JP3722617B2 - プロペラシャフト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝撃吸収機能を備えたプロペラシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の分野では、キャビンに強度を持たせ、その前後に位置するエンジンルームやトランクルーム等をキャビンよりも強度を抑えて所謂クラッシャブルゾーンとし、このクラッシャブルゾーンを潰すことで衝突時の乗員への衝撃を低減して乗員保護を図るクラッシャブルボディを採用したものが種々提案されている。このようなクラッシャブルボディは、クラッシャブルゾーンが設計どおりに潰れることでその機能を果たすのであるが、近年、このクラッシャブルゾーンの潰れを妨げるものとしてプロペラシャフトの存在が挙げられている。
【０００３】
プロペラシャフトには、自動車の種類に応じて１本ものや、あるいは複数本のシャフトをユニバーサルジョイント等の各種連結部材で連結した分割式のものがある。これらは、トランスミッションとデファレンシャルギア等の被駆動部材とを連結し、エンジン等の駆動源で発生する回転トルクをデファレンシャルギアから車輪に伝達している。特にＦＲ車や４ＷＤ車に採用されるものは、プロペラシャフトが車体の前後方向に向かって延出配置されているため、車体の前後方向からの衝突時にプロペラシャフトが突っ張てしまう。このため衝突時に、エンジンやデファレンシャルギア等の移動が規制されてしまい、車体の前後方向から衝撃荷重を受けてもクラッシャブルゾーンの潰れが妨げられたり、あるいはクラッシャブルゾーンが潰れてもプロペラシャフトが突っ張ることで減少した衝撃荷重が一時的に上昇して、乗員への衝撃を吸収できないおそれがある。また、プロペラシャフトが複数のシャフトを連結した分割式のものの場合、プロペラシャフトにかかる衝撃荷重により同シャフトが折れ曲がりや、その折れ曲がり位置や方向によっては燃料タンクに干渉したり、キャビン内に突出するおそれが懸念される。
【０００４】
このような不具合を解決するものとして、特開平７−１１９７２８号公報には、ユニバーサルジョイントを構成するヨーク部材を２本の軸のそれぞれの一端に設け、各軸のそれぞれの他端側で両者をスライド収縮可能とし、これら軸の何れか一方の外周に所定の軸方向への荷重以下では軸の相互の移動量を規制するＣリングを装着し、車両の前後方向からの衝突により所定以上の衝撃荷重が加わると、Ｃリングによる規制を喪失（破損）させてプロペラシャフトを軸方向に移動する構造が提案がされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
とろこが、特開平７−１１９７２８号公報に記載のプロペラシャフトの構造であると、Ｃリングは、軸の先端と離れて各軸の縮み方向への位置を規制する部位に設けられているので、プロペラシャフトに衝撃荷重が加わって各軸が縮み方向に移動すると、各軸の位置によって、すなわち軸が移動してＣリングに当接するまでの移動距離によってＣリングにかかる荷重にバラツキが発生する。このためプロペラシャフトにかかる衝撃荷重を、Ｃリングの破損よって低減させようとした場合、衝撃荷重特性の調整が難しいという問題点がある。また、一般にＣリングは剪断力が大きくて壊れにくく、これもＣリングによる衝撃吸収特性の調整が難し原因となっている。
【０００６】
本発明は、衝突時の車体の変形量を阻害することなく、低コストで安定した衝撃吸収特性を得られて衝突時の安全性を高められるプロペラシャフトを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、一端側に駆動源又は被駆動部材が連結されたヨーク部材と、一方がヨーク部材の他端側にスプライン嵌合するとともに、他方にヨーク部材挿入方向と同方向に延びた延長部を有し、この延長部でヨーク部材の他端側の先端をカシメることでヨーク部材の他端側を保持するスリーブ部と、カシメ部が内部に位置するようにスリーブ部に装着された中空軸部とを有するので、ヨーク部材の位置が安定する。この安定したヨークの一端側に衝突時に衝撃荷重が入力されると、ヨーク部材のカシメ部を介して衝撃荷重が伝達され、衝撃荷重が延長部のカシメ部による保持力を上回ると、ヨーク部材がカシメ部を塑性変形させながら荷重方向にスライドしてプロペラシャフトの突っ張りがなくなる。
【０００８】
本発明では、スリーブ部を中空軸部の入出力方向に位置する両端に設けるので、プロペラシャフトにかかる衝撃荷重が中空軸の入出力方向の何方から入力されても、衝撃荷重を効果的に吸収緩和できる。延長部でカシメるヨーク部材の他端側の先端としては、ヨーク部材の他端の先端や、ヨーク部材の他端の先端に当接させた中間部材が挙げられる。中間部材を介装させると、衝撃荷重が延長部のカシメ部による保持力を上回ったとき、ヨーク部材が中間部材でカシメ部を塑性変形させながら荷重方向にスライドして、プロペラシャフトの突っ張りがなくなるとともに、ヨーク部材の材質と中間部材に個別の材質を選択できたり、ヨーク部材の長さを短くでき、ヨーク部材の製造や加工性を高められる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図２に示すプロペラシャフトは、トランスミッション１２と被駆動部材となるデファレンシャルギア１３を連結し、図示しない駆動源となるエンジンで発生する回転トルクをデファレンシャルギア１３から図示しない駆動輪に伝達している。プロペラシャフトは、矢印Ａで示した入出力方向となる車体の前後方向（以下「前後方向Ａ」と記す）にクラッシャブルゾーンをそれぞれ構成され、各クラッシャブルゾーンの間に高強度のキャビンを備えた周知のクラッシャブルボディを持つ車両に適用されている。
【００１０】
プロペラシャフトは、その中心に中空軸部となる鋼管４を配置され、前後方向Ａに位置するその両端４ａ，４ｂにヨーク部材となるスライドヨーク１，１と、スリーブ部となるスリーブ２，２とをそれぞれ備えている。一端４ａ側のスライドヨーク１の一端１ａは、トランスミッション１２にスプライン結合で前後方向Ａに摺動可能に支持された出力軸１４と、自在継手１６と連結ヨーク１５を介して連結されている。他端４ｂ側のスライドヨーク１の一端１ａは、自在継手１８、連結ヨーク１７を介してデファレンシャルギア１３と連結されている。各スライドヨーク１，１は、自在継手１６，１８と連結ヨーク１５，１７とによりそれぞれユニバーサルジョイントを構成している。スリーブ２，２の構成は、基本的には同一であり、鋼管４を中心にそれぞれ対称に配置されている。このため、以下一端４ａ側のスリーブ２の構成を代表して詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すように、スライドヨーク１は、自在継手１６の取付け部となる一端１ａを備え、他端１ｂを中抜き軸部として金属で形成されており、他端１ｂの外周面に軸線方向に延びるスプライン歯部１ｅを形成されている。スライドヨーク１の端面１ｃの近傍に位置する他端１ｂの外周面には、周溝９が形成されており、後述するスナップリング８が嵌挿される。
【００１２】
スリーブ２は、全体が筒形状を成し金属で冷鍛鍛造により成形されており、スライドヨーク１の他端１ｂを挿通可能としている。スリーブ２の内周面２ｄの端面２ａ寄りには、スプライン歯部１ｅと係合するスプライン歯部２ｅが形成されており、スプライン歯部１ｅ，２ｅ同士を圧入して嵌合させてスライドヨーク１を内装保持している。このため、スリーブ２は、スプライン嵌合部１０によってスライドヨーク１と一体回転、かつ軸方向に相対的に移動可能に支持されている。スプライン歯部１ｅ，２ｅは、互いに大径合わせされていて、これらを圧入して嵌合させることでスプライン嵌合部１０のガタを低減し、プロペラシャフトの回転バランスを安定させている。
【００１３】
スリーブ２の内周面２ｄには、スプライン歯部２ｅとの境に段部２ｆが形成されている。周溝９に挿嵌されるスナップリング８は、この段部２ｆと当接する大きさに形成されており、段部２ｆと当接することで、スリーブ２の端面２ａからのスライドヨーク１の突出位置を定めている。一端１ａの背後に形成された当接面１ｄから端面２ａまでが、スライドヨーク１の移動量Ｓとなる。このようにスナップリング８を設けてスライドヨーク１の位置決めと移動量Ｓとを一定にすることで、プロペラシャフトの回転バランスの安定を図っている。また、スナップリング８は、図示しないサスペンションのストローク変位によりトランスミッション１２と出力軸１４とが移動するときの、スライドヨーク１のスリーブ２からの抜け止め機能や、スリーブ２をシート３にカシメる時の抜け止め機能を備えている。
【００１４】
スリーブ２の略中央の外周面には、鋼管４の一端４ａが挿嵌される段周部２ｂが形成されている。スリーブ２は、この段周部２ｂを先端４ａに挿嵌した状態で段周部２ｂの近傍を周方向に溶接されることで鋼管４に固定されている。符号１１は、溶接部を示す。
【００１５】
図３に示すように、段周部２ｂには、延長部２ｃがスライドヨーク１の挿入方向となる他端１ｂの延出方向に延びて形成されている。この延長部２ｃは、本形態では段周部２ｂよりも肉薄の円周形状に形成されている。なお、延長部２ｃの円周上に適当な間隔でスリットを形成して分割するようにしてもよい。延長部２ｃは、図１に示すように、鋼管４の内部４ｃに配置され、それぞれをスリーブ２の内側に折り曲げたときに、互いに重合しない長さに設けられている。スリーブ２の端面２ａから延長部２ｃの先端までの全長は、スライドヨーク１の当接面１ｄから端面１ｃまでの長さよりも短く形成されている。スリーブ２の端面２ａには、埃や水等のスリーブ２内への進入を防止するためにシーラントが塗布されていて適切なシール性と防錆性が確保されている。
【００１６】
スリーブ２内には、中間部材としてシート３がスライドヨーク１の内端面１ｃにその一端面３ａを当接するように配置される。シート３は、冷鍛鍛造によりリング状に形成されており、その外径を略スリーブ２の内周面と同径に形成されており、内周面２ｄにその外周面３ａを摺接させている。シート３は、スリーブ２に挿嵌したスライドヨーク１を図１に示すように、スリーブ２から最大に突出させた状態の時に、延長部２ｃの近傍にその他端面３ｂが位置するような厚さを有している。このシート３は、延長部２ｃを内側に折り曲げて同折り曲げ部をカシメることで、スライドヨーク１の端面１ｃと延長部２ｃとに挟まれ、かつ端面１ｃと延長部２ｃとに両端面３ａ，３ｂがそれぞれ当接した状態でスリーブ２内に保持されて略前面被覆されている。図中符号Ｇは、カシメ部を示す。すなわち、鋼管４は、カシメ部Ｇを内部に位置するようにスリーブ４に装着される。シート３には炭素鋼が用いられている。シート３の加工方法としては、冷鍛鍛造ではなく切削加工を用いても低コストで所望の形状に加工できる。
【００１７】
プロペラシャフトの組み付け手順を図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、予めスプライン歯部１ｅ及び周溝９を形成したスライドヨーク１の端面１ｃを、予めスプライン歯部２ｅを形成されたスリーブ２の端面２ａに互いの歯部を噛み合うように当接して両者を軽圧入してスライドヨーク１にスリーブ２を装着する。スライドヨーク１とスリーブ２とを、周溝９が延長部２ｃより外側に突出するまで軸方向に相対的にスライドさせ、スナップリング８を装着する。
【００１８】
次に図４（ｂ）に示すように、スナップリング８がスリーブ２の段部２ｆに当接するまでスリーブ２とスライドヨーク１とを両者の間隔が広がる向きに相対的に移動させ、さらにシート３を延長部２ｃから内周面２ｄに沿ってスリーブ２内に挿入して、その一端面３ａが端面１ｃに当接するまで押し込む。
【００１９】
図４（ｃ）に示すように、シート３と端面１ｃとの当接状態を確保した後、スリーブ２の各延長部２ｃをそれぞれ内側に略直角に折り曲げてシート３の他端面３ｂに当接し、各折り曲げ部を周方向にカシメ、シート３を端面１ｃと折れ曲がった延長部２ｃとで挟持した保持する。そして、このようにして組み付けられたスリーブ２を鋼管４に装着するには、段周部２ｂを鋼管４の一端４ａに挿嵌し、矢印Ｄで示す両者の挿嵌部を外側から周方向に溶接して固定することでカシメ部Ｇやシート３が鋼管４の内部４ｃに配置される。
【００２０】
スリーブ２と鋼管４との溶接時の熱により、スリーブ２とスライドヨーク１のスプライン嵌合部１０に熱変形のおそれがある。しかし、本形態では、シート３が端面１ｃと延長部２ｃに接触した状態にあるので、溶接時の熱がシート３にも伝達されてスプライン嵌合部１０にかかる熱が緩和され、スプライン嵌合部１０の熱変形が防止される。このため、スライドヨーク１に衝撃荷重Ｆが加わったときの、スプライン嵌合部１０の熱変形による抵抗がなくなり、スライドヨーク１の移動に熱変形による過負荷が発生しなくなる。このことは、スライドヨーク１を移動させる負荷変動を抑えて、スライドヨーク１の移動を安定して行えることになる。
【００２１】
このように構成したプロペラシャフトの作用について説明する。
図１において、矢印Ｂで示す前方向から衝撃荷重Ｆが加わると、図示しない車体の前方側に形成されたエンジンルーム等のクラッシャブルゾーンが衝突初期段階において変形し衝撃荷重Ｆが吸収される。そして変形した部位がエンジンに衝突すると、衝撃荷重Ｆがトランスミッション１２からスライドヨーク１に伝達される。スライドヨーク１にかかる衝撃荷重Ｆが、スプライン嵌合部１０による第１の抵抗と、カシメ部Ｇによる第２の抵抗を超えると、スライドヨーク１が収縮方向に移動する。スライドヨーク１が移動すると、スプライン嵌合部１０による第１の抵抗がスライドヨーク１の移動に伴い増大するとともに、折り曲げられた延長部２ｃがシート３に押されて延長部２ｃがカシメ部Ｇから開く方向に塑性変形して第２の抵抗が増大する。すなわち、プロペラシャフトにかかった衝撃荷重Ｆは、スプライン嵌合部１０の抵抗とカシメ部Ｇを塑性変形させるエネルギーで吸収されることになる。スライドヨーク１の移動は、当接面１ｄがスリーブ２の端面２ａに当接することで停止する。
【００２２】
衝撃荷重Ｆに対するカシメ部Ｇの強度は、衝撃荷重Ｆの入力時に図示しないキャビンの乗員に対して致命的な衝撃となる基準衝撃を発生させない程度に設定する。このようにカシメ部Ｇの衝撃荷重Ｆに対する強度を、基準衝撃を超えない程度に設定しておけば、スライドヨーク１に衝撃荷重Ｆが加わっても、カシメ部Ｇの踏ん張りによる過度な衝撃荷重の上昇を抑えられる。同時に、カシメ部Ｇを塑性変形させる力とスプライン嵌合部１０による抵抗とで衝撃荷重Ｆを充分に低減することができる。よって、衝撃荷重Ｆの吸収率に占めるスライドヨーク１のストローク量Ｓによる割合を少なくでき、スライドヨーク１のストローク量Ｓを低減できる。このため、スプライン嵌合部１０を短かくでき、プロペラシャフトの重量や製造コストを低減できる。これによりプロペラシャフトは、図５（ａ）に示すように、スリーブ２によって確実に収縮される。仮に、スリーブ２で衝撃荷重Ｆが吸収しきれない場合には、当接面１ｄが端面２ａに当接することで鋼管４を介して他端４ｂ側に装着したスリーブ２が作用して衝撃荷重Ｆがさらに吸収緩和されることになる。
【００２３】
車体に対して図５（ｂ）に矢印Ｃで示す後方向から衝突荷重Ｆが加わると、デファレンシャルギア１３を介してその衝突荷重Ｆがスリーブ２に伝達され、図５（ｃ）に示すように車体に前方向Ｂ及び後方向Ｃから衝突荷重Ｆが加わると、各衝突荷重がそれぞれスリーブ２，２に伝達されて、上述した形態と同様に各スリーブ２，２の作用によって衝撃荷重が吸収緩和される効果を得られる。
【００２４】
このようにプロペラシャフトが突っ張らなることで、車体に設定されたクラッシャブルゾーンを充分に変形させることができ、衝突初期において衝撃荷重Ｆを確実に低減することができる。また、クラッシャブルゾーンで吸収しきれずに各スライドヨーク１に加えられた衝突荷重Ｆは、スライドヨーク１の収縮方向への移動が進むほどに各スプライン嵌合部１０やカシメ部Ｇの塑性変形により吸収緩和されることになる。つまり、車体が本来持っている衝撃吸収性能を確実に発揮させながら、同時にプロペラシャフトによる衝撃吸収率が向上し、キャビンの乗員へ及ぶ衝撃を最小限に抑えて安全性が向上する。
【００２５】
カシメ部Ｇは、鋼管４の内部４ｃに配置され、スライドヨーク１もスリーブ２を介して同じく内部４ｃに配置されているので、衝突荷重Ｆの加えられたスライドヨーク１は、鋼管４の内部４ｃでスライド移動することになり、プロペラシャフトの折れ曲がりがなくなる。このため、プロペラシャフトの折れ曲がりによる図示しないキャビン内への突出や燃料タンクとの干渉を防止でき、より車両の安全性を高めることができる。
【００２６】
本実施の形態におけるスプライン嵌合部１０は、スライドヨーク１及びスリーブ２に、軸方向に延びる直線状の歯部を周方向に形成して構成したが、スライドヨーク１またはスリーブ２の一方にスライドヨーク１の回転方向に傾斜角（リード）を付けた歯部を形成して構成してもよい。このようにスプライン嵌合部を構成すると、回転方向へのガタをより低減できるとともに、スライドヨーク１に衝撃荷重Ｆが加わって同スライドヨーク１が移動するときのスプライン嵌合部による抵抗が増え、同嵌合部による衝撃吸収率を高められる。この場合においても、スプライン嵌合部の抵抗は、図示しないキャビンの乗員に対する衝撃が基準衝撃よりも低くなる範囲に設定することは上記の場合と同様である。
【００２７】
本実施の形態では、溶接時の熱によるスプライン嵌合部１０の熱変形を考慮して、スライドヨーク１の端面１ｃにシート３を当接させて配置し、このシート３をスリーブ２の延長部２ｃでかしめて保持したが、溶接部１１の位置をスプライン嵌合部１０から離れた部位としたり、あるいは熱変形がスライドヨーク１の移動にほとんど影響を与えるおそれがなければ、スライドヨーク１を本形態よりも延出形成し、その先端となる端面１ｃ近傍の縁部１ｆ（図１参照）を直接延長部２ｃでかしめても無論構わない。
【００２８】
スリーブ２，２をそれぞれ鋼管４の両端４ａ，４ｂに設けた形態としているが、これに限定されるものではなく、少なくとも何れか一方に装着されていれば良く、ＦＲ車や４ＷＤ車においては少なくともフロント側に配置するのが好ましいと云える。すなわち、クラッシャブルゾーンを少なくとも適切に変形させることができるスライドヨーク１の移動量を鋼管４の前端４ａまたは後端４ｂの何れか一方で確保できるのであれば、本発明の構成は、鋼管４の前端４ａまたは後端４ｂの何方に設けても良い。図中、プロペラシャフトは分割されていない１本もので説明したが、上述したスリーブ２，２を分割式のプロペラシャフトに採用しても無論構わない。この場合においても、車体での適切な変形量を確保するための衝撃吸収特性を１箇所で確保できるのであれば、スリーブ２は１つで良い。
【００２９】
実施の形態では、スリーブ２の延長部２ｃのカシメ部Ｇの疎性変形で衝撃荷重Ｆを吸収緩和している。このため、延長部２ｃをカシメる時の強さや延長部２ｃの厚さを変更することで、プロペラシャフトに要求される衝撃吸収特性を容易に調整できる。あるいは、カシメ力が一定であってもスプライン嵌合部１０の圧入状態を調整することでもプロペラシャフトによる衝撃吸収特性を容易に調整することができる。
【００３０】
上述した実施の形態は、クラッシャブルボディを有する車両に適用した形態で説明したが、これに限定されるものではなく、車両が物体に衝突して衝撃荷重が発生した時に、プロペラシャフトにその衝撃荷重が伝達されるものであればどのようなタイプの車両に適用しても構わない。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、プロペラシャフトが収縮することで衝突時の車体の変形量が阻害されなくなるので、衝突時の衝撃荷重を充分に車体変形で吸収できる。またヨーク部材が、中空軸内で移動するので、プロペラシャフトの折れ曲がりがなくなり、燃料タンクの破損やキャビンへの突出などの２次的な不具合の発生を防止できて安全性が向上する。さらにスリーブの延長部のカシメによって被覆されることでヨーク部材の他端側の先端が保持されることでヨーク部材の位置が安定するので、ヨーク部材の移動に伴うかしめ部の塑性変形のバラツキがなくなり、プロペラシャフトの衝撃吸収特性が安定し、乗員にかかる衝撃を確実に抑えられて安全性が向上する。加えて、プロペラシャフトへの衝撃荷重は、ヨーク部材の移動に伴いスプライン嵌合部でも吸収されるので、プロペラシャフトによる衝撃吸収率が向上し、プロペラシャフトの収縮量を低減でき、コスト低減を図りながら安全性を高められる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば、プロペラシャフトにかかる衝撃荷重が中空軸部の入出力方向の何方から入力されても、その衝撃荷重が延長部のカシメ部による保持力を上回ると、安定した位置に保持されたヨーク部材がカシメ部を塑性変形しながら荷重方向にそれぞれ移動するので、よりプロペラシャフトの衝撃吸収特性が向上し、より一層安全性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態を示すプロペラシャフトの衝撃吸収手段の構成を示す断面図である。
【図２】衝撃吸収手段を備えたプロペラシャフトの一形態を示す全体図である。
【図３】本発明で用いるスリーブと中間部材の一形態を示す拡大斜視図である。
【図４】プロペラシャフトの組み付け工程を示す図である。
【図５】衝撃荷重を受けたときのプロペラシャフトの収縮状態を示す全体図である。
【符号の説明】
１ ヨーク部材
１ａ 一端
１ｂ 他端
１ｆ，３ 他端側の先端
２ スリーブ部
２ｃ 延長部
４ 中空軸部
４ａ，４ｂ 両端
１３ 被駆動部材

Claims (2)

1. 駆動源と被駆動部材とを連結するプロペラシャフトにおいて、
   一端側に上記駆動源又は上記被駆動部材が連結されたヨーク部材と、
   一方が上記ヨーク部材の他端側にスプライン嵌合し、他方が上記ヨーク部材の挿入方向と同方向に延びた延長部と、
   上記ヨーク部材の他端の先端に当接させた中間部材と、
   この延長部で上記中間部材をカシメることで同ヨーク部材の他端側を保持するスリーブ部と、
   上記カシメ部が内部に位置するように上記スリーブ部に装着された中空軸部とを有することを特徴とするプロペラシャフト。
2. 請求項１記載のプロペラシャフトにおいて、
   上記スリーブ部は、上記中空軸部の入出力方向に位置する両端に設けられていることを特徴とするプロペラシャフト。

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