JP2010001980A - 等速自在継手用シャフト及びアクスルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】塑性変形するような捩りトルクが負荷されても弾性変形にとどめることができて、ブーツが恒久的に捩られた状態となるのを回避することが可能な等速自在継手用シャフトおよびこのような等速自在継手用シャフトを用いたアクスルモジュールを提供する。
【解決手段】塑性域の捩りトルクを負荷して塑性歪を発生させた後に除荷してなる等速自在継手用シャフトである。アウトボード側の等速自在継手Ｔ１と、インボード側の等速自在継手Ｔ２と、一端がアウトボード側の等速自在継手Ｔ１に連結されるとともに他端がインボード側の等速自在継手Ｔ１に連結されるドライブシャフト６５とを備えたアクスルモジュールにおいて、前記記載の等速自在継手用シャフトを用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、等速自在継手用シャフト及びこのシャフトを用いたアクスルモジュールに関する。

自動車等の車両のエンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置は、エンジンから車輪へ動力を伝達すると共に、悪路走行時における車両のバウンドや車両の旋回時に生じる車輪からの径方向や軸方向変位、およびモーメント変位を許容する必要がある。このため、例えば、図３に示すように、エンジン側と車輪側との間に介装されるドライブシャフト１の一端を、インボード側の摺動型等速自在継手２を介してディファレンシャルに連結し、他端を、アウトボード側の固定型等速自在継手３を含む車輪用軸受装置（図示省略）を介して車輪に連結している。

すなわち、特許文献１や特許文献２に記載されているように、一対の等速自在継手２，３と、これら等速自在継手に連結されたドライブシャフト１と、一対の等速自在継手２，３のうちアウトボード側の等速自在継手３と車輪用軸受とがユニット化された車輪用軸受アッセンブリー（以下、アクスルモジュールと言う）を構成している。自動車等の車両に組付けた状態で車両の外側となる方をアウトボード側（図面左側）、自動車等の車両に組付けた状態で車両の内側となる方をインボード側（図面右側）という。

等速自在継手３は、外側継手部材としての外輪５と、外輪５の内側に配された内側継手部材としての内輪６と、外輪５と内輪６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪５と内輪６との間に介在してボール７を保持するケージ８とを主要な部材として構成される。内輪６孔部内径６ａとシャフト端部１ａはトルク伝達するために、スプライン嵌合により結合されている。

外輪５はマウス部１１とステム部（軸部）１２とからなり、マウス部１１は一端にて開口した椀状で、その内球面１３に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１１の開口端まで延びている。内輪６は、その外球面１５に、軸方向に延びた複数のトラック溝１６が円周方向等間隔に形成されている。

また、マウス部１１の開口部はブーツ２０にて覆われている。ブーツ２０は、大径部２０ａと、小径部２０ｂと、大径部２０ａと小径部２０ｂとを連結する蛇腹部２０ｃとからなる。大径部２０ａがマウス部１１の開口部に外嵌され、この状態でブーツバンド２１にて締結され、小径部２０ｂがシャフト１のブーツ装着部１ｂに外嵌され、この状態でブーツバンド２１にて締結されている。

インボード側の摺動型等速自在継手は、円筒状の内径面２３ａに複数の直線状のトラック溝２２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪２３と、球面状の外径面２６ａに複数の直線状のトラック溝２５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪２６と、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達するボール２７と、外輪２３の内径面と内輪２６の外径面との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備える。

外輪２３は、内径面２３ａに前記トラック溝２２が形成されたカップ部２９ａと、このカップ部２９ａの底壁から突設されるステム部２９ｂとを備える。内輪２６孔部内径２６ｂとシャフト１端部１ｃはトルク伝達するために、スプライン嵌合により結合されている。

また、カップ部２９ａの開口部はブーツ４０にて覆われている。ブーツ４０は、大径部４０ａと、小径部４０ｂと、大径部４０ａと小径部４０ｂとを連結する蛇腹部４０ｃとからなる。大径部４０ａがカップ部２９ａの開口部に外嵌され、この状態でブーツバンド４１にて締結され、小径部４０ｂがシャフト１のブーツ装着部１ｄに外嵌され、この状態でブーツバンド４１にて締結されている。

このように、アウトボード側の等速自在継手（固定型等速自在継手）であっても、インボード側の等速自在継手（摺動型等速自在継手）であっても、その開口部がブーツ２０、４０にて覆われる。この場合、縮径可能なバンド２１、４１を縮径させることによって、ブーツ２０、４０を締め付けるものである。
特開２００１−８２４９８号公報 特開２００６−７９０９号公報

ＡＴＶ（ＡＬＬ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ：不整地走行用鞍乗り型車両、４輪バギー車とも呼ばれる。）の動力伝達装置に前記したようなアクスルモジュールを用いた場合、シャフトに捩りトルクが負荷され、シャフトが塑性変形するおそれがある。シャフトが塑性変形するとシャフトに装着されるブーツが恒久的に捩られた状態となり、ブーツの耐久性の低下を招くことになる。

本発明は、前記課題に鑑みて、塑性変形するような捩りトルクが負荷されても弾性変形にとどめることができて、ブーツが恒久的に捩られた状態となるのを回避することが可能な等速自在継手用シャフトおよびこのような等速自在継手用シャフトを用いたアクスルモジュールを提供する。

本発明の等速自在継手用シャフトは、塑性域の捩りトルクを負荷して塑性歪を発生させた後に除荷してなるものである。

本発明の等速自在継手用シャフトによれば、塑性域の捩りトルクを負荷して塑性歪を発生させた後に除荷することで、同方向への捩り弾性限度が向上する。

この等速自在継手用シャフトは、ブーツ装着部を有し、このブーツ装着部にブーツが装着される。

前記捩りによる負荷応力が１．３ＧＰａ以上であることが好ましい。また、発生する塑性歪方向は最大トルク発生方向である。

本発明のアクスルモジュールは、アウトボード側の等速自在継手と、インボード側の等速自在継手と、一端がアウトボード側の等速自在継手に連結されるとともに他端がインボード側の等速自在継手に連結されるドライブシャフトとを備えたアクスルモジュールであって、前記ライブシャフトに前記記載の等速自在継手用シャフトを用いたものである。

本発明では、捩り弾性限度が向上するので、弾性域での使用範囲（トルク負荷領域）を拡大でき、軽量・コンパクト化を図ったとしても、十分使用可能な等速自在継手用シャフトを構成することができる。また、シャフトが恒久的に捩られた状態となるのを防止できるので、ブーツ装着部にブーツが装着される場合、ブーツが恒久的に捩られた状態となるのを回避することができ、ブーツの寿命向上を図ることができる。

捩りによる負荷応力を１．３ＧＰａ以上とすることによって、等速自在継手用シャフトにおいて、塑性歪を安定して発生させることができる。また、発生する塑性歪方向を最大トルク発生方向とすることによって、同方向への捩り弾性限度を効率よく向上させることができる。

本発明のアクスルモジュールは、シャフトにおいて弾性域での使用範囲（トルク負荷領域）を拡大でき、全体として軽量・コンパクト化を図ることができる。また、ブーツが恒久的に捩られた状態となるのを回避することが可能となり、ブーツの寿命向上を図ることができ、延いてはアクスルモジュールとしての寿命を延ばすことができる。

以下本発明の実施の形態を図１と図２とに基づいて説明する。

図２は、本発明に係る等速自在継手用シャフトを用いたアクスルモジュールを示す。アクスルモジュールは、アウトボード側の等速自在継手Ｔ１と、インボード側の等速自在継手Ｔ２と、これら等速自在継手Ｔ１、Ｔ２に連結されるシャフト（等速自在継手用シャフト）６５とを備える。自動車等の車両に組付けた状態で車両の外側となる方をアウトボード側（図面左側）、自動車等の車両に組付けた状態で車両の内側となる方をインボード側（図面右側）という。

固定式等速自在継手は、図１に示すように内球面５１に複数のトラック溝５２が形成された外方部材（外側継手部材）としての外輪５３と、外球面５４に外輪５３のトラック溝５２と対をなす複数のトラック溝５５が形成された内方部材（内側継手部材）としての内輪５６と、外輪５３のトラック溝５２と内輪５６のトラック溝５５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール５７と、外輪５３の内球面５１と内輪５６の外球面５４との間に介在してボール５７を保持するケージ５８とを備えている。

内輪５６はその孔部内径５６ａとシャフト６５の一方の端部の雄スプライン６５ａが、スプライン嵌合により結合されることで、シャフト６５とトルク伝達が可能になる。また、シャフト６５の雄スプライン６５ａには抜け止め用の止め輪６０が装着されている。

外輪５３は、マウス部５３ａとステム部（軸部）５３ｂとからなり、マウス部５３ａは一端にて開口した椀状で、その内球面５１に、軸方向に延びた複数のトラック溝５２が円周方向等間隔に形成されている。

マウス部５３ａの開口部はブーツ７０にて覆われている。ブーツ７０は、大径部７０ａと、小径部７０ｂと、大径部７０ａと小径部７０ｂとを連結する蛇腹部７０ｃとからなる。大径部７０ａがマウス部５３ａの開口部に外嵌され、この状態でバンド１１１が締結され、小径部７０ｂがシャフト６５のブーツ装着部６５ｂに外嵌され、この状態でバンド１１１が締結されている。

摺動型等速自在継手は、円筒状の内径面８３ａに複数の直線状のトラック溝８２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪８３と、球面状の外径面８６ａに複数の直線状のトラック溝８５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪８６と、外輪８３のトラック溝８２と内輪８６のトラック溝８５との間に介在してトルクを伝達するボール８７と、外輪８３の内径面と内輪８６の外径面との間に介在してボール８７を保持するケージ８８とを備える。

外輪８３は、内径面８３ａに前記トラック溝８２が形成されたカップ部９０と、このカップ部９０の底壁から突設されるステム部９１とを備える。内輪８６はその孔部内径８６ｂとシャフト６５の他の端部の雄スプライン６５ｃがスプライン嵌合により結合されることで、シャフト６５とトルク伝達が可能になる。シャフト６５の雄スプライン６５ｄには抜け止め用の止め輪６１が装着されている。

また、カップ部９０の開口部はブーツ１００にて覆われている。ブーツ１００は、大径部１００ａと、小径部１００ｂと、大径部１００ａと小径部１００ｂとを連結する蛇腹部１００ｃとからなる。大径部１００ａがカップ部９０の開口部に外嵌され、この状態でバンド１１１が締結され、小径部１００ｂがシャフト６５のブーツ装着部６５ｄに外嵌され、この状態でバンド１１１が締結されている。

シャフト６５は中実体であって、図１に示すように、シャフト本体９２と、このシャフト本体９２の両端部に設けられる前記雄スプライン６５ａ、６５ｃとを備える。なお、雄スプライン６５ａ、６５ｃは、本体側から端部側へ向かって拡大するテーパ部９３ａ，９３ｃを介してシャフト本体９２に連設される端部大径部に形成される。

また、シャフト本体９２には、ブーツ装着部６５ｂ、６５ｄが形成されるが、この場合、シャフト本体９２の雄スプライン６５ｃ側に大径部９４ｂを形成し、この大径部９４ｂに周方向溝９５ｂを設けることによって、ブーツ装着部６５ｂを構成している。また、シャフト本体９２の雄スプライン６５ｃ側に大径部９４ｄを形成し、この大径部９４ｄに周方向溝９５ｄを設けることによって、ブーツ装着部６５ｄを構成している。なお、大径部９４ｂ、９４ｄの両端部にはテーパ９６ｂ、９７ｂ、９６ｄ、９７ｄが設けられている。雄スプライン６５ａ、６５ｃにはそれぞれ、止め輪６０，６１が装着される周方向溝９８，９９が形成されている。

ところで、一般的に材料の引張弾性限度を向上させるには、引張荷重負荷によって塑性歪を与えることが知られている。そこで、本発明では、シャフト６５に塑性域の捩りトルクを負荷した後、このトルク負荷を徐荷する処理を行う(以下、弾性限度向上処理と呼ぶ場合がある)。これによって、このシャフト６５が破損するまで前記捩り負荷方向へ捩りトルクを負荷した場合に、弾性限度を向上させることができる。この場合、破損強度は、弾性限度向上処理を行わない場合と差を生じさせない。

一般的に軸部材に捩りトルクを負荷すれば、図３に示すように、当初は弾性域に入っているが、あるトルク（降伏点）を越えれば、塑性域に入ることになる。物体に加える外力を次第に増したとき，その負荷力(外力)が弾性限度を越えるある値に達すると，負荷力がほとんど増加することなくひずみだけが急激に増加する。この限界の負荷力を降伏点という。塑性域は、降伏点から破断点までの範囲である。

本発明では、シャフト６５に対する図３の捩り特性線図において、塑性域の捩りトルクを負荷することになる。具体的には、負荷する捩り応力（捩りトルク）としては、材質がＳＢＭ４０であって、シャフト本体９２の外径を２２．２(最小径)ｍｍとし、全長が４００ｍｍのシャフトの場合、例えば、１．３ＧＰａ以上１．５５ＧＰａ以下となる。このため、シャフト６５の材質、大きさ等に応じて負荷する捩りトルク（応力）は相違することになるが、破断する前の塑性域に入っていればよい。

塑性域に入る捩りトルクを負荷する際には、発生する塑性歪方向が最大トルク発生方向となるようにするのが好ましい。なお、捩りトルクを負荷する場合、シャフト６５の一端側（一方に雄スプライン６５ａ側）をチャック部材等でチャックし、他端側（他方の雄スプライン６５ｃ側）を図１の矢印で示すように捩りトルクを負荷すればよい。

一般に、引張負荷条件下では、塑性歪を与えた方向と逆方向に荷重負荷された場合、引張弾性限度がバウシンガ効果によって低下する。しかしながら、本発明のような捩り負荷では、逆方向にトルクを負荷しても弾性限度は低下せず、弾性限度向上処理を行わない場合のシャフトと同等であった。

本発明では、塑性域の捩りトルクを負荷して塑性歪を発生させた後に除荷することで、同方向への捩り弾性限度が向上する。このため、弾性域での使用範囲（トルク負荷領域）を拡大でき、軽量・コンパクト化を図ったとしても、十分使用することが可能な等速自在継手用シャフトを構成することができる。また、シャフト６５が恒久的に捩られた状態となるのを防止できるので、ブーツ装着部６５ｂ、６５ｄにブーツ７０，１００が装着される場合、ブーツ７０，１００が恒久的に捩られた状態となるのを回避することが可能となり、ブーツ７０，１００の寿命向上を図ることができる。

発生する塑性歪方向を最大トルク発生方向とすることによって、同方向へ捩り弾性限度を効率よく向上させることができる。

シャフト６５において弾性域での使用範囲（トルク負荷領域）を拡大でき、全体として軽量・コンパクト化を図ることができる。また、ブーツ７０、１００が恒久的に捩られた状態となるのを回避することが可能となり、ブーツ７０、１００の寿命向上を図ることができ、延いてはアクスルモジュールとしての寿命を延ばすことができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、シャフト６５として、表面に熱硬化処理を施したものであっても、中空体であってもよい。熱硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。ここで、高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。また、浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行う方法である。

材質がＳＢＭ４０であって、シャフト本体９２の外径Ｄ（図１参照）を２２．２ｍｍとし、全長が４１２ｍｍのシャフトを製造し、１．３ＧＰａの捩り応力を負荷した後除荷して、弾性限度を調べた。その結果を次の表１に示した。表１において、本シャフト（１．３ＧＰａ負荷品）とは、捩り応力(トルク)を負荷した後除荷したもの（弾性限度向上処理を行ったもの）であり、従来シャフトとは、弾性限度向上処理を行わなかったものである。

この実施例では、破損するまで、前記弾性限度向上処理において捩りトルクを負荷した方向へ捩り負荷をかけた。表１において、捩り方向が＋とは、弾性限度向上処理時にかけた捩り方向に捩ったことを示し、この場合、弾性限度が、従来シャフトでは１．０６ＧＰａであるのに対して１．３３ＧＰａとなった。また、破損強度(応力)が１．７０ＧＰａと従来シャフトと変化しなかった。逆方向に捩りトルクを負荷した場合（表１の捩り方向が−のもの）、弾性限度が１．０５ＧＰａであり、従来シャフトとほぼ同じであった。この場合も、破損強度が１．７１ＧＰａであり、破損強度の劣化もなかった。

本発明の実施形態を示すシャフトの側面図である。 前記図１に示すシャフトを用いたアクスルモジュールの断面図である。 捩り特性線図である。 従来のシャフトを用いたアクスルモジュールの断面図である。

符号の説明

６５ シャフト
６５ｂ ブーツ装着部
６５ｄ ブーツ装着部
Ｔ１ 等速自在継手
Ｔ２ 等速自在継手

Claims (5)

1. 塑性域の捩りトルクを負荷して塑性歪を発生させた後に除荷してなることを特徴とする等速自在継手用シャフト。
2. ブーツ装着部を有し、このブーツ装着部にブーツが装着されることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用シャフト。
3. 前記捩りトルクの負荷応力が１．３ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手用シャフト。
4. 発生する塑性歪方向が最大トルク発生方向であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
5. アウトボード側の等速自在継手と、インボード側の等速自在継手と、一端がアウトボード側の等速自在継手に連結されるとともに他端がインボード側の等速自在継手に連結されるドライブシャフトとを備えたアクスルモジュールであって、
   前記ライブシャフトに前記請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフトを用いたことを特徴とするアクスルモジュール。

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