JP2008151153A - プロペラシャフト構造 - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラシャフトを構成する内外円筒部材間のインロー溶接部に生じる溶接ルート部の口開きを防止して、溶接ルート部の応力集中を低減して、溶接強度のばらつきを少なくすると共に、疲労強度の向上を図り、さらに、外部からの点検確認の容易化を図って信頼性のあるインロー溶接部を備えたプロペラシャフト構造を提供すること。
【解決手段】コネクタ（内側円筒部材）１７の外周面と円筒部材（外側円筒部材）２の先端部との嵌合端部を溶接する第１溶接部２５と、該第１溶接部２５よりもコネクタ１７の先端側にコネクタ１７と円筒部材２とを溶接する第２溶接部４３とを設け、第１溶接部２５が嵌合端部の全周にわたって溶接され、第２溶接部４３が周方向に等間隔に複数個所で栓溶接４５またはプロジェクション溶接によって溶接されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンから駆動輪に動力を伝達する車両用のプロペラシャフト構造に関するものである。

車両用のプロペラシャフトは、トランスミッションと差動装置とを連結するものであり、トラック等の大型車両においては、一般的に複数のプロペラシャフトを連結して構成されている。そして、そのプロペラシャフト１は図５に示すように、円筒部材２の一端部にユニバーサルジョイント３、他端部にスプラインシャフト５を溶接して構成され、ユニバーサルジョイント３は差動装置に接続され、スプラインシャフト５はさらに円筒部材７によって他方のユニバーサルジョイント９へ接続され、さらに他のプロペラシャフト、そしてトランスミッションへと接続されている。

図５に示すように、円筒部材２にユニバーサルジョイント３を溶接するには、ヨーク１１に一体に形成されたパイプ状のインロー部１３の外周に円筒部材２の内周を圧入して、これらを溶接部１５で溶接している。
また、円筒部材２にスプラインシャフト５を溶接するには、スプラインシャフト５と円筒部材２との間にコネクタ１７を設け、コネクタ１７の一端部をスプラインシャフト５に圧入して溶接部２１で溶接し、他端部のインロー部２３を円筒部材２の内周に圧入して、これらを溶接部２５で溶接している。

さらに、このコネクタ１７のインロー部２３と円筒部材２との接合部の詳細は、図６の拡大図に示すように、コネクタ１７の他端部のインロー部２３を円筒部材２の内周に圧入して、円筒部材２の先端部３１とコネクタ１７の段差部３３とを当接させて開先３５を形成し、その開先３５にアーク溶接によって溶接部２５を形成している。

円筒部材２とヨーク１１、または円筒部材２とスプラインシャフト５とを接合する手段として溶接による構造を説明したが、溶接以外に、接着剤によって接合するものとして特開平６−３３０９５３号公報（特許文献１）が、ボルトによって接合する構造のものとして実開昭６１−１１２１１３号公報（特許文献２）が知られている。
すなわち、特開平６−３３０９５３号公報（特許文献１）には、図７に示すように、金属製のヨーク０１と繊維強化複合材料製のパイプ０２との接合面に接着剤０３を塗布する構成が示されている。
また、実開昭６１−１１２１１３号公報（特許文献２）には、図８に示すように、複合材シャフト０５とヨーク０６とを嵌合して両者を貫通するボルトナット装置０７によって締結する構成が示されている。
特開平６−３３０９５３号公報 実開昭６１−１１２１１３号公報

しかし、特許文献１に記載の接着剤による接合構造であると、接着剤であるため接合強度は母材の強度以下であり、また、他部位の溶接の熱等によって接着力が劣化して強度低下を起こす虞がある。
また、特許文献２に記載のボルトによる接合構造であると、プロペラシャフトの捩じりや曲げ負荷に対して、ボルト穴に応力集中が生じて、強度低下を起こす虞がある。

さらに、図５、図６に示したような溶接による接合構造においては、プロペラシャフト１に、ある一定以上の曲げ負荷がかかると、溶接ルート部３９が口開きを生じ、応力集中が発生して疲労によって破壊に至る虞があった。
また、亀裂発生の起点が溶接ルート部３９であり、図６のＰ点部分から生じ、溶接部２５の内部に亀裂が進展していくため外部からの点検確認がむずかしく車両の点検時に外部から分かりにくい問題があった。
そのため、従来においては、亀裂の確認がし難く強度を確保するために、パイプ径を増大したりパイプの厚みを増大等することで対応していたため、重量増大、大型化となる問題を有していた。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、プロペラシャフトを構成する内外円筒部材間のインロー溶接部に生じる溶接ルート部の口開きを防止して、溶接ルート部の応力集中を低減し、溶接強度のばらつきを少なくすると共に、疲労強度の向上を図り、さらに、外部からの点検確認の容易化を図って信頼性のあるインロー溶接部を備えたプロペラシャフト構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本プロペラシャフト構造の発明は、内側円筒部材の外周に外側円筒部材の内周を圧入して、これらを溶接して形成される車両のプロペラシャフト構造において、前記内側円筒部材の外周面と前記外側円筒部材の先端部との嵌合端部を溶接する第１溶接部と、該第１溶接部よりも前記内側円筒部材の先端側に前記内側円筒部材と外側円筒部材とを溶接する第２溶接部とを設け、前記第１溶接部が前記嵌合端部の全周にわたって溶接され、前記第２溶接部が周方向に等間隔に複数個所で栓溶接またはプロジェクション溶接によって溶接されることを特徴とする。

かかる発明によれば、内側円筒部材の第１溶接部よりも先端側に第２溶接部を設けて溶接することで、内側円筒部材の先端部と外側円筒部材の先端部の嵌合部分が一体化し、曲げ負荷に対する応力集中部分が、第１溶接部の突き合わせ部分の溶接ルート部から最大曲げ応力が生ずる外側円筒部材の表面部分に移ることによって、第１溶接部の止端部位（図２のＱ１点）や、第２溶接部の止端部位（図２のＱ２点）から亀裂が生じ始めるようになる。
その結果、第１溶接部の突き合わせ部分の溶接ルート部の口開きが防止されて溶接ルート部の応力集中が低減されて、溶接強度のばらつきを少なくすると共に、疲労強度の向上が図れる。
また、曲げ負荷に対する応力集中部が、外側円筒部材の表面部分の第１溶接部の止端部位（図２のＱ１点）や、第２溶接部の止端部位（図２のＱ２点）に移るため、外部から亀裂起点部分での亀裂発生状況を確認できる。
また、第２溶接部に栓溶接、プロジェクションを用いることによって、第２溶接部の溶接をプロペラシャフト１の外部側から溶接することができるようになる。すなわち、第２溶接部を溶接するために内側円筒部材の内側から行うアーク溶接等の溶接作業は、プロペラシャフトの組立行程において不可能であるが、栓溶接、プロジェクションを用いることで第２溶接部の溶接が可能になる。

また、好ましくは、前記内側円筒部材の先端部に向かって円筒外径が縮径されるように形成されたテーパー部を設け、前記第２溶接部が前記テーパー部のテーパー開始部近傍部位に設けられることを特徴とする。
このような構成によって、外側円筒部材に内側円筒部材を嵌合しやすいように、テーパー部を設けている場合には、そのテーパー部の開始部位近傍に第２溶接部を設置することで、第２溶接部の作用を最大限に発揮することができる。

また、内側円筒部材の先端部に前記のようなテーパー部を設けていない場合には、前記内側円筒部材と外側円筒部材との嵌合長さの中央部より前記内側円筒部材の先端側に第２溶接部を設けることを特徴とし、このような構成によって、第２溶接部の作用を最大限に発揮することができる。

また、好ましくは、前記第２溶接部がプロペラシャフトの回転中心に対して対称位置に対向して設けられることを特徴とし、このような構成によって、第２溶接部による接合力をプロペラシャフトの周方向に均等にするとともに、溶接の溶加材の付加による重量バランスを周方向に均等に分散してプロペラシャフトの回転に対して回転力のアンバランスを生じさせないように設定されている。

また、好ましくは、前記栓溶接による前記外側円筒部材の外側表面が平滑面となっていることを特徴とし、このような構成によって、外側円筒部の外側表面より溶加材の分だけ肉盛りされて盛り上がる部分を切削して平滑面とすることによって、肉盛部と外側表面との境界部に応力集中の発生が防止され、栓溶接の溶接強度を向上することができる。

本発明によれば、プロペラシャフトを構成する内外円筒部材間のインロー溶接部に生じる溶接ルート部の口開きを防止して、溶接ルート部の応力集中を低減し、溶接強度のばらつきを少なくすると共に、疲労強度の向上を図り、さらに、外部からの点検確認の容易化を図って信頼性のあるインロー溶接部を備えたプロペラシャフト構造を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

参照する図面において、図１は本発明のプロペラシャフト構造の実施の形態に係る要部断面説明図である。図２は図１のＡ部拡大図である。図３は図２のＢ−Ｂ線断面図である。図４はコネクタの変形例を示す説明図である。

本実施の形態に係るプロペラシャフト１は、図５に示したプロペラシャフト１の基本構造と同一であり、円筒部材２（外側円筒部材）にスプラインシャフト５を溶接する部分の構造が異なる。同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

図１に示すように、スプラインシャフト５と円筒部材２との間にコネクタ１７（内側円筒部材）を設け、コネクタ１７の一端部はスプラインシャフト５の軸端部２０に圧入して溶接部２１で溶接され、コネクタ１７の先端部は円筒部材２の内周面とインロー嵌合するインロー部２３が形成されて、円筒部材２の内周に圧入して、円筒部材２と第１溶接部２５で溶接されている。

コネクタ１７は略円筒形状に形成され、円筒部材２の内径とスプラインシャフト５の外径との径の差を吸収して円筒部材２とスプラインシャフト５とを結合するためのものである。そのため、コネクタ１７の断面形状は階段状に変化する形状を有しており、小径部分がスプラインシャフト５に接合し、大径部分には段差部３３が形成され、円筒部材２の先端部が圧入してインロー嵌合するようになっている。
また、コネクタ１７の先端部には、円筒部材２を圧入しやすいように先端に向かって外径が縮径されるようにテーパー部４１が形成されている。

図２には、図１のＡ部拡大図を示し、図２に示すようにコネクタ１７のインロー部２３を円筒部材２の内周に圧入して、円筒部材２の先端部３１とコネクタ１７の段差部３３とが当接して開先３５を形成し、その開先３５にアーク溶接を行って第１溶接部２５を形成している。この第１溶接部２５は円周方向全周にわたって溶接されている。
また、その円筒部材２の先端部３１とコネクタ１７の段差部３３との当接部に溶接ルート部３９が形成される。

そして、第１溶接部２５よりもコネクタ１７の先端側にコネクタ１７と円筒部材２とを溶接する第２溶接部４３が設けられる。
この第２溶接部４３は、栓溶接（プラグ溶接）４５によって、テーパー部４１の開始位置近傍の部位においてコネクタ１７と円筒部材２とを接合している。この栓溶接４５は円筒部材２に栓溶接用の穴を径方向に開けてそこに溶加材（溶接ワイヤ、溶接棒）を溶融させてコネクタ１７と円筒部材２とを接合している。

図２のＢ−Ｂ線断面図を図３に示す。図３において、第２溶接部４３は、円筒部材２の周方向に等間隔で、円筒中心すなわちプロペラシャフト１の回転中心に対して対称位置に対向して計８箇所に設けられている。このため、第２溶接部４３による接合力がプロペラシャフト１の周方向に均等化するとともに、溶加材の付加による重量バランスを周方向に均等に分散してプロペラシャフト１の回転に対して回転力のアンバランスを生じさせないように設定されている。

また、栓溶接（プラグ溶接）４５は通常、図２、図３に示すように円筒部材２の外側表面より供給された溶加材の分だけ肉盛りされて盛り上がるが、その盛り上がり部分を切削して平滑面とすることによって、肉盛部と外側表面との境界部に応力集中の発生が防止され、栓溶接４５の溶接強度を向上することができる。

また、栓溶接４５に替えてプロジェクション溶接によってコネクタ１７と円筒部材２とを接合しても良く、この場合には円筒部材２の内側と外側とにプロジェクション溶接用の電極を設置して行う。
栓溶接４５またはプロジェクション溶接を用いることによって、第２溶接部４３の溶接をプロペラシャフト１の外部側から溶接することができるようになる。すなわち、第２溶接部を溶接するためにコネクタ１７の内側から行うアーク溶接等の溶接作業は、プロペラシャフト１の組立行程において不可能であるが、栓溶接４５、プロジェクションを用いることで第２溶接部の溶接が可能になる。

図４に示すように、コネクタ１７の先端部にテーパー部４１が形成されていない場合においては、第２溶接部４３の位置Ｘは、コネクタ１７と円筒部材２との嵌合長Ｌに対しその半分のＬ／２の位置より先端側に設けることが好ましく、このような位置を溶接することによって、円筒部材２の先端部とコネクタ１７の先端部とを一体化させる効果を確実に得ることができる。この結果、円筒部材２の先端部３１とコネクタ１７の段差部３３との当接部に形成される溶接ルート部３９が、曲げ負荷によって口開きすることが防止される。

なお、第２溶接部４３の位置が、コネクタ１７と円筒部材２との嵌合長Ｌに対しその半分のＬ／２の位置より第１溶接部２５側に近接すると、溶接ルート部３９の口開き防止効果を確実に得ることができず、第２溶接部４３を設ける効果が小さいものとなってしまう。

以上のように、本実施の形態によれば、第１溶接部２５よりもコネクタ１７の先端側に第２溶接部４３を設けて溶接することで、コネクタ１７の先端部と円筒部材２の先端部の嵌合部分が一体化し、曲げ負荷に対する応力集中部分が、第１溶接部２５の突き合わせ部分の溶接ルート部３９から最大曲げ応力が生ずる円筒部材２の表面部分に移ることによって、第１溶接部２５の止端部位（図２のＱ１）や、第２溶接部４３の止端部位（図２のＱ２点）から亀裂が生じ始めるようになる。
その結果、第１溶接部２５の突き合わせ部分の溶接ルート部３９の口開きが防止されて溶接ルート部３９の応力集中が低減されて、溶接強度のばらつきを少なくすると共に、疲労強度の向上が図れる。

また、曲げ負荷に対する応力集中部が、円筒部材２の表面部分の第１溶接部２５の止端部位（図２のＱ１点）や、第２溶接部４３の止端部位（図２のＱ２点）に移ることによって、外部から亀裂起点部分での亀裂発生状況を確認できる。亀裂の進展状況は図２Ｑ１点、Ｑ２点からの波線で示す。

また、第２溶接部４３を設けることで、溶接ルート部３９の口開きが防止されて曲げ負荷に対する応力集中部分が、最大曲げ応力が生ずる円筒部材２の表面部分に移ることによって、円筒部材２に高強度材料を使用することによって疲労強度の向上を図ることができる。

すなわち、従来の第１溶接部２５のみの場合には、材料自体の強度よりも溶接部の口開きに起因して疲労強度が決められていたのに対して、本実施の形態のように第２溶接部の設定によって、口開きが解消し円筒部材２の外側表面に発生する最大曲げ応力よって亀裂の発生条件が決められるようになるため、円筒部材２の材質を高強度材料を使用することによって疲労強度を高めることが可能になる。

なお、本実施の形態においては、スプラインシャフト５と円筒部材２との間にコネクタ１７を設けた部分の構造について説明したが、図５に示す円筒部材２にユニバーサルジョイント３を溶接する部分の構造においても同様にコネクタ１７を配置して第２溶接部を設けて溶接してもよい。
さらに、本実施の形態においては、コネクタ１７を設ける構造について説明したが、コネクタ１７を設けずに円筒部材２の内周にインロー嵌合する相手側の円筒部材に対して第１溶接部２５と第２溶接部２５とを設ける構造としてもよい。

本発明のプロペラシャフト構造によれば、プロペラシャフトを構成する内外円筒部材間のインロー溶接部に生じる溶接ルート部の口開きを防止して、溶接ルート部の応力集中を低減し、溶接強度のばらつきを少なくすると共に、疲労強度の向上を図り、さらに、外部からの点検確認の容易化を図って信頼性のあるインロー溶接部を備えたプロペラシャフト構造を提供することができるので、車両用のプロペラシャフトへの適用に際して有益である。

本発明のプロペラシャフト構造の実施の形態にかかる要部断面説明図である。 図１のＡ部拡大図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 コネクタの変形例を示す説明図である。 従来のプロペラシャフト構造を示す説明図である。 従来の図２対応図である。 従来のプロペラシャフト構造を示す説明図である。 従来のプロペラシャフト構造を示す説明図である。

符号の説明

１ プロペラシャフト
２ 円筒部材（外側円筒部材）
５ スプラインシャフト
１７ コネクタ（内側円筒部材）
２３ インロー部
２５ 第１溶接部
３９ 溶接ルート部
４１ テーパー部
４３ 第２溶接部
４５ 栓溶接

Claims (5)

1. 内側円筒部材の外周に外側円筒部材の内周を圧入して、これらを溶接して形成される車両のプロペラシャフト構造において、
   前記内側円筒部材の外周面と前記外側円筒部材の先端部との嵌合端部を溶接する第１溶接部と、該第１溶接部よりも前記内側円筒部材の先端側に前記内側円筒部材と外側円筒部材とを溶接する第２溶接部とを設け、前記第１溶接部が前記嵌合端部の全周にわたって溶接され、前記第２溶接部が周方向に等間隔に複数個所で栓溶接またはプロジェクション溶接によって溶接されることを特徴とするプロペラシャフト構造。
2. 前記内側円筒部材の先端部に向かって円筒外径が縮径されるように形成されたテーパー部を設け、前記第２溶接部が前記テーパー部のテーパー開始部近傍部位に設けられることを特徴とする請求項１記載のプロペラシャフト構造。
3. 前記第２溶接部が前記内側円筒部材と外側円筒部材との嵌合長さの中央部より前記内側円筒部材の先端側に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプロペラシャフト構造。
4. 前記第２溶接部がプロペラシャフトの回転中心に対して対称位置に対向して設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプロペラシャフト構造。
5. 前記栓溶接による前記外側円筒部材の外側表面が平滑面となっていることを特徴とする請求項１記載のプロペラシャフト構造。

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