(57)【要約】【課題】中間軸の両端に摺動型等速自在継手を備えたドライブシャフトにおいて、ばね等の保持部材を新たに追加することなく中間軸の位置を拘束する。【解決手段】本発明のドライブシャフトは、中間軸１０と、中間軸１０の両端部に取り付けた一対の摺動式等速自在継手２０、４０と、各等速自在継手の外輪外径と中間軸外径との間に配設されて内部に潤滑剤を保持するブーツ１６、１８とからなり、ブーツ１６、１８が、中間軸１０を軸方向の一方に向けて付勢し中間軸１０の軸方向移動を規制するばね剛性を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2007239877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間軸と、中間軸の両端部に取り付けた一対の摺動式等速自在継手と、各等速自在継手の外輪外径と中間軸外径との間に配設されて内部に潤滑剤を保持するブーツとからなり、前記ブーツが、前記中間軸を軸方向の一方に向けて付勢し中間軸の軸方向移動を規制するばね剛性を有することを特徴とするドライブシャフト。
【請求項２】
中間軸の許容ストロークをLとしたときに、ブーツのばね剛性が次の数１を満足することを特徴とする請求項１のドライブシャフト。
【数１】
2007239877.tif 000010
【請求項３】
中間軸のストロークをLとしたときに、ブーツのばね剛性が次の数２を満足することを特徴とする請求項１のドライブシャフト。
【数２】
2007239877.tif 000011
【請求項４】
樹脂で成型されたブーツを使用した請求項１のドライブシャフト。
【請求項５】
樹脂と金属とを複合成型したブーツを使用した請求項１のドライブシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達用に用いられる、中実または中空の軸の両方の端部に摺動式等速自在継手を取り付けてなるドライブシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の終減速歯車装置（ディファレンシャル）から駆動輪に動力を伝達するための駆動車軸はドライブシャフトともいう。図３に示すドライブシャフトは、中間軸１と、その両端に取り付けた摺動式等速自在継手２、２とで構成される。等速自在継手２は、外輪（外側継手部材）３と、内輪（内側継手部材）４とで構成される。外輪３は、カップ状のマウス部とステム部とからなり、ステム部にてたとえば駆動輪の車軸と結合する。マウス部は内周に円周方向で等配した３本のトラック溝５を有し、各トラック溝５の対向した側壁がローラ案内面となる。内輪４はスプラインまたはセレーションにて中間軸１と結合する。内輪４には、半径方向に突出した３本のトラニオン６が円周方向に等配してあり、各トラニオン６はローラ７を回転、摺動、首振り自在に担持している。内輪４のトラニオン６が外輪３のトラック溝５に入り込んでいる。そして、外輪３に対して内輪４が軸方向変位および／または角度変位した状態で回転するとき、ローラ７がローラ案内面に沿って転動する。
【０００３】
各等速自在継手は摺動式であるため、外輪３と内輪４が相対的に軸方向に変位可能である。したがって、両端に固定された内輪４と共に中間軸１も軸方向に変位できる。その結果、中間軸１と外輪３が当たって異音が発生する。これを防止するため、中間軸１の端と外輪３との間に圧縮コイルばね８を介在させてある。この場合、中間軸１の他方の端はもう一方の等速自在継手２の外輪３と接触するため、外輪３側に摩擦特性のよい受け部材９を取り付けてある。
【特許文献１】米国特許第３６１３３９６号公報（図１、図４）
【特許文献２】実公平６−１２２５８号公報（第３欄第３９行−第４欄第１８行、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
両側に摺動式等速自在継手を用いたドライブシャフトの場合、前述のように中間軸の軸方向位置を拘束する必要がある。中間軸の軸方向位置を拘束するためのばね等の保持部材がないと、中間軸が回転中に外輪等に衝突してこれらを破損することがある。しかし、中間軸をばねなどの部材で拘束する場合は、部品点数の増加、加工部位の増加および組立て工数の増加によりドライブシャフトのコストアップにつながる。
【０００５】
本発明の目的は、ばね等の保持部材を新たに追加することなく中間軸の位置を拘束したドライブシャフトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、中間軸と、中間軸の両端部に取り付けた一対の摺動式等速自在継手と、各等速自在継手の外輪外径と中間軸外径との間に配設されて内部に潤滑剤を保持するブーツとからなり、前記ブーツが、前記中間軸を軸方向の一方に向けて付勢し中間軸の軸方向移動を規制するばね剛性を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、中間軸の許容ストロークをLとしたときに、ブーツのばね剛性が次の数１を満足することを特徴とする。
【数３】
2007239877.tif 000003
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、中間軸のストロークをLとしたときに、ブーツのばね剛性が次の数２を満足することを特徴とする。
【数４】
2007239877.tif 000004
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、樹脂で成型されたブーツを使用したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、樹脂と金属とを複合成型したブーツを使用したことを特徴とする。
【００１１】
ドライブシャフトに用いられるブーツの主な機能は潤滑剤の保持であるが、等速自在継手のブーツ形状は屈曲や伸縮に対応するために蛇腹状であることが多い。蛇腹状ブーツは一種のばね要素としての機能を有する。本発明は蛇腹状ブーツのばね要素としての機能を積極的に活用するものである。すなわち、等速自在継手の屈曲と伸縮によって中間軸に推力が作用しても、中間軸が移動しない程度のばね剛性を持ったブーツにすることによって、中間軸を軸方向に拘束して中間軸が許容ストローク以上は移動しないようにする。ブーツは、通常はゴムや樹脂など単一部材で成型されるが、本発明ではその剛性を確保するためにブーツの肉厚、蛇腹の山数、山の曲率などを最適設計し、さらには異なる複数の材料(ゴム・樹脂・金属など)を複合して成型することによって、従来の等速自在継手内に設けられるばねと同等の機能を確保する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ドライブシャフトの構成を大幅に変更することなく、中間軸の軸方向位置を拘束することができるから、部品点数、加工工数および組立て工数の増加を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。図１は、前輪駆動式車両のドライブシャフトに適用した本発明の実施の形態を示す。この実施形態は、図３の従来のドライブシャフトからばね８を排除したものである。すなわち、両側にトリポート型等速自在継手２、２が配設されたドライブシャフトにおいて、従来、中間軸１の軸方向移動を規制するため設けられていたばね８を排除し、その代わりとして、ばね８と同等のばね剛性を有するブーツを等速自在継手２０、４０のブーツ１６、１８に適用した。ブーツ１６、１８のばね剛性は均等にしてもよいが、いずれか一方のブーツ１６又は１８に偏在させてもよい。この実施形態では一方のブーツ１６を圧縮状態とし、他方のブーツ１８を引張状態とする。ブーツ１６、１８のばね剛性の詳細については後述することとする。
【００１４】
ドライブシャフトは、中間軸１０と、その両端に取り付けた摺動式等速自在継手２０、４０とで構成される。以下では図１の右側をインボード側、左側をアウトボード側とする。中間軸１０の両端にはスプラインまたはセレーション（以下、単にスプラインという）軸部が形成してある。図１において符号１６、１８が指しているのはブーツである。なお、ここでは摺動式等速自在継手としていわゆるトリポード型等速自在継手を例示してある。
【００１５】
アウトボード側の等速自在継手２０は、外輪２２と、内輪３０とで構成される。外輪２２はカップ状で、ステム部２４にてたとえば駆動輪の車軸と結合する。外輪２２は内周に円周方向で等配した３本のトラック溝２６を有し、各トラック溝２６の対向した側壁がローラ案内面となる。内輪３０は中間軸１０のスプライン軸部１２と結合するためのスプライン孔３２を有する。内輪３０には半径方向に突出した３本のトラニオン３４を円周方向に等配してある。この実施の形態の場合、各トラニオン３４の断面形状は短径が継手の軸線方向に延在する楕円形で、ローラ３６の内周面の母線は凸円弧である。したがって、トラニオン３４に対してローラ３６は回転、摺動、首振り自在である。内輪３０のトラニオン３４およびローラ３６が外輪２０のトラック溝２６内に収容される。そして、外輪２０に対して内輪３０が軸方向変位および／または角度変位した状態で回転するとき、ローラ３６がローラ案内面に沿って転動する。
【００１６】
本発明では、前述したようにアウトボード側の等速自在継手２０の外輪２２と中間軸１０との間に介在するブーツがばね剛性を有する。この実施の形態の場合、ブーツのばね剛性によって中間軸１０がインボード側に付勢される。
【００１７】
インボード側の等速自在継手４０は、基本的構成に関してはアウトボード側の等速自在継手２０と同じである。したがって、全図を通じて実質的に同じ部品ないし部位には同じ符号をあててある。インボード側の等速自在継手４０では、外輪２２の底に、ブーツ１６によって押された中間軸１０の端面を受けるための受け部品９が取り付けてある。受け部品９は凹球面９ａを有し、中間軸１０の端部は凸球面１０ａを有する。凸球面１０ａがブーツのばね剛性によって凹球面９ａに対して摺動自在に当接する。
【００１８】
次に、ブーツ１６、１８のばね剛性について説明する。図３の従来のドライブシャフトの場合、等速自在継手の屈曲と伸縮により発生する力：F1(t)、F2(t)、ばねの剛性：K、ブーツ１６、１８の剛性：k1(x(t))、k2(x(t))、ブーツ１６、１８の減衰：c1(x(t))、c2(x(t))、中間軸１０の軸方向許容移動量：x(t)とすると、ドライブシャフトの力学的概念は図４のように図示される。この場合、中間軸１０の運動方程式は次の［数５］ように表すことができる。
【数５】
2007239877.tif 000005
ここで、中間軸１０が軸方向に移動しないよう安定させるには、中間軸１０の速度および加速度を「０」に近づければよい。したがって上式を整理して、
【数６】
2007239877.tif 000006
【数７】
2007239877.tif 000007
となる。これは釣合いの式である。
【００１９】
［数５］〜［数７］をみると、ばね８とブーツ１６、１８の剛性の和が、等速自在継手の屈曲や伸縮によって中間軸１０に作用する推力による移動量を制御することがわかる。もし、図４のように、ばね８の剛性Kが無く、両側のブーツ１６、１８の剛性の和が以下の［数８］を十分満足し、中間軸１０の安定ストローク範囲がドライブシャフト全体の摺動量よりも遙かに小さくなるように設計できれば、ばね８を使用しなくてもよいことがわかる。
【数８】
2007239877.tif 000008
【００２０】
ブーツ１６、１８は、本来潤滑剤の保持のために用いられているが、等速自在継手２０、４０の屈曲と摺動にも追従しなければならないため蛇腹構造をとることが多い。そのため、ブーツ１６、１８はばねのような機能を持つ。ブーツ１６、１８は一般的にゴムや樹脂で成型されるため、金属ばねに比べて減衰率が大きく、中間軸１０の急激なストローク移動を緩和する効果も期待できる。とりわけ樹脂製ブーツはゴム製ブーツに比べて高剛性のため、中間軸１０の軸方向移動の拘束用に適している。さらには異なる複数の材料(ゴム、樹脂、金属など)を複合してブーツ１６、１８を成型することによって、等速自在継手内に配設した従来のばね８と同等またはそれ以上の機能を発揮することができる。
【００２１】
なお、本発明のドライブシャフトに使用する等速自在継手は、トリポードジョイントまたはクロスグルーブジョイントであることが望ましい。これらのジョイント２０、４０が中間軸１０に作用する軸力の合力F1(t)+F2(t)は、２つのジョイント２０、４０の取付け位相を適切に管理することにより小さくすることができる。そして、自動車の使用用途において、その合力F1(t)+F2(t)を計算により推定し、その値からブーツ剛性を計算する。通常の自動車用ドライブシャフトの場合、一般的には次の［数９］で示される剛性が確保できれば、中間軸１０が等速自在継手の外輪２２に衝突しないように軸方向移動を規制した状態で中間軸１０を保持することができる。
【数９】
2007239877.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態を示すドライブシャフトの縦断面図。
【図２】本発明のドライブシャフトの力学概念図
【図３】従来の技術を示す縦断面図。
【図４】従来のドライブシャフトの力学概念図
【符号の説明】
【００２３】
１０  中間軸
１２  スプライン軸部
１４  取り付け孔
１６、１８  ブーツ
２０、４０  等速自在継手
２２  外輪
２４  ステム部
２６  トラック溝
３２  スプライン
３４  トラニオン
３６  ローラ
【図１】
2007239877.tif 000012
【図２】
2007239877.tif 000013
【図３】
2007239877.tif 000014
【図４】
2007239877.tif 000015