JP7320079B2 - 動力伝達軸 - Google Patents
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Description
本発明は、動力伝達軸に関する。
従来の動力伝達軸の一例として、例えば以下の特許文献1に記載されたものが知られている。
この動力伝達軸は、筒状のシャフト部材の第1端部に接続される第1接続管部材が、軸方向に移動可能な等速ジョイントを介して車両の変速機に接続され、前記シャフト部材の第2端部に接続される第2接続管部材が、固定式のラバージョイントを介して車両の差動装置に接続されている。また、前記第1接続管部材の外周側には、動力伝達軸の回転のアンバランスを調整するための板状の重り部材が溶接によって取り付けられている。
近年、動力伝達軸の振動をより効果的に抑制するべく、前記等速ジョイントに代えて、前記第1端部についても前記ラバージョイントを介して前記車両の変速機に接続する動力伝達軸が開発されている。
この場合、動力伝達軸の伸縮に供するスプライン状の摺動部を、前記ラバージョイントと前記シャフト部材との間に設けることになるが、前記従来の動力伝達軸のように前記重り部材を前記第1接続管部材に取り付けた場合は、前記溶接の熱影響によって前記スプライン状の摺動部が変形する結果、新たな回転アンバランスを招来し、動力伝達軸の回転アンバランスの修正が困難となってしまうおそれがある。
そこで、本発明は、前記従来のプロペラシャフトの技術的課題に鑑みて案出されたものであり、動力伝達軸の回転のアンバランスを容易に修正することができる動力伝達軸を提供することを目的としている。
本発明は、その一態様として、重り部材が、動力伝達軸の回転軸線の方向における第1ブーツ端部と継手部との間の領域に、摺動部材本体部の外周側に溶接によって取り付けられている。
本発明によれば、動力伝達軸の回転のアンバランスを容易に修正することができる。
以下、本発明に係る動力伝達軸の実施形態について、図面に基づき詳述する。なお、下記の実施形態では、当該動力伝達軸を、従来と同様、自動車用のプロペラシャフトについて適用したものを例示して説明する。また、以下では、説明の便宜上、図1の左側を「前」、右側を「後」として説明すると共に、図1の回転軸線Zに沿う方向を「軸方向」、回転軸線Zに直交する方向を「径方向」、回転軸線Z周りの方向を「周方向」として説明する。
(プロペラシャフトの構成)
図1は、本発明に係る動力伝達軸としてのプロペラシャフトPSの全体の形態を示す、当該動力伝達軸の軸方向半断面図である。図2は、図1に示すプロペラシャフトPSの前端側(チューブ第1端部11よりも前端側)を拡大して表示した半断面図である。
図1は、本発明に係る動力伝達軸としてのプロペラシャフトPSの全体の形態を示す、当該動力伝達軸の軸方向半断面図である。図2は、図1に示すプロペラシャフトPSの前端側(チューブ第1端部11よりも前端側)を拡大して表示した半断面図である。
図1に示すように、プロペラシャフトPSは、車両の前方に配置される図示外の第1軸部と、車両の後方に配置される図示外の第2軸部と、の間に、車両の前後方向に沿って配置される。ここで、いわゆるFR(フロントエンジン・リアドライブ)方式の車両の場合、前記第1軸部は、車両の前方に配置され、エンジンやモータなどの駆動源から回転力が伝達される変速機(トランスミッション)の出力軸に相当し、前記第2軸部は、車両の後方に配置され、車両の車輪に回転力を伝達する差動装置(ディファレンシャル)の入力軸に相当する。
すなわち、本実施形態に係るプロペラシャフトPSは、いわゆる1ピース構造のプロペラシャフトであって、前端側が、第1継手部材5を介して前記第1軸部に接続されると共に、後端側が、第2継手部材6を介して前記第2軸部に接続される。より具体的には、プロペラシャフトPSは、軸方向の両端部が開口する円筒状のチューブ1と、チューブ1の第1端部であるチューブ第1端部11に挿入される接続管部材としてのスリーブ軸2と、スリーブ軸2に対し軸方向へ相対移動可能に接続された摺動部材としてのスタブ軸3と、チューブ1の第2端部であるチューブ第2端部12に挿入されるカラー軸4と、スタブ軸3の前端部に設けられた第1継手部材5と、カラー軸4の後端部に設けられた第2継手部材6と、を備える。
図1、図2に示すように、チューブ1は、炭素繊維強化プラスチック(いわゆるCFRP)により、軸方向において一定の内径R1を有する円筒状に形成されている。また、このチューブ1では、チューブ第1端部11及びチューブ第2端部12の肉厚T1、T2が一般部の肉厚T3よりも厚く形成されている。
スリーブ軸2は、チューブ第1端部11から外部に露出し、スタブ軸3に接続される接続管部材本体部としてのスリーブ軸本体部21と、スリーブ軸本体部21の後端部から軸方向に延出し、チューブ第1端部11の内部に挿入される挿入部としてのスリーブ軸挿入部22と、を有する。スリーブ軸本体部21とスリーブ軸挿入部22とは、所定の金属材料により一体に形成されている。スリーブ軸本体部21は、前端側に延出するスリーブ軸基部23と、スリーブ軸基部23の後端部から段差状に拡径され、スリーブ軸挿入部22に接続されるスリーブ軸フランジ部24と、を有する。スリーブ軸挿入部22は、セレーション結合により、チューブ1と一体回転可能に固定されている。
ここで、スリーブ軸フランジ部24の外径Dxは、チューブ第1端部11の内周層13の内径R1よりも大きく、かつ外周層14の内径R2よりも小さく設定されている。すなわち、プロペラシャフトPSは、図示外の車両の衝突等によってプロペラシャフトPSに軸方向の圧縮荷重が入力された場合に、スリーブ軸フランジ部24によりチューブ第1端部11の内周層13を剥離しつつ外周層14を径方向外側へ押し拡げながら、スリーブ軸本体部21がチューブ1の内部へ進入可能となっている。このような、スリーブ軸本体部21をチューブ1の内部へ潜り込ませる、いわゆるコラプス構造により、前記圧縮荷重が緩衝されて、前記車両の衝突時の衝突エネルギが吸収されると共に、プロペラシャフトPSが車体側へ屈曲してしまうなどの不具合を抑制可能となっている。
また、スリーブ軸2の内周側には、後述するスタブ軸3の雄スプライン部34と嵌合することによってスタブ軸3との接続に供する雌スプライン部25が、軸方向に沿って形成されている。すなわち、このスリーブ軸2の雌スプライン部25が後述するスタブ軸3の雄スプライン部34に嵌合することによって、スリーブ軸2とスタブ軸3の一体回転を可能としつつ、スリーブ軸2に対するスタブ軸3の軸方向の相対移動が可能となっている。
スタブ軸3は、円筒状に形成された摺動部材本体部としてのスタブ軸本体部31と、スタブ軸本体部31の後端側に設けられ、スプライン嵌合によって軸方向に沿ってスリーブ軸2と相対移動可能に接続されるスリーブ側接続部32と、スタブ軸本体部31の前端部に設けられ、第1継手部材5に溶接(具体的には、周知の摩擦撹拌接合)によって接続される第1継手溶接部33と、を有する。このスタブ軸本体部31、スリーブ側接続部32及び第1継手溶接部33は、所定の金属材料によって一体に形成されている。
スタブ軸本体部31は、大径部311と中径部312と小径部313とを有し、前端側から後端側に向かって段差状に縮径する段差径状に形成されている。大径部311は、前端部に比較的薄肉に設けられ、第1継手溶接部33に接続されるスタブ側薄肉部311aと、スタブ側薄肉部311aよりも厚肉に形成され、中径部312に接続されるスタブ側厚肉部311bと、を有する。換言すれば、大径部311は、スタブ側薄肉部311aとスタブ側厚肉部311bとを含む軸方向の全領域が概ね一定の外径に形成されている一方、スタブ側薄肉部311aの内径Raに対しスタブ側厚肉部311bの内径Rbが相対的に小さくなるように形成されている。
スタブ側薄肉部311aは、摩擦撹拌接合によって接合される第1継手部材5の後述する第1継手側薄肉部511aよりも若干小さい厚さTaに設定され、摩擦撹拌接合によって塑性流動することで、前端部に後述するスタブ側カール部330が形成される。スタブ側厚肉部311bは、軸方向において概ね一定の厚さTbを有し、第1段部314を介して中径部312と接続する。また、大径部311のうちスタブ側薄肉部311aとスタブ側厚肉部311bとの間には、スタブ側薄肉部311a側からスタブ側厚肉部311b側へ向かって厚さTxが徐々に増大する厚さ徐変部311cが形成されている。厚さ徐変部311cは、スタブ側薄肉部311a側からスタブ側厚肉部311b側へ向かって大径部311の内径Rxを徐々に減少させることによって形成されている。
また、大径部311は、大径部311の外径D1がブーツ部材7の第1端部であるブーツ第1端部71の外径D2よりも大きくなるように形成されている。換言すれば、大径部311は、ブーツ第1端部71が後述する第1段部314の径方向範囲内に収容され、ブーツ部材7の取付状態においてブーツ第1端部71が大径部311の外周面よりも径方向外側へ突出しない寸法関係に設定されている。
中径部312は、大径部311に対し段差状に縮径形成され、前端部が第1段部314を介して大径部311に接続されると共に、後端部が小径部313に接続されている。同様に、小径部313は、中径部312に対し段差状に縮径形成され、前端部が第2段部315を介して中径部312と接続されると共に、後端部がスリーブ側接続部32に接続されている。
また、スタブ軸本体部31の大径部311の外周面には、プロペラシャフトPSの回転のアンバランスを修正するための重り部材であるバランスピース9が、溶接(例えば、プロジェクション溶接)により取付固定されている。このバランスピース9は、概ね一定の厚さを有する重り本体であるウェイト部90と、ウェイト部90の内側面に突設され、前記プロジェクション溶接に供する図示外の溶融突起部と、を有する。ウェイト部90は、例えば円弧板状を呈し、スタブ軸本体部31の大径部311の外周面に沿うような曲率を有する板状の重り部材を円弧状に湾曲して形成したものである。また、このバランスピース9は、軸方向において、ウェイト部90の前端部が第1継手溶接部33(後述するスタブ側カール部330)から離間するように配置される。換言すれば、バランスピース9は、軸方向において第1継手溶接部33(後述するスタブ側カール部330)と干渉しない位置に取り付けられている。
スリーブ側接続部32は、外周側に、スリーブ軸2の雌スプライン部25に嵌合可能な雄スプライン部34を有する。雄スプライン部34は、スリーブ側接続部32の軸方向領域の全体にわたって、軸方向に沿って形成されている。すなわち、かかる雄スプライン部34がスリーブ軸2の雌スプライン部25に嵌合することにより、スリーブ軸2とスタブ軸3の一体回転を可能としつつ、スリーブ軸2に対するスタブ軸3の軸方向の相対移動が可能となっている。
第1継手溶接部33は、周知の摩擦撹拌接合によりスタブ軸3側に形成された溶接部であって、外周側に、摩擦撹拌接合に伴い形成されたスタブ側カール部330を有する。スタブ側カール部330は、摩擦撹拌接合によりスタブ側薄肉部311aが塑性流動することにより、スタブ軸3の前端部の外周側縁の全体にわたって周方向に連続して形成されている。より具体的には、スタブ側カール部330は、縦断面ほぼ円弧状を呈し、第1継手部材5との接合面から離間する側へ反り返るように外周側へ膨出するフランジ状に形成されている。
カラー軸4は、円筒状に形成されたカラー軸本体部41と、カラー軸本体部41の前端部から軸方向に延出し、チューブ第2端部12の内部に挿入されるカラー軸挿入部42と、カラー軸本体部41の後端側に設けられ、第2継手部材6に溶接(具体的には、周知の摩擦撹拌接合)によって接続される第2継手溶接部43と、を有する。このカラー軸本体部41、カラー軸挿入部42及び第2継手溶接部43は、所定の金属材料によって一体に形成されている。
カラー軸本体部41は、後端側に延出するカラー軸基部44と、カラー軸基部44の前端部から段差状に拡径され、カラー軸挿入部42に接続されるカラー軸フランジ部45と、を有する。カラー軸挿入部42は、セレーション結合により、チューブ1と一体回転可能に固定されている。
この際、カラー軸フランジ部46の外径Dxは、スリーブ軸フランジ部24と同様に、チューブ第2端部12の内周層13の内径R1よりも大きく、かつチューブ1の外周層14の内径R2よりも小さく設定されている。これにより、カラー軸フランジ部45によってチューブ第2端部12の内周層13を剥離しつつ外周層14を径方向外側へと押し拡げながら、カラー軸本体部41がチューブ1の内部へと潜り込み、車両が衝突した際に発生する衝突エネルギの吸収や、プロペラシャフトPSの車体側への屈曲の抑制が可能となっている。
また、第2継手溶接部43は、周知の摩擦撹拌接合によりカラー軸4側に形成された溶接部であって、外周側に、摩擦撹拌接合に伴い形成されたカラー側カール部430を有する。カラー側カール部430は、カラー軸4の後端部の外周側縁の全体にわたって周方向に連続して形成されている。より具体的には、カラー側カール部430は、縦断面がほぼ円弧状(三日月状)となるように形成され、第2継手部材6との接合面から離間する側へ反り返るように外周側へ膨出するフランジ状に形成されている。
第1継手部材5は、第1摩擦撹拌接合部W1を介してスタブ軸3に接続される継手部材であって、スタブ軸3との接続に供する第1継手基部51と、第1継手基部51とは別体に形成され、第1継手基部51に複数の第1ボルトB1及び第1ナットN1を介して一体的に接続される第1継手部52と、を有する。そして、第1継手部材5の前端側から第1継手部52に図示外の前記第1軸部が図示外の複数のボルトを介して締結されることで、図示外の前記第1軸部とプロペラシャフトPSが一体回転可能に接続される。
第1継手基部51は、中央部に設けられる概ね円環状の第1環状部511と、第1環状部511の外周側へ放射状に延出し、複数の第1ボルトB1及び第1ナットN1を介して第1継手部52に接続される複数(例えば3つないし4つ)の第1フランジヨーク512と、を有する。この第1環状部511と第1フランジヨーク512は、所定の金属材料によって一体に形成されている。また、第1継手基部51の中央部には、後述する第1継手部52の第1中央空間部S1に臨む第1ブッシュ孔514が、軸方向に沿って貫通形成されていて、この第1ブッシュ孔514には、第1センタリングブッシュ53が圧入されている。
第1環状部511は、前端側が比較的厚肉に、かつ後端側が比較的薄肉に形成された、段差径状に形成されている。具体的には、第1環状部511は、後端部に比較的薄肉に設けられ、摩擦撹拌接合によってスタブ軸3と接合される第1継手側薄肉部511aと、前端部に比較的厚肉に設けられ、第1フランジヨーク512に接続される第1継手側厚肉部511bと、を有する。そして、摩擦撹拌接合によって第1継手側薄肉部511aの後端部が塑性流動することにより、後端部に第1継手側カール部510が形成される。なお、本実施形態では、第1継手側カール部510とスタブ側カール部330とによって、第1摩擦撹拌接合部W1が構成されている。
第1フランジヨーク512は、それぞれの先端部に、第1ボルトB1が貫通可能な第1ヨーク側貫通孔513が貫通形成されている。すなわち、第1フランジヨーク512の各先端部には、それぞれ第1継手部52の第1ボルト貫通孔521に対応する第1ヨーク側貫通孔513が設けられていて、第1ボルト貫通孔521と第1ヨーク側貫通孔513とを貫通する第1ボルトB1により、第1継手部52と第1フランジヨーク512とが共締め固定される構成となっている。
第1継手部52は、中央部にほぼ円形の第1中央空間部S1を有する概ね円環状に形成された周知のラバーカップリングであって、周方向に概ね等間隔に配置され、第1継手基部51(第1フランジヨーク512)との接続に供する第1ボルト貫通孔521と、第1ボルト貫通孔521の周方向間に概ね等間隔に配置され、図示外の前記第1軸部との接続に供する第1軸側ボルト貫通孔522と、を有する。すなわち、第1継手部52の第1ボルト貫通孔521と、第1フランジヨーク512の第1ヨーク側貫通孔513とを貫通する第1ボルトB1に、それぞれ第1ナットN1がねじ込まれることで、第1継手基部51と第1継手部52とが接続され、一体回転可能に固定される。他方、第1継手部52の第1軸側ボルト貫通孔522と、図示外の第1軸部の第1軸部貫通孔とを貫通する図示外の第3ボルトに、それぞれ図示外の第3ナットがねじ込まれることで、図示外の前記第1軸部と第1継手部52とが接続され、一体回転可能に固定される。
第2継手部材6は、第2摩擦撹拌接合部W2を介してカラー軸4に接続される継手部材であって、カラー軸4との接続に供する第2継手基部61と、第2継手基部61とは別体に形成され、第2継手基部61に複数の第2ボルトB2及び第2ナットN2を介して一体的に接続される第2継手部62と、を有する。そして、第2継手部材6の前端側から第2継手部62に図示外の前記第2軸部が図示外の複数のボルトを介して締結されることで、図示外の前記第2軸部とプロペラシャフトPSが一体回転可能に接続される。
第2継手基部61は、中央部に設けられる概ね円環状の第2環状部611と、第2環状部611の外周側へ放射状に延出し、複数の第2ボルトB2及び第2ナットN2を介して第2継手部62に接続される複数(例えば3つないし4つ)の第2フランジヨーク612と、を有する。この第2環状部611と第2フランジヨーク612は、所定の金属材料によって一体に形成されている。また、第2継手基部61の中央部には、後述する第2継手部62の第2中央空間部S2に臨む第2ブッシュ孔614が、軸方向に沿って貫通形成されていて、この第2ブッシュ孔614には、第2センタリングブッシュ63が圧入されている。また、第2環状部611は、軸方向において概ね一定の厚さを有し、摩擦撹拌接合によって前端部が塑性流動することにより、後端部に第2継手側カール部610が形成されている。なお、本実施形態では、第2継手側カール部610とカラー側カール部430とによって、第2摩擦撹拌接合部W2が構成されている。
第2継手部62は、中央部にほぼ円形の第2中央空間部S2を有する概ね円環状に形成された周知のラバーカップリングであって、周方向に概ね等間隔に配置され、第2継手基部61(第2フランジヨーク612)との接続に供する第2ボルト貫通孔621と、第2ボルト貫通孔621の周方向間に概ね等間隔に配置され、図示外の前記第2軸部との接続に供する第2軸側ボルト貫通孔622と、を有する。すなわち、第2ボルト貫通孔621を貫通する第2ボルトB2及びこれに締結される第2ナットN2を介して、第2継手基部61と第2継手部62とが接続され、一体回転可能に固定される。他方、第2軸側ボルト貫通孔622を貫通する図示外の第4ボルト及びこれに締結される図示外の第4ナットを介して、図示外の前記第2軸部と第2継手部62とが接続され、一体回転可能に固定される。
また、スリーブ軸2とスタブ軸3の間には、スリーブ軸2とスタブ軸3との接続部分を包囲する蛇腹円筒状のブーツ部材7が、スリーブ軸2とスタブ軸3に跨るかたちで設けられている。ブーツ部材7は、樹脂材料、例えばポリプロピレン(PP)及びエチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)をブロー成形によって形成される。そして、ブーツ部材7の第1端部である筒状に形成されたブーツ第1端部71は、スリーブ軸2のスリーブ軸本体部21の外周面に、金属材料や樹脂材料からなる環状のブーツバンド8によって締め付け(緊縛)固定される。一方、ブーツ部材7の第2端部であってブーツ第1端部71と同様に筒状に形成されたブーツ第2端部72は、スタブ軸3の外周面のうちバランスピース9が取り付けられる大径部311と異なる面であって大径部311から段差状に縮径した中径部312の外周面に、ブーツバンド8によって締め付け(緊縛)固定される。
このように、ブーツバンド8の締め付け力(緊縛力)によりブーツ第1端部71及びブーツ第2端部72の内周面がそれぞれスリーブ軸2及びスタブ軸3の外周面に密着することで、スリーブ軸2とスタブ軸3との接続部分が液密に保護されている。また、この液密に保護されたブーツ部材7の内部には、スリーブ軸2とスタブ軸3との接続部分の潤滑に供する図示外のグリスが封入されている。
(プロペラシャフトの製造方法)
まず、第1継手部材5の第1継手基部51とスタブ軸3とを摩擦撹拌接合(摩擦溶接)によって接合する。具体的には、第1継手部材5の第1継手基部51を固定した状態で、スタブ軸3を回転させながら当該第1継手基部51に押し付けることにより、スタブ軸3と第1継手基部51の摺接面を塑性流動させて、スタブ軸3と第1継手基部51とを接合する。
まず、第1継手部材5の第1継手基部51とスタブ軸3とを摩擦撹拌接合(摩擦溶接)によって接合する。具体的には、第1継手部材5の第1継手基部51を固定した状態で、スタブ軸3を回転させながら当該第1継手基部51に押し付けることにより、スタブ軸3と第1継手基部51の摺接面を塑性流動させて、スタブ軸3と第1継手基部51とを接合する。
なお、上記の摩擦撹拌接合にあたり、スタブ軸3については、摩擦撹拌接合機において、バランスピース9の取付領域であるスタブ軸本体部31の大径部311の外周面をチャッキングしてスタブ軸3を回転させることにより、当該スタブ軸3を第1継手部材5の第1継手基部51に接合させることができる。換言すれば、スタブ軸本体部31の大径部311の外周面にはバランスピース9を取り付けるための所定の軸方向領域が確保されていることから、当該バランスピース9の取付領域であるスタブ軸本体部31の大径部311の外周面を摩擦撹拌接合時におけるスタブ軸3のチャッキングに利用することができる。したがって、スタブ軸3と第1継手基部51とを摩擦撹拌接合するにあたり、スタブ軸3の外周に前記チャッキングのための軸方向領域を別途設定する必要がなくなり、その結果、スタブ軸3の軸方向の小型化に寄与することができる。
続いて、第1継手基部51の第1ブッシュ孔514内に、第1センタリングブッシュ53を圧入する。その後、第1継手部52の第1ボルト貫通孔521と第1継手基部51の第1フランジヨーク512の第1ヨーク側貫通孔513とに挿入された第1ボルトB1に、それぞれ第1ナットN1をねじ込むことで、第1継手基部51と第1継手部52とを連結する。
続いて、ブーツ部材7のブーツ第2端部72を、スタブ軸3の中径部312の外周面に、ブーツバンド8によって締め付け固定する。その後、このブーツ部材7が取り付けられたスタブ軸3の雄スプライン部34を、予めチューブ1に取り付けられたスリーブ軸2の雌スプライン部25に挿入して嵌合させると共に、ブーツ部材7のブーツ第1端部71を、スリーブ軸2のスリーブ軸本体部21の外周面に、ブーツバンド8によって締め付け固定する。
最後に、このブーツ部材7が取り付けられたプロペラシャフトPSのアンバランスを測定し、この測定の結果に応じたバランスピース9を、スタブ軸3の大径部311の外周面に、スポット溶接により取り付け固定することにより、プロペラシャフトPSの組み付けが完了する。
(本実施形態の作用効果)
前述のように、近年、プロペラシャフトの振動をより効果的に抑制するべく、等速ジョイントに代えて、前端部についてもいわゆるラバージョイント(ラバーカップリング)を介して車両の変速機に接続可能なプロペラシャフトが開発されている。この場合、プロペラシャフトの伸縮に供するスプライン嵌合部を前記ラバージョイントとチューブ部材との間、すなわちスリーブ軸2とスタブ軸3との間に設けることになる。ここで、前記従来のようにバランスピース9をスリーブ軸2に溶接した場合は、前記溶接の熱影響によって、スリーブ軸2の内周側の前記スプライン嵌合部が変形してしまうおそれがある。具体的には、前記溶接の熱影響によって、前記スプライン嵌合部を構成する雌スプライン部25と雄スプライン部34の隙間が変化してしまうおそれがある。その結果、プロペラシャフトにおいて新たな回転アンバランスが発生し、当該プロペラシャフトの回転アンバランスの修正が困難となってしまうおそれがある。
前述のように、近年、プロペラシャフトの振動をより効果的に抑制するべく、等速ジョイントに代えて、前端部についてもいわゆるラバージョイント(ラバーカップリング)を介して車両の変速機に接続可能なプロペラシャフトが開発されている。この場合、プロペラシャフトの伸縮に供するスプライン嵌合部を前記ラバージョイントとチューブ部材との間、すなわちスリーブ軸2とスタブ軸3との間に設けることになる。ここで、前記従来のようにバランスピース9をスリーブ軸2に溶接した場合は、前記溶接の熱影響によって、スリーブ軸2の内周側の前記スプライン嵌合部が変形してしまうおそれがある。具体的には、前記溶接の熱影響によって、前記スプライン嵌合部を構成する雌スプライン部25と雄スプライン部34の隙間が変化してしまうおそれがある。その結果、プロペラシャフトにおいて新たな回転アンバランスが発生し、当該プロペラシャフトの回転アンバランスの修正が困難となってしまうおそれがある。
また、前記従来のプロペラシャフトのように、バランスピース9をスリーブ軸2に溶接した場合は、プロペラシャフトの支持部である第1継手部52からバランスピース9までの軸方向の距離が比較的遠くなってしまう。このため、バランスピース9によるプロペラシャフトの回転アンバランスの細かな調整を行うことが困難となってしまう。具体的には、バランスピース9は、1グラム(g)ないし2グラム(g)といった所定の単位で形成されることから、プロペラシャフトの支持部(第1継手部52)からバランスピース9までの軸方向の距離が遠くなると、プロペラシャフトの回転アンバランスを適切に修正することが困難となってしまうおそれがある。
これに対して、本実施形態に係るプロペラシャフトPSでは、以下の効果が奏せられることにより、前記従来のプロペラシャフトの課題を解決することができる。
前記プロペラシャフトPSは、一対の車両側回転軸部である第1軸部(図示外)と第2軸部(図示外)の間に設けられる動力伝達軸(プロペラシャフトPS)において、筒状に形成されたシャフト部材(チューブ1)と、接続管部材であって、シャフト部材(チューブ1)の回転軸線Zの方向における一対の端部である第1シャフト端部(チューブ第1端部11)と第2シャフト端部(第2端部)のうち、第1軸部(図示外)側へ指向する第1シャフト端部(チューブ第1端部11)側から第1シャフト部材(チューブ1)の内側に挿入された挿入部(スリーブ軸挿入部22)と、挿入部(スリーブ軸挿入部22)よりも第1軸部(図示外)側に設けられた接続管部材本体部(スリーブ軸本体部21)と、接続管部材本体部(スリーブ軸本体部21)の内側に設けられた雌スプライン部25と、を有する接続管部材(スリーブ軸2)と、摺動部材であって、雌スプライン部25の内側に挿入され、雌スプライン部25とスプライン結合された雄スプライン部34と、雌スプライン部25よりも第1軸部(図示外)側に設けられ、雄スプライン部34と繋がる筒状の摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)と、を有する摺動部材(スタブ軸3)と、摺動部材(スタブ軸3)と第1軸部(図示外)とを接続する継手部材であって、摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)に接続される環状の継手基部(第1継手基部51)と、第1軸部(図示外)に接続される継手部(第1継手部52)と、が一体的に形成された継手部材(第1継手部材5)と、接続管部材本体部(スリーブ軸本体部21)と摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)とに跨って設けられ、回転軸線Zの方向における一対の端部であるブーツ第1端部71とブーツ第2端部72のうち、第1軸部(図示外)側へ指向するブーツ第1端部71が摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)の外周部に固定され、かつ第2軸部(図示外)側へ指向するブーツ第2端部72が接続管部材本体部(スリーブ軸本体部21)の外周部に固定された筒状のブーツ部材7と、回転軸線Zの方向におけるブーツ第1端部71と継手部(第1継手部52)との間の領域に設けられ、摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)の外周側に溶接によって取り付けられた重り部材(バランスピース9)と、を備えている。
このように、本実施形態では、スプライン嵌合部である前記両スプライン部25,34から軸方向に離間した、スタブ軸3のスタブ軸本体部31の外周側に、バランスピース9が配置されている。これにより、バランスピース9を溶接した際の両スプライン部25,34における隙間の変化が抑制され、新たな回転アンバランスの発生を抑制することができる。その結果、バランスピース9によるプロペラシャフトPSの回転アンバランスの修正を、適切かつ容易に行うことができる。
加えて、バランスピース9がスタブ軸本体部31の外周側に配置されることで、プロペラシャフトPSの支持部である第1継手部52からバランスピース9までの軸方向の距離が短縮され、バランスピース9をプロペラシャフトPSの支持部(第1継手部52)に近づけることが可能となる。これにより、バランスピース9によるプロペラシャフトPSの回転アンバランスの適切な微調整に寄与し、当該プロペラシャフトPSの回転アンバランスの調整を、より適切かつ容易に行うことができる。
また、本実施形態では、継手部材(第1継手部材5)は、溶接部(第1継手溶接部33)を介して摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)と接続され、摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)のうち、重り部材(バランスピース9)が取り付けられた領域(スタブ側厚肉部311b)の回転軸線Zに対する径方向の厚さTbは、溶接部(スタブ側薄肉部311a)の径方向の厚さTaよりも大きい。
このように、本実施形態では、スタブ軸本体部31のうちバランスピース9が溶接されるスタブ側厚肉部311bの厚さTbが、スタブ側薄肉部311aの厚さTaよりも大きく設定されている。これにより、バランスピース9の溶接時に発生するスタブ軸本体部31の熱影響(熱歪)を抑制することが可能となる。その結果、スタブ軸本体部31を介してスリーブ側接続部32に伝わるバランスピース9の溶接に伴う熱影響を低減することができる。
また、本実施形態では、摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)における重り部材(バランスピース9)が取り付けられた領域の径方向の厚さTxは、回転軸線Zの方向において溶接部(第1継手溶接部33)よりも第2軸部(図示外)側へ向かうほど増大する。
このように、本実施形態では、スタブ軸本体部31におけるバランスピース9が溶接される軸方向領域の厚さTxが、第2軸部側、すなわちスリーブ側接続部32側へ向かって漸次増大する構成となっている。具体的には、スタブ側薄肉部311aとスタブ側厚肉部311bの間に、スタブ軸本体部31の厚さTxをスタブ側薄肉部311aからスタブ側厚肉部311bへと漸次増大してなる厚さ徐変部311cが形成されている。かかる厚さ徐変部311cにより、スタブ側薄肉部311aからスタブ側厚肉部311bへと直接移行する場合と比べて、スタブ側薄肉部311aとスタブ側厚肉部311bの境界部分に発生する応力集中を低減することができる。
また、本実施形態では、重り部材(バランスピース9)が取り付けられた領域の径方向の厚さTbは、回転軸線Zの方向において均一である。
このように、本実施形態では、バランスピース9が溶接されるスタブ軸本体部31の厚さ、すなわちスタブ軸本体部31のスタブ側厚肉部311bの厚さTbが、軸方向において均一に設定されている。これにより、スタブ側厚肉部311bの軸方向範囲内であれば、バランスピース9の溶接位置に関係なく、当該溶接に伴う熱影響(熱歪)を一定化することが可能となる。これにより、プロペラシャフトPSの品質管理性や歩留まりを向上させることができる。
また、本実施形態では、摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)は、重り部材(バランスピース9)が取り付けられた大径部311と、大径部311よりも雄スプライン部34側において大径部311よりも小径に形成され、ブーツ第1端部71が固定された中径部312と、を有する。
このように、本実施形態では、ブーツ部材7の取付面がバランスピース9の取付面と異なり、スタブ軸本体部31において、ブーツ第1端部71が、バランスピース9が溶接される大径部311よりも小径に形成された中径部312に固定される構成となっている。これにより、バランスピース9を溶接する際、バランスピース9や当該バランスピース9の位置決めに供する治具と、ブーツ第1端部71との干渉を抑制することが可能となり、バランスピース9の溶接作業性の向上が図れる。
また、本実施形態では、継手部材(第1継手部材5)は、溶接部(第1継手溶接部33)を介して摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)と接続され、重り部材(バランスピース9)は、回転軸線Zの方向において、溶接部(第1継手溶接部33)よりも摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)側に配置されている。
バランスピース9を第1継手部材5側に配置する場合には、第1継手部材5(第1継手基部51)においてバランスピース9を配置するために軸方向領域を大きく確保する必要がある。しかし、第1継手部材5(第1継手基部51)の軸方向領域を大きく確保しようとすると、当該第1継手部材5を例えば鍛造によって形成する場合に、当該第1継手部材5の良好な生産性を確保することが困難となる。
これに対し、本実施形態のように、バランスピース9を、第1継手溶接部33を境界に、第1継手部材5(第1継手基部51)側ではなくスタブ軸本体部31側に配置することにより、第1継手部材5の良好な生産性を確保することができる。また、バランスピース9をスタブ軸本体部31側に配置することにより、バランスピース9が第1継手部材5(第1継手部52)に近づきすぎるおそれがなく、バランスピース9の良好な溶接作業性を確保することができる。
また、本実施形態では、継手部材(第1継手部材5)は、溶接部(第1継手溶接部33)を介して摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)と接続され、重り部材(バランスピース9)は、回転軸線Zの方向において、溶接部(第1継手溶接部33)から離間して設けられている。
このように、本実施形態では、バランスピース9が、軸方向において、第1継手溶接部33から離間した位置に取り付けられていて、バランスピース9と第1継手溶接部33の間に所定の隙間Gが確保されている。これにより、バランスピース9と第1継手溶接部33の干渉を抑制することが可能となる。すなわち、バランスピース9の溶接時に、バランスピース9が第1継手溶接部33に乗り上げた状態で溶接されるおそれがなくなる。その結果、バランスピース9の溶接強度が確保され、プロペラシャフトPSの品質管理性や歩留まりを向上させることができる。
〔第2実施形態〕
図3は本発明に係る動力伝達軸の第2実施形態を示し、前記第1実施形態に係るプロペラシャフトPSにおけるバランスピース9の配置を変更したものである。なお、かかる変更点以外の基本的な構成については、前記第1実施形態と同様であるため、当該第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。また、当該実施形態の説明においては、便宜上、図3の左側を「前」、右側を「後」として説明すると共に、図3の回転軸線Zに沿う方向を「軸方向」、回転軸線Zに直交する方向を「径方向」、回転軸線Z周りの方向を「周方向」として説明する。
図3は本発明に係る動力伝達軸の第2実施形態を示し、前記第1実施形態に係るプロペラシャフトPSにおけるバランスピース9の配置を変更したものである。なお、かかる変更点以外の基本的な構成については、前記第1実施形態と同様であるため、当該第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。また、当該実施形態の説明においては、便宜上、図3の左側を「前」、右側を「後」として説明すると共に、図3の回転軸線Zに沿う方向を「軸方向」、回転軸線Zに直交する方向を「径方向」、回転軸線Z周りの方向を「周方向」として説明する。
図3は、本発明の第2実施形態に係るプロペラシャフトPSの要部拡大図であって、図2と同様、プロペラシャフトPSの前端側(チューブ第1端部11よりも前端側)を拡大して表示した半断面図を示している。
図3に示すように、本実施形態に係るプロペラシャフトPSは、第1摩擦撹拌接合部W1の前後において、スタブ軸本体部31の大径部311の外径D1及び第1継手基部51の第1環状部511の外径D3が、それぞれ第1摩擦撹拌接合部W1の外径、すなわちスタブ側カール部330の外径D4及び第1継手側カール部510の外径D5よりも大きく設定されている。
より具体的には、本実施形態では、スタブ軸本体部31の大径部311が、第1継手部材5と摩擦撹拌接合されるスタブ側薄肉部311aと、スタブ側薄肉部311aの後端部に段差状に拡径されたスタブ側厚肉大径部311dと、で構成される。スタブ側薄肉部311aは、前端部が摩擦撹拌接合により第1継手部材5に接続され、当該前端部の外周側には、前記第1実施形態と同様に、摩擦撹拌接合に伴いスタブ側カール部330が形成されている。スタブ側厚肉大径部311dは、軸方向において、概ね一定の外径D1に設定されると共に、当該外径D1が、第1摩擦撹拌接合部W1の外径、すなわちスタブ側カール部330の外径D4及び第1継手側カール部510の外径D5よりも大きくなるように設定されている。
なお、本実施形態では、スタブ側厚肉大径部311dが、径方向外側に拡径形成されていることから、スタブ側薄肉部311aとスタブ側厚肉大径部311dは、同一の内径R3を有し、軸方向に沿って平坦状に連続する構成となっている。この際、スタブ側薄肉部311a及びスタブ側厚肉大径部311dの内径R3は、第1摩擦撹拌接合部W1の内径、すなわちスタブ側カール部330の内径R4及び第1継手側カール部510の内径R5よりも大きく設定されている。このように、スタブ側薄肉部311a及びスタブ側厚肉大径部311dの内径R3については、スタブ側カール部330の内径R4及び第1継手側カール部510の内径R5よりも大きく設定することで、当該スタブ側薄肉部311a及びスタブ側厚肉大径部311dを必要以上に厚肉に形成せず、スタブ軸3の軽量化が図られている。
同様に、本実施形態では、第1継手基部51の第1環状部511が、スタブ軸3と摩擦撹拌接合される第1継手側薄肉部511aと、第1継手側薄肉部511aの前端部に段差状に拡径された第1継手側厚肉大径部511cと、で構成される。第1継手側薄肉部511aは、後端部が摩擦撹拌接合によりスタブ軸3に接続され、当該後端部の外周側には、前記第1実施形態と同様に、摩擦撹拌接合に伴い第1継手側カール部510が形成されている。第1継手側厚肉大径部511cは、軸方向において、概ね一定の外径D3に設定されると共に、当該外径D3が、第1摩擦撹拌接合部W1の外径、すなわちスタブ側カール部330の外径D4及び第1継手側カール部510の外径D5よりも大きくなるように設定されている。
以上のように、本実施形態では、継手部材(第1継手部材5)は、摩擦撹拌接合によって形成される摩擦撹拌接合部(第1摩擦撹拌接合部W1)を介して摺動部材本体部(スタブ軸本体部31)と接続され、回転軸線Zの方向における摩擦撹拌接合部(第1摩擦撹拌接合部W1)の前後は、摩擦撹拌接合によって形成されるカール部(スタブ側カール部330)よりも大径に形成され、重り部材(バランスピース9)は、回転軸線Zの方向において、摩擦撹拌接合部(第1摩擦撹拌接合部W1)とオーバーラップした状態で配置されている。
このように、本実施形態では、第1摩擦撹拌接合部W1の前後の外径D1,D3が、当該第1摩擦撹拌接合部W1の外径(スタブ側カール部330の外径D4及び第1継手側カール部510の外径D5)よりも大きく設定されていて、バランスピース9が軸方向において第1摩擦撹拌接合部W1とオーバーラップ可能となっている。より具体的には、バランスピース9は、スタブ側厚肉大径部311dに溶接され、軸方向においてバランスピース9の前端部が第1摩擦撹拌接合部W1と重なるように配置されている。かかる構成により、バランスピース9の溶接位置が軸方向にずれてしまった場合でも、バランスピース9と第1摩擦撹拌接合部W1(スタブ側カール部330及び第1継手側カール部510)とが干渉してしまうおそれがなく、プロペラシャフトPSの歩留まりの向上を図ることができる。
また、前述のように、バランスピース9と第1摩擦撹拌接合部W1とをオーバーラップ可能に構成することで、バランスピース9を第1継手部材5により近づけることが可能となる。その結果、プロペラシャフトPSの回転アンバランスの微調整を一層容易に行うことができる。
本発明は、前記実施形態で例示した構成や態様に限定されるものではなく、前述した本発明の作用効果を奏し得るような形態であれば、適用対象の仕様やコスト等に応じて自由に変更可能である。
例えば、前記実施形態では、前記図示外の第1軸部を車両の変速機の出力軸とし、前記図示外の第2軸部を車両の差動装置の入力軸としたものを例示したが、その逆であってもよい。
また、前記変速機が駆動輪(後輪)側に設けられた車両の場合は、前記第1軸部はエンジンの出力軸、前記第2軸部は変速機の入力軸としてもよく、また、その逆であってもよい。
また、前記変速機の代わりに電動モータを無段減速機として使用する車両に対しても適用することができる。
また、本発明に係る実施形態では、バランスピース9をスタブ軸3のスタブ軸本体部31に配置することにより、雌スプライン部25と雄スプライン部34からなるスプライン嵌合部に対する熱影響を低減するという本願発明の技術的課題を解決しているものの、他の実施態様として、第1継手部材5の第1継手基部51を後端側へ延長し、この延長した第1継手基部51に取り付ける構成とすることも可能である。
以上説明した実施形態等に基づく動力伝達軸としては、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。
すなわち、当該動力伝達軸は、その1つの態様において、一対の車両側回転軸部である第1軸部と第2軸部の間に設けられる動力伝達軸において、筒状に形成されたシャフト部材と、接続管部材であって、前記シャフト部材の回転軸線の方向における一対の端部であるシャフト第1端部とシャフト第2端部のうち、前記第1軸部側へ指向する前記シャフト第1端部側から前記シャフト部材の内側に挿入された挿入部と、前記挿入部よりも前記第1軸部側に設けられた接続管部材本体部と、前記接続管部材本体部の内側に設けられた雌スプライン部と、を有する前記接続管部材と、摺動部材であって、前記雌スプライン部の内側に挿入され、前記雌スプライン部とスプライン結合された雄スプライン部と、前記雌スプライン部よりも前記第1軸部側に設けられ、前記雄スプライン部と繋がる筒状の摺動部材本体部と、を有する前記摺動部材と、前記摺動部材と前記第1軸部とを接続する継手部材であって、前記摺動部材本体部に接続される環状の継手基部と、前記第1軸部に接続される継手部と、が一体的に形成された前記継手部材と、前記接続管部材本体部と前記摺動部材本体部とに跨って設けられ、前記回転軸線の方向における一対の端部であるブーツ第1端部とブーツ第2端部のうち、前記第1軸部側へ指向する前記ブーツ第1端部が前記摺動部材本体部の外周部に固定され、かつ前記第2軸部側へ指向する前記ブーツ第2端部が前記接続管部材本体部の外周部に固定された筒状のブーツ部材と、前記回転軸線の方向における前記ブーツ第1端部と前記継手部との間の領域に設けられ、前記摺動部材本体部の外周側に溶接によって取り付けられた重り部材と、を備えている。
前記動力伝達軸の好ましい態様において、前記継手部材は、溶接部を介して前記摺動部材本体部と接続され、前記摺動部材本体部のうち、前記重り部材が取り付けられた領域の前記回転軸線に対する径方向の厚さは、前記溶接部の前記径方向の厚さよりも大きい。
別の好ましい態様では、前記動力伝達軸の態様のいずれかにおいて、前記摺動部材本体部における前記重り部材が取り付けられた領域の前記径方向の厚さは、前記回転軸線の方向において前記溶接部よりも前記第2軸部側へ向かうほど増大する。
さらに別の好ましい態様では、前記動力伝達軸の態様のいずれかにおいて、前記重り部材が取り付けられた領域の前記径方向の厚さは、前記回転軸線の方向において均一である。
さらに別の好ましい態様では、前記動力伝達軸の態様のいずれかにおいて、前記摺動部材本体部は、前記重り部材が取り付けられた大径部と、前記大径部よりも前記雄スプライン部側において前記大径部よりも小径に形成され、前記ブーツ第1端部が固定された中径部と、を有する。
さらに別の好ましい態様では、前記動力伝達軸の態様のいずれかにおいて、前記継手部材は、溶接部を介して前記摺動部材本体部と接続され、前記重り部材は、前記回転軸線の方向において、前記溶接部よりも前記摺動部材本体部側に配置される。
さらに別の好ましい態様では、前記動力伝達軸の態様のいずれかにおいて、前記継手部材は、溶接部を介して前記摺動部材本体部と接続され、前記重り部材は、前記回転軸線の方向において、前記溶接部から離間して設けられている。
さらに別の好ましい態様では、前記動力伝達軸の態様のいずれかにおいて、前記継手部材は、摩擦撹拌接合によって形成される摩擦撹拌接合部を介して前記摺動部材本体部と接続され、前記回転軸線の方向における前記摩擦撹拌接合部の前後は、前記摩擦撹拌接合によって形成されるカール部よりも大径に形成され、前記重り部材は、前記回転軸線の方向において、前記摩擦撹拌接合部とオーバーラップした状態で配置されている。
Claims (8)
- 一対の車両側回転軸部である第1軸部と第2軸部の間に設けられる動力伝達軸において、
筒状に形成されたシャフト部材と、
接続管部材であって、
前記シャフト部材の回転軸線の方向における一対の端部であるシャフト第1端部とシャフト第2端部のうち、前記第1軸部側へ指向する前記シャフト第1端部側から前記シャフト部材の内側に挿入された挿入部と、
前記挿入部よりも前記第1軸部側に設けられた接続管部材本体部と、
前記接続管部材本体部の内側に設けられた雌スプライン部と、
を有する前記接続管部材と、
摺動部材であって、
前記雌スプライン部の内側に挿入され、前記雌スプライン部とスプライン結合された雄スプライン部と、
前記雌スプライン部よりも前記第1軸部側に設けられ、前記雄スプライン部と繋がる筒状の摺動部材本体部と、
を有する前記摺動部材と、
前記摺動部材と前記第1軸部とを接続する継手部材であって、
前記摺動部材本体部に接続される環状の継手基部と、前記第1軸部に接続される継手部と、が一体的に形成された前記継手部材と、
前記接続管部材本体部と前記摺動部材本体部とに跨って設けられ、前記回転軸線の方向における一対の端部であるブーツ第1端部とブーツ第2端部のうち、前記第1軸部側へ指向する前記ブーツ第1端部が前記摺動部材本体部の外周部に固定され、かつ前記第2軸部側へ指向する前記ブーツ第2端部が前記接続管部材本体部の外周部に固定された筒状のブーツ部材と、
前記回転軸線の方向における前記ブーツ第1端部と前記継手部との間の領域に設けられ、前記摺動部材本体部の外周側に溶接によって取り付けられた重り部材と、
を備えたことを特徴とする動力伝達軸。 - 請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記継手部材は、溶接部を介して前記摺動部材本体部と接続され、
前記摺動部材本体部のうち、前記重り部材が取り付けられた領域の前記回転軸線に対する径方向の厚さは、前記溶接部の前記径方向の厚さよりも大きいことを特徴とする動力伝達軸。 - 請求項2に記載の動力伝達軸において、
前記摺動部材本体部における前記重り部材が取り付けられた領域の前記径方向の厚さは、前記回転軸線の方向において前記溶接部よりも前記第2軸部側へ向かうほど増大することを特徴とする動力伝達軸。 - 請求項2に記載の動力伝達軸において、
前記重り部材が取り付けられた領域の前記径方向の厚さは、前記回転軸線の方向において均一であることを特徴とする動力伝達軸。 - 請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記摺動部材本体部は、
前記重り部材が取り付けられた大径部と、
前記大径部よりも前記雄スプライン部側において前記大径部よりも小径に形成され、前記ブーツ第1端部が固定された中径部と、
を有することを特徴とする動力伝達軸。 - 請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記継手部材は、溶接部を介して前記摺動部材本体部と接続され、
前記重り部材は、前記回転軸線の方向において、前記溶接部よりも前記摺動部材本体部側に配置されることを特徴とする動力伝達軸。 - 請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記継手部材は、溶接部を介して前記摺動部材本体部と接続され、
前記重り部材は、前記回転軸線の方向において、前記溶接部から離間して設けられていることを特徴とする動力伝達軸。 - 請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記継手部材は、摩擦撹拌接合によって形成される摩擦撹拌接合部を介して前記摺動部材本体部と接続され、
前記回転軸線の方向における前記摩擦撹拌接合部の前後は、前記摩擦撹拌接合によって形成されるカール部よりも大径に形成され、
前記重り部材は、前記回転軸線の方向において、前記摩擦撹拌接合部とオーバーラップした状態で配置されていることを特徴とする動力伝達軸。
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