JP2004011783A - プロペラシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラシャフトに印加される衝撃をプロペラシャフト自体の変形によって吸収することとしながら、前記変形方向をプロペラシャフトの軸方向で全長に対する何割かの範囲に制御するプロペラシャフトを提供する。
【解決手段】両端に継手を設けた管体からなり、この管体は塑性直管を部分的に縮径又は拡径して外径の大小が異なる小管部２及び大管部３と前後する小管部２及び大管部３の両端縁間の環状段差部６とを形成した２段付管体１であるプロペラシャフトにおいて、環状段差部６は前後する小管部２及び大管部３の両端縁それぞれから連続して形成した円弧角度９０度超の小管円弧状縁７及び大管円弧状縁８を連結して形成したプロペラシャフトである。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等におけるエンジンから駆動輪への動力伝達を担うプロペラシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等におけるエンジンから駆動輪への動力伝達を担うプロペラシャフトは、常態では確実な動力伝達を果たしながら、自動車の衝突時には衝撃を吸収して駆動輪に負荷が及ばないようにしたり、プロペラシャフト自体が屈曲して車体、特に通常プロペラシャフト近傍に設置される燃料タンク等に接触しないようにする必要がある。例えば、特開平０８−２２６４５４号「プロペラシャフト」は、雌形部材を中空パイプにより構成し、スプライン部分とシャフト部分との間に段差部分を設けることにより前後方向に強い衝撃荷重が加わったとき軸線方向に変形又は破断して衝撃を吸収するプロペラシャフトを提示している。同様な衝撃吸収を図るプロペラシャフトとしては、特開２０００−２８３１３９「車両用プロペラシャフト」や、ＤＥ２１５６７８３「乗り物、特に自動車の継ぎ手シャフト（Ｇｅｌｅｎｋｗｅｌｌｅ　ｆｕｒ　Ｆａｈｒｚｅｕｇｅ，　ｉｎｓｂｅｓｏｎｄｅｒｅ　Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｅ）」等がある。
【０００３】
また、特開２０００−２８３１３９「車両用プロペラシャフト」では、端的にプロペラシャフトの軸方向における圧潰長（クラッシュストローク）を確保することとして、車両に搭載されたトランスミッションからディファレンシャルに動力伝達する中空状で蛇腹部を備えた車両用プロペラシャフトにおいて、前記蛇腹部は、小径部と、この小径部より大径の大径部と、上記小径部と大径部との間に配設されて大径部と小径部を連結する環状に拡径された山部とを備えた構成の車両用プロペラシャフトを提案している。
【０００４】
逆に、衝撃に対しても変形又は破断しない強度を付与する観点から、例えば特開２００１−０８２４３９「動力伝達部材」では、繊維配向角を略１２度にしてカーボン繊維強化樹脂を３層巻き、その外周に繊維配向角を略１２度にしてガラス繊維強化樹脂を３層巻いて円筒体を成形することにより、耐衝撃性及びねじり強度を満足して信頼性を高め、繊維強化樹脂で構成しても、実際の車両に適用して十分な信頼性が得られるプロペラシャフトを提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
衝撃が加わっても変形又は破断しないプロペラシャフトが好ましいことは正論であるが、特開２００１−０８２４３９のようなカーボン繊維強化樹脂を用いたプロペラシャフトでは高コストになり、実用的でない。また、いくらプロペラシャフトの構造強度を高めても、絶対に変形又は破断しないという保証はない。また、破断を許せば、分離したプロペラシャフトがやはり車体や燃料タンクに接触する虞れがある。これから、プロペラシャフトは変形によって衝撃を吸収しながら、前記変形を予定された範囲内で許すことが望ましい。
【０００６】
変形したプロペラシャフトが車体や燃料タンクに接触しないようにするには、プロペラシャフトの変形方向を所定範囲又は所定方向に制御するとよい。これから、特開平０８−２２６４５４号、特開２０００−２８３１３９又はＤＥ２１５６７８３が好ましいが、これらはいずれも変形方向を確実に所定範囲又は所定方向に制御することを保証しない。とりわけ、衝撃が斜め方向から印加された場合、プロペラシャフトが思わぬ方向に変形し、破断する虞れもある。
【０００７】
そこで、プロペラシャフトに印加される衝撃をプロペラシャフト自体の変形によって吸収することとしながら、前記変形方向を所定範囲又は所定方向、具体的にはプロペラシャフトの軸方向で全長に対する何割かの範囲に制御することによって、プロペラシャフトが変形しても、車体や燃料タンクに接触しないようにすることを目的として、前記のような変形が可能な構造を有するプロペラシャフトについて検討した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
検討の結果開発したものが、両端に継手を設けた管体からなり、この管体は塑性直管（塑性加工可能な直管）を部分的に縮径又は拡径して外径の大小が異なる単位管部と前後する単位管部の両端縁間の環状段差部とを形成した段付管体であるプロペラシャフトにおいて、環状段差部は前後する単位管部の両端縁それぞれから連続して形成した円弧角度９０度超の断面円弧状縁を連結して形成したプロペラシャフトである。断面円弧状縁の上限の円弧角度は、３６０度未満に間違いないが、具体的な上限の円弧角度は、（１）前後する外径の小な単位管部（以下、小管部と呼ぶ）の外径と外径の大な単位管部（以下、大管部と呼ぶ）の内径の差、（２）小管部端縁に続く断面円弧状縁（以下、小管円弧状縁と呼ぶ）と大管部端縁に続く断面円弧状縁（以下、大管円弧状縁と呼ぶ）との半径（半径の定義は後述）の異同、によって異なる。以下の説明では、特に断わりのない場合、小管円弧状縁と大管円弧状縁とが（大管部内径−小管部外径）／２の大きさで同一であり、各円弧角度が１８０度の場合とする。
【０００９】
本発明のプロペラシャフトは、プロペラシャフトの軸方向から衝撃が加わると、小管部が大管部に没入する際、環状段差部から大管部の端縁にかけて塑性変形を起こし、衝撃力を塑性変形力に転換して衝撃を吸収する。これから、小管体が正しく大管体に没入する必要がある。そこで、本発明では塑性変形開始時における小管体の変位方向をプロペラシャフトの軸方向に規制するため、環状段差部は前後する単位管部の両端縁それぞれから連続して形成した円弧角度９０度超の小管円弧状縁及び大管円弧状縁を連結して形成している。これにより、環状段差部は各単位管部の側面に対してそれぞれ折り返した構造となり、既に小管部が大管部に少し没入した初期状態として、衝撃印加直後から円滑に小管体を大管体に向けて没入させることができる。段付管体は、小管部及び大管部からなる２段付管体か、小管部、中管部及び大管部からなる３段付管体が好ましく、各単位管部は前記のように外径の昇順又は降順に並ぶ関係がよい。
【００１０】
本発明は、上述のように、段付管体における環状段差部の構造を工夫することにより、小管部が必ず大管部に向けて没入させる、すなわち小管部の没入方向（変形方向）をプロペラシャフトの軸方向に規制する。しかし、小管部に斜め方向からの衝撃が印加された場合、大管部に対して小管部が傾倒し、小管部の側面が大管円弧状縁に当たって小管部の前記没入が遮られる虞れもある。そこで、小管円弧状縁と大管円弧状縁とを傾倒防止環で結んで環状段差部を形成するとよい。円弧角度１８０度の各円弧状縁を結ぶ傾倒防止環は、小管部及び大管部の各側面と平行になるが、各円弧状縁の円弧角度の組み合せにより、小管部から大管部に向けて縮径又は拡径する錐台側面としてもよい。この傾倒防止環は、大管円弧状縁及び小管円弧状縁を離隔し、斜め方向からの衝撃により小管部が傾倒した場合に、早い段階で小管部の側面に当接し、傾倒角度を抑制する。そして、小管部が大管部に没入を始めた段階では、傾倒防止環に小管部の側面を摺接させながら傾倒を補正し、確実な小管部の大管部への没入を保証する。
【００１１】
本発明のプロペラシャフトは、小管部はそのままで大管部に没入し、環状段差部から大管円弧状縁及び大管部の側面を内向きに捲り込ませる塑性変形を生起して、衝撃力を吸収する。このように、塑性変形は環状段差部から大管部の側面に向けて生じることが望ましい。本発明の段付管体は、塑性直管を部分的に縮径又は拡径して小管部又は大管部を形成するため、相対的に小管部より大管部の肉厚が薄くなり、大管部の方が塑性変形しやすくなっている。しかし、確実に大管部の塑性変形を引き起こすには、大管部の端縁から連続する大管円弧状縁の半径を、小管部の端縁から連続する小管円弧状縁の半径より相対的に大きい環状段差部を形成するとよい。ここで、厚みの異なる小管体側面及び大管体側面に連続する各円弧状縁は厚みを変化しながら湾曲しており、各円弧状縁の半径は厚み方向中心線の半径とする。衝撃により小管部を大管部へと没入させる運動は、相対的に急峻な折返となる小管円弧状縁では断絶されるが、相対的に緩やかに連続する大管円弧状縁を経て大管部の側面に伝達され、前記大管部の側面を引込む力を発揮する。この小管円弧状縁及び大管円弧状縁の相対的な半径の差による運動伝達の相違は、両円弧状縁を傾倒防止環で繋いだ場合でも見られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。図１は本発明を適用した２段付管体１からなるプロペラシャフトの斜視図、図２は２段付管体１の軸方向断面図、図３は図２中Ａ矢視拡大断面図であり、図４は小管部２を大管部３に没入させる過程を表した図３相当断面図である。本発明に基づくプロペラシャフトは、図１及び図２に見られるように、全体外観は両端にトランスミッション側継手４及びディファレンシャル側継手５を設けた従来のプロペラシャフトと変わりはない。また、本例のように塑性直管を部分的に拡径し、素管の小管部２と、大管部３と、両管部２，３の両端縁間の環状段差部６とを形成する２段付管体１を形成する点も従来見られる（特開平０８−２２６４５４号等）。従来の２段付管体を用いたプロペラシャフトは、環状段差部における破断を利用した衝撃吸収であったが、本発明は環状段差部６から大管部３にかけての塑性変形を利用した衝撃吸収であるため、次のように環状段差部６の構成を特定できる。
【００１３】
本例の環状段差部６は、図３に見られるように、前後する小管部２及び大管部３の両端縁それぞれから連続して形成した円弧角度１８０度の小管円弧状縁７及び大管円弧状縁８を連結して形成している。特に、本例では、大管円弧状縁８の半径を、小管円弧状縁７の半径より約１．７倍大きくしている。この半径比に伴い、図３から明らかなように、小管円弧状縁７は相対的に急峻な折返となり、大管円弧状縁８は相対的に緩やかに大管部側面９と連続する構造になる。
【００１４】
このような環状段差部６を介して小管部２及び大管部３が繋がることで、小管部２の外径は大管部３の内径よりも小さくなり、図４に見られるように、２段付管体１の軸方向に衝撃Ｆが加われば、小管部２が大管部３へ没入していく。この小管部２の大管部３への没入は、主として大管円弧状縁８から大管部側面９にかけての塑性変形に基づく（図４中太線矢印参照）。これは、素管を拡径して大管部３を形成することで、小管部側面１０の厚みは大管部側面９の厚みより大きくなり、相対的に小管部２よりも大管部３が塑性変形しやすくできるからである。この塑性変形は、大管部側面９を内側へ捲り込ませるように連続して生ずるので、安定して高い衝撃力の吸収を実現できる利点がある。
【００１５】
衝撃Ｆが斜め方向から印加される場合において小管部の傾倒を防止するには、各円弧状縁を傾倒防止環で結ぶ環状段差部を形成するとよい。図５は各管部側面９，１０に平行な円筒状傾倒防止環１１で各円弧状縁７，８を結んだプロペラシャフトの図３相当断面図、図６は斜め方向からの衝撃Ｆを受けて小管部２が少し傾倒した状態（図示では説明の便宜上誇張表現をしている）を表した図５相当断面図であり、図７は更に衝撃Ｆの印加が続き、傾倒を修正しながら小管部２が大管部３に没入していく状態を表した図５相当断面図である。本例の２段付管体１は、図５に見られるように、相対的に半径の大きな大管円弧状縁８から小管部２の没入方向へ離隔して小管円弧状縁７を形成し、両円弧状縁７，８を円筒状傾倒防止環１１で結んだ環状段差部６を形成している。
【００１６】
小管部２は、傾倒防止環１１に小管部側面１０を密着させているわけではないので、衝撃Ｆが２段付管体１の軸方向からずれた斜め方向から印加されると、図６に見られるように、前記側面１０が傾倒防止環１１又は大管円弧状縁８に当接するまでの傾倒は許される。しかし、小管部側面１０が傾倒防止環１１又は大管円弧状縁８に当接すると、小管部２の傾倒は規制される。そして、更に衝撃Ｆが印加されると、衝撃Ｆの２段付管体１の軸直交方向成分は傾倒防止環１１に受け止められて小管部２の傾倒を進めることができず、図７に見られるように、衝撃Ｆの２段付管体１の軸方向成分のみが小管部２を大管部３に没入させる運動に寄与する。小管部２の傾倒は、小管円弧状縁７（正確には小管円弧状縁７の中心）を傾倒軸とするもので、小管円弧状縁７から傾倒防止環１１又は大管円弧状縁８への接線の範囲でしか許されない。よって、小管部２が大管部３に没入していく段階で、小管部２は小管部側面１０を傾倒防止環１１又は大管円弧状縁８に摺接しながら傾倒を暫時修正され、衝撃Ｆは環状段差部６から大管部側面９を内側に捲り込ませる塑性変形にのみ寄与させることができる。
【００１７】
上記傾倒防止環は、小管部側面又は大管部側面と平行でなくてもよい。図８は小管部２から大管部３に向けて縮径する円錐台状傾倒防止環１２を形成したプロペラシャフトの図３相当断面図であり、図９は衝撃Ｆの印加を受けて小管部２が大管部３に没入していく状態を表した図８相当断面図である。円錐台状傾倒防止環１２は、上述したところから、小管部２の傾倒を防止するものであり、直接的には傾倒する小管部側面１０に接触し、間接的には傾倒軸となる小管円弧状縁７を大管円弧状縁８から離隔して傾倒角度を規制することで、小管部２の傾倒を防止する。これから、前記傾倒防止機能を発揮できれば傾倒防止環の形状は自由であり、図８に見られるような円錐台状傾倒防止環１２であってもよく、図９に見られるように、円錐台状傾倒防止環１２に妨げられずに小管部２を大管部３へ没入させることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、プロペラシャフトに印加される衝撃をプロペラシャフト自体の変形によって吸収する構成とし、前記変形方向を環状段差部から大管部側面にかけて内向きに捲り込ませる範囲及び方向に制御して、変形しても車体や燃料タンクに接触しない構造のプロペラシャフトを提供できる。従来技術にも同様な環状段差部を設けているプロペラシャフトが散見されるが、いずれも本発明のように変形方向の制御が十分でなかった。本発明は、前記環状段差部の構造を特定し、より積極的に大管部へ没入する小管部の傾倒をも抑制又は防止することで、確実な衝撃吸収と車体又は燃料タンクへの接触を避ける、すなわち屈曲しにくいプロペラシャフトを実現する効果を達成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した２段付管体からなるプロペラシャフトの斜視図である。
【図２】２段付管体の軸方向断面図である。
【図３】図２中Ａ矢視拡大断面図である。
【図４】小管部を大管部に没入させる過程を表した図３相当断面図である。
【図５】各管部の側面に平行な円筒状傾倒防止環で各円弧状縁を結んだプロペラシャフトの図３相当断面図である。
【図６】斜め方向からの衝撃を受けて小管部が少し傾倒した状態（図示では説明の便宜上誇張表現をしている）を表した図５相当断面図である。
【図７】更に衝撃の印加が続き、傾倒を修正しながら小管部が大管部に没入していく状態を表した図５相当断面図である。
【図８】小管部から大管部に向けて縮径する円錐台状傾倒防止環を形成したプロペラシャフトの図３相当断面図である。
【図９】衝撃の印加を受けて小管部が大管部に没入していく状態を表した図８相当断面図である。
【符号の説明】
１　２段付管体
２　小管部
３　大管部
４　トランスミッション側継手
５　ディファレンシャル側継手
６　環状段差部
７　小管円弧状縁
８　大管円弧状縁
９　大管部側面
１０　小管部側面
１１　円筒状傾倒防止環
１２　円錐台状傾倒防止環
Ｆ　衝撃

Claims (3)

1. 両端に継手を設けた管体からなり、該管体は塑性直管を部分的に縮径又は拡径して外径の大小が異なる単位管部と前後する単位管部の両端縁間の環状段差部とを形成した段付管体であるプロペラシャフトにおいて、環状段差部は前後する単位管部の両端縁それぞれから連続して形成した円弧角度９０度超の断面円弧状縁を連結して形成したことを特徴とするプロペラシャフト。
2. 環状段差部は、断面円弧状縁を傾倒防止環で結んだ請求項１記載のプロペラシャフト。
3. 環状段差部は、前後する外径の大な単位管部の端縁から連続する断面円弧状縁の半径を、前後する外径の小な単位管部の端縁から連続する断面円弧状縁の半径より相対的に大きくした請求項１記載のプロペラシャフト。

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