JP5250825B2 - 車両用ドライブシャフト - Google Patents

Description

本発明は、車両の動力伝達経路に設けられる動力伝達部材としての車両用ドライブシャフトに関するものである。

車両駆動用の動力源から駆動輪に至る動力伝達経路において、その動力源から出力された動力を駆動輪へ伝達するために設けられる回転軸としての車両用ドライブシャフトが知られている。例えば、特許文献１に記載されたドライブシャフトがそれである。この特許文献１に記載されたドライブシャフトは、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式の前輪駆動車両において前輪用差動歯車装置と前輪との間に設けられた前輪駆動車軸であり、前輪用差動歯車装置から前輪へトルクを伝達するものである。また、これ以外にも、上記車両用ドライブシャフトには、例えば、全輪駆動車両において用いられる前輪駆動車軸、および例えばＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）方式やＭＲ（ミッドシップ・リアドライブ）方式あるいはＲＲ（リアエンジン・リアドライブ）方式などの後輪駆動車両または全輪駆動車両において後輪用差動歯車装置と後輪との間に設けられる後輪駆動車軸などがある。
特開２００４−９８４３号公報

ところで、上記従来の車両用ドライブシャフトを含む駆動系では、駆動系ねじり共振が発生することにより、振動や例えば車内こもり音等の騒音が増大するという問題がある。上記駆動系ねじり共振は、例えば、ロックアップクラッチ付トルクコンバータを備えた車両において、そのロックアップクラッチの係合が比較的低回転で行われたとき等において発生する。

そこで、未公知の技術であるが、例えば図１５に示すような中間シャフト１００を備えた車両用ドライブシャフトを用いることにより、駆動系の一部のねじり剛性を低下させてその駆動系の共振周波数を低下させることで上記ねじり共振を抑制させるということが考えられる。図１６は図１５のXVI−XVI視断面図であり、図１７は図１５のXVII−XVII視断面図である。図１０乃至図１２において、この中間シャフト１００は、軸心方向の中央部に低ねじり剛性部１０２が設けられるとともに、両端部に第１スプライン軸部１０４および第２スプライン軸部１０６が設けられたコアシャフト部１０８と、一端部に上記第１スプライン軸部１０４に対して嵌着された第１スプライン穴部１１０が形成されるとともに、他端部に上記第２スプライン軸部１０６に対して周方向に所定の間隙を有して挿入された第２スプライン穴部１１２が形成されたスリーブシャフト部１１４とを備えている。上記所定の間隙は、中間シャフト１００に伝達されるトルクが予め設定された所定値を越えて、第２スプライン穴部１１２に対する第２スプライン軸部１０６の相対ねじれ角度が所定角度θ１となったときに、それら第２スプライン穴部１１２および第２スプライン軸部１０６が周方向において当接するように設けられている。なお、上記予め設定された所定値は、例えば、ロックアップクラッチの係合を比較的低回転で行ったときの伝達トルク値として予め例えば実験等により求められる値である。

このように構成された中間シャフト１００は、例えば伝達トルクが前記予め設定された所定値以下の比較的低いときには、低ねじり剛性部１０２を介してトルク伝達が行われる低ねじり剛性状態とされ、また、伝達トルクが前記予め設定された所定値を越える比較的高いときには、低ねじり剛性部１０２およびスリーブシャフト部１１４を介してトルク伝達が行われる高ねじり剛性状態とされる。したがって、このような中間シャフト１００を有する車両用ドライブシャフトによれば、例えばロックアップクラッチの係合が比較的低回転で行われたときには、駆動系の一部のねじり剛性が低くされて駆動系の共振周波数が低下させられるので、本来発生する駆動系ねじり共振の発生を抑制することができる。また、例えば加速走行時など比較的高いトルクが伝達されるときには、ねじり剛性が高くされるので、車両用ドライブシャフトの耐久性や車両の操縦安定性が確保できる。つまり、一律にねじり剛性を低下させることによってドライブシャフトの耐久性や車両の操縦安定性が低下するという問題を解消しつつ、駆動系ねじり共振の発生を抑制することができる。

ところが、前記中間シャフト１００を有する車両用ドライブシャフトにおいては、その中間シャフト１００のねじり剛性の可変特性を決定する所定角度θ１を精度よく設定することが難しいという問題があった。すなわち、第２スプライン穴部１１２と第２スプライン軸部１０６との周方向の間隙を軸心まわりの例えば２〜５°程度の比較的小さな所定角度θ１とするために、第１スプライン穴部１１０のスプライン溝と第２スプライン穴部１１２のスプライン溝との軸心まわりの相対位相、および第１スプライン軸部１０４のスプライン歯と第２スプライン軸部１０６のスプライン歯との軸心まわりの相対位相を、それぞれ精度良く加工形成することが難しいという問題があった。

本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、構成部品を高精度且つ容易に加工形成することができ、しかも、耐久性や操縦安定性を確保しつつも駆動系ねじり共振の発生が抑制できる車両用ドライブシャフトを提供することにある。

かかる目的を達成するための請求項１にかかる発明の要旨とするところは、（１）車両の動力伝達経路の一部を構成し、動力を駆動輪へ伝達するために設けられる車両用ドライブシャフトにおいて、（２）基端部が軸心方向の長手状に且つ互いに同心に相互に固定され、先端部に第１結合部および第１係合部がそれぞれ設けられたコアシャフト部およびスリーブシャフト部を有する第１軸部と、（３）該第１軸部と同心に設けられ、前記第１結合部に軸心まわりの相対回転不能に固定された第２結合部、および前記第１係合部との相対ねじれ角度が所定値以上となると該第１係合部に周方向に当接する第２係合部がそれぞれ設けられた第２軸部とを備え、（４）前記第１係合部と第２係合部との相対ねじれ角度が所定値を下回る場合には前記コアシャフト部を介してトルクを伝達し、前記第１係合部と第２係合部との相対ねじれ角度が所定値以上である場合には前記コアシャフト部に加えて前記スリーブシャフト部をそれぞれ介して前記トルクよりも大きいトルクを伝達する車両用ドライブシャフトであって、(５）前記第１結合部は、前記コアシャフト部の先端部に形成されたスプライン軸部であり、(６）前記第１係合部は、前記スリーブシャフト部の先端部において軸心まわりの所定の間隔で軸心方向へ突き出す複数の第１係合突起であり、(７）前記第２結合部は、前記第２軸部の一端面の中央部に穿設されたスプライン穴部であり、(８）前記第２係合部は、前記複数の第１係合突起との間に周方向の所定の間隙を形成するように、前記第２軸部の一端面から軸心まわりの所定の間隔で軸心方向へ突き出す複数の第２係合突起であり、(９）前記スプライン軸部の全体が、前記第１係合部の複数の第１係合突起の先端よりも、軸方向において前記第２軸部側に配置されていることにある。

請求項１にかかる発明の車両用ドライブシャフトによれば、車両の動力伝達経路の一部を構成し、動力を駆動輪へ伝達するために設けられる車両用ドライブシャフトであって、基端部が軸心方向の長手状に且つ互いに同心に相互に固定され、先端部に第１結合部および第１係合部がそれぞれ設けられたコアシャフト部およびスリーブシャフト部を有する第１軸部と、該第１軸部と同心に設けられ、前記第１結合部に軸心まわりの相対回転不能に固定された第２結合部、および前記第１係合部との相対ねじれ角度が所定値以上となると該第１係合部に周方向に当接する第２係合部がそれぞれ設けられた第２軸部とを備え、（４）前記第１係合部と第２係合部との相対ねじれ角度が所定値を下回る場合には前記コアシャフト部を介してトルクを伝達し、前記第１係合部と第２係合部との相対ねじれ角度が所定値以上である場合には前記コアシャフト部に加えて前記スリーブシャフト部をそれぞれ介して前記トルクよりも大きいトルクを伝達することから、第１結合部および第１係合部は、第１軸部の一端部において軸心方向の距離が近接して設けられ、また、第２結合部および第２係合部は、第２軸部の一端部において軸心方向の距離が近接して設けられているので、それら第１結合部、第１係合部、第２結合部、および第２係合部を高精度且つ容易に加工形成することができる。すなわち、上記第１結合部、第１係合部、第２結合部、および第２係合部の加工の際には、例えば、軸心方向の基準を加工部位付近に設定できる、或いは加工部材を掴み替えずに加工を施す所謂ワンチャック加工が可能となる等の利点があるため、高精度の加工を容易に施すことができる。したがって、車両用ドライブシャフトのねじり剛性の可変特性を決定する第１係合部と第２係合部との周方向の間隙を、予め設定された所定値に精度よく設定することできる。

そして、例えばロックアップクラッチの係合が比較的低回転で行われるとき等のように伝達トルクが比較的低いときには、コアシャフト部（第１結合部および第２結合部）を介してトルク伝達が行われる低ねじり剛性状態とされ、例えば加速走行時のように伝達トルクが比較的高いときには、コアシャフト部に加えてスリーブシャフト部（第１係合部および第２係合部）をそれぞれ介してトルク伝達が行われる高ねじり剛性状態とされるので、例えばロックアップクラッチの係合が比較的低回転で行われるときには、駆動系の一部のねじり剛性が低くされて駆動系の共振周波数が低下させられ、本来発生する駆動系ねじり共振の発生を抑制することができる。

そして、例えば加速走行時など比較的高いトルクが伝達されるときにはねじり剛性が高くされるので、車両用ドライブシャフトの耐久性や車両の操縦安定性が確保できる。

つまり、請求項１にかかる発明の車両用ドライブシャフトによれば、構成部品を高精度且つ容易に加工することができ、しかも、耐久性や操縦安定性を確保しつつも駆動系ねじり共振の発生が抑制できる。

また、請求項１にかかる発明の車両用ドライブシャフトによれば、前記第１結合部は、前記コアシャフト部の先端部に形成されたスプライン軸部であり、前記第１係合部は、前記スリーブシャフト部の先端部において軸心まわりの所定の間隔で軸心方向へ突き出す複数の第１係合突起であり、前記第２結合部は、前記第２軸部の一端面の中央部に穿設されたスプライン穴部であり、前記第２係合部は、前記複数の第１係合突起との間に周方向の所定の間隙を形成するように、前記第２軸部の一端面から軸心まわりの所定の間隔で軸心方向へ突き出す複数の第２係合突起であり、前記スプライン軸部の全体が、前記第１係合部の複数の第１係合突起の先端よりも、軸方向において前記第２軸部側に配置されている。このことから、第１係合突起は、例えば、スリーブシャフト部の先端面が軸心方向の基準とされ、その先端面に対して軸心まわりの所定の間隔で溝削り加工が為されて形成されたものであり、スプライン軸部は、例えば、上記軸心方向の基準としてのスリーブシャフト部の先端面から所定長さだけ軸心方向へ突き出されたコアシャフト部に対して歯切り加工が為されて形成されたものであり、また、第２係合突起は、例えば、一端面を底面とする有底円筒状に形成された第２軸部の一端部においてその一端面が軸心方向の基準とされ、その一端面の外周側から軸心方向へ突き出した円筒状部分に対して軸心まわりの所定の間隔で溝削り加工が為されて形成されたものであり、スプライン穴部は、例えば、上記一端面の中央部に穿設された下穴に対して内径歯切り加工や型の押し込み等が為されて形成されたものであるので、第１軸部において第１係合突起とスプライン軸部とを加工する際、および第２軸部において第２係合突起とスプライン穴部とを加工する際に、例えば、加工部材を掴み替えずに加工する所謂ワンチャック加工が可能となる、或いは軸心方向の基準を加工部位付近に設定することができる等のメリットがあるため、高精度の加工を容易に施すことができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例の車両用ドライブシャフト（車両用動力伝達部材）１０を備える車両の駆動装置１２の概略構成およびその車両に設けられた制御系統の要部を示す図である。図１において、駆動装置１２は、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両用のものであり、駆動用の動力源としてエンジン１４を備えている。例えばガソリンエンジンやディーセルエンジン等の内燃機関で構成されているエンジン１４から出力された動力は、よく知られたトルクコンバータ１６および自動変速機１８をそれぞれ介して差動歯車装置２２に伝達され、その差動歯車装置２２から一対の車両用ドライブシャフト１０を介して一対の駆動輪２４へそれぞれ分配されるようになっている。すなわち、本実施例の車両用ドライブシャフト１０は、エンジン１４から駆動輪２４に至る車両の動力伝達経路の一部を構成し、エンジン１４から差動歯車装置２２に伝達された動力を駆動輪２４へ伝達するために設けられたものである。

ここで、上記トルクコンバータ１６は、エンジン１４の出力軸としての図示しないクランクシャフトに連結され、エンジン１４から回転駆動されることによってトルクコンバータ１６内の作動油の流動による流体流を発生させるポンプ翼車２５と、自動変速機１８の入力軸に連結され、ポンプ翼車２５からの流体流を受けて回転駆動されるタービン翼車２６と、そのタービン翼車２６からポンプ翼車２５への流体流中に配設されたステータ翼車２７とを備えており、トルクを増幅しつつ作動油を介して動力伝達を行うようになっている。また、それ等のポンプ翼車２５とタービン翼車２６との間には、油圧制御回路２８から供給される油圧によって係合または解放されるロックアップクラッチ２９が設けられている。このようなトルクコンバータ１６では、ロックアップクラッチ２９が完全係合状態とされることによってポンプ翼車２５およびタービン翼車２６が機械的に直結状態とされ、エンジン１４のクランクシャフトと自動変速機１８の入力軸とが一体的に回転されるようになっており、これにより、作動油を介して動力伝達を行う場合に比較して、トルク増幅効果が得られないものの動力伝達効率が良くなる。また、ポンプ翼車２５には、自動変速機１８の変速制御やロックアップクラッチ２９の係合解放制御などに用いられる油圧を油圧制御回路２８に供給するための機械式のオイルポンプ３０の回転部材が連結されている。

電子制御装置３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェイス等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されている。この電子制御装置３１には、例えば、スロットルセンサ３２からのスロットル弁開度θ_ＴＨを示す信号、および車速センサ３３からの車速Ｖを示す信号などが供給されるようになっており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、エンジン１４の出力制御、自動変速機１８の変速制御、またはトルクコンバータ１６のロックアップクラッチ２９の係合解放制御などを行うようになっている。上記ロックアップクラッチ２９の係合解放制御は、例えば、図２に示すような車速軸とスロットル弁開度軸との二次元座標内において設定されたロックアップクラッチ２９の作動領域すなわち解放領域および係合領域から構成される予め記憶された関係（マップ、ロックアップ領域線図）から、実際のスロットル弁開度θ_ＴＨおよび車速Ｖに基づいてロックアップクラッチ２９の作動領域を決定し、その決定された作動領域に基づいてロックアップクラッチ２９の作動状態を切り換えるためのロックアップ制御指令信号Ｓ_Ｌを油圧制御回路２８に出力することにより行われる。油圧制御回路２８は、上記ロックアップ制御指令信号Ｓ_Ｌに従ってロックアップクラッチ２９の作動状態が切り換わるように、例えば内部に有する電磁弁等を作動させてロックアップクラッチ２９へ供給される油圧を制御するようになっている。

図１に戻って、一対の車両用ドライブシャフト１０は、一端部が差動歯車装置２２の出力部材に連結された第１連結シャフト（インボード側シャフト部材）３４と、一端部がその第１連結シャフト３４の他端部に自在継手３６を介して連結された中間シャフト３８と、一端部がその中間シャフト３８に自在継手４０を介して連結された第２連結シャフト（アウトボード側シャフト部材）４２とをそれぞれ含んで構成されている。図１の左側の車両用ドライブシャフト１０が備える中間シャフト３８と図１の右側の車両用ドライブシャフト１０が備える中間シャフト３８とは、軸心方向の長さが異なるだけであり、その他は同じ構造を有するものである。以下では、図１の左側のドライブシャフト１０が備える中間シャフト３８に関して説明する。

図３は、図１の左側の中間シャフト３８を拡大して示すIII矢視部拡大図である。また、図４は、図３のIV−IV矢視部を示す断面図である。図３および図４において、中間シャフト３８は、トルク伝達方向に軸心Ｃを有して互いに同心に設けられるとともに一端部同士が相互に連結された第１軸部４４および第２軸部４６の結合体である。

図５は、図４のV−V矢視部の第１軸部４４のみを示す断面図であり、図６は、第１軸部４４の一端部を外形のままで、他端部を図５のVI−VI矢視部に対応する箇所で切り欠いて示す一部断面図である。図５および図６において、第１軸部４４は、軸心Ｃ方向の中間付近に相互に一体に固定された基端部を有するとともに、その基端部から先端部側において軸心Ｃ方向の長手状に且つ互いに同心に設けられた中空円筒状のスリーブシャフト部４８および円柱状のコアシャフト部５０を備えた軸状部材である。

上記スリーブシャフト部４８は、先端部において軸心Ｃまわりの所定の間隔で軸心Ｃ方向へ突き出す複数の第１係合突起５２を備えている。本実施例では、これら複数の第１係合突起５２は、軸心Ｃまわりの例えば６０°の等角度間隔で設けられるとともに、その周方向長さが図５に示すように軸心Ｃを中心とする所定角度θ_Ａの範囲を占める長さとなるように形成されている。

上記コアシャフト部５０は、スリーブシャフト部４８（第１係合突起５２）の先端面から所定長さだけ軸心Ｃ方向へ突き出す先端部に形成されたスプライン軸部５４を備えている。本実施例では、このスプライン軸部５４は、軸心Ｃまわりの例えば６０°の等角度間隔で角型スプライン歯が複数設けられた角型スプライン軸を有し、それら複数のスプライン溝と前記複数の第１係合突起５２との軸心Ｃまわりの相対位相が一致するように形成されている。

本実施例では、コアシャフト部４８およびスリーブシャフト部５０を含めた第１軸部４４の全体が同じ材質の部材により一体的に形成されている。このような第１軸部４４は、例えば、マシニングセンタ（入力された指令（プログラム）に従って、複数種類の工具を自動的に交換しながら多種の加工を行う数値制御工作機械）等により、先ず、軸状素材の一端部が工作機械に固定（チャック）された状態で、その他端部の端面に対して軸心Ｃ方向への切削加工が施されることで、有底環状溝５５が形成されるとともに、コアシャフト部５０がスリーブシャフト部４８の先端面５３から所定長さだけ軸心Ｃ方向へ突き出して形成され、次いで、スリーブシャフト部４８の先端面５３が軸心Ｃ方向の基準とされ、その先端面５３に対して軸心Ｃまわりの例えば６０°の等角度間隔で溝削り加工が施されて第１係合突起５２が形成され、次いで、先端面５３から軸心Ｃ方向へ突き出すコアシャフト部５０の先端部に対して歯切り加工が施されてスプライン軸部５４が形成されることによって、製作される。

図７は、図４のVII−VII矢視部の第２軸部４６のみを示す断面図であり、図８は、第２軸部４６の一端部を外形のままで、他端部を図７のVIII−VIII矢視部に対応する箇所で切り欠いて示す一部断面図である。図７および図８において、第２軸部４６は、一端部において、端面５６の中央部に穿設されたスプライン穴部５８と、端面５６から軸心Ｃまわりの所定の間隔で軸心Ｃ方向へ突き出す複数の第２係合突起６０とを備えた軸状部材である。

上記スプライン穴部５８は、本実施例では、軸心Ｃまわりの例えば６０°の等角度間隔で角型スプライン溝が複数設けられた角型スプライン穴を有するものである。そして、図４に示すように、スプライン穴部５８は、スプライン軸部５４に軸心Ｃまわりの相対回転不能に嵌め着けられて固定されている。

上記複数の第２係合突起６０は、本実施例では、軸心Ｃまわりの例えば６０°の等角度間隔で設けられるとともに、その周方向長さが図７に示すように軸心Ｃを中心とする所定角度θ_Ｂの範囲を占める長さとなるように形成されており、前記スプライン穴部５８の複数の角型スプライン溝との軸心Ｃまわりの相対位相が一致するように形成されている。

本実施例では、複数の第２係合突起６０を含めた第２軸部４６の全体が同じ材質の部材により一体的に形成されている。このような第２軸部４６は、例えば、マシニングセンタ等により、先ず、軸状素材の一端部が工作機械に固定（チャック）された状態で、その他端部の端面に対して切削加工が施されることで、その他端部が端面５６を底面とする有底円筒状に形成され、次いで、端面５６の中央部に穿設された下穴に対して例えば内径歯切り加工や型の押し込み等が施されてスプライン穴部５８が形成され、次いで、端面５６の外周側から軸心Ｃ方向へ突き出す円筒状部分に対して軸心Ｃまわりの例えば６０°の等角度間隔で溝削り加工が施されて第２係合突起６０が形成されることによって、製作される。

そして、図３の中間シャフト３８のIX−IX矢視部断面図である図９に示すように、複数の第２係合突起部６０と複数の第１係合突起５２との間には、周方向の所定の間隙ψが形成されており、第２係合突起部６０と第1係合突起部５２との相対ねじれ許容角度（相対ねじれ角度）が所定値すなわち上記間隙ψ以上となると、第２係合突起部６０が第１係合突起部５２に対して周方向に当接するようになっている。上記間隙ψは、所定角度θ_Ａおよびθ_Ｂにより式(１)のように表される。なお、上記間隙ψは、中間シャフト３８の伝達トルクＴが例えば２００[N・m]に設定された所定トルクＴ１となるときの第１係合突起５２と第２係合突起６０との相対ねじれ許容角度として予め実験的に求められた値であり、本実施例では、例えば４°程度に設定される。

θ_Ｂ ＝ θ_Ａ ＋ ２×ψ ・・・式(１)

このように構成された中間シャフト３８を備えた車両用ドライブシャフト１０では、伝達トルクＴが所定トルクＴ１（後述の図１０参照）以下の比較的低いときには、第１係合突起５２と第２係合突起部６０とが相互に当接しないので、専らコアシャフト部５０のみを介してトルク伝達が行われる低ねじり剛性状態とされ、また、伝達トルクＴが前記所定トルクＴ１を越える比較的高いときには、第１係合突起５２と第２係合突起部６０とが相互に当接させられるので、コアシャフト部５０に加えてスリーブシャフト部４８を介してトルク伝達が行われる高ねじり剛性状態とされる。すなわち、第１係合突起５２と第２係合突起６０との相対ねじれ許容角度が間隙（所定値）ψを下回る場合には、スプライン軸部５４およびスプライン穴部５８から成る嵌合部１１６のみを介してトルクが伝達され、第１係合突起５２と第２係合突起６０との相対ねじれ許容角度が間隙（所定値）ψ以上である場合には、上記嵌合部１１６に加えて、第１係合突起５２および第２係合突起６０から成る嵌合部１１８をそれぞれ介して前記トルクよりも大きいトルクが伝達されるようになっている。

なお、本実施例において、第1係合突起５２は、本発明における第１係合部に相当し、スプライン軸部５４は、本発明における第1結合部に相当する。また、第２係合突起６０は、本発明における第２係合部に相当し、スプライン穴部５８は、本発明における第２結合部に相当する。

図１０は、車両用ドライブシャフト１０のねじりに関する特性を示す図であって、車両用ドライブシャフト１０の伝達トルクＴと、コアシャフト部５０の基端部に対するそのコアシャフト部５０の先端部のねじり角θＴとの関係を示す図である。なお、上記ねじり角θＴは、前記第１係合突起部５２と第２係合突起部６０との相対ねじり許容角度に対応している。図１０に示すように、上述のように構成される車両用ドライブシャフト１０では、伝達トルクＴが例えば２００[N・m]に設定された所定トルクＴ１を下回りコアシャフト部５０だけを介してトルクを伝達する場合は、伝達トルクＴが所定トルクＴ１を越えてコアシャフト部５０およびスリーブシャフト部４８を介してトルクを伝達する場合に比較して、ねじり剛性が５０％低減されて伝達トルクＴの増加量に対するねじり角θＴの増加量が小さくされるようになっている。上記所定トルクＴ１は、予め実験的に求められる値である。本実施例では、例えば、シミュレーションまたは実走行試験などにより種々の走行パターンを実施した際に、所定のギヤ段における図２に示す所定速度Ｖ１から所定速度Ｖ２までのロックアップクラッチ２９の係合領域内の低速度域Ａにおいて、ロックアップクラッチ２９の係合時の最大トルクが所定トルクＴ１となるように設定される。ここで、図２に示すように、低速度域Ａにおいて伝達トルクＴが最大となるスロットル弁開度θ_ＴＨ、すなわちロックアップクラッチ２９の作動状態が係合状態から解放状態へ切り替わる直前の所定スロットル弁開度θ_ＴＨ１は、上記所定トルクＴ１に相当するスロットル弁開度θ_ＴＨとなっている。これにより、中間シャフト３８では、例えば加速走行されるとき等のねじり剛性に比較して、ロックアップクラッチ２９が低速度域Ａにおいて係合されるときのねじり剛性が低くされるようになっている。具体的には、本実施例の中間シャフト３８では、低速度域Ａでのロックアップクラッチ係合時に車両用ドライブシャフト１０に作用する伝達トルクＴが最も大きいときのねじり剛性が、例えば加速走行時などに高負荷がかかることによって、ねじり角θＴが伝達トルクＴが前記２００[N・m]に設定された所定伝達トルクＴ１に到達したときの所定ねじり角θＴ１（＝ψ）以上となる比較的大きなトルクが伝達されるときのねじり剛性よりも低くされるようになっている。

因みに、図１０において２点鎖線で示すように、伝達トルクＴに応じてねじり剛性が変化しない従来例のドライブシャフト７０では、ロックアップクラッチ２９が低速度域Ａにおいて係合されるときのねじり剛性と、例えば加速走行時などに高負荷がかかることで比較的大きなトルクが伝達されるときのねじり剛性とが同じになる。そのため、従来例のドライブシャフト７０において、ねじり剛性は、一般的に、ドライブシャフトの耐久性や車両の操作安定性を確保するために高負荷がかかるときに合わせて設計される。因みに、図１０において点線で示すように、上記従来例に比較して剛性を落とした一例のドライブシャフトでは、高負荷がかかった場合のドライブシャフトの耐久性や車両の操作安定性が確保できない。

以下においては、本実施例の車両用ドライブシャフト１０を備える車両の駆動系の振動特性について説明する。

先ず、図１０に示す従来例のドライブシャフト７０を備える車両のねじり振動に関して考察する。図１１は、車両の駆動装置１２のねじり振動系をマス（質量）とダンパとで表した等価４自由度モデルを示す図である。図１１において、マスＭ１は、エンジン１４のクランクシャフトおよびトルクコンバータ１６の１次側（トルクコンバータ１６の入力軸およびポンプ翼車２５）を含み、慣性モーメントＩ１を有している。また、マスＭ２は、トルクコンバータ１６の２次側（トルクコンバータ１６の出力軸およびタービン翼車２６）、自動変速機１８、および差動歯車装置２２を含み、慣性モーメントＩ２を有している。また、マスＭ３は、駆動輪２４を含み、慣性モーメントＩ３を有している。また、マスＭ４は、サスペンションおよび車体を含み、慣性モーメントＩ４を有している。また、マスＭ１とマスＭ２との間は、ねじり剛性Ｋθ１を有するトルクコンバータ１６のロックアップダンパ７２により連結されている。また、マスＭ２とマスＭ３との間は、ねじり剛性Ｋθ２を有する前記従来例のドライブシャフト７０により連結されている。また、マスＭ３とマスＭ４との間は、ねじり剛性Ｋθ３を有する駆動輪２４のタイヤ７４により連結されている。

図１１の等価４自由度モデルの運動方程式を様々な車両に適用して計算する、すなわち例えば図１１に示す等価４自由度モデルのねじり振動の挙動を電子計算機によってシミュレーションすることにより、低回転領域すなわち例えば１０００乃至１５００[rpm]程度のエンジン回転速度領域のねじり振動に最も影響を与えているのは、ねじり共振２次モードであることがわかる。図１２は、そのねじり共振２次モード（振動モード）を示すものであり、マスＭ１乃至Ｍ３のねじれの指標（各マス相互の相対的な振幅または角度）を矢印ａ、ｂ、ｃの大きさで示した図である。なお、図１２において、マスＭ４はほとんど動いていない。図１２に示すように、このねじり共振２次モードにおいてねじれ（相対的な振幅）が最も大きいのはマスＭ２であり、この駆動モードで効果的に共振を低減させるには、車両用ドライブシャフト７０のねじり剛性Ｋθ２を低下させるということが考えられる。

図１３は、本実施例の車両用ドライブシャフト１０を備えた車両の振動系全体の振動特性の一部を示す図であって、エンジン１４のエンジン回転速度Ｎ_Ｅと振動伝達レベルＬＶとの関係を示す図である。図１３において、点線は、伝達トルクＴが所定トルクＴ１を越えるときのエンジン回転速度Ｎ_Ｅと振動伝達レベルＬＶとの関係を示すものであって、また、前記従来例のドライブシャフト７０を備えた車両の振動系におけるエンジン回転速度Ｎ_Ｅと振動伝達レベルＬＶとの関係を示すものでもある。なお、本実施例の車両用ドライブシャフト１０において伝達トルクＴが所定トルクＴ１を越えるときのねじり剛性は、前記従来のドライブシャフト７０と同じ値である。そして、実線は、伝達トルクＴが所定トルクＴ１以下であるときのエンジン回転速度Ｎ_Ｅと振動伝達レベルＬＶとの関係を示すものである。図１３に示すように、実線は、点線に比較して共振点が低下すなわち低回転方向へ移動されている。すなわち、本実施例の車両用ドライブシャフト１０では、伝達トルクＴが所定トルクＴ１以下である低速度域Ａでのロックアップクラッチ２９の係合時には、伝達トルクＴが所定トルクＴ１を越える例えば加速走行時などの高負荷がかかるときに比較して、ねじり剛性が低くされることにより共振周波数が低下されている。これにより、本実施例の車両用ドライブシャフト１０では、伝達トルクＴが所定トルクＴ１以下となる低速度域Ａでのロックアップクラッチ２９の係合時において、前記従来例のドライブシャフト７０を備えた車両に比較して、エンジン回転速度Ｎ_Ｅが例えば１５００[rpm]と同じ値であっても、振動伝達レベルＬＶが所定振動伝達レベルＬＶ１から所定振動伝達レベルＬＶ２へ低下される。さらに、本実施例の車両用ドライブシャフト１０では、伝達トルクＴが所定トルクＴ１以下となる低速度域Ａでのロックアップクラッチ２９の係合時において、前記従来例のドライブシャフト７０を備えた車両に比較して、エンジン回転速度Ｎ_Ｅが１５００[rpm]より低い所定値Ｎ_Ｅ１であっても、振動伝達レベルＬＶが同じ値すなわち所定振動伝達レベルＬＶ１に抑制される。

上述のように、本実施例の車両用ドライブシャフト１０によれば、車両の動力伝達経路の一部を構成し、動力を駆動輪２４へ伝達するために設けられる車両用ドライブシャフト１０であって、一端部において軸心Ｃ方向の長手状に且つ互いに同心に設けられたコアシャフト部５０およびスリーブシャフト部４８の先端部に、スプライン軸部５４および第１係合突起５２がそれぞれ設けられた第１軸部４４と、その第１軸部４４と同心に設けられ、スプライン軸部５４に軸心Ｃまわりの相対回転不能に固定されたスプライン穴部５８、および第１係合突起５２との相対ねじれ許容角度が所定値すなわち間隙ψ以上となるとその第１係合突起５２に周方向に当接する第２係合突起６０が一端部にそれぞれ設けられた第２軸部４６とを備え、第１係合突起５２と第２係合突起６０との相対ねじれ許容角度が間隙ψを下回る場合にはコアシャフト部５０のみを介してトルクを伝達し、それら第１係合突起５２と第２係合突起６０との相対ねじれ許容角度が間隙ψ以上である場合にはコアシャフト部５０に加えてスリーブシャフト部４８をそれぞれ介して前記トルクよりも大きいトルクを伝達するように構成されていることから、スプライン軸部５４および第１係合突起５２は、第１軸部４４の一端部において軸心Ｃ方向の距離が近接して設けられ、また、スプライン穴部５８および第２係合突起６０は、第２軸部４６の一端部において軸心Ｃ方向の距離が近接して設けられているので、それらスプライン軸部５４、第１係合突起５２、スプライン穴部５８、および第２係合突起６０を高精度且つ容易に加工形成することができる。すなわち、上記スプライン軸部５４、第１係合突起５２、スプライン穴部５８、および第２係合突起６０の加工の際には、例えば、軸心Ｃ方向の基準を加工部位付近に設定できる、或いは加工部材を掴み替えずに加工を施す所謂ワンチャック加工が可能となる等の利点があるため、高精度の加工を容易に施すことができる。したがって、車両用ドライブシャフト１０のねじり剛性の可変特性を決定する第１係合突起５２と第２係合突起６０との周方向の間隙ψを、予め設定された所定値に精度よく設定することできる。

そして、例えばロックアップクラッチ２９の係合が低速度域Ａで行われるとき等のように伝達トルクＴが比較的低いときには、コアシャフト部５０（スプライン軸部５４およびスプライン穴部５８）を介してトルク伝達が行われる低ねじり剛性状態とされ、例えば加速走行時のように伝達トルクＴが比較的高いときには、コアシャフト部５０に加えてスリーブシャフト部４８（第１係合突起５２および第２係合突起６０）をそれぞれ介してトルク伝達が行われる高ねじり剛性状態とされるので、例えばロックアップクラッチ２９の係合が低速度域Ａで行われるときには、駆動系の一部のねじり剛性が低くされて駆動系の共振周波数が低下させられることにより、本来発生する駆動系ねじり共振の発生を抑制することができる。

そして、例えば加速走行時など比較的高いトルクが伝達されるときにはねじり剛性が高くされるので、車両用ドライブシャフト１０の耐久性や車両の操縦安定性が確保できる。

つまり、本実施例の車両用ドライブシャフト１０によれば、構成部品を高精度且つ容易に加工することができ、しかも、耐久性や操縦安定性を確保しつつも駆動系ねじり共振の発生が抑制できる。

また、本実施例の車両用ドライブシャフト１０によれば、スプライン軸部５４は、スリーブシャフト部４８の先端面５３から所定長さ突き出したコアシャフト部５０の先端部に形成された角型スプライン軸であり、第１係合突起５２は、スリーブシャフト部４８の先端部において軸心Ｃまわりの所定の間隔で軸心Ｃ方向へ複数突き出す突起であり、スプライン穴部５８は、第２軸部４６の端面５６の中央部に穿設されたスプライン穴を有するものであり、第２係合突起６０は、複数の第１係合突起との間に周方向の所定の間隙ψを形成するように、第２軸部４６の端面５６から軸心Ｃまわりの所定の間隔で軸心Ｃ方向へ突き出す複数の突起である。このことから、第１係合突起５２は、例えば、スリーブシャフト部４８の先端面５３が軸心Ｃ方向の基準とされ、その先端面５３に対して軸心Ｃまわりの所定の間隔で溝削り加工が為されて形成されたものであり、スプライン軸部５４は、例えば、軸心Ｃ方向の基準としてのスリーブシャフト部の先端面５３から所定長さだけ軸心Ｃ方向へ突き出されたコアシャフト部５０に対して歯切り加工が為されて形成されたものであり、また、第２係合突起６０は、例えば、端面５６が底面とされて有底円筒状に形成された第２軸部４６の一端部においてその端面５６が軸心Ｃ方向の基準とされ、その端面５６の外周側から軸心Ｃ方向へ突き出した円筒状部分に対して軸心Ｃまわりの６０°間隔で溝削り加工が為されて形成されたものであり、スプライン穴部５８は、例えば、端面５６の中央部に穿設された下穴に対して内径歯切り加工や型の押し込み等が為されて形成されたものであるので、第１軸部４４において第１係合突起５２とスプライン軸部５４とを加工する際、および第２軸部４６において第２係合突起６０とスプライン穴部５８とを加工する際に、例えば、加工部材の掴み替えを行わずに加工する所謂ワンチャック加工が可能となる、或いは軸心Ｃ方向の基準を加工部位付近に設定することができる等のメリットがあるため、高精度の加工を容易に施すことができる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、以下の実施例の説明において、前述の実施例と重複する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１４は、本発明の他の実施例の車両用ドライブシャフト１０の第１軸部８０を示す断面図であり、前述の実施例における図６に相当する図である。本実施例の第１軸部８０は、小径のコアシャフト部５０とそのコアシャフト部５０よりも大径の基端部８２とが一端部に形成された２段の段付軸状部８４と、一端部が基端部８２の外周面に嵌め入れられるとともに例えば溶接等により段付軸状部材８４に対して固定された管状のスリーブシャフト部４８とを備えている。

この第１軸部８０は、前述の実施例の第１軸部４４に比較して、形状は略同じであるが、その製作過程が異なる。すなわち、本実施例の第１軸部８０は、先ず、例えば旋盤等により一端部が２段の段付軸状に形成された段付軸状部材８４に対して、管状のスリーブシャフト部材４８の一端部が嵌め入れられて例えば溶接等により固定されることにより、軸心Ｃ方向の中間付近に相互に固定された基端部を有するとともに、その基端部から先端部側において軸心Ｃ方向の長手状に且つ互いに同心に設けられた中空円筒状のスリーブシャフト部４８および円柱状のコアシャフト部５０を備えた軸状部材が形成され、次いで、この軸状部材に対して、前述の実施例と同様の加工が施されて第１係合突起５２およびスプライン軸部５４が形成されることによって、製作される。

上述のように、本実施例の車両用ドライブシャフト１０によれば、前述の実施例の第１軸部４４と同様の形状を有し、スプライン軸部５４および第１係合突起５２が一端部に軸心Ｃ方向に近接して設けられた第１軸部８０を備えているので、前述の実施例と同様の効果が得られる。

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。

たとえば、前述の実施例において、車両用ドライブシャフト１０は、ＦＦ方式の前輪駆動車両において前輪用差動歯車装置と前輪との間に設けられた前輪駆動車軸であったが、これに限らず、例えば、全輪駆動車両において用いられる前輪駆動車軸、および、例えばＦＲ方式やＭＲ方式あるいはＲＲ方式などの後輪駆動車両または全輪駆動車両において、後輪用差動歯車装置と後輪との間に設けられる後輪駆動車軸などであってもよい。

また、前述の実施例において、第１軸部４４は、インボード側すなわち差動歯車装置２２に連結される側に備えられ、また、第２軸部４６は、アウトボード側すなわち駆動輪２４に連結される側に備えられていたが、相互に逆側に設けられてもよい。

また、前述の実施例においては、第１軸部４４にスプライン軸部５４が設けられ、第２軸部４６にスプライン穴部５８が設けられていたが、第１軸部４４にスプライン穴部５８が設けられ、第２軸部４６にスプライン軸部５４が設けられてもよい。

また、前述の実施例において、スプライン軸部５４およびスプライン穴部５８は、角型スプラインにより構成されていたが、これに限らず、例えば、インボリュートスプライン等により構成されていてもよい。また、スプラインに限らず、例えばセレーション或いはキーおよびキー溝などにより構成されてもよい。要するに、第１軸部４４と第２軸部４６とを軸心Ｃまわりの相対回転不能に結合するものであればよい。

また、前述の実施例においては、スプライン軸部５４の複数のスプライン溝と複数の第１係合突起５２との軸心Ｃまわりの相対位相が一致するように形成されていたが、軸心Ｃまわりの相対位相が一致していなくてもよい。そして、スプライン軸部５４の複数のスプライン溝と複数の第１係合突起５２とが軸心Ｃまわりの所定の間隔で６個ずつ設けられていたが、同じ数ずつ設けられなくてもよい。要するに、第１軸部４４と第２軸部４６とが結合された状態において、第１係合突起５２と第２係合突起６０とが周方向に所定の間隙ψを有する状態であればよい。

また、前述の実施例において、第１軸部４４のスリーブシャフト部４８とコアシャフト部５０との間、すなわちスリーブシャフト部４８の内周面とコアシャフト部５０の外周面との間には、有底環状溝５５が設けられていたが、この有底環状溝５５が必ずしも設けられる必要はない。要するに、スリーブシャフト部４８およびコアシャフト部５０の基端部から先端側が、それぞれ相対的に所定値だけねじれるように構成されていればよい。

また、前述の実施例において、第１軸部４４および第２軸部における第1係合突起５２、スプライン軸部５４、第２係合突起６０、およびスプライン穴部５８は、マシニングセンタにて所謂ワンチャック加工により加工形成されたものであったが、上記ワンチャック加工により加工されなくても、第1係合突起５２およびスプライン軸部５４が軸心Ｃ方向において近接しており、また、第２係合突起６０およびスプライン穴部５８が軸心Ｃ方向において近接しているので、高精度且つ容易に加工できるという一応の効果が得られる。そして、上記マシニングセンタに限らず、例えば、フライス盤や立て削り盤、ホブ盤、キー溝盤、或いはブローチ盤などによる切削加工で形成されてもよい。また、上記切削加工に限らず、例えば転造加工等により形成されてもよい等、種々の態様が可能である。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例の車両用ドライブシャフトを備える車両の駆動装置の概略構成およびその車両に設けられた制御系統の要部を示す図である。 車速軸とスロットル弁開度軸との二次元座標内において設定された、図１に示すトルクコンバータのロックアップクラッチの作動領域に関する予め記憶された関係を示す図である。 図１の車両用ドライブシャフトの中間シャフトすなわちIII矢視部を拡大して示す図である。 図３の中間シャフトのIV−IV矢視部を示す断面図である。 図４のV−V矢視部の第１軸部のみを示す断面図である。 図３に示す第１軸部の一端部を外形のままで、他端部を図５のVI−VI矢視部に対応する箇所で切り欠いて示す一部断面図である。 図４のVII−VII矢視部の第２軸部のみを示す断面図である。 図３に示す第２軸部の一端部を外形のままで、他端部を図７のVIII−VIII矢視部に対応する箇所で切り欠いて示す一部断面図である。 図３の中間シャフトのIX−IX矢視部を示す第１軸部と第２軸部との係合部を示す断面図である 図１の車両用ドライブシャフトのねじりに関する特性を示す図であって、車両用ドライブシャフトの伝達トルクとコアシャフトのねじり角との関係を示す図である。 図１に示す車両の駆動装置のねじり振動系をマスとダンパとで簡素化して表した等価４自由度モデルを示す図である。 図１１に示す等価４自由度モデルの運動方程式の計算結果として、ねじれの指標すなわち各マスの相互の相対的な振幅を示した図である。 図１の車両用ドライブシャフトを備えた車両の振動系全体の振動特性を示す、エンジン回転速度と振動伝達レベルとの関係のうちのねじり共振２次モードに関連する部分を示す図である。 本発明の他の実施例の車両用ドライブシャフトが備える第１軸部を示す一部断面図である。 従来のものに対してねじり共振を抑制するために改良された未公知の車両用ドライブシャフトの中間シャフトの一部を示す断面図である。 図１５のドライブシャフトのXVI-XVI矢視部を示す断面図である。 図１５のドライブシャフトのXVII-XVII矢視部を示す断面図である。

符号の説明

１０：車両用ドライブシャフト
２４：駆動輪
４４：第１軸部
４６：第２軸部
４８：スリーブシャフト部
５０：コアシャフト部
５２：第１係合突起（第１係合部）
５４：スプライン軸部（第１結合部）
５６：一端面
５８：スプライン穴部（第２結合部）
６０：第２係合突起（第２係合部）
Ｃ：軸心
ψ：間隙

Claims (1)

1. 車両の動力伝達経路の一部を構成し、動力を駆動輪へ伝達するために設けられる車両用ドライブシャフトにおいて、
   基端部が軸心方向の長手状に且つ互いに同心に相互に固定され、先端部に第１結合部および第１係合部がそれぞれ設けられたコアシャフト部およびスリーブシャフト部を有する第１軸部と、
   該第１軸部と同心に設けられ、前記第１結合部に軸心まわりの相対回転不能に固定された第２結合部、および前記第１係合部との相対ねじれ角度が所定値以上となると該第１係合部に周方向に当接する第２係合部がそれぞれ設けられた第２軸部とを備え、
   前記第１係合部と第２係合部との相対ねじれ角度が所定値を下回る場合には前記コアシャフト部を介してトルクを伝達し、前記第１係合部と第２係合部との相対ねじれ角度が所定値以上である場合には前記コアシャフト部に加えて前記スリーブシャフト部をそれぞれ介して前記トルクよりも大きいトルクを伝達する車両用ドライブシャフトであって、
   前記第１結合部は、前記コアシャフト部の先端部に形成されたスプライン軸部であり、
   前記第１係合部は、前記スリーブシャフト部の先端部において軸心まわりの所定の間隔で軸心方向へ突き出す複数の第１係合突起であり、
   前記第２結合部は、前記第２軸部の一端面の中央部に穿設されたスプライン穴部であり、
   前記第２係合部は、前記複数の第１係合突起との間に周方向の所定の間隙を形成するように、前記第２軸部の一端面から軸心まわりの所定の間隔で軸心方向へ突き出す複数の第２係合突起であり、
   前記スプライン軸部の全体が、前記第１係合部の複数の第１係合突起の先端よりも、軸方向において前記第２軸部側に配置されていることを特徴とする車両用ドライブシャフト。

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