JP2011220351A - 動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】捩り強度を、安価に、かつ容易に向上させることが可能な動力伝達シャフトを提供する。
【解決手段】一体型中空シャフト１と、一体型中空シャフト１の両軸方向端部１ａ，１ｂに内嵌される軸方向短寸の中実部材２とを備えた動力伝達シャフトである。一体型中空シャフト１と中実部材２とは凸部３１と凹部３２との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造Ｍを介して一体連結される。中実部材２の外径面に軸方向に延びる凸部３１を設け、中実部材１を一体型中空シャフト１に圧入し、この圧入によって一体型中空シャフト１の一部を押し出し及び／又は切削して、一体型中空シャフト１に凹部３２を軸方向に沿って形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は動力伝達シャフトに関し、例えば、自動車の動力伝達系の一部を構成するドライブシャフト（駆動軸）やプロペラシャフト（推進軸）に使用される動力伝達シャフトに関する。

自動車の動力伝達系を構成するシャフトには、エンジンと車輪軸受装置を繋ぐドライブシャフトや、変速機から減速歯車装置に動力を伝達するプロペラシャフトがあり、いずれも中間軸となる動力伝達シャフトの軸端部に等速自在継手が連結されている。この動力伝達シャフトは、その種類を基本構造で大別すると、中実の棒材から加工された中実シャフトと、鋼管などから加工された中空シャフトとがある。

従来は、中実シャフトを使用していたが、近年における自動車の高機能化や車室内の静粛性向上の要求から、動力伝達シャフトにも、強度、耐久性のみならず、軽量化、コンパクト化、ＮＶＨ特性の向上など様々な機能が必要になってきている。また、自動車の発進時の操縦性やダイレクト感を得るために捩り剛性の向上が必要である。捩り剛性の向上を図るためにはシャフト径を大きくすることが考えられるが、重量増加を招来し、連結部の削り量も増加してコストアップを招くことになる。さらに、自動車の走行時、エンジン振動とシャフトが共振して車内への騒音を招くのでそれを回避するために固有振動数のチューニングが必要である。固有振動数のチューニングを図るためには動力伝達シャフトにダンパー等を取り付けることが考えられるが、部品点数の増加や組み付け工数の増加などからコストアップを招来する。

これら機能面での必要性から、中実シャフトに代えて中空シャフトを多用する傾向にある。この種の中空シャフトは、一体型中空シャフトと接合型中空シャフトに大別される。一体型中空シャフトは、最大径部と最小径部を同一素管から一体成形した構造を有する。これに対して、接合型中空シャフトは、パイプ部と軸部とを別々に成形して摩擦圧接や溶接などにより接合した構造を有する。このため、コスト低減を目的とすることから、一体型中空シャフトの要求が多くなっている。

このような中空シャフトにおいて、シャフト内径部に、中実状の別部材を内嵌させたものがある（特許文献１）。このように構成することによって、中空シャフトの特性を損ねることなく耐力を増加させることができ、疲労強度の向上を図るようにしている。この特許文献１に、中空シャフトと中実状の別部材（内嵌部材）との一体化方法として次の方法が開示されている。

第１の方法は、中空シャフトの中空内径面に対し、外径面にローレット加工等で凸部位を成形した内嵌部材を挿入し、その後、中空シャフト外径面を縮径方向に加締めることでこれ等部材が食い込む様に結合する方法である。

第２の方法は、内嵌部材の外径面あるいは中空シャフトの内径面にスプライン状凸部位を形成し、スプライン状凸部位を相手側に圧入する方法である。第３の方法は、両部材双方に予め溝加工を施し、この溝同士を嵌合させる方法である。

特開２００５−１１３９８６号公報

前記第１の方法では、セレーション嵌合のような凹凸嵌合をしていないことから結合力に乏しく、大きな繰返し応力が付与されたり、また、過大トルクが掛かった場合、この部位の結合が容易に開放されるおそれがある。すなわち、トルク伝達部材としての機能を十分発揮することができない。

前記第２の方法では、例えば、セレーション状凸部位を内嵌部材の外径面に形成したものでは、セレーション状凸部位が中空シャフトの内径面に圧接状となるものである。ここで圧接状とは、中空内径面にセレーション状凸部が圧入されることにより、この凸部頂点にかかる緊迫力を持った結合形態を示す。このため、このような圧接力では、第１の方法と同様、結合力が弱く、トルク伝達部材としての機能を十分発揮することができない。

前記第３の方法では、双方に予め凹凸部位を成形する必要があり、加工コストが嵩む。しかも、組み込む際において、スプラインの位相を合わせる必要があり、組立作業性に劣る。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、捩り強度を、安価に、かつ容易に向上させることが可能な動力伝達シャフトを提供することにある。

本発明の動力伝達シャフトは、一体型中空シャフトと、この一体型中空シャフトの両軸方向端部に内嵌される軸方向短寸の中実部材とを備え、一体型中空シャフトと中実部材とは凹凸嵌合構造を介して一体連結された動力伝達シャフトであって、中実部材の外径面に軸方向に延びる凸部を設け、中実部材を一体型中空シャフトに圧入し、この圧入によって一体型中空シャフトの一部を押し出し及び／又は切削して、一体型中空シャフトに凸部に密着嵌合する凹部を軸方向に沿って形成し、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する前記凹凸嵌合構造を構成したものである。

本発明の動力伝達シャフトによれば、中実部材を一体型中空シャフトに圧入すれば、一体型中空シャフトに凸部に密着嵌合する凹部を軸方向に沿って形成することができる。しかも、凹凸嵌合構造は、凸部と凹部との嵌合接触部位の全体が密着しているので、この嵌合構造において、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。このため、一体型中空シャフトと中実部材とは安定した結合力にて一体化される。

中実部材の外径面に複数の前記凸部を周方向に沿って所定ピッチで配設し、凸部の頂点が描く円弧の直径を、一体型中空シャフトの軸方向端部の内径よりも大きくするのが好ましい。このように設定することによって、圧入した際には、凸部が安定して一体型中空シャフトの一部を押し出し及び／又は切削することができ、嵌合接触部位の密着性向上を図ることができる。

前記一体型中空シャフトの軸方向端部の外径面には雄スプラインが形成され、前記凹凸嵌合構造の軸方向範囲は、スプライン端面からスプライン切り上がり部までの範囲とすることができる。

前記一体型中空シャフトの軸方向端部の外径面には雄スプラインが形成されるとともに、この一体型中空シャフトの軸方向端部が嵌入される被嵌入体（例えば内方部材としての内輪）の内径面には、前記雄スプラインと嵌合する雌スプラインが中実部材の圧入により押し出し及び／又は切削により形成され、前記凹凸嵌合構造の軸方向範囲は、全雌スプライン及び前記雄スプラインの切り上がり部を含めた範囲であってもよい。

前記一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面と中実部材の外径面との間の一部に、非嵌合部位を有していてもよく、また、前記一体型中空シャフトの軸方向端部の外径面には雄スプラインが形成されるとともに、この一体型中空シャフトの軸方向端部が嵌入される被嵌入体の内径面には、前記雄スプラインが嵌合する雌スプラインが形成され、前記非嵌合部位は、前記雄スプラインと雌スプラインとのスプライン有効嵌合範囲外であるように設定できる。

一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面は、圧入前においては未硬化処理面であるのが好ましい。このように、一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面が圧入前において未硬化処理面であれば、圧入時の押し出し及び／又は切削を安定して行うことができる。

前記一体型中空シャフトの外径面には、中実部材圧入前に形成される熱硬化処理が施されているものであってもよい。また、一体型中空シャフトは、中実部材の内嵌後において、外径面の切削加工、スプライン成形、および熱硬化処理が施されていてもよい。スプライン成形は転造成形であっても、プレス成形であってもよい。前記熱硬化処理範囲は、少なくとも凹凸嵌合構造部対応部位である。

中実部材の圧入開始端部に、圧入を案内するガイド部を設けるのが好ましい。また、前記一体型中空シャフトの軸方向端部開口部に、開口側に向かって拡開するテーパ案内部を設けるようにしてもよい。

一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面と中実部材の外径面との間の軸方向外端の全周をシール部材にて塞ぐようにするのが好ましい。

自動車のドライブシャフトに用いても、自動車のプロペラシャフトに用いてもよい。

本発明の動力伝達シャフトでは、一体型中空シャフトと中実部材とは安定した結合力にて一体化されるので、このシャフトに、大きな繰返し応力が付与されたり、また、過大トルクが掛かったりした場合においても、凹凸嵌合構造の結合が開放されるおそれが少なく、トルク伝達部材としての機能を安定して発揮することができる。しかも、一体型中空シャフトの中空部にトルク伝達部位を設けることになって、中空状としたこによる軸方向端部の断面積減少を補えることができ、捩りに対する強度向上を図ることができる。すなわち、一体型中空シャフトに中実部材を圧入するのみで、捩り強度を、安価に且つ容易に向上させることができる動力伝達シャフトを提供することができる。

しかも、凹部が形成される部材（一体型中空シャフト）には、スプライン部等を形成しておく必要がなく、生産性に優れ、かつスプライン同士の位相合わせを必要とせず、組立性の向上を図るとともに、圧入時の歯面の損傷を回避することができて、安定した嵌合状態を維持できる。

凸部の頂点が描く円弧の直径を、一体型中空シャフトの軸方向端部の内径よりも大きく設定し、嵌合接触部位の密着性向上を図ることで、より安定した嵌合状態を維持できる。

凹凸嵌合構造の軸方向範囲を、中空シャフト外径面に成形する雄スプラインのスプライン端面から切り上がり部までの範囲としたり、圧入により成形される全雌スプライン及び前記雄スプラインの切り上がり部を含めた範囲としたりでき、捩り応力が集中する部位（スプライン切り上がり部）の応力緩和を図ることができる。

一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面と中実部材の外径面との間の一部に、非嵌合部位を設けることによって、中実部材の一体型中空シャフトへの圧入力（挿入力）を低減することができ、組立性に優れたものとなる。また、非嵌合部位は、中空シャフト外径面に成形した前記雄スプラインと嵌合する、例えば等速自在継手の内方部材（内輪）に成形された雌スプラインとのスプライン有効嵌合範囲外であるように設定でき、このように設定することによって、スプライン嵌合部のトルク伝達機能を損なわせない。

一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面が圧入前において未硬化処理面であれば、圧入時の押し出し及び／又は切削を安定して行うことができ、組立作業性の向上を図ることができる。

一体型中空シャフトの外径面に、中実部材圧入前に熱硬化処理が施されているものであっても、中実部材の内嵌後において、一体型中空シャフトに対して、外径面の切削加工、スプライン成形、および熱硬化処理を施すようにしてもよく、この動力伝達シャフトの加工工程の自由度が大きく、生産性に優れる。

中実部材の圧入開始端部に、圧入を案内するガイド部を設けることによって、圧入性の向上を図ることができる。また、一体型中空シャフトの軸方向端部開口部に、開口側に向かって拡開するテーパ案内部を設けることによって、中実部材の圧入開始時における一体型中空シャフトと中実部材との軸心合わせを高精度に行うことができる。

一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面と中実部材の外径面との間の軸方向外端の全周をシール部材にて塞ぐようにすれば、内方部材（内輪）とスプライン嵌合し等速自在継手に組み込まれた際に、一体型中空シャフト内へのグリース（潤滑剤）等の侵入を防止できる。

自動車のドライブシャフトに用いても、自動車のプロペラシャフトに用いてもよく、汎用性に優れる。

本発明の第１の動力伝達シャフトの半裁断面図である。 前記図１の動力伝達シャフトの一体型中空シャフトの半裁断面図である。 前記図１の動力伝達シャフトの中実部材を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 一体型中空シャフトに中実部材が内嵌された状態の拡大断面図である。 前記図１に示す動力伝達シャフトを等速自在継手の内側継手部材に装着した状態の半裁断面図である。 図５のＡ１方向矢視図である。 図５の要部拡大断面図である。 本発明の第２の動力伝達シャフトを等速自在継手の内側継手部材に装着した状態の半裁断面図である。 図８のＡ２方向矢視図である。 本発明の第３の動力伝達シャフトを等速自在継手の内側継手部材に装着された状態の半裁断面図である。 中実部材の第１変形例を用いた圧入状態の半裁断面図である。 前記図１１の要部拡大図である。 中実部材の第２変形例を用いた圧入状態の半裁断面図である。 前記図１３の要部拡大図である。 本発明の第４の動力伝達シャフトの要部半裁断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１に示す実施形態の動力伝達シャフトＳは、一体型中空シャフト１と、このシャフト１の軸方向両端部１ａ、１ｂに内嵌された軸方向短寸の中実部材２、２とからなる。一体型中空シャフト１は、同一鋼管から一体成形されたものであり、例えば、素管をその軸周りに回転させながら、高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工などの塑性加工により成形される。

中空シャフト１は、図１と図２に示すように、中間大径部３と、外周面に雄スプライン４、５が形成された前記端部１ａ、１ｂと、端部１ａ、１ｂと中間大径部３との間に形成される小径部６ａ、６ｂとを備える。また、小径部６ａと端部１ａとの間には、テーパ部７を介して中径部８が配設され、小径部６ｂと端部１ｂとの間には、テーパ部９を介して中径部１０が配設される。中間大径部３と小径部６ａとの間には、テーパ部１１と、周方向凹溝１２が形成されたブーツ装着部１３とが形成され、中間大径部３と小径部６ｂとの間には、テーパ部１４と、周方向凹溝１５が形成されたブーツ装着部１６とが形成されている。なお、軸方向両端部１ａ、１ｂには、周方向溝２０、２０が形成されている。

一体型中空シャフト１と中実部材２とは凹凸嵌合構造Ｍを介して一体連結される。凹凸嵌合構造Ｍは、図３と図４に示すように、例えば、軸方向に延びる凸部３１と、一体型中空シャフト１の端部１ａ、１ｂの内径面３０に形成される凹部３２とからなり、中実部材２の凸部３１とその凸部３１に嵌合する凹部３２との嵌合接触部位３３全域が密着している。すなわち、周方向全周にわたって、凸部３１とこれに嵌合する凹部３２とがタイトフィットしている。

この場合、各凸部３１は、その断面が凸アール状の頂点を有する三角形状（山形状）であり、嵌合接触部位（凹部嵌合部位）３３とは範囲Ｈであり、断面における山形の中腹部から山頂にいたる範囲である。

ところで、前記凸部３１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、軸方向に沿う凸部３５ａと凹部３５ｂとからなるスプライン３５を形成する。そして、スプライン３５の凸部３５ａが硬化処理されて、この凸部３５ａが凹凸嵌合構造Ｍの凸部３１となる。この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、その後に焼入れ行う方法である。

一体型中空シャフト１の端部１ａ、１ｂの内径面３０側においては熱硬化処理を行わない未硬化部（未焼き状態）とする。凸部３１と一体型中空シャフト１の端部１ａ、１ｂの未硬化部との硬度差は、例えば、ＨＲＣで２０ポイント以上とする。さらに、具体的には、凸部３１の表面の硬度を５０ＨＲＣから６５ＨＲＣ程度とし、未硬化部の硬度を１０ＨＲＣから３０ＨＲＣ程度とする。

この際、凸部３１の突出方向中間部位が、凹部形成前の凹部形成面（この場合、端部１ａ、１ｂの内径面３０）の位置に対応する。すなわち、図４に示すように、端部１ａ、１ｂの内径面３０の内径寸法ｄを、凸部３１の最大外径、つまりスプライン３５の凸部３５ａである前記凸部３１の頂部を結ぶ円の直径寸法（外接円直径）Ｄよりも小さく、凸部間の谷底（スプライン３５の凹部３５ｂの底）を結ぶ円の直径寸法Ｄ１よりも大きく設定される。すなわち、Ｄ＜ｄ＜Ｄ１とされる。このため、中実部材２の凸部３１は、少なくとも頂点から突出方向中間部位までが一体型中空シャフト１の端部１ａ、１ｂの内径面３０に圧入される。

スプライン３５は、従来からの公知公用の手段である転造加工、切削加工、プレス加工、引き抜き加工等の種々の加工方法によって、形成することがきる。また、熱硬化処理としては、高周波焼入れ、浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。なお、スプライン３５を形成することによって構成された凸部３１の圧入開始端面３１ａは、軸部軸線方向に対して直交する平坦面とされる。

次に、一体型中空シャフト１と中実部材２とを一体化する方法を説明する。まず、一体型中空シャフト１の軸心と中実部材２の軸心とを合わせた状態とする。この状態で、一体型中空シャフト１に対して、中実部材２を挿入（圧入）していく。この際、内径面３０の径寸法ｄと、凸部３１の直径寸法Ｄと、スプライン３５の凹部３５ｂの直径寸法Ｄ１とが前記のような関係であり、しかも、凸部３１の硬度が内径面３０の硬度よりも２０ポイント以上大きいので、中実部材２を一体型中空シャフト１の端部１ａ（１ｂ）に圧入していけば、この凸部３１が内径面３０に食い込んでいき、凸部３１が、この凸部３１が嵌合する凹部３２を、軸方向に沿って形成していくことになる。

この圧入は、図１に示すように、中実部材２の端面（外端面）２ａが一体型中空シャフト１の端面２５に一致する状態まで行われる。これによって、図４に示すように、中実部材２の凸部３１と、これに嵌合する凹部３２との嵌合接触部位３３の全体が密着している。すなわち、相手側の凹部形成面（この場合、一体型中空シャフト１の内径面３０）に凸部３１の形状の転写を行うことになる。この際、凸部３１が内径面３０に食い込んでいくことによって、一体型中空シャフト１の端部１ａ（１ｂ）が僅かに拡径した状態となって、凸部３１の軸方向の移動を許容し、軸方向の移動が停止すれば、端部１ａ（１ｂ）が元の径に戻ろうとして縮径することになる。言い換えれば、凸部３１の圧入時に端部１ａ（１ｂ）が径方向に弾性変形し、この弾性変形分の予圧が凸部３１の歯面（凹部嵌合部位の表面）に付与される。このため、凸部３１の凹部嵌合部位の全体がその対応する凹部３２に対して密着する凹凸嵌合構造Ｍを確実に形成することができる。すなわち、中実部材２側のスプライン（雄スプライン）３５によって、端部１ａ（１ｂ）の内径面３０に、雄スプライン３５に密着する雌スプライン３６が形成される。

なお、中実部材２を圧入していけば、はみ出し部が形成されることになる。ここで、はみ出し部とは、凸部３１が嵌入（嵌合）する凹部３２の容量の材料分であって、形成される凹部３２から押し出されたもの、凹部３２を形成するために切削されたもの、又は押し出されたものと切削されたものの両者等から構成される。

ところで、中実部材２の一体型中空シャフト１への圧入は、絞り加工後であってもよい。その後（圧入され、かつ絞り加工後）の加工系列は、外径旋削加工→スプライン成形→熱処理（熱硬化処理）となる。また、中実部材２の一体型中空シャフト１への圧入は、一体型中空シャフト１の外径面の切削加工→スプライン成形した後でもよい。その後の加工系列は、熱処理（熱硬化処理）となる。

スプライン成形は、一体型中空シャフト１の軸方向両端部１ａ，１ｂのスプライン４，５であり、その成形は、中実部材２の凸部３１を構成するためのスプラインと同様、転造加工、切削加工、プレス加工等の種々の加工方法によって、形成することがきる。また、熱硬化処理としては、高周波焼入れ、浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。熱硬化処理において硬化させる部位として、一体型中空シャフト１の端部１ａ、１ｂの外表面のみであっても、一体型中空シャフト１の端部１ａ、１ｂの肉厚全体であってもよい。また、一体型中空シャフト１の全長に渡って熱硬化処理を施してもよい。この場合も、外表面のみであっても、肉厚全体であってもよい。

このように構成された動力伝達シャフトＳは、図５に示すように、被嵌入体である等速自在継手の内側継手部材５０に装着される。すなわち、内側継手部材５０は、その外径面５１にトラック溝５２が形成され、その軸心孔５３の内径面に雌スプライン５４が形成されている。このため、内側継手部材５０の軸心孔５３にシャフトの端部１ａ（１ｂ）を挿入することによって、内側継手部材５０の雌スプライン５４にシャフトの端部１ａ（１ｂ）の雄スプライン４（５）を嵌合させることになる。

また、端部１ａ（１ｂ）には前記したように周方向溝２０が設けられ、この周方向溝２０には止め輪５５が装着され、この止め輪５５が内側継手部材５０の軸心孔５３の内径面に形成された係合部５６に係合する。

ところで、図５に示すように、内側継手部材５０の雌スプライン５４にシャフトの端部１ａ（１ｂ）の雄スプライン４（５）を嵌合させた状態においては、中実部材２の端面（内端面）２ｂが、内側継手部材５０の端面５７に一致している。このため、凹凸嵌合構造Ｍの軸方向内端縁が雄スプライン４（５）の切り上がり部５９に対応している。すなわち、凹凸嵌合構造Ｍの範囲を、中実部材２の端面（外端面）２ａから雄スプラインの切り上がり部５９を含めた範囲とすることができる。

本発明では、中実部材２を一体型中空シャフト１に圧入すれば、一体型中空シャフト１に凸部３１に密着嵌合する凹部３２を軸方向に沿って形成することができる。しかも、凹凸嵌合構造Ｍは、凸部３１と凹部３２との嵌合接触部位３３の全体が密着しているので、この嵌合構造Ｍにおいて、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。このため、一体型中空シャフト１と中実部材２とは安定した結合力にて一体化されるので、この動力伝達シャフトＳに、大きな繰返し応力が付与されたり、また、過大トルクが掛かったりした場合においても、凹凸嵌合構造Ｍの結合が開放されるおそれが少なく、トルク伝達部材としての機能を安定して発揮することができる。しかも、一体型中空シャフト１の中空部にトルク伝達部位を設けることになって、中空状としたこによる軸方向端部１ａ，１ｂの断面積減少を補えることができ、捩りに対する強度向上を図ることができる。すなわち、一体型中空シャフト１に中実部材２を圧入するのみで、捩り強度を、安価に且つ容易に向上させることができる動力伝達シャフトを提供することができる。

凸部３１の頂点が描く円弧の直径を、一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａ，１ｂの内径よりも大きく設定しているので、嵌合接触部位３３の密着性向上を図ることができ、より安定した嵌合状態を維持できる。

凹凸嵌合構造Ｍの範囲を、雄スプライン４（５）の切り上がり部５９を含めた範囲としたりでき、捩り応力が集中する部位（スプライン切り上がり部）の応力緩和を図ることができる。また、実施形態のように、一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａ，１ｂの内径面３０が圧入前において未硬化処理面であれば、圧入時の押し出し及び／又は切削を安定して行うことができ、組立作業性の向上を図ることができる。

次に、図８と図９は、中実部材２の軸方向長さＡを図５に示す中実部材２の軸方向長さＡより短く設定している。すなわち、中実部材２の外端面２ａが周方向溝２０に対応し、中実部材２の内端面２ｂが雄スプライン４（５）の切り上がり部５９に対応している。図５および図８に示す動力伝達シャフトＳでは、中実部材２の軸方向長さＡが凹凸嵌合構造Ｍの軸方向長さＢとなる。

このため、凹凸嵌合構造Ｍの範囲は、シャフトＳと内側継手部材５０のスプライン嵌合部のスプライン端面６０から雄スプライン４（５）切り上がり部５９までの範囲、つまりスプライン有効嵌合部としている。このように設定することによって、中実部材２の軸方向長さを短く設定できてシャフト全体の軽量化を図ることができ、しかも、一体型中空シャフト１の中空部にトルク伝達部材を設けることができる。また、中実部材２の軸方向長さを短く設定した分、中実部材２の一体型中空シャフト１に対する圧入範囲（軸方向長さ）を短くでき、圧入力の低減を図ることができ、組立作業性の向上を図ることができる。

次に、図１０においては、一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａ，１ｂの内径面開口部に大径部６１が設けられ、これによって、一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａ，１ｂの内径面と中実部材２の外径面との間の非嵌合部位６２を形成している。すなわち、大径部６１の内径をｄ´とし、一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａ，１ｂの他の内径をｄとしたときに、ｄ＜ｄ´とし、非嵌合部位６２の隙間寸法ｃは（ｄ´−ｄ）／２とし、且つ、内径ｄ´寸法は中実部材２の凸部３１の頂点を結ぶ円の直径寸法Ｄよりも小さく設定する。また、凹凸嵌合構造Ｍの範囲の軸方向長さＢは、前記図８と図９に示す軸方向長さＢと同じであるが、この場合、中実部材２の軸方向長さＡと凹凸嵌合構造Ｍの範囲の軸方向長さＢとは一致せず、Ａ＞Ｂとなっている。

このため、図１０においても、一体型中空シャフト１の中空部にトルク伝達部材を設けることができ、また、中実部材２の軸方向長さを短く設定した分、中実部材２の一体型中空シャフト１に対する圧入範囲（軸方向長さ）を短くでき、圧入力の低減を図ることができ、組立作業性の向上を図ることができる。

図１１と図１２に示す動力伝達シャフトは、中実部材２の圧入開始端部に、圧入を案内するガイド部６５を設けている。この場合、中実部材２の圧入開始端部に、その外径寸法が一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａ，１ｂの内径よりも小径である小径軸部６６を設け、この小径軸部６６でもって、ガイド部６５としている。すなわち、小径軸部６６の外径寸法をＤ１とし、軸方向端部１ａ，１ｂの内径寸法をｄとしたときに、Ｄ１＜ｄとする。

このように、中実部材２の圧入開始端部に、圧入を案内するガイド部６５を設けることによって、圧入性の向上を図ることができる。

次に図１３と図１４に示す動力伝達シャフトＳは、一体型中空シャフト１の軸方向端部開口部に、開口側に向かって拡開するテーパ案内部７０を設けたものである。このため、圧入開始時には、中実部材２の凸部３１の圧入開始側の端面３１ａが、図１４に示すように、テーパ案内部７０に当接した状態となる。したがって、この状態から中実部材２の一体型中空シャフト１に押し込んでいけば、テーパ案内部７０に案内されて、中実部材２の軸心と一体型中空シャフト１の軸心とが一致しながら中実部材２は圧入されていく。

このように、一体型中空シャフト1の軸方向端部開口部に、開口側に向かって拡開するテーパ案内部７０を設けることによって、中実部材２の圧入開始時における一体型中空シャフト１と中実部材２との軸心合わせを高精度に行うことができる。

次に、図１５に示す動力伝達シャフトＳは、一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａの内径面３０と中実部材２の外径面との間の軸方向外端の全周をシール部材７５にて塞いでいる。すなわち、一体型中空シャフト１の端部１ａ，１ｂに中実部材２を圧入した後、この動力伝達シャフトの端面に、シール部材７５を構成するシール剤を、一体型中空シャフト１の軸方向端部１ａの内径面３０と中実部材２の外径面との軸方向外端を覆うように塗布する。シール剤は、シリコン系の液体パッキン等を用いることができる。

図１５に示すように、シール部材にて塞ぐようにすれば、一体型中空シャフト１内へのグリース（潤滑剤）等の侵入を防止できる。

ところで、前記実施形態では、シャフトＳが装着される部材（被嵌入体）として、ツェッパ型の固定式等速自在継手の内側継手部材であったが、アンダーカットフリー型の固定式等速自在継手の内側継手部材であってもよく、ダブルオフセット型やクロスグルーブタイプの摺動式等速自在継手の内側継手部材であってもよく、さらには、トリポード型の摺動式等速自在継手のトリポード部材（内側継手部材）であってもよい。このため、本発明の動力伝達シャフトは、自動車のドライブシャフトやプロペラシャフト等に用いることができ、汎用性に優れる。

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、凸部３１の断面形状として、前記実施形態では断面三角形状であったが、他の台形形状、半円形状、半楕円形状、矩形形状等の種々の形状のものを採用でき、凸部３１の面積、数、周方向配設ピッチ等も任意に変更できる。すなわち、スプライン３５を形成し、このスプライン３５の凸部（凸歯）３５ａをもって凹凸嵌合構造Ｍの凸部３１とする必要はなく、キーのようなものであってもよく、曲線状の波型の合わせ面を形成するものであってもよい。要は、軸方向に沿って配設される凸部３１を相手側に圧入し、この凸部３１にて凸部３１に密着嵌合する凹部３２を相手側に形成することができて、凸部３１とこれに嵌合する凹部３２との嵌合接触部位３３の全体が密着すればよい。

凸部３１の圧入始端部のみが、凹部３２が形成される部位より硬度が高ければよいので、凸部３１の全体の硬度を高くする必要がない。また、前記実施形態では、凹凸嵌合構造Ｍにおいては、図４に示すように、周方向に隣り合う凸部３１、３１間に隙間３８が形成されるが、凸部３１全体が食い込んで隙間３８がなくなるようなものであってもよい。なお、凸部３１側と、凸部３１にて形成される凹部形成面側（一体型中空シャフト１の内径面３０側）との硬度差としては、ＨＲＣで２０ポイント以上とするのが好ましいが、凸部３１が圧入可能であれば２０ポイント未満であってもよい。

凸部３１の端面（圧入始端）は前記実施形態では軸方向に対して直交する面であったが、軸方向に対して、所定角度で傾斜するものであってもよい。この場合、内径側から外径側に向かって反凸部側に傾斜しても凸部側に傾斜してもよい。

さらに、内径面３０に、周方向に沿って所定ピッチで配設される小凹部を設けてもよい。小凹部としては、凹部３２の容積よりも小さくする必要がある。このように小凹部を設けることによって、凸部３１の圧入性の向上を図ることができる。すなわち、小凹部を設けることによって、凸部３１の圧入時に形成されるはみ出し部の容量を減少させることができて、圧入抵抗の低減を図ることができる。なお、小凹部の形状は、半楕円状、矩形等の種々のものを採用でき、数も任意に設定できる。

図１３と図１４に示すように、テーパ案内部７０を形成する場合、そのテーパ角度としては、中実部材２の圧入開始時における一体型中空シャフト１と中実部材２との軸心合わせが可能な範囲で種々変更することができる。また、テーパ案内部７０を形成する場合、前記実施形態では、中実部材２に小径軸部６６を形成したものを用いたが、このような小径軸部６６を形成しないものであってもよい。

また、動力伝達シャフトＳの外形寸法、外形形状等としては各図例のものに限るものではなく、用いる部位に応じて種々変更することができる。

１ 一体型中空シャフト
１ａ 端部
１ｂ 端部
２ 中実部材
４、５ 雄スプライン
３０ 内径面
３１ 凸部
３２ 凹部
３３ 嵌合接触部位
５９ 切り上がり部
６０ スプライン端面
６２ 非嵌合部位
６５ ガイド部
７０ テーパ案内部
７５ シール部材
Ｍ 凹凸嵌合構造

Claims (17)

1. 一体型中空シャフトと、この一体型中空シャフトの両軸方向端部に内嵌される軸方向短寸の中実部材とを備え、一体型中空シャフトと中実部材とは凹凸嵌合構造を介して一体連結された動力伝達シャフトであって、
   中実部材の外径面に軸方向に延びる凸部を設け、中実部材を一体型中空シャフトに圧入し、この圧入によって一体型中空シャフトの一部を押し出し及び／又は切削して、一体型中空シャフトに凸部に密着嵌合する凹部を軸方向に沿って形成し、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する前記凹凸嵌合構造を構成したことを特徴とする動力伝達シャフト。
2. 中実部材の外径面に複数の前記凸部を周方向に沿って所定ピッチで配設し、凸部の頂点が描く円弧の直径を、一体型中空シャフトの軸方向端部の内径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達シャフト。
3. 前記一体型中空シャフトの軸方向端部の外径面には雄スプラインが形成され、前記凹凸嵌合構造の軸方向範囲は、スプライン端面からスプライン切り上がり部までの範囲としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達シャフト。
4. 前記一体型中空シャフトの軸方向端部の外径面には雄スプラインが形成されるとともに、この一体型中空シャフトの軸方向端部が嵌入される被嵌入体の内径面には、前記雄スプラインが嵌合する雌スプラインが形成され、前記凹凸嵌合構造の軸方向範囲は、全雌スプライン及び前記雄スプラインの切り上がり部を含めた範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達シャフト。
5. 前記一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面と中実部材の外径面との間の一部に、非嵌合部位を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達シャフト。
6. 前記一体型中空シャフトの軸方向端部の外径面には雄スプラインが形成されるとともに、この一体型中空シャフトの軸方向端部が嵌入される被嵌入体の内径面には、前記雄スプラインが嵌合する雌スプラインが形成され、前記非嵌合部位は、前記雄スプラインと雌スプラインとのスプライン有効嵌合範囲外であることを特徴とする請求項５に記載の動力伝達シャフト。
7. 前記一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面は、圧入前においては未硬化処理面であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
8. 前記一体型中空シャフトの外径面には、中実部材圧入前に形成される熱硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
9. 前記一体型中空シャフトは、中実部材の内嵌後において、外径面の切削加工、スプライン成形、および熱硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
10. 前記スプライン成形は転造成形であることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達シャフト。
11. 前記スプライン成形はプレス成形であることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達シャフト。
12. 前記熱硬化処理範囲は、少なくとも凹凸嵌合構造部対応部位であることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達シャフト。
13. 中実部材の圧入開始端部に、圧入を案内するガイド部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
14. 前記一体型中空シャフトの軸方向端部開口部に、開口側に向かって拡開するテーパ案内部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
15. 前記一体型中空シャフトの軸方向端部の内径面と中実部材の外径面との間の軸方向外端の全周をシール部材にて塞いだことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
16. 自動車のドライブシャフトに用いることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
17. 自動車のプロペラシャフトに用いることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。

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