JP2016166658A - 等速自在継手用外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】中空ステム軸内への潤滑油の流入を防止でき、しかも、中空ステム軸の捩り強度の向上を図ることが可能な等速自在継手用外側継手部材を提供する。
【解決手段】内側継手部材とトルク伝達部材とを有する内部部品を収納するマウス部２１と、このマウス部２１から軸方向に延びる中空ステム軸２２とを備える。中空ステム軸２２とマウス部は、摩擦接合あるいは電子ビーム溶接にて接合される。中空ステム軸２２が差動装置のサイドギアに結合されてオイル潤滑下で使用される。中空ステム軸２２の反マウス部側に雌スプライン穴部２５を形成し、サイドギア側に設けられた中実の雄スプライン軸部を雌スプライン穴部２５に嵌入して、スプライン嵌合にて、中空ステム軸とサイドギアとを結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、等速自在継手用外側継手部材に関し、特に、自動車のドライブシャフトに使用される等速自在継手の外側継手部材に関する。

等速自在継手用外側継手部材には、特許文献１に記載のように、中空ステム軸を用いたものがある。すなわち、特許文献１に記載の外側継手部材は、図９〜図１２に示すように、内側継手部材とトルク伝達部材とを有する内部部品を収納するマウス部１と、このマウス部１から軸方向に延びる中空ステム軸２とを備えたものである。そして、中空ステム軸２の端部外周面には、雄スプライン３が形成されている。

ところで、自動車の駆動系(後輪駆動車の駆動系)は、図１３に示すように、エンジン５→トランスミッション６→プロペラシャフト７→デファレンシャルギア８→ドライブシャフト９→車輪（タイヤ）１０というような力の伝達が行われる。

そして、前記図１１等に示すような外側継手部材を用いた等速自在継手をドライブシャフトに使用する場合がある。この場合、ドライブシャフト９は、図９に示すように、デファレンシャルギア８のサイドギア１１に連結することになる。ドライブシャフトは、通常、駆動車輪側（アウトボード側ともいう）に固定式等速自在継手が用いられ、デファレンシャル側（インボード側ともいう）に摺動式等速自在継手が用いられ、これらの２つの等速自在継手を中間シャフトで連結して構成されている。固定式等速自在継手は、大きな作動角が取れるが軸方向にはスライドしない。一方、摺動式等速自在継手は、軸方向にスライド可能であるが、あまり大きな作動角が取れない。

サイドギア１１は中空軸部１１ａを有する傘歯車からなり、その中空軸部１１ａの内周面には雌スプライン１２が形成されている。このため、前記中空ステム軸２の軸端部をこのサイドギア１１の中空軸部１１ａに嵌入させて、中空軸部１１ａの雌スプライン１２に中空ステム軸２の雄スプライン３を嵌合させることになる。

ところで、デファレンシャルギア８のサイドギア１１に連結する場合、オイル潤滑下で使用される。このため、図９に示す中空ステム軸２を用いた場合、中空ステム軸内へのオイル（潤滑油）流出による差動装置（デファレンシャル装置）内の油不足が生じるおそれがある。そこで、中空ステム軸内へのオイル（潤滑油）流出防止が必要となる。

従来には、中空シャフトに詰め物を詰めて、オイル止めを行うものが提案されている（特許文献２）。この特許文献２には、外径面にローレット加工等で凹凸部を形成した詰め物を中空軸に詰めるものと、中空軸の内径面に雌スプラインを形成し、外径面に雄スプラインを形成した詰め物を詰めるものとが記載されている。

外径面に凹凸部を形成した詰め物を用いる場合、詰め物を中空軸に挿入した後、中空軸における詰め物挿入部を縮径させるものである。また、外径面に雄スプラインを形成した詰め物を用いる場合、詰め物を中空軸に圧入するものである。

図８は、デファレンシャルギア８のサイドギア１１に連結したものに、詰め物１５をする場合を示している。

特開２００７−７５８２４号公報 特開２００５−１１３９８６号公報

詰め物を用いる場合、このような詰め物を必要とするとともに、組み込み作業等を必要として、組み立て時間が大となるとともに、コスト高となる。しかも、詰め物を用いる場合、詰め物挿入部を縮径させたり、詰め物を圧入したりする必要がある。ところが、この詰め物挿入部の外径面には雄スプラインが形成されるものであり、詰め物挿入部を縮径させたり、詰め物を圧入したりすることによって、中空シャフトの外径面の円筒性が損なわれるおそれがある。このように外径面の円筒性が損なわれれば、雄スプラインの成形が安定しない。

そこで、本発明は、中空ステム軸内への潤滑油の流入を防止でき、しかも、中空ステム軸の捩り強度の向上を図ることが可能で、中空ステム軸とサイドギアとの結合が安定する等速自在継手用外側継手部材を提供する。

本発明の等速自在継手用外側継手部材は、内側継手部材とトルク伝達部材とを有する内部部品を収納するマウス部と、このマウス部から軸方向に延びる中空ステム軸とを備え、前記中空ステム軸が差動装置内でオイル潤滑下で使用されるサイドギアに結合されてる等速自在継手用外側継手部材であって、前記中空ステム軸の反マウス部側に雌スプライン穴部を形成し、サイドギア側に設けられた中実の雄スプライン軸部をこの雌スプライン穴部に嵌入して、スプライン嵌合にて、中空ステム軸とサイドギアとが結合されるものである。

本発明の等速自在継手用外側継手部材によれば、中実の雄スプライン軸部をこの雌スプライン穴部に嵌入することによって、中空ステム軸とサイドギアとがスプライン嵌合にて結合される。このため、この雄スプライン軸部が止め栓となる。また、雄スプライン軸部を嵌入することになって、この嵌入部部位が中実状となる。

中空ステム軸とマウス部とを、摩擦接合にて接合したり、電子ビーム溶接にて接合したりすることができる。ここで、摩擦接合とは、接合する金属を高速で擦り合わせ、その時に生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて原子同士を金属融合させる接合方法である。電子ビーム溶接とは、真空中でフィラメントを加熱させ、放出された電子を高い電圧で加速させ、電磁コイルで収束させたうえで、母材に衝突させて溶接を行う方法である。

雌スプライン穴部の雌スプラインを塑性加工にて成形するのが好ましい。すなわち、下穴を設け、下穴（ガイド穴）に挿入されたブローチ（総形工具）を下方向に引き抜き、ブローチ下方の荒刃から上方の仕上げ刃へと工作物を少しずつ切削しながら、所定寸法に仕上げることができる。

雌スプライン穴部の雌スプラインが高周波焼入れ焼き戻しされてなるものが好ましい。
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。焼き戻しとは、焼入れによって硬化した鋼に靭性を与える目的で行われる熱処理で、マルテンサイト組織の状態から鋼を再加熱し、一定時間保持した後に徐冷する作業をいう。高周波焼き戻しとは、この焼き戻しの再加熱に高周波を用いるものである。

自動車用ドライブシャフトに用いることができる。

本発明では、雄スプライン軸部が止め栓となるので、潤滑油が中空ステム軸内へ流出することを防止できる。このため、差動装置（デファレンシャル装置）内の油不足になることを解消でき、差動装置を、長期にわたって安定した機能を発揮させることができる。また、雄スプライン軸部の嵌入部部位が中実状となるため、中空ステム軸を使用しても、捩り強度に優れたものとできる。このため、自動車のドライブシャフトに用いる等速自在継手における外側継手部材に最適となる。

中空ステム軸とマウス部とを、摩擦接合にて接合したり、電子ビーム溶接にて接合したりすることができ、生産性に安定したものとなる。

また、雌スプライン穴部の雌スプラインを塑性加工にて成形することができ、外側継手部材としての加工性が安定して、高品質の製品を提供できる。さらに、雌スプライン穴部の雌スプラインが高周波焼入れ焼き戻しされてなるものであり、この雌スプラインは強度的に優れて安定したトルク伝達機能を発揮することができる。

本発明の前記等速自在継手用外側継手部材の一部を断面で示す側面図である。 前記図１のＡ−Ａ線断面図である。 前記外側継手部材の中空ステム軸の要部拡大断面図である。 図１に示す外側継手部材がサイドギアに連結された状態の断面側面図である。 図４のＢ１−Ｂ１線又はＢ２−Ｂ２線断面図である。 差動装置の断面図である。 サイドギアとの他の連結構造の説明図である。 従来の等速自在継手用外側継手部材がサイドギアに連結された状態の断面側面図である。 サイドギアとの従来の連結構造の説明図である。 図９のＣ−Ｃ線断面図である。 従来の等速自在継手用外側継手部材の断面側面図である。 図１１のＤ−Ｄ線断面図である。 自動車の駆動系を示す簡略図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１は本発明に係る等速自在継手用外側継手部材（以下、単に、外側継手部材と呼ぶ場合がある）を示している。外側継手部材２０は、内側継手部材とトルク伝達部材とを有する内部部品（図示省略）を収納するマウス部２１と、このマウス部２１から軸方向に延びる中空ステム軸２２とを備える。図１においては、軸方向にスライド可能であるが、あまり大きな作動角が取れない摺動式等速自在継手の外側継手部材２０を示している。

マウス部２１は、椀状の本体部２１ａと、この本体部２１ａの底壁から突設される中空の短寸軸部２１ｂとからなる。そして、この短寸軸部２１ｂに中空ステム軸２２が接合されている。マウス部２１と中空ステム軸２２とは鋼材等の同一材質からなる。

中空ステム軸２２の反マウス部側に、図１と図２に示すように、雌スプライン２４を有する雌スプライン穴部２５が形成されている。この雌スプライン穴部２５の雌スプライン２４は、塑性加工にて成形することができる。すなわち、下穴を設け、下穴（ガイド穴）に挿入されたブローチ（総形工具）を下方向に引き抜き、ブローチ下方の荒刃から上方の仕上げ刃へと工作物を少しずつ切削しながら、所定寸法に仕上げることができる。

また、中空ステム軸２２とマウス部２１の短寸軸部２１ｂとは、摩擦接合にて接合することができる。ここで、摩擦接合とは、接合する金属を高速で擦り合わせ、その時に生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて原子同士を金属融合させる接合方法である。なお、この場合、接合部２６の内径部には、カール部２６ａ、２６ｂが形成されている（図４参照）。

この中空ステム軸２２とマウス部２１の短寸軸部２１ｂとの接合方法として、電子ビーム溶接であってもよい。電子ビーム溶接とは、真空中でフィラメントを加熱させ、放出された電子を高い電圧で加速させ、電磁コイルで収束させたうえで、母材に衝突させて溶接を行う方法である。

雌スプライン２４を有する雌スプライン穴部２５は、高周波焼入れ・焼き戻しが施される。ここで、高周波焼入れとは、高周波の電磁波による電磁誘導を起こし、表面を加熱させて焼入れを行う熱処理である。金属表面のみ硬化させて硬さを増し、内部はじん性を保った元の状態を保つことで、柔軟性に富んだ材料にすることが出来る。

高周波焼入れは、一般には、金属に銅線を巻きつけてコイル状にし、銅線に交流を流すことによって、コイル内部に電磁誘導による磁力が発生すると同時に、金属内に渦電流が発生する。この渦電流は表皮効果により金属表面のみに集まるので、金属表面を電流が流れていることになる。電流が発生すると、誘導加熱により、焼入れする金属の持つ電気抵抗によりジュール熱が発生する。この発生したジュール熱により金属表面をオーステナイト状になるまで加熱し、しばらく保持して、急冷するものである。しかしながら、焼入れ後そのままでは靱性が低下するため、焼戻しを行う。焼き戻しとは、焼入れによって硬化した鋼に靭性を与える目的で行われる熱処理で、マルテンサイト組織の状態から鋼を再加熱し、一定時間保持した後に徐冷する作業をいう。高周波焼き戻しとは、この焼き戻しの再加熱に高周波を用いるものである。

このように、雌スプライン穴部２５には、図３に示すように、硬化層Ｓが設けられることになる。この硬化層Ｓの範囲Ｈは、雌スプライン２４の全長にわたるものである。この場合、硬化層Ｓの焼入れ深さとしては、その肉厚の５０％程度とするのが好ましく、硬化層Ｓの硬度としては、ＨＲＣ５８〜ＨＲＣ６３程度である。

ところで、前記のように構成された外側継手部材を備えた等速自在継手は、自動車のドライブシャフトに用いられ、このトライブシャフトが図６に示すような差動装置（デファレンシャル装置）４０に連結される。図６の上が車体前方、下が車体後方である。デファレンシャルケース４１の前部にドライブピニオン軸４２が収容され、一対の円すいころ軸受４４，４５で回転自在に支持される。ドライブピニオン軸４２の前端部にはプロペラシャフト（図示せず）が連結され、後端部にはリンクギア（減速大歯車）４６とかみ合うドライブピニオンギア（減速小歯車）４３が固定され又は一体に設けてある。

リンクギア４６は差動歯車ケース４７に連結され、差動歯車ケース４７は一対の円すいころ軸受４８，４９でデファレンシャルケース４１に対して回転自在に支持される。差動歯車ケース４７の内部に、一対のピニオンギア５０と、これとかみ合う一対のサイドギア５１とがそれぞれ配設される。ピニオンギア５０はピニオン軸５２に固定され、サイドギア５１はスラストワッシャを介して差動歯車ケース４７に装着してある。図示されていない左右のドライブシャフトが、それぞれに対応するサイドギア５１の内径部に連結（セレーション連結等）される。

プロペラシャフトの駆動トルクは、ドライブピニオンギア４３→リンクギア４６→差動歯車ケース４７→ピニオンギア５０→サイドギア５１→ドライブシャフトという経路で伝達される。一方、タイヤの駆動抵抗は、ドライブシャフト→サイドギア５１→ピニオンギア５０へと伝達される。

このため、ドライブシャフトの前記外側継手部材２０はサイドギア５１に連結される。このサイドギア５１は、図４に示すように、内径面に雌スプライン５２が形成された筒状本体部５１ａと、この筒状本体部５１ａから外径方向に伸びる鍔部５１ｂとを有し、この鍔部５１ｂの外端面に、周方向に沿って複数の歯５３が設けられている。

そして、このサイドギア５１と外側継手部材２０とは、中実の連結軸５５（図５参照）を介して連結される。連結軸５５は、中間の大径の本体部５５ａと両端部の小径部５５ｂ、５５ｃとからなり、小径部５５ｂ、５５ｃの外周面に雄スプライン５６，５６が設けられている。このため、一方の小径部５５ｂがサイドギア５１の筒状本体部５１ａに嵌入されて、この小径部５５ｂの雄スプライン５６と筒状本体部５１ａの雌スプライン５２とが嵌合する。また、他方の小径部５５ｃが外側継手部材２０の中空ステム軸２２の雌スプライン穴部２５に嵌入されて、小径部５５ｃの雄スプライン５６と中空ステム軸２２の雌スプライン穴部２５の雌スプライン２４とが嵌合する。

なお、一方の小径部５５ｂの反本体部側においては、抜け止め用の止め輪５７が配設されている。また、連結軸５５の本体部５５ａの外径寸法Ｄとしては、外側継手部材２０の中空ステム軸２２の外径寸法Ｄ１と同一乃至中空ステム軸２２の外径寸法Ｄ１よりも僅かに小さい程度とする。なお、図例では、本体部５５ａの外径寸法Ｄを、中空ステム軸２２の外径寸法Ｄ１よりも小さく、雌スプライン穴部２５の内径寸法（大径円）よりも大きく設定されている。

図７に示すサイドギア５１は連結軸が一体化された形状である。すなわち、この図７に示すサイドギア５１は、中実の軸部６０と、軸部６０から外径方向に伸びる鍔部６１とを有し、この鍔部６１の外端面に、周方向に沿って複数の歯６２が設けられている。軸部６０は鍔部６１が延びる大径部６０ａと、この大径部６０ａから連設される中径部６０ｂと、中径部６０ｂから連設される小径部６０ｃとからなり、小径部６０ｃに雄スプライン６３が設けられている。

このため、このサイドギア５１の軸部６０の小径部６０ｃを、外側継手部材２０の雌スプライン穴部２５に嵌入して、小径部６０ｃの雄スプライン６３と雌スプライン穴部２５の雌スプライン２４とを嵌合させることになる。

本発明の等速自在継手用外側継手部材によれば、中実の軸部５５（６０）の雄スプライン５６（６３）を雌スプライン穴部２５に嵌入することによって、中空ステム軸２２とサイドギア５１とがスプライン嵌合にて結合されるので、この中実の軸部５５（６０）のが止め栓となる。また、この中実の軸部５５（６０）の雄スプライン５６（６３）を嵌入することになって、この嵌入部部位が中実状となる。

すなわち、本発明では、雄スプライン軸部５６（６３）を有するこの中実の軸部５５（６０）が止め栓となるので、潤滑油が中空ステム軸２２内へ流出することを防止できる。このため、差動装置（デファレンシャル装置）４０内が油不足になることを解消でき、差動装置４０を、長期にわたって安定した機能を発揮させることができる。また、雄スプライン５６（６３）の嵌入部部位が中実状となるため、中空ステム軸２２を使用しても、捩り強度に優れたものとできる。このため、自動車のドライブシャフトに用いる等速自在継手における外側継手部材に最適となる。

中空ステム軸２２とマウス部２１とを、摩擦接合にて接合したり、電子ビーム溶接にて接合したりすることができ、生産性に安定したものとなる。

また、雌スプライン穴部２５の雌スプライン２４を塑性加工にて成形することができ、外側継手部材としの加工性が安定して、高品質の製品を提供できる。さらに、雌スプライン穴部２５の雌スプライン２４が高周波焼入れ焼き戻しされてなるものであり、この雌スプライン２４は強度的に優れて安定したトルク伝達機能を発揮することができる。

図４に示すように、別体の連結軸５５を用いるものでは、サイドギア５１を既存のものをそのまま使用することができ、しかも、軸方向長さ等が相違する複数種の連結軸５５を揃えれば、組み立て時の長さ調整を行うことができる。また、図７に示すように、連結軸が一体化されたサイドギア５１を用いる場合、部品点数の減少を図ることができて、組み立性に優れる。しかも、強度的にも安定する。

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、等速自在継手として、バーフィールドタイプやアンダーカットフリータイプの固定式等速自在継手であっても、ダブルオフセットタイプ、クロスグルーブタイプ、トリポードタイプの摺動式等速自在継手であってもよい。また、使用する部位としては、ドライブシャフトに限るものではなく、プロペラシャフトであっても、さらには、後輪駆動車の駆動軸に限るものではなく、前輪駆動車の駆動軸であってよい。また、このような自動車の動力伝達系以外にも、回転するシャフトを有する種々の一般機械、電気機械、又は輸送機械等にも使用可能である。

２０ 外側継手部材
２１ マウス部
２２ 中空ステム軸
２４ 雌スプライン
２５ 雌スプライン穴部
４０ 差動装置（デファレンシャル装置）
５１ サイドギア

Claims (6)

1. 内側継手部材とトルク伝達部材とを有する内部部品を収納するマウス部と、このマウス部から軸方向に延びる中空ステム軸とを備え、前記中空ステム軸が差動装置内でオイル潤滑下で使用されるサイドギアに結合される等速自在継手用外側継手部材であって、
   前記中空ステム軸の反マウス部側に雌スプライン穴部を形成し、サイドギア側に設けられた中実の雄スプライン軸部をこの雌スプライン穴部に嵌入して、スプライン嵌合にて、中空ステム軸とサイドギアとが結合されることを特徴とする等速自在継手用外側継手部材。
2. 中空ステム軸とマウス部とは、摩擦接合にて接合されていることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用外側継手部材。
3. 中空ステム軸とマウス部とは、電子ビーム溶接にて接合されていることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用外側継手部材。
4. 雌スプライン穴部の雌スプラインが塑性加工にて成形されてな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外側継手部材。
5. 雌スプライン穴部の雌スプラインが高周波焼入れ焼き戻しされてなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手用外側継手部材。
6. 自動車用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５のいずれか１項に記載の等速自在継手用外側継手部材。

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