(57)【要約】【課題】動力伝達シャフトの捩じれ角を付与したスプラインの疲労強度を向上させることである。【解決手段】捩じれ角αを付与されたスプライン２の歯先円直径と歯底円直径をシャフト１の端面方向に向かって増大し、そのピッチ円直径４をシャフト１の端面方向に向かって、増大勾配θで増大させることにより、スプライン２のボス部の継手側スプライン穴への接触状態を軸方向で均等化し、スプライン２の基端側での応力集中を緩和して、その疲労強度を向上させた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの両端部に継手接続部を設けて、少なくとも一方の継手接続部を継手に内嵌されるスプラインとし、このスプラインに軸方向で捩じれ角を付与した動力伝達シャフトにおいて、前記スプラインのピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させたことを特徴とする動力伝達シャフト。
【請求項２】
前記ピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させる手段が、前記スプラインの歯先円直径と歯底円直径とを、前記シャフトの端面方向に向かって増大させるものである請求項１に記載の動力伝達シャフト。
【請求項３】
前記ピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させる手段が、前記スプラインの歯厚を、前記シャフトの端面方向に向かって増大させるものである請求項１に記載の動力伝達シャフト。
【請求項４】
前記ピッチ円直径を前記シャフトの端面方向に向かって直線的に増大させ、その増大勾配を１２分以下とした請求項１乃至３のいずれかに記載の動力伝達シャフト。
【請求項５】
前記シャフトを一体中空シャフトとした請求項１乃至４のいずれかに記載の動力伝達シャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、両端部を等速自在継手等の継手に接続されて動力を伝達する動力伝達シャフトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
両端部を継手に接続されて動力を伝達する動力伝達シャフトには、シャフトの端部に、継手に内嵌されるスプラインを設けたものがある。例えば、自動車の駆動力伝達機構用の動力伝達シャフトには、シャフトの両端部に等速自在継手の内輪に内嵌されるスプラインを設けたものが多く用いられている。
【０００３】
この種の動力伝達シャフトでは、その端部のスプラインに外嵌される等速自在継手の内輪等との円周方向のガタつきを抑制するために、スプラインに軸方向で捩じれ角を付与し、スプラインを継手側のスプライン穴に圧入するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載されたものでは、動力伝達シャフト両端部のスプラインの捩じれ角を、互いに逆向きで、トルク伝達方向に見て、主負荷トルクの方向と同じ方向に付与している。
【０００４】
【特許文献１】
実公平６−３３２２０号公報（第２−３頁、第２−３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したスプラインに軸方向で捩じれ角を付与した動力伝達シャフトでは、捩じれ角を付与した方向にトルクが負荷されると、捩じれ角による円周方向への変位が最大であるスプライン基端側から、そのボス部が継手側のスプライン穴に接触し、スプライン基端側での応力集中が大きくなって、スプラインの疲労強度が低下する問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、動力伝達シャフトの捩じれ角を付与したスプラインの疲労強度を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、シャフトの両端部に継手接続部を設けて、少なくとも一方の継手接続部を継手に内嵌されるスプラインとし、このスプラインに軸方向で捩じれ角を付与した動力伝達シャフトにおいて、前記スプラインのピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させた構成を採用した。
【０００８】
すなわち、スプラインのピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させることにより、そのボス部の継手側スプライン穴への接触状態を軸方向で均等化させることによって、またはスプライン端面側よりに接触させることによって、スプライン基端側での応力集中を緩和して、スプラインの疲労強度を向上させるようにした。
【０００９】
前記ピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させる手段としては、前記スプラインの歯先円直径と歯底円直径とを、前記シャフトの端面方向に向かって増大させる方法や、前記スプラインの歯厚を、前記シャフトの端面方向に向かって増大させる方法を採用することができる。
【００１０】
通常、前記スプラインに付与される捩じれ角は１０分程度であり、前記ピッチ円直径を前記シャフトの端面方向に向かって直線的に増大させる場合は、その増大勾配を１２分以下とするのが望ましい。この場合は、前記スプライン穴への接触状態を軸方向で均等化することができる。なお、増大勾配が１２分を超える場合も、この接触状態をスプライン端面側よりとして、スプライン基端側での応力集中を緩和することができる。
【００１１】
前記シャフトを一体中空シャフトとすることにより、動力伝達シャフトを軽量化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この動力伝達シャフトは、自動車の駆動力伝達機構用のものであり、図１に示すように、全長に渡って中空とされた一体中空のシャフト１で形成され、等速自在継手（図示省略）に接続される継手接続部としてのスプライン２が両端部に設けられている。各スプライン２の先端側には、それぞれ等速自在継手の内輪を固定する止め輪溝３が設けられている。なお、シャフト１は構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫＭ）で形成され、外周側から高周波焼入れされている。
【００１３】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記各スプライン２は、軸方向で捩じれ角αを付与されるとともに、その歯先円直径と歯底円直径がシャフト１の端面方向に向かって増大され、ピッチ円直径４が増大勾配θで端面方向に向かって直線的に増大している。図示は省略するが、反対側のスプライン２は捩じれ角αを逆向きに付与され、トルク伝達方向に見て、いずれの側でも捩じれ角αが主負荷トルクの方向と同じ方向に向けられるようになっている。この実施形態では、捩じれ角αは１０分に、増大勾配θは１２分以下に設定されている。
【００１４】
図３（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態を示す。この動力伝達シャフトは、基本的な構成は、第１の実施形態のものと同じであり、各スプライン２に軸方向で捩じれ角αが付与されているが、各スプライン２の歯厚をシャフト１の端面方向に向かって増大することにより、そのピッチ円直径４が増大勾配θで端面方向に向かって直線的に増大されている点が異なる。
【００１５】
【実施例】
上記第１の実施形態の動力伝達シャフトを用意し、片側のスプラインを等速自在継手の内輪に内嵌して片振り捩じり疲労試験を行って、疲労クラックが発生するまでの捩じり繰り返し回数Ｎを調査した。
【００１６】
この疲労試験の結果を図４に示す。図中の一点鎖線は、従来の捩じれ角αのみを付与したものの水準であり、実施例の動力伝達シャフトの捩じり繰り返し回数Ｎは、いずれもこの水準を上回っている。この結果は、前述したように、スプラインのピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させたことにより、そのボス部の継手側スプライン穴への接触状態が軸方向で均等化され、スプライン基端側での応力集中が緩和されたためと考えられる。
【００１７】
上述した実施形態では、両端部の継手接続部をスプラインとしたが、本発明に係る動力伝達シャフトは、一方の継手接続部のみをスプラインとしたものにも適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、この発明の動力伝達シャフトは、スプラインのピッチ円直径をシャフトの端面方向に向かって増大させることにより、そのボス部の継手側スプライン穴への接触状態を軸方向で均等化するようにしたので、スプライン基端側での応力集中を緩和して、その疲労強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の動力伝達シャフトを示す切欠き縦断面図
【図２】ａは図１のスプライン近傍を拡大して示す側面図、ｂはａのスプラインの一部省略展開図
【図３】ａは第２の実施形態の動力伝達シャフトのスプライン近傍を拡大して示す側面図、ｂはａのスプラインの一部省略展開図
【図４】疲労試験におけるピッチ円直径の増大勾配θと捩じり繰り返し回数Ｎの関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  シャフト
２  スプライン
３  止め輪溝
４  ピッチ円直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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