JP5220760B2 - 自動車用の長手方向ドライブ・シャフト - Google Patents

Description

本発明は、自動車においてトルクを伝達するための長手方向ドライブ・シャフトであって、２以上のシャフト部とジョイントとからなり、シャフト部が中間シャフトまたはジャーナルによって接続されているドライブ・シャフトに関する。

そのような長手方向ドライブ・シャフトは広く知られたものであり、トルクを伝達するように働く。また長手方向ドライブ・シャフトは、車両の長手方向の前面衝突またはクラッシュの際に車両の内部へ屈曲して飛び出し、あるいは貫入するのを防止するために、軸方向に短くなるように構成されている。同時に、乗客の負傷の可能性ができる限り排除される。前述のタイプの自動車用長手方向ドライブ・シャフトは、独国特許第４３４４１７７Ｃ１号によって知られている。

この自動車用長手方向ドライブ・シャフトは、軸方向に移動可能なボール回転式ジョイントとして構成された中間ジョイントを有し、この中間ジョイントは、長手方向に延びる第１のボール軌道を有する少なくとも１つの外側ジョイント部と、長手方向に延びる第２のボール軌道を有する内側ジョイント部と、トルクを伝達する複数のボールであって、それぞれが互いに半径方向に向かい合う位置にある第１および第２のボール軌道の中を案内される複数のボールからなる。これに関して、外側ジョイント部は中空シャフトにリジッドに接続され、内側ジョイント部はシャフト・ジャーナルにリジッドに接続される。中空シャフトに向かう方向への押し込み移動の場合の動作時に内側ジョイント部によって占められる自由空間に続く、外側ジョイント部またはそれに続く中空シャフトの内径は、内側ジョイント部の外径より小さくなるように構成される。

この構成によって、「クラッシュ」の場合に、互いに入り込むように移動するドライブ・シャフトの各部分の摩擦および拡幅により、エネルギーが長手方向シャフトによって減少または吸収されるという結果が得られると考えられる。しかし、クラッシュ中に作用する力のために長手方向ドライブ・シャフトの屈曲飛び出しが生じる可能性があるという不都合がある。

このタイプの他の解決策が独国特許第４２２４２０１Ｃ２号には記載されており、それによれば、自動車のドライブ・トレイン内の長手方向のシャフトは、内側ジョイント部とシャフト・ジャーナルとの間の接続によって、長手方向シャフトの他の部分が損傷を受けずに維持されるように構成されており、その接続は、ドライブ・トレイン内の所定の軸方向の力で解放可能である。このため、外側ジョイント部の中に内側ジョイント部用の軸方向停止手段が設けられており、内側ジョイント部とシャフト・ジャーナルの間の接続が解放され、続いてシャフト・ジャーナルが内側ジョイント部を通過するように押し込まれると、内側ジョイント部は停止手段の上でそれ自体を支持するものと考えられる。

同様に、支持は、外側ジョイント部内の導入コーンによって、または外側ジョイント部に追従する、外側ジョイント部に接続された底部内の導入コーンによって行われると考えられる。積極的にゼロから逸脱し、制御されたエネルギー吸収を伴う、目標とされる軸方向の力は、シャフト・ジャーナルが内側ジョイント部を通過するように軸方向に押されて導入コーンに入るときに摩擦仕事または変形仕事を吸収する手段によって調節可能であることが特に有利であると強調されている。

この解決策でも、事故の場合に、やはりこの長手方向ドライブ・シャフトが屈曲して客室空間に貫入する可能性があり、それが客室空間にいる人を負傷させる恐れがあるという不都合がある。さらに、シャフト・ジャーナルは単純に所望の任意の長さを有するように選択することができないため（なぜなら、シャフト・ジャーナルが非常に長い場合、長手方向シャフトの回転の曲げ臨界速度が生じ、これはまた、そのように構成された長手方向シャフトの安定システムに不利な影響を及ぼすから）、この変形の場合にはクラッシュ経路の最大長さがきわめて不都合である。

さらに、独国特許第１９９４３８８０Ｃ１号は、長手方向ドライブ・シャフトおよび中間ベアリングを有する、自動車で使用される駆動装置について記載している。

この長手方向ドライブ・シャフトは、第１のジョイントを有する第１のシャフト部と、第２のジョイントを有する第２のシャフト部と、第１のシャフト部および第２のシャフト部を接続する、ホモカイネティック固定ジョイント（ｈｏｍｏｋｉｎｅｔｉｃ ｆｉｘｅｄ ｊｏｉｎｔ）（恒速度固定継手）の形態の第３のジョイントとからなり、また第１のシャフト部に割り当てられた中間ベアリング、ホモカイネティック固定ジョイントに隣接するローラ・ベアリングを有している。この駆動装置では、外側ジョイント部、第２のシャフト・パイプ、ジョイントの外側ジョイント部、および第２のシャフト部に属するシャフト・パイプの最小内径は、第１のシャフト部、および中間ベアリングのローラ・ベアリングの最大外径より大きい。

この装置では、例えば車両の前面衝突により、軸方向において最大限に許容できる第１のジョイントおよび第２のジョイントの移動経路を超えた場合、２つのシャフト部が本質的に力を用いずに、望遠鏡のような形で互いに入り込むように移動できると考えられる。

駆動装置の機能部品をはめ込むことができるようにするために、機能部品の様々な寸法によってこれらの部品が互いに押し込まれることが保証されるが、このはまり込みプロセスを開始するのにかなりの力作用が必要であり、やはり長手方向ドライブ・シャフトの屈曲が生じないようにすることは不可能である。

したがって本発明は、クラッシュの場合に、長手方向ドライブ・シャフトの機能を決定する個々の構成要素を互いに押し込むことができ、ドライブ・シャフトのシャフト部の無制御の屈曲を回避するように、自動車用の長手方向ドライブ・シャフトをさらに発展させるという課題に基づいている。

この課題は、本発明によれば、トルクを伝達するように働き、且つ２以上のシャフト部からなる、自動車用の長手方向ドライブ・シャフトであって、これらシャフト部は、シャフト部にリジッドに接続された中間シャフトまたはジャーナルによって互いに接続されている長手方向ドライブ・シャフトによって実現される。

接続は、第１のシャフト部と共に配置されるホモカイネティック移動ジョイント（ｈｏｍｏｋｉｎｅｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｊｏｉｎｔ）によって行われ、そのボール・ハブ内に中間シャフト／ジャーナルがはめ込まれる。反対側では、中間シャフトが、第２のシャフト部のロータにリジッドに接続されたスリーブとして取り付けられる。

２つのシャフト部の間に設けられるセンタ・ベアリングは、中間シャフト（あるいは、ジャーナルが使用される場合にはジャーナル）がセンタ・ベアリングのキャリアになるような構造および構成にされる。

長手方向ドライブ・シャフトの第２のシャフト部、およびセンタ・ベアリング（この場合、センタ・ベアリングのローラ・ベアリング）は、前面衝突、クラッシュの場合に、それらが第１のシャフト部の内部にはまり込むことができるような寸法および構成にされ、したがって長手方向ドライブ・シャフト全体およびその個々の部品片も、もはや屈曲しないことが保証される。

第１のシャフト部内に配置されるホモカイネティック移動ジョイントは、第１のシャフト部の外側パイプにしっかりと接続されており、またホモカイネティック移動ジョイントの外側ジョイント・リングおよびボール・ハブはそれぞれ、それらの内壁および外壁上にボール溝を有するように構成され、その中に複数のボールが配置され、それらが案内され動き回るようになっている。

中間シャフトの代わりにジャーナルを用いるとき、ジャーナルは、第１のシャフト部に対してはホモカイネティック移動ジョイントに接続され、第２のシャフト部に対しては直接第２のシャフト部にしっかりと接続される。これは、例えば溶接によって行うことができる。

ジャーナルは、第２のシャフト部の方向では、第２のシャフト部のパイプの外径に適合させた最大外径を有するように構成され、溶接によってリジッドな接続が得られる。

ホモカイネティック移動ジョイントは、一方の側では密封キャップおよび密封ベローズによって大気から密封され、反対側には閉鎖蓋を備えている。この蓋は、汚染を生じさせ、したがって動作を妨げる外からの物体が、ホモカイネティック移動ジョイントの内部に侵入するのを防ぐ。同時に、潤滑剤が、ホモカイネティック移動ジョイントの内部から出ることができないようにする。

この閉鎖蓋は、潤滑剤がホモカイネティック移動ジョイントから出ること、および有害な物質がホモカイネティック移動ジョイントに入ることを防ぐだけではなく、事故の場合に破壊される予定破壊点を備え、一方のシャフト部が他方に自由にはまり込むことを保証する安全要素として構成される。

閉鎖蓋は漏斗形の成形部品として構成され、外側の鍔部およびそれに続く案内斜面を備え、案内斜面は閉鎖蓋の円筒部への移行部を形成し、円筒部は端面で平面部によって閉鎖されている。

閉鎖蓋の予定破壊点は、閉鎖蓋を第１のシャフト部へ、または第１のシャフト部のパイプの内壁への取り付けによって形成され、あるいは他の実施例では、閉鎖蓋の円筒部から平面部への移行領域に形成される。

ホモカイネティック移動ジョイントを密封し、予定破壊点を形成する機能に加えて、閉鎖蓋は、クラッシュの場合に案内要素として働き、それによって複数のはめ込まれる部分、中間シャフトまたはジャーナル、センタ・ベアリングのローラ・ベアリング、ならびにホモカイネティック・ジョイントのボール、ケージ（保持器）およびボール・ハブを閉鎖蓋の円筒部の中に案内する。

これに関して、蓋の破壊に加えて、クラッシュの場合に動かされる機能部品が妨げられることなく望遠鏡式にはまり込むことを可能にするように、ホモカイネティック移動ジョイントがほとんど力を用いずにその個々の部品に分解すること、および予定破壊点が移動ジョイントの外側に位置するようにすることが有利である。これは全体として、はめ込みプロセス全体に対して確実な効果をもたらす。

本発明の他の目的および特徴は、添付図面と共に検討される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、図面は例として描かれたものにすぎず、本発明の限定を規定するものとして描かれたものではないことを理解されたい。

図面では、複数の図を通じて、類似の参照符号は類似の要素を示している。

動作状態における長手方向ドライブ・シャフトの一実施例を示す図である。 第１のクラッシュ位置における長手方向ドライブ・シャフトを示す図である。 第１の予定破壊点が作用した状態の、他のクラッシュ位置における長手方向ドライブ・シャフトを示す図である。 第２の予定破壊点が作用した状態の、さらに他のクラッシュ位置における長手方向ドライブ・シャフトを示す図である。

長手方向ドライブ・シャフトの一実施例の構成を、基本図として図１に示す。これは、それぞれパイプ３および４からなる第１および第２のシャフト部１、２からなり、パイプ３および４は、中間シャフト１２によって互いに接続され、またはジャーナル１６として構成される。２つのシャフト部１、２の間にセンタ・ベアリング６が設けられ、そのローラ・ベアリング７が、支持を提供するために中間シャフト１２の上に設けられ、あるいはジャーナル１６が使用される場合にはジャーナル１６の上に設けられる。

以下では、中間シャフトについてのみ言及する。第１のシャフト部１はパイプ３からなり、その内部に、またはパイプ３に向かって、ホモカイネティック移動ジョイント５が配置される。

ホモカイネティック移動ジョイント５は、中間シャフト１２上に配置されたボール・ハブ８と、外側ジョイント・リング９と、ケージ（保持器）１０と、詳しく示してはいない複数のボール溝であって、外側ジョイント・リング９およびボール・ハブ８内に設けられ、その内部をボール１３が動くボール溝とからなる。

ホモカイネティック移動ジョイント５は、右側では、密封キャップ１５および密封ベローズ（詳しく示さず）によって密封され、ホモカイネティック移動ジョイント５の左側には、ジョイントに対する固定要素として機能する閉鎖蓋１１が設けられている。

閉鎖蓋１１は、例えば金属板などの薄肉材料から製造され、そして成形部品として構成される。それは、案内斜面１９によって互いに接続された外周鍔部２０と円筒部１７とからなる。

閉鎖蓋１１の端面は、閉鎖蓋１１を密封する平面部１８と、取り付けられた状態においてホモカイネティック移動ジョイント５とによって構成される。

図１から、閉鎖蓋１１は、ホモカイネティック移動ジョイント５の外側ジョイント・リング９に接続されていることが明らかである。この接続点が第１の予定破壊点１４を表し、その役割はクラッシュの場合にその機能を果たすこと、すなわちこの場合には、第２のシャフト部２が第１のシャフト部１内にはまり込むことができるように閉鎖蓋１１とホモカイネティック移動ジョイント５との間の接続を解除すること、または無効にすることである。

図２には、ホモカイネティック移動ジョイント５の方向におけるシャフト部２の移動の第１の位置が示され、この図から、シャフト部２が既に、ローラ・ベアリング７をセンタ・ベアリング６から押し出すまで左側へ押され、中間シャフトおよびボール・ハブが閉鎖蓋１１に突き当たっていること、または閉鎖蓋１１に当接する位置に来ていることも明らかである。移動の間、軸方向応力もまたホモカイネティック移動ジョイント５に生じており、その結果、ボール・ハブ８はある特定の部分によって外側ジョイント・リング９から外れるように移動され、中間シャフト１２は閉鎖蓋１１の平面部の内側に当接する位置に来ている。

この位置では、図２に番号１４で示す予定破壊点によって表されるように、閉鎖蓋１１とホモカイネティック移動ジョイント５の間の接続は依然として存在している。

シャフト部２がさらにホモカイネティック移動ジョイント５内に、続いてパイプ３の内部に貫通すると、予定破壊点１４はその機能を果たし、閉鎖蓋１１とホモカイネティック移動ジョイント５の間の接続を分断する。

図３は、既にボール１３もケージ１０から出てボール・ハブ８とローラ・ベアリング７の中間空間に位置する程度まで、したがってケージ１０も中間空間に位置する程度まで、シャフト部２のシャフト部１へのはまり込みが進んだ位置を示す。

図３から、閉鎖蓋１１がその外側鍔部２０によってパイプ３の内壁に沿って摺動し、それによってはまり込む各機能要素を案内するその案内の役割を閉鎖蓋１１がどのように果たしているか、および長手方向ドライブ・シャフトの屈曲飛び出しをどのように防止されるかも明らかである。図４は、作動した状態の閉鎖蓋１１の第２の予定破壊点１４を示している。ここで、閉鎖蓋１１は、円筒部１７から平面部１８への移行領域に予定破壊点１４が位置するように構成され、図４から明らかなように、閉鎖蓋１１の破壊もこの点で生じている。

これに関して、この予定破壊点１４は、ボール・ハブ８が閉鎖蓋１１の全体をホモカイネティック移動ジョイント５の外側ジョイント・リング９から押し出さず、しかしボール・ハブ８が前部、最も広義には閉鎖蓋１１の平面部１８を打ち抜き、それによってはまり込む各構成要素のさらなる移動のための経路が開かれるような寸法とされている。このとき、閉鎖蓋１１の円筒部１７がこれらの部品を案内する機能を担う。

したがって、本発明のいくつかの実施例のみを示し説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、それらに多くの変更および修正を加えることが可能であることは明らかである。

Claims (7)

1. トルクを伝達するための自動車用長手方向ドライブ・シャフトであって、
   それぞれがパイプ（３、４）として構成された第１のシャフト部（１）および第２のシャフト部（２）を含む少なくとも２つのシャフト部と、
   前記２つのシャフト部（１、２）を互いに接続する中間シャフト（１２）と、
   ローラ・ベアリング（７）を有し、前記第２のシャフト部（２）の側で前記中間シャフト（１２）によって支えられるセンタ・ベアリング（６）と、
   前記中間シャフト（１２）を前記第１のシャフト部（１）に接続するために前記第１のシャフト部（１）の前記パイプ（３）内にリジッドに配置されたホモカイネティック移動ジョイント（５）であって、外側ジョイント・リング（９）、ボール・ハブ（８）、前記外側ジョイント・リングおよびボール・ハブの複数のボール溝内を案内されて動く複数のボール（１３）、ならびに保持器（１０）を含むホモカイネティック移動ジョイント（５）と、
   前記ジョイント（５）を前記第２のシャフト部（２）の方向で密封するための密封キャップ（１５）および密封ベローズと
   を有する長手方向ドライブ・シャフトにおいて、
   前記ジョイント（５）が、案内および安全要素として構成された閉鎖蓋（１１）であって、前記第１のシャフト部（１）に向かって配置され、且つ前記パイプ（３）の内側に突出している閉鎖蓋（１１）を備え、前記閉鎖蓋（１１）が複数の予定破壊点（１４）を有しており、
   クラッシュの間に動かされる前記センタ・ベアリング（６）の部分および前記第２のシャフト部（２）が、前記第１のシャフト部（１）の前記パイプ（３）の内径より小さく構成されており、また
   前記外側ジョイント・リング（９）の内径が、前記ローラ・ベアリング（７）および前記第２のシャフト部（２）の前記パイプ（４）の外径より大きいことを特徴とする長手方向ドライブ・シャフト。
2. 前記閉鎖蓋（１１）が、前記外側ジョイント・リング（９）にリジッドに接続される請求項１に記載の長手方向ドライブ・シャフト。
3. 前記閉鎖蓋（１１）が薄肉材料から製造された成形部品であり、且つ取付鍔部（２０）、円筒部（１７）、平面部（１８）および案内斜面（１９）を有している請求項１または２に記載の長手方向ドライブ・シャフト。
4. 前記外側ジョイント・リング（９）に対する前記閉鎖蓋（１１）の接続点が、前記予定破壊点（１４）として構成されている請求項１から３までのいずれか一項に記載の長手方向ドライブ・シャフト。
5. 前記閉鎖蓋（１１）の前記円筒部（１７）から前記平面部（１８）への移行点が、前記予定破壊点（１４）として構成されている請求項３に記載の長手方向ドライブ・シャフト。
6. 前記閉鎖蓋（１１）の前記円筒部（１７）が、クラッシュの間、前記パイプ（３）の内部にはまり込む複数の構成要素を案内すること、および前記案内斜面（１９）が導入コーンとして構成されていることを特徴とする請求項３に記載の長手方向ドライブ・シャフト。
7. 前記閉鎖蓋（１１）が、前記パイプ（３）の内壁にリジッドに接続される請求項１に記載の長手方向ドライブ・シャフト。

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