(57)【要約】【課題】  チューブの圧接による作動トルクＴの変化を少なくすることができる十字継手を提供する。【解決手段】  チューブ２５に対して摩擦圧接により接合される筒状の圧接部２４と十字軸１６を支持する一対のヨーク２６とが一体的に形成されて、十字軸１６とチューブ２５とを連結するジョイントヨーク部材１２を備えた十字継手１０において、圧接部２４に周方向に亘って開口端部２４ｂよりも薄肉とされた薄肉部２４ｃを形成する。このようにすれば、チューブ２５の端部とジョイントヨーク部材１２の圧接部２４の開口端部２４ｂとが摩擦圧接により径方向に収縮しても、薄肉部２４ｃにより、圧接部２４の開口端部２４ｂの径方向の収縮によって生じる応力が吸収されて、その収縮がヨーク２６へ伝播することが抑制されるので、圧接前後の作動トルクＴの変化を少なくすることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に対して摩擦圧接により接合される筒状の圧接部と十字軸を支持する支持部とが一体的に形成されて、該十字軸と回転体とを連結する連結部材を備えた十字継手であって、
摩擦圧接に伴う前記圧接部の開口端部の収縮変形によって前記支持部が変形させられることを抑制する変形伝播抑制構造を備えていることを特徴とする十字継手。
【請求項２】
前記変形伝播抑制構造は、前記圧接部に周方向に亘って設けられ、該圧接部の開口端部よりも剛性が低くされている低剛性構造であることを特徴とする請求項１の十字継手。
【請求項３】
前記低剛性構造は、前記圧接部の開口端部よりも薄肉とされることにより前記圧接部の開口端部よりも低剛性とされていることを特徴とする請求項２の十字継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は十字継手に関し、特に、十字軸を支持するとともに回転体に摩擦圧接により接合されて、十字軸と回転体とを連結する連結部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のプロペラシャフトなどにユニバーサルジョイントとして用いられる十字継手は、十字軸と、その十字軸を支持する一対の連結部材とを備えている。この一対の連結部材はヨーク部材などとも呼ばれ、それぞれ、十字軸のいずれか一方の軸をその軸回りに回転可能に支持するヨークを備えている。また、一対のヨーク部材のうちの少なくとも一方は、チューブなどの回転体と摩擦圧接により接合される。
【０００３】
この十字継手を含むプロペラシャフトの製造方法として、スパイダー（すなわち十字軸）、カップ、ベアリング、ヨーク部材等からなる十字継手を組み立てた後、十字継手の端部と回転体であるチューブ端部とを摩擦圧接してプロペラシャフトを製造する方法が知られている（たとえば、特許文献１）。この製造方法によれば、チューブの長さが変化しても、十字継手を組み立てる工程の内容には変化がないので、その工程の製造設備の変更や段取換え等の必要がない。そのため、先にチューブとそのチューブに接合されるヨーク部材とが圧接された後に十字継手が組み立てられる場合よりも、製造コストが抑制される。
【特許文献１】特開平１１−１５１６２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３８３１号公報
【特許文献３】特開平５−８３４６４号公報
【特許文献４】特開２００３−２４００１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に記載の製造方法は、十字継手の端部にチューブ端部を摩擦圧接する前と後とでは、重要品質特性であるジョイント（すなわち十字継手）の作動トルクＴ（Ｎ・ｍ）に変化が生じるという問題があった。ここで、作動トルクＴとは、十字継手が折れ曲がる時のトルクであり、折り曲げに必要な荷重Ｆ（Ｎ）とジョイント端部から十字軸の軸心までの距離Ｌ（ｍ）との積（Ｆ×Ｎ）である。なお、作動トルクＴは、たとえば、トルクレンチにより測定される。
【０００５】
この作動トルクＴは、十字軸の端面とその十字軸を収容するカップの底面とが接触させられることにより生じ、作動トルクＴが高すぎる場合、動力伝達の際に振動やそれに伴う異音が生じたりする。一方、作動トルクＴが低すぎる場合には、十字軸端面とカップ底面との間に隙間が生じていることを意味し、十字継手が破損しやすい。そのため、作動トルクＴが一定の範囲内に入ることが要求されている。
【０００６】
図１は、トラック用および乗用車用の十字継手において、特許文献１に記載の製造方法のように、組み立て後の十字継手にチューブ端部を摩擦圧接した場合の十字継手の作動トルクＴを、摩擦圧接前と圧接後とで比較した図である。なお、図１において、縦線は変動範囲を、丸印は平均値をそれぞれ示している。図１に示されるように、トラック用および乗用車用のいずれの場合も、圧接前に対して圧接後の作動トルクＴは低下している。また、乗用車用は、トラック用よりも摩擦圧接による作動トルクＴの低下が大きいことも分かる。
【０００７】
このように、前述の特許文献１の製造方法は、摩擦圧接により作動トルクＴが変動してしまうため、トラック用プロペラシャフトなど、作動トルクＴの許容範囲が広い場合にしか適用されていないのが現状であり、十字継手の作動トルクＴの許容範囲が狭く、十字継手の構造がトラック用に比べて低剛性であるために、摩擦圧接による作動トルクＴの変動が比較的大きい乗用車用のプロペラシャフトには、特許文献１の製造方法が適用できなかった。
【０００８】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、回転体の圧接による作動トルクＴの変化を少なくすることができる十字継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的を達成するために種々検討を重ねた結果、後で詳述するように、摩擦圧接により作動トルクＴが低下するのは、ヨーク部材の端部とチューブ端部との摩擦圧接の際の温度変化によって、そのチューブ端部およびそのチューブ端部と接合されたヨーク部材端部が径方向に収縮し、そのヨーク部材端部の収縮によって、ヨーク部材の他方の端部に形成されているヨークの幅は逆に広がってしまうことが原因であることを見い出した。本発明は、かかる知見に基づいて成されたものである。
【００１０】
すなわち、前記目的を達成するための第１発明は、回転体に対して摩擦圧接により接合される筒状の圧接部と十字軸を支持する支持部とが一体的に形成されて、その十字軸と回転体とを連結する連結部材を備えた十字継手であって、摩擦圧接に伴う前記圧接部の開口端部の収縮変形によって前記支持部が変形させられることを抑制する変形伝播抑制構造を備えていることを特徴とする。
【００１１】
第２発明は、第１発明の十字継手において、前記変形伝播抑制構造は、前記圧接部に周方向に亘って設けられ、その圧接部の開口端部よりも剛性が低くされている低剛性構造であることを特徴とする。
【００１２】
第３発明は、第２発明の十字継手において、前記低剛性構造は、前記圧接部の開口端部よりも薄肉とされることにより前記圧接部の開口端部よりも低剛性とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明によれば、回転体と連結部材の圧接部の開口端部とが摩擦圧接により径方向に収縮しても、変形伝播抑制構造により、摩擦圧接に伴う圧接部開口端部の収縮変形によって十字軸を支持する支持部が変形させられることが抑制されるので、回転体の圧接による作動トルクＴの変化を少なくすることができる。
【００１４】
第２発明によれば、回転体の端部と連結部材の圧接部開口端部とが摩擦圧接により径方向に収縮しても、前記圧接部に周方向に亘って設けられ、圧接部の開口端部よりも剛性が低くされている低剛性構造により、圧接部開口端部の径方向の収縮によって生じる応力が吸収されてその収縮が支持部へ伝播することが抑制されるので、回転体の圧接による作動トルクＴの変化を少なくすることができる。
【００１５】
第３発明は、第２発明の実施態様であり、圧接部には、開口端部よりも薄肉とされた部分が周方向に亘って形成されているので、圧接部開口端部の径方向の収縮によって生じる応力がその薄肉とされている部分によって吸収されて、その収縮が支持部へ伝播することが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の十字継手は、乗用車用のプロペラシャフトに好適に用いられるが、トラック用のプロペラシャフトなど、乗用車以外の車両のプロペラシャフトにも適用できる。また、ドライブシャフトなどプロペラシャフト以外にも適用可能である。
【００１７】
変形伝播抑制構造としては、第２発明ように低剛性構造があるが、それ以外に、圧接部が段付き形状とされるなど、圧接部の一部に応力集中しやすい形状が形成されてもよい。
【００１８】
低剛性構造は、圧接部の周方向に亘って設けられるが、周方向の全部において設けられる必要はなく、周方向の複数箇所に設けられるのみでもよい。また、その低剛性構造は、圧接部の軸方向に一箇所のみ設けられてもよいが、その軸方向に複数箇所設けられてもよい。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。図２は、本発明が適用された十字継手１０の正面図である。図２の十字継手１０は、乗用車用であって、ジョイントヨーク部材１２、フランジヨーク部材１４、十字軸１６、カップ１８、ニードル２０を有している。
【００２０】
ジョイントヨーク部材１２は連結部材として機能するものであり、鍛造および切削加工を経て製造され、基部２２の両側から互いに反対側に、圧接部２４および支持部として機能する一対のヨーク２６が突き出した構造を有している。圧接部２４は円筒形であり、その開口端面２４ａに、回転体であるチューブ２５の端部が互いの軸心が一致させられた状態で摩擦圧接により接合される。なお、この摩擦圧接は、チューブ２５またはヨーク２６のいずれか一方が回転させられつつ行われる。
【００２１】
一対のヨーク２６は、互いに対向するように、且つ、前記圧接部２４の軸心と平行に基部２２から突き出しており、先端側には、軸心が圧接部２４の軸心と直交するの貫通穴２８が形成されている。この貫通穴２８に前記カップ１８が嵌め付けられている。カップ１８は、軸方向の一方に開口する有底の円筒形であり、プレスにより製造される。また、カップ１８は、その底側が外側（他方のヨーク２６とは反対側）とされ、内周面には十字軸１６の先端が嵌め入れられている。そのカップ１８の内周面と十字軸１６の先端の外周面との間に、複数の円柱状のニードル２０が転動可能に配置されている。
【００２２】
上記カップ１８が貫通穴２８に仮圧入された後、貫通穴２８の外側端部が塑性変形させられることによって、貫通穴２８の外側端部に周方向に複数のかしめ部３０が形成されている。このかしめ部３０により、カップ１８が貫通穴２８から抜け出ることが禁止されている。このように、カップ１８が貫通穴２８から抜け出ることが禁止されているので、カップ１８に軸の先端部が収容されている十字軸１６は、その軸回りに回転可能にヨーク２６に支持される。
【００２３】
カップ１８の底部は、かしめ部３０および十字軸１６により両面から挟圧されており、それにより、カップ１８の底面とそのカップ１８に収容されている十字軸１６の先端面との間で所定の摩擦抵抗すなわち作動トルクＴが発生する。また、かしめ部３０がカップ１８の底部を押圧している部分は、カップ１８の底部の周縁なので、カップ１８の底部は外側に若干撓んでいる。
【００２４】
フランジヨーク部材１４も、基部３２およびその基部３２から互いに平行に突き出す一対（図２には一方しか示されていない）のヨーク３４を備えており、ヨーク３４の先端側には貫通穴３６が設けられている。そして、貫通穴３６にカップ１８が嵌め付けられており、その貫通穴３６の端部に、塑性変形によってかしめ部３８が形成されていることによって貫通穴３６からカップ１８が抜け出ることが禁止される。このフランジヨーク部材１４側のカップ１８には、十字軸１６においてジョイントヨーク部材１２側のカップ１８に収容されている側とは異なる軸の両端が、その軸回りに回転可能に、図示しないニードルを介して嵌め入れられている。
【００２５】
さらに、ジョイントヨーク部材１２の圧接部２４の開口端面２４ａ近傍には、周方向の全部に亘って、開口端部２４ｂよりもに薄肉とされて、低剛性構造すなわち変形伝播抑制構造として機能する円環溝状の薄肉部２４ｃが形成されている。図３は、圧接部２４の拡大断面図である。図３に示すように、本実施例の薄肉部２４ｃは、圧接部２４においてその軸方向の開口端面２４ａの近くに形成されている。この薄肉部２４ｃは、圧接部２４の外周が切削加工されることにより形成されているので、圧接部２４の外周面は薄肉部２４ｃが形成されている部分が径方向内側に凹んでいるが、圧接部２４の内径は薄肉部２４ｃが形成されている部分を含めて軸方向に同一である。上記薄肉部２４ｃの肉厚ａが薄いほど低剛性構造としては好ましいが、チューブ２５の肉厚よりも薄くなると使用時の耐久性の低下を招く。従って、肉厚ａは、チューブ２５の肉厚よりも厚い範囲が好ましい。
【００２６】
次に、図２の十字継手１０は、チューブ２５の端部が圧接される前後の作動トルクＴの変化が少ないことを図４〜図８に基づいて説明する。図４は、前記薄肉部２４ｃが形成されていないこと以外は図２の十字継手１０と同様の構造である従来の十字継手を用いて、ジョイントヨーク部材のヨークの幅および圧接部開口端の外径の、圧接前後の変化を調べた結果を示す図である。なお、ヨークの幅は、図２にも示されているように、一対のヨークの先端間の距離である。また、図４において、縦線および丸印は図１と同じ意味である。図４に示されるように、従来の十字継手の場合には、圧接により、圧接部開口端の外径は小さくなる一方で、ヨーク幅は大きくなっていることが分かる。これは、基部が径方向に収縮しないために、一方の端部である圧接部端部が収縮すると、その基部が支点となって、他方の端部である一対のヨーク先端は、逆に、互いに離隔する方向に拡大するためと考えられる。
【００２７】
図５は、上記従来の十字継手を用いて、圧接前、圧接後、および圧接後にチューブとの接合部を切断（解放）した後における、チューブ端部の外径、ジョイントヨーク部材の圧接部開口端の外径の変化を調べた結果を示す図である。図５に示されるように、チューブ端部の外径および圧接部開口端の外径ともに圧接により小さくなるが、接合部が切断されると、それらは元に戻る方向に変化する（すなわち大きくなる）ことが分かる。
【００２８】
図６は、上記従来の十字継手を用いて、圧接前、圧接後、および圧接後にチューブとの接合部を切断（解放）した後における、作動トルクＴおよびヨーク幅の変化を調べた結果を示す図である。図６に示されるように、圧接によりヨーク幅は大きくなり、作動トルクＴは低下するが、接合部が切断されると、それらは元に戻る方向に変化し、ヨーク幅は小さくなり、作動トルクＴは大きくなることが分かる。
【００２９】
図４〜図６の結果から、摩擦圧接時の熱変化により生じるチューブ端部の外径および圧接部開口端部の径方向の収縮が、他方の端部であるヨークの幅を拡大させ、そのヨーク幅の拡大と作動トルクＴの低下とが関連していることが分かる。
【００３０】
ここで、前述のように、図２の十字継手１０においては、カップ１８の底部は撓んでおり、その撓みは、かしめ部３０がカップ１８の底部の周縁を押圧することにより生じている。従って、ヨーク幅が拡大してかしめ部３０がカップ１８から離隔する方向に移動させられると、カップ１８の底面の撓み量ｄは少なくなる。また、作動トルクＴは、カップ１８の底部がかしめ部３０と十字軸１６の先端面とにより挟圧されて、カップ１８の底面と十字軸１６の先端面とが接触させられることにより発生する。こられのことは、図４〜図６に用いた十字継手も同様である。
【００３１】
従って、ヨーク幅が拡大して、カップの底面の撓み量ｄが少なくなると、作動トルクＴが低下することが推定される。そこで、図４〜図６において用いた十字継手と同じ構成の十字継手を用いて、カップの撓み量ｄと作動トルクＴとの関係を調べた。その結果を図７に示す。図７に示されるように、カップ撓み量ｄと作動トルクＴとの間には正の相関があることが分かる。なお、相関係数ｒは０．９４であった。
【００３２】
以上、図４〜図７から、摩擦圧接による作動トルクＴの低下を少なくするためには、摩擦圧接によるチューブ端部および圧接部端部の収縮変形が、圧接部端部とは反対側の端部にあるヨークに伝播しないようにすればよいことが分かる。そのために、図２の十字継手１０には、圧接部２４に、開口端部２４ｂよりも薄肉とされることによってその開口端部２４ｂよりも低剛性とされた薄肉部３４ｃが形成されている。
【００３３】
図８は、チューブ圧接前後の作動トルクＴの変化を、図２に示す本発明が適用された十字継手１０すなわち薄肉部２４ｃが形成されている十字継手と、その薄肉部が形成されていない従来の十字継手とで比較した結果を示す図である。図８に示されるように、薄肉部２４ｃが形成されていると、圧接による作動トルクＴの低下が少ないことが分かる。これは、チューブ２５の端部および圧接部２４の開口端部２４ｂが径方向に収縮した場合に、その収縮応力が薄肉部２４ｃにおいて集中的に消費されるためであると考えられる。
【００３４】
以上、説明したように、本実施例によれば、チューブ２５とジョイントヨーク部材１２の圧接部２４の開口端部２４ｂとが摩擦圧接により径方向に収縮しても、薄肉部２４ｃにより、摩擦圧接に伴う圧接部２４の開口端部２４ｂの収縮変形によって十字軸１６を支持するヨーク２６が変形させられることが抑制されるので、チューブ２５の圧接による作動トルクＴの変化を少なくすることができる。
【００３５】
すなわち、本実施例によれば、チューブ２５の端部とジョイントヨーク部材１２の圧接部２４の開口端部２４ｂとが摩擦圧接により径方向に収縮しても、圧接部２４に周方向に亘って設けられ、圧接部２４の開口端部２４ｂよりも剛性が低くされている薄肉部２４ｃにより、圧接部２４の開口端部２４ｂの径方向の収縮によって生じる応力が吸収されて、その収縮がヨーク２６へ伝播することが抑制されるので、チューブ２５の圧接による作動トルクＴの変化を少なくすることができる。
【００３６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００３７】
たとえば、前述の実施例では、低剛性構造としての薄肉部２４ｃは、圧接部２４の外径が一部小さくされることにより円環溝状に形成されていたが、開口端部２４ｂを除く圧接部２４の全部の外径が開口端部２４ｂに対して小さくされてもよいし（図９）、また、開口端部２４ｂを除く圧接部２４の全部の内径が開口端部２４ｂに対して小さくされてもよいし（図１０）、また、開口端部２４ｂを除く圧接部２４の全部において外径および内径の両方が開口端部２４ｂに対して小さくされてもよい（図１１）。また、図１２に示すように、圧接部２４の軸心を含む断面形状が半球状の溝が低剛性構造として形成されてもよいし、図示しないが、その断面形状がくさび形でもよい。
【００３８】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】トラック用および乗用車用の十字継手において、組み立て後の十字継手にチューブ端部を摩擦圧接した場合の十字継手の作動トルクＴを、摩擦圧接前と圧接後とで比較した図である。
【図２】本発明が適用された十字継手の正面図である。
【図３】図２の圧接部の拡大断面図である。
【図４】従来の十字継手を用いて、ジョイントヨーク部材のヨークの幅および圧接部開口端の外径の、圧接前後の変化を調べた結果を示す図である。
【図５】従来の十字継手を用いて、圧接前、圧接後、および圧接後にチューブとの接合部を切断（解放）した後における、チューブ端部の外径、ジョイントヨーク部材の圧接部開口端の外径の変化を調べた結果を示す図である。
【図６】従来の十字継手を用いて、圧接前、圧接後、および圧接後にチューブとの接合部を切断（解放）した後における、作動トルクＴおよびヨーク幅の変化を調べた結果を示す図である。
【図７】従来の十字継手を用いて、カップの撓み量ｄと作動トルクＴとの関係を調べた結果を示す図である。
【図８】チューブ圧接前後の作動トルクＴの変化を、図２の十字継手と、薄肉部が形成されていない従来の十字継手とで比較した結果を示す図である。
【図９】図３とは別の薄肉部の態様を示す図である。
【図１０】図３、図９とは別の薄肉部の態様を示す図である。
【図１１】図３、図９、図１０とは別の薄肉部の態様を示す図である。
【図１２】図３、図９、図１０、図１１とは別の薄肉部の態様を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０：十字継手、    １２：ジョイントヨーク部材（連結部材）、    １６：十字軸、    ２４：圧接部、  ２４ｂ：開口端部、    ２４ｃ：薄肉部（低剛性構造、変形伝播抑制構造）、    ２５：チューブ（回転体）、    ２６：ヨーク（支持部）
【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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