JP5042587B2 - アクスルシャフト並びにアクスルユニット及びアクスルユニット製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力を駆動輪に伝達するためのアクスルシャフト並びにアクスルユニット及びアクスルユニット製造方法に関する。

ハブに固定されるフランジが長手方向一端部に形成されると共に、長手方向他端部が差動ギアに連結されるアクスルシャフトがトラックなどの車両で広く使用されている。従来のトラック用全浮動式アクスルシャフトについて図５を参照して説明する。

図５は、従来のトラック用全浮動式アクスルシャフトを示す斜視図である。

従来のトラック用全浮動式アクスルシャフト１０は、ハブに連結するための孔付フランジ１２をその長手方向一端に有し、反対側の長手方向他端には、差動ギヤの接続口に嵌合する、例えばスプラインのような周り止め１４が形成されている。このアクスルシャフト１０はプロペラシャフトと同様に、エンジンからの回転運動と回転トルクをハブを介して車輪に伝達するものである。一般的なプロペラシャフトは中空の円筒形状部材を使用しているのに対し、アクスルシャフトとしては中実の丸棒が使用されている。

上記した従来のアクスルシャフトは、左右（左車輪用と右車輪用）一対のものとして使用される。各アクスルシャフトとして一体品が使用されているので、軽量化のために中空部材を使用した場合、アクスルシャフトの軸部の径が増加し、アクスルケース（アクスルハウジング）の長手方向両端部に形成されているハブベアリング用スピンドルの内径部にアクスルシャフトの軸部が干渉して組み付けができない、という問題がある。

アクスルシャフトの軽量化を図るために、アクスルシャフトをハブ取付用フランジ部と軸部とに分割し、軸部を円筒部材から成形することによって、軸部を中空・軽量化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、軸部の強度が過大である（十分に大きい、余裕がある）ことを前提としている。この技術では、アクスルシャフトの軸部の外径を増加させずに中空としている上、軸部は全長に渡って一体部材である。ところで、アクスルシャフトをアクスルケースに組み付ける際は、アクスルケースの内周部のうち最小径となるハブ取り付け用スピンドルの内周部を貫通してアクスルシャフトを組付ける。このため、アクスルシャフトをさらに軽量化するための薄肉化に当って、外径を増やしたときはアクスルシャフトがスピンドルの内周面と干渉して組み付けができない、という問題が生じる。

また、自動二輪車用プロペラシャフトの例では、その軸部を駆動側部材と従動側部材とに分割して二部品化し、従動側部材を円筒部材としてその内周面に、駆動側部材の外周面に形成された歯と噛合うトルク伝達用スプライン歯等を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この技術では、従動側部材は、その長さ方向において駆動側部材に完全に重なる位置に配置されている。また、従動側部材の作用は、プロペラシャフトの長さ方向の変位を吸収することである。この技術では、駆動側部材の半径方向外側に従動側部材を配置して円筒部材（中空部材）としたので、プロペラシャフトの重量を増加することはあっても軽減する効果はない。

さらに、四輪車前軸用のアクスルシャフトの例では、アクスルシャフトを分割して３部品化し、左右の部材（中実）の外径と略等しい内径をもつ円筒状のカラーを長手方向中央部に配置して左右の部材を結合する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。この技術では、円筒状のカラーは左右の部材を分割可能に連結するために用いられており、円筒状カラーの長手方向においては円筒状カラーが左右部材のいずれかと完全に重なっている。このため、円筒状カラーは、左右部材の長さを短縮する役割を果たすことなく、分割によってアクスルシャフトの重量が増加することはあっても軽減することはない。
特開２００３‐１１６０８号公報 特開２００４−３４７７７号公報 特開平９−３９５０８号公報

本発明は、上記事情に鑑み、十分な剛性をもつと共に軽量化を図ることのできるアクスルシャフト並びにアクスルユニット及びアクスルユニット製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のアクスルシャフトは、ハブに固定されるフランジが長手方向一端部に形成されると共に、長手方向他端部が差動ギアに連結されるアクスルシャフトにおいて、
（１）長手方向一端部に前記フランジが形成された中実のハブ側シャフトと、
（２）該ハブ側シャフトのうち前記長手方向一端部とは反対側の端部が差し込まれる円筒部を有すると共に前記差動ギアに連結される長手方向他端部を有する差動ギア側シャフトとからなり、
（３）該差動ギア側シャフトのうち前記円筒部及び前記長手方向他端部を除く部分は、前記円筒部以上の太さをもつ中空構造であることを特徴とするものである。

ここで、
（４）前記ハブ側シャフトの前記端部と、該端部が差し込まれた前記差動ギア側シャフトの前記円筒部は、それらの周方向に相対的に摺動しないものであってもよい。

また、
（５）前記ハブ側シャフトの前記端部の外周面、及び、前記差動ギア側シャフトの前記円筒部の内周面は、互いに噛み合う回り止めが形成されたものであってもよい。

さらに、
（６）前記差動ギア側シャフトのうち前記円筒部及び前記長手方向他端部を除く部分は、前記円筒部及び前記長手方向他端部よりも太いものであってもよい。

さらにまた、
（７）前記ハブ側シャフト及び前記差動ギア側シャフトは、それらのねじり断面係数が等しいものであってもよい。

上記目的を達成するための本発明のアクスルユニットは、差動ギアに長手方向一端部が連結されると共にハブに固定されるフランジが長手方向他端部に形成された、一直線上に並んで配置された一対のアクスルシャフトと、その長手方向中央部に差動ギアが組み込まれる差動ギア用空洞が形成された、前記一対のアクスルシャフトを覆う筒状のアクスルケースとを備えたアクスルユニットにおいて、
（８）前記一対のアクスルシャフトは、上記したいずれかのアクスルシャフトであることを特徴とするものである。

上記目的を達成するための本発明のアクスルユニット製造方法は、差動ギアが組み込まれる差動ギア用空洞がその長手方向中央部に形成された筒状のアクスルケースにアクスルシャフトを組み込んでアクスルユニットを製造するアクスルユニット製造方法において、
（９）前記請求項１から５までに記載されたいずれかのアクスルシャフトを作製しておき、
（１０）前記差動ギア用空洞から前記アクスルケースの内部に前記差動ギア側シャフトを挿入して仮置きし、
（１１）差動ギア及びハブを前記アクスルケースに組み付け、
（１２）前記ハブ側シャフトをアクスルケースの長手方向両端から挿入し、
（１３）前記ハブ側シャフトの前記端部を前記差動ギア側シャフトの前記円筒部に差し込んで、前記端部と前記円筒部を嵌合させ、
（１４）前記ハブ側シャフトの前記フランジを前記ハブに固定させることを特徴とするものである。

本発明によれば、一つのアクスルシャフトを、中実のハブ側シャフトと、円筒部が形成された差動ギア側シャフトとに分割しており、差動ギア側シャフトには円筒部（即ち、中空部）が形成されているので、その中空の分、軽量化を図ることができる。また、ハブ側シャフトは中実であり、差動ギア側シャフトの外径は、ハブ側シャフトの外径よりも大きいので、全体として十分な剛性をもつことができる。

本発明は、トラック用の全浮動式アクスルシャフトに実現された。

図１を参照して、本発明のアクスルシャフトの一例を説明する。

図１は、本発明のアクスルシャフトの一例を示す斜視図である。

アクスルシャフト２０は、中実（棒状）のハブ側シャフト３０と、円筒状の（中空部４０ａが形成された）差動ギア側シャフト４０とからなる。これら２つのシャフト３０，４０はほぼ同じ長さである。ハブ側シャフト３０の長手方向一端部には、ハブ７０（図３参照）に固定されるフランジ３２が形成されている。フランジ３２には、ボルト等でハブ７０（図３参照）を固定するための孔３２ａが形成されている。また、ハブ側シャフト３０の長手方向他端部（長手方向一端部とは反対側の端部）の外周面には、ハブ側シャフト３０と差動ギア側シャフト４０を一体的に結合するためのスプライン３４が形成されている。

差動ギア側シャフト４０の長手方向一端部から長手方向他端部までは（全長にわたって）円筒状（中空）になっており、その長手方向一端部の内周面４２には、ハブ側シャフト３０のスプライン３４に噛み合うスプライン４４（図２参照）が形成されている。ハブ側シャフト３０のスプライン３４が形成された部分の外径と、差動ギア側シャフト４０のスプライン４４が形成された部分の内径はほぼ等しい。また、差動ギア側シャフト４０の長手方向他端部（長手方向一端部とは反対側の端部）は他の部分よりも細くなっており（シュリンク、縮径されており）、この部分には、差動ギア８０（図３参照）に連結するためのスプライン４６が形成されている。

ハブ側シャフト３０の長手方向他端部を差動ギア側シャフト４０の長手方向一端部の中空部分（円筒部）に嵌め込んでハブ側シャフト３０のスプライン３４と差動ギア側シャフト４０のスプライン４４とを噛み合わせる。これにより、ハブ側シャフト３０の長手方向他端部と差動ギア側シャフト４０の長手方向一端部とはそれらの周方向に相対的に摺動しないので、ハブ側シャフト３０及び差動ギア側シャフト４０は一体的に結合されて回転する。なお、スプライン３４，４４，４６の加工に際しては、強度確保のために切削加工で形成せずに、転造加工で形成することが好ましい。また、上記のスプライン３４，４４は、本発明にいう回り止めの一例であり、ハブ側シャフト３０及び差動ギア側シャフト４０を一体的に結合して回転させるためには、スプライン３４，４４に代えて、ハブ側シャフト３０の長手方向他端部の外形を多角形状とし、差動ギア側シャフト４０の長手方向一端部の内側形状も多角形にしてもよい。

ハブ側シャフト３０及び差動ギア側シャフト４０双方のねじり（極）断面係数は等しい。この点について説明する。

ハブ側シャフト３０の外径（フランジ３２以外の部分の外径）及び差動ギア側シャフト４０の内径（スプライン４６以外の部分の内径）を等しくＤ１とし、差動ギア側シャフト４０の外径をＤ２とする。ハブ側シャフト３０のねじり断面係数をＺ１とし、差動ギア側シャフト４０のねじり断面係数をＺ２とした場合、
Ｚ１＝π×Ｄ１^３／１６ Ｚ２＝π×（Ｄ２^４−Ｄ１^４）／（１６×Ｄ２） となる。

ここで、ハブ側シャフト３０及び差動ギア側シャフト４０双方のねじり断面係数を等しいとして、Ｚ１＝Ｚ２とした場合、 Ｄ２≒１．２２×Ｄ１となる。

ハブ側シャフト３０の断面積をＡ１、差動ギア側シャフト４０の断面積をＡ２とし、ハブ側シャフト３０のねじり（極）断面二次モーメントをＩ１、差動ギア側シャフト４０の断面二次モーメントをＩ２としたとき、これらの関係は、
Ａ２≒０．４９×Ａ１ Ｉ２≒１．２２×Ｉ１ となる。以上をまとめて表１に示す。

上記のように、ハブ側シャフト３０及び差動ギア側シャフト４０双方のねじり断面係数Ｚ１、Ｚ２を略等しくする場合、アクスルシャフト２０全長の約半分を占める差動ギア側シャフト４０の断面積Ａ２はハブ側シャフト３０の断面積Ａ１の約半分となる。このため、アクスルシャフト２０のシャフトの強度を維持しながらアクスルシャフト２０全体の重量を全長がハブ側シャフト３０と同じ中実断面で構成される従来のアクスルシャフト１０と比較して約２５％低減できる。また同様に、差動ギア側シャフト４０の断面二次モーメントＩ２がハブ側シャフト３０の断面二次モーメントＩ１よりも約２０％向上するので、アクスルシャフト２０全体のねじり剛性が１０％向上してトルクの伝達応答が向上する。以上をまとめて表２に示す。なお、表２には、図４を参照して後述する変形例の場合も示されている。

図２と図３を参照して、アクスルユニットとその製造方法を説明する。

図２は、差動ギア側シャフトが差動ギア用空洞から挿入されているアクスルケースの長手方向の約半分を示す断面図である。図３は、アクスルシャフトや差動ギアなどが組み込まれたアクスルケースの長手方向の約半分を示す断面図である。これらの図では、図１に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

アクスルユニット１００は、アクスルケース６０に一対のアクスルシャフト２０や差動ギア８０を組み込み、さらに、アクスルケース６０の長手方向両端部に軸受７２を介してハブ７０を組み込んだものである。アクスルケース６０の長手方向中央部には、差動ギア８０が組み込まれる差動ギア用空洞６２が形成されている。また、アクスルケース６０の長手方向両端部それぞれには、軸受７２が外周面に嵌め込まれるハブベアリング用スピンドル６４が形成されている（図２と図３には長手方向一端部のみを示す）。ハブベアリング用スピンドル６４の内径は、これよりも差動ギア用空洞６２の側の部分の内径よりも小さくなっており、その境界部分の内周面には、差動ギア側シャフト４０の外径よりも僅かに大きい内径をもつガイド孔６０ａが形成されている。

アクスルユニット１００を製造するには、先ず、２本のアクスルシャフト２０（図１参照）を作製しておき、アクスルケース６０の差動ギア用空洞６２から２本の差動ギア側シャフト４０をアクスルケース６０の左側部分と右側部分それぞれに挿入する。挿入された２本の差動ギア側シャフト４０をガイド孔６０ａに差し込んで仮置きしておく。このように差動ギア側シャフト４０は差動ギア用空洞６２から挿入されるので、その長さは、この挿入が可能な範囲内の長さであり、且つ、差動ギア用空洞６２に差動ギア８０を組み付ける際に、ガイド孔６０ａに仮置きされた差動ギア側シャフト４０が差動ギア８０に干渉しない（邪魔にならない）範囲内の長さである。

差動ギア側シャフト４０をガイド孔６０ａに仮置きした後、差動ギア８０を差動ギア用空洞６２に組み付けると共に、ハブベアリング用スピンドル６４の外周面に軸受７２を嵌め込んでハブ７０を組み付ける。続いて、２本のハブ側シャフト３０をアクスルケース６０の長手方向両端からそれぞれ挿入する。このように挿入したハブ側シャフト３０の長手方向他端部を差動ギア側シャフト４０の長手方向一端部に差し込んでスプライン３４とスプライン４４を噛み合わせる。これによりハブ側シャフト３０と差動ギア側シャフト４０が一体的に結合される。また、差動ギア側シャフト４０のスプラインン４６を差動ギア８０のスプライン（図示せず）に噛み合わせる。その後、ハブ側シャフト３０のフランジ３２をハブ７０に固定させる。このようにしてアクスルユニット１００が製造される。

図４を参照して、アクスルシャフトの変形例を説明する。

図４は、差動ギア側シャフトの変形例を示す斜視図である。

変形例のアクスルシャフトのハブ側シャフトは、図１に示すハブ側シャフト３０と同じものであるので省略する。変形例のアクスルシャフトは差動ギア側シャフト１４０に特徴がある。差動ギア側シャフト１４０のうち円筒部１４２及び長手方向他端部（スプライン１４６が形成された部分）を除く中央部分１４８は、円筒部１４２及び長手方向他端部よりも太い（外径が大きい）。この中央部分１４８の太さ（外径）はハブ側シャフト３０の約１．５倍であり、アクスルケース６０（図３参照）に挿入できる太さである。このように中央部分１４８の外径を大きくすることにより、ねじり強度を維持してさらにこの中央部分１４８の板厚を減少させることができ、アクスルシャフト全体の軽量化と剛性向上を実現できる。

本発明のアクスルシャフトの一例を示す斜視図である。 差動ギア側シャフトが差動ギア用空洞から挿入されているアクスルケースの長手方向の約半分を示す断面図である。 アクスルシャフトや差動ギアなどが組み込まれたアクスルケースの長手方向の約半分を示す断面図である。 差動ギア側シャフトの変形例を示す斜視図である。 従来のトラック用全浮動式アクスルシャフトを示す斜視図である。

符号の説明

２０ アクスルシャフト
３０ ハブ側シャフト
３２ フランジ
３４、４４、４６ スプライン
４０、１４０ 差動ギア側シャフト
７０ ハブ
８０ 差動ギア

Claims (7)

1. ハブに固定されるフランジが長手方向一端部に形成されると共に、長手方向他端部が差動ギアに連結されるアクスルシャフトにおいて、
   長手方向一端部に前記フランジが形成された中実のハブ側シャフトと、
   該ハブ側シャフトのうち前記長手方向一端部とは反対側の端部が差し込まれる円筒部を有すると共に前記差動ギアに連結される長手方向他端部を有する差動ギア側シャフトとからなり、
   該差動ギア側シャフトのうち前記円筒部及び前記長手方向他端部を除く部分は、前記円筒部以上の太さをもつ中空構造であることを特徴とするアクスルシャフト。
2. 前記ハブ側シャフトの前記端部と、該端部が差し込まれた前記差動ギア側シャフトの前記円筒部は、それらの周方向に相対的に摺動しないものであることを特徴とする請求項１に記載のアクスルシャフト。
3. 前記ハブ側シャフトの前記端部の外周面、及び、前記差動ギア側シャフトの前記円筒部の内周面は、互いに噛み合う回り止めが形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクスルシャフト。
4. 前記差動ギア側シャフトのうち前記円筒部及び前記長手方向他端部を除く部分は、前記円筒部及び前記長手方向他端部よりも太いものであることを特徴とする請求項１，２，又は３に記載のアクスルシャフト。
5. 前記ハブ側シャフト及び前記差動ギア側シャフトは、それらのねじり断面係数が等しいものであることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載のアクスルシャフト。
6. 差動ギアに長手方向一端部が連結されると共にハブに固定されるフランジが長手方向他端部に形成された、一直線上に並んで配置された一対のアクスルシャフトと、その長手方向中央部に差動ギアが組み込まれる差動ギア用空洞が形成された、前記一対のアクスルシャフトを覆う筒状のアクスルケースとを備えたアクスルユニットにおいて、
   前記一対のアクスルシャフトは、前記請求項１から５までに記載されたいずれかのアクスルシャフトであることを特徴とするアクスルユニット。
7. 差動ギアが組み込まれる差動ギア用空洞がその長手方向中央部に形成された筒状のアクスルケースにアクスルシャフトを組み込んでアクスルユニットを製造するアクスルユニット製造方法において、
   前記請求項１から５までに記載されたいずれかのアクスルシャフトを作製しておき、
   前記差動ギア用空洞から前記アクスルケースの内部に前記差動ギア側シャフトを挿入して仮置きし、
   差動ギア及びハブを前記アクスルケースに組み付け、
   前記ハブ側シャフトをアクスルケースの長手方向両端から挿入し、
   前記ハブ側シャフトの前記端部を前記差動ギア側シャフトの前記円筒部に差し込んで、前記端部と前記円筒部を嵌合させ、
   前記ハブ側シャフトの前記フランジを前記ハブに固定させることを特徴とするアクスルユニット製造方法。

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