JP2000337343A - プロペラシャフトのユニバーサルジョイント及びプロペラシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストダウンを図ることができるプロペラシ
ャフトのユニバーサルジョイント及びプロペラシャフト
を提供する。 【解決手段】 ヨーク１４は、接合部１４ａと連結部１
４ｂを備え、該接合部１４ａとなる接合部材１５と、連
結部１４ｂとなる連結部材１６とを一体に結合させるこ
とによって作られている。接合部材１５は、円柱形の鉄
棒材から加工形成されている。連結部材１６は、爪部１
６ａと連結部材側結合部１６ｂとから構成され、鍛造に
て成形されている。また、連結部材側結合部１６ｂの内
径ｒ４を接合部材１５の接合部材側結合部１４ｄの内径
ｒ２より大きく設定し、連結部材側結合部１６ｂの外径
ｒ３をその接合部材側結合部１４ｄの外径ｒ１より小さ
く設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用のプロペラ
シャフトに係り、詳しくはＦＲＰ製の軸部の両端に内嵌
接合する金属製のヨークを有するユニバーサルジョイン
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両のエンジンで発生する回転動力を車
両の駆動輪に伝達するプロペラシャフトは、一般に金属
製中実棒又は金属製中空パイプからなるシャフト部材の
両端に駆動軸や従動軸と連結する金属製のユニバーサル
ジョイントのヨークを接合（例えば溶接）したもの（以
下は金属製プロペラシャフトという）が使用されてい
る。

【０００３】近年、車両の軽量化を図るために各構造部
材のさらなる軽量化が要求され、プロペラシャフトにお
いても繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製のものに切り
替えることによって軽量化が図られている。このような
ＦＲＰ製プロペラシャフトは、ＦＲＰ製シャフト部材
（つまりＦＲＰ製筒体）の両端に、駆動軸や従動軸と連
結する金属製のユニバーサルジョイントのヨークを圧入
接合した構造になっている。

【０００４】従って、ＦＲＰ製プロペラシャフトに使わ
れているユニバーサルジョイントのヨークにはＦＲＰ製
筒体の両端に圧入接合するための接続部が必要となる。
図４はこのＦＲＰ製プロペラシャフトに使われているユ
ニバーサルジョイントのヨークの一例を示している。図
４に示すように、ＦＲＰ製プロペラシャフトに使われて
いるユニバーサルジョイントのヨーク３１は、一点鎖線
Ｋの左側部分を駆動軸や従動軸と連結する連結部３２と
し、一点鎖線Ｋの右側部分をＦＲＰ製筒体の両端に圧入
接合するための接合部３３としている。その連結部３２
は金属製プロペラシャフトに使われているユニバーサル
ジョイントのヨークに相当している。言い換えれば、Ｆ
ＲＰ製プロペラシャフトに使われているユニバーサルジ
ョイントのヨーク３１は、金属製プロペラシャフトに使
われているユニバーサルジョイントのヨークに、ＦＲＰ
製筒体の両端に圧入接合するための接合部３３が延出形
成された構造になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プロペラシ
ャフトは、その太さが車両の取付スペースに応じて変化
するとともに、その肉厚も車両の使用トルクに応じて変
化する、つまり、車両の車種に応じてプロペラシャフト
の内径は変化する。そのため、ＦＲＰ製プロペラシャフ
トに使われているヨーク３１の接合部３３の外径も、そ
のプロペラシャフトの内径に応じて変化する。

【０００６】従来では、前記ユニバーサルジョイントの
ヨーク３１は、連結部３２と接合部３３を鍛造などにて
一体に成形されている。そして、プロペラシャフトの内
径の変化にヨーク３１の接合部３３の外径をフレキシブ
ルに対応するためには、ヨーク３１用鍛造型の接合部３
３の径を大きめに設定しなければならなかった。また、
接合部３３の外径が設定以上の大きさになった場合は、
新たに鍛造型を設計、製作しなければならなかった。さ
らに、車種によって例えばスプラインヨークやフランジ
ヨークといった連結部３２の形状（大きさ）が異なり、
これに応じた異なるヨーク３１の鍛造型が必要であっ
た。これらは、ユニバーサルジョイントつまりプロペラ
シャフト（特に、少量生産の車種の場合）の製造コスト
アップに繋がり、問題点となっていた。

【０００７】また、プロペラシャフトは、動力伝達回転
時においてぶれがないように高い回転バランス性つまり
動的バランス性が要求されているため、プロペラシャフ
トの外周に金属例えば鉄などからなるバランスウエイト
を溶接などの方法にて付ける必要がある。プロペラシャ
フトをＦＲＰ化にすることによってバランスウエイトを
ＦＲＰ製筒体に付けることができないため、ヨーク３１
にバランスウエイトを付ける必要があった。

【０００８】そこで、本発明の第１目的は、連結部と接
合部を別々の部材として予め用意しておき、連結部とな
る部材と、接合部となる部材とを一体に結合（例えば摩
擦圧接）させることによってユニバーサルジョイントの
ヨークをつくり、コストダウンを図ることができるプロ
ペラシャフトのユニバーサルジョイント及びプロペラシ
ャフトを提供することにある。

【０００９】また、本発明の第２目的は、バランスウエ
イトを付ける場所が確保できるつまり製作性の向上を図
ることができるプロペラシャフトのユニバーサルジョイ
ントを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、ＦＲＰ製筒体の端部に
内嵌接合する接合部と、駆動源の駆動軸又は被駆動部の
従動軸を連結する連結部とを備えたヨークを有するプロ
ペラシャフトのユニバーサルジョイントにおいて、前記
ヨークを、それぞれ接合部となる接合部材と、連結部と
なる連結部材とを溶接手段にて結合させて形成したこと
を要旨とする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のプロペラシャフトのユニバーサルジョイントにおい
て、前記接合部材と連結部材とを結合する溶接手段は、
摩擦圧接であることを要旨とする。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のプロペラシャフトのユニバーサルジョイントに
おいて、前記連結部材には円筒状の連結部材側結合部を
形成し、前記接合部材には接合部材側結合部を形成し、
前記連結部材側結合部の外径を接合部材側結合部の最小
外形の外径より小さく設定したことを要旨とする。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のプロペラシャフトのユニバーサルジョイントにおい
て、前記接合部材側結合部は円筒状に形成され、前記連
結部材側結合部の外径を接合部材側結合部の外径より小
さく設定するとともに、連結部材側結合部の内径を接合
部材側結合部の内径と同じ又は接合部材側結合部の内径
より大きく設定したことを要旨とする。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項３又は４
に記載のプロペラシャフトのユニバーサルジョイントに
おいて、前記連結部材側結合部の外周面を、バランスウ
エイトを付ける場所としたことを要旨とする。

【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５
のいずれか１に記載のユニバーサルジョイントを備えた
ことを要旨とする。 （作用）請求項１及び２に記載の発明によれば、車両の
取付スペース、使用トルク又は車種の変化に応じて変化
するＦＲＰ製筒体の内径に従って接合部の外径が変化す
るとき、接合部材の外径を変えるだけでフレキシブルに
対応することができる。

【００１６】請求項３及び４に記載の発明によれば、請
求項１及び２に記載の発明の作用に加えて、連結部材側
結合部の縦断面積は接合部材側結合部の縦断面積より小
さくなるため、連結部材の中心軸線を接合部材の中心軸
線に合わせながら連結部材側結合部を接合部材側結合部
に溶接手段にて結合させると、連結部材側結合部は融け
ながら接合部材側結合部に結合するようになる。このと
き、圧接バリは接合部材側結合部の外周面を超えること
なく、連結部材側結合部と接合部材側結合部との結合面
に形成された段差の隅に寄って形成されるようになる。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、請求項３
及び４に記載の発明の作用に加えて、外径の小さい連結
部材側結合部の外周を、バランスウエイトを付ける場所
とした。このとき、連結部材側結合部と接合部材側結合
部とを結合したとき発生したバリが連結部材側結合部と
接合部材側結合部との結合面に形成された段差の隅に寄
って形成されることになっているから、バランスウエイ
トを付ける場所を確保することができる。その結果、ユ
ニバーサルジョイントの製作性の向上を図ることができ
る。

【００１８】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜５に記載の発明の作用に加えて、プロペラシャフトの
コストダウンを図ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図３に従って説明する。本実施形態におけ
るプロペラシャフトは、その軸部が繊維強化樹脂（ＦＲ
Ｐ）により形成されている。

【００２０】図１に示すように、本発明のプロペラシャ
フト１０は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の円筒軸（つま
りＦＲＰ製筒体）１１と、その両端部に接合された金属
製のユニバーサルジョイント１２とを有する。円筒軸１
１とユニバーサルジョイント１２は、セレーション接合
されている。なお、金属製のユニバーサルジョイント１
２は、円筒軸１１の両端部に接合されているが、両端部
における円筒軸１１の構造とその両端部に接合されてい
るユニバーサルジョイント１２の構成は同じであるた
め、本実施形態では、説明の便宜上、エンジン駆動軸側
のユニバーサルジョイント１２と円筒軸１１の接合につ
いて述べ、従動軸側のユニバーサルジョイント１２と円
筒軸１１の接合についての説明を省略する。

【００２１】円筒軸１１は、ほぼ一定の肉厚の円筒から
なり、例えばフィラメントワインディング法によって成
形されている。なお、円筒軸１１の端部は締め込み糸で
補強されることによって外側に若干膨出した厚肉部とな
る。すなわち、樹脂含浸繊維をマンドレル（芯材）に巻
き付けて筒体に成形した後、繊維に含浸された樹脂を熱
硬化させ、その後、マンドレルを抜き取ることによって
円筒軸１１は作成される。

【００２２】円筒軸１１の材料であるＦＲＰは、強化繊
維として炭素繊維、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂
を使用している。なお、強化繊維として、アラミド繊
維、ガラス繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるそ
の他の繊維を採用したり、マトリクス樹脂として、不飽
和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂
等のその他の熱硬化製樹脂を採用することができる。

【００２３】前記ユニバーサルジョイント１２は、図１
及び図２に示すように、エンジン側連結軸１３とヨーク
１４とを備えている。エンジン側連結軸１３は、エンジ
ンの出力軸と駆動連結されている。ヨーク１４は、前記
円筒軸１１の端部に圧入連結される接合部１４ａとエン
ジン側連結軸１３に連結するための連結部１４ｂが設け
られている。接合部１４ａの外周面には、セレーション
１４ｃを設けている。そして、ヨーク１４の接合部１４
ａを公知の方法で円筒軸１１内に圧入させ、その接合部
１４ａのセレーション１４ｃが円筒軸１１の内周面に切
り込まれることによって、ユニバーサルジョイント１２
のヨーク１４と円筒軸１１とは図１に示すように一体に
接合される。

【００２４】次に、ヨーク１４の製造方法について説明
する。前記ヨーク１４は、図３に示すような接合部材１
５と連結部材１６を一体に結合させることによって作ら
れている。

【００２５】接合部材１５は、円柱形の鉄棒材からその
鉄棒材の軸中央部に穴を掘って形成されている。図３に
示すように、接合部材１５の前記円筒軸１１と接合する
側（図３において右側）の所定区域の外周には、前記セ
レーション部１４ｃを加工している。そして、そのセレ
ーション部１４ｃ以外の接合部材１５の軸方向部分（図
３において左側部分）はセレーション部１４ｃより小径
（外径をｒ１とする）の接合部材側結合部１４ｄが形成
されている。そして、接合部材側結合部１４ｄの端面１
４ｅから内径ｒ２の貫通孔１４ｆを設け、該貫通孔１４
ｆは接合部材１５内部に設けたテーパ状凹部１４ｇと連
通されるようになっている。

【００２６】前記連結部材１６は、エンジン側連結軸１
３を連結するための爪部１６ａと前記接合部材１５と結
合するための連結部材側結合部１６ｂとから構成され、
鍛造にて成形されている。爪部１６ａには連結用の貫通
孔１６ｃが設けられている。連結部材側結合部１６ｂ
は、円筒状に形成され、その外径をｒ３とし、その内径
をｒ４としている。本実施形態では、ｒ３＜ｒ１，ｒ４
＞ｒ２となるように設定している。つまり、連結部材側
結合部１６ｂの縦断面積が接合部材側結合部１４ｄの縦
断面積より小さく設定されている。

【００２７】そして、連結部材１６の中心軸線Ｌ１を接
合部材１５の中心軸線Ｌ２に合わせながら連結部材側結
合部１６ｂの環状端面１６ｄを接合部材側結合部１４ｄ
の環状端面１４ｅに溶接手段としての摩擦圧接にて結合
させることによって連結部材１６と接合部材１５とは一
体となり、接合部１４ａと連結部１４ｂからなるヨーク
１４が形成される。この摩擦圧接による結合は摩擦圧接
装置を用いて行われる。

【００２８】また、本実施形態では、連結部材側結合部
１６ｂの外周面を、図示しないバランスウエイトを付け
る場所としている。本実施形態のユニバーサルジョイン
ト１２及びプロペラシャフト１０によれば、以下のよう
な特徴を得ることができる。

【００２９】（１）本実施形態では、ユニバーサルジョ
イント１２のヨーク１４は、接合部材１５と連結部材１
６のそれぞれ別部材を結合させて作られている。従っ
て、接合部材１５と連結部材１６とは、それぞれ市販の
素材から簡単に作ることができ、しかも、車両の取付ス
ペース、使用トルク又は車種の変化に応じて変化する円
筒軸１１の内径が変化するとき、ヨーク１４の接合部１
４ａの外径つまりセレーション部１４ｃの外径を変える
だけでフレキシブルに対応することができる。

【００３０】その結果、鍛造型が多く必要とした従来技
術と比べて、ヨーク１４つまりユニバーサルジョイント
１２の製造コストを低減することができる。また、連結
部材１６は現有の（又は従来の）金属製プロペラシャフ
トに使われているユニバーサルジョイントをそのまま利
用することができることから、現有の生産設備とプロセ
スはそのまま利用することができ、ユニバーサルジョイ
ント１２の製造コストを更に大幅に低減することができ
る。ひいてはプロペラシャフト１０のコストダウンを図
ることができる。

【００３１】（２）本実施形態では、ヨーク１４の接合
部１４ａとなる接合部材１５には、円筒状の接合部材側
結合部１４ｄが形成され、ヨーク１４の連結部１４ｂと
なる連結部材１６には、円筒状の連結部材側結合部１６
ｂが形成されている。また、連結部材側結合部１６ｂの
内径ｒ４を接合部材側結合部１４ｄの内径ｒ２より大き
く設定し、連結部材側結合部１６ｂの外径ｒ３を接合部
材側結合部１４ｄの外径ｒ１より小さく設定している。
つまり、連結部材側結合部１６ｂの縦断面積を接合部材
側結合部１４ｄの縦断面積より小さく設定した。

【００３２】従って、図３に示すように、連結部材１６
の中心軸線Ｌ１を接合部材１５の中心軸線Ｌ２に合わせ
ながら連結部材側結合部１６ｂの環状端面１６ｄを接合
部材側結合部１４ｄの環状端面１４ｅに摩擦圧接にて結
合させると、連結部材側結合部１６ｂの環状端面１６ｄ
は融けながら接合部材側結合部１４ｄの環状端面１４ｅ
に結合するようになる。このとき、連結部材側結合部１
６ｂの外径ｒ３は接合部材側結合部１４ｄの外径ｒ１よ
り小さいので、圧接バリ１７は、図２に示すように、接
合部材側結合部１４ｄの外周面を超えることなく、連結
部材側結合部１６ｂと接合部材側結合部１４ｄとの圧接
面に形成された段差の隅に寄って形成されるようにな
る。

【００３３】その結果、圧接バリ１７を取り除く必要が
ないことから、ヨーク１４つまりユニバーサルジョイン
ト１２の製造工数を低減することができ、ユニバーサル
ジョイント１２及びプロペラシャフト１０のコストダウ
ンを図ることができる。

【００３４】（３）また、同径のパイプとパイプの圧接
によって形成されるヨークの場合、圧接したパイプの外
周には圧接バリが発生し、その圧接バリを取る余分な加
工工程が必要となるとともに、パイプの外周にはバラン
スウエイトを付ける場所がなくなる。これに対し、本実
施形態では、接合部材側結合部１４ｄの外径より連結部
材側結合部１６ｂの外周面は小径であるため、バランス
ウエイトを外にはみ出ることがない取付場所とすること
ができる。

【００３５】つまり、連結部材側結合部１６ｂと接合部
材側結合部１４ｄとを圧接したとき発生した圧接バリが
連結部材側結合部１６ｂと接合部材側結合部１４ｄとの
圧接面に形成された段差の隅に寄って形成されることに
なっているから、圧接バリに遮られることなく連結部材
側結合部１６ｂの外周面でのバランスウエイトを付ける
場所を確保することができる。その結果、ヨーク１４つ
まりユニバーサルジョイント１２の製作性の向上を図る
ことができる。

【００３６】なお、発明の実施の形態は、上記に限定さ
れず以下のような形態で実施してもよい。 ○上記実施形態では、ユニバーサルジョイント１２を構
成するヨーク１４の連結部１４ｂ（又は連結部材１６）
は図１〜図３に示すような形状にて実施したが、そのよ
うな形状に限定されず、他の形状にて実施してもよい。
この場合、上記実施形態の特徴（１）〜（３）に記載し
た効果と同様な効果を得ることができる。

【００３７】○上記実施形態では、連結部材側結合部１
６ｂの内径ｒ４を接合部材側結合部１４ｄの内径ｒ２よ
り大きく設定して実施したが、連結部材側結合部１６ｂ
の内径ｒ４を接合部材側結合部１４ｄの内径と同じく設
定して実施してもよい。この場合、上記実施形態の特徴
（１）〜（３）に記載した効果と同様な効果を得ること
ができる。

【００３８】○上記実施形態では、接合部材側結合部１
４ｄを円筒状にて実施したが、接合部材側結合部１４ｄ
を中実の円形にしてもよい。さらに、接合部材側結合部
１４ｄの縦断面形状を円形に限定せず、例えば、楕円
形、三角形、四方形等にしてもよい。これらの場合、接
合部材側結合部１４ｄの最小外形の外径を連結部材側結
合部１６ｂの外径より大きく設定すれば、上記実施形態
の特徴（１）〜（３）に記載した効果とほぼ同様な効果
を得ることができる。

【００３９】○上記実施形態では、接合部材１５の外周
には、セレーション部１４ｃを設けて実施したが、その
セレーション部１４ｃを省略して、つまり、ヨーク１４
はセレーション以外の接合方法例えば接着剤にて接着接
合方法にて円筒軸１１と接合してもよい。この場合、上
記実施形態の特徴（１）〜（３）に記載した効果と同様
な効果を得ることができる。

【００４０】○上記実施形態では、接合部材１５と連結
部材１６とは、摩擦圧接にて一体に結合されてヨーク１
４を形成するように実施したが、接合部材１５と連結部
材１６とは、摩擦圧接に限定されず、他の溶接手段例え
ば普通の溶接にて一体に結合されてヨーク１４を形成す
るように実施してもよい。この場合、上記実施形態の特
徴（１）〜（３）に記載した効果と同様な効果を得るこ
とができる。

【００４１】○上記実施形態では、円筒軸１１の両端部
にユニバーサルジョイント１２を接合させるように実施
したが、円筒軸１１のいずれか一端部（例えばエンジン
駆動軸側）のみにユニバーサルジョイント１２を接合さ
せるように実施してもよい。この場合、上記実施形態の
特徴（１）〜（３）に記載した効果とほぼ同様な効果を
得ることができる。

【００４２】○また、ヨーク１４をスプラインヨーク又
はフランジヨークに応用して実施してもよい。この場
合、上記実施形態の特徴（１）〜（３）に記載した効果
と同様な効果を得ることができる。

【００４３】○上記実施形態では、ＦＲＰのマトリクス
樹脂が熱硬化樹脂であることに限定されない。例えば紫
外線硬化樹脂や熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として使
用することもできる。

【００４４】○上記実施形態では、ＦＲＰ製筒体の製造
方法はフィラメントワインディング法に限定されない。
例えばシートワインディング法を採用することもでき
る。軸体が部品として使用されるときに必要な特性を満
足できるようにＦＲＰ製筒体を製造できれば、その製造
方法は特に限定されない。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１及び２に
記載の発明によれば、ユニバーサルジョイントの製造コ
ストを大幅に低減することができる。

【００４６】請求項３及び４に記載の発明によれば、請
求項１及び２に記載の発明の効果に加えて、ユニバーサ
ルジョイントのコストダウンを更に図ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項３及び４に記載
の発明の効果に加えて、ユニバーサルジョイントの製作
性の向上を図ることができる。

【００４７】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜５に記載の発明の効果に加えて、プロペラシャフトの
コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロペラシャフトの要部断面図。

【図２】同じくプロペラシャフトのユニバーサルジョイ
ントを構成するヨークの正面図。

【図３】同じくユニバーサルジョイントのヨークを構成
する連結部材と接合部材の要部断面図。

【図４】従来技術のプロペラシャフトに使われているユ
ニバーサルジョイントのヨークの正面図。

【符号の説明】

１０…プロペラシャフト、１１…ＦＲＰ製筒体としての
円筒軸、１２…ユニバーサルジョイント、１４…ヨー
ク、１４ａ…接合部、１４ｂ…連結部、１４ｄ…接合部
材側結合部、１５…接合部材、１６…連結部材、１６ｂ
…連結部材側結合部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＦＲＰ製筒体の端部に内嵌接合する接合
   部と、駆動源の駆動軸又は被駆動部の従動軸を連結する
   連結部とを備えたヨークを有するプロペラシャフトのユ
   ニバーサルジョイントにおいて、 前記ヨークを、それぞれ接合部となる接合部材と、連結
   部となる連結部材とを溶接手段にて結合させて形成した
   ことを特徴とするプロペラシャフトのユニバーサルジョ
   イント。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプロペラシャフトのユ
   ニバーサルジョイントにおいて、 前記接合部材と連結部材とを結合する溶接手段は、摩擦
   圧接であることを特徴とするプロペラシャフトのユニバ
   ーサルジョイント。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のプロペラシャフ
   トのユニバーサルジョイントにおいて、 前記連結部材には円筒状の連結部材側結合部を形成し、
   前記接合部材には接合部材側結合部を形成し、前記連結
   部材側結合部の外径を接合部材側結合部の最小外形の外
   径より小さく設定したことを特徴とするプロペラシャフ
   トのユニバーサルジョイント。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のプロペラシャフトのユ
   ニバーサルジョイントにおいて、 前記接合部材側結合部は円筒状に形成され、前記連結部
   材側結合部の外径を接合部材側結合部の外径より小さく
   設定するとともに、連結部材側結合部の内径を接合部材
   側結合部の内径と同じ又は接合部材側結合部の内径より
   大きく設定したことを特徴とするプロペラシャフトのユ
   ニバーサルジョイント。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載のプロペラシャフ
   トのユニバーサルジョイントにおいて、 前記連結部材側結合部の外周面を、バランスウエイトを
   付ける場所としたことを特徴とするプロペラシャフトの
   ユニバーサルジョイント。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１に記載のユ
   ニバーサルジョイントを備えたプロペラシャフト。