JPH0791432A - プロペラシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い捩り強度を確保しつつ、軸方向圧縮衝撃
荷重に対し、確実に目標とする破壊を開始させ得るＦＲ
Ｐ製プロペラシャフトを提供する。 【構成】 ＦＲＰ製本体筒１の端部に金属製継手２が接
合されたプロペラシャフトにおいて、金属製継手２に、
筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒１に破壊の起点を
生じさせるトリガ部３が設けられている、あるいは、金
属製継手自身に破壊を開始させる弱部が設けられている
プロペラシャフト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車等のプロペラ
シャフトに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、省エネルギーの観点から燃費の向
上を目的とした自動車の軽量化が強く望まれている。そ
の一つの手段としてプロペラシャフトを金属製のものか
らＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のものに代替させ
ることが検討されている。その際、使用する強化繊維に
も種々あり、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド
繊維等が検討されているが、この中で特に、強度、弾性
率の面から炭素繊維を強化繊維とするＣＦＲＰ（炭素繊
維強化プラスチック）が有力とされている。

【０００３】自動車のプロペラシャフトは、エンジンか
ら発生する大きなトルクを伝達する必要があることか
ら、１００〜４００ｋｇｆ・ｍ程度の捩り強度を必要と
する。これまでのＣＦＲＰ製プロペラシャフト、特にそ
の本体筒部は、特開平２−２３６０１４号公報等に記載
されているように、必要なトルクを伝達させるために積
層角度とその積層構成、シャフトのサイズ（内径、外
径、肉厚）、使用する強化繊維の種類、繊維の含有率な
どをパラメータとして設計されている。これらの設計パ
ラメータを適切に設定することにより、上述のような実
用上必要とされる捩り強度の達成が可能となる。

【０００４】ところで、近年、自動車の衝突事故時の安
全性に関し、種々の検討が進められている。例えば、自
動車車体等をクラッシャブルな構造とし、衝突時の衝撃
エネルギーを、徐々に破壊する車体によって効果的に吸
収し、乗員の安全をはかる研究が進められている。

【０００５】ＦＲＰ製プロペラシャフトを設計するにあ
たり、仮に高剛性のみを追求し、軸方向衝撃荷重に対し
て高すぎる剛性を有するプロペラシャフトとするなら
ば、衝突時にプロペラシャフトがつっかい棒となって、
車体をクラッシャブルな構造とした効果が損なわれてし
まうであろう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、Ｆ
ＲＰ製プロペラシャフトにおいて、自動車用等に必要と
される高い捩り強度を確保しつつ、軸方向衝撃荷重に対
しては、クラッシャブルな車体等に合わせて、必要な破
壊を確実に進行させることのできる、プロペラシャフト
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明においては、主として金属製継手側に、筒
軸方向圧縮衝撃荷重に対して適切な破壊を生じさせるた
めの種々の工夫が施されている。すなわち、この発明の
プロペラシャフトは、ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継
手が接合されたプロペラシャフトにおいて、金属製継手
に、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒に破壊の起点
を生じさせるトリガ部が設けられていることを特徴とす
るものからなる。つまり、ＦＲＰ製本体筒の破壊のため
のトリガが金属製継手に設けられる。

【０００８】ここで上記トリガ部は、例えば、金属製継
手の、本体筒との接合面に形成された三角形状突起から
なる。

【０００９】上記三角形状突起のテーパ角度、位置、数
等を適切に設定することにより、目標とするトリガ部が
形成される。

【００１０】また、この発明に係るもう一つのプロペラ
シャフトは、ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手が接合
されたプロペラシャフトにおいて、金属製継手に、筒軸
方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒の圧縮強度よりも低い
圧縮強度を有する弱部を設けたことを特徴とするものか
らなる。つまり、金属製継手に、自身の破壊の起点とな
る弱部が設けられる。

【００１１】上記弱部は、たとえば、金属製継手の円筒
壁部を薄肉化することにより形成されるか、あるいは、
金属製継手に切り欠きを設けることにより形成される。

【００１２】この弱部は金属製部材に形成されるもので
あるから、該弱部には、略完全に、設計計算通りの圧縮
強度をもたせることができる。

【００１３】また、この発明に係るさらにもう一つのプ
ロペラシャフトは、ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手
が接合されたプロペラシャフトにおいて、本体筒の端縁
に、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒の破壊の起点
となる面取り部が設けられ、金属製継手が、前記面取り
部と対向するように、かつ、筒軸方向圧縮荷重に応じて
筒軸方向に移動可能に、圧入により接合されていること
を特徴とするものからなる。つまり、破壊の起点となる
トリガは本体筒自身に設けられるが、そのトリガを作動
させるために、金属製継手が、本体筒との接合面に沿っ
て軸方向に移動可能に設けられる。

【００１４】この構造においては、金属製継手が、も
し、本体筒との接合面に沿って軸方向に所定通りに移動
しなかった場合、金属製継手が、本体筒の端縁に設けら
れた、トリガとしての面取り部に接触できないことにな
り、本体筒に所望の破壊が生じないことになるが、この
ような場合を想定して、金属製継手に、軸方向圧縮衝撃
荷重に対して本体筒の圧縮強度よりも小さい圧縮強度を
有する、弱部を形成しておくこともできる。

【００１５】さらにまた、この発明に係るもう一つのプ
ロペラシャフトは、ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手
が接合されたプロペラシャフトにおいて、金属製継手の
最大回転半径が、ＦＲＰ製本体筒の内半径よりも小さ
く、ＦＲＰ製本体筒の筒底面となる金属製継手のフラン
ジ部が、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対する本体筒の圧縮強
度よりも低い曲げ強度を有する弱部を形成していること
を特徴とするものからなる。つまり、金属製継手を特定
の構造とし、そのフランジ部に、曲げ強度の小さい、金
属製継手自身の破壊の起点となる弱部が形成される。

【００１６】

【作用】このようなプロペラシャフトにおいては、金属
製継手側に、ＦＲＰ製本体筒に破壊の起点を生じさせる
トリガ部、あるいは、金属製継手自身を意図的に破壊さ
せる弱部が設けられる。したがって、プロペラシャフト
にあるレベル以上の筒軸方向圧縮衝撃荷重が加わった場
合、必ず、前者にあっては、トリガ部に対応するＦＲＰ
製本体筒部位から、後者にあっては、金属製継手の弱部
から、破壊が開始、進行する。これらトリガ部あるいは
弱部は、ＦＲＰ製本体筒の捩り強度は実質的に低下させ
ない構造をとっているので、通常使用時の、ＦＲＰ製本
体筒の捩り強度は十分に高い値に保持され得る。

【００１７】したがって、プロペラシャフト全体とし
て、自動車用等に要求される高い捩り強度を満足させな
がら、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対しては、必要に応じ
て、確実にＦＲＰ製本体筒あるいは金属製継手の破壊を
開始させることができ、効果的に衝撃エネルギーを吸収
させることができる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明のプロペラシャフトの実施例
について、図面を参照して詳述する。図１は、本発明の
第１実施例に係るプロペラシャフトを示している。図に
おいて、１はＦＲＰ製本体筒を示しており、２は本体筒
１の端部に圧入により接合される金属製継手を示してい
る。

【００１９】本実施例では、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対
して本体筒１に破壊の起点を生じさせるトリガ部３が、
金属製継手２の、本体筒１との圧入面に設けられてい
る。トリガ部３は、圧入面から外径方向にテーパ状に張
り出した、三角形状の突起から形成されており、圧入面
の周方向に複数配設されている。

【００２０】三角形状のトリガ部３は、継手２をＦＲＰ
製本体筒１に圧入する際に、図示の如く、本体筒１の内
周面に食い込むので、この部分に、筒軸方向圧縮荷重に
対する破壊の起点を生じさせる。また、圧入面周方向に
複数配設されたトリガ部３が本体筒１内周面に食い込む
ので、継手２と本体筒１との接合強度が向上するととも
に、接合面の捩り強度については増大する方向となる。

【００２１】したがって、ＦＲＰ製本体筒１や本体筒１
と継手２との接合部の捩り強度を低下させることなく、
圧縮衝撃荷重に対しては、ＦＲＰ製本体筒１に、目標と
する圧縮破壊を確実に開始させることができる。

【００２２】なお、圧縮に対する破壊開始荷重は、三角
形状突起からなるトリガ部３のテーパ角度、配設位置、
数等により、自由に最適な荷重に設定可能である。

【００２３】図２は、本発明の第２実施例に係るプロペ
ラシャフトを示している。本実施例では、ＦＲＰ製本体
筒１１の端部に圧入接合される金属製継手１２に、軸方
向圧縮衝撃荷重に対してＦＲＰ製本体筒１１の圧縮強度
よりも小さい圧縮強度を有する、弱部１３が設けられて
いる。この弱部１３は、金属製継手１２の円筒壁部を薄
肉化することにより形成されている。このような薄肉の
弱部１３は、圧縮荷重に対し、屈曲して破壊することが
できる。

【００２４】このように、金属製継手１２自身に、破壊
の起点を設けてもよい。金属製部材への弱部１３の形成
であるから、圧縮破壊荷重も、容易に目標値に設定可能
である。また、ＦＲＰ製本体筒１１側には弱部、あるい
は破壊のトリガは設けられないので、所定の性能がその
まま発揮され、自動車用等に要求される捩り強度もその
まま維持される。したがって、プロペラシャフト全体と
して、捩り強度を低下させることなく、筒軸方向圧縮衝
撃荷重に対しては、金属製継手１２側において、確実に
所望の破壊を開始させることができる。

【００２５】上記実施例では、金属製継手の弱部を円筒
壁の薄肉化によって形成したが、これに限定されず、た
とえば図３に示すように、金属製継手２１に周方向に環
状に延びる切り欠き２２を設けることにより弱部を形成
してもよい。

【００２６】図４は、本発明の第３実施例に係るプロペ
ラシャフトを示している。本実施例では、ＦＲＰ製本体
筒３１の端縁に、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒
３１の破壊の起点となる面取り３２が施されており、金
属製継手３３が、軸方向に前記面取り部３２と、対向面
３４で、間隔をもって対向するように、かつ、筒軸方向
圧縮荷重に応じて、本体筒３１との接合面３５に沿って
軸方向に移動可能に、本体筒３１の端部に圧入されてい
る。金属製継手３３の圧入部には、逃げ３６が形成され
ている。

【００２７】このような構造においては、あるレベル以
上の筒軸方向圧縮衝撃荷重が加わると、金属製継手３３
が軸方向に移動し、その対向面３４がトリガ部としての
本体筒３１端縁の面取り部３２に当たり、そこを起点と
して本体筒３１に必要な破壊を生じさせる。

【００２８】このような構造においては、金属製継手３
３が、もし、本体筒３１との接合面３５に沿って軸方向
に所定通りに移動しなかった場合、金属製継手３３は、
面取り部３２に接触できないことになるので、このよう
な場合を想定して、金属製継手に、筒軸方向圧縮衝撃荷
重に対して本体筒の圧縮強度よりも低い圧縮強度を有す
る、弱部を形成しておくこともできる。たとえば、図５
に示すように、金属製継手４１に逃げ部４２を設けると
ともに、その逃げ部４２における金属製継手４１の肉厚
を薄肉化することにより、小さい圧縮強度を有する弱部
４３を形成しておくことができる。

【００２９】このようにしておけば、何らかの理由で、
たとえ金属製継手４１がうまく移動できなかったとして
も、弱部４３から所望の破壊を開始、進行させることが
できる。

【００３０】図６は、本発明の第４実施例に係るプロペ
ラシャフトを示している。本実施例では、金属製継手５
１の最大回転半径Ｒが、ＦＲＰ製本体筒５２の内半径ｒ
よりも小さくされ、ＦＲＰ製本体筒５２の筒底面となる
金属製継手５１のフランジ部５３が、筒軸方向圧縮衝撃
荷重に対する本体筒５２の圧縮強度よりも低い曲げ強度
を有する、弱部に形成されている。

【００３１】このような構造においては、あるレベル以
上の筒軸方向圧縮衝撃荷重が加わると、金属製継手５１
のフランジ部５３の曲げ強度が小さいため、そこから、
所望の破壊を開始、進行させることができる。

【００３２】本発明のＦＲＰ製プロペラシャフトを構成
するマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和
ポリエステル等の熱硬化性樹脂を使用するが、他の樹
脂、たとえば、ポリアミド、ポリカーボネード、ポリエ
ーテルイミド等の熱可塑性樹脂でもよい。

【００３３】また、強化繊維についても、炭素繊維に限
らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維等を使用する
ことが可能であり、これらを併用することも可能であ
る。

【００３４】なお、本発明のプロペラシャフトにおいて
は、ＦＲＰ製本体筒と金属製継手との間の適当な位置
（たとえば、各部材端部位置）に、シール材を配設して
もよい。シール材としては、樹脂、リング状弾性体、フ
イルム等が適当である。このようなシール材配設によ
り、水分等の進入をより確実に防止し、接合部の腐食を
防止することができる。

【００３５】また、金属製継手を圧入する際、圧入用治
具で継手を把持する必要があるが、確実に把持できるよ
う、かつ、圧入力によって継手が破損しないよう、継手
に、圧入用治具の係止または係合部を設けておくことが
好ましい。このような係止または係合部は、継手の外面
の適当な位置に、段付部または溝部を形成することによ
り構成できる。

【００３６】また、金属製継手の圧入力を極力低減し
て、効率よく圧入するためには、以下のような方法が有
効である。 継手の温度を下げ、ＦＲＰ製本体筒端部の温度を上げ
て圧入する。 接着剤を潤滑剤として用いる。 圧入後には残らない、揮発性の液状潤滑剤を用いる。

【００３７】さらに、金属製継手にバランスウエイト取
付部を設けて、該取付部に適当なバランスウエイトを溶
接等によって付加することにより、プロペラシャフト完
成後のバランスを調整することが可能である。このバラ
ンスウエイト取付部の周囲、とくに、バランスウエイト
取付部と、接合されるＦＲＰ製本体筒との間の部分の継
手外面に、冷却フィンを形成しておくと、バランスウエ
イトを接合する際の溶接熱がＦＲＰ製本体筒側に伝わる
のを抑制することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、ＦＲＰ製プロペラシャ
フトの金属製継手側に、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して
ＦＲＰ製本体筒に破壊の起点を生じさせるトリガ部を設
けるか、あるいは、金属製継手自身に弱部を形成して継
手自身に破壊を開始させるようにしたので、自動車用等
に必要とされる高い捩り強度を確保しつつ、衝突時等に
要求される、望ましい破壊の形態を現出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの部分断面図である。

【図２】本発明の第２実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの部分断面図である。

【図３】図２の変形例に係る弱部形状を示す、ＦＲＰ製
本体筒の部分断面図である。

【図４】本発明の第３実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの部分断面図である。

【図５】図４の変形例に係る弱部形状を示す、ＦＲＰ製
本体筒の部分断面図である。

【図６】本発明の第４実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの部分断面図である。

【符号の説明】 １、１１、３１、５２ ＦＲＰ製本体筒 ２、１２、２１、３３、４１、５１ 金属製継手 ３ トリガ部 １３ 弱部としての薄肉部 ２２ 弱部としての切り欠き ３２ 面取り部 ３４ 対向面 ３５ 接合面 ３６、４２ 逃げ部 ４３ 弱部 ５３ 弱部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手が接
   合されたプロペラシャフトにおいて、金属製継手に、筒
   軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒に破壊の起点を生じ
   させるトリガ部が設けられていることを特徴とするプロ
   ペラシャフト。
2. 【請求項２】 前記トリガ部が、金属製継手の、本体筒
   との接合面に形成された三角形状突起からなる、請求項
   １のプロペラシャフト。
3. 【請求項３】 ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手が接
   合されたプロペラシャフトにおいて、金属製継手に、筒
   軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒の圧縮強度よりも低
   い圧縮強度を有する弱部を設けたことを特徴とするプロ
   ペラシャフト。
4. 【請求項４】 ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手が接
   合されたプロペラシャフトにおいて、本体筒の端縁に、
   筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒の破壊の起点とな
   る面取り部が設けられ、金属製継手が、前記面取り部と
   対向するように、かつ、筒軸方向圧縮荷重に応じて筒軸
   方向に圧入により接合されていることを特徴とするプロ
   ペラシャフト。
5. 【請求項５】 前記金属製継手に、筒軸方向圧縮衝撃荷
   重に対して本体筒の圧縮強度よりも低い圧縮強度を有す
   る弱部が形成されている、請求項４のプロペラシャフ
   ト。
6. 【請求項６】 前記弱部が、金属製継手の薄肉化により
   形成されている、請求項３または５のプロペラシャフ
   ト。
7. 【請求項７】 前記弱部が、金属製継手に切り欠きを設
   けることにより形成されている、請求項３または５のプ
   ロペラシャフト。
8. 【請求項８】 ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手が接
   合されたプロペラシャフトにおいて、金属製継手の最大
   回転半径が、ＦＲＰ製本体筒の内半径よりも小さく、Ｆ
   ＲＰ製本体筒の筒底面となる金属製継手のフランジ部
   が、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対する本体筒の圧縮強度よ
   りも低い曲げ強度を有する弱部を形成していることを特
   徴とするプロペラシャフト。