JP2002227820A - アルミニウム製プロペラシャフト - Google Patents

アルミニウム製プロペラシャフト

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JP2002227820A
JP2002227820A JP2001019875A JP2001019875A JP2002227820A JP 2002227820 A JP2002227820 A JP 2002227820A JP 2001019875 A JP2001019875 A JP 2001019875A JP 2001019875 A JP2001019875 A JP 2001019875A JP 2002227820 A JP2002227820 A JP 2002227820A
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Japan
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inner ring
shaft tube
shaft
aluminum
propeller shaft
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JP2001019875A
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English (en)
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Masaharu Tochigi
雅晴 栃木
Sadao Kokubo
貞男 小久保
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Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウムの軽量性を損なうことなく、ね
じり強度を向上させたアルミニウム製プロペラシャフト
提供する。 【解決手段】 軸管10の少なくとも一端に、ジョイン
ト部に接続するためのヨーク20,20'が形成されたアルミ
ニウム製プロペラシャフトであって、前記ヨーク20、2
0'は前記軸管10に連結するための連結部21が一体に形成
された端部部材2,2'からなり、前記軸管10の端部にイン
ナーリング11が接触状態に内挿固定され、前記ヨーク2
0,20'が前記連結部21を介して前記軸管10およびインナ
ーリング11に組付られて、これら軸管10、インナーリン
グ11、および端部部材2、2'が接合一体化されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の動力伝
達に用いられるアルミニウム製プロペラシャフトに関す
る。
【0002】なお、この明細書において、「アルミニウ
ム」の語はアルミニウムおよびその合金の両者を含む意
味で用いられる。
【0003】
【従来の技術】後輪駆動自動車の動力伝達に用いられる
プロペラシャフトは、回転する軸管の少なくとも一端に
ユニバーサルジョイント等のジョイント部に接続するヨ
ークを有している。一般に、前記プロペラシャフトは軸
管とヨークとを別部材として製作し、これらを組み付け
て接合一体化することにより製造されている。また、材
料面では、車輌の軽量化を図るために、従来の鉄または
鉄合金に代わってアルミニウムが用いられ、アルミニウ
ム製プロペラシャフトについても別部材として製作した
軸管とヨークとを接合して製造されている。
【0004】図6に示すプロペラシャフト(50)の製造例
では、フロントヨーク(51)およびリアヨーク(52)を軸管
(53)に連結するための段付状連結部(54)と一体に形成し
た端部部材(55)(56)を製作し、軸管(53)の両端に各端部
部材(55)(56)の連結部(54)を嵌入させた状態で突き合わ
せ、突き合わせ部(57)(57)をMIG溶接や摩擦圧接によ
り接合して、これらを一体化している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接合時
の熱によって、軸管(53)の接合部近傍(53a)の材料が劣
化して許容剪断応力が低下する結果、軸管(53)の静的ね
じり強度および疲労ねじり強度が低下するという問題点
があった。
【0006】ここで、断面円形の軸管の外径をd0、内
径をd1、負荷トルクをTとしたとき、ねじりを受けた
ときの剪断応力(τ)は下記(I)式で表される。
【0007】 τ = {16d0/π(d0 4−d1 4)}×T … (I) 従って、接合による材料劣化が避けられない以上、軸管
(53)の内径(d1)を小さくして軸管(53)を厚肉にすれ
ば発生する剪断応力(τ)が減少し、所要のねじり強度
が得られる。しかし、軸管(53)を厚肉にすると重量が増
大し、従来の鉄製プロペラシャフトに対するアルミニウ
ム製の優位差が減少してしまう。また、接合の熱影響を
受ける両端部のみを厚肉にすることも考えられるが、長
さ方向の一部のみに厚肉部を形成するのは、製作工程に
手間がかかるという問題がある。
【0008】この発明は、このような技術背景に鑑み、
アルミニウムの軽量性を損なうことなく、ねじり強度を
向上させたアルミニウム製プロペラシャフトの提供を目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明のアルミニウム
製プロペラシャフトは、前記目的を達成するために、軸
管(10)の少なくとも一端に、ジョイント部に接続するた
めのヨーク(20)(20')が形成されたアルミニウム製プロ
ペラシャフトであって、前記ヨーク(20)(20')は前記軸
管(10)に連結するための連結部(21)が一体に形成された
端部部材(2)(2')からなり、前記軸管(10)の端部にイン
ナーリング(11)が接触状態に内挿固定され、前記ヨーク
(20)(20')が前記連結部(21)を介して前記軸管(10)およ
びインナーリング(11)に組付られて、これら軸管(10)、
インナーリング(11)、および端部部材(2)(2')が接合一
体化されていることを特徴とする。
【0010】また、前記アルミニウム製プロペラシャフ
トにおいて、前記インナーリング(11)は、軸線方向の長
さ(L1)が接合による材料強度劣化部分(10a)の長さ
(L2)よりも長く形成されていることが好ましい。
【0011】この発明のアルミニウム製プロペラシャフ
トは、インナーリング(11)の軸管(10)への接触状態の内
挿固定によって軸管(10)の端部の肉厚は軸管(10)とイン
ナーリング(11)の合計肉厚となる。このため、ヨーク(2
0)(20')の接合時に熱影響を受けて劣化した材料強度が
肉厚によって補完され、所要のねじり強度が得られる。
また、インナーリング(11)は軸管(10)の端部のみに存在
するため、重量増加は最小限に抑制できる。
【0012】また、前記インナーリング(11)の軸線方向
の長さ(L1)が、接合による材料強度劣化部分(10a)の
長さ(L2)よりも長く形成されている場合は、接合時
に劣化した強度が確実に補完される。
【0013】
【発明の実施の形態】図1〜図3に、この発明のアルミ
ニウム製プロペラシャフト(1)の一実施形態を示す。
【0014】前記プロペラシャフト(1)は、円筒状のア
ルミニウム製の軸管(10)の両端に、U字形のヨーク(20)
(20')と連結部(21)とを有するアルミニウム製端部部材
(2)(2')を連結部(21)において接合一体化されたもので
ある。
【0015】前記軸管(10)の両端部にはアルミニウム製
インナーリング(11)(11)が圧入によって内挿され、イン
ナーリング(11)(11)が軸管(10)の内周面に密着状態に固
定されている。従って、軸管(10)は両端部が実質的に厚
肉になっている。
【0016】一方、前記端部部材(2)(2')は、連結部(2
1)が径大の基端部(22)とその先端側に径小の突出部(23)
との段付円柱状に形成され、基端部(22)の横断面径寸法
は前記軸管(10)の外径(d0)と同寸法に形成され、突
出部(23)の横断面径寸法は前記インナーリング(11)の内
径(d1')と同寸法に形成されている。
【0017】そして、前記軸管(10)の両端に端部部材
(2)(2')の連結部(21)の突出部(23)を嵌め入れ、軸管(1
0)およびインナーリング(11)の端面が連結部(21)の基端
部(22)の端面に接するまで差し込んでこれらを一体に組
付け、連結部(21)、軸管(10)およびインナーリング(11)
の突き合わせ部(17)(17)を接合することによってこれら
が一体化されている。即ち、端部部材(2)(2')の連結部
(21)は軸管(10)とインナーリング(11)との両方に接合さ
れ、軸管(10)とインナーリング(11)もまた接合一体化さ
れている。接合方法は限定されず、摩擦攪拌接合、MI
G溶接、レーザ接合、摩擦圧接、カシメ等を例示でき
る。これらの接合方法のうちのカシメ以外の方法では、
熱源からの入熱または発生する摩擦熱の影響により、接
合部およびその近傍おける材料の強度劣化は避けられな
い。なお、図2はMIG溶接により接合されたプロペラ
シャフト(1)を例示し、(12)は溶接による材料溶融部分
を示し、軸管(10)とインナーリング(11)に跨る網点部分
(10a)は接合時に熱影響を受けて材料強度が劣化した部
分を示している。
【0018】しかし、前記インナーリング(11)の内挿に
よって、外径(d0)の軸管(10)の実質的な内径はイン
ナーリング(11)の内径(d1')と小さくなって、上述の
(I)式で示される剪断応力(τ)が軸管(10)単独より
も低くなっている。このため、接合部近傍は接合の熱影
響によって材料強度が劣化しても、軸管(10)とインナー
リング(11)との合計肉厚相当の強度となって所要のねじ
り強度を確保できる。換言すれば、材料強度の劣化を肉
厚で補完することとなる。さらに、実質的に軸管(10)の
断面積が拡大されたことで端部部材(2)(2')との接合面
積も拡大して接合強度も向上する。このため、カシメの
ように熱影響を及ぼさない方法で接合した場合において
も、インナーリング(11)の内挿によってプロペラシャフ
トの強度が向上する。
【0019】前記インナーリング(11)は軸管(10)の両端
部のみに存在するだけであるから、プロペラシャフト
(1)の重量増加もインナーリング分にとどまり、アルミ
ニウムの軽量性を損なうことなくねじり強度を向上させ
ることができる。また、従来の製造工程と比較しても、
インナーリング(11)の内挿工程が増えるだけであって製
造が容易であり、軸管(10)の設計変更や軸管(10)に対す
る加工も不要である。
【0020】軸管(10)およびインナーリング(11)の断面
形状は、図3に示すような単純な同心円形でも良く、こ
の場合は締まり嵌めとなってインナーリング(11)は圧入
され、両者は密着状態となる。また、図4に示すよう
な、インナーリング(11)の外周面と軸管(10)の内周面と
互いに嵌合し合う凹凸(13)が形成されたものでも良い。
後者の場合、軸管(10)とインナーリング(11)との周方向
のずれを確実に阻止することができ、両者の一体性を強
固に維持できる。凹凸形状は、図4のスプライン状の
他、図5(A)(B)(C)に示すように断面波状(セ
レーションを含む)(14)、角状(15)、あり溝状(16)等を
例示できる。なお、これらの凹凸の形成は、軸管(10)お
よびインナーリング(11)を押出加工により製作すれば、
管の押出と同一工程で所要の凹凸を形成することがで
き、別工程による加工は不要である。
【0021】また、前記インナーリング(11)の軸線方向
の長さ(L1)は、接合による材料強度劣化部分(10a)の
長さ(L2)よりも長くすることが好ましい。材料強度
劣化部分(10a)の長さ(L2)は、接合方法や接合条件に
よって異なるが、10〜40mm程度であり、インナーリ
ング(11)の長さ(L1)はこれよりも20〜50mm長く
することが好ましい。インナーリング(11)の長さが材料
強度劣化部分(10a)に満たない場合は十分なねじり強度
が得られない。また、インナーリング(11)は長くなるほ
ど軸管の強度は増すが、一定以上の長さになると強度は
一定となり、前記上限値より長くなると重量増加によっ
て軽量性が損なわれる。また、インナーリング(11)の厚
さ(T)は、長さと同様に強度向上と軽量性の維持との
兼ね合いで軸管(10)肉厚の50〜150%が好ましい。
【0022】前記プロペラシャフト(1)を構成するアル
ミニウムの材料組成は限定されないが、材料面からも高
強度を得るために、JIS 6000系アルミニウム合
金であることが好ましい。6000系アルミニウム合金
は、高強度である上に押出性が良好であるため、軸管(1
0)、端部部材(2)(2')およびインナーリング(11)を押出
で製作する場合にも有利である。6000系合金の中で
も、特に6N01または6061アルミニウム合金が好
ましい。
【0023】また、前記軸管(10)およびインナーリング
(11)と端部部材(2)(2')との連結は、本実施形態のよう
に、連結部(21)の先端側の突出部(23)をインナーリング
(11)の内に嵌入させる構成を採用すれば、単純な突合わ
せよりも安定した組付状態を得て次工程の接合作業性が
良く、また接合部分が厚肉となってプロペラシャフトと
しての強度も向上する。ただし、この発明は連結部(21)
の形状を図示例のものに限定するものではなく、単純な
突合わせ構造も本発明に含まれる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、軸管
の少なくとも一端に、ジョイント部に接続するためのヨ
ークが形成されたアルミニウム製プロペラシャフトであ
って、前記ヨークは前記軸管に連結するための連結部が
一体に形成された端部部材からなり、前記軸管の端部に
インナーリングが接触状態に内挿固定され、前記ヨーク
が前記連結部を介して前記軸管およびインナーリングに
組付られて、これら軸管、インナーリングおよび端部部
材が接合一体化されているから、ヨークの接合時に熱影
響を受けて劣化した材料強度が肉厚によって補完され、
所要のねじり強度が得られる。また、軸管の両端の断面
積が拡大されるため、端部部材との接合面積が拡大して
接合強度も向上する。また、前記インナーリングは軸管
の端部のみに存在するため、重量増加は最小限に抑制さ
れる。このため、アルミニウムの軽量性を損なうことな
く、優れたねじり強度のプロペラシャフトとなし得る。
また、従来の製造工程と比較しても、インナーリングの
内挿固定工程が増えるだけであって製造が容易であり、
軸管の設計変更や軸管に対する加工も不要である。
【0025】また、前記インナーリングの軸線方向の長
さが接合による材料強度劣化部分の長さよりも長く形成
されている場合は、接合時に劣化した強度が確実に補完
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のアルミニウム製プロペラシャフトの
一実施形態を示す縦断面図である。
【図2】図1の要部拡大図である。
【図3】図2のIII−III線断面図である。
【図4】外周面に凹凸を有するインナーリングが内周面
に凹凸を有する軸管に嵌合状態で内挿固定された状態を
示す横断面図である。
【図5】(A)(B)(C)は、インナーリングおよび
軸管における他の凹凸形状を示す横断面図である。
【図6】従来のプロペラシャフトの縦断面図である。
【符号の説明】
1…アルミニウム製プロペラシャフト 2、2'…端部部材 10…軸管 10a …材料強度劣化部分 11…インナーリング 20、20'…ヨーク 21…連結部 L1…インナーリングの長さ L2…材料強度劣化部分の長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3D042 AA06 AA07 DA05 DA08 DA12 DA15 3J033 AA01 AB04 AC01 BA01 BA07 BC03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸管(10)の少なくとも一端に、ジョイン
    ト部に接続するためのヨーク(20)(20')が形成されたア
    ルミニウム製プロペラシャフトであって、 前記ヨーク(20)(20')は前記軸管(10)に連結するための
    連結部(21)が一体に形成された端部部材(2)(2')からな
    り、 前記軸管(10)の端部にインナーリング(11)が接触状態に
    内挿固定され、前記ヨーク(20)(20')が前記連結部(21)
    を介して前記軸管(10)およびインナーリング(11)に組付
    られて、これら軸管(10)、インナーリング(11)、および
    端部部材(2)(2')が接合一体化されていることを特徴と
    するアルミニウム製プロペラシャフト。
  2. 【請求項2】 前記インナーリング(11)は、軸線方向の
    長さ(L1)が接合による材料強度劣化部分(10a)の長さ
    (L2)よりも長く形成されている請求項1に記載のア
    ルミニウム製プロペラシャフト。
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