JP2009162385A - 駆動シャフト及びそのための等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】衝突挙動に関して最適化される駆動シャフト及び等速ジョイントを創出する。
【解決手段】少なくとも１つの中空シャフト断面部と、その外側ハブ３が上記中空シャフト断面部８に対して接続される少なくとも１つのホモキネティック（ｈｏｍｏｃｉｎｅｔｉｃ）ジョイント１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動シャフト、特に自動車用の長手方向シャフトであって、少なくとも１つの中空シャフト部と、少なくとも１つの等速ジョイントとを有し、ジョイントの外側ハブが中空シャフト部に接続され、ジョイントが蓋によって中空シャフト部に対してシールされている駆動シャフトに関する。また、本発明は、このような駆動シャフトで使用できる等速ジョイントに関する。

前述したタイプの駆動シャフトのための等速ジョイントは独国特許第１０２ ０９ ９９３ Ａ１号から知られている。カウンタトラックジョイントとして構成されるこのジョイントの場合、外側ハブは収容部によって取り囲まれ、それにより、収容部と外側ハブとの間にシールディスク、すなわち蓋が設けられる。蓋は、ジョイント内への埃の侵入を防止するようになっている。例えば正面衝突の場合には、高い軸力が駆動シャフトに作用し、その力によって等速ジョイントが破壊される可能性があり、そのため、外側ハブに接続された中空シャフト内へ内側ハブが突出する可能性がある。この場合、ジョイントをシールする働きのみをする蓋は、著しい抵抗を何ら形成せず、むしろ、それ自体が比較的低い力で内側ハブと共に中空シャフト内へと押し込まれる可能性がある。

自動車において、駆動シャフトは、今日、特に想定し得る衝突応力を考慮して設計されており、これにより、駆動シャフトは、エネルギを吸収すると共に、例えば事故の結果として高い軸力が生じる場合には変形する。この場合、変形は、仮に起こり得るとすれば、駆動シャフトが自動車の内部へ突出できないように行なわれるはずであり、それにより、乗員を傷付ける危険性が低く保たれる。この目的のため、所定の態様で再生できる塑性変形挙動を示す領域を有する駆動シャフトが独国特許第４２ ２７ ９６７ Ａ１号で提案されている。この領域は、中空シャフトとして構成される駆動シャフトの部分が互いの上に折り重なって部分毎に互いの中に押し込まれるように設計されている。折り畳み可能チューブとも称される駆動シャフトのこの構造の場合、駆動シャフトは、所定の軸力を上回ると、高いエネルギ吸収を伴って変形される。

このような態様で構成される駆動シャフトが前述した等速ジョイントを有すると、事故の結果として高い軸力が生じる場合、等速ジョイントが破壊されるまで、僅かな変形経路を伴って、力の急速な増大が生じる可能性がある。その後、等速ジョイントの内側ハブは、蓋と共に、中空シャフトが例えばトランスミッションジャーナル又は差動ジャーナルと接触する前に、比較的僅かな力で特定の経路距離だけ中空シャフト内へ押し込まれる可能性がある。その後においてのみ、シャフトが変形し、多大な力が吸収される。変形力のこのような増大、低下、再増加により、自動車の乗員に対して加速度が交互に作用し、これらにより、怪我、例えばむち打ち症又は更に重大な被害がもたらされる可能性がある。

したがって、本発明の課題は、最初に述べたタイプの駆動シャフト及び等速ジョイントであって、それらの衝突挙動に関して更に最適化される駆動シャフト及び等速ジョイントを創出することである。

この課題は、本質的に、駆動シャフトの場合には、等速ジョイントに作用する軸力、特に事故に起因する軸力の結果として等速ジョイントの内側ハブが中空シャフト部内へと少なくとも大きく突出することができないように蓋及び中空シャフト部が構成されて配置されているという点で、本発明によって達成される。結果として、中空シャフト内での内側ハブの本質的に力が無い変位に関する減少を伴うことなく、駆動シャフト及び等速ジョイントの変形のために必要とされる力が急速に増大する。本発明に係る駆動シャフトの場合には、結果として、等速ジョイントの破壊のほぼ直後に駆動シャフトの所定の変形を起こすことができ、それにより、自動車の乗員に影響を与える遅延が可能な限り均一になる。

これに関連して、駆動シャフトの中空シャフト部は、所定の塑性変形挙動を示す領域を有することが好ましい。特に、駆動シャフトは、変形中にエネルギの高い吸収が行なわれる折り畳み可能なチューブの態様で構成することができる。

また、本発明の根底にある課題は、外側ハブに対する内側ハブの軸方向変位、特に事故に関連する変位を制限する接触面を蓋が規定する等速ジョイントによって達成される。動作時に必要とされる外側ハブに対する内側ハブの最大偏位を蓋が妨げないように、内側ハブと蓋との間に少なくとも僅かな距離が設けられることが好ましい。このようにすれば、外側ハブに対する内側ハブの軸方向変位が例えば２５ｍｍ未満に制限される。しかしながら、自動車の乗員を可能な限り均一な遅延に晒すためには、内側ハブと外側ハブとの間の最大変位が蓋により１５ｍｍ未満、例えば約１０ｍｍに制限されることが好ましい。

高い軸力の結果としての等速ジョイントの破壊後に駆動シャフトの目標の変形を開始するため、蓋は、当該蓋の幾何学的形状及び／又は当該蓋の材料の適切な選択により、内側ハブによって伝えられる少なくとも５０ｋＮの軸力に耐えなければならない。蓋によって吸収されるべきこの軸力の大きさは、駆動シャフトの目標の変形を開始させる力の大きさによって決まる。したがって、頻繁に、１００ｋＮを超える軸力、好ましくは１５０ｋＮを超える軸力、或いは、約２５０ｋの軸力に蓋が耐える必要がある。

内側ハブが外側ハブに対して移動できる経路を制限するため、蓋は、内側ハブと対向し且つ内側ハブのための接触面を形成する突起を有することが好ましい。これに加えて或いはこれに代えて、蓋を補強するため、ビード、リブ、縁などを蓋に設けることができる。蓋が既にその形状及び／又は外形によって高い軸力に耐えることができるように設計されていない場合、蓋は、高強度金属、又は、例えば繊維強化プラスチックから成ることができる。

外側ハブ上及び／又は駆動シャフト上の所定位置に適切な態様で蓋を固定するため、少なくとも特定の領域で、収容部により、特に中空シャフト部を形成する収容部により、外側ハブを当該収容部と共に回転するように取り囲むことができ、それにより、蓋がこの収容部内に保持される。無論、蓋は、外側ハブ及び／又は駆動シャフトに対して溶接することもでき、或いは、何らかの他の適当な態様で接続することもできる。この目的のため、収容部、外側ハブ及び／又は駆動シャフトは、蓋が当接可能な段部や切り欠き等を有することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、内側ハブは特に一体でスリーブに接続され、スリーブは、トランスミッションジャーナル又は差動ジャーナルと共に回転するために当該ジャーナルとの接続固定のための内歯系を有する。この構造の場合、トランスミッション出力シャフト又は差動入力シャフトのジャーナル上に対して直接に内側ハブをセットすることができ、それにより、駆動シャフトの取り付けが容易になるだけでなく、駆動シャフトが最適に心出しされる。

また、等速ジョイントは、ケージ心出し面によってケージが外側ハブ内で案内されるカウンタトラックジョイントとして独国特許第１０２ ０９ ９３３ Ａ１号に記載される構造と同様に構成されることが好ましい。

本発明にしたがって構成される駆動シャフト及び／又は等速ジョイントは、自動車の長手方向シャフトで使用できるだけでなく、サイドシャフトでの取り付けにも適している。サイドシャフトで動作時に必要とされるジョイントの最大偏位は、通常、長手方向駆動シャフトにおいて必要とされる偏位を明らかに上回っているため、ジョイント部からの蓋の距離、例えば特に内側ハブからの蓋の距離は、長手方向シャフトの場合には約１０°、サイドシャフトの場合には約２０°のジョイントの十分に大きい偏位が可能となるように選択されなければならない。

本発明の更なる進展、利点、適用可能性は、例示的な実施形態の以下の説明及び図面から明らかである。これに関連して、説明され及び／又は図面に示される特徴の全ては、それらが請求項又はそれらの前例でどのように要約されているかに関係なく、それら自体或いは任意の所望の組み合わせで本発明の対象を形成する。

本実施形態に係る等速ジョイント１の断面を概略的に示す図である。

図１は、本発明に係る等速ジョイント１の断面を概略的に示しており、この等速ジョイントは、内側ハブ２と、外側ハブ３と、内側ハブ２と外側ハブ３との間でトルクを伝達するためにケージ４内に収容されたボール５とを有する。

等速ジョイント１は、内側ハブ２及び外側ハブ３の両方が外周の周りに交互に分布されるように配置された第１の内側ランニング溝及び第１の外側ランニング溝並びに第２の内側ランニング溝及び第２の外側ランニング溝を有するカウンタトラックジョイントとして構成されている。図１に示される第１の内側ランニング溝２ａは、どの場合にも、第１の外側ランニング溝３ａと共に、ボール５が収容されるランニング溝対を表す。

外側ハブ３の内面には、対を成して互いに隣接する第１及び第２のケージ心出し面が外側ランニング溝間に形成されており、これらのうち、第１のケージ心出し面３ｂのみが図示されている。第１のケージ心出し面３ｂはどの場合にも第１の外側ランニング溝３ａに隣接しており、一方、第２のケージ心出し面は第２の外側ランニング溝に隣接している。第１及び第２のケージ心出し面は、どの場合にも、アンダーカットを伴うことなく、外側ハブ３の両端から反対方向へ延びており、また、これに関連して、外側ハブ軸に近づいている。このように構成されたケージ心出し面により外側ハブ３内でケージ４を案内することができる。

内側ハブ２はスリーブ状部品として構成され、その外面上には内側ランニング溝が設けられると共に、その内面には特定の領域に内歯系８が設けられており、それにより、内側ハブ２を例えばトランスミッション出力シャフト又は差動入力シャフト上にセットすることができる。

図示の実施形態において、外側ハブ３は、外側ハブ３と共に回転するように外側ハブ３に対して接続される収容部７によって囲まれている。収容部７は、内側ハブ２と対向する側に、駆動シャフトへの移行部を一体で形成することができ或いは例えば溶接などの適当な方法により駆動シャフトと接続できる中空シャフト部８を形成している。収容部７と中空シャフト部８との間の移行部には階段状の段部９が形成されており、この段部内に蓋１０がセットされている。この場合、蓋１０は、中空シャフト部８に対して等速ジョイント１をシールする。

図１から明らかなように、蓋１０には、内側ハブ２へと向かう方向で延びる中心突起１１が設けられている。蓋１０のこの突起１１と内側ハブ２との間には隙間１２が残存しており、これにより、内側ハブ２を蓋１０と接触させることなく外側ハブ３に対して内側ハブ２を回動させることができる。しかしながら、隙間１２は、できる限り小さくなるように選択され、例えば約１０ｍｍに相当する。蓋を補強するため、蓋１０には、径方向に延びる幾つかのビード１３が配置されている。

例えば事故の結果として図中に矢印で示される軸力が等速ジョイント１に作用する場合には、ジョイントが破壊され、それにより、動作状態の外側ハブ３内に強固に保持される内側ハブ２が外側ハブ３内で軸方向に自由に移動できるようになる。内側ハブ２は、軸力の結果として、内側ハブ２が蓋１０の突起１１と当接してそれにより内側ハブ２のための接触面が形成されるまで、隙間１２により規定される距離だけ移動される。蓋１０の大きな剛性により、また、蓋１０が段部９において軸方向で所定位置に保持されているため、内側ハブ２は中空シャフト部８内へと更に突出することができない。等速ジョイント１に作用する軸力が更に増大する場合、図示しない駆動シャフトは、所定の態様で、例えば折り畳み可能なチューブの形態で変形する。これが起こると、多量のエネルギが吸収される。

結果として、蓋１０の外径、材料及び／又は形状により、内側ハブ２が移動できる最大移動経路及び蓋１０の力吸収の両方を所定の態様で達成できる。したがって、蓋１０は、内側ハブ２が中空シャフト部８内へ突出することができないようにしつつ、事故に関連する約１５０ｋＮ〜２００ｋＮの軸力を支持することができる。

突起１１を有する図１に示される蓋１０の構造は、内側ハブ２が突起１１と接触せずに等速ジョイント１の動作のために必要な外側ハブ３に対する偏位を内側ハブ２が行なうことができるように選択される。しかしながら、外側ハブ３に対する内側ハブ２のこれを超える偏位は、蓋１０の突起１１と内側ハブ２との接触により制限することができ、そのため、ボールは、例えばジョイントの過大な偏位に起因して組立中にランニング溝から落ちることができない。

蓋１０及び突起１１の図示の外形に代わるものとしては、任意の他の望ましい形状を選択することができ、例えば、高い軸力が事故によって引き起こされる場合に起こる内側ハブ２の最大移動経路が例えばできる限り短く維持されさえすれば、突起は矩形断面であってもよい。

１…等速ジョイント、２…内側ハブ、２ａ…内側ランニング溝、３…外側ハブ、３ａ…外側ランニング溝、３ｂ…心出し面、４…ケージ、５…ボール、７…収容部、８…中空シャフト部、９…段部、１０…蓋、１１…中心突起、１２…隙間、１３…ビード。

Claims (12)

1. 特に自動車用の長手方向シャフトのような駆動シャフトであって、少なくとも１つの中空シャフト部と、少なくとも１つの等速ジョイントとを有し、前記ジョイントの外側ハブが前記中空シャフト部に接続され、前記ジョイントが蓋によって前記中空シャフト部に対してシールされている駆動シャフトにおいて、
   前記蓋及び前記中空シャフト部が、前記等速ジョイントに作用する軸力、特に事故に起因する軸力の結果として前記等速ジョイントの内側ハブが前記中空シャフト部内へと少なくとも大きく突出することができないように構成されて配置されていることを特徴とする駆動シャフト。
2. 前記中空シャフト部が、特に折り畳み可能なチューブの態様で所定の塑性変形挙動を示す少なくとも１つの領域を有することを特徴とする、請求項１に記載の駆動シャフト。
3. 特に請求項１又は請求項２に記載の駆動シャフトのための等速ジョイントであって、内側ハブと、外側ハブと、前記内側ハブと前記外側ハブとの間に配置され且つトルクを伝達するために前記内側ハブ及び前記外側ハブのランニングトラックに係合するボールが内部に収容されるケージと、前記外側ハブをシールする蓋とを有する等速ジョイントにおいて、
   前記蓋が、前記外側ハブに対する前記内側ハブの軸方向変位、特に事故に関連する変位を制限する接触面を規定することを特徴とする等速ジョイント。
4. 前記蓋が、前記外側ハブに対する前記内側ハブの軸方向変位を約２５ｍｍ未満、特に約１５ｍｍ未満に制限することを特徴とする、請求項３に記載の等速ジョイント。
5. 前記蓋が、当該蓋の幾何学的形状及び／又は材料の適切な選択により、前記内側ハブによって伝えられる少なくとも５０ｋＮ、特に少なくとも１００ｋＮの軸力に耐えることを特徴とする、請求項３又は４に記載の等速ジョイント。
6. 前記蓋が、前記内側ハブと対向し且つ前記接触面を形成する突起を有することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の等速ジョイント。
7. 前記蓋が、補強のためのビード、リブ、縁などを有することを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載の等速ジョイント。
8. 前記蓋が、高強度金属、又は、プラスチック、特に繊維強化プラスチックから成ることを特徴とする、請求項３〜７のいずれか一項に記載の等速ジョイント。
9. 前記蓋が、動作時に必要とされる前記外側ハブに対する前記内側ハブの最大偏位を妨げないことを特徴とする、請求項３〜８のいずれか一項に記載の等速ジョイント。
10. 前記外側ハブが、少なくとも特定の領域で、収容部、特に中空シャフト部を形成する収容部によって囲まれて収容部と共に回転し、前記蓋が前記収容部内に保持されることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか一項に記載の等速ジョイント。
11. 前記内側ハブが特に一体でスリーブに接続され、前記スリーブが、トランスミッションジャーナル又は差動ジャーナルと共に回転するために当該ジャーナルとの接続固定のための内歯系を有することを特徴とする、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の等速ジョイント。
12. 前記内側ハブにおいては、カウンタトラックとしての第１及び第２のランニング溝が交互に分布されるように配置され、前記外側ハブにおいては、カウンタトラックとしての第１及び第２の外側ランニング溝が交互に分布されるように配置され、これにより、外側ランニング溝間の前記外側ハブの内面には、対を成して互いに隣接する第１のケージ心出し面及び第２のケージ心出し面が外側ランニング溝間に形成され、第１のケージ心出し面がどの場合にも第１の外側ランニング溝に隣接し、第２のケージ心出し面が第２の外側ランニング溝に隣接し、第１のケージ心出し面が、一端部から始まり、反対側の第２の端部の方向へと延び、そうすることで外側ハブ軸に近づき、第２のケージ心出し面が、第２の端部から始まり、第１の端部の方向へと延び、そうすることで外側ハブ軸に近づくことを特徴とする、請求項３〜１１のいずれか一項に記載の等速ジョイント。

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