JP2010265940A - プロペラシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】車両衝突時におけるプロペラシャフトの収縮ストローク量を増大化しつつこれに伴う騒音の増大を抑制し得るプロペラシャフトを提供する。
【解決手段】２つの筒状部材である外筒部材１１と内筒部材１２とを相対移動可能に重合してなり、所定の軸方向入力に基づいて軸方向へ収縮可能に構成されたプロペラシャフト１において、外筒部材１１の軸方向一端部側を、その内周側に歯溝１３ａを有するスプライン穴部１３として構成する一方、内筒部材１２の外筒部材１１と重合する軸方向一端部側を、その外周側に歯溝１７ａを有するスプライン軸部１７として構成し、スプライン軸部１７の内周側にダイナミックダンパ２０を配置することにより、プロペラシャフト１の十分な収縮ストローク量の確保とこれに伴うプロペラシャフト１の振動増大の抑制との両立を図った。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車の動力伝達装置に適用されるプロペラシャフトの改良に関する。

自動車の動力伝達装置に適用される従来のプロペラシャフトとしては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、このプロペラシャフトは、トランスミッションから出力される駆動トルクをディファレンシャル装置に伝達するものであって、軸方向の一部を、２つの中空部材を互いに重合させてこれらの中空部材同士を軸方向に相対移動可能に構成することで、プロペラシャフトを軸方向に収縮変形させ、トランスミッションとディファレンシャル装置との間の距離の変化を吸収するようになっている。

特開平８−１０９９１８号公報

ところで、近年では、車両が衝突した際にプロペラシャフトを軸方向に収縮変形させて当該車両衝突時における車体の緩衝作用の円滑化が図られていると共に、その際におけるプロペラシャフトの収縮量（収縮ストローク量）の増大化の要求が高まっている。しかし、前記従来のプロペラシャフトにあっては、プロペラシャフトの収縮ストローク量を増大させると、当該プロペラシャフトが長尺化してしまうことから、プロペラシャフトの共振が発生しやすくなってしまい、これによって騒音が増大してしまうおそれがあった。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたものであって、車両衝突時におけるプロペラシャフトの収縮ストローク量を増大化しつつこれに伴う騒音の増大を抑制し得るプロペラシャフトを提供するものである。

本願発明は、２つの筒状部材を相対移動可能に重合してなり、所定の軸方向入力に基づいて軸方向へ収縮可能に構成されたプロペラシャフトにおいて、前記重合部分において径方向外側に配置される外筒部材の軸方向一端部側を、その内周側に歯溝を有するスプライン穴部として構成する一方、径方向内側に配置される内筒部材の前記外筒部材と重合する端部側を、その外周側に歯溝を有するスプライン軸部として構成し、前記スプライン軸部の内周側にダイナミックダンパを配置したことを特徴としている。

本発明によれば、プロペラシャフトの収縮ストローク量の増大化を図るべく当該プロペラシャフトを長尺化した場合であっても、このプロペラシャフトの長尺化に伴う当該プロペラシャフトの共振の増大化を、ダイナミックダンパの減衰作用によって抑制することが可能となる。これにより、プロペラシャフトの十分な収縮ストローク量の確保とこれに伴うプロペラシャフトの振動増大の抑制との両立が図れる。

本発明に係るプロペラシャフトの正面図である。 図１に示すプロペラシャフトＡ部拡大図である。 図１に示すプロペラシャフトのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１に示すプロペラシャフトの収縮状態を示す要部拡大図である。 本発明に係るプロペラシャフトと従来のプロペラシャフトの共振周波数の特性を比較したグラフである。 ダイナミックダンパの配置を変更したプロペラシャフトの要部拡大図である。

以下、本発明に係るプロペラシャフトの実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態では、このプロペラシャフトを、従来と同様、自動車の動力伝達装置に適用した例を示している。

すなわち、このプロペラシャフト１は、いわゆる３ジョイント型と称されるものであって、図１に示すように、その軸方向一端に設けられる第１自在継手５を介して車両前方側（図中の左側）に配置される図外のトランスミッションに連係される第１軸部材２と、その軸方向一端部に第１軸部材２の他端部と共に構成されるセンターベアリング８を介して第１軸部材２に連結される中間軸部材４と、その軸方向一端に設けられる第２自在継手６を介して中間軸部材４に連結され、その軸方向他端に設けられる第３自在継手７を介して車両後方側（図中の右側）に配置される図外のディファレンシャル装置に連係される第２軸部材３と、から主として構成され、センターベアリング８の外周に弾性部材９を介して取り付けられるブラケット１０を介して車体のフロア部材の一部を構成する図外のクロスメンバに固定されている。

前記第１軸部材２は、図２に示すように、それぞれアルミ合金材によりほぼ円筒状に形成された２つの筒状部材１１，１２が軸方向の所定範囲において径方向に重合され、プロペラシャフト１が車両前方側から軸方向入力を受けた際に、前記２つの筒状部材１１，１２のうち、外側に配置される外筒部材１１が内側に配置される内筒部材１２に対し車両後方側へ相対移動することにより、当該プロペラシャフト１が収縮可能となるように構成されている。

前記外筒部材１１は、その軸方向一端側の所定範囲に、後記のスプライン軸部１７の歯部１７ｂと噛合する歯溝１３ａを内周側に有するスプライン穴部１３が例えばプレス成形されていて、このスプライン穴部１３を介して内筒部材１２と係合するようになっている（図３参照）。また、この外筒部材１１の他端には、第１自在継手５の一部を構成する入力側ヨーク部材１４が摩擦溶接等によって相対回転不能に結合されていて、この入力側ヨーク部材１４には十字軸１５を介してスリーブヨーク１６が連結され、これら入力側ヨーク部材１４と十字軸１５とスリーブヨーク１６とにより第１自在継手５が構成されている。そして、スリーブヨーク１６が前記トランスミッションに連結されることで、プロペラシャフト１と前記トランスミッションとが相互に連結されている。

一方、前記内筒部材１２には、外筒部材１１と重合する軸方向一端側の所定範囲に、前記スプライン穴部１３の歯部１３ｂと噛合する歯溝１７ａを外周側に有するスプライン軸部１７が例えばプレス成形されている（図３参照）。そして、これらの両スプライン１３，１７は、前記両筒部材１１，１２が軸方向へ相対移動可能となるように構成されていて、かつ、当該両スプライン１３，１７が係合することにより前記両筒部材１１，１２が一体回転可能に連結されている。なお、前記内筒部材１２の他端部には、当該他端部を外輪とし、また、中間軸部材４の一端部を内輪として、これら両輪間に図外のボールが介装されることによってセンターベアリング８が構成されている。

そして、前記外筒部材１１と内筒部材１２の重合量（オーバーラップ量）は、外筒部材１１の一端縁から当該外筒部材１１の一端縁の内径よりも大きく拡径された内筒部材１２の拡径部１２ａまでの距離Ｌ１と内筒部材１２の一端縁から当該内筒部材１２の一端縁の外径よりも縮径された外筒部材１１の縮径部１１ａまでの距離Ｌ２とがほぼ等しくなるように構成されると共に、前記両スプライン１３，１７は、外筒部材１１の一端縁が内筒部材１２の拡径部１２ａに当接するまで、言い換えれば、内筒部材１２の一端縁が外筒部材１１の縮径部１１ａに当接するまで、外筒部材１１が内筒部材１２に対して相対移動可能となるように構成されている。これによって、後述するような内筒部材１２に対する外筒部材１１のスライド量、つまりプロペラシャフト１の収縮ストローク量を最も大きく確保することが可能となっている。

また、前記内筒部材１２のスプライン軸部１７の内周側には、第１軸部材２の軸方向ほぼ中央となる位置に、いわゆるダイナミックダンパ２０が収容配置されている。なお、このダイナミックダンパ２０を配置する位置については、スプライン軸部１７の軸方向範囲内であれば任意に変更することができるが、ダイナミックダンパ２０を前述のような第１軸部材２の軸方向ほぼ中央位置に配置することにより、当該位置はプロペラシャフト１の回転時に振幅が最大となる位置であることから、当該ダイナミックダンパ２０による制振作用を最大限に発揮させることが可能となっている。

また、前記ダイナミックダンパ２０は、ほぼ筒状に形成されたマス部材２１と、該マス部材２１の外周面全体に加硫接着された弾性部材２２と、によって構成され、弾性部材２２がスプライン軸部１７の歯溝１７ａの内面１７ｃに圧接するようにして、該スプライン軸部１７の内周側に圧入によって固定されている。そして、かかるダイナミックダンパ２０の圧入により、内筒部材１２が弾性部材２２の弾性力によって径方向外側へと押圧され、これによってスプライン穴部１３の各歯部１３ｂがスプライン軸部１７の各歯溝１７ａに隙間なく噛合するようになっている（図３参照）。この結果、外筒部材１１と内筒部材１２との間のがたつきを低減することが可能となっている。

さらには、前記内筒部材１２のスプライン軸部１７の内周側にダイナミックダンパ２０が圧入されることにより、当該スプライン軸部１７の歯部１７ｂとダイナミックダンパ２０との間に、軸方向に延びる空間である軸方向通路２３が画成されている。ここで、プロペラシャフト１は、その組み立てが行われた後、防錆等の目的で塗装されることになるが、塗料の付着性向上のため、前記塗装前に所定の洗浄液による洗浄が行われる。つまり、前記軸方向通路２３は、この洗浄時における洗浄液の流路として供される。換言すれば、スプライン軸部１７の内周側にダイナミックダンパ２０を圧入するのみで自動的に洗浄液の流路が形成されることから、これによって当該流路をダイナミックダンパ２０の外周面等に切削するなどして別途形成する必要がなく、製造工程の簡略化や作業性の向上が図れる。この結果、生産性の向上に供されると共に製造コストの低廉化に寄与することができる。

以下、本実施形態に係るプロペラシャフト１の特徴的な作用について、図１〜図６に基づいて説明する。

車両が前方衝突した場合には、当該衝突によって前記トランスミッションが車両後方側へ押圧され、該トランスミッションを介してプロペラシャフト１に前記車両衝突による衝撃力Ｆが入力される。そうすると、プロペラシャフト１は、前記軸方向入力Ｆによって外筒部材１１が前記両スプライン１３，１７の係合により軸方向へ沿って滑動（スライド）して内筒部材１２に対して車両後方側へ相対移動することとなって、その結果、図１に示す状態から図４に示すような収縮した状態となる。このように、車体の損壊に伴いプロペラシャフト１が収縮することで、車両衝突時における車体による緩衝作用を妨げることがなく、車室内への前記衝撃力の作用を低減することに供される。

そして、前記内筒部材１２のスプライン軸部１７の内周側にダイナミックダンパ２０を配置したことにより、プロペラシャフト１の収縮ストローク量を大きく確保するために当該プロペラシャフト１が長尺化してしまった場合であっても、このプロペラシャフト１の長尺化に伴う当該プロペラシャフト１の共振の増大化を、ダイナミックダンパ２０の減衰作用によって抑制することが可能となる。具体的には、図５に示すように、従来のようなダイナミックダンパを装着していない場合には、ある特定の周波数Ｘにおいてプロペラシャフト１に大きな共振が発生することになるが（図中の破線）、ダイナミックダンパ２０を設けたことによって前記従来の共振点を前記特定の周波数Ｘの前後域へずらすことが可能となり（図中の実線）、これによってプロペラシャフト１の共振レベルを前記従来の場合と比べて低く抑えることが可能となる。この結果、プロペラシャフト１の十分な収縮ストローク量の確保とこれに伴うプロペラシャフト１の振動増大の抑制との両立が図れる。

ここで、図６に示すように、前記ダイナミックダンパ２０を外筒部材１１の内周側、つまり前記スプライン穴部１３の内周側に配置した場合であっても、当該ダイナミックダンパ２０による減衰作用を得ることは可能であるが、この場合、ダイナミックダンパ２０がプロペラシャフト１の収縮ストロークの妨げとなってしまう。すなわち、外筒部材１１が内筒部材１２に対し車両後方側へ相対移動する際に、当該外筒部材１１が最大ストロークするよりも前、つまり外筒部材１１の一端縁が内筒部材１２の拡径部１２ａに当接するよりも前に、該内筒部材１２の一端縁がダイナミックダンパ２０に当接してしまって、当該外筒部材１１のスライド量が制限されてしまうこととなる。これに対して、本実施形態のように、内筒部材１２の内周側にダイナミックダンパ２０を配置することで、前記外筒部材１１に配置する場合のようにダイナミックダンパ２０が外筒部材１１のスライドを妨げてしまうことがなく、プロペラシャフト１の収縮ストロークをより大きく確保することができる。

また、前記内筒部材１２の内周側にダイナミックダンパ２０が圧入されることによって両者１２，２０は一体的なものとなることから、プロペラシャフト１の回転時には、図３に示すように、外筒部材１１と、内筒部材１２とダイナミックダンパ２０との結合体と、において、それぞれの質量に応じた遠心力が作用することとなる。すなわち、外筒部材１１には当該外筒部材１１の質量に基づく遠心力ｆ１が作用すると共に、内筒部材１２とダイナミックダンパ２０との結合体には当該両者１２，２０の合計質量に応じた遠心力ｆ２が作用することとなる。

ここで、前記内筒部材１２とダイナミックダンパ２０との結合体に作用する遠心力ｆ２は前記外筒部材１１に作用する遠心力ｆ１よりも大きくなることから、プロペラシャフト１の回転時においては、前記外筒部材１１に作用する遠心力ｆ１と、前記内筒部材１２とダイナミックダンパ２０との結合体に作用する遠心力ｆ２の差分となる力ｆ（＝ｆ２−ｆ１）が外筒部材１１側から内筒部材１２側へ反力として作用することとなる。すると、かかる反作用の力ｆに基づいて、スプライン軸部１７の歯溝１７ａにスプライン穴部１３の歯部１３ａがより強く噛合することとなる。これによって、スプライン穴部１３の歯先面１３ｄとスプライン軸部１７の歯底面１７ｄとの隙間及びスプライン穴部１３の歯面１３ｅ，１３ｅとスプライン軸部１７の歯面１７ｅ，１７ｅとの隙間を小さくすることが可能となり、この結果、外筒部材１１と内筒部材１２との間のがたつきを低減することができる。すなわち、２つの中空部材を重合して第１軸部材２を構成する場合、従来では外筒部材１１と内筒部材１２の間に樹脂材（例えばナイロンコーティング）を介装することとしていたが、本実施形態では、プロペラシャフト１の回転時に発生する遠心力の反作用の力ｆによって両筒部材１１，１２の間のがたつきを低減することができるため、従来のように両筒部材１１，１２の間に樹脂材を介装する必要がなく、製造工程の簡略化及び作業性の向上が図れ、製造コストの低廉化に寄与することができる。

なお、図６に示すようにダイナミックダンパ２０を外筒部材１１の内周側に配置した場合には、この外筒部材１１側の遠心力が大きくなって、当該遠心力が外筒部材１１を拡径する方向に作用することとなるため、前記ダイナミックダンパ２０を内筒部材１２の内周側に配置した場合のような作用効果は得られない。

以上のことから、本実施形態では、前記ダイナミックダンパ２０を内筒部材１２の内周側に配置したことで、プロペラシャフト１の十分な収縮ストローク量の確保とこれに伴うプロペラシャフト１の振動増大の抑制との両立が図れるだけでなく、ダイナミックダンパ２０を外筒部材１１側ではなく内筒部材１２側に配置したことで、当該ダイナミックダンパ２０によってプロペラシャフト１の収縮が制限されることがなく、プロペラシャフト１の収縮ストロークをより大きく確保することができる。

また、前記ダイナミックダンパ２０を内筒部材１２のスプライン軸部１７の内周、すなわち当該スプライン軸部１７の歯溝１７ａの内面１７ｃに圧入固定するように構成したことから、当該ダイナミックダンパ２０を内筒部材１２の円筒部１２ｂの内周に圧入する場合に比べて、弾性部材２２の接触面積を低減することが可能となる。これによって、ダイナミックダンパ２０の圧入作業が容易となり、生産性の向上に寄与することができる。

本発明は前記実施形態に係る構成に限定されるものではなく、例えばダイナミックダンパ２０の形状については、前記プロペラシャフト１の共振周波数の特性等に応じて自由に変更することができる。

また、前記ダイナミックダンパ２０の固定方法についても、前記圧入のほか、より強固に固定したい場合には、接着等によって固定してもよい。

さらに、前記実施形態においては、第１軸部材２を構成する外筒部材１１及び内筒部材１２や第２軸部材３について、アルミ合金材によって形成した例を示しているが、これらの材質についても、前記アルミ合金材のほか、その他の鉄系金属あるいはＣＦＲＰ等の繊維強化プラスチックなど、必要な強度や重量及びコストの制約等に応じて自由に変更することが可能である。

１…プロペラシャフト
１１…外筒部材（筒状部材）
１２…内筒部材（筒状部材）
１３…スプライン穴部
１３ａ…歯溝
１７…スプライン軸部
１７ａ…歯溝
２０…ダイナミックダンパ

Claims (3)

1. ２つの筒状部材を相対移動可能に重合してなり、所定の軸方向入力に基づいて軸方向へ収縮可能に構成されたプロペラシャフトにおいて、
   前記重合部分において径方向外側に配置される外筒部材の軸方向一端部側を、その内周側に歯溝を有するスプライン穴部として構成する一方、径方向内側に配置される内筒部材の前記外筒部材と重合する端部側を、その外周側に歯溝を有するスプライン軸部として構成し、
   前記スプライン軸部の内周側にダイナミックダンパを配置したことを特徴とするプロペラシャフト。
2. 前記ダイナミックダンパの外周面を前記スプライン軸部における歯溝の内面に当接させるようにして当該ダイナミックダンパを配置し、前記スプライン軸部の各歯部と前記ダイナミックダンパとの間に、それぞれ軸方向に延びる空間を形成したことを特徴とする請求項１に記載のプロペラシャフト。
3. 前記ダイナミックダンパを、所定の質量を有するマス部材と該マス部材の外周に設けたほぼ円形の断面を有する弾性部材とによって構成し、
   前記弾性部材を前記スプライン軸部における歯溝の内面に圧接させるようにして前記ダイナミックダンパを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロペラシャフト。

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