JP6453604B2 - 長尺構造部材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のアクスルシャフト等に供される長尺構造部材に関する。

一般に、特許文献１、２に記載されたアクスルシャフト等の軸状の長尺構造部材では、トルク伝達を可能にする径を維持させつつ細く形成することでトーショナルダンパーを構成することができ、急発進やトランスミッションの急変速等によるショックロードを大幅に軽減することが可能となる。

しかし、ショック吸収後の揺れ戻しの継続をダンピングする構造が必要となるため、スペース的に無理があった。

特開２０１４−１２５０４１号公報 特開２０１４−１６３４９３号公報

解決しようとする問題点は、アクスルシャフト等の長尺構造部材をトーショナルダンパーとして構成する場合、ダンピング構造を付加するためにスペース的に無理があった点である。

本発明は、アクスルシャフト等の長尺構造部材をトーショナルダンパーとして構成する場合に、ダンピング構造をスペース的に無理なく付加することを可能とするために、軸状の長尺構造部材であって、ダンピングトルクを伝達する中空のアウターシャフトと、このアウターシャフトの軸心部に配置され一端部が前記アウターシャフトの一端部に一体的な回転が可能に結合され他端部が前記アウターシャフトの他端部に対して相対回転可能な駆動トルクを伝達するトーションバーと、前記アウターシャフト及びトーションバーの他端部間に設けられ前記トーションバーの捩じれ動作をダンピングするダンピング結合部とを備えた長尺構造部材であって、前記アウターシャフトの一端部の外周にファイナルドライブのデファレンシャル装置のインナースプラインにスプライン嵌合するスプラインを備えると共に、前記トーションバーの他端部にホイールを結合させるホイール結合部を備えた
ことを特徴とする。

本発明は、上記構成としたため、トーションバーによりショックエネルギーの吸収量を増大させることができる。アウターシャフトとトーションバーとの二重構造によりダンピング結合部をスペース的に無理なく設けることができ、トーションバーの捩じれ振動をダンピングし、揺れ戻しの捩じれ振動を早期に収束させることができる。

アクスルシャフトの断面図である。（実施例） アウターシャフトの断面図である。（実施例） アクスルシャフトの断面図である。（実施例） トーションバーの側面図である。（実施例） （Ａ）は、アウタープレートの正面図、（Ｂ）は、インナープレートの正面図、（Ｃ）は、ストッパープレートの正面図である。（実施例）

アクスルシャフト等の長尺構造部材をトーショナルダンパーとして構成する場合に、ダンピング構造をスペース的に無理なく付加することを可能にするという目的を、ダンピングトルクを伝達する中空のアウターシャフトと、このアウターシャフトの軸心部に配置された主駆動トルクを伝達するトーションバーと、前記アウターシャフト及びトーションバー間に設けられ前記アウターシャフトに対する前記トーションバーの捩じれ動作をダンピングするダンピング結合部とを備えることで実現した。

前記ダンピング結合部は、多板間の摩擦力によりダンピングする機構であってもよい。

前記アウターシャフトに対し前記トーションバーが軸方向相対移動可能に配置され、 前記アウターシャフトと前記トーションバーとの間に軸方向に付勢力を発生する弾性体を介設し、前記ダンピング結合部は、前記アウターシャフトの他端部と前記トーションバーの他端部とに各別に係合して交互に配置され前記弾性体の付勢力で締結されるアウタープレート及びインナープレートとを備えてもよい。

図1は、アクスルシャフトの断面図である。

図１は、軸状の長尺構造部材の一例としてアクスルシャフト１を適用している。軸状の長尺構造部材としては、その他、プロペラシャフト、フロントエンジンリヤドライブ構造のエクステンションシャフトなどを適用することもできる。

アクスルシャフト１は、この構造物を構成する中空のアウターシャフト３と、弾性部としてトーションバー５とを備えている。アウターシャフト３は、ダンピングトルクを伝達し、トーションバー５は、駆動部材として主駆動トルクを伝達する。

トーションバー５は、アウターシャフト３の軸心部に配置され一端部７がアウターシャフト３の一端部９に一体的な回転が可能に結合されている。トーションバー５の他端部１１はアウターシャフト３の他端部１３に対して相対回転可能な構成となっている。

アウターシャフト３及びトーションバー５の他端部１３、１１間には、ダンピング結合部１５が設けられている。本実施例においてダンピング結合部１５は、アウターシャフト３及びトーションバー５の他端部１３、１１間を相対回転可能に結合する結合部を構成するとともに、アウターシャフト３に対するトーションバー５の捩じれ動作をダンピングするものである。但し、ダンピング結合部１５を、単なる結合部として構成し、アウターシャフト３及びトーションバー５の他端部１３、１１間を相対回転可能に結合する機能のみを有する構成にすることもできる。結合部としては、アウターシャフト３の他端部１３に、トーションバー５の他端部１１が回転自在に支持される構成であればよい。

アウターシャフト３に対しトーションバー５が軸方向相対移動可能に配置され、アウターシャフト３とトーションバー５との間に軸方向に付勢力を発生する弾性体として複数枚の皿ばね１７が介設されている。

図２は、アウターシャフトの断面図、図３は、アクスルシャフトの断面図である。

図２のアウターシャフト３は、機械構造用炭素鋼などにより中空に形成され、均一径の中間部８に対し、一端部９の内周に六角嵌合穴部１８が形成されている。六角嵌合穴部１８は、六角形断面の穴で形成されている。この六角嵌合穴部１８は、後述の六角嵌合軸部２９に嵌合させ、一端部９においてアウターシャフト３からトーションバー５へ回転伝達するものであり、スプライン、キー、その他の多角形軸など他の構造を適宜採用することができる。

一端部９の開口端内周にはインロー部１９が形成されている。一端部９の外周には、スプライン２１が形成されている。一端部９のスプライン２１は、図示しないデファレンシャル装置のサイド・ギヤのインナースプラインにスプイライン嵌合し、デファレンシャル装置からのトルク伝達が可能となっている。

図２、図３のように、アウターシャフト３の他端部１３には、径を拡大した拡径部２３が形成されている。拡径部２３の内周には、回転係合用の凹条２３ａが軸方向に沿って形成され、周方向６箇所に均等配置されている。拡径部２３の内周奥側には、２箇所のストッパー用の係止突起２３ｂが１８０°配置で設けられている。拡径部２３の内周とアウターシャフト３の中間部８との間には、中間部８の内径よりも大きく拡径部２３の内径よりも小さな径の軸支持部２７が形成されている。

図４は、トーションバーの側面図である。

図４のトーションバー５は、例えばばね鋼で形成され、均一径の中間部２５に対し、一端部７には、六角嵌合軸部２９と雄ねじ部３１とが順次形成されている。六角嵌合軸部２９は、断面が六角形に形成されている。トーションバー５の他端部１１には、四角軸部３３とホイール結合部３５とが順次形成されている。四角係合軸部３３の角部外周部３３ａは、軸支持部２７に相対回転可能に軸支持されるように、円の一部を構成する曲率を有している。

四角係合軸部３３は、断面が四角形に形成されている。この四角係合軸部３３は、後述のインナープレート４５を嵌合させ、インナープレート４５がトーションバー５と共に回転するように構成したものであり、スプライン、キー、その他の多角形軸など他の構造を適宜採用することができる。

ホイール結合部３５には、フランジ部３５ａとスプライン３５ｂとが形成されている。

このトーションバー５が、アウターシャフト３内に挿入され、六角嵌合軸部２９が六角嵌合穴部１８に嵌合して前記一体的な回転が可能なように結合される。四角係合軸部３３の角部外周部３３ａは、軸支持部２７に相対回転可能に軸支持される。この状態でトーションバー５は、アウターシャフト３に対し軸方向相対移動可能に配置された構成となる。

雄ねじ部３１は、アウターシャフト３外へ突出する。アウターシャフト３のインロー部１９にばね座３７が嵌め込まれ、このばね座３７に対し前記皿ばね１７が、ナット４１により締結されている。この締結結合によりトーションバー５は、アウターシャフト３の他端部１３側から一端部９側方向へ向けた付勢力を受ける。

ダンピング結合部１５は、多板間の摩擦力により前記ダンピングを行なう機構である。ダンピング結合部１５は、アウターシャフト３に対するトーションバー５の捩じれ動作をダンピングできればよく、多板間の摩擦力に限らず、コーンクラッチ、或いは粘性流体や磁性流体を用いたクラッチなどでもよく、さらにはダンピング用のゴムをアウターシャフト３及びトーションバー５間に固着する構成にすることもできる。さらに、アウターシャフト３及びトーションバー５間の隙間全体に粘性流体を充填する構成にすることもできる。

このダンピング結合部１５は、アウタープレート４３及びインナープレート４５とを備えている。アウタープレート４３及びインナープレート４５は、アウターシャフト３の他端部１３とトーションバー５の他端部１１とに各別に係合して交互に配置され、前記皿ばね１７の付勢力で締結される。

図５（Ａ）は、アウタープレートの正面図、（Ｂ）は、インナープレートの正面図、（Ｃ）は、ストッパープレートの正面図である。

図５（Ａ）のように、アウタープレート４３は、外周に６箇所の突部４３ａが形成され、内周は、円形の穴４３ｂとなっている。穴４３ｂは、トーションバー５の四角軸部３３の角部外周部３３ａに遊嵌する径を有している。

図５（Ｂ）のように、インナープレート４５の外周は、円形に形成され、拡径部２３の内周に遊嵌する外径を有している。インナープレート４５の内周は、四角軸部３３に嵌合する角穴４５ａとなっている。インナープレート４５には、油孔４５ｂが形成されている。

図５（Ｃ）のように、ストッパープレート４７には、外周の２箇所にストッパー用の係合突起４７ａが１８０°配置で設けられている。ストッパープレート４７の内周は、四角軸部３３に嵌合する角穴４７ｂとなっている。

そして、ストッパープレート４７が角穴４７ｂで四角軸部３３に嵌合して拡径部２３内の奥側に配置される。この配置で係止突起２３ｂに係合突起４７ａが位置的に対応する。このストッパープレート４７側からインナープレート４５、アウタープレート４３の順に交互に配置され、インナープレート４５は、角穴４５ａにより四角軸部３３に嵌合し、アウタープレート４３の突部４３ａが拡径部２３の凹条２３ａに係合する。外端部のアウタープレート４３は、フランジ部３５ａに当接し、前記皿ばね１７の付勢力をフランジ部３５ａを介して受けるようになっている。

したがって、アウターシャフト３の一端部９のスプライン２１が、図示しないデファレンシャル装置のサイド・ギヤのインナースプラインにスプイライン嵌合し、ホイール結合部３５に図示しないホイールが結合された車両搭載状態で、サイド・ギヤ及びホイール間でショックロードが発生すると、トーションバー５の他端部１１側が一端部７側に対して捻られ、その捻り弾性力でショックロードを吸収する。

このとき、トーションバー５には、揺れ戻しによりアウターシャフト３に対する捻れ振動が発生する。ダンピング結合部１５では、アウタープレート４３に対しインナープレート４５が相対回転して摩擦摺動してアウターシャフト３がダンピングトルクを伝達し、トーションバー５の捻り振動を減衰（ダンピング）する。

トーションバー５が大きく捻られるとストッパープレート４７の係合突起４７ａがアウターシャフト３の係止突起２３ｂに係止され、設定以上の捻れが防止される。

つまり、トーションバー５は、外形が細く形成され、捻れ剛性を低下させ、その外側にアウターシャフト３を配置し、このトーションバー５とアウターシャフト３との径方向間にダンピング結合部１５を設けたものである。

また、ナット４１を締め上げることでダンピング結合部１５のアウタープレート４３及びインナープレート４５が摩擦トルクを増大させることができる。

トーションバー５は、ショックトルクが発生したときねじれることでショックエネルギーを蓄え、平坦なトルクとしてホイールに伝達する。このとき、ダンピング結合部１５のアウタープレート４３及びインナープレート４５が摺動し、揺れ戻しエネルギーを吸収する。

アクスルシャフト１の捻れ剛性、すなわちばね定数は、伝達トルクにより変化せず一定であるため、大きなトルクであってもショックは発生しない。

また、アクスルシャフト１は、ファイナルドライブよりも下流にある。したがって、小さな捩じれ角がファイナルドライブ上流の減速比を乗じた大きな捩じれ角と等価である。その上、アクスルシャフト１は長く捩じれ角が大きい上に内外二重構造である。結果、吸収可能エネルギーは、他の箇所に設置した場合に比較して格段に大きくなる。また、他の部品の変更なくダンパーを簡単に設けることができる。

［実施例の効果］
本発明実施例のトーショナルダンパーであるアクスルシャフト１は、ダンピングトルクを伝達する中空のアウターシャフト３と、このアウターシャフト３の軸心部に配置され一端部７がアウターシャフト３の一端部９に一体的な回転が可能に結合され他端部１１がアウターシャフト３の他端部１３に対して相対回転可能な主駆動トルクを伝達するトーションバー５と、アウターシャフト３及びトーションバー５の他端部１３、１１間を相対回転可能に結合するダンピング結合部１５とを備えた。

このため、アウターシャフト３とトーションバー５との構造によりトーションバー５を細くしてショックエネルギーの吸収量を増大させることができる。

前記ダンピング結合部１５は、アウターシャフト３に対するトーションバー５の捩じれ動作をダンピングする。

このため、ダンピング結合部１５によりトーションバー５の捩じれ振動をダンピングし、揺れ戻しエネルギーを早期に収束させることができる。

前記アウターシャフト３に対し前記トーションバー５が軸方向相対移動可能に配置され、 前記アウターシャフト３と前記トーションバー５との間に軸方向に付勢力を発生する皿ばね１７を介設し、前記ダンピング結合部１５は、前記アウターシャフト３の他端部１３と前記トーションバー５の他端部１１とに各別に係合して交互に配置され前記皿ばね１７の付勢力で締結されるアウタープレート４３及びインナープレート４５とを備えた。

このため、アウターシャフト３に対するトーションバー５の捻れによりアウタープレート４３及びインナープレート４５間が相対回転して摩擦摺動し、揺れ戻しエネルギーを減衰することができる。

しかも、アウタープレート４３及びインナープレート４５は、トーションバー５の捩じれの基端となる一端部７に対して反対側の他端部１１に配置されるから、捻れ動作の大きな部分で摩擦摺動することができ、小さなダンピング結合部１５により大きな減衰効果を得ることができる。

このため、駆動部材の急発進やトランスミッションの急変速によるショックロードを大幅に軽減することが可能となり、より小さな歯車や、細いシャフトが使用できる。

したがって、車両軽量化による運動性能及び燃費向上、コスト軽減が可能である。

ダンピング結合部１５に多板構造を使用することでダンピング効果を大きく変化させることができる。

競技等の限界走行においては、路面とタイヤ間の急激なトルク変化により、グリップを失い、スピンに至る場合がある。この場合でも、前記ダンピング効果によりショックトルクが消滅するため、限界速度が向上する効果がある。

１ アクスルシャフト（長尺構造部材）
３ アウターシャフト
５ トーションバー
７ トーションバーの一端部
９ アウターシャフトの一端部
１１ トーションバーの他端部
１３ アウターシャフトの他端部
１５ ダンピング結合部
１７ 皿ばね（弾性体）
４３ アウタープレート
４５ インナープレート

Claims (3)

1. 軸状の長尺構造部材であって、
   ダンピングトルクを伝達する中空のアウターシャフトと、
   このアウターシャフトの軸心部に配置され一端部が前記アウターシャフトの一端部に一体的な回転が可能に結合され他端部が前記アウターシャフトの他端部に対して相対回転可能な駆動トルクを伝達するトーションバーと、
   前記アウターシャフト及びトーションバーの他端部間に設けられ前記トーションバーの捩じれ動作をダンピングするダンピング結合部と、
   を備えた長尺構造部材であって、
   前記アウターシャフトの一端部の外周にファイナルドライブのデファレンシャル装置のインナースプラインにスプライン嵌合するスプラインを備えると共に、前記トーションバーの他端部にホイールを結合させるホイール結合部を備えた、
   ことを特徴とする長尺構造部材。
2. 請求項１記載の長尺構造部材であって、
   前記アウターシャフトに対し前記トーションバーが軸方向相対移動可能に配置され、
   前記トーションバーの一端部を前記アウターシャフトの一端部外に突出させ、
   前記アウターシャフトの一端部外に突出した前記トーションバーの部分で前記アウターシャフトと前記トーションバーとの間に軸方向に付勢力を発生する弾性体を介設し、
   前記ダンピング結合部は、前記弾性体の付勢力で締結されて摩擦力によりダンピングする機構である、
   ことを特徴とする長尺構造部材。
3. 請求項１又は２記載の長尺構造部材であって、
   前記アウターシャフト及びトーションバー間に、前記トーションバーの設定以上の捻れ動作を防止する係合突起及び係止突起を備えた、
   ことを特徴とする長尺構造部材。

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