WO1995015444A1

WO1995015444A1 - Propeller shaft

Info

Publication number: WO1995015444A1
Application number: PCT/JP1994/001996
Authority: WO
Inventors: Yukitane Kimoto; Yasuyuki Toyoda; Yutaka Ochi
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 1996-05-30
Also published as: ES2173164T3; EP0683328B1; CA2155099A1; EP0683328A1; US20010001769A1; DE69429911T2; KR100317474B1; DE69429911D1; AU1077195A; EP0683328A4; KR960700417A

Description

曰月糸田

プロペラシャフト

技術分野

この発明は、自動車等のプロペラシャフト（駆動推進軸）に関する。

従来の技術

近年、燃費の向上や環境保全といつた観点から自動車の軽量化が強く望まれているが、それを達成する一つの手段としてプロペラシャフトの F R P (繊維強化プラスチック）化が検討され、一部で既に採用されるに至っている。そのような F R P製プロペラシャフトは、 F R P製の円筒状本体と、この本体の各端部に接合して設けた金属製継手とを有している。

ところで、自動車のプロペラシャフトは、エンジンで発生するトルクを駆動輪に伝達するものであるから、 1 0 0〜4 0 0 k g f · m 程度の捩り強度を必要とする。また、高速回転時に共振を起こさないよう、危険回転数が 5 , 0 0 0〜1 5 , 0 0 0 r pm 程度であることも要求される。そのため、これらの基本的要求が満たされるよう、 F R P製の本体は、補強繊維の種類、含有量や、補強繊維の配列方向、層構成や、外径、内径、肉厚等のパラメータを考慮した設計がなされる。たとえば、補強繊維の配列方向の選定には、次のようなことが考慮される。すなわち、主として捩り強度に関しては、補強繊維を本体の軸方向に対して ± 4 5 ° の角度で配列するのが最も効果的であるが、主として捩り座屈強度に関しては、軸方向に対して ± 8 0〜9 0 ° の角度で配列するのが最も効果的である。また、主として危険回転数に関しては、補強繊維を可能な限り軸方向に配列してその軸方向における曲げ弾性率を大きくし、高い曲げ共振周波数が得られるようにする。

このように、本体においては、捩り強度と危険回転数といった基本的要求に関して最も効果的な補強繊維の配列方向が存在するので、これらの要求に好適な配列方向を組み合わせた層構成を採ることになるが、捩り強度の問題は外径や肉厚等の寸法面からも解決できることから、通常は、補強繊維の配列方向への依存性の大きい危険回転数を優先した設計がなされ、補強繊維が軸方向に対して小さな角度で配列された層の割合を多くしている。ところが、そのために以下において説明するような問題が起こっている。すなわち、軽量化とともに重要なことに、衝突時における乗員の安全確保の問題がある。この安全確保についての近年における自動車の設計思想は、ボディをクラッシャブル構造とし、衝突時の衝撃エネルギー（圧縮荷重）をボディの圧縮破壊によって吸収し、もって乗員にかかる急激な加速度を緩和することに支配されるが、上述した、危険回転数を優先した思想の下に F R P製本体を設計すると、必然的に軸方向の圧縮荷重に対する強度が高くなり、衝突時にボディが破壊し、その破壊が逐次進行してプロペラシャフトに達したときに、プロペラシャフ卜があたかもつっかい棒のように作用して衝撃エネルギーの吸収効果が損われるようになってしまう。

かかる問題を解決しようとして、特開平 3— 3 7 4 1 6号発明は、衝突時の圧縮荷重で継手が本体との接合面において軸方向に移動し、同時に継手が本体全体をその端部から徐々に押し拡げて破壊するようにしたプロペラシャフ卜を提案している。しかしながら、この従来のプロペラシャフトは、継手の移動を確保するために本体と継手とを複雑な歯形や分離剤を介して接合しなければならず、構造が複雑になるばかりか、製造上の煩雑さも免れない。また、そのような構成のプ口ペラシャフトにおいて継手を圧入接合しょうとすると、本体に圧入時の力に耐える強度をもたせなければならないが、そのための強度をもたせることは、圧縮荷重による本体の押し拡げ、破壊を困難にする。すなわち、上述した基本的要求と、押し拡げ、破壊という相反する要求とを同時に満足させることはなかなか難しい。

また、特開平 4一 3 3 9 0 2 2号公報は、軸方向の圧縮荷重が負荷されたときに継手が本体との接合面上を本体の内部に向かって移動し、その移動抵抗によつて衝撃エネルギーを吸収するようにしたプロペラシャフトを記載している。しかしながら、このような構成では、継手の外径を本体の内径よりも必ず小さくしなければならず、設計の自由度が低下するばかりか、継手の長さが移動量の限度となるから衝撃エネルギーの吸収効果もそれほど大きくない。

このように、従来のプロペラシャフトは、いずれも、捩り強度や危険回転数といった基本的要求と衝突時における乗員の安全確保においてバランスのとれたものであるとはいい難い。発明の開示

この発明の目的は、従来のプロペラシャフトの上述した問題点を解決し、捩り強度や危険回転数といった基本的要求を満足しつつ、自動車の衝突時におけるボディの破壊にあわせてプロペラシャフ卜の破壊を確実に進行させることができ、ボディによるエネルギー吸収効果を十分に発現させることができるプロペラシャフトを提供するにある。

上記目的を達成するために、この発明は、 F R P製の円筒状本体と、この本体の端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフトを提供する o

また、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の一端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記一端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフトを提供する。さらに、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、ヘリ力ル巻された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフトを提供する。

さらにまた、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、本体の軸方向に対して ± 5〜3 0 ° の角度でヘリカル巻された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフトを提供する。上記において、圧縮荷重伝達部は、継手の本体との接合面に向かう下りの斜面を有しているか、外径が部分層の外径以下で、かつ、部分層の外端面と対向する立面を有しているのが好ましい。立面として構成する場合、立面は、継手の周方向において連続していてもよく、複数個に分割されていてもよい。前者の場合、本体の外端面を部分的に肩落ししておくのも好ましい。

また、この発明は、上記目的を達成するために、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた金属製継手とを有し、上記本体は、 a . 上記本体の全長にわたって設けた、上記本体の軸方向に対して ± 5〜 3 0 ° の角度でヘリカル巻された補強繊維を含む主層と、

b . 上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含む部分層と、を有し、上記一端部および他端部に設けた継手は、

c . 上記部分層に内接する接合面と、

d . 上記接合面に隣接して設けた、上記継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる、上記接合面に向かう下りの斜面を有する圧縮荷重伝達部と、

を有しているプロペラシャフトを提供する。

さらに、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接 ¾1;て設けた金属製継手とを有し、上記本体は、

a . 上記本体の全長にわたって設けた、上記本体の軸方向に対して ± 5〜3 0 ° の角度でヘリカル巻された補強繊維を含む主層と、

C . 上記部分層に内接する接合面と、

d . 上記接合面に隣接して設けた、上記継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる、外径が上記部分層の外径以下で、かつ、上記部分層の外端面と対向する立面を有する圧縮荷重伝達部と、

を有しているプロペラシャフ卜を提供する。この場合も、立面は、継手の周方向にリング状に延びていてもよく、複数個が周方向に配されていてもよい。前者の場合、本体の外端面を部分的に肩落ししておくのも好ましい。

この発明は、また、上記目的を達成するために、 F R P製の円筒状本体と、この本体の端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフトを提供する。

また、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の一端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記一端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフトを提供する。さらに、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、ヘリ力ル巻された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフトを提供する。

さらにまた、 F R P製の円筒伏本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、本体の軸方向に対して ± 5〜3 0 ° の角度でヘリカル巻された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフトを提供する。

また、 F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた金属製継手とを有し、上記本体は、

c 上記部分層に内接する接合面と、

d . 上記接合面に隣接して設けた、上記継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる、先端が上記主層と上記部分層との層間に対向しているくさび手段と、

を有しているプロペラシャフトを提供する。

上記くさび手段は、主層と部分層との層間に沿って延びるリング状のくさびを有しているか、上記層間に沿って配された複数個のくさびを有している。

以上において、本体に対する継手の接合は、圧入接合によって行われているのが好ましい。また、継竽は、本体との接合面にその継手の軸方向に延びるセレ一シヨンを有しているのが好ましい。さらに、本体には、制振体が内装されているのが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の一実施態様に係るプロペラシャフ卜の要部を示す概略一部縦断面正面図である。

図 2は、図 1に示したプロペラシャフ卜で用いる継手を示す概略一部縦断面正面図である。

図 3は、図 1に示したプロペラシャフ卜の破壊の進行状況を示す、プロペラシャフ卜の要部を示す概略一部縦断面正面図である。

図 4は、この発明の別の実施態様に係るプロペラシャフ卜の要部を示す概略一部縦断面正面図である。

図 5は、図 4に示したプロペラシャフ卜の破壊の進行状況を示す、プロペラシャフ卜の要部を示す概略一部縦断面正面図である。

図 6は、図 2に示したものとは異なる継手をもつプロペラシャフ卜の要部を示す概略斜視図である。

図 7は、図 4に示したものとは異なる本体形伏をもつプロペラシャフ卜の要部を示す概略斜視図である。

図 8は、この発明のさらに別の実施態様に係るプロペラシャフトの要部を示す概略一部縦断面正面図である。

図 9は、図 8に示したプロペラシャフ卜で用いる継手を示す概略一部縦断面正面図である。

図 1 0は、図 8に示したプロペラシャフ卜の破壊の進行状況を示す、プロペラシャフ卜の要部を示す概略一部縦断面正面図である。

図 1 1は、この発明のプロペラシャフトの非破壊側端部に接合して用いる継手の一実施態様を示す、プロペラシャフ卜の要部を示す概略一部縦断面正面図である o

図 1 2は、異なる形状の部分層をもつ本体の要部を示す概略一部縦断面正面図でめる。

図 1 3は、この発明のプロペラシャフ卜で用いる制振体の一実施態様をその要部について示す概略横断面図である。

図 1 4は、図 1 3に示した制振体の全体形状を示す概略側面図である。図 1 5は、図 1 3に示したものとは異なる制振体をその要部について示す概略横断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、この発明をその一実施態様に基いてさらに詳細に説明するに、図 1および図 2において、プロペラシャフトは、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維等の高強度、高弾性率補強繊維でエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フエノ—ル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等の熱可塑性樹脂を強化してなる F R P製の円筒状本体 1を有する。本体 1の一端部および他端部には、金属製の継手 2が圧入接合されている。このプロペラシャフトは、長さ方向中心からみて対称形をしている。

本体 1は、一様な内径を有するとともに、その全長にわたって延在する、軸方向に対して ± 5〜3 0 ° の角度でヘリカル巻された補強繊維を含む主層 l a と、本体 1の両端部において、上記主層 l a と一体に、かつ、その主層 l a の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含む部分層（軸方向に対して補強繊維が ± 8 0 ~ 9 0 ° の角度で配列されている層） 1 b とを有している。主層 1 a は、本体 1の、主として、軸方向における曲げ弾性率を向上させてプロペラシャフ卜の曲げ共振周波数を高くし、危険回転数を高くするとともに、捩り強度を向上させるように作用する。また、部分層 l b は、本体 1の、主として、継手が圧入接合される各端部に、後述するように破壊の進行を妨げることなく圧入時の力に耐える強度を与えるとともに、継手 2からのトルク（捩りトノレク）を本体 1に伝達するように作用する。このような本体 1は、たとえばフィラメントワインディング法によつて成形することができる。

すなわち、樹脂を含浸した捕強繊維束を用い、その樹脂含浸補強繊維束をマンドレルの一端部に所望の厚み、所望の長さフープ卷して部分層を形成した後、そのまま樹脂含浸補強繊維束をマンドレルの他端部に走らせてその他端部に同様に部分層を形成する。引き続き、樹脂含浸繊維束を他端部から始めてその他端部と一端部との間を往復させながらヘリカル巻し、所望の厚みの主層を形成する。主層の形成を終えた後、その主層の上に、樹脂含浸繊維束を、たとえば 1層フープ巻することもでき、そうすると、余分な樹脂が絞り出されて補強繊維の体積含有率が高くなり、本体の各種強度や弾性率等がさらに向上するようになる。このようにして、補強繊維束を中途で切断することなく連続して各層を形成することができる。層の形成後は、好ましくは回転させながら樹脂を硬化ないし固化させ、マンドレルを引き抜いて本体を得る。

一方、継手 2は、部分層 l b に内接し、かつ、その部分層 l b よりもやや短い接合面 2 a を有する。接合面 2 a が形成されている部分の外径は、圧入前における本体 1の内径よりもやや大きい。したがって、継手 2を本体 1に圧入すると、継手の接合面 2 a には圧縮応力が、また、本体 1には周方向の引張応力がそれぞれ作用し、これら圧縮応力と引張応力とで本体 1と継手 2とが強固に接合されるようになる。そして、本体 1の各端部には、内側に部分層 l b が存在し、外側に主層 l a が存在するので、圧入接合によって本体 1に生ずる周方向の引張応力は、主として部分層 l b が受け持つことになる。また、本体 1の周方向の歪は、内側で最も大きく、外側ほど小さくなるが、補強繊維がフープ巻されているために引張破断伸度が大きい部分層 l b をそれよりも破断伸度の小さい主層 1 a の内側に位置させているから、効果的な接合状態が発現されるようになる。

接合前における、継手 2の、接合面 2 a が形成されている部分の外径の本体 1 の内径に対する差、すなわち圧入代は、大きいほど強い接合力が得られ、捩り強度が向上するので捩りトルクの伝達には都合がよいが、接合力は、接合面 2 a の面積や表面状態によっても変わる。通常、圧入代の本体 1の内径に対する比を 0 . 0 0 1〜0 . 0 2の範囲に選定し、接合面 2 a の本体 1の軸方向における長さを本体の内径の 1 1 0以上にする。また、図 2に示すように、接合面 2 a に、継手の軸方向に延びるセレ一シヨン 2 e を設けておくのも大変都合がよい。なお、接合力を向上させたり、滑りをよくして圧入を容易にしたり、接合面 2 a と部分層 l b の内面との間隙を埋めたり、接合面 2 a を外気から遮断して保護する等の目的で、接合面 2 a に接着剤を塗布しておくのもよい。

上述した継手 2は、接合面 2 a に隣接して、外径が本体 1の内径よりもやや大きいリング伏の凸部 2 b と、この凸部 2 b から接合面 2 a に向かう下りの斜面 2 c とを有している。これら凸部 2 b と斜面 2 e とが、継手 2の軸方向に作用する圧縮荷重を主層 l a と部分層 lb との層間に集中させてそれら主層 1 a と部分層 lb とを上記層間において剥離させるための圧縮荷重伝達部を構成している。なお、斜面 2c が本体 1の軸方向に対してなす角度は、 15〜45° の範囲であるのが好ましい。

さて、上述したプロペラシャフトにその軸方向の圧縮荷重が加わると、図 3に示すょに、継手 2が本体 1側に押され、その凸部 2b の斜面 2 e によって本体 1が押し拡げられ、周方向の引張歪が発生する。すると、内側にある部分層 l b は引張破断伸度が高いので破壊しないが、. その外側にある主層 1 a は部分層 lb よりも引張破断伸度が低いのでこの主層 1 a がまず破壊する。この破壊によって主層 l a と部分層 l b との層間剥離が起こる。すなわち、主層 l a と部分層 lb とが離れる。この状態になると破壊が一気に進むが、継手 2と接合されている部分層 l b は破壊することなくその継手 2とともに主層 l a を破壊しながら本体 1 中をその軸方向に移動する。

このようにして軸方向のエネルギーを主層 1 a の破壊によって吸収するのであるが、本体 1の初期破壊は継手 2の斜面 2 e が誘発し、また、凸部 2 b が主層 1 a を拡げるので、斜面 2 e が本体 1の軸方向に対してなす角度は、上述したように 1 5〜45° の範囲にあるのが好ましい。

図 4は、別の実施態様に係るプロペラシャフトを示すものである。この態様のものは、図 1に示したリング状の凸部 2 b の斜面 2 c 力部分層 lb の外端面と対向する立面 2d として構成されている。凸部 2b の外径は、部分層 lb のそれに等しい。これら凸部 2b と立面 2 d とが圧縮荷重伝達部を構成しているのであるが、このようなプロペラシャフトにおいては、軸方向に加わった圧縮荷重は、部分層 lb に対向する立面 2d からその部分層 lb に伝達され、さらに主層 l a に伝達される。したがって、主層 l a も圧縮変形するが、主層 l a と部分層 l b とではポアソン比の差が大きいので両者の層間にそれを破壊させようとする剪断応力が作用し、この剪断応力と、圧縮荷重によって層間に生ずる剪断応力と、継手 2の圧入によって生じている引張応力との 2次元応力状態の下で層間が破壊し、以後、図 5に示すように主層 l a の破壊が進行する。ただ、上述した態様のものとは異なり、主層 l a を押し拡げながら移動するのは部分層 1 b であり、凸部 2 b はこの押し拡げには関与しない。なお、凸部 2 b の外径を部分層 l b のそれよりも小さくしておいても同様の作用が得られる。また、立面 2 d は、部分層 l b の外端面に当接していてもよく、当接していなくてもよい。

図 4、図 5に示した実施態様において、凸部 2 b を、図 6に示すように、全体としてみるとリング状であるが、継手 2の周方向に複数個配することもできる。また、図 7に示すように、凸部 2 b はリング状であるが、凸部 2 b と対向する本体 1の外端面を部分的に肩落ししておくこともできる。このように構成すると、継手 2にその軸方向の圧縮荷重が加わったとき、部分層 l b に加わる応力が局所的になり、主層 l a と部分層 l b との層間の剪断応力も局所的になって、層間の剥離ないしは破壊がより確実に開始、進行するようになるばかりでなく、剥離ないしは破壊の開始荷重に関して設計の自由度が増大するようになる。

図 8、図 9は、さらに別の実施態様に係るプロペラシャフ卜を示すものである。この実施態様においては、本体 1は上述した実施態様のものと全く同一のものとして構成されているが、継手 2の圧縮荷重伝達部の構成が異なる。

すなわち、継手 2には、接合面 2 a に隣接して、外径が本体 1の内径よりもやや大きいリング状の凸部 2 b が設けられている。そして、この凸部 2 b には、先端が上記主層 l a と部分層 l b との層間に対向している、やはりリング状のくさび 2 f が形成されている。これら凸部 2 b とくさび 2 f とが、継手 2の軸方向に作用する圧縮荷重を主層 1 a と部分層 l b との層間に作用させてそれら主層 1 a と部分層 l b とを上記層間において剥離させるためのくさび手段を構成している。もっとも、くさびは、リング状ではなく、複数個が層間に沿って等配されていることであってもよい。また、くさびは、片刃でも両刃でもよいが、図 8、図 9に示すように、刃面が外側にある片刃であるのが好ましい。また、刃面が本体 1の軸方向に対してなす角度は 1 5〜4 5 ° の範囲にあるのが好ましい。

さて、上述したプロペラシャフトにその軸方向の圧縮荷重が加わると、図 1 0 に示すように、継手 2が本体 1側に押され、くさび 2 f が主層 l a と部分層 l b との層間に押し込まれる。くさび 2 f が主層 l a と部分層 l b との層間に押し込まれると、そのくさび作用によって、主層 l a に周方向の引張歪が発生する。すると、主層 l a は部分層 l b よりも引張破断伸度が低いのでその主層 1 a のみが破壊し、主層 l a と部分層 l b との間で層間剥離が起こる。すなわち、主層 l a と部分層 l b とが離れる。この状態になると、凸部 2 b の作用によって主層 l a の破壊が一気に進むが、継手 2と接合されている部分層 l b は破壊することなくその継手 2とともに主層 1 a を破壊しながら本体 1中をその軸方向に移動する。このようにして軸方向のエネルギーを主層 1 a の破壌によって吸収するのであるが、本体 1の初期破壊は継手 2のくさび 2 f が誘発し、また、凸部 2 b が主層 l a を拡げるので、くさび 2 f の刃面が本体 1の軸方向に対してなす角度は、上述したように 1 5〜4 5 ° の範囲にあるのが好ましい。

以上においては、本体がその長さ方向中心からみて対称形であるものについて説明したが、その必要は必ずしもない。というのは、後述するように、本体の破壊をその両端部から同時に進行させる必要は必ずしもないからである。継手の接合の方法等にもよるが、いずれかの端部を部分層を有しないものとして構成することも可能である。

また、継手は、その接合部にセレ一シヨンを有するものについて説明した。そのような継手を用いると本体との接合がより強固になり、捩りトルクの伝達には都合がよい。しかしながら、接合の方法等にもよるが、セレ一シヨンを有しない継手の使用も可能である。

さらに、継手の接合は、圧入接合によるのが好ましいものの、接着剤による接着でもよく、また、圧入接合と接着剤による接合とを併用することもできる。また、本体の一端部と他端部とで同じ継手を使用したもの、すなわち、長さ方向中心からみて対称形のプロペラシャフトについて説明したが、そうすると部品の種類が少なくなるという利点があるものの、本体の破壊をその一端部および他端部の双方から同時に進行させる必要は必ずしもないので、他端部においては圧縮荷重伝達部を有しない継手を使用してもよい。また、他端部の継手を、図 1 1 に示すような、全体としてみると図 4に示すような形状ではあるが、外径が本体 1の外径以上である凸部 2 b を有し、それによつて形成される立面 2 d が主層 1 a と部分層 l b の外端面の双方に当接するようなものとしてもよい。このとき、立面 2 d は、圧入接合時におけるストツバとして、また、本体が圧縮荷重を受けたときにそれを受け止める台座として作用する。なお、他端部には継手が接合されないで、継手を取り付けるためのフランジ等が接合されることもあり得る。また、上述した本体の破壊の進行に着目してみると、部分層 lb を、図 1等に示したように、外端面に対応する内端面側の部分をくさび形の縦断面形状を有するものとしておいたり、図 12に示すように、外端面側から内端面側に向かって厚みを徐々に薄くしておくのも好ましいことである。

さらに、使用時に広い周波数領域にわたって振動や騒音を抑えるために、本体の内部に制振体を内装しておくのも好ましい。図 13はそのような制振体の一例を示すもので、制振体 3は、厚めの紙、合成樹脂フィルム、合成繊維の不織布等からなり、本体 1の内周面に沿って配列された複数個の摩擦係合部 3a と、本体 1の内周面から離れた位置に置かれた筒状の保持部 31) と、それら摩擦係合部 3 a と保持部 3b とを連結し、摩擦係合部 3a を本体 1の内周面に押し付けるように弾性的に支持するコルゲートタイプの弾性支持部 3 c とを有している。全体としてみると、図 14に示すように、矢印方向に拡がろうとする性質をもつ筒体として形成されていて、摩擦係合部 3a が、本体 1の内周面に対して摺動自在に、かつ、弾性支持部 3c による押圧力を与えられた状態で本体 1に内装される。図 15は、別の制振体を示す。この制振体 3は、図 13、 14に示した制振体における摩擦係合部 3 a の機能をコルゲートタイプの弾性支持部 3 e の頂部にあわせもたせたものである。

実施例 1

フィラメントワインディング法によって本体を成形した。すなわち、炭素繊維束（平均単糸径： 7 //m、単糸数： 12, 000本、引張強度 36 Okgf /mm² 、引張弾性率： 23， 50 Okgf /mm² ) を 6本引き揃え、これを、硬化剤および硬化促進剤を含むビスフユノール A型エポキシ樹脂を含浸しながら、外径 70M、長さ 1, 300 のマンドレルに、まず、その一端部 10 Ommの部分に軸方向に対して ± 80° の角度で 8層巻き付けて厚み 2. 5 の部分層を形成した後、他端部に移動して同様に部分層を形成し、引き続きマンドレルの全長にわたって軸方向に対して ± 15° の角度で 4層巻き付けて厚み 2. 5 の主層を形成し、さらに、マンドレルの全長にわたって軸方向に対して一 80° の角度で 1層フープ

¾1し 7«« o 次に、マンドレルを回転させながら 1 8 0°Cで 6時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させ、マンドレルを引き抜いた後、各端部 5 0關の部分を切断、除去して、各端部の外径が 8 Omra、部分層の外径が 7 5 、内径が 7 Omm、長さが 1, 2 0 Omraの、図 1に示すような本体 1を得た。

次に、上記本体 1の各端部に、図 2に示したような、接合面 2 a にセレ一ションを有し、接合面 2 a の外径が 7 0. 5ram、接合面 2 a の長さが 4 Oram. 凸部 2 b の外径が 8 0υπι、本体 1の軸方向に対する斜面 2 e の角度が 3 0° の金属製継手 2を圧入接合し、図 1に示したようなこの発明のプロペラシャフトを得た。圧入に要した力は 7, O O O kgi であった。

次に、上記プロペラシャフトについて捩り試験をしたところ、捩り強度は 3 5 0 kgf · πι であった。また、危険回転数は 8， 0 0 0 rpm であり、いずれも自動車用プロペラシャフトとして十分であった。

次に、軸方向に圧縮荷重を負荷したところ、 1 0, 0 0 0 k_gi で主層と部分層とが剥離して主層の破壊が始まり、破壊後は 3， 0 0 0 kg( の荷重で図 3に示すように逐次破壊が進行した。

実施例 2

継手として、図 4に示したような、ただし凸部 2 b の外径が部分層 l b のそれと同じ 7 5關の継手を使用したほかは実施例 1と同様にして、図 4に示したようなプロペラシャゥトを得た。

次に、上記プロペラシャフ卜について捩り試験をしたところ、捩り強度は 3 5 0 kgf · πι であった。また、危険回転数は 8， 0 0 0 rpm であり、いずれも自動車用プロペラシャフトとして十分であった。

次に、軸方向に圧縮荷重を負荷したところ、 1 1, 0 0 O kgi で主層と部分層とが剥離して主層の破壊が始まり、破壊後は 3, 5 0 0 kgf の荷重で図 6に示すように逐次破壊が進行した。

実施例 3 '

実施例 1で用いた本体 1の各端部に、図 9に示したような、接合面にセレーションを有し、接合面 2 a の外径が 7 0. 5mm、接合面 2 a の長さが 4 Omm, 凸部 2 b の外径が 8 0ram、くさび 2 f が本体 1の軸方向に対してなす角度が 3 0 ° の金属製継手 2を圧入接合し、図 8に示したようなこの発明のプロペラシャフトを得た。圧入に要した力は 7, O O O kgf であった。

次に、上記プロペラシャフ卜について捩り試験をしたところ、捩り強度は 3 5 0 kgf · m であった。また、危険回転数は 8, 0 0 0 rpm であり、いずれも自動車用プロペラシャフトとして十分であった。

次に、軸方向に圧縮荷重を負荷したところ、 1 0, 0 0 O kgf で主層と部分層とが剥離して主層の破壊が始まり、破壊後は 3, 0 0 O kgf の荷重で図 1 0に示すように逐次破壊が進行した。

産業上の利用可能性

この発明のプロペラシャフトは、継手の軸方向に作用する圧縮荷重を主層と部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているので、実施例にも示したように、自動車において要求される捩り強度や危険回転数といった基本的要求を満足しつつ、衝突時におけるボディの破壌にあわせてプロペラシャフ卜の破壊を確実に進行させることができ、クラッシャブル構造のボディによるエネルギー吸収効果を十分に発現させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . F R P製の円筒状本体と、この本体の端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。

2 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の一端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記一端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。

3 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、ヘリカル巻された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロべラシャフ卜 o

4 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、本体の軸方. 向に対して ± 5 ~ 3 0 ° の角度でヘリカル巻された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻ざれた補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。

5 . 上記圧縮荷重伝達部は、上記継手の上記本体との接合面に向かう下りの斜面を有している、請求の範囲 1〜 4のいずれかのプロペラシャフト。

6 . 上記圧縮荷重伝達部は、外径が上記部分層の外径以下で、かつ、上記部分層の外端面と対向する立面を有している、請求の範囲 1〜 4のいずれかのプロべラシャフ卜。

7 . F R P製の円筒伏本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた金属製継手とを有し、上記本体は、

a . 上記本体の全長にわたって設けた、上記本体の軸方向に対して ± 5〜 3 0 ° の角度でヘリカル巻された補強繊維を含む主層と、

c . 上記部分層に内接する接合面と、

を有しているプロペラシャフト。

8 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた金属製継手とを有し、上記本体は、

c 上記部分層に内接する接合面と、

を有しているプロペラシャフト。

9 . 上記立面は、上記継手の周方向にリング状に延びている、請求の範囲 6または 8のプロペラシャフト。

1 0 . 上記本体の外端面が、部分的に肩落しさ ήている、請求の範囲 9のプロペラシャフト。

1 1 . 上記立面が、上記継手の周方向に複数個配されている、請求の範囲 6または 8のプロペラシャフト。

1 2 . F R P製の円筒状本体と、この本体の端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフト。

1 3 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の一端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記一端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフト。

1 4 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、ヘリカル卷された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフ卜。

1 5 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた継手とを有し、上記本体は、その本体の全長にわたって延在する、本体の軸方向に対して ± 5〜 3 0 ° の角度でへリカル卷された補強繊維を包含する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を包含する部分層とを含み、上記一端部および他端部に設けた継手は、その継手の軸方向に'作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させるくさび手段を備えているプロペラシャフト。

1 6 . F R P製の円筒状本体と、この本体の一端部および他端部に接合して設けた金属製継手とを有し、上記本体は、

c 上記部分層に内接する接合面と、

d . 上記接合面に隣接して設けた、上記継手の軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に作用させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる、先端が上記主層と部分層との層間に対向しているくさび手段と、

を有しているプロペラシャフト。

1 7 . 上記くさび手段は、上記主層と上記部分層との層間に沿って延びるリング状のくさびを有している、請求の範囲 1 2〜 1 6のいずれかのプロペラシャフ卜 o

1 8 . 上記くさび手段は、上記主層と上記部分層との層間に沿って配された複数個のくさびを有している、請求の範囲 1 2〜 1 6のいずれかのプロペラシャフ卜 o

1 9 . 上記継手の接合が、圧入接合によって行われている、請求の範囲 1〜 1 8のいずれかのプロペラシャフト。

2 0 . 上記継手は、上記本体との接合面にその継手の軸方向に延びるセレ一ションを有している、請求の範囲 1〜19のいずれかのプロペラシャフト。

21. 上記本体に、制振体が内装されている、請求の範囲 1〜 20のいずれかのプロペラシャフト。