WO2020174698A1

WO2020174698A1 - 動力伝達軸の製造方法

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Publication number: WO2020174698A1
Application number: PCT/JP2019/010053
Authority: WO
Inventors: 森　健一; 貴博中山; 一希大田
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2021-08-27
Also published as: JP6539422B1; JP2020139530A

Abstract

少なくとも一端が閉塞された閉塞部（８）を有する繊維強化プラスチック製の管体（２）と、管体（２）の端部に接続するスタブシャフト（４）と、を備える動力伝達軸の製造方法であって、管体（２）を準備する準備工程と、準備工程の後に、閉塞部（８）にスタブシャフト（４）を押し込む押込工程と、押込工程の後に、閉塞部（８）を硬化させる硬化工程と、を備える。管体（２）とスタブシャフト（４）との接続部は多角形状に形成されている。

Description

動力伝達軸の製造方法

　本発明は、動力伝達軸の製造方法に関する。

　自動車のプロペラシャフト（動力伝達軸）は、車両の前後方向に延びて、原動機で発生し変速装置で減速された動力を終減速装置に伝達する。プロペラシャフトの従来例として、繊維強化プラスチック製の管体と、管体の端部に接続する連結部材と、を備えたものが挙げられる（例えば、特許文献１）。特許文献１には、管体の端部の開口部に、連結部材をセレーション係合を伴って圧入して接続する技術が記載されている。

特開平７－２０５３４０号公報

　しかしながら、特許文献１の接続構造によれば、圧入状態の保持のためおよび車両の前方衝突の際のスライド荷重の制御のために、セレーションの加工精度を上げる必要があり、動力伝達軸の製造コストが高くなる。また、管体には、圧入状態を保持するために、連結部材との接続範囲にフープ巻き層を追加形成する必要があり、この点からも動力伝達軸の製造コストが高くなる。さらに、セレーションから水や塵埃等が管体の内部に浸入するおそれもある。

　本発明は、以上のような問題を解決するために行われたものであり、その目的は、管体と連結部材とを簡単な構造で接続でき、製造コストの低減を図れる動力伝達軸の製造方法を提供することにある。

　前記課題を解決するため、本発明は、少なくとも一端が閉塞された閉塞部を有する繊維強化プラスチック製の管体と、前記管体の端部に接続する連結部材と、を備える動力伝達軸の製造方法であって、前記管体を準備する準備工程と、前記準備工程の後に、前記閉塞部に前記連結部材を押し込む押込工程と、前記押込工程の後に、前記閉塞部を硬化させる硬化工程と、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、セレーション加工が不要となり、管体の変形および硬化を利用して管体と連結部材とを簡単に接続できるので、製造コストの低減を図れる。接着剤も不要となり、作業工程が簡略化される。管体は、閉塞部により端部が塞がれているので、管体の内部への水や塵埃等の浸入のおそれもない。

第一実施形態の動力伝達軸の側面図である。第一実施形態の製造方法における準備工程の説明図である。第一実施形態の製造方法における押込工程の説明図である。第一実施形態の製造方法における硬化工程の説明図である。動力伝達軸の製造方法のフローチャートである。第二実施形態の製造方法における準備工程の説明図である。第二実施形態の製造方法における押込工程の説明図である。第二実施形態の製造方法における硬化工程の説明図である。第三実施形態の動力伝達軸の側面図である。第四実施形態の動力伝達軸の側面図である。

　各実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態では、本発明の動力伝達軸を、ＦＦ（Ｆｒｏｎｔ－ｅｎｇｉｎｅ　Ｆｒｏｎｔ－ｄｒｉｖｅ）ベースの四輪駆動車に搭載されるプロペラシャフトに適用した例を挙げる。また、各実施形態で共通する技術的要素には、共通の符号を付し、重複説明は省略する。

　図１に示すように、動力伝達軸１は、軸線Ｏ１を中心軸とする管体２と、管体２の第一接続部１２０の内側に接続する連結部材としてのスタブヨーク３と、管体２の第二接続部１３０の内側に接続する連結部材としてのスタブシャフト４とを備えている。管体２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成されている。本発明において繊維強化プラスチックに使用される強化繊維は、炭素繊維に限られず、ガラス繊維やアラミド繊維であってもよい。

　管体２は、本体部１１０と、本体部１１０の前側に配置された第一接続部１２０と、本体部１１０の後側に配置された第二接続部１３０と、本体部１１０と第二接続部１３０との間に位置する傾斜部１４０と、を備えている。

　本体部１１０の外径は、中央部１１３から両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）に向かうに連れて縮径しており、中央部１１３の外径は両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）の外径よりも大きい。つまり、軸線Ｏ１に沿って本体部１１０を切った場合には、本体部１１０の外周面の断面形状は、緩やかな曲線を描き、外側に向けて突出する円弧状となっている。よって、本体部１１０の外形は、中央部１１３が径方向外側に膨らんだ樽形状（バレル形状）となっている。また、本体部１１０の板厚は、両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）から中央部１１３に向うにしたがい薄くなっており、中央部１１３の板厚は、両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）の板厚よりも薄く形成されている。

　第一接続部１２０の内周面は、スタブヨーク３の多角形状の接続部５に倣った多角形状を呈している。第二接続部１３０の内周面も、スタブシャフト４の多角形状の接続部６に倣った多角形状を呈している。

　傾斜部１４０の外径は、本体部１１０側から第二接続部１３０側に向かうにしたがい次第に縮径し、円錐台形状となっている。傾斜部１４０の板厚は、第二接続部１３０側（後側）の端部から本体部１１０側（前側）の端部に向かうに連れて漸次薄くなっている。このため、傾斜部１４０のうち前端部の板厚が最も薄く、脆弱部を構成している。以上から、動力伝達軸１に車両が前方から衝突されて衝突荷重が入力すると、軸線Ｏ１に対して傾斜する傾斜部１４０にせん断力が作用する。そして、傾斜部１４０に作用するせん断力が所定値を超えると、傾斜部１４０の前端部（脆弱部）が破損する。このため、車両衝突時、車体の前部に搭載されたエンジンや変速機は速やかに後退し、衝突エネルギーは車体の前部により吸収される。

　スタブヨーク３は、カルダンジョイントを構成する金属製の部材である。スタブヨーク３の接続部５は、後端側が開口した筒形状を呈している。接続部５の外周面は、軸線Ｏ１方向視で多角形状を呈している。

　スタブシャフト４は、等速ジョイントを構成する金属製の部材である。スタブシャフト４は、等速ジョイントの動力伝達部材に一体に回転するように連結する連結部７と、連結部７の前端に形成され、後記するように閉塞部８に押し込まれることで管体２の第二接続部１３０の内側に接続する接続部６と、を備えている。接続部６の外周面は、軸線Ｏ１方向視で多角形状を呈している。

　以下、本発明に係る製造方法を、管体２とスタブシャフト４との接続構造に適用した場合について説明する。
　［第一実施形態］
　第一実施形態は、管体２が熱硬化性樹脂を含む場合の製造方法に関する。第一実施形態の製造方法は、図５のフローチャートに示すように、端部に閉塞部８が形成された管体２を準備する準備工程（ステップＳ１）と、軟化状態の閉塞部８にスタブシャフト４を押し込む押込工程（ステップＳ２）と、閉塞部８を硬化させる硬化工程（ステップＳ３）と、を備えている。

　（準備工程）
　図２に示すように、管体２の第二接続部１３０の後端部は、開口することなく、管体２の内部を閉塞するように、後方に対向した閉塞部８が周面部から一体に形成されている。閉塞部８は平面状でもよいし曲面状でもよい。準備工程では、少なくともこの閉塞部８が熱硬化前の軟化状態として、管体２を準備する。

　（押込工程）
　準備工程の後、図３に示すように、押込工程では、スタブシャフト４の接続部６を軟化状態の閉塞部８に軸線Ｏ１に沿って前方に押し込む。これにより、閉塞部８が塑性変形し、閉塞部８には、接続部６の外形に倣った凹部９が形成される。凹部９は、その底部が接続部６の前端面に密着するとともに、その内周部が接続部６の多角形状部に密着した多角形状を呈する。なお、閉塞部８の変形に伴って第二接続部１３０の周面部が変形しないように、押込工程においては、第二接続部１３０の外周に環状の押え治具１０をあてがってもよい。

　（硬化工程）
　押込工程の後、図４に示すように、硬化工程では閉塞部８を図示しない加熱手段により熱硬化させる。閉塞部８が硬化することにより、凹部９が接続部６の表面に強固に密着し、管体２とスタブシャフト４とが接続される。加熱手段としては、管２およびスタブシャフト４を加熱炉に設置するようにしてもよいし、前記押え治具１０に加熱装置を内蔵させ、この加熱装置で閉塞部８を加熱するようにしてもよい。

　以上のように、繊維強化プラスチック製の管体２と、管体２の端部に接続する連結部材（スタブシャフト４）と、を備える動力伝達軸１に関して、前記した準備工程と押込工程と硬化工程とを備える製造方法とすれば、精度の高いセレーション加工が不要となり、管体２の変形および硬化を利用して管体２と連結部材とを簡単に接続でき、製造コストの低減を図れる。接着剤も不要となり、作業工程が簡略化される。管体２は、閉塞部８により端部が塞がれているので、管体２の内部への水や塵埃等の浸入のおそれもない。

　また、管体２と連結部材（スタブシャフト４）との接続部として多角形状に形成したことにより、管体２とスタブシャフト４との間での回転の動力伝達性能が向上する。

　さらに、本実施形態では、管体２が、中央部１１３から両端部（前端部（他端部）１１１、後端部（一端部）１１２）に向かうに連れて外径が縮径する本体部１１０を備える。これによれば、曲げ応力が集中し易い管体２の本体部１１０に樽形状部が形成され、所定の曲げ強度を有することとなる。一方で、曲げ応力が集中し難い本体部１１０の両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）は、外径が小径に形成されることで軽量化されている。本体部１１０の中央部１１３においても、板厚が薄くなっていることで軽量化されている。よって、動力伝達軸１は、中央部１１３の所定の曲げ剛性を確保しつつ軽量化がなされ、危険回転数が上昇する。

　［第二実施形態］
　第二実施形態は、管体２が熱可塑性樹脂を含む場合の製造方法に関する。第二実施形態の製造方法も、端部に閉塞部８が形成された管体２を準備する準備工程と、軟化状態の閉塞部８にスタブシャフト４を押し込む押込工程と、閉塞部８を硬化させる硬化工程と、を備えている。

　（準備工程）
　図６に示すように、管体２の第二接続部１３０の後端部は、開口することなく、管体２の内部を閉塞するように、後方に対向した閉塞部８が周面部から一体に形成されている。第二実施形態の準備工程では、閉塞部８を加熱して軟化させる加熱工程を備える。加熱手段としては、例えば第二接続部１３０の外周にあてがう環状の加熱装置１１とする。

　（押込工程）
　準備工程の後、図７に示すように、押込工程では、スタブシャフト４の接続部６を軟化状態の閉塞部８に軸線Ｏ１に沿って前方に押し込む。これにより、閉塞部８が塑性変形し、閉塞部８には、接続部６の外形に倣った凹部９が形成される。凹部９は、その底部が接続部６の前端面に密着するとともに、その内周部が接続部６の多角形状部に密着した多角形状を呈する。

　（硬化工程）
　押込工程の後、図８に示すように、硬化工程では閉塞部８を自然冷却等により冷却硬化させる。閉塞部８が硬化することにより、凹部９が接続部６の表面に強固に密着し、管体２とスタブシャフト４とが接続される。

　第二実施形態の製造方法によっても、複雑なセレーション加工が不要となり、管体２の変形および硬化を利用して管体２と連結部材とを簡単に接続できる。接着剤も不要となり、作業工程が簡略化される。管体２は、閉塞部８により端部が塞がれているので、管体２の内部への水や塵埃等の浸入が無い。

　［第三実施形態］
　第三実施形態の動力伝達軸の製造方法も、第一実施形態と同様に、端部に閉塞部８が形成された管体２を準備する準備工程と、軟化状態の閉塞部８にスタブシャフト４を押し込む押込工程と、閉塞部８を硬化させる硬化工程と、を備えている。図９に示すように、第三実施形態の動力伝達軸１０１は、管体２が、一端部（後端部１１２）から他端部（前端部１１１）まで外径が均一に形成された本体部１１０を備えている。

　管体２の本体部１１０の外径を均一にすることにより、管体２の形状を簡素化でき、成型コストの低減を図れる。

　［第四実施形態］
　第四実施形態の動力伝達軸の製造方法も、第一実施形態と同様に、端部に閉塞部８が形成された管体２を準備する準備工程と、軟化状態の閉塞部８にスタブシャフト４を押し込む押込工程と、閉塞部８を硬化させる硬化工程と、を備えている。図１０に示すように、第四実施形態の動力伝達軸２０１は、管体２が、中央部１１３から前端部（他端部）１１１まで外径が均一に形成され、中央部１１３から後端部（一端部）１１２に向かうに連れて外径が縮径し、外周面が軸線Ｏ１方向に曲線状に形成された本体部１１０を備えている。

　このような本体部１１０を備えることにより、管体２の形状の簡素化と強度の向上との両立を図れる。

　以上、好適な実施形態を説明した。各実施形態では、管体２とスタブシャフト４との接続に本発明の製造方法を適用したが、本発明は、管体２とスタブヨーク３との接続においても適用可能である。

　１，１０１，２０１　動力伝達軸
　２　　管体
　３　　スタブヨーク（連結部材）
　４　　スタブシャフト（連結部材）
　８　　閉塞部
　９　　凹部

Claims

　少なくとも一端が閉塞された閉塞部を有する繊維強化プラスチック製の管体と、前記管体の端部に接続する連結部材と、を備える動力伝達軸の製造方法であって、
　前記管体を準備する準備工程と、
　前記準備工程の後に、前記閉塞部に前記連結部材を押し込む押込工程と、
　前記押込工程の後に、前記閉塞部を硬化させる硬化工程と、
　を備えることを特徴とする動力伝達軸の製造方法。
　前記管体は熱可塑性樹脂を含み、
　前記準備工程において、前記閉塞部を加熱する加熱工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達軸の製造方法。
　前記管体と前記連結部材との接続部は多角形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動力伝達軸の製造方法。
　前記管体は、中央部から両端部に向かうに連れて外径が縮径し、外周面が前記両端部の一端部から他端部にかけて軸線方向に円弧状に形成された本体部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達軸の製造方法。
　前記管体は、一端部から他端部まで外径が均一に形成された本体部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達軸の製造方法。
　前記管体は、中央部から他端部まで外径が均一に形成され、前記中央部から一端部に向かうに連れて外径が縮径し、外周面が軸線方向に曲線状に形成された本体部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達軸の製造方法。