(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸と第２軸の突合せ部に回動方向の剛性の大きい環状プレートを配置し、前記第１軸と第２軸の各端部に円周方向に間隔をおいて設けられた結合部を、第１軸側のものと第２軸側のものが円周方向で交互になるように、前記環状プレートに締結手段を介して結合し、前記環状プレートの円周方向へ所定間隔をもって穿設された前記締結手段が挿通する各挿通孔間の部位を連結アーム部とし、該各連結アームの弾性変形により、軸方向の挙動変位を吸収するようにした車両用軸継手において、
前記連結アーム部に肉抜き孔を形成すると共に、前記連結アーム部を、隣接する前記両挿通孔の中心を結ぶ環状プレートと同心円の円弧曲線の仮想線よりも径方向外側に位置される外側アーム部と、同仮想線よりも径方向内側に位置される内側アーム部とに設定し、該内側アーム部の前記挿通孔の中心と環状プレートの中心を結ぶ線上に切欠孔を形成し、前記肉抜き孔と切欠孔との間に、環状プレートのほぼ径方向に沿った一対の連結部位を形成すると共に、
前記連結部位の前記肉抜き孔と切欠孔との間の幅を、前記挿通孔側よりも環状プレートの中心側の方を小さく設定したことを特徴とする車両用軸継手。
【請求項２】
前記仮想線上の前記挿通孔と肉抜き孔との間に、小孔を穿設したことを特徴とする請求項１に記載の車両用軸継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のプロペラシャフト部分等に用いられる軸継手に関し、とりわけ、軸方向の挙動変位を弾性的に吸収する機能を備えた軸継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のプロペラシャフト部分に用いられる軸継手として、例えば、実開昭６３-１７８６３２号公報に記載されたもののようにゴム弾性体を用いたものが知られている。
【０００３】
この軸継手は、図８及び図９に示すように、ゴム弾性体から成るほぼ円環状の本体部１に周方向等間隔に複数のブッシュ２が設けられ、隣接するブッシュ２，２相互が剛性の高い補強線材８によって連結されている。第１軸３と第２軸４の各端部には、複数の分岐アーム（結合部）５ａ，６ａを有するヨーク５，６が夫々取付けられ、この両ヨーク５，６の分岐アーム５ａ，６ａが軸継手のブッシュ２に円周方向で交互にボルト１２（締結手段）によって結合されている。そして、第１軸３の先端部は軸継手の本体部１を貫通して突出し、第２軸４にゴムブッシュ７を介してセンタリングされている。
【０００４】
この軸継手は、隣接するブッシュ２が補強線材８によって結合されているため、両軸３，４間の軸方向の相対変位は弾性的に許容し、回転方向の動力は補強線材８の張力によって剛的に伝達することができる。
【０００５】
しかし、この軸継手にあっては、部品点数が多くなるばかりか、装置全体が大型化し易い等の問題がある。そこで、近年、これに代わる軸継手として金属プレート等を用いたものも開発されている（例えば、実開昭６０−１８９６２０号公報参照）。
【０００６】
この軸継手は、図１０に示すように、金属製の環状プレート９に円周方向に等間隔位置にボルト（締結手段）を挿通する複数の挿通孔１０…が設けられ、これらの挿通孔１０…に、第１軸側の結合部と第２軸側の結合部（図示は省略してあるが、図８及び図９の分岐アーム５ａ，６ａに相当）が円周方向で交互になるように結合されている。そして、環状プレート９は、剛性の高い金属によって一定の肉厚で形成されていると共に、一定の径方向幅Ｗの円環状に形成されている。なお、同図中１１は、ボルト締結時に用いられるワッシャである。
【０００７】
したがって、今、環状プレート９上の隣接する挿通孔１０，１０間の円周方向の領域を連結アーム部９ａと呼ぶとすると、各連結アーム部９ａは、軸方向の挙動変位入力に対して曲げ方向に弾性変形することによりその挙動変位を吸収することができ、回動方向（捩り方向）の入力に対しては変形を生じることなくトルクを剛的に伝達することができる。また、この軸継手の場合、第１軸と第２軸は剛性の高いの環状プレート９を介してセンタリングされるため、特別なセンタリング機構を設ける必要もない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この後者の従来の軸継手にあっては、挙動変位の吸収性能を高めるために、環状プレート９の肉厚を薄くしたり、あるいは連結アーム部９ａの長さを長くして該各連結アーム部９ａの軸方向剛性を低減する必要があるが、前記環状プレート９全体の肉厚を薄くするのには限界があり、また、連結アーム部９ａの長さを長くしようとすると環状プレート９の外径が大きくなって、軸継手全体の大型化を招く。
【０００９】
つまり、環状プレート９は、変位吸収のために軸方向に変位したとき、締結手段との相対変位や環状プレート９，９同士の相対変位によってボルト挿通孔１０の周域部分に摩耗を生じるが、環状プレート全体の肉厚を薄くしていくと、板厚に対しての摩耗量が多くなることから耐久性の低下を招き易くなり、したがって、環状プレート９全体の厚みはある程度以上には薄くすることができない。また、連結アーム部９ａは、その長さを単純に長くしようとすると、環状プレート９の外径が大きくなり、それに伴って軸継手全体が大型化してしまう。
【００１０】
そこで本発明は、耐久性の低下や装置の大型化を招くことなく、軸方向の挙動変位の吸収性能を高めることのできる車両用軸継手を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１軸と第２軸の突合せ部に回動方向の剛性の大きい環状プレートを配置し、前記第１軸と第２軸の各端部に円周方向に間隔をおいて設けられた結合部を、第１軸側のものと第２軸側のものが円周方向で交互になるように、前記環状プレートに締結手段を介して結合し、前記環状プレートの円周方向へ所定間隔をもって穿設された前記締結手段が挿通する各挿通孔間の部位を連結アーム部とし、該各連結アームの弾性変形により、軸方向の挙動変位を吸収するようにした車両用軸継手において、前記連結アーム部に肉抜き孔を形成すると共に、前記連結アーム部を、隣接する前記両挿通孔の中心を結ぶ環状プレートと同心円の円弧曲線の仮想線よりも径方向外側に位置される外側アーム部と、同仮想線よりも径方向内側に位置される内側アーム部とに設定し、該内側アーム部の前記挿通孔の中心と環状プレートの中心を結ぶ線上に切欠孔を形成し、前記肉抜き孔と切欠孔との間に、環状プレートのほぼ径方向に沿った一対の連結部位を形成すると共に、前記連結部位の前記肉抜き孔と切欠孔との間の幅を、前記挿通孔側よりも環状プレートの中心側の方を小さく設定したことを特徴としている。
【００１２】
したがって、この発明によれば、連結アーム部に肉抜き孔を形成したため、環状プレートの厚さを薄くしたり、径を増大させることなく、連結アーム部の軸方向剛性を下げることができる。また、連結アーム部を、仮想線に対して径方向外側と内側の外側アーム部と内側アーム部に設定したため、隣接する挿通孔間に作用する引張力や押付力が一方のアーム部にモーメントとして作用しても、そのアーム部の変形は他方のアーム部によって抑えられる。
【００１３】
しかも、挿通孔と環状プレートの中心側との間に切欠部を形成したため、前記挿通孔の内側アーム部側の剛性が小さくなって、かかる内側アーム部の挿通孔近傍に作用する軸方向変位時の集中応力を挿通孔の両側方向に分散させることが可能になる。
【００１５】
特に、連結部位の剛性を内側（環状プレートの中心側）と外側（挿通孔側）で変化させ、外側より内側の方の剛性を小さくしたことから、軸方向の変位時に該内側の撓み変形が大きくなり、連結部位に作用する集中応力をさらに分散させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記仮想線上の前記挿通孔と肉抜き孔との間に、小孔を穿設したことを特徴としている。
【００１７】
したがって、この発明によれば、隣接する挿通孔間の仮想線上に位置する部位が、小孔によって、細長い内外側部位に分離されてトルク伝達経路が小孔を迂回する形になって長さが長くなり、この部位の強度が小さくなる。このため、回転方向の捩りトルク作用するとかかる内外側部位が容易に撓み変形して、前記捩りトルクにより挿通孔の周囲に作用する集中応力を分散させることができる。
【００１８】
また、前記内外側部位によって軸方向のトルクに対しても分散させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる車両用軸継手の各実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態の軸継手が適用された車両のプロペラシャフト部分の断面を示し、図中２０は第１軸である変速機側の出力軸、２１は第２軸であるプロペラシャフトのシャフト本体である。
【００２１】
前記出力軸２０側は、その端部に鍛造製のヨーク２２が結合され、シャフト本体２１側は、その端部にプレス成形されたヨーク２３が溶接固定されている。これらのヨーク２２，２３は、いずれも三叉状に等間隔に分岐した分岐アーム２２ａ，２３ａを有し、これらの各分岐アーム２２ａ，２３ａの先端が結合部とされている。そして、両ヨーク２２，２３の間には重合した二枚の金属製の環状プレート２４，２４が配置され、両ヨーク２２，２３がこれらの環状プレート２４，２４を介して連結されている。本発明にかかる軸継手はヨーク２２，２３と、この環状プレート２４，２４を主だった部品として構成されている。
【００２２】
前記各環状プレート２４は、図１に示すように、その外周縁が円形状に形成されていると共に、中央に比較的小さな円形孔３１が形成されて、環状プレート２４の外周縁と円形孔３１の内周縁との間が比較的幅のある円環部に形成されている。また、外周部側に６つのボルト挿通孔２５が同心円上に等間隔位置に穿設されており、前記出力軸２０側とシャフト本体２１側の各分岐アーム２２ａ，２３ａが、図２に示すように円周方向で交互になるように両環状プレート２４，２４のボルト挿通孔２５、２５部分で締結手段であるボルト２６及びナット２７によって締結されている。この各ボルト２６とナット２７の締結にあたっては、両環状プレート２４，２４の外面側に夫々ワッシャ２８，２８が重合配置され、この一対のワッシャ２８，２８で両環状プレート２４，２４を直接挟み込む形になっている。
【００２３】
また、前記各環状プレート２４は、図１に示すように、前記隣接するボルト挿通孔２５，２５間に連結アーム部２９が形成されていると共に、この連結アーム部２９に肉抜き孔３０が形成されている。
【００２４】
この肉抜き孔３０は、外周側の矩形部３０ａと内周側の三角形部３０ｂでほぼ扇状に形成され、その矩形部３０ａが隣接するボルト挿通孔２５、２５の中心Ｘ、Ｘを環状プレート２４と同心円の円弧曲線で結ぶ仮想線ｐを通る位置に形成されている。そして、連結アーム部２９が、仮想線ｐよりも径方向外側に位置される外側アーム部２９ａと、同仮想線ｐよりも径方向内側に位置される内側アーム部２９ｂとに分離設定されている。また、肉抜き孔３０の矩形部３０ａの円周方向の両端部や三角形部３０ｂの内側端部は、円弧状の丸みが設けられ、応力集中の緩和とそれによる耐久性の向上が図られている。
【００２５】
したがって、内外側アーム部２９ａ，２９ｂは、その各径方向幅の中心ｑ1，ｑ2が仮想線ｐの径方向外側と内側を通ることから、これらの各長さは仮想線ｐよりも長く設定されている。
【００２６】
また、前記内側アーム部２９ｂの前記ボルト挿通孔２５の中心Ｘと前記円形孔３１の中心Ｙを結ぶ半径方向線Ｓ上に６つの切欠孔３２が形成されている。この各切欠孔３２は、前記半径方向線Ｓを中心としたほぼ二等辺三角形状に形成され、その両辺と前記肉抜き孔３０の三角形部３０ｂの両辺との間に、左右一対の連結部位３３，３３が形成されている。
【００２７】
この各連結部位３３は、半径方向線Ｓを中心に左右対称形状に細長く形成され、その幅はボルト挿通孔２５側の幅Ｗ１よりも円形孔３１側の幅Ｗ２の方が漸次小さく設定されている。
【００２８】
なお、前記肉抜き孔３０や切欠孔３２は、環状プレート２４にボルト挿通孔２５等をプレス成形する際に同時に打ち抜かれて形成されている。したがって、この環状プレート２４は、一度のプレス作業によって製造を完了することができ、特別な後加工が必要でないため、低コストでの製造が可能である。
【００２９】
したがって、この軸継手によれば、肉抜き孔３０を設けることにより連結アーム部２９全体の径方向幅を狭め、かつ、内外側アーム部２９ａ，２９ｂの各長さを長く設定してあるため、これらの相乗効果によって連結アーム部２９の軸方向剛性を充分に低減し、軸方向の挙動変位の吸収性能を十分に高めることができる。
【００３０】
また、環状プレート２４を必要以上に薄肉にしたり、径を大きくする必要がないため、挿通孔２５周域の摩耗の増大による耐久性の低下や、軸継手全体の大型化を招くこともない。
【００３１】
さらに、この軸継手は、環状プレート２４の各連結アーム部２９が、仮想線ｐの径方向外側を通る外側アーム部２９ａと内側を通る内側アーム部２９ｂとに分離設定されているため、隣接するボルト挿通孔２５，２５間に作用する引張力や押付力に起因したモーメントにより、連結アーム部２９に座屈が生じる不具合も生じない。
【００３２】
即ち、図６の比較例のように、連結アーム部１２９は、その径方向幅を挿通孔２５周域の径方向幅よりも狭めて仮想線ｐの径方向外側若しくは内側に形成すれば、軸方向剛性を低く設定することができるが、このように連結アーム部１２９を仮想線ｐの径方向外側と内側のいずれかに偏寄させると、隣接する挿通孔２５，２５に作用する回転駆動力による引張力Ｆ1や押付力Ｆ2が各連結アーム部１２９にモーメントとして作用する。例えば、同図の例のようにの各連結アーム部１２９を仮想線ｐの径方向外側に形成した場合には、引張力Ｆ1は連結アーム部１２９の略中間位置を基点に挿通孔２５，２５相互を離反させるようにモーメントＭ1生じさせ、押付力Ｆ2は逆に連結アーム部１２９の略中間位置を基点に挿通孔２５，２５相互を近接させるようにモーメントＭ2を生じさせる。そして、このときの引張力Ｆ1によるモーメントＭ1は、連結アーム部１２９の略中間位置の径方向外側部に図７に示すような口開きを起こすような座屈ａを生じさせ、押付力Ｆ2によるモーメントＭ2は逆に径方向内側部に同様の座屈ｂを生じさせる。
【００３３】
しかし、この実施形態においては、連結アーム部２９が仮想線ｐ内外の外側アーム部２９ａと内側アーム部２９ｂとに分離設定されているため、一方のアーム部２９ａ（２９ｂ）に比較例のようなモーメントが作用しても、そのモーメントによる一方のアーム部２９ａ（２９ｂ）の変形を他方のアーム部２９ｂ（２９ａ）で抑えることができ、このことから比較例のような座屈の発生は確実に阻止することができる。したがって、座屈部分が形状復帰する際に生じる反転音や、環状プレート２４，２４間での異物の噛み込み等は未然に防止することができる。
【００３４】
しかも、ボルト挿通孔２５と円形孔３１との間に切欠部３２を形成したため、前記ボルト挿通孔２５の内側アーム部２９ｂ側の剛性が小さくなって、環状プレート２４に作用する軸方向の変位時における内側アーム部２９ｂのボルト挿通孔２５近傍に作用する集中応力をボルト挿通孔２５の両側方向に分散させることが可能になる。
【００３５】
また、各連結部位３３が、半径方向線Ｓを中心に左右対称形状に細長く形成され、その幅はボルト挿通孔２５側の幅Ｗ１よりも円形孔３１側の幅Ｗ２の方が漸次小さく設定されて、連結部位３３の剛性をボルト挿通孔２５側より円形孔３１の方の剛性を小さくしたことから、軸方向の変位時に該円形孔３１側の撓み変形が大きくなり、ボルト挿通孔２５付近から連結部位３３に作用する集中応力をさらに分散させることができる。
【００３６】
すなわち、かかる応力の分布を示す図３に基づいて具体的に説明すれば、環状プレート２４に軸方向のトルクが作用すると、まず、そのトルクがボルト挿通孔２５の周囲の切欠孔３２側近傍（丸Ａ箇所）に大きく掛かるが、切欠孔３２の存在によって前記内側アーム部２９ｂの剛性が小さくなっていることから、この付近が容易に撓み変形して、図３のａ、ｂの指示箇所で示すように応力が切欠孔３２の頂部３２ａからボルト挿通孔２５の肉抜き孔３０方向の両側に及び肉抜き孔３０の三角形部３０ｂの内側頂部付近に分離移動して分散される。
【００３７】
また、連結部位３３側では、幅の細い円形孔３１側の付近（図３のｃ箇所）が容易に撓み変形して前記応力を吸収することから、ボルト挿通孔２５付近に掛かる応力集中をさらに幅広く分散させることが可能になる。
【００３８】
なお、各連結アーム部２９に肉抜き孔３０を設けたことによる環状プレート２４の回動方向の剛性低下は、環状プレート２４の重合枚数を適宜増加することによって補うことができる。
【００３９】
図４は本発明の第２の実施形態を示し、この実施形態の軸継手は、肉抜き孔４０の形状を変更すると共に、該肉抜き孔４０とボルト挿通孔２５との間に、小孔４１をそれぞれ穿設したものである。
【００４０】
すなわち、前記各肉抜き孔４０は、それぞれほぼ菱形状に形成され、外側の三角部位４０ａと内側の三角部位４０ｂとを合わせた形状に形成され、外側三角部位４０ａの頂点４０ｃ付近に前記仮想線ｐが位置していると共に、内側三角部位４０ｂの下部頂点４０ｄが比較的曲率の小さな円弧状に形成されている。
【００４１】
一方、前記小孔４１は、前記仮想線ｐ上に全部で１２個設けられ、それぞれが隣接する外側三角部位４０ａの１辺の傾斜角度に沿ったほぼ長円形状に形成されており、したがって、連結アーム２９の外側アーム部２９ａと内側アーム部２９ｂが小孔４１を挟んで配置されることから、内外側アーム部２９ａ、２９ｂの小孔４１回りの内外側部位の見かけ上の長さが長くなっている。その他、切欠孔３２や連結部位３３，３３の構成などは第１の実施形態と同様である。
【００４２】
したがって、この実施形態の軸継手においては、基本的には第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるが、さらに、各小孔４１の存在によって、隣接するボルト挿通孔２５間の仮想線ｐ上に位置する連結アーム部２９の外側アーム部２９ａと内側アーム部２９ｂの小孔４１回りの細長い内外側部位に分離設定されて、トルク伝達経路（図４の矢印方向）が各小孔４１を迂回する形になって長さが長くなる。したがって、この内外側部位の強度が小さくなり、容易に撓み変形することから、かかる部位に作用する回転方向の捩りトルクを効果的に吸収できる。このため、図５の指示箇所ｄ、ｅに示すように、前記捩りトルクによりボルト挿通孔２５の周囲に作用する集中応力を各肉抜き孔４０の各頂部４０ｃ、４０ｄ付近や各小孔４１の周囲内外部位に分散させることができる。
【００４３】
また、前記内外側部位の容易な撓み変形によって軸方向のトルクに対しても分散させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の発明は、連結アーム部に肉抜き孔を形成したために、環状プレートの厚さを薄くしたり、径を増大させることなく、連結アーム部の軸方向剛性を下げることができる。また、連結アーム部を、仮想線に対して径方向外側と内側の外側アーム部と内側アーム部に設定したため、隣接する挿通孔間に作用する引張力や押付力が一方のアーム部にモーメントとして作用しても、そのアーム部の変形は他方のアーム部によって抑えられる。
【００４５】
さらに、挿通孔と環状プレートの中心側との間に切欠部を形成したため、前記挿通孔の内側アーム部側の剛性が小さくなって、軸方向変位時に内側アーム部の挿通孔近傍に作用する集中応力を挿通孔の両側方向に分散させることが可能になる。
【００４６】
この結果、環状プレートの特に挿通孔周辺部に経時的な亀裂や破損などの発生が確実に防止されて、環状プレートの耐久性の向上が図れる。
【００４７】
そして、特に、連結部位の剛性を内側（環状プレートの中心側）と外側（挿通孔側）で変化させ、外側より内側の方の剛性を小さくしたことから、軸方向の変位時に該内側の撓み変形が大きくなり、前記挿通孔周辺に作用する集中応力をさらに分散させることができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、小孔の存在によって、隣接する挿通孔間の仮想線上に位置する部位が細長い内外側部位に分離されて、これらの長さが長くなり、この部位の強度が小さくなることから、かかる内外側部位に作用する回転方向の捩りトルクを効果的に吸収することができる。このため、前記捩りトルクにより挿通孔の周囲に作用する集中応力を分散させることができる。
【００４９】
また、前記内外側部位によって軸方向のトルクに対しても分散させることができる。したがって、環状プレートの耐久性を一層向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す環状プレートの正面図。
【図２】同実施形態を示す軸継手の断面図。
【図３】本実施形態における環状プレートに作用する軸方向の応力分布図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す環状プレートの正面図。
【図５】本実施形態における環状プレートに作用する軸方向の応力分布図。
【図６】本発明の比較例を示す環状プレートの正面図。
【図７】同比較例を示す図６のａ，ｂ部分の側面図。
【図８】従来の技術を示す断面図。
【図９】同技術を示すＣ矢視図。
【図１０】別の従来の技術を示す環状プレートの平面図。
【符号の説明】
２０…出力軸（第１軸）
２１…シャフト本体（第２軸）
２２ａ，２３ａ…分岐アーム（結合部）
２４…環状プレート
２５…挿通孔
２６…ボルト（締結手段）
２７…ナット（締結手段）
２９…連結アーム部
２９ａ…外側アーム部
２９ｂ…内側アーム部
３０・４０…肉抜き孔
３２…切欠孔
３３…連結部位
４１…小孔
ｐ…仮想線
【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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