WO2022059385A1

WO2022059385A1 - スタブシャフト、動力伝達軸およびスタブシャフトの製造方法

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Publication number: WO2022059385A1
Application number: PCT/JP2021/029489
Authority: WO
Inventors: 康史穐田; 健一郎石倉
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: US20250027530A1; JP2022049939A; CN116490624A

Abstract

スタブシャフトは、フランジ部と繋がる軸部が、第１外径部と第１外径部よりも小径の第２外径部とを有し、熱硬化処理部は、回転軸線を通過する断面において、回転軸線との成す角度が45度となる仮想線フランジ部と軸部との間の表面と重なり合う部分を境界部とし、回転軸線に沿う方向をX軸方向としたとき、X軸方向において、境界部よりも軸部の側に設けられている。

Description

スタブシャフト、動力伝達軸およびスタブシャフトの製造方法

　本発明は、スタブシャフト、動力伝達軸およびスタブシャフトの製造方法に関する。

　特許文献１には、車両の駆動力を伝達する回転軸と繋がる管部と、管部から回転力を受けるスタブシャフトと、を備えたプロペラシャフトが開示されている。スタブシャフトは、管部に溶接されるフランジ部と、フランジ部と繋がる軸部と、を有する。

特開2018-159404号公報

　軽量化の要請から、スタブシャフトの軸部は、管部に溶接されるフランジ部と比べて小径であり、強度確保のために、表面に熱硬化処理が施される。従来のスタブシャフトは、フランジ部が軸部と隣接しているため、熱硬化処理を施す際、フランジ部が熱影響を受けていわゆる焼き抜けが発生し、極端な脆化を招くおそれがある。このため、大径のフランジ部を薄肉化できず、軽量化が阻害されるという問題があった。
本発明の目的は、軸部の強度を確保しつつ、全体の軽量化を図れるスタブシャフト、動力伝達軸およびスタブシャフトの製造方法を提供することにある。

　本発明の一実施形態におけるスタブシャフトは、フランジ部と繋がる軸部が、第１外径部と第１外径部よりも小径の第２外径部とを有し、熱硬化処理部は、回転軸線を通過する断面において、回転軸線との成す角度が45度となる仮想線が、フランジ部と軸部との間の表面と重なり合う部分を境界部とし、回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、軸方向において、境界部よりも軸部の側に設けられている。

　よって、本発明の一実施形態にあっては、軸部の強度を確保しつつ、全体の軽量化を図れる。

実施形態１のプロペラシャフト1を一部切断して示す側面図である。実施形態１のスタブシャフト10を一部切断して示す側面図である。実施形態１のスタブシャフト10の製造方法において、熱硬化処理部17を形成する工程を示す図である。実施形態２のスタブシャフト20を一部切断して示す側面図である。

　〔実施形態１〕
図１は、実施形態１のプロペラシャフト1を一部切断して示す側面図である。
動力伝達軸としてのプロペラシャフト1は、車両の駆動源となるエンジンの回転を駆動輪に伝達するものであって、入力軸2および出力軸3間に介装されている。入力軸2は、エンジン側となる図外のトランスミッションと接続された車両側回転軸部である。出力軸3は、駆動輪側となる図外のデファレンシャルギアと接続されている。入力軸2および出力軸3は、同軸上に配置されている。

　プロペラシャフト1は、シャフト4、第１等速ジョイント5および第２等速ジョイント6を備える。シャフト4は、入力軸2および出力軸3の回転軸線と同心円上に配置されている。以下、入力軸2、出力軸3およびシャフト4に共通する回転軸線を回転軸線L1とし、回転軸線L1に沿う方向を軸方向、回転軸線L1に対する放射方向を径方向、回転軸線L1周りの方向を周方向と称す。また、軸方向にX軸を設定し、軸方向において、入力軸2から出力軸3へ向かう方向をX軸正方向、反対方向をX軸負方向とする。

　第１等速ジョイント5は、X軸方向において、シャフト4のX軸負方向端に設けられ、入力軸2とシャフト4とを一体回転可能に接続する。第２等速ジョイント6は、X軸方向において、シャフト4のX軸正方向端に設けられ、シャフト4と出力軸3とを一体回転可能に接続する。シャフト4は、ドライブシャフト7、ドリブンシャフト（管部）8および第３等速ジョイント9を有する分割構造である。ドライブシャフト7は、鉄系合金製であり、第１等速ジョイント5を介して入力軸2に接続されている。ドリブンシャフト8は、鉄系合金製であり、第２等速ジョイント6を介して出力軸3に接続されている。第３等速ジョイント9は、両シャフト7,8の対向する端部間を接続する。

　第２等速ジョイント6は、外輪部材6a、内輪部材6bおよび複数のボール6cを有し、外輪部材6aに出力軸3を接続固定するいわゆる外輪固定タイプの等速ジョイントである。第２等速ジョイント6の内輪部材6bは、スタブシャフト10を介してドリブンシャフト8と接続する。図２は、実施形態１のスタブシャフト10を一部切断して示す側面図である。
スタブシャフト10は、フランジ部11および軸部12を有する。
フランジ部11は、筒状部13および底部14を有する。筒状部13は、中空に形成され、X軸方向の両端部であるX軸負方向側端部（第１端部）13aおよびX軸正方向側端部（第２端部）13bのうちX軸負方向側端部13aがドリブンシャフト8と溶接されている。底部14は、X軸方向において、筒状部13のX軸正方向側端部13bの側に設けられ、筒状部13の底となる。

　軸部12は、フランジ部11と繋がり、中実に形成されている。軸部12は、第１外径部15および第２外径部16を有する。第１外径部15は、底部14からX軸正方向側へ延び、フランジ部11よりも小径に形成されている。回転軸線L1から第１外径部15の表面までの長さは、第１外径部15のX軸方向の長さよりも長い。第２外径部16は、第１外径部15からX軸正方向側へ延び、第１外径部15よりも小径に形成されている。第２外径部16のX軸正方向側の端部には、スプライン16aが設けられている。スプライン16aは、第２等速ジョイント6の内輪部材6bに形成された図外のスプライン穴とスプライン結合する。これにより、ドリブンシャフト8と内輪部材6bとが一体回転可能である。

　軸部12の表面には、強度向上のための熱硬化処理部17が設けられている。熱硬化処理部17は、高周波によって焼入れされた高周波焼入れ部である。熱硬化処理部17は、回転軸線L1を通過する断面において、回転軸線L1と成す角度が45度となる仮想線を仮想線L2とし、仮想線L2が、フランジ部11と軸部12との間（内R）の表面と重なり合う部分を境界部18としたとき、X軸方向において、正方向側、すなわち境界部18よりも軸部12の側に設けられている。つまり、熱硬化処理部17は、境界部18よりもX軸負方向側、すなわちフランジ部11の底部14の側には設けられていない。そして、熱硬化処理部17のX軸負方向側の端部17aは、X軸方向において、第１外径部15の表面に設けられている。
境界部18の径方向内側は、中実に形成されている。また、フランジ部11における筒状部13の表面硬度は、熱硬化処理部17の80%以下に形成されている。

　図３は、実施形態１のスタブシャフト10の製造方法において、熱硬化処理部17を形成する工程を示す図である。
スタブシャフト10の製造方法は、配置工程および高周波焼入れ工程を有する。配置工程では、熱硬化処理に用いられる円環状のコイル19の内部に、軸部12の第２外径部16を配置する。高周波焼入れ工程では、X軸方向において、第２外径部16の端部から境界部18の手前までコイル19を移動させることにより、熱硬化処理部17を形成する。

　次に、実施形態１の作用効果を説明する。
実施形態１のスタブシャフト10は、フランジ部11と繋がる軸部12が、第１外径部15と第１外径部15よりも小径の第２外径部16とを有し、熱硬化処理部17は、回転軸線L1を通過する断面において、回転軸線L1との成す角度が45度となる仮想線L2が、フランジ部11と軸部12との間の表面（内R）と重なり合う部分を境界部18とし、回転軸線L1に沿う方向をX軸方向としたとき、X軸方向において、境界部18よりも軸部12の側に設けられている。すなわち、軸部12側に強度上、高強度化が必要な径以上の段差部（第１外径部15）が設けられている。実施形態１のスタブシャフト10には、フランジ部11に熱硬化処理部17が設けられていないため、フランジ部11（の底部14）における焼き抜けの発生を抑制できる。このため、フランジ部11の高強度化が不要となり、フランジ部11の薄肉化が可能となる。なお、第１外径部15および境界部18の径方向内側は中実であるため、熱硬化処理の熱影響による脆化は生じない。さらに、第１外径部15はフランジ部11よりも小径であるため、スタブシャフト10の軽量化は阻害されない。この結果、実施形態１のスタブシャフト10は、軸部12の強度を確保しつつ、軽量化を図れる。

　熱硬化処理部17は、高周波によって焼入れされた高周波焼入れ部である。高周波焼入れは、熱効率が優れている上、作業時間が短いので、省エネ・省力化によるコスト低減が可能となり、スタブシャフト10を安価に製造できる。
熱硬化処理部17の端部17aは、第１外径部15の表面に設けられているため、確実に第１外径部15に高周波焼入れを施して軸部12の高強度化できる。
筒状部13の表面硬度は、熱硬化処理部17の表面硬度の80%以下に形成されている。つまり、筒状部13は熱処理の影響を受けていないため、筒状部13における焼き抜けの発生を抑制でき、筒状部13の薄肉化が可能となる。この結果、軸部12の強度を確保しつつ、スタブシャフト10の軽量化を図れる。

　回転軸線L1から第１外径部15の表面までの長さは、第１外径部15のX軸方向の長さよりも長い。つまり、強度確保に必要な径を確保しつつ、第１外径部15のX軸方向の長さを出来るだけ短くすることにより、強度確保と軽量化との両立を図れる。
実施形態１のスタブシャフト10の製造方法は、熱硬化処理に用いられる円環状のコイル19の内部に、軸部12の第２外径部16を配置する配置工程と、X軸方向において、第２外径部16の端部から境界部18の手前までコイル19を移動させることによって、熱硬化処理部17を形成する高周波焼入れ工程と、を備える。これにより、確実に第１外径部15に高周波焼入れを施して軸部12の強度を確保しつつ、フランジ部11における焼き抜けの発生を抑制できる。

　〔実施形態２〕
  実施形態２の基本的な構成は実施形態１と同様であるため、実施形態１と相違する部分のみ説明する。
  図４は、実施形態２のスタブシャフト20を一部切断して示す側面図である。
  実施形態２のスタブシャフト20において、底部14および第１外径部15の一部の径方向内側は、中空に形成されている。よって、境界部18の径方向内側も、中空である。
  熱硬化処理部17は、レーザーによって焼入れされたレーザー焼入れ部である。熱硬化処理部17の端部17aは、第１外径部15の中央部よりもX軸正方向側、すなわち第２外径部16の側に設けられている。熱硬化処理部17の径方向内側は、中実に形成されている。

　実施形態２では、熱硬化処理部17をレーザー焼入れ部としたことにより、高周波焼入れ部とした場合と比べて、焼入れ範囲を精度よく形成できる。この結果、筒状部13における焼き抜けの発生をより確実に抑制できる。
また、境界部18の径方向内側を中空としたことにより、スタブシャフト10の軽量化を図れる。なお、熱硬化処理部17の径方向内側は中実であるため、軸部12の強度低下は生じない。
さらに、熱硬化処理部17の端部17aは、X軸方向において、第１外径部15の中央部よりも第２外径部16の側に設けられている。これにより、最適な熱硬化処理を実現できる。

　〔他の実施形態〕
  以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
  例えば、フランジ部と軸部とをつなぐ部分の形状は内Rに限らない。
  また、動力伝達軸の形状は、実施形態１のプロペラシャフト1に限定されない。

　以上説明した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
スタブシャフトは、その一つの態様において、車両の駆動力を伝達する回転軸と繋がる管部に溶接されるフランジ部であって、筒状部および底部を有し、前記筒状部は、中空に形成され、前記回転軸の回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、前記軸方向の両端部である第１端部および第２端部のうち前記第１端部が前記管部と溶接され、前記底部は、前記筒状部の前記第２端部の側に設けられ、前記筒状部の底となる、前記フランジ部と、前記フランジ部と繋がる軸部であって、第１外径部および第２外径部を有し、前記第１外径部は、前記底部と繋がり、前記回転軸線に対する径方向において前記フランジ部よりも小径に形成され、前記第２外径部は、前記第１外径部と繋がり、前記径方向において前記第１外径部よりも小径に形成された、前記軸部と、前記軸部の表面に設けられた熱硬化処理部であって、前記回転軸線を通過する断面において、前記回転軸線と成す角度が45度となる仮想線が、前記フランジ部と前記軸部との間の表面と重なり合う部分を境界部としたとき、前記軸方向において、前記境界部よりも前記軸部の側に設けられた、前記熱硬化処理部と、を備える。

　好ましくは、上記態様において、前記熱硬化処理部は、前記境界部から前記フランジ部の前記底部の側には設けられていない。
  別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記熱硬化処理部は、高周波によって焼入れされた高周波焼入れ部である。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記熱硬化処理部は、レーザーによって焼入れされたレーザー焼入れ部である。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記熱硬化処理部の端部は、前記第１外径部の表面に設けられている。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記熱硬化処理部の端部は、前記軸方向において、前記第１外径部の中央部よりも前記第２外径部の側に設けられている。

　さらに別の好ましい態様では、上記態様において、前記境界部の前記径方向内側は、中実に形成されている。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様において、前記境界部の前記径方向内側は、中空に形成されている。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様において、前記筒状部の表面硬度は、前記熱硬化処理部の表面硬度の80%以下に形成されている。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様において、前記回転軸線から前記第１外径部の表面までの長さは、前記第１外径部の軸方向の長さよりも長い。

　他の観点から、プロペラシャフトは、ある態様において、車両の駆動力を伝達する回転軸と接続される管部と、スタブシャフトであって、前記管部に溶接されるフランジ部であって、筒状部および底部を有し、前記筒状部は、中空に形成され、前記回転軸の回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、前記軸方向の両端部である第１端部および第２端部のうち前記第１端部が前記管部と溶接され、前記底部は、前記第２端部の側に設けられ、前記筒状部の底となる、前記フランジ部と、前記フランジ部と繋がる軸部であって、中間部および細軸部を有し、前記中間部は、前記底部と繋がり、前記回転軸線に対する径方向において前記フランジ部よりも小径に形成され、前記細軸部は、前記中間部と繋がり、前記径方向において前記中間部よりも小径に形成された、前記軸部と、前記軸部の表面に設けられた熱硬化処理部であって、前記回転軸線を通過する断面において、前記回転軸線と成す角度が45度となる仮想線が、前記フランジ部と前記軸部との間の表面の接続箇所を境界部としたとき、前記軸方向において、前記境界部よりも前記軸部の側に設けられた、前記熱硬化処理部と、を有する、前記スタブシャフトと、を備える。

　また、他の観点から、スタブシャフトの製造方法は、ある態様において、フランジ部であって、筒状部および底部を有し、前記筒状部は、中空に形成され、前記回転軸の回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、前記軸方向の両端部である第１端部および第２端部のうち前記第一端部が、車両の駆動力を伝達する回転軸と繋がる管部と溶接され、前記底部は、前記第２端部の側に設けられ、前記筒状部の底となる、前記フランジ部と、前記フランジ部と繋がる軸部であって、第１外径部および第２外径部を有し、前記第１外径部は、前記底部と繋がり、前記回転軸線に対する径方向において前記フランジ部よりも小径に形成され、前記第２外径部は、前記第１外径部と繋がり、前記径方向において前記第１外径部よりも小径に形成された、前記軸部と、前記軸部の表面に設けられた熱硬化処理部であって、前記回転軸線を通過する断面において、前記回転軸線と成す角度が45度となる仮想線が、前記フランジ部と前記軸部との間の表面と重なり合う部分を境界部としたとき、前記軸方向において、前記境界部よりも前記軸部の側に設けられた、前記熱硬化処理部と、を備えるスタブシャフトの製造方法であって、熱硬化処理に用いられる円環状のコイルの内部に、前記軸部の前記第２外径部を配置する配置工程と、前記軸方向において、前記第２外径部の端部から前記境界部の手前まで前記コイルを移動させることによって、前記熱硬化処理部を形成する高周波焼入れ工程と、を備える。

　尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　本願は、２０２０年９月１７日付出願の日本国特許出願第２０２０－１５６２４８に基づく優先権を主張する。２０２０年９月１７日付出願の日本国特許出願第２０２０－１５６２４８号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。

1　プロペラシャフト
2　入力軸
3　出力軸
4　シャフト
5　第１等速ジョイント
6　第２等速ジョイント
6a　外輪部材
6b　内輪部材
6c　ボール
7　ドライブシャフト
8　ドリブンシャフト（管部）
9　第３等速ジョイント
10　スタブシャフト
11　フランジ部
12　軸部
13　筒状部
13a　X軸負方向側端部（第１端部）
13b　X軸正方向側端部（第２端部）
14　底部
15　第１外径部
16　第２外径部
16a　スプライン
17　熱硬化処理部
17a　端部
18　境界部
19　コイル
20　スタブシャフト
L1　回転軸線
L2　仮想線

Claims

　動力伝達軸に用いられるスタブシャフトであって、
　車両の駆動力を伝達する回転軸と繋がる管部に溶接されるフランジ部であって、筒状部および底部を有し、
　前記筒状部は、中空に形成され、前記回転軸の回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、前記軸方向の両端部である第１端部および第２端部のうち前記第１端部が前記管部と溶接され、
　前記底部は、前記筒状部の前記第２端部の側に設けられ、前記筒状部の底となる、
　前記フランジ部と、
　前記フランジ部と繋がる軸部であって、第１外径部および第２外径部を有し、
　前記第１外径部は、前記底部と繋がり、前記回転軸線に対する径方向において前記フランジ部よりも小径に形成され、
　前記第２外径部は、前記第１外径部と繋がり、前記径方向において前記第１外径部よりも小径に形成された、
　前記軸部と、
　前記軸部の表面に設けられた熱硬化処理部であって、前記回転軸線を通過する断面において、前記回転軸線と成す角度が45度となる仮想線が、前記フランジ部と前記軸部との間の表面と重なり合う部分を境界部としたとき、前記軸方向において、前記境界部よりも前記軸部の側に設けられた、
　前記熱硬化処理部と、
　を備えるスタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記熱硬化処理部は、前記境界部から前記フランジ部の前記底部の側には設けられていない、
　スタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記熱硬化処理部は、高周波によって焼入れされた高周波焼入れ部である、
　スタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記熱硬化処理部は、レーザーによって焼入れされたレーザー焼入れ部である、
　スタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記熱硬化処理部の端部は、前記第１外径部の表面に設けられている、
　スタブシャフト。
　請求項５に記載のスタブシャフトであって、
　前記熱硬化処理部の端部は、前記軸方向において、前記第１外径部の中央部よりも前記第２外径部の側に設けられている、
　スタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記境界部の前記径方向内側は、中実に形成されている、
　スタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記境界部の前記径方向内側は、中空に形成されている、
　スタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記筒状部の表面硬度は、前記熱硬化処理部の表面硬度の80%以下に形成されている、
　スタブシャフト。
　請求項１に記載のスタブシャフトであって、
　前記回転軸線から前記第１外径部の表面までの長さは、前記第１外径部の軸方向の長さよりも長い、
　スタブシャフト。
　車両の駆動力を伝達する回転軸と接続される管部と、
　スタブシャフトであって、
　前記管部に溶接されるフランジ部であって、筒状部および底部を有し、
　前記筒状部は、中空に形成され、前記回転軸の回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、前記軸方向の両端部である第１端部および第２端部のうち前記第１端部が前記管部と溶接され、
　前記底部は、前記第２端部の側に設けられ、前記筒状部の底となる、
　前記フランジ部と、
　前記フランジ部と繋がる軸部であって、中間部および細軸部を有し、
　前記中間部は、前記底部と繋がり、前記回転軸線に対する径方向において前記フランジ部よりも小径に形成され、
　前記細軸部は、前記中間部と繋がり、前記径方向において前記中間部よりも小径に形成された、
　前記軸部と、
　前記軸部の表面に設けられた熱硬化処理部であって、前記回転軸線を通過する断面において、前記回転軸線と成す角度が45度となる仮想線が、前記フランジ部と前記軸部との間の表面の接続箇所を境界部としたとき、前記軸方向において、前記境界部よりも前記軸部の側に設けられた、
　前記熱硬化処理部と、
　を有する、
　前記スタブシャフトと、
　を備えるプロペラシャフト。
　スタブシャフトの製造方法であって、
　前記スタブシャフトは、
　フランジ部であって、筒状部および底部を有し、
　前記筒状部は、中空に形成され、前記回転軸の回転軸線に沿う方向を軸方向としたとき、前記軸方向の両端部である第１端部および第２端部のうち前記第一端部が、車両の駆動力を伝達する回転軸と繋がる管部と溶接され、
　前記底部は、前記第２端部の側に設けられ、前記筒状部の底となる、
　前記フランジ部と、
　前記フランジ部と繋がる軸部であって、第１外径部および第２外径部を有し、
　前記第１外径部は、前記底部と繋がり、前記回転軸線に対する径方向において前記フランジ部よりも小径に形成され、
　前記第２外径部は、前記第１外径部と繋がり、前記径方向において前記第１外径部よりも小径に形成された、
　前記軸部と、
　前記軸部の表面に設けられた熱硬化処理部であって、前記回転軸線を通過する断面において、前記回転軸線と成す角度が45度となる仮想線が、前記フランジ部と前記軸部との間の表面と重なり合う部分を境界部としたとき、前記軸方向において、前記境界部よりも前記軸部の側に設けられた、
　前記熱硬化処理部と、
　を備え、前記スタブシャフトの製造方法は、
　熱硬化処理に用いられる円環状のコイルの内部に、前記軸部の前記第２外径部を配置する配置工程と、
　前記軸方向において、前記第２外径部の端部から前記境界部の手前まで前記コイルを移動させることによって、前記熱硬化処理部を形成する高周波焼入れ工程と、
　を備える、
　スタブシャフトの製造方法。