JP2006026697A

JP2006026697A - 中空状動力伝達シャフト

Info

Publication number: JP2006026697A
Application number: JP2004210123A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sakurai; 勝弘櫻井; Akira Nakagawa; 亮中川; Masamichi Shinpo; 正道新保
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】強度低下の原因となる表面形状欠陥や脱炭層がなく、安定した強度が得られる中空状動力伝達シャフトを提供する。
【解決手段】動力伝達シャフト１は、軸方向中間部が大径部１ａに形成されると共に、大径部１ａよりも軸方向両側部がそれぞれ小径部１ｂに形成されている。この動力伝達シャフト１は、キズや微小凹凸等の形状欠陥が存在している表面層や、表面の脱炭層を除去したパイプ素材に絞り加工を施して製造される。
【選択図】図２

Description

本発明は、等速自在継手等に連結される中空状動力伝達シャフトに関し、例えば、自動車の動力伝達系を構成するドライブシャフト（駆動軸）やプロペラシャフト（推進軸）に適用することができる。

例えば、自動車の動力伝達系において、減速装置（ディファレンシャル）から駆動輪に動力を伝達する動力伝達シャフトは、ドライブシャフト（駆動軸）と呼ばれることがある。特に、ＦＦ車に使用されるドライブシャフトでは、前輪操舵時に大きな作動角と等速性が要求され、また、懸架装置との関係で軸方向の変位を吸収する機能が要求されるので、その一端部をダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手等の摺動型等速自在継手を介して減速装置側に連結し、その他端部をバーフィールド型等速自在継手（ゼッパジョイントと呼ばれることもある。）等の固定側等速自在継手を介して駆動輪側に連結する機構が多く採用されている。

上記のようなドライブシャフトとしては、従来、また現在においても、中実シャフトが多く使用されているが、自動車の軽量化、ドライブシャフトの剛性増大による機能向上、曲げ一次固有振動数のチューニング最適化による車室内の静粛性向上等の観点から、近時では、ドライブシャフトを中空シャフト化する要求が増えてきている。

ドライブシャフト等に適用される中空状動力伝達シャフトは、例えば、パイプ素材に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部、軸方向両側部に小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に必要に応じて所要の機械加工を施した後、熱処理を施すことによって製造される（例えば、特許文献１、２）。
特開平１１−１０１２５９号公報特開２００１―２０８０３７号公報

絞り加工に供されるパイプ素材の表面にはキズや微小表面凹凸等の表面形状欠陥が存在している場合があり、このようなパイプ素材をそのままの状態で絞り加工に供すると、上記の表面形状欠陥が絞り加工時に成長して、製造後の中空状動力伝達シャフトの強度に影響を及ぼすことがある。

また、熱間プロセスを経て製造されたパイプ素材では表面に脱炭層が存在することが避けられず、このようなパイプ素材をそのままの状態で使用すると、製造後の中空状動力伝達シャフトにおいて安定した強度が得られない場合がある。

また、パイプ素材の中には、運搬時のキズ付きや発錆を防止する等の目的で、薄酸化スケール等の表面保護層を形成したものがある。このようなパイプ素材をそのままの状態でスウェージング加工等の絞り加工に供すると、上記の表面保護層の硬度が高いために、絞り加工装置の金型に変形が生じやすくなり、早期に加工負荷が増加したり、絞り加工の成形精度が悪化したりして、生産性の低下をきたす場合がある。また、スウェージング加工では、一般に、加工時に油潤滑を行っており、上記の表面保護層が加工時に剥離して潤滑油中に混入すると、潤滑性低下の原因となる。また、上記の表面保護層の剥離片がダイスとパイプ素材との間に入ると、表面キズの発生要因となる。

本発明の課題は、安定した強度を有する中空状動力伝達シャフトを提供することである。

本発明の他の課題は、生産性を向上させ、低コストな中空状動力伝達シャフトを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、軸方向中間部が大径部に形成されると共に、大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成された中空状動力伝達シャフトにおいて、表面異常層を除去したパイプ素材に絞り加工を施して製造した構成を提供する。

ここで、表面異常層とは、キズや微小凹凸等の形状欠陥が存在している表面層、または、表面の脱炭層である。このような表面異常層の除去方法としては、ショットブラスト加工、削り加工、液体ホーニング加工等を採用することができる。

また、上記課題を解決するため、本発明は、軸方向中間部が大径部に形成されると共に、大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成された中空状動力伝達シャフトにおいて、表面保護層を除去したパイプ素材に絞り加工を施して製造した構成を提供する。

ここで、表面保護層とは、運搬時のキズ付きや発錆を防止する等の目的で表面に形成される薄酸化スケールに代表されるものである。このような表面保護層の除去方法としては、酸洗等の化学処理、ショットブラスト加工、削り加工、液体ホーニング加工等を採用することができる。あるいは、熱処理時の酸素管理（無酸化光輝炉）によって表面保護層の形成を抑制することもできる。

パイプ素材の材質としては、例えば、ＳＴＫＭやＳＴＭＡ等の機械構造用炭素鋼、または、それらをベースに加工性や焼入れ性等の改善のために合金元素を添加した合金鋼、あるいは、ＳＣｒ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭ等のはだ焼鋼を用いることができる。また、パイプ素材として、継目無管（シームレス管）、電縫管、鍛接管、冷牽管の何れも採用することができる。

上記の絞り加工としては、スウェージング加工やプレス加工等がある。前者のスウェージング加工には、ロータリースウェージングとリンクタイプスウェージングがあり、その何れも採用することができる。例えば、ロータリースウェージングは、機内の主軸に組込まれた一対又は複数対のダイスとバッカーとが回転運動を行なうと共に、外周ローラとバッカー上の突起により一定ストロークの上下運動を行なって、挿入されるパイプ素材に打撃を加えて絞り加工を行なう加工法である。また、プレス加工は、パイプ素材をダイスに軸方向に押し込んで絞り加工を行なう加工法である。このような絞り加工は、パイプ素材の軸方向両側部に対してのみ部分的に行なっても良いし、パイプ素材の軸方向全域に対して行なっても良い。

表面異常層を除去したパイプ素材に絞り加工を施して製造した中空状動力伝達シャフトは、強度低下の原因となる表面形状欠陥や脱炭層がなく（脱炭層は強度低下の原因とならない程度のものであれば、表面に存在していても良い。）、安定した強度が得られる。

表面保護層を除去したパイプ素材に絞り加工を施して製造した中空状動力伝達シャフトは、絞り加工装置の金型寿命が延び、生産性が向上することによって、低コストなものにすることができる。また、絞り加工時において、表面保護層の剥離片の混入による潤滑性低下や剥離片の噛み込みによる表面キズの発生がないので、安定した強度が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、中空状の動力伝達シャフト１と、動力伝達シャフト１の一端部に連結された摺動型等速自在継手２と、動力伝達シャフト１の他端部に連結された固定型等速自在継手３とを備えた自動車の動力伝達機構を示している。この実施形態の動力伝達機構において、摺動型等速自在継手２は減速装置（ディファレンシャル）に連結され、固定型等速自在継手３は駆動輪側に連結される。動力伝達シャフト１の一端部は摺動型等速自在継手２のトリポード部材２ａにスプライン連結され、摺動型等速自在継手２の外輪２ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ２ｃがそれぞれ固定されている。また、動力伝達シャフト１の他端部は固定型等速自在継手３の内輪３ａにスプライン連結され、固定型等速自在継手３の外輪３ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ３ｃがそれぞれ固定されている。尚、同図には、摺動型等速自在継手２としてトリポード型等速自在継手が例示され、固定型等速自在継手３としてバーフィールド型等速自在継手が例示されているが、他の型式の等速自在継手が用いられる場合もある。

図２は、動力伝達シャフト（ドライブシャフト）１を示している。この動力伝達シャフト１は、軸方向全域に亘って中空状をなし、軸方向中間部に大径部１ａ、大径部１ａよりも軸方向両側部にそれぞれ小径部１ｂを有している。大径部１ａと小径部１ｂとは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部１ｃを介して連続している。小径部１ｂは、等速自在継手（２、３）との連結に供される端部側の連結部１ｄと、ブーツ（２ｃ、３ｃ）が固定される軸方向中間部側のブーツ固定部１ｅとを有している。連結部１ｄには、等速自在継手（２、３）にスプライン連結されるスプライン１ｄ１と、等速自在継手（２、３）に対する軸方向抜け止め用の止め輪を装着するための止め輪溝１ｄ２が形成されている。ブーツ固定部１ｅには、ブーツ（２ｃ、３ｃ）の小径端部の内周を嵌合するための嵌合溝１ｅ１が形成されている。

また、この動力伝達シャフト１は、止め輪溝１ｄ２の近傍から軸端に至る一部領域を除く、軸方向のほぼ全域に亘って、焼入れ処理による硬化層を有している。この硬化層は、外周表面から所定深さの領域又は全深さの領域に形成されている。

上記構成の動力伝達シャフト１は、例えば、パイプ素材に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部、軸方向両側部に小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に所要の機械加工（スプライン１ｄ１の転造加工等）を施した後、焼入れ処理を施すことによって製造される。

絞り加工に供されるパイプ素材は、キズや微小凹凸等の形状欠陥が存在している表面層や、表面の脱炭層をショットブラスト加工等によって除去したものである。また、表面保護層として薄酸化スケールが形成されているパイプ素材を用いる場合は、表面の薄酸化スケール層を酸洗等によって除去したものである。

上記のようにして、表面異常層や表面保護層を除去したパイプ素材に対して絞り加工、例えばロータリースウェージング加工を施して、軸方向中間部に大径部１ａ、軸方向両側部に小径部１ｂを有する中空状シャフト素材を成形する。この実施形態では、ロータリースウェージング加工をパイプ素材の軸方向全域に対して行なっている。

そして、上記の中空状シャフト素材の小径部１ｂの端部に転造加工やプレス加工等によってスプライン１ｄ１を成形して連結部１ｄを形成すると共に、連結部１ｄに転造加工や切削加工等によって止め輪溝１ｄ２を形成する。また、ブーツ固定部１ｅとなる部位に転造加工や切削加工等によってブーツ固定溝１ｅ１を形成する。

その後、上記の中空状シャフト素材に焼入れ処理を施して硬化層を形成する。焼入れ処理としては、パイプ素材の材質や動力伝達シャフトに要求される特性等に応じて、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ等の種々の手段を採用することができるが、硬化層の範囲や深さを自由に選択でき、また、表面に残留圧縮応力が生成されることによる耐疲労強度の改善等の点から、高周波焼入れを採用するのが好ましい。例えば、中空状シャフト素材の外周表面の側に高周波誘導加熱コイルを配置して、外周表面の側から高周波焼入れを行なう。この高周波焼入れは、定置式焼入れ、移動式焼入れの何れの方式で行なっても良い。

自動車の動力伝達機構を示す図である。実施形態に係る動力伝達シャフトを示す一部断面図である。

符号の説明

１動力伝達シャフト
１ａ大径部
１ｂ小径部

Claims

軸方向中間部が大径部に形成されると共に、該大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成された中空状動力伝達シャフトにおいて、
表面異常層を除去したパイプ素材に絞り加工を施して製造したことを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
軸方向中間部が大径部に形成されると共に、該大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成された中空状動力伝達シャフトにおいて、
表面保護層を除去したパイプ素材に絞り加工を施して製造したことを特徴とする中空状動力伝達シャフト。