(57)【要約】【課題】ばねや受け部材といった追加の部材を一切用いることなく、中間軸の軸方向移動を規制する。【解決手段】ドライブシャフトは、中間軸2と、前記中間軸2の両端に取り付けた一対のしゅう動式等速自在継手1と、各等速自在継手1の外側継手部材10と前記中間軸2との間に装着したブーツ40とからなり、前記ブーツ40の弾性反力を相等しくしてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間軸と、前記中間軸の両端に取り付けた一対のしゅう動式等速自在継手と、各しゅう動式等速自在継手の外側継手部材と前記中間軸との間に装着したブーツとからなり、ブーツの弾性反力を相等しくしたドライブシャフト。
【請求項２】
前記ブーツは樹脂製である請求項１のドライブシャフト。
【請求項３】
前記ブーツはゴム製である請求項１のドライブシャフト。
【請求項４】
前記しゅう動式等速自在継手は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を円周方向に等間隔に形成した外側継手部材と、ボスとボスの円周方向に等間隔に形成した３本のトラニオンとからなる内側継手部材とを有し、前記トラニオンの先端を前記トラック溝内に挿入したトリポード型等速自在継手である請求項１から３のいずれか１項のドライブシャフト。
【請求項５】
前記トラニオンの軸線に垂直な断面における曲率半径をＲ１、前記トラニオンの軸線と前記ボスの軸線を含む断面における曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１≦Ｒ２とした請求項４のドライブシャフト。
【請求項６】
前記トラック溝の両側壁面を互いに平行な平坦面とした請求項４または５のドライブシャフト。
【請求項７】
前記しゅう動式等速自在継手は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を円周方向に等間隔に形成した外側継手部材と、ボスとボスの半径方向に突出する３本のトラニオンとからなる内側継手部材と、各トラニオンに回転自在に取り付け前記トラック溝内に収容させたローラとを有するトリポード型等速自在継手である請求項１〜３のいずれか１項のドライブシャフト。
【請求項８】
前記トラニオンと前記ローラとの間に針状ころを総ころ状態で介在させた請求項７のドライブシャフト。
【請求項９】
前記ローラを相対回転自在の内側リングと外側ローラとの組み合わせとし、前記内側リングをトラニオンに対して首振り揺動自在とした請求項７のドライブシャフト。
【請求項１０】
前記トラニオンの外周面は、縦断面においてはストレート形状で、横断面においては、前記ボスの軸線と直交する方向で前記内側リングの内周面と接触すると共に前記ボスの軸線方向で前記内側リングの内周面との間にすきまを形成する請求項９のドライブシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用されるドライブシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用のドライブシャフトは、中間軸とその両端に取り付けた等速自在継手とで構成される。前輪駆動車用のドライブシャフトは、前輪の転舵角と、車体の上下運動に伴う伸縮を吸収するため、アウトボード側に固定式等速自在継手、インボード側にしゅう動式等速自在継手を配置するのが一般的である。
【０００３】
米国特許第３６１３３９６号明細書、実公平６−１２２５８号公報には、中間軸の両側にいずれもしゅう動式等速自在継手を取り付けたドライブシャフトが記載されている。中間軸の一方の軸端と外側継手部材の底にばねを介在させ、中間軸のもう一方の軸端は、等速自在継手の外側継手部材の底に設置した受け部材の凹球状の受け面と接触させてある。両側にしゅう動式等速自在継手を採用したドライブシャフトの場合、中間軸が軸方向に自由に移動できるため、回転に伴って等速自在継手に発生する力を受けて移動してしまう。そのため、ばねを採用して中間軸の移動を拘束するようにしている。
【０００４】
図９を参照して説明すると、ドライブシャフトは、中間軸１０２と、その両端に取り付けたしゅう動式等速自在継手Ｊ１、Ｊ２とで構成される。しゅう動式等速自在継手Ｊ１、Ｊ２は、外側継手部材１１０と、内側継手部材１２０と、転がり部材１３０を含んでおり、外側継手部材１１０と内側継手部材１２０との間で角度変位のみならず軸方向変位（プランジング）も可能な構造になっている。
【０００５】
外側継手部材１１０はカップ状のマウス部１１２とステム部１１８とからなり、ステム部１１８に形成したスプライン（またはセレーション、以下同じ）で駆動輪の車軸とトルク伝達可能に接続する。マウス部１１２は、円周方向に等間隔に配置した３本のトラック溝１１４を有し、各トラック溝１１４の対向した側壁がローラ案内面１１６となる。
【０００６】
内側継手部材１２０はボス１２２と３本のトラニオン１２６とからなり、ボス１２２に形成したスプライン孔１２４で中間軸１とトルク伝達可能に接続する。トラニオン１２６はボス１２２の円周方向に等間隔に配置してあり、それぞれボス１２２から半径方向に突出している。
【０００７】
各トラニオン１２６はローラ１３０を回転、軸方向移動、首振り自在に担持している。内側継手部材１２０は外側継手部材１１０の内部に収容され、トラニオン１２６がトラック溝１１４に入り込んでいる。そして、外側継手部材１１０と内側継手部材１２０が軸方向に相対移動（プランジング）するとき、または、継手が作動角をとった状態で回転するとき、ローラ１３０は、ローラ案内面１１６上を転動しつつ、トラック溝１１４内を外側継手部材１１０の軸線方向に往復移動する。
【０００８】
外側継手部材１１０の内部には潤滑用のグリースを充填する。このグリースの洩れを防止するため、ブーツ１４０を装着する。一般に、ブーツ１４０は、継手の角度変位や軸方向変位に対応できるように蛇腹形状を採用しており、大径側端部と、小径側端部と、両者間の蛇腹部とからなる。大径側端部を外側継手部材１１０の開口端部に取り付け、小径側端部を中間軸１０２に取り付け、それぞれブーツバンドで締め付けて固定する。
【０００９】
中間軸１０２の両端に取り付けた等速自在継手Ｊ１、Ｊ２はいずれもしゅう動式であるため、中間軸１０２も軸方向に変位できる。中間軸１０２が軸方向の一方向に移動していくと、端部が外側継手部材１１０の底に衝突するに至り、衝突時に異音が発生する。これを防止するため、中間軸１０２の一方の端部と一方の等速自在継手Ｊ１の外側継手部材１１０の底との間に圧縮コイルばね１２８ａを介在させ、かつ、もう一方の等速自在継手Ｊ２の外側継手部材１１０の底に受け部材１２８ｂを設けて、中間軸１０２を軸方向の一方向に弾性的に押し付けた状態に保持する。
【００１０】
上述のように、両側にしゅう動式等速自在継手Ｊ１、Ｊ２を用いたドライブシャフトの場合、中間軸１０２の軸方向位置を拘束する必要がある。中間軸１０２の軸方向位置を拘束するためのばね１２８ａや受け部材１２８ｂといった保持部材がないと、中間軸１０２の軸方向位置が定まらないため回転中に外側継手部材１１０等に衝突して異音を発生させたり、損傷を招いたりするおそれがある。とはいえ、ばねなどの部材を用いて中間軸１０２の軸方向位置を拘束することは、部品点数の増加、加工部位の増加、組立工数の増加を伴うためドライブシャフトのコストアップにつながる。
【００１１】
特許文献１では、ブーツ１４０のばね剛性を利用して、中間軸を軸方向の一方に向けて付勢することにより、中間軸の軸方向移動を規制することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２３９８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載された従来の技術によれば、ばねを使用することなく中間軸の軸方向移動を規制することができる。しかしながら、ブーツのばね剛性を利用して中間軸を軸方向の一方向に付勢するだけでは、継手回転中に中間軸の軸端と受け部材との接触による摩擦により、継手の効率低下や余分な発熱の可能性がある。さらに、継手部のしゅう動（プランジング）による振動の吸収などしゅう動式等速自在継手が持つ利点を効果的に活用しているとは言えない。
【００１４】
この発明の目的は、受け部材も使用することなく、中間軸の軸方向移動を規制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、中間軸の両端にしゅう動式等速自在継手を取り付けたドライブシャフトにおいて、中間軸の軸方向への動きをブーツの弾性反力を利用して規制するようにしたものである。すなわち、この発明のドライブシャフトは、中間軸２と、前記中間軸２の両端に取り付けた一対のしゅう動式等速自在継手１と、各しゅう動式等速自在継手１の外側継手部材１０と前記中間軸２との間に装着したブーツ４０とからなり、ブーツ４０の弾性反力を相等しくしたことを特徴とするものである。２つのブーツ４０の弾性反力を相等しくすることで、中間軸２がその軸方向に移動しようとしても、ブーツ４０の弾性反力の作用で、中間軸２を常に中立位置に復帰させることができる。このように、中間軸２の移動そのものを規制するものであるため、中間軸２は言わばフローティング状態に保持され、外側継手部材１０の底に中間軸２の端部や内側継手部材２０が衝突するのを防ぐことできる。したがって、ばねも、受け部材も、追加の部材を一切用いることなく、中間軸２の軸方向移動を規制することができる。
【００１６】
前記ブーツ４０は、樹脂製（請求項２）またはゴム製（請求項３）とすることができる。要するに、既存の等速自在継手用ブーツをそのまま利用することができる。等速自在継手用ブーツの主な機能は潤滑剤の保持である。しかし、継手の屈曲や伸縮に対応するためにその形状は一般に蛇腹であることが多い。よって、ブーツは一種のばね要素（弾性）の機能を有する。この弾性力を利用して中間軸の軸方向移動を規制することにより、ドライブシャフトの回転中に中間軸の端部が外側継手部材の底に接触したり、内側継手部材が外側継手部材の開口端部から脱落したりするのを回避することができる。
【００１７】
前記しゅう動式等速自在継手は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝１４を円周方向に等間隔に形成した外側継手部材１０と、ボス２２とボス２２の円周方向に等間隔に形成した３本のトラニオン２６とからなる内側継手部材２０とを有し、前記トラニオン２６の先端を前記トラック溝１４内に挿入したトリポード型等速自在継手とすることができる（請求項４）。
【００１８】
前記トラニオン２６の軸線に垂直な断面における曲率半径をＲ１、前記トラニオン２６の軸線と前記ボス２２の軸線を含む断面における曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１≦Ｒ２とすることができる（請求項５）。
【００１９】
前記トラック溝１４の両側壁面１６を互いに平行な平坦面としてもよい（請求項６）。
【００２０】
前記しゅう動式等速自在継手は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝１４を円周方向に等間隔に形成した外側継手部材１０と、ボスとボスの半径方向に突出する３本のトラニオン２６とからなる内側継手部材２０と、各トラニオン２６に回転自在に取り付け前記トラック溝１４内に収容させたローラ３０とを有するトリポード型等速自在継手とすることができる（請求項７）。
【００２１】
前記トラニオン２６と前記ローラ３０との間に針状ころ３２を総ころ状態で介在させてもよい（請求項８）。
【００２２】
前記ローラ３０を相対回転自在の内側リング３４と外側ローラ３０との組み合わせとし、前記内側リング３４をトラニオン２６に対して首振り揺動自在としてもよい（請求項９）。
【００２３】
前記トラニオン２６の外周面は、縦断面においてはストレート形状で、横断面においては、前記ボスの軸線と直交する方向で前記内側リング３４の内周面と接触すると共に前記ボスの軸線方向で前記内側リング３４の内周面との間にすきまを形成するようにしてもよい（請求項１０）。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、中間軸２の両端にしゅう動式等速自在継手１を取り付けたドライブシャフトにおいて、中間軸２の軸方向移動はブーツ４０の弾性反力によって規制される。したがって、外側継手部材１０の底に中間軸２の先端や内側継手部材２０が衝突することを防ぐことができ、また、外側継手部材１０から内側継手部材２０が脱落するのを防ぐことができる。しかも、従来の技術におけるばねや受け部材を廃止することができるため、部品点数の削減、構造の簡素化、ひいてはコスト低減に寄与する。
【００２５】
また、中間軸の一方の端部に固定式等速自在継手、もう一方の端部にしゅう動式等速自在継手を取り付けたドライブシャフトと比較して、両側のしゅう動式等速自在継手１でしゅう動範囲（ストローク）を分担することになるため、外側継手部材１０あたりのストロークが短くなる。したがって、外側継手部材１０の軸方向長さを短縮することができ、ドライブシャフトの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例を示すドライブシャフトの縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】（Ａ）は図１における内側継手部材の拡大正面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】別の実施例を示す図２に対応する断面図である。
【図５】（Ａ）は別のトリポード型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。
【図６】さらに別のトリポード型等速自在継手の横断面図である。
【図７】力学的概念図である。
【図８】継手が作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図９】従来例を示すドライブシャフトの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、しゅう動式等速自在継手としてトリポード型等速自在継手を用いた場合を例にとって、この発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１および図２に示すドライブシャフトは、中間軸２と、中間軸２の両端に取り付けたトリポード型等速自在継手１とで構成されている。トリポード型等速自在継手１は、外側継手部材としてのハウジング１０と、内側継手部材としてのトリポード２０とからなり、ハウジング１０の内部に収容される部品は、中間軸２を除けば、トリポード２０のみである。
【００２９】
ハウジング１０は、一体的に形成したマウス部１２とステム部（図示せず）とからなり、ステム部に形成したスプライン軸部で原動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１２はカップ状で、内周に、軸線と平行なトラック溝１４が円周方向に等間隔に形成してある。図２から分かるように、各トラック溝１４の両側壁に案内面１６が形成してある。ここでは案内面１６は互いに平行な平坦面である。
【００３０】
トリポード２０は、図２から分かるように、スプライン孔２４を形成したボス２２と、ボス２２の円周方向に等間隔に配置した３本のトラニオン２６からなり、トラニオン２６は半径方向に突出している。図１および図３（Ｂ）に示すように、トリポード２０のボス２２の軸線に垂直な両端面は平坦で、ボス２２とトラニオン２６は軸線方向の寸法あるいは厚さが同一である。
【００３１】
トラニオン２６は球面状の外周面２８を有し、その横断面は、図３（Ｃ）に示すように、半径Ｒ１の円を互いに平行な２辺で切ったような形状である。言い換えれば、互いに平行な２辺と、トラニオン２６の軸線上に中心をもった曲率半径Ｒ１の２つの円弧とからなる。外周面２８の縦断面は、図３（Ａ）から分かるように、半径Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２の円弧形状である。
【００３２】
中間軸２には、軸端側から順に、止め輪溝４、スプライン軸部６、ブーツ取り付け部８が形成してある。ここでは中実の中間軸を例示したが、中空軸を採用することもできる。中間軸２のスプライン軸部６をトリポード２０のスプライン孔２４に挿入して両者をスプライン嵌合させ、止め輪溝４に止め輪を装着することによって、中間軸２上にトリポード２０を位置決めして固定する。
【００３３】
ハウジング１０の開口端部と中間軸２との間を閉鎖して潤滑グリースの洩れを防止するため、ブーツ４０が装着してある。ブーツ４０は、大径端部４２と、小径端部４４と、両者間の蛇腹部４６とからなり、ゴムまたは樹脂で所望形状に成形する。大径端部４２をハウジング１０の開口端部に取り付け、小径端部４４を中間軸２のブーツ取り付け溝８に取り付け、その上からブーツバンド４８で締め付ける。
【００３４】
ブーツ４０は蛇腹状という形状の特性、ゴムまたは樹脂という材料の特性、肉厚や山と谷の数等によって、軸方向の伸縮動作に対する抵抗すなわち弾性反力が異なる。その弾性反力そのものは、中間軸２に作用する推力、中間軸の重量等々を勘案して、適宜に設定することができる。そして、中間軸２の両側のブーツ４０の弾性反力を相等しく設定することにより、中間軸２を例えば図１の右側に移動させようとする推力が作用したときは、図１の左側のブーツ４０には伸張させる向きに作用し、図１の右側のブーツ４０には圧縮させる向きに作用する。その結果、各ブーツ４０に相等しい反力が発生し、中間軸２は中立位置を維持する。したがって、端部がハウジング１０の底面に接触したり、ハウジング１０の開口端部から脱落したりすることがなく、ドライブシャフトは正常な回転を維持、継続する。
【００３５】
中間軸の両端に取り付ける等速自在継手を両者共にしゅう動式等速自在継手とすることで、しゅう動範囲（ストローク）を分担することになるため、一方を固定式、もう一方をしゅう動式とした場合と比較してハウジングの軸方向長さを短縮することが可能となり、これは継手の、ひいてはドライブシャフトの軽量化に繋がる。
【００３６】
トラニオン２６の外周面形状は次のとおりである。図３（Ｃ）に示すように、トラニオン２６の軸線に垂直な断面の輪郭は、互いに平行な２辺と、軸線上に中心をもった曲率半径Ｒ１の円弧とからなる。図２および図３（Ａ）に示すように、トリポード２０の軸線に垂直な断面の輪郭は、曲率半径Ｒ１よりも長い曲率半径Ｒ２の円弧である。
【００３７】
トリポード型等速自在継手の機構上、継手が角度を取って回転した場合、ハウジング１０の軸線とトリポード２０の軸線がずれる（偏心）。したがって、ハウジング１０に形成した案内面１６はハウジング１０の中心断面についてそれぞれ平行は平坦面とし、かつ、トラニオン２６と案内面１６との間に必要なすきまを与えて偏心を吸収しなければならない。また、平坦な案内面１６に曲率を有するトラニオン２６の外周面が接触するため、接触部の面圧をできるだけ緩和させる必要がある。そのため、Ｒ１≦Ｒ２とすることにより、面圧が緩和され、耐久性・ＮＶＨ特性の向上が期待できる。
【００３８】
ドライブシャフトの両端に取り付けるしゅう動式等速自在継手として図１および図２に示すトリポード型等速自在継手を用いた場合を例にとって説明したが、上述の実施例に限らず、例えば以下に述べるようなしゅう動式等速自在継手を採用することもできる。
【００３９】
図４は、トリポード２０のトラニオン２６にローラ３０を嵌め込んだ例である。この場合、トラニオン２６の外周面は、平坦面と部分円筒面の組み合わせである。前記平坦面はボス２２の軸線に対して垂直で、ここでもボス２２の端面と面一となっている。トラニオン２６の軸線に垂直な断面の輪郭は、図３（Ｃ）に関連して上に述べたように、互いに平行な２辺と２つの円弧の組み合わせである。
【００４０】
図４から分かるとおり、ボス２２の軸線に垂直で、トラニオン２６の軸線を含む断面では、トラニオン２６の外周面は軸線に平行な直線状である。これは、ローラ３０を回転および軸方向移動可能に支持するためのである。トラニオン２６の軸線を中心としてローラ３０が回転可能であるため、トラニオン２６と案内面１６との接触関係が滑りから（滑り＋転がり）となって、トラニオン２６がハウジング１０の軸線方向に移動する際のしゅう動抵抗の低減が期待できる。
【００４１】
ローラ３０の内周面は円筒面状であるが、外周面は凸球面状である。ハウジング１０の案内面１６は部分円筒面状である。図４に示す断面に即して言うならば、ローラ３０の外周面は軸線上に曲率中心をもった円弧を母線とし、案内面１６はローラ３０の母線半径とほぼ等しい曲率半径の円弧である。
【００４２】
また、図５に示すような従来の一般的なトリポード型等速自在継手を採用することもできる。これは、たとえば特開２００４−２５７５６９号公報に記載してあるように、トラニオン２６ａの円筒面状の外周面とローラ３０の円筒面状の内周面との間に針状ころ３２を総ころ状態で介在させたタイプである。この場合、ローラ３０はトラニオン２６ａに対して回転と軸方向移動が可能である。他の構成は上述の実施例と実質的に異なるところはない。
【００４３】
図６は、たとえば特許３５９９６１８号公報に記載してあるように、総ころ状態の針状ころ３２を介して相対回転可能な内側リング３４と外側ローラ３０とからなるローラアセンブリを、横断面が略円弧状をしたトラニオン２６ｂに取り付けたタイプである。この場合、ローラアセンブリ（３０、３２、３４）はトラニオン２６ｂに対して回転と軸方向移動と首振りが可能である。他の構成は上述の実施例と実質的に異なるところはない。
【００４４】
なお、トリポード型等速自在継手の場合、機構上、図８に示すように継手が作動角θを取った際にトリポードが偏心（符号eは偏心量を表す）して傾斜する必要がある。この時、図２および図３の実施例ではトラニオン外周面が曲面（球面）であるため、トラック溝側壁面（案内面）が平行な平坦面でなければトリポードの傾斜を許容することができない。一方、図４の実施例の場合はローラとトラニオンとの間、図５の実施例の場合はローラと針状ころとの間、図６の実施例の場合はローラアセンブリとトラニオンとの間において、それぞれ、トラニオンの軸方向の動きを吸収できるため継手が角度をとることが可能であり、トラック溝側壁面（案内面）を必ずしも平坦面とする必要はなく、曲面にすることもできる。
【００４５】
図７を参照して、弾性反力をブーツの剛性で定義することについて説明するならば次のとおりである（特開2007-239877号公報参照）。継手に発生する力をそれぞれF1(t)、F2(t)、ブーツの剛性をk（両者のブーツの弾性反力すなわち剛性は等しいものとする）、ブーツの減衰をC、中間軸の軸方向移動量をx(t)とすると、中間軸の運動方程式は以下のように表される。
【００４６】
【数１】
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中間軸が軸方向に移動せず安定している状態は、中間軸の速度および加速度が０に限りなく近いと考えられるので、上式は次のようになる。
【００４７】
【数２】
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【００４８】
（式4）より、中間軸を移動させないためには、x(t)を理想的には０、現実的には継手の全しゅう動量に対してx(t)を十分小さく設定できれば、中間軸は所定の位置付近で安定し、外側継ぎ手部材底への衝突を避けることができる。継手に作用する軸方向の力は車両の使用状況を考慮して推定し、ブーツ剛性を設定する（現実的には、（式4）から判るように、ブーツ剛性 k を十分に大きく設定できれば良い）。
【符号の説明】
【００４９】
１  トリポード型等速自在継手（しゅう動式等速自在継手）
２  中間軸
４  止め輪溝
６  スプライン軸部
８  ブーツ取り付け溝
１０  ハウジング（外側継手部材）
１２  マウス部
１４  トラック溝
１６  案内面
２０  トリポード（内側継手部材）
２２  ボス
２４  スプライン孔
２６  トラニオン
３０  ローラ
４０  ブーツ
４２  大径端部
４４  小径端部
４６  蛇腹部
４８  ブーツバンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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