JP2012062936A

JP2012062936A - 継手部材

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Publication number: JP2012062936A
Application number: JP2010206558A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Araki; 聡荒木
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】胴部を小型・軽量化してコストの低廉化を図ることができる継手部材を提供する。
【解決手段】鍛造によって成形されるスパイダ７において、軸線Ｏに沿って一対の端面７０ａ，７１ａが並列する胴部７ａと、軸線Ｏの回りに等間隔をもって並列する４つの軸部７ｂ〜７ｅとを備え、胴部７ａは、４つの軸部７ｂ〜７ｅのうち互いに隣り合う２つの軸部間の領域ａ〜ｄ（軸部７ｂと軸部７ｃとの間の領域ａ，軸部７ｃと軸部７ｄとの間の領域ｂ，軸部７ｄと軸部７ｅとの間の領域ｃ，軸部７ｅと軸部７ｂとの間の領域ｄ）であって、鍛造によって分断される鍛流線群間に存在する領域ａ，ｃを補強する補強部７ｆを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、継手部材に関し、特にプロペラシャフトとディファレンシャルとを連結する自在継手に適用して好適な継手部材に関する。

自動車の駆動力伝達装置に用いられる自在継手は、例えばプロペラシャフト側のヨークとディファレンシャル側のヨークとを連結するためのスパイダ（継手部材）を備えたものが知られている（特許文献１）。

継手部材は、ベースとしての胴部、及びこの胴部の四方に突出する２対の軸部を有し、全体が十字状部材によって形成されている。

胴部は、プロペラシャフト側のヨークとディファレンシャル側のヨークとの間に介在して配置されている。

２対の軸部は、一方対の軸部がプロペラシャフト側のヨークに、また他方対の軸部がディファレンシャル側のヨークにそれぞれ回転可能に配置されている。

このように構成された継手部材を製造するには、鍛造装置を用い、下型内に円柱状の素材を設置した後、上型を下降させて型閉めして鍛造することにより行われる。

特開平５−３３２３４７号公報

ところで、図６に示すように、鍛造装置を用いて製造される従来の継手部材１００によると、軸部１０１〜１０４のうち互いに隣り合う２つの軸部間の領域１０５〜１０８であって、これら４つの領域１０５〜１０８のうち互いに対向する２つの領域（鍛造によって分断される鍛流線群ＦＬ間に存在する領域）１０５，１０７の機械的強度が他の領域１０６，１０８の機械的強度よりも低い。このため、継手部材１００において、胴部（軸部１０５〜１０８を除く部位）の幅寸法及び厚さ寸法を共に大きい寸法に設定して胴部全体の機械的強度を高くすることが行われていた。これは、胴部全体の機械的強度を高くしなければ、機械的強度の低くない領域１０６，１０８を使用時に頻繁に負荷が加わる領域とするとともに、機械的強度が低い領域１０５，１０７を頻繁に負荷が加わらない領域として十字継手の組み付けを行うことになり、その組付作業が煩雑なものとなるため、胴部全体の機械的強度を高くして十字継手における組付作業の煩雑さを回避する必要があるからである。この結果、胴部が大型・重量化し、コストが嵩むという問題があった。

従って、本発明の目的は、胴部を小型・軽量化してコストの低廉化を図ることができる継手部材を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（３）の継手部材を提供する。

（１）鍛造によって成形される継手部材において、軸線に沿って一対の端面が並列する胴部と、前記軸線の回りに等間隔をもって並列する少なくとも３つの軸部とを備え、前記胴部は、前記少なくとも３つの軸部のうち互いに隣り合う２つの軸部間の領域であって、前記鍛造によって分断される鍛流線群間に存在する領域を補強する補強部を有する継手部材。

（２）上記（１）に記載の継手部材において、前記胴部は、前記補強部を含む部位の胴幅が前記補強部を含まない部位の胴幅よりも大きい寸法に設定されている。

（３）上記（１）に記載の継手部材において、前記胴部は、前記補強部を含む部位の胴厚が前記補強部を含まない部位の胴厚よりも大きい寸法に設定されている。

本発明によると、胴部を小型・軽量化してコストの低廉化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る継手部材が適用されたプロペラシャフトの全体を説明するために示す側面図。本発明の第１の実施の形態に係る継手部材が適用された自在継手を説明するために示す分解斜視図。本発明の第１の実施の形態に係る継手部材を説明するために示す正面図。（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る継手部材の製造方法を説明するために示す平面図と断面図。（ａ）及び（ｂ）は型開き状態を、また（ｂ）は型閉め状態をそれぞれ示す。（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る継手部材を説明するために示す正面図と断面図。（ａ）は正面図を、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を、また（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。従来の継手部材の不具合を説明するために示す断面図。

[第１の実施の形態]
以下、本発明の第１の実施の形態に係る継手部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は車両のプロペラシャフトの全体を示す。図１に示すように、プロペラシャフト１は、第１のシャフト２及び第２のシャフト３を備え、トランスミッション（図示せず）とディファレンシャル（図示せず）との間に配置されている。そして、プロペラシャフト１は、エンジンからトランスミッションを介してディファレンシャルに駆動力を伝達するように構成されている。

第１のシャフト２は、各外径が互いに異なる大小２つのシャフト部２ａ，２ｂからなり、小径のシャフト部２ａが第２のシャフト３にその軸線方向に相対移動可能に、また大径のシャフト部２ｂがディファレンシャルにユニバーサルジョイント４を介してそれぞれ連結され、全体が例えばＳ３０Ｃ等の機械構造用炭素鋼からなる中空の雌スプライン軸によって形成されている。ユニバーサルジョイント４の詳細については後述する。

第２のシャフト３は、トランスミッションにユニバーサルジョイント（図示せず）を介して連結され、全体が例えばＳ３５Ｃ等の機械構造用炭素鋼からなる中空の雄スプライン軸によって形成されている。そして、第２のシャフト３は、第１のシャフト２とのスプライン嵌合によって軸線Ｏ上を移動し、かつ第１のシャフト２と共に回転するように構成されている。

（ユニバーサルジョイント４の全体構成）
次に、ユニバーサルジョイント４につき、図２及び図３を用いて説明する。図２はユニバーサルジョイントを示す。図３は継手部材を示す。図２に示すように、ユニバーサルジョイント４は、ディファレンシャル側のヨーク５，プラペラシャフト側のヨーク６及び継手部材としてのスパイダ７を含み、ディファレンシャルとプロペラシャフト１との間に介在して配置されている。

（ディファレンシャル側のヨーク５の構成）
ディファレンシャル側のヨーク５は、ヨーク基部５ａ及びヨーク腕部５ｂ，５ｃを有し、ディファレンシャル側に取付用ボルト及びナット（共に図示せず）によって取り付けられている。

ヨーク基部５ａは、その４角部に取付用ボルトを挿通させるボルト挿通孔５０ａを有し、全体が平面略四角形状の板部材によって形成されている。

ヨーク腕部５ｂ，５ｃは、プロペラシャフト１側に突出し、かつ互いに所定の間隔をもって対向する凸状体によって形成されている。ヨーク腕部５ｂ，５ｃには、各軸線を一致させたカップ挿入孔５０ｂ，５０ｃが設けられている。カップ挿入孔５０ｂにはカップ８が、またカップ挿入孔５０ｃにはカップ９がそれぞれ挿入して保持されている。

（プロペラシャフト側のヨーク６の構成）
プロペラシャフト側のヨーク６は、ヨーク基部６ａ及びヨーク腕部６ｂ，６ｃを有し、プロペラシャフト１に一体に設けられている。

ヨーク基部６ａは、ディファレンシャル側のヨーク５にスパイダ７を介して対向し、全体が平面略円形状の柱部材によって形成されている。

ヨーク腕部６ｂ，６ｃは、ディファレンシャル側のヨーク部５ｂ，５ｃと軸線Ｏの回りに９０°の間隔をもって配置され、かつヨーク基部６ａに一体に設けられている。そして、ヨーク腕部６ｂ，６ｃは、ディファレンシャル側に突出し、かつ互いに所定の間隔をもって対向する凸状体によって形成されている。ヨーク腕部６ｂ，６ｃには、各軸線を一致させたカップ挿入孔６０ｂ，６０ｃが設けられている。カップ挿入孔６０ｂにはカップ１０が、またカップ挿入孔６０ｃにはカップ１１がそれぞれ挿入して保持されている。

（スパイダ７の構成）
スパイダ７は、胴部７ａ及び軸部７ｂ〜７ｅを有し、ディファレンシャル側のヨーク５とプロペラシャフト側のヨーク６との間に介在して配置され、全体が例えばＳＣＭ４２０等の機械構造用合金鋼からなる十字状の成形体によって形成されている。スパイダ７は、鍛造用の金型（後述）を用いて成形される。

胴部７ａは、軸線Ｏに沿って並列する一対の端面７０ａ，７１ａを有し、ディファレンシャル側のヨーク５及びプロペラシャフト側のヨーク６の内側に配置されている。胴部７ａには、軸部７ｂ〜７ｅのうち互いに隣り合う２つの軸部間の領域ａ〜ｄ（軸部７ｂと軸部７ｃとの間の領域ａ，軸部７ｃと軸部７ｄとの間の領域ｂ，軸部７ｄと軸部７ｅとの間の領域ｃ，軸部７ｅと軸部７ｂとの間の領域ｄ）であって、鍛造によって分断される鍛流線群ＦＬ（図６に示す）間に存在する領域ａ，ｃを補強する補強部７ｆが設けられている。このため、胴部７ａは、図３に示すように、補強部７ｆを含む部位の胴幅Ｌ_１が補強部７ｆを含まない部位の胴幅Ｌ_２（Ｌ_１＞Ｌ_２）よりも大きい寸法に設定されている。これにより、胴部７ａが補強され、スパイダ７の機械的強度が高められる。

ここで、胴幅とは、胴部７ａにおいて、その軸線Ｏ方向と直交する方向に沿った方向の寸法をいう。

軸部７ｂ〜７ｅは、胴部７ａの中心で直交する２つの直線（十字線）上に配置され、全体が円柱状の棒体によって形成されている。軸部７ｂはカップ１０に、軸部７ｄはカップ１１に、軸部７ｃはカップ９に、また軸部７ｅはカップ８にそれぞれニードルベアリング１２を介して回転可能に支持されている。

（スパイダ７の製造方法）
次に、本実施の形態に示すスパイダの製造方法につき、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は製造手順を示す。

本実施の形態に示すスパイダの製造方法は、スパイダの形状に対応した平面十字状の凹部が形成された専用の金型５０を用い、円柱状の素材（被加工材Ｗ）に鍛造加工を施すことにより行われる。すなわち、スパイダ７の製造は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように下型５１上に被加工材Ｗを設置し、次に図４（ｃ）に示すように上型５２を下降させて型閉めすることにより行われる。これにより、被加工材Ｗが塑性変形し、胴部７ａ，軸部７ｂ〜７ｅ及び補強部７ｆ（図３に示す）を有するスパイダ７に対応する成形体Ａが金型５０内に形成される。この際、成形体Ａの内部では、被加工材Ｗにその軸線に沿って存在する鍛流線群が分断される。

この後、型開きしてから、金型５０内から成形体Ａを金型５０外に取り出し、この成形体Ａに浸炭焼入処理を施す。

このようにして、胴部７ａ，軸部７ｂ〜７ｅ及び補強部７ｆを有するスパイダ７（図３に示す）を製造することができる。

従って、本実施の形態においては、軸部７ｂ〜７ｄのうち互いに隣り合う２つの軸部間の４つの領域ａ〜ｄであって、鍛造によって分断される鍛流線群ＦＬ（図６に示す）間に存在する領域ａ，ｃを補強する補強部７ｆが設けられているため、スパイダ７の機械的強度を高めるために胴部７ａの幅寸法及び厚さ寸法を共に大きい寸法に設定する必要がない。

（プロペラシャフト１の動作）
次に、本発明の第１の実施の形態に示すプロペラシャフト１の動作につき、図１を用いて説明する。

本実施の形態に示すプロペラシャフト１の動作は、自動車が走行することにより行われる。すなわち、自動車の発進時や走行中には、車輪を懸架するサスペンションが動作し、これに伴い両ユニバーサルジョイント４（一方のみ示す）間の長さ及び角度変化を許容してエンジンからトランスミッション，プロペラシャフト１を介してディファレンシャルに駆動力が伝達される。

[第１の実施の形態の効果]
以上説明した第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

スパイダ７の機械的強度を高めるために胴部７ａの幅寸法及び厚さ寸法を共に大きい寸法に設定する必要がないため、胴部７ａを小型・軽量化してコストの低廉化を図ることができる。

[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２実施の形態に係る継手部材につき、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は継手部材を示す。図５（ａ）〜（ｃ）において、図３と同一又は同等の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るスパイダ２１は、胴部７ａにおける補強部７ｆの形成が胴厚を変更することにより行われる点に特徴がある。

このため、スパイダ２１の胴部７ａは、補強部７ｆを含む部位の胴厚Ｔ_１が補強部７ｆを含まない部位の胴厚Ｔ_２（Ｔ_１＞Ｔ_２）よりも大きい寸法に設定されている。これにより、胴部７ａが補強され、スパイダ２１の機械的強度が高められる。

ここで、胴厚とは、胴部７ａにおいて、その軸線Ｏ（図２に示す）方向に沿った方向の寸法をいう。

本実施の形態に示すスパイダの製造方法は、第１の実施の形態に示すスパイダの製造方法に用いた金型５０とは異なる専用の金型（図示せず）を用い、円柱状の素材に鍛造加工を施すことにより行われる。

従って、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、スパイダ７の機械的強度を高めるために胴部７ａの幅寸法及び厚さ寸法を共に大きい寸法に設定する必要がない。

[第２の実施の形態の効果]
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果と同様の効果が得られる。

以上、本発明の継手部材を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）上記実施の形態では、スパイダ７，２１が４つの軸部７ｂ〜７ｅを備えたユニバーサルジョイント用の継手部材である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、３つの軸部を備えたトリポードジョイント用の継手部材であってもよい。すなわち要するに、本発明は胴部の軸線回りに等間隔をもって並列する少なくも３つの軸部を有する継手部材であればよい。

（２）上記実施の形態では、スパイダ７，２１の材料としてＳＣＭ４２０等の機械構造用炭素鋼が用いられている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の機械構造用炭素鋼を用いてもよい。

（３）上記実施の形態では、プロペラシャフト１とディファレンシャルとを連結するユニバーサルジョイント４に適用される場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、プロペラシャフトとトランスミッションとを連結するユニバーサルジョイントにも上記実施の形態と同様に適用可能である。

１…プロペラシャフト、２…第１のシャフト、２ａ…小径のシャフト部、２０…スプライン部、２ｂ…大径のシャフト部、３…第２のシャフト、３０…スプライン部、４…ユニバーサルジョイント、５…ディファレンシャル側のヨーク、５ａ…ヨーク基部、５０ａ…ボルト挿通孔、５ｂ，５ｃ…ヨーク腕部、５０ｂ，５０ｃ…カップ挿入孔、６…プロペラシャフト側のヨーク、６ａ…ヨーク基部、６ｂ，６ｃ…ヨーク腕部、６０ｂ，６０ｃ…カップ挿入孔、７…スパイダ、７ａ…胴部、７０ａ，７１ａ…端面、７ｂ〜７ｅ…軸部、７ｆ…補強部、８〜１１…カップ、１２…ニードルベアリング、２１…スパイダ、５０…金型、５１…下型、５２…上型、１００…継手部材、１０１〜１０４…軸部、１０５〜１０８…領域、…成形体、ａ，ｂ，ｃ，ｄ…領域、ＦＬ…鍛流線群、Ｏ…軸線

Claims

鍛造によって成形される継手部材において、
軸線に沿って一対の端面が並列する胴部と、
前記軸線の回りに等間隔をもって並列する少なくとも３つの軸部とを備え、
前記胴部は、前記少なくとも３つの軸部のうち互いに隣り合う２つの軸部間の領域であって、前記鍛造によって分断される鍛流線群間に存在する領域を補強する補強部を有する
継手部材。
前記胴部は、前記補強部を含む部位の胴幅が前記補強部を含まない部位の胴幅よりも大きい寸法に設定されている請求項１に記載の継手部材。
前記胴部は、前記補強部を含む部位の胴厚が前記補強部を含まない部位の胴厚よりも大きい寸法に設定されている請求項１に記載の継手部材。