(57)【要約】【課題】シャフトの所定部位に対する応力集中を抑制して、より一層、静的強度及び疲労強度を向上させる。【解決手段】シャフト１２の端部に、複数の直線状のスプライン歯２０を有するシャフト歯部２２が形成され、ハブ１４の軸孔１６の内周面には、前記シャフト１２の端部に嵌合する複数の直線状のスプライン歯２６を有するハブ歯部２８が形成される。そして、シャフト歯部２２の点Ｐ１から所定曲率の円弧部３０をハブ歯部２８側に延在するように形成するとともに、ハブ歯部２８の山部２８ａ側では、前記点Ｐ１からシャフトシャンク２４と反対側に水平方向に沿ってオフセットした位置に点Ｐ２を設定し、前記点Ｐ２から半径外方向に拡径した段差部３２を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに形成されたシャフト歯部と、前記シャフトの外周側に配置されたハブのハブ歯部とが係合することにより、前記シャフト及びハブ間で相互にトルク伝達が可能に結合された機構において、
前記シャフト歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ軸線方向に沿って一定の外径からなる山部を有し、
前記ハブ歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ端部からシャフトシャンク側に向かって内径が変化する山部と、軸線方向に沿って一定の径からなる谷部とを有することを特徴とするシャフト及びハブの動力伝達機構。
【請求項２】
シャフトに形成されたシャフト歯部と、前記シャフトの外周側に配置されたハブのハブ歯部とが係合することにより、前記シャフト及びハブ間で相互にトルク伝達が可能に結合された機構において、
前記シャフト歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ軸線方向に沿って一定の外径からなる山部と、端部からシャフトシャンク側に向かって径が変化する谷部とを有し、
前記ハブ歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ端部からシャフトシャンク側に向かって内径が変化する山部と、軸線方向に沿って一定の径からなる谷部とを有し、
前記シャフト歯部の谷部には、前記ハブ歯部側に向かって所定の曲率で延在する円弧部が形成され、前記ハブ歯部の山部には、前記円弧部に臨み、該シャフト歯部側と反対方向に窪んだ段差部が形成されることを特徴とするシャフト及びハブの動力伝達機構。
【請求項３】
請求項１記載の機構において、
前記シャフト歯部の谷部に連続する円弧部の起点と、前記ハブ歯部の山部に連続する段差部の起点とは、それぞれ所定距離だけオフセットした位置に設定されることを特徴とするシャフト及びハブの動力伝達機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフト及びハブからなる２部材間で回転トルクを円滑に伝達することが可能なシャフト及びハブの動力伝達機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両において、エンジンからの駆動力を車軸に伝達するためにシャフトを介して一組の等速ジョイントが用いられている。この等速ジョイントは、アウタ部材とインナ部材との間に配設されたトルク伝達部材を介してアウタ部材・インナ部材間のトルク伝達を行うものであり、シャフトに形成されたシャフト歯部とハブに形成されたハブ歯部とが係合した歯部組立体を有するシャフト及びハブのユニットを含む。
【０００３】
ところで、近年、騒音、振動等の動力伝達系のガタに起因して発生する等速ジョイントの円周方向のガタを抑制することが要求されている。従来では、内輪とシャフトとのガタを抑制するために、等速ジョイントの軸セレーションにねじれ角を設けたものがあるが、前記ねじれ角の方向とトルクの負荷方向によって、内輪及びシャフトの強度、寿命にばらつきが生じるおそれがある。
【０００４】
また、歯車等の技術分野において、例えば、特許文献１〜３に示されるように、その歯面部にクラウニングを設ける技術的思想が開示されている。
【０００５】
本出願人は、スプラインが形成されたスプラインシャフトのクラウニングトップの位置を、スプラインシャフトと等速ジョイントとの嵌合部位に回転トルクが付与された際に最小となるように設けることにより、所定部位に応力が集中することを抑制するとともに、装置の全体構成を簡素化することを提案している（特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−６２４６１号公報
【特許文献２】特開平３−６９８４４号公報
【特許文献３】特開平３−３２４３６号公報
【特許文献４】特開２００１−２８７１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、所定部位に対する応力集中を抑制して、より一層、静的強度及び疲労強度を向上させることが可能なシャフト及びハブの動力伝達機構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】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、シャフトに形成されたシャフト歯部と、前記シャフトの外周側に配置されたハブのハブ歯部とが係合することにより、前記シャフト及びハブ間で相互にトルク伝達が可能に結合された機構において、
前記シャフト歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ軸線方向に沿って一定の外径からなる山部を有し、
前記ハブ歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ端部からシャフトシャンク側に向かって内径が変化する山部と、軸線方向に沿って一定の径からなる谷部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、例えば、段差部等からなる内径が変化する山部をハブ歯部に形成することにより、前記内径が変化したシャフト歯部とハブ歯部との係合部位における応力が分散され、応力集中が緩和される。
【００１０】
さらに、本発明は、シャフトに形成されたシャフト歯部と、前記シャフトの外周側に配置されたハブのハブ歯部とが係合することにより、前記シャフト及びハブ間で相互にトルク伝達が可能に結合された機構において、
前記シャフト歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ軸線方向に沿って一定の外径からなる山部と、端部からシャフトシャンク側に向かって径が変化する谷部とを有し、
前記ハブ歯部は、歯厚が一定の直線状からなり且つ端部からシャフトシャンク側に向かって内径が変化する山部と、軸線方向に沿って一定の径からなる谷部とを有し、
前記シャフト歯部の谷部には、前記ハブ歯部側に向かって所定の曲率で延在する円弧部が形成され、前記ハブ歯部の山部には、前記円弧部に臨み、該シャフト歯部側と反対方向に窪んだ段差部が形成されることを特徴とする。
【００１１】
この場合、前記シャフト歯部の谷部に連続する円弧部の起点と、前記ハブ歯部の山部に連続する段差部の起点とを、それぞれ所定距離だけオフセットした位置に設定するとよい。
【００１２】
本発明によれば、シャフト歯部とハブ歯部とが係合した状態において、前記シャフト及びハブの間に回転トルクが付与された場合、前記シャフト歯部に形成された所定の曲率半径からなる円弧部と前記ハブ歯部に形成された段差部との共働作用下にシャフト歯部とハブ歯部との係合部位に付与される応力が分散され、応力集中が緩和される。
【００１３】
また、前記シャフト歯部の谷部にハブ歯部側に向かって所定の曲率で延在する円弧部を形成することにより、応力が集中する部位であるシャフト歯部の谷部の径を増大させることができ、軸強度を向上させることができる。
【００１４】
さらに、シャフト歯部の谷部に連続する円弧部の起点とハブ歯部の山部に連続する段差部の起点とが所定間隔だけオフセットしているため、前記シャフト歯部に付与された応力が一方の起点と他方の起点とにそれぞれ分散されることにより、より一層応力集中が緩和される。この結果、シャフト歯部とハブ歯部との係合部位に対する静的強度及び疲労強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１６】
すなわち、例えば、段差部等からなる内径が変化する山部をハブ歯部に形成することにより、前記内径が変化したシャフト歯部とハブ歯部との係合部位における応力が分散され、応力集中が緩和される。この結果、シャフト歯部とハブ歯部との係合部位に対する静的強度及び疲労強度を向上させることができる。
【００１７】
また、シャフト歯部に形成された所定の曲率半径からなる円弧部と前記ハブ歯部に形成された段差部との共働作用下に、シャフト歯部とハブ歯部との係合部位に付与される応力がそれぞれ分散されることにより、応力の集中を緩和してシャフト歯部とハブ歯部との係合部位に対する静的強度及び疲労強度をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係るシャフト及びハブの動力伝達機構について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係る動力伝達機構が適用されたシャフト及びハブのユニット１０を示す。このユニット１０は、等速ジョイントの一部を構成するものであり、シャフト１２は、駆動力伝達軸として機能し、ハブ１４は、図示しないアウタ部材の開口部内に収納され図示しないボールが係合する案内溝１５を有するインナリングとして機能するものである。
【００２０】
このユニット１０におけるシャフト１２の一端部及び他端部には、それぞれ、ハブ１４の軸孔１６に嵌合する嵌合部１８が形成される。ただし、図１では、シャフト１２の一方の端部のみを示し、他方の端部は図示を省略している。前記嵌合部１８は、シャフト１２の軸線に沿って所定の歯長からなり、周方向に沿って形成された複数のスプライン歯２０を有するシャフト歯部２２を備える。前記シャフト歯部２２は、凸状の山部２２ａと凹状の谷部２２ｂとが周方向に沿って交互に連続して構成される。前記シャフト歯部２２の山部２２ａは、図２に示されるように、略同一の歯厚からなり、シャフト１２（図１参照）の軸線と略平行となるように形成されている。
【００２１】
前記シャフト１２の中心側の前記シャフト歯部２２に近接する部位には、シャフトシャンク２４が設けられ、また、シャフト１２の端部側には、前記ハブ１４の抜け止め機能を有する図示しない止め輪が環状溝（図示せず）を介して装着される。
【００２２】
前記ハブ１４の軸孔１６の内周面には、前記シャフト１２の嵌合部１８に嵌合する複数の直線状のスプライン歯２６を有するハブ歯部２８が形成される。前記ハブ歯部２８は、凸状の山部２８ａと凹状の谷部２８ｂとが周方向に沿って交互に連続して構成され、前記ハブ歯部２８の山部２８ａは、図２に示されるように、略同一の歯厚からなり、シャフト１２（図１参照）の軸線と略平行となるように形成されている。
【００２３】
図３は、シャフト歯部２２の谷部２２ｂとハブ歯部２８の山部２８ａとが係合した状態におけるシャフト１２の軸線方向に沿った一部拡大縦断面図である。図３中において、Ｐ０は、シャフト歯部２２の軸線方向に沿った中央点に対応する位置を示す。
【００２４】
シャフト歯部２２における谷部２２ｂ（谷部径φ１）の前記シャフト歯部２２の中央点Ｐ０からシャフトシャンク２４側に向かって水平方向に所定距離Ｌ１だけ移動した点Ｐ１を設定し、水平方向に沿った谷部２２ｂに対して前記点Ｐ１を起点としてハブ歯部２２側に向かって所定の曲率半径Ｃで延在する円弧部３０を形成する。換言すると、前記円弧部３０は、点Ｐ１からハブ歯部２８側に向かって略直交して形成される基線Ｄ上の点Ｐ３を中心として形成されている。すなわち、前記円弧部３０は、その中心である点Ｐ３を基線Ｄ上に設けるようにすれば、任意の曲率半径でよい。
【００２５】
ハブ歯部２８の山部２８ａ側では、前記シャフト歯部２２の点Ｐ１からシャフトシャンク２４と反対側に水平方向に沿った距離Ｌ２だけオフセットした位置に点Ｐ２を設定し、前記点Ｐ２からハブ歯部２８の山部２８ａの山部径φ２を山部径φ３に変化させた段差部３２を形成し、さらに、所定距離Ｌ３だけ山部径φ３を延在させて形成する。
【００２６】
この場合、シャフト歯部２２側と反対側に窪んで形成されるハブ歯部２８側の前記段差部３２は、例えば、傾斜面または所定の曲率半径からなる円弧状の曲面または複合面等によって形成するとよい。前記点Ｐ２を起点とする段差部３２の傾斜角度は、円弧部３０に対応して任意に設定される。なお、ハブ歯部２８側の形状は、前記段差部３２に対応した形状に限定されるものではなく、例えば、所定の曲率半径を有するＲ形状、テーパ形状等を含む形状であってもよい。また、ハブ歯部２８の谷部２８ｂの内径は、一定で変化しないものとする。
【００２７】
前記谷部径φ１は、それぞれ、シャフト１２の軸芯からシャフト歯部２２の谷部２２ｂの底面までの離間距離を示したものであり、前記山部径φ２、φ３は、シャフト１２の軸芯からハブ歯部２８の山部２８ａの歯先までの離間距離を示したものである。
【００２８】
図３から諒解されるように、シャフト歯部２２の円弧部３０の立ち上がりの起点となる点Ｐ１と、ハブ歯部２８の段差部３２の立ち上がりの起点となる点Ｐ２とが離間距離（所定距離）Ｌ２だけ略水平方向にオフセットした位置に設定されている。
【００２９】
従って、シャフト歯部２２とハブ歯部２８とが係合したシャフト１２及びハブ１４のユニット１０に対して回転トルクが付与された場合、シャフト歯部２２側の点Ｐ１と、ハブ歯部２８側の点Ｐ２とが所定距離Ｌ２だけオフセットしているため、前記ユニット１０に付与された応力が円弧部３０によってシャフト歯部２２におけるａ０部とａ１部とにそれぞれ分散され、応力集中を緩和して応力値のピークを低減することができる。その結果、シャフト歯部２２とハブ歯部２８との係合部位に対する静的強度及び疲労強度を向上させることができる。
【００３０】
さらに、図４に示されるように、シャフト歯部２２側の円弧部３０の起点となる点Ｐ１とハブ歯部２８の段差部３２の起点となる点Ｐ２とをオフセットさせることなく、鉛直線上に前記点Ｐ１及び点Ｐ２とが一致するように設定してもよい。この場合、シャフト歯部２２側に形成された円弧部３０とハブ歯部２８側に形成された段差部３２の共働作用下に、シャフト歯部２２の円弧部３０に付与される応力が分散されて応力集中を緩和することができる。
【００３１】
ここで、ハブ歯部２８に段差部３２が形成されていない比較例に係る応力値の特性曲線Ａと、所定距離だけオフセットした点Ｐ１及びＰ２を有し、前記点Ｐ２を起点とした段差部３２を設定したときの応力値の特性曲線Ｂを、それぞれ図５示す。特性曲線Ａと特性曲線Ｂとを比較すると、図３に示す構造からなる特性曲線Ｂでは、応力値のピークをａ０部とａ１部とに分散させることにより前記ａ１部における前記応力値のピークが減少していることが諒解される。すなわち、特性曲線Ｂにおけるａ０部の応力値は、前記特性曲線Ａにおけるａ０部の応力値と比較して増加しているが、特性曲線Ａ及び特性曲線Ｂにおける最大応力値であるａ１部の応力値は、特性曲線Ａに比べて減少しているため、シャフト１２に発生する最大応力値のピークを低減することができる。
【００３２】
次に、シャフト歯部２２側の点Ｐ１とハブ歯部２８側の点Ｐ２とが所定距離だけオフセットした状態における応力値の特性曲線（実線）Ｍと、前記点Ｐ１と点Ｐ２とがオフセットしていない状態、すなわち水平方向に沿った離間距離が零の状態における応力値の特性曲線（破線）Ｎとを図９に示す。
【００３３】
この場合、特性曲線Ｍ及び特性曲線Ｎのオフセットの有無部分（図９中のＦ部分参照）を比較すると、オフセットしていない特性曲線Ｎに対してシャフト歯部２２側の起点Ｐ１とハブ歯部２８側の起点Ｐ２とがオフセットした特性曲線Ｍが緩やかな曲線となっており、オフセットさせることにより径の変化部分における応力の集中が緩和されている。
【００３４】
次に、回転トルクが付与されていない無負荷状態から、回転トルクが付与されて直線形状を有するシャフト歯部２２の山部２２ａと直線形状を有するハブ歯部２８の山部２８ａとが噛合した状態を図２に示す。なお、回転トルクによる荷重入力方向は、シャフト歯部２２の軸線と直交する矢印Ｙ方向に設定した。
【００３５】
この場合、応力値と測定位置（図２の矢印Ｘ参照）との関係を表した図６に示されるように、入力される荷重の度合いを例えば、低荷重（破線）、中荷重（一点鎖線）、高荷重（実線）の３段階とすると、前記段階に対応した低荷重特性曲線、中荷重特性曲線、高荷重特性曲線より応力のピークポイントが、それぞれ点ａ、点ｂ、点ｃのように略同一の測定位置Ｅとなることがわかる。
【００３６】
図７及び図８は、シャフト１２とハブ１４とを組み付けた際のシャフト歯部２２の谷部２２ｂとハブ歯部２８の山部２８ａとの接触状態を示す縦断面図である。なお、図７及び図８中におけるφｄ１〜φｄ３は、それぞれシャフト１２の軸芯からの離間距離を示す。
【００３７】
シャフト歯部２２を直線状とするとともに、ハブ歯部２８を直線状とすることにより、前記シャフト歯部２２の側面とハブ歯部２８の側面とが、常に面接触した状態となる（図２、図７及び図８参照）。
【００３８】
また、図７と図８とを比較して諒解されるように、シャフト歯部２２及びハブ歯部２８のシャフトシャンク２４に近接する部位に円弧部３０及び段差部３２をそれぞれ形成することにより、応力が集中する領域のシャフト歯部２２の径φｄ２及びφｄ３をαだけ増大させることができる。
【００３９】
従って、応力が集中する領域のシャフト歯部２２の径φｄ２及びφｄ３をαだけ増大させることにより、前記シャフト歯部２２の谷部２２ｂの歯底Ｒの曲率を大きく設定することが可能となり（図８中、Ｒ′）、応力を分散させることができる。また、シャフトシャンク２４に近接する部位の径を他の部位と比較して増大させることにより、全体応力（主応力）を低減させることができる。
【００４０】
次に、シャフト歯部２２のスプライン歯２６の製造方法について説明する。
【００４１】
図１０に示されるように、超硬材料によって略直線状に形成された上下一組の転造ラック４０ａ、４０ｂの間に棒状の被加工物４２を挿入し、相互に対向する一組の転造ラック４０ａ、４０ｂによって被加工物４２を押圧した状態において、図示しないアクチュエータの駆動作用下に前記一組の転造ラック４０ａ、４０ｂを相互に反対方向（矢印方向）に変位させることにより、被加工物４２の外周面に対してスプライン加工が施される。
【００４２】
本実施の形態では、転造成形を用いることにより、シャフト歯部２２のスプライン歯２６を簡便に成形することができる。また、転造成形を用いた場合、圧造（鍛造）成形と比較して、成形サイクルが速く、前記転造ラック４０ａ、４０ｂ等の成形歯具の耐久性を向上させることができる。さらに、転造成形では、転造ラック４０ａ、４０ｂ等の成形歯具を再研磨して再利用することが可能である。従って、転造成形を用いた場合、圧造（鍛造）成形と比較して、寿命、成形サイクル、再利用等の点からコスト的に有利である。ただし、転造の場合は歯先へ向かっての肉流れによって成形されるため、歯先の断面形状は必ずしも均等でない場合がある。
【００４３】
以上のように、本実施の形態では、シャフト１２における円弧部３０の立ち上がりの起点となる点Ｐ１と、ハブ１４における段差部３２の立ち上がりの起点となる点Ｐ２とを所定間隔Ｌ２だけ略水平方向にオフセットさせて設定している。
【００４４】
そのため、シャフト歯部２２とハブ歯部２８とが係合したシャフト１２及びハブ１４のユニット１０に対して回転トルクが付与された場合、前記ユニット１０に付与された応力が、シャフト歯部２２におけるａ０部とａ１部とにそれぞれ好適に分散されるため応力集中を緩和することができ、ａ１部における応力値のピークを低減することができる。その結果、応力の集中を緩和して分散させることができるため、シャフト歯部２２とハブ歯部２８との係合部位に対する静的強度及び疲労強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る動力伝達機構が適用されたシャフト及びハブのユニットの一部切欠斜視図を示す。
【図２】シャフト歯部とハブ歯部とが係合した状態における拡大横断面図である。
【図３】図１のシャフト歯部の谷部とハブ歯部の山部とが係合した状態におけるシャフトの軸線方向に沿った一部拡大縦断面図である。
【図４】シャフト歯部に形成された円弧部の起点である点Ｐ１とハブ歯部に形成された段差部の起点である点Ｐ２とがオフセットされることなく鉛直線上に一致した状態を示す一部拡大縦断面図である。
【図５】ハブ歯部に段差部が形成されていない場合と、前記段差部が形成された場合におけるシャフトに発生する応力値とその応力値を測定した位置との関係を示す特性曲線図である。
【図６】回転トルクが付与されたときの入力荷重に応じてシャフトに発生する応力値とその応力値を測定した位置との関係を示す特性曲線図である。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った拡大縦断面図である。
【図８】図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った拡大縦断面図である。
【図９】シャフト歯部の径の変化点及びハブ歯部の径の変化点がオフセットした状態とオフセットしていない状態におけるシャフトに発生する応力値とその応力値を測定した位置との関係を示す特性曲線図である。
【図１０】シャフト歯部のスプライン歯を転造ラックによって転造成形する状態を示す一部省略斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…ユニット                    １２…シャフト
１４…ハブ                        １６…軸孔
１８…嵌合部                      ２０、２６…スプライン歯
２２…シャフト歯部                ２２ａ、２８ａ…山部
２２ｂ、２８ｂ…谷部              ２４…シャフトシャンク
２８…ハブ歯部                    ３０…円弧部
３２…段差部
【図１】
2005054952.tif 000003
【図２】
2005054952.tif 000004
【図３】
2005054952.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005054952.tif 000009
【図８】
2005054952.tif 000010
【図９】
2005054952.tif 000011
【図１０】
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