(57)【要約】【課題】車両の振動及び騒音の低減を図り、乗り心地及び居住性の向上が確保できる車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造を提供する。【解決手段】ジョイント１０を介し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が連結され、かつ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によりパワーユニットの出力軸に連結されリヤプロペラシャフト５の後端部がジョイント８によりデファレンシャル装置に連結されたプロペラシャフト１のセンターマウント３０であって、フロントプロペラシャフト３の後端部を支持するベアリング３１のアウタレース３１ｂを収容してインシュレータ３３及び外筒部材３４を介して車体５０に取り付けられる内筒部材３２をアルミニウム系合金によって形成する。【選択図】図４
2007106359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジョイントを介してフロントプロペラシャフトの後端部とリヤプロペラシャフトの前端部が連結され、フロントプロペラシャフトの前端部がジョイントによりパワーユニットの出力軸に連結されリヤプロペラシャフトの後端部がジョイントによりデファレンシャル装置に連結されたプロペラシャフトのセンターマウント構造において、
上記フロントプロペラシャフトの後端部を嵌合支持するインナレースとアウタレース及び該インナレースとアウタレースの各軌道面間に転動可能に配置された複数のボールを備えたベアリングと、
該ベアリングのアウタレースを収容して嵌合保持する内筒部材と、
車体に取り付け支持された外筒部材と、
上記内筒部材と外筒部材との間に介装された弾性材からなるインシュレータとを備え、
上記内筒部材が鉄系材料より軽量で成形性に優れると共に成形精度が確保できる材料によって形成されたことを特徴とする車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造。
【請求項２】
上記内筒部材は、アルミニウム系合金によって形成された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センターマウント構造。
【請求項３】
上記ベアリングが鉄系材料によって形成され、
上記内筒部材は、上記ベアリングのアウタレースを保持する円筒状の本体部及び該本体部の両端にそれぞれ延設された第１延在部及び第２延在部を有する円筒状であって、
上記ベアリングを隔ててフロントプロペラシャフトと上記第１延在部及びフロントプロペラシャフトと上記第2延在部の各間をそれぞれ水密的にシールするシール手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造。
【請求項４】
上記ベアリングが鉄系材料によって形成され、
上記内筒部材は、上記ベアリングのアウタレースを保持する円筒状の本体部及び該本体部の両端にそれぞれ延接された第１延在部及び第２延在部を有する円筒状であって、
上記第１延在部に嵌入する円筒状の大径部及び該大径部に連続する円筒状の小径部を有する断面略Ｃ字状乃至Ｕ字状で環状に連続するリテーナと、
上記第２延在部とプロペラシャフトの間を水密的にシールする第１シール部材と、
上記リテーナの小径部とプロペラシャフトの間を水密的にシールする第２シール部材と、
上記リテーナと第１延在部の間を水密的にシールする第３シール部材と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造。
【請求項５】
上記内筒部材は、樹脂材料によって形成された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センターマウント構造。
【請求項６】
上記フロントプロペラシャフトの後端部に代えてフロントプロペラシャフトの後端部に設けられたジョイントのジョイントシャフトをベアリングのインナレースで嵌合支持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの駆動力を駆動輪に伝達するプロペラシャフトを支持するセンターマウント構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、四輪駆動車（ＡＷＤ）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置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】
一方、プロペラシャフトは、主に高速回転時における危険回転速度、即ちプロペラシャフトの曲げ固有振動数とプロペラシャフト回転周波数が一致して共振を生じてプロペラシャフトの振動幅が大きくなりプロペラシャフトが破壊するときの限界回転速度を、プロペラシャフトの曲げ剛性を高めて使用車速領域外に上げるためにジョイントで２分割されている。
【０００４】
この２分割して構成されたプロペラシャフトは、例えば、図６に示すようにフロントプロペラシャフト１０２と、フロントプロペラシャフト１０２の後端部にジョイント１０５を介して連結したリヤプロペラシャフト１０３によって形成され、プロペラシャフト１０１の前端部がユニバーサルジョイント１０７を介してエンジン及び変速機を備えたパワーユニットの出力軸に連結すると共に、リヤプロペラシャフト１０３の後端部がユニバーサルジョイント１０８を介して駆動輪である後輪用のデファレンシャル装置１０９に連結されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このようなプロペラシャフト１０１は、フロントプロペラシャフト１０２の後端部をセンターマウント１１０によって車体１２０の下面に支持している。このセンターマウント１１０の一例を図７を参照して説明する。
【０００６】
フロントプロペラシャフト１０２の後端部を支持するセンターマウント１１０は、フロントプロペラシャフト１０２の後端部に結合されたジョイント１０５のジョイントシャフト１０６に嵌合するインナレース１１１ａ、アウタレース１１１ｂ、インナレース１１１ａとアウタレース１１１ｂとの間で転動する複数のボール１１１ｃを有するベアリング１１１と、ベアリング１１１の外周に嵌合して固定された内筒部材１１２と、この内筒部材１１２の外周にゴム等の弾性材からなるインシュレータ１１３を介して連結された外筒部材１１４と、この外筒部材１１４を車体の下面に取り付けるブラケット１２３を有している。
【０００７】
ベアリング１１１は、そのインナレース１１１ａがジョイントシャフト１０６の主軸部１０６ａに嵌合して支持されている。
【０００８】
内筒部材１１２は、ベアリング１１１のアウタレース１１１ｂの外周面に本体部１１２ａが嵌合し、この本体部１１２ａから拡径して環状に形成された大径部１１２ｂと、本体部１１２ａからアウタレース１１１ｂの後面に沿って縮径して円筒状に延在する小径部１１２ｃが一体形成された軸方向に長い略円筒状に形成されている。
【０００９】
内筒部材１１２の大径部１１２ｂ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１１９が設けられている。ベアリング１１１の両側にリテーナ１１９とジョイントシャフト１０６の間及び内筒部材１１２の小径部１１２ｃとジョイントシャフト１０６との間にリング状のオイルシール１１５ａ、１１５ｂが配設されている。
【００１０】
このように構成されたプロペラシャフト１０１は、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ユニバーサルジョイント１０７を介してフロントプロペラシャフト１０２に伝達され、フロントプロペラシャフト１０２からジョイント１０５を介してリヤプロペラシャフト１０３に伝達され、リヤプロペラシャフト１０３からユニバーサルジョイント１０８を介してデファレンシャル装置１０９に伝達される。
【００１１】
この走行に際し、プロペラシャフト１０１の中間部であるフロントプロペラシャフト１０２とリヤプロペラシャフト１０３を連結するジョイント１０５のジョイントシャフト１０６をセンターマウント１１０を介して車体１２０に回転自在に支承することによって、プロペラシャフト１０１が高速回転した際の振れが減衰支持されて車両の振動及び騒音が抑制される。
【００１２】
ベアリングの持つ一般的な性質として、アウタレース等の軌道輪とボールとが弾性接触により荷重を受けるので、「ばね」の性質を有しており、回転体がベアリングにより支持されている場合回転体を質量とした振動系が存在し、ベアリングに起因して一種の自励振動と推定される回転軸のスラスト振動を生じることが一般に知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−３０９１４６号公報
【非特許文献１】「ＪＩＳ使い方シリーズ・転がり軸受の選び方・使い方」１９０頁；（日本規格協会・転がり軸受の選び方・使い方編集委員会）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ここで、プロペラシャフトのセンターベアリングを例にベアリングが持っているスラスト（アキシャル）方向ばね特性について説明する。フロントプロペラシャフト１０２の後端部に配設されたジョイント１０５のジョイントシャフト１０６を支持するセンターマウント１１０のベアリング１１１は、図８（ａ）に模式的に示すようにインナレース１１１ａがジョイントシャフト１０６に嵌合し、アウタレース１１１ｂが内筒部材１１２に嵌合してインシュレータ１１３によって外筒部材１１４に弾性支持され、インナレース１１１ａの軌道面とアウタレース１１１ｂの軌道面との間に転動体となるボール１１１ｃが複数嵌合配置されている。ベアリング１１１には、高速高負荷回転時の焼き付きを防止するため、インナレース１１１ａ及びアウタレース１１１ｂの軌道面とボール１１１ｃの間に微小なラジアル隙間を設定してある。
【００１５】
インナレース１１１ａの軌道面とボール１１１ｃ及びアウタレース１１１ｂの軌道面とボール１１１ｃは相対的にスラスト方向に移動して、この微小隙間が詰まった状態で互いに弾性接触し、図８（ｂ）に示すようにインナレース１１１ａとボール１１１ｃとの接触点とアウタレース１１１ａとボール１１１ｃとの接触点が軸方向にオフセットする接触角αを有することから、ベアリング１１１にスラスト方向力Ｆxが働いた場合、この接触角α方向に所謂弾性接触面圧Ｆx／ｓｉｎαが作用する。このスラスト力Ｆxと接触面圧による弾性変形歪みδpに伴うスラスト方向相対変位δp／ｓｉｎαとの関係によりベアリング１１１のインナレース１１１ａとアウタレース１１１ｂの間でスラスト方向のばね作用が生じる。弾性歪みδpは、球体と円環との弾性接触問題として求められる。また、弾性接触ばねＫbrgは、
Ｋbrg＝Ｆx・ｓｉｎα／δp
である。
【００１６】
このため、プロペラシャフト１０１のセンターマウントに用いられるベアリング１１１については、この弾性接触ばねＫbrgとインシュレータＫinsをばねとし、アウタレース１１１ｂと内筒部材１１２の合計質量Ｍoutをマスとする固有振動数ｆ０_brgを有している。
【００１７】
【数１】
2007106359.tif 000003
【００１８】
次に、ベアリングの軸振動について説明する。
【００１９】
プロペラシャフト１０１において、パワーユニットおよびプロペラシャフト１０１の回転によって、振動がプロペラシャフト１０１とベアリング１１１に伝達されると、アウタレース１１１ｂに軸方向のスラスト力Ｐｓが周期的に繰り返し付与されることが起こり得る。プロペラシャフト１０１の場合も、この繰り返し振動により、前記固有振動数にてベアリング軸方向振動が生じる振動系を有している。
【００２０】
また、次に、ベアリングが持っているもう１つの本質的な特性である転動体通過振動について説明する。
【００２１】
前記のようにベアリング１１１は、インナレース１１１ａ及びアウタレース１１１ｂの軌道面とボール１１１ｃの間に微小ラジアル隙間を有しているから、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に模式的に示すようにベアリング１１１のインナレース１１１ａにプロペラシャフト１０１の自重荷重Ｐが付加された状態で、プロペラシャフト１０１の回転に伴ってインナレース１１１ａが回転するとボール１１１ｃの周方向位置の相違によってベアリング１１１の隙間分布状態が異なりアウタレース１１１ｂの幾何学的変位を誘発し、ボール１１１ｃとインナレース１１１ａ及びアウタレース１１１ｂとの幾何学的変位量の変化にともなってインシュレータ１１３を介して支持されたアウタレース１１１ｂ及び内筒部材１１２が上下に振動する、いわゆる転動体通過振動が発生する。即ち図１０（ａ）のようにプロペラシャフト１０１、より正確にはジョイントシャフト１０６からの荷重Ｐの真下にボール１１１ｃがくるときと、図１０（ｂ）のように荷重方向Ｐに対して対称位置にボール１１１ｃがくるときでは、プロペラシャフト１０１の回転中心に対するアウタレース１１１ｂ及び内筒部材１１２が上下に相対移動する。
【００２２】
この変位量はベアリングのインナ、アウタレース軌道溝径、ボール径、ボール数、ラジアル隙間から幾何学的に求めることができる。図１０の（ａ）の変位Ｙminと（ｂ）の変位Ｙmaxの差δY＝Ｙmax−Ｙminが振動変位である。
【００２３】
定性的には、図からわかるように、ラジアル隙間が大きいほどボール１１１ｃの公転による上下変位は大きくなる。この転動体通過振動はアウタレース１１１ｂの真円度が大きく影響する。これを図１１（ａ）及び図１１（ｂ）により説明する。図１１（ｂ）の真円度は図１１（ａ）のそれより悪い。真円度が悪いとボール１１１ｃの周方向位置の相違によるインナレース１１１ａ及びアウタレース１１１ｂとの幾何学的変位量が大きくなる。
【００２４】
なぜなら、真円度の悪化としてアウタレース１１１ｂの軌道が楕円状にひしゃげた形状で、その短径側が上下方向に位置した場合を想定すると、ボールの接触部位となる軌道面の最大曲率半径ρは、軌道となる楕円の長径２ａ、短径２ｂとして、
ρ＝ａ２／ｂ
の式で表され、ひしゃげた形状ほど長径、短径比が大きく曲率半径ρが大きくなるから、ラジアル隙間が大きいことと真円度精度が悪いことの幾何学的効果は等しいからである。また、このことは、上記の幾何学的変位による説明ばかりでなく、図９のように、ボール１１１ｃとアウタレース１１１ｂの軌道面との間の弾性接触歪みによっても説明できる。すなわち、ラジアル隙間が大きく、したがってアウタレース１１１ｂの接触曲率が大きいほど、弾性接触変形歪みが大きくなり、ボール１１１ｃの公転による上下変位が相対的に大きくなる。弾性歪み量は、ボール１１１ｃ配置による分担荷重を考慮して、ボール１１１ｃとアウタレール１１１ｂとの弾性接触問題として求められる。
【００２５】
これらプロペラシャフト１０１の回転により、ボールが軌道面を公転する際のアウタレース１１１ｂの上下変位に起因する振動が転動体通過振動である。
この転動体通過振動の次数ｎは
ｎ＝１／２・Ｚ（１−Ｄw／Ｄp）
ここに、Ｚ：ボール数、Ｄw：ボール径、Ｄp：ベアリングピッチ円径
で表され、ベアリング１回の回転でｎ回の上下振動が発生する。
【００２６】
また、前述のように、プロペラシャフト１０１においては、ベアリング軸方向特性に起因するアウタレース１１１ｂ及び内筒部材１１２の振動は、アウタレース１１１ｂ及び比較的質量の大きな内筒部材１１２の質量Ｍoutをマスとし、ベアリングの弾性接触剛性Ｋbrgとインシュレータ１１３Ｋinsによってばね定数が定められた固有振動数ｆ０_brgの振動系が形成される。
【００２７】
【数２】
2007106359.tif 000004
【００２８】
一方、ここで、発明者は鋭意研究の結果、パワーユニットからの回転トルクがユニバーサルジョイント１０７を介して回転駆動されるフロントプロペラシャフト１０２においても、ユニバーサルジョイント１１２の軸剛性Ｋjointを主たるばねとしフロントプロペラシャフト１０２の質量Ｍpelaをマスとしてフロントプロペラシャフト１０２が軸方向に振動する振動系が形成されていることを究明した。この振動の固有振動数ｆ０_pelaは以下の式で表される。
【００２９】
【数３】
2007106359.tif 000005
【００３０】
このようにフロントプロペラシャフト１０２の軸方向の振動によってベアリング１１１のインナレース１１１ａが軸方向に振動すると、インナレース１１１ａの軸方向の振動に伴ってインナレース１１１ａとボール１１１ｃとの接触点とアウタレース１１１ｂとボール１１１ｃとの接触点が軸方向にオフセットする接触角αによる接触ばねを有することからボール１１１ｃを介してアウタレース１１１ｂに軸方向のスラスト力が周期的に繰り返し付与され、このスラスト力の付与によりインシュレータ１１３を介して支持されたアウタレース１１１ｂ及び内筒部材１１２がスラスト方向に振動する。即ちフロントプロペラシャフト１０２の軸方向の振動に起因してアウタレース１１１ｃ及び内筒部材１１２を質量（マス）とする振動系が形成される。
【００３１】
ここで、発明者は鋭意研究実験の結果、これらフロントプロペラシャフト１０２のベアリング１１１のアウタレース１１１ｂ及び内筒部材１１２の軸振動固有値ｆ０_brgと、フロントプロペラシャフトの軸振動固有値ｆ０_pelaとが比較的近似した値であり、これら近似した振動周波数の固有値に起因する共振により車両の振動及び騒音を招き、乗り心地及び居住性に影響することを究明した。また、ベアリング１１１におけるアウタレース１１１ｂを嵌合保持する内筒部材１１２は一般に鉄板をプレス加工して円筒状に形成することから、加工時のスプリングバック等により加工精度、即ち真円度を確保することが困難である。この真円度の精度が確保できない内筒部材１１２にアウタレース１１１ｂを圧入すると、内筒部材１１２、特に本体部１１２ａの成形精度が圧入時にアウタレース１１１ｂに転写してアウタレース１１１ｂの真円度に影響し、ベアリング１１１の転動体通過振動を増大させる要因であることを究明した。
【００３２】
従って、これらに着目してなされた本発明の目的は、プロペラシャフトの回転及び軸方向の振動に起因するベアリング及び内筒部材の振動を抑制して車両の振動及び騒音の低減を図り、乗り心地及び居住性の向上が確保できる車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
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センターマウント構造の発明は、ジョイントを介してフロントプロペラシャフトの後端部とリヤプロペラシャフトの前端部が連結され、フロントプロペラシャフトの前端部がユニバーサルジョイントによりパワーユニットの出力軸に連結されリヤプロペラシャフトの後端部がジョイントによりデファレンシャル装置に連結されたプロペラシャフトのセンターマウント構造において、上記フロントプロペラシャフトの後端部を嵌合支持するインナレースとアウタレース及び該インナレースとアウタレースの各軌道面間に転動可能に配置された複数のボールを備えたベアリングと、該ベアリングのアウタレースを収容して嵌合保持する内筒部材と、車体に取り付け支持された外筒部材と、上記内筒部材と外筒部材との間に介装された弾性材からなるインシュレータとを備え、上記内筒部材が鉄系材料より軽量で成形性に優れると共に成形精度が確保できる材料によって形成されたことを特徴とする。
【００３４】
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センターマウント構造において、上記内筒部材は、アルミニウム系合金によって形成されたことを特徴とする。
【００３５】
請求項３に記載の発明は、請求項２の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造において、上記ベアリングが鉄系材料によって形成され、上記内筒部材は、上記ベアリングのアウタレースを保持する円筒状の本体部及び該本体部の両端にそれぞれ延設された第１延在部及び第２延在部を有する円筒状であって、上記ベアリングを隔ててフロントプロペラシャフトと上記第１延在部及びフロントプロペラシャフトと上記第２延在部の各間をそれぞれ水密的にシールするシール手段を備えたことを特徴とする。
【００３６】
請求項４に記載の発明は、請求項２の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造において、上記ベアリングが鉄系材料によって形成され、上記内筒部材は、上記ベアリングのアウタレースを保持する円筒状の本体部及び該本体部の両端にそれぞれ延接された第１延在部及び第２延在部を有する円筒状であって、上記第１延在部に嵌入する円筒状の大径部及び該大径部に連続する円筒状の小径部を有する断面略Ｃ字状乃至Ｕ字状で環状に連続するリテーナと、上記第2延在部とプロペラシャフトの間を水密的にシールする第１シール部材と、上記リテーナの小径部とプロペラシャフトの間を水密的にシールする第２シール部材と、上記リテーナと第１延在部の間を水密的にシールする第３シール部材と、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
請求項５に記載の発明は、請求項１の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造において、上記内筒部材は、樹脂材料によって形成されたことを特徴とする。
【００３８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造において、上記フロントプロペラシャフトの後端部に代えてフロントプロペラシャフトの後端部に設けられたジョイントのジョイントシャフトをベアリングのインナレースで嵌合支持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
請求項１の発明によると、ベアリングのアウタレースを保持する内筒部材を軽量で成形性に優れて高精度で成形可能な材料により形成することで、内筒部材の真円度が確保でき、内筒部材に保持されるアウタレースの真円度が維持されて、フロントプロペラシャフトの回転に伴う転動体通過振動を抑制することができる。また、内筒部材の軽量化に伴ってフロントプロペラシャフトのアウタレース及び内筒部材の軸振動固有値とフロントプロペラシャフトの軸振動固有値との差を大幅に大きくして分離することができる。これにより互いの振動固有値を分離することにより共振の発生を有効的に回避することができて車両の振動及び騒音を抑制されて乗り心地及び居住性が向上する。
【００４０】
請求項２の発明は、内筒部材の材質を具体的なアルミニウム系合金に特定するものであって、内筒部材を軽量で成形性に優れて高精度で成形可能なアルミニウム系合金によって形成することによって、請求項１の効果を達成することができる。
【００４１】
内筒部材をアルミニウム系合金とすることのもう１つの効果を説明する。ベアリングは回転摩擦熱のためインナレース側温度がアウタレース側より上昇し熱膨張歪みの差によってラジアル隙間が減少する。その隙間減少量Ｓtは
Ｓt＝βFe・Ｄi・ｔi＋２βFe・Ｄw・ｔw
ここに、βFe：鉄の熱膨張係数、Ｄｉ：インナレース軌道直径、Ｄw：ボール直径、ｔｉ：アウタレースとインナレースの温度差、ｔw：アウタレースとボールの温度差
で表される。ベアリングを鉄材の内筒部材に圧入する際の圧入しろはこの熱膨張による隙間減少をあらかじめ考慮して小さくしておく必要があった。アルミニウム系合金は熱伝導率が高く熱発散性に優れているので、内筒部材をアルミニウム系合金とすることによりベアリングの温度上昇を低減できるとともに、熱膨張係数が鉄材より大きいのでインナレース側膨張による隙間減少分をアウタレース圧入しめしろ減少によりラジアル隙間が補填されるので、長時間の運転においてもラジアル隙間がほぼ均一に保持されることになる。
【００４２】
請求項３の発明によると、ベアリングのアウタレースを嵌合保持する本体部の両端に延設された各第１延在部及び第２延在部とフロントプロペラシャフトの間をそれぞれシール手段によって水密的にシールすることによって、鉄系材料からなるベアリングのアウタレースとアルミニウム系合金からなる内筒部材との接触部間に外部から腐食媒体となる水分の浸入が防止され、異種金属のアウタレースと内筒部材との接触部における電食の発生が防止できる。
【００４３】
請求項４の発明によると、円筒部材の第１延在部に嵌入するリテーナの小径部とプロペラシャフトとの間を第１シール部材により水密的にシールし、第２延在部とプロペラシャフトとの間を第２シール部材により水密的にシールし、リテーナと第１延在部との間を第２シール部材により水密的にシールすることによって、鉄系材料からなるベアリングのアウタレースとアルミニウム系合金からなる内筒部材との接触部間に外部から腐食媒体となる水分の浸入が防止され、異種金属のアウタレースと内筒部材との接触部における電食の発生が防止できる。
【００４４】
請求項５の発明は、内筒部材の材質を具体的な樹脂材料に特定するものであって、嵌合相手形状に対する順応性が高い樹脂材料によって形成することによって、請求項１の効果を達成することができる。
【００４５】
請求項６の発明は、請求項１〜５におけるセンターマウント構造の他の具体的な構成を示すもので、ベアリングのインナレースによってフロントプロペラシャフトの後端部に設けられたジョイントのジョイントシャフトを嵌合支持するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の車両用プロペラシャフトのセンターマウント構造の実施の形態を図１乃至図５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。
【００４７】
図１は四輪駆動車やフロントエンジンリヤドライブ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、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パワーユニットの出力軸に連結される一方、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を介して駆動輪である後輪用のデファレンシャル装置に連結される。更に、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したようにセンターマウント３０によって車体５０の下面５１に回転自在に支持している。
【００４８】
図３は、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の前端部とを連結するジョイント１０及びセンタ−マウント３０を示す図１のＩ−Ｉ線断面図であり、図４は図３のＡ部拡大図である。
【００４９】
ジョイント１０は、図３に示すように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と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。
【００５０】
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を介して連続する主軸部１３と、主軸部１３の後端に段部１３ｂを介して連続する先端軸部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。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が固定されている。
【００５１】
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、円筒状に形成されたベース部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。
【００５２】
更に、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２５に保持されたボール２６をそれぞれ嵌合させて装着する。このゲージ２５及びボール２６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２５に保持されたボール２６を嵌合させる。
【００５３】
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ケース２０、インナレース１６及びアウタケース２０のベース部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２６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を等速で回転トルク伝達すると共に、互いの相対角度及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。
【００５４】
次にジョイント１０を車体５０の下面５１に支持するセンターマウント３０を図２及び図４を参照して説明する。
【００５５】
センターマウント３０は、ジョイントシャフト１１に嵌合するベアリング３１と、ベアリング３１の外周に固定された内筒部材３２と、この内筒部材３２の外周にゴム等の弾性材からなるインシュレータ３３を介して連結された外筒部材３４と、この外筒部材３４を車体５１の下面５１に取り付けるブラケット４３を有している。
【００５６】
ベアリング３１は、インナレース３１ａと、アウタレース３１ｂと、インナレース３１ａ及びアウタレース３１ｂの各軌道面間に転動可能に配置された複数のボール３１ｃを有し、そのインナレース３１ａ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３６に係止された円筒状のスペーサ３７と段差１２ｂとの間に挟持して支持されている。
【００５７】
内筒部材３２は、鉄系材料より軽量で成形性に優れると共に成形精度が確保できる材料、本実施の形態ではアルミニウム系合金材料製であって、ベアリング３１のアウタレース３１ｂの外周に本体部３２ａが嵌合し、この本体部３２ａの前端から段差部３２ｂを介して拡径して環状に形成された第１延在部である大径部３２ｃと、本体部３２ａの後端からアウタレース３１ｂの後面に沿って縮径する段差部３２ｄを介してスペーサ３７に沿って円筒状に延在する第２延在部である小径部３２ｅが一体形成された略円筒状に形成されている。この内筒部材３２は、例えば生産性に優れたプレス成形によって成形され、プレス成形の際、成形性に優れてスプリングバック等の発生が極めて少ないアルミニウム系合金製であり容易に高精度で成形され、特にベアリング３１のアウタレース３１ｂが圧入される本体部３２ａ等の真円度が良好に確保でき、結果的に圧入後のベアリングの真円度精度を大きく悪化させない。
【００５８】
内筒部材３２の大径部３２ｃ内にアルミニウム系合金材料製で略断面Ｃ字状或いはＵ字状で環状に形成されたリテーナ３９が設けられる。リテーナ３９は大径部３２ｃに圧入されて嵌合する大径部３９ａと、大径部３９ａの後端からテーパ面状に縮径される段差部３９ｂと、段差部３９ｂの後端からジョイントシャフト１１に沿って前方に延在する円筒状の小径部３９ｃとが連続一体形成されている。
【００５９】
ベアリング３１の両側にリテーナ３９の小径部３９ｃ及び内筒部材３２の小径部３２ｄとジョイントシャフト１１との間にそれぞれ水密状にシールする環状の第１シール部材及び第２シール部材であるオイルシール４１ａ、４１ｂが配設されている。また、リテーナ３９の段差部３９ｂと内筒部材３２の段差部３２ｂとの間に内筒部材３２とリテーナ３９との間を水密状にシールする環状の第３シール部材であるシール部材４２が配設されている。
【００６０】
これらリテーナ３９の小径部３９ｃ及び内筒部材３２の小径部３２ｄとジョイントシャフト１１との間にそれぞれ配置されたオイルシール４１ａ、４１ｂ、リテーナ３９と内筒部材３２とリテーナ３９との間に配置されたシール部材４２によるシール手段よって、鉄系材料からなるベアリング３１のアウタレース３１ｂとアルミニウム系合金からなる内筒部材３２との接触部間に腐食媒体となる水分が浸入するのを防止して、異種金属のアウタレース３１ｂと内筒部材３２との接触部における電食の発生を防止している。
【００６１】
インシュレータ３３は、ゴム等の弾性材製であって、内周が内周部材３２に結合され外周が外筒部材３４に結合された断面略Ｃ字状で連続する環状に形成されている。
【００６２】
外筒部材３４は、外筒部材３４を車体に固定するためのブラケット４３が取り付けられている。ブラケット４３は、図１及び図２に示すように外筒部材３４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４４に前側がスリット状に開放されたボルト孔４４ａが形成され、かつボルト孔４４ａを貫通するボルト４５によって車体５０の下面５１に取り付けられる。
【００６３】
このように構成されるセンターマウント１０は、ベアリング３１のアウタレース３１ｂを嵌合して支持する内筒部材３２が、成形性に優れると共にプレス成形等の際スプリングバック等の発生が極めて少ないアルミニウム系合金材料製であることから、生産性に優れたプレス成形により高精度に成形することができる。特に、アウタレース３１ｂを圧入して保持する本体部３２ａの真円度が容易に確保できる。この内筒部材３２の本体部３２ａにおける真円度を確保することにより、圧入時におけるアウタレース３１ｂに対する影響が抑制されてアウタレース３１ｂの真円度が確保できる。アウタレース３１ｂの真円度が確保されたベアリング３１はフロントプロペラシャフト２の回転に伴う転動体通過振動を抑制できる。
【００６４】
また、比較的長く大きな内筒部材３２を軽量なアルミニウム系合金材料によって形成することによって、フロントプロペラシャフト２の回転に起因する転動体通過振動の抑制が図られる。
【００６５】
また、ベアリングの弾性接触剛性とインシュレータ３３によってばね定数が定められる振動系の質量となるアウタレース３１及び内筒部材３２の質量が大幅に小さくなり、フロントプロペラシャフト２の軸振動に起因するアウタレース３１及び内筒部材３２の振動固有値を従来の鉄系材料からなる内筒部材を使用した場合に比較して大幅に高くすることができる。
【００６６】
従って、アルミニウム系合金材料製の内筒部材３２を使用することにより、フロントプロペラシャフト２のアウタレース３１及び内筒部材３２の軸振動固有値を従来の鉄系材料からなる内筒部材を使用した場合に比較して大幅に高くすることが可能になり、フロントプロペラシャフト２のベアリング１１１のアウタレース１１１ｂ及び内筒部材１１２の軸振動固有値と、ユニバーサルジョイントの軸剛性を主ばねとしフロントプロペラシャフト２の質量をマスとしたフロントプロペラシャフト２の軸振動固有値との差が大幅に大きくなり分離することができる。これにより互い振動固有値による共振の発生を有効的に回避することができて、車両の振動及び騒音を抑制されて乗り心地及び居住性が向上する。
【００６７】
図５は、本実施の形態及び従来のセンターマウントにおけるインナレースとアウタレースの間の荷重と振動周波数との関係図である。
【００６８】
図５における実線Ａは本実施の形態のセンターマウント３０におけるベアリング３１のインナレース３１ａとアウタレース３１ｂとの間の荷重と振動周波数の相関関係を示し、破線Ｂは従来のセンターマウント１１０におけるベアリング１１１のインナレース１１１ａとアウタレース１１１ｂとの間の荷重と振動周波数の相対関係を示している。
【００６９】
従来の鉄系材料からなる内筒部材１１２を使用したセンターマウント１１０におけるフロントプロペラシャフト１０２の軸振動固有値と、ベアリング１１１の軸振動固有値が比較的近似し、この振動数の固有値の近似により共振状態となり車両の振動及び騒音により乗り心地及び居住性の低下を来たす。
【００７０】
一方、軽量なアルミニウム系合金からなる内筒部材３２を使用した本実施の形態によるセンターマウント３０におけるフロントプロペラシャフト２の軸振動固有値と、ベアリング３０の軸振動固有値は比較的差が大きく分離され、これらの振動周波数の固有値の分離により共振の発生を有効的に回避することができ、車両の振動及び騒音を抑制されて乗り心地及び居住性を向上することができる。
【００７１】
なお、本発明は上記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できる。例えば、上記実施の形態では軽量で成形性に優れたアルミニウム系合金により内筒部材３２を使用したが、内筒部材３２を軽量で射出成形等により成形が容易で、かつ優れた成形精度が確保できる（嵌合相手形状に対する順応性が高い）樹脂成形により成形することもできる。内筒部材３２を樹脂材料により形成することによりベアリング３１のアウタレース３１ｂとの間の電食発生のおそれがなくなり、シール部材４２を省略して構成の簡素化が得られる。また、上記実施の形態ではベアリング３１のインナレース３１ａによりフロントプロペラシャフト３の後端に結合されたジョイント１０のジョイントシャフト１１を支持したが、フロントプロペラシャフト３を直接支持することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施の形態において使用されるプロペラシャフト１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】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】パワーユニット正弦加振時におけるベアリングアウタレース振動の周波数応答図である。
【図６】従来のプロペラシャフト及びセンターマウントの概略説明図である。
【図７】従来のセンターマウントの断面説明図である。
【図８】ベアリングのスラスト振動説明図である。
【図９】ベアリングのアウタレース真円度精度が高い場合の転動体通過振動起振力の説明図である。
【図１０】ベアリングのラジアル隙間による転動体通過振動起振力の説明図である。
【図１１】アウタレース真円度によるベアリングの転動体通過振動起振力の説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１      プロペラシャフト
２      フロントプロペラシャフト
３ａ    後端部
５      リヤプロペラシャフト
７      ユニバーサルジョイント
８      ユニバーサルジョイント
１０    ジョイント
１１    ジョイントシャフト
３０    センターマウント
３１    ベアリング
３１ａ  インナレース
３１ｂ  アウタレース
３１ｃ  ボール
３２    内筒部材
３２ａ  本体部
３２ｃ  大径部（第１延在部）
３２ｅ  小径部（第２延在部）
３３    インシュレータ
３９    リテーナ
３９ａ  大径部
３９ｃ  小径部
４１ａ、４１ｂ  オイルシール（第１シール部材、第２シール部材）
４２    シール部材（第３シール部材）
５０    車体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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