JP2021025604A - 動力伝達軸及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】部品を追加することなく、グリース漏れを抑制できる動力伝達軸を提供する。【解決手段】外周面にブーツ４０Ａ，４０Ｂが装着されるブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂを有し、回転トルクを伝達する動力伝達軸Ｓであって、ブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂに、螺旋溝５０が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、動力伝達軸及び車両に関する。

自動車などの車両に搭載される動力伝達機構として、動力伝達軸と、動力伝達軸の両端に取り付けられた等速自在継手などで構成されるドライブシャフトやプロペラシャフトが知られている。

このようなドライブシャフトやプロペラシャフトにおいては、等速自在継手内への異物侵入防止や等速自在継手内に封入されているグリースの漏洩防止のため、各等速自在継手とシャフトとの間に筒状のブーツが装着されている。一般的にブーツは、大径部と、小径部と、これらを連結する蛇腹部とで構成されており、大径部が等速自在継手の外側継手部材の外周面に対してブーツバンドによって締め付け固定され、小径部が動力伝達軸の外周面に対してブーツバンドによって締め付け固定される。

また、ブーツは、ゴムや樹脂などの材料で構成されており、ブーツバンドの締め付け力によりブーツがある程度弾性変形して相手部材に密着することで、相手部材とブーツとの間のシール性が確保される。しかしながら、エンジンや排気管などの熱によりブーツが劣化すると、ブーツの圧縮永久歪が増大して弾性反発力が低下することにより、相手部材に対するブーツの密着性が低下することがある。また、ブーツの劣化により蛇腹部の柔軟性が低下することで、継手が作動角をとった際の蛇腹部の変形に伴う小径部への荷重が増加する。その結果、特に小径部においてシール性が低下し、グリースが漏れ出るといった問題が生じる。

斯かる問題に対して、例えば特許文献１では、ブーツとシャフトとの間にリング状のシール部材を介在させて、シール性の低下を抑制する技術が提案されている。

特開２００７−２３９８７９号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案する方法は、部品点数が増えるため、製造コストが高くなったり、部品組付けの手間が増えたりするといった問題がある。

そこで、本発明は、部品を追加することなく、グリース漏れを抑制できる動力伝達軸、及びその動力伝達軸を備える車両を提供することを目的とする。

本発明は、外周面にブーツが装着されるブーツ装着部を有し、回転トルクを伝達する動力伝達軸であって、ブーツ装着部に、螺旋溝が設けられていることを特徴とする。

このような螺旋溝が設けられた動力伝達軸を、ブーツが装着される動力伝達軸として用いることで、ブーツ内のグリースが外部に漏洩するのを抑制できるようになる。すなわち、動力伝達軸のブーツ装着部に螺旋溝が設けられていることで、動力伝達軸が回転した際に、螺旋溝内のグリースに対してブーツ内に戻す方向の力を作用させることができる。これにより、グリースが外部に漏洩するのを抑制し、さらには、グリースをブーツ内に戻すことができるようになる。

螺旋溝の軸中間側の端部は、ブーツ装着部の軸中間側の端部よりもブーツ装着部の内側に配置されていることが好ましい。これにより、螺旋溝の軸中間側の端部がブーツの外部空間と連通しにくくなるので、グリース漏れが生じにくくなる。

さらに、螺旋溝の軸中間側の端部とブーツ装着部の軸中間側の端部との間に、突起を設けてもよい。このような突起を設けることで、グリースが螺旋溝に沿ってブーツ外に向かっても、突起によってグリースの移動が規制されるため、グリース漏れが抑制される。

また、ブーツ装着部を、軸端側に向かって縮径するテーパ面とし、テーパ面に、螺旋溝を設けてもよい。ブーツ装着部をこのようなテーパ面とすることで、ブーツ内のグリースがテーパ面を乗り越えて外部に漏れにくくなる。また、動力伝達軸に対するブーツの接触圧がブーツ装着部の軸端側よりも軸中間側で大きくなるため、シール性が向上する。これにより、グリース漏れを効果的に抑制できるようになる。

また、本発明に係る動力伝達軸を車両に搭載することで、グリース漏れの少ない車両を提供できるようになる。

螺旋溝は、車両前進時の動力伝達軸の回転方向に向かって軸中間側へ進行する螺旋状に形成されていることが好ましい。このような向きに螺旋溝を形成することで、車両が前進するときの動力伝達軸の回転によってグリースをブーツ内に戻す力を生じさせることができる。このように、車両後退時よりも使用頻度の高い車両前進時に、グリースをブーツ内に戻す力を発生させることができるため、効果的にグリース漏れを抑制できるようになる。

本発明によれば、部品を追加することなく、動力伝達軸のブーツ装着部に螺旋溝を設けるだけで、グリース漏れを抑制できるようになる。

自動車に搭載された動力伝達機構の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るドライブシャフトの縦断面図である ドライブシャフトのアウトボード側の構成を示す縦断面図である。 ドライブシャフトのインボード側の構成を示す縦断面図である。 ブーツ装着当初のブーツとシャフトの接触状態を示す断面図である。 ブーツ劣化時のブーツとシャフトの接触状態を示す断面図である。 シャフトの回転によって螺旋溝内のグリースがブーツ内に戻る様子を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態の構成を示す断面図である。 本発明の第６実施形態の構成を示す断面図である。

図１に、自動車に搭載された動力伝達機構の概略構成を示す。

図１に示す自動車１００は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式のエンジン駆動車両である。自動車１００は、駆動源であるエンジンＥの回転トルクを駆動輪である左右の前輪Ｗへ伝達する動力伝達機構として、一対のドライブシャフト２００を備えている。エンジンＥの回転トルクは、トランスミッションＴによって変速された後、ディファレンシャルギヤＤによって左右のドライブシャフト２００に分配されて各前輪Ｗに伝達される。

以下、本発明の実施形態について、図１に示す自動車１００に搭載されたドライブシャフト２００を例に説明する。なお、本発明の実施形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図２〜図４に基づき、ドライブシャフトの全体構成について説明する。

図２に示すように、このドライブシャフト２００は、２つの等速自在継手１，２と、これらの等速自在継手１，２を連結する動力伝達軸としてのシャフトＳとを備えている。この図例では、アウトボード側（車幅方向外側又は車輪側）に配置される一方の等速自在継手１がバーフィールド型の固定式等速自在継手であり、インボード側（車幅方向内側又はデフ側）に配置される他方の等速自在継手２がトリポード型の摺動式等速自在継手である。

図２及び図３に示すように、固定式等速自在継手１は、外側継手部材３と、内側継手部材４と、トルクを伝達するための複数のボール５と、ボール５を保持する保持器６とを備える。

外側継手部材３は、一端にて開口したカップ部７と、このカップ部７の底壁から突設されるステム部８とにより構成される。カップ部７は、その内側に球面状の内球面９を有する。内球面９は、軸方向に沿って曲線状に構成される複数のトラック溝１０を有する。複数のトラック溝１０は、カップ部７の周方向に所定の間隔をおいて形成される。

内側継手部材４は環状（筒状）に構成されると共に、中心孔１１と、球面状の外球面１２とを備える。中心孔１１は、スプライン嵌合によりシャフトＳに対して動力伝達可能に連結されている。外球面１２は、軸方向に沿って曲線状に構成される複数のトラック溝１５を有する。複数のトラック溝１５は、内側継手部材４の周方向に所定の間隔をおいて形成される。各トラック溝１５は、外側継手部材３のトラック溝１０と対向するように配される。これにより、外側継手部材３のトラック溝１０と内側継手部材４のトラック溝１５とでボール５を収容するボールトラックが構成されている。

ボール５は、外側継手部材３及び内側継手部材４の各トラック溝１０，１５に収容されており、各トラック溝１０，１５の範囲内で転動しながら外側継手部材３、内側継手部材４間に動力を伝達する。

保持器６は環状に構成されると供に、外側継手部材３の内球面９と内側継手部材４の外球面１２との間の空間に収容される。保持器６は、球面状に構成される外球面１６及び内球面１７と、ボール５を保持する複数のポケット１９とを備える。

保持器６の外球面１６は、外側継手部材３の内球面９に接触している。一方、保持器６の内球面１７は、内側継手部材４の外球面１２に接触している。複数のポケット１９は、保持器６の周方向に一定の間隔をおいて形成されている。

続いて、図２及び図４に示すように、摺動式等速自在継手２は、外側継手部材２２と、内側継手部材としてのトリポード部材２３と、トルク伝達部材２４とを備える。

外側継手部材２２は、一端にて開口したカップ部２５と、カップ部２５の底壁から突設されるステム部２６とを備える。カップ部２５は、内周面の円周方向三等分位置に、軸方向に直線状に伸びるトラック溝２７を有する。

トリポード部材２３は、ボス２８と、脚軸２９とを備える。ボス２８は環状（筒状）に構成されると供に、軸孔３０を備える。脚軸２９は、ボス２８の外周面における円周方向三等分位置から半径方向に突出し、トルク伝達部材２４を回転可能に支持している。

トルク伝達部材２４は、ローラ３３と、複数の針状ころ３４とを備える。針状ころ３４は、ローラ３３と脚軸２９との間に、保持器のない、いわゆる単列総ころ状態で配置されている。脚軸２９の外周面は針状ころ３４の内側転動面を構成し、ローラ３３の内周面は針状ころ３４の外側転動面を構成している。

針状ころ３４は、脚軸２９の付け根部側に装着された環状のインナワッシャ３５と継手径方向内側で接すると共に、脚軸２９の先端部側に装着された環状のアウタワッシャ３６と継手径方向外側で接している。これにより、針状ころ３４は、脚軸２９に対して軸方向移動が規制されている。また、アウタワッシャ３６は、脚軸２９の先端部側に形成された環状溝３７に丸サークリップ等の止め輪３８を嵌合することにより抜け止めされている。これにより、アウタワッシャ３６は、針状ころ３４の位置決め及び抜けの防止と、ローラ３３の抜けの防止とを兼ねている。

シャフトＳと各外側継手部材３，２２との間には、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏洩を防止するため、筒状に形成されたゴム製又は樹脂製のブーツ４０Ａ，４０Ｂがそれぞれ装着されている。本実施形態では、外気に曝されやすいアウトボード側のブーツ４０Ａに、耐オゾン性や耐摩耗性に優れる樹脂製のものが用いられ、インボード側のブーツ４０Ｂに、樹脂製のものよりも安価なゴム製のものが用いられているが、アウトボード側とインボード側のそれぞれのブーツの組み合わせはこれに限らず適宜変更可能である。

各ブーツ４０Ａ，４０Ｂは、大径部４０ａと、小径部４０ｂと、大径部４０ａと小径部４０ｂとを連結する蛇腹部４０ｃとから成る。各ブーツ４０Ａ，４０Ｂの大径部４０ａは各外側継手部材３，２２の開口端側の外周面にブーツバンド４１Ａ，４１Ｂにより締め付け固定され、各ブーツ４０Ａ，４０Ｂの小径部４０ｂはシャフトＳの外周面に設けられたブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂにブーツバンド４４Ａ，４４Ｂにより締め付け固定されている。

ところで、ゴム製や樹脂製のブーツを備えるドライブシャフトにおいては、エンジンや排気管などの熱によりブーツが劣化すると、ブーツの弾性反発力が低下することにより、ブーツと相手部材との間のシール性が低下することがある。特に、シャフトに固定されるブーツの小径部においては、ブーツのシール性が低下した場合、継手が作動角をとった状態で回転すると、シャフトとの間からグリースが外部に漏洩する虞がある。

そこで、本実施形態では、ブーツ（小径部）とシャフトとの間からのグリース漏れを抑制するため、図２〜図４に示すように、シャフトＳの両側のブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂに螺旋溝５０を設けている。各螺旋溝５０は、各ブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂの軸方向範囲Ｘ（図３及び図４参照）、すなわちブーツ４０Ａ，４０Ｂ（小径部４０ｂ）がシャフトＳに対して接触する軸方向範囲Ｘに渡って設けられている。本実施形態では、螺旋溝５０が、例えば深さ０．４ｍｍ程度の断面円弧状の溝で構成されているが、螺旋溝５０の深さや断面形状は適宜変更可能である。また、各ブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂに設けられる螺旋溝５０の数は、１本であってもよいし、複数本であってもよい。

ブーツ４０Ａ，４０Ｂがブーツバンド４４Ａ，４４ＢによってシャフトＳに締め付け固定された当初は（ブーツ４０Ａ，４０Ｂが劣化する前の状態では）、ブーツ４０Ａ，４０Ｂが十分な弾性反発力を有しているので、図５に示すように、小径部４０ｂは螺旋溝５０に対して隙間を生じさせない状態で接触する。しかしながら、ブーツ４０Ａ，４０Ｂが劣化して弾性反発力が低下すると、図６に示すように、小径部４０ｂと螺旋溝５０との間に隙間が生じる。このような隙間が生じると、継手が作動角をとって回転した場合などに、ブーツ４０Ａ内のグリース６０が螺旋溝５０内に侵入する。

しかしながら、そのような場合でも、シャフトＳが図７の矢印Ａ方向に回転することで、螺旋溝５０内のグリース６０に対してブーツ４０Ａ内（シャフトＳの軸端側）に戻す方向の力が作用する。これにより、グリース６０が外部に漏洩するのが抑制され、さらには、グリース６０をブーツ４０Ａ内に戻すことができる。なお、図７は、固定式等速自在継手１側の螺旋溝５０を示した図であるが、摺動式等速自在継手２側の螺旋溝５０においても同様にシャフトＳの回転によって螺旋溝５０内のグリース６０に対してブーツ４０Ｂ内（シャフトＳの軸端側）に戻す方向の力が作用する。ただし、固定式等速自在継手１側の螺旋溝５０と摺動式等速自在継手２側の螺旋溝５０では、グリース６０を戻す方向が互いに逆向きとなるため、固定式等速自在継手１側の螺旋溝５０と摺動式等速自在継手２側の螺旋溝５０は、互いに反対向きの螺旋状に形成されている。

このように、本実施形態では、螺旋溝５０が各ブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂに設けられていることで、螺旋溝５０と小径部４０ｂとの隙間にグリースが侵入したとしても、シャフトＳの回転に伴って、グリース６０を螺旋溝５０に沿ってブーツ４０Ａ，４０Ｂ内（シャフトＳの軸端側）へ戻す力を発生させることができ、グリース漏れを抑制できるようになる。

本実施形態では、螺旋溝５０が、ブーツ劣化に伴ってブーツ４０Ａ，４０ＢとシャフトＳの間に隙間が生じた場合のグリース漏れを抑制するバックアップ機構として機能しているが、ブーツ４０Ａ，４０ＢをシャフトＳに装着した当初（劣化前の状態）から螺旋溝５０と小径部４０ｂとの間に隙間を設けるようにして、螺旋溝５０によるグリース漏れ抑制効果が生じるようにしてもよい。

また、本実施形態では、螺旋溝５０を、固定式等速自在継手１側と摺動式等速自在継手２側の両方のブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂに設けているが、これらのいずれか一方のみに螺旋溝５０を設けてもよい。例えば、熱源となるエンジンに近いインボード側（摺動式等速自在継手２側）のブーツ４０Ｂは熱劣化する可能性が高いので、インボード側のブーツ４０Ｂが装着されるブーツ装着部４２Ｂのみに螺旋溝５０を設けてもよい。

また、螺旋溝５０は、車両が前進するときのシャフトＳの回転によってグリース６０をブーツ４０Ａ，４０Ｂ内に戻す力を生じさせる向きに形成されていることが好ましい。すなわち、図７の例で説明すると、矢印Ａ方向が車両前進時のシャフトＳの回転方向である場合、螺旋溝５０は、その回転方向Ａに向かって軸中間側（図７の右側）へ進行する螺旋状に形成されていることが好ましい。このような向きに螺旋溝５０を形成することで、車両後退時よりも使用頻度の高い車両前進時に、グリース６０をブーツ４０Ａ，４０Ｂ内に戻す力を発生させることができ、効果的にグリース漏れを抑制できるようになる。

また、螺旋溝５０は、図３及び図４に示す各ブーツ装着部４２Ａ，４２Ｂの軸方向範囲Ｘ内であれば、その一部のみに設けられていてもよいし、全体に渡って設けられていてもよい。好ましくは、図８に示す実施形態（本発明の第１実施形態）のように、螺旋溝５０は、ブーツ装着部４２よりもシャフトＳの軸端側（図の左側）へ伸びるように形成されているのがよい。すなわち、螺旋溝５０の両端部５０ａ，５０ｂのうち、軸端側の端部５０ａは、ブーツ装着部４２（軸方向範囲Ｘ）の軸端側の端部Ｘａよりもブーツ装着部４２の外側（図の左側）に配置されていることが好ましい。このように、螺旋溝５０の軸端側の端部５０ａをブーツ装着部４２の軸端側の端部Ｘａよりもブーツ装着部４２の外側に配置することで、螺旋溝５０の軸端側の端部５０ａがブーツ４０の内部空間に連通するので、グリースをブーツ４０内に戻しやすくなる。

一方、螺旋溝５０の軸中間側の端部５０ｂは、グリースの漏出を効果的に抑制できるような位置に配置されていることが好ましい。具体的には、図９に示す実施形態（本発明の第２実施形態）のように、螺旋溝５０がブーツ４０の外部まで伸びないようにするとよい。すなわち、螺旋溝５０の軸中間側の端部５０ｂを、ブーツ装着部４２（軸方向範囲Ｘ）の軸中間側の端部Ｘｂよりもブーツ装着部４２の内側（図の左側）に配置する。これにより、螺旋溝５０の軸中間側の端部５０ｂがブーツ４０の外部空間と連通しにくくなるので、グリース漏れが生じにくくなる。

上記のように、車両前進時のシャフトＳの回転によってグリースをブーツ４０内へ戻す力を発生させるようにした場合、反対に、車両後退時はシャフトＳの回転方向が逆向きになるため、グリースがブーツ４０外に向かう力が発生する。このような場合でも、図９に示す実施形態のように、螺旋溝５０の軸中間側の端部５０ｂをブーツ装着部４２の軸中間側の端部Ｘｂよりもブーツ装着部４２の内側に配置することで、グリース漏れを生じにくくすることが可能である。

さらに確実にグリース漏れを抑制するため、図１０に示す実施形態（本発明の第３実施形態）のように、ブーツ装着部４２に環状の突起５１を設けてもよい。突起５１は、螺旋溝５０の軸中間側の端部５０ｂとブーツ装着部４２（軸方向範囲Ｘ）の軸中間側の端部Ｘｂとの間に設けられ、ブーツ装着部４２の螺旋溝５０が設けられていない外周面よりも外径側に突出している

このような突起５１を設けることで、グリースが螺旋溝５０に沿ってブーツ４０外に向かっても、突起５１によってグリースの移動が規制されるため、グリース漏れが抑制される。また、ブーツ４０が劣化して小径部４０ｂと螺旋溝５０との間に隙間ができてもグリース漏れを確実に抑制できるように、突起５１の高さ（突出量）は、ブーツ４０が劣化した状態の小径部４０ｂの内周面に対して食い込むような高さであることが好ましい。また、突起５１は、ブーツ装着部４２の全周に渡って設けられていることが好ましいが、必要に応じて部分的に設けられていてもよい。

また、図１１に示す実施形態（本発明の第４実施形態）のように、ブーツ装着部４２を、軸端側に向かって角度θ縮径するテーパ面とし、そのテーパ面に螺旋溝５０を設けてもよい。ブーツ装着部４２をこのようなテーパ面とすることで、ブーツ４０内のグリースがテーパ面を乗り越えて外部に漏れにくくなる。また、シャフトＳに対するブーツ４０の接触圧がブーツ装着部４２の軸端側よりも軸中間側で大きくなるため、シール性が向上する。これにより、グリース漏れを効果的に抑制できるようになる。

また、グリース漏れの抑制をより一層向上させるべく、図１２に示す実施形態（本発明の第５実施形態）のように、ブーツ装着部４２を上記のようなテーパ面にすることに加え、図９に示す実施形態と同様に、螺旋溝５０をブーツ４０の外部まで伸ばさないようにしてもよい。

さらに、図１３に示す実施形態（本発明の第６実施形態）のように、ブーツ装着部４２を上記のようなテーパ面にすることに加え、図１０に示す実施形態と同様に、ブーツ装着部４２に突起５１を設けてもよい。

以上のように、本発明によれば、動力伝達軸（シャフトＳ）のブーツ装着部に螺旋溝を設けることで、動力伝達軸の回転により螺旋溝内のグリースに対してブーツへ戻す力を発生させ、グリースが外部に漏洩するのを抑制することが可能である。しかも、部品点数を増加させることなく、グリース漏れを抑制できるので、製造コストや部品組付け工数の増加も回避できる。これにより、低コストでグリース漏れの少ないドライブシャフトやプロペラシャフトなどの動力伝達機構、及びそれを備える車両を提供できるようになる。

なお、上述の実施形態では、本発明に係る動力伝達軸を、ＦＦ方式の自動車に搭載されたドライブシャフト（フロントドライブシャフト）に適用した場合を例に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、車両後部に搭載されたディファレンシャルギヤと左右の後輪とを繋ぐリアドライブシャフトや、車両前部に搭載されたトランスミッションと車両後部に搭載されたディファレンシャルギヤとを繋ぐプロペラシャフトなどの動力伝達機構にも適用可能である。また、本発明は、駆動源がエンジンのみのエンジン駆動車両に限らず、エンジンと電動モータとを使い分けるいわゆるハイブリッド車や、駆動源に電動モータのみを用いた電気自動車にも適用可能である。

１ 固定式等速自在継手
２ 摺動式等速自在継手
４０，４０Ａ，４０Ｂ ブーツ
４１Ａ，４１Ｂ ブーツバンド
４２，４２Ａ，４２Ｂ ブーツ装着部
４４Ａ，４４Ｂ ブーツバンド
５０ 螺旋溝
５０ａ 螺旋溝の軸端側の端部
５０ｂ 螺旋溝の軸中間側の端部
５１ 突起
１００ 自動車（車両）
Ｓ シャフト（動力伝達軸）
Ｘ ブーツ装着部の軸方向範囲
Ｘａ ブーツ装着部の軸端側の端部
Ｘｂ ブーツ装着部の軸中間側の端部

Claims (6)

1. 外周面にブーツが装着されるブーツ装着部を有し、回転トルクを伝達する動力伝達軸であって、
   前記ブーツ装着部に、螺旋溝が設けられていることを特徴とする動力伝達軸。
2. 前記螺旋溝の軸中間側の端部は、前記ブーツ装着部の軸中間側の端部よりも前記ブーツ装着部の内側に配置されている請求項１に記載の動力伝達軸。
3. 前記螺旋溝の軸中間側の端部と前記ブーツ装着部の軸中間側の端部との間に、突起が設けられている請求項２に記載の動力伝達軸。
4. 前記ブーツ装着部を、軸端側に向かって縮径するテーパ面とし、
   前記テーパ面に、前記螺旋溝を設けた請求項１から３のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の動力伝達軸を備えることを特徴とする車両。
6. 前記螺旋溝は、車両前進時の前記動力伝達軸の回転方向に向かって軸中間側へ進行する螺旋状に形成されている請求項５に記載の車両。

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