JP2005053472A - 振動減衰装置を備えたプロペラシャフト組立品 - Google Patents

振動減衰装置を備えたプロペラシャフト組立品 Download PDF

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Abstract

【課題】シャフト構造体及びインサート部材を備えたプロペラシャフト組立品を提供する。
【解決手段】インサート部材250は、第1の溝穴252を備える前端254と、第2の溝穴256を備える後端258とを有する。第1の溝穴252は、第2の溝穴256に少なくとも部分的に重なり合って千鳥配置溝穴構造を与えるように構成されており、このことが、シャフト構造体200に取り付けたときの適切な嵌合を保証する。
【選択図】図4

Description

本発明は、一般に車両の動力伝達装置における振動の減衰に関し、より詳細には振動減衰プロペラシャフトインサートの改良型構成とその製造方法とに関する。
プロペラシャフトは、一般に、車両のトランスミッションにおける出力シャフトなどの回転動力源からの動力を、差動組立品などの回転従動機構に伝達するために用いられる。当該技術分野で公知のように、プロペラシャフトは、回転動力を伝えるときに振動を伝達する傾向にある。プロペラシャフトが調和振動数で刺激されると、振動及び騒音が増幅されて、車両に乗車している乗客に望まれない騒音を生み出し、振動を伝達することがある。したがって、プロペラシャフト内の振動を減衰させて車両の客室内の騒音を低減させることが望ましく、有利である。
プロペラシャフトからの騒音の伝播を減衰させるために、厚紙、発泡体、またはゴムなどの弾性材料から作製されるインサートを含む、様々なデバイスが用いられてきた。所与のプロペラシャフトに通常使用されるインサートは、一般に、構成(すなわち、構造、サイズ、質量、及び密度)が同一であり、プロペラシャフトが車両に取り付けられる前に、プロペラシャフト内にインサートが取り付けられる。この方法でプロペラシャフト組立品を組み込むことは、プロペラシャフトの取付けが大いに簡略化される点で有利である。
この様々な利点にも関わらず、いくつかの欠点が残っている。
そのような欠点の1つとしては、今日のプロペラシャフト組立品が、取り付けられた環境の影響を受けやすいことである。より具体的には、温度や湿度の水準が変化すると、プロペラシャフトインサートが膨張または収縮する。プロペラシャフトインサートがゆるむと、取付け時に無数の問題が生じる。したがって、取り付けられた環境の変化に対する耐性のある改良型プロペラシャフトインサートを提供することが望ましい。
他の欠点は、プロペラシャフトに挿入するときにプロペラシャフトインサートの変形が避けられないことである。より具体的には、典型的なインサートは、プロペラシャフトに挿入するために変形させる必要がある場合がある。プロペラシャフトインサートが変形すると、その直径を縮小させる原因となる場合がある。プロペラシャフトインサートが、取り付けた後で、本来ならばプロペラシャフト内の密接な嵌合を保証する所定の直径に戻らないことがある。したがって、適切な取付けを保証する、改善された構成を備えるプロペラシャフトインサートを提供することが望ましい。
中空キャビティを備えたシャフト構造体と、その中空キャビティ内に配置されたインサート部材とを含有し、シャフト構造体を連結するプロペラシャフト組立品を提供する。このインサート部材には、前端から軸方向に第1の距離だけ伸びている第1の溝穴と、後端から軸方向に第2の距離だけ伸びている第2の溝穴とが含まれる。第1の溝穴は、前記第2の溝穴から径方向に離隔されている。
本発明を適用可能な他の分野については、以下の詳細な説明から明らかになろう。本発明の好ましい実施形態を示す詳細な説明及び具体例が、単に説明を目的としたものにすぎず、本発明の範囲を制限しようとするものではないことを理解すべきである。
本発明の他の利点及び特徴は、以下の説明及び冒頭の特許請求の範囲を添付図面と併せて読めば明らかになろう。
図1を参照すると、本発明の教示に従って構築されたプロペラシャフト組立品を有する車両が、全体を参照番号10で示されている。車両10には、パワートレイン14への連結を介して駆動可能な動力伝達装置(driveline)12が含まれる。パワートレイン14には、エンジン16とトランスミッション18とが含まれる。動力伝達装置12には、プロペラシャフト組立品20と、後車軸22と、複数の車輪24とが含まれる。エンジン16は、車両10の軸に沿って直列にまたは長手方向の向きで据え付けられており、その出力装置は、トランスミッション18の入力装置に対して従来型のクラッチを介して選択的に連結して、それらの間で回転動力(すなわち、駆動トルク)を伝達する。トランスミッション18の入力装置は、一般に、回転軸周りで回転するようにエンジン16の出力装置と一列に並べられている。トランスミッション18も又、出力装置18aとギア減速ユニットとが含まれる。ギア減速ユニットは、トランスミッション18の入力装置を所定のギア速度比でトランスミッション18の出力装置18aに連結させる働きをすることができる。プロペラシャフト組立品20は、回転するようにトランスミッション18の出力装置18aに連結している。駆動トルクは、プロペラシャフト組立品20を通じて後車軸22に伝達されて、左後輪24a及び右後輪24bにそれぞれ所定の方式で選択的に分配される。
さらに、図2及び図3を参照すると、後車軸22は、デファレンシャル組立品30と、左アクスルシャフト組立品32と、右アクスルシャフト組立品34とを含むように示されている。デファレンシャル組立品30には、ハウジング40と、ディファレンシャルユニット42と、入力シャフト組立品44とが含まれる。ハウジング40は、第1の軸46周りで回転するようにディファレンシャルユニット42を支持し、さらに第1の軸46に垂直な第2の軸48周りで回転するように入力シャフト組立品44を支持している。
ハウジング40は、初めに適切な鋳造/プレス加工工程で成形され、その後必要に応じて機械加工される。ハウジング40には、左アクスル開口部54と、右アクスル開口部56と、入力シャフト開口部58とを有する中央キャビティ52の輪郭を定める壁部材50が含まれる。ディファレンシャルユニット42は、ハウジング40の中央キャビティ52内に配置されており、これには、ケース70と、ケース70に回転可能に固定されたリングギア72と、ケース70内に配置されたギアセット74とが含まれる。ギアセット74には、第1のサイドギア82と、第2のサイドギア86と、ケース70に据え付けられたピニオンシャフト90上に回転可能に支持された複数のディファレンシャルピニオン88とが含まれる。ケース70には、1対のトラニオン92,96とギアキャビティ98とが含まれる。1対のベアリング組立品102,106は、それぞれ第1の軸46周りで回転するようにトラニオン92,96を支持するように示されている。左アクスル組立品32及び右アクスル組立品34は、それぞれ左アクスル開口部54及び右アクスル開口部56内に伸び、その中で、第1の軸46周りで回転するようにそれぞれ第1のサイドギア82及び第2のサイドギア86に連結している。ケース70は、ギアキャビティ98内で第1の軸46に垂直な1つまたは複数の軸周りで回転するように、複数のディファレンシャルピニオン88を支持する働きをすることができる。第1のサイドギア82及び第2のサイドギア86には、それぞれディファレンシャルピニオン88上に形成された歯110に噛み合う複数の歯108が含まれる。
入力シャフト組立品44は、入力シャフト開口部58内に伸び、その中で、第2の軸48周りで回転するようにハウジング40内に支持されている。入力シャフト組立品44には、入力シャフト120と、リングギア72上に形成された歯126に噛み合う複数のピニオン歯124を有するピニオンギア122と、ハウジング40と協働して入力シャフト120を回転可能に支持する1対のベアリング組立品128,130とが含まれる。入力シャフト組立品44は、プロペラシャフト組立品20と回転可能に連結しており、ディファレンシャルユニット42に対する駆動トルクの伝達を実施可能にしている。
左アクスルシャフト組立品32及び右アクスルシャフト組立品34には、それぞれに関連するアクスル開口部54,56に固定されたアクスルチューブ150と、アクスルチューブ150内で第1の軸46周りを回転するように支持されたアクスルハーフシャフト152とが含まれる。各アクスルハーフシャフト152は、それぞれ第1のサイドギア82及び第2のサイドギア86に形成された内歯スプライン部分(特に図示せず)に噛み合う外歯スプライン部分154が含まれる。
さらに、図4を参照すると、プロペラシャフト組立品20が、シャフト構造体200と、第1のトラニオンキャップ202a及び第2のトラニオンキャップ202bと、第1のスパイダ206a及び第2のスパイダ206bと、ヨーク組立品210及びヨークフランジ210とを含む様子が示されている。第1のトラニオンキャップ202a、第2のトラニオンキャップ202b、第1のスパイダ206a、第2のスパイダ206b、ヨーク組立品210、及びヨークフランジ210は、従来式の構造及び動作であるので、詳細に論じる必要はない。簡単に述べれば、第1の及び第2のトラニオンキャップ202a,202bは、通常は溶接部を介して、シャフト構造体200の両端に固定して連結される。第1の及び第2のスパイダ206a,206bは、第1の及び第2のトラニオンキャップ202a,202bのうち関連したものと、ヨーク組立品210及びヨークフランジ210のうち関連したものと、にそれぞれ連結される。ヨーク組立品210、第1のスパイダ206a、及び第1のトラニオンキャップ202aは、第1のユニバーサルジョイント212を一まとめで形成し、ヨークフランジ210、第2のスパイダ206b、及び第2のトラニオンキャップ202bは、第2のユニバーサルジョイント214を一まとめで形成する。
シャフト構造体200は、概ね中空の中央キャビティ220と長手軸222とを有する円筒形に示されている。シャフト構造体200は、アルミニウム(例えば、6061−T6、ASTM B−210に準拠)や鋼など、継ぎ目のない溶接材料から形成されることが好ましい。プロペラシャフト組立品20と、例示的な車両動力伝達装置内の他の品目については、2002年3月13日に出願されたFoam Lined Propshaftという名称の、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第1の0/097,701号に詳細に記載されており、ここに十分に述べたものとしてその全体を参照により本願に援用する。
図4及び図5を参照すると、プロペラシャフト組立品20によって回転動力を伝達するときに生じる振動を減衰させるために、シャフト構造体200に1つまたは複数のインサート部材250を挿入することができる。ここに与える特定の実施例では、単一のインサート部材250が用いられている。インサート部材250は、シャフト構造体200の内表面に対して概ね相補的な形状を有する管状の構造体である。図示した実施形態では、インサート部材250は、概ね円形の断面を有する円筒状チューブとして構成されている。さらにインサート部材250は、2つ以上の溝穴を備えて構成される。
ここに与える例では、インサート部材250の前端254を貫通して第1の溝穴252が形成されており、後端258を貫通して第2の溝穴256が形成されている。さらにインサート部材250は、第1の溝穴252及び第2の溝穴256の長さが、インサート部材の長さ260よりも短く、インサート部材の長さ260の半分よりも長くなるように構成されている。そのために、第1の溝穴252及び第2の溝穴256は、インサート部材250の軸方向の中心点262(破線で示す)を越えて伸びている。したがって、第1の溝穴252と第2の溝穴256とが重なり合うので、インサート部材250は、千鳥配置(staggered)溝穴構造を有すると言える。
図5及び図6を参照すると、第1の溝穴252と第2の溝穴256とは、ある隙間距離264だけ離隔されている。隙間距離264の寸法は、インサート部材250をシャフト構造体200(図4)に挿入するときに前端254及び後端258をわずかに変形させるように構成されている。隙間距離264または隙間寸法を、インサート部材250の中心線から引いた2本の径方向の直線間における径方向距離のような径方向距離にできることが理解されるはずである。さらに、隙間距離264または隙間寸法を、インサート部材250の中心線に平行に引いた2本の長手方向または軸方向の直線間における距離のような距離にすることもできる。
したがって、変形した状態の前端254及び後端258の全体を、図6にそれぞれ参照番号272及び274で示す。前端254及び後端258が変形するが、インサート部材250は、シャフト構造体200に挿入された後で概ね元の形状に戻る。変形させ(図6)、かつ変形していない状態に戻す(図5)ことができるので、インサート部材250をより容易に取り付けることができ、さらにシャフト構造体200(図4)内での密接な嵌合を維持することができる。
図7に示す従来のC字形インサート部材300における実施例に比べ、図5及び図6のインサート部材250は、シャフト構造体200(図4)内に取り付けるときに加わる力に対する弾性が大きい。プロペラシャフト組立品20(図4)のためのインサート部材は、通常、締まり嵌めを考慮して設計されているので、プロペラシャフト組立品内にインサート部材を取り付けるには変形させる必要があることが理解されるはずである。したがって、C字形インサート部材300を、溝部(channel)304の幅302のサイズが縮小するように変形させる必要があり、結果的に直径306のサイズが縮小することになる。このようにして直径306が縮小すると、C字形インサート300を、図4に示したシャフト構造体200と同様のシャフト構造体に取り付けることができる。
しかし、C字形インサート300が変形後に元のサイズに戻らず、結果的に嵌合がゆるくなることがある。さらに、C字形インサート300は、変形すると動作不能になることもある。したがって、図4及び図5に示す本発明の構成では、インサート部材250の取付けを容易にするだけでなく、シャフト構造体200内の密接な嵌合を保証するのに不可欠な寸法を維持するとともに、図6に示すような前端254及び後端258の必要な変形が可能になる。
図4及び図5を参照すると、隙間距離264、第1の溝穴の長さ266、及び第2の溝穴の長さ268を、さらに、取り付けられた環境に対する弾性をインサート部材250に与えるように構成することができる。より具体的には、温度や湿度の水準が変化すると、インサート部材250が膨張または収縮し、あるいは他の形で寸法が変化することがある。図7の従来のC字形インサート300では、溝部304が全長に及ぶので、シャフト構造体200内での嵌合がもはや密接なものでなくなる点まで収縮することがある。しかしながら、図4及び図5のインサート部材250は、環境の変化に応じて収縮または膨張することがあるものの、シャフト構造体200内での密接な嵌合を維持する。より具体的には、第1の溝穴252と第2の溝穴256との間の架設部材270及び隙間距離264の構成が弾性を改善するので、インサート部材250はシャフト構造体200内で密接な嵌合を維持することが可能となる(図4)。
本発明の他の態様によれば、インサート部材250の寸法は、シャフト構造体200の寸法に応じて決定することができる。これを受けて、インサート部材250、第1の溝穴252、第2の溝穴256、及び隙間距離264の寸法は、利用可能なプロペラシャフト組立品20の様々なサイズに応じて大幅に変更することができる。したがって、その寸法は、インサート部材250を取り付ける際、ならびにインサート部材250がシャフト構造体200に取り付けられている間、インサート部材250の弾性が維持されるようにサイズが設定されていれば十分である。これを受けて、インサート部材250の長さ260を基準に、第1の溝穴の長さ266、第2の溝穴の長さ268、及び隙間距離264の例示的な一連の寸法を計算することができる。より具体的には、第1の溝穴の長さ266及び第2の溝穴の長さ268は、インサート部材250の長さ260の約8分の5(5/8)である。あるいは別の言い方をすれば、長さ260は、第1の溝穴の長さ266及び第2の溝穴長さ268の約1.6倍に等しい。例えば、インサート部材の長さ260が約8インチ(約203mm)の場合、第1の溝穴の長さ266及び第2の溝穴の長さ268は、約5インチ(約127mm)になる。千鳥配置溝穴構造が実現されるのであれば、本発明の動作性を保つために必ずしも正確な比率に固執する必要はないことが理解されるはずである。
前述のように、隙間距離264は、インサート部材の長さ260を基準にすることができる。より具体的には、隙間距離264は、インサート部材の長さ260の約5パーセント(5%)になるようにサイズ設定することができる。別の言い方をすれば、インサート部材の長さ260は、隙間距離264の約20倍にほぼ等しい。前述の例を用いると、長さ約8インチ(約203mm)のインサート部材250の隙間距離は、約10分の4インチ(約10mm)になる。したがって、第1の溝穴の長さ266及び第2の溝穴の長さ268は、約5インチ(約127mm)になる。前述したように、千鳥配置溝穴構造が実現されるのであれば、本発明の動作性を保つために必ずしも正確な比率に固執する必要はないことが理解されるはずである。
インサート部材250は、それが取り付けられる状況に対する耐性のある様々な材料から製作することができる。そのような例示的な材料の1つが、高密度の厚紙(cardboard)である。インサート部材250は、加工済みの厚紙管として購入することができ、あるいは厚紙リボンから組立てて、それを1つに糊付けすることもできる。そのような厚紙リボンまたは組立て済みの厚紙管の一例は、Caraustar,Inc.(米国ミシガン州サギノー他)から購入することができる。そのような厚紙リボンの一例は、幅約4インチ(約101mm)の紙リボンにすることができ、これを適切なインサート部材に製作することができる。とは言え、インサート部材250を様々な材料で構築でき、したがって、動作性を保つために本発明を必ずしも厚紙から製作する必要はないことが理解されるはずである。
インサート部材250は、様々な方法で製造することができる。生産コストと最終的には単価とが、生産方法の選択の決定要因になることもあるが、本発明の動作性を保つために必ずしも特定の生産タイプが必要なわけではない。製造方法の一例では、インサート部材240の溝穴をフライス加工することができ、あるいは溝穴を手で切り抜くこともできる。そのような高生産方法の他の例は、従来型のダイの変形品を用いて第1の溝穴252及び第2の溝穴256を切り抜く工程にすることができる。本発明を製造する多くの工程が存在することが理解されるはずである。さらに、インサート部材250の一部分が、四角に切断された角部と、インサート部材の中心線に平行に切り抜かれた溝穴とを備えて描かれていることも理解されるはずである。したがって、インサート部材250を、丸い角部と、インサート部材250の径方向の直線に平行に切り抜かれた溝穴とを備えるように構築することができる。ゆえに、本発明を製作する多くの方法が存在し、図示される構造が本発明を制限するものではないことが理解されるはずである。
本発明について、好ましい実施形態に即して本明細書に記載し、図面に示したが、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の要素に様々な変更を実施でき、本発明の要素を同等物に置き換えることができることが当業者には理解されよう。それに加え、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させる多くの修正を実施することもできる。したがって、現時点で企図される、本発明を実施する最良の方式として図面に示し、本明細書に記載した特定の実施形態だけに本発明を制限するものではなく、本発明には前述の説明及び冒頭の特許請求の範囲内に入るいずれの実施形態も含めるものとする。
本発明の教示に従って構築された例示的な車両の略図である。 後車軸及びプロペラシャフトをさらに詳細に示す、図1の車両における一部分の部分切欠上面図である。 後車軸及びプロペラシャフトの一部分の断面図である。 本発明のインサート部材を示す、プロペラシャフトの部分切欠上面図である。 第1の溝穴及び第2の溝穴を示す、図4のインサート部材の斜視図である。 前端及び後端が変形した状態で示す、図5のインサート部材の斜視図である。 従来技術のインサート部材の斜視図である。
符号の説明
10 車両
12 動力伝達装置
14 パワートレイン
16 エンジン
18 トランスミッション
20 プロペラシャフト組立品
22 後車軸
24 車輪
30 デファレンシャル組立品
32 左アクスルシャフト組立品
34 右アクスルシャフト組立品
40 ハウジング
42 デファレンシャルユニット
44 入力シャフト組立品
52 中央キャビティ
70 ケース
72 リングギア
74 ギアセット
82 第1のサイドギア
86 第2のサイドギア
88 ディファレンシャルピニオン
92 トラニオン
96 トラニオン
98 ギアキャビティ
102 ベアリング組立品
106 ベアリング組立品
120 入力シャフト
122 ピニオンギア
150 アクスルチューブ
152 アクスルハーフシャフト
200 シャフト構造体
202 トラニオンキャップ
206 スパイダ
210 ヨーク組立品、ヨークフランジ
212 第1のユニバーサルジョイント
214 第2のユニバーサルジョイント
220 中央キャビティ
250 インサート部材
252 第1の溝穴
254 前端
256 第2の溝穴
258 後端
264 隙間距離
300 C字形インサート(従来技術)
304 溝部

Claims (17)

  1. 前端と後端とを有するインサート部材と、
    前記前端を貫通して形成される第1の溝穴と、
    前記後端を貫通して形成される第2の溝穴と、から構成され、
    前記第1の溝穴は、前記第2の溝穴に少なくとも部分的に重なり合うプロペラシャフト組立品
  2. 前記第1の溝穴と前記第2の溝穴との間の隙間距離は、前記インサート部材の外周の半分よりも短い、請求項1に記載のプロペラシャフト組立品。
  3. 前記インサート部材の長さが前記隙間距離の約20倍である、請求項2に記載のプロペラシャフト組立品。
  4. 前記第1の溝穴が軸方向に第1の距離だけ伸びており、前記第2の溝穴が軸方向に第2の距離だけ伸びており、前記第1の距離及び前記第2の距離が前記インサート部材のほぼ長さ以下である、請求項1に記載のプロペラシャフト組立品。
  5. 前記第1の距離及び前記第2の距離が前記インサート部材の前記長さの約8分の5である、請求項4に記載のプロペラシャフト組立品。
  6. 中空キャビティを有するシャフト構造体と、
    前記中空キャビティ内に配置された、前記シャフト構造体に係合するインサート部材とから構成され、
    前記インサート部材は、前端から軸方向に第1の距離だけ伸びている第1の溝穴と、後端から軸方向に第2の距離だけ伸びている第2の溝穴とを有しており、
    前記第1の溝穴は、前記第2の溝穴から径方向に離隔されているプロペラシャフト組立品。
  7. 前記インサート部材は、締まり嵌めによって前記シャフト構造体に嵌合する請求項6に記載のプロペラシャフト組立品。
  8. 前記第1の溝穴と前記第2の溝穴との間の隙間距離は、前記インサート部材の外周の半分よりも短い請求項6に記載のプロペラシャフト組立品。
  9. 前記インサート部材の長さは、前記隙間距離の約20倍である請求項8に記載のプロペラシャフト組立品。
  10. 前記第1の距離及び前記第2の距離は、前記インサート部材の長さよりも短い請求項6に記載のプロペラシャフト組立品。
  11. 前記第1の距離は、前記第2の距離にほぼ等しい請求項10に記載のプロペラシャフト組立品。
  12. 前記第1の距離及び前記第2の距離は、前記インサート部材の前記長さの約8分の5である請求項11に記載のプロペラシャフト組立品。
  13. 中空キャビティを有するシャフト構造体と、
    前記中空キャビティ内に挿入されるように構成されることにより、千鳥配置溝穴構造を有するインサート部材と、を備えたプロペラシャフト組立品。
  14. プロペラシャフト組立品で使用されるプロペラシャフトインサートの製造方法であって、
    中空キャビティを有するプロペラシャフトを供給する工程と、
    円形の断面を有するとともに、前端と後端とを有するプロペラシャフトインサートを供給する工程と、
    前記前端から第1の距離までの第1の溝穴を形成させる工程と、
    前記後端から第2の距離までの第2の溝穴を形成させる工程と、から構成され、
    前記第1の溝穴は、前記第2の溝穴から径方向に隙間寸法だけ離隔されている製造方法。
  15. 前記第1の溝穴の距離及び前記第2の溝穴の距離は、前記プロペラシャフトインサートの長さの8分の5である請求項14に記載の製造方法。
  16. 前記隙間寸法は、距離である請求項14に記載の製造方法。
  17. 前記プロペラシャフトインサートの長さは、前記距離の20倍である請求項16に記載の製造方法。
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