JP2012167793A

JP2012167793A - 車両用ドライブシャフト

Info

Publication number: JP2012167793A
Application number: JP2011031331A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nishiyama; 西山　　茂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】車両用ドライブシャフト１０の中間シャフト１２が駆動系部品中の最弱部品となってそれが破損した場合でも、車両の床下で振れ回ることのない車両用ドライブシャフト１０を提供する。
【解決手段】車両用ドライブシャフト１０において、終減速装置２２のデフケース２６内に位置させられる部位に、一端部から他端部までのうちの最脆弱部２８が位置させられていることから、仮に過大なトルクが加えられる場合でも、必ずデフケース２６内に位置させられた最脆弱部２８が破断するので、この破断状態であっても車両用ドライブシャフト１０の車両内側の端部はデフケース２６に保持され、車両用ドライブシャフト１０が車両の走行中に振れ回ることによって二次的な被害が引き起こされることが好適に防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ドライブシャフトに関し、特に、車両の走行中に破断したときに振れ回りを防止する技術に関するものである。

車両には、その終減速装置から駆動輪へ動力を伝達するために、その終減速装置のサイドギヤと駆動輪との間に設けられたドライブシャフトが知られている。通常、このドライブシャフトは、中間シャフトと、その中間シャフトの両端に設けられる一対の等速継手とから構成される。この一対の等速継手のうちの車体内側のものは、スプライン歯が形成された嵌合軸を備え、終減速装置のサイドギヤに形成されたスプライン嵌合孔とスプライン嵌合されることにより、相対回転不能に連結される。特許文献１に記載された車両用ドライブシャフトは、その一例である。

上記車両用ドライブシャフトにおいては、中間シャフトの両端に設けられる一対の等速継手の回曲機能によって終減速装置と駆動輪との相対変位が許容されるとともに、終減速装置から出力された回転をそれら一対の等速継手を介して等回転速度で駆動輪に伝達する。

特開２００１−０７４０５８号公報

ところで、上記ドライブシャフトは、車両の他の部品ユニットと比較して、許容強度や寸法などが細分化されていて、車両の要求性能から選択されると、駆動系部品の最弱部品ユニットとなる可能性があり、特に中間シャフトがその最弱部位となる可能性がある。このため、その中間シャフトに破損が発生すると仮定した場合には、車両の床下に露出している中間シャフトが車両の走行中に振れ回ることによって二次的な被害が引き起こされることも考えられる。

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、車両用ドライブシャフトの中間シャフトが駆動系部品中の最弱部品となってそれが破損した場合でも、車両の床下で振れ回ることのない車両用ドライブシャフトを提供することにある。

上記目的を達成するための、本発明の要旨とするところは、(a) 中間シャフトとその中間シャフトの両端に設けられた一対の等速継手とから構成され、一端部が終減速装置のサイドギヤと連結され、他端部が駆動輪に連結される車両用ドライブシャフトであって、(b) 前記終減速装置のデフケース内に位置させられる部位に、前記一端部から他端部までのうちの最脆弱部が位置させられていることを特徴とする。

このように構成された本発明の車両用ドライブシャフトによれば、終減速装置のデフケース内に位置させられる部位に、一端部から他端部までのうちの最脆弱部が位置させられていることから、仮にドライブシャフトの最脆弱部に破損が発生するような過大なトルクが車両の駆動系に加えられる場合でも、必ずデフケース内に位置させられた最脆弱部が破断するので、破断状態であっても車両用ドライブシャフトの一端部はデフケースに保持され、ドライブシャフトが車両の走行中に振れ回ることによって二次的な被害が引き起こされることが好適に防止される。

ここで、好適には、(c) 前記終減速装置は、一軸まわりに回転可能にハウジングに支持された前記デフケースと、そのデフケースに収容されてそのデフケースによりその一軸に直交する軸心まわりに回転可能に支持されたピニオンと、そのデフケースに収容されてそのデフケースにより前記一軸まわりに回転可能に支持され且つそのピニオンを介して噛み合う一対のサイドギヤとを有し、(d) 前記一対の等速継手のうちの前記一端部側の等速継手には、スプライン歯が形成されたスプライン軸部と、そのスプライン軸部に続いて位置し前記デフケースに摺動可能に嵌合される嵌合軸部とを有する連結軸が突設され、(e) その連結軸は、前記デフケース内に位置させられて前記サイドギヤに形成されたスプライン嵌合孔に前記スプライン軸部がスプライン嵌合されることによりそのサイドギヤに相対回転不能に連結され、(f) 前記最脆弱部は、前記連結軸のスプライン軸部と嵌合軸部との間に形成された、そのスプライン軸部よりも断面積が小さな小断面部より設けられていることを特徴とする。このようにすれば、仮に最脆弱部に破損が発生するような過大なトルクが車両の駆動系に加えられる場合でも、必ずデフケース内に位置させられた最脆弱部が破断するので、破断状態であっても車両用ドライブシャフトの一端部である等速継手の連結軸はデフケースに保持され、ドライブシャフトが車両の走行中に振れ回ることによって二次的な被害が引き起こされることが好適に防止される。

また、好適には、前記連結軸には、その連結軸の先端面から前記環状溝を通過する長さを有する雌ねじ孔がその連結軸の軸心方向に穿設されていることを特徴とする。このようにすれば、連結軸のスプライン軸部と嵌合軸部との間の最脆弱部が破断したとしても、終減速装置を分解しなくても、その破断面に露出した雌ねじ孔に引抜治具の雄ねじを螺合させることでサイドギヤ内に取り残されたスプライン軸部をデフケース内から容易に取り出すことができるので、修理作業が容易となり、修理時間が短縮される。

本発明が適用された車両用ドライブシャフトの全体的な構成を説明する概略図である。図１の車両用ドライブシャフトの一端部に設けられた摺動型等速継手の一部品の構成を説明するために拡大し且つ一部を切り欠いて示す図である。図１の車両用ドライブシャフトを終減速装置に連結した状態を説明する断面図である。図３の終減速装置の一部を拡大して説明する断面図である。図２の摺動型等速継手の連結軸に設けられた最脆弱部が破断した状態を説明する断面図であって図４に相当する図である。図２の摺動型等速継手の連結軸に設けられた最脆弱部が破断してその先端部がデフケース内に残された状態を説明する断面図であって図４に相当する図である。

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。

図１は本発明が適用された車両用ドライブシャフト１０の全体的な構成を説明する概略図である。図１の車両用ドライブシャフト１０は、ＦＦ車両の全部に幅方向に配置されるフロントドライブシャフトであって、たとえば機械構造用炭素鋼製の中間シャフト１２と、その中間シャフト１２の両端に固設された一対の等速継手１４および１６とから構成される。この一対の等速継手１４および１６のうち、中間シャフト１２の車体外側の端部に設けられている等速継手１４は、たとえばバーフィールド型等速ジョイントから構成され、図示しない駆動輪( 前輪）が固定されるハブ２０に連結されている。また、一対の等速継手１４および１６のうち、中間シャフト１２の車体内側の端部に設けられている等速継手１６は、たとえば摺動式トリポート等速ジョイントから構成され、終減速装置２２のサイドギヤ２４に連結されている。これにより、車両用ドライブシャフト１０は、たとえば、トランスアクスル内の終減速装置２２から出力される駆動力を車両の前輪である駆動輪に伝達する。

バーフィールド型等速ジョイントから成る等速継手１４は、中間シャフト１２の車体外側の一端部１２ａに相対回転不能に嵌装された内輪１４ａと、内部に収容室１４ｂが形成された外輪１４ｃとを備え、その内輪１４ａは外輪１４ｃの内部に形成された収容室１４ｂ内に収容されている。外輪１４ｃは、その軸心方向に突き出してハブ２０に形成された嵌合孔２０ａに相対回転不能に嵌合される連結軸１４ｄを備えている。連結軸１４ｄの端部外周面にはスプライン歯が形成されるとともに嵌合孔２０ａの内周面にはスプライン歯が形成されており、連結軸１４ｄは嵌合孔２０ａにスプライン嵌合される。

上記内輪１４ａと外輪１４ｃとの間には、略円筒状のケージ１４ｅと、複数のボール１４ｆが設けられており、これらのボール１４ｆは、ケージ１４ｅに形成された複数の保持孔内に保持されている。内輪１４ａの外周面および外輪１４ｃの内周面には、複数のボール１４ｆに対応する複数本の案内溝１４ｇがそれらの軸心方向にそれぞれ形成されており、複数のボール１４ｆはそれら複数本の案内溝１４ｇ内に嵌め入れられて案内されるようになっている。これにより、外輪１４ｃおよびハブ２０は、中間シャフト１２の車両外側の端部を起点とする所定範囲内の円弧運動が許容されている。中間シャフト１２の端部と外輪１４ｃとの間の開口部分は、軟質樹脂製の合成ゴムからなる蛇腹状のブーツ１４ｈにより覆われている。このブーツ１４ｈは、その大径端が外輪１４ｃの周囲に嵌め着けられ、内径端が中間シャフト１２の端部に嵌め着けられている。そのブーツ１４ｈ内には潤滑グリースが充填されている。

摺動式トリポート等速ジョイントから成る等速継手１６は、中間シャフト１２の車体内側の他端部１２ｂに嵌め着けられた内輪１６ａと、内部に収容室１６ｂが形成された外輪１６ｃとを備え、その内輪１６ａは外輪１６ｃに形成された収容室１６ｂ内に収容されている。外輪１６ｃは、その軸心方向に突き出して図３に示すように終減速装置２２のサイドギヤ２４の中央に形成された嵌合孔２４ａに相対回転不能に嵌合される連結軸１６ｄを備えている。連結軸１６ｄの外周面にはスプライン歯が形成されるとともにスプライン嵌合孔２４ａの内周面にはスプライン歯が形成されており、連結軸１６ｄはスプライン嵌合孔２４ａにスプライン嵌合される。

上記内輪１６ａには、外側に突き出してローラ１６ｆをそれぞれ支持する３つの脚軸１６ｅが設けられている。外輪１６ｃの内周面には、３つのローラ１６ｆを受け入れてそれを軸心方向に案内する３本の案内溝１６ｇが設けられている。これにより、外輪１６ｃは、中間シャフト１２の車両内側の端部を起点とする所定範囲内の円弧運動が許容されている。また、中間シャフト１２の端部と外輪１６ｃとの間の開口部分は、軟質樹脂材料からなる蛇腹状のブーツ１６ｈにより覆われている。このブーツ１６ｈは、その大径端が外輪１６ｃの周囲に嵌め着けられ、内径端が中間シャフト１２の端部に嵌め着けられている。そのブーツ１６ｈ内には潤滑グリースが充填されている。

図２には、上記等速継手１６の外輪１６ｃの構成を一部切り欠いて拡大して示され、図３には、その等速継手１６の外輪１６ｃが組み付けられた終減速装置２２の構成が示され、図４には、その終減速装置２２の要部構成が拡大して示されている。

図２において、等速継手１６の外輪１６ｃからその軸心Ｃ方向に突き出す連結軸１６ｄは、スプライン歯が形成されたスプライン軸部１６ｉと、そのスプライン軸部１６ｉよりもやや大きい径を有してそのスプライン軸部１６ｉに続いて位置し終減速装置２２のデフケース２６に摺動可能に嵌合されてそれにより支持される嵌合軸部１６ｊと、その嵌合軸部１６ｊに続いて位置しその嵌合軸部１６ｊより大きい径を有する大径軸部１６ｋとを有している。そして、この連結軸１６ｄには、デフケース２６内に位置させられる部位であって、特にスプライン軸部１６ｉと嵌合軸部１６ｊとの間に、車両用ドライブシャフト１０を通したトルク伝達が増加させられたときに最先に破断或いは剪断する最脆弱部２８が設けられている。この最脆弱部２８は、駆動力源から駆動輪までの車両の動力伝達経路において最も弱い部分であって、トルク伝達容量を最も小さくするように少なくとも連結軸１６ｄのなかで最も断面積を小さくする断面Ｖ字形の環状溝３０によって形成されている。なお、連結軸１６ｄの先端部には、抜止め用の止め輪３２を嵌め入れるためのリング溝３４が形成されている。

また、上記連結軸１６ｄには、その連結軸１６ｄの先端面から環状溝３０を通過する長さを有する雌ねじ孔３６がその連結軸１６ｄの軸心Ｃ方向に穿設されている。この雌ねじ孔３６は、連結軸１６ｄのスプライン軸部１６ｉと嵌合軸部１６ｊとの間の最脆弱部２８が破断したとしても、終減速装置２２を分解しなくても、その雌ねじ孔３６に雄ねじ工具を螺合させることでスプライン軸部１６ｉをデフケース２６内から容易に取り出すことを可能とするためのものである。

図３および図４に示すように、終減速装置２２は、車両の動力伝達経路の終段部に設けられ、図示しない変速機の出力軸から伝達される回転を減速し、且つ回転左右の駆動輪の回転差を許容しつつその変速機の出力軸から伝達される駆動力( トルク) をそれら左右の駆動輪に均等に伝達するものである。この終減速装置２２は、ＦＦ車両のトランスアクスルのハウジング４０内において配設されており、差動歯車機構を収容するデフケース２６が一対の円錐ころ軸受４２を介してそのハウジング４０により軸心Ｃ１まわりに回転可能に支持されている。デフケース２６は、それに固定されたリングギヤ４４と噛み合う図示しないドライブギヤを介して、図示しない変速機からの出力トルクによって回転駆動されるようになっている。

デフケース２６には、上記軸心Ｃ１と直交する軸心Ｃ２まわりにピニオン４６を回転可能に支持するスパイダ４８が固定ピン４９により固定され、デフケース２６は、そのピニオン４６およびスパイダ４８と、デフケース２６によって軸心Ｃ１まわりに回転可能に支持されるとともにピニオン４６を介して相互に噛み合う一対のサイドギヤ２４とを、収容している。

デフケース２６は、一対のサイドギヤ２４、複数のピニオン４６、スパイダ４８を収容する中央部５０と、その中央部５０が軸心Ｃ１方向の両側からそれぞれ回転軸心Ｃ１方向にそれぞれ突き出す円筒状端部５２とを有している。車両用ドライブシャフト１０の車両内側に設けられている等速継手１６の連結軸１６ｄは、その円筒状端部５２の端面に開口する支持孔５４から挿入され、連結軸１６ｄのスプライン軸部１６ｉがサイドギヤ２４のスプライン嵌合孔２４ａにスプライン嵌合されている。この組付状態では、スプライン軸部１６ｉの先端部に形成されているリング溝３４内に止め輪３２が嵌め入れられ、連結軸１６ｄがサイドギヤ２４から抜け止めされている。連結軸１６ｄの大径軸部１６ｋは上記支持孔５４よりも大径であるため、組み付け状態では、嵌合軸部１６ｊが支持孔５４に摺動可能に嵌合されることにより連結軸１６ｄがデフケース２６によって回転可能に支持されるとともに、嵌合軸部１６ｊと大径軸部１６ｋとの間の段部が上記円筒状端部５２の端面に接近させられている。

図３および図４に示すように、上記組立状態において、連結軸１６ｄに形成された最脆弱部２８は、デフケース２６内においてサイドギヤ２４とデフケース２６の支持孔５４との間に位置している。そして、連結軸１６ｄには、その連結軸１６ｄの先端面から環状溝３０を通過する長さを有する雌ねじ孔３６がその連結軸１６ｄの軸心Ｃ方向に穿設されていて、最脆弱部２８が破断したときにはその破断面に雌ねじ孔３６が露出させられるようになっている。

図５は、たとえば車両の凹凸路面の走行によって、車両の駆動系に過大なトルクが付与された場合に、連結軸１６ｄに形成された最脆弱部２８が破断した状態を示している。この状態では、連結軸１６ｄの嵌合軸部１６ｊがデフケース２６の支持孔５４に嵌め入れられた状態で支持されているため、車両の走行中であっても連結軸１６ｄがデフケース２６から抜けないので、車両用ドライブシャフト１０が振れ回らない。

図６は、その破断した車両用ドライブシャフト１０の連結軸１６ｄをデフケース２６から引き抜いた状態を示している。この状態では、サイドギヤ２４の嵌合孔２４ａ内に、スプライン軸部１６ｉが取り残されている。連結軸１６ｄには、その連結軸１６ｄの先端面から環状溝３０を通過する長さを有する雌ねじ孔３６がその連結軸１６ｄの軸心Ｃ方向に穿設されているので、そのスプライン軸部１６ｉの破断面には、雌ねじ孔３６が露出している。このため、終減速装置２２を分解しなくても、その雌ねじ孔３６に引抜治具の雄ねじを螺合させることでスプライン軸部１６ｉをデフケース２６内から容易に取り出すことができる。

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、終減速装置２２のデフケース２６内に位置させられる部位に、一端部から他端部までのうちの最脆弱部２８が位置させられていることから、仮に過大なトルクが加えられる場合でも、必ずデフケース２６内に位置させられた最脆弱部２８が破断するので、この破断状態であっても車両用ドライブシャフト１０の車両内側の端部はデフケース２６に保持され、車両用ドライブシャフト１０が車両の走行中に振れ回ることによって二次的な被害が引き起こされることが好適に防止される。

また、本実施例の車両用ドライブシャフト１０によれば、終減速装置２２は、一軸心Ｃ１まわりに回転可能にハウジング４０に支持されたデフケース２６と、そのデフケース２６に収容されてそのデフケース２６によりその一軸心Ｃ１に直交する軸心Ｃ２まわりに回転可能に支持された複数のピニオン４６と、そのデフケース２６に収容されてそのデフケース２６により一軸心Ｃ１まわりに回転可能に支持され且つそのピニオン４６を介して噛み合う一対のサイドギヤ２４とを有し、一対の等速継手１４、１６のうちの車両内側の端部側の等速継手１６には、スプライン歯が形成されたスプライン軸部１６ｉと、そのスプライン軸部１６ｉに続いて位置しデフケース２６の支持孔５４に摺動可能に嵌合される嵌合軸部１６ｊとを有する連結軸１６ｄが突設され、その連結軸１６ｄは、デフケース２６内に位置させられてサイドギヤ２４に形成されたスプライン嵌合孔２４ａにスプライン軸部１６ｉがスプライン嵌合されることによりそのサイドギヤ２４に相対回転不能に連結され、最脆弱部２８が、連結軸１６ｄのスプライン軸部１６ｉと嵌合軸部１６ｊとの間に形成された、そのスプライン軸部１６ｉよりも断面積が小さな小断面部より設けられている。このことから、仮に最脆弱部２８に破損が発生するような過大なトルクが駆動系に加えられて最脆弱部２８が破断したとしても、その破断状態では車両用ドライブシャフト１０の一端部である等速継手１６の連結軸１６ｄはデフケース２６内に保持されるので、車両用ドライブシャフト１０が車両の走行中に振れ回ることによって二次的な被害が引き起こされることが好適に防止される。

また、本実施例の車両用ドライブシャフト１０によれば、その連結軸１６ｄには、その連結軸１６ｄの先端面から環状溝３０を通過する長さを有する雌ねじ孔３６がその連結軸１６ｄの軸心Ｃ１方向に穿設されていることから、連結軸１６ｄのスプライン軸部１６ｉと嵌合軸部１６ｊとの間の最脆弱部２８が破断したとしても、終減速装置２２を分解しなくても、その破断面に露出した雌ねじ孔３６に抜取治具の雄ねじを螺合させることでサイドギヤ２４内に取り残されたスプライン軸部１６ｉをデフケース２６内から容易に取り出すことができるので、修理作業が容易となり、修理時間が短縮される。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例の車両用ドライブシャフト１０では、中間シャフト１２の車体外側の端部に設けられている等速継手１４はバーフィールド型等速ジョイントから構成され、中間シャフト１２の車体内側の端部に設けられている等速継手１６は摺動式トリポート等速ジョイントから構成されていたが、それら等速継手１４、１６は、他の形式の継手、たとえばツエッパ型等速ジョイント、固定型トリポート等速ジョイント、ダブルオフセット型等速ジョイント、クロスグルーブ型等速ジョイントから構成されていてもよい。

また、前述の実施例の車両用ドライブシャフト１０は、ＦＦ車両のトランスアクスル内の終減速装置２２と前輪との間に設けられたものであったが、４ＷＤ車両或いは４ＷＳ車両の前部或いは後部に配置された終減速装置２２と駆動輪との間に設けられたものであってもよい。この場合、リングギヤ４４は平歯車であったが、傘歯車となる。

また、最脆弱部２８は、環状溝３０によって構成されていたが、連結軸１６ｄのスプライン軸部１６ｉと嵌合軸部１６ｊとの間に形成された貫通孔により小断面とされることにより構成されてもよいし、連結軸１６ｄをスプライン軸部１６ｉと嵌合軸部１６ｊとの２部材を部分溶接することにより構成し、その部分溶接部を最脆弱部２８としてもよい。

また、最脆弱部２８は、連結軸１６ｄのスプライン軸部１６ｉと嵌合軸部１６ｊとの間に形成されていたが、嵌合軸部１６ｊの軸心Ｃ１方向の中間部に設けられていてもよい。要するに、最脆弱部２８が破断した場合に、連結軸１６ｄがデフケース２６から抜けない位置であればよい。

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：車両用ドライブシャフト
１２：中間シャフト
１４：等速継手
１６：等速継手
１６ｄ：連結軸
１６ｉ：スプライン軸部
１６ｊ：嵌合軸部
２０：ハブ
２２：終減速装置
２４：サイドギヤ
２４ａ：スプライン嵌合孔
２６：デフケース
２８：最脆弱部
３０：環状溝
３６：雌ねじ孔
４０：ハウジング
４６：ピニオン

Claims

中間シャフトと該中間シャフトの両端に設けられた一対の等速継手とから構成され、一端部が終減速装置のサイドギヤと連結され、他端部が駆動輪に連結される車両用ドライブシャフトであって、
前記終減速装置のデフケース内に位置させられる部位に、前記一端部から他端部までのうちの最脆弱部が位置させられていることを特徴とする車両用ドライブシャフト。
前記終減速装置は、一軸まわりに回転可能にハウジングに支持された前記デフケースと、該デフケースに収容されて該デフケースにより該一軸に直交する軸心まわりに回転可能に支持されたピニオンと、該デフケースに収容されて該デフケースにより前記一軸まわりに回転可能に支持され且つ該ピニオンを介して噛み合う一対のサイドギヤとを有し、
前記一対の等速継手のうちの前記一端部側の等速継手には、スプライン歯が形成されたスプライン軸部と、該スプライン軸部に続いて位置し前記デフケースに摺動可能に嵌合される嵌合軸部とを有する連結軸が突設され、
該連結軸は、前記デフケース内に位置させられて前記サイドギヤに形成されたスプライン嵌合孔に前記スプライン軸部がスプライン嵌合されることにより該サイドギヤに相対回転不能に連結され、
前記最脆弱部は、前記連結軸のスプライン軸部と嵌合軸部との間に形成された、該スプライン軸部よりも断面積が小さな小断面部より設けられていることを特徴とする請求項１の車両用ドライブシャフト。
前記連結軸には、該連結軸の先端面から前記環状溝を通過する長さを有する雌ねじ孔が該連結軸の軸心方向に穿設されていることを特徴とする請求項２の車両用ドライブシャフト。