JP2006046408A

JP2006046408A - 中空状動力伝達シャフト

Info

Publication number: JP2006046408A
Application number: JP2004225730A
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: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-02-16
Also published as: CN1989351A; CN100535457C

Abstract

【課題】中空部の封止作業が容易で、部品点数が少なく、軽量で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。
【解決手段】動力伝達シャフト１は、内周の中空部１ｆに発泡樹脂４が充填され、中空部１ｆが発泡樹脂４によって封止されている。発泡樹脂４は硬質発泡ウレタンであり、また、発泡樹脂４は中空部１ｆの軸方向全域にわたって充填されている。中空部１ｆに充填された発泡樹脂４によって、等速自在継手（２、３）の内部に封入されたグリースが中空部１ｆに侵入することが防止される。
【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）。

また、この種の中空状動力伝達シャフトは、等速自在継手の内部に封入された潤滑剤（グリース）が中空部に侵入するのを防止するために、中空部の端部内周に封止プラグを装着している。この封止プラグは金属製のものを使用する場合もあるが、中空部に対する圧入代や圧入位置を管理するために、端部内周を削り加工によって仕上げる必要があり、加工コストが高くなるという問題がある。そのため、クロロプレンゴム（ＣＲ）やニトリルゴム（ＮＢＲ）等のゴムで形成した封止プラグ（特許文献３）や、エラストマーで形成した封止プラグ（特許文献４）が提案されている。
特開平１１−１０１２５９号公報特開２００１―２０８０３７号公報特開平６−２８１０１０号公報特開平９−６８２３３号公報

特許文献３、４のゴム製封止プラグは、比較的大きな力で中空部に圧入する必要があるので、組付け作業に手間が掛かるという問題がある。

特許文献５のエラストマー製封止プラグは、形状記憶合金製のストッパインサートとの併用によって、組付け作業の簡単化が図られているが、部品点数の増大につながる。

また、いずれの封止プラグも、所要の形状および寸法に成形された部品形態のものであるため、製作費が高くなるという問題もある。

本発明の課題は、中空部の封止作業が容易で、部品点数が少なく、軽量で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、内周に中空部を有する中空状動力伝達シャフトにおいて、中空部に充填された発泡樹脂によって、中空部が封止されている構成を提供する。

上記構成において、発泡樹脂は少なくとも中空部の端部領域に充填されていれば良いが、発泡樹脂の充填作業を簡素化し、また、中空部の封止効果を高める点から、発泡樹脂は中空部の軸方向全域にわたって充填されていることが好ましい。

上記の発泡樹脂としては、発泡ウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等を採用することができる。耐久性、断熱性、軽量性、自己接着性、経済性等の点から、発泡ウレタン、特に硬質発泡ウレタンが好ましい。

中空部に充填された発泡樹脂によって中空部を封止するので、金属製、ゴム製、又はエラストマー製の封止プラグを用いる従来構成に比べて、中空部の封止作業が容易で、部品点数が少なく、軽量で低コストな中空状動力伝達シャフトを提供することができる。

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。

さらに、この動力伝達シャフト１は、内周の中空部１ｆに発泡樹脂４が充填され、中空部１ｆが発泡樹脂４によって封止されている。この実施形態において、発泡樹脂４は硬質発泡ウレタンであり、また、発泡樹脂４は中空部１ｆの軸方向全域にわたって充填されている。中空部１ｆに充填された発泡樹脂４によって、等速自在継手（２、３）の内部に封入されたグリースが中空部１ｆに侵入することが防止される。

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、焼入れ処理を施し、さらに、中空部１ｆに発泡樹脂４を充填することによって製造される。

上記の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全域に対して行なって良いし、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。この実施形態では、パイプ素材の軸方向全域に絞り加工を施している。

上記のような絞り加工を施した中空状シャフト素材の小径部１ｂの端部に転造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。

そして、上記の工程を経て製造された動力伝達シャフト１の中空部１ｆに、例えば、一端側から発泡ウレタン原料を注入し、中空部１ｆの内部で発泡させる。これにより、中空部１ｆに発泡樹脂４が発泡充填され、中空部１ｆが発泡樹脂４によって封止される。

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
１ｆ中空部
４発泡樹脂

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、内周に中空部を有する中空状動力伝達シャフトにおいて、
前記中空部に充填された発泡樹脂によって、前記中空部が封止されていることを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
前記発泡樹脂が、前記中空部の軸方向全域にわたって充填されていることを特徴とする請求項１に記載の中空状動力伝達シャフト。
前記発泡樹脂が、発泡ウレタンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空状動力伝達シャフト。