(57)【要約】【課題】  車両の衝突時に、折れ曲がりのない直線的な圧縮変形を確実に実現できるプロペラシャフトを提供する。【解決手段】  軸方向から受けた衝撃を吸収すべく変形するプロペラシャフト１であって、パイプ状に形成され、大径部１０、小径部１２及びこれらを繋ぐ絞り部１４を有するシャフト本体４と、該シャフト本体４の上記小径部１２側の端部に接合されたエンドシャフト２０と、上記シャフト本体４の内部に収容され、上記シャフト本体４が軸方向から衝撃を受けて上記絞り部１４を基点として変形するとき、上記大径部１０を上記小径部１２に対して軸方向に案内するためのガイド部材１５とを備え、該ガイド部材１５は、上記エンドシャフト２０に固定された固定部１６を有するもの。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向から受けた衝撃を吸収すべく変形するプロペラシャフトであって、パイプ状に形成され、大径部、小径部及びこれらを繋ぐ絞り部を有するシャフト本体と、該シャフト本体の上記小径部側の端部に接合されたエンドシャフトと、上記シャフト本体の内部に収容され、上記シャフト本体が軸方向から衝撃を受けて上記絞り部を基点として変形するとき、上記大径部を上記小径部に対して軸方向に案内するためのガイド部材とを備え、該ガイド部材は、上記エンドシャフトに固定された固定部を有することを特徴とするプロペラシャフト。
【請求項２】
上記固定部は、上記エンドシャフトに上記小径部と一体的に固定された請求項１記載のプロペラシャフト。
【請求項３】
上記ガイド部材は、上記大径部の内周面から所定の微小隙間を隔てて対向された摺動部を有し、該摺動部は、上記大径部の内周面に対する対向面積を稼ぐべく所定長さの筒状に形成された請求項１又は２に記載のプロペラシャフト。
【請求項４】
上記ガイド部材の上記摺動部側の端部の外周縁に、アール部を設けた請求項３に記載のプロペラシャフト。
【請求項５】
上記微小隙間に、緩衝材を介在させた請求項３又は４に記載のプロペラシャフト。
【請求項６】
上記絞り部が、上記大径部及び小径部に対し、それぞれ鋭角で接続された請求項１〜５いずれかに記載のプロペラシャフト。
【請求項７】
上記絞り部の板厚が、上記大径部及び小径部の板厚よりも薄く設定された請求項１〜６いずれかに記載のプロペラシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の動力伝達系に用いられるプロペラシャフトに係り、特に、車両の衝突時に変形して衝撃を吸収するプロペラシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロペラシャフトは、エンジンの回転力を駆動輪に伝達するものであり、車両の前後方向に沿って配置されている。このため、車両が衝突すると、プロペラシャフトには軸方向に衝撃（圧縮応力）が加わることになり、プロペラシャフトが変形しない場合、衝突時の衝撃が乗員に激しく伝わってしまう。
【０００３】
そこで、シャフトをパイプ部材で構成すると共にパイプ部材の途中に圧縮変形強度を低下させるための絞り部を設け、車両の衝突時に絞り部にて積極的に変形を生じさせ、衝突時の衝撃を吸収するようにしたプロペラシャフトが提案されている（特許文献１、２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２９２８３号公報
【特許文献２】特開平７−４４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記プロペラシャフトにあっては、絞り部を起点とした変形が発生したとき、絞り部に周方向に均一の圧縮荷重が加わるとは限らないので、折れ曲がりを伴った圧縮変形となる可能性がある。
【０００６】
特に、プロペラシャフトの継手に多少の交角が存在する場合には、絞り部における圧縮荷重が周方向に不均一となり、プロペラシャフトが曲げられながら圧縮されるため、シャフトの折れ曲がりを伴った変形となる可能性が高い。
【０００７】
こうなると、折れ曲がったプロペラシャフトが燃料タンクや乗員用シートと干渉する虞が生じる。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、車両の衝突時に、折れ曲がりのない直線的な圧縮変形を確実に実現できるプロペラシャフトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために創案された本発明は、軸方向から受けた衝撃を吸収すべく変形するプロペラシャフトであって、パイプ状に形成され、大径部、小径部及びこれらを繋ぐ絞り部を有するシャフト本体と、該シャフト本体の上記小径部側の端部に接合されたエンドシャフトと、上記シャフト本体の内部に収容され、上記シャフト本体が軸方向から衝撃を受けて上記絞り部を基点として変形するとき、上記大径部を上記小径部に対して軸方向に案内するためのガイド部材とを備え、該ガイド部材は、上記エンドシャフトに固定された固定部を有するものである。
【００１０】
また、上記固定部は、上記エンドシャフトに上記小径部と一体的に固定されてもよい。また、上記ガイド部材は、上記大径部の内周面から所定の微小隙間を隔てて対向された摺動部を有し、該摺動部は、上記大径部の内周面に対する対向面積を稼ぐべく所定長さの筒状に形成されてもよい。また、上記ガイド部材の上記摺動部側の端部の外周縁に、アール部を設けてもよい。また、上記微小隙間に、緩衝材を介在させてもよい。また、上記絞り部が、上記大径部及び小径部に対し、それぞれ鋭角で接続されてもよい。また、上記絞り部の板厚が、上記大径部及び小径部の板厚よりも薄く設定されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るプロペラシャフトによれば、車両の衝突時に、折れ曲がりのない直線的な圧縮変形を確実に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に本実施形態に係るプロペラシャフト１の全体図を示す。このプロペラシャフト１は、車両の前部に配置された変速機（図示せず）と車両の後部に配置された終減速機（図示せず）とを接続し、変速機の出力軸の回転を終減速機の入力軸に伝達するものであり、車両の前後方向に沿って配置されている。
【００１４】
詳しくは、プロペラシャフト１は、変速機の出力軸にスプラインを介して軸方向にスライド可能に装着された前側軸部２と、前側軸部２に前側継手３を介して連結された前側シャフト本体４と、前側シャフト本体４の後端部に周方向に沿って溶接等により接合されたエンドシャフト２０と、エンドシャフト２０に中間継手５を介して連結された後側シャフト本体６と、後側シャフト本体６に後側継手７を介して連結されると共に終減速機の入力軸に接続された後側軸部８とを備え、所謂３ジョイント型となっている。また、上記エンドシャフト２０には、プロペラシャフト１の全体の略中間部を車体やフレームに支持するためのセンターサポートベアリング９が装着されている。
【００１５】
さて、本実施形態の特徴となる車両衝突時の衝撃吸収構造は、上記前側シャフト本体４に採用されているため、以下、この点を詳述する。
【００１６】
図２にも示すように、前側シャフト本体４は、パイプ状に形成されており、大径部１０と、その前後に配置された小径部１１、１２と、これら小径部１１、１２と大径部１０とを繋ぐ絞り部１３、１４とを有している。上記小径部１２の後端部には、エンドシャフト２０が溶接されている。
【００１７】
ここで、後側の小径部１２と絞り部１４との接続半径をＲ１、絞り部１４と大径部１０との接続半径をＲ２、大径部１０と前側の絞り部１３との接続半径をＲ３、絞り部１３と前側の小径部１１との接続半径をＲ４とすると、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３＝Ｒ４となっている。よって、Ｒ１〜Ｒ４の部分についての軸方向の圧縮変形強度は、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３＝Ｒ４となる。また、このプロペラシャフト１の上述したＲ１〜Ｒ４の部分以外の全ての部分の圧縮変形強度は、Ｒ１及びＲ２の部分以上となっている。
【００１８】
このため、プロペラシャフト１に軸方向から圧縮荷重が加わると、先ず、強度が最も低いＲ１の部分すなわち後側の小径部１２と絞り部１４との接続部が折り畳まれ、略同時に、２番目に強度が低いＲ２の部分すなわち絞り部１４と大径部１０との接続部が折り畳まれる。この結果、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シャフト本体４には絞り部１４を基点とした変形が生じることになる。なお、図５に示すように、上記絞り部１４を、上記大径部１０及び小径部１２に対し、予めそれぞれ鋭角で接続するようにしてもよい。また、図６に示すように、絞り部１４の板厚ｔ２を、大径部１０の板厚ｔ１及び小径部１２の板厚ｔ３を含めたシャフト１のその他の部分の板厚よりも薄くする等して（ｔ２＜ｔ１（ｔ３））、絞り部１４が一番最初に変形するようになっていれば、上記Ｒ１〜Ｒ４の関係はどのような関係でも構わない。
【００１９】
このようにシャフト本体４に絞り部１４を基点とした変形が生じたとき、大径部１０と小径部１２とが折れ曲がることなく、小径部１２の外側に大径部１０がテレスコピック状（入れ子状）に嵌り込むように、直線的な圧縮変形（均等座屈）を安定して実現することが本実施形態の目的である。
【００２０】
この目的を達成するため、図２に示すように、シャフト本体４の内部には、大径部１０を小径部１２に対して軸方向に案内するためのガイド部材１５が収容されている。ガイド部材１５は、小径部１２から大径部１０までこれらを掛け渡すように形成されており、小径部１２の内周面に当接された固定部１６と、大径部１０の内周面に所定の微小間隔Ｃ（０．２ｍｍ程度）を隔てて対向された摺動部１７と、これら固定部１６と摺動部１７とを繋ぐ絞り部１８とを有する。ガイド部材１５は、図例では板金加工等によって成形されているが、切削加工によって製作してもよい。
【００２１】
上記固定部１６は、円筒体からなりその外周面が上記小径部１２の内周面に当接され、右方の開口近傍の内周面が上記エンドシャフト２０の挿入部２１の外周面に当接されている。すなわち、エンドシャフト２０は、外周面が円筒状となっている挿入部２１を有し、この挿入部２１の外周面と上記小径部１２の内周面との間に、上記固定部１６が挟み込まれている。挿入部２１が挿入される小径部１２の内周面は、切削加工によって段差状に形成されており、挿入部２１の外周面に対する嵌め合いに関して所定の精度で成形されている。また、エンドシャフト２０は、上記小径部１２及び固定部１６の各端部が当接される突当部２２を有する。突当部２２に小径部１２及び固定部１６の各端部を突き当てることで、シャフト本体４に対するガイド部材１５の位置が定められる。
【００２２】
このように、固定部１６が小径部１２と挿入部２１との間に挟み込まれ、且つ小径部１２及び固定部１６の各端面が当接部２２に突き当てられた状態で、小径部１２とエンドシャフト２０とが接合される。接合には、周方向に沿って外側から施される溶接（通常の溶接、レーザービーム溶接等）の他、圧接、摩擦拡散接合、電磁接合等が用いられる。このように、固定部１６がエンドシャフト２０に接合されることで、ガイド部材１５がエンドシャフト２０に固定されることになる。図例では溶接により固定され、図中２３は溶接ビードである。溶接ビード２３の溶け込み深さは、図４に示すように、小径部１２、固定部１６及び挿入部２１にまで及ぶ深さとなっており、これら小径部１２、固定部１６及び挿入部２１が一体的に接続されている。
【００２３】
この固定部１６に絞り部１８を介して一体的に形成された摺動部１７は、図１及び図２に示すように、上記大径部１０の内周面に上記所定の微小間隔Ｃを隔てて対向された所定長さＸの円筒体からなる。この所定長さＸは、後述するように、車両が衝突してプロペラシャフト１が軸方向から圧縮荷重（衝撃）を受けた際、継手５から絞り部１４までの距離Ｌ１を腕として生じた曲げモーメントＭにより摺動部１７が大径部１０に押し付けられて大径部１０に生じる面圧（応力σ１）が、大径部１０の降伏応力σ２よりも小さくなる長さに設定されている。すなわち、円筒状に形成された摺動部の長さを所定長さＸとすることで、大径部１０の内周面に対する摺動部１７の対向面積（接触面積）を、プロペラシャフト１に圧縮荷重（衝撃）が加わった際、摺動部１７の大径部１０へのかじりを回避するために必要な面積にまで拡大している。摺動部１７の上記所定長さＸ（即ち上記対向面積）は、シミュレーションや実験等によって定められる。
【００２４】
上記摺動部１７の左方の端部の外周縁２４には、周方向に沿ってアール部２５が形成されている。アール部２５は、ガイド部材１５を板金加工する際に形成される。アール部２５の半径は、後述するように、車両が衝突してプロペラシャフト１が軸方向から圧縮荷重（衝撃）を受けた際、摺動部１７の大径部１０へのかじりを回避できる半径に、シミュレーションや実験等によって定められている。摺動部１７の左方の端部には、軽量化及びガイド部材１５の回転軸廻りの慣性モーメントを小さくするため、穴２７が形成されている。なお、図例では穴２７の直径は小径部１１の内径よりも小さい。
【００２５】
上記摺動部１７の外周面には、可撓性を有する緩衝材２６（紙、布、綿、樹脂等）が設けられている。緩衝材２６は、摺動部１７が直接大径部１０に接触することを防止するものであり、シート状、軸方向及び／又は周方向に沿った線状、螺旋状、ドット状の他あらゆる形状が考えられる。なお、緩衝材２６は、摺動部１７の外周面ではなく、大径部１０の内周面の少なくとも摺動部１７が対向する部分に設けられてもよい。
【００２６】
図２に示すように、ガイド部材１５の摺動部１７は、シャフト本体４の絞り部１４から所定距離離間されており、摺動部１７と絞り部１４の間に空間Ｓが形成されている。この空間Ｓは、図３（ａ）のシャフト本体４が軸方向から衝撃を受けて図３（ｂ）の状態に変形したとき、折り畳まれた絞り部１４を収容するためのものである。
【００２７】
本実施形態の作用を述べる。
【００２８】
プロペラシャフト１を備えた車両が衝突してプロペラシャフト１すなわちシャフト本体４が図３（ａ）に示すように略軸方向から圧縮荷重（衝撃）を受けると、上述したようにプロペラシャフト１の中で最も強度が弱い絞り部１４（Ｒ１及びＲ２の部分）が折り畳まれ、図３（ｂ）に示すように、シャフト本体４に絞り部１４を基点とした変形が生じる。
【００２９】
このとき、シャフト本体４の大径部１０が小径部１２に対して近接するが、大径部１０がガイド部材１５によって小径部１２に対して軸方向に案内されるため、大径部１０が小径部１２の外側に嵌り込み、大径部１０と小径部１２とが折れ曲がることはなく、シャフト本体４の軸方向に沿った直線的な圧縮変形が達成される。すなわち、大径部１０がガイド部材１５の摺動部１７に摺接しつつ案内されて小径部１２に近付くため、たとえ絞り部１４に加わる圧縮荷重が周方向に不均一であっても、大径部１０と小径部１２との折れ曲がりを抑制でき、シャフト本体４の直線的な圧縮変形すなわち均等座屈が達成されるのである。
【００３０】
ここで、本実施形態においては、図２〜図４に示すように、ガイド部材１５の固定部１６がエンドシャフト２０に固定されているので、上記固定部１６を小径部１２の内周面に固定する場合と比べると固定強度が向上し、これにより、衝突時の衝撃によってガイド部材１５がエンドシャフト２０から外れることはなく、上記ガイド部材１５が上述したガイド効果を安定して発揮する。すなわち、仮にガイド部材１５の固定部１６をエンドシャフト２０ではなく小径部１２の内周面に溶接や接着等によって固定すると、十分な固定強度を得ることが困難であるため、その溶接部分又は接着部分が衝突時の衝撃によって剥離することがあり、こうなると自由になった固定部１６が小径部１２から左方に抜けてしまい、ガイド部材１５がシャフト本体４の内部で踊ってしまうので、上述したガイド効果が全く発揮できない。これに対し、本実施形態では、ガイド部材１５の固定部１６をエンドシャフト２０に固定するようにしており、図４に示すように上記溶接ビード２３の溶け込み深さが十分深く、固定部１６が小径部１２と共にエンドシャフト２０に強固に結合されているので、このような問題は生じない。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示すように、絞り部１４を基点として圧縮変形する大径部１０が摺動部１７に案内される際、図１に示す継手３、５、７及びセンターサポートベアリング９の弾性支持体９ａ（ゴム）に多少の自由度が存在することから、継手３、５、７のいずれかに多少の交角が存在する場合は勿論、この交角が略零の場合であっても、継手５から絞り部１４までの距離Ｌ１を腕とした曲げモーメントＭが発生し得る。この曲げモーメントＭにより、摺動部１７が大径部１０に押し付けられ、この押し付けにより大径部１０に生じる面圧（応力σ１）が大径部１０の降伏応力σ２を越えると、大径部１０が径方向外方に変形してその変形部に摺動部１７が嵌り込んで固着する所謂かじりが生じ、上述の直線的な圧縮変形すなわち均等座屈が阻害される。
【００３２】
そこで、本実施形態では、上記応力σ１を降伏応力σ２より小さくして上記かじりを回避するために、摺動部１７を所定長さＸの円筒体から構成して摺動部１７の大径部１０に対する接触面積を稼いでいる。仮に摺動部１７が長さＸの短い円筒即ちフランジ状に形成されていると、大径部１０に対する接触面積が小さくなってしまうため、このものでは、上記応力σ１が降伏応力σ２を超え易くなり、上記かじりが生じてしまう。そこで、本実施形態では、摺動部１７を所定長さＸの円筒体から構成し、摺動部１７の大径部１０に対する接触面積を広げ、上記応力σ１（面圧）を下げ、上記応力σ１を上記降伏応力σ２よりも小さくしているのである（σ１＜σ２）。これより、シャフト本体４の圧縮変形すなわち均等座屈が確実に実現される。上記所定長さＸは、上記曲げモーメントＭの腕の長さである距離Ｌ１を所定値としたときσ１＜σ２となる長さが採用され、具体的には実験やシミュレーションによって上記かじりが生じない長さに定める。
【００３３】
上記応力σ１の発生原因となる上記曲げモーメントＭの大きさは、継手５から絞り部１４までの距離Ｌ１（モーメントＭの腕の長さ）と相関する関係にある。よって、上記応力σ１を小さくする方策としては、上述のように摺動部１７の円筒体の長さＸを長くして接触面積を広げることの他、上記距離Ｌ１を短くして上記曲げモーメントＭの大きさを小さくすることが考えられる。上記距離Ｌ１は、上記摺動部１７の大径部１０に対する接触面積を定める所定長さＸを所定値としたとき、σ１＜σ２となる長さが採用される。図例では、上記距離Ｌ１の一部を成す小径部１２の長さＬ２を反対側の小径部１１の長さＬ３より短くすることで、小径部１１、１２のトータル長さを所定値に保ってシャフト本体４の軽量化を保ちつつ、上記距離Ｌ１を短くしている。なお、上記応力σ１を上記降伏応力σ２以下とするためには、上記距離Ｌ１を長くした場合には上記長さＸを長くし、上記距離Ｌ１を短くした場合には上記長さＸを短くすることになる。
【００３４】
上記シャフト本体４が軸方向から衝撃を受けて上記大径部１０が上記ガイド部材１５の摺動部１７に案内されて軸方向に変形するとき、上記摺動部１７の端部の外周縁２４の一部が上記曲げモーメントＭによって上記大径部１０の内周面に押し付けられる。よって、仮に上記外周縁２４が角張った形状であると、押し付けられた部分の面圧が高まって上記外周縁２４が大径部１０にかじり付き、直線的な圧縮変形すなわち均等座屈が不可能となる可能性が高まるが、本実施形態では上記外周縁２４にアール部２５を設けているので、面圧が低くなると共に引っ掛かることなく滑り易くなり、上記かじりを抑えることができ、均等座屈を確実に実現できる。なお、アール部２５の半径は、上記モーメントＭの大きさと相関する関係にあり、実験やシミュレーションによって、上記かじりが生じない半径に定められる。
【００３５】
また、上記摺動部１７の外周面には、緩衝材２６が設けられており、摺動部１７が上記大径部１０の内周面に直接接触することが防止されている。よって、上記プロペラシャフト１が装着された車両の運転中、振動等に起因してガイド部材１５とシャフト本体４とが接触することによって生じる騒音（打撃音）を防止できる。また、緩衝材２６によって、プロペラシャフト１の両端部に連結される上記変速機及び／又は上記終減速機からのギヤノイズ等の固体伝播音が減衰・低減されるので、低騒音化を推進できる。
【００３６】
上記大径部１０の直線的な圧縮変形は、シャフト本体４の内部にガイド部材１５を収容するという簡単な構成で、すなわち低コストで実現できる。また、ガイド部材１５が円筒体からなっているので、重量が極端に増加することはなく、軽量な構成となる。また、ガイド部材１５は、シャフト本体４の内部に収容されているので、シャフト本体４が回転して遠心力の作用を受けたとしても近傍の部品等と干渉することはなく、加えて円筒状であるためシャフト本体４の慣性モーメントが増大するのを抑えることができる。また、ガイド部材１５は、円筒状即ち中空となっているため、中実のタイプと比べると、シャフト１の回転アンバランスの増大を抑制できると共に、シャフト１の共振周波数の低下を抑制できる。よって、回転バランスが高く、共振周波数を高めたシャフト１を実現できる。
【００３７】
本発明の実施形態は、上記タイプに限定されるものではない。例えば、図１において前側シャフト本体４ではなく、後側シャフト本体６に、上述した実施形態の構造を適用してもよい。また、前側及び後側シャフト本体４、６の双方に、上述の実施形態の構造を適用してもよい。また、前側及び／又は後側シャフト本体４、６の複数箇所に、上述の実施形態の構造を適用してもよい。また、プロペラシャフト１は、図１に示す３ジョイント型に限られず、２ジョイント型や４ジョイント型であっても構わない。
【００３８】
また、上記アール部２５と上記緩衝材２６とは、両方あるいは一方を省略することができる。また、上記摺動部１７を所定長さＸの筒状とした構成要件を省略し、ガイド部材１５の固定部１６をエンドシャフト２０に固定（溶接）した構成要件のみを備えたプロペラシャフト１であってもよい。また、上記大径部１０を円筒状ではなく多角形の筒状とし、これに合わせて摺動部１７を多角形の筒状としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係るプロペラシャフトの全体図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】（ａ）は衝撃前、（ｂ）は衝撃後の様子を示す断面図である。
【図４】ガイド部材とエンドシャフトとの溶接部分の拡大図である。
【図５】大径部、絞り部及び小径部の変形例を示す断面図である。
【図６】大径部、絞り部及び小径部の板厚を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  プロペラシャフト
４  シャフト本体
１０  大径部
１２  小径部
１４  絞り部
１５  ガイド部材
１６  固定部
１７  摺動部
２０  エンドシャフト
２３  溶接ビード
２４  外周縁
２５  アール部
２６  緩衝材
Ｘ  所定長さ
Ｃ  微小隙間
ｔ１  大径部の板厚
ｔ２  絞り部の板厚
ｔ３  小径部の板厚
【図１】
2006132628.tif 000003
【図２】
2006132628.tif 000004
【図３】
2006132628.tif 000005
【図４】
2006132628.tif 000006
【図５】
2006132628.tif 000007
【図６】
2006132628.tif 000008