JP4493020B2 - 自動車用衝撃吸収プロペラシャフト - Google Patents

Description

本発明は自動車用衝撃吸収プロペラシャフトに関する。

自動車用衝撃吸収プロペラシャフトとして、一方の分割シャフトに設けたアウタレースに、他方の分割シャフトに設けたインナシャフトの外周に付設した継手部を係合して構成した等速自在継手により、複数の分割シャフトを連結してなるものがある。尚、インナシャフトは中間部に挿着したベアリングを支持ブラケットに支持させている。

特許文献１の自動車用衝撃吸収プロペラシャフトでは、一方の分割シャフトに受けた衝撃により、該一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに収縮するとき、まずアウタに取着してある衝撃吸収板とインナの先端部が衝接し、該衝撃吸収板を破断可能にし、続いて、アウタの先端面がベアリングの先端面の側に衝接して衝撃を吸収緩和する。
特開平10-250390

特許文献１の自動車用衝撃吸収プロペラシャフトでは、インナが、分割シャフトに接続されるフランジ部を備える基端部と、アウタに嵌合されて該アウタに係合する継手部を備える先端部と、基端部と先端部の間にあってベアリングが挿着される中間部とを有して構成されるに際し、インナの全体を中実素材からなる一体の鍛造加工品としており、以下の問題点がある。

(a)プロペラシャフトは、インナに対するアウタの収縮過程で衝撃を吸収するものであり、その収縮長さを大きくとって衝撃吸収の確実を図る必要から、インナを長尺軸とする。長尺のインナの全体を鍛造加工品とするものであり、加工歪を抑えて加工寸法精度を向上することに困難がある。

(b)インナの全体を中実軸とするものであり、インナの断面の多様化が困難であるから、自ずと専用部品となりプロペラシャフトにおける衝撃吸収特性の調整及び、部品の共用化が困難になる。

(c)インナの全体を中実軸とするものであり、プロペラシャフトの軽量化に困難がある。

本発明の課題は、プロペラシャフトの加工性を向上し、その衝撃吸収特性を簡易に調整でき、部品を共用化してその軽量化を図ることにある。

請求項１の発明は、複数の分割シャフトを等速継手により連結し、一方の分割シャフトに設けた等速継手の筒状アウタに、他方の分割シャフトに設けた等速継手の軸状インナを嵌合し、該インナの中間部に挿着したベアリングを支持ブラケットに支持し、シャフト間に受けた衝撃により、一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに相対して収縮するとき、アウタの先端面がベアリングの該アウタ寄りの先端面の側に衝接し、該ベアリングをインナに対して摺動可能にする自動車用衝撃吸収プロペラシャフトにおいて、インナが、分割シャフトに接続されるフランジ部を備える基端部と、アウタに嵌合されて該アウタに係合する継手部を備える先端部と、基端部と先端部の間にあってベアリングが挿着される中間部とを有して構成され、インナの中間部を中空パイプにて構成し、中空パイプの両端のそれぞれにインナの基端部と先端部のそれぞれを接合するようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記インナの基端部と先端部のそれぞれを鍛造加工品とするようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記インナの中間部を構成する中空パイプの両端のそれぞれにインナの基端部と先端部のそれぞれを摩擦圧接にて接合するようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記アウタの内周部であって、インナと軸方向に離隔して対向する部分に衝撃吸収板を設け、シャフト間に受けた衝撃により、一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに相対して収縮するとき、まずアウタに取着してある衝撃吸収板とインナの先端部が衝接し、該衝撃吸収板を破断可能にし、続いて、アウタの先端面がベアリングの該アウタ寄りの先端面の側に衝接し、該ベアリングをインナに対して摺動可能にするようにしたものである。

（請求項１）
(a)プロペラシャフトは、インナに対するアウタの収縮過程で衝撃を吸収するものであり、その収縮長さを大きくとって衝撃吸収変位量の増大を図る必要から、インナを長尺軸とする。本発明では、長尺のインナを分割し、大径のフランジ部を備える基端部と、インナ側の軸受装着部が形成される継手部を備える先端部を除く大半の部分を中空パイプにて構成される中間部とするものである。インナの全体を鍛造加工、切削加工等する必要がなくなり、加工性を向上できる。

(b)インナの中間部を中空パイプとするものであり、中空パイプの断面寸法を多様化すること、またその長さ、板厚の設定は容易であり、プロペラシャフトにおける衝撃吸収特性の調整（衝撃吸収変位量の調整も含む）を簡易化できる。

(c)インナの中間部を中空パイプとするものであり、プロペラシャフトを軽量化できる。

(d)インナの全長や衝撃吸収特性の異なる仕様違いのインナを準備して、中間部の変更のみで基端部と先端部をそのまま流用でき、衝撃吸収特性の変更調整も簡易となる。

（請求項２）
(e)インナの基端部を鍛造加工品とすることにより大径のフランジ部を備える基端部を容易に形成でき、先端部を鍛造加工品とすることにより強度が必要とされる継手部を備える先端部を部分的に高精度に加工形成できる。

（請求項３）
(f)インナの基端部と先端部のそれぞれを中間部の両端に摩擦圧接するものであり、摩擦圧接による加工発熱、変形は局部的であり、加工寸法精度を向上できる。

（請求項４）
(g)アウタの内周部に衝撃吸収板を設けたから、プロペラシャフトが受ける軸方向の衝撃荷重により、インナとアウタが収縮するに従い、まず衝撃吸収板の破断により衝撃を吸収緩和し、続いてインナに対するベアリング（及びストッパピース）の摺動により衝撃を更に吸収緩和する。

図１は実施例１の自動車用衝撃吸収プロペラシャフトを示す全体図、図２は実施例１の自動車用衝撃吸収プロペラシャフトを示す要部断面図、図３はインナを示す断面図である。

自動車（ＦＲ車又は４ＷＤ車）用衝撃吸収プロペラシャフト１０は、図１に示す如く、前側分割シャフト１１と後側分割シャフト１２に分割された２本のシャフト部材からなり、両分割シャフト１１、１２をスライド式等速自在継手からなる等速継手２０により連結して構成される。前側分割シャフト１１の前端部は、自在継手１３を介して、エンジン側のトランスミッションの出力軸に接続される連結ヨーク１４と連結され、後側分割シャフト１２の後端部は、自在継手１５を介して、デファレンシャルギアに接続される連結ヨーク１６と連結される。

プロペラシャフト１０は、一方の分割シャフト１１を構成する中空パイプ１１Ａの一端に等速継手２０の筒状アウタ２１を摩擦溶接により接続する。また、他方の分割シャフト１２の一端に等速継手２０の軸状インナ２２を摩擦溶接により接続する。インナ２２をアウタ２１に嵌合する。

等速継手２０は、図２に示す如く、一方の分割シャフト１１に設けたアウタ２１をアウタレース２１Ａにより構成し、他方の分割シャフト１２に設けたインナ２２をインナシャフト２２Ａにより構成する。インナシャフト２２Ａの先端部の外周に形成されるセレーション２２Ｂにはトリポードを構成する内環２３が嵌合され、内環２３の外周３位置から放射状に突設される柱脚２３Ａには３個のローラが装填された継手部２４が設けられる。インナ２２の継手部２４を構成する各ローラは、アウタレース２１Ａの内周面の軸方向に延在する３条の溝条に摺動自在に係合し、等速継手２０を構成する。継手部２４が設けられる内環２３は、インナシャフト２２Ａの前端に設けた環状溝２２Ｃに係着した止め輪２５と、インナシャフト２２Ａの後端に設けた環状ストッパ２６に挟まれ、インナシャフト２２Ａ上に位置決め保持される。これにより、ストッパ２６は、継手部２４のインナシャフト２２Ａに対する軸方向後方への移動を所定の力で阻止する。

しかるに、プロペラシャフト１０は、アウタ２１を構成するアウタレース２１Ａの内周部２７であって、インナ２２のインナシャフト２２Ａと軸方向に離隔して対向する部分に衝撃吸収板３０を取着して設けた。

衝撃吸収板３０は、樹脂（金属でも可）からなり、外周ボス３１の外径部をアウタレース２１Ａの内周部２７の内径部に圧入し、アウタレース２１Ａの内周部２７に取着される。

自動車の衝突に基づく衝撃荷重により、前側分割シャフト１１及びアウタ２１（アウタレース２１Ａ）と、後側分割シャフト１２及びインナ２２（インナシャフト２２Ａ及び継手部２４）が互いに収縮（相対的に短縮）するとき、インナ２２の先端部（インナシャフト２２Ａ及び継手部２４）がアウタレース２１Ａの内周部２７に取着してある衝撃吸収板３０に衝接すると、衝撃荷重によりインナ２２（インナシャフト２２Ａ及び継手部２４）が衝撃吸収板３０をアウタレース２１Ａの内周部２７から打ち抜き、及び／又は衝撃吸収板３０を破断貫通する。

尚、アウタレース２１Ａの内周部２７に取着される衝撃吸収板３０は、アウタレース２１Ａの内周部２７に一体をなす隔壁状の薄肉部によって代えることもできる。

また、プロペラシャフト１０は、インナ２２を構成するインナシャフト２２Ａの中間部に挿着したセンタベアリング４０を、環状支持部材５０に回転自在に支持し、環状支持部材５０を支持ブラケット５０Ａに支持している。

環状支持部材５０は、内環５１と外環５２をゴム状弾性部材５３を介して接合したものであり、内環５１は小径部５１Ａ、中径部５１Ｂ、大径部５１Ｃの如くに径を変えた円筒状をなし、中径部５１Ｂの内側にベアリング４０の外輪４０Ａを嵌合し、小径部５１Ａは後述するストッパピース４１の外周まで延在し、大径部５１Ｃは後述するストッパピース４２の外周まで延在している。また、内環５１において、小径部５１Ａと大径部５１Ｃの内周のそれぞれにはシール部材５４、５５が装填され、両シール部材５４、５５はベアリング４０を両側からシールする。シール部材５４はストッパピース４１の外周に摺接し、シール部材５５はストッパピース４２の外周に摺接する。

プロペラシャフト１０は、環状支持部材５０の内環５１に嵌合されたベアリング４０をインナ２２のインナシャフト２２Ａの中間部に装填し、この状態で、インナシャフト２２Ａの中間部でベアリング４０を挟む両側に円環状ストッパピース４１、４２が装填されるものとする。これにより、ベアリング４０の内輪４０Ｂが両ストッパピース４１、４２の各端面に挟着されて位置決めされる。

このとき、２つのストッパピース４１、４２はインナシャフト２２Ａにすきま嵌め（軽圧入でも可）される。尚、ベアリング４０の内輪４０Ｂもインナシャフト２２Ａにすきま嵌め又は軽圧入される。

ストッパピース４１は大径フランジ部４１Ａを備えるとともに、大径フランジ部４１Ａの側傍の外周にフランジ付リング４３を被着される。ストッパピース４１の大径フランジ部４１Ａは環状支持部材５０の内環５１の小径部５１Ａの外方端内周に近接し、ベアリング４０を収容している内環５１の内部への水の浸入を防止する。また、大径フランジ部４１Ａと内環５１のすきまから浸入した水は、大径フランジ部４１Ａとリング４３の小径フランジ部４１Ｂの間の環状溝４１Ｃにガイドされて下方へ落下し、内環５１の内部への水の浸入を阻止する。また、ストッパピース４２も大径フランジ部４２Ａを備えるとともに、大径フランジ部４２Ａの側傍の外周にフランジ付リング４４を被着される。ストッパピース４２の大径フランジ部４２Ａは環状支持部材５０の内環５１の大径部５１Ｃの外方端内周に近接し、ベアリング４０を収容している内環５１の内部への水の浸入を防止する。また、大径フランジ部４２Ａと内環５１のすきまから浸入した水は、大径フランジ部４２Ａとリング４４の小径フランジ部４２Ｂの間の環状溝４２Ｃにガイドされて下方へ落下し、内環５１の内部への水の浸入を阻止する。

自動車の衝突に基づく衝撃荷重により、前側分割シャフト１１及びアウタ２１（アウタレース２１Ａ）と、後側分割シャフト１２及びインナ２２（インナシャフト２２Ａ及び継手部２４）が互いに収縮するとき、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）の先端面２１Ｂがベアリング４０の先端面の側、本実施例では後述するブーツ７２を挟んでストッパピース４１の先端面に衝接し、ストッパピース４１、４２とともにベアリング４０をインナシャフト２２Ａの中間部に対して摺動させようとする。

ここで、プロペラシャフト１０にあっては、図２に示す如く、インナ２２のインナシャフト２２Ａの外周であり、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）に嵌合される先端部（継手部２４）の側との間でベアリング４０及びストッパピース４２が挿着される中間部のベアリング挿着部２８を挟み、これらのベアリング４０及びストッパピース４２が挿着されるベアリング挿着部２８に境を接する外周（ベアリング挿着部２８と同一外径をなす）に、該ベアリング４０及びストッパピース４２の軸方向取付位置を規制する第１かしめ突部６１を突条形成した。第１かしめ突部６１は、インナシャフト２２Ａへのベアリング４０、ストッパピース４１、４２の装填前に、転造により、インナシャフト２２Ａの外周に連続する環状に形成される。第１かしめ突部６１は、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）の先端面２１Ｂがベアリング４０の先端面の側（ストッパピース４１の先端面）に衝接して該ベアリング４０、ストッパピース４１、４２に及ぼす一定の抜け荷重により破壊されるように設定される。

また、プロペラシャフト１０にあっては、インナ２２のインナシャフト２２Ａの外周であり、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）に嵌合される先端部（継手部２４）の側で、ベアリング４０及びストッパピース４１が挿着されるベアリング挿着部２８に境を接する外周にも、該ベアリング４０及びストッパピース４１の軸方向取付位置を規制する第２かしめ突部６２を突条形成した。第２かしめ突部６２は、インナシャフト２２Ａへのベアリング４０、ストッパピース４１、４２の装填後に、転造により、インナシャフト２２Ａの外周に連続する環状に形成される。２つのかしめ突部６１、６２のそれぞれにより、２つのストッパピース４１、４２のそれぞれの取付位置を規制する。ストッパピース４１、４２の固着はかしめ突部に限らず、ストッパリングの嵌合であっても良い。

尚、等速継手２０は、アウタ２１とインナ２２の接続空間（グリース充填室）７０を、金属薄板からなるブーツアダプタ７１とゴム状弾性体からなるブーツ７２を用いて密封し、インナシャフト２２Ａと継手部２４の転動摺動性、耐摩耗性を向上するためのグリースをこの接続空間７０に封入する。

プロペラシャフト１０の衝撃吸収動作は以下の如くになる。
(1)自動車の衝突により、前方からの衝撃荷重がプロペラシャフト１０に作用すると、前側分割シャフト１１及びアウタ２１（アウタレース２１Ａ）が後方へ移動し、後側分割シャフト１２及びインナ２２（インナシャフト２２Ａ及び継手部２４）がアウタレース２１Ａに挿入される。

(2)上述(1)の経過により、インナ２２（インナシャフト２２Ａ及び継手部２４）がアウタレース２１Ａの内周部２７に取着してある衝撃吸収板３０に衝接すると、衝撃荷重によりインナ２２（インナシャフト２２Ａ及び継手部２４）が衝撃吸収板３０をアウタレース２１Ａの内周部２７から打ち抜き、及び／又は衝撃吸収板３０を破断貫通し、アウタ２１とインナ２２が収縮する。

(3)上述(2)の過程で、インナ２２において、継手部２４の内環２３を位置決めしているストッパ２６が破壊し、内環２３がインナシャフト２２Ａのセレーションから更にストッパ２６を越えて継手部２４とともに後方へ移動したときには、その後、インナ２２を構成するインナシャフト２２Ａと継手部２４のうち、インナシャフト２２Ａだけが衝撃吸収板３０をアウタレース２１Ａの内周部２７から抜き、及び／又は衝撃吸収板３０を破断貫通する。

(4)上述(2)を経て、アウタ２１とインナ２２が更に収縮すると、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）の先端面２１Ｂがブーツ７２を挟んでインナ２２（インナシャフト２２Ａ）の中間部に圧入されているストッパピース４１の先端面に衝接し、アウタ２１がベアリング４０及びストッパピース４１、４２に及ぼす衝撃力が一定の抜け荷重に達すると、第１かしめ突部６１が破壊され、アウタ２１がストッパピース４１、４２とともにベアリング４０をインナ２２（インナシャフト２２Ａ）の中間部に対して摺動させ、アウタ２１とインナ２２を更に収縮させる。

(5)以上により、前側分割シャフト１１と後側分割シャフト１２が互いに突張ることなく、軸心を一致して収縮し、エンジンルーム内の内燃機関を含む駆動ユニットを適宜後退させて衝撃を緩和する。

しかるに、プロペラシャフト１０にあっては、分割シャフト１２に摩擦圧接により接続されるインナ２２（インナシャフト２２Ａ）を以下の如くに製作する。

インナ２２（インナシャフト２２Ａ）は、図３に示す如く、分割シャフト１２に摩擦溶接により接続される大径フランジ部１０１Ａを備える基端部１０１と、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）に嵌合されて該アウタ２１の溝条に係合する継手部２４の内環２３を嵌合可能にするセレーション２２Ｂ、環状溝２２Ｃ、環状ストッパ２６を備える先端部１０２と、基端部１０１と先端部１０２の間においてベアリング４０が挿着される中間部１０３とを有して構成される。

インナ２２（インナシャフト２２Ａ）にあっては、基端部１０１と先端部１０２のそれぞれを鍛造加工品とし、中間部１０３を中空パイプにて構成する。そして、中間部１０３の両端のそれぞれに基端部１０１と先端部１０２のそれぞれを摩擦圧接（摩擦溶接）して接合する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)プロペラシャフト１０は、インナ２２に対するアウタ２１の収縮過程で衝撃を吸収するものであり、その収縮長さを大きくとって衝撃吸収変位量の拡大を図る必要から、インナ２２を長尺軸とする。本発明では、長尺のインナ２２を分割し、大径のフランジ部１０１Ａを備える基端部１０１と、小径の強度が必要とされる継手部２４が嵌着される先端部１０２を除く大半の部分を中空パイプにて構成される中間部１０３とするものである。インナ２２の全体を鍛造加工、切削加工等する必要がなくなり、加工性を向上できる。

(b)インナ２２の中間部１０３を中空パイプとするものであり、中空パイプの断面寸法を多様化すること、また適宜その長さ、板厚の選定は容易であり、プロペラシャフト１０における衝撃吸収特性の調整（衝撃吸収変位量の調整も含む）を簡易化できる。

(c)インナ２２の中間部１０３を中空パイプとするものであり、プロペラシャフト１０を軽量化できる。

(d)インナ２２の全長や衝撃吸収特性の異なる仕様違いのインナ２２に対し、中間部１０３の変更のみで基端部１０１と先端部１０２をそのまま流用でき、衝撃吸収特性の変更調整も簡易となる。

(e)インナ２２の基端部１０１を鍛造加工品とすることにより大径のフランジ部１０１Ａを備える基端部１０１を容易に形成でき、先端部１０２を鍛造加工品とすることにより強度寸法精度が必要とされる継手部２４を備える先端部１０２を部分的に高精度に加工形成できる。

(f)インナ２２の基端部１０１と先端部１０２のそれぞれを中間部１０３の両端に摩擦圧接するものであり、摩擦圧接による加工発熱、変形は局部的であり、加工寸法精度を向上できる。

(g)アウタ２１の内周部に衝撃吸収板３０を設けたから、プロペラシャフト１０が受ける軸方向の衝撃荷重により、インナ２２とアウタ２１が収縮するに従い、まず衝撃吸収板３０の破断により衝撃を吸収緩和し、続いてインナ２２に対するベアリング４０（及びストッパピース４１、４２）の摺動により衝撃を更に吸収緩和する。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明のプロペラシャフトを構成する等速継手は、トリポード型等のスライド式等速自在継手に限らず、レブロ型、バーフィールド型等の固定式等速自在継手であっても良い。

図１は実施例１の自動車用衝撃吸収プロペラシャフトを示す全体図である。 図２は実施例１の自動車用衝撃吸収プロペラシャフトを示す要部断面図である。 図３はインナを示す断面図である。

符号の説明

１０ プロペラシャフト
１１、１２ 分割シャフト
２０ 等速継手
２１ アウタ
２１Ｂ 先端面
２２ インナ
２４ 継手部
３０ 衝撃吸収板
４０ ベアリング
５０Ａ 支持ブラケット
１０１ 基端部
１０１Ａ フランジ部
１０２ 先端部
１０３ 中間部

Claims (4)

1. 複数の分割シャフトを等速継手により連結し、一方の分割シャフトに設けた等速継手の筒状アウタに、他方の分割シャフトに設けた等速継手の軸状インナを嵌合し、該インナの中間部に挿着したベアリングを支持ブラケットに支持し、
   シャフト間に受けた衝撃により、一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに相対して収縮するとき、アウタの先端面がベアリングの該アウタ寄りの先端面の側に衝接し、該ベアリングをインナに対して摺動可能にする自動車用衝撃吸収プロペラシャフトにおいて、
   インナが、分割シャフトに接続されるフランジ部を備える基端部と、アウタに嵌合されて該アウタに係合する継手部を備える先端部と、基端部と先端部の間にあってベアリングが挿着される中間部とを有して構成され、
   インナの中間部を中空パイプにて構成し、中空パイプの両端のそれぞれにインナの基端部と先端部のそれぞれを接合することを特徴とする自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
2. 前記インナの基端部と先端部のそれぞれを鍛造加工品とする請求項１に記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
3. 前記インナの中間部を構成する中空パイプの両端のそれぞれにインナの基端部と先端部のそれぞれを摩擦圧接にて接合する請求項１又は２に記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
4. 前記アウタの内周部であって、インナと軸方向に離隔して対向する部分に衝撃吸収板を設け、
   シャフト間に受けた衝撃により、一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに相対して収縮するとき、まずアウタに取着してある衝撃吸収板とインナの先端部が衝接し、該衝撃吸収板を破断可能にし、続いて、アウタの先端面がベアリングの該アウタ寄りの先端面の側に衝接し、該ベアリングをインナに対して摺動可能にする請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。

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