JP2006321261A - アクスルシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】 アクスルシャフトを軽量化し、同時にアクスルシャフトの製造コストを低減する。
【解決手段】 アクスルシャフト２０Ａにおいて、フランジ部２０ａは、車輪が取り付けられる。結合部２０ｂは、駆動手段の駆動力を伝達する駆動力伝達手段に結合する。連結軸部２０ｃは、フランジ部２０ａと結合部２０ｂとを連結する。フランジ部２０ａ、結合部２０ｂおよび連結軸部２０ｃはそれぞれ別体とされ、連結軸部２０ｃはアルミニウム系材料により成形される。フランジ部２０ａおよび結合部２０ｂは、鉄系材料により成形される。フランジ部２０ａと連結軸部２０ｃ、および結合部２０ｂと連結軸部２０ｃは、摩擦圧接により接合される。連結軸部２０ｃは中空構造とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アクスルシャフトに関し、特に、車輪が取り付けられるフランジ部と、駆動手段の駆動力を伝達する駆動力伝達手段に結合する結合部とを備えるアクスルシャフトに関する。

車両が走行するときに、エンジンまたはモータなどの駆動手段からの駆動がアクスルシャフトを介して車輪に伝達される。したがって、このアクスルシャフトには非常に大きなトルクがかけられるため、アクスルシャフトの強度も高くなければならない。このため、強度を確保するためにその重量も一般的に非常に大きなものとなってしまう。また、このようなアクスルシャフトにおいて、車輪が取り付けられるフランジ部を含むものもあり、このような場合、アクスルシャフトを成型するための製造整備も大きなものとなり、コストが高くなってしまう。

このため、たとえば特許文献１では、アルミニウム合金製中空部材と鋼製中空部材の端面同士を突き合わせ、その突き合わせた端面同士を摩擦圧接により接合する構造が提案されている。また、たとえば特許文献２では、アルミニウム合金部材と鉄系部材とをインサート材料などを介さず直接摩擦圧接によって接合する方法が提案されている。また、たとえば特許文献３では、鍛造加工されたフランジ部と軸部とを個別に製造し、そのフランジ部と軸部とを接合するアクスル軸の製造方法が提案されている。
特開２００２−２２４８５７号公報 特開２００３−４８０７９号公報 特開平５−２２１２０３号公報

上述のように、軽量化のために種々の金属材料の接合して金属部品を製造する方法などが提案されている。また、フランジ部を含むアクスルシャフトを分離して構成し、製造コストを低減する製造方法も提案されている。しかし、これらの技術によっても、軽量化を実現しながら、車輪に駆動力を伝達する強度を保持し、同時に製造コストを低減することは容易ではない。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクスルシャフトを軽量化し、同時にアクスルシャフトの製造コストを低減することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のアクスルシャフトは、車輪が取り付けられるフランジ部と、駆動手段の駆動力を伝達する駆動力伝達手段に結合する結合部と、フランジ部と結合部とを連結する連結軸部とを備える。フランジ部、結合部および連結軸部はそれぞれ別体とされ、連結軸部はアルミニウム系材料により成形される。この態様によれば、連結軸部がアルミニウム系材料により成型されることにより、アクスルシャフトを軽量化することができ、同時にフランジ部と連結軸部を別体に構成することにより、製造設備が大きなものとなることを抑制し、アクスルシャフトの製造コストを低減することができる。

フランジ部および結合部は、鉄系材料により成形されてもよい。この態様によれば、アルミニウムよりもコストが低く強度が高い鉄系材料によりフランジ部および結合部を成形することができるので、コストを低減しながら強度を確保することができる。

フランジ部と連結軸部、および結合部と連結軸部は、摩擦圧接により接合されてもよい。この態様によれば、インサート材料などを介することなくフランジ部と連結軸部、および結合部と連結軸部を接合することができるので、コストを低減することができる。

連結軸部は中空構造とされていてもよい。この態様によれば、アクスルシャフトをより軽量化することができる。

本発明のアクスルシャフトによれば、アクスルシャフトを軽量化し、同時にアクスルシャフトの製造コストを低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るアクスルシャフト２０Ａを備える車輪構造１００を示す全体構成図である。本図において、本実施形態にかかるアクスルシャフト２０Ａは、車両の後輪の車輪構造１００に採用されている。本図は、車両の右後輪の構造を下方向に向かって見た図である。なお、本発明に係るアクスルシャフト２０Ａが前輪の車輪構造にも採用し得ることは勿論である。

車輪１０は、ホイール１２、ホイールリム１４、ホイールリム１４に取り付けられるタイヤ１６などにより構成される。アクスルシャフト２０Ａは円盤状のフランジ部２０ａを有しており、フランジ部２０ａにはハブボルト２２が取り付けられている。車輪１０は、ディスクロータ１８を介してこのフランジ部２０ａに取り付けられ、ハブボルト２２にハブナット２４を締結することによりフランジ部２０ａと車輪１０が相互に固定される。

アクスルシャフト２０Ａは、前述のフランジ部２０ａ、および結合部２０ｂと連結軸部２０ｃとから構成される。連結軸部２０ｃの車輪側端部は、車輪１０の回転軸方向に延在してフランジ部２０ａに接合される。連結軸部２０ｃの車体側端部は、結合部２０ｂに結合される。アクスルシャフト２０Ａは、車輪１０から駆動力伝達機構５０まで蓋体２６により外部から覆われている。

駆動力伝達機構５０は、内燃機関やモータなどの駆動手段の駆動力を、アクスルシャフト２０Ａに伝達し、また右後輪と左後輪との間に差動を発生させる。駆動力伝達機構５０は、右後輪と左後輪との間に差動を発生させる差動発生機構６０、駆動手段の駆動力を伝達する回転軸５４、ケーシング５６などにより構成される。

結合部２０ｂは、外周に歯部を有しており、差動発生機構６０内部の歯部に噛合することにより差動発生機構６０に結合される。差動発生機構６０は、右後輪のアクスルシャフト２０Ａの結合部２０ｂおよび左後輪のアクスルシャフト２０Ａの結合部２０ｂが結合される図示しないサイドギヤ、およびサイドギヤに噛合するピニオンギヤなどを有しており、右後輪のアクスルシャフト２０Ａと左後輪のアクスルシャフト２０Ａとの差動を発生させる。この差動発生機構６０により、たとえば車両が旋回する場合の内外輪の回転数の差を発生させることができる。

差動発生機構６０内部のピニオンギヤは、ディファレンシャルケース６２に回転可能に取り付けられている。ディファレンシャルケース６２にはリングギヤ６４が固定されており、このリングギヤ６４はピニオンギヤ５２に噛合している。ピニオンギヤ５２は回転軸５４の端部に設けられている。回転軸５４はケーシング５６に回転可能に支持されている。回転軸５４のピニオンギヤ５２と反対側端部にはフランジ５８が取り付けられており、このフランジ５８に図示しない内燃機関やモータなどの駆動手段が接続される。これにより、駆動手段が作動することにより、まずフランジ５８を介して回転軸５４が回転させられる。回転軸５４が回転することにより、ピニオンギヤ５２が回転し、これと噛合するディファレンシャルケース６２が車輪１０の回転方向に回転する。ディファレンシャルケース６２が回転させられることにより、差動発生機構６０のピニオンおよびサイドギアを介してアクスルシャフト２０Ａに駆動力が与えられる。アクスルシャフト２０Ａは与えられた駆動力を車輪１０に伝達する。これにより、車輪１０を回転させることができ、車両を進行させることができる。このため、アクスルシャフト２０Ａは非常に大きなねじり力が与えられても変形などが生じないよう、高い強度が必要とされる。

なお、本実施形態に係る車輪構造１００において、車輪１０、アクスルシャフト２０Ａ、および駆動力伝達機構５０は、相互にサスペンションなどを介することなく一体的に組み立てられる。そして、車輪１０、アクスルシャフト２０Ａ、および駆動力伝達機構５０は、図示しないサスペンションを介して一体的に車体に取り付けられている。このため、本図に記載される車輪構造１００は、サスペンションと路面の間に位置するいわゆるバネ下となり、その重量はいわゆるバネ下重量となる。このバネ下重量である車輪構造１００の重量が大きくなると、車両の乗り心地に影響を与えてしまう可能性がある。このため、車輪構造１００の重量は非常に重要である。また、バネ下重量である車輪構造１００の重量は、車両の走行中における車輪１０の路面への接地性にも影響を与えてしまう可能性がある。さらに車両の重量は燃費にも影響を与える。

図２は、第１の実施形態に係るアクスルシャフト２０Ａの構成を示す図である。アクスルシャフト２０Ａは、フランジ部２０ａ、結合部２０ｂ、および連結軸部２０ｃにより構成され、それぞれ別体として構成される。フランジ部２０ａは車輪１０を取り付けることから径が大きく形成されている。これに対し、連結軸部２０ｃは駆動手段の駆動力を車輪１０に伝達することから、細長い棒状の形状とされる。フランジ部２０ａ、結合部２０ｂ、および連結軸部２０ｃをたとえば鋳造や鍛造などにより一体的に成形する場合には、たとえばその型は、径方向ではフランジ部２０ａの大きさが必要となり、軸方向ではフランジ部２０ａ、結合部２０ｂ、および連結軸部２０ｃのすべてを合計した軸方向の長さが必要となる。このように、これらを一体的に製造すると、非常に大きな製造設備を必要とし、その製造コストは非常に高いものとなる。本実施形態のように、フランジ部２０ａ、結合部２０ｂ、および連結軸部２０ｃが別体として製造されることにより、各々の部品を製造するための製造コストを低減することができる。

フランジ部２０ａは、鉄系材料により成形される。鉄系材料としては、炭素鋼などの鉄系合金でもよい。タイヤ１６の接地面とフランジ部２０ａが車体に取り付けられる箇所は車輪１０の軸方向に離れており、フランジ部２０ａが車体を支持することによりフランジ部２０ａには大きな曲げ力が与えられる。このフランジ部２０ａにアルミニウム系材料などより強度の高い鉄系材料を使用することにより、この曲げ強度を確保することができる。また、フランジ部２０ａをアルミニウム系材料などより安価な鉄系材料を使用することにより、アクスルシャフト２０Ａのコストを低減することができる。なお、フランジ部２０ａに焼き入れなどの熱処理を施してもよい。これにより、よりフランジ部２０ａの強度を高めることができる。

フランジ部２０ａは、鋳造または鍛造により成形される。この場合、フランジ部２０ａの成形に使用される鉄系材料は鋳鉄などでもよい。これにより、複雑な形状にも対応して製造することができる。フランジ部２０ａは、ホイール１２が取り付けられるフランジおよび連結軸部２０ｃに接合する軸部を有している。フランジ部２０ａの軸部の連結軸部２０ｃと接合される接合面が円環状とされるように、軸部の端部は車体側に開口する円筒形状とされている。

連結軸部２０ｃは、アルミニウム系材料により成形される。アルミニウム系材料とは、アルミニウムまたはアルミニウムに各種の元素が合金されたアルミニウム合金をいう。フランジ部２０ａと異なり、連結軸部２０ｃには曲げ力はほとんど与えられず、駆動手段から車輪１０に伝えられるねじり力が主に与えられる。このため、鉄系材料より軽量なアルミニウム系材料を使用することにより、アクスルシャフト２０Ａの軽量化を図ることができ、車両の乗り心地性、接地性、および燃費を改善することができる。また、連結軸部２０ｃは中空構造の円筒形状とされる。これにより、さらにアクスルシャフト２０Ａの軽量化を図ることができる。連結軸部２０ｃは鋳造や鍛造により成形されてもよく、また押し出し成形や引き抜き成形により成形されてもよい。なお、連結軸部２０ｃにも焼き入れなどの熱処理を施してもよい。これにより、より連結軸部２０ｃの強度を高めることができる。

フランジ部２０ａと連結軸部２０ｃが接合される部分において、フランジ部２０ａの円環状の接合面と連結軸部２０ｃの円環状の接合面は、外径が略同径とされ、また幅も略同一とされるよう、フランジ部２０ａおよび連結軸部２０ｃが成形される。フランジ部２０ａと連結軸部２０ｃは、両者の接合面を合わせて摩擦圧接を行うことにより相互に接合される。摩擦圧接は、フランジ部２０ａの円環状の接合面と連結軸部２０ｃの円環状の接合面を圧接し、フランジ部２０ａと連結軸部２０ｃを相対的に回転させて接合面に摩擦熱を発生させ、摩擦熱による加熱が所定条件に達したときに、さらに大きな力を作用させて圧接することにより行われる。摩擦圧接で接合されることにより、インサートなどの別部材を設ける必要なくフランジ部２０ａおよび連結軸部２０ｃを接合することができる。また、鉄系材料とアルミニウム系材料を摩擦圧接することにより、ねじりに対してより高い強度を得ることができる。

結合部２０ｂもフランジ部２０ａと同様に鉄系材料により成形される。これにより上述と同様にコストを低減することができる。また、結合部２０ｂの外周には差動発生機構６０の内部に設けられた歯部に噛合する歯部が形成されることから、アルミニウム系材料などに比べ強度の高い鉄系材料を使用することにより、この歯部の強度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。結合部２０ｂの連結軸部２０ｃと接合される接合面が円環状とされるように、結合部２０ｂの端部は車輪側に開口する円筒形状とされている。

結合部２０ｂと連結軸部２０ｃが接合される部分においても、結合部２０ｂの円環状の接合面と連結軸部２０ｃの円環状の接合面は、外径が略同径とされ、また幅も略同一とされるよう、結合部２０ｂおよび連結軸部２０ｃが成形される。結合部２０ｂと連結軸部２０ｃにおいても、両者の接合面を合わせて摩擦圧接を行うことにより、相互に接合される。これにより、上述のフランジ部２０ａと連結軸部２０ｃの接合と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るアクスルシャフト２０Ｂの構成を示す図である。本実施形態に係るアクスルシャフト２０Ｂも、フランジ部２０ａ、結合部２０ｂ、および連結軸部２０ｃにより構成され、それぞれ別体として構成される。

本実施形態においても、フランジ部２０ａは、鉄系材料により成形され、鋳造または鍛造により成形される。フランジ部２０ａの軸部の連結軸部２０ｃと接合される部分には、円柱形の凸部が形成されている。一方、本実施形態においても連結軸部２０ｃはアルミニウム系材料により成形されており、中空構造の円筒形状とされている。本実施形態においては、フランジ部２０ａの円柱形の凸部に、円筒形状の連結軸部２０ｃを圧入することにより、フランジ部２０ａおよび連結軸部２０ｃが相互に接合される。これにより、簡易に両者を接合することができる。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

フランジ部２０ａと連結軸部２０ｃの接合、または結合部２０ｂと連結軸部２０ｃの接合は、ねじ止めにより行ってもよい。これにより、簡易にこれらの間の接合を行うことができる。ねじ止めは、たとえば、図３において、フランジ部２０ａの凸部または結合部２０ｂの凸部に円筒形状の連結軸部２０ｃを挿入し、連結軸部２０ｃの外周からねじにより締結してもよい。また、たとえば、図３において、フランジ部２０ａの凸部または結合部２０ｂの凸部に雄ねじが形成され、また連結軸部２０ｃの内周に雌ねじが形成されることにより、両者を締結することができる。

第１の実施形態に係るアクスルシャフトを備える車輪構造を示す全体構成図である。 第１の実施形態に係るアクスルシャフトの構成を示す図である。 第２の実施形態に係るアクスルシャフトの構成を示す図である。

符号の説明

１０ 車輪、 ２０ アクスルシャフト、 ２０ａ フランジ部、 ２０ｂ 結合部、 ２０ｃ 連結軸部、 ５０ 駆動力伝達機構、 １００ 車輪構造。

Claims (4)

1. 車輪が取り付けられるフランジ部と、
   駆動手段の駆動力を伝達する駆動力伝達手段に結合する結合部と、
   前記フランジ部と前記結合部とを連結する連結軸部とを備え、
   前記フランジ部、前記結合部および前記連結軸部はそれぞれ別体とされ、前記連結軸部はアルミニウム系材料により成形されることを特徴とするアクスルシャフト。
2. 前記フランジ部および前記結合部は、鉄系材料により成形されることを特徴とする請求項１に記載のアクスルシャフト。
3. 前記フランジ部と前記連結軸部、および前記結合部と前記連結軸部は、摩擦圧接により接合されることを特徴とする請求項１または２に記載のアクスルシャフト。
4. 前記連結軸部は中空構造とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクスルシャフト。

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