JP5036739B2 - プロペラシャフトの支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラシャフトを、センターベアリングを介して車体に回転自在に支持する支持装置に関する。

従来におけるプロペラシャフトの支持装置は、センターベアリングを内部に保持するベアリングケースと、このベアリングケースの外周面に固着され、折り返し状に折曲形成された弾性部材であるインシュレータと、このインシュレータの外周に一体に固着された環状のリング部材と、該リング部材の外周面に被嵌状態で溶接固定された上下２つのロアーブラケット及びアッパーブラケットと、を備えている。

この両ブラケットは、細長いプレート状の金属材をほぼ半円弧状に折曲形成されて、ほぼ径方向に延出された両端部に取付孔が穿設され、該両取付孔に挿通した取付ボルトを、車体フロアに有するナットに螺着締結してプロペラシャフトを車体のフロアに固定するようになっている。

そして、前記リング部材に対して前記ロアーブラケットとアッパーブラケットを溶接によって一体的に結合することによって、支持装置を補強してプロペラシャフトの回転駆動時における車体への振動伝達を遮断するようになっている。

特開２００６−１５１１３８号公報(図３)

周知のように、プロペラシャフトは車両の挙動変化を吸収しながら動力を伝達するため、支持装置の前記各ブラケットも様々な方向から過大な入力荷重を受けることになり、その大きな入力荷重に耐えることのできる強度が要求されている。

したがって、前記従来の支持装置においてもリング部材を２つのブラケットによって被嵌状態に結合して補強するようになっているものの、単に平板状の金属プレートを結合させているだけであるから、プロペラシャフトの例えば車体左右方向の入力荷重に対する十分な剛性が得られないおそれがある。

そこで、前記ロアーブラケットの車体前後方向の各外側端に下方へ折曲形成された補強リブを長手方向に沿って形成することにより、前記プロペラシャフトの車体左右方向の入力荷重に対して十分な剛性を確保する装置も種々提供されている。

しかしながら、前記補強リブを設けた装置にあっては、その跳ね返りとしてプロペラシャフトの車体上下方向の入力荷重が作用すると、前記両ブラケットの両端部のリング部材との結合部付近に応力集中が発生して材料の疲労限界を超えてしまうおそれがある。

本発明は、前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、プロペラシャフトの車体左右方向の入力荷重に対するブラケットの剛性を高めつつ上下方向の剛性も高めて耐久性の向上を図り得るプロペラシャフトの支持装置を提供するものである。

本発明は、軸受部材を介してプロペラシャフトを車体に回転自在に支持するプロペラシャフトの支持装置であって、前記軸受部材の外周側に設けられたインシュレータと、該インシュレータの外周側に設けられたリング部材と、該リング部材の外周面に上下方向から挟持状態に被嵌し、それぞれの径方向へ延出した両端部が車体へ取り付けられる鋼製の第１ブラケット及び第２ブラケットと、を備え、前記第１ブラケットと第２ブラケットの少なくともいずれか一方側の車体前後方向の外端部に補強リブを設けると共に、前記一方側のブラケットの強度が、他方側のブラケットの強度よりも大きくなるように形成した。つまり、前記補強リブが設けられている一方側のブラケットの含有炭素量を、他方側のブラケットの含有炭素量よりも多くすることによって強度を高めるようにしたことを特徴としている。

この発明によれば、一方側のブラケットの補強リブによってプロペラシャフトの車体左右方向の入力荷重に対する剛性を高くすることができると共に、この一方側のブラケットの疲労限界が向上する。つまり、高い材料強度によって車体上下方向の入力荷重に十分に対抗できることからリング部材とブラケットとの結合部付近の発生応力を疲労限界以下にすることが可能になる。これによって、支持装置全体の耐久性の向上が図れる。

本発明の実施形態の支持装置に供されるリング部材と第１、第２ブラケットの結合状態を示す斜視図である。 本実施形態の支持装置を一部断面して示す要部拡大図である。 本実施形態に供されるプロペラシャフトの全体構成図である。 本実施形態に供されるリング部材と各ブラケットの分解斜視図である。 本実施形態の支持装置の全体斜視図である。 本実施形態の支持装置の縦断面図である。

以下、本発明にかかるプロペラシャフトの支持装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。

この実施形態に供される車両のプロペラシャフト１は、図２及び図３に示すように、トランスミッションに接続された駆動側シャフト２と、デファレンシャルギアに接続された従動側シャフト３とに分割形成されて、これら駆動側シャフト２と従動側シャフト３が複数の自在継手４，５，６を介して軸方向から連結されている。

そして、プロペラシャフト１は、その軸方向のほぼ中間位置が車体のフロアであるクロスメンバー７に支持装置８によって回転自在に支持されていると共に、トランスミッション側からデファレンシャルギア側に向かって下り傾斜状に配置されている。この傾斜配置によって、車両の衝突時などにおいてプロペラシャフト１の軸方向に過大な入力荷重が発生して後述する支持装置８と共にクロスメンバー７から脱落した場合に速やかに落下して安全性を高めるようになっている。

前記駆動側シャフト２は、トランスミッション側の管状本体２ａと、該管状本体２ａの一端部に軸方向から溶接によって結合された段差径状のスタブ軸２ｂ及び他端部に固定された入力軸ヨーク２ｃなどから構成されている。一方、前記従動側シャフト３は、管軸部３ａと、該管軸部３ａの一端部に固定されたスタブ軸３ｂ及び他端部に固定された出力軸ヨーク３ｃなどから構成されている。

前記スタブ軸３ｂは、駆動側シャフト２の他端部側に連結された連結部材９の円筒部９ａ内にセレーション結合していると共に、その先端部に螺着されたナット１０によって前記連結部材９に連結されている。

前記支持装置８は、図２及び図３に示すように、前記スタブ軸３ｂの外周に結合されたセンターベアリングであるボールベアリング１１と、該ボールベアリング１１の外周面に設けられた弾性部材であるインシュレータ１２と、該インシュレータ１２の外周側に埋設された円環状のリング部材１３と、該リング部材１３の外周面の上下方向から被嵌固定されて、前記クロスメンバー７に固定される一方側のブラケットであるロアーブラケット１４及び他方側のブラケットであるアッパーブラケット１５と、前記インシュレータ１２の内周面に加硫接着された円筒状の保持部材１６と、から主として構成されている。

前記ボールベアリング１１は、インナーレース１１ａが前記スタブ軸３ｂの外周に圧入などによって結合されていると共に、アウターレース１１ｂに前記円筒状の保持部材１６に圧入固定されている。

前記インシュレータ１２は、弾性ゴム材によってほぼ円環状でかつ横断面ほぼ横Ｕ字形状に折曲形成されて、プロペラシャフト１の振動を効果的に吸収するようになっている。

前記リング部材１３は、炭素を含有した熱間圧延鋼の細長い平板をプレスによって円環状に折曲形成されていると共に、外径が前記インシュレータ１２の外周部の外径よりも小さく形成されて、後述する前記インシュレータ１２の金型による加硫成形時にインシュレータ１２の内部に埋設されるようになっている。

また、リング部材１３の下端部と上端部の円周方向両側に、前記インシュレータ１２の加硫成形時にリング部材１３とアッパーブラケット１５との間に溶融ゴム材が入り込んで一体的に結合される流入用孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃが穿設されている。

前記ロアーブラケット１４とアッパーブラケット１５は、炭素を含有した熱間圧延鋼の細長い平板に形成されて、図１に示すように、これらの幅Ｗが前記リング部材１３の幅Ｗとほぼ同じ幅に設定されていると共に、プレス成形によって各中央部１４ａ、１５ａがほぼ半円弧状に折曲成形されている一方、両端部１４ｂ、１４ｃ、１５ｂ、１５ｃが径方向に沿って延出形成されている。

前記各中央部１４ａ、１５ａは、前記リング部材１３の外周面上下部を被嵌挟持するよう配置されつつ例えばスポット溶接などによってリング部材１３に対して強固に結合されていると共に、後述するように、加硫成形時に前記インシュレータ１２の内部に埋設されている。前記両端部１４ｂ、１４ｃ、１５ｂ、１５ｃは、互いに上下方向から接触対向配置されていると共に、同じくスポット溶接などによって互いに強固に結合されている。

また、前記両ブラケット１４，１５の両端部１４ｂ〜１５ｃには、前記クロスメンバー７に取り付ける図外の２本の取付ボルトが挿通される取付孔であるボルト挿通孔１４ｄ、１４ｄ、１５ｄ、１５ｄが同一位置にそれぞれ穿設されている。この各ボルト挿通孔１４ｄ、１５ｄの車体前方側孔縁には、車両の衝突などにおいて、プロペラシャフト１に前端側から軸方向へ所定以上の過大な衝撃荷重が入力されると、各ブラケット１４，１５が、前記各ボルト挿通孔１４ｄ、１５ｄを介して前記各取付ボルトの軸部からの抜け出しを許容してプロペラシャフト１をクロスメンバー７から脱落させるスリット部１４ｅ、１４ｅ、１５ｅ、１５ｅがそれぞれ形成されている。

前記ロアーブラケット１４は、長手方向のほぼ中央位置の前記リング部材１３の下端側の流入用孔１３ａと連通する固定用孔１４ｆが穿設されていると共に、車体前後方向の外端部、つまり幅方向の各外端部には一対の補強リブ１７，１８が一体に設けられている。

この両補強リブ１７，１８は、ロアーブラケット１４のプレス成形時に各外端部を下方向へ折曲することによって両端部１４ｂ、１４ｃの前記各スリット部１４ｅ、１４ｅ近傍まで長手方向に沿って一体に形成されている。

そして、前記ロアーブラケット１４は、炭素を含有した熱間圧延鋼のその具体的な材料がいわゆるＳＡＰＨ４４０によって形成されているのに対して、前記アッパーブラケット１５及びリング部材１３は同じ炭素を含有した熱間圧延鋼ではあるが、その具体的な材料がいわゆるＳＰＨＣによって形成されている。

すなわち、前記ロアーブラケット１４の材料であるＳＡＰＨ４４０は、周知のように、高い強度を備えていると共に、プレス加工性に優れた熱延鋼材であるのに対して、前記アッパーブラケット１５とリング部材１３の材料であるＳＰＨＣは、前記ＳＡＰＨよりも軟質で強度が低く、汎用性の高い熱延鋼板材である。

また、これらの熱延鋼板である炭素鋼は、その成分としてＦｅとＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ(５元素)の合金であって、Ｃ量、つまり炭素量によって低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼に分類されるが、本実施形態の前記ロアーブラケット１４のＳＡＰＨ４４０の炭素量は、０．２９０４重量％に設定されて高炭素鋼の分類になっている一方、アッパーブラケット１５とリング部材１３のＳＰＨＣの炭素量は、０．０９５８重量％に設定されて中炭素鋼になっている。したがって、前記ロアーブラケット１４は、アッパーブラケット１５やリング部材１３の材料強度よりも十分に高く設定されている。

また、前記中、高炭素鋼の溶接では、急熱、急冷によって熱影響部が硬化して割れを発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、前記ロアーブラケット１４の推定熱影響部最高硬さは、ばらつき上限において約３００Ｈｖとなるように設定している。つまり、炭素鋼溶接部の最高硬さは、予熱なしの状態では著しく硬化し、予熱、層間温度の上昇とともに低下することが知られており、低温割れ防止のためには、熱影響部の硬さを３５０Ｈｖ以下と規定されることがあるが、０．２３％以上の鋼では炭素量に応じて予熱、層間温度を管理する必要があることから、本実施形態ではロアーブラケット１４の硬度を約３００Ｈｖに設定することによって予熱、層間温度の管理精度を低く抑えている。

さらに、材料の機械的性質である伸びは、前記ＳＡＰＨ４４０が３７％、ＳＰＨＣが４４％であり、その差が７％になっている。今回、本願の発明者が、前記ロアーブラケット１４を、アッパーブラケット１５とリング部材１３と同一のＳＰＨＣで製作したロアーブラケット１４用の金型でプレス成形を行ったところ、寸法的に全く問題がないことを確認した。

以下、前記支持装置８の製造工程について説明する。

すなわち、まず図４に示すように、リング部材１３とロアーブラケット１４及びアッパーブラケット１５を、同じプレス金型によって所定の形状に成形すると共に、各孔１４ｄ、１５ｄやスリット部１４ｅ、１５ｅも同時に成形する。ここで、ロアーブラケット１４側では、前記各補強リブ１７，１８も同時にプレス成形する。

その後、リング部材１３と各ブラケット１４，１５をスポット溶接あるいはプロジェクション溶接などによって一体的に結合させて、図１に示すブラケット構成体を形成する。

続いて、前記ブラケット構成体と前記保持部材１６を、インシュレータ１２成形用のゴム成形金型のキャビティ内に配置し、このキャビティ内に溶融ゴム材を注入した後、所定時間冷却する。冷却後に離型を行えば、図５及び図６に示すように、前記インシュレータ１２が加硫成形されると共に、この内部に前記ロアーブラケット１４やアッパーブラケット１５の各中央部１４ａ、１５ａが埋設されて一体化される。また、前記保持部材１６の外周に、前記インシュレータ１２が一体的に加硫接着される。これによって、支持装置８の基本的な各構成部材の製造作業が完了する。

その後、前記支持装置８を、ボールベアリング１１を介してプロペラシャフト１に組み付けると共に、前記両ブラケット１４，１５の両端部１４ｂ、１４ｃ、１５ｂ、１５ｃの各ボルト挿通孔１４ｄ、１５ｄを介してクロスメンバー７側の２本の取付ボルトを介してナットに螺着締結すれば、プロペラシャフト１が車体側の定位置に確実に取り付けられることになる。

以上のように、本実施形態によれば、ロアーブラケット１４に一体に設けられた各補強リブ１７，１８によってプロペラシャフト１の回転駆動に伴う車体左右方向の入力荷重に対する剛性を高くすることができる。

つまり、前記補強リブ１７，１８が存在しない場合は、車体左右方向の入力荷重が作用すると、前記ロアーブラケット１４の図１に示すＡ部(折曲箇所)において大きな応力集中が発生して、耐久性が低下するおそれがあるが、本実施形態のように、補強リブ１７，１８を設けたことによって前記車体左右方向の入力荷重に対する剛性が高くなることから、大きな応力集中の発生を抑制できる。

しかし、前記各補強リブ１７，１８によって車体左右方向の剛性は高くすることはできるものの、車体上下方向に入力荷重には十分に対抗することができず、かかる上下方向の入力荷重が発生すると、前記各Ａ部箇所に応力集中が発生し易くなる。

そこで、本実施形態では、前記ロアーブラケット１４をアッパーブラケット１５やリング部材１３よりも炭素量の多い高炭素鋼によって形成したため、プロペラシャフト１の車体上下方向の疲労限界応力も高くなる。これによって、前記ロアーブラケット１４によって車体上下方向の入力荷重に十分に対抗できることから前記補強リブ１７，１８の発生応力を疲労限界以下にすることが可能になる。

これによって、車体上下左右方向の入力荷重に対する耐力が高くなって各Ａ部箇所における応力集中の発生に耐え得ることから、支持装置８全体の耐久性の向上が図れる。

また、前記ロアーブラケット１４とアッパーブラケット１５及びリング部材１３の各硬度を約３００Ｈｖ程度に設定したことによって、溶接時における熱影響部の硬化が抑制されて溶接性の影響を回避できる。

さらには、前記ロアーブラケット１４のアッパーブラケット１５やリング部材１３の材料の機械的性質である伸びの差が７％で、ほぼ同じ伸びとなることから、前記各ブラケット１４のプレス金型をＳＡＰＨ４４０とＳＰＨＣで共用することができる。このため、各材料毎のプレス金型が不要になることから、成形作業が容易になると共に、製造コストの高騰を抑制することができる。

前記両ブラケット１４、１５は、それぞれの中央部１４ａ、１５ａが前記インシュレータ１２の内部に一体に埋設されていることから、インシュレータ１２との結合剛性が向上する。特に、前記リング部材１３の流入用孔１３ａ〜１３ｃに流入した溶融ゴム材によってアッパーブラケット１５の中央部１５ａとの接着性がさらに高くなる。

また、前記各ブラケット１４，１５の各中央部１４ａ、１５ａをインシュレータ１２に埋設することによって、これら全体の外径を従来の支持装置に比較して小さくすることができる。したがって、支持装置８の小型化が図れると共に、レイアウトの自由度が向上する。

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、例えば前記アッパーブラケット１５をＳＡＰＨ４４０で形成して炭素量を０．２９０４重量％に設定する一方、ロアーブラケット１４とリング部材１３をＳＰＨＣで形成して炭素量を０．０９５８重量％に設定して、前記アッパーブラケット１５の強度をロアーブラケット１４やリング部材１３の強度よりも十分に高く設定することも可能である。なお、前記ロアーブラケット１４に各補強リブ１７，１８が一体に設けられていることは前提である。

また、この場合も、アッパーブラケット１５の硬度を約３００Ｈｖ程度に低く設定する。

したがって、この実施形態では、アッパーブラケット１５の強度向上によって支持装置８の車体上下左右方向の剛性が向上して耐久性の向上が図れると共に、前記硬度の特異な設定によってプレス成形作業の容易性と製造コストの低減化が図れるなど、先の実施形態と同様な作用効果が得られる。

１…プロペラシャフト
２…駆動側シャフト
３…従動側シャフト
４・５・６…自在継手
８…支持装置
１１…ボールベアリング(センターベアリング)
１２…インシュレータ
１３…リング部材
１４…ロアーブラケット
１４ａ…中央部
１４ｂ、１４ｃ…両端部
１５…アッパーブラケット
１５ａ…中央部
１５ｂ、１５ｃ…両端部
１４ｄ、１５ｄ…ボルト挿通孔
１７・１８…補強リブ

Claims (2)

1. 軸受部材を介してプロペラシャフトを車体に回転自在に支持するプロペラシャフトの支持装置であって、
   前記軸受部材の外周側に設けられたインシュレータと、
   該インシュレータの外周側に設けられたリング部材と、
   該リング部材の外周面に上下方向から挟持状態に被嵌し、それぞれの径方向へ延出した両端部が車体へ取り付けられる鋼製の第１ブラケット及び第２ブラケットと、を備え、
   前記第１ブラケットと第２ブラケットの少なくともいずれか一方側の車体前後方向の外端部に補強リブを設けると共に、
   前記一方側のブラケットの材料強度を、他方側のブラケットの材料強度よりも高くなるように形成したことを特徴とするプロペラシャフトの支持装置。
2. 軸受部材を介してプロペラシャフトを車体に回転自在に支持するプロペラシャフトの支持装置であって、
   前記軸受部材の外周側に設けられたインシュレータと、
   該インシュレータの外周側に設けられたリング部材と、
   該リング部材の外周面に上下方向から挟持状態に被嵌し、それぞれの径方向へ延出した両端部が車体へ取り付けられる炭素を含有した鋼製の第１ブラケット及び第２ブラケットと、を備え、
   前記第１ブラケットと第２ブラケットの少なくともいずれか一方側の車体前後方向の外端部に補強リブを設けると共に、
   前記一方側のブラケットの含有炭素量を、他方側のブラケットの含有炭素量よりも多く設定したことを特徴とするプロペラシャフトの支持装置。

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