JPS5921805B2 - 自動車用プロペラシャフト - Google Patents
自動車用プロペラシャフトInfo
- Publication number
- JPS5921805B2 JPS5921805B2 JP15334076A JP15334076A JPS5921805B2 JP S5921805 B2 JPS5921805 B2 JP S5921805B2 JP 15334076 A JP15334076 A JP 15334076A JP 15334076 A JP15334076 A JP 15334076A JP S5921805 B2 JPS5921805 B2 JP S5921805B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- main body
- reinforcing fibers
- propeller shaft
- diameter
- frm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Motor Power Transmission Devices (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
げ）この発明の技術分野
この発明は、自動車用プロペラシャフトに関する。
時 従来技術とその欠点
自動車のプロペラシャフトは、従来、鋼で作られている
。
。
しかしながら、近年、燃費の向上や、特に高速走行時に
おける振動や騒音を低減して乗り心地や居住性を向上せ
んとして、繊維強化プラスチックや繊維強化金属などの
複合材料（以下、ＦＲＭという）からなるプロペラシャ
フトが検討されるようになつてきた。すなわち、ＦＲＭ
は鋼にくらべて比強度が高いので、それを使用したプロ
ペラシャフトは軽量であり、燃費を節約できる。また、
ＦＲＭは振動減衰性が優れているので、振動や騒音の低
減による乗り心地や居住性の向上も期待できる。しカル
ながら、軽量化という点はともかくとしても、振動や騒
音の低減という点で従来のＦＲＭ製プロペラシャフトは
なお十分でない。すなわち、自動車用プロペラシャフト
に要求される特性は、まず第１に所定のトルクを伝達す
るのに十分なねじり強度を有すること、第２に運転速度
範囲に曲げ危険速度をもたないことであるが、振動や騒
音、特に差動機の歯車騒音を低減するためには、ねじり
剛性をできるだけ低くしてねじり固有振動数を下げるこ
とが必要なのである。しかるに、従来のＦＲＭ製プロペ
ラシャフトにおいては、ねじり強度と曲げ危険速度を向
上することのみが注目され、ねじり剛性を低くしてねじ
り固有振動数を下げ、振動や騒音を低減するということ
にはほとんど注意がはられれていない。←０ この発明
の目的 この発明の目的は、従来のＦＲＭ製プロペラシャフトの
上記欠点を解決し、軽量で燃費が安いばかりか、ねじり
剛性、ひいてはねじり固有振動数が低くて走行時におけ
る振動や騒音が少なく、乗り心地や居住性を向上するこ
とができる自動車用プロペラシャフトを提供するにある
。
おける振動や騒音を低減して乗り心地や居住性を向上せ
んとして、繊維強化プラスチックや繊維強化金属などの
複合材料（以下、ＦＲＭという）からなるプロペラシャ
フトが検討されるようになつてきた。すなわち、ＦＲＭ
は鋼にくらべて比強度が高いので、それを使用したプロ
ペラシャフトは軽量であり、燃費を節約できる。また、
ＦＲＭは振動減衰性が優れているので、振動や騒音の低
減による乗り心地や居住性の向上も期待できる。しカル
ながら、軽量化という点はともかくとしても、振動や騒
音の低減という点で従来のＦＲＭ製プロペラシャフトは
なお十分でない。すなわち、自動車用プロペラシャフト
に要求される特性は、まず第１に所定のトルクを伝達す
るのに十分なねじり強度を有すること、第２に運転速度
範囲に曲げ危険速度をもたないことであるが、振動や騒
音、特に差動機の歯車騒音を低減するためには、ねじり
剛性をできるだけ低くしてねじり固有振動数を下げるこ
とが必要なのである。しかるに、従来のＦＲＭ製プロペ
ラシャフトにおいては、ねじり強度と曲げ危険速度を向
上することのみが注目され、ねじり剛性を低くしてねじ
り固有振動数を下げ、振動や騒音を低減するということ
にはほとんど注意がはられれていない。←０ この発明
の目的 この発明の目的は、従来のＦＲＭ製プロペラシャフトの
上記欠点を解決し、軽量で燃費が安いばかりか、ねじり
剛性、ひいてはねじり固有振動数が低くて走行時におけ
る振動や騒音が少なく、乗り心地や居住性を向上するこ
とができる自動車用プロペラシャフトを提供するにある
。
（−）この発明の構成
上記目的を達成するために、この発明においては、樹脂
または金属を補強繊維で強化してなる複合材料からなり
、かつ一様なテーパーを有する円筒状本体と、前記本体
の大径端に接合した駆動源側ヨークと、前記本体の小径
端に接合した差動機側ヨークとを有し、かつ前記本体の
軸方向に対する前記補強繊維の配列角度は、大径側ほど
大きく、小径側ほど小さくなつていることを特徴とする
自動車用プロペラシャフトが提供される。
または金属を補強繊維で強化してなる複合材料からなり
、かつ一様なテーパーを有する円筒状本体と、前記本体
の大径端に接合した駆動源側ヨークと、前記本体の小径
端に接合した差動機側ヨークとを有し、かつ前記本体の
軸方向に対する前記補強繊維の配列角度は、大径側ほど
大きく、小径側ほど小さくなつていることを特徴とする
自動車用プロペラシャフトが提供される。
この発明のプロペラシヤフトの一実施態様を説明するに
、第１図（概略縦断面図）において、樹脂または金属を
補強繊維で強化してなるＦＲＭからなり、かつ全長にわ
たつて一様なテーパーを有する円筒状本体１の大径端に
金属製の１駆動源側ヨーク２が、また小径端に同様に金
属製の差動機側ヨーク３がそれぞれ接合され、プロペラ
シヤフトが構成されている。
、第１図（概略縦断面図）において、樹脂または金属を
補強繊維で強化してなるＦＲＭからなり、かつ全長にわ
たつて一様なテーパーを有する円筒状本体１の大径端に
金属製の１駆動源側ヨーク２が、また小径端に同様に金
属製の差動機側ヨーク３がそれぞれ接合され、プロペラ
シヤフトが構成されている。
本体１のテーパーの程度は、小径／大径比でみて０．５
〜０．９５程度が適当である０すなわち、０．５未満で
はねじり剛性は小さくなるもののねじり強度が不足しが
ちになり、また０．９５を越えるとねじり剛性がそれほ
ど低くならず、いずれの場合も好ましくない。上記にお
いて、本体は、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂
などの熱硬化性樹脂や、アルミニウム、アルミニウム合
金などの金属をマトリクスとし、そのようなマトリクス
を炭素繊維、ガラス繊維、有機高弾性繊維、ボロン繊維
などの高強度、高弾性繊維で強化してなるＦＲＭからな
つている。
〜０．９５程度が適当である０すなわち、０．５未満で
はねじり剛性は小さくなるもののねじり強度が不足しが
ちになり、また０．９５を越えるとねじり剛性がそれほ
ど低くならず、いずれの場合も好ましくない。上記にお
いて、本体は、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂
などの熱硬化性樹脂や、アルミニウム、アルミニウム合
金などの金属をマトリクスとし、そのようなマトリクス
を炭素繊維、ガラス繊維、有機高弾性繊維、ボロン繊維
などの高強度、高弾性繊維で強化してなるＦＲＭからな
つている。
もつとも、異なる種類の補強繊維を組み合わせて使用し
てもよいし、異なる補強繊維のＦＲＭを複合した、いわ
ゆるハイブリツドＦＲＭで構成してもよいものである。
なかでも、炭素繊維やボロン繊維を補強繊維とし、エポ
キシ樹脂をマトリクスとする、いわゆる繊維強化プラス
チツクであるのが最も好ましい。しかして、そのような
繊維強化プラスチツク製本体は、マンドレルの外周面に
、マトリクス樹脂を含浸した補強繊維をその繊維軸がマ
ンドレルの軸方向に対して所望の方向になるように巻き
付けた後樹脂を硬化させる、いわゆるフイラメントワイ
ンデイング法によつて成形することができる。マンドレ
ルに補強繊維の織物や編組を巻き付け、あるいは被せた
後、それにマトリクスとなる樹脂を含浸し、硬化させた
後マンドレルを引き抜くようにしてもよい。さらに、，
補強繊維のプリプレグ、たとえば補強繊維を互に並行に
引き揃えてなるシート状またはテープ状プリプレグをマ
ンドレルに巻き付け、樹脂を硬化させた後にマンドレル
を引き抜いて成形してもよい。本体における補強繊維の
配列は、その軸方向に対する角度が大径側ほど大きく、
小径側ほど小さくなつている必要がある。つまり、小径
側ほど補強繊維が横たわつている。そのため、第２図に
補強繊維の配列角度θとねじり剛性Ｇとの関係で示すよ
うに小径側ほどねじり剛性が低くなり、これと直径の減
少にともなうねじり剛性の低下が相乗的に作用して、プ
ロペラシヤフトのねじり剛性を著しく低くすることがで
きるわけである。しかも、第２図から、補強繊維の配列
角度が小さくなると軸方向弾性率Ｅが増大するので、固
有振動数が低下するということもない。しかして、上述
したフイラメントワインデイング法によれば、マンドレ
ルの回転数と補強繊維の送り速度が一定であつても、マ
〕′ドレルの軸方向に対する補強繊維の配列角度がマン
ドレルの直径の変化に応じて変わり、直径が小さくなる
ほど上記配列角度が小さくなる。また、肉厚も小径側ほ
ど厚くなる。小径側で肉厚が増大するということは、ね
じり強度の低下を補償するという点でも好ましいことで
ある。（４）この発明の効果 この発明の自動車用プロペラシヤフトは、一様なテーパ
ーを有するＦＲＭ製円筒状本体を有し、かつその軸方向
に対する補強繊維の配列角度を大径側ほど大きく、小径
側ほど小さくしているからして、ねじり剛性が著しく低
く、それだけねじり固有振動数が低くなつて振動や騒音
が大幅に低減される。
てもよいし、異なる補強繊維のＦＲＭを複合した、いわ
ゆるハイブリツドＦＲＭで構成してもよいものである。
なかでも、炭素繊維やボロン繊維を補強繊維とし、エポ
キシ樹脂をマトリクスとする、いわゆる繊維強化プラス
チツクであるのが最も好ましい。しかして、そのような
繊維強化プラスチツク製本体は、マンドレルの外周面に
、マトリクス樹脂を含浸した補強繊維をその繊維軸がマ
ンドレルの軸方向に対して所望の方向になるように巻き
付けた後樹脂を硬化させる、いわゆるフイラメントワイ
ンデイング法によつて成形することができる。マンドレ
ルに補強繊維の織物や編組を巻き付け、あるいは被せた
後、それにマトリクスとなる樹脂を含浸し、硬化させた
後マンドレルを引き抜くようにしてもよい。さらに、，
補強繊維のプリプレグ、たとえば補強繊維を互に並行に
引き揃えてなるシート状またはテープ状プリプレグをマ
ンドレルに巻き付け、樹脂を硬化させた後にマンドレル
を引き抜いて成形してもよい。本体における補強繊維の
配列は、その軸方向に対する角度が大径側ほど大きく、
小径側ほど小さくなつている必要がある。つまり、小径
側ほど補強繊維が横たわつている。そのため、第２図に
補強繊維の配列角度θとねじり剛性Ｇとの関係で示すよ
うに小径側ほどねじり剛性が低くなり、これと直径の減
少にともなうねじり剛性の低下が相乗的に作用して、プ
ロペラシヤフトのねじり剛性を著しく低くすることがで
きるわけである。しかも、第２図から、補強繊維の配列
角度が小さくなると軸方向弾性率Ｅが増大するので、固
有振動数が低下するということもない。しかして、上述
したフイラメントワインデイング法によれば、マンドレ
ルの回転数と補強繊維の送り速度が一定であつても、マ
〕′ドレルの軸方向に対する補強繊維の配列角度がマン
ドレルの直径の変化に応じて変わり、直径が小さくなる
ほど上記配列角度が小さくなる。また、肉厚も小径側ほ
ど厚くなる。小径側で肉厚が増大するということは、ね
じり強度の低下を補償するという点でも好ましいことで
ある。（４）この発明の効果 この発明の自動車用プロペラシヤフトは、一様なテーパ
ーを有するＦＲＭ製円筒状本体を有し、かつその軸方向
に対する補強繊維の配列角度を大径側ほど大きく、小径
側ほど小さくしているからして、ねじり剛性が著しく低
く、それだけねじり固有振動数が低くなつて振動や騒音
が大幅に低減される。
振動や騒音の抑制は、本体を振動吸収性に優れたＦＲＭ
で構成していることによつて一層助長される。振動や騒
音が少ないから、乗り心地や居住性が向上する。しかも
、本体を比強度の大きいＦＲＭで構成しているから、軽
量であるという従来のＦＲＭ製プロペラシヤフトの特性
は何ら損われず、燃費が安い。実施例 伝達トルクが１００ｋ９・ｍ以上で、かつ曲げ１次危険
速度が８０００回転／分以上である自動車用プロペラシ
ヤフトを想定し、補強繊維として東レ株式会社製炭素繊
維“トレカ”Ｔ−３００を、マトリクス樹脂としてシエ
ルエポキシ株式会社製エポキシ樹脂６エピコート７８２
８をそれぞれ使用し、フイラメントワインデイング法を
用い、外径が６９ｍＩ１内径が６５ｍｍ１長さが１００
０ｍ１で、軸方向に対する炭素繊維の配列角度が±３０
０の一様なヘリカル巻である。
で構成していることによつて一層助長される。振動や騒
音が少ないから、乗り心地や居住性が向上する。しかも
、本体を比強度の大きいＦＲＭで構成しているから、軽
量であるという従来のＦＲＭ製プロペラシヤフトの特性
は何ら損われず、燃費が安い。実施例 伝達トルクが１００ｋ９・ｍ以上で、かつ曲げ１次危険
速度が８０００回転／分以上である自動車用プロペラシ
ヤフトを想定し、補強繊維として東レ株式会社製炭素繊
維“トレカ”Ｔ−３００を、マトリクス樹脂としてシエ
ルエポキシ株式会社製エポキシ樹脂６エピコート７８２
８をそれぞれ使用し、フイラメントワインデイング法を
用い、外径が６９ｍＩ１内径が６５ｍｍ１長さが１００
０ｍ１で、軸方向に対する炭素繊維の配列角度が±３０
０の一様なヘリカル巻である。
テーパーを有しない円筒状本体を成形した。この本体の
補強繊維の体積含有率は、約６０％であつた。一方、同
様にフイラメントワインデイング法によつて、一端の内
径が６５ｍ』他端の内径が５２Ｍｍｌ長さが１０００ｍ
ｍで、軸方向に１３／１０００の一様なテーパーをもつ
円筒状本体を成形した。
補強繊維の体積含有率は、約６０％であつた。一方、同
様にフイラメントワインデイング法によつて、一端の内
径が６５ｍ』他端の内径が５２Ｍｍｌ長さが１０００ｍ
ｍで、軸方向に１３／１０００の一様なテーパーをもつ
円筒状本体を成形した。
この本体の肉厚は、大径側で約２ｍｍ、小径側で約２．
５ｍｍであり、補強繊維の体積含有率は約６０％であつ
た。また、本体の軸方向に対する補強繊維の配列角度は
、大径端で約±３００、小径端で約±２４角であり、大
径側から小径側に向かつて徐徐に小さくなつていた。次
に、上記２種類の本体の軸方向両端にそれぞれ金属製の
ヨークを接着し、プロペラシヤフトを作つた。
５ｍｍであり、補強繊維の体積含有率は約６０％であつ
た。また、本体の軸方向に対する補強繊維の配列角度は
、大径端で約±３００、小径端で約±２４角であり、大
径側から小径側に向かつて徐徐に小さくなつていた。次
に、上記２種類の本体の軸方向両端にそれぞれ金属製の
ヨークを接着し、プロペラシヤフトを作つた。
以下においては、一様な直径の本体を有するものを比較
品といい、テーパー付本体を有するものを発明品という
。次に、上記比較品について、加振試験によつて曲げ１
次危険速度を測定したところ、約９４００回転／分であ
つた。
品といい、テーパー付本体を有するものを発明品という
。次に、上記比較品について、加振試験によつて曲げ１
次危険速度を測定したところ、約９４００回転／分であ
つた。
また、ねじり試験を行つたところ、約１４５ｋ９・ｍの
トルクで座屈を生じた。ねじり剛性は約１１．３×１０
８ｋ９・ＭＩＬであつた。次に、発明品について同様の
試験をしたところ、曲げ１次危険速度は約９７００回転
／分であり、比較品のそれよりも３００回転／分ほど高
かつた。また、座屈による破壊トルクは約１６４ｋ９・
ｍと比較品のそれの約１．１３倍であつた。さらに、ね
じり剛性は約７．７×１０８ｋ９・ＭｆＬであり、比較
品のそれより３．６Ｘ１０８ｋ９・Ｍ７ｌも低くなつて
いた。すなわち、この発明のプロペラシヤフトは、テー
パー付本体を有しない従来のものにくらべてねじり剛性
が著しく低くなつており、それだけねじり固有振動数が
低くなつて振動や騒音が低減されることがわかる。しか
も、曲げ１次危険速度やねじり強度において、この発明
のプロペラシヤフトは従来のそれにくらべて優るとも劣
らない。
トルクで座屈を生じた。ねじり剛性は約１１．３×１０
８ｋ９・ＭＩＬであつた。次に、発明品について同様の
試験をしたところ、曲げ１次危険速度は約９７００回転
／分であり、比較品のそれよりも３００回転／分ほど高
かつた。また、座屈による破壊トルクは約１６４ｋ９・
ｍと比較品のそれの約１．１３倍であつた。さらに、ね
じり剛性は約７．７×１０８ｋ９・ＭｆＬであり、比較
品のそれより３．６Ｘ１０８ｋ９・Ｍ７ｌも低くなつて
いた。すなわち、この発明のプロペラシヤフトは、テー
パー付本体を有しない従来のものにくらべてねじり剛性
が著しく低くなつており、それだけねじり固有振動数が
低くなつて振動や騒音が低減されることがわかる。しか
も、曲げ１次危険速度やねじり強度において、この発明
のプロペラシヤフトは従来のそれにくらべて優るとも劣
らない。
第１図は、この発明の自動車用プロペラシヤフトの一実
施態様を示す概略縦断面図、第２図は、本体の軸方向に
対する補強繊維の配列角度θとねじり剛性Ｇおよび軸方
向弾性率Ｅとの関係を示すグラフである。 １・・・・・・ＦＲＭ製本体、２・・・・・・駆動源側
ヨーク、３・・・・・・差動機側ヨーク、４・・・・・
・プロペラシヤフト。
施態様を示す概略縦断面図、第２図は、本体の軸方向に
対する補強繊維の配列角度θとねじり剛性Ｇおよび軸方
向弾性率Ｅとの関係を示すグラフである。 １・・・・・・ＦＲＭ製本体、２・・・・・・駆動源側
ヨーク、３・・・・・・差動機側ヨーク、４・・・・・
・プロペラシヤフト。
Claims (1)
- １ 樹脂または金属を補強繊維で強化してなる複合材料
からなり、かつ一様なテーパーを有する円筒状本体と、
前記本体の大径端に接合した駆動源側ヨークと、前記本
体の小径端に接合した差動機側ヨークとを有し、かつ前
記本体の軸方向に対する前記補強繊維の配列角度は、大
径側ほど大きく、小径側ほど小さくなつていることを特
徴とする自動車用プロペラシャフト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15334076A JPS5921805B2 (ja) | 1976-12-22 | 1976-12-22 | 自動車用プロペラシャフト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15334076A JPS5921805B2 (ja) | 1976-12-22 | 1976-12-22 | 自動車用プロペラシャフト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5378529A JPS5378529A (en) | 1978-07-12 |
| JPS5921805B2 true JPS5921805B2 (ja) | 1984-05-22 |
Family
ID=15560324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15334076A Expired JPS5921805B2 (ja) | 1976-12-22 | 1976-12-22 | 自動車用プロペラシャフト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5921805B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3341077C2 (de) * | 1983-11-12 | 1996-11-14 | Volkswagen Ag | Gelenkwelle, insbesondere Antriebswelle für Räder eines Kraftfahrzeugs |
| DE4011082A1 (de) * | 1990-04-05 | 1991-10-10 | Gkn Automotive Ag | Antriebswelle |
-
1976
- 1976-12-22 JP JP15334076A patent/JPS5921805B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5378529A (en) | 1978-07-12 |
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