JP2001355626A - 複合材製駆動軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の伝達トルクの範囲では破損せず必要な
時に確実に破損するとともに、複合材円筒と金属製継手
の結合が容易で信頼性が高い複合材製駆動軸を提供す
る。 【解決手段】 複合材円筒１の金属製継手３の結合部３
ａでない部位に孔４，５を設ける。複合材円筒１と金属
製継手３の結合は、複合材円筒１の端部方向に内径が大
きく軸線方向に分割された金属製スリーブ２を介して複
合材円筒１に金属製継手３を押圧しながら接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、自動車
のプロペラシャフトに適用される複合材製駆動軸に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に用いられている自動車のプロペラ
シャフトは、エンジンから発生する大きなトルクを伝達
する必要があることから、１〜４ＫＮ・ｍ程度の捩じり
強度を必要としており、金属で作られているのが通常で
ある。

【０００３】自動車のプロペラシャフトは、２本の円筒
と、２本の円筒を繋ぐ継手と、２本の円筒の両端に設け
られた継手で構成され、３つの継手でトルクを伝達する
形式のものがが多い。

【０００４】一方、省エネルギーの観点から燃費の向上
を目的とした自動車の軽量化が望まれており、金属より
軽い材料で作られた繊維強化プラスチック製プロペラシ
ャフトが開発されている。通常、プロペラシャフトは、
必要なトルクを伝達するが、衝突時に破壊し、衝突の衝
撃を吸収することが求められている。

【０００５】従来、複合材の円筒と金属製継手の結合に
以下の方法が採られている。 （１）円筒に金属製継手を圧入する。 （２）円筒にセレーションを切った金属製継手を圧入す
る。 （３）円筒に結合部がストレートな金属製継手を接着す
る。 （４）円筒と金属製継手をボルト結合する。 しかし、円筒に金属製継手を圧入する方式（１）、
（２）は、特に、円筒が脆性が高い複合材円筒である場
合、円筒に金属製継手を圧入する際に、円筒を損傷させ
るだけではなく円筒に初期応力を加えることで強度が低
下し、円筒に金属製継手を接着する方式（３）は、円筒
と金属製継手の接着部の信頼性の確保が難しく、円筒と
金属製継手をボルト結合する方式（４）は、円筒にボル
ト結合のための孔あけが必要で工程が増えるとともに結
合部にがたが発生しやすいという問題がある。

【０００６】また、衝突時の衝撃を吸収するためにプロ
ペラシャフトを破損させるようにされているが、その方
法として、以下の公知例がある。特開平９−６８２１４
号公報には、プロペラシャフトの端部に端部方向が薄い
テーパー部を設け、テーパー部をヨークに圧入し、衝撃
が加わった時に、テーパー部の圧入部をヨークに沿って
滑らせることでテーパー部端をヨークに設けた突起に衝
突させて潰し、テーパー部端を起点にしてプロペラシャ
フトの破壊を進める方法が記載されている。

【０００７】特開平７−９１４３２号公報には、ヨーク
の圧入部に突起を設け、突起を衝突の際の破損の起点と
する方法が記載されている。

【０００８】特開平７−９１４３１号公報には、プロペ
ラシャフトの複合材の内部に離型フィルムを埋め込む方
法が記載されている。

【０００９】特開平８−１０８４９５号公報には、プロ
ペラシャフトの圧入部分の内部に別の複合材製筒を配設
し、この複合材製筒を端部に向かって拡径させ、衝突時
にプロペラシャフトを複合材製筒の外面に沿って拡径し
て破壊させる方法が記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】プロペラシャフトの端
部に設けたテーパー部端を起点にしてプロペラシャフト
を破壊させる方法は、必要なトルクを伝達させながら衝
突時に軸方向に滑らせてテーパー部端を潰すことができ
る圧入緊度を得ることが難しい。

【００１１】ヨークの圧入部に突起を設け、突起を起点
としてヨークの圧入部を破壊させる方法は、ヨークの圧
入部が損傷を受けて通常のトルク伝達においても破損の
起点となるおそれがある。

【００１２】プロペラシャフトの複合材の内部に離型フ
ィルムを埋め込む方法は、複合材の内部に混入した異物
が通常の方法においても破壊の起点になるおそれがあ
る。

【００１３】プロペラシャフトの圧入部分に複合材製筒
を配設し、衝突時にプロペラシャフトを複合材製筒の外
面に沿って拡径して破壊させる方法は、プロペラシャフ
トを潰すことができる圧入緊度の調整が煩雑になる。

【００１４】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、通常の伝達トルクの範囲では破損せず必要な時に確
実に破損する複合材製駆動軸を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の複合材製駆動軸
は、複合材で形成された円筒の端部に金属製の継手が結
合された複合材製駆動軸において、円筒端部で継手との
結合部でない部位に孔を設けたことで、通常の伝達トル
クの範囲では破損せず必要な時に確実に破損する構造と
なる。

【００１６】本発明の複合材製駆動軸は、孔形状を矩形
あるいは円形としたり、複数の孔を円筒の全周にわたっ
て分布することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１において符号１は、自動車のプ
ロペラシャフトに適用される複合材製駆動軸の複合材の
円筒を示す。この円筒１の一端にスリーブ２を介して金
属製継手３が結合される。

【００１８】上記円筒１は、複数枚積層されたエポキシ
樹脂に炭素繊維を浸した熱硬化性プリプレグから成形さ
れる。円筒１は、たとえば、最内層に配置された炭素繊
維の繊維方向が軸線方向に±８５°の内径変化防止用プ
リプレグと、最外層に配置された炭素繊維の繊維方向が
軸線方向に±４５°のねじり用プリプレグと、それらの
間に適当枚配置された炭素繊維の繊維方向が軸線方向に
±４５°および炭素繊維の繊維方向が軸線方向に±１２
°のプリプレグとから構成される。

【００１９】上記円筒１は、図１に示すように、金属製
継手３の結合部３ａに近い部位に２列の孔４，５を有す
る。各孔４，５は、プリプレグを積層した後に機械的手
段あるいは電気的手段により形成される。各孔４，５
は、予め孔部を除いてプリプレグを積層して形成するこ
ともできる。各孔４，５の大きさおよび形状は強度要求
に応じて変えられる。

【００２０】各孔４，５は、図４に示すような矩形孔で
あるが、円形孔であってもよい。各孔４，５が矩形孔で
ある場合には、矩形孔の各辺が軸線方向に±４５°をな
すように位置する。各孔４，５は、各隅部を円弧面Ｒと
することで集中応力を下げるようにしている。

【００２１】第１列の孔４は、図２に示すように、上下
位置とこれに対して９０°の位置の４つであり、各孔は
周方向に等間隔の位置に設けられている。第２列の孔５
は、図３に示すように、第１列の孔４に対してそれぞれ
４５°ずれた位置の４つであり、各孔は周方向に等間隔
で設けられている。

【００２２】上記スリーブ２は、図１に示すように、外
面２ａが円形面であり内面２ｂが金属製継手のテーパー
部３ａに対応した円錐形面であり、外面２ａの金属製継
手側端に半径方向外方に突き出る係止部６が形成されて
いる。

【００２３】上記スリーブ２は、図５に示すように、３
つに分割したスリーブ片１２ａ，１２ａ，１２ａを細幅
間隙１３を形成するように配置することで形成される。
スリーブ片１２ａの数は、２つでも４つ以上であっても
よい。

【００２４】上記円筒１とスリーブ２は、接着剤層１４
により結合され、スリーブ２と金属製継手３のテーパー
部３ａは、接着剤層１５により結合される。

【００２５】また、上記円筒１の外面には、円筒１に形
成した２列の孔４，５を覆うようにカバー７が設けられ
ている。カバー７は、円筒１の外面１ｂに巻き付けられ
たエポキシ樹脂を含浸したガラス繊維織物を室温で硬化
することで成形される。このカバー７は、水などの侵入
が防止でき、石などが当たっても破壊しない強度を有す
るものであれば、金属板や複合材であってもよい。

【００２６】なお、図１において符号８は円筒１の端部
に塗布されたシーラントであり、このシーラント８は円
筒１の端部をシールし、円筒１と金属製継手３の結合面
からの水分の侵入を防止する。

【００２７】しかして、円筒１に金属製継手３を結合す
る方法を説明する。まず、円筒１の端部内面に接着前処
理を施した後エポキシ系ペースト接着剤層１４を塗布
し、３分割したスリーブ片１２ａ，１２ａ，１２ａの接
着前処理を施した外面にエポキシ系ペースト接着剤層１
４を塗布する。

【００２８】つぎに、３分割したスリーブ片１２，１２
ａ，１２ａを接着剤層１４に気泡が巻き込まれないよう
にしながら円筒１の内面１ａに端部に設けた係止部６が
円筒１の端面が当接する位置まで挿入する。これによ
り、スリット１３を有するスリーブ２が円筒１の内面１
ａに仮止めされる。

【００２９】つぎに、スリーブ２の円錐形内面２ｂと金
属製継手３のテーパー部３ａの外面３ｂにそれぞれエポ
キシ系ペースト接着剤１５を塗布し、金属製継手３をテ
ーパー部３ａを先にしてスリーブ２の内面２ｂに挿入
し、金属製継手３をスリーブ２に圧入する。金属製継手
３のスリーブ２への圧入によりスリーブ２の内面２ｂと
金属製継手３のテーパー部３ａの外面３ｂとの間に介在
する接着剤層１５に圧力が加えられる。また、スリーブ
２には長手方向に延びるスリット１３が形成されている
ので、金属製継手３のスリーブ２への圧入により円筒１
の内面１ａとスリーブ２の外面２ａとの間に介在する接
着剤層１４にも圧力が加えられる。

【００３０】つぎに、金属製継手３をスリーブ２に圧接
した状態で接着剤層１４，１５を室温で硬化する。これ
により、金属製継手３と円筒１が確実に結合された複合
材製駆動軸が作られる。

【００３１】上記複合材製駆動軸は、円筒１の孔４，５
を形成した部位が駆動力を伝えるための十分なねじり強
度を確保したまま軸方向の強度を下げているので、円筒
１に筒軸方向にあるレベル以上の圧縮荷重が加わると、
円筒１の孔４，５を形成した部位が軸方向の衝撃で破壊
され、破壊の開始および破壊の進行がより確実におこな
われる。

【００３２】図６は本発明の他の実施の形態を示し、こ
の実施の形態においては、スリーブ２０が長手方向に延
びるスリット２１を形成した一体成形品であることを除
いて他の部材は同一構造である。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による複合材
製駆動軸は、円筒端部で継手との結合部でない部位に孔
を設けたことで、通常の伝達トルクの範囲では破損せず
必要な時に確実に破損する構造となる。

【００３４】また、本発明による複合材製駆動軸は、端
部方向に内径が広がるテーパ面を持つ金属製スリーブを
分割して円筒の内側に配置し、そのテーパ面に対応した
テーパー形状の金属製継手とともに円筒に接着する構造
としたことで、接着の際容易に押圧することができ、容
易かつ確実に接着させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複合材製駆動軸の半分を断面で示
す側面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図４】複合材製本体筒の孔形状を示す図。

【図５】図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図。

【図６】本発明による複合材製駆動軸の他の実施の形態
を示す図。

【符号の説明】

１ 複合材製本体筒 ２ スリーブ ３ 金属製継手 ３ａ 結合部 ４ 孔 ５ 孔 ６ 係止部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複合材で形成された円筒の端部に金属製の
   継手が結合された複合材製駆動軸において、上記円筒端
   部で継手との結合部でない部位に孔を設けたことを特徴
   とする複合材製駆動軸。
2. 【請求項２】孔は矩形孔もしくは円形孔であることを特
   徴とする請求項１に記載の複合材製駆動軸。
3. 【請求項３】孔は複数で円筒の全周にわたって分布され
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載の複合
   材製駆動軸。
4. 【請求項４】円筒に孔を覆うようにカバーを設けたこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の複合
   材製駆動軸。
5. 【請求項５】継手は円筒の端側ほど内径が大きくかつ円
   筒の軸線方向に分割された金属製のスリーブを介して円
   筒に接着結合されていることを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれかに記載の複合材製駆動軸。