JP2011085152A - 動力伝達用軸およびアッセンブリ体 - Google Patents

Abstract

【課題】素材径を小さくでき、材料費および旋削費を抑えることができて、低コストを実現できる動力伝達用軸（シャフト）、及び、このような動力伝達用軸を用いたアセンブリ体を提供する。
【解決手段】端部の雄スプライン３１と、雄スプライン３１が他部材の雌スプラインに嵌合された状態で、軸方向の押し込みを規制する係合用大径部３７と、ブーツ装着用のブーツ溝３３とを有する動力伝達用軸である。係合用大径部３７の外径寸法をＤ２とし、雄スプライン３１の最大外径寸法をＤ１とし、ブーツ溝３３が設けられたブーツ装着部３２の外径寸法をＤ４としたときに、Ｄ２＜Ｄ１とするとともに、Ｄ２＝Ｄ４とする。係合用大径部３７及びブーツ装着部３２の外径をシャフト素材の径として、そのシャフト素材の径のままとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用される等速自在継手等に用いられる動力伝達用軸（シャフト）およびアッセンブリ体に関する。

等速自在継手に連結されるシャフトＳ１は、一般的には、図４に示すように、端部に雄スプライン１が形成されるとともに、この雄スプライン１から所定寸だけ離れた位置にブーツ装着部２が形成される。

ブーツ装着部２には、周方向のブーツ溝３が形成され、このブーツ溝３の両開口部には、周方向凸条４、５が設けられている。また、ブーツ装着部２と雄スプライン１との間には、小径部６が設けられている。この小径部６は、等速自在継手が作動角をとった場合に、シャフトＳ１が等速自在継手の外側継手部材に干渉しないように設けている。小径部６と雄スプライン１との間に、後述するように、等速自在継手の内側継手部材としての内輪１１の雌スプラインに係合する係合用大径部７が設けられている。なお、係合用大径部７と小径部６との間にはテーパ部８が設けられ、小径部６とブーツ装着部２との間にテーパ部９が設けられている。また、雄スプライン１の端部（反ブーツ装着部側）には、周方向溝１０が設けられている。

このようなシャフトＳ１においては、雄スプライン１の最大外径をＤ１１とし、係合用大径部７の外径寸法をＤ１２とし、小径部６の外径寸法をＤ１３とし、ブーツ装着部２の最大外径寸法（周方向凸条４、５の外径寸法）をＤ１４とした場合、Ｄ１３＜Ｄ１１＜Ｄ１２＜Ｄ１４となるように設定される。

このように設定されたシャフトＳ１が、図５に示すように、等速自在継手の内側継手部材としての内輪１１に嵌入一体化される。内輪１１は、その外径面１２に周方向に沿って所定ピッチで配設されるトラック溝１３が設けられたものである。また、この内輪１１の孔部１４の内径面には雌スプライン１５が設けられている。

この場合、内輪１１の孔部１４に対してシャフトＳ１の端部を矢印Ａ方向に嵌入することになる。嵌入することによって、シャフトＳ１の端部の雄スプライン１と内輪１１の雌スプライン１５とが嵌合する。シャフトＳ１の嵌入は、係合用大径部７が内輪１１の雌スプライン１５の終端(一方の端縁)に係合するまで行われる。

また、周方向溝１０には止め輪１６が嵌着された状態でシャフトＳ１が内輪１１の孔部１４に嵌入される。嵌入中においては、雌スプライン１５によって縮径するように抑えられ、係合用大径部７が内輪１１の雌スプライン１５の終端に係合した状態では、止め輪１６が拡径して、内輪１１の孔部１４の端部（シャフトＳ１の嵌入先端部に対応する端部）に設けられた周方向切欠部１７に係合することになる。

このため、止め輪１６によって、シャフトＳ１の矢印Ｂ方向の抜けが規制され、係合用大径部７によってシャフトＳ１の矢印Ａ方向の押し込みが規制される。したがって、シャフトＳ１の軸方向の変位がなくなる。

近年、対回転膨張性や耐久性等の面から多く使用されている樹脂ブーツを用いる場合、密着性を考慮して、装着時に樹脂ブーツに食い込むために、前記図４に示すような周方向凸条４、５を設けたブーツ溝３を用いることになる。これに対して図４に示すような周方向凸条４、５を設けないようにしたものもある（特許文献１）。この場合、ブーツ溝の形状を所定の形状としてブーツ溝の開口部にエッジ部を設け、ブーツが装着された際に、このエッジ部をブーツに食い込ませるようにしている。

このようなシャフトＳ１を成形する場合のシャフト素材径は、雄スプライン径、ブーツ溝径とのバランスにより決定され、図４に示すような従来のシャフトＳ１では、周方向凸条４、５の外径や係合用大径部７の外径が最大径部となっていた。

特許第３９７７９７５号公報

シャフトＳ１のコストを考えると、シャフトの素材径が小さいほど材料費が安く、低コスト化が可能である。しかしながら、図４のような従来のシャフト形状の場合、ブーツ溝３の周方向凸条４、５か、ブーツ溝３の径を小さく設定できた場合にはシャフト肩部径（係合用大径部７の外径）が最大となる。つまり、この場合、シャフトＳ１の素材径はブーツ溝３の周方向凸条４、５の径か、係合用大径部７の径により決まり、それ以下の径にはできなかった。そのため、素材径が比較的大径となって、低コスト化が望めなかった。また、周方向凸条４、５を設けないようにしたものであっても、係合用大径部７の径が基準となるので、この場合も素材径が比較的大径となって、低コスト化が望めなかった。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、素材径を小さくでき、材料費および旋削費を抑えることができて、低コストを実現できる動力伝達用軸（シャフト）、及び、このような動力伝達用軸を用いたアセンブリ体を提供しようとするものである。

本発明の動力伝達用軸は、端部の雄スプラインと、この雄スプラインが他部材の雌スプラインに嵌合された状態で、軸方向の押し込みを規制する係合用大径部と、ブーツ装着用のブーツ溝とを有する動力伝達用軸であって、前記係合用大径部の外径寸法をＤ２とし、前記雄スプラインの最大外径寸法をＤ１とし、前記ブーツ溝が設けられたブーツ装着部の外径寸法をＤ４としたときに、Ｄ２＜Ｄ１とするとともに、Ｄ２＝Ｄ４とし、かつ、前記係合用大径部及びブーツ装着部の外径をシャフト素材の径として、そのシャフト素材の径のままとしたものである。

本発明の動力伝達用軸によれば、係合用大径部及びブーツ装着部の外径をシャフト素材の径として、そのシャフト素材の径のままとしたものであり、しかも、係合用大径部が端部の雄スプラインの外径よりも小さい。このため、従来のシャフトと比較して、雄スプラインが同じ径であれば、素材の最大径となる部位（係合用大径部）の径を小さくすることができる。すなわち、従来に比べて素材径を小さく設定でき、ブーツ溝及び雄スプラインの旋削代を小さくできる。雄スプラインは、転造もしくはスプラインプレス加工により成形され、転造下径もしくはプレス下径より、雄スプラインの凹条の内径を小さく、雄スプラインの凸条を大きく成形することができる。このため、端部の雄スプラインの外径を係合用大径部の外径よりも大きく設定できる。

材質を中炭素鋼とすることができる。また、雄スプラインが両端部に設けられ、各雄スプラインは、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手とのいずれの等速自在継手の雌スプラインにも嵌合可能である。

前記ブーツ装着部に装着されるブーツのブーツ材料を樹脂としたり、ゴムとしたりできる。樹脂としては、エステル系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系、スチレン系等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。また、ゴムとしては、クロロプレンゴム等を用いることができる。

本発明のアッセンブリ体は、前記動力伝達用軸と、等速自在継手の内側継手部材とが組み合わされてなるアッセンブリ体であって、動力伝達用軸の端部の雄スプラインを、前記内側継手部材の孔部の内径面に設けられた雌スプラインに嵌合させたものである。この場合、前記内側継手部材の雌スプラインにおいて、雄スプラインと係合用大径部との間の部位に対応する位置にぬすみ部を設けるようにするのが好ましい。

本発明の動力伝達用軸では、素材径を小さくでき、軸の材料費および旋削費を抑えることができ、低コスト化を実現できる。動力伝達用軸（シャフト）全体が平滑（フラット）により近い形状になるため、熱硬化処理を施す場合、熱処理時に熱処理硬化層深さの軸方向へのバラツキが少なくなり、品質が安定する。また、材質としても中炭素鋼を使用でき、特殊な材質を用いる必要がなく、低コストで安定して動力伝達用軸を提供できる。雄スプラインは、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手とのいずれの等速自在継手の雌スプラインにも嵌合可能であるものでは、汎用性に優れる。

使用するブーツとして、樹脂製であっても、ゴム製であってもよく、種々の材料のブーツに対応できる。

本発明のアッセンブリ体は、前記動力伝達用軸を用いるので、材料費および旋削費を抑えることができ、低コスト化を実現できる。また、内側継手部材にぬすみ部を設けるようにすれば、より軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態を示す動力伝達用軸の側面図である。 前記図１に示す動力伝達用軸を用いたアッセンブリ体の断面図である。 アッセンブリ体の変形例を示す断面図である。 従来の動力伝達用軸の側面図である。 従来の動力伝達用軸を用いたアッセンブリ体の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１に本発明に係る動力伝達用軸（シャフト）を示している。このシャフトＳは、図２に示すように、等速自在継手の内側継手部材である内輪４１に嵌入固定されるものであり、端部に雄スプライン３１が形成されるとともに、この雄スプライン３１から所定寸だけ離れた位置にブーツ装着部３２が形成される。このシャフトＳの材質を中炭素鋼としている。炭素鋼とは、鉄と炭素の合金のことである。炭素鋼のうち、C含有量が約0.3[mass%]以下を低炭素鋼、約0.3〜0.7[mass%]を中炭素鋼、約0.7[mass%]以上を高炭素鋼と呼ぶ。

ブーツ装着部３２には、周方向のブーツ溝３３が形成されている。この場合のブーツ溝３３には、従来のような周方向凸条を有さないものである。また、このブーツ溝３３は、その溝底は、スプライン側のテーパ部３３ａと、反スプライン側の円弧部３３ｃと、テーパ部３３ａと円弧部３３ｃとの間のストレート部３３ｂとからなる。このため、ブーツ溝３３の反スプライン側においてエッジ部が形成され、図示省略のブーツがこのブーツ装着部３２に装着された際に、このエッジ部がブーツに食い込んで安定した装着状態を維持できる。

また、ブーツ装着部３２と雄スプライン３１との間には、小径部３６が設けられている。この小径部３６は、等速自在継手が作動角をとった場合に、シャフトＳが等速自在継手の外側継手部材に干渉しないように設けている。小径部３６と雄スプライン３１との間に、係合用大径部３７が設けられている。なお、係合用大径部３７と小径部３６との間にはテーパ部３８が設けられ、小径部３６とブーツ装着部３２との間にテーパ部３９が設けられている。また、雄スプライン３１の端部（反ブーツ装着部側）には、周方向溝４０が設けられている。

この場合、雄スプライン３１の最大外径をＤ１とし、係合用大径部３７の外径寸法をＤ２とし、小径部３６の外径寸法をＤ３とし、ブーツ装着部３２の最大外径寸法をＤ４とした場合、Ｄ２＜Ｄ１とし、Ｄ２＝Ｄ４とする。すなわち、係合用大径部３７及びブーツ装着部３２の外径をシャフト素材の径として、そのシャフト素材の径のままとしたものである。なお、Ｄ３＜Ｄ２となる。

雄スプライン３１は、転造もしくはスプラインプレス加工により成形され、転造下径もしくはプレス下径より、雄スプライン３１の凹条３１ａの内径を小さく、雄スプライン３１の凸条３１ｂを大きく成形することができる。このため、素材径が雄スプライン３１の最大外径よりも小さくても、この雄スプライン３１を形成した際には、この雄スプライン３１の最大外径が係合用大径部３７やブーツ装着部３２の外径よりも大きく設定することができる。

ところで、このシャフトＳが嵌入される等速自在継手の内側継手部材としての内輪４１は、図２に示すように、その外径面４２に周方向に沿って所定ピッチで配設されるトラック溝４３が設けられたものである。また、この内輪４１の孔部４４の内径面には雌スプライン４５が設けられている。

この場合、内輪４１の孔部４４に対してシャフトＳの端部を矢印Ａ方向に嵌入することになる。嵌入することによって、シャフトＳの端部の雄スプライン３１が内輪４１の雌スプライン４５に嵌合する。シャフトＳの嵌入は、係合用大径部３７が内輪４１の雌スプライン４５の一方のテーパ状端縁４５ａに係合するまで行われる。すなわち、このテーパ状端縁４５ａに係合用大径部３７の内輪孔部側の端縁３７ａが当接する。

また、周方向溝４０には止め輪４６が嵌着された状態でシャフトＳが内輪４１の孔部４４に嵌入される。嵌入中においては、止め輪４６は雌スプライン４５によって縮径するように抑えられ、係合用大径部３７が内輪４１の雌スプライン４５の終端に係合した状態では、止め輪１６が拡径して、内輪４１の孔部４４の端部（シャフトＳの嵌入先端部に対応する端部）に設けられた周方向切欠部４７に係合（嵌合）することになる。これによって、動力伝達用軸Ｓと等速自在継手の内輪４１とが組み合わされてなるアッセンブリ体が構成される。

このため、止め輪４６によって、シャフトＳの矢印Ｂ方向の抜けが規制され、係合用大径部７によってシャフトＳの矢印Ａ方向の押し込みが規制される。したがって、シャフトＳ１の軸方向の変位がなくなえる。

また、このシャフトＳにおいては、図示していない反対側の端部においても、図１に示すような雄スプライン３１及びブーツ装着部３２等が形成されている。

ブーツ装着部３２に装着されるブーツ（図示省略）は、そのブーツ材料を樹脂としたり、ゴムとしたりできる。樹脂としては、エステル系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系、スチレン系等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。また、ゴムとしては、クロロプレンゴム等を用いることができる。

本発明では、係合用大径部３７及びブーツ装着部３２の外径をシャフト素材の径として、そのシャフト素材の径のままとしたものであり、しかも、係合用大径部３７が端部の雄スプライン３１の外径よりも小さい。このため、従来のシャフトと比較して、雄スプラインが同じ径であれば、素材の最大径となる部位（係合用大径部）の径を小さくすることができる。すなわち、従来に比べて素材径を小さく設定でき、ブーツ溝及び雄スプラインの旋削代を小さくできる。これにより、軸の材料費および旋削費を抑えることができ、低コスト化を実現できる。動力伝達用軸（シャフト）全体が平滑（フラット）により近い形状になるため、熱硬化処理を施す場合、熱処理時に熱処理硬化層深さの軸方向へのバラツキが少なくなり、品質が安定する。また、材質としても中炭素鋼を使用でき、特殊な材質を用いる必要がなく、低コストで安定して動力伝達用軸を提供できる。

このシャフト（動力伝達用軸）Ｓは、雄スプライン３１は、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手とのいずれの等速自在継手の雌スプラインにも嵌合可能である。このため、動力伝達用軸Ｓは、汎用性に優れる。

使用するブーツとして、樹脂製であっても、ゴム製であってもよく、種々の材料のブーツに対応できる。

本発明のアッセンブリ体は、前記動力伝達用軸を用いるので、材料費および旋削費を抑えることができ、低コスト化を実現できる。

次に、図３は内輪４１の変形例を示し、この場合、雌スプライン４５、つまり雌スプライン４５の凸条５０において、雄スプライン３１と大径部３７との間の部位（小径部）５５に対応する位置にぬすみ部（切欠部）５６を設けている。すなわち、部位５５に対応する位置においては、スプライン嵌合する必要がないので、このようにぬすみ部５６を形成することができる。

この図３に示すアッセンブリ体における他の構成は前記図２に示すアッセンブリ体と同様であるので、図２と同一部材については図２と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。このため、この図３に示すアッセンブリ体であっても、図２に示すアッセンブリ体と同様の作用効果を奏する。しかも、内輪４１にぬすみ部５６を設けることによって、より軽量化を図ることができる。

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、例えば、等速自在継手としては、固定式等速自在継手であっても、摺動式等速自在継手であってもよく、固定式等速自在継手としては、ツェッパ型やアンダーカットフリー型等の種々タイプのものに用いることができ、摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型、トリポード型、クロスグルーブ型等の種々タイプのものに用いることができる。また、動力伝達用軸（シャフト）として、中実体であっても、中空体であってもよい。

動力伝達用軸（シャフト）の材質として、前記実施形態では中炭層鋼としたが、低炭素鋼であっても、高炭層鋼であってもよい。すなわち、このようなシャフトにおいては、鋼鉄が一般的だが、合金やカーボンなどの複合素材であってもよい。また、表面に熱硬化処理を施すようにするのが好ましい。熱硬化処理として、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。

３１ 雄スプライン
３２ ブーツ装着部
３３ ブーツ溝
３７ 係合用大径部
４５ 雌スプライン
５５ 部位
５６ ぬすみ部

Claims (8)

1. 端部の雄スプラインと、この雄スプラインが他部材の雌スプラインに嵌合された状態で、軸方向の押し込みを規制する係合用大径部と、ブーツ装着用のブーツ溝とを有する動力伝達用軸であって、
   前記係合用大径部の外径寸法をＤ２とし、前記雄スプラインの最大外径寸法をＤ１とし、前記ブーツ溝が設けられたブーツ装着部の外径寸法をＤ４としたときに、Ｄ２＜Ｄ１とするとともに、Ｄ２＝Ｄ４とし、かつ、前記係合用大径部及びブーツ装着部の外径をシャフト素材の径として、そのシャフト素材の径のままとしたことを特徴とする動力伝達用軸。
2. 材質を中炭素鋼としたことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達用軸。
3. 雄スプラインを転造加工又はプレス加工にて仕上げたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達用軸。
4. 雄スプラインが両端部に設けられ、各雄スプラインは、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手とのいずれの等速自在継手の雌スプラインにも嵌合可能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項に記載の動力伝達用軸。
5. 前記ブーツ装着部に装着されるブーツのブーツ材料を樹脂としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の動力伝達用軸。
6. 前記ブーツ装着部に装着されるブーツのブーツ材料をゴムとしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の動力伝達用軸。
7. 前記請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の動力伝達用軸と、等速自在継手の内側継手部材とが組み合わされてなるアッセンブリ体であって、動力伝達用軸の端部の雄スプラインを、前記内側継手部材の孔部の内径面に設けられた雌スプラインに嵌合させたことを特徴とするアッセンブリ体。
8. 前記内側継手部材の雌スプラインにおいて、雄スプラインと係合用大径部との間の部位に対応する位置にぬすみ部を設けたことを特徴とする請求項７に記載のアッセンブリ体。

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