JP6890312B2

JP6890312B2 - 伝達軸

Info

Publication number: JP6890312B2
Application number: JP2016195548A
Authority: JP
Inventors: 透茂木; 信行坂田
Original assignee: 株式会社モテギ
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2036-10-03
Also published as: JP2018059547A

Description

本発明は、伝達軸およびそれを用いた車両用衝撃緩和装置ならびに伝達軸の製造方法に関し、特に、中空構造を有する伝達軸およびそれを用いた車両用衝撃緩和装置ならびに伝達軸の製造方法に関する。

従来から車両などの機械構造体には、支持力や動力を伝達させる部材として、金属を棒状に成形したシャフトが多用されている。例えば、係るシャフトは、車体において、回転トルク、圧縮力、引張力等を伝達するために用いられている。

従来では、係るシャフトとしては所謂中実材料が採用されてきた。しかしながら、シャフトを中実材料で構成すると、シャフトの重量が大きくなることから、シャフトが採用される機械構造体、例えば車体の重量が増加してしまう問題があった。

そこで、シャフトの内部を中空構造とすることで、シャフトの機械的強度を一定上に確保しつつ、その重量を軽減する試みがなされている。例えば、特許文献１には、パイプ部材とスタブ部材からなる中空構造を有する動力伝達軸およびその製造方法が記載されている。ここでは、パイプ部材の両端部をスタブ部材で塞ぐことで、動力伝達軸を中空構造としている。また、パイプ部材とスタブ部材は溶接で接合される。更に、パイプ部材の端部と接触する部分のスタブ部材には段付き加工が施されている。

特開２００９−１０３２１０号公報

しかしながら、上記した中空構造の動力伝達軸では、パイプ部材と接する部分のスタブ部材までもが中空構造となっていたため、両者の接合部分の機械的強度が必ずしも十分に確保されない場合が想定された。また、パイプ部材とスタブ部材との接合部分を溶接する際に、接合部分におけるスタブ部材の厚みが充分でないと、溶接工程にて、スタブ部材が変形してしまう等の不具合が発生してしまう可能性もあった。

本発明はこれらの問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、簡素な構成で機械的強度が向上された伝達軸およびそれを用いた車両用衝撃緩和装置ならびに伝達軸の製造方法を提供することにある。

本発明の伝達軸は、車両用衝撃緩和装置に用いられ、上方側端部が車体に接続され、下方側端部がメインパイプに挿入され、前記メインパイプに配置されたオイルシールと摺動しつつ前記車体と共に移動し、使用状況下にて軸方向に押圧力および引張力を伝達する伝達軸であり、中空部が形成された筒状部と、前記筒状部の端部を塞ぐ蓋状部と、を具備し、前記蓋状部は、前記筒状部の端部側面に当接する当接面と、前記当接面よりも前記筒状部の軸方向内側に挿入される内方突出部と、を有し、前記筒状部の前記端部側面と、前記蓋状部の前記当接面とは、電子ビーム溶接により接合され、前記筒状部の前記端部側面付近の半径方向内側部分を、全周に渡って、部分的に切り欠いて段差部を形成し、前記蓋状部の前記内方突出部を、前記筒状部の前記段差部に挿入することで、前記蓋状部の前記内方突出部が、前記筒状部の前記段差部に収納され、前記蓋状部であって、前記電子ビーム溶接により接合される部分の前記半径方向内側部分全域には、前記蓋状部を構成する金属材料が存在し、前記内方突出部の軸方向に沿う長さは、前記電子ビーム溶接される接合部分の軸方向に沿う長さの半分以上であることを特徴とする。

本発明の伝達軸は、車両用衝撃緩和装置に用いられ、上方側端部が車体に接続され、下方側端部がメインパイプに挿入され、前記メインパイプに配置されたオイルシールと摺動しつつ前記車体と共に移動し、使用状況下にて軸方向に押圧力および引張力を伝達する伝達軸であり、中空部が形成された筒状部と、前記筒状部の端部を塞ぐ蓋状部と、を具備し、前記蓋状部は、前記筒状部の端部側面に当接する当接面と、前記当接面よりも前記筒状部の軸方向内側に挿入される内方突出部と、を有し、前記筒状部の前記端部側面と、前記蓋状部の前記当接面とは、電子ビーム溶接により接合され、前記筒状部の前記端部側面付近の半径方向内側部分を、全周に渡って、部分的に切り欠いて段差部を形成し、前記蓋状部の前記内方突出部を、前記筒状部の前記段差部に挿入することで、前記蓋状部の前記内方突出部が、前記筒状部の前記段差部に収納され、前記蓋状部であって、前記電子ビーム溶接により接合される部分の前記半径方向内側部分全域には、前記蓋状部を構成する金属材料が存在し、前記内方突出部の軸方向に沿う長さは、前記電子ビーム溶接される接合部分の軸方向に沿う長さの半分以上であることを特徴とする。従って、伝達軸を構成する筒状部と蓋状部とを電子ビーム溶接することで、両部位を強固に電子ビーム溶接することができる。また、蓋状部の内方突出部は、当接面よりも筒状部の内部に挿入されることから、筒状部と蓋状部とが接合する強度を更に向上させることができる。

本発明の実施形態に係る伝達軸を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。本発明の実施形態に係る伝達軸を示す図であり、（Ａ）は分解断面図であり、（Ｂ）は蓋状部を示す斜視図であり、（Ｃ）は接合部を示す拡大断面図である。本発明の他の実施形態に係る伝達軸に於ける接合部付近の構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る伝達軸が組み込まれた車両用の衝撃緩和装置を示す断面図である。本発明の実施形態に係る伝達軸の製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る伝達軸の製造方法を示す断面図である。

以下、図を参照して本形態に係る伝達軸１０およびそれを用いた車両用の衝撃緩和装置２０ならびに伝達軸１０の製造方法を説明する。

図１を参照して、伝達軸１０の構成を説明する。図１（Ａ）は伝達軸１０を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は伝達軸１０を中心軸に沿って切断した場合の断面図である。

図１（Ａ）を参照して、伝達軸１０は、金属から成る棒状の部材であり、円筒状を呈する長尺部材である筒状部１１と、筒状部１１の両端を塞ぐように接合された蓋状部１２と、を備えている。筒状部１１と蓋状部１２との間には、後述する電子ビーム溶接で接合される接合部分１５が形成されている。ここでは図示しないが、伝達軸１０の表面は、研磨加工および電解メッキ処理が施されており、極めて凹凸が少ない滑らかな面となっている。伝達軸１０の表面を滑らかな面とすることで、後述するように、摺動性および気密性を良好なものとできる。伝達軸１０は、車両３４などの機械構造体に組み込まれて、その軸方向に沿って圧縮力または引張力を伝達させる部材であり、後述するように車両用の衝撃緩和装置２０の一部を構成する。

図１（Ｂ）を参照して、筒状部１１は、その内部が空洞形状の円筒形状であり、その両端が蓋状部１２で塞がれている。よって、筒状部１１の内部空間は密閉されている。伝達軸１０の内部をこの様に中空構造とすることで、中実材料から成る場合と比較して、伝達軸１０を軽量化し、この伝達軸１０が組み込まれる車両等の機械構造体の軽量化も図ることができる。また、本形態の伝達軸１０は、その軸方向に沿って圧縮力や引張力が作用し、伝達軸１０の途中部分に大きな曲折応力が作用することは基本的にはないので、伝達軸１０は本形態で想定している用途においては、強度の観点から問題が発生することはない。

図２を参照して、上記した伝達軸１０の構成を詳述する。図２（Ａ）は伝達軸１０を示す分解断面図であり、図２（Ｂ）は蓋状部１２を示す斜視図であり、図２（Ｃ）は伝達軸１０の接合部分１５およびその近傍を拡大して示す断面図である。

図２（Ａ）を参照して、筒状部１１の端部には端部側面１８が形成されており、蓋状部１２は、この端部側面１８に接合される。

図２（Ｂ）を参照して、蓋状部１２は略円板形状を呈しており、その蓋状部１２の外径は上記した筒状部１１の外径と同等である。蓋状部１２の円盤状の蓋部１９の中央部分には、軸方向に沿って円柱形状または略円柱形状に突出する内方突出部１４が形成されている。内方突出部１４は、蓋状部１２を筒状部１１に組み込んだ際に、筒状部１１の内部に挿入される部位であり、内方突出部１４の外径は蓋状部１２の内径と同一か略同一である。また、後述するように、製造工程にて筒状部１１を加熱する場合は、内方突出部１４の外径を、蓋状部１２の内径よりも大きくしてもよい。蓋部１９の紙面右方側の主面からは、棒状突出部１６が形成されている。棒状突出部１６は、伝達軸１０を車両３４等の機械構造体に組み込む際に用いられる。また、蓋部１９の紙面上にて左方側主面の周辺部には円環形状の当接面２７が形成されており、当接面２７の大きさは、筒状部１１の端部側面１８と同一または略同一である。

図２（Ｃ）を参照して、筒状部１１と蓋状部１２とが電子ビーム溶接で接合される接合部分１５を説明する。ここでは、上記した筒状部１１の端部側面１８と、蓋状部１２の当接面２７とが、電子ビーム溶接で接合されている。この図では、電子ビーム溶接により溶接される接合部分１５を細かい斜線のハッチングで示している。上記した筒状部１１の端部側面１８と、蓋状部１２の当接面２７とが当接する部分のほぼ全域にわたって、両者を溶融させることで接合部分１５が形成されている。本形態では、後述するように部材を深く溶接することができる電子ビーム溶接を行うため、端部側面１８と当接面２７との間を全面的に溶接し、溶接で形成される接合部分１５の強度を一定以上に確保することができる。

また、電子ビーム溶接を行う際に溶融される接合部分１５の軸方向に沿う幅Ｌ２と、蓋状部１２の内方突出部１４の軸方向に沿う幅Ｌ１との間に以下の不等式が成立している。
Ｌ２／２＜Ｌ１

換言すると、蓋状部１２の内方突出部１４の幅Ｌ１は、接合部分１５の幅Ｌ２の半分よりも長く設定される。このようにすることで、電子ビーム溶接時に接合部分１５が、内方突出部１４で内側から支持されているので、溶接時には溶融して軟化する接合部分１５を内側から支持し、接合部分１５が変形してしまうことを抑止することができる。また、接合部分１５を内方突出部１４で補強し、伝達軸１０全体の機械的強度を向上することもできる。

図３を参照して、上記した接合部分１５の他の形態を説明する。ここでは、筒状部１１の端部側面１８付近の半径方向内側部分を部分的に切り欠いて段差部１７を形成している。この段差部１７の軸方向における幅は、蓋状部１２の内方突出部１４の幅と、同一または略同一とされる。筒状部１１に蓋状部１２を挿入すると、蓋状部１２の内方突出部１４は、筒状部１１の段差部１７に収納される。かかる構成によっても、接合部分１５で電子ビーム溶接を行うことで、筒状部１１と蓋状部１２とを強固に接合することができる。

図４を参照して、上記した伝達軸１０が組み込まれた車両３４の衝撃緩和装置２０の構成を説明する。この衝撃緩和装置２０は、タイヤ２４を回転自在に支持するサスペンションアーム２５と車体２１との間に形成され、タイヤ２４から車体２１に伝導する衝撃を緩和する機能を有する。衝撃緩和装置２０は、伝達軸１０と、スプリング２３と、メインパイプ２２と、オイルシール２８と、を主要に具備している。また、メインパイプ２２に伝達軸１０が挿入される機構は、オイル（内部液体）が微細な穴を通過する際に発生する抵抗を用いて振動を抑制するショックアブソーバとも称される。

伝達軸１０の上端部分は車体２１に固定され、伝達軸１０の下端部分は、メインパイプ２２の内部に挿入されている。スプリング２３は、上端部分が車体２１に当接し、下端部分がメインパイプ２２に当接し、両者の間で付勢された状態となっている。

車両３４が走行する際に車体２１に作用する衝撃は、スプリング２３が圧縮伸張することで吸収される。また、車体２１が振動により上下方向に移動すると、車体２１と共に伝達軸１０も上下方向に移動し、その際にメインパイプ２２の内部でオイル２６が流動することで抵抗が生じ、よって制振効果が発揮される。これにより、伝達軸１０には、圧縮力および引張力が作用する。

本形態では、伝達軸１０は上記したように中空構造を有して軽量であることから、伝達軸１０が組み込まれる衝撃緩和装置２０および車両３４の軽量化に寄与することができる。車両３４が有する各衝撃緩和装置２０に本形態の伝達軸１０を組み込むことにより、車両の更なる軽量化を推進することができる。

また、伝達軸１０は使用状況下にてオイルシール２８と摺動するが、上記したように伝達軸１０の表面は極めて滑らかであるため、伝達軸１０とオイルシール２８とは良好に摺動し、両者の間の気密性は高く確保されている。

図５および図６に基づいて、上記した各図も参照しつつ、上記した構成を有する伝達軸１０の製造方法を説明する。

図５のフローチャートを参照して、本形態の伝達軸１０の製造方法は、バイプ材を切断するとこで筒状部１１を形成するステップＳ１０と、中実材料を旋盤加工することで蓋状部１２を成形するステップＳ１１と、筒状部１１を加熱するステップＳ１２と、筒状部１１に蓋状部１２を圧入するステップＳ１３と、筒状部１１と蓋状部１２とをビーム溶接するステップＳ１４と、を備えている。これらの各工程を以下にて説明する。ここで、ステップＳ１０とステップＳ１１とは、筒状部１１および蓋状部１２を準備する一つの工程と見做すことができる。

ステップＳ１１では、円筒状のパイプ材を切断することで筒状部１１を成形する。パイプ材は例えば数ｍ程度の長尺材料として準備される。ここでは、切断治具でパイプ材を所定の長さに切断することで、筒状部１１を得る。切断された筒状部１１の切断面は、後述する工程のためにバリ取り加工が行われても良い。

ステップＳ１２では、円筒状の中実材料に対して旋盤加工を行うことで、図２（Ｂ）に示した形状の蓋状部１２を成形する。

ステップ１２では、上記した工程で成形した筒状部１１を加熱する。例えば、本工程では、筒状部１１の温度が１００℃以上と成るように、加熱作業を行う。本工程で筒状部１１を加熱することで、筒状部１１を熱膨張させ、後述するように筒状部１１と蓋状部１２との嵌合強度を向上させ、両者の相対的な位置精度を向上させることができる。

ステップＳ１３では、筒状部１１の端部に蓋状部１２を圧入する。具体的には、図２（Ａ）を参照して、上記工程で加熱されることで熱膨張している筒状部１１の両端部に、蓋状部１２を挿入する。ここで、筒状部１１と蓋状部１２とが同一温度であれば、蓋状部１２の内方突出部１４の外径は、筒状部１１の内径と同等か、筒状部１１のよりも若干大きい。ここでは、上記したように筒状部１１が１００℃程度に加熱されている一方、蓋状部１２は例えば２０℃程度の常温である。このことから、膨張した筒状部１１の内径は、蓋状部１２の内方突出部１４の外径と略同一か、または内方突出部１４よりも大きくなっている。従って、筒状部１１の両端部に蓋状部１２を圧入することができる。圧入した後は、筒状部１１と蓋状部１２とを室温まで冷却することで、熱収縮した筒状部１１で蓋状部１２を絞め込むことができる。このようにすることで、筒状部１１に蓋状部１２を強固に挿入でき、両者の相対的な位置関係を高精度にできる。

ここで、本形態では、筒状部１１を必ずしも加熱する必要はなく、常温下で筒状部１１の内径を、蓋状部１２の内方突出部１４の外径よりも大きくし、筒状部１１に蓋状部１２の内方突出部１４を挿入するようにしてもよい。

図６を参照して、次に、ステップＳ１４では、電子ビーム溶接機３０を用いて筒状部１１と蓋状部１２とを溶接する。先ず、電子ビーム溶接機３０の真空溶接室３１に、上記した工程で組んだ伝達軸１０を配設する。次に、真空溶接室３１を密閉し、真空溶接室３１の内部を減圧して、略真空状態にする。次に、伝達軸１０を所定速度で回転させながら、筒状部１１と蓋状部１２との境界である接合部分１５に、電子ビーム３２を照射する。そのようにすると、接合部分１５で筒状部１１と蓋状部１２とが部分的に溶融し、筒状部１１と蓋状部１２とは良好に接合される。

本形態では、電子ビーム溶接で筒状部１１と蓋状部１２とを溶接していることから、電子ビームを筒状部１１と蓋状部１２との境界部で深くまで進行させ、両者を接合部分１５で強固に接合することができる。また、電子ビームが照射される接合部分１５は、内側から内方突出部１４で支えられているので、電子ビームによる接合をより安定して行うことができる。

上記工程が終了した後は、伝達軸１０の側面を研磨することで細かな凹凸を除去し、その後に伝達軸１０の側面を電解メッキ処理することでメッキ膜にて被覆する。このようにすることで、伝達軸１０の側面を極めて滑らかな状態にすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。

例えば、電子ビーム溶接に替えて、レーザ溶接やフリクション溶接（摩擦撹拌接合）を採用することができる。

１０伝達軸
１１筒状部
１２蓋状部
１４内方突出部
１５接合部分
１６棒状突出部
１７段差部
１８端部側面
１９蓋部
２０衝撃緩和装置
２１車体
２２メインパイプ
２３スプリング
２４タイヤ
２５サスペンションアーム
２６オイル
２７当接面
２８オイルシール
３０電子ビーム溶接機
３１真空溶接室
３２電子ビーム
３４車両

Claims

車両用衝撃緩和装置に用いられ、上方側端部が車体に接続され、下方側端部がメインパイプに挿入され、前記メインパイプに配置されたオイルシールと摺動しつつ前記車体と共に移動し、使用状況下にて軸方向に押圧力および引張力を伝達する伝達軸であり、
中空部が形成された筒状部と、
前記筒状部の端部を塞ぐ蓋状部と、を具備し、
前記蓋状部は、前記筒状部の端部側面に当接する当接面と、前記当接面よりも前記筒状部の軸方向内側に挿入される内方突出部と、を有し、
前記筒状部の前記端部側面と、前記蓋状部の前記当接面とは、電子ビーム溶接により接合され、
前記筒状部の前記端部側面付近の半径方向内側部分を、全周に渡って、部分的に切り欠いて段差部を形成し、
前記蓋状部の前記内方突出部を、前記筒状部の前記段差部に挿入することで、
前記蓋状部の前記内方突出部が、前記筒状部の前記段差部に収納され、
前記蓋状部であって、前記電子ビーム溶接により接合される部分の前記半径方向内側部分全域には、前記蓋状部を構成する金属材料が存在し、
前記内方突出部の軸方向に沿う長さは、前記電子ビーム溶接される接合部分の軸方向に沿う長さの半分以上であることを特徴とする伝達軸。