(57)【要約】【課題】全体の軽量化を図りつつ回転伝達トルクの低下を防止すると共に、チューブに対するヨークのセレーション結合時における圧入作業の容易性を図り得るプロペラシャフトを提供する。【解決手段】アルミニウム合金材からなる入力側ヨーク６と、該入力側ヨークの円筒部１４の嵌合部１４ｂが圧入される繊維強化樹脂材からなるチューブ２と、を備え、前記嵌合部の外周面に、前記チューブの内周面に食い込み状態に係合する複数の凹凸部１５ａ、１５ｂを周設してなるセレーション１５を軸方向に沿って形成した。このセレーションの各凸部の歯先をほぼ平坦状に形成すると共に、該各凸部の前記嵌合部の軸方向の先端部に、前記平坦な歯先面１５ｃから先細り状の鋭角な切り込み部１５ｅを形成し、前記嵌合部を前記チューブの端部内に圧入固定する際に、前記切り込み部が繊維材を切断しながら圧入するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料からなる円筒管と、該円筒管に圧入される嵌合部を有する軽金属材の端末部材と、を備えたプロペラシャフトであって、
前記嵌合部の外周面に、前記円筒管の内周面あるいは外周面に食い込み状態に係合する複数の凹凸部を周設してなるセレーションを軸方向に沿って形成し、
該セレーションの各凸部の歯先をほぼ平坦状に形成すると共に、該各凸部の前記嵌合部の軸方向の先端側に、前記平坦な歯先面の幅よりも狭幅な切り込み部を形成し、該切り込み部を介して前記嵌合部を前記円筒管に圧入して嵌合固定したことを特徴とするプロペラシャフト。
【請求項２】
繊維強化樹脂材からなる円筒状の軸部材と、一端側に前記軸部材の先端側から圧入嵌合される嵌合部を有する軽金属材の継手部材と、を備え、前記嵌合部の外周面に前記軸部材の内周面に食い込む断面ほぼ台形状の凸部を有するセレーションを軸方向に沿って形成してなるプロペラシャフトであって、
前記各凸部の軸方向の先端部端縁に、前記軸部材の一端側への圧入時に前記嵌合部の先端部を案内する切り込み部を形成すると共に、該切り込み部の幅を前記凸部の台形上面の幅よりも狭く形成したことを特徴とするプロペラシャフト。
【請求項３】
前記切り込み部を鋭角状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のプロペラシャフト。
【請求項４】
前記各凸部の歯先面の幅方向両端縁を円弧状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のプロペラシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両の変速装置から駆動輪に動力を伝達するプロペラシャフトの改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、車両用のプロペラシャフトは、全体の軽量化を図るために円筒管であるチューブを繊維強化樹脂材(ＦＲＰ)によって形成し、該チューブの両端部にカルダン型などの鉄系金属製の継手部材を固定するものが提供されている。
【０００３】
前記継手部材は、一端部に前記チューブの端部に圧入嵌合される円筒状の嵌合部が形成されていると共に、該嵌合部の外周面には前記チューブへの圧入力を強化するために複数の凹凸部が周設されたセレーションが軸方向に沿って形成されており、前記セレーションの各凸部はその歯先が鋭角に形成されている。
【０００４】
ところが、さらなる軽量化を図るために前記継手部材をアルミニウム合金材で一体に形成した場合は、鉄系金属のものに比較して強度が低いため、前記嵌合部を前記チューブの端部内に前記セレーションを介して圧入すると歯先が鋭角な各凸部ではかかる歯先がチューブへの圧入時の緊迫力によって潰れてしまう。この結果、継手部材とチューブとの結合力が低下してプロペラシャフトよる必要な回転トルクを伝達することができなくなる。
【０００５】
そこで、以下の特許文献１に記載された技術のように、各凸部の歯先を一部平坦状に形成して断面ほぼ台形状に形成することによって歯先の潰れを抑制して、回転伝達トルクの低下を防止することも考えられている。
【特許文献１】特開平７−２３８９１８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載された技術のように、各凸部の歯先をほぼ台形状に形成すると、該凸部の軸方向の先端面、つまりチューブの端部内に最初に圧入される先端面(投影面)もほぼ台形状になっていることから、前記嵌合部をチューブの端部内へ圧入する際に、前記各凸部の先端面がチューブの内周面に対して凸部の先端面の上辺側先端縁(外端縁)がほぼ線接触状態で押し込まれることになる。したがって、前記チューブ内の各繊維が各凸部の上辺側先端縁に引きつられてむしれ状態になり、前記嵌合部の圧入荷重が上昇してしまう。この結果、かかる圧入作業が困難になる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、複合材料からなる円筒管と、該円筒管に圧入される嵌合部を有する軽金属材の端末部材と、を備えたプロペラシャフトであって、前記嵌合部の外周面に、前記円筒管の内周面あるいは外周面に食い込み状態に係合する複数の凹凸部を周設してなるセレーションを軸方向に沿って形成し、該セレーションの各凸部の歯先をほぼ平坦状に形成すると共に、該各凸部の前記嵌合部の軸方向の先端側に、前記平坦な歯先面の幅よりも狭幅な切り込み部を形成し、該切り込み部を介して前記嵌合部を前記円筒管に圧入して嵌合固定したことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、繊維強化樹脂材からなる円筒状の軸部材と、一端側に前記軸部材の先端側から圧入嵌合される嵌合部を有する軽金属材の継手部材と、を備え、前記嵌合部の外周面に前記軸部材の内周面に食い込む断面ほぼ台形状の凸部を有するセレーションを軸方向に沿って形成してなるプロペラシャフトであって、前記各凸部の軸方向の先端部端縁に、前記軸部材の一端側への圧入時に前記嵌合部の先端部を案内する切り込み部を形成すると共に、該切り込み部の幅を前記凸部の台形上面の幅よりも狭く形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１及び２に記載の発明によれば、円筒管(軸部材)や端末部材(継手部材)の特異な材料によってプロペラシャフト全体の軽量化が図れると共に、セレーション凸部をほぼ台形状に形成することによって圧入時における歯先の潰れを抑制して、回転伝達トルクの低下を防止することができる。
【００１０】
特に、この発明では、嵌合部を円筒管(軸部材)に圧入した際に、各凸部の先端部端縁に形成された切り込み部によって、円筒管内への食い込み性が良好になると共に、複数の繊維材を切断しながら押し込むことができるので、むしれの発生が抑制されて、圧入荷重を十分に小さくすることが可能になる。これによって、圧入作業が容易になる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、前記切り込み部を鋭角状に形成したことによって、前記円筒管内の繊維材をさらに効率良く切断することが可能になる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、各凸部の歯先面の幅方向両端縁を円弧状に形成したことから、円筒管への圧入後における前記両端縁に対する圧接力が分散して集中応力の発生を防止できる。この結果、各凸部が一層潰れにくくなり、プロペラシャフトの回転伝達トルクの低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明にかかるプロペラシャフトの実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１４】
このプロペラシャフト１は、車両用に適用されたもので、図５に示すように、いわゆる２ジョイントタイプであって、長尺な円筒状の円筒管(軸部材)であるチューブ２と、該チューブ２の一端部に設けられて、図外のトランスミッション側に接続される第１継手機構３と、チューブ２の他端部に設けられて、図外のデファレンシャル側に接続される第２継手機構４とから主として構成されている。
【００１５】
前記チューブ２は、全体が繊維強化樹脂材によって多層に形成されている。
【００１６】
前記第１継手機構３は、前記チューブ２の一端部２ａとトランスミッション側の円筒状のすべり継手５とを接続するフック式(カルダン式)であって、前記チューブ２の一端部２ａに取り付けられる端末部材（継手部材）である入力側ヨーク６と、前記すべり継手５に一体に有するスリーブヨーク７と、前記入力側ヨーク６とスリーブヨーク７とを連結する十字状のスパイダー軸８とから主として構成されている。
【００１７】
前記第２継手機構４は、デファレンシャルギアに取り付けられるフランジヨーク９と、チューブ２の他端部２ｂに取り付けられる出力側ヨーク１０と、前記フランジヨーク９と出力側ヨーク１０とを連結する十字状のスパイダー軸１１とから主として構成されている。
【００１８】
第１、第２継手機構３，４は、前記入力側ヨーク６と出力側ヨーク１１などの基本構造が同一であるから、以下、第１継手機構３について具体的に説明して第２継手機構４についての具体的な説明は省略する。
【００１９】
前記入力側ヨーク６は、図２にも示すように、軽金属材であるアルミニウム合金材によって一体に形成され、中実円環状の中央基部１２と、該中央基部１２の一端部に有するフォーク部１３と、中央基部１２の他端部に有する円筒部１４とから構成されて、剛性を確保するために全体の外径が従来の鉄系金属のものよりも比較的大径に形成されている。前記フォーク部１３は、二股状に形成されて、先端部の径方向から対向する位置に前記各スパイダー軸８が嵌挿される嵌挿孔１３ａがそれぞれ貫通形成されている。
【００２０】
前記円筒部１４は、軸方向のほぼ中央位置に前記チューブ２の一端部２ａ先端縁が対峙するフランジ部１４ａが設けられていると共に、該フランジ部１４ａを挟んで前記フォーク部１３と反対側の位置に、前記チューブ２の一端部２ａの内部に圧入される円筒状の嵌合部１４ｂが設けられている。
【００２１】
この嵌合部１４ｂは、図１及び図２に示すように、外周面にセレーション１５が軸方向に沿って形成されている。このセレーション１５は、嵌合部１４ｂの外周面に複数の凹凸部１５ａ、１５ｂを周設してなり、前記凸部１５ａは、図３及び図４に示すように、横断面ほぼ台形状に形成されて各歯先面１５ｃが平坦状に形成されている。
【００２２】
また、前記各凸部１５ａは、前記嵌合部１４ｂの軸方向のチューブ２側先端部１５ｄが鋭角な矢尻状に形成されていると共に、前記歯先面１５ｃの先端側には該歯先面１５ｃの幅Ｗよりも狭幅な切り込み部１５ｅが形成されている。
【００２３】
前記各先端部１５ｄは、平面ほぼ二等辺三角形状の鋭角状に形成されてその先端の開き角度θ１が約４０°に設定されている。一方、前記各切り込み部１５ｅは、同じく平面ほぼ二等辺三角形の鋭角状に形成されて先端側の開き角度θが約４０°に設定されている。そして、前記先端部１５ｄの先端縁と切り込み部１５ｅの先端縁とを結ぶ線が、先端方向へ下ったテーパ刃先１５ｆに形成されている。したがって、前記各凹部１５ａの先端部１５ｄ全体が矢尻の刃先のような形状に形成されている。
【００２４】
前記嵌合部１４ｂの内周面の軸方向のほぼ先端部寄りの位置には、図２に示すように、嵌合部１４ｂの強度を高める円環状の補強リブ１６が一体に設けられている。この補強リブ１６は、その軸方向の幅Ｗ２が嵌合部１４ｂの肉厚幅とほぼ同一に設定されていると共に、径方向の高さ、つまり内方への突出幅が同じく嵌合部１４ｂの肉厚幅とほぼ同じ大きさに設定されている。
【００２５】
なお、図４に示すように、前記嵌合部１４ｂをチューブ２の一端部２ａの内周面に圧入した際の締め代αは凸部１５ａの歯先面１５ｃの高さと前記一端部２ａの内周面の内径の大きさによって予め設定されている。
【００２６】
したがって、この実施の形態によれば、チューブ２を繊維強化樹脂材によって形成する一方、入力側ヨーク３及び出力側ヨーク４をアルミニウム合金材によって形成したため、プロペラシャフト１全体の軽量化が図れる。この結果、プロペラシャフト１の固有振動数が上昇するによって車体に伝達される振動を抑制できる。
【００２７】
また、セレーション凸部１５ａを歯先面１５ｃが平坦なほぼ台形状に形成することによってチューブ２の一端部２ａ内への圧入時における歯先の潰れが抑制されることから、チューブ２の内周面との接触面積が大きくなって回転伝達トルクの低下が防止される。つまり、図４に示すように、セレーション１５の凸部１５ａを圧入することによって発生する前記締め代αによる緊迫力と各歯側面１５ｇとによって回転トルクを伝達することができるので、プロペラシャフト１の回転伝達トルクの低下を防止することができる。
【００２８】
しかも、この実施の形態では、前述のように、各構成部品の組み付け時において、チューブ２の一端部２ａ内に入力側ヨーク６の嵌合部１４ｂを、セレーション１５を介して先端部側から圧入した際に、各凸部１５ａの先端部端縁に形成されたテーパ刃先１５ｆと切り込み部１５ｅとによってチューブ２内への食い込み性が良好になると共に、複数の繊維材を切断しながら押し込むことができるので、繊維材のむしれの発生を十分に防止することが可能になる。この結果、圧入荷重を十分に小さくすることができ、これによって、圧入作業が容易になる。
【００２９】
また、特に、前記切り込み部１５ｅは、その先端開き角が約４０°の鋭角状に形成されていることから、チューブ２に対する切り込み性や繊維材の切断性が一層良好になる。したがって、圧入荷重をさらに低減することが可能になる。
【００３０】
さらに、前記嵌合部１４ｂの先端部寄りの内周面に補強リブ１６を一体に設けたため、圧入時に変形し易い嵌合部１４ｂ先端側の剛性が高くなって、前記圧入時におけるセレーション１５とチューブ２とから受ける緊迫力による変形を効果的に抑制することが可能になる。したがって、嵌合部１４ｂとチューブ２との高い緊迫力を維持することができることから、前記回転トルクの伝達性が一層向上する。
【００３１】
なお、前記切り込み部１５ｅの開き角度は任意に設定することが可能であるが、本実施の形態のように約４０°に設定することによって、切り込み部１５ｅの剛性を維持しつつ繊維材の切断性を効果的に行えることが実験結果から得られた。
【００３２】
また、前記セレーション１５の外周にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの表面処理を行えば、各凸部１５ａ表面の摩擦が低くなって、前記圧入荷重をさらに低下させることができる。
【００３３】
〔第２の実施の形態〕
図６及び図７は第２の実施の形態を示し、基本構造は第１の実施の形態と同じであるが、異なるところは、前記セレーション１５の凸部１５ａの歯先面１５ｃの幅方向の両側縁１５ｈ、１５ｈが円弧状に形成されている。
【００３４】
したがって、この実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用効果に加えて、嵌合部１４ｂをセレーション１５を介してチューブ２の一端部２ａ内へ圧入した後に、チューブ２から受ける前記両端縁１５ｈ、１５ｈに対する圧接力が分散して集中応力の発生を防止できる。したがって、各凸部１５ａの両端縁１５ｈ、１５ｈが一層潰れにくくなる。このため、プロペラシャフト１の伝達回転トルクの低下をさらに抑制することができる。
【００３５】
本発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、例えばプロペラシャフト１として船舶用などに適用することができ、また、凸部１５ａの高さや歯先面１５ｃの面積の大きさなどはプロペラシャフトの適用対象や外径の大きさなどによって任意に設定することができる。
【００３６】
また、チューブ２の両端部２ａ、２ｂは、その外周面を前記各ヨーク６、１０の各嵌合部１４ｂの内周面に形成されたセレーションを介して圧入固定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図２のＡ部拡大図である。
【図２】第１の実施の形態に係るプロペラシャフトに供される入力側ヨークを示す要部半断面図である。
【図３】図２のＢ矢視図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】本実施の形態のプロペラシャフトの半断面図である。
【図６】第２の実施の形態における図２のＢ矢視図である。
【図７】本実施の形態における図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…プロペラシャフト
２…チューブ
３…第１継手機構
４…第２継手機構
６…入力側ヨーク(端末部材、継手部材)
１０…出力側ヨーク(端末部材、継手部材)
１４…円筒部
１４ｂ…嵌合部
１５…セレーション
１５ａ…凸部
１５ｂ…凹部
１５ｃ…歯先面(台形上面)
１５ｄ…先端部
１５ｅ…切り込み部
１５ｆ…刃先縁
１６…補強リブ
【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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【図６】
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【図７】
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