JP4238583B2 - スプライン連結構造 - Google Patents
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- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被伝達部材と動力伝達軸を互いに連結するスプライン連結構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被伝達部材と動力伝達軸を互いに連結するスプライン連結構造は、例えば、自動車用のドライブシャフトにおける中間シャフトとインボードジョイント間の連結手段や、中間シャフトとアウトボードジョイント間の連結手段として採用されるものである。
【０００３】
これらのスプライン連結構造は、例えば、被伝達部材である等速ジョイントを構成する連結部材の内周側にて同連結部材の軸線に平行に延びるスプラインと、動力伝達軸である中間シャフトの端部の外周側にて軸方向にへ所定長さ延びるスプラインをスプライン嵌合して、中間シャフトと等速ジョイントとを互いに動力伝達可能に連結する構成となっている（特許文献１を参照）。
【０００４】
当該スプライン連結構造のスプライン嵌合においては、被伝達部材である等速ジョイントの連結部材側スプラインの複数のスプライン歯部および複数のスプライン溝部と、動力伝達軸側スプラインの複数のスプライン溝部および複数のスプライン歯部とが互いに噛合していて、これらのスプライン歯部とスプライン溝部間で動力伝達の受渡がなされて、等速ジョイント側から動力伝達軸側へ、または、動力伝達軸側から等速ジョイント側へ動力が伝達される。
【０００５】
【特許文献１】
特表平１１−５１４０７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被伝達部材と動力伝達軸の従来のスプライン連結構造においては、等速ジョイント（被伝達部材）と動力伝達軸が相対回転を開始した場合、連結部材側スプラインと動力伝達軸側スプライン間では、スプライン歯部とスプライン溝の先端側の噛合部位における歯面同士が先ず当接を開始する。この際には、当該噛合部位に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位においては、応力集中がスプライン歯部の歯欠の原因となる。
【０００７】
また、当該噛合部位における応力の集中する部位（歯面）は、スプライン溝部の底部（歯底）での引張応力発生部位と一致するため、歯面での大きな応力は歯底の引張応力を増大させ、当該噛合部位の疲労強度を低下させる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、当該形式のスプライン連結構造において、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時に、スプライン歯部とスプライン溝の先端側の噛合部位で発生する応力集中を緩和することにより、上記した不具合を解消することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スプライン連結構造に関するもので、被伝達部材の連結部の内周側にて軸線に平行に延びるスプラインと、動力伝達軸の端部の外周側にて軸方向へ所定長さ延びるスプラインをスプライン嵌合して、前記被伝達部材と前記動力伝達軸を互いに動力伝達可能に連結する形式のスプライン連結構造を適用対象とするものである。
【００１０】
しかして、本発明に係るスプライン連結構造は、上記した形式のスプライン連結構造であって、前記動力伝達軸側スプラインの先端から所定の長さの部位は同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成されていて、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位と他の部位とは熱処理の程度の差または熱処理の有無によって一体に形成されており、前記動力伝達軸側スプラインの前記易変形部位である先端部とは反対側の端部は、前記先端部が噛合する前記被伝達部材のスプラインのスプライン歯部とは隣合う他のスプライン歯部に噛合することを特徴とするものである。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
当該連結構造においては、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位の長さを、前記被伝達部材側のスプラインにおける軸方向の全長の少なくとも１０〜１５％である構成とすることができる。
【００１７】
当該連結構造においては、動力伝達軸とトリポード型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造に採用することができ、この場合の連結部としては、複数のトラニオンを有するインナー部材を選定することができる。また、当該連結構造は、動力伝達軸とボール型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造にも採用することができ、この場合の連結部としては、複数の転動ボールを支承する内輪を選定することができる。
【００１８】
【発明の作用・効果】
本発明に係るスプライン連結構造においては、被伝達部材に連結する動力伝達軸側スプラインを特殊な強度特性とすることによって、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における、スプライン歯部とスプライン溝部の噛合部位の先端部で発生する応力集中を大幅に緩和しようとするものである。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
当該連結構造では、動力伝達軸側スプラインの先端から所定の長さの部位を、同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成し、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における当該噛合部位で発生する応力集中を、同スプラインの変形によって、かつ、その後の変形状態の残存によって緩和するものである。
【００２３】
これによって、当該噛合部位での応力集中に起因するスプライン歯部の歯欠の発生を防止することができる。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン歯底の引張応力の増大を抑制して、当該噛合部位における疲労強度の低下を抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、スプライン連結構造に関するものである。図１には、本発明が適用対象とするスプライン連結構造を採用している自動車用ドライブシャフトを示している。当該ドライブシャフトは、動力伝達軸である中間シャフト１０ａと、中間シャフト１０ａの一端部に連結されたインボードジョイント１０ｂと、中間シャフト１０ａの他端部に連結されたアウトボードジョイント１０ｃとからなるもので、中間シャフト１０ａとインボードジョイント１０ｂの連結、および、中間シャフト１０ａとアウトボードジョイント１０ｃの連結に、当該形式の連結構造が採用されている。
【００２５】
当該ドライブシャフトにおいては、インボードジョイント１０ｂとしてトリポード型等速ジョイントが採用されていて、中間シャフト１０ａを連結する連結部材には、３本のトラニオン１１ａを有するインナ部材１１が選定されている。インボードジョイント１０ｂにおいては、インナ部材１１の各トラニオン１１ａの外周にローラ１２が回転自在に支持されていて、各ローラ１２は、アウタ部材１３の各案内溝１３ａに転動可能に係合している。かかる構造は、トリポード型等速ジョイントとして公知の構造であって、公知の作動を行う。
【００２６】
また、当該ドライブシャフトにおいては、アウトボードジョイント１０ｃとしてボール型等速ジョイントが採用されていて、中間シャフト１０ａを連結する連結部材には内輪１４が選定されている。内輪１４は、保持器１５にて保持されている３個の転動ボール１６を支承して、各転動ボール１６を内輪１４の各円弧溝１４ａと外輪１７の円弧溝１７ａに、転動自在に嵌合させている。かかる構造は、ボール型等速ジョイントとして公知の構造であって、公知の作動を行う。
【００２７】
インボードジョイント１０ｂを中間シャフト１０ａに連結するインナ部材１１においては、その内周側に、その軸線に平行に設けたスプライン１１ｂを備えている。また、インナ部材１１に連結する中間シャフト１０ａにおいては、そのシャフト部１８の一端部外周側に、その軸方向に平行に設けたスプライン１８ａを備えている。インボードジョイント１０ｂのインナ部材１１と中間シャフト１０ａのシャフト部１８の一端部とは、両スプライン１１ｂ，１８ａの多数のスプライン歯部とスプライン溝部を噛合させるスプライン嵌合によって、互いに連結されている。
【００２８】
アウトボードジョイント１０ｃを中間シャフト１０ａに連結する内輪１４においては、その内周側に、その軸線に平行に設けたスプライン１４ｂを備えている。また、内輪１４に連結する中間シャフト１０ａにおいては、そのシャフト部１８の他端部外周側に、その軸方向に平行に設けたスプライン１８ｂを備えている。アウトボードジョイント１０ｃの内輪１４と中間シャフト１０ａのシャフト部１８の他端部とは、両スプライン１４ｂ，１８ｂの多数のスプライン歯部とスプライン溝部を噛合させるスプライン嵌合によって、互いに連結されている。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
本発明に係る連結構造では、等速ジョイントと動力伝達軸の連結構造における噛合部位での応力集中を抑制する手段を動力伝達軸側で対処するものであり、図２には、本発明に係る連結構造の実施形態を示している。
【００５７】
本発明に係る実施形態では、動力伝達軸として中間シャフト２０ａを採用し、等速ジョイントとしてインボードジョイント２０ｂを採用して、中間シャフト２０ａとインボードジョイント２０ｂを連結している。インボードジョイント２０ｂは、図１に示すインボードジョイント１０ｂと同一構成のものである。なお、当該連結構造は、アウトボードジョイントと中間シャフトとの連結構造にも実施し得るものである。
【００５８】
中間シャフト２０ａは、中間シャフト１０ａとは基本的には同一構造であって、その一端部にてインボードジョイント２０ｂのインナ部材２１と連結しているが、インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１と連結しているシャフト部２２は、中間シャフト１０ａのシャフト部１８とは、その長さ方向の熱処理状態を異にしている。当該熱処理は、中間シャフトに高い剛性を付与するためのものであり、中間シャフト１０ａのシャフト部１８では、その長さ方向には均等に熱処理が施されているのに対して、中間シャフト２０ａのシャフト部２２では、先端側に非熱処理の部位を備えている。
【００５９】
なお、中間シャフト２０ａにおいては、シャフト部２２の図示しない他端部にて、アウトボードジョイントの内輪と連結しているが、シャフト部２２の他端側にも非熱処理の部位を備えていて、当該連結構造が実施されている。
【００６０】
中間シャフト２０ａを構成するシャフト部２２においては、熱処理の有無によって、中間主体部である熱処理域２２ａ1と、その各端部の非熱処理域２２ａ2とに区分されていて、シャフト部２２の各側端部には、軸方向へ所定長さ延びるスプライン２２ｂが形成されている。シャフト部２２における熱処理域２２ａ1は、通常の中間シャフトが受ける熱処理を施されて硬くて剛性の高い領域であり、シャフト部２２における非熱処理域２２ａ2は、当該熱処理を施されていない、熱処理域２２ａ1に比較して軟らかくて容易に変形可能な領域（易変形性の領域）である。
【００６１】
インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１側のスプライン２１ａとスプライン嵌合する中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂは、非熱処理域２２ａ2から熱処理域２２ａ1に所定長さ延びて形成されている。スプライン２２ｂの長は、インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１側のスプライン２１ａの長さと略同一であるが、非熱処理域２２ａ2は、インナ部材２１側のスプライン２１ａとの噛合端から少なくとも１３％の長さの領域にある。換言すれば、中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂの先端部は、その先端から少なくとも１３％の長さの領域が非熱処理域２２ａ2であって、易変形部位に形成されている。
【００６２】
図３（ａ）は、中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂとインナ部材２１側のスプライン２１ａとの噛合状態を模式的に示している。スプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1は、スプライン２１ａのスプライン溝部２１ａ2に噛合した状態にあり、かつ、スプライン２１ａのスプライン歯部２１ａ1は、スプライン２２ｂのスプライン溝部２２ｂ2に噛合した状態にある。
【００６３】
スプライン２２ｂとスプライン２１ａがこのような噛合状態にある場合、インボードジョイント２０ｂと中間シャフト２０ａが相対回転を開始すると、中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1は、スプライン２１ａのスプライン溝部２２ａ2内を相対的に移動して、先ず、その先端側の歯面の先端をスプライン２１ａのスプライン歯部２１ａ1の歯面に当接させる。
【００６４】
中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1がスプライン２１ａのスプライン歯部２１ａ1の歯面に当接する部位は、非熱処理域２２ａ2の易変形部位の先端にあたり、スプライン歯部２２ｂ1がスプライン歯部２１ａ１に当接した場合には、スプライン歯部２２ｂ1の先端側の隅部（易変形部位）は瞬時に図３（ｂ）に示す状態に変形し、当該変形状態はその後復帰することなく、その形態を永久に残存させる。
【００６５】
このように、本発明に係る連結構造の実施形態においては、中間シャフト２０ａのスプライン２２ｂにおけるスプライン歯部２２ｂ1の先端側が非熱処理域２２ａ2の易変形部位に形成されていて、スプライン歯部２２ｂ1がスプライン歯部２１ａ１に当接した場合には、スプライン歯部２２ｂ1の先端側隅部は瞬時に変形して、当該変形状態はその後復帰することなく、その形態を永久に残存する。
【００６６】
このため、中間シャフト２０ａとインボードジョイント２０ｂ間での動力伝達開始時における、スプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1およびスプライン溝部２２ｂ2とスプライン２１ａのスプライン溝部２１ａ2およびスプライン歯部２１ａ1の噛合部位の先端側での局部的な当接が回避され、これにより、当該噛合部位の先端側で発生する応力集中が緩和される。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン歯底の引張応力の増大を抑制し得て、当該噛合部位における疲労強度の低下を抑制することができる。
【００６７】
これに対して、当該形式の連結構造において、中間シャフト２０ａのシャフト部２２における易変形部位が存在しない場合には、インナ部材２１のスプライン２１ａと中間シャフト２０ａ間では、スプライン歯部の先端側とスプライン溝部の先端側の噛合部位における歯面同士で当接が開始され、この際には、当該噛合部位に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位では、応力集中がスプライン歯部の歯欠の原因となり、かつ、歯面での大きな応力に起因する歯底の引張応力の増大により、当該噛合部位の疲労強度を低下させることにもなる。
【００６８】
本発明に係る連結構造の実施形態において、中間シャフト２０ａのシャフト部２２における易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の適切な長さを知見すべき実験を試みたところ、図４のグラフに示す結果を得た。
【００６９】
図４は、インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１側スプライン２１ａの長さＬ1に対する中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さＬ2の割合（Ｌ2／Ｌ1）と、両スプライン２１ａ，２２ｂのスプライン歯部とスプライン溝部の噛合部位における疲労強度との関係を示している。
【００７０】
当該連結構造では、中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2の長さＬ2）のインナ部材２１側スプライン２１ａの長さＬ1に対する割合（Ｌ2／Ｌ1）が増加すると、これに伴い、疲労強度が急激に増大して向上していることが確認される。但し、疲労強度の増加率は、Ｌ2／Ｌ1が１３％前後に達すると急激に低下し、その後のＬ2／Ｌ1の増加によっても、疲労強度を大きく増大させることは期待できないことが確認される。
【００７１】
この結果からすれば、中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さのインナ部材２１側スプライン２１ａに対する割合（Ｌ2／Ｌ1）は１０％以上であることが好ましく、一層好ましくは、少なくとも１０〜１５％である。中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さの上限については、両スプライン２１ａ，２２ｂの噛合強度の面から適宜設定するようにする。好ましい上限は、３０％前後である。易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さが３０％を越えると、中間シャフトの強度に影響を及ぼすことになって好ましくない。
【００７２】
なお、上記した実施形態では、等速ジョイントと中間シャフトを連結するスプライン連結構造を例示しているが、本発明に係るスプライン連結構造はこれに限らず、各種の被伝達部材と動力伝達軸間のスプライン連結構造に適用することができる。また、上記した実施形態では、等速ジョイントとしてインボード側のトリポート型ジョイントを例示しているが、本発明に係るスプライン連結構造はこれに限らず、インボード側およびアウトボード側の各種型の等速ジョイント、例えばＢＩ型、ＧＩ型、トリポート型、ボール型、クロスグルーブ型の等速ジョイントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用対象とする形式の連結構造を使用している自動車用ドライブシャフトの一部縦断した正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る連結構造を採用したドライブシャフトを一部省略して示す側面図である。
【図３】同連結構造におけるスプライン歯部およびスプライン溝部の噛合部位の一部を模式的に示す噛合図（ａ），（ｂ）である。
【図４】インボードジョイントのインナ部材側スプラインの長さＬ 1 に対する中間シャフトの易変形部位の長さＬ 2 の割合（Ｌ 2 ／Ｌ 1 ）と、両スプラインの噛合部位における疲労強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ａ…中間シャフト、１０ｂ…インボードジョイント、１０ｃ…アウトボードジョイント、１１…インナ部材、１１ａ…トラニオン、１１ｂ…スプライン、１２…ローラ、１３…アウタ部材、１３ａ…案内溝、１４…内輪、１４ａ…円弧溝、１４ｂ…スプライン、１５…保持器、１６…転動ボール、１７…外輪、１７ａ…円弧溝、１８…シャフト部、１８ａ…スプライン、１８ｂ…スプライン、２０ａ…中間シャフト、２０ｂ…インボードジョイント、２１…インナ部材、２１ａ…スプライン、２１ａ1…スプライン歯部、２１ａ2…スプライン溝部、２２…シャフト部、２２ａ1…熱処理域、２２ａ2…非熱処理域、２２ｂ…スプライン、２２ｂ1…スプライン歯部、２２ｂ2…スプライン溝部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、被伝達部材と動力伝達軸を互いに連結するスプライン連結構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被伝達部材と動力伝達軸を互いに連結するスプライン連結構造は、例えば、自動車用のドライブシャフトにおける中間シャフトとインボードジョイント間の連結手段や、中間シャフトとアウトボードジョイント間の連結手段として採用されるものである。
【０００３】
これらのスプライン連結構造は、例えば、被伝達部材である等速ジョイントを構成する連結部材の内周側にて同連結部材の軸線に平行に延びるスプラインと、動力伝達軸である中間シャフトの端部の外周側にて軸方向にへ所定長さ延びるスプラインをスプライン嵌合して、中間シャフトと等速ジョイントとを互いに動力伝達可能に連結する構成となっている（特許文献１を参照）。
【０００４】
当該スプライン連結構造のスプライン嵌合においては、被伝達部材である等速ジョイントの連結部材側スプラインの複数のスプライン歯部および複数のスプライン溝部と、動力伝達軸側スプラインの複数のスプライン溝部および複数のスプライン歯部とが互いに噛合していて、これらのスプライン歯部とスプライン溝部間で動力伝達の受渡がなされて、等速ジョイント側から動力伝達軸側へ、または、動力伝達軸側から等速ジョイント側へ動力が伝達される。
【０００５】
【特許文献１】
特表平１１−５１４０７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被伝達部材と動力伝達軸の従来のスプライン連結構造においては、等速ジョイント（被伝達部材）と動力伝達軸が相対回転を開始した場合、連結部材側スプラインと動力伝達軸側スプライン間では、スプライン歯部とスプライン溝の先端側の噛合部位における歯面同士が先ず当接を開始する。この際には、当該噛合部位に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位においては、応力集中がスプライン歯部の歯欠の原因となる。
【０００７】
また、当該噛合部位における応力の集中する部位（歯面）は、スプライン溝部の底部（歯底）での引張応力発生部位と一致するため、歯面での大きな応力は歯底の引張応力を増大させ、当該噛合部位の疲労強度を低下させる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、当該形式のスプライン連結構造において、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時に、スプライン歯部とスプライン溝の先端側の噛合部位で発生する応力集中を緩和することにより、上記した不具合を解消することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スプライン連結構造に関するもので、被伝達部材の連結部の内周側にて軸線に平行に延びるスプラインと、動力伝達軸の端部の外周側にて軸方向へ所定長さ延びるスプラインをスプライン嵌合して、前記被伝達部材と前記動力伝達軸を互いに動力伝達可能に連結する形式のスプライン連結構造を適用対象とするものである。
【００１０】
しかして、本発明に係るスプライン連結構造は、上記した形式のスプライン連結構造であって、前記動力伝達軸側スプラインの先端から所定の長さの部位は同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成されていて、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位と他の部位とは熱処理の程度の差または熱処理の有無によって一体に形成されており、前記動力伝達軸側スプラインの前記易変形部位である先端部とは反対側の端部は、前記先端部が噛合する前記被伝達部材のスプラインのスプライン歯部とは隣合う他のスプライン歯部に噛合することを特徴とするものである。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
当該連結構造においては、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位の長さを、前記被伝達部材側のスプラインにおける軸方向の全長の少なくとも１０〜１５％である構成とすることができる。
【００１７】
当該連結構造においては、動力伝達軸とトリポード型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造に採用することができ、この場合の連結部としては、複数のトラニオンを有するインナー部材を選定することができる。また、当該連結構造は、動力伝達軸とボール型等速ジョイントを連結するためのスプライン連結構造にも採用することができ、この場合の連結部としては、複数の転動ボールを支承する内輪を選定することができる。
【００１８】
【発明の作用・効果】
本発明に係るスプライン連結構造においては、被伝達部材に連結する動力伝達軸側スプラインを特殊な強度特性とすることによって、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における、スプライン歯部とスプライン溝部の噛合部位の先端部で発生する応力集中を大幅に緩和しようとするものである。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
当該連結構造では、動力伝達軸側スプラインの先端から所定の長さの部位を、同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成し、被伝達部材と動力伝達軸間での動力伝達開始時における当該噛合部位で発生する応力集中を、同スプラインの変形によって、かつ、その後の変形状態の残存によって緩和するものである。
【００２３】
これによって、当該噛合部位での応力集中に起因するスプライン歯部の歯欠の発生を防止することができる。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン歯底の引張応力の増大を抑制して、当該噛合部位における疲労強度の低下を抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、スプライン連結構造に関するものである。図１には、本発明が適用対象とするスプライン連結構造を採用している自動車用ドライブシャフトを示している。当該ドライブシャフトは、動力伝達軸である中間シャフト１０ａと、中間シャフト１０ａの一端部に連結されたインボードジョイント１０ｂと、中間シャフト１０ａの他端部に連結されたアウトボードジョイント１０ｃとからなるもので、中間シャフト１０ａとインボードジョイント１０ｂの連結、および、中間シャフト１０ａとアウトボードジョイント１０ｃの連結に、当該形式の連結構造が採用されている。
【００２５】
当該ドライブシャフトにおいては、インボードジョイント１０ｂとしてトリポード型等速ジョイントが採用されていて、中間シャフト１０ａを連結する連結部材には、３本のトラニオン１１ａを有するインナ部材１１が選定されている。インボードジョイント１０ｂにおいては、インナ部材１１の各トラニオン１１ａの外周にローラ１２が回転自在に支持されていて、各ローラ１２は、アウタ部材１３の各案内溝１３ａに転動可能に係合している。かかる構造は、トリポード型等速ジョイントとして公知の構造であって、公知の作動を行う。
【００２６】
また、当該ドライブシャフトにおいては、アウトボードジョイント１０ｃとしてボール型等速ジョイントが採用されていて、中間シャフト１０ａを連結する連結部材には内輪１４が選定されている。内輪１４は、保持器１５にて保持されている３個の転動ボール１６を支承して、各転動ボール１６を内輪１４の各円弧溝１４ａと外輪１７の円弧溝１７ａに、転動自在に嵌合させている。かかる構造は、ボール型等速ジョイントとして公知の構造であって、公知の作動を行う。
【００２７】
インボードジョイント１０ｂを中間シャフト１０ａに連結するインナ部材１１においては、その内周側に、その軸線に平行に設けたスプライン１１ｂを備えている。また、インナ部材１１に連結する中間シャフト１０ａにおいては、そのシャフト部１８の一端部外周側に、その軸方向に平行に設けたスプライン１８ａを備えている。インボードジョイント１０ｂのインナ部材１１と中間シャフト１０ａのシャフト部１８の一端部とは、両スプライン１１ｂ，１８ａの多数のスプライン歯部とスプライン溝部を噛合させるスプライン嵌合によって、互いに連結されている。
【００２８】
アウトボードジョイント１０ｃを中間シャフト１０ａに連結する内輪１４においては、その内周側に、その軸線に平行に設けたスプライン１４ｂを備えている。また、内輪１４に連結する中間シャフト１０ａにおいては、そのシャフト部１８の他端部外周側に、その軸方向に平行に設けたスプライン１８ｂを備えている。アウトボードジョイント１０ｃの内輪１４と中間シャフト１０ａのシャフト部１８の他端部とは、両スプライン１４ｂ，１８ｂの多数のスプライン歯部とスプライン溝部を噛合させるスプライン嵌合によって、互いに連結されている。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
本発明に係る連結構造では、等速ジョイントと動力伝達軸の連結構造における噛合部位での応力集中を抑制する手段を動力伝達軸側で対処するものであり、図２には、本発明に係る連結構造の実施形態を示している。
【００５７】
本発明に係る実施形態では、動力伝達軸として中間シャフト２０ａを採用し、等速ジョイントとしてインボードジョイント２０ｂを採用して、中間シャフト２０ａとインボードジョイント２０ｂを連結している。インボードジョイント２０ｂは、図１に示すインボードジョイント１０ｂと同一構成のものである。なお、当該連結構造は、アウトボードジョイントと中間シャフトとの連結構造にも実施し得るものである。
【００５８】
中間シャフト２０ａは、中間シャフト１０ａとは基本的には同一構造であって、その一端部にてインボードジョイント２０ｂのインナ部材２１と連結しているが、インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１と連結しているシャフト部２２は、中間シャフト１０ａのシャフト部１８とは、その長さ方向の熱処理状態を異にしている。当該熱処理は、中間シャフトに高い剛性を付与するためのものであり、中間シャフト１０ａのシャフト部１８では、その長さ方向には均等に熱処理が施されているのに対して、中間シャフト２０ａのシャフト部２２では、先端側に非熱処理の部位を備えている。
【００５９】
なお、中間シャフト２０ａにおいては、シャフト部２２の図示しない他端部にて、アウトボードジョイントの内輪と連結しているが、シャフト部２２の他端側にも非熱処理の部位を備えていて、当該連結構造が実施されている。
【００６０】
中間シャフト２０ａを構成するシャフト部２２においては、熱処理の有無によって、中間主体部である熱処理域２２ａ1と、その各端部の非熱処理域２２ａ2とに区分されていて、シャフト部２２の各側端部には、軸方向へ所定長さ延びるスプライン２２ｂが形成されている。シャフト部２２における熱処理域２２ａ1は、通常の中間シャフトが受ける熱処理を施されて硬くて剛性の高い領域であり、シャフト部２２における非熱処理域２２ａ2は、当該熱処理を施されていない、熱処理域２２ａ1に比較して軟らかくて容易に変形可能な領域（易変形性の領域）である。
【００６１】
インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１側のスプライン２１ａとスプライン嵌合する中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂは、非熱処理域２２ａ2から熱処理域２２ａ1に所定長さ延びて形成されている。スプライン２２ｂの長は、インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１側のスプライン２１ａの長さと略同一であるが、非熱処理域２２ａ2は、インナ部材２１側のスプライン２１ａとの噛合端から少なくとも１３％の長さの領域にある。換言すれば、中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂの先端部は、その先端から少なくとも１３％の長さの領域が非熱処理域２２ａ2であって、易変形部位に形成されている。
【００６２】
図３（ａ）は、中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂとインナ部材２１側のスプライン２１ａとの噛合状態を模式的に示している。スプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1は、スプライン２１ａのスプライン溝部２１ａ2に噛合した状態にあり、かつ、スプライン２１ａのスプライン歯部２１ａ1は、スプライン２２ｂのスプライン溝部２２ｂ2に噛合した状態にある。
【００６３】
スプライン２２ｂとスプライン２１ａがこのような噛合状態にある場合、インボードジョイント２０ｂと中間シャフト２０ａが相対回転を開始すると、中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1は、スプライン２１ａのスプライン溝部２２ａ2内を相対的に移動して、先ず、その先端側の歯面の先端をスプライン２１ａのスプライン歯部２１ａ1の歯面に当接させる。
【００６４】
中間シャフト２０ａ側のスプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1がスプライン２１ａのスプライン歯部２１ａ1の歯面に当接する部位は、非熱処理域２２ａ2の易変形部位の先端にあたり、スプライン歯部２２ｂ1がスプライン歯部２１ａ１に当接した場合には、スプライン歯部２２ｂ1の先端側の隅部（易変形部位）は瞬時に図３（ｂ）に示す状態に変形し、当該変形状態はその後復帰することなく、その形態を永久に残存させる。
【００６５】
このように、本発明に係る連結構造の実施形態においては、中間シャフト２０ａのスプライン２２ｂにおけるスプライン歯部２２ｂ1の先端側が非熱処理域２２ａ2の易変形部位に形成されていて、スプライン歯部２２ｂ1がスプライン歯部２１ａ１に当接した場合には、スプライン歯部２２ｂ1の先端側隅部は瞬時に変形して、当該変形状態はその後復帰することなく、その形態を永久に残存する。
【００６６】
このため、中間シャフト２０ａとインボードジョイント２０ｂ間での動力伝達開始時における、スプライン２２ｂのスプライン歯部２２ｂ1およびスプライン溝部２２ｂ2とスプライン２１ａのスプライン溝部２１ａ2およびスプライン歯部２１ａ1の噛合部位の先端側での局部的な当接が回避され、これにより、当該噛合部位の先端側で発生する応力集中が緩和される。また、当該噛合部位における応力の集中に起因するスプライン歯底の引張応力の増大を抑制し得て、当該噛合部位における疲労強度の低下を抑制することができる。
【００６７】
これに対して、当該形式の連結構造において、中間シャフト２０ａのシャフト部２２における易変形部位が存在しない場合には、インナ部材２１のスプライン２１ａと中間シャフト２０ａ間では、スプライン歯部の先端側とスプライン溝部の先端側の噛合部位における歯面同士で当接が開始され、この際には、当該噛合部位に応力が集中することになる。このため、当該噛合部位では、応力集中がスプライン歯部の歯欠の原因となり、かつ、歯面での大きな応力に起因する歯底の引張応力の増大により、当該噛合部位の疲労強度を低下させることにもなる。
【００６８】
本発明に係る連結構造の実施形態において、中間シャフト２０ａのシャフト部２２における易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の適切な長さを知見すべき実験を試みたところ、図４のグラフに示す結果を得た。
【００６９】
図４は、インボードジョイント２０ｂのインナ部材２１側スプライン２１ａの長さＬ1に対する中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さＬ2の割合（Ｌ2／Ｌ1）と、両スプライン２１ａ，２２ｂのスプライン歯部とスプライン溝部の噛合部位における疲労強度との関係を示している。
【００７０】
当該連結構造では、中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2の長さＬ2）のインナ部材２１側スプライン２１ａの長さＬ1に対する割合（Ｌ2／Ｌ1）が増加すると、これに伴い、疲労強度が急激に増大して向上していることが確認される。但し、疲労強度の増加率は、Ｌ2／Ｌ1が１３％前後に達すると急激に低下し、その後のＬ2／Ｌ1の増加によっても、疲労強度を大きく増大させることは期待できないことが確認される。
【００７１】
この結果からすれば、中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さのインナ部材２１側スプライン２１ａに対する割合（Ｌ2／Ｌ1）は１０％以上であることが好ましく、一層好ましくは、少なくとも１０〜１５％である。中間シャフト２０ａの易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さの上限については、両スプライン２１ａ，２２ｂの噛合強度の面から適宜設定するようにする。好ましい上限は、３０％前後である。易変形部位（非熱処理域２２ａ2）の長さが３０％を越えると、中間シャフトの強度に影響を及ぼすことになって好ましくない。
【００７２】
なお、上記した実施形態では、等速ジョイントと中間シャフトを連結するスプライン連結構造を例示しているが、本発明に係るスプライン連結構造はこれに限らず、各種の被伝達部材と動力伝達軸間のスプライン連結構造に適用することができる。また、上記した実施形態では、等速ジョイントとしてインボード側のトリポート型ジョイントを例示しているが、本発明に係るスプライン連結構造はこれに限らず、インボード側およびアウトボード側の各種型の等速ジョイント、例えばＢＩ型、ＧＩ型、トリポート型、ボール型、クロスグルーブ型の等速ジョイントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用対象とする形式の連結構造を使用している自動車用ドライブシャフトの一部縦断した正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る連結構造を採用したドライブシャフトを一部省略して示す側面図である。
【図３】同連結構造におけるスプライン歯部およびスプライン溝部の噛合部位の一部を模式的に示す噛合図（ａ），（ｂ）である。
【図４】インボードジョイントのインナ部材側スプラインの長さＬ 1 に対する中間シャフトの易変形部位の長さＬ 2 の割合（Ｌ 2 ／Ｌ 1 ）と、両スプラインの噛合部位における疲労強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ａ…中間シャフト、１０ｂ…インボードジョイント、１０ｃ…アウトボードジョイント、１１…インナ部材、１１ａ…トラニオン、１１ｂ…スプライン、１２…ローラ、１３…アウタ部材、１３ａ…案内溝、１４…内輪、１４ａ…円弧溝、１４ｂ…スプライン、１５…保持器、１６…転動ボール、１７…外輪、１７ａ…円弧溝、１８…シャフト部、１８ａ…スプライン、１８ｂ…スプライン、２０ａ…中間シャフト、２０ｂ…インボードジョイント、２１…インナ部材、２１ａ…スプライン、２１ａ1…スプライン歯部、２１ａ2…スプライン溝部、２２…シャフト部、２２ａ1…熱処理域、２２ａ2…非熱処理域、２２ｂ…スプライン、２２ｂ1…スプライン歯部、２２ｂ2…スプライン溝部。
Claims (5)
- 被伝達部材の連結部の内周側にて軸線に平行に延びるスプラインと動力伝達軸の端部の外周側にて軸方向へ所定長さ延びるスプラインをスプライン嵌合して、前記被伝達部材と前記動力伝達軸を互いに動力伝達可能に連結するスプライン連結構造であり、前記動力伝達軸側スプラインの先端から所定の長さの部位は同スプラインの他の部位に比較して易変形部位に形成されていて、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位と他の部位とは熱処理の程度の差または熱処理の有無によって一体に形成されており、前記動力伝達軸側スプラインの前記易変形部位である先端部とは反対側の端部は、前記先端部が噛合する前記被伝達部材側スプラインのスプライン歯部とは隣合う他のスプライン歯部に噛合することを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項１に記載のスプライン連結構造において、前記動力伝達軸側スプラインの易変形部位の長さは、前記被伝達部材側スプラインの軸方向の全長の少なくとも１０〜１５％であることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項１または２に記載のスプライン連結構造において、前記被伝達部材は等速ジョイントであることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項３に記載のスプライン連結構造において、前記等速ジョイントはトリポード型等速ジョイントであって、同トリポード型等速ジョイントにおける連結部は複数のトラニオンを有するインナー部材であることを特徴とするスプライン連結構造。
- 請求項３に記載のスプライン連結構造において、前記等速ジョイントはボール型等速ジョイントであって、同ボール型等速ジョイントの連結部は複数の転動ボールを支承する内輪であることを特徴とするスプライン連結構造。
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