WO2020174695A1

WO2020174695A1 - 動力伝達軸

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Publication number: WO2020174695A1
Application number: PCT/JP2019/010042
Authority: WO
Inventors: 貴博中山; 一希大田; 森　健一
Original assignee: 株式会社ショーワ
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-09-03

Abstract

動力伝達軸（１）は、軸線（Ｏ１）を中心とする管体（２）と、管体（２）の端部の内側に接続するスタブシャフト（３）と、管体（２）の端部の内側とスタブシャフト（３）とを密着して配される弾性部材（８）と、を備え、管体（２）およびスタブシャフト（３）に、弾性部材（８）を介して円周方向で係合し動力を伝達する動力伝達部（９）と、円周方向に沿う面で嵌合し芯出しをする芯出し部（１０）と、が形成されている。

Description

動力伝達軸

　本発明は、動力伝達軸に関する。

　自動車のプロペラシャフト（動力伝達軸）は、車両の前後方向に延びて、原動機で発生し変速装置で減速された動力を終減速装置に伝達する。プロペラシャフトの従来例として、管体と、管体の端部に接続されるカルダンジョイントと、を備えたものが挙げられる。特許文献１，２には、管体の端部の内側に、弾性部材を介してカルダンジョイントのスタブヨークを接続する技術が記載されている。この技術では、円形の弾性部材が管体の内周面とスタブヨークの外周面とに加硫接着され、弾性部材に発生するせん断力によって管体とスタブヨークとの間でトルクが伝達される。

特開平４－６０２３５号公報特開２０１２－７６３１号公報

　特許文献１，２の技術では、スタブヨークが弾性部材を介して管体に接続される構造のため、弾性部材の成型精度や取り付け精度によっては、管体とスタブヨークとの芯出し位置がずれて、プロペラシャフトの軸線回りのバランスが低下しやすい。さらに、弾性部材のせん断力でトルクを伝達するので、大きなトルクを伝える場合には大きな接着面積が必要となる。そのため、管体とスタブヨークとの接続部が大型化し、成型コストが高くなったり、重量が増加するおそれがある。また、円形の弾性部材を加硫接着することによっても成型コストが高くなる。

　本発明は、以上のような問題を解決するために行われたものであり、その目的は、管体と、管体の端部に接続する連結部材との芯出しの精度を上げることにより、動力伝達軸の軸線回りのバランス品質を向上させることにある。

　前記課題を解決するため、本発明に係る動力伝達軸は、軸線を中心とする管体と、前記管体の端部の内側に接続する連結部材と、前記管体の端部の内側と前記連結部材とを密着して配される弾性部材と、を備え、前記管体および前記連結部材に、前記弾性部材を介して円周方向で係合し動力を伝達する動力伝達部と、円周方向に沿う面で嵌合し芯出しをする芯出し部と、が形成されている。

　本発明の動力伝達軸によれば、動力伝達部とは別に、円周方向に沿う面で嵌合する芯出し部を形成したことにより、弾性部材の成型精度や取り付け精度に拘わらず、管体と連結部材との芯出しの精度が上がり、動力伝達軸の軸線回りのバランス品質が向上する。

第一実施形態の動力伝達軸における管体の端部周りの側断面図である。第一実施形態の動力伝達軸における管体の端部周りの分解斜視図である。第一実施形態の動力伝達軸の側面図である。第二実施形態の動力伝達軸における管体の端部周りの側断面図である。第二実施形態の動力伝達軸における管体の端部周りの分解斜視図である。第三実施形態の動力伝達軸の側面図である。

　各実施形態の動力伝達軸について図面を参照しながら説明する。各実施形態では、本発明の動力伝達軸を、ＦＦ（Ｆｒｏｎｔ－ｅｎｇｉｎｅ　Ｆｒｏｎｔ－ｄｒｉｖｅ）ベースの四輪駆動車に搭載されるプロペラシャフトに適用した例を挙げる。また、各実施形態で共通する技術的要素には、共通の符号を付し、重複説明は省略する。

［第一実施形態］
　図１ないし図３を参照して第一実施形態を説明する。動力伝達軸１は、軸線Ｏ１を中心軸とする管体２と、管体２の後述する第一接続部１２０の内側に接続する連結部材としてのスタブヨーク３と、管体２の第一接続部１２０の内側とスタブヨーク３とを密着して配される弾性部材８と、を備えている。管体２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成されている。本発明において繊維強化プラスチックに使用される強化繊維は、炭素繊維に限られず、ガラス繊維やアラミド繊維であってもよい。

　管体２は、図３に示すように、本体部１１０と、本体部１１０の前側に配置された第一接続部１２０と、本体部１１０の後側に配置された第二接続部１３０と、本体部１１０と第二接続部１３０との間に位置する傾斜部１４０と、を備えている。第一接続部１２０には、前記したようにスタブヨーク３が接続する。第二接続部１３０には、例えば等速ジョイントのスタブシャフト５０が接続している。

　本体部１１０の外径は、中央部１１３から両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）に向かうに連れて縮径しており、中央部１１３の外径は両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）の外径よりも大きい。つまり、軸線Ｏ１に沿って本体部１１０を切った場合には、本体部１１０の外周面の断面形状は、緩やかな曲線を描き、外側に向けて突出する円弧状となっている。よって、本体部１１０の外形は、中央部１１３が径方向外側に膨らんだ樽形状（バレル形状）となっている。また、本体部１１０の板厚は、両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）から中央部１１３に向うにしたがい薄くなっており、中央部１１３の板厚は、両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）の板厚よりも薄く形成されている。

　傾斜部１４０の外径は、本体部１１０側から第二接続部１３０側に向かうにしたがい次第に縮径し、円錐台形状となっている。傾斜部１４０の板厚は、第二接続部１３０側（後側）の端部から本体部１１０側（前側）の端部に向かうに連れて漸次薄くなっている。このため、傾斜部１４０のうち前端部の板厚が最も薄く、脆弱部を構成している。以上から、動力伝達軸１に車両が前方から衝突されて衝突荷重が入力すると、軸線Ｏ１に対して傾斜する傾斜部１４０にせん断力が作用する。そして、傾斜部１４０に作用するせん断力が所定値を超えると、傾斜部１４０の前端部（脆弱部）が破損する。このため、車両衝突時、車体の前部に搭載されたエンジンや変速機は速やかに後退し、衝突エネルギーは車体の前部により吸収される。

　スタブヨーク３は、カルダンジョイント４を構成する金属製の部材である。スタブヨーク３は、管体２の第一接続部１２０の内側に接続する接続部５と、クロス（十字軸）を支承する一対のアーム部６と、第一接続部１２０の縁に突き当たることで接続部５の接続寸法を決定する大径のストッパ部７とを備えている。接続部５は、図１から判るように、接続する先端側が開口した筒形状を呈している。

　第一接続部１２０とスタブヨーク３の接続部５には、弾性部材８を介して軸線Ｏ１回りの円周方向で係合し動力を管体２に伝達する動力伝達部９と、円周方向に沿う面で嵌合し管体２と接続部５との芯出しをする芯出し部１０と、が形成されている。

　動力伝達部９は、第一接続部１２０の内周面と接続部５の外周面にそれぞれ形成された多角形部１１，１２と、環状で多角形状の弾性部材８と、で構成されている。本実施形態では、第一接続部１２０の端部の内周面に形成された多角形部１１は、軸線Ｏ１方向視で六角形状を呈しており、弾性部材８とスタブヨーク３の多角形部１２も、多角形部１１に倣った六角形状を呈している。弾性部材８を挟んで多角形部１１，１２同士が係合することで、両者間で回転の動力が伝達され、管体２とスタブヨーク３とが一体に回転する。

　弾性部材８は、例えばゴム材料で成形された所定の弾性を有する部材であり、多角形部１１，１２間に径方向に圧縮された状態で管体２とスタブヨーク３を密着して配置されている。弾性部材８は、管体２とスタブヨーク３との間に伝達される振動を減衰する防振機能と、水や塵埃等が管体２の内部に浸入するのを防ぐ防水機能を有する。

　動力伝達部９としては、軸線Ｏ１回りの円周方向で係合するものであれば、多角形に限定されず、例えば星型多角形や楕円形等であってもよい。

　芯出し部１０は、動力伝達部９よりも管体２の軸方向中央寄りに形成されている。芯出し部１０は、管体２の内周面において多角形部１１よりも管体２の軸方向中央寄りで軸線Ｏ１回りに円形に形成された円形部１３と、スタブヨーク３の接続部５の外周面において多角形部１２よりも管体２の軸方向中央寄りで軸線Ｏ１回りに円形に形成され、円形部１３に嵌合可能な外径の円形部１４と、で構成されている。

　なお、管体２からのスタブヨーク３の抜け止め手段については、特に設けない場合の他に、弾性部材８を管体２、スタブヨーク３に加硫接着したり、別途の加締め手段等によって設けてもよく、本発明では特に限定されるものではない。

　第一実施形態の動力伝達軸１によれば、動力伝達部９とは別に、円周方向に沿う面で嵌合する芯出し部１０を形成したことにより、弾性部材８の成型精度や取り付け精度に拘わらず、管体２とスタブヨーク３との芯出しの精度が上がり、動力伝達軸１の軸線Ｏ１回りのバランス品質が向上する。

　動力伝達軸１は、動力伝達部９が、管体２の第一接続部１２０の内周面とスタブヨーク３の外周面とにそれぞれ形成された多角形部１１，１２と、多角形状の弾性部材８と、で構成されている。これによれば、管体２とスタブヨーク３との間でのトルクの伝達は、弾性部材８が介在するものの、円周方向に対して交差した面である多角形部１１と多角形部１２との間に生じる押圧力によって行われる。

　管体の端部とスタブヨークの接続部とを円形にし、両者の間に円形の弾性部材を介在させた従来技術では、弾性部材のせん断力のみでトルクを伝えるため、大きなトルクがかかる場合には弾性部材に大きな接着面積が必要であった。そのため、管体とスタブヨークとの接続部が大型化し、成型コストが高くなったり、重量が増加するおそれがあった。これに対して、本実施形態の動力伝達軸１によれば、トルクの伝達に必要な弾性部材８のせん断力は低くて済む。したがって、トルク伝達機能についてはさほど考慮することなく、防振機能と防水機能を確保可能な程度に弾性部材８の小型化や低コスト化が可能となる。

　また、第一実施形態の動力伝達軸１によれば、芯出し部１０を動力伝達部９よりも管体２の軸方向中央寄りに形成したことにより、管体２およびスタブヨーク３の形状の簡略化を図れる。

　さらに、第一実施形態の動力伝達軸１では、曲げ応力が集中し易い本体部１１０の中央部１１３は、外径が大径に形成され、所定の曲げ強度を有している。一方で、曲げ応力が集中し難い本体部１１０の両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）は、外径が小径に形成されることで軽量化されている。本体部１１０の中央部１１３においても、板厚が薄くなっていることで軽量化されている。よって、動力伝達軸１は、中央部１１３の所定の曲げ剛性を確保しつつ軽量化がなされ、曲げ一次共振点が向上する。

　［第二実施形態］
　図４および図５を参照して第二実施形態を説明する。第二実施形態の動力伝達軸２１は、軸線Ｏ１を中心軸とする管体２と、管体２の第一接続部１２０の内側に接続するスタブヨーク３と、管体２の第一接続部１２０の内側とスタブヨーク３とを密着して配される弾性部材８と、を備えている。管体２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成されている。第二実施形態の管体２の本体部１１０も、第一実施形態と同様に、中央部１１３から両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）に向かうに連れて外径が縮径する樽形状部（バレル形状部）を構成している。

　スタブヨーク３は、管体２の第一接続部１２０の内側に接続する接続部５と、クロス（十字軸）を支承する一対のアーム部６と、第一接続部１２０の縁に突き当たることで接続部５の接続寸法を決定する大径のストッパ部７とを備えている。

　第一接続部１２０とスタブヨーク３の接続部５には、弾性部材８を介して軸線Ｏ１回りの円周方向で係合し動力を管体２に伝達する動力伝達部２２と、円周方向に沿う面で嵌合し管体２と接続部５との芯出しをする芯出し部２３と、が形成されている。

　動力伝達部２２は、第一接続部１２０の内周面と接続部５の外周面にそれぞれ形成された多角形部２４，２５と、多角形状の弾性部材８と、で構成されている。本実施形態も、管体２の端部の内周面に形成された多角形部２４は、軸線Ｏ１方向視で六角形状を呈しており、弾性部材８とスタブヨーク３の多角形部２５も、多角形部２４に倣った六角形状を呈している。弾性部材８を挟んで多角形部２４，２５同士が係合することで、両者間で回転の動力が伝達され、管体２とスタブヨーク３とが一体に回転する。動力伝達部２２としては、軸線Ｏ１回りの円周方向で係合するものであれば、多角形に限定されず、例えば星型多角形や楕円形等であってもよい。

　一方、第二実施形態の動力伝達軸２１は、芯出し部２３が、動力伝達部２２よりも管体２の前端寄りに形成されている。芯出し部２３は、管体２の内周面において多角形部２４よりも第一接続部１２０の前端寄りで軸線Ｏ１回りに円形に形成された円形部２６と、スタブヨーク３の接続部５の外周面において多角形部２５よりも前側で軸線Ｏ１回りに円形に形成され、円形部２６に嵌合可能な外径の円形部２７と、で構成されている。

　第二実施形態の動力伝達軸２１によっても、動力伝達部２２とは別に、円周方向に沿う面で嵌合する芯出し部２３を形成したことにより、弾性部材８の成型精度や取り付け精度に拘わらず、管体２とスタブヨーク３との芯出しの精度が上がり、動力伝達軸１の軸線Ｏ１回りのバランス品質が向上する。

　また、動力伝達軸２１によれば、トルクの伝達に必要な弾性部材８のせん断力は低くて済む。したがって、トルク伝達機能についてはさほど考慮することなく、防振機能と防水機能を確保可能な程度に弾性部材８の小型化や低コスト化が可能となる。

　さらに、動力伝達軸２１によれば、芯出し部２３を動力伝達部２２よりも管体２の端部寄りに形成したことにより、管体２およびスタブヨーク３の形状の簡略化を図れる。

　［第三実施形態］
　図６を参照して第三実施形態を説明する。第一実施形態の動力伝達軸１では、管体２の本体部１１０が、中央部１１３から両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）に向かうに連れて外径が縮径する樽形状部（バレル形状部）を構成していたのに対し、第三実施形態の動力伝達軸３１では、管体２の本体部１１０が、後端部（一端部）１１２から前端部（他端部）１１１まで外径が均一に構成されている。

　その他の構成は、第一実施形態と同じである。すなわち、基本構成について図１、図２を参照して説明すれば、第三実施形態の動力伝達軸３１は、軸線Ｏ１を中心軸とする管体２と、管体２の第一接続部１２０の内側に接続するスタブヨーク３と、管体２の第一接続部１２０の内側とスタブヨーク３とを密着して配される弾性部材８と、を備えている。管体２とスタブヨーク３の接続部５とには、弾性部材８を介して軸線Ｏ１回りの円周方向で係合し動力を伝達する動力伝達部９と、円周方向に沿う面で嵌合し本体軸２と接続部５との芯出しをする芯出し部１０と、が形成されている。動力伝達部９は、管体２の内周面と接続部５の外周面とにそれぞれ形成された多角形部１１，１２と、多角形状の弾性部材８と、で構成されている。芯出し部１０は、動力伝達部９よりも管体２の軸方向中央寄りに形成されている。

　第三実施形態の動力伝達軸３１によっても、動力伝達部９とは別に、円周方向に沿う面で嵌合する芯出し部１０を形成したことにより、弾性部材８の成型精度や取り付け精度に拘わらず、管体２とスタブヨーク３との芯出しの精度が上がり、動力伝達軸１の軸線Ｏ１回りのバランス品質が向上する。

　第三実施形態の動力伝達軸３１によれば、管体２の本体部１１０の外径が均一に構成されていることにより、管体２の形状を簡素化でき、成型コストの低減を図れる。

　１，２１，３１　動力伝達軸
　２　　管体
　３　　スタブヨーク（連結部材）
　８　　弾性部材
　９，２２　動力伝達部
１０，２３　芯出し部
１１，１２，２４，２５　多角形部
１３，１４，２６，２７　円形部

Claims

　軸線を中心とする管体と、前記管体の端部の内側に接続する連結部材と、前記管体の端部の内側と前記連結部材とを密着して配される弾性部材と、を備え、
　前記管体および前記連結部材に、前記弾性部材を介して円周方向で係合し動力を伝達する動力伝達部と、円周方向に沿う面で嵌合し芯出しをする芯出し部と、が形成されていることを特徴とする動力伝達軸。
　前記動力伝達部は、前記管体の内周面と前記連結部材の外周面とにそれぞれ形成された多角形部と、環状の前記弾性部材と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達軸。
　前記芯出し部は、前記動力伝達部よりも前記管体の軸方向中央寄りに形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動力伝達軸。
　前記芯出し部は、前記動力伝達部よりも前記管体の端部寄りに形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動力伝達軸。
　前記管体は、中央部から両端部に向かうに連れて外径が縮径し、外周面が前記両端部の一端部から他端部にかけて軸線方向に円弧状に形成された本体部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の動力伝達軸。
　前記管体は、一端部から他端部まで外径が均一な本体部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の動力伝達軸。