(57)【要約】      （修正有）【課題】安価な動力伝達軸を提供する。【解決手段】動力伝達軸は第１軸に設けられ、継手部と挿入部を備え、継手部は第１軸と挿入部の間に設けられる。シャフト部材は、ヘリカル層部とフープ層部を備え筒形状を有し、第１端部と第２端部を有し、挿入部が第１端部から挿入される。ヘリカル層部は、第１樹脂材料と、第１樹脂材料より引っ張り強度の高い第１炭素繊維材料を含み、第１炭素繊維材料は第１樹脂材料が含浸されており、回転軸線に対し螺旋状に巻回された形状を有する。フープ層部は、回転軸線の方向においてヘリカル層部とオーバーラップする部分を有し、かつ回転軸線に関する径方向においてヘリカル層部の内側または外側に設けられており、第２樹脂材料と、第１炭素繊維材料よりも引っ張り強度または引っ張り弾性率の低い第２炭素繊維材料を含み、第２炭素繊維材料は、第２樹脂材料が含浸されており、回転軸線の周方向に沿って巻回された形状を有する。【選択図】図２
2019163823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源と駆動輪の間に設けられる1対の軸部材である第1軸と第２軸の間に設けられる動力伝達軸において、
継手部材であって、前記第1軸に設けられ、継手部と、挿入部を備え、
前記継手部は、前記第1軸の回転軸線の方向において前記第1軸と前記挿入部の間に設けられている、
前記継手部材と、
シャフト部材であって、ヘリカル層部と、フープ層部を備え、筒形状を有し、前記第1軸の回転軸線の方向における1対の端部である第1端部と第２端部を有し、前記挿入部が前記第1端部から挿入されており、
前記ヘリカル層部は、第1樹脂材料と、前記第1樹脂材料の引っ張り強度より引っ張り強度の高い第1炭素繊維材料を含み、
前記第1炭素繊維材料は、前記第1樹脂材料が含浸されており、前記第1軸の回転軸線に対し螺旋状に巻回された形状を有し、
前記フープ層部は、前記第1軸の回転軸線の方向において前記ヘリカル層部とオーバーラップする部分を有し、かつ前記第1軸の回転軸線に関する径方向において前記ヘリカル層部の内側または外側に設けられており、第２樹脂材料と、前記第1炭素繊維材料よりも引っ張り強度または引っ張り弾性率の低い第２炭素繊維材料を含み、
前記第２炭素繊維材料は、前記第２樹脂材料が含浸されており、前記第1軸の回転軸線の周方向に沿って巻回された形状を有している、
前記シャフト部材と、
を有することを特徴とする動力伝達軸。
【請求項２】
請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記フープ層部は、第1フープ層部と、第２フープ層部を有し、
前記第1フープ層部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向において、前記ヘリカル層部の内側に設けられており、
前記第２フープ層部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向において、前記ヘリカル層部の外側に設けられている、
ことを特徴とする動力伝達軸。
【請求項３】
請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記フープ層部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向において、前記ヘリカル層部の内側に設けられている、
ことを特徴とする動力伝達軸。
【請求項４】
請求項1に記載の動力伝達軸において、
前記継手部材は、フランジ部を備え、
前記フランジ部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向の外側に突出する形状を有し、
前記挿入部が前記シャフト部材に挿入された状態で、前記第1軸の回転軸線の方向において前記フープ層部と対向する位置に設けられている、
ことを特徴とする動力伝達軸。
【請求項５】
請求項１に記載の動力伝達軸において、
前記フープ層部は、前記第1軸の回転軸線の径方向において、前記ヘリカル層部の外側に設けられている、
ことを特徴とする動力伝達軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）製チューブを採用した動力伝達軸としてのプロペラシャフトが、軸方向一端側がトランスミッション側に、他端側がディファレンシャル側に、それぞれ継手部材を介して連結される。そして、前記ＣＦＲＰ製チューブは複数の積層により構成されている技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−００１７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ＣＦＲＰチューブの各積層のカーボンファイバーは同一グレード（同一種類）の引張強度、引張弾性率のカーボンファイバーを用いて製造していたため、高強度、高弾性率を必要としない層にも高額な高強度、高弾性率のカーボンファイバーを用いていたため、コストアップの原因となり、ＣＦＲＰを使用したプロペラシャフトの拡大採用を抑制するおそれがあった。
本発明の目的の一つは、高強度、高弾性率を必要としない層には安価な低・中強度、低・中弾性率の比較的価格が安価なカーボンファイバーを使用して、成型したＣＦＲＰ製チューブを採用した安価な動力伝達軸を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態における動力伝達軸は、継手部材であって、第1軸に設けられ、継手部と、挿入部を備え、前記継手部は、前記第1軸の回転軸線の方向において前記第1軸と前記挿入部の間に設けられている、前記継手部材と、シャフト部材であって、ヘリカル層部と、フープ層部を備え、筒形状を有し、前記第1軸の回転軸線の方向における1対の端部である第1端部と第２端部を有し、前記挿入部が前記第1端部から挿入されており、前記ヘリカル層部は、第1樹脂材料と、前記第1樹脂材料の引っ張り強度より引っ張り強度の高い第1炭素繊維材料を含み、前記第1炭素繊維材料は、前記第1樹脂材料が含浸されており、前記第1軸の回転軸線に対し螺旋状に巻回された形状を有し、前記フープ層部は、前記第1軸の回転軸線の方向において前記ヘリカル層部とオーバーラップする部分を有し、かつ前記第1軸の回転軸線に関する径方向において前記ヘリカル層部の内側または外側に設けられており、第２樹脂材料と、前記第1炭素繊維材料よりも引っ張り強度または引っ張り弾性率の低い第２炭素繊維材料を含み、前記第２炭素繊維材料は、前記第２樹脂材料が含浸されており、前記第1軸の回転軸線の周方向に沿って巻回された形状を有している前記シャフト部材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、安価な動力伝達軸を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明が適用される一例としてのプロペラシャフトの全体構成図である。
【図２】実施形態１の図1のＡ部の拡大図である。
【図３】実施形態２の図1のＡ部相当の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施形態１〕
図１は、本発明が適用される一例としてのプロペラシャフトの全体構成図である。
なお、以下の説明では、便宜上、図１の左側を「車両前側」、右側を「車両後側」として説明すると共に、図１の回転軸線Ｚに沿う方向を「軸方向」、前記回転軸線Ｚ周りの方向を「周方向」として説明する。
【０００９】
（プロペラシャフトの構成）
動力伝達軸としてのプロペラシャフト１は、車両前側で、図示外の駆動源であるエンジンと連結するトランスミッションに連係する軸部材としての第1軸２に、一体回転可能に連結された継手部材４を構成する継手部である第１等速ジョイントＪ１とカラー１３と、セレーション部１０を有する挿入部５と、車両後側で、図示外の駆動輪と連結するディファレンシャルに連係する軸部材としての第２軸３に、継手部材４ａを構成する継手部である第２等速ジョイントＪ２とカラー１３ａと、セレーション部１０ａを有する挿入部５ａとを備え、両挿入部５、５ａは、シャフト部材としての円筒状に形成されたＣＦＲＰチューブ６の第1端部６ａ、第２端部６ｂにそれぞれ圧入され、各セレーション部１０、１０ａにより、各圧入嵌合部１２ａ、１２ｂで、嵌合固定されている。
また、前記挿入部５、５ａとカラー１３、１３ａの間には、ＣＦＲＰチューブ６の各第1端部６ａ、第２端部６ｂの端面と対向して当接するフランジ１１、１１ａを有している。
このように構成されたプロペラシャフト１は、第１等速ジョイントＪ１、第２等速ジョイントＪ２により、交差角を付けた状態で前記トランスミッションとディファレンシャルとの間で、動力伝達を可能にしている。
【００１０】
図２は、実施形態１の図1のＡ部の拡大図である。
なお、ＣＦＲＰチューブ６の第１端部６ａ付近（車両前側）と、第２端部６ｂ付近（車両後側）は、同様の構成になっているので、車両前側の第１端部６ａ付近（Ａ部）により、構成を説明する。
【００１１】
ＣＦＲＰチューブ６は、炭素繊維強化樹脂製であり、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics）と呼ばれる材質で作られている。
このＣＦＲＰチューブ６は、一般的にエポキシ樹脂を含侵した炭素繊維をマンドレルに巻き付けて円筒状に成形し、樹脂が硬化した後、マンドレルを引き取ることで完成する。
ここで、樹脂は、炭素繊維と共同して、ＣＦＲＰチューブ６のねじりや曲げ強度を得るために比較的固く硬化する樹脂が選択される。
ＣＦＲＰチューブ６は、第１フープ層部７と、第１軸２の回転軸線Ｚに関する径方向において、その外側に形成されたヘリカル層部８と、さらにその外側に形成された第２フープ層部９の３層から構成されている。
【００１２】
ここで、ヘリカル層部８は、複数層となっており、軸方向に目的の捩り強度、曲げ強度を狙い、最大４５ｄｅｇの捩り角度で第1樹脂材料を含侵した第1炭素繊維材料を周方向に螺旋状に巻回することで積層し、必要性能に応じ、捩り角度の組み合わせを行いながら積層を行い、形成される。
このようにして、このヘリカル層部８は、ＣＦＲＰチューブ６の捩り強度、曲げ強度を負担し、プロペラシャフト１を車両に組付けて使用する際に要求される、捩り、曲げ、振動等の性能を確保している。
【００１３】
一方、前記ヘリカル層部８の第１軸２の回転軸線Ｚに関する径方向の内側に軸方向にオーバーラップするように配置された第1フープ層部７も複数層となっており、第２樹脂材料を含侵した前記第１炭素繊維材料よりも引っ張り強度または引っ張り弾性率の低い第２炭素繊維材料を周方向に沿って巻回することで積層し、形成される。
この第１フープ層部７は、セレーション部１０、１０ａを有する各挿入部５、５ａが圧入され、嵌合固定されるために、ヘリカル層部８、第２フープ層部９と比較して、肉厚に形成された肉厚部７ａを有し、嵌合強度を保持するようになっている。
【００１４】
また、前記ヘリカル層部８の第１軸２の回転軸線Ｚに関する径方向の外側に軸方向にオーバーラップするように配置された第２フープ層部９も複数層となっており、第１フープ層部７と同様に、第２樹脂材料を含侵した前記第１炭素繊維材料よりも引っ張り強度または引っ張り弾性率の低い第２炭素繊維材料を周方向に沿って巻回することで積層し、形成される。
この第２フープ層部９は、巻回の際に、その締め付け力によりヘリカル層部８の第1樹脂材料がしっかり第1炭素繊維材料に含浸されると共に、第1樹脂材料の余剰分が絞り出され、ヘリカル層部８の強度を更に向上させることができ、この締め付けを炭素繊維である第２炭素繊維材料によって行うため、テープ巻きの場合に比べ、ヘリカル層部の圧縮効果を高くすることができる。
また、第２フープ層部９は、プロペラシャフト１の車両への搭載時には、飛び石等のチッピングからＣＦＲＰチューブ６を保護することができる。
【００１５】
ＣＦＲＰチューブ６に圧入された挿入部５は、そのセレーション部１０が第１フープ層部７に噛み込むことにより、第１フープ層部７に圧入嵌合部１２ａで、嵌合固定されている。
また、前述したように挿入部５とカラー１３との間には、ＣＦＲＰチューブ６の第1端部６ａの第１フープ層部７の端面と対向して当接するフランジ１１を有している。
【００１６】
車両の衝突時において、前記第１炭素繊維材料よりも引っ張り強度または引っ張り弾性率の低い第２炭素繊維材料を周方向に沿って巻回することで積層し、形成された第１フープ層部７のため、カラー１３による破壊が容易となり、衝突エネルギーのコントロール性が向上する。
さらにフランジ１１が、車両の衝突時において、第１フープ層部７を押圧し、第１フープ層部７とヘリカル層部８の間の境界を剥離することで、カラー１３がＣＦＲＰチューブ６内に侵入しやすくなり、衝突エネルギーのコントロール性を、さらに向上することができる。
【００１７】
このようにＣＦＲＰチューブ６を構成することにより、プロペラシャフト１として必要なＣＦＲＰチューブ６の捩り強度、曲げ強度を負担しない第１フープ層部７、第２フープ層部９には、安価な低・中強度、低・中弾性率の第２炭素繊維材料を用い、低価格なプロペラシャフト用ＣＦＲＰチューブ６の積層構成を提供することができる。
【００１８】
実施形態１の効果を以下に列挙する。
（１）シャフト部材としての円筒状に形成されたＣＦＲＰチューブ６において、主に捩じり強度や引っ張り強度を負担するヘリカル層部８を構成する炭素繊維を比較的引っ張り強度（または引っ張り弾性率）の高い第1炭素繊維材料とし、ヘリカル層部８の回転軸線Ｚに関する径方向の内側、外側の少なくとも一方に配置される捩り強度、曲げ強度を負担しない第１フープ層部７、または第２フープ層部９を構成する炭素繊維を第1炭素繊維材料よりも引っ張り強度（または引っ張り弾性率）が低い第２炭素繊維材料とした。
よって、フープ層部を構成する炭素繊維を、比較的安価な材料を選択することが可能となり、プロペラシャフト用ＣＦＲＰチューブ６のコスト低減を図ることができる。
【００１９】
（２）シャフト部材としての円筒状に形成されたＣＦＲＰチューブ６において、主に捩じり強度や引っ張り強度を負担するヘリカル層部８を構成する炭素繊維を比較的引っ張り強度（または引っ張り弾性率）の高い第1炭素繊維材料とし、ヘリカル層部８の回転軸線Ｚに関する径方向の内側、外側に配置される捩り強度、曲げ強度を負担しない第１フープ層部７、および第２フープ層部９を構成する炭素繊維を第1炭素繊維材料よりも引っ張り強度（または引っ張り弾性率）が低い第２炭素繊維材料とした。
よって、第１フープ層部７および第２フープ層部９を構成する炭素繊維を、比較的安価な材料を選択することが可能となり、プロペラシャフト用ＣＦＲＰチューブ６のより大きなコスト低減を図ることができる。
【００２０】
（３）比較的に引っ張り強度（または引っ張り弾性率）が低い炭素繊維で形成した第１フープ層部７を、ヘリカル層部８の内周側に設けている。
よって、車両の衝突時において、カラー１３による第１フープ層部７の破壊が容易となり、衝突エネルギーのコントロール性が向上する。
【００２１】
（４）挿入部５とカラー１３との間には、ＣＦＲＰチューブ６の第1端部６ａの第１フープ層部７の端面と対向して当接するフランジ１１を設けてある。
よって、フランジ１１が、車両の衝突時において、第１フープ層部７を押圧し、第１フープ層部７とヘリカル層部８の間の境界を剥離することで、カラー１３がＣＦＲＰチューブ６内に侵入しやすくなり、衝突エネルギーのコントロール性を、さらに向上することができる。
【００２２】
（５）比較的に引っ張り強度（または引っ張り弾性率）が低い炭素繊維で形成した第２フープ層部９を、ヘリカル層部８の外周側に設けている。
よって、第２フープ層部９は、巻回の際に、その締め付け力によりヘリカル層部８の第1樹脂材料がしっかり第1炭素繊維材料に含浸されると共に、第1樹脂材料の余剰分が絞り出され、ヘリカル層部８の強度を更に向上させることができ、この締め付けを炭素繊維である第２炭素繊維材料によって行うため、テープ巻きの場合に比べ、ヘリカル層部の圧縮効果が高くすることができる。
また、第２フープ層部９は、プロペラシャフト１の車両への搭載時には、飛び石等のチッピングからＣＦＲＰチューブ６を保護することができる。
〔実施形態２〕
図３は、実施形態２の図1のＡ部相当の拡大図である。
【００２３】
実施形態１とは異なり、ＣＦＲＰチューブ６は、ヘリカル層部８と、その回転軸線Ｚに関する径方向の内側に配置される第１フープ層部７のみで構成され、また、挿入部５とカラー１３との間にフランジが形成されていない。
その他の構成は実施形態１と同じであるため、実施形態１と共通する部分については実施形態１と同じ符号を付して、説明を省略する。
【００２４】
次に、実施形態２の作用効果を列挙する。
（１）シャフト部材としての円筒状に形成されたＣＦＲＰチューブ６において、主に捩じり強度や引っ張り強度を負担するヘリカル層部８を構成する炭素繊維を比較的引っ張り強度（または引っ張り弾性率）の高い第1炭素繊維材料とし、ヘリカル層部８の回転軸線Ｚに関する径方向の内側に配置される捩り強度、曲げ強度を負担しない第１フープ層部７を構成する炭素繊維を第1炭素繊維材料よりも引っ張り強度（または引っ張り弾性率）が低い第２炭素繊維材料とした。
よって、第１フープ層部７を構成する炭素繊維を、比較的安価な材料を選択することが可能となり、プロペラシャフト用ＣＦＲＰチューブ６のコスト低減を図ることができる。
【００２５】
（２）比較的に引っ張り強度（または引っ張り弾性率）が低い炭素繊維で形成した第１フープ層部７を、ヘリカル層部８の回転軸線Ｚに関する径方向の内側に設けている。
よって、車両の衝突時において、カラー１３による第１フープ層部７の破壊が容易となり、衝突エネルギーのコントロール性が向上する。
【００２６】
〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
実施形態として、フープ層部をヘリカル層部の回転軸線Ｚに関する径方向の内側、外側に設けたあるいは、ヘリカル層部の回転軸線Ｚに関する径方向の内側のみに設けたＣＦＲＰチューブ６により説明したが、これに限定されるものではなく、フープ層部をヘリカル層部の外周のみに設けてもよい。
また、第1樹脂材料と第２樹脂材料は、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
【００２７】
以上説明した実施態様から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
動力伝達軸は、その一つの態様において、車両の駆動源と駆動輪の間に設けられる1対の軸部材である第1軸と第２軸の間に設けられる動力伝達軸において、継手部材であって、前記第1軸に設けられ、継手部と、挿入部を備え、前記継手部は、前記第1軸の回転軸線の方向において前記第1軸と前記挿入部の間に設けられている、前記継手部材と、シャフト部材であって、ヘリカル層部と、フープ層部を備え、筒形状を有し、前記第1軸の回転軸線の方向における1対の端部である第1端部と第２端部を有し、前記挿入部が前記第1端部から挿入されており、前記ヘリカル層部は、第1樹脂材料と、前記第1樹脂材料の引っ張り強度より引っ張り強度の高い第1炭素繊維材料を含み、前記第1炭素繊維材料は、前記第1樹脂材料が含浸されており、前記第1軸の回転軸線に対し螺旋状に巻回された形状を有し、前記フープ層部は、前記第1軸の回転軸線の方向において前記ヘリカル層部とオーバーラップする部分を有し、かつ前記第1軸の回転軸線に関する径方向において前記ヘリカル層部の内側または外側に設けられており、第２樹脂材料と、前記第1炭素繊維材料よりも引っ張り強度または引っ張り弾性率の低い第２炭素繊維材料を含み、前記第２炭素繊維材料は、前記第２樹脂材料が含浸されており、前記第1軸の回転軸線の周方向に沿って巻回された形状を有している前記シャフト部材と、を有する。
より好ましい態様では、上記態様において、前記フープ層部は、第1フープ層部と、第２フープ層部を有し、前記第1フープ層部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向において、前記ヘリカル層部の内側に設けられており、前記第２フープ層部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向において、前記ヘリカル層部の外側に設けられている。
さらに別の好ましい態様では、上記態様において、前記フープ層部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向において、前記ヘリカル層部の内側に設けられている。
より好ましい態様では、上記態様において、前記継手部材は、フランジ部を備え、
前記フランジ部は、前記第1軸の回転軸線に関する径方向の外側に突出する形状を有し、
前記挿入部が前記シャフト部材に挿入された状態で、前記第1軸の回転軸線の方向において前記フープ層部と対向する位置に設けられている。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記フープ層部は、前記第1軸の回転軸線の径方向において、前記ヘリカル層部の外側に設けられている。
【符号の説明】
【００２８】
１      プロペラシャフト（動力伝達軸）
２      第１軸（軸部材）
３      第２軸（軸部材）
４      継手部材
４ａ    継手部材
５      挿入部（継手部材）
５ａ    挿入部（継手部材）
６      ＣＦＲＰチューブ（シャフト部材）
６ａ    第１端部
６ｂ    第２端部
７      第１フープ層部
７ａ    肉厚部
８      ヘリカル層部
９      第２フープ層部
１０    セレーション部
１０ａ  セレーション部
１１    フランジ
１１ａ  フランジ
１２ａ  圧入嵌合部
１２ｂ  圧入嵌合部
１３    カラー
１３ａ  カラー
Ｊ１    第１等速ジョイント（継手部材）
Ｊ２    第２等速ジョイント（継手部材）
Ｚ      回転軸線
【図１】
2019163823.tif 000003
【図２】
2019163823.tif 000004
【図３】
2019163823.tif 000005