(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空シャフトの両端に等速自在継手をスプライン嵌合により取り付けた後輪用ドライブシャフトにおいて、
前記中空シャフトが、鋼管からなり縮径加工を行わずに仕上げられ、軸方向の全長にわたって外径および肉厚がほぼ同一に形成されており、
前記中空シャフトの一端に取り付けられた等速自在継手がトラック溝にトルクを伝達するボールを配置した固定式等速自在継手であって、この固定式等速自在継手が、前記ボールの個数を８個とし、かつ高作動角を必要としない後輪用ドライブシャフトの最大作動角に対応して内側継手部材の軸方向の幅を小さくすると共に、前記内側継手部材の両端部における内径スプラインとトラック溝との間の肉厚を確保して前記内径スプラインのピッチ円直径を大きくしたものであって、
前記ボールのピッチ円直径をＤｂ、前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径をＤｓとしたとき、Ｄｂ／Ｄｓの比を２．１６以下にし、
前記内側継手部材の軸方向の幅Ｗを前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径Ｄｓより小さくしたことを特徴とする後輪用ドライブシャフト。
【請求項２】
中空シャフトの両端に等速自在継手をスプライン嵌合により取り付けた後輪用ドライブシャフトにおいて、
前記中空シャフトが、鋼管からなり縮径加工を行わずに仕上げられ、軸方向の全長にわたって外径および肉厚がほぼ同一に形成されており、
前記中空シャフトの一端に取り付けられた等速自在継手がトラック溝にトルクを伝達するボールを配置したクロスグルーブ型摺動式等速自在継手であって、このクロスグルーブ型摺動式等速自在継手が、前記ボールの個数を８個以上とすると共に、内側継手部材の内径スプラインとトラック溝との間の肉厚を確保して前記内径スプラインのピッチ円直径を大きくしたものであって、
前記ボールのピッチ円直径をＤｂ、前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径をＤｓとしたとき、Ｄｂ／Ｄｓの比を２．０以下にし、
前記内側継手部材の軸方向の幅Ｗを前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径Ｄｓより小さくしたことを特徴とする後輪用ドライブシャフト。
【請求項３】
前記鋼管をシームレス管としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の後輪用ドライブシャフト。
【請求項４】
前記中空シャフトは、その半径方向の肉厚全域に高周波焼入れによる硬化層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の後輪用ドライブシャフト。
【請求項５】
前記中空シャフトは、その軸端のスプライン部にショットピーニングによる圧縮残留応力が付与されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の後輪用ドライブシャフト。
【請求項６】
前記中空シャフトの内径部に封止部材を入れたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の後輪用ドライブシャフト。
【請求項７】
前記中空シャフトに防錆処理が施されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の後輪用ドライブシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空シャフトの両端に等速自在継手を取り付けた後輪用ドライブシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のドライブシャフトに使用されるシャフトは、その種類を構造面で大別すると、中実の棒材から加工された中実シャフトと、鋼管などから加工された中空シャフトに分けられる。近年、自動車の足回りの軽量化、捩じり剛性やＮＶＨ特性の向上といった機能面での必要性から中空シャフトや中空ロングステムタイプの外側継手部材が用いられることが多くなってきた。中空シャフトのうち一体型のものは、例えば、鋼管をその軸心周りに回転させながら、高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工や鋼管をダイスに軸方向に押し込むことで縮径させるプレス加工により成形されたものが用いられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
自動車のドライブシャフトとしては、前輪用ドライブシャフトと後輪用ドライブシャフトがある。前輪用ドライブシャフトは前輪駆動車（ＦＦ車）の前輪と４輪駆動車の前輪に使用され、後輪用ドライブシャフトは後輪駆動車（ＦＲ車）の後輪と４輪駆動車の後輪に使用される。前輪用ドライブシャフトは、車輪が操舵されるので、通常、アウトボード側（車輪側）には、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が使用され、インボード側（デフ側）には、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が使用される。一方、後輪用ドライブシャフトは、車輪が操舵されないので高作動角を必要としないため、インボード側と同様にアウトボード側にも摺動式等速自在継手が使用されることがある。また、後輪用ドライブシャフトにおいても、アウトボード側に固定式等速自在継手が使用され、インボード側に摺動式等速自在継手が使用される場合もある。
【０００４】
上記の一体型の中空シャフトを用いた従来のドライブシャフトを図１１および図１２に基づいて詳述する。このドライブシャフト１０１は、前輪用ドライブシャフトであり、インボード側には摺動式等速自在継手１０３が連結され、アウトボード側には固定式等速自在継手１０４が連結されている。摺動式等速自在継手１０３としてトリポード型等速自在継手が示され、固定式等速自在継手１０４は、８個のボールを用いたツェッパ型等速自在継手が示されている。摺動式等速自在継手１０３は、外側継手部材１０５、内側継手部材としてのトリポード部材１０６とローラ１０７とからなり、トリポード部材１０６に形成した３本の脚軸１０８にローラ１０７が回転自在に嵌合されている。ローラ１０７は外側継手部材１０５に形成されたトラック溝１０９に転動自在に収容されている。トリポード部材１０６と中空シャフト１０２の一端がスプライン１３０（セレーションも含まれる。以下、同じ）により結合され、止め輪１１１によって軸方向に固定されている。外側継手部材１０５の外周と中空シャフト１０２の外周にブーツ１２０の両端部が取り付けられ、継手内部が密封されている。継手内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。
【０００５】
一方、固定式等速自在継手１０４は、外側継手部材１１２、内側継手部材１１３、ボール１１４および保持器１１５とからなる。外側継手部材１１２の球面状内周面１１８には軸方向に曲線状に湾曲した８本のトラック溝１１６が形成されている。内側継手部材１１３の球面状外周面１１９には、外側継手部材１１２のトラック溝１１６に対向するトラック溝１１７が形成され、両トラック溝１１６、１１７間にボール１１４が配置されている。ボール１１４は保持器１１５に収容され、保持器１１５の内外周面は内側継手部材１１３の球面状外周面１１９と外側継手部材１１２の球面状内周面１１８にそれぞれ嵌合している。内側継手部材１１３と中空シャフト１０２の他端がスプライン１３１により結合され、止め輪１２２によって軸方向に固定されている。外側継手部材１１２の外周と中空シャフト１０２の外周にブーツ１２１の両端部が取り付けられ、継手内部が密封されている。
【０００６】
図１２は、中空シャフト１０２の一部断面図である。この中空シャフト１０２は、軸方向の全長にわたって中空の筒状部材で、軸方向の中間部に大径部１２５と、この大径部１２５よりも軸方向両端側に小径部１２６ｂ、１２８ｂと、軸方向中間部側の小径部１２６ａ、１２８ａとの間に最小軸径部１２７、１２９とを有している。大径部１２５と小径部１２６ａ、１２８ａとの間、小径部１２６ａ、１２６ｂ、１２８ａ、１２８ｂと最小軸径部１２７、１２９との間は、テーパ部１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１を介して連続している。最小軸径部１２９は、固定式等速自在継手が大きな最大作動角を取ったときにも、外側継手部材１１２と干渉しないように寸法が定められており、この寸法にインボード側の最小軸径部１２７も準じている。小径部１２６ｂ、１２８ｂの両端部には等速自在継手１０３、１０４の内側継手部材１０６、１１３に連結されるスプライン１３０ａ、１３１ａと、内側継手部材１０６、１１３を軸方向に固定するための止め輪１１１、１２２を装着する止め輪溝１３２、１３３が形成されている。小径部１２６ａ、１２８ａには、ブーツを固定するためのブーツ溝１３４、１３５が形成されている。
【０００７】
次に、中空シャフト１０２の加工方法を説明する。例えば、中空シャフト１０２の軸方向中間部の大径部１２５は鋼管の形状になっており、小径部１２６ａ、１２６ｂ、１２８ａ、１２８ｂ、最小軸径部１２７、１２９およびテーパ部１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１をスウェージ加工やプレス加工により縮径させる。この縮径により、小径部１２６ａ、１２６ｂ、１２８ａ、１２８ｂ、最小軸径部１２７、１２９およびテーパ部１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１は大径部１２５よりも肉厚が増加する。その後、小径部１２６ｂ、１２８ｂの両端部にスプライン１３０ａ、１３１ａが転造加工され、止め輪溝１３２、１３３およびブーツ溝１３４、１３５が切削加工される。なお、ブーツ溝１３４は、スウェージング加工で成形することがあり、ブーツ溝１３５は、ローリング加工で成形することがある。そして、中空シャフト１０２の強度を確保するために必要な範囲に熱処理を行う。
【０００８】
上記のように、前輪駆動車、後輪駆動車といった２輪駆動車のドライブシャフトにおいて、必要な捩じり強度を確保するには、中空シャフトの両端のスプライン部又は最小軸径部の肉厚をある程度厚くしておく必要があるが、当該部のような小径部分で肉厚を確保するには、スウェージ加工やプレス加工により鋼管を縮径し、肉厚を増加させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３１５４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
後輪用ドライブシャフトでは、高作動角を必要としないため、前輪駆動車の前輪用ドライブシャフトのように高作動角時にシャフトと固定式等速自在継手の外側継手部材との干渉を避けるためのシャフトへの凹み部（最小軸径部）を設ける必要がない。また、４輪駆動車の後輪用ドライブシャフトにおいては、入力トルクが低く、必要強度が前輪駆動車や後輪駆動車といった２輪駆動車のドライブシャフトより低いことが多い。このような４輪駆動車の後輪用ドライブシャフトに、前述した鋼管に縮径加工を施し、軸方向の中央部に鋼管の形状を残した中空シャフトを適用した場合、鋼管の直径が大きいため、中実シャフトと比較してあまり重量が軽減されない上に、スウェージ加工やプレス加工などの縮径加工などでコストアップとなり、中空シャフト適用のメリットがなくなってしまう。
【００１１】
上記のような課題に鑑み、本発明は、軽量で高効率、かつ低コストな後輪用ドライブシャフトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、中空シャフトを鋼管に縮径加工を施さないで形成するという新たな着想に加えて、さらに、強度アップのために中空シャフトの両端に嵌合する等速自在継手の内側継手部材のスプラインを大径にするという新たな着想に至った。
【００１３】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、中空シャフトの両端に等速自在継手をスプライン嵌合により取り付けた後輪用ドライブシャフトにおいて、
前記中空シャフトが、鋼管からなり縮径加工を行わずに仕上げられ、軸方向の全長にわたって外径および肉厚がほぼ同一に形成されており、前記中空シャフトの一端に取り付けられた等速自在継手がトラック溝にトルクを伝達するボールを配置した固定式等速自在継手であって、この固定式等速自在継手が、前記ボールの個数を８個とし、かつ高作動角を必要としない後輪用ドライブシャフトの最大作動角に対応して内側継手部材の軸方向の幅を小さくすると共に、前記内側継手部材の両端部における内径スプラインとトラック溝との間の肉厚を確保して前記内径スプラインのピッチ円直径を大きくしたものであって、前記ボールのピッチ円直径をＤｂ、前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径をＤｓとしたとき、Ｄｂ／Ｄｓの比を２．１６以下にし、前記内側継手部材の軸方向の幅Ｗを前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径Ｄｓより小さくしたことを特徴とする
。また、中空シャフトの両端に等速自在継手をスプライン嵌合により取り付けた後輪用ドライブシャフトにおいて、前記中空シャフトが、鋼管からなり縮径加工を行わずに仕上げられ、軸方向の全長にわたって外径および肉厚がほぼ同一に形成されており、前記中空シャフトの一端に取り付けられた等速自在継手がトラック溝にトルクを伝達するボールを配置したクロスグルーブ型摺動式等速自在継手であって、このクロスグルーブ型摺動式等速自在継手が、前記ボールの個数を８個以上とすると共に、内側継手部材の内径スプラインとトラック溝との間の肉厚を確保して前記内径スプラインのピッチ円直径を大きくしたものであって、前記ボールのピッチ円直径をＤｂ、前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径をＤｓとしたとき、Ｄｂ／Ｄｓの比を２．０以下にし、前記内側継手部材の軸方向の幅Ｗを前記内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径Ｄｓより小さくしたことを特徴とする。これにより、中空シャフトの軸方向の全長にわたって外径および肉厚がほぼ同一で、ほとんど段差のない形状にすることができるので、軽量化が図れる。また段差がほとんど無いため、スウェージ加工やプレス加工などの縮径加工を廃止し、鋼管（パイプ材）に直接スプラインやブーツ溝を加工することで、コスト低減を図ることができる。
【００１４】
そして、スプライン径をサイズアップした場合は、シャフト強度に余裕ができるため、薄肉化でき、さらに軽量化を図ることができる。また、スプライン径が上がれば、２輪駆動の後輪用ドライブシャフトのように高い強度レベルが要求される場合でも、鋼管をスウェージ加工やプレス加工などの縮径加工により肉厚を増加させることなく、鋼管の肉厚そのままで適用することができ、２輪駆動の後輪用ドライブシャフトに好適である。
【００１５】
中空シャフトが、鋼管からなり、絞り加工を行わずに仕上げられ、この鋼管をシームレス管とすることにより、小径厚肉鋼管がそのまま適用することができ、コスト低減と共に強度を確保することができる。
【００１６】
中空シャフトは、その半径方向の肉厚全域に高周波焼入れによる硬化層が形成されている。これにより、薄肉で軽量な中空シャフトでも十分な強度を確保することができる。
【００１７】
中空シャフトは、その軸端のスプライン部にショットピーニングによる圧縮残留応力が付与することができる。これにより、薄肉で軽量な中空シャフトであっても、さらに強度を向上することができる。
【００１８】
中空シャフトの内径部に封止部材を入れることが望ましい。これにより、継手内部のグリースが中空シャフトの内部に流入することを防止することができ、グリースの封入量を抑制することができる。
【００１９】
中空シャフトの両端に取り付けられた等速自在継手が、一端が固定式等速自在継手であり、他端が摺動式等速自在継手であるドライブシャフトを構成することや中空シャフトの両端に取り付けられた等速自在継手がいずれも摺動式等速自在継手であるドライブシャフトを構成することができる。車種、使用条件に応じて、最適な後輪用ドライブシャフトを実現することができる。
【００２０】
中空シャフトに防錆処理を施すことが望ましい。これにより、薄肉の中空シャフトにもかかわらず、腐食による軸方向中間部の強度低下を防止することができる。
【００２１】
スプライン径のサイズアップの具体的な方法として、固定式等速自在継手の内側継手部材の軸方向長さを短縮し、トルクを伝達するボールのピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤｂ、内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤｓとしたとき、Ｄｂ／Ｄｓの比を２．１６以下することが望ましい。また、摺動式等速自在継手のトルクを伝達するボールのピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤｂ、内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤｓとしたとき、Ｄｂ／Ｄｓの比を２．２８以下にすることが望ましい。さらに、摺動式等速自在継手としてクロスグルーブ型等速自在継手を使用した場合に、トルクを伝達するボールの個数を８個以上とし、ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤｂ、内側継手部材の内径スプラインのピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤｓとしたとき、Ｄｂ／Ｄｓの比を２．０以下にすることが望ましい。
【００２２】
上記の構成により、等速自在継手の内側継手部材のスプライン径が上がり、シャフト強度に余裕ができるため、薄肉化でき、さらに軽量化を図ることができる。また、２輪駆動の後輪用ドライブシャフトのように高い強度レベルが要求される場合でも、鋼管をスウェージ加工やプレス加工などの縮径加工により肉厚を増加させることなく、鋼管の肉厚そのままで適用することができる。
【００２３】
以上のように、本発明のドライブシャフトは、４輪駆動車の後輪用ドライブシャフトや２輪駆動の後輪用ドライブシャフトに好適である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、中空シャフトの軸方向の全長にわたって外径および肉厚がほぼ同一で、ほとんど段差のない形状にすることができるので、軽量化が図れる。また、段差がほとんど無いため、スウェージ加工やプレス加工などのシャフトの縮径加工を廃止し、鋼管（パイプ材）に直接スプラインやブーツ溝を加工することで、コスト低減を図ることができる。スプライン径をサイズアップしない場合は、要求強度が低い４輪駆動車の後輪用ドライブシャフトに好適である。
【００２５】
また、スプライン径をサイズアップした場合は、シャフト強度に余裕ができるため、薄肉化でき、さらに軽量化を図ることができる。スプライン径が上がれば、２輪駆動の後輪用ドライブシャフトのように高い強度レベルが要求される場合でも、鋼管をスウェージ加工やプレス加工などの縮径加工により肉厚を増加させることなく、鋼管の肉厚そのままで適用することができ、２輪駆動の後輪用ドライブシャフトに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るドライブシャフトの一部縦断面図である。
【図２】第１の実施形態に適用する中空シャフトの一部縦断面図である。
【図３】第１の実施形態に適用するインボード側摺動式等速自在継手の正面図である。
【図４】従来のインボード側摺動式等速自在継手の正面図である。
【図５】第１の実施形態に適用する中空シャフトの変形例を示す一部縦断面図である。
【図６】第１の実施形態に適用する中空シャフトの第２の変形例を示す一部縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るドライブシャフトの一部縦断面図である。
【図８】第２の実施形態に適用する中空シャフトの一部縦断面図である。
【図９】第２の実施形態に適用するアウトボード側固定式等速自在継手の正面図である。
【図１０】従来のアウトボード側固定式等速自在継手の正面図である。
【図１１】従来のドライブシャフトの一部縦断面図である。
【図１２】従来の中空シャフトの一部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
本発明の第１の実施形態を図１〜図３に示す。図１は本実施形態の後輪用ドライブシャフトの一部縦断面である。図示のように、ドライブシャフト１は、中空シャフト２と、その一端に連結された摺動式等速自在継手３、他端に連結された摺動式等速自在継手４とを備える。図１の左側がアウトボード側（車輪側）で、摺動式等速自在継手４が連結され、右側がインボード側（デフ側）で、摺動式等速自在継手３が連結される。摺動式等速自在継手３、４は、いずれもクロスグルーブ型等速自在継手である。摺動式等速自在継手３、４の外周と中空シャフト１の外周にブーツ６、７の両端が取り付けられ、継手内部を密封している。継手内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。
【００２９】
インボード側の摺動式等速自在継手３は、外側継手部材８、内側継手部材１０、ボール１１および保持器１２とからなる。アウトボード側の摺動式等速自在継手４は、外側継手部材９、内側継手部材１０、ボール１１および保持器１２とからなる。インボード側の摺動式等速自在継手３とアウトボード側の摺動式等速自在継手４は、継手内部の構成部品は同じであるので、本実施形態の以下の説明においては、インボード側の摺動式等速自在継手３の内部の構成部品を説明し、アウトボード側の摺動式等速自在継手４において同じ機能を有する部位には同一の符合を付して重複説明を省略する。
【００３０】
図３にインボード側の摺動式等速自在継手３を拡大した正面図を示す。外側継手部材８は円筒状内周面１３に１０本のトラック溝１４ａ、１４ｂが形成されている。このトラック溝１４ａ、１４ｂは、直線状に延び、継手軸線に対して互いに逆方向に傾斜しており、円周方向に交互に配列されている。内側継手部材１０の凸状外周面１５には、外側継手部材８のトラック溝１４ａ、１４ｂに対向して１０本のトラック溝１６ａ、１６ｂが形成されている。トラック溝１６ａ、１６ｂも直線状に延び、継手軸線に対して互いに逆方向に傾斜しており、円周方向に交互に配列されている。外側継手部材８のトラック溝１４ａと内側継手部材１０のトラック溝１６ａが対となり、また、外側継手部材８のトラック溝１４ｂと内側継手部材１０のトラック溝１６ｂが対となり、トラック溝１４ａ、１６ａおよびトラック溝１４ｂ、１６ｂの各交差部にボール１１が保持される。保持器１２は、その球状外周面１７が外側継手部材８の円筒状内周面１３に案内され、凹状内周面１８は、内側継手部材１０の凸状外周面１５との間に、軸方向に相対移動可能な隙間が形成されている（図１参照）。保持器１２のポケット１９にボール１１が収容されている。トラック溝１４ａ、１６ａおよびトラック溝１４ｂ、１６ｂの各交差部にボール１１が保持され、保持器１２のポケット１９にボール１１が整列されているので、継手に角度変位が生じたときでも常に作動角の二等分面内にボール１１が維持され、等速でトルクが伝達される。また、トラック溝１４ａ、１６ａおよびトラック溝１４ｂ、１６ｂの各交差部にボール１１が保持される構造になっているので、ボール１１とトラック溝１４ａ、１６ａおよびトラック溝１４ｂ、１６ｂとの間のがたつきを少なくすることができ、特に、がたつきを嫌う自動車のドライブシャフトに用いられる。
【００３１】
図１に示すように、内側継手部材１０の凸状外周面１５と保持器１２の凹状内周面１８との間に、軸方向に相対移動可能な隙間が形成されているので、この隙間分だけ内側継手部材１０と保持器１２とが軸方向に相対移動することができ、内側継手部材１０の凸状外周面１５と保持器１２の凹状内周面１８とが当接することにより、相対移動量、すなわち、摺動ストロークが規定される。
【００３２】
外側継手部材８はディスク状に形成されており、両側面にはシールプレート２０とブーツアダプタ２１が装着され、ブーツアダプタ２１の先端部にブーツ６の大径側端部が固定されている。ブーツ６の小径側端部は中空シャフト２の外径にブーツバンド２２により締め付け固定されている。摺動式等速自在継手８、９の内側継手部材１０は、中空シャフト２の両軸端にスプライン結合２６、２７され、止め輪２８、２９により軸方向に固定されている。
【００３３】
図３に示すように、外側継手部材８にはボルト用貫通孔２３が設けられており、このボルト用貫通孔２３に対応して、シールプレート２０とブーツアダプタ２１にもボルト用貫通孔（図示省略）が設けられている。これにより、図示しないデフ側相手部材に対して、ブーツアダプタ２１、外側継手部材８、シールプレート２０を挟んだ状態でボルトにより締め付け固定される。アウトボード側の摺動式等速自在継手４は、外側継手部材９がカップ部２３とその底部にステム部２４とが一体に形成されている。ステム部２４のスプライン２５が図示しない車輪を取り付けたハブ輪に連結される。
【００３４】
図２は、中空シャフト２の一部縦断面図である。中空シャフト２は、軸方向の全長にわたって、外径５および肉厚Ｔがほぼ同一で、ほとんど段差のない形状になっている。中空シャフト２の両軸端にはスプライン２６ａ、２７ａが形成され、軸方向の中間部側にブーツ溝３４、３５が形成されている。スプライン２６ａ、２７ａの軸端側に止め輪溝３２、３３が形成されている。中空シャフト２の中心線より下側が縦断面図であり、クロスハッチングした部分が強度を確保するために焼入れ硬化されている。焼入れ硬化層は、軸方向では、中空シャフト２の一端の止め輪溝３２の手前から他端の止め輪溝３３の手前まで、ほぼ軸方向の全長にわたって形成されている。半径方向では、中空シャフト２が軸方向全域にわたって比較的に薄肉形状であるため、外径面から内径面まで肉厚Ｔの全体に形成されている。これにより、捩じり強度の向上を図ることができる。中空シャフト２は、軸方向全長にわたって外径５および肉厚Ｔがほぼ同一で、ほとんど段差のない形状になっているので、中実シャフトに比較して大幅な軽量化が見込める。また、段差がほとんど無いため、スウェージ加工やプレス加工などのシャフトの縮径加工を廃止し、鋼管（パイプ材）に直接スプラインやブーツ溝を加工することで、コスト低減を図ることができる。縮径加工は高価な設備や金型を必要とするため、コストアップの要因となっている。
【００３５】
この中空シャフト２の材料となる鋼管（パイプ材）としては、小径厚肉鋼管が適することが多く、シームレス管が好適である。
【００３６】
中空シャフト２の両軸端のスプライン２６ａ、２７ａの部分にショットピーニングを施し、外表面に圧縮残留応力を付与することで、捩じり疲労強度を向上させることができる。薄肉形状である場合、熱処理時の圧縮残留応力が小さいため、ショットピーニングによる残留圧縮応力向上の効果が大きい。
【００３７】
中空シャフト２を鋼管から完成品に形状を仕上げるまでに、必要な追加加工として、ブーツ溝３４、３５、両端部のスプライン２６ａ、２７ａの成形加工、止め輪溝３２、３３の加工などがある。ブーツ溝３４、３５はローリング加工や切削加工が適用でき、両端部のスプライン２６ａ、２７ａの成形には、転造加工やプレス加工が適用でき、特に薄肉の場合はプレス加工が適している。止め輪溝３２、３３は旋削等で加工することができる。従来の中空シャフトと同様、上記のような加工は必要であるが、大幅なコストアップとなるスウェージ加工やプレス加工による中空シャフト２の縮径加工を省略することができる。
【００３８】
本実施形態のドライブシャフト１に適用される等速自在継手３、４の内側継手部材１０、１０のスプライン径はサイズアップされている。この寸法設定を可能にした新たな設計思想を以下に説明する。
【００３９】
図４に、従来の摺動式等速自在継手であるクロスグルーブ型等速自在継手を示す。この等速自在継手２０３は、外側継手部材２０８、内側継手部材２１０、ボール２１１および保持器２１２からなる。この摺動式等速自在継手２０３では、トルクを伝達するボール２１１の個数が６個であり、１個のボール２１１が負担するトルク負荷が大きいため、直径の大きいボール２１１が使用されている。その結果、トラック溝２１６ａ、２１６ｂが深くなり、内側継手部材２１０のスプライン底までの肉厚を確保すると、スプラインのピッチ円直径Ｄｓ１が小さくならざるを得なかった。
【００４０】
これに対して、本実施形態のドライブシャフトに適用するクロスグルーブ型等速自在継手３は、図３に示すように、ボール１１の個数が１０個であり、１個のボール１１が負担するトルク負荷が軽減されるため、直径の小さいボール１１が使用できる。その結果、トラック溝１６ａ、１６ｂが浅くなり、内側継手部材１０のスプライン底までの肉厚が稼げるため、スプラインのピッチ円直径Ｄｓ２を大きくすることができる。後輪用ドライブシャフト用としては、ボール１１の個数を１０個としたクロスグルーブ型等速自在継手３が最も軽量化に適している。この場合、ボール１１のピッチ円直径Ｄｂ２とスプラインのピッチ円直径Ｄｓ２との比Ｄｂ２／Ｄｓ２≦２となるまでスプライン径を上げることができるため、中空シャフト２は極めて薄肉化が図られ、軽量化が見込める。
【００４１】
また、継手の作動面では、ボール１１の個数を１０個としたクロスグルーブ型等速自在継手３は、継手軸線に対して互いに逆方向に傾斜したトラック溝１４ａ、１６ａおよびトラック溝１４ｂ、１６ｂの交差角を小さくして摺動ストロークを稼ぐことができ、この場合にも、折り曲げ時に引っ掛かりの少ない優れた折り曲げ特性を有し、また、等速性やトルクの伝達効率に優れたものとなる。なお、クロスグルーブ型等速自在継手３はボール１１の個数を１０個としたものを示したが、ボールの個数を８個のものでも、トラック溝が浅くなり、内側継手部材のスプライン底までの肉厚が稼げるため、スプラインのピッチ円直径を大きくすることができるので、同様に適用することができる。
【００４２】
上記のように、本実施形態の後輪用ドライブシャフト１は、中空シャフト２を鋼管に絞り加工を施さないで形成するという新たな着想に加えて、さらに、強度アップのために中空シャフト２の両端に連結される摺動式等速自在継手３、４の内側継手部材１０のスプライン径をサイズアップするという新たな着想によって、軽量で高効率、かつ低コストな後輪用ドライブシャフトを実現することができた。
【００４３】
本実施形態のドライブシャフト１は、中空シャフト２に段差が不要で、要求強度が低い４輪駆動車の後輪用ドライブシャフトに好適であるが、スプライン径をサイズアップした場合は、２輪駆動の後輪用ドライブシャフトのように高い強度レベルが要求される場合にも適用することができ、鋼管をスウェージ加工やプレス加工などで縮径して肉厚を増加させることなく、鋼管の肉厚のままで適用することが可能となる。
【００４４】
次に、第１の実施形態に適用する中空シャフトの変形例を図５に示す。中空シャフト２の両端部の内径面に封止栓３６を設けたものである。この封止栓３６は、継手内部のグリースが中空シャフト２の内部に流入することを防止するためのものである。封止栓３６としては、金属製、ゴム製、エラストマー製などを用いることができる。その他の構成については、前述した第１の実施形態に適用する中空シャフト２と同様であるので、同じ機能を有する部位には同一の符号を付与して重複説明を省略する。以下の変形例においても同様とする。
【００４５】
第１の実施形態に適用する中空シャフトの第２の変形例を図６に示す。この中空シャフト２では、継手内部のグリースが中空シャフト２の内部に流入することを防止するために、中空シャフト２の内周面のほぼ全域に発砲樹脂３７を充填したものである。この変形例では、発砲樹脂３７を中空シャフト２の内周面のほぼ全域に充填したものを示したが、内周面の軸方向中間部を一部除いた領域に発砲樹脂３７を充填することもできる。
【００４６】
中空シャフト２の薄肉化により、腐食による軸方向中間部の強度低下が懸念されるため、軸方向中間部には防錆処理を行う必要がある。防錆処理としては、リン酸マンガン皮膜処理、粉体塗装、カチオン電着塗装などがある。防錆処理範囲は、少なくとも大気にさらされる部位、すなわち、ブーツ、等速自在継手以外の部位に行う。
【００４７】
本発明の第２の実施形態のドライブシャフトを図７〜図９に基づいて説明する。この実施形態は、第１の実施形態にドライブシャフトに対して、アウトボード側の等速自在継手を固定式等速自在継手にしたことが異なる。その他の構成については、前述した第１の実施形態と同様であるので、同じ機能を有する部位には同一の符号を付与して重複説明を省略する。
【００４８】
図７に示すように、アウトボード側の固定式等速自在継手４は、８個のボールを用いたツェッパ型等速自在継手で、外側継手部材９、内側継手部材１０、ボール１１および保持器１２とからなる。外側継手部材９は球面状内周面４０に８本のトラック溝４４が形成されている。このトラック溝４４は、軸方向に曲線状に形成されている。内側継手部材１０の球面状外周面４５には、外側継手部材９のトラック溝４４に対向して８本のトラック溝４６が形成されている。トラック溝４６も軸方向に曲線状に形成されている。外側継手部材９のトラック溝４４と内側継手部材１０のトラック溝４６の間にボール１１が配置される。保持器１２は、その球状外周面４７が外側継手部材９の球面状内周面４０に案内され、球面状内周面４８が内側継手部材１０の球面状外周面４５に案内されている。保持器１２のポケットにボール１１が収容されている。外側継手部材９の曲線状トラック溝４４の曲率中心Ｏ１と内側継手部材１０の曲線状トラック溝４６の曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏに対して、互いに反対側にオフセットされている。これにより、継手に角度変位が生じたときでも常に作動角の二等分面内にボール１１が維持され、等速でトルクが伝達される。                                                                           
【００４９】
外側継手部材９の開口端部外周面に、ブーツ７の大径側端部がブーツバンド３９により締め付け固定され、ブーツ７の小径側端部は中空シャフト２の外径にブーツバンド３８により締め付け固定されている。アウトボード側の固定式等速自在継手４には樹脂製ブーツ７が使用されている。両等速自在継手８、９の内側継手部材１０、１０は、中空シャフト２の両軸端にスプライン結合２６、２７され、止め輪２８、２９により軸方向に固定されている。アウトボード側の固定式等速自在継手９は、外側継手部材８がカップ部２３とその底部にステム部２４とが一体に形成されている。ステム部２４の軸スプライン２５が図示しない車輪を取り付けたハブ輪に連結される。
【００５０】
図８は、中空シャフト２の一部縦断面図である。第１の実施形態のドライブシャフト１に適用した中空シャフト２と同様、本実施形態のドライブシャフト１に適用する中空シャフト２も、軸方向の全長にわたって、外径５および肉厚Ｔがほぼ同一で、ほとんど段差のない形状になっている。第１の実施形態のドライブシャフト１に適用した中空シャフト２と異なるところは、中空シャフト２のアウトボード側に形成したブーツ溝３５の形状と止め輪溝３３の形状である。本実施形態に適用する中空シャフト２のブーツ溝３５は樹脂ブーツ７を取り付けるため円弧状の倣い形状となっている。また、止め輪溝３３ついては、スプライン嵌合作業時に止め輪２９が縮径して内側継手部材１０のスプライン小径部を通過できるように、止め輪溝３３は深く形成されている。この中空シャフト２においても、軸方向全長にわたって外径５および肉厚Ｔがほぼ同一で、ほとんど段差のない形状になっているので、中実シャフトに比較して大幅な軽量化が見込める。また、段差がほとんど無いため、スウェージ加工やプレス加工などのシャフトの縮径加工を廃止し、鋼管（パイプ材）に直接スプラインやブーツ溝を加工することで、コスト低減を図ることができる。
【００５１】
前述した第１の実施形態と同様に、本実施形態に適用される等速自在継手３、４の内側継手部材１０、１０のスプライン径はサイズアップされている。この寸法設定を可能にした新たな設計思想を以下に説明する。
【００５２】
図１０に従来の固定式等速自在継手を示す。この固定式等速自在継手１０４も、８個のボールを用いたツェッパ型等速自在継手である。この等速自在継手１０４は、外側継手部材１１２、内側継手部材１１３、ボール１１４および保持器１１５からなる。この固定式等速自在継手１０４は、前輪用ドライブシャフトに使用可能なもので最大作動角４７°を取れるように設計されている。外側継手部材１１２は、球面状内周面１１８に８本のトラック溝１１６が軸方向に曲線状に形成されている。内側継手部材１１３の球面状外周面１１９には、外側継手部材１１２のトラック溝１１６に対向して８本のトラック溝１１７が軸方向に曲線状に形成されている。外側継手部材１１２のトラック溝１１６と内側継手部材１１３のトラック溝１１９の間にボール１１４が配置される。保持器１１５は、その球状外周面１２０が外側継手部材１１２の球面状内周面１１８に案内され、球面状内周面１２１が内側継手部材１１３の球面状外周面１１９に案内されている。保持器１１５のポケットにボール１１４が収容されている。外側継手部材１１２の曲線状トラック溝１１６の曲率中心Ｏ１と内側継手部材１１３の曲線状トラック溝１１７の曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏに対して、互いに反対側にオフセットされている。
【００５３】
この等速自在継手１０４では、最大作動角４７°時に、ボール１１４が外側継手部材１１２のトラック溝１１６と内側継手部材１１３のトラック溝１１７に接触していなければならないので、それに対応したトラック溝１１６、１１７の軸方向の長さが必要であった。そのため、図１０に示すように、内側継手部材１１３では必要な軸方向の幅をＷ１としていた。そのため、内側継手部材１１３のスプライン１２７ｂと曲線状のトラック溝１１７との間の肉厚が薄くなる両端部の肉厚を確保すると、スプラインのピッチ円直径Ｄｓ１が小さくならざるを得なかった。
【００５４】
これに対して、図９に示す本実施形態のドライブシャフトに適用するツェッパ型等速自在継手４は、後輪用ドライブシャフトのために専用設計したものである。後輪用ドライブシャフトでは、最大作動角は２５°程度であり、高作動角を必要としないため、内側継手部材１０のトラック溝４６を高作動角域まで確保する必要がなくなり、内側継手部材１０の軸方向の幅Ｗ２を小さくすることができる。これにより、内側継手部材１０のスプライン径を大きくすることができ、嵌合する中空シャフト２のスプライン径を大きくすることができる。すなわち、スプライン径をサイズアップすることができる。このようにすれば、ボール１１のピッチ円直径Ｄｂ２とスプラインのピッチ円直径Ｄｓ２との比Ｄｂ２／Ｄｓ２≦２．１６となるまでスプライン径を上げることができる。スプライン径が上がれば、シャフト側の強度に余裕ができるため、中空シャフト２の薄肉化が図られ、軽量化が見込める。
【００５５】
上記のように、本実施形態の後輪用ドライブシャフト１においても、中空シャフト２を鋼管に縮径加工を施さないで形成するという新たな着想に加えて、さらに、強度アップのために中空シャフト２の両端に連結される等速自在継手３、４の内側継手部材１０のスプライン径をサイズアップするという新たな着想によって、軽量で高効率、かつ低コストな後輪用ドライブシャフトを実現することができた。
【００５６】
８個のボールを有するツェッパ型等速自在継手４は、ボールの直径が小さく、かつ、トラック溝の曲率中心のオフセット量が小さいので、トルクの伝達損失が小さく高効率であり、また、軽量コンパクトである。しかし、６個ボールを有するツェッパ型等速自在継手でも、後輪用ドライブシャフトにおいては、内側継手部材の軸方向の幅を小さくすることができる。これにより、内側継手部材のスプライン径を大きくすることができ、嵌合する中空シャフトのスプライン径を大きくすることができる。したがって、ボール個数が６個のツェッパ型等速自在継手でも本発明のドライブシャフトに適用することができる。また、ツェッパ型等速自在継手に限らず、トラック溝が軸方向に曲線状部と直線状部とからなるアンダーカットフリー型等速自在継手も本発明のドライブシャフトに適用することができる。
【００５７】
本実施形態のインボード側の摺動式等速自在継手３は、第１の実施形態のものと同じであるので、重複説明を省略する。また、中空シャフト２は、第１の実施形態に適用された中空シャフトの各変形例を同様に適用することができる。
【００５８】
各実施形態では、スプライン径をサイズアップしたものを示したが、これに限らず、前述したように従来と同じスプライン径のものも適用することができる。その場合は、等速自在継手は内側継手部材の軸方向の幅は小さくする必要がなく、従来からある標準的なものを適用することができ、また、摺動式等速自在継手としてトリポード型等速自在継手も適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１        後輪用ドライブシャフト
２        中空シャフト
３        インボード側等速自在継手
４        アウトボード側等速自在継手
５        シャフトの外径
６        ブーツ
７        ブーツ
８        外側継手部材
９        外側継手部材
１０      内側継手部材
１１      ボール
１２      保持器
３６      封止栓
Ｄｂ      ボールのピッチ円直径
Ｄｓ      スプラインのピッチ円直径
Ｏ        継手中心
Ｏ１      曲率中心
Ｏ２      曲率中心
Ｔ        中空シャフトの肉厚
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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