JP5480881B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラシャフトによって後輪に動力を伝達する車両用動力伝達装置に関する。

例えば、ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ方式）車両や４ＷＤ（4 wheel driving）車両等では、車体前部に搭載されたエンジン／トランスミッション等の駆動源からの駆動力を後輪に伝達するために、車体の前後方向に延びるプロペラシャフトを備える。

このプロペラシャフトは、例えば、特許文献１に開示されるように、一般的に、前後に２分割された前側シャフトと後側シャフトとから構成される。前側シャフトと後側シャフトは、等速自在継手により連結される。また、前側シャフトの前端は、駆動源側の出力軸（ＦＲ車両ではトランスミッション軸、４ＷＤ車両ではトランスファ出力軸）に、不等速自在継手を介して連結される。

さらに、後側シャフトの後端は、左右後輪に駆動力を分配する差動機構の入力軸に不等速自在継手を介して連結される。さらにまた、前側シャフトの後端又は後側シャフトの前端は、支持機構（センタベアリングサポート）により、車体に対して回転可能に支持される。

特許第４７３９９１３号公報

ところで、車両が障害物や他の車両と前面衝突すると、エンジン／トランスミッション等の駆動源は、ほぼ静止した状態で車体のみが慣性力で前方へ移動する。言い換えれば、エンジン／トランスミッション等の駆動源が車体に対して相対的に後方へ移動し、この相対移動により前面衝突時の衝撃が吸収される。

ＦＲ車両や４ＷＤ車両のように車体前後方向に延びるプロペラシャフトを備える車両においては、前記衝撃が入力されたとき、前記等速自在継手を折れ曲がり点とする前側シャフトと後側シャフトとの連結部でのプロペラシャフトの折れ曲がり、前記不等速自在継手を折れ曲がり点とする駆動源側の出力軸とプロペラシャフト（前側シャフト）との連結部での折れ曲がり、及び、差動機構の入力軸とプロペラシャフト（後側シャフト）との連結部での折れ曲がりによって前記相対移動が許容される。

しかしながら、前記相対移動量が大きい場合には、これらの連結部での折れ曲がり度合いも大きくなり、特に、差動機構の入力軸とプロペラシャフトとの連結部での折れ曲がり度合いが大きくなって、差動機構の入力軸とプロペラシャフトとの連結部が地面に接地し（図６参照）、この接地によって前記相対移動による衝撃吸収性能が不安定になることがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、前面衝突時に駆動源の車体に対する相対移動量が大きい場合であっても、連結部における接地を回避することが可能な車両用動力伝達装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、車体の前後方向に延び、前端が第１自在継手を介して駆動源側の出力軸に連結され、後端が第２自在継手を介して差動機構の入力軸に連結されるプロペラシャフトと、前記前端と前記後端との間で前記プロペラシャフトを前記車体に対し回転可能に支持する支持機構と、前記前端と前記支持機構との間で前記プロペラシャフトの下方を跨いで前記車体に取り付けられる取付部を有し、前記プロペラシャフトが落下したときに前記プロペラシャフトを支える落下防止帯と、を備える車両用動力伝達装置において、
前記プロペラシャフトが前記落下防止帯及び前記支持機構により支えられている状態で、前記プロペラシャフトの前記前端に作用する下方への荷重が増加したとき、前記落下防止帯の破断、又は、前記落下防止帯の前記取付部における破損が生じる前に、前記落下防止帯より前記前端側の前記プロペラシャフトが前記落下防止帯を折れ点として下方へ折れ曲がるように、前記落下防止帯の前記取付部における耐荷重及び前記落下防止帯自体の耐荷重を、前記プロペラシャフトの折れ荷重よりも大きく設定したことを特徴とする。

本発明によれば、車両が障害物や他の車両と前面衝突し、駆動源の車体に対する相対的な後方への移動が開始するのに伴いプロペラシャフトの前端と駆動源側の出力軸との連結部が第１自在継手を折れ曲がり点として折れ曲がり、このときプロペラシャフトの前端は、下方への荷重を受ける。

駆動源の車体に対する相対的な後方への移動が進むにつれてこの下方への荷重が増加するが、本発明では、落下防止帯の取付部における耐荷重（Ｆ２）及び落下防止帯自体の耐荷重（Ｆ３）がプロペラシャフトの折れ荷重（Ｆ１）よりも大きく設定されているため（Ｆ１＜Ｆ２、Ｆ３）、落下防止帯より前端側のプロペラシャフトが落下防止帯で支えられる箇所を折れ点として下方へ折れ曲がる。

このように、本発明によれば、車両の前面衝突時にプロペラシャフト自体が落下防止帯で支えられる箇所を折れ点として折れ曲がるので、その分プロペラシャフトの後端と差動機構側の入力軸とを連結する第２自在継手による連結部の折れ曲がり度合いを従来と比較して少なくすることができる。

この結果、本発明によれば、差動機構の入力軸とプロペラシャフトの後端との連結部の地面への接地が回避され、駆動源の車体に対する相対的な後方への移動による衝撃吸収性能を安定させることができる。

なお、取付部は、落下防止帯が直接取り付けられる車体側取付部と、車体に対して取り付けられる落下防止帯の帯側取付部の両者が含まれる。
また、本発明は、前記後端と前記支持機構との間で前記プロペラシャフトの下方を跨いで前記車体に取り付けられる取付部を有し、前記プロペラシャフトが落下したときに前記プロペラシャフトを支える他の落下防止帯をさらに備え、前記他の落下防止帯による前記プロペラシャフトの支持状態を保持することで、前記差動機構の入力軸側の地面に対する接地が回避されることを特徴とする。
さらに、本発明は、前記落下防止帯自体の耐荷重（Ｆ３）が、前記落下防止帯の前記取付部における耐荷重（Ｆ２）よりも大きく設定されることを特徴とする（Ｆ３＞Ｆ２）。

本発明では、前面衝突時に駆動源の車体に対する相対移動量が大きい場合であっても、連結部における接地を回避することが可能な車両用動力伝達装置を得ることができる。

本発明の実施形態に係る車両用動力伝達装置の概略構成図である。 （ａ）は、図１のＡ１−Ａ１線に沿った縦断面図、（ｂ）は、図１のＡ２−Ａ２線に沿った縦断面図、（ｃ）は、図１のＡ３−Ａ３線に沿った縦断面図である。 （ａ）は、変位量に対するプロペラシャフトの折れ荷重を示す特性図、（ｂ）は、変位量に対する車体側取付部の耐荷重を示す特性図、（ｃ）は、変位量に対する落下防止帯自体の耐荷重を示す特性図である。 図４（ａ）〜（ｄ）は、車両が前面衝突したときにプロペラシャフトが変形する状態を時系列に示した側面図である。 図４（ｄ）の拡大側面図である。 従来技術において、差動機構の入力軸とプロペラシャフトとの連結部が地面に接地した状態を示す側面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用動力伝達装置の側面図、図２（ａ）は、図１のＡ１−Ａ１線に沿った縦断面図、図２（ｂ）は、図１のＡ２−Ａ２線に沿った縦断面図、図２（ｃ）は、図１のＡ３−Ａ３線に沿った縦断面図である。なお、各図中における「前後」は、車体前後方向を示し、「左右」は、車幅方向を示している。

図１に示されるように、車両用動力伝達装置１０は、車体１１の前後方向に延びるプロペラシャフト１２を備える。プロペラシャフト１２の前端は、フック式ジョイント（第１自在継手）１４ａを介してトランスミッション（変速機）１６のトランスファ出力軸１８に連結され、プロペラシャフト１２の後端は、他のフック式ジョイント（第２自在継手）１４ｂを介してデファレンシャル機構２０の入力軸２２に連結される。なお、デファレンシャル機構２０の前部は、マウント部材２３を介して車体１１側に支持されると共に、デファレンシャル機構２０の後部は、図示しないクロスメンバに対しボルトを介して固定されている。

プロペラシャフト１２は、前側シャフト１２ａと後側シャフト１２ｂとから構成される。前側シャフト１２ａは、前端部にトランスファ出力軸１８に連結するためのフック式ジョイント１４ａを備えると共に、後端部に等速ジョイント２４のカップ部を備える。後側シャフト１２ｂは、前端部に前記カップ部内に収納されるスパイダ部を備えると共に、後端部にデファレンシャル機構２０の入力軸２２に連結するための他のフック式ジョイント１４ｂを備える。

なお、本実施形態では、前側シャフト１２ａと後側シャフト１２ｂとに分割構成されたプロペラシャフト１２を用いて説明しているが、これに限定されるものではなく、前側シャフトと後側シャフトとが一体的に構成されたプロペラシャフトであってもよい。

プロペラシャフト１２の前端と後端との間の略中央部には、プロペラシャフト１２（後側シャフト１２ｂの前端部）を車体１１に対して回転可能に支持するセンタベアリングサポート（支持機構）２６が設けられる。このセンタベアリングサポート２６は、図２（ｂ）に示されるように、車体１１のクロスメンバ２８に対しボルト２９及びナット３３を介して固定支持するための支持ブラケット３０と、軸部３１を回転自在に支持する複数のボールベアリング３２が周方向に沿って配置された軸受部材３４と、前記支持ブラケット３０と前記軸受部材３４との間に設けられ、ゴム等の弾性体によって形成される図示しない環状支持部材とを有する。なお、図２（ｂ）中において、参照符号４４は、フロアパネルを示している。

プロペラシャフト１２の前端とセンタベアリングサポート２６との間、及び、センタベアリングサポート２６とプロペラシャフト１２の後端との間には、それぞれ、プロペラシャフト１２の下方を跨いで車体１１に取り付けられる取付部３６を有し、プロペラシャフト１２が落下したときに前記プロペラシャフト１２を支える２つの落下防止帯３８ａ、３８ｂが設けられる（図２（ａ）、（ｃ）参照）。なお、取付部３６は、車体１１に対して落下防止帯３８ａ、３８ｂを取り付ける帯側取付部３６ａと、前記帯側取付部３６ａが車体１１に取り付けられる車体側取付部３６ｂの両者によって構成される。

前側の落下防止帯３８ａは、前側のフック式ジョイント１４ａとトランスファ出力軸１８とが外れたとき、プロペラシャフト１２（前側シャフト１２ａ）を受け止めてプロペラシャフト１２の落下を防止する機能を有する。後側の落下防止帯（他の落下防止帯）３８ｂは、後側フック式ジョイント１４ｂとデファレンシャル機構２０の入力軸２２とが外れたとき、プロペラシャフト１２（後側シャフト１２ｂ）を受け止めてプロペラシャフト１２の落下を防止する機能を有する。

プロペラシャフト１２の前端とセンタベアリングサポート２６との間に設けられる前側の落下防止帯３８ａは、湾曲して形成された金属製の帯状体からなり（図２（ａ）参照）、プロペラシャフト１２の外周面との間に所定のクリアランス４０が設けられる。この帯状体の長手方向に沿った一端部及び他端部には、屈曲するフランジ部４２が設けられ、フロアパネル４４の下面に一体的に設けられた補強部材４６に対して、前記フランジ部４２がボルト４８及びナット４９を介して締結固定される。この場合、フランジ部４２は、帯側取付部３６ａとして機能し、補強部材４６は、車体側取付部３６ｂとして機能するものである。

センタベアリングサポート２６とプロペラシャフト１２の後端との間に設けられる後側の落下防止帯３８ｂは、断面略Ｕ字に形成された金属製の帯状体からなり（図２（ｃ）参照）、プロペラシャフト１２の外周面との間に所定のクリアランス４０が設けられる。この帯状体の長手方向に沿った一端部及び他端部には、屈曲するフランジ部４２が設けられ、フロアパネル４４の下方側に位置するクロスメンバ５０に対して、前記フランジ部４２がボルト５２及びナット５４を介して締結固定される。この場合、フランジ部４２は、帯側取付部３６ａとして機能し、クロスメンバ５０は、車体側取付部３６ｂとして機能するものである。

本実施形態に係る車両用駆動力伝達装置１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図３（ａ）は、変位量に対するプロペラシャフトの折れ荷重を示す特性図、図３（ｂ）は、変位量に対する車体側取付部の耐荷重を示す特性図、図３（ｃ）は、変位量に対する落下防止帯自体の耐荷重を示す特性図である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）の各図中では、横軸の各変位量（ｍｍ）及び縦軸の各荷重（Ｎ）を、それぞれ同一スケールで目盛っている。

先ず、プロペラシャフト１２の折れ荷重を、以下のようにして計測した。
前側シャフト１２ａのみを用い、前側シャフト１２ａにおける後端と前側シャフト１２ａが落下したときに落下防止帯３８ａで支えられる箇所との双方を図示しない固定部材で強固に固定した状態において、前側シャフト１２の先端部に図示しない荷重付与手段で下方への荷重を付与し、先端部の垂れ下がり量を変位量として計測した。また、前側シャフト１２ａの落下防止帯３８ａで支えられる箇所に付与される荷重を、荷重計を用いて測定した。この結果、前側シャフト１２ａは、落下防止帯３８ａで支えられる箇所に付与される荷重が、図３（ａ）中の破線で示される所定荷重Ｆ１に到達したときに落下防止帯３８ａで支えられる箇所を折れ点として折れた。この所定荷重Ｆ１は、プロペラシャフト１２の折れ荷重として機能するものである。

次に、車体側取付部３６ｂの耐荷重を、以下のようにして計測した。
前側の落下防止帯３８ａを車体１１に対してボルト４８及びナット４９を介して取り付けた状態において、落下防止帯３８ａに対し図示しない荷重付与手段によって鉛直下方向の荷重を引っ張り荷重として付与した。この結果、引っ張り荷重が、図３（ｂ）中の破線で示される所定荷重Ｆ２に到達したとき、車体１１の車体側取付部３６ｂが破損し、落下防止帯３８ａを締結しているボルト４８及びナット４９が車体側取付部３６ｂから抜け落ちた。この所定荷重Ｆ２は、落下防止帯３８ａの取付部３６における耐荷重として機能するものである。

次に、落下防止帯３８ａ自体の耐荷重を、以下のようにして計測した。
車体側取付部３６ｂの耐荷重を計測した場合と基本的に同様であるが、前側の落下防止帯３８ａを取り付ける車体１１の肉厚を増大させてより強固なものとし、落下防止帯３８ａに対し図示しない荷重付与手段によって鉛直下方向の荷重を引っ張り荷重として付与した。この結果、引っ張り荷重が、図３（ｃ）中の破線で示される所定荷重Ｆ３に到達したとき、落下防止帯３８ａがフランジ部４２から破断した。この所定荷重Ｆ３は、落下防止帯３８ａ自体の耐荷重として機能するものである。

以上から、プロペラシャフト１２の折れ荷重Ｆ１と、落下防止帯３８ａの取付部３６における耐荷重Ｆ２と、落下防止帯３８ａ自体の耐荷重Ｆ３との関係は、落下防止帯３８ａの取付部３６における耐荷重Ｆ２及び落下防止帯３８ａ自体の耐荷重Ｆ３が、プロペラシャフト１２の折れ荷重Ｆ１よりも大きく設定されている（Ｆ１＜Ｆ２、Ｆ３）。この場合、本実施形態では、他の荷重と比較して落下防止帯３８ａ自体の耐荷重Ｆ３が一番大きく設定されているが（Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３）、例えば、プロペラシャフト１２の折れ荷重Ｆ１よりも大きければよく、落下防止帯３８ａの取付部３６における耐荷重Ｆ２よりも小さくなるように設定されてもよい（Ｆ１＜Ｆ３＜Ｆ２）。

次に、プロペラシャフト１２の折れ荷重Ｆ１、取付部３６における耐荷重Ｆ２、及び、落下防止帯３８ａ自体の耐荷重Ｆ３がこのような関係に設定されている場合において、障害物に対して車両を前面衝突させた実験結果を、以下詳細に説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、車両が前面衝突したときにプロペラシャフトが変形する状態を時系列に示した側面図、図５は、図４（ｄ）の拡大側面図である。また、図４（ａ）は、車両が前面衝突する前のプロペラシャフトの通常状態を示したものである。

車両が障害物と前面衝突し、エンジンＥ及びトランスミッション１６からなる駆動源の車体１１に対する相対的な後方への移動が開始するのに伴い、駆動源側からの荷重（矢印参照）がプロペラシャフト１２に付与されると、比較的重量物からなるデファレンシャル機構２０の前部を支持するマウント部材２３にクラックが発生する。このため、図４（ｂ）に示されるように、デファレンシャル機構２０の前部がマウント部材２３から落下することにより、プロペラシャフト１２の後端とデファレンシャル機構２０の入力軸２２との連結部が他のフック式ジョイント１４ｂを折れ曲がり点として折れ曲がる。

なお、プロペラシャフト１２の略中央部を支持するセンタリングサポート２６は、ゴム等の弾性体によって形成された環状支持部材から破断するが、支持ブラケット３０が車体側に残存してプロペラシャフト１２を支持した状態にある。

続いて、図４（ｃ）に示されるように、プロペラシャフト１２の前端とトランスファ出力軸１８との連結部がフック式ジョイント１４ａを折れ曲がり点として折れ曲がり、このときプロペラシャフト１２の前端は、下方への荷重を受ける。

駆動源の車体１１に対する相対的な後方への移動が進むにつれてこの下方への荷重が増加するが、本実施形態では、前側の落下防止帯３８ａの取付部３６における耐荷重Ｆ２及び落下防止帯３８ａ自体の耐荷重Ｆ３がプロペラシャフト１２の折れ荷重Ｆ１よりも大きく設定されているため（Ｆ１＜Ｆ２、Ｆ３）、落下防止帯３８ａより前端側のプロペラシャフト１２が落下防止帯３８ａで支えられる箇所を折れ点として下方へ折れ曲がる。

換言すると、プロペラシャフト１２の折れ荷重Ｆ１よりも前側の落下防止帯３８ａの取付部３６における耐荷重Ｆ２及び落下防止帯３８ａ自体の耐荷重Ｆ３が大きく設定されているため、前側の落下防止帯３８ａ自体が破断し、及び／又は、取付部３６が破損するまで、前側の落下防止帯３８ａによるプロペラシャフト１２の支持状態（拘束状態）が継続される。このため、駆動源側からの下方への荷重の増加により、前側の落下防止帯３８ａで支えられる箇所を折れ点としてプロペラシャフト１２が折れ曲がるようになる。

このように、本実施形態では、車両の前面衝突時にプロペラシャフト１２自体が前側の落下防止帯３８ａで支えられる箇所を折れ点として折れ曲がるので、その分プロペラシャフト１２の後端とデファレンシャル機構２０側の入力軸２２とを連結する他のフック式ジョイント１４ｂによる連結部の折れ曲がり度合いを従来と比較して少なくすることができる。

この結果、本実施形態では、デファレンシャル機構２０の入力軸２２とプロペラシャフト１２の後端との連結部（他のフック式ジョイント１４ｂ）の地面への接地が回避され（図４（ｄ）、図５参照）、エンジンＥ及びトランスミッション１６の車体１１に対する相対的な後方への移動による衝撃吸収性能を安定させることができる。

１０ 車両用動力伝達装置
１１ 車体
１２ プロペラシャフト
１４ａ フック式ジョイント（第１自在継手）
１４ｂ 他のフック式ジョイント（第２自在継手）
１６ トランスミッション（駆動源）
１８ トランスファ出力軸（出力軸）
２０ デファレンシャル機構（差動機構）
２２ 入力軸
２６ センタベアリングサポート（支持機構）
３６ 取付部
３８ａ 落下防止帯
Ｅ ；エンジン（駆動源）
Ｆ１；プロペラシャフトの折れ荷重
Ｆ２；落下防止帯の取付部における耐荷重
Ｆ３；落下防止帯自体の耐荷重

Claims (3)

1. 車体の前後方向に延び、前端が第１自在継手を介して駆動源側の出力軸に連結され、後端が第２自在継手を介して差動機構の入力軸に連結されるプロペラシャフトと、
   前記前端と前記後端との間で前記プロペラシャフトを前記車体に対し回転可能に支持する支持機構と、
   前記前端と前記支持機構との間で前記プロペラシャフトの下方を跨いで前記車体に取り付けられる取付部を有し、前記プロペラシャフトが落下したときに前記プロペラシャフトを支える落下防止帯と、
   を備える車両用動力伝達装置において、
   前記プロペラシャフトが前記落下防止帯及び前記支持機構により支えられている状態で、前記プロペラシャフトの前記前端に作用する下方への荷重が増加したとき、前記落下防止帯の破断、又は、前記落下防止帯の前記取付部における破損が生じる前に、前記落下防止帯より前記前端側の前記プロペラシャフトが前記落下防止帯を折れ点として下方へ折れ曲がるように、前記落下防止帯の前記取付部における耐荷重及び前記落下防止帯自体の耐荷重を、前記プロペラシャフトの折れ荷重よりも大きく設定したことを特徴とする車両用動力伝達装置。
2. 請求項１記載の車両用動力伝達装置において、
   前記後端と前記支持機構との間で前記プロペラシャフトの下方を跨いで前記車体に取り付けられる取付部を有し、前記プロペラシャフトが落下したときに前記プロペラシャフトを支える他の落下防止帯をさらに備え、
   前記他の落下防止帯による前記プロペラシャフトの支持状態を保持することで、前記差動機構の入力軸側の地面に対する接地が回避されることを特徴とする車両用動力伝達装置。
3. 請求項１記載の車両用動力伝達装置において、
   前記落下防止帯自体の耐荷重は、前記落下防止帯の前記取付部における耐荷重よりも大きく設定されることを特徴とする車両用動力伝達装置。

Images