JP2011183936A - プロペラシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設備の大型化やスタブシャフトの不必要な長尺化など、従来の技術的課題を回避しつつ両筒状部材を摩擦圧接によって精度良く接合し得るプロペラシャフト等を提供する。
【解決手段】外周側に弾性部材９を介し配設されるブラケット８を介して車体フロアパネル下部に固定されるセンターベアリング７によって回転自在に支持される第１筒状部材１１と、該第１筒状部材１１に摩擦圧接により接合される第２筒状部材１２と、第１筒状部材１１に配設されて車体衝突時にブラケット８に対して衝突可能に設けられた衝突円板１０と、を備えたプロペラシャフト１において、第１筒状部材１１の接合部１１ａ近傍、すなわち前記両筒状部材１１，１２の摩擦圧接の際に接合部１１ａの振動や変形等を抑制し得るような当該第１筒状部材１１の所定の軸方向位置に衝突円板１０を圧入固定した。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば車両の変速装置から駆動輪に動力を伝達するプロペラシャフト及びその製造方法の改良に関する。

近年、自動車に適用されるプロペラシャフトには、車両衝突時における乗員への傷害を軽減するための衝突安全性が要求されている。このため、自動車用のプロペラシャフトの場合、軸方向に伸縮可能に連結された第１、第２軸部材と、所定のブラケットを介して車体のフロア下部に固定されて、第１軸部材における第２軸部材との連結部近傍を回転自在に支持するセンターベアリングと、該センターベアリングより前方（トランスミッション側）に配置されて、車両衝突時において前記ブラケットと衝突可能に構成されたフランジ状の衝突円板と、を備えていて、例えば車両の前面衝突等によってエンジン側から過大な荷重が入力された際に、軸方向へと収縮して衝突円板をブラケットに衝突させることで、当該プロペラシャフトを車体から速やかに離脱させ、これによって、車体が潰れることによる衝撃吸収作用を阻害しないようになっている。

この種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おり、当該特許文献１に記載されたプロペラシャフトの場合、前記第１軸部材を形成するにあたり、前記第２軸部材との連結に供されるいわゆるスタブシャフト（本発明に係る第１筒状部材に相当）と、当該第１軸部材の本体を構成するチューブ（本発明に係る第２筒状部材に相当）と、をアーク溶接によって接合することとしている。

特開２００６−２９０１７４号公報

ここで、アーク溶接によって前記両部材を接合する場合には、当該両部材を周方向に沿って徐々に接合する関係上、溶接時の熱影響によって軸部材に歪みが生じてしまうため、同時に全周の接合が可能な摩擦圧接による接合が望まれている。

しかしながら、かかる摩擦圧接を用いた接合を行うには、当該接合に対する衝突円板の圧入の先後等に応じて、下記に示す各種の問題がある。

まず、前記接合の前に衝突円板の圧入を行う場合であって、スタブシャフトにおいて衝突円板を挟んで接合部側をクランプする場合には、チャックが衝突円板を乗り越える必要があり、当該チャックのストローク量が多くなるため、設備の大型化を招来すると共に、当該クランプのための軸方向領域を確保する必要があるため、スタブシャフトの全長が必要以上に長尺化してしまうという問題がある。

一方、スタブシャフトにおいて衝突円板を挟んで反接合部側をクランプする場合には、接合時の突き当て面とクランプ位置とが大きく離間することとなるため、接合の際に振動が発生し易くなってしまうという問題がある。

また、前記接合の後に衝突円板の圧入を行う場合には、当該接合により長尺化した第１軸部材に対して衝突円板の圧入を行うこととなるために、作業性が悪く、また、組付設備の大型化を招来してしまうといった問題がある。

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り、設備の大型化やスタブシャフトの不必要な長尺化など、従来の技術的課題を回避しつつ、両筒状部材を摩擦圧接によって精度良く接合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、外周側に弾性部材を介して配設されるブラケットを介して車体に固定されるセンターベアリングと、該センターベアリングが圧入される軸部を一端側に有する第１筒状部材と、該第１筒状部材の他端に摩擦圧接によって接合される第２筒状部材と、前記第１筒状部材の接合部近傍となる当該第１筒状部材の所定の軸方向位置に圧入され、車体衝突時に前記ブラケットに対して衝突可能に設けられた衝突部材と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、第１筒状部材の接合部近傍に衝突部材を圧入したことで、該衝突部材が第１筒状部材の接合部近傍を全周に亘って外周側から締め付けることとなるため、第１筒状部材の接合部近傍の剛性を高めることに供される。これによって、第１筒状部材の衝突部材を挟んで反接合部側（軸部側）をクランプして前記両筒状部材を摩擦圧接させる場合でも、当該摩擦圧接時における第１筒状部材の接合部の振動や変形等を抑制することが可能となり、その結果、前記両筒状部材を精度良く接合することができる。

換言すれば、かかる構成に基づいて、第１筒状部材の軸部側をクランプして前記両筒状部材を摩擦圧接させることで、当該摩擦圧接に係る設備の大型化や、第１筒状部材の接合部近傍にクランプ代を設けることによる当該第１筒状部材の不必要な長尺化など、前記従来の技術的課題を回避しつつ、前記両筒状部材を摩擦圧接によって精度良く接合することができる。

本発明に係るプロペラシャフトの全体図である。 図１に示すプロペラシャフトの要部拡大図である。 本発明に係るプロペラシャフトの製造方法を示す図であって、当該製造方法に係る第１工程の内容の説明に供する要図である。 本発明に係るプロペラシャフトの製造方法を示す図であって、当該製造方法に係る第２工程の内容の説明に供する要図である。 本発明に係るプロペラシャフトの製造方法を示す図であって、当該製造方法に係る第３工程の内容の説明に供する要図である。

以下、本発明に係るプロペラシャフト及びその製造方法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、自動車の動力伝達手段として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４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、その軸方向一端に設けられる第２自在継手５を介して第１軸部材２と相対回転不能に、かつ、軸方向に沿って相対移動可能に連結され、その軸方向他端が第３自在継手６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、第１軸部材２の他端側外周に配置され、その外周に取り付けられるブラケット８を介して図外の車体フロアパネル下部に固定されることでプロペラシャフト１を回転自在に支持するセンターベアリング７と、該センターベアリング７より車両前方側に所定の間隔Ｌ１を隔てて配置され、車両衝突時にブラケット８と衝突可能に設けられたフランジ状の衝突部材である衝突円板１０と、を備えている。

前記第１軸部材２は、その軸方向一端側に第２自在継手５との連結に供される軸部１３を有する第１筒状部材１１と、該第１筒状部材１１の他端にその軸方向一端が接合され、その軸方向他端が第１自在継手４の一部を構成する入力側ヨーク４ａと接合される第２筒状部材１２と、から構成され、第２筒状部材１２と入力側ヨーク４ａは、共にいわゆる摩擦圧接によって第１筒状部材１１と相対回転不能に接合されている。

なお、前記入力側ヨーク４ａには、十字軸４ｂを介してフランジヨーク４ｃが連結され、これら入力側ヨーク４ａと十字軸４ｂとフランジヨーク４ｃとによって第１自在継手４が構成されている。そして、フランジヨーク４ｃ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るようになっている。

前記第１筒状部材１１は、一端側から他端側に向かって複数の段部を介して漸次縮径するようになっていて、その一端部には、第２筒状部材１２の一端側接合部１２ａと同径に形成され、かつ、所定の軸方向幅Ｌ２が確保された接合部１１ａが設けられている。ここで、この接合部１１ａの前記軸方向幅Ｌ２は、少なくとも、前記両筒状部材１１，１２の摩擦圧接時において当該接合部１１ａの外周側に発生するカール１１ｂの軸方向長さＬ３よりも大きくなるように設定されている。

また、前記第１筒状部材１１には、衝突円板１０の内径よりも僅かに大きい外径に設定されて当該衝突円板１０が圧入固定される被圧入部１１ｃが、前記接合部１１ａに隣接して段差状に縮径形成されている。かかる構成から、衝突円板１０は、接合部１１ａと被圧入部１１ｃとの間に存する段部１１ｄに突き当てられた状態で当該被圧入部１１ｃに固定されることとなる。ここで、この被圧入部１１ｃは、前述した軸方向長さＬ３の条件を満足し、かつ、衝突円板１０を圧入することによって前記摩擦圧接時における前記接合部１１ａの変形を抑制可能とする軸方向位置に設けられている。また、この被圧入部１１ｃでは、その軸方向幅Ｌ４が衝突円板１０の板厚Ｌ５とほぼ同じに設定されていて、当該被圧入部１１ｃより先端側には、衝突円板１０の内径より若干小さい外径に設定されて当該衝突円板１０の圧入をガイドするガイド部１１ｅが設けられている。

そして、このガイド部１１ｅの先端側には、第２自在継手５との連結に供されると共にセンターベアリング７によって支持される前記軸部１３が延設されていて、この軸部１３の基端部には、センターベアリング７が圧入固定される軸受圧入部１１ｆが設けられている。ここで、この軸受圧入部１１ｆの基端側には段部１１ｇが隣設される一方、当該軸受圧入部１１ｆの先端側には後記の第２カバー部材１６が圧入されるように構成されていて、この第２カバー部材１６の内周側筒状部１６ａの端縁と前記段部１１ｇとによってセンターベアリング７が挟持されるようになっている。

なお、前記センターベアリング７の外輪の外周側には、該センターベアリング７の軸方向長さよりも十分長い軸方向長さを有する円筒部材１４が圧入固定されると共に、当該センターベアリング７の軸方向両端側にも、それぞれ筒状をなして径方向において円筒部材１４と重合するように構成された第１、第２カバー部材１５，１６が圧入固定されている。このように、当該センターベアリング７の両端側の外周域には、円筒部材１４と前記各カバー部材１５，１６とによって、いわゆるラビリンス構造が構成されており、これによって、当該センターベアリング７内部への粉塵や泥水等の侵入が抑制されている。

さらに、前記円筒部材１４の外周側には、ほぼ円筒状に成形された弾性部材９を介して前記ブラケット８が配設されていて、これらの円筒部材１４と弾性部材９とブラケット８とによって一体の車体取付部材２０が構成されている。かかる構成により、車体取付部材２０においては、弾性部材９が弾性変形することで、第１軸部材２の軸方向への移動が許容されるようになっている。

一方、前記第２軸部材３は、その一端に第２自在継手５が、また、その他端に第３自在継手６の一部を構成する出力側ヨーク６ａが、それぞれ摩擦圧接によって相対回転不能に接合されている。

なお、前記出力側ヨーク６ａにも、十字軸６ｂを介してフランジヨーク６ｃが連結され、これら出力側ヨーク６ａと十字軸６ｂとフランジヨーク６ｃとによって第３自在継手６が構成されている。そして、フランジヨーク６ｃが前記ディファレンシャル装置に連結されることにより、プロペラシャフト１と前記ディファレンシャル装置とが相互に連結されるようになっている。

前記第２自在継手５は、いわゆるダブルオフセットジョイント（ＤＯＪ）であって、前記軸部１３の先端部にスプライン構造をもって係合固定される図外の内輪部材と、該内輪部材の外周部に回転自在に保持された図外の複数の転動体と、第２軸部材３の一端に接合され、その内周面に前記各転動体が係合する図外の複数の軸方向溝が形成された外輪部材５ａと、から主として構成されている。これによって、前記両軸部材２，３の軸方向への相対移動を許容しつつ、該両軸部材２，３が一体回転可能に連結され、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は、第１軸部材２が第２軸部材３に対して車両後方側へと相対移動することによって、当該プロペラシャフト１が収縮可能となっている。

そして、かかる構成から、本実施形態に係るプロペラシャフト１も、従来と同様、車両が前方衝突した場合には、その軸方向入力によって、第１軸部材２が車両後方側へスライド（第２軸部材３に対して相対移動）し、これに伴って衝突円板１０がブラケット８に衝突することにより、当該ブラケット８の車体との係合が解除され、これによって、車体からの離脱が可能となっている。

以下に、本発明に係るプロペラシャフトの製造方法、具体的には、前記プロペラシャフト１の製造方法のうち本発明に係る第１軸部材２の製造方法につき、図３〜図５に基づいて説明する。

まず、第１工程として、図３に示すように、衝突円板１０を第１筒状部材１１の一端側からガイド部１１ｅへと嵌挿して、さらに、このガイド部１１ｅに沿って当該衝突円板１０を段部１１ｄに突き当たるまで押し込むことにより、当該衝突円板１０を第１筒状部材１１の被圧入部１１ｃに圧入固定する。その後に、第１カバー部材１５を第１筒状部材１１の一端側からガイド部１１ｅの先端側段部に突き当たるまで嵌挿することにより、当該第１カバー部材１５を第１筒状部材１１に圧入固定する。

ここで、前記第１筒状部材１１では、前記被圧入部１１ｃよりも先端側に該被圧入部１１ｃとほぼ同径であって衝突円板１０の内径よりも小さい外径を有する前記ガイド部１１ｅが隣設されていることから、該ガイド部１１ｅが衝突円板１０を被圧入部１１ｃに圧入する際の導入ガイドとなり、衝突円板１０を被圧入部１１ｃに直接圧入する場合に比べて、当該圧入作業を容易に行うことが可能となる。これによって、前記プロペラシャフト１の生産性の向上に供される。

また、このように、前記被圧入部１１ｃの軸方向幅Ｌ４を、衝突円板１０の板厚Ｌ５とほぼ同じに設定し、当該被圧入部１１ｃよりも先端側については、衝突円板１０の内径よりも小さい外径を有する前記ガイド部１１ｅとしたことで、衝突円板１０の圧入にあたり、第１筒状部材１１の外周面における不必要な損傷の発生を回避することができ、プロペラシャフト１の品質低下の抑制に供される。

次に、第２工程として、図４に示すように、前記第１工程において衝突円板１０と第１カバー部材１５を第１筒状部材１１に組み付けたものを図外の摩擦圧接装置にセットし、該摩擦圧接装置のチャック１８によりガイド部１１ｅをクランプした後に、第１筒状部材１１を回転させながら当該第１筒状部材１１の他端面を第２筒状部材１２の一端面に押し付けることで、両筒状部材１１，１２を摩擦圧接させて第１軸部材２を構成する。

この際、本実施形態では、衝突円板１０より接合部１１ａ側ではなく、接合部１１ａの反対側であって当該接合部１１ａの端面からより離間したガイド部１１ｅをクランプするように構成したことから、チャック１８が衝突円板１０を乗り越えるようなこともなく、当該チャック１８のストローク量の増大化を抑制することが可能となるため、前記摩擦圧接装置が大型化してしまうという問題を回避することができる。

また、このように、前記ガイド部１１ｅをクランプするようにしたことで、前記接合部１１ａに不必要なクランプ代を確保する必要もなくなる。この結果、第１筒状部材１１の不必要な長尺化を抑制することができ、当該第１筒状部材１１の全長の最適化に供される。

しかも、本実施形態では、前記衝突円板１０の取付位置を、前記接合部１１ａ近傍であって圧入固定された衝突円板１０の拘束力（締め付け力）によって前記両筒状部材１１，１２の摩擦圧接時に当該接合部１１ａの振動や変形等を抑制し得るような軸方向位置に設定したことから、前述のように接合部１１ａの端面からより離間したガイド部１１ｅクランプすることとしても、前記摩擦圧接時において接合部１１ａに振動や変形等が生じてしまうおそれもない。

具体的には、かかる衝突円板１０の配置によって、圧入固定された当該衝突円板１０が接合部１１ａ近傍を全周に亘って外周側から締め付けるはたらきをすることとなり、これによって、接合部１１ａの剛性が高められ、この接合部１１ａについて当該接合部１１ａをクランプした場合と同様の剛性を確保することが可能となる。この結果、前記摩擦圧接時における接合部１１ａの振動や変形等の抑制が図れ、より高い精度でもって前記両筒状部材１１，１２を接合することができる。

さらには、前記両筒状部材１１，１２の接合前に衝突円板１０を組み付けることとしたため、当該接合によって長尺化した第１軸部材２に対して衝突円板１０を組み付ける必要がなくなることから、衝突円板１０の圧入に係る装置の大型化を伴うおそれもない。

次に、第３工程として、図５に示すように、センターベアリング７の外周に車体取付部材２０を組み付けたものを、第２工程において構成した第１軸部材２の一端側から段部１１ｇに突き当たるまで嵌挿することによって、センターベアリング７を軸受圧入部１１ｆに圧入固定する。そして、最後に、図外の第２カバー部材を第１筒状部材１１の一端側からセンターベアリング７の端部に突き当たるまで嵌挿して組み付けることにより、当該第１軸部材２が完成する。

以上のように、本実施形態によれば、第１筒状部材１１の接合部１１ａ近傍に衝突円板１０を圧入固定する構成とし、第１筒状部材１１に衝突円板１０を組み付けた後に当該第１筒状部材１１において衝突円板１０に対して反接合部側となるガイド部１１ｅをクランプして前記両筒状部材１１，１２を摩擦圧接させるようにしたことから、前記圧入装置や前記摩擦圧接装置の大型化、第１筒状部材１１の接合部１１ａにクランプ代を確保することによる当該第１筒状部材１１の不必要な長尺化など、前記従来の技術的課題を回避しつつ、前記両筒状部材１１，１２を摩擦圧接によって精度良く接合することができる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば前記摩擦圧接装置による第１筒状部材１１のクランプ位置は、衝突円板１０よりも軸部１６側であれば、その摩擦圧接装置の仕様等に応じて自由に変更可能である。

また、以下に、前記各実施形態から把握される特許請求の範囲に係る各請求項に記載した以外の技術的思想について以下に説明する。
（ａ）その一端側に軸部を有する第１筒状部材と、その一端が前記第１筒状部材の他端に接合される第２筒状部材と、を有し、前記軸部の外周に圧入され、かつ、その外周側に弾性部材を介して配設されるブラケットを介して車体に固定されるセンターベアリングによって回転自在に支持されたプロペラシャフトの製造方法であって、
前記摩擦圧接時における前記第１筒状部材の接合部の変形を抑制可能な当該第１筒状部材の所定の軸方向位置に、その取付状態において車体衝突時に前記ブラケットに対し衝突可能に設けられる衝突部材を圧入する第１工程と、
前記第１筒状部材の前記衝突部材よりも前記接合部反対側をクランプして、前記第１筒状部材の他端面と前記第２筒状部材の一端面とを摩擦圧接によって接合する第２工程と、を有することを特徴とするプロペラシャフトの製造方法。

１…プロペラシャフト
７…センターベアリング
８…ブラケット
９…弾性部材
１０…衝突円板（衝突部材）
１１…第１筒状部材
１１ａ…接合部
１１ｅ…ガイド部
１２…第２筒状部材
１３…軸部

Claims (3)

1. 外周側に弾性部材を介して配設されるブラケットを介して車体に固定されるセンターベアリングと、
   該センターベアリングが圧入される軸部を一端側に有する第１筒状部材と、
   該第１筒状部材の他端に摩擦圧接によって接合される第２筒状部材と、
   前記第１筒状部材の接合部近傍となる当該第１筒状部材の所定の軸方向位置に圧入され、車体衝突時に前記ブラケットに対して衝突可能に設けられた衝突部材と、を備えたことを特徴とするプロペラシャフト。
2. 外周側に弾性部材を介して配設されるブラケットを介して車体に固定されるセンターベアリングと、
   該センターベアリングが圧入される軸部を一端側に有する第１筒状部材と、
   該第１筒状部材の他端に摩擦圧接によって接合される第２筒状部材と、
   前記摩擦圧接時における前記第１筒状部材の接合部の変形を抑制可能な当該第１筒状部材の所定の軸方向位置に圧入され、車体衝突時に前記ブラケットに対して衝突可能に設けられた衝突部材と、を備えたことを特徴とするプロペラシャフト。
3. その一端側に軸部を有する第１筒状部材と、その一端が前記第１筒状部材の他端に接合される第２筒状部材と、を有し、前記軸部の外周に圧入され、かつ、その外周側に弾性部材を介して配設されるブラケットを介して車体に固定されるセンターベアリングによって回転自在に支持されたプロペラシャフトの製造方法であって、
   前記第１筒状部材の接合部近傍となる当該第１筒状部材の所定の軸方向位置に、その取付状態において車体衝突時に前記ブラケットに対し衝突可能に設けられる衝突部材を圧入する第１工程と、
   前記第１筒状部材の前記衝突部材よりも前記接合部反対側をクランプして、前記第１筒状部材の他端面と前記第２筒状部材の一端面とを摩擦圧接によって接合する第２工程と、を有することを特徴とするプロペラシャフトの製造方法。

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