JP6969269B2

JP6969269B2 - 車両用動力伝達シャフト

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Publication number: JP6969269B2
Application number: JP2017198067A
Authority: JP
Inventors: 靖大宮本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: JP2019070439A

Description

本発明は、捩れにより剛性が変化する車両用動力伝達シャフトに関する。

車両駆動用の動力源から駆動輪に至る動力伝達経路において、その動力源から出力された動力を駆動輪へ伝達するために設けられる回転軸としての車両用動力伝達シャフトが知られている。例えば、特許文献１に記載された車両用動力伝達シャフトがそれである。特許文献１に記載された車両用動力伝達シャフトは、トルクを伝達する第１シャフトと、第１シャフトの回転中心線と同じ回転中心線で回転する第２シャフトと、を備え、第１シャフトが伝達するトルクの増大によって所定の捩れ角度になると、第１シャフトに設けられた突起と第２シャフトに設けられた突起とが周方向で当接することで、トルクを伝達する車両用動力伝達シャフトの剛性が変化する。

特開２０１０−１２１７３８号公報

特許文献１に記載の車両用動力伝達シャフトでは、第１シャフトが所定の捩れ角度になると、車両用動力伝達シャフトの剛性が低剛性から高剛性へと変化するため、剛性が切り替わる領域付近で伝達するトルクが変化すると、剛性が急激に変化するため挙動が不安定となるおそれがある。

本発明はそのような課題を解決するためになされたものであり、剛性が急激に変化することなく、伝達するトルクの増大に伴って剛性を増大させられる車両用動力伝達シャフトを提供することにある。

本発明の要旨とするところは、回転中心線を中心とする回転力を伝達する第１シャフトと、前記回転中心線方向への移動が規制されるとともに、前記第１シャフトとの間に前記回転中心線まわりの所定角度の隙間で相対回転が許容されてスプライン嵌合された嵌合部を含む第２シャフトと、を備え、差動歯車装置と駆動輪との間に等速ジョイントをそれぞれ介して連結される車両用動力伝達シャフトであって、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方は、中空部を有し、前記嵌合部は、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方の前記中空部の内周面と、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの他方の外周面と、が前記スプライン嵌合されており、前記第１シャフトの捩れの増加に伴って、前記隙間が無くなる嵌合領域が前記回転中心線方向に増大することにある。

本発明の、差動歯車装置と駆動輪との間に等速ジョイントをそれぞれ介して連結される車両用動力伝達シャフトによれば、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方は、中空部を有し、前記嵌合部は、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方の前記中空部の内周面と、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの他方の外周面と、が前記スプライン嵌合されており、前記第１シャフトの捩れの増加に伴って、前記隙間が無くなる嵌合領域が前記回転中心線方向に増大する。したがって、伝達するトルクの増大に応じて嵌合領域が増大するため、剛性が急激に変化することはなく、車両用動力伝達シャフトは、その伝達するトルクの増大によって剛性を増大することができる。

本発明の一実施例である車両用動力伝達シャフトを搭載した駆動力伝達装置の斜視図である。図１の駆動力伝達装置の一部の概要を示す図である。図２の車両用動力伝達シャフトの第１等速ジョイントとの連結部分の概要を示す図である。図３の車両用動力伝達シャフトの概要を示す図である。図４の車両用動力伝達シャフトのV-V視断面図である。図４の車両用動力伝達シャフトのVI-VI視断面図である。図２の車両用動力伝達シャフトの捩りに関する特性を示す図であって、車両用動力伝達シャフトの伝達トルクＴと車軸の一方の端部領域における一方端部に対する他方端部の捩り角θＴとの関係を示す図である。図７の非嵌合状態における車両用動力伝達シャフトの嵌合領域および非嵌合領域の範囲を示す図である。図７の部分嵌合状態における車両用動力伝達シャフトの嵌合領域および非嵌合領域の範囲を示す図である。図７の全嵌合状態における車両用動力伝達シャフトの嵌合領域および非嵌合領域の範囲を示す図である。本発明の他の実施例である車両用動力伝達シャフトの概要を示す図である。図１１の車軸およびアウターシャフトが回転中心線を含む平面において一部を切り欠いて示された側面図である。図１２の車両用動力伝達シャフトのXIII-XIII視断面図である。図１２の車両用動力伝達シャフトのXIV-XIV視断面図である。

本発明の一実施形態において、前記第１シャフトは、前記中空部を有し、前記第２シャフトは、前記第１シャフトの端部領域において前記回転中心線方向への移動が規制される。

本発明の一実施形態において、前記第２シャフトは、前記中空部を有し、前記第２シャフトは、前記第１シャフトの外周面において前記第２シャフトの両端部を挟んで設けられたスナップリングにより前記回転中心線方向への移動が規制される。

以下、本発明の車両用動力伝達シャフトの実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例である車両用動力伝達シャフト１００を搭載した動力伝達装置１２０の斜視図である。差動歯車装置１２と図示しない一対の駆動輪との間には、それぞれ２つずつ等速ジョイントが設けられ、差動歯車装置１２側に第１等速ジョイント１４が配設され、駆動輪側に第２等速ジョイント２０が配設されている。第１等速ジョイント１４と第２等速ジョイント２０との間には車軸１６を含む車両用動力伝達シャフト１００がそれぞれ設けられている。

図２は、図１の動力伝達装置１２０の一部の概要を示す図である。図２は、第１等速ジョイント１４、車両用動力伝達シャフト１００、および第２等速ジョイント２０についてそれぞれの回転中心線Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３を含む平面において一部を切り欠いて示された側面図である。第１等速ジョイント１４は、差動歯車装置１２から動力が伝達される連結軸２２の回転中心線Ｃ１回りに相対回転不能、且つ回転中心線Ｃ１を含む平面内において相対回動可能に、連結軸２２と車軸１６とを連結させ、連結軸２２から出力されたトルク（回転力）が等角速度で車軸１６側に伝達されるようになっている。また、第２等速ジョイント２０は、車軸１６の回転中心線Ｃ２回りに相対回転不能、且つ回転中心線Ｃ２を含む平面内において相対回動可能に、車軸１６と連結軸５２とを連結させ、車軸１６から出力されたトルク（回転力）が等角速度で連結軸５２側に伝達されるようになっている。

車軸１６は円筒状であって、その内部に中空部１６ｏを有する。車軸１６は、中央部領域１６ｌと、中央部領域１６ｌから第１ジョイント１４側であって中央部領域１６ｌよりも外径が小さい一方の端部領域１６ｍと、中央部領域１６ｌから第２ジョイント２０側であって中央部領域１６ｌよりも外径が小さい他方の端部領域１６ｎと、を有する。車軸１６は、中央部領域１６ｌから一方の端部領域１６ｍにかけてその外径が次第に小さくなるようになっており、中央部領域１６ｌから他方の端部領域１６ｎにかけてもその外径が次第に小さくなるようになっている。これら中央部領域１６ｌ、一方の端部領域１６ｍ、および他方の端部領域１６ｎは、同じ回転中心線Ｃ２で回転可能とされ、中空部１６ｏはこれら３領域を連通している。なお、車軸１６の一方の端部領域１６ｍおよび他方の端部領域１６ｎは、中央部領域１６ｌに比較して捩り剛性（捩れに対する剛さ）が低い。

図３は、図２の車両用動力伝達シャフト１００の第１等速ジョイント１４との連結部分の概要を示す図である。図３は、第１等速ジョイント１４および車両用動力伝達シャフト１００が、それぞれの回転中心線Ｃ１およびＣ２を含む平面において一部を切り欠いて示された側面図である。

第１等速ジョイント１４のジョイント部２４は、差動歯車装置１２から動力が伝達される連結軸２２を一体に有するアウターレース２６と、車軸１６にスプライン嵌合により連結され、アウターレース２６内に収容されるインナーレース２８と、アウターレース２６とインナーレース２８との間に介挿されたトルク伝達部材である複数のボール３０と、それら複数のボール３０を転動可能に保持するケージ３２と、ブーツ５０と、を備えている。

アウターレース２６は、連結軸２２の回転中心線Ｃ１まわりに回転可能に形成され、連結軸２２とは反対側の一端に設けられた開口部３４と、連結軸２２の回転中心線Ｃ１方向に延びる形で溝状に形成されたボール転動溝４０と、を備えている。

インナーレース２８は、球面状の外周面４２と、その外周面４２に車軸１６の回転中心線Ｃ２方向に延びる形で溝状に形成されたボール転動溝４４と、車軸１６の接続部として機能する内周スプライン歯２８ａと、を備える。インナーレース２８の内周スプライン歯２８ａと車軸１６の一端にあるスプライン歯１６ｗとがスプライン嵌合により連結されることで、インナーレース２８は車軸１６と共通の回転中心線Ｃ２まわりに一体的に回転させられるように構成されている。

複数のボール３０は、アウターレース２６に形成されたボール転動溝４０と、インナーレース２８に形成されたボール転動溝４４と、の間の空間に転動可能に嵌め入れられている。

ケージ３２は、アウターレース２６の内壁面に部分的に摺接する球面状の外周面４６と、インナーレース２８の外周面４２に部分的に摺接する球面状の内周面４８と、を備えており、複数のボール３０のボール転動溝４０およびボール転動溝４４からの脱落を防止する。

ブーツ５０は、例えばゴム等の弾性を有する材料からなり筒状に形成されて、ジョイント部２４内を外部からの土砂、水などに対してシールする機能を有する。

以上の構成により、第１等速ジョイント１４は、車軸１６と連結軸２２との角度変位（車軸１６の回転中心線Ｃ２と連結軸２２の回転中心線Ｃ１とが成す角度の変化）を許容しつつ、アウターレース２６とインナーレース２８との間で複数のボール３０を介してトルクを伝達する。

車両用動力伝達シャフト１００は、車軸１６およびインナーシャフト６０を備える。車軸１６は本発明の第１シャフトに相当し、インナーシャフト６０は本発明の第２シャフトに相当する。車軸１６の一方の端部領域１６ｍは、その中空部１６ｏの内周面１６ｐにおいて回転中心線Ｃ２と平行に伸びるスプライン歯１６ｕを有するスプライン部１６ａと、後述のインナーシャフト６０を固定するための固定歯１６ｖを有する固定部１６ｂと、を備える。

図４は、車両用動力伝達シャフト１００の概要を示す図であり、車軸１６およびインナーシャフト６０が回転中心線Ｃ２を含む平面において一部を切り欠いて示された側面図である。インナーシャフト６０は略円筒形状であって、一方端部６０ｓ側においてその外周面６０ｐに回転中心線Ｃ２と平行に伸びるスプライン歯６０ｕを有するスプライン部６０ａと、他方端部６０ｔ側において車軸１６の中空部１６ｏの内径よりも大きい外径を有するストッパ６０ｃと、スプライン部６０ａとストッパ６０ｃとの間において車軸１６の固定歯１６ｖに噛み合うように設けられた固定歯６０ｖを有する固定部６０ｂと、を備える。回転中心線Ｃ２方向において、スプライン部１６ａおよびスプライン部６０ａは、それぞれ固定部１６ｂおよび固定部６０ｂよりも長い。インナーシャフト６０は、一方端部６０ｓ側の先端部において、面取りがなされている。

図５は、図４の車両用動力伝達シャフト１００のV-V視断面図である。車軸１６のスプライン歯１６ｕおよびインナーシャフト６０のスプライン歯６０ｕは、それぞれ回転中心線Ｃ２の周方向に等角度間隔で複数個（本実施例では８個）設けられ、これらがスプライン嵌合されている。このとき、車軸１６のスプライン歯１６ｕは、その回転方向（回転によってスプライン歯１６ｕが進む方向）において、インナーシャフト６０のスプライン歯６０ｕとの間に回転中心線Ｃ２の周方向に角度ψ（ｒａｄ）の隙間Ｇが設けられている。したがって、車軸１６は、回転中心線Ｃ２の周方向に角度ψ（ｒａｄ）だけ捩れると、車軸１６のスプライン歯１６ｕとインナーシャフト６０のスプライン歯６０ｕとが当接して回転するようになる。なお、角度ψが本発明の所定角度に相当する。

図６は、図４の車両用動力伝達シャフト１００のVI-VI視断面図である。車軸１６の先端部において、車軸１６の固定歯１６ｖおよびインナーシャフト６０の固定歯６０ｖは、それぞれ回転中心線Ｃ２の周方向に等角度間隔で複数個（本実施例では８個）設けられ、これらの嵌合によって、インナーシャフト６０は車軸１６に固定されている。このように、車軸１６の先端部においてインナーシャフト６０が固定されているため、車軸１６の捩り剛性の特性への影響は小さい。なお、ここでいう固定とは、車軸１６の捩れに関係なく、車軸１６の固定歯１６ｖとインナーシャフト６０の固定歯６０ｖとが当接しており、車軸１６とインナーシャフト６０とが回転中心線Ｃ２で相対回転不能で回転するように固定されていることを意味する。また、車軸１６の固定歯１６ｖとインナーシャフト６０の固定歯６０ｖとの嵌合、およびストッパ６０ｃにより、インナーシャフト６０の回転中心線Ｃ２方向への移動が規制される。

図７は、図２の車両用動力伝達シャフト１００の捩りに関する特性を示す図であって、車両用動力伝達シャフト１００の伝達トルクＴと車軸１６の一方の端部領域１６ｍにおける一方端部に対する他方端部の捩り角θＴとの関係を示す図である。図８乃至１０は、それぞれ図７における非嵌合状態、部分嵌合状態、全嵌合状態における車両用動力伝達シャフト１００の嵌合領域９０ａおよび非嵌合領域９０ｂの範囲を示す図である。なお、嵌合領域９０ａとは、車軸１６の捩れによってスプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとの間の隙間Ｇが無くなる、すなわちスプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとが当接して回転している領域をいい、非嵌合領域９０ｂとは、車軸１６が捩れてもスプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとの間に隙間Ｇが存在し、スプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとが当接せずに回転している領域をいう。

図７に示すように、車両用動力伝達シャフト１００では、伝達トルクＴが、例えば設定された所定トルクＴ１を下回り、車軸１６だけを介してトルクが伝達される非嵌合状態となる。この場合、図８に示すように、スプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとの間は全て隙間Ｇが存在する非嵌合領域９０ｂであり、車両用動力伝達シャフト１００の捩り剛性は低い状態となっている。

図７に示すように、伝達トルクＴが所定トルクＴ１と所定トルクＴ２（所定Ｔ２は、所定トルクＴ１よりも大きい）との間になると、インナーシャフト６０の他方端部６０ｔ側において車軸１６の捩れによってスプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとの間の隙間Ｇが無くなる嵌合領域９０ａが現れた部分嵌合状態となる。この場合、図９に示すように、インナーシャフト６０の他方端部６０ｔ側に嵌合領域９０ａが存在し、インナーシャフト６０の一方端部６０ｓ側に非嵌合領域９０ｂが存在する。伝達トルクＴが大きくなると、図９の白矢印のように嵌合領域９０ａが増大し、非嵌合領域９０ｂが減少する。逆に、伝達トルクＴが小さくなると、図９の黒矢印のように嵌合領域９０ａが減少し、非嵌合領域９０ｂが増大する。嵌合領域９０ａは、車軸１６とインナーシャフト６０とが当接しながら回転するため、車軸１６がインナーシャフト６０と当接せずに回転していた場合よりも捩り剛性が高くなる。したがって、部分嵌合状態では、捩り剛性が高くなった嵌合領域９０ａと、捩り剛性が変わっていない非嵌合領域９０ｂと、が混在し、伝達トルクＴが大きくなるのに応じて嵌合領域９０ａが連続的に増大するため、伝達トルクＴが大きくなると、捩り剛性も連続的に高くなっていく。

図７に示すように、伝達トルクＴが所定トルクＴ２を超えると、車軸１６の捩れによってスプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとの間の隙間Ｇが無くなる嵌合領域９０ａの増大は飽和し、インナーシャフト６０の固定部６０ｂ付近にまで及ぶ全嵌合状態となる。この場合、図１０に示すように、スプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕとの間は隙間Ｇが存在しない嵌合領域９０ａが占め、車両用動力伝達シャフト１００の捩り剛性は高い状態となっている。なお、厳密には、車軸１６の回転中心線Ｃ２方向の長さに対する捩れ角は有限値であるため、車軸１６のスプライン部１６ａのうち固定部１６ｂとの境界部分では隙間Ｇだけ捩れることは無いため、固定部１６ｂの付近には一部非嵌合領域９０ｂが存在する。なお、所定トルクＴ１、Ｔ２および隙間Ｇの角度ψは、所望の捩れ剛性となるように予め実験等から求められる値である。

なお、詳細な説明は省略するが、車軸１６の他方の端部領域１６ｎにおいても、一方の端部領域１６ｍにおける上記実施例と同様の構造によって、捩り剛性が変化するように構成されている。

本実施例の車両用動力伝達シャフト１００によれば、車軸１６は中空部１６ｏを有し、中空部１６ｏの内周面１６ｐに設けられたスプライン歯１６ｕと、インナーシャフト６０の外周面６０ｐに設けられたスプライン歯６０ｕと、が回転中心線Ｃ２まわりの周方向に隙間Ｇを有してスプライン嵌合されており、車軸１６の捩れの増加に伴って隙間Ｇが無くなる嵌合領域９０ａが回転中心線Ｃ２方向に増大する。したがって、伝達するトルクの増大に応じて、捩り剛性が高くなる嵌合領域９０ａが連続的に増大するため捩り剛性が急激に変化することはなく、車両用動力伝達シャフト１００は、その伝達するトルクの増大によって捩り剛性が増大するため、耐久性の向上や車両の操作安定性が確保される。

また、本実施例の車両用動力伝達シャフト１００によれば、車軸１６のうち、捩り剛性への影響が少ない車軸１６の先端部において、インナーシャフト６０の固定がなされている。したがって、本発明の適用にあたって、車両用動力伝達シャフト１００の捩り剛性への影響は少ない。

図１１は、本発明の他の実施例である車両用動力伝達シャフト１１０の概要を示す図である。図１１は、第１等速ジョイント１４、車両用動力伝達シャフト１１０、および第２等速ジョイント２０が、それぞれの回転中心線Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３を含む平面において一部を切り欠いて示された側面図である。なお、以下の説明において前述の実施例１と共通する部分には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施例の第１等速ジョイント１４における連結軸２２と車軸１８との連結構造は、実施例１における第１等速ジョイント１４の連結軸２２と車軸１６との連結構造と同様である。また、本実施例の第２等速ジョイント２０における連結軸５２と車軸１８との連結構造は、実施例１における第２等速ジョイント２０の連結軸５２と車軸１６との連結構造と同様である。本実施例の車両用動力伝達シャフト１１０は、実施例１とは異なりインナーシャフト６０が無く、その代わりに車軸１８の外周を覆うアウターシャフト７０を備える。車両用動力伝達シャフト１１０は、車軸１８およびアウターシャフト７０を備える。車軸１８は本発明の第１シャフトに相当し、アウターシャフト７０は本発明の第２シャフトに相当する。

車軸１８は、円筒形状であって、中央部領域１８ｌと、中央部領域１８ｌよりも第１ジョイント１４側であって中央部領域１８ｌよりも外径の小さい一方の端部領域１８ｍと、中央部領域１８ｌよりも第２ジョイント２０側であって中央部領域１８ｌよりも外径の小さい他方の端部領域１８ｎと、を備えている。車軸１８は、中央部領域１８ｌから一方の端部領域１８ｍにかけてその外径が次第に小さくなるようになっており、中央部領域１８ｌから他方の端部領域１８ｎにかけてもその外径が次第に小さくなるようになっている。これら中央部領域１８ｌ、一方の端部領域１８ｍ、および他方の端部領域１８ｎは、同じ回転中心線Ｃ２で回転可能とされる。なお、車軸１８の中央部領域１８ｌは、一方の端部領域１８ｍおよび他方の端部領域１８ｎに比較して捩り剛性が高い。

アウターシャフト７０は、車軸１８の外径よりも大きい内径の中空部７０ｏを有する円筒形の管である。車軸１８はアウターシャフト７０の中空部７０ｏに挿通されており、後述するように車軸１８の中央部領域１８ｌの外周面１８ｐとアウターシャフト７０の中空部７０ｏの内周面７０ｐとが対向している。

図１２は、図１１の車軸１８およびアウターシャフト７０が回転中心線Ｃ２を含む平面において一部を切り欠いて示された側面図である。

アウターシャフト７０は、一方端部７０ｓ側に設けられたスプライン部７０ａと、他方端部７０ｔ側に設けられた固定部７０ｂと、を備える。スプライン部７０ａは、その中空部７０ｏの内周面７０ｐにおいて回転中心線Ｃ２と平行に伸びるスプライン歯７０ｕを有する。固定部７０ｂは、その中空部７０ｏの内周面７０ｐにおいてアウターシャフト７０が車軸１８に固定されるための固定歯７０ｖを有する。

車軸１８は、アウターシャフト７０のスプライン歯７０ｕに対向したスプライン歯１８ｕを有するスプライン部１８ａと、アウターシャフト７０の固定歯７０ｖに噛み合うように設けられた固定歯１８ｖを有する固定部１８ｂと、を備える。回転中心線Ｃ２方向において、スプライン部１８ａおよびスプライン部７０ａは、それぞれ固定部１８ｂおよび固定部６０ｂよりも長い。アウターシャフト７０は、一方端部７０ｓおよび他方端部７０ｔの先端部において、外周面側および内周面７０ｐ側のそれぞれが面取りされている。また、車軸１８の外周部には周方向に形成された溝が２つあり、一方の溝に嵌め込まれたスナップリング８０は、アウターシャフト７０の一方端部７０ｓに対向しており、他方の溝に嵌め込まれたスナップリング８２は、アウターシャフト７０の他方端部７０ｔに対向している。

図１３は、図１２の車両用動力伝達シャフト１１０のXIII-XIII視断面図である。車軸１８のスプライン歯１８ｕおよびアウターシャフト７０のスプライン歯７０ｕは、それぞれ回転中心線Ｃ２の周方向に等角度間隔で複数個（本実施例では８個）設けられ、これらがスプライン嵌合されている。このとき、車軸１８のスプライン歯１８ｕは、その回転方向（回転によってスプライン歯１８ｕが進む方向）において、アウターシャフト７０のスプライン歯７０ｕとの間に、回転中心線Ｃ２の周方向に角度ψ（ｒａｄ）の隙間Ｇ１が設けられている。したがって、車軸１８は、回転中心線Ｃ２の周方向に角度ψ（ｒａｄ）だけ捩れると、車軸１８のスプライン歯１８ｕとアウターシャフト７０のスプライン歯７０ｕとが当接して回転するようになる。なお、角度ψは本発明の所定角度に相当する。

図１４は、図１２の車両用動力伝達シャフト１１０のXIV-XIV視断面図である。車軸１８の固定歯１８ｖおよびアウターシャフト７０の固定歯７０ｖは、それぞれ回転中心線Ｃ２の周方向に等角度間隔で複数個（本実施例では８個）設けられ、これらの嵌合によって、アウターシャフト７０は車軸１８に固定されている。この固定とは、車軸１８の捩れに関係なく、車軸１８の固定歯１８ｖとアウターシャフト７０の固定歯７０ｖとが当接しており、車軸１８とアウターシャフト７０とが回転中心線Ｃ２で相対回転不能で回転するように固定されていることを意味する。また、車軸１８の固定歯１８ｖとアウターシャフト７０の固定歯７０ｖとの嵌合、およびスナップリング８０、８２により、アウターシャフト７０の回転中心線Ｃ２方向への移動が規制される。

本実施例においても、車両用動力伝達シャフト１１０の捩りに関する特性および車両用動力伝達シャフト１１０の伝達トルクＴと車軸１８の中央部領域１８ｌにおける一方端部に対する他方端部の捩り角θＴとの関係は、前述の実施例１における図７と同様である。本実施例において、車軸１８の捩れによってスプライン歯１８ｕとスプライン歯７０ｕとの間の隙間Ｇ１が無くなる、すなわちスプライン歯１８ｕとスプライン歯７０ｕとが当接して回転している領域を嵌合領域９２ａとし、車軸１８が捩れてもスプライン歯１８ｕとスプライン歯７０ｕとの間に隙間Ｇ１が存在し、スプライン歯１８ｕとスプライン歯７０ｕとが当接せずに回転している領域を非嵌合領域９２ｂとすると、車両用動力伝達シャフト１１０の嵌合領域９２ａおよび非嵌合領域９２ｂの範囲は以下のようになる。

伝達トルクＴが、例えば設定された所定トルクＴ１を下回り、車軸１６だけを介してトルクが伝達される非嵌合状態では、車両用動力伝達シャフト１１０は、スプライン歯１８ｕとスプライン歯７０ｕとの間は全て隙間Ｇ１が存在する非嵌合領域９２ｂである。

伝達トルクＴが所定トルクＴ１と所定トルクＴ２（所定Ｔ２は、所定トルクＴ１よりも大きい）との間である部分嵌合状態では、車両用動力伝達シャフト１１０は、アウターシャフト７０の一方端部７０ｓ側に嵌合領域９２ａが存在し、アウターシャフト７０の他方端部７０ｔ側に非嵌合領域９２ｂが存在する。伝達トルクＴが大きくなると、回転中心線Ｃ２方向に嵌合領域９２ａが増大し、非嵌合領域９２ｂが減少する。逆に、伝達トルクＴが小さくなると、回転中心線Ｃ２方向に嵌合領域９２ａが減少し、非嵌合領域９２ｂが増大する。したがって、部分嵌合状態では、捩り剛性が高くなった嵌合領域９２ａと、捩り剛性が変わっていない非嵌合領域９２ｂと、が混在し、伝達トルクＴが大きくなるのに応じて嵌合領域９２ａが連続的に増大するため、伝達トルクＴが大きくなると、捩り剛性も連続的に高くなっていく。

伝達トルクＴが所定トルクＴ２を超える全嵌合状態では、車軸１８の捩れによるスプライン歯１８ｕとスプライン歯７０ｕとの間の隙間Ｇ１が無くなる嵌合領域９２ａの増大は飽和し、アウターシャフト７０の固定部７０ｂ付近にまで及ぶ。なお、厳密には、車軸１８の回転中心線Ｃ２方向の長さに対する捩れ角は有限値であるため、車軸１８のスプライン部１８ａのうち固定部１８ｂとの境界部分では隙間Ｇ１だけ捩れることは無いため、固定部１８ｂの付近には一部非嵌合領域９２ｂが存在する。

本実施例の車両用動力伝達シャフト１１０によれば、アウターシャフト７０は中空部７０ｏを有し、中空部７０ｏの内周面７０ｐに設けられたスプライン歯７０ｕと、車軸１８の外周面１８ｐに設けられたスプライン歯１８ｕと、が回転中心線Ｃ２まわりの周方向に隙間Ｇ１を有してスプライン嵌合されており、車軸１８の捩れの増加に伴って隙間Ｇ１が無くなる嵌合領域９２ａが回転中心線Ｃ２方向に増大する。したがって、伝達するトルクの増大に応じて、捩り剛性が高くなる嵌合領域９２ａが連続的に増大するため捩り剛性が急激に変化することはなく、車両用動力伝達シャフト１１０は、その伝達するトルクの増大によって捩り剛性が増大するため、耐久性の向上や車両の操作安定性が確保される。

また、本実施例の車両用動力伝達シャフト１１０によれば、車軸１８のうち、捩り剛性が相対的に低い一方の端部領域１８ｍや他方の端部領域１８ｎではなく、外径が大きく捩り剛性が比較的高い中央部領域１８ｌにおいて、捩り剛性が増大する構成が施されている。したがって、本発明の適用にあたって、車両用動力伝達シャフト１１０の強度が低下する懸念が少ない。

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。

前述の実施例１では、車軸１６のうち、一方の端部領域１６ｍおよび他方の端部領域１６ｎの両領域において、本発明が適用されたが、これに限らない。一方の端部領域１６ｍおよび他方の端部領域１６ｎの少なくとも片方の領域において、本発明が適用されれば良い。

前述の実施例１、実施例２では、インナーシャフト６０の車軸１６への固定およびアウターシャフト７０の車軸１８への固定は、それぞれ回転中心線Ｃ２の周方向に隙間なく噛み合った固定歯６０ｖと固定歯１６ｖとの嵌合または固定歯７０ｖと固定歯１８ｖとの嵌合によって行ったが、これに限らない。例えば、圧入による締り嵌め、溶接など他の方法でも良い。

前述の実施例２では、アウターシャフト７０は、回転中心線Ｃ２の周方向に隙間なく噛み合った固定歯７０ｖと固定歯１８ｖの嵌合によって車軸１８に固定されていたが、回転中心線Ｃ２の周方向に隙間なく固定されていなくても良い。例えば、アウターシャフト７０に固定部７０ｂが無く、車軸１８にも固定部１８ｂが無く、一方端部７０ｓから他方端部７０ｔまで全てスプライン部７０ａであっても良い。具体的には、図１３に示すように、車軸１８のスプライン歯１８ｕは、その回転方向（回転によってスプライン歯１８ｕが進む方向）において、アウターシャフト７０のスプライン歯７０ｕとの間に、回転中心線Ｃ２の周方向に角度ψ（ｒａｄ）の隙間Ｇ１が設けられており、その回転方向とは反対の方向において、アウターシャフト７０のスプライン歯７０ｕとの間に、回転中心線Ｃ２の周方向に角度φ（ｒａｄ）の隙間Ｇ２が設けられていても良い。なお、角度ψおよびφは本発明の所定角度に相当する。この場合、アウターシャフト７０の中空部７０ｏに挿通している車軸１８が角度ψ＋φ（ｒａｄ）だけ捩れることによって、スプライン部７０ａのスプライン歯７０ｕとスプライン部１８ａのスプライン歯１８ｕとの隙間Ｇ１またはＧ２が無くなって車軸１８のスプライン歯１８ｕとアウターシャフト７０のスプライン歯７０ｕとが当接して回転するようになる。そのため、伝達するトルクの増大に応じて、隙間Ｇ１が無くなることによって捩り剛性が高くなる嵌合領域９２ａが回転中心線Ｃ２方向において他方端部７０ｔ側（車軸１８に動力を伝達する第１等速ジョイント１４側）からアウターシャフト７０の中央部分に向かって連続的に増大し、隙間Ｇ２が無くなることによって捩り剛性が高くなる嵌合領域９２ａが回転中心線Ｃ２方向において一方端部７０ｓ側（車軸１８が動力を伝達する第２等速ジョイント２０側）からアウターシャフト７０の中央部分に向かって連続的に増大する。よって、この場合においても、伝達するトルクの増大によって捩り剛性が急激に変化することはなく、車両用動力伝達シャフト１１０は、その伝達するトルクの増大によって捩り剛性が増大するため、耐久性の向上や車両の操作安定性が確保される。また、アウターシャフト７０の固定部７０ｂおよび車軸１８の固定部１８ｂを無くすことで、隙間なく噛み合う固定歯７０ｖおよび固定歯１８ｖを形成する必要がなくなるため、アウターシャフト７０および車軸１８の加工に関して技術的、製造的に容易となる。

前述の実施例２では、アウターシャフト７０の回転中心線Ｃ２方向への移動を規制するものとしてスナップリング８０、８２が設けられたが、これに限らない。例えば、アウターシャフト７０の一方端部７０ｓおよび他方端部７０ｔに対向するように、クランプなどの締め具を車軸１８に取り付けることでアウターシャフト７０の回転中心線Ｃ２方向への移動が規制されても良い。

前述の実施例１では、ストッパ６０ｃにより、インナーシャフト６０の回転中心線Ｃ２方向への移動が規制され、前述の実施例２では、スナップリング８０、８２により、アウターシャフト７０の回転中心線Ｃ２方向への移動が規制されたが、この構成は必須ではない。例えば、インナーシャフト６０の固定部６０ｂと車軸１６の固定部１６ｂとの嵌合等による固定、またはアウターシャフト７０の固定部７０ｂと車軸１８の固定部１８ｂとの嵌合等による固定によって、インナーシャフト６０およびアウターシャフト７０の回転中心線Ｃ２方向への移動が十分に規制されるのであれば、ストッパ６０ｃやスナップリング８０、８２は備えられなくても良い。

前述の実施例１の隙間Ｇおよび実施例２の隙間Ｇ１は、ψ（ｒａｄ）に設定され、スプライン歯１６ｕとスプライン歯６０ｕ、スプライン歯１８ｕとスプライン歯７０ｕは、周方向に８個配置されていたが、これに限らない。実施例１の隙間Ｇ、実施例２の隙間Ｇ１、Ｇ２の設定値、スプライン歯の回転中心線Ｃ２の周方向に配置された個数、スプライン歯の歯の形状を適宜変更することで、伝達するトルクに対して非嵌合状態、部分嵌合状態、全嵌合状態となるトルク値、すなわち車両用伝達シャフトの捩りに関する特性が調整可能である。

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。

１６：車軸（第１シャフト）
１６ａ：スプライン部
１６ｂ：固定部
１６ｏ：中空部
１６ｐ：内周面
６０：インナーシャフト（第２シャフト）
６０ａ：スプライン部（嵌合部）
６０ｂ：固定部
６０ｐ：外周面
１００：車両用動力伝達シャフト
Ｇ：隙間
Ｃ２：回転中心線

Claims

回転中心線を中心とする回転力を伝達する第１シャフトと、前記回転中心線方向への移動が規制されるとともに、前記第１シャフトとの間に前記回転中心線まわりの所定角度の隙間で相対回転が許容されてスプライン嵌合された嵌合部を含む第２シャフトと、を備え、差動歯車装置と駆動輪との間に等速ジョイントをそれぞれ介して連結される車両用動力伝達シャフトであって、
前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方は、中空部を有し、
前記嵌合部は、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方の前記中空部の内周面と、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの他方の外周面と、が前記スプライン嵌合されており、
前記第１シャフトの捩れの増加に伴って、前記隙間が無くなる嵌合領域が前記回転中心線方向に増大する
ことを特徴とする車両用動力伝達シャフト。