(57)【要約】【課題】捩り強度を確保することができるとともに、衝突時において衝突荷重の吸収能力を向上することができる繊維強化プラスチック製プロペラシャフトを提供する。【解決手段】ＦＲＰ製プロペラシャフト１０はＦＲＰ製筒体１１の端部１４に金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂを接合して構成されている。ＦＲＰ製筒体１１と金属製ヨーク１２の金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂとの間には中間円筒部材１３が配設されている。中間円筒部材１３の外面には軸方向に延びかつＦＲＰ製筒体１１の内周面に食い込むセレーション１３ａが形成され、中間円筒部材１３の内面には軸方向に延びる内側スプライン１３ｂが形成されている。金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂの外周面には中間円筒部材１３の内側スプライン１３ｂに嵌合する外側スプライン１２ｃが形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチック製筒体の端部に金属部品の接合部を接合した繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、
前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品の接合部との間には中間円筒部材を配設し、該中間円筒部材の外面には軸方向に延びかつ前記繊維強化プラスチック製筒体の内周面に食い込むセレーションを形成し、該中間円筒部材の内面には軸方向に延びる内側スプラインを形成し、
前記金属部品の接合部の外周面には前記中間円筒部材の内側スプラインに嵌合する外側スプラインを形成した
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフト。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、
前記中間円筒部材の内径は、前記金属部品の最大外形の外径よりも大きく設定されている
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフト。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、
前記中間円筒部材の内側スプライン又は前記金属部品の外側スプラインの一方にはリード角が付与されている
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフト。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、
前記中間円筒部材には前記繊維強化プラスチック製筒体に係合して該中間円筒部材の軸方向への移動を規制する規制手段が設けられている
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフト。
【請求項５】
請求項４に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、
前記規制手段は、前記中間円筒部材の外端部に形成され、かつ前記繊維強化プラスチック製筒体の端部に当接するフランジである
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック製プロペラシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロペラシャフトとして繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製プロペラシャフトを使用することにより車両を軽量化して燃費の向上を図るようにした技術が提案されている。このＦＲＰ製プロペラシャフトは、ＦＲＰ製筒体の両端部に対して、駆動軸や従動軸に連結される金属製ヨークを接合する方法が一般的である。このようなＦＲＰ製筒体は、一般的なフィラメントワインディング法によって形成されたものである。そして、ＦＲＰ製筒体と金属製ヨークとは、通常、セレーション接合によって接合される。
【０００３】
金属製ヨークの接合部の外周面には軸方向に延びるセレーションが形成されており、ＦＲＰ製筒体の端部の内周面に金属製ヨークの接合部を圧入する。金属製ヨークの圧入時において、接合部のセレーションにより繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に刻み目を刻設して食い込ませることによって、繊維強化プラスチック製筒体と金属製ヨークとは相対回転しないように一体に接合される。
【０００４】
このような繊維強化プラスチック製プロペラシャフトは、車載内燃機関が発生するトルクを捩りトルクとして駆動輪に伝達することができるように、金属製ヨークと繊維強化プラスチック製筒体との間の捩り強度が必要とされる。
【０００５】
また、最近の自動車設計においては、衝突時において過大な衝撃を与えず、しかもエアバック等の安全装置の作動に時間的余裕を与えるため、衝突時にプロペラシャフトの軸方向に作用する衝突荷重を吸収する技術が、特許文献１にて提案されている。この特許文献１に記載されたプロペラシャフトは、繊維強化プラスチック製筒体の内径を金属製ヨークの最大外形の外径よりも大きく設定している。そして、プロペラシャフトの軸方向に衝突荷重を受けた際、金属製ヨークのセレーションが繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目を刻設しながら金属製ヨークは繊維強化プラスチック製筒体内に更に圧入されることにより、衝突荷重を吸収するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３３７３４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載されたプロペラシャフトは、金属製ヨークのセレーションによって繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目を刻設しながら金属製ヨークを圧入する方法である。従って、プロペラシャフトの捩り強度を増加させるために、繊維強化プラスチック製筒体に対するセレーションの圧入代を大きく設定すると、衝突時においてセレーションによる繊維強化プラスチック製筒体の削り量が大きくなって圧入荷重が大きくなり、衝突荷重の吸収能力が低下する。逆に、衝突時においてセレーションによる繊維強化プラスチック製筒体の削り量を小さくして圧入荷重を低下させて衝突荷重の吸収能力を増加させるために、繊維強化プラスチック製筒体に対するセレーションの圧入代を小さく設定すると、プロペラシャフトの捩り強度が低下する。このように、特許文献１に記載されたプロペラシャフトは、捩り強度を確保しつつ衝突時の衝突荷重の吸収能力を向上することは困難であった。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、捩り強度を確保することができるとともに、衝突時において衝突荷重の吸収能力を向上することができる繊維強化プラスチック製プロペラシャフトを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、繊維強化プラスチック製筒体の端部に金属部品の接合部を接合した繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品の接合部との間には中間円筒部材を配設し、該中間円筒部材の外面には軸方向に延びかつ前記繊維強化プラスチック製筒体の内周面に食い込むセレーションを形成し、該中間円筒部材の内面には軸方向に延びる内側スプラインを形成し、前記金属部品の接合部の外周面には前記中間円筒部材の内側スプラインに嵌合する外側スプラインを形成した。
【００１０】
上記構成によれば、繊維強化プラスチック製筒体に対する中間円筒部材のセレーションの食い込み及び中間円筒部材の内側スプラインと金属部品の外側スプラインとの嵌合によって繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの捩り強度が確保される。また、中間円筒部材と金属部品の接合部とはスプライン嵌合しているので、金属部品の繊維強化プラスチック製筒体内への圧入荷重は小さくなる。そのため、衝突時においてプロペラシャフトの軸方向に作用する衝突荷重によって金属部品は繊維強化プラスチック製筒体内に圧入されやすくなり、衝突荷重の吸収能力を向上することができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、前記中間円筒部材の内径は、前記金属部品の最大外形の外径よりも大きく設定されている。
【００１２】
上記構成によれば、衝突時においてプロペラシャフトの軸方向に作用する衝突荷重によって金属部品が繊維強化プラスチック製筒体内に圧入されるとき、金属部品は繊維強化プラスチック製筒体に衝突することなく圧入される。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、前記中間円筒部材の内側スプライン又は前記金属部品の外側スプラインの一方にはリード角が付与されている。
【００１４】
上記構成によれば、中間円筒部材の内側スプライン又は金属部品の外側スプラインの一方にリード角を付与したことによって、金属部品の圧入荷重を適宜調整することができ、衝突荷重の吸収能力を調節することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、前記中間円筒部材には前記繊維強化プラスチック製筒体に係合して該中間円筒部材の軸方向への移動を規制する規制手段が設けられている。
【００１６】
上記構成によれば、衝突時の衝突荷重によって金属部品が繊維強化プラスチック製筒体内に圧入されるとき、中間円筒部材は規制手段によって軸方向への移動が規制されるので、金属部品は容易に繊維強化プラスチック製筒体内に進入する。
【００１７】
請求項５に記載の発明のように、規制手段を中間円筒部材の外端部に形成され、かつ繊維強化プラスチック製筒体の端部に当接するフランジとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態における繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製プロペラシャフト１０はＦＲＰ製筒体１１と、該ＦＲＰ製筒体１１の両端部に接合された金属部品としての金属製ヨーク（継手）１２と、中間円筒部材１３とを有する。ＦＲＰ製筒体１１と中間円筒部材１３とはセレーション結合されており、中間円筒部材１３と金属製ヨーク１２とはスプライン嵌合されている。なお、金属製ヨーク１２及び中間円筒部材１３は、ＦＲＰ製筒体１１の両端部に結合されるが、両端部におけるＦＲＰ製筒体１１の構造とその両端部に結合されている金属製ヨーク１２及び中間円筒部材１３の構成は同じである。従って、本実施形態では、説明の便宜上、エンジン駆動軸側の金属製ヨーク１２及び中間円筒部材１３とＦＲＰ製筒体１１の結合について述べ、従動軸側の金属製ヨーク１２及び中間円筒部材１３とＦＲＰ製筒体１１の結合についてはエンジン駆動軸側と同一として説明を省略する。
【００１９】
ＦＲＰ製筒体１１は、ほぼ一定の肉厚の円筒からなり、例えばフィラメントワインディング法によって成形されている。すなわち、ＦＲＰ製筒体１１は、エポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させたカーボン繊維などの強化繊維を層状に巻き付けて筒状体を成形し、その筒状体を加熱硬化させたものである。
【００２０】
ＦＲＰ製筒体１１は、強化繊維を所定の等ピッチで斜めに巻き付けられたヘリカル巻層１１ａと、各端部１４においてヘリカル巻層１１ａの外側に設けられたフープ巻層１１ｂとを備えている。このヘリカル巻層１１ａの強化繊維は、車両に組付けて使用される際に要求される曲げ、捩り、振動等の特性を満足するため、４５度未満の角度に規定された値に設定される。ここでは、例えば±１０度に設定されている。フープ巻層１１ｂは、ヘリカル巻層１１ａと異なり、強化繊維をＦＲＰ製筒体１１の軸線に対する配向角が４５度以上９０度未満の角度に設定される。ここでは、フープ巻層１１ｂは例えばほぼ９０度で巻き付けられたものである。
【００２１】
中間円筒部材１３は金属板により形成され、ＦＲＰ製筒体１１の端部１４に圧入されている。図４に示されるように、中間円筒部材１３の外面には軸方向に延びかつＦＲＰ製筒体１１の内周面に食い込むセレーション１３ａが形成され、中間円筒部材１３の内面には軸方向に延びる内側スプライン１３ｂが形成されている。セレーション１３ａの歯先円の直径Ｄ１３ａは、ＦＲＰ製筒体１１の端部１４の内径Ｄ１１よりも大径になっている。
【００２２】
また、中間円筒部材１３の外端部にはＦＲＰ製筒体１１の端部１４に当接するフランジ１３ｃが形成されており、フランジ１３ｃはＦＲＰ製筒体１１の端部１４に係合して中間円筒部材１３の軸方向への移動を規制するようにしている。
【００２３】
金属製ヨーク１２は十字軸と接続する部材であり、十字軸を取り付けるための孔部１２ａが形成されている。図３に示されるように、金属製ヨーク１２の接合部としての圧入軸部１２ｂは円柱状に形成されて、その外周面には前記中間円筒部材１３の内側スプライン１３ｂに嵌合する外側スプライン１２ｃが形成されている。この外側スプライン１２ｃは中間円筒部材１３の内側スプライン１３ｂに対してリード角が付与されており、金属製ヨーク１２の圧入荷重を調整できるようになっている。
【００２４】
また、中間円筒部材１３の内径Ｄ１３ｂは、金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂを除く最大外形の外径Ｄ１２よりも大きく設定されている。
図３に示されるように、上記したＦＲＰ製筒体１１の端部１４から中間円筒部材１３を圧入すると、セレーション１３ａによってＦＲＰ製筒体１１の端部１４の内周面に刻み目を刻設しながらセレーション１３ａがＦＲＰ製筒体１１の内周面に食い込む。フランジ１３ｃがＦＲＰ製筒体１１の端部１４に当接すると、中間円筒部材１３の軸方向への移動は規制される。そのため、中間円筒部材１３とＦＲＰ製筒体１１とは相対回転しないように一体に接合される。
【００２５】
この後、中間円筒部材１３内に金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂを圧入すると、中間円筒部材１３の内側スプライン１３ｂと金属製ヨーク１２の外側スプライン１２ｃとが嵌合する。そのため、金属製ヨーク１２とＦＲＰ製筒体１１とは相対回転しないように一体に接合され、本実施形態のＦＲＰ製プロペラシャフト１０が製造される。
【００２６】
上記のように構成されたＦＲＰ製プロペラシャフト１０の作用について説明する。
通常の車両運転時には、ＦＲＰ製筒体１１に対する中間円筒部材１３のセレーション１３ａの食い込み及び中間円筒部材１３の内側スプライン１３ｂと金属製ヨーク１２の外側スプライン１２ｃとの嵌合によってＦＲＰ製プロペラシャフト１０の捩り強度が確保される。
【００２７】
また、中間円筒部材１３と金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂとは内側スプライン１３ｂと外側スプライン１２ｃとの嵌合により、金属製ヨーク１２のＦＲＰ製筒体１１内への圧入荷重は小さくなる。そのため、図２に示されるように、衝突時においてＦＲＰ製プロペラシャフト１０の軸方向に衝突荷重が作用すると、金属製ヨーク１２はＦＲＰ製筒体１１内に圧入されやすくなり、衝突荷重の吸収能力を向上することができる。
【００２８】
また、中間円筒部材１３の内径Ｄ１３ｂは、金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂを除く最大外形の外径Ｄ１２よりも大きく設定されている。そのため、衝突時においてＦＲＰ製プロペラシャフト１０の軸方向に作用する衝突荷重によって金属製ヨーク１２がＦＲＰ製筒体１１内に圧入されるとき、圧入軸部１２ｂを除く金属製ヨーク１２は中間円筒部材１３及びＦＲＰ製筒体１１に衝突することなく圧入される。
【００２９】
上記のように構成されたＦＲＰ製プロペラシャフト１０によれば、以下の効果が得られる。
・  本実施形態では、ＦＲＰ製筒体１１に対する中間円筒部材１３のセレーション１３ａの食い込み及び中間円筒部材１３の内側スプライン１３ｂと金属製ヨーク１２の外側スプライン１２ｃとの嵌合によってＦＲＰ製プロペラシャフト１０の捩り強度を確保することができる。また、中間円筒部材１３と金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂとは内側スプライン１３ｂと外側スプライン１２ｃとの嵌合により、金属製ヨーク１２のＦＲＰ製筒体１１内への圧入荷重は小さくなる。そのため、衝突時においてＦＲＰ製プロペラシャフト１０の軸方向に作用する衝突荷重によって金属製ヨーク１２はＦＲＰ製筒体１１内に圧入されやすくなり、衝突荷重の吸収能力を向上することができる。
【００３０】
・  また、中間円筒部材１３の内径Ｄ１３ｂは、金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂを除く最大外形の外径Ｄ１２よりも大きく設定されている。そのため、衝突時においてＦＲＰ製プロペラシャフト１０の軸方向に作用する衝突荷重によって金属製ヨーク１２がＦＲＰ製筒体１１内に圧入されるとき、圧入軸部１２ｂを除く金属製ヨーク１２をＦＲＰ製筒体１１に衝突することなく圧入することができる。
【００３１】
・  さらに、金属製ヨーク１２の外側スプライン１２ｃには中間円筒部材１３の内側スプライン１３ｂに対してリード角が付与されているため、金属製ヨーク１２の圧入荷重を適宜調整することができ、衝突荷重の吸収能力を調節することができる。
【００３２】
・  また、中間円筒部材１３にはＦＲＰ製筒体１１に係合して中間円筒部材１３の軸方向への移動を規制するフランジ１３ｃが設けられている。そのため、衝突時の衝突荷重によって金属製ヨーク１２がＦＲＰ製筒体１１内に圧入されるとき、中間円筒部材１３はフランジ１３ｃによって軸方向への移動が規制されるので、金属製ヨーク１２は容易にＦＲＰ製筒体１１内に進入することができる。
【００３３】
なお、実施の形態は、次のように変更してもよい。
・  図５に示すように、中間円筒部材１３には断面矩形状の内側スプライン１３ｄを形成するとともに、金属製ヨーク１２には断面矩形状の外側スプライン１２ｄを形成してもよい。
【００３４】
・  上記実施形態では、金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂの長さと中間円筒部材１３の軸方向の長さを等しく設定したが、いずれか一方を長く設定するようにしてもよい。このように構成すれば、両者の一定の嵌合力によってＦＲＰ製プロペラシャフト１０の軸方向に作用する衝突荷重を、両者が嵌合している期間において漸次吸収することができる。
【００３５】
・  上記実施形態において、ＦＲＰ製筒体１１の強化繊維として、アラミド繊維、ガラス繊維等の高弾性・高強度を有する繊維を採用したり、マトリックス樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を採用したりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態におけるＦＲＰ製プロペラシャフトの端部構成を示す断面図。
【図２】衝突時におけるＦＲＰ製プロペラシャフトの変形状態を示す断面図。
【図３】一実施形態のＦＲＰ製プロペラシャフトの一部を示す分解断面図。
【図４】図１のＡ−Ａ線における拡大断面図。
【図５】別の実施形態の中間円筒部材を示す部分断面図。
【符号の説明】
１０…繊維強化プラスチック製プロペラシャフト、１１…ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製筒体、１１ａ…ヘリカル巻層、１１ｂ…フープ巻層、１２…金属部品としての金属製ヨーク、１２ｂ…圧入軸部、１２ｃ，１２ｄ…外側スプライン、１３…中間円筒部材、１３ａ…セレーション、１３ｂ，１３ｄ…内側スプライン、１３ｃ…規制手段としてのフランジ、１４…端部、Ｄ１１，Ｄ１３ｂ…内径、Ｄ１２…外径。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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