WO2016203975A1 - ドライブシャフトの支持構造 - Google Patents

Abstract

デファレンシャルに連結された軸部５を有するドライブシャフト１を、軸部５の外周に嵌合した転がり軸受１０および金属製のブラケット２０を介して車体８に対して支持したドライブシャフト１の支持構造であって、ブラケット２０が、転がり軸受１０を内周に保持した円筒部２１と、車体８に対してボルト止めされるフランジ部２２とを一体に有するものにおいて、円筒部２１の内径面２１ａに周方向で有端の嵌合溝２５を形成し、嵌合溝２５に、転がり軸受１０の外輪１２の一端面と軸方向で係合可能に止め輪２６を嵌合固定する。

Description

ドライブシャフトの支持構造

　本発明は、ドライブシャフトの支持構造に関する。

　周知のように、例えばＦＦ車においては、エンジンと駆動車輪としての前輪との間にドライブシャフトが配設され、エンジンの動力がドライブシャフトを介して駆動車輪に伝達される。ドライブシャフトは、エンジン側（車幅方向内側）に配置され、軸方向変位および角度変位を許容する摺動式等速自在継手と、駆動車輪側（車幅方向外側）に配置され、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、両等速自在継手をトルク伝達可能に連結した中間シャフトとを備える。

　ところで、ＦＦ車の多くは、エンジンおよびトランスミッションを効率良くエンジンルーム内に収める観点から、エンジンとトランスミッションとを横一列に並べて配置している。この種のいわゆる横置きエンジンタイプのＦＦ車（特に、比較的大排気量のＦＦ車）では、図６に示すように、デファレンシャル１２０が車幅方向の中央部よりも外側にシフトした位置に配置される関係上、左右のドライブシャフト１００，１１０の全長寸法を相互に異ならせる必要がある。この場合に何ら対策を講じなければ、左右のドライブシャフトの捩じり剛性が相互に異なってしまうため、トルク伝達時に左右のドライブシャフトの捩れ量に差が生じ、いわゆるトルクステアが生じ易くなる。トルクステアが生じると、運転性能や乗り心地に悪影響が及ぶ。

　そこで、一般的には、図６に示すように、両ドライブシャフト１００，１１０で中間シャフト１０１，１１１の長さを均等にするために、両ドライブシャフト１００，１１０のうち、何れか一方の摺動式等速自在継手（図６では左側のドライブシャフト１００の摺動式等速自在継手１０２）を、他方の摺動式等速自在継手１１２よりも長寸とする対策が採られる。なお、摺動式等速自在継手１０２は、相対的に長寸の軸部１０４を有する外側継手部材１０３を採用することにより、摺動式等速自在継手１１２よりも長寸となっている。

　ドライブシャフトは、通常、車幅方向内側の端部（摺動式等速自在継手の軸部の自由端）がデファレンシャルに連結されるが、図６に示す左側のドライブシャフト１００においては、軸部１０４が長寸である分、軸部１０４の自由端をデファレンシャル１２０に連結するだけでは、軸部１０４、ひいてはドライブシャフト１００の挙動が不安定化し易くなる。そこで、図６に示すように、ドライブシャフト１００（の軸部１０４）は、軸部１０４の外周に嵌合した転がり軸受１３０およびその外径側に配置した金属製のブラケット１４０を介して車体（図示例ではエンジン）１２１に対して回転可能に支持される（例えば特許文献１を参照）。上記の転がり軸受１３０は、その機能上サポート軸受とも称される。

　図７に、従来のドライブシャフトの支持構造を適用した動力伝達系の要部拡大図を示し、図８に、図７中に示すブラケット１４０を車幅方向内側から見たときの正面図を示す。図７に示すように、転がり軸受１３０は、軸部１０４の外周に嵌合された内輪１３１と、複数のボール１３２を介して内輪１３１に対して相対回転する外輪１３３とを備えた玉軸受である。ブラケット１４０は、例えば金属板のプレス成形品とされ、転がり軸受１３０を内周に保持した円筒部１４１と、円筒部１４１の一端（図示例では車幅方向内側の端部）外周に設けられ、ボルト部材１５０によりエンジン１２１に対して取り付け固定されたフランジ部１４２とを一体に有する。円筒部１４１の内径面の軸方向一端部には、図８に示すように、溝底中心が円筒部１４１の内径中心（軸部１０４の軸心）Ｏと一致した円環状の嵌合溝１４５が設けられている。

　図７に示すように、円環状の嵌合溝１４５には、外輪１３３の一端面と軸方向で係合可能に止め輪（図示例はＣ型のスナップリング）１４６が嵌合固定される。また、軸部１０４の外周面には、内輪１３１の一端面と軸方向で係合可能に止め輪１０６が嵌合固定される。以上により、転がり軸受１３０の抜け止めがなされる。

特開２０１２－３６９７３号公報

　近年、自動車の低燃費化競争が激しさを増していることから、自動車の各種構成部品をできるだけ軽量化することが急務となっている。上記のようなドライブシャフトの支持構造においては、例えば金属製のブラケット１４０を薄肉化すれば、ドライブシャフトを含む動力伝達系を軽量化することができる。しかしながら、ブラケット１４０には、エンジン１２１の振動や、摺動式等速自在継手１０２の軸方向変位に伴う軸方向荷重等が入力されることに加え、ドライブシャフト１００等の重量に応じた荷重等が作用する。そのため、ブラケット１４０をむやみに薄肉化すると、ブラケット１４０に必要とされる機械的強度（耐久性）を確保することができず、ドライブシャフト１００の挙動が不安定化するおそれが高まる。

　本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、転がり軸受およびブラケットを介してドライブシャフトを車体に支持する支持構造において、ブラケットに必要とされる機械的強度を確保しつつ、ブラケットの軽量・コンパクト化を図り、これを通じてドライブシャフトを含む動力伝達系を適切に支持可能としつつ、その軽量化に寄与することにある。

　本願発明者らは鋭意研究を重ね、その結果、ドライブシャフトの軸部を図７に示す態様で支持する場合、ブラケットの中で最も高い応力が作用する応力集中部Ａは、円筒部の外径面の周方向一部領域とこれに連続したフランジ部の端面との境界付近（図７，８中に示すクロスハッチングを参照）であることを見出した。そのため、円筒部の内径面のうち、上記の応力集中部Ａと周方向でオーバーラップしない領域に止め輪嵌合用の嵌合溝を設ければ、円筒部を部分的又は全体的に薄肉化しても、ブラケット（特に上記の応力集中部Ａ）に必要とされる機械的強度を確保し得ることを見出し、本発明を創案するに至った。

　上記の知見に基づいて創案された本発明は、デファレンシャルに連結された軸部を有するドライブシャフトを、軸部の外周に嵌合した転がり軸受およびその外径側に配置した金属製のブラケットを介して車体に対して支持したドライブシャフトの支持構造であって、ブラケットが、転がり軸受を内周に保持した円筒部と、円筒部の一端外周に設けられ、車体に対してボルト止めされるフランジ部とを一体に有するものにおいて、円筒部の内径面に、周方向で有端の嵌合溝を形成し、この嵌合溝に、転がり軸受の外輪の一端面と軸方向で係合可能に止め輪を嵌合固定したことを特徴とする。

　上記のように、止め輪を嵌合固定するための嵌合溝を周方向で有端に形成すれば、嵌合溝を、円筒部のうちで上記の応力集中部を避けた周方向領域に設けることが可能となる。この場合、ブラケットのうち、例えば円筒部を全体的に薄肉化しても、ブラケット（特に応力集中部の発生領域）に必要とされる機械的強度を確保することができる。従って、ブラケットを全体として軽量・コンパクト化しつつも、ブラケットに必要とされる機械的強度を確保することができる。これにより、ドライブシャフトを含む動力伝達系を適切に支持可能としつつ、その軽量化に寄与することができる。

　上記の嵌合溝は、例えば、円筒部の内径中心に対して偏心した位置を溝底中心とした円弧状溝で構成することができる。また、嵌合溝は、周方向に離間した複数箇所に設けても良い。

　上記構成において、ブラケットは、円筒部の他端内周に設けられ、転がり軸受の外輪の他端面と軸方向で係合可能な環状凸部を一体に有するものとすることができる。この場合、フランジ部を車体の車幅方向内側に配置し、環状凸部を車体の車幅方向外側に配置することができる。

　以上の構成において、金属製のブラケットとしては、例えば、金属材料の機械加工品、鋳造成形品、金属板のプレス成形品などを採用することができるが、金属板のプレス成形品を採用するのが特に好ましい。この場合、所定形状のブラケットを安価に量産することができるため、ドライブシャフトやブラケットを含む動力伝達系の低コスト化に寄与することができる。

　以上に示すように、本発明に係るドライブシャフトの支持構造では、ドライブシャフトを車体に対して支持するブラケットに必要とされる機械的強度を確保しつつ、ブラケットの軽量・コンパクト化を図ることができる。これにより、ドライブシャフトを含む動力伝達系を適切に支持可能としつつ、動力伝達系の軽量化に寄与することができる。

本発明の一実施形態に係るドライブシャフトの支持構造を適用した動力伝達系の要部拡大図である。 図１中に示すブラケットを車幅方向内側から見たときの平面図である。 変形例に係るブラケットの平面図である。 変形例に係るブラケットの平面図である。 本発明の他の実施形態に係るドライブシャフトの支持構造を適用した動力伝達系の要部拡大図である。 ドライブシャフトを含む動力伝達系の概略正面図である。 従来のドライブシャフトの支持構造を適用した動力伝達系の要部拡大図である。 図７中に示すブラケットを車幅方向内側から見たときの平面図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

　図１は、本発明の一実施形態に係るドライブシャフトの支持構造を適用した自動車の動力伝達系の要部拡大図である。ドライブシャフト１は、エンジン側（図１中右側であり、以下「車幅方向内側」ともいう）に配置され、軸方向変位および角度変位の双方を許容する摺動式等速自在継手２と、駆動車輪側（図１中左側であり、以下「車幅方向外側」ともいう）に配置され、角度変位のみを許容する図示外の固定式等速自在継手と、摺動式等速自在継手２と固定式等速自在継手をトルク伝達可能に連結する図示外の中間シャフトとを備える。摺動式等速自在継手２は、有底筒状のカップ部４と、カップ部４の底部から軸方向に延びた軸部５とを有する外側継手部材３を備え、軸部５の自由端が図示外のデファレンシャルに連結されている。外側継手部材３の軸部５の基端外周には転がり軸受１０が嵌合されており、ドライブシャフト１の軸部５は、転がり軸受１０およびその外径側に配置したブラケット２０を介して車体（エンジン）８に対して回転自在に支持されている。

　なお、詳細な説明は省略するが、外側継手部材３のカップ部４の内周には、中間シャフトに連結された内側継手部材等が収容される。また、摺動式等速自在継手２としては、例えば、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）などが採用され、上記の固定式等速自在継手としては、例えば、バーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）、アンダーカット型等速自在継手（ＵＪ）などが採用されるが、ここではこれ以上の詳細説明は省略する。

　転がり軸受１０は、単列の深溝玉軸受であり、複数のボール１３を介して相対回転する内輪１１および外輪１２と、内輪１１と外輪１２の間に介在してボール１３を保持する保持器１４と、内輪１１と外輪１２の間の両端開口部をシールする一対のシール装置１５，１６とを備える。内輪１１は、軸部５の外周に嵌合されており、内輪１１の一端面（車幅方向内側の端面。本実施形態において以下同様。）と軸方向で係合可能に軸部５の外周面に嵌合固定した止め輪６により抜け止めされている。本実施形態のシール装置１５，１６は、何れも、軸受内部側に配置された接触シールと、軸受外部側に配置されたダストカバー（非接触タイプのシール部材）とで構成される。

　図１および図２に示すように、ブラケット２０は、内周に転がり軸受１０を保持した円筒部２１と、円筒部２１の一端（車幅方向内側の端部）外周に設けられ、ボルト部材７により車体８に対して取り付け固定されたフランジ部２２と、円筒部２１の他端（車幅方向外側の端部）内周に設けられ、転がり軸受１０の外輪１２の他端面と軸方向で係合可能な環状凸部２３とを一体に有する。円筒部２１は、ブラケット２０の上下方向の中央部よりも下方側に設けられており、フランジ部２２のうち円筒部２１よりも上側の部分にボルト部材７を挿通するための貫通孔２４が設けられている。

　本実施形態のブラケット２０は、長方形状をなした均一厚みの金属板にプレス加工を施すことで得られたプレス成形品であり、より具体的には、円筒部２１（および環状凸部２３）は、上記の金属板に絞り加工および打ち抜き加工を施すことで成形されている。従って、円筒部２１（および環状凸部２３）は、フランジ部２２よりも若干薄肉となっている。上記の金属板としては、例えば、ＳＰＣＣやＳＰＨＣに代表される鋼板、ステンレス鋼板、あるいはアルミ合金板等を使用することができる。

　円筒部２１の内径面（円筒状内径面）２１ａのうち、車幅方向内側の端部には、周方向に延びた嵌合溝２５が形成されており、この嵌合溝２５には、転がり軸受１０の外輪１２の一端面と軸方向で係合可能に止め輪２６が嵌合固定されている。この止め輪２６および上記の環状凸部２３により、転がり軸受１０の外輪１２の抜け止めがなされる。なお、嵌合溝２５は、例えば、プレス加工（絞り加工）で成形された円筒部２１の内径面２１ａに機械加工を施すことで形成される。また、本実施形態では、図２に示すように、止め輪２６として、いわゆるＣ型のスナップリングを採用している。止め輪２６としては、主に金属製のものが使用されるが、必要とされる機械的強度等を具備しているのであれば樹脂製のものを使用しても構わない。

　図２に示すように、嵌合溝２５は、周方向で有端の円弧状溝で構成されている。より詳細に述べると、本実施形態の嵌合溝２５は、円筒部２１の内径中心Ｏに対して偏心した位置（上記の内径中心Ｏを通って上下に延びる直線Ｌ上において、内径中心Ｏよりも所定量下方側にシフトした位置）Ｏ’を溝底径の中心とした円弧状に形成されており、嵌合溝２５の周方向の一端部２５ａおよび他端部２５ｂは、それぞれ、上記の直線Ｌに対して周方向一方側および他方側に所定量シフトした位置、すなわち、ブラケット２０のうち最も高い応力が作用する部位（応力集中部Ａ：図７，８を参照）よりも周方向外側に配置されている。嵌合溝２５が上記態様で形成されていることにより、嵌合溝２５の溝深さは、嵌合溝２５と直線Ｌとの交点（嵌合溝２５の最下部）において最も深く、端部２５ａ，２５ｂに向かうにつれて徐々に浅くなっている。

　以上で説明したように、本発明では、ドライブシャフト１（の軸部５）を軸部５の基端外周に嵌合した転がり軸受１０およびその外径側に配置したブラケット２０を介して車体８に対して支持するドライブシャフトの支持構造において、ブラケット２０の円筒部２１の円筒状内径面２１ａに周方向で有端の嵌合溝２５を形成し、この嵌合溝２５に嵌合固定した止め輪２６で転がり軸受１０の外輪１２を抜け止めしている。

　より具体的に述べると、ブラケット２０の円筒部２１の内径中心Ｏに対して所定量下方側にシフトした位置を溝底中心Ｏ’とした円弧状溝で嵌合溝２５を構成し、嵌合溝２５の周方向一端部２５ａおよび他端部２５ｂの双方を、ブラケット２０のうち最も高い応力が作用する部位（応力集中部Ａ：図７，８を参照）よりも周方向外側に配置している。すなわち、円筒部２１のうち、ブラケット２０の応力集中部を除く周方向領域に、止め輪２６固定用の嵌合溝２５を形成している。そして、本実施形態のブラケット２０における円筒部２１の最大肉厚ｘは、嵌合溝を円環溝で構成した図７に示すブラケット１４０における、円筒部１４１の内径面１４１ａに形成した嵌合溝１４５の溝底と、円筒部１４１の外径面との径方向離間距離ｚと略同一値である。要するに、本実施形態におけるブラケット２０の円筒部２１は、図７に示すブラケット１４０の円筒部１４１よりも全体として薄肉化されている。このように、円筒部２１を全体として薄肉化および軽量化しても、ブラケット２０の応力集中部では、嵌合溝２５を周方向で有端に形成したことによって従来同様の肉厚が確保されているため、ブラケット２０に必要とされる機械的強度を確保することができる。

　なお、本実施形態では、図２に示すように、嵌合溝２５を上記態様で形成し、かつ止め輪２６として、嵌合溝２５の周方向長さよりも長寸の周方向長さを有するＣ型のスナップリングを採用しているため、止め輪２６の周方向一部領域（図示例では周方向の一端部および他端部）は嵌合溝２５に対して非嵌合である。この場合、止め輪２６の嵌合強度が低下する懸念があるが、嵌合溝２５の溝深さは、嵌合溝２５の最下部において最も深くなっている。すなわち、嵌合溝２５の最下部において嵌合溝２５に対する止め輪２６の嵌合代が十分に確保されている。これにより、必要とされる止め輪２６の嵌合強度を十分に確保することができる。

　また、本実施形態では、円筒部２１およびフランジ部２２を一体に有するブラケット２０を、金属板のプレス加工品としており、特に円筒部２１は、上記金属板に絞り加工を施すことで成形されている。そして、上記のように、円筒部２１を全体として薄肉化できるのであれば、ブラケット２０を、従来よりも薄肉の金属板のプレス成形品とすることができる。この場合、円筒部２１のみならず、フランジ部２２をも薄肉化することができるので、ブラケット２０を全体として軽量・コンパクト化することができる。

　以上より、本発明によれば、ブラケット２０の薄肉化・軽量化を通じてドライブシャフト１を含む動力伝達系を全体として軽量・コンパクト化しつつ、ドライブシャフト１を適切に支持してその信頼性を確保することができる。

　以上、本発明の実施形態に係るドライブシャフトの支持構造について説明を行ったが、ドライブシャフトの支持構造には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。

　例えば、ブラケット２０の円筒部２１の内径面２１ａに設けるべき周方向で有端の嵌合溝２５は、図３および図４に示すように、周方向に離間した複数箇所に設けることができる。なお、図３は、周方向に離間した二箇所に周方向で有端の嵌合溝２５を形成した場合の一例であり、図４は、周方向に離間した三箇所に周方向で有端の嵌合溝２５を形成した場合の一例である。嵌合溝２５を上記態様で形成した場合には、各嵌合溝２５に適切に嵌合可能な形状を有する止め輪２６を選択使用する。

　図５は、本発明の他の実施形態に係るドライブシャフトの支持構造を適用した自動車の動力伝達系の要部拡大図である。同図に示すドライブシャフトの支持構造が、図１等に示す支持構造と異なる主な点は、
（１）ドライブシャフト１およびその軸部５外周に嵌合された転がり軸受１０が、フランジ部２２を車幅方向外側に配置すると共に環状凸部２３を車幅方向内側に配置したブラケット２０を介して車体（エンジン）８に対して支持されている点、並びに、
（２）ブラケット２０の円筒部２１の円筒状内径面２１ａのうち、車幅方向外側の端部に周方向で有端の嵌合溝２５を形成し、この嵌合溝２５に、転がり軸受１０の外輪１２の車幅方向外側の端面と軸方向で係合可能に止め輪２６を嵌合固定した点、
にある。

　なお、車両の運転走行時には、ドライブシャフト１に対して、エンジン振動や走行条件による慣性力、および摺動式等速自在継手によるスライド抵抗などから、車幅方向内向きの力と車幅方向外向きの力とが作用するが、一般には、車幅方向内向きの力はデファレンシャルと摺動式等速自在継手の軸部の嵌合部で拘束されるため、車幅方向内向きの力よりも車幅方向外向きの力の方が圧倒的に大きい。そのため、図１に示す実施形態のように、フランジ部２２を車幅方向内側に配置し、環状凸部２３を車幅方向外側に配置しておけば、図５に示す実施形態のように、フランジ部２２を車幅方向外側に配置すると共に、環状凸部２３を車幅方向内側に配置する場合と比較して、円筒部２１の内径面２１ａに嵌合した止め輪２６で受けるべき車幅方向の力が相対的に小さくなる。従って、図１に示す実施形態は、止め輪２６嵌合用の嵌合溝２５の溝深さを深くする、高強度の止め輪２６を用いる、などといった対策を講じずとも、ドライブシャフト１を安定的に支持できる、という利点がある。

　一方、図５に示す実施形態は、図１に示す実施形態との対比において、嵌合溝２５の溝深さを深くする、高強度の止め輪２６を使用する、などといった対策を講じる必要が生じる可能性があるが、転がり軸受１０を車体８と外側継手部材３の軸部５との間に配置することができる分、車体８と外側継手部材３のカップ部４との間に十分な軸方向スペースがない場合には有効に採用し得る。

　以上では、金属板のプレス成形品からなるブラケット２０により、ドライブシャフト１およびその軸部５外周に嵌合した転がり軸受１０を車体８に対して支持する場合について説明を行ったが、本発明は、鋳造成形品からなるブラケットや、金属の機械加工品からなるブラケットを使用する場合にも問題なく適用することができる。

　本発明は以上で説明した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

　１　　　ドライブシャフト
　２　　　摺動式等速自在継手
　３　　　外側継手部材
　５　　　軸部
　８　　　車体（エンジン）
　１０　　転がり軸受
　１１　　内輪
　１２　　外輪
　１３　　ボール
　２０　　ブラケット
　２１　　円筒部
　２１ａ　内径面（円筒状内径面）
　２２　　フランジ部
　２３　　環状凸部
　２５　　嵌合溝
　２５ａ　（周方向の）一端部
　２５ｂ　（周方向の）他端部
　２６　　止め輪
　Ａ　　　応力集中部
　Ｏ　　　円筒部の内径中心
　Ｏ’　　嵌合溝の溝底中心
 

Claims (6)

1. 　デファレンシャルに連結された軸部を有するドライブシャフトを、前記軸部の外周に嵌合した転がり軸受およびその外径側に配置した金属製のブラケットを介して車体に対して支持したドライブシャフトの支持構造であって、前記ブラケットが、前記転がり軸受を内周に保持した円筒部と、該円筒部の一端外周に設けられ、前記車体に対してボルト止めされるフランジ部とを一体に有するものにおいて、
   　前記円筒部の内径面に周方向で有端の嵌合溝を形成し、該嵌合溝に、前記転がり軸受の外輪の一端面と軸方向で係合可能に止め輪を嵌合固定したことを特徴とするドライブシャフトの支持構造。
2. 　前記嵌合溝を、前記円筒部の内径中心に対して偏心した位置を溝底中心とした円弧状溝で構成した請求項１に記載のドライブシャフトの支持構造。
3. 　前記嵌合溝を、周方向に離間した複数箇所に設けた請求項１又は２に記載のドライブシャフトの支持構造。
4. 　前記ブラケットが、前記円筒部の他端内周に、前記転がり軸受の外輪の他端面と軸方向で係合可能な環状凸部を一体に有する請求項１～３の何れか一項に記載のドライブシャフトの支持構造。
5. 　前記フランジ部を前記車体の車幅方向内側に配置し、前記環状凸部を前記車体の車幅方向外側に配置した請求項４に記載のドライブシャフトの支持構造。
6. 　前記ブラケットが、金属板のプレス成形品である請求項１～５の何れか一項に記載のドライブシャフトの支持構造。

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