(57)【要約】【課題】本体とスピンドルとの接合部の強度向上を図った車軸ケースを提供する。【解決手段】上下に重ね合わせて接合された上部材３０と下部材３１とで構成され、長手方向両端部が略円筒形状に形成された本体３８と、その本体３８の長手方向両端部に接合される略円筒形状のスピンドル３３とを備えた車軸ケースであって、上記本体３８及び上記スピンドル３３の少なくとも一方の接合端部１，２を、接合端部１，２に連続する隣接部４，１０と比べて上下方向寸法が小さくなるようにしたものである。【選択図】        図１
2004262302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に重ね合わせて接合された上部材と下部材とで構成され、長手方向両端部が略円筒形状に形成された本体と、その本体の長手方向両端部に接合される略円筒形状のスピンドルとを備えた車軸ケースであって、
上記本体及び上記スピンドルの少なくとも一方の接合端部を、該接合端部に連続する隣接部と比べて上下方向寸法が小さくなるようにしたことを特徴とする車軸ケース。
【請求項２】
上記接合端部の上下方向寸法と、上記隣接部の上下方向寸法との差が、上記接合端部の板厚の２０〜５０％の範囲内である請求項１記載の車軸ケース。
【請求項３】
上記接合端部の長さが、該接合端部の板厚の１〜２倍の範囲内である請求項１又は２記載の車軸ケース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車軸ケースに係り、特に、本体とスピンドルとの接合部の強度向上を図った車軸ケースに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車軸ケースとは、トラック等、車両の駆動車軸及びディファレンシャルギヤ等を収容するためのものであり、図７に示すように、車両の車幅方向に延出し、上下に重ね合わせて接合された上部材３０と下部材３１とで構成され、長手方向両端部がほぼ円筒形状に形成された本体３８と、その本体３８の長手方向両端部に接合されるほぼ円筒形状のスピンドル３３とを備える。上下部材３０，３１は、その長手方向中央部が上方又は下方に湾曲しており、本体３８の長手方向中央部には略円形の穴（図示せず）が形成される。本体３８には、その穴を覆うように半球形状のカバー部材３２が取り付けられる。このような車軸ケース３４は、例えば特許文献１等にも記載されている。
【０００３】
このような車軸ケース３４において、本体３８の長手方向両端部とスピンドル３３とは溶接接合される。つまり、図８に示すように、本体３８の端部とスピンドル３３の端部とを互いに突き合わせて隅肉溶接して接合する。なお、図８は本体３８とスピンドル３３との上部接合部の断面を示している。
【０００４】
ところで、車軸ケース３４には車両の加減速や方向転換、及び走行路面の凹凸等によって様々な負荷やモーメントが作用する。特に、車軸ケース３４を上又は下方向へと曲げるようなモーメントが作用することが多い。例えば、スピンドル３３の外周部には車輪が設けられるため、路面から上方向への反力をうけた場合、車軸ケース３４の長手方向ほぼ中央部を支点として、長手方向両端部を上方へと持ち上げるようなモーメントＭ１（図７参照）が作用する。その結果、本体３８とスピンドル３３との接合部に応力が発生する。
【０００５】
このため、本体３８とスピンドル３３との接合部には比較的高い強度が要求される。そこで従来から、本体３８とスピンドル３３との接合部の溶接溶け込み率が、本体３８及びスピンドル３３の板厚に対して１００％となるようにしている。
【０００６】
板材の突き合わせ溶接において、溶接溶け込み率を１００％とする場合、板材の表裏両側から溶接するのが一般的であるが、スピンドル３３はその外側端部が縮径された形状であるため、溶接ロッド等を内部に挿入しずらく、裏から溶接することが困難である。そこで、表側からの溶接だけで１００％の溶け込み率を確保すべく大きな入熱を与えると、接合部の裏側に溶融金属が滴れ落ち、車軸ケース３４内に組み込まれる駆動車軸等と干渉してしまう虞がある。また、極端な場合では、接合部に穴が開いてしまい油漏れや接合部の強度低下に繋がる。
【０００７】
そこで、図８に示すように、本体３８とスピンドル３３との接合部の内側に円筒形状の当金３９を挿入するようにしている。こうすれば、溶接の溶け込み率を１００％としても、溶融金属が車軸ケース３４内部に滴り落ちることを防止できる。なお、当金３９は、本体３８又はスピンドル３３の内側に一体に成形されることもある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０８−０６７１０８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の車軸ケースでは、溶接溶け込み率を１００％としても、本体３８とスピンドル３３との接合部に亀裂等が発生することがあり、更なる強度向上が望まれていた。
【００１０】
例えば、本体３８と当金３９、及びスピンドル３３と当金３９との接触面における未溶着部分４０が、予め形成された亀裂として作用してしまい、接合部の内面側の溶接ルート部４１に応力が集中し、そこから亀裂が発生してしまう場合がある。
【００１１】
また、本体３８とスピンドル３３との接合部には、溶接後の溶着金属の収縮により残留応力が発生するが、このとき、接合部の外面側には強度上有利となる長手方向（図中左右方向）の圧縮応力が残留するが、接合部の内面側には強度上不利となる長手方向の引張応力が残留してしまう。
【００１２】
つまり、本体３８とスピンドル３３との接合部の内面側は、もともと引張応力が残留しているうえに、車軸ケース３４に外力が加わったときに応力が集中するため、亀裂等が発生する可能性が高いのである。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、本体とスピンドルとの接合部の強度向上を図った車軸ケースを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、上下に重ね合わせて接合された上部材と下部材とで構成され、長手方向両端部が略円筒形状に形成された本体と、その本体の長手方向両端部に接合される略円筒形状のスピンドルとを備えた車軸ケースであって、上記本体及び上記スピンドルの少なくとも一方の接合端部を、接合端部に連続する隣接部と比べて上下方向寸法が小さくなるようにしたものである。
【００１５】
この構成によれば、本体とスピンドルとの板厚中心を通る線が屈曲して形成されるため、本体とスピンドルとの接合部に引張応力が発生したときに、その作用点が接合部の板厚中心から径方向外方にずれる。その結果、接合部の内面側に圧縮応力が発生するようなモーメントが作用する。従って、接合部の内面側には引張応力と圧縮応力との、相反する二つの応力が発生する。この相反する応力が互いに打ち消し合うため、接合部の内面側に発生する応力は小さくなり、接合部の強度及び寿命向上につながる。
【００１６】
ここで、上記接合端部の上下方向寸法と、上記隣接部の上下方向寸法との差が、上記接合端部の板厚の２０〜５０％の範囲内であっても良い。
【００１７】
また、上記接合端部の長さが、接合端部の板厚の１〜２倍の範囲内であっても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１は本実施形態に係る車軸ケースの本体とスピンドルとの上部接合部の拡大断面図である。本実施形態の車軸ケースの概略構成は図７に示したものと同様である。
【００２０】
即ち、本実施形態の車軸ケースは、上下に重ね合わせて接合された上部材３０と下部材３１とで構成され、長手方向両端部がほぼ円筒形状に形成された本体３８と、その本体３８の長手方向両端部に接合されるほぼ円筒形状のスピンドル３３とを備える。上下部材３０，３１は、その長手方向中央部が上方又は下方に湾曲しており、本体３８の長手方向中央部には略円形の穴（図示せず）が形成される。本体３８には、その穴を覆うように半球形状のカバー部材３２が取り付けられる。
【００２１】
図１に示すように、本体３８及びスピンドル３３の端部は互いに突き合わされ、その突き合わせ部の内側に円筒形状の当金３９が挿入・配置される。そして、本体３８及びスピンドル３３の外面側（図中上側）から隅肉溶接を行って互いに接合する。この際、溶接の溶け込み率は、本体３８及びスピンドル３３の接合端部１，２の板厚Ｔに対して１００％とされる。なお、本体３８の接合端部１の板厚と、スピンドル３３の接合端部２の板厚とはほぼ等しい。
【００２２】
本実施形態の車軸ケースの特徴は、本体３８におけるスピンドル３３との接合端部１が、その接合端部１に連続する隣接部４と比べて縮径されている点にある。具体的には、本体３８は、スピンドル３３の接合端部２と同じ径に形成された接合端部（縮径部）１と、その接合端部１に傾斜部３を介して連続し、接合端部１よりも大きな径を有する隣接部４とを備える。つまり、図２にも示すように、本体３８は、その端部が段差状に形成される。このような段差状の本体３８は、上部材３０及び下部材３１をプレス成形する際に、各々の端部を段差状に成形することで比較的容易に製造できる。
【００２３】
このように、本体３８の接合端部１を、それに連続する隣接部４よりも縮径することによって、車軸ケースに負荷やモーメントが作用したときに、本体３８とスピンドル３３との接合部５、特に接合部５の内面側に発生する応力を低減でき、接合部５の強度及び寿命を向上させることができる。その理由について、以下説明する。
【００２４】
まず、図２に示すように、本体３８とスピンドル３３との上部接合部において、接合部５から長手方向両側に延出し、かつ一定の幅Ｗを有する領域を微少要素Ｃとして取り出す。微少要素Ｃの側面図を図３に示す。なお、図３では便宜上、溶着金属及び当金３９は省略している。
【００２５】
いま、車軸ケースに対して、本体３８とスピンドル３３との上部接合部５に引張応力が発生するようなモーメントＭ２が作用したとする（図２参照）。つまり、車軸ケースに対して、長手方向のほぼ中央部を支点として両端部を下方に押すようなモーメントが作用した場合である。このとき、図３に示すように、微少要素Ｃには本体３８とスピンドル３３とを引き離す方向の引張応力ＴＳが発生する。
【００２６】
ここで、本体３８の接合端部１が、隣接部４に対して縮径されているため、本体３８及びスピンドル３３の板厚中心を通る線ＣＬは屈曲する。一方、引張応力ＴＳによって接合部５に作用する負荷は微少要素Ｃの長手方向両端部の板厚中心間を結ぶ作用線ＡＬに沿って作用する。従って、接合部５における引張応力ＴＳの作用点ＡＰは、接合部５の板厚中心ＳＣから径方向外側（上側）に距離Ｈだけずれる。その結果、接合部５には、図に示すように、接合部５の板厚中心ＳＣを中心としてその両側を径方向内側（下側）に押すような局部モーメントＭ３が作用する。これにより、接合部５の外面側には引張応力が発生し、内面側には圧縮応力ＣＳが発生する。
【００２７】
結果として、接合部５の内面側には、車軸ケースに作用するモーメントＭ２により発生する引張応力ＴＳと、その引張応力ＴＳが接合部５の板厚中心ＳＣからずれた位置に作用することにより発生する圧縮応力ＣＳとの、相反する二つの応力が発生する。この相反する応力が互いに打ち消し合うため、接合部５の内面側に発生する応力は小さくなり、接合部５の強度及び寿命向上につながる。
【００２８】
つまり、接合部５には、図４（ａ）に示すような、径方向全ての位置でほぼ均一な引張応力（＋）と、図４（ｂ）に示すような、板厚中心ＳＣよりも径方向外側では引張応力（＋）となり、板厚中心ＳＣよりも径方向内側では圧縮応力（−）となるような二つの応力が発生する。結果として、接合部５に発生する応力は、図４（ｃ）に示すようになり、接合部５の内面側に発生する応力は小さくなる。
【００２９】
例えば、図８に示したような従来の接合部構造では、本体３８及びスピンドル３３の板厚中心を通る線が直線状であるため、図３に示すような局部モーメントＭ３は発生せず、接合部の内面側には引張応力のみが発生する。従って、本実施形態と比較して、接合部の内面側には大きな引張応力が発生する。
【００３０】
このように、本実施形態の車軸ケースは、本体３８の接合端部１を、それに連続する隣接部４よりも縮径し、接合部５に発生する引張応力ＴＳの作用点ＡＰを接合部５の板厚中心ＳＣからずらすことで、接合部５の内面側に、引張応力ＴＳをうち消す圧縮応力ＣＳを発生させるようにしたものである。これによって、接合部５の強度が向上し、亀裂の発生寿命や疲労破壊寿命が延びる。従って、本実施形態の車軸ケースによれば、非常にシンプルな構造で、かつ低コストで接合部５の強度及び寿命の向上を図ることができる。
【００３１】
なお、本実施形態の車軸ケースでは、接合部５の外面側に発生する引張応力は大きくなるが、このことはあまり大きな問題とはならない。その理由を説明すると、接合部５の外面側には応力が極度に集中するポイントが無いからである。しいて挙げれば、溶着金属の長手方向両端部の止端部７（図１参照）に応力が集中するが、接合部５の外面側には応力緩和対策を容易に行うことができる。例えば、接合部５の外面側をグラインダで削ったり、ショットブラストを施すことなどにより、止端部７への応力集中を回避できる。また、接合部５の外面側には溶接後の溶着金属の収縮による圧縮残留応力が存在するため、ある程度の引張応力は吸収される。これも、接合部５の外面側が強度的に有利な理由である。従って、接合部５の外面側に発生する応力がある程度大きくなっても、内面側に発生する応力を低減すれば、接合部５全体としての強度を向上させることができる。
【００３２】
本発明者らは、本実施形態の効果を確認すべく、端部の径を縮径させた円筒部材（パイプ）に対して、その端部を下方に押すようなモーメントを加えたときに、パイプの上部断面の外面及び内面に発生する応力の解析（シミュレーション）を行った。その結果を図５に示す。
【００３３】
図中、横軸はパイプの板厚に対するパイプ端部の縮径率であり、パイプの板厚をＴ、パイプの基本直径Ｄ１と端部（縮径部）の直径Ｄ２との差をΔＤ（＝Ｄ１−Ｄ２）とすると、ΔＤ／Ｔ×１００％で表されるものである。また、図中縦軸は、端部が縮径されていない通常のパイプに同一のモーメントを加えたときにパイプの上部断面の外面及び内面に発生する応力を１００とし、それに対して縮径パイプに発生する応力の割合を示したものである。図中、丸ポイントで示す線はパイプ上部断面の内面に発生する応力を示しており、三角ポイントで示す線は外面に発生する応力を示している。
【００３４】
図から分かるように、縮径率が０から大きくなる、つまり、パイプ端部の径が小さくなるほど、内面に発生する応力は小さくなる。しかしながら、縮径率が約８０％を越えたあたりから内面に発生する応力は逆に大きくなる。つまり、端部の径をあまり小さくしすぎると応力低減効果が小さくなってしまうことが分かる。従って、内面側だけを考慮するのであれば、端部の縮径率は８０％程度にするのが好ましい。しかしながら、図からも分かるように、端部の縮径率が大きくなるほど、外面に発生する応力が比例的に上昇する。本発明者らは、内面及び外面に発生する応力のバランスをとって、接合部５の全体強度を最適に向上させるには、縮径率を２０〜５０％の範囲内にすれば良いことを確認した。つまり、縮径率がこの範囲内であれば、内面に発生する応力を充分に低減でき、かつ、外面に発生する応力が過度に大きくならず、最適なバランスとなる。従って、図１に示したような本実施形態の車軸ケースにおいて、本体３８の接合端部１の径と、隣接部４の径との差を、接合端部１の板厚Ｔに対して２０〜５０％の範囲内とすることが好ましい。
【００３５】
更に本発明者らは、図１に示す接合端部１の長さＬを、接合端部１の板厚Ｔの１〜２倍の範囲内にすることが好ましいことを確認した。つまり、接合端部１の長さＬが短すぎると、本体３８（上下部材３０，３１）の成形が困難になり、逆に長すぎると、接合部５に作用する局部モーメントＭ３（図３参照）が小さくなるため、応力低減効果は小さくなってしまう。
【００３６】
なお、上記実施形態では本体３８の接合端部１を縮径した例を説明したが、本発明はこの点において限定されない。つまり、図６（ａ）に示すように、スピンドル３３の接合端部２を、それに連続する隣接部１０に対して縮径しても良いし、図６（ｂ）に示すように、本体３８及びスピンドル３３の両方の接合端部１，２を縮径しても良い。これらの形態でも、図１に示した形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、本発明は、本体３８及び／又はスピンドル３３の接合端部１，２を、必ずしも全周に渡って縮径する必要はない。つまり、「従来の技術」の欄で説明したように、車軸ケースに作用するモーメントは上下方向に作用することが多いので、本体３８及び／又はスピンドル３３の接合端部１，２の少なくとも上下方向の寸法長さを、接合端部１，２に連続する隣接部４，１０の上下方向寸法と比べて小さくなるようにすれば良い。その場合、本体３８及び／又はスピンドル３３を金型に嵌めて上下方向に圧縮（プレス）して、左右方向寸法は変えずに上下方向寸法のみを短くしても良い。あるいは、本体３８及び／又はスピンドル３３を単に上下方向から押しつぶしてほぼ楕円形状に成形しても良い。本体３８及び／又はスピンドル３３を単に押しつぶして成形する場合、金型等が必要とならないため、より低コストでの提供が可能となる。これらの加工は、本体３８とスピンドル３３とを接合する前に行っても、接合後に行っても良い。
【００３８】
これまで、本体３８及び／又はスピンドル３３の接合端部１，２を隣接部４，１０に対して縮径するとして説明したが、これとは逆に、本体３８及び／又はスピンドル３３の隣接部４，１０を拡径しても良いことは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、シンプルかつ低コストで本体とスピンドルとの接合部の強度向上を図ることができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車軸ケースにおける本体とスピンドルとの上部接合部の拡大断面図である。
【図２】図１の車軸ケースにおける本体とスピンドルとの接合部を示す斜視図である。
【図３】本体とスピンドルとの接合部に発生する応力を説明するための説明図である。
【図４】（ａ）は、本体とスピンドルとの接合部に発生する引張応力を示している。
（ｂ）は、本体とスピンドルとの接合部に作用する局部モーメントによって接合部に発生する応力を示している。
（ｃ）は、本体とスピンドルとの接合部に発生する応力を示している。
【図５】パイプ端部の縮径率と、パイプの上部断面の外面及び内面に発生する応力との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、本発明の他の実施形態の車軸ケースにおける本体とスピンドルとの上部接合部の拡大断面図である。
（ｂ）は、本発明の他の実施形態の車軸ケースにおける本体とスピンドルとの上部接合部の拡大断面図である。
【図７】車軸ケースの正面図である。
【図８】従来の車軸ケースにおける本体とスピンドルとの上部接合部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１，２    接合端部
４，１０  隣接部
５        接合部
３０      上部材
３１      下部材
３３      スピンドル
３８      本体
【図１】
2004262302.tif 000003
【図２】
2004262302.tif 000004
【図３】
2004262302.tif 000005
【図４】
2004262302.tif 000006
【図５】
2004262302.tif 000007
【図６】
2004262302.tif 000008
【図７】
2004262302.tif 000009
【図８】
2004262302.tif 000010