JP6627799B2

JP6627799B2 - 車両用プロペラシャフト

Info

Publication number: JP6627799B2
Application number: JP2017027377A
Authority: JP
Inventors: 敦郎三日月; 竜哉礒野; 耕己川原田; 純森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2020-01-08
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: US10767686B2; US20180231050A1; JP2018131113A

Description

本発明は、車両用プロペラシャフトに関し、特に、車両の長手方向に設置され車両の駆動力源から後部車輪側に動力を伝える車両用プロペラシャフトの衝突時における衝突エネルギーを減少する技術に関するものである。

車両用プロペラシャフトの一部に外径の異なる異径部を形成し、前記異径部を車両の衝突時に衝撃で座屈すなわち衝突方向に変形するように設計することで、車両の衝突時の衝突エネルギーを吸収する技術が知られている。例えば、特許文献１の車両用プロペラシャフトがそれである。特許文献１の車両用プロペラシャフトでは、車両の衝突時に車両の前方から衝突エネルギーを受けた場合に車両の進行方向、すなわちプロペラシャフトの軸方向にプロペラシャフトの一部が座屈変形する構造を備えており、この衝突によって生じるエネルギーを吸収する構造によって衝突時に生じる衝撃力の緩和を図っている。

特開２００６−１７５９３８号公報

車両用プロペラシャフトには、燃費の改善のため軽量化が求められている。車両の軽量化のためには強度の大きい材料を用いて、プロペラシャフトの薄肉化を計ることが有効であり、一般的に車両用プロペラシャフトに用いられている鋼管材料の強度を高めたすなわち引張強さの大きい材料を用いることが有効である。しかしながら、引張強さの大きい材料、たとえば高張力鋼鋼管を用いた場合、その加工性が低下し複雑な形状に加工することがより難しくなるため衝突エネルギーを有効に吸収する構造への加工が難しかった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、強度の大きいすなわち引張強さの大きい材料を用いて部材の薄肉化によって車両の燃費の改善を図ると共に、車両の衝突時にプロペラシャフトが軸方向に変形することによって衝突によって生じる衝突エネルギーを効果的に吸収する車両用プロペラシャフトを提供することにある。

第１発明の要旨とするところは、駆動力源から出力された回転力を駆動輪へ伝達するための車両用プロペラシャフトであって、大径管部と、前記大径管部よりも小径の第１小径管部と、前記大径管部の一端と前記第１小径管部との間に形成された第１テーパ管部とを一体に有する第１管状部材と、前記第１管状部材と同心に接合され、前記第１管状部材よりも高強度材料から構成された第２管状部材とを、含み、前記第２管状部材は、前記第１管状部材よりも薄肉であることを特徴とする。

第２の発明の要旨とするところは、第１発明の車両用プロペラシャフトにおいて、前記第１管状部材は、機械構造用炭素鋼鋼管から加工されたものであり、前記第２管状部材は、高張力鋼から加工されたものであることを特徴とする。

第３の発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明の車両用プロペラシャフトにおいて、前記第２管状部材は、前記第１管状部材よりも回転中心軸方向の寸法が大きいことを特徴とする。

第４の発明の要旨とするところは、第１発明から第３発明のいずれか１の車両用プロペラシャフトにおいて、前記第２管状部材を構成する材料の強度と前記第１管状部材を構成する材料の強度との間の強度差は、引張強さの差が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする。

第５の発明の要旨とするところは、第１発明から第４発明のいずれか１の車両用プロペラシャフトにおいて、前記第２管状部材は、前記第１管状部材の第１小径管部と同じ外径を有して前記第１小径管部と接合されていることを特徴とする。

第６の発明の要旨とするところは、第１発明から第５発明のいずれか１の車両用プロペラシャフトにおいて、前記第１管状部材は、前記大径管部および前記第１小径管部より小径の第２小径管部と、前記大径管部の他端と前記第２小径管部との間に形成された第２テーパ管部とを、さらに有することを特徴とする。

第７の発明の要旨とするところは、第６発明の車両用プロペラシャフトにおいて、前記第２小径管部には、回転中心軸方向に伸縮可能な伸縮軸を介して第１ユニバーサル継ぎ手が設けられ、前記第２管状部材の前記第１管状部材とは反対側の端部には、第２ユニバーサル継ぎ手が設けられていることを特徴とする。

第１発明によれば、駆動力源から出力された回転力を駆動輪へ伝達するための車両用プロペラシャフトであって、大径管部と、前記大径管部よりも小径の第１小径管部と、前記大径管部の一端と前記第１小径管部との間に形成された第１テーパ管部とを一体に有する第１管状部材と、前記第１管状部材と同心に接合され、前記第１管状部材よりも高強度材料から構成された第２管状部材とを、含み、前記第２管状部材は、前記第１管状部材よりも薄肉である。これによって、複雑な形状加工がより容易となる前記第１管状部材を用いて前記大径管部と前記第１小径管部と前記第１テーパ管部とを形成することで、車両の衝突時に軸方向に変形することで衝突エネルギーを効果的に吸収する形状がより容易に実現できるとともに、車両の衝突時に前記第１管状部材を用いる前記大径管部と前記第１小径管部と前記第１テーパ管部とが、より強度の大きい第２管状部材によって圧縮されることで上記の前記第１管状部材を用いている部分に変形が生じ車両の衝突時のエネルギーが効果的に吸収される。また、前記第２管状部材は、前記第１管状部材よりも薄肉であることによって、軽量化が可能となり車両の燃費の低減を図ることができる。

第２発明によれば、前記第１管状部材は、機械構造用炭素鋼鋼管から加工されたものであり、前記第２管状部材は、高張力鋼から加工されたものである。

第３発明によれば、前記第２管状部材は、前記第１管状部材よりも回転中心軸方向の寸法が大きいことによって、薄肉化による軽量化がより大きくなり車両の燃費の低減を図ることができる。

第４発明によれば、前記第２管状部材を構成する材料の強度と前記第１管状部材を構成する材料の強度との間の強度差は、引張強さの差が１００ＭＰａ以上であることによって、第１管状部材を用いることによる車両の衝突エネルギーを効果的に吸収する形状の形成と、第２管状部材を用いることによる薄肉化に基づく車両の燃費の低減とをともに実現することが出来る。

第５発明によれば、前記第２管状部材は、前記第１管状部材の第１小径管部と同じ外径を有して前記第１小径管部と接合されていることによって、第２管状部材の接合部の全ての部分が第１管状部と接することとなり車両の衝突時における第２管状部材から第１管状部材への衝突エネルギーの伝達時に第２管状部材の接合部全体に均一な負荷を加えることが可能となり、接合部の一部分にだけ圧力が加わることによる強度の低下がない。また、第１管状部材の第１小径管部と同じ外径を有することによって第２管状部材で形成される部分の強度を最大とすることができる。更に強度が改善されることによって薄肉化が可能となり、車両の燃費の改善が可能となる。

第６発明によれば、前記第１管状部材は、前記大径管部および前記第１小径管部より小径の第２小径管部と、前記大径管部の他端と前記第第２小径管部との間に形成された第２テーパ管部とを、さらに有することによって、車両の衝突において変形が生じる部分をより自由に選択することができるとともに、より複雑な変形が可能となることによって、より大きな衝突時のエネルギーの吸収が可能となる。

第７発明によれば、前記第２小径管部には、回転中心軸方向に伸縮可能な伸縮軸を介して第１ユニバーサル継ぎ手が設けられ、前記第２管状部材の前記第１管状部材とは反対側の端部には、第２ユニバーサル継ぎ手が設けられていることによって、駆動輪の上下方向の動きに基づくプペラシャフトの前記回転中心の軸方向へ伸縮する振動を吸収することが容易となるとともに、駆動力源から出力された回転力を駆動輪の上下方向の動きに係わらず均一な回転力として伝達することが可能となる。

本発明が適用される車両の概略構成を説明する図であると共に、車両におけるプロペラシャフトの概略位置を説明する図である。図１の車両に設けられたプロペラシャフトの一例を説明する図である。図２のプロペラシャフトに用いられる異径部の断面形状の一例を示した図である。図２のプロペラシャフトに用いられる異径部の断面形状の他の一例を示した図である。図２のプロペラシャフトに用いられる異径部の断面形状の他の一例を更に示した図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。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、本発明が適用されたハイブリッド車両１０の駆動系列を説明する概略図である。図１において、車両１０は、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）式のものであり、走行用の駆動力源としてのガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関であるエンジン１２と、電動モータおよび発電機として機能するモータジェネレータ１４とを駆動力源として備えている。それらのエンジン１２およびモータジェネレータ１４の出力すなわち回転力は、流体式動力伝達装置であるトルクコンバータ１６から自動変速機１８に伝達され、さらにプロペラシャフト２２を介して差動歯車装置２４に伝達され、車軸２６が回転することによって左右の駆動輪２８が駆動される。

図２は、本発明が適用された車両用プロペラシャフト２２を説明する図である。プロペラシャフト２２は、プロペラシャフト前部３２とプロペラシャフト中間部３４とプロペラシャフト後部３６とから構成され、プロペラシャフト前部３２は、第１ユニバーサル継ぎ手３０ａによって自動変速部１８の図示されていない出力軸と接続され、プロペラシャフト後部３６は、第２ユニバーサル継ぎ手３０ｂによって差動歯車装置２４の図示されていない入力軸と接続されている。

第１ユニバーサル継ぎ手３０ａは、プロペラシャフト前部３２の一部を構成するヨーク４４ａと自動変速機１８の出力軸に接合されているヨーク６０ａとこれらを回転自在に接続する十字軸６２ａとから構成されている。また第２ユニバーサル継ぎ手３０ｂは、プロペラシャフト後部３６の一部を構成するヨーク４４ｂと差動歯車装置２４の入力軸に接合されているヨーク６０ｂとこれらを回転自在に接続する十字軸６２ｂとから構成されている。第１ユニバーサル継ぎ手３０ａと第２ユニバーサル継ぎ手３０ｂとは、駆動輪２８が路面状態によって上下した場合、すなわちプロペラシャフト２２の傾斜が生じた場合においても自動変速機１８からプロペラシャフト２２に入力した回転を差動歯車装置２４に伝えることを可能とする。また駆動輪２８に上下への動きが生じ、第１ユニバーサル継ぎ手３０ａの図示されていない入力軸とプロペラシャフト２２とに角度変化が生じることで第１ユニバーサル継ぎ手３０ａの回転速度に変化が生じる場合においても、第２ユニバーサル継ぎ手３０ｂの図示されていない出力軸とプロペラシャフト２２とにこれと相反する角度変化が生じることによって第１ユニバーサル継ぎ手３０ａの回転速度の変化を相殺することが可能となる。

プロペラシャフト前部３２は、内周側に図示されていないスプライン歯を持つスプライン筒部４０と外周側に図示されていないスプライン歯を持つスプライン軸部４２とから構成されており、スプライン筒部４０とスプライン軸部４２とは、スプライン嵌合部５２においてプロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの軸方向に相対移動可能かつ回転中心軸ＣＬの径方向周りに相対回転不能に連結されている。スプライン筒部４０とスプライン軸部４２との外周の一部は、プロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの軸方向に伸縮可能な蛇腹状のシール部材５４によって覆われている。シール部材５４は、その回転中心軸ＣＬ方向の両端が締結部材５６によって固定されており、スプライン筒部４０とスプライン軸部４２との間にあるスプライン嵌合部５２に外部から何らかの異物が入るのを防ぐ機能を持っている。また、嵌め板５８はスプライン筒部４０のプロペラシャフト中間部３４側の端部に溶接で固定されており、スプライン軸部４２のスプライン中間部３４側への移動を規制するストッパとして機能する。なお、スプライン筒部４０のもう一方の端部をスプライン軸部４２に接触することによってストッパとして機能させることもできる。

スプライン筒部４０は、たとえば中空の円筒形状のＳ４３Ｃ、Ｓ４５Ｃといった炭素鋼素材に段差およびスプライン歯を形成するための所要の機械加工を施した後に焼入れ処理を必要部位に施して形成される。またスプライン軸部４２は、たとえば円柱形状のＳ４３Ｃ、Ｓ４５Ｃといった炭素鋼素材に段差およびスプライン歯を形成するために所要の機械加工を施した後に焼入れ処理を必要部位に施して形成される。スプライン軸部は第１ユニバーサル継ぎ手３０ａの一部を構成するヨーク４４ａとは溶接によって一体的に固接されている。また、スプライン筒部４０は、プロペラシャフト中間部３４と溶接によって一体的に固接されている。なお、スプライン軸部４２とヨーク４４ａとの溶接、およびスプライン筒部４０とプロペラシャフト中間部３４との溶接は、例えば摩擦圧接もしくはアーク溶接等の溶接方法が部材の材質および加工精度への要求に基づいて選択される。

プロペラシャフト後部３６は、図面では省略されているが回転中心軸ＣＬの軸方向に長い例えば中空の円筒状であり、この長い中空の円筒に第２ユニバーサル継ぎ手３０ｂを構成するヨーク４４ｂが溶接によって一体的に固接されている。プロペラシャフト後部３６は、特にプロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの軸方向の長さにおいてプロペラシャフト２２の大きな部分を占めることからその重量を軽減して車両１０の燃費を低減するとともに、強いトルクがかかる部分であることから重量に比べて強度の強い材料が使われる。また一般的に大きな段差を持たない円筒状であるなどの比較的単純な構造をとることによって強度の低下を抑制し、車両１０の燃費の改善および要求される強度への対応が図られる。

プロペラシャフト中間部３４は、プロペラシャフト前部３２とプロペラシャフト後部３６とを接続する位置にあり、プロペラシャフト前部３２とプロペラシャフト中間部３４とプロペラシャフト後部３６とは、溶接によって一体的に固接されている。プロペラシャフト中間部３４は、プロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの径方向に異なった径すなわちプロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬ方向に段差を持っており、プロペラシャフト中間部３４を構成する第１管状部材ｍ１は、プロペラシャフト後部３６を構成する第２管状部材ｍ２より強度の低い金属材料が用いられている。このプロペラシャフト中間部３４の中空シャフトの素材としては、例えばＳＴＫＭ、ＳＴＡＭ（ＪＩＳ規格）等の機械構造用炭素鋼鋼管およびＳ４３Ｃ、Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ規格）といった炭素鋼鋼材を中空の円筒状に加工した金属材料が好適に用いられる。なお以降、特にことわらなければ、材料の強度試験の１つである引張試験（ＪＩＳ）による評価結果である引張強さ（ＭＰａ）Ｔｓをプロペラシャフト２２に用いられる材料の強度の評価として用いる。

図３は、一例であるプロペラシャフト中間部３４の断面図を示している。プロペラシャフト中間部３４は、外径ｄ３の円筒形状を持つ大径管部４６ａと外径ｄ３より小さい外径ｄ４の円筒形状を持つ第１小径管部４６ｂと外径ｄ４より小さい外径ｄ２の円筒形状を持つ第２小径管部４６ｃと、大径管部４６ａと第１小径管部４６ｂとの間に形成されている第１テーパ管部４８ａと、大径管部４６ａと第２小径管部４６ｃとの間に形成されている第２テーパ管部４８ｂと、から一体に構成されている。第１小径管部４６ｂと第１テーパ管部４８ａとがなす第１テーパ角θ１は、大径管部４６ａと第２テーパ管部４８ｂとがなす第２テーパ角θ２よりも小さい角度で形成されている。大径管部４６ａ、第１小径管部４６ｂ、第２小径管部４６ｃ、第１テーパ管部４８ａ、第２テーパ管部４８ｂとから構成されるプロペラシャフト中間部３４は、段付きの第１管状部材ｍ１として機能しており、一つの円筒状の材料からたとえばロール成形のような塑性加工によって形成されておりプロペラシャフト中間部３４内の厚みｔ２は、ほぼ均一な分布になっている。

第１小径管部４６ｂには、第１小径管部４６ｂの外径ｄ４と略同一の外径ｄ５を持つ円筒形状のプロペラシャフト後部３６が溶接例えば摩擦圧接等によって固接されている。また、第２小径管部４６ｃには、第２小径管部４６ｃの外径ｄ２と略同一の外径ｄ１を持つ円筒形状のプロペラシャフト前部３２のスプライン筒部４０が溶接によって固接されている。スプライン筒部４０は内径側に図示されていないスプライン歯を有しており、スプライン筒部４０の厚みｔ１は、プロペラシャフト中間部３４の厚みｔ２より厚くなっている。

プロペラシャフト２２は、駆動力源１２、１４からの出力を駆動輪２８に回転中心軸ＣＬの径方向の回転として伝えることに加えて、車両１０の衝突時に例えば１００ｋＮ程度の圧縮力すなわち図１に示されているプロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの軸方向成分の圧縮荷重Ｆｃ（ｋＮ）によって、プロペラシャフト２２が回転中心軸ＣＬの軸方向に圧縮変形（座屈）することで衝突によって生じるエネルギーを効果的に吸収し、車両１０の運転者等へのダメージを軽減する。車両１０の進行方向への衝突においては、プロペラシャフト前部３２のスプライン軸部４２が嵌め板５８に接触し、次いでプロペラシャフト中間部３４に圧縮力を伝え、プロペラシャフト中間部３４が軸方向に変形することによって車両１０の衝突によって生じる衝突エネルギーが吸収され、衝撃力が緩和される。

プロペラシャフト中間部３４が車両１０の衝突によって変形が開始される圧縮力は、主にプロペラシャフト中間部３４の材質である第１管状部材ｍ１の強度と板厚ｔ２、第２小径管部４６ｃの外径、第２テーパ角θ２等によって決定される。大径管部４６ａと第２テーパ管部４８ｂとののなす角θ２が、たとえば５０度から９０度に設定され、車両１０の衝突時に圧縮荷重Ｆｃがプロペラシャフト中間部３４に加えられた場合に、第２テーパ管部４８ｂの両端の位置において最初に変形が生じて、大径管部４６ａと第２小径管部４６ｃとが接近し、続いて第１テーパ管部４８ａの両端に変形が生じて大径管部４６ａと第１小径管部４６ａとで接近するように設計されている。したがって、変形が生じる圧縮荷重Ｆｃの変動を減少するために、プロペラシャフト中間部３４に用いられる第１管状部材ｍ１は、プロペラシャフト中間部３４の形状を精度良く加工できる材料から選択される。

また、車両１０の衝突時に、プロペラシャフト中間部３４に変形がプロペラシャフト前部３２およびプロペラシャフト後部３６の変形に先立って生じるためには、プロペラシャフト前部３２およびプロペラシャフト後部３６の回転中心軸ＣＬの軸方向の強度がプロペラシャフト中間部３４より大きいことが必要とされる。プロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの軸方向に長い寸法を持つプロペラシャフト後部３６は、その重量を減少して燃費を向上させることが要求される。したがってプロペラシャフト後部３６の材料すなわち第２管状部材ｍ２には、肉厚ｔ３がプロペラシャフト中間部３４の肉厚ｔ２よりも薄くとも強度が高いことによって必要な強度を確保することができる、例えば引張強度が５９０ＭＰａ以上の機械構造用炭素鋼鋼管である高張力鋼を使用することによって重量の低減と強度の確保とが可能となる。一方、高張力鋼は、強度の高い材質ほど加工が難しくまた加工後の寸法精度が低くなるため、圧縮力Ｆｃによって変形が生じる形状を精度良く形成することが難しい。このため、所定の圧縮力Ｆｃで変形が生じるように設計されるプロペラシャフト中間部３４に加工精度の高い、すなわち強度が第２管上部材ｍ２より低い管状部材ｍ１、例えば引張強度が４９０ＭＰａ程度の機械構造用炭素鋼鋼管を用いることで加工性すなわち適切な加工精度の確保が容易となる。

本実施例の車両用プロペラシャフト２２によれば、駆動力源であるエンジン１２およびモータジェネレータ１４とから出力された回転力を駆動輪２８へ伝達するためのプロペラシャフト２２であって、大径管部４６ａと、大径管部４６ａよりも小径の第１小径管部４６ｂと、大径管部４６ａの一端と第１小径管部４６ｂとの間に形成された第１テーパ管部４８ａとを一体に有する第１管状部材ｍ１と、第１管状部材ｍ１と同心に接合され、第１管状部材ｍ１よりも高強度材料から構成された第２管状部材ｍ２とを用いることによって、車両１０が衝突したときに第１管状部材ｍ１を用いている第１テーパ管部４８ａに変形と破断が生じ衝突時のエネルギーが効果的に吸収され車両１０の衝突によって生じる衝撃力が低減される。

また、本実施例の車両用プロペラシャフト２２によれば、第２管状部材ｍ２すなわちプロペラシャフト後部３６を第１管状部材ｍ１すなわちプロペラシャフト中間部３４より薄肉に形成することによってプロペラシャフト２２の重量を減少することができ、これにより車両１０の燃費の削減が可能となる。

さらに、本実施例の車両用プロペラシャフト２２によれば、第２管状部材ｍ２で形成されたプロペラシャフト後部３６が第１管状部材ｍ１よりも回転中心軸ＣＬ方向の寸法が長いことによってプロペラシャフト２２の重量を効果的に減少することができ、これにより車両１０の燃費のさらなる削減が可能となる。

また、本実施例の車両用プロペラシャフト２２によれば、第１管状部材ｍ１と第２管状部材ｍ２との引張強度の差を１００ＭＰａ以上とすることによって第１管状部材ｍ１と第２管状部材ｍ２とが使用される部分の特性への要求をそれぞれ満足させることが容易となる。すなわちプロペラシャフト後部３６と比較してより複雑で精度の高い加工を必要とするプロペラシャフト中間部３４に使用する材料は、より複雑で高い精度の加工が可能な第１管状部材ｍ１とする。また、プロペラシャフト中間部３４と比較してより薄肉に形成することによって燃費の低減が可能となるプロペラシャフト後部３６に使用する材料は、第２管状部材ｍ２とすることによって、プロペラシャフト中間部３４とプロペラシャフト後部３６とのそれぞれの特性への要求が満足される。

また、第１管状部材ｍ１に、第２小径管部４６ｃと第２テーパ管部４８ｂとを更にもうけることによって車両１０の衝突において変形が生じる部分をより自由に選択することができるとともに、より複雑な変形が可能となることによってより大きな衝突時のエネルギーの吸収が可能となる。

さらに、第２小径管部４６ｃにスプライン筒部４０とスプライン軸部４２とからなる伸縮可能なプロペラシャフト前部３２を接続し、プロペラシャフト前部３２の第２小径管部４６ｃとの接続部の反対側の端部に第１ユニバーサル継ぎ手３０ａを設け、プロペラシャフト後部３６のプロペラシャフト中間部３４との反対側の端部には第２ユニバーサル継ぎ手３０ｂを設けることによって、駆動輪２８の上下方向への動きに基づくプロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの軸方向に伸縮する振動を吸収することが容易となるとともに、エンジン１２とモータジェネレータ１４とから出力された回転力を駆動輪２８の上下動すなわちプロペラシャフト２２の上下方向への傾きに係わらず、駆動輪２８への均一な回転力として伝達することが可能となる。

つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、本発明の他の一例であるプロペラシャフト中間部３４の断面図を示している。プロペラシャフト中間部３４は、外径ｄ３の円筒形状を持つ大径管部４６ａと、外径ｄ４の円筒形状を持つ第１小径管部４６ｂと、第２小径管部４６ｃと大径管部４６ａとの間に形成されている第１テーパ管部４８ａと、から構成されている。また第１小径管部４６ｂとテーパ管部４８ａとは第１テーパ角θ１を持って形成されている。プロペラシャフト中間部３４の第１小径管部４６ｂは、第１小径管部４６ｂと同一の外径ｄ５を持つプロペラシャフト後部３６と溶接によって一体的に固接されている。プロペラシャフト後部３６には、プロペラシャフト中間部３４に用いられている第１管状部材ｍ１より強度の大きい材料である第２管状部材ｍ２が用いられており、その厚みｔ３はプロペラシャフト中間部３４の厚みｔ２より小さく設定されている。またプロペラシャフト中間部３４の大径管部４６ａは、大径管部４６ａと同一の外径ｄ１を持つプロペラシャフト前部３２のスプライン筒部４０とが溶接によって一体的に固接されている。スプライン筒部４０は内径側に図示されていないスプライン歯を有しており、スプライン筒部４０の厚みｔ１はプロペラシャフト中間部３４の厚みｔ２より厚くなっており、回転中心軸ＣＬの軸方向の強度は、プロペラシャフト中間部３４より大きく設定されている。なお、図４における寸法は、車両１０の衝突時に予め設定された圧縮力すなわちプロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬの軸方向の圧縮荷重Ｆｃによってプロペラシャフト２２が回転中心軸ＣＬの軸方向に変形することが可能となるように選択される値であり、必ずしも図３と同じ値ではない。

本実施例によれば、駆動力源であるエンジン１２およびモータジェネレータ１４とから出力された回転力を駆動輪２８へ伝達するためのプロペラシャフト２２であって、大径管部４６ａと、大径管部４６ａよりも小径の第１小径管部４６ｂと、大径管部４６ａの一端と第１小径管部４６ｂとの間に形成された第１テーパ管部４８ａとを一体に有する第１管状部材ｍ１と、第１管状部材ｍ１と同心に接合され、第１管状部材ｍ１よりも高強度材料から構成された第２管状部材ｍ２とを用いることによって、車両１０が衝突したときに第１管状部材ｍ１を用いている第１テーパ管部４８ａの端部に変形と破断が生じ衝突時のエネルギーが効果的に吸収され衝撃力が低減される。また回転中心軸ＣＬの軸方向の寸法が長いプロペラシャフト後部３６に強度の強い第２管状部材ｍ２を用いることで薄肉に形成することが可能となり、プロペラシャフト２２の重量を減少することができる。これにより車両１０の燃費の削減が可能となる。

さらに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、本発明のさらに他の一例であるプロペラシャフト中間部３４の断面図を示している。プロペラシャフト中間部３４は、外径ｄ３の円筒形状を持つ大径管部４６ａと外径ｄ２の円筒形状を持つ第２小径管部４６ｃと、大径管部４６ａと第２小径管部４６ｃとの間に形成されている第２テーパ管部４８ｂとから構成されている。また大径管部４６ａと第２テーパ管部４８ｂとは第２テーパ角θ２を持って形成されている。プロペラシャフト中間部３４の大径管部４６ａは、大径管部４６ａと同一の外径を持つプロペラシャフト後部３６と溶接によって一体的に固接されている。プロペラシャフト後部３６には、プロペラシャフト中間部３４に用いられている第１管状部材ｍ１より強度の大きい材料である第２管状部材ｍ２が用いられており、その厚みｔ３はプロペラシャフト中間部３４の厚みｔ２より小さく設定されている。またプロペラシャフト中間部３４の第２小径管部４６ｃは、第２小径管部４６ｃと同一の外径ｄ１を持つプロペラシャフト前部３２のスプライン筒部４０と溶接によって一体的に固接されている。スプライン筒部４０は内径側に図示されていないスプライン歯を有しており、スプライン筒部４０の厚みｔ１はプロペラシャフト中間部３４の厚みｔ２より厚くなっており、回転中心軸ＣＬの軸方向の強度は、プロペラシャフト中間部３４より大きく設定されている。なお、図５における寸法は、車両１０の衝突時に予め設定された圧縮力すなわちプロペラシャフト２２の回転中心軸ＣＬ方向の圧縮荷重Ｆｃによってプロペラシャフト２２が回転中心軸ＣＬ方向に変形することが可能となるように選択される値であり、必ずしも図３および図４と同じ値ではない。

本実施例によれば、実施例２と同様に、駆動力源であるエンジン１２およびモータジェネレータ１４とから出力された回転力を駆動輪２８へ伝達するためのプロペラシャフト２２であって、大径管部４６ａと、大径管部４６ａよりも小径の第２小径管部４６ｃと、大径管部４６ａの一端と第２小径管部４６ｃとの間に形成された第２テーパ管部４８ｂとを一体に有する第１管状部材ｍ１と、第１管状部材ｍ１と同心に接合され、第１管状部材ｍ１よりも高強度材料から構成された第２管状部材ｍ２とを用いることによって、車両１０が衝突したときに第１管状部材ｍ１を用いている第２テーパ管部４８ｂの端部に変形と破断が生じ衝突時のエネルギーが効果的に吸収され衝撃力が低減される。また回転中心軸ＣＬの軸方向の寸法が長いプロペラシャフト後部３６に強度の強い第２管状部材ｍ２を用いることで薄肉に形成することが可能となり、プロペラシャフト２２の重量を減少することができる。これにより車両１０の燃費の削減が可能となる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適応される。

前述の実施例において、駆動力源としてエンジン１２とモータジェネレータ１４とを持つハイブリッド車両としたが、特にハイブリッド車両に限らず、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、モータジェネレータ１４等のいずれかを単独の駆動力源とするＦＲ車両においても適用できる。

また、前述の実施例においては、トルクコンバータ１６と自動変速機１８とが用いられていたが、トルクコンバータ１６を使用しないことも可能である。また自動変速機１８は、有段の自動変速機、および一対の可変プーリの間に巻き掛けられた伝動ベルトを有するベルト式無段変速機等の何れが用いられても良い。

更に、前述の実施例において、プロペラシャフト前部３２のスプライン筒部４０の厚みｔ１をプロペラシャフト中間部３４の厚みｔ２より厚いものとしたが、プロペラシャフト後部３６と同様に第１管状部材ｍ１より強度の強い材料、たとえば第２管状部材ｍ２を用い、スプライン筒部４０の厚みがプロペラシャフト中間部３４より薄くされても良い。また、車両１０の衝突時にプロペラシャフト中間部３４に所定の変形と破断とが生じる、すなわちプロペラシャフト前部３２すなわちスプライン筒部４０の回転中心軸ＣＬの軸方向の強度がプロペラシャフト中間部３４より大きいことを条件として、プロペラシャフト前部３２に第１管状部材ｍ１より引張強度の小さい材料を用い、プロペラシャフト前部３２のスプライン筒部４０の厚みｔ１がプロペラシャフト中間部３４の厚みｔ２より厚くされることも可能である。

また、プロペラシャフト中間部３４においてプロペラシャフト前部３２およびプロペラシャフト後部３６と溶接される部分として、回転中心軸ＣＬと平行な円筒形状を有する大径管部４６ａ、第１小径管部４６ｂ、第２小径管部４６ｃのいずれかを実施例として示したが、特にこれに限らずたとえば回転中心軸ＣＬと所定の角度θ１、θ２をなす第１テーパ管部４８ａもしくは第２テーパ管部４８ｂがプロペラシャフト前部３２およびプロペラシャフト後部３６と溶接されるものであっても良い。また、プロペラシャフト前部３２とプロペラシャフト後部３６とは外径が均一な円筒形状である必要はなく、必要に応じて形状を変更されるものであっても良い。

更に、前述の実施例において、材料の強度を引張強度で評価するものとしたが、特に引張強度に限らず、例えばこれに換えて抗折強度、圧縮強度等が用いられても良い。

前述の実施例において、第１管状部材ｍ１、および第２管状部材ｍ２として、ＳＴＫＭ、ＳＴＡＭ（ＪＩＳ規格）等の機械構造用炭素鋼鋼管およびＳ４３Ｃ、Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ規格）といった炭素鋼鋼材といった金属材料を用いたが、特に炭素鋼鋼材に限らずこれに合金元素を添加した金属材料等種々の金属材料をもちいることもできる。また例えば繊維強化プラスチック等の樹脂材料、部分安定化ジルコニア等のセラミクス材料等を少なくとも第１管状部材ｍ１もしくは第２管状部材ｍ２の一方に用いることもできる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：車両
１２：エンジン（駆動力源）
１４：モータジェネレータ（駆動力源）
２２：プロペラシャフト
３０ａ：第１ユニバーサル継ぎ手
３０ｂ：第２ユニバーサル継ぎ手
４６ａ：大径管部
４６ｂ：第１小径管部
４６ｃ：第２小径管部
４８ａ：第１テーパ管部
４８ｂ：第２テーパ管部
ｍ１：第１管状部材
ｍ２：第２管状部材
ｄ５：第２管状部材外径
ＣＬ：回転中心軸
Ｔｓ：引張強さ

Claims

駆動力源から出力された回転力を駆動輪へ伝達するための車両用プロペラシャフトであって、
大径管部と、前記大径管部よりも小径の第１小径管部と、前記大径管部の一端と前記第１小径管部との間に形成された第１テーパ管部とを一体に有する第１管状部材と、
前記第１管状部材と同心に接合され、前記第１管状部材よりも高強度材料から構成された第２管状部材とを、含み、
前記第２管状部材は、前記第１管状部材よりも薄肉である
ことを特徴とする車両用プロペラシャフト。
前記第１管状部材は、機械構造用炭素鋼鋼管から加工されたものであり、
前記第２管状部材は、高張力鋼から加工されたものである
ことを特徴とする請求項１の車両用プロペラシャフト。
前記第２管状部材は、前記第１管状部材よりも回転中心軸方向の寸法が大きい
ことを特徴とする請求項１または２の車両用プロペラシャフト。
前記第２管状部材を構成する材料の強度と前記第１管状部材を構成する材料の強度との間の強度差は、引張強さの差が１００ＭＰａ以上である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１の車両用プロペラシャフト。
前記第２管状部材は、前記第１管状部材の前記第１小径管部と同じ外径を有して前記第１小径管部と接合されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１の車両用プロペラシャフト。
前記第１管状部材は、前記大径管部および前記第１小径管部より小径の第２小径管部と、前記大径管部の他端と前記第２小径管部との間に形成された第２テーパ管部とを、さらに有する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１の車両用プロペラシャフト。
前記第２小径管部には、回転中心軸方向に伸縮可能な伸縮軸を介して第１ユニバーサル継ぎ手が設けられ、
前記第２管状部材の前記第１管状部材とは反対側の端部には、第２ユニバーサル継ぎ手が設けられている
ことを特徴とする請求項６の車両用プロペラシャフト。