(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（及び／又はブーツ１８）に、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８ａを一体化したことを特徴とする。【選択図】  図１
2007239878.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を有するドライブシャフトに使用されるブーツおいて、前記ブーツに、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を一体化したことを特徴とするドライブシャフト用ブーツ。
【請求項２】
ブーツの内周面に螺旋状溝を形成すると共に、この螺旋状溝に沿って、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コイルばねを配設したことを特徴とする請求項１のドライブシャフト用ブーツ。
【請求項３】
コイルばねがブーツに一体形成されたことを特徴とする請求項２のドライブシャフト用ブーツ。
【請求項４】
コイルばねがブーツの螺旋状の山部又は谷部に沿って組みつけらたことを特徴とする請求項２のドライブシャフト用ブーツ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかのブーツを有するドライブシャフト。
【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、中実又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用のブーツに関する。
【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５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はスプライン又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が軸方向変位及び／又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（特許文献１の図４のコイルばね３２、特許文献２の第２図のばね９）。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。
【０００４】
一方、ブーツ内は大容量閉塞空間であるため潤滑を必要とする継手部分にグリースが十分に行き渡らないという課題がある。この課題を解決するため、特許文献３は螺旋状ベローズブーツを提案している。この螺旋状ベローズブーツは、ブーツ内でのグリース流れを螺旋溝によって継手側に流動制御することによりグリースの充填量を削減する。
【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２）
【特許文献３】特開平８−１７７８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、加工部位の増加及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。
【０００６】
本発明の目的は、ばね等の配設スペースを別途設けることなく、既存の部品構成の中で中間軸の位置を拘束可能な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】
【０００７】
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を有するドライブシャフトに使用されるブーツおいて、前記ブーツに、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を一体化したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項1の発明において、ブーツの内周面に螺旋状溝を形成すると共に、この螺旋状溝に沿って、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コイルばねを配設したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、コイルばねがブーツに一体形成されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、コイルばねがブーツの螺旋状の山部又は谷部に沿って組みつけらたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項1から4のいずれかのブーツを有するドライブシャフトである。
【００１２】
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。蛇腹状ブーツはある程度のばね要素としての機能を有する。一方、前述のようにブーツ内のグリースの流動制御によりグリース充填量を節約するため螺旋状ベローズブーツも提案されている。本発明は中間軸位置決め用のばねをブーツに一体化することにより、当該ばね用の取付部を継手から省略してばね取付部の加工を不要にする。
【００１３】
本発明はさらに、螺旋状ベローズブーツの採用によりグリースの流動制御も行う場合、当該ブーツの螺旋溝に沿ってコイルばねを好都合に配設可能である。螺旋溝に合わせてコイルばねの螺旋形を形成し、ブーツ内外にコイルばねを突出させることなく一体的に取付けることができる。
【００１４】
ばねを一体化したブーツを採用することにより、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、ばねの附勢力で中間軸の推力を打ち消し、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、本発明ではブーツ自体によりある程度のばね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かそれ以上の機能を確保する。
【発明の効果】
【００１５】
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、加工工数及び組立て工数の増加を回避することができる。また、ブーツに一体化したばねによってブーツの剛性が高まるので、跳ね石などがブーツに衝突した場合のブーツの破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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５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別のばね８ａを一方の等速自在継手２０のブーツ１６に一体化した。ブーツ１６ではなく反対側のブーツ１８あるいは両方のブーツ１６、１８にばねを一体化することが可能であるが、この実施形態ではブーツ１６だけにばね８ａを一体化する。ブーツ１６のばね剛性の詳細については後述する。
【００１７】
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又はセレーション（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。一方のブーツ１６は図２Ａ（ａ）（ｂ）に示すようにほぼ一様径の円筒状である。ブーツ１６は等速自在継手２０の外輪外径に取り付けられる大径部１６ａと、中間軸１０に取り付けられる小径部１６ｂを有する。反対側のブーツ１８は図２Ｂ（ａ）（ｂ）に示すように従来と同じ形状である。ブーツ１８は等速自在継手４０の外輪外径に取り付けられる大径部１８ａと、中間軸１０に取り付けられる小径部１８ｂを有する。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。
【００１８】
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及びローラ３６が外輪２２のトラック溝２６内に収容される。そして、外輪２２に対して内輪３０が軸方向変位及び／又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。
【００１９】
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１６に組み込んだコイルばね８ａが所定のばね剛性を有する。この実施の形態の場合、コイルばね８ａ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。
【００２０】
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材９が取り付けてある。受け部材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。
【００２１】
次に、コイルばね８ａのばね剛性について説明する。図５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８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３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１］ように表すことができる。
【数１】
2007239878.tif 000003
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の速度及び加速度を「０」に近づければよい。したがって上式を整理して、
【数２】
2007239878.tif 000004
【数３】
2007239878.tif 000005
となる。［数３］は釣合いの式である。
【００２２】
［数１］〜［数３］をみると、ばね８とブーツ１６、１８の剛性の和（Ｋ＋ｋ１＋ｋ２）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。ばね８の配設部位は特に制約がないから、例えばばね８をブーツ１６に組み込んだ場合、ばね８のばね剛性Kがブーツ１６の剛性k1に単純加算され、［数３］と同じ釣り合い式が成立する。
【００２３】
ブーツ１６、１８は、本来潤滑剤の保持のために用いられるが、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はある程度のばね機能を持つ。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。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。ただし、金属ばねと比べた場合、ゴム製、樹脂製ともブーツのみではばね剛性の不足は否めない。そこで本発明は金属ばねをブーツに一体化したのである。
【００２４】
ブーツ１６に対するコイルばねの一体化構造としては、図４（Ａ）〜（Ｆ）のように複数の構造が可能である。図４（Ａ）はブーツ１６の山部外側にコイルばね８ａを一体化したもの、同（Ｂ）は山部内部にコイルばね８ｂを一体化したもの、同（Ｃ）は山部内側にコイルばね８ｃを一体化したもの、同（Ｄ）は谷部外側にコイルばね８ｄを一体化したもの、同（Ｅ）は谷部内部にコイルばね８ｅを一体化したもの、同（Ｆ）は谷部内側にコイルばね８ｆを一体化したものである。
【００２５】
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又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が中間軸に作用する軸力の合力F1(t)+F2(t)は、２つのジョイント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、その値からばねを含めたブーツの剛性を計算する。通常の自動車用ドライブシャフトの場合、一般的には、（Ｋ＋ｋ１＋ｋ２）が１．０Ｎ／ｍｍ以上、かつ、２０．０Ｎ／ｍｍ以下の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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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２Ａ】本発明のドライブシャフトのアウトボード側に使用するブーツの一例であって、（ａ）はブーツ側面図、（ｂ）はブーツ斜視図。
【図２Ｂ】本発明のドライブシャフトのインボード側に使用するブーツの一例であって、（ａ）はブーツ側面図、（ｂ）はブーツ斜視図。
【図３】本発明のドライブシャフトの力学概念図。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、ブーツに一体化したぱね部分を示すブーツの部分断面図。
【図５】従来のドライブシャフトの縦断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１     中間軸
２     トリポート型摺動式等速自在継手
３     外輪
４     内輪
５     トラック溝
６     トラニオン
７     ローラ
９     受け部材
９ａ   凹球面
１０   中間軸
１０ａ 凸球面
１２   スプライン軸部
１６   ブーツ
１８   ブーツ
２０   摺動式等速自在継手
２２   外輪
２４   ステム部
２６   トラック溝
３０   内輪
３２   スプライン孔
３４   トラニオン
３６   ローラ
４０   摺動式等速自在継手
【図１】
2007239878.tif 000006
【図２Ａ】
2007239878.tif 000007
【図２Ｂ】
2007239878.tif 000008
【図３】
2007239878.tif 000009
【図４】
2007239878.tif 000010
【図５】
2007239878.tif 000011