JP4809045B2

JP4809045B2 - プロペラシャフトの衝撃吸収構造

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Publication number: JP4809045B2
Application number: JP2005345976A
Authority: JP
Inventors: 順一平川
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: US20070123359A1; JP2007145288A; US7717796B2

Description

本発明は、車両等に用いられるプロペラシャフトの衝撃吸収構造に関する。

従来のプロペラシャフトの衝撃吸収構造の中には、第１プロペラシャフトの後端にトリポード自在継手のアウターレースが形成され、連結部材の前部にインナー軸部が形成され、インナー軸部の先端部に放射方向に突出した３個の軸受に相当するトリポードがスプライン嵌合され、アウターレースの円筒内周面に軸方向に指向して形成された３条の溝条に各トリポードが摺動自在に嵌合してトリポード自在継手を構成することにより、等速の動力伝達を行っているものがある（下記特許文献１参照）。このインナー軸部にはトリポードの内環部を位置決めするための突条部が形成されており、所定の場合には、アウターレースに押圧されたトリポードが突条部に衝突して突条部を破断し、トリポードがインナー軸部及び連結部材上を摺動していくことにより衝撃を吸収する。
特開平１０−２５０３９０号公報

ところで、上記プロペラシャフトの衝撃吸収構造では、突条部の肉厚が薄肉であり、かつ高周波焼入れを施す場合には、連結部材の搬送時やプロペラシャフトの組付け時に、突条部が欠けたり、破損したりするおそれがある。また、焼入れ時に突条部に割れが発生する問題がある。さらに、アウターレースに押圧されたトリポードが突条部に接触し衝突する際には、トリポードと突条部とが面で接触して突条部が破断されるため、突条部の肉厚の寸法誤差やトリポードの寸法誤差、またトリポードのインナー軸に対する嵌合摩擦力の誤差などにより、突条部の破断荷重にばらつきが生じてしまう問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、突条部の欠け、割れ、欠損などを防止し、また、突条部の破断荷重を安定させることができるプロペラシャフトの衝撃吸収構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、内燃機関側の駆動力を駆動輪側に伝達するプロペラシャフトの衝撃吸収構造であって、内燃機関側に位置する第１プロペラシャフトと、駆動輪側に位置する第２プロペラシャフトと、前記第１プロペラシャフトと前記第２プロペラシャフトとを連結する連結シャフトと、内径側に軸方向に対して傾斜した内環部を有し前記内環部が前記連結シャフトの外周にスプライン嵌合して設けられ前記第１プロペラシャフトの回転力を前記第２プロペラシャフトに伝達する継手部材と、前記連結シャフトの外周に設けられ前記継手部材が前記連結シャフト上を摺動することにより接触可能な突条部と、を有し、前記突条部の外径は前記内環部の傾斜外端部径よりも小さく、前記突条部の前記内環部と接触する部位には、軸方向に対して傾斜した傾斜部が形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、例えば第１プロペラシャフトが継手部材に衝突し所定の圧力が作用すると、継手部材が第１プロペラシャフトと共に連結シャフト上を軸方向に摺動していき、やがて突条部に接触し衝突する。そして、突条部が破断されて、さらに継手部材が第１プロペラシャフトと共に連結シャフト上を軸方向に摺動していくことにより、その摩擦力で衝撃が吸収緩和される。

ここで、継手部材が突条部に接触するときには、突条部の外径が継手部材の内環部の傾斜外端部径よりも小さいため、継手部材の内環部の傾斜面が突条部に接触する。内環部は軸方向に対して傾斜しているので、内環部の傾斜面が突条部の角部すなわち内環部が突条部に対して面接触ではなく点（線も含む）で接触することになる。内環部が突条部に対して点で接触すると、突条部の接触した点で応力集中が発生する。突条部に応力集中が発生すると、その応力集中部分では、わずかな衝撃力で突条部の破断荷重を超えてしまい、破断（塑性変形も含む）し易くなる。これにより、突条部を容易に破断させることができ、突条部の寸法誤差や継手部材の寸法誤差、また継手部材の連結シャフトに対する摩擦力の誤差などが生じても、突条部を破断させる荷重（衝撃力）を略一定にすることができる。また、突条部の外径が継手部材の内環部の傾斜外端部径よりも小さいことにより、突条部が連結シャフトの径方向に突出する突出量を小さくすることができる。これにより、連結シャフトの搬送時やプロペラシャフトの組付け時に、突条部が欠けたり、破損したりすることを防止でき、また、突条部の焼入れ時に突条部に割れが発生することを防止できる。

また、請求項１に記載の発明は、前記突条部の前記内環部と接触する部位には、軸方向に対して傾斜した傾斜部が形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、突条部の内環部と接触する部位には軸方向に対して傾斜した傾斜部が形成されていることにより、突条部の連結シャフトの外周から突出している体積が小さくなるため、突条部の剛性が低下する。これにより、突条部の破断荷重を増々低下させることができる。この結果、突条部がさらに破断し易くなり、突条部を破断（塑性変形）させる荷重（衝撃力）をさらに安定させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプロペラシャフトの衝撃吸収構造において、前記突条部の前記傾斜部における傾斜角度は、前記内環部の傾斜角度よりも小さいことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、突条部の傾斜部における傾斜角度は内環部の傾斜角度よりも小さいため、内環部が突条部に接触するときに内環部の傾斜面が突条部の傾斜面の最初に接触する半径方向の荷重作用線位置を調整できる。これにより、内環部の傾斜面が突条部の傾斜面に対して確実に所定の半径位置において点（または線）で接触するため、突条部に所定半径位置に応力集中を発生させることができる。この結果、突条部の破断荷重を調整可能にし易くなり、突条部を破断させる荷重（衝撃力）を容易に設定しさらに安定させることができる。

なお、本明細書において、「傾斜角度」とは、プロペラシャフト（連結シャフト）の軸方向に対する傾斜角度を意味するものである。

本発明によれば、突条部の欠け、割れ、欠損などを防止でき、また突条部の破断荷重を安定させることができる。

次に、本発明の一実施形態に係るプロペラシャフトの衝撃吸収構造について、図面を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態のプロペラシャフトの衝撃吸収構造１０は、ＦＦベースの内燃機関側に位置する略円筒状の第１プロペラシャフト１２を備えている。この第１プロペラシャフト１２の一端（前端）には、クロスジョイント（図示省略）を介して内燃機関の出力側に連結されている。

また、プロペラシャフトの衝撃吸収構造１０は、後輪側に位置する略円筒状の第２プロペラシャフト１４を備えている。この第２プロペラシャフト１４の後端は、自在継手（図示省略）を介して差動装置（図示省略）に連結されている。また、第１プロペラシャフト１２と第２プロペラシャフト１４との間には、第１プロペラシャフト１２と第２プロペラシャフト１４と同様にプロペラシャフトを構成し両者を連結する連結シャフト１６が設けられている。

この第１プロペラシャフト１２の他端（後端）にはトリポード自在継手１８のアウターレース２０が形成されている。また、連結シャフト１６の前部にはインナー軸部２２が形成されている。このインナー軸部２２には放射状に突出した３個の軸受けに相当するトリポード２４が設けられており、この各トリポード２４がアウターレース２０の内周面に軸方向（図１中矢印Ｘ方向）に沿って形成された３条の溝条（図示省略）に摺動自在に嵌合してトリポード自在継手１８を構成し等速の動力伝達が実現される。

また、アウターレース２０は有底円筒状をなし、アウターレース２０の底壁２０Ａに対して反対側の開口はアダプタ２６が取り付けられている。また、このアダプタ２６には、ブーツ２８の一方側端部が取り付けられている。また、ブーツ２８の他方側端部（軸側端部）は、ブーツバンド２９により連結シャフト１６に固着されている。

また、連結シャフト１６は、センターベアリング３２により回転自在に支持されている。このセンターベアリング３２は環状支持部材３４の環状弾性体３６により支持されており、環状支持部材３４は車体側に固定されるブラケット３８に支持されている。

このように連結シャフト１６は環状支持部材３４及びセンターベアリング３２により車体側に支持されており、その後方（図１中矢印Ｒ方向）には径が拡大された後側拡径部４０が形成されている。この後側拡径部４０には、第２プロペラシャフト１４の前端が摩擦溶着されている。

また、図３に示すように、トリポード自在継手１８を構成するトリポード２４は、その内環部４２がインナー軸部２２にスプライン嵌合されており、インナー軸部２２の回転と共に一体回転するように構成されている。この内環部４２の軸方向両端は、軸方向に対して傾斜しかつ径方向外側から内側に向かって軸方向の長さが狭くなるように形成されている。また、トリポード２４がアウターレース２０の内周面の溝条に嵌合してインナー軸部２２と共にアウターレース２０内に挿入されると、インナー軸部２２とトリポード２４の前方（図１中矢印Ｆ方向側）にアウターレース２０の底壁２０Ａが対向した状態となっている。

また、図１に示すように、センターベアリング３２の軸方向一方側及び他方側には、金属性のストッパーピース４６、４８が設けられている。各ストッパーピース４６、４８は環状に形成されており、各ストッパーピース４６、４８は連結シャフト１６に圧入保持されている。

ここで、本発明の要部について説明する。
図１乃至図３に示すように、インナー軸部２２上に設けられているトリポード２４の第２プロペラシャフト１４側には、突条部５０が設けられている。この突条部５０は、連結シャフト１６の外周に一体形成されており、連結シャフト１６の外周に突出している。また、突条部５０の外径は、トリポード２４の内径（すなわち内環部４２の傾斜外端部径）よりも小さくなるように設定されている。また、この突条部５０のトリポード２４側には、軸方向に対して傾斜した傾斜部５０Ａ（図３参照）が形成されている。

また、突条部５０の傾斜部５０Ａにおける傾斜角度は、内環部４２の傾斜角度よりも小さくなるように設定されている。すなわち、突条部５０の傾斜部５０Ａにおける傾斜角度をＥ、内環部４２の傾斜角度をＦとすると、Ｅ＜Ｆの関係を満たすように設定されている。

次に、本実施形態のプロペラシャフトの衝撃吸収構造１０の作用について説明する。プロペラシャフトに衝撃力が作用していない状態（図１に示す状態）を初期状態として以下に説明する。

図１に示すように、例えば第１プロペラシャフト１２側から第２プロペラシャフト１４側に衝撃力が作用すると、第１プロペラシャフト１２が第２プロペラシャフト１４側に移動していく。第１プロペラシャフト１２が第２プロペラシャフト１４側に移動していくと、やがてアウターレース２０の底部がインナー軸部２２の先端部に衝突する。そして、インナー軸部２２の先端部がアウターレース２０の底部を突き破り、インナー軸部２２が連結シャフト１６と共に第１プロペラシャフト１２の内部に挿入されていく。

このとき、インナー軸部２２の外周に設けられていたトリポード２４と内環部４２は、アウターレース２０の底部に押圧され、第２プロペラシャフト１４側に向かってインナー軸部２２及び連結シャフト１６上を摺動していく。トリポード２４と内環部４２がインナー軸部２２及び連結シャフト１６上を摺動していくと、やがて突条部５０に衝突する。

ここで、トリポード２４と内環部４２が突条部５０に接触するときには、突条部５０の外径がトリポード２４の内径（すなわち、内環部４２の傾斜外端部径）よりも小さいため、内環部４２の傾斜面領域が突条部５０に接触する。内環部４２は軸方向に対して傾斜しているので、内環部４２の傾斜面が突条部５０の角部すなわち内環部４２が突条部５０に対して面ではなく点（線を含む）で接触する。内環部４２が突条部５０に対して点で接触すると、突条部５０の接触した点で応力集中が発生する。突条部５０に応力集中が発生すると、その応力集中部分では、わずかな衝撃力で突条部５０の破断（塑性変形）荷重を超えてしまい、破断（変形）し易くなる。これにより、突条部５０を容易に破断させることができ、突条部５０の寸法誤差やトリポード２４及び内環部４２の寸法誤差、またトリポード２４及び内環部４２の連結シャフト１６に対する摩擦力の誤差などが生じても、突条部５０を破断させる荷重（衝撃力）を略一定にすることができる。また、突条部５０の外径がトリポード２４の内径よりも小さいことにより、突条部５０が連結シャフト１６の径方向に突出する突出量を小さくすることができる。これにより、連結シャフト１６の搬送時やプロペラシャフトの組付け時に、突条部５０が欠けたり、破損したりすることを防止でき、また、突条部５０の焼入れ時に突条部５０に割れが発生することを防止でき加工性も良い。

また、突条部５０の内環部４２と接触する部位には軸方向に対して傾斜した傾斜部５０Ａが形成されていることにより、突条部５０の連結シャフト１６の外周から突出している体積が小さくなるため、突条部５０の剛性が低下する。これにより、突条部５０の破断荷重を低下させることができる。この結果、突条部５０がさらに破断変形し易くなり、突条部５０を破断させる荷重（衝撃力）をさらに安定させることができる。

特に、突条部５０の傾斜部５０Ａにおける傾斜角度は内環部４２の傾斜角度よりも小さいため、内環部４２が突条部５０に接触するときに、内環部４２の傾斜部が突条部５０の傾斜部５０Ａに接触する半径方向の荷重作用点（線）位置を径方向に変化させることができる。これにより、内環部４２の傾斜面が突条部５０に対して確実に点で接触するとともに所定の半径方向位置に衝撃荷重を作用させることができるため、突条部５０に応力集中を確実に発生させることができる。そして、突条部５０の破断荷重を所定値に設定調整でき、部品の共用化を図ることが容易となる。この結果、突条部５０が破断し易くなり、突条部５０を破断させる荷重（衝撃力）をさらに安定させることができる。

なお、図２に示すように、突条部５０が破断されて、さらにトリポード２４及び内環部４２が連結シャフト１６上を第２プロペラシャフト１４側に摺動していくことにより、外部から第１プロペラシャフト１２に作用した衝撃力が、トリポード２４及び内環部４２の連結シャフト１６に対する摺動摩擦力により吸収緩和される。

本発明の一実施形態に係るプロペラシャフトの衝撃吸収構造の衝撃力が作用する前の部分的な構成図である。本発明の一実施形態に係るプロペラシャフトの衝撃吸収構造の衝撃力が作用した後の部分的な構成図である。本発明の一実施形態に係るプロペラシャフトの衝撃吸収構造の要部拡大図である。

符号の説明

１０プロペラシャフトの衝撃吸収構造
１２第１プロペラシャフト（プロペラシャフト）
１４第２プロペラシャフト（プロペラシャフト）
１６連結シャフト（プロペラシャフト）
２４トリポード（継手部材）
２８ブーツ
３２センターベアリング
４２内環部
４６ストッパーピース
４８ストッパーピース
５０突条部
５０Ａ傾斜部

Claims

内燃機関側の駆動力を駆動輪側に伝達するプロペラシャフトの衝撃吸収構造であって、
内燃機関側に位置する第１プロペラシャフトと、駆動輪側に位置する第２プロペラシャフトと、前記第１プロペラシャフトと前記第２プロペラシャフトとを連結する連結シャフトと、内径側に軸方向に対して傾斜した内環部を有し前記内環部が前記連結シャフトの外周にスプライン嵌合して設けられ前記第１プロペラシャフトの回転力を前記第２プロペラシャフトに伝達する継手部材と、前記連結シャフトの外周に設けられ前記継手部材が前記連結シャフト上を摺動することにより接触可能な突条部と、を有し、
前記突条部の外径は前記内環部の傾斜外端部径よりも小さく、
前記突条部の前記内環部と接触する部位には、軸方向に対して傾斜した傾斜部が形成されていることを特徴とするプロペラシャフトの衝撃吸収構造。
前記突条部の前記傾斜部における傾斜角度は、前記内環部の傾斜角度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のプロペラシャフトの衝撃吸収構造。