(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
続いて、各実施形態の動力伝達軸について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態では、本発明の動力伝達軸を、FF(Front−engine Front−drive)ベースの四輪駆動車に搭載されるプロペラシャフトに適用した例を挙げる。また、各実施形態で共通する技術的要素には、共通の符号を付し、説明を省略する。
【0011】
[第一実施形態]
図1に示すように、第一実施形態の動力伝達軸1は、車両の前後方向に延在する略円筒状の管体2(パイプ)と、管体2の前側に配置された第一自在継手5(特許請求の範囲における「連結部材」)と、管体2の後側に配置された第二自在継手6と、を備えている。
【0012】
第一実施形態の第一自在継手5は、カルダンジョイントであり、車体の前部に搭載された変速機と動力伝達軸1とを連結するための金属製の連結部材である。
第一実施形態の第二自在継手6は、等速ジョイントであり、車体の後部に搭載された終減速装置と動力伝達軸1とを連結するための金属製の連結部材である。
そして、変速機から動力伝達軸1に動力(トルク)が伝達すると、動力伝達軸1が軸線O1回りに回転して、終減速装置に動力が伝達される。
【0013】
管体2は、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)製に形成されている。なお、本発明において繊維強化プラスチックに使用される強化繊維は、炭素繊維に限られず、ガラス繊維やアラミド繊維であってもよい。
【0014】
管体2の製造方法は、図示しないマンドレルに連続炭素繊維を巻き付けて成形体を形成し、その後、成形体の外周にプリプレグ(炭素繊維に樹脂を含浸させたシート)を巻き付けている。よって、管体2は、フィラメントワインディング法とシートワインディング法との二つの工法を取り入れられて製造されている。
ここで、フィラメントワインディング法によって製造される成形体は、繊維(炭素繊維)の連続性が保たれるため機械的強度(特にねじり強度)が高い。
また、シートワインディング法によれば、炭素繊維をマンドレルの軸線方向に延在するように配置することができ、軸線O1方向に高弾性化した成形体を製造できる。
つまり、上記した製造方法によれば、管体102の内部で、軸O1回りに巻回された繊維からなる繊維層と、軸線O1方向に延在する繊維からなる繊維層と、が積層しており、機械的強度が高く、かつ、軸線O1方向に高弾性化した管体2を製造できる。
なお、周方向に配向する繊維としてPAN系(Polyacrylonitrile)繊維が好ましく、軸線O1方向に配向する繊維としてピッチ繊維が好ましい。
【0015】
なお、本発明の管体2は、上記した製造方法に限定されない。管体2の製造方法としては、マンドレルにプリプレグを巻き付けて成形体を形成し、その成形体の外周に連続炭素繊維を巻き付けてもよい。又は、管体2の製造方法としては、単一の製造方法(フィラメントワインディング法又はシートワインディング法)を用いてもよい。
【0016】
管体2は、筒状の本体部10と、本体部10の前側(一端部)に配置された第一接続部20と、本体部10の後側(他端部)に配置された第二接続部30と、本体部10と第二接続部30との間に形成された傾斜部40と、を備えている。
【0017】
軸線O1を法線とする平面で本体部10を切った場合には、本体部10の外周面の断面形状は円形状となっている。
また、本体部10の外径は、中央部から両端部に向うに連れて縮径しており、中央部の外径は、両端部の外径よりも大きい。
つまり、軸線O1に沿って本体部10を切った場合には、本体部10の外周面の断面形状は、緩やかな曲線を描き、外側に向けて突出する円弧状となっている。よって、本体部10の外形は、中央部が径方向外側に膨らんだ樽形状(バレル形状)となっている。
【0018】
なお、第一実施形態の動力伝達軸1では、軸線O1に沿って本体部10を切った場合に、本体部10の外周面の断面形状は円弧状となっているが、本発明においては、本体部10の外周面の断面形状を階段状に形成してもよい。
また、軸線O1に沿って本体部10を切った場合に、本体部10の外周面の断面形状が中央部から両端部に向かうに連れて中心側に向かうように直線状に傾斜させてもよい。
【0019】
第二接続部30内には、第二自在継手6のスタブシャフト4のシャフト部(図示ぜす)が嵌め込まれている。第二接続部30の内周面は、スタブシャフト4のシャフト部の多角形状の外周面に倣った多角形状を呈している。このように、管体2とスタブシャフト4とが互いに相対回転しないように構成されている。
【0020】
傾斜部40は、本体部10と第二接続部30との間に形成された部位である。第二接続部30は、傾斜部40を介して本体部10の後端に連続している。傾斜部40の外径は、本体部10から第二接続部30に向かうに連れて次第に縮径し、円錐台形状となっている。
傾斜部40の板厚は、第二接続部30側(後側)の端部(後端部)から本体部10側(前側)の端部(前端部)に向かうに連れて漸次薄くなっている。このため、傾斜部40のうち前端部の板厚が最も薄くなっており、傾斜部40の前端部が脆弱部を構成している。脆弱部は、傾斜部40のせん断強度が最も低下している部位である。
なお、管体2では、傾斜部40全体の板厚が変化しているが、傾斜部40の一部区間において板厚を変化させてもよい。
また、傾斜部40の板厚を、本体部10側(前側)の端部(前端部)から第二接続部30側(後側)の端部(後端部)に向かうに連れて漸次薄くして、傾斜部40の後端部に脆弱部を設けてもよい。
【0021】
第一接続部20は、本体部10の前端に連続して形成されている部位である。
第一接続部20には、第一自在継手5のスタブヨーク3が嵌め合わされている。
図3に示すように、軸線O1を法線とする平面で第一接続部20を切った場合には、第一接続部20の外周面20bの断面形状が多角形となっている。第一実施形態では、第一接続部20の外周形状が八角形に形成されている。なお、第一接続部20の内周形状は、円形に形成されている。
【0022】
スタブヨーク3は、
図2に示すように、基部51と、基部51の前面から前方に突出した一対のアーム52と、を備えている金属部材である。アーム52には、ジョイントピンが差し込まれる軸孔52aが貫通している。
【0023】
基部51の後部には、
図3に示すように、中空な第一柱部53と、第一柱部53の内部に形成された中空な第二柱部54と、が形成されている。第一柱部53及び第二柱部54は、軸線O1を中心軸する筒状の部位である。第二柱部54は、外周形状及び内周形状が円形に形成されている。
【0024】
軸線O1を法線とする平面で第一柱部53を切った場合には、第一柱部53の内周面53aの断面形状が多角形に形成されるとともに、外周面53bの断面形状が円形に形成されている。
【0025】
なお、第一実施形態では、第一柱部53の内周形状が八角形に形成されているが、本発明においては、その形状は限定されるものではなく、例えば、四角形や三角形などの多角形、又は、多角形以外の長円形でもよい。
【0026】
第二柱部54の外周面54bと、第一柱部53の内周面53aとは間隔を空けて配置されている。したがって、第二柱部54の外周面54bと、第一柱部53の内周面53aとの間には、環状の隙間55が形成されている。
【0027】
軸線O1を法線とする平面で第一柱部53及び第二柱部54を切った場合に、隙間55の断面形状が第一接続部20の断面形状と同じ形状となっている。
そして、
図2に示すように、第二柱部54の外周面54bと、第一柱部53の内周面53aとの間に、第一接続部20の前端部が挿入されている。
これにより、
図3に示すように、第一柱部53の内周面53aと、第一接続部20の外周面20bとが嵌め合わされており、第一接続部20とスタブヨーク3とが互いに相対回転しないように構成されている。
【0028】
第一柱部53には、
図2に示すように、かしめ加工が施されている。第一実施形態では、第一柱部53の外周面53bの全周を工具によって押し込んでいる。これにより、第一柱部53の外周面53bには、全周に亘って窪み部56が形成されている。
【0029】
第一柱部53をかしめ加工により内側に向けて塑性変形させることで、第一接続部20が第一柱部53と第二柱部54との間に挟み込まれている。
なお、第一実施形態では、第一柱部53の外周面53bの全周をかしめているが、本発明においては、第一柱部53の外周面53bの複数の箇所をかしめてもよい。
【0030】
次に、第一実施形態の動力伝達軸1の製造方法について説明する。なお、以下の説明においては
図5のフローチャートを適宜に参照する。
動力伝達軸1の製造方法は、繊維強化プラスチック製の管体2と金属製のスタブヨーク3と、を用意する準備工程を備えている。さらに、動力伝達軸1の製造方法は、第一接続部20をスタブヨーク3の第一柱部53と第二柱部54との間に挿入する挿入工程と、第一柱部53にかしめ加工を施して、第一接続部20にスタブヨーク3を接合するかしめ工程と、を備えている。
【0031】
まず、準備工程において、
図1に示す管体2及びスタブヨーク3を用意する(ステップS1)。続いて、挿入工程では、
図4に示すように、管体2の第一接続部20の前端部を、スタブヨーク3の第一柱部53と第二柱部54との間に挿入する(ステップS2)。これにより、
図3に示すように、第一柱部53の内周面53aと、第一接続部20の外周面20bとが嵌め合わされる。
【0032】
さらに、かしめ工程では、
図2に示すように、第一柱部53の外周面53bを工具によって押し込んで、第一柱部53の内部を内側に向けて塑性変形させる(ステップS3)。これにより、第一柱部53の外周面53bに窪み部56が形成される。また、第一接続部20の前端部が第一柱部53と第二柱部54との間に挟み込まれる。このようにして、第一接続部20にスタブヨーク3が接合される。
【0033】
以上、第一実施形態の動力伝達軸1及びその製造方法では、
図3に示すように、第一接続部20を第一柱部53と第二柱部54との間に挿入し、第一柱部53をかしめることで、第一接続部20とスタブヨーク3との回転方向の接合力を高めることができる。そして、動力伝達軸1及びその製造方法では、第一接続部20及びスタブヨーク3の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。
【0034】
また、動力伝達軸1の管体2では、
図1に示すように、曲げ応力が集中し易い本体部10の中央部の外径が大径に形成されているため、所定の曲げ強度を有している。
また、動力伝達軸1の管体2は、繊維強化プラスチックにより形成されているため、設計の自由が高く、更なる低コスト化を図れる。
【0035】
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る動力伝達軸101について説明する。
第二実施形態の動力伝達軸101は、
図6に示すように、管体2と、管体2の前側に配置された第一自在継手5と、管体2の後側に配置された第二自在継手6(
図1参照)と、を備えている。
管体2は、本体部10(
図1参照)と、本体部10の前側(一端部)に配置された第一接続部120と、本体部10の後側(他端部)に配置された第二接続部30(
図1参照)と、を備えている。
【0036】
第二実施形態の第一接続部120を、軸線O1を法線とする平面で切った場合には、内周面120aの断面形状が多角形に形成されるとともに、外周面120bの断面形状が円形に形成されている。
【0037】
第二実施形態のスタブヨーク103の第二柱部154を、軸線O1を法線とする平面で切った場合には、外周面153bの断面形状が多角形となっている。
第二実施形態のスタブヨーク103では、第一柱部153の内周形状は円形に形成されている。
【0038】
第二柱部154の外周面154bと、第一柱部153の内周面153aとの間には、第一接続部120の前端部が挿入されている。これにより、第二柱部154の外周面154bと、第一接続部120の内周面120aとが嵌め合わされている。また、第一柱部153の外周面153bには、かしめ加工が施されている。
【0039】
そして、第二実施形態の動力伝達軸101では、第一接続部120を第一柱部153と第二柱部154との間に挿入し、第一柱部153をかしめることで、第一接続部120とスタブヨーク103との回転方向の接合力を高めることができる。
【0040】
以上、第二実施形態の動力伝達軸101では、第一実施形態の動力伝達軸1(
図3参照)と同様に、第一接続部120及びスタブヨーク103の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。
【0041】
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態に係る動力伝達軸201について説明する。
第三実施形態の動力伝達軸201は、
図7に示すように、管体2と、管体2の前側に配置された第一自在継手5と、管体2の後側に配置された第二自在継手6(
図1参照)と、を備えている。
管体2は、本体部10(
図1参照)と、本体部10の前側(一端部)に配置された第一接続部220と、本体部10の後側(他端部)に配置された第二接続部30(
図1参照)と、を備えている。
【0042】
第三実施形態の第一接続部220を、軸線O1を法線とする平面で切った場合には、内周面220a及び外周面220bの断面形状が多角形となっている。
【0043】
第三実施形態のスタブヨーク203の第一柱部253を、軸線O1を法線とする平面で切った場合には、内周面253aの断面形状が多角形となっている。
第三実施形態のスタブヨーク203の第二柱部254を、軸線O1を法線とする平面で切った場合には、外周面254bの断面形状が多角形となっている。
【0044】
第一柱部253の内周面253aと、第二柱部254の外周面254bとの間には、第一接続部220の前端部が挿入されている。これにより、第二柱部254の外周面254bと、第一接続部220の内周面220aとが嵌め合わされるとともに、第一柱部253の内周面253aと、第一接続部220の外周面220bとが嵌め合わされている。また、第一柱部253の外周面253bには、かしめ加工が施されている。
【0045】
そして、第三実施形態の動力伝達軸201では、第一接続部220を第一柱部253と第二柱部254との間に挿入し、第一柱部253をかしめることで、第一接続部220とスタブヨーク203との回転方向の接合力を高めることができる。
【0046】
以上、第三実施形態の動力伝達軸201では、第一実施形態の動力伝達軸1(
図3参照)と同様に、第一接続部220及びスタブヨーク203の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。
【0047】
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態に係る動力伝達軸301について説明する。
第四実施形態の動力伝達軸301は、
図8に示すように、管体2と、管体2の前側に配置された第一自在継手5と、管体2の後側に配置された第二自在継手6(
図1参照)と、を備えている。
管体2は、本体部10と、本体部10の前側(一端部)に配置された第一接続部20と、本体部10の後側(他端部)に配置された第二接続部30(
図1参照)と、を備えている。
【0048】
第四実施形態のスタブヨーク303には、中空な第一柱部353と、第一柱部353の内部に形成された第二柱部354と、が形成されており、第一接続部20が第一柱部353と第二柱部354との間に挿入されている。また、第一柱部353の外周面353bにかしめ加工が施されている。
さらに、第四実施形態のスタブヨーク303では、第二柱部354の内部354cが埋められている。つまり、第四実施形態の第二柱部354は中実である。
【0049】
第四実施形態の動力伝達軸301では、第一接続部20を第一柱部353と第二柱部354との間に挿入し、第一柱部353をかしめることで、第一接続部20とスタブヨーク303との回転方向の接合力を高めることができる。
【0050】
以上、第四実施形態の動力伝達軸301では、第一実施形態の動力伝達軸1(
図2参照)と同様に、第一接続部20及びスタブヨーク303の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。
【0051】
[第五実施形態]
次に、本発明の第五実施形態に係る動力伝達軸401について説明する。
第五実施形態の動力伝達軸401は、
図9に示すように、管体2と、管体2の前側に配置された第一自在継手5と、管体2の後側に配置された第二自在継手6(
図1参照)と、を備えている。
管体2は、本体部410と、本体部410の前側(一端部)に配置された第一接続部20と、本体部410の後側(他端部)に配置された第二接続部30と、を備えている。
【0052】
第五実施形態のスタブヨーク3には、中空な第一柱部53(
図2参照)と、第一柱部53の内部に形成された第二柱部54(
図2参照)と、が形成されており、第一接続部20が第一柱部53と第二柱部54との間に挿入されている。また、第一柱部53の外周面には、かしめ加工が施されている。
【0053】
第五実施形態の本体部410の外径は、前端部から後端部まで均一である。つまり、第五実施形態の本体部410の外形は、ストレートな円筒体となっている。
【0054】
なお、第五実施形態の本体部410の外径は、前端部から後端部まで均一であるが、本発明においては、本体部410の外径を中央部から一端部に向かうに連れて縮径するとともに、中央部から他端部まで均一に形成してもよい。
【0055】
第五実施形態の動力伝達軸401では、第一接続部20を第一柱部53(
図2参照)と第二柱部54(
図2参照)との間に挿入し、第一柱部53をかしめることで、第一接続部20とスタブヨーク3との回転方向の接合力を高めることができる。
【0056】
以上、第五実施形態の動力伝達軸401では、第一実施形態の動力伝達軸1(
図1参照)と同様に、第一接続部20及びスタブヨーク3の加工を簡素化できるとともに、本体部410の成形が容易になるため、低コスト化を図ることができる。
【0057】
[第六実施形態]
次に、本発明の第六実施形態に係る動力伝達軸501について説明する。
第六実施形態の動力伝達軸501は、
図10に示すように、管体2と、管体2の前側に配置された第一自在継手5(
図1参照)と、管体2の後側に配置された第二自在継手6(
図1参照)と、を備えている。
管体2は、本体部10(
図1参照)と、本体部10の前側に配置された第一接続部20と、本体部10の後側に配置された第二接続部30(
図1参照)と、を備えている。
【0058】
第五実施形態のスタブヨーク503には、中空な第一柱部53と、第一柱部53の内部に形成された第二柱部554と、が形成されており、第一接続部20が第一柱部53と第二柱部554との間に挿入されている。また、第一柱部53の外周面には、かしめ加工が施されている。
第六実施形態の第二柱部554は、周方向に分割されており、複数の部材によって構成されている。
【0059】
以上、第六実施形態の動力伝達軸501では、第一実施形態の動力伝達軸1(
図2参照)と同様に、第一接続部20及びスタブヨーク503の加工を簡素化できるため、低コスト化を図ることができる。
また、第六実施形態の動力伝達軸501では、第二柱部554が径方向内側に撓むことができるため、第一柱部53の内周面53aと第二柱部554の外周面554bとの間に第一接続部20をスムーズに挿入できる。
【0060】
以上、各実施形態について説明したが、本発明は各実施形態で説明した例に限定されない。
例えば、各実施形態では、第一接続部とスタブヨーク(連結部材)との接合構造に本発明の構成を適用しているが、第二接続部とスタブシャフト(連結部材)との接合構造に本発明の構成を適用してもよい。
また、各実施形態において、説明の都合上、本体部の前側を一端部、本体部の後側を他端部としているが、これに限定されるものではない。例えば、本体部の前側を他端部、後側を一端部としてもよい。
【解決手段】繊維強化プラスチック製の管体2と、管体2の端部に接続された金属製のスタブヨーク3(連結部材)と、により構成され、回転することで動力を伝達する動力伝達軸1である。スタブヨーク3は、中空に形成された第一柱部53と、第一柱部53の内部に形成された第二柱部54と、を有している。管体2の端部には、スタブヨーク3が接続される第一接続部20が形成され、第一接続部20は、第一柱部53と第二柱部54との間に挿入されており、第一柱部53にかしめ加工が施されている。