JP2013194834A - フランジヨーク及び十字軸ジョイント並びに推進軸 - Google Patents

Abstract

【課題】回転直径の小さいフランジヨークを提供する。
【解決手段】十字軸７１が装着される貫通孔２２ａを有するヨーク２０と、ヨーク２０から径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジ３０と、を備え、フランジ３０は、その角に、ボルト１０１が挿通するボルト孔３２が形成されると共に軸方向視においてボルト孔３２を中心とする座面部３１を備え、ボルト孔３２を通る回転方向において、ボルト孔３２と外部との間における座面部３１の回転方向幅ｔ１は、コンパニオンフランジ３１０との間で伝達する動力の大きさに基づいて設定されており、軸方向視において、座面部３１の径方向外側の座面部外形線３３が、円弧状であると共に、ボルト孔３２を中心とし回転方向幅ｔ１を半径とする仮想的な第１仮想円Ｃ１よりも径方向内側を通るように、座面部３１は予め成形されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、フランジヨーク及び十字軸ジョイント並びに推進軸に関する。

推進軸（プロペラシャフト）は、動力を伝達する装置であって、例えば、後輪駆動車又は四輪駆動車（車両）の車体の中央下部に搭載される。そして、車体の前側に搭載された内燃機関（原動機）の動力は、変速機で変速された後、推進軸を介して、終減速装置に入力される。

また、推進軸は、その共振点を実用回転数域よりも高くする場合、２分割、３分割等で構成される。例えば、２分割された場合、推進軸は、前側の第１軸と、後側の第２軸と、第１の後端部と第２軸の前端部とを連結する等速ジョイントと、第１軸の前端部と変速機の出力軸とを連結する前側の十字軸ジョイントと、第２軸の後端部と終減速装置のドライブピニオン（入力軸）とを連結する後側の十字軸ジョイントと、車体に対して推進軸を回転自在で保持する中間軸受と、を備えて構成される。

前側の十字軸ジョイントは、変速機の出力軸とボルト締結されるフランジヨークと、第１軸の前端部に溶接等で固定されたスタブヨークと、フランジヨーク及びスタブヨークで保持される十字軸（スパイダ）と、を備えている。フランジヨークは、十字軸が装着されるＵ字形のヨークと、ヨークから径方向外側に延出するフランジと、を備えている。つまり、フランジは、フランジヨークの中心軸線と直交する面方向に延びている。フランジは、軸方向視において、略正四角形を呈しており、その角には、ボルト孔が形成されている。ボルト孔には、フランジヨークと変速機の出力軸と一体であるコンパニオンフランジとを締結するボルトが挿通される。

ところで、近年、車両の衝突安全性を向上させるため、燃料タンクを車体後方から車体中央に移設する場合があり、燃料タンクは容量を確保しつつ推進軸の上方かつ近傍に配置される。また、排気ガスの規制に対応して、複数のキャタライザ（排気ガス浄化装置）又は大型のキャタライザが設けられる場合があり、この場合、フロアトンネル内又はその直下であって推進軸の近傍に排気管が配置される。さらに、車室や荷室の容積を大きくするため、フロアパネルが低床化された場合、フロアパネルと推進軸との隙間が小さくなる。
このように、推進軸と、燃料タンク、排気管、フロアパネル等との間の隙間は、ますます小さくなりつつある。

一方、例えば、ボルト締結されるフランジヨークとコンパニオンフランジとの間において伝達可能な動力は、ボルトの締め付けにより生じる軸力と、ボルトのピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．，Pitch Circle Diameter、ボルトサークル径）とを乗算した値で与えられる。よって、近年進められている車両の高出力化には、ボルトのピッチ円直径を大きくするのが有効であるが、前記したように、推進軸（十字軸ジョイント）の径方向外側近傍に燃料タンク等が配置されている場合、ボルトのピッチ円直径を大きくするのは難しくなる。

そこで、フランジの角部に配置され、フランジヨークの回転直径の最も大きくなり、その中心にボルト孔が形成された座面部の径方向外側部分を切除する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許第４８２８４５２号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、前記した座面部の径方向外側部分を切除するために機械加工する必要があり、手間を要するうえ、製造コストが増加してしまう。
この他、図９、図１０に示すように、フランジヨーク１０の回転直径を小さくする方法として、軸方向視で略円形の座面部３１の直径を、ボルト孔３２を中心として同中心的に小さくした第５仮想円Ｃ５上を通るように変更する方法も考えられるが、このように小さくすると、ボルト孔３２を通る回転方向における座面部３１の回転方向幅ｔ１（座面部の厚さ）が小さくなり、座面部３１の強度が低下してしまう。
また、フランジヨーク１０を鍛造で成形する場合、鍛造にて成形する座面部３１の外形が、その後に穿孔するボルト孔３２の位置に対してずれることがあるので、座面部３１の直径を小さくすることは好ましくない。

そこで、本発明は、強度低下及び加工コストの上昇を抑えながら、回転直径の小さいフランジヨークを提供することを課題とする。また、これを備える十字軸ジョイント及び推進軸を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１部材と第２部材とを連結する十字軸ジョイントを構成し、前記第１部材と複数のボルトで締結されるフランジヨークであって、十字軸が装着される装着孔を有するヨークと、前記ヨークから径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジと、を備え、前記フランジは、その角に、前記ボルトが挿通するボルト孔が形成されると共に軸方向視において前記ボルト孔を中心とする座面部を備え、前記ボルト孔を通る回転方向において、前記ボルト孔と外部との間における前記座面部の回転方向幅は、前記第１部材との間で伝達する動力の大きさに基づいて設定されており、軸方向視において、前記座面部の径方向外側の座面部外形線が、円弧状であると共に、前記ボルト孔を中心とし前記回転方向幅を半径とする仮想的な第１仮想円よりも径方向内側を通るように、前記座面部は予め成形されていることを特徴とするフランジヨークである。

このような構成によれば、座面部は予め成形されたものであるので、つまり、座面部はフランジの径方向外側部分を切除することで形成されたものでなく、座面部外形線はフランジの径方向外側部分を切除することで形成された外形線ではないので、切除のために機械加工する必要はなく、製造コストが上昇することはない。なお、このような座面部は例えば鍛造で成形される。

また、ボルト孔を通る回転方向において、ボルト孔と外部との間における座面部の回転方向幅は、第１部材との間で伝達する動力の大きさに基づいて設定されているので、座面部の強度が低下（不足）することはない。

さらに、軸方向視において、座面部の径方向外側の座面部外形線は、円弧状であると共に、ボルト孔を中心とし回転方向幅を半径とする仮想的な第１仮想円よりも径方向内側を通っているので、フランジヨークの回転直径は小さくなっている。

また、前記フランジヨークにおいて、前記座面部外形線は、前記第１仮想円が径方向内側にオフセットした第２仮想円の円周上を通っていることが好ましい。

また、前記フランジヨークにおいて、前記座面部外形線は、前記第１仮想円よりも小さい第３仮想円が前記ボルト孔を通る回転方向において前記ボルト孔を中心として前後にオフセットして仮想的に形成されるものの外形線上を通っていることが好ましい。

このような構成によれば、座面部外形線の設計が容易となる。そして、例えば、座面部を形成するための金型の設計も容易となる。

また、本発明は、前記フランジヨークを備えることを特徴とする十字軸ジョイントである。

また、本発明は、車両に搭載され、変速機と終減速装置との間において動力を伝達させる推進軸であって、前記十字軸ジョイントを備え、前記第１部材は、前記変速機の出力軸と一体で回転する部品、又は、前記終減速装置のドライブピニオンと一体で回転する部品、であることを特徴とする推進軸である。
である。

本発明によれば、強度低下及び加工コストの上昇を抑えながら、回転直径の小さいフランジヨーク、十字軸ジョイント及び推進軸を提供できる。

第１実施形態に係る推進軸の平面図である。 第１実施形態に係る十字軸ジョイントの平面図であり、図３、図４のＸ１−Ｘ１線断面に対応している。 第１実施形態に係るフランジヨークを後方から見た図である。 第１実施形態に係るフランジヨークを後方から見た図であって、ボルトを省略した図である。 第１実施形態に係るフランジヨークの左上部分の拡大図である。 第２実施形態に係るフランジヨークを後方から見た図である。 第２実施形態に係るフランジヨークを後方から見た図であって、ボルトを省略した図である。 第２実施形態に係るフランジヨークの左上部分の拡大図である。 比較例に係るフランジヨークを後方から見た図であって、ボルトを省略した図である。 比較例に係るフランジヨークの左上部分の拡大図である。

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
≪推進軸の構成≫
第１実施形態に係る推進軸２００（プロペラシャフト）は、後輪駆動の四輪車（車両）に搭載されており、車両の前側に配置された変速機（図示しない）の出力する動力を、車両の後側に配置された終減速装置（図示しない）に伝達させる動力伝達軸であり、前後方向かつ水平方向で延びている。変速機は車両の前側のボンネット下に配置された内燃機関（原動機）が出力する動力を変速するものである。

推進軸２００は、２ピース構造（２分割構造）を有しており、前側（一方側）の第１軸２１１と、後側（他方側）の第２軸２１２と、第１軸２１１の後端部及び第２軸２１２の前端部を連結する等速ジョイント２２０と、推進軸２００の前後方向中間で推進軸２００を車体に対して回転自在で支持する中間軸受ユニット２３０と、前側の十字軸ジョイント１（自在継手、ユニバーサルジョイント）と、後側の十字軸ジョイント２と、を備えている。等速ジョイント２２０は、例えば、トリポート型、ダブルオフセット型、レブロ型、バーフィールド型で構成されている。
この他、推進軸２００が等速ジョイント２２０を備えず、第１軸２１１と第２軸２１２が十字軸ジョイントで連結された構成でもよい。

≪十字軸ジョイントの構成≫
前側の十字軸ジョイント１は、コンパニオンフランジ３１０（図２参照、第１部材）と、第１軸２１１（第２部材）の前端部とを連結するジョイントである。

コンパニオンフランジ３１０は、円筒部３１１と、円筒部３１１の後側から径方向外側に延出したリング状の円盤部３１２と、を備えている。円筒部３１１にはインボリュートスプラインが形成されており、円筒部３１１は変速機の出力軸と連結されている。つまり、円筒部３１１（コンパニオンフランジ３１０）は、出力軸と一体で回転する部品である。円盤部３１２には、後記するボルト１０１が挿通するボルト孔が形成されている。

後側の十字軸ジョイント２は、コンパニオンフランジ３２０（第１部材）と、第２軸２１２（第２部材）の後端部とを連結するジョイントである。

コンパニオンフランジ３２０は、円筒部３２１と、円筒部３２１の前側から径方向外側に延出したリング状の円盤部３２２と、を備えている。円筒部３２１にはインボリュートスプラインが形成されており、円筒部３２１は終減速装置のドライブピニオンと連結されている。つまり、円筒部３２１（コンパニオンフランジ３２０）は、ドライブピニオンと一体で回転する部品である。円盤部３２２には、ボルトが挿通するボルト孔が形成されている。

十字軸ジョイント１と十字軸ジョイント２とは、前後逆であるものの、同様の構成であるので、以下、十字軸ジョイント１について具体的に説明する。

十字軸ジョイント１は、図２に示すように、コンパニオンフランジ３１０の円盤部３１２にボルト締結されたフランジヨーク１０と、第１軸２１１の前端に摩擦溶接等で固定されたスタブヨーク５０と、フランジヨーク１０及びスタブヨーク５０で保持され、軸方向視で十字形の十字軸７１と、を備えている。

そして、フランジヨーク１０とスタブヨーク５０とは、十字軸７１を節として屈曲自在となっている。また、十字軸７１の各先端部（被保持部）とフランジヨーク１０又はスタブヨーク５０との間には、回動自在となるように軸受７２が装着されている。軸受７２は、例えばニードルベアリングで構成されている。

ここで、十字軸ジョイント１の最大回転直径は、径方向外側に最も延出した後記するフランジ３０の回転直径となっている。

≪スタブヨーク≫
スタブヨーク５０は、鍛造品であって、円筒状を呈し第１軸２１１の前端に固定された円筒部５１と、円筒部５１の前側において平断面視で横Ｕ字形を呈するヨーク５２と、を備えている。ヨーク５２を構成する一対のアーム部５３、５３には、十字軸７１が装着される貫通孔５３ａ（装着孔）が形成されている。

≪フランジヨークの構成≫
フランジヨーク１０は、鍛造品であって、縦断面視で横Ｕ字形を呈するヨーク２０と、ヨーク２０の基端部２１から軸直角方向（輪切り断面方向）の外側に延びるように形成されたフランジ３０と、を備えている。

＜フランジヨーク−ヨーク＞
ヨーク２０は、Ｕ字形の底部に対応する部分に配置された基端部２１と、基端部２１の両端（図３では上端部、下端部）からそれぞれ後方に延びる一対のアーム部２２、２２と、を備えている。

基端部２１は、軸方向視において長方形状を呈している。よって、基端部２１の長手方向側（図３では上下方向側）におけるフランジ３０の幅は、基端部２１の短手方向側（図３では左右方向側）におけるフランジ３０の幅よりも、小さくなっている。

各アーム部２２の後側には、十字軸７１が装着される貫通孔２２ａ（装着孔）が形成されている。そして、貫通孔２２ａには十字軸７１が回動自在に装着されている。

＜フランジヨーク−フランジ＞
フランジ３０は、軸方向視において、四角枠状を呈している。つまり、軸方向視におけるフランジ３０の外形は、略四角形（多角形）を呈している。ただし、その他の多角形でもよい。そして、フランジ３０の各辺は径方向内側にやや湾曲しており、フランジ３０の軽量化が図られている（図３、図４参照）。

フランジ３０は、その４つの角（四隅）に、４つの座面部３１を備えている。４つの座面部３１は、軸方向において、ボルト１０１及びナット１０２によって、コンパニオンフランジ３１０とボルト締結される被締結部である。なお、座面部３１（フランジ３０）は、予め成形されたものであって、フランジ３０よりも大きな母材を、フランジ３０の径方向外側に対応する不要部分を切除することで得たものではない。また、ボルト１０１の頭と、座面部３１との間には、ワッシャ（図示しない）が介装されている。その他、ボルト１０１はフランジ付でもよい。

座面部３１は、軸方向視において、略円形を呈しており、その略中心に、ボルト１０１が挿通されるボルト孔３２が形成されている（図４、図５参照）。

ボルト孔３２の回転直径、つまり、ボルト１０１のピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）は、フランジ３０とコンパニオンフランジ３１０との間を伝達する動力の大きさ、締め付けた場合におけるボルト１０１の軸力等に基づいて、設計されている。つまり、伝達する動力が大きくなるにつれて、ボルト孔３２の回転直径（ボルト１０１のピッチ円直径）は大きくなる。

ボルト孔３２を通る回転方向において、ボルト孔３２と外部との間における座面部３１の回転方向幅ｔ１（図５参照）は、フランジ３０とコンパニオンフランジ３１０との間を伝達する動力の大きさ、締め付けた場合におけるボルト１０１の軸力等に基づいて、設計されている。つまり、伝達する動力が大きくなるにつれて、回転方向幅ｔ１が大きくなる。

軸方向視において、座面部３１の径方向外側の座面部外形線３３は、円弧状であると共に、ボルト孔３２を中心とし回転方向幅ｔ１を半径とする仮想的な第１仮想円Ｃ１よりも径方向内側（フランジヨーク１０の中心側）を通っている。なお、座面部外形線３３は、予め形成された外形線であって、座面部３１（フランジ３０）の径方向外側部分を切除することで形成された外形線ではない。

さらに説明すると、座面部外形線３３は、前記した第１仮想円Ｃ１が径方向内側にオフセットした第２仮想円Ｃ２の円周上を通っている。なお、第２仮想円Ｃ２の半径（回転方向幅ｔ１）は、ボルト１０１の軸部の直径（ボルト呼び径）よりも大きく設計されている。

これにより、ボルト孔３２を通る径方向において、ボルト孔３２と外部との間における座面部３１の径方向幅ｔ２（図５参照）は、座面部外形線３３が第１仮想円Ｃ１を通る場合における径方向幅ｔ０よりも小さくなる。これにより、座面部３１の回転直径、つまり、フランジ３０の回転直径は小さくなっている。

なお、本実施形態では、座面部外形線３３の最外端が、コンパニオンフランジ３１０の円盤部３１２の外径線上に配置されている。つまり、フランジ３０の最大外径と、円盤部３１２の外径とは一致している。ここで、径方向において、座面部外形線３３は、円盤部３１２の外径線以下、つまり、軸方向視のおいて座面部３１が円盤部３１２から突出していない構成であればよい。

なお、第１仮想円Ｃ１がオフセットしてなる第２仮想円Ｃ２のオフセットの程度（オフセット量）は、例えば、回転方向幅ｔ１の１／２以下であることが好ましい。

≪フランジヨーク等の効果≫
このようなフランジヨーク１０によれば次の効果を得る。
座面部３１は、上記の設定として予め鍛造等により成形されているので、切除、切削等の後加工を要しない。
ボルト孔３２を通る回転方向における座面部３１の回転方向幅ｔ１（図５参照）は、伝達する動力の大きさ等に基づいて設計されているので、フランジ３０の回転方向における強度が低下することはない。

座面部外形線３３は、第２仮想円Ｃ２の円周上を通り、第１仮想円Ｃ１よりも径方向内側を通っているので、フランジ３０（フランジヨーク１０）の回転直径は小さくなっている。これにより、十字軸ジョイント１及び推進軸２００の回転直径も小さくなる。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよいし、後記する実施形態と適宜組み合わせてもよい。

前記した実施形態では、フランジ３０が略四角形であって４つの座面部３１を備え、フランジ３０とコンパニオンフランジ３１０の円盤部３１２とが４つのボルト１０１及びナット１０２で４箇所にて締結された構成を例示したが、その他に例えば、６箇所、８箇所等にて締結された構成でもよい。

≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。

座面部３１の座面部外形線３３は、第１仮想円Ｃ１よりも小さい第３仮想円Ｃ３がボルト孔３２を通る回転方向においてボルト孔３２を中心として前後にオフセットして仮想的に形成されるものの外形線上を通っている。つまり、座面部外形線３３は、第３仮想円Ｃ３を、ボルト孔３２を通る回転方向において、前後に回転方向幅ｔ１でオフセットさせたものの外形を、円弧で結んだ線上を通っている。そして、座面部外形線３３は、コンパニオンフランジ３１０の円盤部３１２の外径線と一致している。
この他、最前及び最後にオフセットさせた第３仮想円Ｃ３を直線で結んでもよい。

このように、座面部３１の座面部外形線３３は、第１仮想円Ｃ１よりも小さい第３仮想円Ｃ３がオフセットしたものの外形上を通っているので、フランジ３０（フランジヨーク１０）の回転直径は小さくなっている。これにより、十字軸ジョイント１及び推進軸２００の回転直径も小さくなる。

１、２ 十字軸ジョイント
１０ フランジヨーク
２０ ヨーク
３０ フランジ
３１ 座面部
３２ ボルト孔
３３ 座面部外形線
５０ スタブヨーク
７１ 十字軸
１０１ ボルト
２００ 推進軸
２１１ 第１軸（第２部材）
２１２ 第２軸（第２部材）
２２０ 等速ジョイント
３１０ 中間軸（第１部材）
３１０、３２０ コンパニオンフランジ（第１部材）
３１２、３２２ 円盤部
Ｃ１ 第１仮想円
Ｃ２ 第２仮想円
Ｃ３ 第３仮想円
ｔ０、ｔ２ 径方向幅
ｔ１ 回転方向幅

Claims (5)

1. 第１部材と第２部材とを連結する十字軸ジョイントを構成し、前記第１部材と複数のボルトで締結されるフランジヨークであって、
   十字軸が装着される装着孔を有するヨークと、
   前記ヨークから径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジと、
   を備え、
   前記フランジは、その角に、前記ボルトが挿通するボルト孔が形成されると共に軸方向視において前記ボルト孔を中心とする座面部を備え、
   前記ボルト孔を通る回転方向において、前記ボルト孔と外部との間における前記座面部の回転方向幅は、前記第１部材との間で伝達する動力の大きさに基づいて設定されており、
   軸方向視において、前記座面部の径方向外側の座面部外形線が、円弧状であると共に、前記ボルト孔を中心とし前記回転方向幅を半径とする仮想的な第１仮想円よりも径方向内側を通るように、前記座面部は予め成形されている
   ことを特徴とするフランジヨーク。
2. 前記座面部外形線は、前記第１仮想円が径方向内側にオフセットした第２仮想円の円周上を通っている
   ことを特徴とする請求項１に記載のフランジヨーク。
3. 前記座面部外形線は、前記第１仮想円よりも小さい第３仮想円が前記ボルト孔を通る回転方向において前記ボルト孔を中心として前後にオフセットして仮想的に形成されるものの外形線上を通っている
   ことを特徴とする請求項１に記載のフランジヨーク。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフランジヨークを備える
   ことを特徴とする十字軸ジョイント。
5. 車両に搭載され、変速機と終減速装置との間において動力を伝達させる推進軸であって、
   請求項４に記載の十字軸ジョイントを備え、
   前記第１部材は、前記変速機の出力軸と一体で回転する部品、又は、前記終減速装置のドライブピニオンと一体で回転する部品、である
   ことを特徴とする推進軸。

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