JPH09291975A - 疲労特性に優れた駆動軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 駆動軸の軽量化を進めようとした場合特に問
題となる、バランスウエイト取付部の疲労破壊を回避す
ることができ、部品全体としてのねじり疲労特性を向上
させた駆動軸を提供する。 【解決手段】 円環状のゴム、熱収縮性樹脂、あるいは
形状記憶合金の一部にウエイトを配置したバランスウエ
イトを駆動軸に取付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転駆動力を伝達
する駆動軸、例えば自動車車両のエンジン推進力を各車
輪に伝えるプロペラシャフト、ドライブシャフトといっ
た部品に関するもので、特に従来品より疲労特性が向上
し、サイズダウンによる軽量化が可能な駆動軸に係る。

【０００２】

【従来の技術】駆動軸は、例えば自動車技術ハンドブッ
ク（第４分冊、生産・品質・整備編ｐ２３３ 自動車工
業会 １９９１年）に記載されるように、高速回転時に
振動が少ないことが重要な特性の１つである。その対策
として、バランスウエイトを取り付け、周方向の重量バ
ランスを調整した後に使用されることが一般的である。

【０００３】このバランスウエイトの取付方法には溶接
が用いられ、自動車等の大量生産を前提とする産業分野
では、溶接の効率や経済性の観点から、スポット溶接あ
るいはプロジェクション溶接といった方法が用いられる
ことが多い。これらの方法によってバランスウエイトを
取り付けた駆動軸１を、駆動力を繰返し伝達することに
対応するねじり疲労試験に供すると、図１（ａ）に示す
ようにバランスウエイト２の溶接部からの疲労割れ５が
認められる場合がある。引張強さが５００ＭＰａ未満の
低強度材の疲労試験の場合は図１（ｂ）のようにジョイ
ント部品４を接合するジョイント部品接合部３からの疲
労割れ６が特性を決めていたのに対し、特開平２−１９
７５２５号公報に記載されるような材料強度を高め駆動
軸１の断面積を減らし、軽量化を進めた場合の疲労破壊
は、図１（ａ）に示すようにバランスウエイト溶接部か
らの疲労割れ５が支配的となり、ねじり疲労特性が劣化
して軽量化のための大きな障害であった。

【０００４】バランスウエイト溶接部からの疲労割れの
主な原因としては、溶接部の幾何学形状に起因する応
力集中、溶接時の急熱急冷による金属組織の変化、
溶接残留応力などが考えられる。これらを解決するた
め、例えば、特開平６−２４６４３９、特開平６−２４
６４４０、あるいは特開平６−２４９２９１が開示され
ている。

【０００５】特開平６−２４６４３９は、取付方法に従
来のスポット溶接やプロジェクション溶接を用いず、ア
ーク溶接を用いてバランスウエイトを取り付けたもので
ある。この方法によるとバランスウエイト取付部の疲労
強度はある程度改善されるが、その場合もバランスウエ
イト取付部から疲労破壊が発生することは避けられず、
完全な対策とはなっていない。

【０００６】特開平６−２４６４４０は、バランスウエ
イト溶接部を加熱することで疲労特性を向上させるもの
である。バランスウエイト取付部の疲労強度は向上する
が、バランスウエイト溶接部周辺または軸全体を５５０
℃以上の高温に再加熱する必要があり、特別な設備と工
程が要求され、生産性と経済性に課題がある。

【０００７】特開平６−２４９２９１は、バランスウエ
イトの取付けに、溶接による金属接合を用いず、接着接
合を用いてバランスウエイトを取り付けた駆動軸であ
る。これはバランスウエイト取付部の疲労強度低下の原
因である金属接合を排除する点で優れたものであるが、
接着剤の乾燥に時間を要するため、バランスウエイト固
定後の重量バランスの再評価を迅速に行えない点で、生
産性と経済性に課題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状に鑑み前記課題を解決しようとするもので、バラン
スウエイトを駆動軸に取付ける際に溶接を用いずに固定
することにより、バランスウエイト取付部の疲労強度低
下を避け、かつ短時間でバランスウエイトを固定でき生
産性と経済性を損なうことのない疲労特性の優れた駆動
軸を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。

【００１０】（１）円環状のゴムの一部にウエイトを配
置したバランスウエイトを取付けたことを特徴とする、
疲労特性に優れた駆動軸。

【００１１】（２）円環状の熱収縮性樹脂の一部にウエ
イトを配置したバランスウエイトを取付けたことを特徴
とする、疲労特性に優れた駆動軸。

【００１２】（３）円環状の形状記憶合金の一部にウエ
イトを配置したバランスウエイトを取付けたことを特徴
とする、疲労特性に優れた駆動軸。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の主たる特徴は、駆動軸に
バランスウエイトを固定する際に疲労強度低下の原因と
なる溶接による固定法を用いずに、ゴム、熱収縮性樹
脂、あるいは形状記憶合金の収縮力を利用して固定し
て、駆動軸とバランスウエイトの接触部分の疲労強度を
駆動軸と同等のものとし、さらにバランスウエイトのウ
エイトとゴム、熱収縮樹脂、あるいは形状記憶合金を一
体構造とすることにより、その取付を容易なものとして
生産性と経済性を損なうことなくバランスウエイト取付
部の疲労強度低下を回避した駆動軸にある。

【００１４】次に、本発明を更に詳細に説明する。

【００１５】本発明の駆動軸に用いるバランスウエイト
は、図２に示すように、その収縮によりバランスウエイ
トの固定力を与える円環状のゴム、熱収縮性樹脂、ある
いは形状記憶合金部と、その質量により回転振れ回りを
調整するウエイト部８から成る。

【００１６】駆動軸への取付に際しては、バランスウエ
イトを駆動軸の外部に挿入し、目的の位置へウエイト部
を配置する。円環状部７がゴムの場合は予め外力により
拡径しておき、これを駆動軸外部に挿入後外力を取り除
くことで、ゴムの復元力によってウエイト部が所定位置
に固定される。円環状部が熱収縮性樹脂あるいは形状記
憶合金の場合は、円環状部の初期外径を駆動軸の外径よ
り大きく造り込んでおき、駆動軸外部に挿入後、加熱に
より円環状部を収縮させてウエイト部を所定位置に固定
する。

【００１７】以上のように、本発明の駆動軸は、バラン
スウエイトの取付けの際に、疲労強度低下の原因である
溶接を用いないので、バランスウエイト取付部からの疲
労破壊が回避できる。さらに、バランスウエイトの取付
作業も、特開平６−２４６４４０や特開平６−２４９２
９１に比較して、短時間で完了することが可能である。

【００１８】本発明の駆動軸に用いるバランスウエイト
の円環状ゴム部は、駆動軸の外部に挿入し目的の位置へ
ウエイト部を配置する作業が可能なように外力による拡
径が可能で、かつ、外力を除いたときに駆動軸にウエイ
ト部を実用上問題のないレベルで固定することが可能な
弾性を有するゴムを使用できる。また、円環状熱収縮性
樹脂部には駆動軸の外部に挿入し目的の位置へウエイト
部を配置する作業が可能な初期外径で、かつ、加熱完了
時に駆動軸にウエイト部を実用上問題のないレベルで固
定することが可能な収縮率を有する熱収縮性樹脂が使用
できる。同様に、円環状形状記憶合金部には、駆動軸の
外部に挿入し目的の位置へウエイト部を配置する作業が
可能な初期外径で、かつ、形状回復完了時に駆動軸にウ
エイト部を実用上問題のないレベルで固定することが可
能な収縮率を有する形状記憶合金が使用できる。

【００１９】バランスウエイトの円環状部の形状につい
ては、図２に示した形状のものの他、例えば図３に示す
ような各種の形状を用いることができる。本発明の駆動
軸に用いるバランスウエイトの円環状部７の役割は、ウ
エイト部８の固定に必要な固定力を与えることであり、
その形状は固定力を確保できるものであれば任意に選択
が可能である。また、駆動軸とバランスウエイトの間の
摩擦力を増大し、固定力をより強固なものとするため
に、円環状部の内径表面の粗度を大きくしたり、凹凸を
与えたり、粘着性の物質を予め塗布しておくことも可能
である。

【００２０】バランスウエイトのウエイト部の材質につ
いては、本発明では特に限定するものではない。ウエイ
ト部は、回転振れ回り調整を行うのに必要な質重が確保
されていればよく、例えば、円環状部と同じ材質でウエ
イト部の体積を大きくして質量を確保してもよいし、円
環状部より密度の大きい材質を用いてもよい。

【００２１】バランスウエイトのウエイト部と円環状部
に異なった材質を用いる場合の結合方法については、例
えば、ウエイトを円環状部の内周側あるいは外周側に接
着する方法や、円環状部がゴムや熱収縮性樹脂である場
合にはウエイトをゴムや熱収縮性樹脂内部に内包させる
方法など用いることができるが、ウエイト部と円環状部
が駆動軸としての回転使用時に分離しない結合力を確保
できる方法をとる限りにおいて、本発明ではバランスウ
エイトのウエイト部と円環状部の結合方法については特
に限定するものではない。

【００２２】本発明の駆動軸に用いるバランスウエイト
の円環状部に用いるゴム、熱収縮性樹脂、および形状記
憶合金の種類、円環状部の形状、ウエイト部の材質、ウ
エイト部と円環状部の結合方法については、上記の要件
を満たすものであれば、生産性や経済性を考慮して任意
のものが選択可能である。

【００２３】以上が本発明の要点であるが、バランスウ
エイトのウエイト部を目的の位置に配置してから円環状
部の収縮が完了するまでの間の仮止め方法として、接着
等の方法を使用することが可能であり、本発明はバラン
スウエイトの仮止め方法について何らかの限定をするも
のではない。

【００２４】

【実施例】外径１１４．３ｍｍ、肉厚４．０ｍｍ、引張
強さ７３５ＭＰａクラスの高強度鋼管部分を持つ駆動軸
に、バランスウエイトを取付け、ねじり疲労試験を実施
した。バランスウエイトは、円環状部がゴムであるも
の、熱収縮性樹脂であるもの、形状記憶合金であるもの
の３種類を用意した。熱収縮性樹脂にはシリコンゴム熱
収縮性チューブを、形状記憶合金はＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合
金を用いた。円環状部の形状は図２に示した形状で、円
環状部の幅は１００ｍｍ、厚みはゴムが３ｍｍ、熱収縮
性樹脂が２．５ｍｍ、形状記憶合金が０．８ｍｍであ
る。ウエイト部は、幅４０ｍｍ×長さ８０ｍｍ×厚さ
２．５ｍｍの軟鋼板を軸の外径に沿うように曲げ加工し
たものを用い、円環状部に接着剤で接合している。これ
らのバランスウエイトを駆動軸外部に挿入し、ウエイト
部を所定の位置に配置した後、円環状部を収縮させて固
定した。

【００２５】また、比較材として、従来の取付け方法で
あるプロジェクション溶接を用いてバランスウエイトを
取付けた駆動軸と、バランスウエイトを取付けていない
駆動軸を作製し、これらも同様に試験に供した。

【００２６】ねじり疲労試験は、完全両振り、負荷トル
ク振幅：７ｋＮｍ、負荷トルク波形：正弦波、周波数：
６Ｈｚで行い、疲労破壊までの繰り返し回数を測定し
た。

【００２７】結果を表１および表２に示す。表１にはバ
ランスウエイトを取付けていない駆動軸の結果を示す。
バランスウエイトを取付けていない駆動軸の疲労割れは
ジョイント部品接合部より発生し、その破断寿命は平均
で８８８，０５９回であった。一方、表２に示すよう
に、プロジェクション溶接を用いてバランスウエイトを
取付けた比較例１６〜２０では、バランスウエイト取付
部から疲労破壊が発生し、破断寿命が著しく低く、バラ
ンスウエイトを取付けていない駆動軸の場合の平均破断
寿命を１とすると、０．３３程度の破断寿命である。こ
れに対し、本発明例１〜１５は、バランスウエイト取付
部からの疲労破壊は発生せず、バランスウエイトを取付
けていない駆動軸と同様に、ジョイント部品接合部にお
いて疲労破壊した。破断寿命もバランスウエイトを取付
けていない駆動軸と同程度であり、本発明の駆動軸にお
いては、バランスウエイト取付部からの疲労破壊が回避
され、バランスウエイトを取付けない場合と同等の高い
疲労強度が得られることがわかる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】本発明を用いれば、回転振れまわりを低
減するためのバランスウエイト取り付けた駆動軸におい
て、ねじり疲労特性を低下させていたバランスウエイト
取付部からの疲労破壊発生を回避することができ、駆動
軸のねじり疲労特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は駆動軸に対して主要な性能評
価であるねじり疲労試験を実施した場合の疲労破壊発生
位置を示す図である。

【図２】本発明の駆動軸に用いるバランスウエイトの構
造の一例を示す図である。

【図３】本発明の駆動軸に用いるバランスウエイトの円
環状部の形状の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 鋼管（駆動軸） ２ バランスウエイト ３ ジョイント部品接合部 ４ ジョイント部品 ５ バランスウエイト溶接部からの疲労割れ ６ ジョイント部品接合部からの疲労割れ ７ 円環状部 ８ ウエイト部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状のゴムの一部にウエイトを配置し
   たバランスウエイトを取付けたことを特徴とする、疲労
   特性に優れた駆動軸。
2. 【請求項２】 円環状の熱収縮性樹脂の一部にウエイト
   を配置したバランスウエイトを取付けたことを特徴とす
   る、疲労特性に優れた駆動軸。
3. 【請求項３】 円環状の形状記憶合金の一部にウエイト
   を配置したバランスウエイトを取付けたことを特徴とす
   る、疲労特性に優れた駆動軸。