この歯高低減部１０ａは、歯高がスプライン端に向けて減少する形状、つまり、歯高が軸部材反挿入側から軸部材挿入側に向かって減少する形状に形成される。

また歯高低減部１０ａは、スプライン１０の最小歯高部位１０ｂとスプライン１０の最大歯高部位１０ｃとを連結させて形成される。

さらに、図２（Ｂ）に示すように、歯高低減部１０ａのスプライン端位置と最大歯高開始部との間、つまり、図中Ｘ_２で示すスプライン１０の軸部材挿入側端部の軸方向位置と図中Ｙ_２で示すスプライン１０の最大歯高開始部との間に、相手部材つまり連結部２のスプライン４における図中Ｚ_２で示す最大歯高開始部の軸方向位置が設定される。なお、図中、上記の各部を黒点で示し、中間シャフト１のスプライン４の基部とトラニオン３のスプライン１０の軸部材挿入側部位との噛み合いによる接触面積は散点模様で示す。

なお、本実施形態の作用及び効果については、図１に示す第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

図３（Ａ）に本発明の第３の実施形態を示す。なお、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の要部拡大図である。

本実施形態の動力伝達機構は、中間シャフト１の端部、つまり連結部２の外周面にはスプライン４が形成され、トラニオン３の内周面には図中斜線で示すスプライン１１が形成される。

このトラニオン３のスプライン１１には、軸方向全域に亙りテーパ形状の歯高低減部１１ａが形成される。この歯高低減部１１ａは、歯高がスプライン端に向けて減少する形状、つまり、歯高が軸部材反挿入側から軸部材挿入側に向けて減少する形状に形成される。

また、図３（Ｂ）に示すように、歯高低減部１１ａのスプライン端位置と最大歯高開始部との間、つまり、図中Ｘ_３で示すスプライン１１の軸部材挿入側端部の軸方向位置と図中Ｙ_３で示すスプライン１１の最大歯高開始部との間に、相手部材つまり連結部２のスプライン４における図中Ｚ_３で示す最大歯高開始部の軸方向位置が設定される。なお、図中上記の各部を黒点で示す。

さて、本実施形態の作用及び効果については、図１に示す第１の実施形態と同様である。しかしながら、本実施形態においては、図３（Ｂ）中に散点模様で示すように、トラニオン３のスプライン１１の軸部材挿入側部位において、連結部２のスプライン４との噛み合いによる接触面積が、連結部２のスプライン４における最大歯高開始部の軸方向位置Ｚ_３付近で小さくなり、これは第１の実施形態や第２の実施形態よりも小さくなる。このため、動力伝達時に、トラニオン３の軸部材挿入側の内周面にかかる負荷が第１の実施形態や第２の実施形態よりもより分散されて応力集中が緩和され、疲労強度が向上する。

さて、これまでの第１〜第３の実施形態においては、外周部材のスプラインに歯高低減部を形成したが、軸部材、つまり中間シャフトの連結部のスプラインに歯高低減部を形成することもできる。

上記の実施形態の場合、軸部材の端部に位置する連結部のスプラインの基部において、外周部材の軸部材挿入側部位のスプラインとの噛み合いによる接触面積が従来の場合よりも小さくなる。この結果、動力伝達時に、外周部材の軸部材挿入側の内周面にかかる負荷が分散されて応力集中が緩和され、外周部材の疲労強度を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施形態はあくまで例示であり、特許請求の範囲に記載の意味および範囲内の全ての事項を含む。

（Ａ）は本発明に係る動力伝達機構の第１の実施形態を示す断面図である。（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。（Ａ）は本発明に係る動力伝達機構の第２の実施形態を示す断面図である。（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。（Ａ）は本発明に係る動力伝達機構の第３の実施形態を示す断面図である。（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。（Ａ）は従来の動力伝達機構を示す断面図である。（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。図４の動力伝達機構のスプライン嵌合部における横断面図である。

符号の説明

１中間シャフト（軸部材）
２連結部
３トラニオン（外周部材）
４、５、１０、１１スプライン
５ａ、１０ａ、１１ａ歯高低減部

Claims

軸部材の端部の外周面にスプラインを形成すると共に、前記軸部材の外周に位置する外周部材の内周面にスプラインを形成し、前記軸部材の端部を前記外周部材に内挿して両スプラインを噛み合わせることにより、前記軸部材と前記外周部材とを動力伝達可能に連結した動力伝達機構において、
前記軸部材のスプラインの基部あるいは前記外周部材のスプラインの軸部材挿入側部位のいずれか一方を、そのスプラインの歯高がスプライン端に向けて減少する歯高低減部としたことを特徴とする動力伝達機構。
前記歯高低減部をテーパ形状としたことを特徴とする請求項１記載の動力伝達機構。
前記歯高低減部のスプライン端位置と最大歯高開始部との間に、相手部材のスプラインの最大歯高開始部が位置することを特徴とする請求項１もしくは請求項２何れか記載の動力伝達機構。