JP6354479B2 - 回転シャフトの継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車の回転シャフトに利用され、回転シャフトの軸線方向の振動を抑制する継手構造に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１２−１６７７９３号公報がある。この公報には、両端に等速継手が設けられている中間シャフト（回転シャフト）について記載されている。等速継手には、内輪と内輪を収める収容室を有する外輪とが設けられている。この外輪は、軸心方向に突き出した連結軸を備えている。この連結軸の端部にはスプライン歯が形成されており、スプライン歯は駆動輪が固定されているハブに設けられた嵌合穴に対してスプライン嵌合されている。

この中間シャフトが回転動作した場合、等速継手の内輪が回転する。等速継手の内輪と外輪との間には、略円筒状のゲージと、複数のボールが設けられている。内輪の外周面および外輪の内周面には複数のボールに対応する案内溝が形成されており、内輪の回転はボールを介して外輪に伝達される。ここで、外輪に設けられた連結軸の端部は、ハブに設けられた嵌合穴にスプライン嵌合している。したがって等速継手の外輪に伝達された回転により、駆動輪が回転動作を行う。

特開２０１２−１６７７９３号公報

しかしながら、回転シャフトの軸線方向の振動は、例えば自動車においてエンジンによる揺れや、タイヤからトランスミッションを介して伝わる振動により発生する。前述した従来の中間シャフトでは、軸方向の振動に対してボールを用いることにより、回転シャフトの回転方向の振動に対して抑制を行うことは可能であるが、回転シャフトの軸線方向の振動の抑制は難しいという問題がある。
本発明は、軸線方向の振動を抑制した回転シャフトの継手構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる回転シャフトの継手構造は、第１のシャフト部と第２のシャフト部とを接続する回転シャフトの継手構造であって、前記第１のシャフト部に設けられた突起部と、前記第２のシャフト部の軸線方向に延在して形成されると共に、前記突起部が挿入される孔部と、を有し、前記孔部を形成する周縁部には、前記突起部が前記軸線方向に摺動可能な湾曲状の摺動部分を有し、前記摺動部分はサイクロイド曲線形状である。
これにより、突起部が孔部内において軸線方向に摺動することで、突起部がサイクロイド曲線形状の摺動部分に摺接しながら、第１のシャフト部と第２シャフト部が軸線方向に相対的に変位し、軸線方向の振動を吸収する。

さらに本発明にかかる回転シャフトの継手構造では、前記第２のシャフト部は、前記軸線方向に延在するシャフト本体と、前記シャフト本体の端部に接合される分割部材と、により形成され、前記シャフト本体と前記分割部材との接合によって出現する接合線の両端部が、前記サイクロイド曲線にかからない位置に配される。
これにより、孔部内に突起部を容易に挿入させることができる。さらに、サイクロイド曲線を有する摺動部分が分割されないので、摺動部分に継目が出現せず、突起部が孔部内において軸線方向に摺動する際に、継目で発生し易いガタつきを無くすことができる。

本発明によれば、回転シャフトの軸線方向の振動を抑制することができる。

回転シャフトの継手構造を示す斜視図である。 回転シャフトの継手部分の分解斜視図である。 継手部分の展開図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、回転シャフト１は、第１のシャフト部２と、第２のシャフト部３と、を備える。典型的には回転シャフト１は、自動車のドライブシャフトとして利用される。

第１のシャフト部２は入力側シャフトであり、第１のシャフト部２の一端部にはエンジン（図示せず）が連結されている。また第１のシャフト部２の他端部の外周には、複数の突起部２１が立設されている。

突起部２１は、第１のシャフト部２の外周において、略同一円周上に略均等な間隔で形成されている。それぞれの突起部２１は円柱形状である。典型的には突起部２１は、第１のシャフト部２の外周に、等間隔に５個または７個が形成されている。なお、突起部２１の個数を奇数個にすることにより、第１のシャフト部２において対角線上の位置に別の突起部２１が形成されないことから、第１のシャフト部２と第２のシャフト部３における共振の発生を抑制することができる。

第２のシャフト部３は出力側シャフトである。第２のシャフト部３の端部は、軸線方向に延在するシャフト本体４と、シャフト本体４に接合される分割部材５と、により構成されている。またシャフト本体４と分割部材５の接合部分には、突起部２１を収容するための孔部６が形成されている。シャフト本体４の一端部には、トランスミッション（図示せず）が連結されている。

図２に示すように、シャフト本体４の他端部には、分割部材５が溶接により接合されている。シャフト本体４の端部は中空形状であり、第１のシャフト部２の先端が挿入される。

環状の分割部材５は、シャフト本体４に第１のシャフト部２が挿入された状態において、分割部材５の内部に第１のシャフト部２を挿入した状態で、シャフト本体４の端部に接合される。このとき、シャフト本体４と分割部材５の協働で孔部６が形成され、シャフト本体４と分割部材５の接合によって接合線７が出現する。ここで、接合線７に沿って、シャフト本体４と分割部材５は溶接等により接合される。

孔部６を形成する周縁部には、湾曲状の摺動部分６１が形成されている。ここで摺動部分６１は、第１のシャフト部２が回転を行う際に、突起部２１の外周面が接触する部分である。摺動部分６１は、サイクロイド曲線形状になっている。この摺動部分６１は孔部６を形成する周縁部のうち、第１のシャフト部２が正回転あるいは逆回転した場合に突起部２１が接触する位置に形成されている。孔部６の個数は、第１のシャフト部２に形成されている突起部２１に対応している。例えば、突起部２１の個数が５個であれば、孔部６も同様に５個形成される。孔部６の軸線方向の長さは、例えば突起部２１として設けられた円柱の直径の２倍〜３倍である。また孔部６の回転方向の長さは、突起部２１の円柱の直径の約１．２倍である。孔部６の大きさはこれらの値に限られない。

図３に示すように、接合線７の両端部７ａ，７ｂは、孔部６を形成する周縁部のうち摺動部分６１にかからない位置に配される。例えば接合線７の一端部７ａは、摺動部分６１にかからないシャフト本体４側に位置しており、他端部７ｂは摺動部分６１にかからない分割部材５側に位置している。

接合線７の端部７ａから延在する第１の線分Ｓ１は、孔部６の端部の曲線６２ａに対して接線方向に延在する。接合線７の端部７ｂから延在する第２の線分Ｓ２は、孔部６の端部の曲線６２ｂに位置すると共に、シャフト本体４の軸線に対して直行する方向に延在する。

次に、回転シャフト１において、軸線方向の振動を抑制する動作について説明する。

第１のシャフト部２の一端部はエンジンに連結しており、エンジンの駆動力により第１のシャフト部２は回転駆動する。

第１のシャフト部２の回転により、第１のシャフト部２に設けられた突起部２１が、摺動部分６１に押し付けられる。これにより、第１のシャフト部２の回転力を第２のシャフト部３に伝達する。

ここで、第１のシャフト部２と第２のシャフト部３のいずれか一方又は両方には、エンジンの振動や走行中のタイヤから伝わる振動等により、軸線方向の力が加わる。このとき突起部２１が摺動部分６１に接した状態で摺動することにより、第１のシャフト部２と第２のシャフト部３とが軸線方向に相対的に変位する。

ここで、突起部２１が接触している摺動部分６１はサイクロイド曲線形状である。したがって、第１のシャフト部２と第２のシャフト部３のいずれか一方又は両方に軸線方向の力が加わった場合には、突起部２１は、摺動部分６１のサイクロイド曲線形状に従って摺動する。

このとき、突起部２１の重心の軌跡はサイクロイド曲線もしくはサイクロイド曲線に近似した擬似的なサイクロイド曲線を描く状態となる。これにより突起部２１はサイクロイド振子あるいは擬似的なサイクロイド振子のような運動を行う。ここで、サイクロイド曲線の曲率により、狙った周波数帯の振動を吸収し打ち消すことができる。すなわち、シャフト２が軸方向に狙った周波数で振動する場合、サイクロイド曲線を有する孔部６では振動を打ち消しあい、シャフト３にはトルクのみを伝達する事ができる様になる。ここで打ち消しをはかる狙いの周波数は、エンジンの特性などから求めることができる。なお、シャフト２において、サイクロイドの曲率に合わない周波数の振動が発生した場合には、その周波数帯の振動を打ち消す事はできず、軸方向への振動が伝達される。このようにして、突起部２１の軌道の少なくとも一部がサイクロイド曲線を描くようにすることで、制振することができる。

したがって、突起部２１が孔部６内において軸線方向に摺動することで、突起部２１がサイクロイド曲線形状の摺動部分６１に摺接しながら、第１のシャフト部２と第２シャフト部３が軸線方向に相対的に変位し、軸線方向の振動を吸収することができる。特に、第１のシャフト部２と第２のシャフト部３が低周波振動を行う場合には、突起部２１が摺動部分６１のサイクロイド形状に従って摺動することによるダンパ効果が大きい。

また、接合線７の両端部７ａ，７ｂは、摺動部分６１にかからない位置に配されているため、孔部６内に突起部２１を容易に挿入させることができると共に、サイクロイド曲線を有する摺動部分６１が分割されないので、摺動部分６１に継目が出現せず、突起部２１が孔部６内において軸線方向に摺動する際に、継目で発生するガタつきを無くすことができる。これにより、突起部２１と摺動部分６１と摺動する場合にダンパ効果を妨げることがない。したがって、回転シャフト１の軸線方向の振動に起因する搭乗者の不快感を低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、第２のシャフト部３には、孔部６に代わって、内外に貫通していない溝部を設けることとしてもよい。また、第１のシャフト部２はエンジンに連結し、第２のシャフト部３はトランスミッションに連結しているものとして記載したが、第１のシャフト部２が回転駆動することによって第２のシャフト部３が回転する構造であれば、連結されるものは他のものであっても良い。

１ 回転シャフト
２ 第１のシャフト部
３ 第２のシャフト部
４ シャフト本体
５ 分割部材
６ 孔部
７ 接合線
２１ 突起部
６１ 摺動部分

Claims (1)

1. 第１のシャフト部と第２のシャフト部とを接続する回転シャフトの継手構造であって、
   前記第１のシャフト部に設けられた円柱形状の突起部と、
   前記第２のシャフト部の軸線方向に延在して形成されると共に、前記突起部が挿入される孔部と、を有し、
   前記孔部を形成する周縁部には、前記突起部が前記軸線方向に摺動可能な湾曲状の摺動部分を有し、
   前記摺動部分はサイクロイド曲線形状であり、
   前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部において軸方向に力が加わった場合に、前記孔部を貫通する前記突起部が前記摺動部分に摺接しながら、前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部が軸線方向に相対的に変位して、軸線方向の振動を吸収する、
   回転シャフトの継手構造。

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