特許 6328614 動力伝達軸およびスプライン加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6328614

(24)【登録日】2018年4月27日

(45)【発行日】2018年5月23日

(54)【発明の名称】動力伝達軸およびスプライン加工方法

(51)【国際特許分類】

   F16D 1/06 20060101AFI20180514BHJP

   F16D 3/20 20060101ALI20180514BHJP

【ＦＩ】

   F16D1/06 110

   F16D3/20 J

【請求項の数】8

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-508266(P2015-508266)

(86)(22)【出願日】2014年3月12日

(86)【国際出願番号】JP2014056453

(87)【国際公開番号】WO2014156640

(87)【国際公開日】20141002

【審査請求日】2017年2月27日

(31)【優先権主張番号】特願2013-62180(P2013-62180)

(32)【優先日】2013年3月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(72)【発明者】

【氏名】平岡 恒哲

(72)【発明者】

【氏名】淺野 祐一

(72)【発明者】

【氏名】北村 裕一郎

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 聖広

【審査官】 中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２１６１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０３６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４７３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９５８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６１９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５４９６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ １／００− ９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周に雄スプラインが形成され、この雄スプラインの歯底の反軸端側に、歯底の外径寸法を徐々に大きくさせた拡径部を有する動力伝達軸において、
前記スプラインの歯底の周方向幅を拡径部の軸方向領域まで略一定に形成し、
前記拡径部の軸方向領域に、前記スプラインの歯底と歯面とを接続する面取り部を設けて、歯溝幅を縮小する構成とし、
前記歯底、歯面および面取り部がプレス成形された面で形成されており、
前記動力伝達軸のスプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）との軸方向寸法（Ｃ）、および歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）と拡径終了位置（Ｐ３）との軸方向寸法（Ｄ）の関係をＣ＞Ｄとし、
前記スプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）とを結ぶ直線（Ｋ）と、前記スプラインの歯底の軸方向輪郭線とのなす角度（θ１）を２５°〜４０°としたことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項2】

前記スプラインの歯先をプレス成形のダイスで成形されていない面としたことを特徴とする請求項１に動力伝達軸。

【請求項3】

前記面取り部が平面で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達軸。

【請求項4】

前記面取り部が湾曲した凹面で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の動力伝達軸。

【請求項5】

前記面取り部と歯底あるいは歯面との接続部分の隅部をＲ形状としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の動力伝達軸。

【請求項6】

前記動力伝達軸が等速自在継手に連結される中空シャフトであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の動力伝達軸。

【請求項7】

外周に雄スプラインが形成され、この雄スプラインの歯底の反軸端側に、歯底の外径寸法を徐々に大きくさせた拡径部を有する動力伝達軸のスプライン加工方法において、
前記スプライン加工方法は、雄スプラインをダイスによりプレス加工するものであって、
前記ダイスは、雄スプラインの歯底を成形する歯底成形面と歯面を成形する歯面成形面を有し、前記歯底成形面の周方向幅を前記拡径部の軸方向領域まで略一定に形成され、
前記拡径部の軸方向領域に、前記歯底成形面と歯面成形面とを接続する面取り部を成形する面取り部成形面を設けて歯溝幅を縮小する成形面の構成とし、
前記ダイスを用いてプレス加工することにより、前記スプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）との軸方向寸法（Ｃ）と、歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）と拡径終了位置（Ｐ３）との軸方向寸法（Ｄ）の関係をＣ＞Ｄとし、
前記スプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）とを結ぶ直線（Ｋ）と、前記スプラインの歯底の軸方向輪郭線とのなす角度（θ１）を２５°〜４０°としたことを特徴とする動力伝達軸のスプライン加工方法。

【請求項8】

前記ダイスの内径面を前記雄スプラインの大径よりも大きく設定したことを特徴とする請求項７に記載の動力伝達軸のスプライン加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動力伝達軸およびスプライン加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、自動車のドライブシャフトに使用される動力伝達軸としてのシャフトは、その種類を構造面で大別すると、中実の棒材から加工された中実シャフトと、鋼管などから加工された中空シャフトに分けられる。近年、自動車の足回りの軽量化、捩じり剛性やＮＶＨ特性の向上といった機能面での必要性から中空シャフトが用いられる場合が増えている。

【0003】

図１に中実シャフトを用いた自動車の前輪用ドライブシャフトを示す。ドライブシャフト３０は、駆動車輪側（図中左側：以下、アウトボード側ともいう）に配置される固定式等速自在継手１と、デフ側（図中右側：以下、インボード側ともいう）に配置される摺動式等速自在継手３１と、両等速自在継手１、３１をトルク伝達可能に連結する中実シャフト１２とを主要な構成とする。図示のように、前輪用ドライブシャフト３０では、車輪が操舵されるので、通常、アウトボード側（車輪側）には、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手１が使用され、インボード側（デフ側）には、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手３１が使用される。

【0004】

固定式等速自在継手１は、いわゆるツェッパ型等速自在継手であり、この等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とし、摺動式等速自在継手３１は、いわゆるダブルオフセット型等速自在継手であり、この等速自在継手３１は、外側継手部材３２、内側継手部材３３、ボール３４および保持器３５を主な構成としている。中実シャフト１２の両端に形成した雄スプライン（セレーションも含まれる。以下、同じ）１９、４９は、固定式等速自在継手１の内側継手部材３に形成した雌スプライン１７と、摺動式等速自在継手３１の内側継手部材３３に形成した雌スプライン４７にそれぞれ連結される。

【0005】

図１３に、中空シャフトを用いた自動車の前輪用ドライブシャフトを示す。このドライブシャフト６０では、アウトボード側には前述と同様、固定式等速自在継手であるツェッパ型等速自在継手１が使用されている。固定式等速自在継手１は図１と同じであるので説明を省略する。インボード側には、摺動式等速自在継手であるトリポード型等速自在継手６１が使用されている。トリポード型等速自在継手６１は、外側継手部材６２、内側継手部材としてのトリポード部材６３とローラ６４を主な構成とし、トリポード部材６３に形成した３本の脚軸６５にローラ６４が回転自在に嵌合され、ローラ６４は外側継手部材６２に形成されたトラック溝６６に転動自在に収容されている。中空シャフト７２の両端に形成した雄スプライン１９、７９は、固定式等速自在継手１の内側継手部材３に形成した雌スプライン１７と、摺動式等速自在継手６１のトリポード部材６３に形成した雌スプライン７７にそれぞれ連結されている。

【0006】

中実シャフト又は中空シャフトを問わず、シャフトに形成された雄スプラインの反軸端側の端部（根元部）の形状には種々のタイプが存在し、例えば、図２５ａに示すように、動力伝達軸１００に形成した雄スプライン１０１の歯底（谷部ともいう）１０２をそのまま動力伝達軸１００の外周面に抜いた形状（以下、切抜け形状ともいう）や、図２５ｂに示すように、雄スプライン１０１の歯底１０２を滑らかに拡径させて動力伝達軸１００の外周面につなげた形状（以下、切上り形状ともいう）等がある。このうち、切上り形状の場合、拡径面１０５ａにより応力緩和効果があり、動力伝達軸の強度を向上させ得ることが知られている。

【0007】

また、切上り形状には、スプラインの拡径部１０５の軸方向領域で歯底１０２の円周方向幅を反軸端側で拡大させた形状（以下、槍形形状ともいう）や、拡径部の軸方向領域で谷部の円周方向幅を一定にした形状（以下、舟形形状ともいう）等がある。このような槍形形状や舟形形状において、拡径面１０５ａとこれに隣接する歯面１０４との隅部のエッジを鈍化させる鈍化部を設けることにより、隅部に発生する応力集中を緩和し、これにより動力伝達軸の静的強度ならびに疲労強度の向上を図るものが特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５−１４７３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、近年、環境問題に対する関心の高まりから、例えば自動車では排ガス規制の強化や燃費向上等が強く求められており、それらの対策の一環として、ドライブシャフト、プロペラシャフト等の動力伝達軸にもさらなる軽量化・強度向上が強く求められている。

【0010】

このような要求を満たす一例として、切上り形状の一つである槍形形状を図１７および図１８に示す。図１７に示すように、内側継手部材１０３の雌スプライン１１７とシャフト１１２の雄スプライン１１９が嵌合する。シャフト１１２のスプライン切上り部（以下、拡径部ともいう）１２０に隣接する反軸端側に内側継手部材１０３の端部面取部１０３ａが当接する嵌合基準面１２４が設けられている。槍形形状は、図１８に示すように、雄スプライン１１９の拡径部１２０の軸方向領域で歯底１１９ｂの周方向幅が反軸端側に向かうに連れ拡大するように形成されている。槍形形状では、図１７に示すように、歯面１１９ａを拡径部１２０の軸方向領域まで確保できるため、応力集中しやすい嵌合端１１７ａの軸方向位置を、歯底１１９ｂを結んだスプライン小径Ｆに比べて径の大きい拡径部１２０に設定でき、シャフト１１２および雄スプライン１１９の強度アップが可能である。しかし、この槍形形状の雄スプライン１１９は、後述するように加工面や製造コスト面に改良の余地があることが判明した。

【0011】

このように、動力伝達軸のスプラインは、その精度および強度を確保しつつ、加工を容易にし、製造コストを抑制することが重要であるが、特許文献１は、このような点に着目したものではない。

【0012】

本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたものであって、その目的とするところは、スプラインの精度および強度を確保しつつ、加工を容易にし、製造コストを抑制することを可能にする動力伝達軸およびスプライン加工方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意検討および試験評価し、以下の知見を見出した。

【0014】

［スプラインの根元形状］
前述したように、雄スプラインの根元形状には大きく分けて、切上り形状と切抜け形状があるが、このうち、雄スプラインの根元に接続する軸部寸法を、スプライン小径より大きくできる切上り形状が強度的に有利である。そして、上記の切上り形状の一つである槍形形状は、図１７および図１８に基づいて前述したように、雄スプライン１１９の歯面１１９ａを拡径部１２０の軸方向領域まで確保できるため、応力集中しやすいスプライン嵌合端１１７ａの軸方向位置を、スプライン歯底１１９ｂを結んだスプライン小径Ｆに比べて径の大きい拡径部１２０の軸方向領域に設定でき、シャフト１１２および雄スプライン１１９の強度アップが可能となる。この点に着目し、切上り形状を有する槍形形状のスプライン１１９を検討対象とした。

【0015】

［スプラインの成形方法］
さらに、雄スプライン１１９は、歯面１１９ａと歯底１１９ｂから構成される隅部がＲ形状であると強度的に有利である。しかし、このような隅部がＲ形状をした雄スプライン１１９を転造加工すると、加工中のラックとワークとの動きから、歯元（歯面のうち、ピッチ円直径より歯底１１９ｂ寄りの範囲）や歯底１１９ｂ付近の形状が乱れやすい。さらに、薄肉の中空シャフトの場合には、中空シャフトが楕円変形し、転造加工の適用が難しい。この点、プレス成形の場合、金型形状が転写により隅部のＲ形状を精度良く加工することができる。この点に着目し、スプラインの成形方法としては、プレス成形を検討対象とした。

【0016】

[検討と試験評価]
前述した検討を踏まえて、切上り形状を有する槍形形状の雄スプラインをプレス成形するというコンセプトに沿って、精度、強度、加工性の向上および製造コストの抑制を図るスプラインを究明するために種々検討、試験評価を行った。具体的には、図１９〜２４に示すように、槍形形状のスプラインについて、種々のプレス加工用ダイスやシャフトの試作品を製作し、試験評価した。

【0017】

（１）試験評価１：スプライン下径をスプライン大径より小さくしたシャフト試作品のプレス成形
現行の転造加工では、シャフト半製品のスプライン下径をスプライン大径より小さくした仕様のものを、転造加工によりスプライン大径を膨らませて成形している。まず、この仕様を基に試験評価した。図１９に示すように、プレス加工前のシャフト試作品１１２ａのスプライン下径Ｇａを成形後のスプライン大径Ｅより小さくしたものを製作した。このシャフト試作品１１２ａでは、スプライン大径Ｅを膨らませて成形するため余肉の盛り上がり（以下、肉盛りともいう）が予想されたので、図２０に示す肉盛り抑制部１２５を内周面に設けたダイス１２２ａを用いてプレス成形した。この場合、スプライン下径Ｇａと肉盛り抑制部１２５との隙間が大きくなり、プレス成形後のシャフト試作品１１２ａ’の根元部Ｈに大きな肉盛り１２３が発生し、その低減も困難なことが判明した。また、この肉盛りの問題に加えて、スプライン大径Ｅが大きく引っ張られて、割れの発生や歯先１１９ｃの高さが不揃いとなる問題が判明した。なお、上記のスプライン下径Ｇａと肉盛り抑制部１２５との隙間が大きくなる理由は、スプライン１１９の拡径部１２０と嵌合基準面１２４との軸方向距離が、肉盛り抑制部１２５の軸方向長さよりも短く設定された形状による。これに伴い、肉盛り抑制部１２５と嵌合基準面１２４の外径Ｉとの干渉を避けるため、肉盛り抑制部１２５の寸法は、外径Ｉより若干大きく設定する必要があり、その結果、スプライン下径Ｇａと肉盛り抑制部１２５との隙間が大きくなる。

【0018】

（２）試験評価２：スプライン下径をスプライン大径より大きくしたシャフト試作品のプレス成形
上記の問題の対策として、図２１に示すように、プレス加工前のシャフト試作品１１２ｂのスプライン下径Ｇｂを成形後のスプライン大径Ｅより大きくしたものを製作した。このシャフト試作品１１２ｂを、図２２に示す肉盛り抑制部を設けないダイス１２２ｂを用いてプレス成形した。この場合、プレス成形後のシャフト１１２ｂ’は、歯底１１９ｂを成形する際に押し出される肉が、図２２に白抜き矢印で示すように、ダイス１２２ｂの進行方向（図の右方向）へ押し出されるため、根元部Ｈに大きな肉盛り１２３が発生しやすいことが判明した。

【0019】

（３）試験評価３：スプライン下径をスプライン大径より大きくしたシャフト試作品を肉盛り抑制部のあるダイスによりプレス成形〕
前記問題の対策として、試験評価２で用いたシャフト試作品１１２ｂと同じもの（スプライン下径Ｇｂ＞スプライン大径Ｅ）を用いて、図２３に示すように、肉盛り抑制部１２５を設けたダイス１２２ｃにより肉盛り１２３をつぶすようにプレス加工を行った。しかし、加工荷重が大きくなり、金型寿命の低下が懸念されることが判明した。また、スプラインのプレス加工が終了したシャフト１１２ｂ”は、図２４ａ示すように、根元部Ｈ（図２２参照）に肉盛り１２３が生じ、また、スプライン下径加工時に形成した嵌合基準面１２４の予備加工面１２４’にも変形が及ぶ状態となった。前述した試験評価２と同様に、図２３に白抜き矢印で示すように、歯底１１９ｂにあたる部分の肉が、ダイス１２２ｃの拡径部成形面１２６（歯底幅が反軸端側に向けて拡大する）に沿ってダイス１２２ｃの進行方向（図の右方向）に押し出され、肉盛り抑制部１２５を設けても、図２４ｂのように、径方向の張り出し変形をスプライン嵌合に支障のない範囲に抑えることができないことが判明した。したがって、図２４ｂの肉盛り１２３および嵌合基準面１２４の外周部位Ｊの拡大図である図２４ｃにクロスハッチングで示した部分を除去する必要があり、後加工としての旋削加工を省略できないことが判明した。

【0020】

以上の試験評価１〜３により、従来の槍形形状のスプラインでは、相手部材の雌スプラインと肉盛りが干渉し、正しく嵌合できない可能性がある。このため、旋削加工等により肉盛りを除去する後加工が必要となり、製造コストの抑制が困難であることが判明した。そして、これらの知見を基に種々検討した結果、槍形形状のスプラインの新たな形状コンセプトを着想し、本発明に至った。

【0021】

本発明は、外周に雄スプラインが形成され、この雄スプラインの歯底の反軸端側に、歯底の外径寸法を徐々に大きくさせた拡径部を有する動力伝達軸において、前記スプラインの歯底の周方向幅を拡径部の軸方向領域まで略一定に形成し、前記拡径部の軸方向領域に、前記スプラインの歯底と歯面とを接続する面取り部を設けて、歯溝幅を縮小する構成とし、前記歯底、歯面および面取り部がプレス成形された面で形成されており、前記動力伝達軸のスプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）との軸方向寸法（Ｃ）、および歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）と拡径終了位置（Ｐ３）との軸方向寸法（Ｄ）の関係をＣ＞Ｄとし、前記スプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）とを結ぶ直線（Ｋ）と、前記スプラインの歯底の軸方向輪郭線とのなす角度（θ１）を２５°〜４０°としたことを特徴とする。

【0022】

また、動力伝達軸のスプライン加工方法としての本発明は、外周に雄スプラインが形成され、この雄スプラインの歯底の反軸端側に、歯底の外径寸法を徐々に大きくさせた拡径部を有する動力伝達軸のスプライン加工方法において、前記スプライン加工方法は、雄スプラインをダイスによりプレス加工するものであって、前記ダイスは、雄スプラインの歯底を成形する歯底成形面と歯面を成形する歯面成形面を有し、前記歯底成形面の周方向幅を前記拡径部の軸方向領域まで略一定に形成され、前記拡径部の軸方向領域に、前記歯底成形面と歯面成形面とを接続する面取り部を成形する面取り部成形面を設けて歯溝幅を縮小する成形面の構成とし、前記ダイスを用いてプレス加工することにより、前記スプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）との軸方向寸法（Ｃ）と、歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）と拡径終了位置（Ｐ３）との軸方向寸法（Ｄ）の関係をＣ＞Ｄとし、前記スプラインの拡径開始位置（Ｐ１）と歯溝幅縮小開始位置（Ｐ２）とを結ぶ直線（Ｋ）と、前記スプラインの歯底の軸方向輪郭線とのなす角度（θ１）を２５°〜４０°としたことを特徴とする。

【0023】

上記の構成により、歯底を成形するために押し出された余肉のうち、ダイスの進行方向
（前方）に押し出される余肉が略一定幅の歯底により抑制されると共に成形時の肉が面取
り部によりスムーズに流動するので肉盛りや加工荷重を抑制できる。また、相手部材のス
プライン嵌合端の軸方向位置を雄スプラインの拡径部の軸方向領域の十分奥側に確保でき
るので、動力伝達軸およびスプラインの強度を向上させることができる。さらに、肉盛り
が抑制されることで、槍形形状で必要であった肉盛りや嵌合基準面の後加工を省略するこ
とができる。したがって、動力伝達軸のスプラインの精度および強度を確保しつつ、加工
を容易にし、製造コストを抑制することができる。スプラインの拡径開始位置Ｐ１と歯溝幅縮小開始位置Ｐ２とを結ぶ直線Ｋと、上記スプラインの歯底の軸方向輪郭線とのなす角度θ１は２５°〜４０°とされている。角度θ１が２５°未満では、面取り部の後退傾斜角が小さくなりすぎるので、加工荷重や肉盛りの抑制が十分ではない。ここで、後退傾斜角とは、拡径部の軸方向領域で溝底の中心線に直交する断面における面取り部と溝底とがなす角α(図５（ｂ）参照)を指し、溝底に対して面取り部が軸端方向へ傾斜したものを意味する。以下、本明細書において同じ意味で用いる。一方、角度θ１が４０°を越えると、相手部材のスプライン嵌合端の軸方向位置を雄スプラインの拡径部の軸方向領域の奥側に十分確保できないので、動力伝達軸およびスプラインの強度が不十分で槍形形状の有利性が享受できなく、好ましくない。

【0024】

上記スプラインの歯先をプレス成形のダイスで成形されていない面とすることが望ましい。この場合には、上記の面取り部の作用と相俟って、プレス成形の加工荷重をさらに抑制することができる。

【0026】

上記の面取り部を平面あるいは湾曲した凹面で形成することができる。これにより、成形時の肉が面取り部によりスムーズに流動するので肉盛りや加工荷重を抑制できる。

【0027】

上記の面取り部と歯底あるいは歯面との接続部分の隅部をＲ形状にすることが望ましい。これにより、スプラインの嵌合端部の応力集中を一層緩和することができる。

【0028】

上記の動力伝達軸を等速自在継手に連結される中空シャフトとすることにより、薄肉で転造加工が困難な中空シャフトのスプラインを高精度に形成することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、スプラインの精度および強度を確保しつつ、加工を容易にし、製造コストを抑制することを可能にする動力伝達軸およびスプライン加工方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る動力伝達軸を適用した自動車用ドライブシャフトを示す部分的縦断面図である。

【図2】上記ドライブシャフトのアウトボード側固定式等速自在継手を示す部分的縦断面図である。

【図3】上記の固定式等速自在継手とシャフトとのスプライン嵌合部を拡大した部分的縦断面図である。

【図4】上記のシャフトの雄スプラインを示す斜視図である。

【図5a】図４の詳細を示す平面図である。

【図5b】図５ａにおける二点鎖線Ｒを含む断面図である。

【図6a】図５ａのＳ１−Ｓ１線における横断面図である。

【図6b】図５ａのＳ２−Ｓ２線における横断面図である。

【図6c】図５ａのＳ３−Ｓ３線における横断面図である。

【図6d】図５ａのＳ４−Ｓ４線における横断面図である。

【図7】上記の雄スプラインの成形前後の寸法を示す説明図である。

【図8】本発明のスプライン加工方法についての実施形態を示す部分的縦断面図である。

【図9a】図８のＮ−Ｎ線における横断面図である。

【図9b】図９ａにおける部分Ｑの拡大図である。

【図10】ダイスの成形面を示す斜視図である。

【図11a】上記のスプライン加工方法におけるプレス成形工程の概要を示す部分的縦断面図で、途中位置まで前進した状態を示す図である。

【図11b】上記のスプライン加工方法におけるプレス成形工程の概要を示す部分的縦断面図で、後退した状態を示す図である。

【図11c】上記のスプライン加工方法におけるプレス成形工程の概要を示す部分的縦断面図で、前進終了時の状態を示す図である。

【図12】上記のプレス成形工程における成形状態を示す部分的縦断面図である。

【図13】本発明の第1の実施形態に係る動力伝達軸を中空シャフトに適用した自動車用ドライブシャフトを示す部分的縦断面図である。

【図14】上記の中空シャフトを拡大した部分的縦断面図である。

【図15】本発明の第1の実施形態に係る動力伝達軸を固定式等速自在継手のステム軸に適用した自動車の駆動車輪用軸受装置を示す部分的縦断面図である。

【図16】本発明の第２の実施形態に係る動力伝達軸の雄スプラインを示す斜視図である。

【図17】本発明に至る過程における技術的な知見を説明するスプライン嵌合部の部分的縦断面図である。

【図18】上記の雄スプラインを示す斜視図である。

【図19】試験評価したシャフトの雄スプラインの成形前のスプライン下径と成形後のスプライン寸法を示す説明図である。

【図20】試験評価したシャフトのプレス成形工程における成形状態を示す部分的縦断面図である。

【図21】試験評価したシャフトの雄スプラインの成形前のスプライン下径と成形後のスプライン寸法を示す説明図である。

【図22】試験評価したシャフトのプレス成形工程における成形状態を示す部分的縦断面図である。

【図23】試験評価したシャフトのプレス成形工程における成形状態を示す部分的縦断面図である。

【図24a】スプラインのプレス加工終了時のシャフトを示す部分的縦断面図である。

【図24b】図２４ａのシャフトの旋削加工が必要な部分を示す部分的縦断面図である。

【図24c】図２４ｂにおける外周部位Ｊの拡大図である。

【図25a】従来技術の動力伝達軸の一部分を示す図である。

【図25b】従来技術の動力伝達軸の一部分を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0032】

本発明の第１の実施形態に係る動力伝達軸および本発明のスプライン加工方法についての実施形態を図１〜図１５に基づいて説明する。図１は、本実施形態の動力伝達軸が適用された自動車の前輪用ドライブシャフトを示し、図２は、前記ドライブシャフトのアウトボード側の固定式等速自在継手を示す。

【0033】

図１に示すように、ドライブシャフト３０は、駆動車輪側（図中左側：以下、アウトボード側ともいう）に配置される固定式等速自在継手１と、デフ側（図中右側：以下、インボード側ともいう）に配置される摺動式等速自在継手３１と、両等速自在継手１、３１をトルク伝達可能に連結する本実施形態の動力伝達軸としての中実シャフト１２とを主要な構成とする。図示のように、前輪用ドライブシャフト３０では、車輪が操舵されるので、通常、アウトボード側（車輪側）には、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手１が使用され、インボード側（デフ側）には、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手３１が使用される。

【0034】

固定式等速自在継手１は、ツェッパ型等速自在継手であり、この等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とし、摺動式等速自在継手３１は、ダブルオフセット型等速自在継手３１であり、この等速自在継手３１は、外側継手部材３２、内側継手部材３３、ボール３４および保持器３５を主な構成としている。中実シャフト１２の両端に形成した雄スプライン（セレーションも含まれる。以下、同じ）１９、４９は、固定式等速自在継手１の内側継手部材３に形成した雌スプライン１７と、摺動式等速自在継手３１の内側継手部材３３に形成した雌スプライン４７にそれぞれ連結される。固定式等速自在継手１の外周面とシャフト１２の外周面との間、および摺動式等速自在継手３１の外周面とシャフト１２の外周面との間に、それぞれ、蛇腹状ブーツ１３、４２が装着され、ブーツバンド１４、１５、４５、４６により締付け固定されている。継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入されている。

【0035】

図２に、アウトボード側の固定式等速自在継手１を拡大した部分的縦断面を示す。外側継手部材２のマウス部２ａの球状内周面８には、８本のトラック溝６が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２のステム部２０には、車輪用軸受装置のハブ輪（図示省略）と連結される雄スプライン２１と、締め付けナット（図示省略）が螺合する雄ねじ２２が形成されている。内側継手部材３の球状外周面９には、外側継手部材２のトラック溝６と対向するトラック溝７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２のトラック溝６と内側継手部材３のトラック溝７との間にトルクを伝達する８個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材３の球状外周面９との間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。内側継手部材３の内周面１６には雌スプライン１７が形成され、この雌スプライン１７にシャフト１２の雄スプライン１９が嵌合され、嵌合基準面２４と止め輪１８により軸方向に固定されている。

【0036】

外側継手部材２の球状内周面８と嵌合する保持器５の球状外周面１０、および内側継手部材３の球状外周面９と嵌合する保持器５の球状内周面１１の曲率中心は、いずれも、継手中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２のトラック溝６の曲率中心Ａと、内側継手部材３のトラック溝７の曲率中心Ｂは、継手中心Ｏに対して軸方向に等距離ｆ１でオフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度（作動角）を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。トラック溝６、７の横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝６、７とボール４は、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール４は、トラック溝６、７の溝底より少し離れたトラック溝６、７の側面側で接触している。

【0037】

本実施形態の動力伝達軸の雄スプラインの形状を図３〜図６に基づいて説明する。雄スプラインの根元部の形状は、アウトボード側の固定式等速自在継手とインボード側の摺動式等速自在継手において同様であるので、以降の説明では、固定式等速自在継手の場合を例として説明する。当該内容は、インボード側の摺動式等速自在継手のスプラインでも同様であるので、インボード側摺動式等速自在継手の場合についての説明を省略する。

【0038】

図３は、図２における内側継手部材３とシャフト１２とのスプライン嵌合部を拡大した部分的縦断面図であり、図４は、シャフトの雄スプラインの根元部を示す斜視図である。図３および図４に示すように、動力伝達軸としてのシャフト１２の軸端（図面の左側）に雄スプライン１９が形成され、内側継手部材３の内周面１６に雌スプライン１７が形成され、両スプライン１７、１９が嵌合している。シャフト１２に形成された雄スプライン１９の歯底（谷部）１９ｂは、反軸端側（軸端から離れる側をいう。図面の右側）の根元には滑らかに拡径させてシャフト１２の外周面につなげた拡径部（切上り部）２３が形成されている。拡径部２３の反軸端側に嵌合基準面２４が形成され、内側継手部材３に形成した面取り部３ａと当接して、内側継手部材３に対するシャフト１２の押し込み側の軸方向位置を規制している。シャフト１２の引き抜き側は、止め輪１８（図２参照）により規制している。

【0039】

図４に示すように、雄スプライン１９の歯底１９ｂの周方向幅ｃは、拡径部２３の軸方向領域まで略一定に形成されている。拡径部２３の軸方向領域には、スプライン１９の歯面１９ａと歯底１９ｂとを接続する三角形状の面取り部２５が設けられ、面取り部２５と歯面１９ａとの接続稜線ａおよび面取り部２５と歯底１９ｂとの接続稜線ｂが形成されている。図示では、接続稜線ａ、ｂをそれぞれ１本の実線で表記しているが、接続稜線ａ、ｂの所（隅部）を適宜のＲ形状（丸み）とすることができる。スプライン１９の歯先（山部）１９ｃは、接続稜線ａの位置から反軸端側に縮径しシャフト１２の外周面につながる。

【0040】

図３および図４に示すように、面取り部２５と歯面１９ａとの接続稜線ａと、面取り部２５と歯底１９ｂとの接続稜線ｂとは、拡径部２３の軸端側端部に位置する歯底１９ｂで交わる。この交点が雄スプライン１９の拡径開始位置Ｐ１となる。接続稜線ａと歯先１９ｃとの交点は、歯溝幅縮小開始位置Ｐ２となり、この歯溝幅縮小開始位置Ｐ２から反軸端側に向けて歯溝幅ｄは縮小していく。接続稜線ｂとシャフト１２の外周面との交点は、拡径終了位置Ｐ３となる。

【0041】

図４に示すように、歯面１９ａは拡径開始位置Ｐ１から歯溝幅縮小開始位置Ｐ２まで歯面１９ａの幅（高さ）を縮小しながら延在する。したがって、図３に示すように、内側継手部材３のスプライン嵌合端１７ａの軸方向位置を、シャフト１２の雄スプライン１９の歯底１９ｂを結んだスプライン小径Ｆに比べて径の大きい拡径部２３の軸方向領域に設定でき、シャフト１２および雄スプライン１９の強度アップが可能となる。

【0042】

図３に示すように、本実施形態では、拡径開始位置Ｐ１から歯溝幅縮小開始位置Ｐ２までの軸方向寸法をＣと、歯溝幅縮小開始位置Ｐ２から拡径終了位置Ｐ３までの軸方向寸法をＤとの関係は、Ｃ＞Ｄに設定されている。軸方向寸法Ｃが軸方向寸法Ｄ以下に小さくなると、内側継手部材３のスプライン嵌合端１７ａの軸方向位置をシャフト１２の雄スプライン１９の拡径部２３の軸方向領域の奥側（図の右側）での嵌合を十分確保することができない。したがって、シャフト１２および雄スプライン１９の強度が不十分となり、槍形形状の有利性が享受できなくなる。

【0043】

また、スプラインの拡径開始位置Ｐ１と歯溝幅縮小開始位置Ｐ２とを結ぶ直線Ｋと、スプラインの歯底１９ｂの軸方向輪郭線とのなす角度はθ１となり、スプラインの拡径開始位置Ｐ１と拡径終了位置Ｐ３とを結ぶ直線Ｌと、スプラインの歯底１９ｂの軸方向輪郭線とのなす角度はθ２となる。ここで、本明細書および特許請求の範囲において、角度θ１は、スプラインの拡径開始位置Ｐ１と歯溝幅縮小開始位置Ｐ２とを結ぶ直線Ｋを、シャフト１２の軸線と歯底１９ｂの中心線を含む平面Ｍ（図５ａ参照）に投影したときに、直線Ｋと歯底１９ｂの軸方向輪郭線とのなす角度と定義する。同様に、角度θ２は、スプラインの拡径開始位置Ｐ１と拡径終了位置Ｐ３とを結ぶ直線Ｌを、シャフト１２の軸線と歯底１９ｂの中心線を含む平面Ｍに投影したときに、直線Ｌと歯底１９ｂの軸方向輪郭線とのなす角度と定義する。したがって、例えば、歯面１９ａのインボリュート曲線や拡径部２３の表面の形態などにより、接続稜線ａ、ｂは極僅かに湾曲状態になるので、直線Ｋと接続稜線ａおよび直線Ｌと接続稜線ｂとは、完全に一致するものではない。しかし、図３では、簡便的に符号Ｋ、ａおよびＬ、ｂを併記して図示している。一方、図４では、図を煩雑化させないため直線Ｋ、Ｌの図示を省略した。

【0044】

角度θ２は、切上り形状の実績を考慮して２０°程度とした。一方、角度θ１は、スプライン嵌合の状態や加工荷重、肉盛りの抑制を考慮して、２５°以上４０°以下とした。角度θ１が２５°未満では、面取り部２５の後退傾斜角が小さくなりすぎるので、加工荷重や肉盛りの抑制が十分ではなく、一方、角度θ１が４０°を越えると、拡径部２３の軸方向領域の奥側で歯面１９ａの幅の減少量が大きくなりすぎるので、内側継手部材３のスプライン嵌合端１７ａの軸方向位置をシャフト１２の雄スプライン１９の拡径部２３の軸方向領域の奥側での嵌合を十分確保することができない。したがって、シャフト１２および雄スプライン１９の強度が不十分となり、槍形形状の有利性が享受できなくなる。

【0045】

次に、雄スプラインの拡径部の軸方向領域における断面形状の詳細を図５および図６に基づいて説明する。図５ａは、一対の歯先間の平面図であり、図５ｂは、図５ａにおける歯溝幅縮小開始位置Ｐ２を通り、溝底の中心線に直交する断面（二点鎖線Ｒを含む断面）を示す図である。図６は、図５ａのＳ１−Ｓ１線〜Ｓ４−Ｓ４線の各横断面図である。本実施形態の動力伝達軸のスプラインは、槍形形状をベースにしているが、拡径部２３の軸方向領域に面取り部２５を設けているので、歯底１９ｂの周方向幅ｃは、拡径部２３の軸方向領域まで略一定に形成されている。ただし、歯底１９ｂの周方向幅ｃは、拡径部２３の軸方向領域と軸端側で全く同一にしてもよいし、拡径部２３の拡径開始位置Ｐ１から拡径終了位置Ｐ３に向けて周方向幅ｃを適宜の寸法で拡げても、あるいは逆に適宜の寸法で縮小してもよい。要は、周方向幅ｃの寸法は、スプライン嵌合の状態や加工荷重、肉盛りの抑制を考慮して、適宜設定することができる。平面Ｍは歯底１９ｂの中心線とシャフト１２の軸線を含む平面であり、図３に基づいて前述したスプラインの拡径開始位置Ｐ１と歯溝幅縮小開始位置Ｐ２とを結ぶ直線Ｋおよびスプラインの拡径開始位置Ｐ１と拡径終了位置Ｐ３とを結ぶ直線Ｌを投影した平面Ｍを指す。

【0046】

図５ａにおいて、Ｓ１−Ｓ１線は拡径開始位置Ｐ１を示し、つづいて、Ｓ２−Ｓ２線は拡径開始位置Ｐ１と歯溝幅縮小開始位置Ｐ２との中間位置を、Ｓ３−Ｓ３線は歯溝幅縮小開始位置Ｐ２を、およびＳ４−Ｓ４線は歯溝幅縮小開始位置Ｐ２と拡径終了位置Ｐ３との中間位置をそれぞれ示している。そして、図６ａは、図５ａのＳ１−Ｓ１線における横断面を示し、つづいて、図６ｂはＳ２−Ｓ２線における横断面を、図６ｃはＳ３−Ｓ３線における横断面を、および図６ｄはＳ４−Ｓ４線における横断面をそれぞれ示している。図５ｂは、歯溝幅縮小開始位置Ｐ２を通り、溝底１９ｂの中心線に直交する断面（二点鎖線Ｒを含む断面）を示すものであるが、この図の面取り部２５と溝底１９ｂとがなす角αが後退傾斜角であり、溝底１９ｂに対して面取り部２５が軸端方向（図面左側）へ傾斜している。

【0047】

図６ａに示すＳ１−Ｓ１線における横断面では、歯底１９ｂから歯先１９ｃまでのスプライン側面の全域が歯面１９ａとなっており、軸端（図の左側）から同じ横断面で形成されている。図６ｂに示すＳ２−Ｓ２線における横断面は、拡径開始位置Ｐ１と歯溝幅縮小開始位置Ｐ２との中間に位置し、溝底１９ｂが拡径すると共にスプライン１９の側面が面取り部２５と歯面１９ａとから形成される。この歯面１９ａが残存する所に内側継手部材３のスプライン嵌合端１７ａが位置し、スプライン嵌合が可能となる。図６ｃに示すＳ３−Ｓ３線における横断面では、スプライン１９の側面は面取り部２５のみとなり、この状態で、溝底１９ｂがさらに拡径して、図６ｄに示すＳ４−Ｓ４線における横断面となる。

【0048】

図４および図５では、雄スプライン１９をシャフト１２の軸線に平行な直線状のものを図示したが、これに限られず、シャフト１２の軸線に対して、わずかな捩れ角（例えば、５′程度）を与えることができる。この場合、相手部材である内側継手部材３の雌スプライン１７との嵌合部の一部を締め代とすることができるので、回転方向のガタを抑制することができる。

【0049】

雄スプライン１９の構成は以上に述べたとおりであるが、次に、本発明のスプライン加工方法についての実施形態を図７〜図１２に基づいて説明する。

【0050】

図７は、プレス成形前後のシャフトの端部の形状を示す概要図である。実線がプレス成形前のシャフト半製品を示し、二点鎖線がプレス成形後の雄スプラインの形状を示す。図示のように、本実施形態では、プレス成形前のシャフト半製品１２’のスプライン下径Ｇは、プレス成形後のスプライン大径Ｅより小さくしたものを用いる。この理由は後述する。プレス成形前のシャフト半製品１２’には、スプライン下径Ｇの反軸端側に嵌合基準面２４が形成されている。プレス成形後の雄スプライン１９の歯底１９ｂには反軸端側に拡径部２３が形成される。

【0051】

図７に示すシャフト半製品１２’をプレス成形する。その概要を図８および図９に基づいて説明する。図８はプレス成形の状態を示す部分的縦断面図であり、図９は、図８のＮ−Ｎ線における横断面図である。そして、図９ｂは図９ａにおける部分Ｑの拡大図である。

【0052】

雄スプライン１９の成形は、図８に示すように、加工治具であるダイス２６を用いて行う。ダイス２６は、図９に示すように、内周面２６ｃにスプライン成形面２７が形成されている。図８に示すように、シャフト半製品１２’の軸端を支持部２８で支持した状態で、二点鎖線で示すダイス２６の位置から前進させて、ダイス２６に前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を付与する。このとき、前進量を後退量より大きくする。これにより、ダイス２６をシャフト半製品１２’に軸端側から反軸端側に向けて徐々に押し込み、ダイス２６によりシャフト半製品１２’に軸端側からスプライン根元部１９ｄに向けて雄スプライン１９を徐々に形成していく。

【0053】

上記のプレス成形に使用するダイス２６は、図９ａ、図９ｂに示すように、ダイス２６の内周面２６ｃを雄スプラインの大径Ｅよりも大きく設定している。したがって、プレス成形において、スプライン下径Ｇ（図７参照）から膨らませた歯先１９ｃは、ダイス２６の内周面２６ｃよりも内径側に位置する設定としている。これにより、前述した面取り部２５の作用と相俟って、加工荷重をさらに抑制することができる。

【0054】

ダイス２６の内周面２６ｃのスプライン成形面を図１０に示す。図１０は、スプラインの根元部付近のダイス２６の内周面２６ｃを示す斜視図である。ダイス２６の内周面２６ｃには、雄スプライン１９の歯底１９ｂを成形する歯底成形面２６ｂ、歯面１９ａを成形する歯面成形面２６ａ、歯底成形面２６ｂ’と歯面成形面２６ａとを接続する面取り部成形面２６ｄとから構成されている。歯底成形面２６ｂは、雄スプライン１９の拡径部２３を成形する拡径部成形面２６ｂ’を備えている。このような各成形面２６ａ、２６ｂ、２６ｂ’、２６ｄの構成により、ダイス２６の拡径部成形面２６ｂ’を含む歯底成形面２６ｂの周方向幅は略一定に形成され、また、拡径部２３の軸方向領域に、歯底成形面２６ｂ（拡径部成形面２６ｂ’）と歯面成形面２６ａとを接続する面取り部を成形する面取り部成形面２６ｄを設けることにより歯溝幅を縮小する成形面の構成となる。各成形面２６ａ、２２ｂ、２６ｂ’および内周面２６ｃが接続される隅部は適宜のＲ形状（丸み）に形成されている。このダイス２６の内周面２６ｃには肉盛り抑制部を設けていない。

【0055】

次に、プレス成形の過程を図１１に基づいて具体的に説明する。図１１ａ、図１１ｂ、図１１ｃの順に時間が経過した状態を示す。図１１において、白抜き矢印がダイス２６の動作方向を示しており、図の右向きの白抜き矢印は前進を示し、逆に、図の左向きの白抜き矢印は後退を示している。すなわち、図１１ａおよび図１１ｃは、ダイス２６の軸方向振動における前進時を示しており、図１１ｂは、ダイス２６の軸方向振動における後退時を示している。

【0056】

まず、図１１ａに示すように、シャフト半製品１２’の軸端を支持部２８で支持した状態で、軸端側からダイス２６を白抜き矢印の方向に前進させ、スプライン１９を軸方向の途中位置まで成形する。つづいて、図１１ｂに示すように、ダイス２６を白抜き矢印の方向に後退させ、その後、またダイス２６を前進させる。このように、ダイス２６に前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を付与する。このとき、前進量を後退量より大きくする。これにより、ダイス２６をシャフト半製品１２’に軸端側から反軸端側に向けて徐々に押し込み、ダイス２６によりシャフト半製品１２’に軸端側からスプライン根元部１９ｄに向けて雄スプライン１９を徐々に形成していく。

【0057】

そして、図１１ｃに示すように、スプライン根元部１９ｄに所定の拡径部２３が形成されたところで、プレス成形が終了する。図１１では、説明を簡略化するために、図１１ａの途中位置までの前進時と、図１１ｂの後退時および図１１ｃの前進終了時の代表的な３つの状態を示したが、実際には、前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を数十回加えて、スプライン１９を成形する。なお、シャフト半製品１２’は、スプライン１９の成形後に、止め輪溝およびブーツ溝が加工され、熱処理工程などを経て完成品となる。

【0058】

本実施形態では、ダイス２６の拡径部成形面２６ｂ’を含む歯底成形面２６ｂの周方向幅は略一定に形成されているため、歯底１９ｂを成形するために押し出された余肉のうち、ダイス２６の進行方向（前方）に押し出される分が抑制されると共に、後退傾斜した面取り部成形面２６ｄにより成形時の肉がスムーズに流動するので、図１２に示すように前方への肉盛りが抑制される。また、後退傾斜した面取り部成形面２６ｄの方向に押し出された肉により歯面１９ａが張り出すように形成されるので、プレス成形前のシャフト半製品１２’のスプライン下径Ｇ（図７参照）をスプライン大径Ｅより小さく設定しても、精度のよい歯面１９ａが成形可能であり、加工荷重も抑制できる。また、肉盛りが抑制されることで、槍形形状で必要であった肉盛りや嵌合基準面の後加工を省略することができる。

【0059】

次に、本発明の第１の実施形態に係る動力伝達軸を自動車の前輪用ドライブシャフトの中空シャフトに適用した例を図１３に示す。このドライブシャフト６０では、アウトボード側には図１と同様、固定式等速自在継手であるツェッパ型等速自在継手１が使用されている。固定式等速自在継手１は図１および図２と同じであるので、同じ機能を有する部位には同一の符号を付して説明を省略する。インボード側には、摺動式等速自在継手であるトリポード型等速自在継手６１が使用されている。

【0060】

トリポード型等速自在継手６１は、外側継手部材６２、内側継手部材としてのトリポード部材６３とローラ６４を主な構成とし、トリポード部材６３に形成した３本の脚軸６５にローラ６４が回転自在に嵌合され、ローラ６４は外側継手部材６２に形成されたトラック溝６６に転動自在に収容されている。本実施形態に係る動力伝達軸としての中空シャフト７２は、その両端に形成した雄スプライン１９、７９が、固定式等速自在継手１の内側継手部材３に形成した雌スプライン１７と、摺動式等速自在継手６１のトリポード部材６３に形成した雌スプライン７７にそれぞれ連結されている。

【0061】

中空シャフト７２は、図１４に示すように、軸方向の全長にわたって中空の筒状部材で、軸方向の中間部に大径部８０と、この大径部８０よりも軸方向両端側に小径部８１ｂ、８２ｂと、軸方向中間部側の小径部８１ａ、８２ａと、これらの小径部８１ａ、８１ｂおよび８２ａ、８２ｂの間に最小軸径部８３、８４とを有している。大径部８０と小径部８１ａ、８２ａとの間、小径部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂと最小軸径部８３、８４との間は、テーパ部８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８６ａ、８６ｂ、８６ｃを介して連続している。小径部８１ｂ、８２ｂの両端部には等速自在継手１、６１の内側継手部材３、６３に連結されるスプライン１９、７９と、内側継手部材１、６１を軸方向に固定するための止め輪１８、７８を装着する止め輪溝８７、８８が形成されている。小径部８１ａ、８２ａには、ブーツを固定するためのブーツ溝８９、９０が形成されている。

【0062】

中空シャフト７２は次のような方法で加工される。例えば、中空シャフト７２の軸方向中間部の大径部８０は鋼管の形状になっており、小径部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ、最小軸径部８３、８４およびテーパ部８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８６ａ、８６ｂ、８６ｃは、鋼管をその軸心回りに回転させながら、高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工や鋼管をダイスに軸方向に押し込むことで縮径させるプレス加工により成形される。その後、小径部８１ｂ、８２ｂの両端部にスプライン１９、７９が成形される。スプライン１９、７９の成形後に、止め輪溝８７、８８およびブーツ溝８９、９０が加工される。図１４に示すように中空シャフト７２は薄肉であるので、スプラインを転造加工した場合、中空シャフト７２が楕円変形し転造加工の適用が難しい。

【0063】

しかし、この中空シャフト７２においても、本発明の第１の実施形態に係る動力伝達軸で前述したように、スプライン１９の歯底１９ｂの周方向幅ｃを拡径部２３の軸方向領域まで略一定に形成し、拡径部２３の軸方向領域に、スプライン１９の歯底１９ｂと歯面１９ａとを接続する面取り部２５を設けて、歯溝幅ｄを縮小する構成とし、歯底１９ｂ、歯面１９ａおよび面取り部２５がプレス成形された面で形成されており、動力伝達軸のスプライン１９の拡径開始位置Ｐ１と歯溝幅縮小開始位置Ｐ２との軸方向寸法Ｃ、および歯溝幅縮小開始位置Ｐ２と拡径終了位置Ｐ３との軸方向寸法Ｄの関係をＣ＞Ｄに設定されている。したがって、この中空シャフト７２の雄スプライン１９（７９）においても、精度のよい歯面が成形可能であり、拡径部の軸方向領域の奥側での嵌合により強度が向上し、かつ加工荷重も抑制できる。また、肉盛りが抑制されることで、槍形形状で必要であった肉盛りや嵌合基準面の後加工を省略することができ、中空シャフトに好適である。

【0064】

この中空シャフト１２のスプラインの構成、作用等やスプラインの加工方法は、動力伝達軸についての第１の実施形態およびスプライン加工方法についての実施形態と同様であるので、これらの実施形態で前述した内容を全て準用し、説明を省略する。

【0065】

次に、本発明の第１の実施形態に係る動力伝達軸を固定式等速自在継手のステム部に適用した駆動車輪用軸受装置を図１５に示す。この場合も、固定式等速自在継手１は、ツェッパ型等速自在継手であり、この等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成としている。この固定式等速自在継手１は、６個のボール４を組み込んだものであるが、基本的な構成は図１および図２と同じであるので、同じ機能を有する部位には同一の符号を付して、固定式等速自在継手１については要点のみを説明をする。

【0066】

車輪用軸受装置１４１は、外方部材１４２、ハブ輪１４３、内輪１４４、転動体としてのボール１４５および保持器１４６を主な構成とし、所謂、第３世代と称される構成を備えている。以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１５の左側）、中央寄りとなる側をインナー側（図１５の右側）という。外方部材１４２は、内周に複列の外側軌道面１４７、１４７が一体に形成され、外周に車体のナックル（図示省略）に取り付けるための車体取付フランジ１４２ａが一体に形成されている。内方部材１５１は、ハブ輪１４３と内輪１４４とから構成されている。ハブ輪１４３は、その外周に外方部材１４２の複列の外側軌道面１４７、１４７の一方（アウター側）に対向する内側軌道面１４９が直接形成され、アウター側の端部に車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ１４８が一体に形成されている。ハブ輪１４３の外周には内側軌道面１４９から軸方向にインナー側に延びる円筒状の小径段部１５０が形成され、この小径段部１５０に内輪１４４が所定の締め代で圧入されている。内輪１４４の外周には、外方部材１４２の複列の外側軌道面１４７、１４７の他方（インナー側）に対向する内側軌道面１４９が形成されている。外方部材１４２の外側軌道面１４７、１４７と内方部材１５１の内側軌道面１４９、１４９との間に複数のボール１４５、１４５が組み込まれ、ボール１４５は保持器１４６に周方向所定間隔で収容されている。外方部材１４２と内方部材１５１との間に形成される環状空間の開口部にはシール１５５、１５６が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

【0067】

ハブ輪１４３の小径段部１５０に圧入された内輪１４４は、小径段部１５０の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部１５７により、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪１４３に対して軸方向に固定されている。

【0068】

ハブ輪１４３の内周面１５８には雌スプライン１５９が形成されている。この雌スプライン１５９に等速自在継手１のステム部２０に形成された雄スプライン２１が嵌合し、ナット９１を雄ねじ２２に螺合させて締付け固定されている。

【0069】

このステム部２０に形成された雄スプライン２１も、本発明の第１の実施形態に係る動力伝達軸と同様に、スプライン２１の歯底の周方向幅を拡径部の軸方向領域まで略一定に形成し、拡径部の軸方向領域に、スプラインの歯底と歯面とを接続する面取り部を設けて、歯溝幅を縮小する構成とし、歯底、歯面および面取り部がプレス成形された面で形成されており、スプライン２１の拡径開始位置と歯溝幅縮小開始位置との軸方向寸法を、歯溝幅縮小開始位置と拡径終了位置との軸方向寸法より大きく設定されている。したがって、このステム部２０の雄スプライン２１においても、精度のよい歯面が成形可能であり、かつ加工荷重も抑制できる。

【0070】

前述した駆動車輪用軸受装置に連結される等速自在継手は、固定式等速自在継手を例示したが、これに限られず、摺動式等速自在継手を適用することもできる。雄スプライン２１のスプラインの構成、作用等やスプラインの加工方法については、動力伝達軸についての第１の実施形態およびスプライン加工方法についての実施形態と同様であるので、これらの実施形態で前述した内容を準用し、説明を省略する。

【0071】

本発明の第２の実施形態に係る動力伝達軸を図１６に基づいて説明する。本実施形態の動力伝達軸は、第１の実施形態の動力伝達軸と比べて、スプライン根元部の面取り部の形態および接続稜線が異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同じであるので、同様の機能を有する部位に同一の符号を付して重複説明を省略する。

【0072】

本実施形態においても、雄スプライン１９の歯底１９ｂの周方向幅ｃは、拡径部２３の軸方向領域まで略一定に形成されている。拡径部２３の軸方向領域には、スプライン１９の歯面１９ａと歯底１９ｂとを接続する面取り部２５が設けられ、面取り部２５と歯面１９ａとの接続稜線ａおよび面取り部２５と歯底１９ｂとの接続稜線ｂが形成されている。

【0073】

第１の実施形態と異なる点は、面取り部２５が湾曲した凹面で形成されていることと、接続稜線ａ、ｂの隅部をＲ形状にしたことである。面取り部２５を湾曲した凹面で形成したことにより、スプライン１９の歯面１９ａや歯底１９ｂとの接続部が滑らかになり、プレス成形時に余肉が一層スムーズに流動するので、加工荷重および肉盛りの抑制において有利になる。また、接続稜線ａ、ｂで示す隅部をＲ形状に形成することにより、スプラインの嵌合端部の応力集中を一層緩和することができる。

【0074】

第２の実施形態においても、スプラインのその他の構成、作用やスプラインの加工方法については、動力伝達軸についての第１の実施形態およびスプライン加工方法についての実施形態と同様であるので、これらについて前述した内容を全て準用し、説明を省略する。

【0075】

以上の各実施形態では、本発明の動力伝達軸が適用される固定式等速自在継手としてツェッパ型等速自在継手を例示したが、これに限られず、アンダーカットフリー型等速自在継手や、交差溝タイプの等速自在継手、カウンタートラック形式の等速自在継手などにも適用することができる。また、摺動式等速自在継手として、ダブルオフセット型等速自在継手とトリポード型等速自在継手を例示したが、これに限られず、クロスグルーブ型等速自在継手などにも適用することができる。固定式等速自在継手として、ボールの個数は６個と８個のものを示したが、これに限定されるものではなく、３〜５個、８個や１０個以上でも実施することができる。

【0076】

また、以上の実施形態では、本発明の動力伝達軸として、自動車用のドライブシャフト、等速自在継手のステム軸を例示したが、これに限られず、プロペラシャフトや他の駆動軸にも適宜適用することができる。

【0077】

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0078】

１ 固定式等速自在継手
２ 外側継手部材
３ 内側継手部材
４ ボール
５ 保持器
６ トラック溝
７ トラック溝
１２ シャフト
１７ 雌スプライン
１９ 雄スプライン
１９ａ 歯面
１９ｂ 歯底
１９ｃ 歯先
２０ ステム部
２１ 雄スプライン
２３ 拡径部
２５ 面取り部
２６ ダイス
２６ａ 歯面成形面
２６ｂ 歯底成形面
２６ｃ 内周面
２６ｄ 面取り部成形面
３０ 自動車用ドライブシャフト
３１ 摺動式等速自在継手
３２ 外側継手部材
３３ 内側継手部材
３４ ボール
３５ 保持器
４７ 雌スプライン
４９ 雄スプライン
６０ 自動車用ドライブシャフト
６１ 摺動式等速自在継手
６２ 外側継手部材
６３ トリポード部材
６４ ローラ
７２ 中空シャフト
７７ 雌スプライン
７９ 雄スプライン
１４１ 車輪用軸受装置
Ａ 曲率中心
Ｂ 曲率中心
Ｃ 軸方向寸法
Ｄ 軸方向寸法
Ｅ スプライン大径
Ｆ スプライン小径
Ｇ スプライン下径
Ｋ 直線
Ｌ 直線
Ｍ 平面
Ｐ１ 拡径開始位置
Ｐ２ 歯溝幅縮小開始位置
Ｐ３ 拡径終了位置
ｃ 歯底の周方向幅
ｄ 歯溝幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図6d】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】

【図10】

【図11a】

【図11b】

【図11c】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24a】

【図24b】

【図24c】

【図25a】

【図25b】