JP4975315B2 - 自動車用衝撃吸収プロペラシャフト - Google Patents

Description

本発明は自動車用衝撃吸収プロペラシャフトに関する。

自動車用衝撃吸収プロペラシャフトとして、一方の分割シャフトに設けたアウタレースに、他方の分割シャフトに設けたインナシャフトの外周に付設した軸受（トリポード）を係合して構成した等速自在継手により、複数の分割シャフトを連結してなるものがある。

特許文献１では、この自動車用衝撃吸収プロペラシャフトの衝撃吸収構造として、アウタレース内に仕切りプレートを設け、プロペラシャフトが軸方向の衝撃力を受けたとき、インナシャフトが軸受とともに移動してアウタレース内の仕切りプレートを打抜き、衝撃荷重を吸収する。
特開平5-215120

特許文献１の自動車用衝撃吸収プロペラシャフトには以下の問題点がある。
(1)アウタレース内に、アウタレースと別部材の仕切りプレートを設けるものであり、部品点数が多くなる。

(2)インナシャフトが軸受とともに移動するから、アウタレースに軸受が移動できる内径を必要とし、アウタレースが大径になる。

尚、上述(2)を解消するため、インナシャフトのみがアウタレース内の仕切りプレートを貫通するように、インナシャフトに対する軸受の移動を所定の力で阻止可能なストッパをインナシャフトに設け、ストッパが所定の力で破壊されたときにインナシャフトを軸受に対して滑り移動させ、インナシャフトだけを移動させることも考えられる。ところが、こうした場合には、軸受をインナシャフトに滑り移動できる状態で一体支持する必要があり、アウタレースとインナシャフトの間で安定的にトルク伝達するための軸受を、インナシャフトに強固に固定支持することができず、結果として安定的なトルクの伝達に困難がある。

本発明の課題は、自動車用衝撃吸収プロペラシャフトにおいて、部品点数を少なくするとともに、小型軽量化を図ることにある。

請求項１の発明は、複数の分割シャフトを等速継手により連結し、一方の分割シャフトに設けた等速継手の筒状アウタに、他方の分割シャフトに設けた等速継手の軸状インナを嵌合してなる自動車用衝撃吸収プロペラシャフトにおいて、インナが他方の分割シャフトに結合される大径基部と、大径基部に結合されて軸方向に延在する小径軸部とを有し、大径基部における小径軸部の外周に対応する部分に軸方向の肉厚を薄肉にした薄肉部を形成し、一方の分割シャフトに受けた衝撃力により、該一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに収縮し、アウタがインナを押し込むとき、上記薄肉部を軸方向の衝撃力により破断し、小径軸部の外径部が大径基部の破断された薄肉部の内径部に当接して軸方向に摺動可能にするようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記インナの薄肉部が環状をなすようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記インナの小径軸部の先端側に軸受を結合し、一方の分割シャフトに受けた衝撃力により、該一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに収縮し、アウタがインナを押し込むとき、軸受がインナから分離しないようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記インナの小径軸部に挿着したベアリングを支持ブラケットに支持し、一方の分割シャフトに受けた衝撃力により、該一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに収縮し、アウタがインナを押し込むとき、インナの小径軸部がベアリングに対して摺動可能になるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において更に、前記インナの小径軸部が軸方向に多段状をなす外径部を有し、それらの外径部が軸方向に延在するようにしたものである。
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において更に、前記インナの小径軸部が同一外径をなして軸方向に延在するようにしたものである。

（請求項１）
(a)プロペラシャフトが軸方向の衝撃力を受けて収縮し、アウタがインナを押し込むとき、インナの軸方向の肉厚を薄肉にした薄肉部が軸方向の衝撃力により破断され、インナの小径軸部が大径基部を打ち抜き収縮し、この破断荷重の発生により衝撃を吸収緩和する。更に続いて、インナの小径軸部の外径部が大径基部の破断された薄肉部の内径部に貫入する過程で、該内径部に当接して軸方向に摺動し、その摺動摩擦の発生により衝撃を吸収する。

(b)インナを一部薄肉化するだけで衝撃を吸収でき、他の部品を付加するものでないから部品点数を削減できる。インナを一部薄肉化することにより、プロペラシャフトを軽量化できる。

(c)インナの小径軸部が薄肉部を破断して大径基部の内径部に侵入するものであり、インナやアウタの大径化を伴なうことがなく、プロペラシャフトの小型化軽量化を図ることができる。

（請求項２）
(d)インナの薄肉部が環状をなすものとすることにより、薄肉部の加工形成が簡易になる。また、薄肉部が環状をなすとき、打ち抜き荷重の方向性（継手屈曲）によるバラツキを周方向に分散して安定した破断荷重が得られる。

（請求項３）
(e)上述(a)の衝撃吸収時に、軸受（トリポード）がインナから分離しないから、インナに軸受を強固に支持し、アウタとインナの間で安定的にトルク伝達できる。

（請求項４）
(f)上述(a)の衝撃吸収時に、インナの小径軸部がベアリングに対して摺動するから、その摺動摩擦力の発生により更に衝撃を吸収することができる。このとき、ベアリングに対して摺動するインナの外周に適宜の凸部を設け、摺動摩擦抵抗の大きさを適度に増減し、衝撃吸収荷重特性を調整することもできる。

（請求項５）
(g)インナの小径軸部が軸方向に多段状をなす外径部を有し、それらの外径部が軸方向に延在することにより、小径軸部の外径部が大径基部の破断された薄肉部の内径部に貫入する長期間に渡って、該外径部と薄肉部の内径部との摺動摩擦抵抗力に起因する衝撃吸収作用を確保できる。小径軸部の外径部は多段状をなす外径部であってそれらの外径を互いに一致しなくても、破断後の小径軸部は大径基部に対して軸振れしつつ薄肉部の内径部に貫入し、小径軸部の外径部は薄肉部の内径部に必ず摺接して摺動摩擦を発生可能にする。
（請求項６）
(h)インナの小径軸部は同一外径をなして軸方向に延在するものでも良い。

図１はプロペラシャフトを示す全体図、図２は図１の要部拡大断面図、図３はインナシャフトを一部破断して示す正面図、図４はインナシャフトの破断前後の状態を示し、（Ａ）は破断前状態を示す断面図、（Ｂ）は破断後状態を示す断面図である。

自動車（ＦＲ車又は４ＷＤ車）用衝撃吸収プロペラシャフト１０は、図１に示す如く、前側分割シャフト１１と後側分割シャフト１２に分割された２本のシャフト部材からなり、両分割シャフト１１、１２を等速継手（スライダブルジョイント）２０により連結して構成される。前側分割シャフト１１の前端部は、自在継手１３を介して、エンジン側のトランスミッションの出力軸に接続される連結ヨーク１４と連結され、後側分割シャフト１２の後端部は、自在継手１５を介して、デファレンシャルギアに接続される連結ヨーク１６と連結される。

プロペラシャフト１０は、一方の分割シャフト１１を構成する中空パイプ１１Ａの一端に等速継手２０の筒状アウタ２１を摩擦溶接により接続する。また、他方の分割シャフト１２を構成する中空パイプ１２Ａの一端に等速継手２０の軸状インナ２２を摩擦溶接により接続する。インナ２２をアウタ２１に嵌合する。

等速継手２０は、図２に示す如く、一方の分割シャフト１１に設けたアウタ２１をアウタレース２１Ａにより構成し、他方の分割シャフト１２に設けたインナ２２をインナシャフト２２Ａにより構成し、インナシャフト２２Ａの先端部の外周３位置に３個の軸受２２Ｂ（トリポード）を付設して備える。インナ２２の各軸受２２Ｂを、アウタレース２１Ａの内周面の軸方向に延在させた３条の溝条に摺動自在に係合し、等速継手２０を構成する。

等速継手２０の軸受２２Ｂは、インナシャフト２２Ａの先端部の外周に後述する如くに形成したセレーション部（スプライン）７９Ａに嵌合する内環２２Ｃの外周３位置から放射状に突設される。軸受２２Ｂを備える内環２２Ｃは、インナシャフト２２Ａの先端に設けた環状溝７９Ｂに係着した止め輪２３と、インナシャフト２２Ａの後方に設けた拡径段差部２４に挟まれ、インナシャフト２２Ａ上に位置決め保持される。

プロペラシャフト１０は、アウタ２１を構成するアウタレース２１Ａの内周部２５であって、インナ２２のインナシャフト２２Ａ、軸受２２Ｂと軸方向に離隔して対向する部分に隔壁２６を一体成形して備える。

尚、等速継手２０は、アウタ２１とインナ２２の接続空間（グリース充填室）３０を、金属薄板からなるブーツアダプタ３１とゴム状弾性体からなるブーツ３２を用いて密封し、インナシャフト２２Ａと軸受２２Ｂの転動摺動性、耐摩耗性を向上するためのグリースをこの接続空間３０に封入する。ブーツアダプタ３１はアウタ２１のアウタレース２１Ａの外周に被着されて固定される。ブーツ３２は一端をブーツアダプタ３１の取着部に取着され、他端をインナ２２（インナシャフト２２Ａ）の後述する小径軸部７０の第４小径軸部７４に締結される。

プロペラシャフト１０は、インナ２２を構成するインナシャフト２２Ａの中間部に挿着したベアリング４０を、環状支持部材５０に回転自在に支持し、環状支持部材５０を支持ブラケット５０Ａに支持している。

環状支持部材５０は、内環５１と外環５２をゴム状弾性部材５３を介して接合したものであり、内環５１は小径部５１Ａ、中径部５１Ｂ、大径部５１Ｃの如くに径を変えた円筒状をなし、中径部５１Ｂの内側にベアリング４０の外輪４０Ａを嵌合し、小径部５１Ａは後述するストッパピース４１の外周まで延在し、大径部５１Ｃはインナ２２（インナシャフト２２Ａ）の後述する大径基部６０の外周まで延在している。また、内環５１において、小径部５１Ａと大径部５１Ｃの内周のそれぞれにはシール部材５４、５５が装填され、両シール部材５４、５５はベアリング４０を両側からシールする。シール部材５４はストッパピース４１の外周に摺接し、シール部材５５はインナシャフト２２Ａの外周に摺接する。

プロペラシャフト１０は、環状支持部材５０の内環５１に嵌合されたベアリング４０をインナ２２のインナシャフト２２Ａの後述する小径軸部７０の第１小径軸部７１に装填し、この状態で、小径軸部７０の第２小径軸部７２に円環状ストッパピース４１が圧入される。これにより、ベアリング４０の内輪４０Ｂがストッパピース４１の端面と、第２大径基部６２の第１小径軸部側端面に挟着されて位置決めされる。

しかるに、プロペラシャフト１０にあっては、図３に示す如く、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）が後側分割シャフト１２に接続されて結合される大径基部６０と、大径基部６０に一体成形されて結合され、概ね同一外径をなして軸方向に延在する小径軸部７０とを有する。大径基部６０は、分割シャフト１２の側から順に小径をなす第１大径基部６１、第２大径基部６２を備える。第２大径基部６２は第１大径基部６１より小径、ベアリング４０の外輪４０Ａより小径、内輪４０Ｂより大径とされる。小径軸部７０は、大径基部６０の第２大径基部６２から先端側に向けて順に第１〜第７小径軸部７１〜７７を備え、先端部に前述したセレーション部７９Ａ、環状溝７９Ｂを備える。第１小径軸部７１は第２大径基部６２より小径とされ、ベアリング４０の内輪４０Ｂが挿着される。第２小径軸部７２は第１小径軸部７１より僅かに小径とされ、ストッパピース４１が圧入される。第３小径軸部７３、第５小径軸部７５、第７小径軸部７７は第２小径軸部７２よりわずかに小径とされ、小径軸部７０の先端側から組込まれるベアリング４０、ストッパピース４１の第１小径軸部７１、第２小径軸部７２への挿入を許容する。第４小径軸部７４は第３小径軸部７３と第５小径軸部７５の間でより小径とされ、ブーツ３２の端部が締結される。第６小径軸部７６は第５小径軸部７５と第７小径軸部７７の間でより小径とされる。第７小径軸部７７はセレーション部７９Ａに嵌合された軸受２２Ｂの内環２２Ｃをインナシャフト２２Ａ上に位置決め保持する前述の拡径段差部２４を構成する。

即ち、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）の小径軸部７０は、軸方向に多段状をなす第１小径軸部７１〜第７小径軸部７７、セレーション部７９Ａの外径部を有し、それらの小径軸部７１、７２、７３、７５、７７の外径部が概ね同一外径をなして軸方向に延在する。

プロペラシャフ１０は、図３、図４に示す如く、大径基部６０の第２大径基部６２における、小径軸部７０の第１小径軸部７１の外周に対応する部分に軸方向の肉厚を薄肉にした薄肉部８０を形成する。大径基部６０は軸方向で、小径軸部７０が結合される側と反対側の端面に３段をなす中空孔８１、８２、８３を陥凹形成し、中空孔８３の底部に上述の薄肉部８０を形成する。薄肉部８０は、鋳造又は切削加工等により成形された環状溝により形成される。プロペラシャフト１０にあっては、一方の分割シャフト１１に受けた衝撃力により、一方の分割シャフト１１と他方の分割シャフト１２が互いに相対的に収縮し、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）の隔壁２６がインナ２２（インナシャフト２２Ａ、軸受２２Ｂ）を押し込むとき、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）の大径基部６０の第２大径基部６２に設けてある薄肉部８０を軸方向の衝撃荷重により破断し、小径軸部７０の第１小径軸部７１等の外径部が大径基部６０の第２大径基部６２の破断された薄肉部８０の内径部にさらに貫入接して軸方向に摺動可能にする。図４（Ａ）は薄肉部８０が破断されていない状態を示す。図４（Ｂ）は薄肉部８０が破断され、小径軸部７０の破断された第１と第２の小径軸部７１、７２の外径部が大径基部６０の第２大径基部６２の破断された薄肉部８０の内径部に貫入した状態を示す。

プロペラシャフト１０は、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）の小径軸部７０の先端側のセレーション部７９Ａに軸受２２Ｂの内環２２Ｃを結合しており、一方の分割シャフト１１に受けた衝撃により、一方の分割シャフト１１と他方の分割シャフト１２が互いに収縮し、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）の隔壁２６がインナ２２（インナシャフト２２Ａ、軸受２２Ｂ）を押し込むとき、軸受２２Ｂを第７小径軸部７７が形成する拡径段差部２４により保持し続け、軸受２２Ｂの内環２２Ｃがインナシャフト２２Ａのセレーション部７９Ａから抜けて分離することを防止する。

プロペラシャフト１０は、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）の小径軸部７０の第１小径軸部７１に挿着したベアリング４０を支持ブラケット５０Ａに支持しており、一方の分割シャフト１１に受けた衝撃により、一方の分割シャフト１１と他方の分割シャフト１２が互いに収縮し、アウタ２１（アウタレース２１Ａ）の隔壁２６がインナ２２（インナシャフト２２Ａ、軸受２２Ｂ）を押し込み、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）の大径基部６０の第２大径基部６２の薄肉部８０が破断されて小径軸部７０の破断された第１小径軸部７１の外径部が大径基部６０の第２大径基部６２の破断された薄肉部８０の内径部に貫入する過程で、小径軸部７０の第１小径軸部７１上にあるベアリング４０の内輪４０Ｂが大径基部６０の第２大径基部６２の端面に衝合して制止されたとき、小径軸部７０の第１小径軸部７１等がベアリング４０の内輪４０Ｂに対して軸方向に摺動して大径基部６０の第２大径基部６２の破断された薄肉部８０の内径部の側に侵入することを許容する。

プロペラシャフト１０の衝撃吸収動作は以下の如くになる。
(1)自動車の衝突により、前方からの衝撃荷重がプロペラシャフト１０に作用すると、前側分割シャフト１１及びアウタ２１（アウタレース２１Ａ）が後方へ移動し、後側分割シャフト１２及びインナ２２（インナシャフト２２Ａ及び軸受２２Ｂ）がアウタレース２１Ａに挿入される。

(2)上述(1)の経過により、インナ２２（インナシャフト２２Ａ及び軸受２２Ｂ）がアウタレース２１Ａの内周部２５に形成してある隔壁２６に衝接すると、アウタ２１がインナシャフト２２Ａ及び／又は軸受２２Ｂを介してインナ２２を押し込む。

(3)アウタ２１がインナ２２を押し込む衝撃荷重がインナ２２（インナシャフト２２Ａ）の大径基部６０の薄肉部８０を応力集中により破断する。これにより、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）の小径軸部７０の破断された第１小径軸部７１等の外径部が大径基部６０の破断された薄肉部８０の内径部に貫入接して軸方向に摺動し、アウタ２１とインナ２２が収縮する。

(4)上述(3)の過程で、インナ２２（インナシャフト２２Ａ）の小径軸部７０の第１小径軸部７１上にあるベアリング４０の内輪４０Ｂが大径基部６０の第２大径基部６２の端面に衝合して制止され、小径軸部７０の第１小径軸部７１等がベアリング４０の内輪４０Ｂに対して軸方向に摺動して大径基部６０の第２大径基部６２の破断された薄肉部８０の内径部の側に侵入する。

(5)以上により、前側分割シャフト１１と後側分割シャフト１２が互いに突張ることなく、軸心を一致して収縮し、エンジンルーム内の内燃機関を含む駆動ユニットを適宜後退させて衝撃を緩和する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)プロペラシャフト１０が軸方向の衝撃力を受けて収縮し、アウタ２１がインナ２２を押し込むとき、インナ２２と一体の薄肉部８０が破断してインナ２２の小径軸部７０が大径基部６０を打ち抜き、この破断荷重の発生とともに衝撃を吸収緩和する。更に続いて、インナ２２の小径軸部７０の外径部が大径基部６０の破断された薄肉部８０の内径部にさらに貫入する過程で、該内径部に当接して軸方向に摺接し、その摺動摩擦抵抗の発生により衝撃を吸収する。

(b)インナ２２を一部薄肉化するだけで衝撃を吸収でき、他の部品を付加するものでないから部品点数を削減できる。インナ２２を一部薄肉化することにより、プロペラシャフト１０を軽量化できる。

(c)インナ２２の小径軸部７０が薄肉部８０を破断して大径基部６０の内径部に侵入するものであり、インナ２２やアウタ２１の大径化を伴なうことがなく、プロペラシャフト１０の小型化軽量化を図ることができる。

(d)インナ２２の薄肉部８０が環状をなすものとすることにより、薄肉部８０の加工形成が簡易になる。また、薄肉部８０が環状をなすとき、打ち抜き荷重の方向性（継手屈曲）によるバラツキを周方向に分散して安定した破断荷重が得られる。

(e)上述(a)の衝撃吸収時に、軸受２２Ｂ（トリポード）がインナ２２から分離しないから、インナ２２に軸受２２Ｂを強固に支持し、アウタ２１とインナ２２の間で安定的にトルク伝達できる。

但し、プロペラシャフト１０において、アウタ２１の隔壁２６が衝接する軸受２２Ｂの内環２２Ｃをインナ２２（インナシャフト２２Ａ）に対し位置決め保持している前述の拡径段差部２４を、一定の力で破壊できる止め輪又は突起等のストッパに代えることもできる。このストッパが一定の力で破壊されたときには、インナシャフト２２Ａから軸受２２Ｂの内環２２Ｃが軸方向に外れて分離し、アウタ２１がインナシャフト２２Ａのみを介してインナ２２を直接的に押し込むものになる。

(f)上述(a)の衝撃吸収時に、インナ２２の小径軸部７０がベアリング４０に対して摺動するから、その摺動摩擦の発生により更に衝撃を吸収する。このとき、ベアリング４０に対して摺動するインナ２２の外周に適宜の凸部を設け、摺動摩擦の大きさを適度に増減し、衝撃吸収荷重特性を調整することもできる。

(g)インナ２２の小径軸部７０が軸方向に多段状をなす外径部を有し、それらの外径部が概ね同一外径をなして軸方向に延在することにより、小径軸部７０の外径部が大径基部６０の破断された薄肉部８０の内径部に貫入する長期間に渡って、該外径部と薄肉部８０の内径部との摺動摩擦に起因する衝撃吸収作用を確保できる。小径軸部７０の外径部は多段状をなす外径部であってそれらの外径を互いに完全には一致しなくても、破断後の小径軸部７０は大径基部６０に対して軸振れしつつ薄肉部８０の内径部に貫入し、小径軸部７０の外径部は薄肉部８０の内径部に必ず摺接して摺動摩擦抵抗を発生可能にする。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、大径基部に形成する薄肉部は、小径軸部が結合される側の端面において、小径軸部の外周に対応する部分に環状溝を設ける等により形成するものでも良い。

図１はプロペラシャフトを示す全体図である。 図２は図１の要部拡大断面図である。 図３はインナシャフトを一部破断して示す正面図である。 図４はインナシャフトの破断前後の状態を示し、（Ａ）は破断前状態を示す断面図、（Ｂ）は破断後状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ プロペラシャフト
１１、１２ 分割シャフト
２０ 等速継手
２１ アウタ
２２ インナ
２２Ｂ 軸受
４０ ベアリング
５０Ａ 支持ブラケット
６０ 大径基部
７０ 小径軸部
８０ 薄肉部

Claims (6)

1. 複数の分割シャフトを等速継手により連結し、一方の分割シャフトに設けた等速継手の筒状アウタに、他方の分割シャフトに設けた等速継手の軸状インナを嵌合してなる自動車用衝撃吸収プロペラシャフトにおいて、
   インナが他方の分割シャフトに結合される大径基部と、大径基部に結合されて軸方向に延在する小径軸部とを有し、大径基部における小径軸部の外周に対応する部分に軸方向の肉厚を薄肉にした薄肉部を形成し、
   一方の分割シャフトに受けた衝撃力により、該一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに収縮し、アウタがインナを押し込むとき、上記薄肉部を軸方向の衝撃力により破断し、小径軸部の外径部が大径基部の破断された薄肉部の内径部に当接して軸方向に摺動可能にすることを特徴とする自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
2. 前記インナの薄肉部が環状をなす請求項１に記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
3. 前記インナの小径軸部の先端側に軸受を結合し、一方の分割シャフトに受けた衝撃力により、該一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに収縮し、アウタがインナを押し込むとき、軸受がインナから分離しない請求項１又は２に記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
4. 前記インナの小径軸部に挿着したベアリングを支持ブラケットに支持し、一方の分割シャフトに受けた衝撃力により、該一方の分割シャフトと他方の分割シャフトが互いに収縮し、アウタがインナを押し込むとき、インナの小径軸部がベアリングに対して摺動可能になる請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
5. 前記インナの小径軸部が軸方向に多段状をなす外径部を有し、それらの外径部が軸方向に延在する請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。
6. 前記インナの小径軸部が同一外径をなして軸方向に延在する請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用衝撃吸収プロペラシャフト。

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