JP3964031B2

JP3964031B2 - 自動車用プロペラシャフト

Info

Publication number: JP3964031B2
Application number: JP03304398A
Authority: JP
Inventors: 幸弘渡辺
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2018-02-16
Also published as: JPH11227478A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、４ＷＤ車やＦＲ車等においてトランスミッションからディファレンシャルに回転駆動力を伝達するプロペラシャフト（推進軸）に関し、より詳しくは、自動車が前面衝突した時にプロペラシャフトに作用する軸方向の変位をスムーズに吸収できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲ（前置きエンジン後輪駆動）車では、エンジン、クラッチ、変速機（トランスミッション）が前方に、減速歯車装置（ディファレンシャル）、駆動車軸が後方にあるため、この間の動力伝達にプロペラシャフトを用いる。プロペラシャフトは自在継手および滑り継手を有して、トランスミッションとディファレンシャルの間の相対位置の変化による長さと角度の変化に対応できる構造を持っている。プロペラシャフトは車両の構造や要求特性により２継手型、３継手型、４継手型などが用いられる。
【０００３】
従来は十字継手、フランジ、パイプ等により構成されており、衝突時の軸方向衝撃力によるトランスミッションとディファレンシャルの間の軸方向変位をプロペラシャフトでは吸収できない構造である。すなわち、衝突時の軸方向衝撃によるトランスミッションとディファレンシャルの間の軸方向変位を吸収するところがないため、プロペラシャフトが突っ張り、車体に生じる衝撃が高くなる。また、衝撃によってプロペラシャフトのパイプ（中間軸）部分がくの字形に座屈して車室内に入り込むことも考えられる。
【０００４】
軸方向変位を吸収し得るプロペラシャフトとして次のようなものが提案されている。特開平７−４４２３号公報には、パイプ自体にくびれを設け、衝突時、パイプのくびれ部分を座屈させることによって軸方向の変位を吸収し、車体に生ずる衝撃を低くするようにした構造が示されている。実用新案登録第２５２７０２４号公報には、衝突時、等速自在継手内部部品（スタブシャフト、内輪、ボール、ケージ等）をシールプレートを押しのけてテーパー形状で内部に弾性体が充てんされたパイプ内に入り込ませることによって、衝撃を低くするようにした構造が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−４４２３号公報の構造では、衝突時の軸方向衝撃力の吸収が不足し、また、くの字形に座屈して車室内に入り込む可能性があるという問題も解消されない。
【０００６】
実用新案登録第２５２７０２４号公報の構造では、パイプのテーパー加工や、弾性体の充てん等、加工および作業工程が多くなり、コスト高となる。また、パイプと等速自在継手の外輪との間に設けられたシールプレートが通常走行時に等速自在継手の内圧によって抜け出すおそれがある。
【０００７】
摺動式等速自在継手は、内・外輪が相対的に軸方向にスライド可能であるが、外輪の開口端部には内部のグリースの漏洩を防止するためにシールプレートが装着されている。このシールプレートは、通常運転時における継手の内圧によって外れないように、外輪の開口端部に形成した環状段部に嵌合させ、さらに、当該開口端部のフランジ締結する管シャフトの端面によってシールプレートを押さえるようにしている。それゆえ、等速自在継手内部部品を外輪の開口端部から脱出させるためにはシールプレートが容易に外れる必要がある。このように、シールプレートには、通常運転時には外れてはならず、一方、衝突時には容易に外れなければならない、といった相反する要請があるのである。
【０００８】
そこで、この発明は、摺動式等速自在継手を備えたプロペラシャフトの通常運転時における所期の機能を確保しつつ、自動車が前面衝突した時に生じるトランスミッションとディファレンシャルとの間の軸方向変位（短縮）をスムーズに吸収して車体に生じる衝撃を低減させることのできる自動車用プロペラシャフトを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の自動車用プロペラシャフトは、外輪のフランジを管シャフトのフランジと締結した摺動式等速自在継手を備えるプロペラシャフトにおいて、
前記等速自在継手は、管シャフトと接続する円筒状の外輪と、外輪の内側に配置され、外輪に対して軸方向にスライド可能な内輪まわりユニットと、外輪の前記管シャフト側の開口端部に形成した環状凹部に圧入したシールプレートを具備してなり、
前記内輪まわりユニットは、スタブシャフトに固定された内輪と、内・外輪間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材を含み、
外輪とフランジ締結する管シャフトの端部に前記内輪まわりユニットを収容し得る円筒状中空部を設け、自動車の衝突時に、前記内輪まわりユニットが前記シールプレートを押し退けて前記円筒状中空部に突入するようにし、
前記シールプレートが、キャップ状の芯金の外面にゴムを一体的に付着してなり、等速自在継手の外輪の開口端部に形成した環状凹部に、リム部の開口端側を等速自在継手の内部に向けて圧入され、
前記外輪の環状凹部の内径が前記管シャフトの円筒状中空部の内径よりも大きく、シールプレートの芯金の外径が前記管シャフトの円筒状中空部の内径よりも小さいことにより、前記シールプレートのリム部のゴムが前記外輪の環状凹部の内周面に密着し、前記リム部のゴムが前記菅シャフト管の環状凹部の壁面により固定されて抜け止めとなっていることを特徴とするものである。
【００１０】
自動車が前面衝突してトランスミッションが大きく後退した時には、等速自在継手の内輪まわりユニットが管シャフトの円筒状内部空間内に突入することにより、トランスミッションとディファレンシャルとの間の軸方向変位（短縮分）を吸収する。これにより、プロペラシャフトに作用する衝撃力が吸収され、ディファレンシャルを介して車体後部に入力する衝撃力が低減する。したがって、車体に生じる衝撃が大幅に低減して安全性が向上する。
【００１１】
摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセットジョイント、クロスグルーブジョイント、トリポードジョイント等々、内・外輪間で相対的軸方向移動（プランジング）が可能な各種の既知の等速自在継手を使用することができる。
【００１２】
シールプレートはキャップ状の芯金の外面にゴムを一体的に付着させて形成
することができる。そして、等速自在継手の外輪の開口端部に形成した環状凹部に、リム部の開口端側を等速自在継手の内部に向けて圧入することにより、リム部のゴムが環状凹部の内周面に密着して良好なシール効果を果たす。それゆえ、Ｏリングその他のシール部材を別途使用する必要がない。また、自動車の衝突時に等速自在継手の内輪まわりユニットが管シャフトの円筒状中空部に突入する際、シールプレートの芯金はリム部のゴムと切り離されて内輪まわりユニットに随伴してゆく。このとき、リム部の開口端側を等速自在継手の内部に向けておくことにより、自動車の衝突時、等速自在継手の内輪まわりユニットが管シャフトの円筒状中空部に突入する際にシールプレートを部材間に噛み込むことなくスムーズに押し退けることができる。
【００１３】
シールプレートを圧入する外輪の環状凹部の内径を管シャフトの円筒状中空部の内径よりも大きくし、シールプレートの芯金の外径を前記管シャフトの円筒状中空部の内径よりも小さくするのが好ましい。このようにすることで、通常の走行時においてはシールプレートが確実に所定位置に保持され、等速自在継手の内圧等の作用を受けてもシールプレートが外れるおそれがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１にプロペラシャフトの摺動式等速自在継手部分を示し、すべり継手を構成する管シャフト（１）と、パイプ（２１）を接合したスタブシャフト（２）とが摺動式等速自在継手（３）により屈曲自在に連結されている。この場合、スタブシャフト（２）およびパイプ（２１）側がトランスミッション側つまり自動車の前側である。等速自在継手（３）はいわゆるダブルオフセットジョイントであって、外輪（４）、内輪（５）、トルク伝達ボール（６）、ケージ（７）を主要な構成要素としている。
【００１６】
等速自在継手（３）の外輪（４）は両端にて開口した円筒形で、円筒状の内周面（４１）の円周方向等間隔位置に軸方向に延びる複数のボール溝（４２）を形成してある。外輪（４）の一方の開口端部の内周面には環状凹部（４３）を備え、外周面にはフランジ（４４）を備えている。環状凹部（４３）には等速自在継手（３）内部に充填した潤滑グリースの漏出を防止するためのシールプレート（８）を装着してある。外輪（４）の他方の開口端部からはスタブシャフト（２）が突き出ており、両者間のすきまはブーツ（９）で覆われて内部に充填した潤滑グリースの漏出および外部からの粉塵や水等の浸入を防止している。
【００１７】
内輪（５）は球状の外周面（５１）の円周方向の等間隔位置に軸方向に延びる複数のボール溝（５２）を備える。内輪（５）はスタブシャフト（２）とスプラインにて結合し、軸方向にはスナップリング（５３）で位置決めしてある。
【００１８】
トルク伝達ボール（６）は内輪（５）の外輪（４）のボール溝（４２）とボール溝（５２）との間に転動自在に組み込まれてある。
【００１９】
ケージ（７）は、外輪（４）の円筒状内周面（４１）と接する球状外周面（７１）と、内輪（５）の球状外周面（５１）と接する球状内周面（７２）とを有し、円周方向の等間隔位置に形成したボールポケット（７３）にトルク伝達ボール（６）を収容する。
【００２０】
以上のような構成であるため、内輪（５）は外輪（４）に対して軸方向にスライド（プランジング）できる。その際にスタブシャフト（２）と内輪（５）とトルク伝達ボール（６）とケージ（７）は、ユニットとして外輪（４）に相対して移動することから、ここではこれらを内輪まわりユニットと称する。
【００２１】
管シャフト（１）はフランジ（１１）にて外輪（４）のフランジ（４４）とボルト締結され、内部に軸方向の円筒形中空部（１２）を備える。中空部（１２）の開口端面には環状凹部（１３）を形成してあり、この環状凹部（１３）と外輪（４）の端面に形成された環状凸部（４５）をかん合させてインローを形成することにより両者が同心に結合される。管シャフト（１）は、図示した実施の形態では、スプライン軸（図示省略）と摺動自在にかん合してすべり継手を構成するスプライン孔（１４）を備えている。
【００２２】
外輪（４）の環状凹部（４３）に装着されたキャップ状のシールプレート（８）は、芯金（８１）の外面にゴム（８２）を一体的に付着させて形成されている。そして、外輪（４）の環状凹部（４３）に、リム部（８３）の開口端側を等速自在継手（２）の内部に向けて圧入することにより、リム（８３）部のゴム（８２ａ）が環状凹部（４３）の内周面に密着して良好なシール効果を果たす。
【００２３】
図２に示すように、管シャフト（１）の中空部（１２）の内径（Ｄ１２）をシールプレート（８）の芯金（８１）の外径（Ｄ８１）よりも大きく、かつ、外輪（４）の環状凹部（４３）の内径（Ｄ４３）よりも小さく設定するのが好ましい。このときの各径の関係はＤ８１＜Ｄ１２＜Ｄ４３で表される。このようにすることで、通常の走行時においてはシールプレート（８）が確実に所定位置に保持され、等速自在継手（３）の内圧等の作用を受けてもシールプレート（８）が外れることはない。すなわち、通常走行時、等速自在継手（３）の内圧によりシールプレート（８）に抜け力（Ｆ）が作用するが、シールプレート（８）のリム部（８３）のゴム（８２ａ）が管（１）の環状凹部（１３）の壁面（１３ａ）により固定され、抜け止めとなる。
【００２４】
また、自動車の衝突時には、図１に想像線で示すように、軸方向衝撃力によりスタブシャフト（２）および等速自在継手（３）の内輪まわりユニット（スタブシャフト（２），内輪（５）、ボール（６）、ケージ（７）等）がシールプレート（８）を押し出し、管（１）の中空部（１２）へ入り込もうとする。この時、シールプレート（８）のリム部（８３）のゴム（８２ａ）が変形し、あるいはちぎれて、シールプレート（８）が内輪まわりユニット（５，６，７）に随伴してゆく。内輪まわりユニット（２，５，６，７）が管（１）の中空部（１２）に突入する際、シールプレート（８）の芯金（８１）はリム部（８３）のゴム（８２ａ）と切り離されて内輪まわりユニット（５，６，７）に随伴してゆく。このとき、リム部（８３）の開口端側を等速自在継手（３）の内部に向けてあることにより、内輪まわりユニット（５，６，７）が管（１１）の中空部（１２）に突入する際にシールプレート（８）を部材間に噛み込むことなくスムーズに押し退けることができる。このようにして、内輪まわりユニット（５，６，７）およびシールプレート（８）がスムーズに管（１）の中空部（１２）に突入できるので、トランスミッションとディファレンシャルの間の軸方向変位をスムーズに吸収し、衝突の衝撃を一層効果的に低減させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の自動車用プロペラシャフトによれば、自動車の前面衝突時、軸方向衝撃力によるトランスミッションとディファレンシャルの間の軸方向変位（収縮分）がプロペラシャフト内で、しかもスムーズに吸収されるため、プロペラシャフトに作用する衝撃力が吸収され、ディファレンシャルを介して車体後部に入力する衝撃力を効果的に低減させることができる。したがって、車体に生じる衝撃が大幅に低減して安全性が向上する。
【００２６】
また、この発明によれば、通常走行時の等速自在継手の内圧によるシールプレートの抜けを確実に防止することができる。衝突時の衝撃を低減させ得ることはもちろん重要な効果であるが、通常走行時における所期の機能の保全もそれに劣らず意義のあることである。しかも、この発明は、組立て作業や加工工数は従来と同じで済むためコストアップを伴うことなく実施をすることができ、プロペラシャフトの所期の機能を保持しつつ自動車の安全性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロペラシャフトの摺動式等速自在継手部分の縦断面図である。
【図２】シールプレート部分の拡大図である。
【符号の説明】
１管シャフト
１１フランジ
１２中空部
Ｄ１２中空部内径
１３環状凹部
１３ａ壁面
１４スプライン孔
２スタブシャフト
２１パイプ
３摺動式等速自在継手
４外輪
４１円筒状内周面
４２ボール溝
４３環状凹部
Ｄ４３環状凹部内径
４４フランジ
５内輪
５１球状外周面
５２ボール溝
５３スナップリング
６トルク伝達ボール
７ケージ
７１球状外周面
７２球状内周面
７３ボールポケット
８シールプレート
８１芯金
Ｄ８１芯金外径
８２ゴム
８３リム部
９ブーツ

Claims

外輪のフランジを管シャフトのフランジと締結した摺動式等速自在継手を備えるプロペラシャフトにおいて、
前記等速自在継手は、管シャフトと接続する円筒状の外輪と、外輪の内側に配置され、外輪に対して軸方向にスライド可能な内輪まわりユニットと、外輪の前記管シャフト側の開口端部に形成した環状凹部に圧入したシールプレートを具備してなり、
前記内輪まわりユニットは、スタブシャフトに固定された内輪と、内・外輪間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材を含み、
外輪とフランジ締結する管シャフトの端部に前記内輪まわりユニットを収容し得る円筒状中空部を設け、自動車の衝突時に、前記内輪まわりユニットが前記シールプレートを押し退けて前記円筒状中空部に突入するようにし、
前記シールプレートが、キャップ状の芯金の外面にゴムを一体的に付着してなり、等速自在継手の外輪の開口端部に形成した環状凹部に、リム部の開口端側を等速自在継手の内部に向けて圧入され、
前記外輪の環状凹部の内径が前記管シャフトの円筒状中空部の内径よりも大きく、シールプレートの芯金の外径が前記管シャフトの円筒状中空部の内径よりも小さいことにより、前記シールレートのリム部のゴムが前記外輪の環状凹部の内周面に密着し、前記リム部のゴムが前記菅シャフト管の環状凹部の壁面により固定されて抜け止めとなっている、自動車用プロペラシャフト。