(57)【要約】【課題】回転時の捩じり応力や共振に対する耐性に優れた自動車用の動力伝達軸を提供することを目的とする。【解決手段】炭素繊維強化プラスチック製の中空パイプ１０と、中空パイプ１０の軸方向の両方の端部にそれぞれ設けられた金属部品１２，１４を備え、曲げ振動の一次固有振動数をｆＡ（Ｈｚ）、曲げ振動の１／２固有振動数をｆＢ（Ｈｚ）、捩じり振動の固有振動数をｆＣ（Ｈｚ）としたとき、ｆＢ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＢ≧１．１であり、かつｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＡ≧１．１である、自動車用の動力伝達軸１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化プラスチック製の中空パイプと、前記中空パイプの軸方向の少なくとも一方の端部に設けられた金属部品を備える自動車用の動力伝達軸であって、
曲げ振動の一次固有振動数をｆＡ（Ｈｚ）、曲げ振動の１／２固有振動数をｆＢ（Ｈｚ）、捩じり振動の固有振動数をｆＣ（Ｈｚ）としたとき、
ｆＢ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＢ≧１．１であり、かつｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＡ≧１．１である、自動車用の動力伝達軸。
【請求項２】
１．１≦ｆＢ／ｆＣ≦１．５又は１．１≦ｆＣ／ｆＢ≦１．５であり、かつ１．１≦ｆＡ／ｆＣ≦３．０又は１．１≦ｆＣ／ｆＡ≦３．０である、請求項１に記載の自動車用の動力伝達軸。
【請求項３】
前記動力伝達軸の静捩じり強度が２５００Ｎｍより大きい、請求項１又は２に記載の自動車用の動力伝達軸。
【請求項４】
前記中空パイプが、Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維とポリアクリロニトリル系炭素繊維の両方を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動車用の動力伝達軸。
【請求項５】
前記中空パイプが、軸方向に沿って配向した前記Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維と、前記軸方向に対して斜交する方向に沿って配向した前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維とを含む、請求項４に記載の自動車用の動力伝達軸。
【請求項６】
前記Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維の引張弾性率が６４０ＧＰａ以上である、請求項４又は５に記載の自動車用の動力伝達軸。
【請求項７】
前記ｆＡが１６０〜２５０Ｈｚである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の自動車用の動力伝達軸。
【請求項８】
総質量が４．１ｋｇ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自動車用の動力伝達軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の動力伝達軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
優れた強度と軽量性を兼ね備えていることから、炭素繊維強化プラスチック製の中空パイプと、前記中空パイプの軸方向の両端に設けられたフランジ等の金属部品を備えた自動車用の動力伝達軸（プロペラシャフト）が広く用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
走行時に軸周りに回転している動力伝達軸には、通常、主として捩じり応力が生じている。そのため、動力伝達軸は、回転時の捩じり応力による破損を抑制するための十分な強度を有している必要がある。特にレーシングカーに用いられる動力伝達軸は使用条件が過酷であるため、回転時の捩じり応力、さらには共振に対する耐性が特に優れていることが求められている。しかし、特許文献１のような従来の動力伝達軸は、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性が充分ではなく、該耐性を向上させることが重要となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９６６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性に優れた自動車用の動力伝達軸を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等が鋭意検討したところ、レーシングカー等の過酷な条件で使用される動力伝達軸に破損が生じる問題は、以下の要因であることが判明した。具体的には、曲げ振動の１／２固有振動数と捩じり振動の固有振動数が近く、特定のエンジン回転数で１／２曲げ共振と捩じり共振が同時に発生し、動力伝達軸に極めて大きな負荷がかかり折損することが判明した。そして、本発明者等は、さらに検討を重ね、曲げ振動の一次固有振動数及び１／２固有振動数と、捩じり振動の固有振動数を特定の比率以上に離すことで、曲げ共振と捩じり共振が同時に発生することが抑制され、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性が向上することを見出して本発明を完成させた。
【０００７】
本発明は、以下の構成を有する。
［１］炭素繊維強化プラスチック製の中空パイプと、前記中空パイプの軸方向の少なくとも一方の端部に設けられた金属部品を備える自動車用の動力伝達軸であって、
曲げ振動の一次固有振動数をｆＡ（Ｈｚ）、曲げ振動の１／２固有振動数をｆＢ（Ｈｚ）、捩じり振動の固有振動数をｆＣ（Ｈｚ）としたとき、
ｆＢ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＢ≧１．１であり、かつｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＡ≧１．１である、自動車用の動力伝達軸。
［２］１．１≦ｆＢ／ｆＣ≦１．５又は１．１≦ｆＣ／ｆＢ≦１．５であり、かつ１．１≦ｆＡ／ｆＣ≦３．０又は１．１≦ｆＣ／ｆＡ≦３．０である、［１］に記載の自動車用の動力伝達軸。
［３］前記動力伝達軸の静捩じり強度が２５００Ｎｍより大きい、［１］又は［２］に記載の自動車用の動力伝達軸。
［４］前記中空パイプが、Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維とポリアクリロニトリル系炭素繊維の両方を含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の自動車用の動力伝達軸。
［５］前記中空パイプが、軸方向に沿って配向した前記Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維と、前記軸方向に対して斜交する方向に沿って配向した前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維とを含む、［４］に記載の自動車用の動力伝達軸。
［６］前記Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維の引張弾性率が６４０ＧＰａ以上である、［４］又は［５］に記載の自動車用の動力伝達軸。
［７］前記ｆＡが１６０〜２５０Ｈｚである、［１］〜［６］のいずれかに記載の自動車用の動力伝達軸。
［８］総質量が４．１ｋｇ以下である、［１］〜［７］のいずれかに記載の自動車用の動力伝達軸。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の自動車用の動力伝達軸は、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の自動車用の動力伝達軸の一例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の自動車用の動力伝達軸の一例を示して説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。
本実施形態の自動車用の動力伝達軸１（以下、単に「動力伝達軸１」という。）は、図１に示すように、炭素繊維強化プラスチック製の円筒状の中空パイプ１０と、中空パイプ１０の軸方向の両端部にそれぞれ設けられた金属部品１２，１４を備えている。
【００１１】
動力伝達軸１は、曲げ振動の一次固有振動数をｆＡ（Ｈｚ）、曲げ振動の１／２固有振動数をｆＢ（Ｈｚ）、捩じり振動の固有振動数をｆＣ（Ｈｚ）としたとき、以下の条件（１）及び条件（２）の両方を満たす。
（１）ｆＢ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＢ≧１．１である。
（２）ｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＡ≧１．１である。
【００１２】
動力伝達軸１が条件（１）と条件（２）の両方を満たすことで、動力伝達軸１の回転時において、捩じり共振によって動力伝達軸１に最大の捩じり角が発生する回転数と、曲げ共振によって動力伝達軸１の中央部に最大の変位が発生する回転数を十分に離すことができる。すなわち、動力伝達軸１において捩じり共振と曲げ共振とが異なる回転数で生じるようにすることができる。これにより、特定のエンジン回転数で動力伝達軸１に捩じり共振と曲げ共振が同時に発生することが抑制される。そのため、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性が優れた動力伝達軸１となる。
【００１３】
捩じり共振の発生回転数は、エンジンから駆動輪まで含めたパワートレイン全体で決定される。動力伝達軸は、パワートレインの一部であるため、動力伝達軸単体の捩じり特性を変更しても他の部品の影響を大きく受ける。従って、動力伝達軸単独の特性を変化させることで捩じり共振回転数を変更することは効果が限定的となる。
【００１４】
条件（１）においては、捩じり振動の固有振動数ｆＣに比べて曲げ振動の１／２固有振動数ｆＢを調節することが容易な点から、ｆＢ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＢ≧１．１であることが好ましく、１．１≦ｆＢ／ｆＣ≦１．５又は１．１≦ｆＣ／ｆＢ≦１．５であることがより好ましく、１．１≦ｆＢ／ｆＣ≦１．３又は１．１≦ｆＣ／ｆＢ≦１．３であることがさらに好ましい。ｆＢ／ｆＣ又はｆＣ／ｆＢの値が大きいほど、捩じり共振と１／２曲げ共振が同時に発生しにくくなるため、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性が優れた動力伝達軸となりやすい。また、ｆＢ／ｆＣ又はｆＣ／ｆＢの値が上限値以下であれば、曲げ振動の１／２固有振動数ｆＢの調節が容易になる。
【００１５】
条件（２）においては、捩じり振動の固有振動数ｆＣに比べて曲げ振動の一次固有振動数ｆＡを調節することが容易な点から、ｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＡ≧１．１であることが好ましく、１．１≦ｆＡ／ｆＣ≦３．０又は１．１≦ｆＣ／ｆＡ≦３．０であることがより好ましく、２．２≦ｆＡ／ｆＣ≦２．５又は２．２≦ｆＣ／ｆＡ≦２．５であることがさらに好ましい。ｆＡ／ｆＣ又はｆＣ／ｆＡの値が大きいほど、捩じり共振と一次曲げ共振が同時に発生しにくくなるため、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性が優れた動力伝達軸となりやすい。また、ｆＡ／ｆＣ又はｆＣ／ｆＡの値が上限値以下であれば、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡの調節が容易になる。
なお、曲げ振動の１／２固有振動数ｆＢは一次固有振動数ｆＡの半分の値であるため、条件（１）としてｆＢ／ｆＣ≧１．１又はｆＣ／ｆＢ≧１．１が満たされていれば、条件（２）は必ず満たされる。
【００１６】
ｆＡ／ｆＣ又はｆＣ／ｆＡ、及びｆＢ／ｆＣ又はｆＣ／ｆＢの値を調節する方法としては、例えば、中空パイプ１０に用いる炭素繊維の弾性率や配向を調節することにより、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢを調節する方法が挙げられる。弾性率の高い炭素繊維を用いることで曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢが高くなる傾向があり、弾性率の低い炭素繊維を用いることで曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢが低くなる傾向がある。また、中空パイプ１０の軸方向に沿って配向した炭素繊維が多いほど、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢが高くなる傾向があり、中空パイプ１０の軸方向に沿って配向した炭素繊維が少ないほど、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢが低くなる傾向がある。
【００１７】
動力伝達軸１の曲げ振動の一次固有振動数ｆＡは、１６０〜２５０Ｈｚが好ましく、１６５〜２２０Ｈｚがより好ましく、１７０〜２００Ｈｚがさらに好ましい。ｆＡが前記範囲内であれば、条件（１）及び条件（２）を満たす動力伝達軸が得られやすい。ｆＡが前記下限値以上であれば、ｆＡ／ｆＣ≧１．１を満たす動力伝達軸が得られやすい。ｆＡが前記上限値以下であれば、弾性率の高い炭素繊維の入手性等の点からｆＡの調節が容易になる。
【００１８】
動力伝達軸１の曲げ振動の１／２固有振動数ｆＢは、８０〜１２５Ｈｚが好ましく、８３〜１１０Ｈｚがより好ましく、８５〜１００Ｈｚがさらに好ましい。ｆＢが前記範囲内であれば、条件（１）及び条件（２）を満たす動力伝達軸が得られやすい。ｆＢが前記下限値以上であれば、ｆＢ／ｆＣ≧１．１を満たす動力伝達軸が得られやすい。ｆＢが前記上限値以下であれば、弾性率の高い炭素繊維の入手性等の点からｆＢの調節が容易になる。
【００１９】
自動車に取り付けた動力伝達軸１の捩じり振動の固有振動数ｆＣは、５０〜１００Ｈｚが好ましく、５８〜９０Ｈｚがより好ましく、６５〜８３Ｈｚがさらに好ましい。ｆＣが前記範囲内であれば、条件（１）及び条件（２）を満たす動力伝達軸が得られやすい。
【００２０】
なお、動力伝達軸の曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢ、並びに捩じり振動の固有振動数ｆＣは、該動力伝達軸を用いて自動車の駆動系のレイアウトを組み込んだ台上試験により測定することができる。例えば、動力伝達軸を用いて、エンジンとトランスアクスル間を接続したレイアウトを組み込んだ台上試験により、ｆＡ、ｆＢ及びｆＣを測定することができる。
【００２１】
中空パイプ１０は、炭素繊維強化プラスチック製である。
中空パイプ１０に用いられる炭素繊維としては、特に限定されず、例えば、Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維が挙げられる。
【００２２】
Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維とは「メソフェーズピッチすなわち石油タール、石炭タール等を処理して生じた液晶構造を示すピッチ、又は、人工的に合成されたメソフェーズピッチを紡糸して、不融化して、さらに炭化・黒鉛化させて生成した、黒鉛結晶構造が繊維軸方向に高度に発達した実質的に炭素のみからなるフィラメント繊維」を主たる成分として構成される繊維の集合体であることを意味する。Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維は、弾性率が高い利点がある。
【００２３】
ＰＡＮ系炭素繊維とは、「アクリロニトリルを主成分として重合させたポリアクリロニトリル系樹脂からなる繊維を、耐炎化させて、さらに炭化・黒鉛化させて生成した実質的に炭素のみからなるフィラメント繊維」を主たる成分として構成される繊維の集合体であることを意味する。ＰＡＮ系炭素繊維は、強度が高い利点がある。
【００２４】
中空パイプ１０に用いられる炭素繊維は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。中空パイプは、Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維とＰＡＮ系炭素繊維の両方を含むことが好ましい。Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維を用いることで、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢを高くしやすく、ＰＡＮ系炭素繊維を用いることで、捩じり振動の固有振動数ｆＣの上昇を抑制しやすいため、ｆＡ／ｆＣ≧１．１及びｆＢ／ｆＣ≧１．１を満たす動力伝達軸が得られやすい。
【００２５】
また、Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維とＰＡＮ系炭素繊維を併用する場合、中空パイプは、軸方向に沿って配向したＰｉｔｃｈ系炭素繊維と、前記軸方向に対して斜交する方向に配向したＰＡＮ系炭素繊維を含むことが好ましい。前記軸方向に沿って配向したＰｉｔｃｈ系炭素繊維を含むことで、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢをより高くしやすく、前記軸方向に対して斜交する方向に配向したＰＡＮ系炭素繊維を用いることで、捩じり強度を確保しつつ、捩じり振動の固有振動数ｆＣを必要以上に上昇させることなく、ｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＢ／ｆＣ≧１．１を満たす動力伝達軸が得られやすい。
【００２６】
使用するＰｉｔｃｈ系炭素繊維の引張弾性率は、６４０ＧＰａ以上が好ましく、７００ＧＰａ以上がより好ましく、７６０ＧＰａ以上がさらに好ましい。Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維の引張弾性率が下限値以上であれば、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢが高く、ｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＢ／ｆＣ≧１．１を満たす動力伝達軸が得られやすい。また、Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維の引張弾性率は、８００ＧＰａ以下が好ましい。弾性率が高い炭素繊維は、入手性が悪く、高コストであり、さらには炭素繊維と樹脂の接着性が悪く、共振によって炭素繊維と樹脂の剥離が発生する可能性がある。
なお、炭素繊維の引張弾性率とは、ＪＩＳ  Ｒ７６０８：２００７（ＩＳＯ１６０１８：２００４）のＡ法により測定される値である。
【００２７】
使用するＰＡＮ系炭素繊維の引張弾性率は、２３５〜３２５ＧＰａが好ましく、２３５〜２５０ＧＰａがより好ましい。ＰＡＮ系炭素繊維の引張弾性率が下限値以上であれば、必要な捩じり強度を確保しつつ、捩じり振動の固有振動数を必要以上に上昇させることがない。ＰＡＮ系炭素繊維の引張弾性率が上限値以下であれば、下限値以上の場合よりも捩じり振動の固有振動数が高くなるが、捩じり強度を高くすることができる。
【００２８】
炭素繊維強化プラスチックに用いるマトリックス樹脂としては、自動車用の動力伝達軸に通常用いられる公知のマトリックス樹脂を用いることができる。マトリックス樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいはポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。なかでも、耐熱性、強度、成形性の観点から、エポキシ樹脂が好ましい。マトリックス樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２９】
動力伝達軸１の静捩じり強度は、２５００Ｎｍより大きいことが好ましく、３０００Ｎｍより大きいことがより好ましく、４０００Ｎｍより大きいことがさらに好ましい。静捩じり強度が大きいほど、動力伝達軸の捩じり共振による破損を抑制しやすい。動力伝達軸１の軸方向に対して斜交する方向に沿って配向した炭素繊維を増加させることによって捩じり強度が向上するが、同時に捩じり共振の固有振動数が上昇するため、動力伝達軸１の静捩じり強度は、７５００Ｎｍ以下が好ましい。動力伝達軸の静捩じり強度は、使用する炭素繊維の種類及び配向を調節することで変更できる。
【００３０】
金属部品１２，１４としては、動力伝達軸１を用いる自動車の駆動系のレイアウトに応じて適宜選択すればよく、例えば、エンジン、トランスミッション、デファレンシャルギア等と接続するための固定型フランジ、ユニバーサルジョイント等が挙げられる。
金属部品１２，１４の材質としては、公知の材質を使用でき、例えば、アルミニウム合金等が挙げられる。
【００３１】
中空パイプ１０と金属部品１２，１４との接続形態は、特に限定されず、例えば、接着剤により接続する形態、セレーションにより接続する形態等が挙げられる。なかでも、セレーションによる接続形態は炭素繊維を破断するため、より高い強度が得られやすい点では接着剤による接続形態が好ましい。
【００３２】
この例では、金属部品１２は、フランジ部１２ａと、フランジ部１２ａの一方の面から突出する円筒状の筒部１２ｂを備えている。そして、金属部品１２の筒部１２ｂの先端部が中空パイプ１０の一方の端部側に挿入された状態で、筒部１２ｂの先端部の外面と中空パイプ１０の内面とが接着剤により接続されている。金属部品１４も同様に、フランジ部１４ａの一方の面から突出する円筒状の筒部１４ｂの先端部が中空パイプ１０の他方の端部側に挿入された状態で、筒部１４ｂの先端部の外面と中空パイプ１０の内面が接着剤により接続されている。
【００３３】
中空パイプ１０と金属部品１２，１４の接続に用いる接着剤としては、中空パイプ１０と金属部品１２，１４を充分な接着強度で接続できるものであればよく、例えば、エポキシ系の接着剤やアクリル系の接着剤等が挙げられる。接着剤としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３４】
動力伝達軸の総質量は、４．１ｋｇ以下が好ましく、４．０ｋｇ以下がより好ましく、３．８ｋｇ以下がさらに好ましい。動力伝達軸１の総質量が前記上限値以下であれば、軽量化でき、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢを高くしやすい。
【００３５】
動力伝達軸の長さは、特に限定されず、使用する駆動系のレイアウトに合わせて適宜設定すればよい。例えば、２ジョイントタイプの動力伝達軸の場合、動力伝達軸の長さは、１４００〜１６００ｍｍとすることができる。
中空パイプの内径及び外径は、特に限定されず、使用する駆動系のレイアウトに合わせて適宜設定すればよい。例えば、中空パイプの内径を６０〜９０ｍｍ、外径を６５〜１００ｍｍとすることができる。中空パイプの肉厚が薄いほど軽量となり、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢを高くしやすい。
【００３６】
本発明の動力伝達軸を用いる自動車の駆動系のレイアウトは、特に限定されない。例えば、本発明の動力伝達軸は、フロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）、フロントエンジン・リアドライブ（ＦＲ）、ミッドシップエンジン・リアドライブ（ＭＲ）等のレイアウトにおいて、トランスミッションとデファレンシャルギア間のプロペラシャフトとして用いることができる。また、トランスアクスルレイアウトにおける、エンジンとトランスアクスル間のプロペラシャフトとして本発明の動力伝達軸を用いてもよい。本発明の動力伝達軸は、回転時の捩じり応力と共振に対する耐性が特に優れることから、エンジンの回転変動がそのままシャフトに伝わるために負荷がより大きなトランスアクスルレイアウトに用いることが特に有効である。
【００３７】
また、本発明の動力伝達軸は、回転時の捩じり応力と共振に対する耐性が特に優れることから、エンジンからトランスアクスルまでや、トランスミッションからデファレンシャルギアまでを１本の動力伝達軸で接続する２ジョイントタイプとして特に有用である。なお、本発明の動力伝達軸は、２本の動力伝達軸を用いる３ジョイントタイプとして使用してもよいが、ジョイント数が増える分、動力伝達軸の総質量が増加する。
【００３８】
また、本発明の動力伝達軸は、回転時の応力と共振に対する耐性に特に優れることから、回転変動が大きく、動力伝達軸にかかる負荷がより大きな直列４気筒ターボエンジンを備える自動車に使用することが特に有用である。なお、本発明の動力伝達軸は、直列４気筒ターボエンジン以外のエンジンを備える自動車に用いてもよい。
【００３９】
（製造方法）
本発明の動力伝達軸の製造方法としては、特に限定されないが、炭素繊維基材にマトリックス樹脂が含浸された複数枚のプリプレグシートをマンドレルに巻き付けるシートワインディング法を採用する方法が好ましい。シートワインディング法を採用することで、炭素繊維、特にＰｉｔｃｈ系炭素繊維を中空パイプの軸方向に沿って配向させることができる。そのため、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢが高く、ｆＡ／ｆＣ≧１．１又はｆＢ／ｆＣ≧１．１を満たす動力伝達軸を製造することが容易になる。また、中空パイプを製造するための装置も簡単である。
【００４０】
炭素繊維基材としては、特に限定されず、炭素繊維が一方向に引き揃えられたＵＤ材であってもよく、炭素繊維が製織されたクロス材であってもよい。
【００４１】
以上説明した本発明の自動車用の動力伝達軸においては、曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ、曲げ振動の１／２固有振動数ｆＢ、及び捩じり振動の固有振動数ｆＣが条件（１）及び条件（２）の両方を満たしている。これにより、特定のエンジン回転数における曲げ共振と捩じり共振の同時発生が抑制されるため、動力伝達軸に大きな負荷がかかりにくくなる。このことから、本発明の自動車用の動力伝達軸は、回転時の捩じり応力や共振に対する耐性が優れている。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。
【００４３】
［静捩じり強度］
各例の動力伝達軸の静捩じり強度は、捩じり試験機（株式会社東京衝機製ＰＫＯ−００４１０）により測定し、動力伝達軸が破断したトルクを静捩じり強度とした。
【００４４】
［曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢ、捩じり振動の固有振動数ｆＣ］
各例の動力伝達軸の曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ及び１／２固有振動数ｆＢ、捩じり振動の固有振動数ｆＣの測定は、エンジンを含めたトランスアクスルレイアウトを組み込んだ台上試験によって決定した。台上試験は、３速ギア固定の全負荷で、エンジン回転数の上限（９５００ｒｐｍ）までを３０秒でスイープする手法で行った。
動力伝達軸の捩じりについては、動力伝達軸の軸方向における両端部の位相差を計測して捩じり角が最大となる値を測定した。動力伝達軸の捩じり角が最大となるエンジン回転数（動力伝達軸の回転数）を捩じり振動の固有振動数ｆＣ（Ｈｚ）とした。
動力伝達軸の曲げについては、動力伝達軸の軸方向の中央部における曲げ変位が最大となる値を測定した。動力伝達軸中央の変位が最大となるエンジン回転数（動力伝達軸の回転数）を曲げ振動の１／２固有振動数ｆＢ（Ｈｚ）とし、その１／２固有振動数ｆＢ（Ｈｚ）に２を乗じた値を曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ（Ｈｚ）とした。
【００４５】
［破損試験］
ｆＡ、ｆＢ及びｆＣの測定と同様のトランスアクスルレイアウトを組み込んだ台上試験によって、動力伝達軸の破損の有無を確認した。
【００４６】
［製造例１］
Ｐｉｔｃｈ系炭素繊維（商品名「ダイアリードＴＭ」、三菱レイヨン株式会社製、引張弾性率：７９０ＧＰａ）を一方向に引き揃えた目付が２５０ｇ／ｍ２の炭素繊維基材を、エポキシ樹脂に含浸させたプリプレグシート（プリプレグＡ）を得た。
【００４７】
［製造例２］
ＰＡＮ系炭素繊維（商品名「パイロフィルＴＭ」、三菱レイヨン株式会社製、引張弾性率：２４０ＧＰａ）を一方向に引き揃えた目付が１７５ｇ／ｍ２と１００ｇ／ｍ２の炭素繊維基材を、エポキシ樹脂に含浸させたプリプレグシート（プリプレグＢ、Ｃ）を得た。
【００４８】
［実施例１］
製造例１、２で得たプリプレグＡ、Ｂ、Ｃを用いて、シートワインディング法により中空パイプを作製した。
次いで、該中空パイプの軸方向の両端部のそれぞれに、エポキシ系接着剤を用いてアルミニウム合金製の固定型フランジを接着して動力伝達軸を得た。動力伝達軸の全長は１５８３ｍｍであり、外径は８２．８ｍｍであり、内径は７６．３ｍｍであった。
曲げ振動の一次固有振動数ｆＡは１８０Ｈｚであり、１／２固有振動数ｆＢは９０Ｈｚであり、捩じり振動の固有振動数ｆＣは７７Ｈｚであった。ｆＡ／ｆＣは２．３であり、ｆＢ／ｆＣは１．２であった。この動力伝達軸の総質量は、３．８ｋｇであった。この動力伝達軸と同じものを製造し、静捩じり試験を行った結果、静捩じり強度は、３２００Ｎｍであった。破損試験においては、動力伝達軸の破損は抑制されていた。
【００４９】
［実施例２］
プリプレグＡ、Ｂ、Ｃの積層数、及び炭素繊維の配向を調節する以外は、実施例１と同様にして動力伝達軸を得た。動力伝達軸の全長は１５８３ｍｍであり、外径は８３．４ｍｍであり、内径は７６．３ｍｍであった。得られた動力伝達軸の曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ、１／２固有振動数ｆＢ、捩じり振動の固有振動数ｆＣ、ｆＡ／ｆＣ、ｆＢ／ｆＣ、総質量、及び静捩じり強度を測定した結果を表１に示す。破損試験においては、動力伝達軸の破損は抑制されていた。
【００５０】
［実施例３］
プリプレグＡ、Ｂ、Ｃの積層数、及び炭素繊維の配向を調節する以外は、実施例１と同様にして動力伝達軸を得た。動力伝達軸の全長は１５８３ｍｍであり、外径は８３．７ｍｍであり、内径は７６．３ｍｍであった。得られた動力伝達軸の曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ、１／２固有振動数ｆＢ、捩じり振動の固有振動数ｆＣ、ｆＡ／ｆＣ、ｆＢ／ｆＣ、総質量、及び静捩じり強度を測定した結果を表１に示す。破損試験においては、動力伝達軸の破損は抑制されていた。
【００５１】
［比較例１］
比較対象の動力伝達軸として、表２に示すスペックの動力伝達軸を用意した。
得られた動力伝達軸の曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ、１／２固有振動数ｆＢ、捩じり振動の固有振動数ｆＣ、ｆＡ／ｆＣ及びｆＢ／ｆＣを表３に示す。破損試験においては、動力伝達軸の中空パイプに破損が生じた。
【００５２】
［比較例２］
比較対象の動力伝達軸として、表２に示すスペックの動力伝達軸を用意した。
得られた動力伝達軸の曲げ振動の一次固有振動数ｆＡ、１／２固有振動数ｆＢ、捩じり振動の固有振動数ｆＣ、ｆＡ／ｆＣ及びｆＢ／ｆＣを表３に示す。破損試験においては、動力伝達軸の中空パイプに破損が生じた。
【００５３】
【表１】
2018035927.tif 000003
【００５４】
【表２】
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【００５５】
【表３】
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【符号の説明】
【００５６】
１  自動車の動力伝達軸
１０  中空パイプ
１２，１４  金属部品
【図１】
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