JP2004322816A - 車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造 - Google Patents
車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】挙動特性の把握可能でかつ安定した衝撃抵抗低減が確保できる信頼性に優れた車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造を提供する。
【解決手段】フロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５をジョイント１０を介して結合するプロペラシャフト１において、ジョイント１０が、ベース部２１および段差部２４を介して小径範囲２３と大径範囲２５が連続する延長部２２を有す円筒状のアウタケース２０と、基部１２がフロントプロペラシャフト２の後端部に結合されて先端軸部１４がアウタケース２０内に挿入されるジョイントシャフト１１と、ベース部２１と先端軸部１４との間に配置されてアウタケース２０とジョイントシャフト１１とを軸方向移動自在に係合して回転トルクを伝達するトルク伝達部１０Ａとを有する。
【選択図】 図３
【解決手段】フロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５をジョイント１０を介して結合するプロペラシャフト１において、ジョイント１０が、ベース部２１および段差部２４を介して小径範囲２３と大径範囲２５が連続する延長部２２を有す円筒状のアウタケース２０と、基部１２がフロントプロペラシャフト２の後端部に結合されて先端軸部１４がアウタケース２０内に挿入されるジョイントシャフト１１と、ベース部２１と先端軸部１４との間に配置されてアウタケース２０とジョイントシャフト１１とを軸方向移動自在に係合して回転トルクを伝達するトルク伝達部１０Ａとを有する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの駆動力を駆動輪に伝達する車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、四輪駆動車（４ＷＤ）やフロントエンジンリヤドライブ（ＦＲ）の車両の動力伝達系は、車体に対して前後方向に配設するプロペラシャフトの前端部が車体前部に搭載したエンジン側の出力軸に連結すると共に、後端部がディファレンシャル装置を介して駆動輪である後輪の駆動軸に連結している。
【０００３】
このプロペラシャフトは、車体に対して前後方向に延在して配設されることから、例えば車両の衝突時に車体前方から作用する衝撃荷重による車体の変形に対してプロペラシャフトが突っ張る状態となり、車体変形による衝撃荷重の吸収に影響を及ぼす。
【０００４】
そこで、車体前後方向に延在して配置されるプロペラシャフトを、その軸方向の荷重によって収縮させて車両の前方側からの衝撃荷重を吸収して搭乗者を保護する種々の衝撃抗力低減構造が提案されている。
【０００５】
例えば、図１０に動力伝達系を概略的に示し、かつ図１１に図１０のＣ部拡大断面図を示すように、フロントプロペラシャフト１０１と、このフロントプロペラシャフト１０１の後端部にユニバーサルジョイント１１０を介して連結したリヤプロペラシャフト１０５とによってプロペラシャフト１００を形成する。フロントプロペラシャフト１０１の前端部をユニバーサルジョイント１１２を介してエンジンおよび変速機を備えたパワーユニット１１３の出力軸に連結すると共に、リヤプロペラシャフト１０５の後端部をユニバーサルジョイント１１４を介して駆動輪である後輪用のディファレンシャル装置１１６に連結する。さらに、フロントプロペラシャフト１０１を長尺の前部シャフト本体１０２と短尺の後部シャフト本体１０３により構成し、前部シャフト本体１０２の後端部と後部シャフト本体１０３の前端部とに所定以上の荷重により変形可能なコーン状の連結体１０４ａ、１０４ｂを設けて、これら両連結体１０４ａと１０４ｂを相対向させて互いに端部を結合する。
【０００６】
このように構成されたプロペラシャフト１００を適用した車両において、衝突等に伴ってパワーユニット１１３が車体後方に向かって移動してフロントプロペラシャフト１０１に衝突荷重が作用すると、フロントプロペラシャフト１０１の前部シャフト本体１０２と後部シャフト本体１０３との間に配置された連結体１０４ａおよび１０４ｂが座屈してフロントプロペラシャフト１０１が収縮すると共に、連結体１０４ａ、１０４ｂの座屈により衝撃荷重を吸収するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−３０９１４６号公報（段落番号００１３、図１、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載のプロペラシャフト１００によると、車両の衝突時に車体前方から作用する衝撃荷重によって連結体１０４ａおよび１０４ｂが座屈してプロペラシャフト１００が収縮することによって、車体の変形による衝撃荷重の吸収が可能になる。
【０００９】
しかし、コーン状の連結体１０４ａ、１０４ｂを座屈させるには比較的大きな荷重を要し、十分な車体変形による円滑な衝撃荷重の吸収が達成できないことが懸念される。
【００１０】
一方、プロペラシャフト１００は、主として回転トルクを伝達するものであるが、プロペラシャフト１００を収縮するための前部シャフト本体１０２と後部シャフト本体１０３との間に連結体１０４ａ、１０４ｂを配置した場合、車両の発進時や急制動時あるいはバンプ・リバウンド時に軸方向の荷重が作用するので、常時の走行時に連結体１０４ａ、１０４ｂには回転トルクと軸方向の荷重が繰り返し作用するため疲労により破壊し易くなる可能性が高い。このため、連結体１０４ａ、１０４ｂの強度を予め高く設定することが考えられるが、連結体１０４ａ、１０４ｂの衝撃抗力が増大して車体変形による円滑な衝撃荷重の吸収が阻害される。また、連結体１０４ａ、１０４ｂによる抗力特性の経時変化を予想することは困難であり、かつ衝突等による衝撃荷重が作用する時期は知り得ないのであるから、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフトの挙動特性を予想することが極めて困難である。さらに、連結体１０４ａ、１０４ｂの配設により従来のプロペラシャフトと大きく構造が相違することから、従来のプロペラシャフトと挙動特性が大きく異なり、その挙動特性の予想が困難で挙動特性のチューニングが難しく信頼性の低下を招く要因となる。
【００１１】
また、プロペラシャフトを形成する中空円筒状のシャフトチューブを部分的に拡管加工あるいは縮管加工して、衝撃荷重による収縮を可能にすることもあるが、拡管加工あるいは縮管加工は加工形状が制限されて、急変する断面形状が困難で緩やかに変化することから、衝撃抗力の低減が達成できないことが懸念される。
【００１２】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、経時変化が極めて少なく衝撃荷重が作用した際のプロペラシャフトの挙動特性を予め想定可能で、かつ安定した衝撃抵抗低減が確保できる信頼性に優れた車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の車両用プロペラシャフトの抗力低減構造の発明は、フロントプロペラシャフトと、該フロントプロペラシャフトの後端部にジョイントを介して前端部が結合されるリヤプロペラシャフトを備えた車体前後方向に沿って延在するプロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記ジョイントは、ベース部および段差部を介して小径範囲と大径範囲が連続すると共に端部が上記リヤプロペラシャフトの前端部に結合された延長部が軸方向に連続して一体形成された円筒状のアウタケースと、基部が上記フロントプロペラシャフトの後端部に結合されて先端軸部が上記アウタケース内に挿入されるジョイントシャフトと、上記アウタケースのベース部とジョイントシャフトの先端軸部との間に配置されてアウタケースとジョイントシャフトとを軸方向に移動自在に係合し、かつ回転トルクを伝達するトルク伝達部とを有し、車体前方方向からの衝撃荷重によるフロントプロペラシャフトの軸方向移動に伴って上記アウタケースに当接して該衝撃荷重をアウタケースに伝達すると共にジョイントシャフトのアウタケース内への進入量を規制する荷重伝達手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明によると、通常の走行にけるパワーユニットから回転トルクが、フロントプロペラシャフト、ジョイントおよびリヤプロペラシャフトを介して伝達が円滑にされると共に、ジョイントによって車両車両の発進時や、急制動時あるいはバンプ・リバウンド時にフロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの軸方向の相対移動が許容され、車体の振動や騒音が低減されて優れた乗り心地および居住性が確保できる。
【００１５】
一方、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴ってジョイントシャフトが、トルク伝達部によって極めて小さい荷重によって円滑にアウタケース内に進入して、フロントプロペラシャフトの後退に伴ってプロペラシャフトが収縮する。この収縮によりプロペラシャフトの突っ張りが回避されて車体変形が容易になり、車体変形による衝撃荷重の吸収による衝撃の緩和が得られる。しかる後、荷重伝達手段がアウタケースに当接すると、衝撃荷重がアウタケースに伝達され、延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形してさらに衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和する。
【００１６】
また、ジョイントやフロントプロペラシャフト、リヤプロペラシャフトにおける特性の経時変化がなく、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフトの挙動特性を予め実験あるいはシミュレーションに基づいて想定することが極めて容易であり、挙動特性のチューニングが容易にできる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記ジョイントシャフトの進入量が規制されたときは、上記トルク伝達部によるアウタケースとジョイントシャフトの係合が解除されることを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明によると、ジョイントシャフトの進入量が規制されたときには、トルク伝達部によるアウタケースとジョイントシャフトの係合が解除され、アウタケースの延長部およびアウタケースに結合されたリヤプロペラシャフトの座屈が容易になり、延長部およびリヤプロペラシャフトの座屈による衝撃荷重の吸収が効率的に得られる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記延長部は、上記ベース部に連続する円筒状の小径範囲と、該小径範囲に連続して拡径する段差部と、該段差部に連続して端部が上記リヤプロペラシャフトに結合する円筒状の大径範囲とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明によると、延長部をベース部に連続する小径範囲に続いて段差部を介して大径範囲を形成することによって、ジョイントシャフトと延長部の干渉が回避されて延長部の座屈抵抗が小さくなり、座屈が容易になり座屈抗力の低減が期待できる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記段差部は、上記ジョイントシャフトの進入量が規制されたときの軸方向の先端軸部位置であることを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明によると、ジョイントシャフトの先端軸部あるいは先端軸部に設けられたトルク伝達部が段差部に当接して衝撃荷重を伝達し、この段差部を変形の起点して比較的小さな荷重による座屈変形行われ、座屈抗力低減が得られる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記荷重伝達手段は、上記ジョイントシャフトを車体に回転自在に支持するセンタ軸受部に、上記アウタケースの端部に対向して設けられた凸部であることを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明によると、既存のセンタ軸受部に凸部を設ける簡単な構成で荷重伝達手段が形成でき、かつこの凸部がアウタケースの端部に当接して、衝撃荷重がアウタケースの特定部位に伝達することによって、アウタケースに結合されたリヤプロペラシャフトを所望の方向に座屈させることができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記大径範囲と段差部の連続部分の曲率が小径範囲と段差部の連続部分の曲率と異なることを特徴とする。
【００２６】
請求項６の発明によると、小径範囲と段差部の連続部分に対し段差部と大径範囲の連続部分の曲率を大きくすることによって、断面の急変する部分が比較的大径に形成され、大径側が衝撃荷重を吸収しやすくなると共に、回転トルクに対する小径部位の強度低下が回避できる。また、小径範囲と段差部の連続部分に対し段差部と大径範囲の連続部分の曲率を小さくすることによって小径側が衝撃荷重を吸収しやすくなる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１または２の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記延長部は、上記ベース部に連続する円筒状の第１小径範囲と、該第１小径範囲に連続して拡径する第１段差部と、該第１段差部に連続する円筒状の大径範囲と、該大径範囲に連続して縮径する第２段差部と、該第２段差部に連続して上記リヤプロペラシャフトに結合する円筒状の第２小径範囲とを有し、上記第２段差部は、ジョイントシャフトの進入量が規制されたときの軸方向の先端軸部位置であることを特徴とする。
【００２８】
請求項７の発明によると、ジョイントシャフトの先端軸部あるいはトルク伝達部が第２段差部と第２小径範囲の連続部分に当接して該部に衝撃荷重が入力され、該部が座屈変形の起点となってより円滑に座屈変形することが可能になり、プロペラシャフトによる衝撃荷重の吸収が向上し、信頼性の向上が得られる。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、延長部の端部は、上記リヤプロペラシャフトの中空円筒状のシャフトチューブの前端部に摩擦接合されたことを特徴とする。
【００３０】
請求項８の発明によると、延長部の端部とシャフトチューブを摩擦圧接することによって、接合強度が確保でき、かつ電弧溶接のように溶接熱による延長部とシャフトチューブに「溶け落ち」の発生がなく、延長部とシャフトチューブの薄肉化が可能になり、プロペラシャフトの軽量化が期待できる。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかの車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記トルク伝達部は、上記ジョイントシャフトの先端軸部に設けられ外周に軸方向に延在する複数のボール溝が形成されたインナレースと、上記アウタケースのベース部内周に上記ボール溝に対向して軸線方向に延在して形成されたボール溝と、上記対向してインナレースに形成されたボール溝とベース部に形成されたボール溝とに嵌合する複数のボールとを有することを特徴とする。
【００３２】
請求項９の発明は、トルク伝達部の具体的構造であって、トルク伝達部を、ジョイントシャフトの先端軸部に設けられるインナレースおよびアウタケースのベース部に対向して形成されたボール溝にボールを嵌合する、いわゆるダブルオフセットジョイントによって形成することができる。
【００３３】
請求項１０に記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造の発明は、フロントプロペラシャフトと、該フロントプロペラシャフトの後端部にジョイントを介して前端部が結合されるリヤプロペラシャフトを備えた車体前後方向に沿って延在するプロペラシャフトの衝撃抗力低構造において、上記ジョイントは、段差部を介して円筒状の小径範囲と大径範囲が軸方向に連続して端部がフロントプロペラシャフトあるいはリヤプロペラシャフトに結合する延長部を備えたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１０の発明によると、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴って、ジョイントシャフトの延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形して収縮し、車体変形による効率的な衝撃荷重の吸収が可能になり、衝撃が緩和できる。また、ジョイントやフロントプロペラシャフト、リヤプロペラシャフトにおける特性の経時変化がなく、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフトの挙動特性を実験あるいはシミュレーションに基づいて予め予想することが極めて容易であり、挙動特性のチューニングが容易にできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造の実施の形態を図を参照して説明する。
【００３６】
（第１実施の形態）
本発明の第１実施の形態を図１乃至図７を参照して説明する。なお、各図において矢印Ｆは車体前方方向を示している。
【００３７】
図１は四輪駆動車やフロントエンジンリヤドライブの車両の駆動系に使用されるプロペラシャフト１の全体斜視図である。プロペラシャフト１は、フロントプロペラシャフト２と、このフロントプロペラシャフト２の後端部にジョイント１０を介して連結したリヤプロペラシャフト５とによって構成される。フロントプロペラシャフト２の前端部がユニバーサルジョイント７を介して、車体前部に搭載された図示しないエンジンと変速機構とを備えたパワーユニットの出力軸に連結する。一方、リヤプロペラシャフト５の後端部がユニバーサルジョイント８を介して図示しない駆動輪である後輪のディファレシャル装置に連結される。さらに、フロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５を連結するジョイント１０を、図２に車体下部の要部斜視図を示すようにセンタ軸受部４０によって車体６０の下面６１に回転自在に支持している。
【００３８】
図３は、プロペラシャフト１の衝撃抗力低減構造を形成するフロントプロペラシャフト２の後端部とリヤプロペラシャフト５の前端部との連結部分を示す図１のＩ−Ｉ線断面図であり、図４は図３のＡ部拡大図、図５は図３のＢ部拡大図である。
【００３９】
ジョイント１０は、フロントプロペラシャフト２の後端部に結合されるジョイントシャフト１１およびリヤプロペラシャフト５の前端部に結合されるアウタケース２０を有している。
【００４０】
ジョイントシャフト１１は、フロントプロペラシャフト２を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ３の後端部３ａに結合される円柱状の基部１２と、この基部１２の後端に段部１２ｂを介して連続する基部１２より小径の主軸部１３と、主軸部１３の後端に段部１３ｂを介して連続する主軸部１３より小径の先端軸部１４が同軸上で一体に連続形成された略柱状に形成されている。
【００４１】
このジョイントシャフト１１は、リング状に形成された基部１２の前端部１２ａがシャフトチューブ３の後端部３ａに摩擦圧接によって一体結合される。このようにジョイントシャフト１１の前端部１２ａとシャフトチューブ３の後端部３ａを摩擦圧接することによって、電弧溶接の場合に溶接熱により薄い基部１２とシャフトチューブ３に発生することが懸念される「溶け落ち」が防止でき、基部１２とシャフトチューブ３の薄肉化が可能になり、フロントプロペラシャフト２の重量軽減が期待できる。
【００４２】
ジョイントシャフト１１の先端軸部１４の先端部に、外周に軸方向に沿って伸びる複数のボール溝１６ａが形成された環状のインナレース１６がスプライン嵌合して装着され、かつクリップ１７によって固定される。
【００４３】
一方、リヤプロペラシャフト５の前端部に結合されるアウタケース２０は、図３および図５に示すように機械加工によって円筒状のベース部２１およびこのベース部２１に一体に連続形成された延長部２２を有する略円筒状に形成されている。
【００４４】
ベース部２１の内周面に、インナレース１６の各ボール溝１６ａと対向して軸方向に延在する複数のボール溝２１ａが形成されている。さらにベース部２１の内周面には各ボール溝２１ａの前端に沿って環状のクリップ溝２１ｂが形成され、かつ各ボール溝２１ａの後端に沿って環状のジョイントキャップ装着部２１ｃが形成されている。
【００４５】
延長部２２は、ベース部２１の後端から同径で連続する円筒状の小径範囲２３と、この小径範囲２３の後端に内周端が連続して拡径する段差部２４と、この段差部２４の外周端に前端が連続して後方に同径で連続する円筒状の大径範囲２５とが連続形成される。ここで、特に断面形状における小径範囲２３の後端と段差部２４の内周端との連続部分２６の曲率に対し、段差部２４の外周端と大径範囲２５の前端との連続部分２７の断面形状の曲率を大きく設定する。この連続部分２６および２７の曲率は、加工制限の少ない機械加工によって容易に所定の形状に加工できる。なお、断面形状における小径範囲２３の後端と段差部２４の内周端との連続部分２６の曲率に対し、段差部２４の外周端と大径範囲２５の前端との連続部分２７の断面形状の曲率を小さく設定してもよい。
【００４６】
このアウタケース２０は、そのジョイントキャップ装着部２１ｃに円板状で外周にフランジが折曲形成されたジョイントキャップ２８を圧入して内部をベース部２１側と延長部２２側とに区画する。そして、リヤプロペラシャフト５を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ６の前端部６ａに、リング状に形成された延長部２２の端部２２ａが摩擦圧接によって一体に結合される。すなわち、機械加工されたアウタケース２０の端部２２ａと板金製のシャフトチューブ６の前端部６ａを摩擦圧接することによって、この接合部における酸化物やその他の異物が圧接力で溶接面外に押し出されて均一な接合組織となり接合強度が確保でき、かつ電弧溶接のように溶接熱により発生することのある延長部２２とシャフトチューブ６の「溶け落ち」がなく、延長部２２とシャフトチューブ６の薄肉化が可能になり、リヤプロペラシャフト５の軽量化が期待できる。
【００４７】
さらに、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４に配設されたインナレース１６の外周に形成された各ボール溝１６ａに、リング状のゲージ３０に保持されたボール３１をそれぞれ嵌合させて装着する。このゲージ３０およびボール３１が装着されたインナレース１６をアウタケース２０内に挿入して、互いに対向するインナレース１６の各ボール溝１６ａとベース部２１の各ボール溝２１ａとの間にゲージ３０に保持されたボール３１を嵌合させる。このジョイントシャフト１１に取り付けられたインナレース１６のボール溝１６ａ、アウタケース２０のボール溝２１ａ、およびボール溝１６ａと２１ａに嵌合するボール３１によってジョイントシャフト１１とアウタケース２０と間を軸方向移動自在に係合して回転トルクを伝達するトルク伝達部１０Ａが形成される。
【００４８】
かつクリップ溝２１ｂにリング状のクリップ３２を嵌合装着してインナレース１６がアウタケース２０から抜け出すのを防止する。アウタケース２０とジョイントシャフト１１の先端軸部１４との間は、アウタケース２０内の潤滑剤を保護すると共に外部からの異物侵入を防止するためにゴム等の弾性部材からなる筒状のブーツ３３によって封止している。
【００４９】
このように構成されたジョイント１０は、フロントプロペラシャフト２に取り付けられたジョイントシャフト１１の先端軸部１４に設けられたインナレース１６、リヤプロペラシャフト５に取り付けられたアウタレース２１、インナレース１６およびアウタケース２１に形成されたボール溝１６ａと２１ａとの間に嵌合するボール３１等によってフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５とを等速で回転トルクを伝達すると共に、互いの相対角度および軸方向の相対移動を許容するダブルオフセットジョイント（ＤＯＪ）を構成する。
【００５０】
次に、ジョイント１０を車体６０の下面６１に支持するセンタ軸受部４０を図２および図４によって説明する。
【００５１】
センタ軸受部４０は、ジョイントシャフト１１に嵌合するベアリング４１と、ベアリング４１の外周に固定された内筒部材４２と、この内筒部材４２の外周にインシュレータ４３を介して連結された外筒部材４４と、この外筒部材４４を車体６０の下面６１に取り付けるブラケット５３を有している。
【００５２】
ベアリング４１は、そのインナレース４１ａがジョイントシャフト１１の主軸部１３に嵌合し、かつ主軸部１３に形成されたクリップ溝に嵌合するクリップ４６に係止された円筒状のスペーサ４７と段差部１２ａとの間に挟持して支持される。
【００５３】
内筒部材４２は、ベアリング４１のアウタレース４１ｂの外周に本体部４２ａが嵌合し、この本体部４２ａのから拡径して環状に形成された大径部４２ｂと、本体部４２ａからアウタレース４１ｂの後面に沿って縮径する段差部４２ｃを介してスペーサ４７に沿って円筒状に延在する小径部４２ｄとが一体形成された略円筒状に形成されている。さらに、段差部４２ｃから小径部４２ｄの上面に沿って延伸してアウタケース２０の前端部の上部に対向する荷重伝達部手段である凸部４８が設けてある。なお、この凸部４８からアウタケース１０の前端までの距離と、ジョイント１０におけるインナレース１６から段差部２４までの距離がほぼ等しく設定されている。
【００５４】
内筒部材４２の小径部４２ｄ内に断面略Ｃ字状或いはＵ字状で環状に形成されたリテーナ４９が設けてある。ベアリング４１の両側にリテーナ４９および内筒部材４２の小径部４２ｄとジョイントシャフト１１との間を封止するリング状のオイルシール５１ａ、５１ｂが配設されている。
【００５５】
インシュレータ４３は、ゴム等の弾性部材製であって、内周が内筒部材４２に結合され外周が外筒部材４４に結合された断面略Ｃ字状で連続する環状に形成されインシュレータ部４３ａおよび、インシュレータ部４３ａから内筒部材４２に沿って延設されて小径部４４ｄおよび凸部４８を覆う円筒状の延設部４３ｂを有している。
【００５６】
外筒部材４４には、外筒部材４４を車体に固定するためのブラケット５３が取り付けられる。ブラケット５３は、図１および図２に示すように外筒部材４４の下面に沿って結合される帯状であって、その両端に形成された取付部５４に車体前側がスリット状に開放されたボルト孔５５が形成され、かつボルト孔５５を貫通するボルト５６によって車体６０の下面６１に取り付けられる。この構成により、所定以上の車体前方方向からの衝撃荷重によって取付部５４が破損して車体６０の下面６１から脱落するように構成される。
【００５７】
次にこのように構成されたプロペラシャフト１０の衝撃抗力低減構造の作用について説明する。
【００５８】
通常の走行において、パワーユニットからの回転トルクが、フロントプロペラシャフト２からジョイント１０を介してリヤプロペラシャフト５に伝達され、リヤプロペラシャフト５からディファレンシャルを介して後輪にトルク伝達される。この走行に際し、ジョイント１０によってフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５の軸方向の相対移動が許容され、車両車両の発進時や、急制動時あるいはバンプ・リバウンド時にパワーユニットおよびディファレンシャルの揺動等に伴うプロペラシャフト１を介してパワープラント側からディファレンシャル装置側およびディファレンシャル装置側からパワープラント側への振動伝達が防止されて車体６０への振動伝達が減少する。また、プロペラシャフト１の中間部であるフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５を連結するジョイント１０をセンタ軸受部４０を介して車体６０に回転自在に支承することによって、プロペラシャフト１が高速回転した際の振れが防止されて車両の振動および騒音が有効的に抑制されて、乗り心地および居住性の向上が確保できる。
【００５９】
一方、車両衝突等によって車体前方から車体前部に所定以上の衝撃荷重が作用した際には、その衝撃荷重によってパワーユニットが車体の後方に向かって移動、すなわち後退すると、ユニバーサルジョイント７を介してフロントプロペラシャフト２に衝撃荷重が作用し、フロントプロペラシャフト２が後退する。このフロントプロペラシャフト２の後退によりジョイントシャフト１１を支持するセンタ軸受部４０が共に後退移動し、センタ軸受部４０の僅かな後退によって、車体６０にボルト５６で結合されたブラケット５３の取付部５４が破損して、センタ軸受部４０と共にジョイント１０が脱落する。このジョイント１０の脱落によって車体６０との関係が遮断されてフロントプロペラシャフト２の後退が容易になる。
【００６０】
フロントプロペラシャフト２の後退に伴って、ジョイントシャフト１１が、リヤプロペラシャフト５に取り付けられたアウタケース２０のボール溝２１ａとインナレース１６のボール溝１６ａの間に嵌合するボール３１の転動によって極めて小さい荷重によって円滑にアウタケース２０内に進入して後退する。ジョイントシャフト１１のアウタケース２０内への進入によって先端軸部１４の先端でジョイントキャップ装着部２１ｃに嵌合支持されたジョイントキャップ２８を押動して外し、さらにジョイントシャフト１１の後退によるインナレース１６の後退によってアウタケース２０のボール溝２１ａからボール３１が抜け出してジョイントシャフト１１とアウタケース２０の係合が解除される。
【００６１】
このフロントプロペラシャフト２の後退に伴うプロペラシャフト１の収縮によって、プロペラシャフト１による車体に対する突っ張りが回避されて車体変形が容易になり、車体変形による衝撃荷重の吸収が確実に行われ、円滑な衝撃の緩和が得られる。
【００６２】
しかる後、図６に示すようにフロントプロペラシャフト２と一体的に後退するセンタ軸受部４０に設けられた凸部４８が、アウタケース２０の前端上部に当たり、ジョイント１１のアウタケース２０に対する進入量が規制され、かつフロントプロペラシャフト２の後退による衝撃荷重がセンタ軸受部４０の凸部４８からリヤプロペラシャフト５の前端部に結合されたアウタケース２０に入力される。
【００６３】
前方から衝撃荷重が入力されたアウタケース２０は、その断面形状が急変する延長部２２の小径範囲２３と段差部２４の連続部分２６および段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７が座屈変形して衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和する。特に、比較的曲率が大きく形成された段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７が比較的小さな荷重で座屈変形することから、円滑な衝撃荷重の吸収特性が得られ、有効的な衝撃緩和が確保できる。
【００６４】
このアウタケース２０の座屈変形にあたり、延長部２２に形成された段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７が変形の起点となって比較的小さな荷重により円滑に座屈変形することによって座屈抗力低減が得られる。アウタケース２０の延長部２２をベース部２１に連続する小径範囲２３に対して段差部２４を介して大径範囲２５およびシャフトチューブ６を大径に形成されてアウタケース２０およびシャフトチューブ６と進入するジョイントシャフト１１の先端軸部１４やインナレース１６等の干渉が抑制されてアウタケース２０の延長部２２の座屈抵抗が小さくでき、座屈が容易になりさらに座屈抗力の低減が期待できる。
【００６５】
また、凸部４８とアウタケース２０の前端部が当接したときに、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４に設けたインナレース１６が段差部２４と当接して先端軸部１４およびインナレース１６によってフロントプロペラシャフト２からの衝撃荷重が該部に集中的に作用し、リヤプロペラシャフト５のシャフトチューブ６に屈曲力が付与される。この屈曲力によってアウタケース２０の座屈変形に連続してシャフトチューブ６の座屈変形が円滑に実行でき、リヤプロペラシャフト５の変形による衝撃荷重の吸収が円滑にできる。特にこのリヤプロペラシャフト５の座屈変形に際して、フロントプロペラシャフト２と共に後退するセンタ軸受部４０の凸部４８によってアウタケース２０の後端上部が押圧され、衝突後のプロペラシャフト１の回転角が微細なことから、リヤプロペラシャフト５の前部が有効的に押し下げられてプロペラシャフト１による車体６０の下面６１や、その下面６１に配置された燃料タンクを損傷させる不具合を回避できる。
【００６６】
よって、車両の衝突に伴うパワーユニットの後退開始からセンタ軸受部４０の凸部４８がアウタケース２０に当接するまでの全範囲に亘って極めて小さい荷重でプロペラシャフト１が収縮し、プロペラシャフト１が突っ張ることなくパワーユニットの後退が可能になり、円滑な車体前部の変形による衝撃荷重の吸収が達成できる。さらに、凸部４８がアウタケース２０に当接した後においても、断面形状が急変する延長部２２の変形によって緩やかに衝撃荷重が吸収できて有効的な衝撃抗力の低減が可能になり、車体前部の変形およびプロペラシャフト１の変形による衝撃の緩和が得られる。
【００６７】
また、アウタケース２０の小径範囲２３と段差部２４の連続部分２６に対し段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７の曲率を大きくして、断面形状を急変するように形成して連続部分２７の回転トルク伝達に対する強度低下が懸念されるが、該部が大径に形成されることから十分な強度が確保できる。
【００６８】
また、ジョイント１０やフロントプロペラシャフト２、リヤプロペラシャフト５における特性の経時変化がなく、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフト１の挙動特性を実験あるいはシミュレーションに基づいて予め予想することが極めて容易になり、かつ従来のプロペラシャフトと基本構成が同であり、よりプロペラシャフト１の挙動特性の予想が容易になると共に、挙動特性のチューニングが容易になる。
【００６９】
なお、図７に図１乃至図６と対応する部分に同一符号を付することによって詳細な説明を省略するが、センタ軸受部４０に凸部を４８を設けずに、フロントプロペラシャフト２と一体的に後退するセンタ軸受部４０の内筒部材４２によってジョイント１１のアウタケース２０に対する進入量が規制され、かつフロントプロペラシャフト２の後退による衝撃荷重がセンタ軸受部４０内の内筒部材４２からリヤプロペラシャフト５の前端部に結合されたアウタケース２０に入力されるようにしてもよい。
【００７０】
（第２実施の形態）
図８は、本発明の衝撃抗力低減構造の第２実施の形態の概要を示す上記図６に対応する断面図である。なお、図８において図１乃至図６と対応する部位に同一符号を付することで該部の詳細な説明を省略する。
【００７１】
本実施の形態は、リヤプロペラシャフト５の前端に結合されるジョイント１０のアウタケース２０は、第１実施の形態と同様にベース部２１の内周面にインナレース１６の各ボール溝１６ａと対向して軸方向に延在して複数のボール溝２１ａが形成されている。
【００７２】
ベース部２１に連続形成される延長部７２は、ベース部２１の後端から同径で連続する円筒状の第１小径範囲７３と、小径範囲７３の後端に内周端が連続して拡径する第１段差部７４と、第１段差部７４の外周端に前端が連続して後方に同径で連続する大径範囲７５と、大径範囲７５の後端に外周端が連続して縮径する第２段差部７６と、第２段差部７６の内周端に前端が連続する第２小径範囲７７が連続形成され、第２小径範囲７７の端部７２ａがリヤプロペラシャフト５のシャフトチューブ６の前端６ａに摩擦圧接によって結合される。
【００７３】
第１小径範囲７３と第１段差部７４の連続部分に対し第１段差部７４と大径範囲７５の連続部分の曲率が大きく、かつ第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に対し大径範囲７５と第２段差部７６の連続部分の曲率が大きく設定されている。
【００７４】
また、第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分が、車両衝突によって車体前方から車体前部に作用する衝撃荷重によるパワーユニットが後退に伴って、フロントプロペラシャフト２が後退してセンタ軸受部４０の凸部４８がアウタケース２０の前端上部に当たった状態で、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４あるいはインナレース１６が当接する位置に設定されている。他の構成は第１実施の形態と同様である。
【００７５】
この構成により、第１実施の形態に加え、フロントプロペラシャフト２と一体的に後退するセンタ軸受部４０に設けられた凸部４８が、アウタケース２０の前端上部に当接した際に、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４あるいはインナレース１６が第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に当接して該部に衝撃荷重が入力され、該部がアウターケース２０の変形の起点となってより確実に座屈変形することが可能になり、プロペラシャフト１による衝撃荷重の吸収が向上し、信頼性の向上が得られる。
【００７６】
なお、第１小径範囲７３と第１段差部７４の連続部分に対し第１段差部７４と大径範囲７５の連続部分の曲率が小さく設定し、第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に対し大径範囲７５と第２段差部７６の連続部分の曲率が小さく設定してもよい。
【００７７】
（第３実施の形態）
本発明の衝撃抗力低減構造の第３実施の形態の概要を図９を参照して説明する。
図９は、車体前後方向に延在するプロペラシャフト１の要部断面図であって、プロペラシャフト１は上記第１実施の形態と同様に、フロントプロペラシャフト２と、フロントプロペラシャフト２の後端にジョイント９０を介して連結したリヤプロペラシャフト５とにより構成される。フロントプロペラシャフト２の前端部がユニバーサルジョイントを介して、車体前部に搭載されたパワーユニットの出力軸に連結する。一方、リヤプロペラシャフト５の後端部がユニバーサルジョイントを介して後輪のディファレンシャル装置に連結される。
【００７８】
ジョイント９０は、フロントプロペラシャフト２の後端部に結合されるジョイントシャフト９１と、ジョイントシャフト９１に結合されるジョイントヨーク９５と、リヤプロペラシャフト５に結合されるジョイントヨーク９６と、ジョイントヨーク９５と９６とをクロシスパイダ９７を介在して連結するカルダンジョイントによって構成される。
【００７９】
ジョイントシャフト９１は、センタ軸受部４０によって車体下面に回転自在に支持される主軸部９２と、主軸部９２に連続形成されてジョイントヨーク９４が結合される先端軸部９３と、主軸部９２に連続形成されて先端部９４ａがフロントプロペラシャフト２を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ３の後端部３ａに結合される延長部９４を有する略円柱状に形成されている。
【００８０】
延長部９４は、主軸部９２の前端から同径で連続する円筒状の小径範囲９４Ａと、この小径範囲９４Ａの前端に内周端が連続して拡径する段差部９４Ｂと、この段差部９４Ｂの外径端に後端が連続して前方に同径で連続する大径範囲９４Ｃとが連続形成される。ここで、特に小径範囲９４Ａと段差部９４Ｂの連続部分の曲率に対し、段差部９４Ｂと大径範囲９４Ｃの連続部分の曲率を大きく設定する。この連続部分およびの曲率は、機械加工によって容易に所定の設定値が得られる。
【００８１】
リング状に形成された大径範囲９４Ｃの端部９４ａがフロントプロペラシャフト２を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ３の後端部３ａに摩擦圧接によって結合され、シャフトチューブ３の薄肉化が可能になり、プロペラシャフト１の軽量化が期待できる。
【００８２】
そして、通常の走行において、パワーユニットからの回転トルクが、フロントプロペラシャフト２からジョイント９０を介してリヤプロペラシャフト５に伝達され、リヤプロペラシャフト５からディファレンシャルを介して後輪にトルク伝達される。また、プロペラシャフト１の中間部であるフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５を連結するジョイント９０をセンタ軸受部４０を介して車体に回転自在に支承することによって、プロペラシャフト１が高速回転した際の振れは防止されて車両の振動および騒音が有効的に抑制されて居住性の向上が確保できる。
【００８３】
そして、車両衝突によって車体前方から車体前部に作用する衝撃荷重に伴ってパワーユニットが後方に向かって移動、すなわち後退すると、フロントプロペラシャフト２に衝撃荷重が作用し、フロントプロペラシャフト２が後退する。
【００８４】
このフロントプロペラシャフト２の後退に伴って、ジョイントシャフト９０に前方から衝撃荷重が入力され、断面形状が急変する延長部９４の大径範囲９４Ｃと段差部９４Ｂの連続部分および段差部９４Ｂと小径範囲９４Ａの連続部分が座屈変形して衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和する。
【００８５】
特に、比較的曲率が大きく形成された大径範囲９４Ｃと段差部９４Ｂの連続部分が比較的小さな荷重で座屈変形することから、円滑な衝撃荷重の吸収特性が得られ、有効的な衝撃緩和が確保できる。
【００８６】
この延長部９４の座屈変形にあたり、延長部９４に形成された段差部９４Ｂと大径範囲９４Ｃの連続部分が変形の起点となって比較的小さな荷重により円滑に座屈変形することによって座屈抗力低減が得られる。
【００８７】
よって、車両の衝突に伴うフロントプロペラシャフト２の後退の全範囲に亘って極めて小さい荷重でプロペラシャフト１が収縮し、プロペラシャフト１が突っ張ることなくパワーユニットの後退が可能になり、円滑な車体前部の変形による衝撃荷重の吸収が達成できる。
【００８８】
また、ジョイント９０やフロントプロペラシャフト２、リヤプロペラシャフト５における特性の経時変化がなく、あるいは極めて少なく実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフト１の挙動特性を実験あるいはシミュレーションによって予め予想することが極めて容易になり、かつ従来のプロペラシャフトと基本構成が同じく、より挙動特性の予想が容易になると共に、挙動特性のチューニングが容易になる。
【００８９】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記第１実施の形態および第２実施の形態では、センタ軸受部４０の凸部４８を、アウタケース２０の前端上部に対向させて配置したが、所望のリヤプロペラシャフト５の座屈方向に応じて配置位置を変更することもできる。
【００９０】
また、第２実施の形態において、第１小径範囲７３と第１段差部７４の連続部分に対し第１段差部７４と大径範囲７５の連続部分の曲率が小さく設定し、かつ第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に対し大径範囲７５と第２段差部７６の連続部分の曲率が小さく設定することもできる。
【００９１】
また、第３実施の形態において、ジョイント９０をカルダンジョイントに変えて、フレキシブルジョイント等の他のジョイントを使用することもできる。さらに、スリーブシャフトを有するプロペラシャフトの連結部に同様の構成を採用することもできる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造によると、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴ってジョイントシャフトが、リヤプロペラシャフトに取り付けられたアウタケースとジョイントシャフトの間に配置されたトルク伝達部によって極めて小さい荷重によって円滑にアウタケース内に進入してプロペラシャフトが収縮する。このプロペラシャフトの短縮によってプロペラシャフトによる突っ張りが回避されて車体変形による衝撃荷重の吸収が確実になり衝撃の緩和が得られる。しかる後、荷重伝達手段がアウタケースに当接すると、衝撃荷重がアウタケースに伝達され、延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形して衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和できる。さらに、ジョイントやフロントプロペラシャフト、リヤプロペラシャフトにおける特性の経時変化がなく、プロペラシャフトの挙動特性を実験あるいはシミュレーションに基づいて予め予想することが極めて容易であり、挙動特性のチューニングが容易にできる。
【００９３】
また、本発明の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造によると、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴って、ジョイントシャフトの延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形して車体変形による効率的な衝撃荷重の吸収が可能になり衝撃が緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造の第１実施の形態の概要を示すプロペラシャフトの全体斜視図である。
【図２】車体下部の要部斜視図である。
【図３】フロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの連結部分を示す図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【図５】図３のＢ部拡大図である。
【図６】プロペラシャフトによる衝撃抗力低減作用の概要を示す断面図である。
【図７】本実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施の形態の概要を示すフロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの連結部分の断面図である。
【図９】本発明の第３実施の形態の概要を示すフロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの連結部分の断面図である。
【図１０】従来の駆動系の概要を示す説明図である。
【図１１】図１０のＣ部断面拡大図でる。
【符号の説明】
１ プロペラシャフト
２ フロントプロペラシャフト
３ シャフトチューブ
３ａ 後端部
５ リヤプロペラシャフト
６ シャフトチューブ
６ａ 前端部
１０ ジョイント
１０Ａ トルク伝達部
１１ ジョイントシャフト
１２ 基部
１３ 主軸部
１４ 先端軸部
１６ インナレース
１６ａ ボール溝
２０ アウタケース
２１ ベース部
２１ａ ボール溝
２２ 延長部
２２ａ 端部
２３ 小径範囲
２４ 段差部
２５ 大径範囲
２６ 連続部分
２７ 連続部分
３１ ボール
４０ センタ軸受部
４２ 内筒部材
４８ 凸部（荷重伝達手段）
５３ ブラケット
５４ 取付部
６０ 車体
６１ 下面
７２ 延長部
７３ 第１小径範囲
７４ 第１段差部
７５ 大径範囲
７６ 第２段差部
７７ 第２小径範囲
７７ａ 後端
９０ ジョイント
９１ ジョイントシャフト
９２ 主軸部
９３ 先端軸部
９４ 延長部
９４Ａ 小径範囲
９４Ｂ 段差部
９４Ｃ 大径範囲
９４ａ 先端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの駆動力を駆動輪に伝達する車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、四輪駆動車（４ＷＤ）やフロントエンジンリヤドライブ（ＦＲ）の車両の動力伝達系は、車体に対して前後方向に配設するプロペラシャフトの前端部が車体前部に搭載したエンジン側の出力軸に連結すると共に、後端部がディファレンシャル装置を介して駆動輪である後輪の駆動軸に連結している。
【０００３】
このプロペラシャフトは、車体に対して前後方向に延在して配設されることから、例えば車両の衝突時に車体前方から作用する衝撃荷重による車体の変形に対してプロペラシャフトが突っ張る状態となり、車体変形による衝撃荷重の吸収に影響を及ぼす。
【０００４】
そこで、車体前後方向に延在して配置されるプロペラシャフトを、その軸方向の荷重によって収縮させて車両の前方側からの衝撃荷重を吸収して搭乗者を保護する種々の衝撃抗力低減構造が提案されている。
【０００５】
例えば、図１０に動力伝達系を概略的に示し、かつ図１１に図１０のＣ部拡大断面図を示すように、フロントプロペラシャフト１０１と、このフロントプロペラシャフト１０１の後端部にユニバーサルジョイント１１０を介して連結したリヤプロペラシャフト１０５とによってプロペラシャフト１００を形成する。フロントプロペラシャフト１０１の前端部をユニバーサルジョイント１１２を介してエンジンおよび変速機を備えたパワーユニット１１３の出力軸に連結すると共に、リヤプロペラシャフト１０５の後端部をユニバーサルジョイント１１４を介して駆動輪である後輪用のディファレンシャル装置１１６に連結する。さらに、フロントプロペラシャフト１０１を長尺の前部シャフト本体１０２と短尺の後部シャフト本体１０３により構成し、前部シャフト本体１０２の後端部と後部シャフト本体１０３の前端部とに所定以上の荷重により変形可能なコーン状の連結体１０４ａ、１０４ｂを設けて、これら両連結体１０４ａと１０４ｂを相対向させて互いに端部を結合する。
【０００６】
このように構成されたプロペラシャフト１００を適用した車両において、衝突等に伴ってパワーユニット１１３が車体後方に向かって移動してフロントプロペラシャフト１０１に衝突荷重が作用すると、フロントプロペラシャフト１０１の前部シャフト本体１０２と後部シャフト本体１０３との間に配置された連結体１０４ａおよび１０４ｂが座屈してフロントプロペラシャフト１０１が収縮すると共に、連結体１０４ａ、１０４ｂの座屈により衝撃荷重を吸収するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−３０９１４６号公報（段落番号００１３、図１、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載のプロペラシャフト１００によると、車両の衝突時に車体前方から作用する衝撃荷重によって連結体１０４ａおよび１０４ｂが座屈してプロペラシャフト１００が収縮することによって、車体の変形による衝撃荷重の吸収が可能になる。
【０００９】
しかし、コーン状の連結体１０４ａ、１０４ｂを座屈させるには比較的大きな荷重を要し、十分な車体変形による円滑な衝撃荷重の吸収が達成できないことが懸念される。
【００１０】
一方、プロペラシャフト１００は、主として回転トルクを伝達するものであるが、プロペラシャフト１００を収縮するための前部シャフト本体１０２と後部シャフト本体１０３との間に連結体１０４ａ、１０４ｂを配置した場合、車両の発進時や急制動時あるいはバンプ・リバウンド時に軸方向の荷重が作用するので、常時の走行時に連結体１０４ａ、１０４ｂには回転トルクと軸方向の荷重が繰り返し作用するため疲労により破壊し易くなる可能性が高い。このため、連結体１０４ａ、１０４ｂの強度を予め高く設定することが考えられるが、連結体１０４ａ、１０４ｂの衝撃抗力が増大して車体変形による円滑な衝撃荷重の吸収が阻害される。また、連結体１０４ａ、１０４ｂによる抗力特性の経時変化を予想することは困難であり、かつ衝突等による衝撃荷重が作用する時期は知り得ないのであるから、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフトの挙動特性を予想することが極めて困難である。さらに、連結体１０４ａ、１０４ｂの配設により従来のプロペラシャフトと大きく構造が相違することから、従来のプロペラシャフトと挙動特性が大きく異なり、その挙動特性の予想が困難で挙動特性のチューニングが難しく信頼性の低下を招く要因となる。
【００１１】
また、プロペラシャフトを形成する中空円筒状のシャフトチューブを部分的に拡管加工あるいは縮管加工して、衝撃荷重による収縮を可能にすることもあるが、拡管加工あるいは縮管加工は加工形状が制限されて、急変する断面形状が困難で緩やかに変化することから、衝撃抗力の低減が達成できないことが懸念される。
【００１２】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、経時変化が極めて少なく衝撃荷重が作用した際のプロペラシャフトの挙動特性を予め想定可能で、かつ安定した衝撃抵抗低減が確保できる信頼性に優れた車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の車両用プロペラシャフトの抗力低減構造の発明は、フロントプロペラシャフトと、該フロントプロペラシャフトの後端部にジョイントを介して前端部が結合されるリヤプロペラシャフトを備えた車体前後方向に沿って延在するプロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記ジョイントは、ベース部および段差部を介して小径範囲と大径範囲が連続すると共に端部が上記リヤプロペラシャフトの前端部に結合された延長部が軸方向に連続して一体形成された円筒状のアウタケースと、基部が上記フロントプロペラシャフトの後端部に結合されて先端軸部が上記アウタケース内に挿入されるジョイントシャフトと、上記アウタケースのベース部とジョイントシャフトの先端軸部との間に配置されてアウタケースとジョイントシャフトとを軸方向に移動自在に係合し、かつ回転トルクを伝達するトルク伝達部とを有し、車体前方方向からの衝撃荷重によるフロントプロペラシャフトの軸方向移動に伴って上記アウタケースに当接して該衝撃荷重をアウタケースに伝達すると共にジョイントシャフトのアウタケース内への進入量を規制する荷重伝達手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明によると、通常の走行にけるパワーユニットから回転トルクが、フロントプロペラシャフト、ジョイントおよびリヤプロペラシャフトを介して伝達が円滑にされると共に、ジョイントによって車両車両の発進時や、急制動時あるいはバンプ・リバウンド時にフロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの軸方向の相対移動が許容され、車体の振動や騒音が低減されて優れた乗り心地および居住性が確保できる。
【００１５】
一方、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴ってジョイントシャフトが、トルク伝達部によって極めて小さい荷重によって円滑にアウタケース内に進入して、フロントプロペラシャフトの後退に伴ってプロペラシャフトが収縮する。この収縮によりプロペラシャフトの突っ張りが回避されて車体変形が容易になり、車体変形による衝撃荷重の吸収による衝撃の緩和が得られる。しかる後、荷重伝達手段がアウタケースに当接すると、衝撃荷重がアウタケースに伝達され、延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形してさらに衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和する。
【００１６】
また、ジョイントやフロントプロペラシャフト、リヤプロペラシャフトにおける特性の経時変化がなく、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフトの挙動特性を予め実験あるいはシミュレーションに基づいて想定することが極めて容易であり、挙動特性のチューニングが容易にできる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記ジョイントシャフトの進入量が規制されたときは、上記トルク伝達部によるアウタケースとジョイントシャフトの係合が解除されることを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明によると、ジョイントシャフトの進入量が規制されたときには、トルク伝達部によるアウタケースとジョイントシャフトの係合が解除され、アウタケースの延長部およびアウタケースに結合されたリヤプロペラシャフトの座屈が容易になり、延長部およびリヤプロペラシャフトの座屈による衝撃荷重の吸収が効率的に得られる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記延長部は、上記ベース部に連続する円筒状の小径範囲と、該小径範囲に連続して拡径する段差部と、該段差部に連続して端部が上記リヤプロペラシャフトに結合する円筒状の大径範囲とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明によると、延長部をベース部に連続する小径範囲に続いて段差部を介して大径範囲を形成することによって、ジョイントシャフトと延長部の干渉が回避されて延長部の座屈抵抗が小さくなり、座屈が容易になり座屈抗力の低減が期待できる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記段差部は、上記ジョイントシャフトの進入量が規制されたときの軸方向の先端軸部位置であることを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明によると、ジョイントシャフトの先端軸部あるいは先端軸部に設けられたトルク伝達部が段差部に当接して衝撃荷重を伝達し、この段差部を変形の起点して比較的小さな荷重による座屈変形行われ、座屈抗力低減が得られる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記荷重伝達手段は、上記ジョイントシャフトを車体に回転自在に支持するセンタ軸受部に、上記アウタケースの端部に対向して設けられた凸部であることを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明によると、既存のセンタ軸受部に凸部を設ける簡単な構成で荷重伝達手段が形成でき、かつこの凸部がアウタケースの端部に当接して、衝撃荷重がアウタケースの特定部位に伝達することによって、アウタケースに結合されたリヤプロペラシャフトを所望の方向に座屈させることができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記大径範囲と段差部の連続部分の曲率が小径範囲と段差部の連続部分の曲率と異なることを特徴とする。
【００２６】
請求項６の発明によると、小径範囲と段差部の連続部分に対し段差部と大径範囲の連続部分の曲率を大きくすることによって、断面の急変する部分が比較的大径に形成され、大径側が衝撃荷重を吸収しやすくなると共に、回転トルクに対する小径部位の強度低下が回避できる。また、小径範囲と段差部の連続部分に対し段差部と大径範囲の連続部分の曲率を小さくすることによって小径側が衝撃荷重を吸収しやすくなる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１または２の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記延長部は、上記ベース部に連続する円筒状の第１小径範囲と、該第１小径範囲に連続して拡径する第１段差部と、該第１段差部に連続する円筒状の大径範囲と、該大径範囲に連続して縮径する第２段差部と、該第２段差部に連続して上記リヤプロペラシャフトに結合する円筒状の第２小径範囲とを有し、上記第２段差部は、ジョイントシャフトの進入量が規制されたときの軸方向の先端軸部位置であることを特徴とする。
【００２８】
請求項７の発明によると、ジョイントシャフトの先端軸部あるいはトルク伝達部が第２段差部と第２小径範囲の連続部分に当接して該部に衝撃荷重が入力され、該部が座屈変形の起点となってより円滑に座屈変形することが可能になり、プロペラシャフトによる衝撃荷重の吸収が向上し、信頼性の向上が得られる。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、延長部の端部は、上記リヤプロペラシャフトの中空円筒状のシャフトチューブの前端部に摩擦接合されたことを特徴とする。
【００３０】
請求項８の発明によると、延長部の端部とシャフトチューブを摩擦圧接することによって、接合強度が確保でき、かつ電弧溶接のように溶接熱による延長部とシャフトチューブに「溶け落ち」の発生がなく、延長部とシャフトチューブの薄肉化が可能になり、プロペラシャフトの軽量化が期待できる。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかの車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、上記トルク伝達部は、上記ジョイントシャフトの先端軸部に設けられ外周に軸方向に延在する複数のボール溝が形成されたインナレースと、上記アウタケースのベース部内周に上記ボール溝に対向して軸線方向に延在して形成されたボール溝と、上記対向してインナレースに形成されたボール溝とベース部に形成されたボール溝とに嵌合する複数のボールとを有することを特徴とする。
【００３２】
請求項９の発明は、トルク伝達部の具体的構造であって、トルク伝達部を、ジョイントシャフトの先端軸部に設けられるインナレースおよびアウタケースのベース部に対向して形成されたボール溝にボールを嵌合する、いわゆるダブルオフセットジョイントによって形成することができる。
【００３３】
請求項１０に記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造の発明は、フロントプロペラシャフトと、該フロントプロペラシャフトの後端部にジョイントを介して前端部が結合されるリヤプロペラシャフトを備えた車体前後方向に沿って延在するプロペラシャフトの衝撃抗力低構造において、上記ジョイントは、段差部を介して円筒状の小径範囲と大径範囲が軸方向に連続して端部がフロントプロペラシャフトあるいはリヤプロペラシャフトに結合する延長部を備えたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１０の発明によると、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴って、ジョイントシャフトの延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形して収縮し、車体変形による効率的な衝撃荷重の吸収が可能になり、衝撃が緩和できる。また、ジョイントやフロントプロペラシャフト、リヤプロペラシャフトにおける特性の経時変化がなく、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフトの挙動特性を実験あるいはシミュレーションに基づいて予め予想することが極めて容易であり、挙動特性のチューニングが容易にできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造の実施の形態を図を参照して説明する。
【００３６】
（第１実施の形態）
本発明の第１実施の形態を図１乃至図７を参照して説明する。なお、各図において矢印Ｆは車体前方方向を示している。
【００３７】
図１は四輪駆動車やフロントエンジンリヤドライブの車両の駆動系に使用されるプロペラシャフト１の全体斜視図である。プロペラシャフト１は、フロントプロペラシャフト２と、このフロントプロペラシャフト２の後端部にジョイント１０を介して連結したリヤプロペラシャフト５とによって構成される。フロントプロペラシャフト２の前端部がユニバーサルジョイント７を介して、車体前部に搭載された図示しないエンジンと変速機構とを備えたパワーユニットの出力軸に連結する。一方、リヤプロペラシャフト５の後端部がユニバーサルジョイント８を介して図示しない駆動輪である後輪のディファレシャル装置に連結される。さらに、フロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５を連結するジョイント１０を、図２に車体下部の要部斜視図を示すようにセンタ軸受部４０によって車体６０の下面６１に回転自在に支持している。
【００３８】
図３は、プロペラシャフト１の衝撃抗力低減構造を形成するフロントプロペラシャフト２の後端部とリヤプロペラシャフト５の前端部との連結部分を示す図１のＩ−Ｉ線断面図であり、図４は図３のＡ部拡大図、図５は図３のＢ部拡大図である。
【００３９】
ジョイント１０は、フロントプロペラシャフト２の後端部に結合されるジョイントシャフト１１およびリヤプロペラシャフト５の前端部に結合されるアウタケース２０を有している。
【００４０】
ジョイントシャフト１１は、フロントプロペラシャフト２を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ３の後端部３ａに結合される円柱状の基部１２と、この基部１２の後端に段部１２ｂを介して連続する基部１２より小径の主軸部１３と、主軸部１３の後端に段部１３ｂを介して連続する主軸部１３より小径の先端軸部１４が同軸上で一体に連続形成された略柱状に形成されている。
【００４１】
このジョイントシャフト１１は、リング状に形成された基部１２の前端部１２ａがシャフトチューブ３の後端部３ａに摩擦圧接によって一体結合される。このようにジョイントシャフト１１の前端部１２ａとシャフトチューブ３の後端部３ａを摩擦圧接することによって、電弧溶接の場合に溶接熱により薄い基部１２とシャフトチューブ３に発生することが懸念される「溶け落ち」が防止でき、基部１２とシャフトチューブ３の薄肉化が可能になり、フロントプロペラシャフト２の重量軽減が期待できる。
【００４２】
ジョイントシャフト１１の先端軸部１４の先端部に、外周に軸方向に沿って伸びる複数のボール溝１６ａが形成された環状のインナレース１６がスプライン嵌合して装着され、かつクリップ１７によって固定される。
【００４３】
一方、リヤプロペラシャフト５の前端部に結合されるアウタケース２０は、図３および図５に示すように機械加工によって円筒状のベース部２１およびこのベース部２１に一体に連続形成された延長部２２を有する略円筒状に形成されている。
【００４４】
ベース部２１の内周面に、インナレース１６の各ボール溝１６ａと対向して軸方向に延在する複数のボール溝２１ａが形成されている。さらにベース部２１の内周面には各ボール溝２１ａの前端に沿って環状のクリップ溝２１ｂが形成され、かつ各ボール溝２１ａの後端に沿って環状のジョイントキャップ装着部２１ｃが形成されている。
【００４５】
延長部２２は、ベース部２１の後端から同径で連続する円筒状の小径範囲２３と、この小径範囲２３の後端に内周端が連続して拡径する段差部２４と、この段差部２４の外周端に前端が連続して後方に同径で連続する円筒状の大径範囲２５とが連続形成される。ここで、特に断面形状における小径範囲２３の後端と段差部２４の内周端との連続部分２６の曲率に対し、段差部２４の外周端と大径範囲２５の前端との連続部分２７の断面形状の曲率を大きく設定する。この連続部分２６および２７の曲率は、加工制限の少ない機械加工によって容易に所定の形状に加工できる。なお、断面形状における小径範囲２３の後端と段差部２４の内周端との連続部分２６の曲率に対し、段差部２４の外周端と大径範囲２５の前端との連続部分２７の断面形状の曲率を小さく設定してもよい。
【００４６】
このアウタケース２０は、そのジョイントキャップ装着部２１ｃに円板状で外周にフランジが折曲形成されたジョイントキャップ２８を圧入して内部をベース部２１側と延長部２２側とに区画する。そして、リヤプロペラシャフト５を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ６の前端部６ａに、リング状に形成された延長部２２の端部２２ａが摩擦圧接によって一体に結合される。すなわち、機械加工されたアウタケース２０の端部２２ａと板金製のシャフトチューブ６の前端部６ａを摩擦圧接することによって、この接合部における酸化物やその他の異物が圧接力で溶接面外に押し出されて均一な接合組織となり接合強度が確保でき、かつ電弧溶接のように溶接熱により発生することのある延長部２２とシャフトチューブ６の「溶け落ち」がなく、延長部２２とシャフトチューブ６の薄肉化が可能になり、リヤプロペラシャフト５の軽量化が期待できる。
【００４７】
さらに、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４に配設されたインナレース１６の外周に形成された各ボール溝１６ａに、リング状のゲージ３０に保持されたボール３１をそれぞれ嵌合させて装着する。このゲージ３０およびボール３１が装着されたインナレース１６をアウタケース２０内に挿入して、互いに対向するインナレース１６の各ボール溝１６ａとベース部２１の各ボール溝２１ａとの間にゲージ３０に保持されたボール３１を嵌合させる。このジョイントシャフト１１に取り付けられたインナレース１６のボール溝１６ａ、アウタケース２０のボール溝２１ａ、およびボール溝１６ａと２１ａに嵌合するボール３１によってジョイントシャフト１１とアウタケース２０と間を軸方向移動自在に係合して回転トルクを伝達するトルク伝達部１０Ａが形成される。
【００４８】
かつクリップ溝２１ｂにリング状のクリップ３２を嵌合装着してインナレース１６がアウタケース２０から抜け出すのを防止する。アウタケース２０とジョイントシャフト１１の先端軸部１４との間は、アウタケース２０内の潤滑剤を保護すると共に外部からの異物侵入を防止するためにゴム等の弾性部材からなる筒状のブーツ３３によって封止している。
【００４９】
このように構成されたジョイント１０は、フロントプロペラシャフト２に取り付けられたジョイントシャフト１１の先端軸部１４に設けられたインナレース１６、リヤプロペラシャフト５に取り付けられたアウタレース２１、インナレース１６およびアウタケース２１に形成されたボール溝１６ａと２１ａとの間に嵌合するボール３１等によってフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５とを等速で回転トルクを伝達すると共に、互いの相対角度および軸方向の相対移動を許容するダブルオフセットジョイント（ＤＯＪ）を構成する。
【００５０】
次に、ジョイント１０を車体６０の下面６１に支持するセンタ軸受部４０を図２および図４によって説明する。
【００５１】
センタ軸受部４０は、ジョイントシャフト１１に嵌合するベアリング４１と、ベアリング４１の外周に固定された内筒部材４２と、この内筒部材４２の外周にインシュレータ４３を介して連結された外筒部材４４と、この外筒部材４４を車体６０の下面６１に取り付けるブラケット５３を有している。
【００５２】
ベアリング４１は、そのインナレース４１ａがジョイントシャフト１１の主軸部１３に嵌合し、かつ主軸部１３に形成されたクリップ溝に嵌合するクリップ４６に係止された円筒状のスペーサ４７と段差部１２ａとの間に挟持して支持される。
【００５３】
内筒部材４２は、ベアリング４１のアウタレース４１ｂの外周に本体部４２ａが嵌合し、この本体部４２ａのから拡径して環状に形成された大径部４２ｂと、本体部４２ａからアウタレース４１ｂの後面に沿って縮径する段差部４２ｃを介してスペーサ４７に沿って円筒状に延在する小径部４２ｄとが一体形成された略円筒状に形成されている。さらに、段差部４２ｃから小径部４２ｄの上面に沿って延伸してアウタケース２０の前端部の上部に対向する荷重伝達部手段である凸部４８が設けてある。なお、この凸部４８からアウタケース１０の前端までの距離と、ジョイント１０におけるインナレース１６から段差部２４までの距離がほぼ等しく設定されている。
【００５４】
内筒部材４２の小径部４２ｄ内に断面略Ｃ字状或いはＵ字状で環状に形成されたリテーナ４９が設けてある。ベアリング４１の両側にリテーナ４９および内筒部材４２の小径部４２ｄとジョイントシャフト１１との間を封止するリング状のオイルシール５１ａ、５１ｂが配設されている。
【００５５】
インシュレータ４３は、ゴム等の弾性部材製であって、内周が内筒部材４２に結合され外周が外筒部材４４に結合された断面略Ｃ字状で連続する環状に形成されインシュレータ部４３ａおよび、インシュレータ部４３ａから内筒部材４２に沿って延設されて小径部４４ｄおよび凸部４８を覆う円筒状の延設部４３ｂを有している。
【００５６】
外筒部材４４には、外筒部材４４を車体に固定するためのブラケット５３が取り付けられる。ブラケット５３は、図１および図２に示すように外筒部材４４の下面に沿って結合される帯状であって、その両端に形成された取付部５４に車体前側がスリット状に開放されたボルト孔５５が形成され、かつボルト孔５５を貫通するボルト５６によって車体６０の下面６１に取り付けられる。この構成により、所定以上の車体前方方向からの衝撃荷重によって取付部５４が破損して車体６０の下面６１から脱落するように構成される。
【００５７】
次にこのように構成されたプロペラシャフト１０の衝撃抗力低減構造の作用について説明する。
【００５８】
通常の走行において、パワーユニットからの回転トルクが、フロントプロペラシャフト２からジョイント１０を介してリヤプロペラシャフト５に伝達され、リヤプロペラシャフト５からディファレンシャルを介して後輪にトルク伝達される。この走行に際し、ジョイント１０によってフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５の軸方向の相対移動が許容され、車両車両の発進時や、急制動時あるいはバンプ・リバウンド時にパワーユニットおよびディファレンシャルの揺動等に伴うプロペラシャフト１を介してパワープラント側からディファレンシャル装置側およびディファレンシャル装置側からパワープラント側への振動伝達が防止されて車体６０への振動伝達が減少する。また、プロペラシャフト１の中間部であるフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５を連結するジョイント１０をセンタ軸受部４０を介して車体６０に回転自在に支承することによって、プロペラシャフト１が高速回転した際の振れが防止されて車両の振動および騒音が有効的に抑制されて、乗り心地および居住性の向上が確保できる。
【００５９】
一方、車両衝突等によって車体前方から車体前部に所定以上の衝撃荷重が作用した際には、その衝撃荷重によってパワーユニットが車体の後方に向かって移動、すなわち後退すると、ユニバーサルジョイント７を介してフロントプロペラシャフト２に衝撃荷重が作用し、フロントプロペラシャフト２が後退する。このフロントプロペラシャフト２の後退によりジョイントシャフト１１を支持するセンタ軸受部４０が共に後退移動し、センタ軸受部４０の僅かな後退によって、車体６０にボルト５６で結合されたブラケット５３の取付部５４が破損して、センタ軸受部４０と共にジョイント１０が脱落する。このジョイント１０の脱落によって車体６０との関係が遮断されてフロントプロペラシャフト２の後退が容易になる。
【００６０】
フロントプロペラシャフト２の後退に伴って、ジョイントシャフト１１が、リヤプロペラシャフト５に取り付けられたアウタケース２０のボール溝２１ａとインナレース１６のボール溝１６ａの間に嵌合するボール３１の転動によって極めて小さい荷重によって円滑にアウタケース２０内に進入して後退する。ジョイントシャフト１１のアウタケース２０内への進入によって先端軸部１４の先端でジョイントキャップ装着部２１ｃに嵌合支持されたジョイントキャップ２８を押動して外し、さらにジョイントシャフト１１の後退によるインナレース１６の後退によってアウタケース２０のボール溝２１ａからボール３１が抜け出してジョイントシャフト１１とアウタケース２０の係合が解除される。
【００６１】
このフロントプロペラシャフト２の後退に伴うプロペラシャフト１の収縮によって、プロペラシャフト１による車体に対する突っ張りが回避されて車体変形が容易になり、車体変形による衝撃荷重の吸収が確実に行われ、円滑な衝撃の緩和が得られる。
【００６２】
しかる後、図６に示すようにフロントプロペラシャフト２と一体的に後退するセンタ軸受部４０に設けられた凸部４８が、アウタケース２０の前端上部に当たり、ジョイント１１のアウタケース２０に対する進入量が規制され、かつフロントプロペラシャフト２の後退による衝撃荷重がセンタ軸受部４０の凸部４８からリヤプロペラシャフト５の前端部に結合されたアウタケース２０に入力される。
【００６３】
前方から衝撃荷重が入力されたアウタケース２０は、その断面形状が急変する延長部２２の小径範囲２３と段差部２４の連続部分２６および段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７が座屈変形して衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和する。特に、比較的曲率が大きく形成された段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７が比較的小さな荷重で座屈変形することから、円滑な衝撃荷重の吸収特性が得られ、有効的な衝撃緩和が確保できる。
【００６４】
このアウタケース２０の座屈変形にあたり、延長部２２に形成された段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７が変形の起点となって比較的小さな荷重により円滑に座屈変形することによって座屈抗力低減が得られる。アウタケース２０の延長部２２をベース部２１に連続する小径範囲２３に対して段差部２４を介して大径範囲２５およびシャフトチューブ６を大径に形成されてアウタケース２０およびシャフトチューブ６と進入するジョイントシャフト１１の先端軸部１４やインナレース１６等の干渉が抑制されてアウタケース２０の延長部２２の座屈抵抗が小さくでき、座屈が容易になりさらに座屈抗力の低減が期待できる。
【００６５】
また、凸部４８とアウタケース２０の前端部が当接したときに、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４に設けたインナレース１６が段差部２４と当接して先端軸部１４およびインナレース１６によってフロントプロペラシャフト２からの衝撃荷重が該部に集中的に作用し、リヤプロペラシャフト５のシャフトチューブ６に屈曲力が付与される。この屈曲力によってアウタケース２０の座屈変形に連続してシャフトチューブ６の座屈変形が円滑に実行でき、リヤプロペラシャフト５の変形による衝撃荷重の吸収が円滑にできる。特にこのリヤプロペラシャフト５の座屈変形に際して、フロントプロペラシャフト２と共に後退するセンタ軸受部４０の凸部４８によってアウタケース２０の後端上部が押圧され、衝突後のプロペラシャフト１の回転角が微細なことから、リヤプロペラシャフト５の前部が有効的に押し下げられてプロペラシャフト１による車体６０の下面６１や、その下面６１に配置された燃料タンクを損傷させる不具合を回避できる。
【００６６】
よって、車両の衝突に伴うパワーユニットの後退開始からセンタ軸受部４０の凸部４８がアウタケース２０に当接するまでの全範囲に亘って極めて小さい荷重でプロペラシャフト１が収縮し、プロペラシャフト１が突っ張ることなくパワーユニットの後退が可能になり、円滑な車体前部の変形による衝撃荷重の吸収が達成できる。さらに、凸部４８がアウタケース２０に当接した後においても、断面形状が急変する延長部２２の変形によって緩やかに衝撃荷重が吸収できて有効的な衝撃抗力の低減が可能になり、車体前部の変形およびプロペラシャフト１の変形による衝撃の緩和が得られる。
【００６７】
また、アウタケース２０の小径範囲２３と段差部２４の連続部分２６に対し段差部２４と大径範囲２５の連続部分２７の曲率を大きくして、断面形状を急変するように形成して連続部分２７の回転トルク伝達に対する強度低下が懸念されるが、該部が大径に形成されることから十分な強度が確保できる。
【００６８】
また、ジョイント１０やフロントプロペラシャフト２、リヤプロペラシャフト５における特性の経時変化がなく、実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフト１の挙動特性を実験あるいはシミュレーションに基づいて予め予想することが極めて容易になり、かつ従来のプロペラシャフトと基本構成が同であり、よりプロペラシャフト１の挙動特性の予想が容易になると共に、挙動特性のチューニングが容易になる。
【００６９】
なお、図７に図１乃至図６と対応する部分に同一符号を付することによって詳細な説明を省略するが、センタ軸受部４０に凸部を４８を設けずに、フロントプロペラシャフト２と一体的に後退するセンタ軸受部４０の内筒部材４２によってジョイント１１のアウタケース２０に対する進入量が規制され、かつフロントプロペラシャフト２の後退による衝撃荷重がセンタ軸受部４０内の内筒部材４２からリヤプロペラシャフト５の前端部に結合されたアウタケース２０に入力されるようにしてもよい。
【００７０】
（第２実施の形態）
図８は、本発明の衝撃抗力低減構造の第２実施の形態の概要を示す上記図６に対応する断面図である。なお、図８において図１乃至図６と対応する部位に同一符号を付することで該部の詳細な説明を省略する。
【００７１】
本実施の形態は、リヤプロペラシャフト５の前端に結合されるジョイント１０のアウタケース２０は、第１実施の形態と同様にベース部２１の内周面にインナレース１６の各ボール溝１６ａと対向して軸方向に延在して複数のボール溝２１ａが形成されている。
【００７２】
ベース部２１に連続形成される延長部７２は、ベース部２１の後端から同径で連続する円筒状の第１小径範囲７３と、小径範囲７３の後端に内周端が連続して拡径する第１段差部７４と、第１段差部７４の外周端に前端が連続して後方に同径で連続する大径範囲７５と、大径範囲７５の後端に外周端が連続して縮径する第２段差部７６と、第２段差部７６の内周端に前端が連続する第２小径範囲７７が連続形成され、第２小径範囲７７の端部７２ａがリヤプロペラシャフト５のシャフトチューブ６の前端６ａに摩擦圧接によって結合される。
【００７３】
第１小径範囲７３と第１段差部７４の連続部分に対し第１段差部７４と大径範囲７５の連続部分の曲率が大きく、かつ第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に対し大径範囲７５と第２段差部７６の連続部分の曲率が大きく設定されている。
【００７４】
また、第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分が、車両衝突によって車体前方から車体前部に作用する衝撃荷重によるパワーユニットが後退に伴って、フロントプロペラシャフト２が後退してセンタ軸受部４０の凸部４８がアウタケース２０の前端上部に当たった状態で、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４あるいはインナレース１６が当接する位置に設定されている。他の構成は第１実施の形態と同様である。
【００７５】
この構成により、第１実施の形態に加え、フロントプロペラシャフト２と一体的に後退するセンタ軸受部４０に設けられた凸部４８が、アウタケース２０の前端上部に当接した際に、ジョイントシャフト１１の先端軸部１４あるいはインナレース１６が第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に当接して該部に衝撃荷重が入力され、該部がアウターケース２０の変形の起点となってより確実に座屈変形することが可能になり、プロペラシャフト１による衝撃荷重の吸収が向上し、信頼性の向上が得られる。
【００７６】
なお、第１小径範囲７３と第１段差部７４の連続部分に対し第１段差部７４と大径範囲７５の連続部分の曲率が小さく設定し、第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に対し大径範囲７５と第２段差部７６の連続部分の曲率が小さく設定してもよい。
【００７７】
（第３実施の形態）
本発明の衝撃抗力低減構造の第３実施の形態の概要を図９を参照して説明する。
図９は、車体前後方向に延在するプロペラシャフト１の要部断面図であって、プロペラシャフト１は上記第１実施の形態と同様に、フロントプロペラシャフト２と、フロントプロペラシャフト２の後端にジョイント９０を介して連結したリヤプロペラシャフト５とにより構成される。フロントプロペラシャフト２の前端部がユニバーサルジョイントを介して、車体前部に搭載されたパワーユニットの出力軸に連結する。一方、リヤプロペラシャフト５の後端部がユニバーサルジョイントを介して後輪のディファレンシャル装置に連結される。
【００７８】
ジョイント９０は、フロントプロペラシャフト２の後端部に結合されるジョイントシャフト９１と、ジョイントシャフト９１に結合されるジョイントヨーク９５と、リヤプロペラシャフト５に結合されるジョイントヨーク９６と、ジョイントヨーク９５と９６とをクロシスパイダ９７を介在して連結するカルダンジョイントによって構成される。
【００７９】
ジョイントシャフト９１は、センタ軸受部４０によって車体下面に回転自在に支持される主軸部９２と、主軸部９２に連続形成されてジョイントヨーク９４が結合される先端軸部９３と、主軸部９２に連続形成されて先端部９４ａがフロントプロペラシャフト２を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ３の後端部３ａに結合される延長部９４を有する略円柱状に形成されている。
【００８０】
延長部９４は、主軸部９２の前端から同径で連続する円筒状の小径範囲９４Ａと、この小径範囲９４Ａの前端に内周端が連続して拡径する段差部９４Ｂと、この段差部９４Ｂの外径端に後端が連続して前方に同径で連続する大径範囲９４Ｃとが連続形成される。ここで、特に小径範囲９４Ａと段差部９４Ｂの連続部分の曲率に対し、段差部９４Ｂと大径範囲９４Ｃの連続部分の曲率を大きく設定する。この連続部分およびの曲率は、機械加工によって容易に所定の設定値が得られる。
【００８１】
リング状に形成された大径範囲９４Ｃの端部９４ａがフロントプロペラシャフト２を形成する板金製で中空円筒状のシャフトチューブ３の後端部３ａに摩擦圧接によって結合され、シャフトチューブ３の薄肉化が可能になり、プロペラシャフト１の軽量化が期待できる。
【００８２】
そして、通常の走行において、パワーユニットからの回転トルクが、フロントプロペラシャフト２からジョイント９０を介してリヤプロペラシャフト５に伝達され、リヤプロペラシャフト５からディファレンシャルを介して後輪にトルク伝達される。また、プロペラシャフト１の中間部であるフロントプロペラシャフト２とリヤプロペラシャフト５を連結するジョイント９０をセンタ軸受部４０を介して車体に回転自在に支承することによって、プロペラシャフト１が高速回転した際の振れは防止されて車両の振動および騒音が有効的に抑制されて居住性の向上が確保できる。
【００８３】
そして、車両衝突によって車体前方から車体前部に作用する衝撃荷重に伴ってパワーユニットが後方に向かって移動、すなわち後退すると、フロントプロペラシャフト２に衝撃荷重が作用し、フロントプロペラシャフト２が後退する。
【００８４】
このフロントプロペラシャフト２の後退に伴って、ジョイントシャフト９０に前方から衝撃荷重が入力され、断面形状が急変する延長部９４の大径範囲９４Ｃと段差部９４Ｂの連続部分および段差部９４Ｂと小径範囲９４Ａの連続部分が座屈変形して衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和する。
【００８５】
特に、比較的曲率が大きく形成された大径範囲９４Ｃと段差部９４Ｂの連続部分が比較的小さな荷重で座屈変形することから、円滑な衝撃荷重の吸収特性が得られ、有効的な衝撃緩和が確保できる。
【００８６】
この延長部９４の座屈変形にあたり、延長部９４に形成された段差部９４Ｂと大径範囲９４Ｃの連続部分が変形の起点となって比較的小さな荷重により円滑に座屈変形することによって座屈抗力低減が得られる。
【００８７】
よって、車両の衝突に伴うフロントプロペラシャフト２の後退の全範囲に亘って極めて小さい荷重でプロペラシャフト１が収縮し、プロペラシャフト１が突っ張ることなくパワーユニットの後退が可能になり、円滑な車体前部の変形による衝撃荷重の吸収が達成できる。
【００８８】
また、ジョイント９０やフロントプロペラシャフト２、リヤプロペラシャフト５における特性の経時変化がなく、あるいは極めて少なく実際に衝撃荷重が作用した場合のプロペラシャフト１の挙動特性を実験あるいはシミュレーションによって予め予想することが極めて容易になり、かつ従来のプロペラシャフトと基本構成が同じく、より挙動特性の予想が容易になると共に、挙動特性のチューニングが容易になる。
【００８９】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記第１実施の形態および第２実施の形態では、センタ軸受部４０の凸部４８を、アウタケース２０の前端上部に対向させて配置したが、所望のリヤプロペラシャフト５の座屈方向に応じて配置位置を変更することもできる。
【００９０】
また、第２実施の形態において、第１小径範囲７３と第１段差部７４の連続部分に対し第１段差部７４と大径範囲７５の連続部分の曲率が小さく設定し、かつ第２段差部７６と第２小径範囲７７の連続部分に対し大径範囲７５と第２段差部７６の連続部分の曲率が小さく設定することもできる。
【００９１】
また、第３実施の形態において、ジョイント９０をカルダンジョイントに変えて、フレキシブルジョイント等の他のジョイントを使用することもできる。さらに、スリーブシャフトを有するプロペラシャフトの連結部に同様の構成を採用することもできる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造によると、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴ってジョイントシャフトが、リヤプロペラシャフトに取り付けられたアウタケースとジョイントシャフトの間に配置されたトルク伝達部によって極めて小さい荷重によって円滑にアウタケース内に進入してプロペラシャフトが収縮する。このプロペラシャフトの短縮によってプロペラシャフトによる突っ張りが回避されて車体変形による衝撃荷重の吸収が確実になり衝撃の緩和が得られる。しかる後、荷重伝達手段がアウタケースに当接すると、衝撃荷重がアウタケースに伝達され、延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形して衝撃荷重を吸収して衝撃を緩和できる。さらに、ジョイントやフロントプロペラシャフト、リヤプロペラシャフトにおける特性の経時変化がなく、プロペラシャフトの挙動特性を実験あるいはシミュレーションに基づいて予め予想することが極めて容易であり、挙動特性のチューニングが容易にできる。
【００９３】
また、本発明の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造によると、車体前方から衝撃荷重が作用したときには、フロントプロペラシャフトの後退に伴って、ジョイントシャフトの延長部の小径範囲と段差部の連続部分および段差部と大径範囲の連続部分が座屈変形して車体変形による効率的な衝撃荷重の吸収が可能になり衝撃が緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造の第１実施の形態の概要を示すプロペラシャフトの全体斜視図である。
【図２】車体下部の要部斜視図である。
【図３】フロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの連結部分を示す図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【図５】図３のＢ部拡大図である。
【図６】プロペラシャフトによる衝撃抗力低減作用の概要を示す断面図である。
【図７】本実施の形態の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施の形態の概要を示すフロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの連結部分の断面図である。
【図９】本発明の第３実施の形態の概要を示すフロントプロペラシャフトとリヤプロペラシャフトの連結部分の断面図である。
【図１０】従来の駆動系の概要を示す説明図である。
【図１１】図１０のＣ部断面拡大図でる。
【符号の説明】
１ プロペラシャフト
２ フロントプロペラシャフト
３ シャフトチューブ
３ａ 後端部
５ リヤプロペラシャフト
６ シャフトチューブ
６ａ 前端部
１０ ジョイント
１０Ａ トルク伝達部
１１ ジョイントシャフト
１２ 基部
１３ 主軸部
１４ 先端軸部
１６ インナレース
１６ａ ボール溝
２０ アウタケース
２１ ベース部
２１ａ ボール溝
２２ 延長部
２２ａ 端部
２３ 小径範囲
２４ 段差部
２５ 大径範囲
２６ 連続部分
２７ 連続部分
３１ ボール
４０ センタ軸受部
４２ 内筒部材
４８ 凸部（荷重伝達手段）
５３ ブラケット
５４ 取付部
６０ 車体
６１ 下面
７２ 延長部
７３ 第１小径範囲
７４ 第１段差部
７５ 大径範囲
７６ 第２段差部
７７ 第２小径範囲
７７ａ 後端
９０ ジョイント
９１ ジョイントシャフト
９２ 主軸部
９３ 先端軸部
９４ 延長部
９４Ａ 小径範囲
９４Ｂ 段差部
９４Ｃ 大径範囲
９４ａ 先端部
Claims (10)
- フロントプロペラシャフトと、該フロントプロペラシャフトの後端部にジョイントを介して前端部が結合されるリヤプロペラシャフトを備えた車体前後方向に沿って延在するプロペラシャフトの衝撃抗力低減構造において、
上記ジョイントは、
ベース部および段差部を介して小径範囲と大径範囲が連続すると共に端部が上記リヤプロペラシャフトの前端部に結合された延長部が軸方向に連続して一体形成された円筒状のアウタケースと、
基部が上記フロントプロペラシャフトの後端部に結合されて先端軸部が上記アウタケース内に挿入されるジョイントシャフトと、
上記アウタケースのベース部とジョイントシャフトの先端軸部との間に配置されてアウタケースとジョイントシャフトとを軸方向に移動自在に係合し、かつ回転トルクを伝達するトルク伝達部とを有し、
車体前方方向からの衝撃荷重によるフロントプロペラシャフトの軸方向移動に伴って上記アウタケースに当接して該衝撃荷重をアウタケースに伝達すると共にジョイントシャフトのアウタケース内への進入量を規制する荷重伝達手段を備えたことを特徴とする車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。 - 上記ジョイントシャフトの進入量が規制されたときは、上記トルク伝達部によるアウタケースとジョイントシャフトの係合が解除されることを特徴とする請求項１に記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。
- 上記延長部は、
上記ベース部に連続する円筒状の小径範囲と、
該小径範囲に連続して拡径する段差部と、
該段差部に連続して端部が上記リヤプロペラシャフトに結合する円筒状の大径範囲とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。 - 上記段差部は、
上記ジョイントシャフトの進入量が規制されたときの軸方向の先端軸部位置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。 - 上記荷重伝達手段は、
上記ジョイントシャフトを車体に回転自在に支持するセンタ軸受部に、上記アウタケースの端部に対向して設けられた凸部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。 - 上記大径範囲と段差部の連続部分の曲率が小径範囲と段差部の連続部分の曲率と異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。
- 上記延長部は、
上記ベース部に連続する円筒状の第１小径範囲と、
該第１小径範囲に連続して拡径する第１段差部と、
該第１段差部に連続する円筒状の大径範囲と、
該大径範囲に連続して縮径する第２段差部と、
該第２段差部に連続して上記リヤプロペラシャフトに結合する円筒状の第２小径範囲とを有し、
上記第２段差部は、ジョイントシャフトの進入量が規制されたときの軸方向の先端軸部位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。 - 上記延長部の端部は、
上記リヤプロペラシャフトの中空円筒状のシャフトチューブの前端部に摩擦接合されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。 - 上記トルク伝達部は、
上記ジョイントシャフトの先端軸部に設けられ外周に軸方向に延在する複数のボール溝が形成されたインナレースと、
上記アウタケースのベース部内周に上記ボール溝に対向して軸線方向に延在して形成されたボール溝と、
上記対向してインナレースに形成されたボール溝とベース部に形成されたボール溝とに嵌合する複数のボールとを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の車両用プロペラシャフトの衝撃抗力低減構造。 - フロントプロペラシャフトと、該フロントプロペラシャフトの後端部にジョイントを介して前端部が結合されるリヤプロペラシャフトを備えた車体前後方向に沿って延在するプロペラシャフトの衝撃抗力低構造において、
上記ジョイントは、
段差部を介して円筒状の小径範囲と大径範囲が軸方向に連続して端部がフロントプロペラシャフトあるいはリヤプロペラシャフトに結合する延長部を備えたことを特徴とするプロペラシャフトの衝撃抗力低構造。
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