WO2020115917A1

WO2020115917A1 - 推進軸

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Publication number: WO2020115917A1
Application number: PCT/JP2018/045601
Authority: WO
Inventors: 大珍申
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2021-06-04

Abstract

自在継手（６）と、自在継手（６）に連結する軸部材（４０）と、を備える推進軸（１）であって、自在継手（６）は、外輪（１０）と、軸部材（４０）の一端部（４１）に連結され外輪（１０）内に揺動自在に配置された動力伝達部材と、を備え、軸部材（４０）は、一端部（４１）よりも大径に形成された大径部（４２）を有し、外輪（１０）には、軸方向に貫通する複数のボルト穴（１３）が形成され、大径部（４２）の一端部には、軸方向から視てボルト穴（１３）と同位相に配置され、ボルト締結工具に対する逃げ部（４６）が複数形成されている。

Description

推進軸

　本発明は、推進軸に関する。

　推進軸は、車両の前後方向に延在する動力伝達軸であり、原動機で発生し変速機で所定速度に減速された動力を終減速装置に伝達する。推進軸は、変速機や終減速装置と連結するため、両端に自在継手が設けられている。自在継手には、一般的に十字軸継手が利用されるが、動力伝達系の振動の発生を抑制するため、等速ジョイントが利用される場合がある。

　下記特許文献１に示すように、等速ジョイントは、外輪と、外輪内に配置される内輪と、外輪と内輪との間に介在し動力（トルク）を伝達する動力伝達部材（例えば複数の球体）と、一端部が内輪にスプライン嵌合し他端部がパイプに接合する軸部材と、を備えている。なお、パイプの径は、推進軸の長さや音振動特性の観点から大径となることが多い。よって、パイプに接合する軸部材の他端部は、一端部よりも大径に形成されている。以下、軸部材の他端部を大径部という。

　また、外輪のフランジには、軸方向に貫通するボルト穴が周方向に複数形成され、そのボルト穴にボルトが挿通している。そして、外輪のフランジと変速機の出力軸側のフランジ（又は終減速装置の入力軸側のフランジ）は、ボルトとナットに締結され、一体化している。よって、ボルトは、動力を伝達する役割を有し、高い締結軸力が求められている。このような理由から、ボルトは、高強度材料で形成され、高い締め付けトルクで管理されている。

実用新案登録第２５３１０２２号公報

　ところで、等速ジョイントの小型化・軽量化の観点から、上記したボルト穴のピッチサークルダイヤが小さくなっている。このため、外輪のフランジを貫通するボルトの頭部を工具で締め付けようとすると、工具が外輪の外周面に干渉する。また、エクステンションを用いてボルトを締めつけようとすると、工具が軸部材の大径部に干渉する。
　これに対し、軸部材を長尺化して工具と大径部との干渉を回避しようとすると、コストの増大と音振動特性の低下を招く。

　本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、コストの増大を回避しつつ、車両への取り付け作業性を確保できる推進軸を提供することを目的とする。

　前記課題を解決するため、第１発明に係る推進軸は、自在継手と、前記自在継手に連結する軸部材と、を備える推進軸であって、前記自在継手は、外輪と、前記軸部材の一端部に連結され前記外輪内に揺動自在に配置された動力伝達部材と、を備え、前記軸部材は、前記一端部よりも大径に形成された大径部を有し、前記外輪には、軸方向に貫通する複数のボルト穴が形成され、前記大径部の一端部には、軸方向から視て前記ボルト穴と同位相に配置され、ボルト締結工具に対する逃げ部が複数形成されていることを特徴とする。

　また、前記課題を解決するため、第２発明に係る推進軸は、自在継手と、前記自在継手に連結する軸部材と、を備える推進軸であって、前記自在継手は、外輪と、前記軸部材の一端部に連結され前記外輪内に揺動自在に配置された動力伝達部材と、を備え、前記軸部材は、前記一端部よりも大径に形成された大径部を有し、前記外輪には、軸方向に貫通する複数のボルト穴が形成され、前記大径部の一端部には、ボルト締結工具に対する逃げ部が形成され、前記逃げ部は、軸心を中心とする環状を成していることを特徴とする。

　前記する第１発明及び第２発明によれば、エクステンションを用いてボルトを締め付ける際、工具が軸部材の逃げ部内に配置され、工具が大径部と干渉しない。また、軸部材の長尺化を回避しておりコストの増大化が回避される。
　さらに、第１発明においては、大径部の一端部の外形が非円形となるため、推進軸の取り付けの際、推進軸の回り止め用の工具を係止させて、推進軸の回転を規制することができる。

　また、前記第１発明において、前記大径部の一端部の外周面は、軸方向から視て多角形状となっていてもよい。若しくは、前記大径部の一端部の外周面には、前記各ボルト穴と前記軸部材の中心とを結ぶ線の延長線上に中心を持つ円弧面が複数形成されていてもよい。

　また、前記第１発明において、前記大径部は、内部空間を有し、前記大径部の内周面は、前記一端部の外周面と相似していることが好ましい。

　大径部は、外周側に逃げ部が形成されると小径となり強度が低下するおそれがある。しかしながら、前記する構成によれば、内周面が径方向内側に突出し、所定の肉厚が確保されるため、強度の低下を回避できる。

　また、前記第１発明及び第２発明において、前記外輪の他端側開口を封止するゴム製の封止部材と、一端部が前記外輪に固定され、他端部が前記封止部材を支持する円筒部材と、を備え、前記ボルト穴は、前記外輪の本体部に形成され、前記円筒部材は、前記外輪の本体部よりも小径に形成され、前記逃げ部の少なくとも一部は、前記円筒部材の外周面よりも径方向内側に位置していてもよい。

　また、前記第１発明及び第２発明において、前記ボルト穴は、前記外輪のフランジに形成され、前記逃げ部の少なくとも一部は、前記外輪の本体部の外周面よりも径方向内側に位置していてもよい。

　本発明によれば、コストの増大を回避しつつ、車両への取り付け作業性を確保できる推進軸を提供できる。

第１実施形態の推進軸を上方から視た平面図である。第１実施形態の前側自在継手を拡大した拡大図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線の矢視断面図である。推進軸の取り付け作業の状態を上方から視た平面図である。推進軸の取り付け作業の状態を後方から視た断面図である。第２実施形態のスタブシャフトを切り、その断面を後方から視た断面図である。第３実施形態の前側自在継手を拡大した拡大図である。変形例に係るスタブシャフトを後方から視た背面図である。

　続いて各実施形態の推進軸１，１０１，２０１について図面を参照しながら説明する。各実施形態で共通する技術的要素には、共通の符号を付するとともに説明を省略する。

（第１実施形態）
　推進軸１は、例えばＦＦ（Ｆｒｏｎｔ－ｅｎｇｉｎｅ　Ｆｒｏｎｔ－ｄｒｉｖｅ）ベースの四輪駆動車に搭載される。推進軸１は、フロアパネル（不図示）の下方に配置され、車両の前後方向に延在し、車体前部の変速装置（不図示）からの動力を車体後部の終減速装置（不図示）に伝達する。
　図１に示すように、推進軸１は、円筒状の鋼管であって前後に分割された第１パイプ２及び第２パイプ３と、第１パイプ２と第２パイプ３とを接続する中間自在継手４と、第１パイプ２の前側に配置された前側自在継手６と、第２パイプ３の後側に配置された後側自在継手７と、を備えている。
　また、推進軸１において、中間自在継手４の後述するスタブシャフト４ｃは、フロアパネル（不図示）に取り付けられた軸受構造体５によって回転自在に支持されている。

　中間自在継手４には、トリポード型の等速ジョイントが用いられている。トリポード型の等速ジョイントは、第２パイプ３の前端に接合された円筒状の外輪４ａと、外輪４ａ内を揺動する動力伝達部材４ｂと、動力伝達部材４ｂに連結する中実の軸部材であるスタブシャフト４ｃと、を備えている。
　なお、本発明の中間自在継手４は、等速ジョイントに限定されず、十字軸継手を用いてもよい。また、本発明において等速ジョイントを用いる場合、トリポード型の等速ジョイントに限定されず、バーフィールド型やダブルオフセット型等であってもよく、特に限定されない。

　前側自在継手６及び後側自在継手７には、同一の等速ジョイントが用いられている。よって、代表例として前側自在継手６を説明し、後側自在継手７の説明を省略する。
　図２に示すように、前側自在継手６は、バーフィールド型の等速ジョイントが用いられている。バーフィールド型の等速ジョイントは、外輪１０と、内輪２０と、複数のボール３０と、軸部材であるスタブシャフト４０と、ブーツ５０と、ブーツアダプタ６０と、を備えている。

　外輪１０は、前後に開口する円筒状の本体部１１と、本体部１１の外周面１１ａから径方向外側に延びるリング状のフランジ１２と、を備えた鍛造部品である。
　本体部１１の内周面は、球面状に形成されている。本体部１１の内周面には、前後に延在し断面視で円弧状の外溝１１ｂが周方向に複数形成されている。
　フランジ１２は、変速機の出力軸に連結するコンパニオンフランジ８０（図４参照）と連結するための部位であり、本体部１１の外周面１１ａの前端に位置している。
　図３に示すように、フランジ１２の外形は、円形状を呈している。
　フランジ１２には、回転軸Ｏ１方向に貫通するボルト穴１３が周方向に等間隔で６つ形成されている。フランジ１２の後面であってボルト穴１３の周辺には、座面１４が形成されている。座面１４は、ボルトＢの頭部に締結される部位であり、切削等により平坦に形成されている。

　図２に示すように、内輪２０は円筒状を呈しており、内輪２０の内周面に穴スプライン２１が形成されている。内輪２０の外周面は、球面状に形成されている。また、内輪２０の外周面には、前後方向に延在し断面視で円弧状の内溝２２が周方向に複数形成されている。内輪２０の外周面にはケージ２３が嵌め込まれている。ケージ２３には、開口である窓部２４が形成されている。

　ボール３０は、金属製の球体である。ボール３０は、内輪２０の内溝２２内に収容されつつ一部がケージ２３の窓部２４から露出している。また、ボール３０において窓部２４から外側に露出する部分は、外輪１０の外溝１１ｂに入り込んでいる。
　ケージ２３は、内輪２０の内溝２２と、外輪１０の外溝１１ｂとの間で転動するボール３０が、入力軸となる外輪１０と、出力軸となる内輪２０とのなす角度の二等分線上に配置されるような働きをする。この働きにより入力軸と出力軸は回転変動を生じることなく動力が伝達される。

　スタブシャフト４０は、回転軸Ｏ１方向に延在する軸部材であり、前部に配置された小径部４１と、後部に配置された大径部４２と、小径部４１と大径部４２との間に介在する中間部４３と、を備えている。
　小径部４１の外周面には、軸スプライン４１ａが形成されており、この軸スプライン４１ａと内輪２０の穴スプライン２１とがスプライン嵌合している。
　大径部４２の外周面４２ｃは、円形状を呈し（図３の仮想線参照）、外径が第１パイプ２と同径に形成されている。大径部４２の後端部４２ａは、第１パイプ２の前端に接合し、大径部４２の後端面に肉抜き穴４２ｂが形成されている。

　図３に示すように、大径部４２の前端部４４の外周面には、径方向内側に凹む６つの円弧面４５が形成されている。このため、大径部４２の前端部４４であって円弧面４５の外周側には、大径部４２の他の部位の外周面４２ｃよりも径方向に窪む逃げ部（空間）４６が形成されている。
　また、円弧面４５は、回転軸Ｏ１とボルト穴１３の中心Ｏ２とを結ぶ線の延長線Ｌ上であって、ボルト穴１３よりも径方向外側に位置する点Ｏ３を中心としている。よって、回転軸Ｏ１方向から視ると、各ボルト穴１３の径方向内側に、円弧面４５と逃げ部４６が配置されている。
　また、図２に示すように、大径部４２の外径は、外輪１０の本体部１１の外径よりも小径に形成されている（図２の補助線Ｍ参照）。このため、円弧面４５及び逃げ部４６は、本体部１１の外周面１１ａよりも径方向内側に位置している。

　中間部４３は、小径部４１と略同径に形成されており、外周面にバンド５３により締め付けられたブーツ５０の後端５１が取り付けられている。
　ブーツ５０は、外輪１０の後開口を閉塞するゴム製の部品であり、断面視で略Ｊ字状となっている。
　ブーツアダプタ６０は、円筒状を呈する金属製の部品であり、前端６１が外輪１０の外周面１１ａに嵌め込まれるとともに加締められている。ブーツアダプタ６０の後端６２は、内側に折り返されてブーツ５０の前端５２を挟持している。

　つぎに、推進軸１の取り付け作業を説明する。
　図４に示すように、外輪１０のフランジ１２とコンパニオンフランジ８０のフランジ８１とを突き合わせ、互いのボルト穴１３，８２が重なるように配置する。次に、ボルトＢをボルト穴１３の後方から挿通し、ナットＮと螺合させる。また、ボルトＢを回転させてフランジ１２とフランジ８１を締結する。

　各ボルト穴１３にボルトＢを挿通し締結したら、次にボルトＢ及びナットＮの締め付けトルクを所定値に設定する。ここで、ボルト締結工具９１を直接ボルトＢの頭部に係合させようとすると、ボルト締結工具９１の係合部９２が外輪１０の外周面１１ａに干渉し係合できない。よって、ボルトＢの頭部にエクステンション９０の前端を嵌め、エクステンション９０の後端にボルト締結工具９１を係合させる。これによれば、ボルト締結工具９１の係合部９２の一部は、大径部４２の逃げ部４６内に配置される（図４、図５参照）。

　次に、図示しない工具をナットＮに係止させて回転しないように保持しつつ、ボルト締結工具９１をボルト穴１３の中心Ｏ２回りに回動し、締め付けトルクを所定値に設定する。各ボルトＢの締め付けトルクが所定値に設定されたら、取り付け作業が終了する。

　以上、第１実施形態によれば、エクステンション９０を用いてボルトＢを締め付ける際、ボルト締結工具９１が大径部４２と干渉しないため、ボルトＢの締め付け作業が容易となる。また、ボルト締結工具９１による締め付け作業中に、非円形となっている大径部４２の前端部４４に工具を係止させて推進軸１が回転しないようにでき、取り付けの作業性が向上する。また、スタブシャフト４０が長尺化していないため、コストの増大化も回避できる。

（第２実施形態）
　次に第２実施形態の推進軸１０１について説明する。
　推進軸１０１は、第１パイプ２と、第２パイプ３と、中間自在継手４と、前側自在継手１０６と、後側自在継手７と、を備えている。前側自在継手１０６は、外輪１０と、内輪２０と、複数のボール３０と、スタブシャフト１４０と、ブーツ５０と、ブーツアダプタ６０と、を備えている。よって、推進軸１０１は、スタブシャフト４０に代えてスタブシャフト１４０を備えている点が第１実施形態の推進軸１との相違点である。以下、相違点に絞って説明する。

　図６に示すように、スタブシャフト１４０の大径部１４２の外周面１４２ｃは、円形状を呈している（図６の破線参照）。大径部１４２の外径は、ｒ１に設定され、第２パイプ３と同径となっている。
　大径部１４２の前端部１４４の外周面１４５は、半径がｒ２となっており、外周面１４２ｃよりも小さい円形状となっている。このため、外周面１４５の外周側には、外周面１４２ｃよりも径方向内側に窪む環状の逃げ部（空間）１４６が形成されている。

　以上、第２実施形態によれば、エクステンション９０を用いてボルトＢを締め付ける際、ボルト締結工具９１の係合部９２の一部が逃げ部１４６に配置され、前端部１４４の外周面１４５と干渉しない。よって、ボルトＢの締め付け作業が容易となる。

（第３実施形態）
　次に第３実施形態の推進軸２０１について説明する。
　推進軸２０１は、第１パイプ２と、第２パイプ３と、中間自在継手４と、前側自在継手２０６と、後側自在継手７と、を備えている。
　図７に示すように、前側自在継手２０６は、クロスクローブ型の等速ジョイントであり、外輪２１０と、内輪２２０と、複数のボール（不図示）と、スタブシャフト２４０と、ブーツ２５０と、ブーツアダプタ２６０と、を備えている。

　外輪２１０は、前後に開口する円筒状の本体部２１１により構成されている。本体部２１１には、前端面と後端面とを貫通するボルト穴２１３が周方向に複数形成されている。
　内輪２２０の内周面には、穴スプライン２２１が形成されている。内輪２２０の外周面には、ケージ２２３が嵌め込まれている。
　ボールは、内輪２２０の内溝（不図示）内に収容されつつ一部がケージ２２３の窓部（不図示）から露出している。また、ボールにおいて窓部から外側に露出する部分は、外輪２１０の外溝（不図示）に入り込んでいる。
　ケージ２２３は、内輪２２０の内溝と、外輪２１０の外溝（不図示）との間で摺動するボールが、入力軸となる外輪２１０と、出力軸となる内輪２２０とのなす角度の二等分線上に配置されるような働きをする。この働きにより入力軸と出力軸は回転変動を生じることなく動力が伝達される。

　スタブシャフト２４０は、前部に配置された小径部２４１と、後部に配置された大径部２４２と、小径部２４１と大径部２４２との間に介在する中間部２４３と、を備えている。
　小径部２４１の外周面には、軸スプライン２４１ａが形成されており、この軸スプライン２４１ａと内輪２２０の穴スプライン２２１とがスプライン嵌合している。
　大径部２４２の外周面２４２ｃは円形状を呈し、大径部１４２の外径が第２パイプ３と同径となっている。
　大径部２４２の前端部２４４の外周面２４５は、外周面２４２ｃよりも小径に形成され、円形状となっている。このため、外周面２４５の外周側には、環状の逃げ部（空間）２４６が形成されている。
　また、前端部２４４の外径は、ブーツアダプタ２６０の後述する円筒部２６３の外径よりも小さい（図７の補助線Ｐを参照）。

　ブーツ２５０の後端は、バンド２５３により、スタブシャフト２４０の中間部２４３に取り付けられている。
　ブーツアダプタ２６０は、外輪２１０の本体部２１１の外周面２１１ａに外嵌される外嵌部２６１と、外嵌部２６１の後端から径方向内側に折り返された折り返し部２６２と、折り返し部２６２の内端から後方に延在する円筒部２６３と、円筒部２６３の後端を径方向内側に折り返してブーツ２５０の前端を挟持する挟持部２６４と、を備えている。
　なお、ボルト穴２１３に挿入され本体部２１１を締結するボルトＢは、頭部の外周面と円筒部２６３との隙間が小さいことから、頭部に六角形状の穴Ｂ１が形成されたものが用いられている。また、本体部２１１とボルトＢの頭部の間には、ワッシャＷが介在している。

　以上、第３実施形態によれば、エクステンション９０の先端部に形成された六角軸９０ａをボルトＢの六角形状の穴Ｂ１内に挿入し、エクステンション９０の後端にボルト締結工具９１の係合部９２を係合させると、係合部９２の一部が逃げ部２４６に配置され前端部２４４の外周面２４５に干渉しない。よって、ボルトＢの締め付け作業が容易となる。

　以上、各実施形態について説明したが、本発明は、実施形態で説明した例に限定されない。
　大径部の外周側に複数の逃げ部を形成するため、第１実施形態では、大径部４２の前端部４４に複数の円弧面４５を形成しているが、本発明は、大径部の前端部の外周面を軸方向から視て多角形状に形成することで、外周側に逃げ部が形成されるようにしてもよい。

　また、前側自在継手と後側自在継手として、バーフィールド型とクロスクローブ型の等速ジョイントを挙げたが、トリポード型やダブルオフセット型の等速ジョイントであってもよい。また、トリポード型やダブルオフセット型の等速ジョイントを用いる場合にあっては、逃げ部の少なくとも一部が外輪の本体部の外周面よりも径方向内側に位置するように形成する必要がある。

　また、各実施形態において、大径部の前端部の外周側にのみ逃げ部が形成されるように構成されているが、本発明は、大径部の前後方向の中間部の外周側や、後端部の外周側に逃げ部を拡張してよい。
　なお、大径部の中間部や後端部に逃げ部を拡張すると、大径部の外径が小さくなり、所定の強度を有しないおそれがある。よって、このような場合には、大径部における肉抜き穴の内周面を径方向内側に膨出させて所定の肉厚を確保する方法が挙げられる。
　また、図８に示すように、大径部３４２の内周面３４２ａを膨出させる場合、スタブシャフトの偏芯を抑制するため、肉抜き穴３４２ｂの内周面３４２ａを、円弧面３４５が形成された前端部３４４の外周面３４６と相似形にすることが好ましい。

　１，１０１，２０１　推進軸
　６，１０６，２０６　前側自在継手
　１０，２１０　外輪
　１１，２１１　本体部
　１２　　フランジ
　１３，２１３　ボルト穴
　２０，２２０　内輪
　４０，１４０，２４０　スタブシャフト（軸部材）
　４１，２４１　小径部
　４２，１４２，２４２，４４２　大径部
　４２ｃ，１４２ｃ，２４２ｃ　外周面
　４４，１４４，２４４　前端部
　４５，４４５　円弧面
　４６，１４６，２４６　逃げ部
　５０，２５０　ブーツ
　６０，２６０　ブーツアダプタ
　８０　　コンパニオンフランジ
　８１　　フランジ
　９０　　エクステンション
　９１　　ボルト締結工具
　９２　　係合部
　１４５，２４５，３４６　外周面
　２６３　円筒部

Claims

　自在継手と、前記自在継手に連結する軸部材と、を備える推進軸であって、
　前記自在継手は、外輪と、前記軸部材の一端部に連結され前記外輪内に揺動自在に配置された動力伝達部材と、を備え、
　前記軸部材は、前記一端部よりも大径に形成された大径部を有し、
　前記外輪には、軸方向に貫通する複数のボルト穴が形成され、
　前記大径部の一端部には、軸方向から視て前記ボルト穴と同位相に配置され、ボルト締結工具に対する逃げ部が複数形成されていることを特徴とする推進軸。
　自在継手と、前記自在継手に連結する軸部材と、を備える推進軸であって、
　前記自在継手は、外輪と、前記軸部材の一端部に連結され前記外輪内に揺動自在に配置された動力伝達部材と、を備え、
　前記軸部材は、前記一端部よりも大径に形成された大径部を有し、
　前記外輪には、軸方向に貫通する複数のボルト穴が形成され、
　前記大径部の一端部には、ボルト締結工具に対する逃げ部が形成され、
　前記逃げ部は、軸心を中心とする環状を成していることを特徴とする推進軸。
　前記大径部の一端部の外周面は、軸方向から視て多角形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の推進軸。
　前記大径部の一端部の外周面には、前記各ボルト穴と前記軸部材の中心とを結ぶ線の延長線上に中心を持つ円弧面が複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の推進軸。
　前記大径部は、内部空間を有し、
　前記大径部の内周面は、前記一端部の外周面と相似していることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の推進軸。
　前記外輪の他端側開口を封止するゴム製の封止部材と、
　一端部が前記外輪に固定され、他端部が前記封止部材を支持する円筒部材と、を備え、
　前記ボルト穴は、前記外輪の本体部に形成され、
　前記円筒部材は、前記外輪の本体部よりも小径に形成され、
　前記逃げ部の少なくとも一部は、前記円筒部材の外周面よりも径方向内側に位置していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の推進軸。
　前記ボルト穴は、前記外輪のフランジに形成され、
　前記逃げ部の少なくとも一部は、前記外輪の本体部の外周面よりも径方向内側に位置していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の推進軸。