JP6374813B2 - 動力伝達軸 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達軸に関する。

車体の前側に内燃機関（動力源）を搭載し、内燃機関の動力で後輪を駆動させる後輪駆動車又は四輪駆動車は、車体の中央下部に推進軸（プロペラシャフト）を備え、この推進軸を介して、内燃機関の動力を後輪に伝達している。

さらに説明すると、例えば、推進軸は、細長円筒状の動力伝達軸本体と、動力伝達軸本体の前端部に圧入固定された炭素鋼製の連結部材（スタブヨーク、スタブシャフト）と、を備えている（特許文献１参照）。そして、推進軸の軽量化を図るため、動力伝達軸本体は例えばＣＦＲＰ製（Carbon Fiber Reinforced Plastic）とされる。この構成において、ＣＦＲＰの母材（マトリックス）は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成されている。

特開２００６−５６３８９号公報

ここで、推進軸はその組立後であって車両への取り付け前、金属製のバランサ（錘）を固定することで、回転バランスが調整される。ところが、動力伝達軸本体がＣＦＲＰ製であるため、動力伝達軸本体に金属製のバランサを溶接できない。そこで、炭素鋼製のスタブヨークに溶接する構成が考えられるが、溶接箇所を形成するためにスタブヨークが軸方向に長くなってしまう。また、バランサを接着剤でＣＦＲＰ製の動力伝達軸本体に接着する構成が考えられるが、接着剤の塗布工程、接着剤の硬化工程等が必要となり、製造時間が長くなる。

そこで、本発明は、動力伝達軸本体にバランサが容易に固定されてなる動力伝達軸及び動力伝達軸の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、動力を伝達する動力伝達軸であって、ＦＲＴＰ製の動力伝達軸本体と、前記動力伝達軸本体に固定され、回転バランスを調整するためのバランサと、を備え、前記バランサは、前記動力伝達軸本体に熱溶着していることを特徴とする動力伝達軸である。

このような構成によれば、動力伝達軸本体はＦＲＴＰ（Fiber Reinforced Thermo Plastics）製であり、熱可塑性樹脂（Thermoplastic resin）を母材としているので、その熱可塑性樹脂を加熱すると、動力伝達軸本体が軟らかくなる。そうすると、動力伝達軸本体は容易に変形（流動）可能となり、バランサとも溶着（熱溶着）可能となる。

すなわち、動力伝達軸本体はＦＲＴＰ製であるので、動力伝達軸本体を加熱することで軟化させ、この軟化した部分にバランサを容易に短時間で熱溶着できる。したがって、動力伝達軸は、軸方向に長くならず、また、接着剤も使用しないので、製造に要するサイクルタイムは短時間となる。

また、他の動力伝達部材と連結するための部材であって、前記動力伝達軸本体の一端部が外嵌した連結部材を備え、前記バランサは、前記動力伝達軸本体の一端部に熱溶着している構成としてもよい。

また、前記バランサの径方向外側に、環状のバンドを備えた構成としてもよい。
さらに、前記バランサにおいて、前記動力伝達軸本体との溶着面は凹凸である構成としてもよい。
さらにまた、前記動力伝達軸本体は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）製である構成としてもよい。

また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、動力を伝達する動力伝達軸の製造方法であって、ＦＲＴＰ製の動力伝達軸本体に、回転バランスを調整するためのバランサを熱溶着によって固定することを特徴とする動力伝達軸の製造方法である。

本発明によれば、動力伝達軸本体にバランサが容易に固定されてなる動力伝達軸及び動力伝達軸の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る推進軸の平面図である。 本実施形態に係る動力伝達軸の平面図である。 本実施形態に係る動力伝達軸の拡大平面図である。 本実施形態に係る動力伝達軸の輪切り断面図であり、図３のＸ１−Ｘ１線断面に対応している。 変形例に係る動力伝達軸の拡大平面図である。

本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。

≪推進軸≫
本実施形態に係る推進軸１００（プロペラシャフト）は、ＦＦ（Front-engine Front-drive）ベースの四輪駆動車（車両）に搭載されている。推進軸１００は、車両前側に配置された内燃機関（図示しない）の出力する動力を、車両後側に配置された終減速装置（図示しない）に伝達させる軸であり、車幅方向中央で前後方向に延びている。

推進軸１００は、２ピース構造（２分割構造）を有しており、前側の動力伝達軸１と、後側の動力伝達軸２と、動力伝達軸１及び動力伝達軸２を連結する等速ジョイント１１０と、を備えている。ただし、ピース数（分割数）は、これに限定されず、１ピース構造又は３ピース構造（３分割構造）等に適宜変更してよい。

また、推進軸１００の前端は、前側の十字軸ジョイント２１０を介して、トランスファ装置（図示しない）側の出力軸に連結されている。推進軸１００の後端は、後側の十字軸ジョイント２２０を介して、終減速装置のドライブピニオンシャフトに連結されている。なお、前記出力軸にはコンパニオンフランジ３１０がスプライン結合している。ドライブピニオンシャフトにはコンパニオンフランジ３２０がスプライン結合している。

＜十字軸ジョイント＞
前側の十字軸ジョイント２１０は、フランジヨーク２１１と、スタブヨーク２０と、十字軸２１３と、を備えている。

フランジヨーク２１１は、後側に二股で延びるＵ字形のヨーク２１４と、ヨーク２１４の前端部から径外方向に延びるリング状のフランジ部２１５と、を備えている。ヨーク２１４は、十字軸２１３を介して、スタブヨーク２０の後記するヨーク２１と屈曲自在に連結されている。フランジ部２１５は、コンパニオンフランジ３１０にボルトで締結されている。

後側の十字軸ジョイント２２０は、十字軸ジョイント２１０と同様の構成であり、フランジヨーク２２１と、スタブヨーク２２２と、フランジヨーク２２１及びスタブヨーク２２２を屈曲自在で連結する十字軸２２３と、を備えている。フランジヨーク２２１の後端部は、コンパニオンフランジ３２０にボルトで締結されている。スタブヨーク２２２の前端部は動力伝達軸２の後端部に連結されている。

＜等速ジョイント＞
等速ジョイント１１０は、動力伝達軸１と動力伝達軸２とを動力伝達可能かつ軸方向に伸縮自在に連結するジョイントであり、ここでは、トリポート型で構成されている。ただし、ダブルオフセット型等で構成されてもよい。等速ジョイント１１０は、前側が閉じた外輪部材３０と、外輪部材３０内を軸方向に移動する内輪部材１２０と、を備えている。

内輪部材１２０は、スタブシャフト１３１に外嵌し固定された円筒状のボス部１２１と、ボス部１２１の外周面から径方向外向きに突出する３つの軸部１２２と、各軸部１２２に回転自在に支持されたローラ１２３と、を備えている。各ローラ１２３は、後記する摺動溝３１ａに収容されている。

スタブシャフト１３１は丸棒状の部材であり、その後端部が動力伝達軸２の前端部に結合されている。よって、スタブシャフト１３１は動力伝達軸２と一体で回転するようになっている。スタブシャフト１３１は、軸受１４１（ボールベアリグ等）を有する中間軸受ユニット１４０を介して車体に回転自在に支持されている。

＜動力伝達軸＞
動力伝達軸１は、十字軸ジョイント２１０からの動力を等速ジョイント１１０に伝達する軸である。動力伝達軸２は、等速ジョイント１１０からの動力を十字軸ジョイント２２０に伝達する軸である。動力伝達軸１、動力伝達軸２は、同様の構成であるので、以下、動力伝達軸１について主に説明する。

動力伝達軸１は、動力伝達軸本体１０と、スタブヨーク２０（連結部材）と、外輪部材３０（連結部材）と、４つのバランサ４１、４１と、を備えている。

＜動力伝達軸本体＞
動力伝達軸本体１０は、動力伝達軸１の骨格を構成し、細長の円筒状を呈している。動力伝達軸本体１０は、ＣＦＲＴＰ（Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics）製、つまり、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック製である。ＣＦＲＴＰは、熱可塑性樹脂製の母材（マトリックス）に、炭素繊維（炭素繊維束）が分散したものである。言い換えると、ＣＦＲＴＰは、炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させることで形成されている。

＜炭素繊維＞
炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系、ピッチ系を使用できる。また、炭素繊維は、例えば、単繊維が束ねられてなる繊維束（フィラメント、トウ）を使用でき、連続繊維又は不連続繊維を使用できる。また、炭素繊維は、繊維束の向きが不規則であるものや、繊維束が一方向（例えば、動力伝達軸本体１０の軸方向）で配向したものや、繊維束が二以上の方向（例えば軸方向に対して、＋４５°方向、−４５°方向）で配向したものを使用できる。また、組み紐状の炭素繊維や、織物状の炭素繊維も使用できる。

＜熱可塑性樹脂＞
熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＡ６（ポリアミド６（ナイロン６））、ＰＡ６６（ポリアミド６６（ナイロン６６））、ＰＡ４６（ポリアミド４６）、ＰＡ１２（ポリアミド１２（ナイロン１２））、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン）、を使用できる。

このように動力伝達軸本体１０はＣＦＲＴＰ製であって、その母材（マトリックス）は熱可塑性樹脂で形成されているので、動力伝達軸本体１０を加熱することで軟化し、小さな荷重でも変形可能な状態となる。

＜スタブヨーク＞
スタブヨーク２０は、例えば炭素鋼で形成され、動力伝達軸１とトランスファ装置の出力軸（他の動力伝達軸）とを連結するための部材である。スタブヨーク２０は、前側に二股で延びるＵ字形のヨーク２１と、ヨーク２１の後端部から後方に延びる円筒状の円筒部２２と、を備えている。

円筒部２２は、動力伝達軸本体１０の前端部１１と結合する部分である。具体的には、前端部１１が円筒部２２に外嵌すると共に、前端部１１が円筒部２２に全周において熱溶着することで、前端部１１と円筒部２２とは相互に結合されている。

円筒部２２の外周面は前端部１１との溶着面２３を構成している。溶着面２３には軸方向に延びる溝２４が周方向に等間隔で形成されている。すなわち、溶着面２３は凹凸面である。そして、溝２４内にも前端部１１の一部であって径方向内向きに突出する突出部１１ａが充填されている。突出部１１ａは前端部１１の一部が加熱された状態で径方向内向きに押圧され、変形してなる部分である。

このようにして、円筒部２２（スタブヨーク２０）と前端部１１（動力伝達軸本体１０）との溶着面積（接触面積）が大きくなっているので、円筒部２２と前端部１１とが周方向、軸方向においてずれ難くなっている。なお、溝２４の幅、深さ、数は適宜に変更してよい。

また、溝２４が軸方向に沿っているので、円筒部２２及び前端部１１が軸方向において相対的にずれ易くなっている。これにより、車が前方衝突し、内燃機関及び変速装置が後退しようとし、推進軸１００に後向きの荷重が入力されると、円筒部２２及び前端部１１が軸方向にずれて、推進軸１００が良好に圧縮される。したがって、推進軸１００がつっかえ棒とならず、内燃機関及び変速装置が後退し、ボンネット等が変形することで衝突荷重が良好に吸収されるようになっている。

＜外輪部材＞
外輪部材３０は、例えば炭素鋼で形成され、前側が閉じた有底円筒状の部材である。外輪部材３０は、円筒状の周壁部３１と、周壁部３１の前端から径方向内側に延びる底壁部３２と、周壁部３１の前端から前方に突出形成された円筒状の被結合部３３と、を備えている。

周壁部３１の内周面には、軸方向に延びると共に周方向に等間隔で配置された３本の摺動溝３１ａが形成されている。各摺動溝３１ａには前記したローラ１２３が摺動／転動自在に収容されている。

被結合部３３は、動力伝達軸本体１０の後端部１２と結合する部分である。具体的には、後端部１２が被結合部３３に外嵌すると共に、後端部１２が被結合部３３に熱溶着することで、後端部１２と被結合部３３とは相互に結合されている。被結合部３３の外周面には、円筒部２２と同様に、軸方向に延びる溝が周方向に等間隔で形成されている。

＜バランサ＞
バランサ４１は、推進軸１００の回転バランスを調整するための金属製の錘であり、バランスピースとも称される。バランサ４１は、軸方向視において円弧状を呈する薄板片であり、動力伝達軸本体１０の前端部１１と後端部１２とにそれぞれ熱溶着されている。具体的には、バランサ４１は、後記するように、加熱昇温状態で前端部１１に押し付けることで熱溶着され、例えば０.５〜１．０ｍｍにて埋設されている。さらに、バランサ４１及び前端部１１の径方向外側に、環状のバンドを設け、バランサ４１の脱落を確実に防止する構成としてもよい。また、バランサ４１の動力伝達軸本体１０との溶着面には、加工又は化学処理で凹凸を形成してもよい。

＜その他＞
動力伝達軸２において、動力伝達軸本体の前端部とスタブシャフト１３１（連結部材）との結合状態、動力伝達軸本体の後端部と十字軸ジョイント２２０のスタブヨーク２２２との結合状態は、動力伝達軸１と同様である。

≪動力伝達軸の製造方法≫
次に、動力伝達軸１の製造方法のうち、動力伝達軸本体１０とスタブヨーク２０との熱溶着を説明する。すなわち、動力伝達軸１の製造方法は、動力伝達軸本体１０の前端部１１にスタブヨーク２０を熱溶着し、動力伝達軸本体１０とスタブヨーク２０とを結合することを特徴とする。

動力伝達軸本体１０は、例えば、プルトルージョン方法（連続引き抜き成形方法）によって得られる。プルトルージョン方法とは、所定方向に引き揃えた炭素繊維（束）を走行させながら、熱可塑性樹脂が加熱されてなる樹脂槽を通すことで炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させ、余分な樹脂をスクイズ、脱泡した後、金型を通して引き抜くことにより成形する方法である。ここで、炭素繊維束として、熱可塑性樹脂が予め含浸（混入）されたコミングルを使用してもよい。

動力伝達軸本体１０は、例えば、軸方向において外径及び内径が一定であるストレート形状で形成される。その他、前端部１１をその他に比べて部分的に肉厚にしてもよい。なお、前端部１１の内径は、スタブヨーク２０の円筒部２２の外径よりも大きく形成されている。

スタブヨーク２０は、例えば公知の鋳造方法によって得られる。円筒部２２の溶着面２３に、前端部１１との密着性が高まるように化成処理を施すことが好ましい。

＜スタブヨークの熱溶着＞
次いで、スタブヨーク２０の円筒部２２を、動力伝達軸本体１０の前端部１１内に差し込む。この場合において、前端部１１の内径は円筒部２２の外径よりも大きいので、小さな力で差し込むことができ、また、差し込み中に前端部１１の内周面が切削されることはない。

次いで、電気ヒータ等の加熱手段で、前端部１１をその熱可塑性樹脂の融点以上に加熱する。これにより、前端部１１は軟化し変形可能となる。

次いで、適宜な治具を使用して前端部１１を縮径させ（図３、矢印Ａ１参照）、前端部１１を円筒部２２に密着させる。治具は、例えば電気ヒータを内蔵し、軸方向視で１／３円弧状である３つの治具片が使用される。そして、３つの治具片を前端部１１の外周面に宛がい、油圧シリンダ等の加圧手段で３つの治具片を径方向内側に移動させ、前端部１１を縮径し変形させる。

そうすると、変形する前端部１１が溝２４に浸入し充填される。すなわち、円筒部２２の凸凹の外周面が前端部１１の内周面に転写される。そして、前端部１１と円筒部２２とが熱溶着される。

＜バランサの熱溶着＞
次いで、前端部１１にバランサ４１を熱溶着する。具体的には、電気ヒータ等の加熱手段で、バランサ４１をその熱可塑性樹脂の融点以上に加熱する。そして、加熱されたバランサ４１を前端部１１の外周面に宛がい、径方向内側に押し込む。そうすると、前端部１１を形成する熱可塑性樹脂が加熱され軟化し変形可能となり、バランサ４１が前端部１１に部分的に埋設され熱溶着される。

この場合において、前端部１１の背面側（裏面側）、つまり、径方向内側には、芯材となる金属製の円筒部２２が存在するので、バランサ４１を前端部１１に押し付けても、前端部１１が大きく変形することはない。

このようにして、熱溶着によってバランサ４１を前端部１１に短時間で固定できる。すなわち、例えば、バランサ４１を接着剤で固定する場合、接着剤の塗布工程、バランサ４１の貼り合わせ工程、接着剤の硬化工程等が必要となり、一連の作業に要するサイクルタイムが長くなるが、熱溶着によることでサイクルタイムが大幅に短くなる。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。

前記した実施形態では、繊維が炭素繊維である構成を例示したが、その他に例えば、ガラス繊維やアラミド繊維である構成でもよい。すなわち、動力伝達軸本体１０がＧＦＲＴＰ製である構成でもよい。

前記した実施形態では、軸方向に延びた溝２４が周方向に複数配置された構成を例示したが、その他に例えば、軸方向に対して＋４５°傾斜した溝と、−４５°傾斜した溝と、を備える構成としてもよい。また、周方向に延びる溝が軸方向において複数形成された構成としてもよい。

前記した実施形態では、周方向において、熱溶着の範囲は全周に連続する構成を例示したが、その他に例えば、周方向において所定間隔をあけて形成されてもよい。

図５に示すように、前端部１１及び円筒部２２において部分的に縮径した縮径部１１ｂ、縮径部２２ｂが形成された構成としてもよい。縮径部１１ｂ、縮径部２２ｂは、前端部１１と円筒部２２とを熱溶着した後、さらに、前端部１１と円筒部２２とが重なった部分を線状（バンド状）で縮径することで形成される（図５、矢印Ａ２参照）。これにより、前端部１１と円筒部２２とさらに熱溶着（密着）し、特に軸方向においてずれ難くなる。ただし、縮径部１１ｂ、縮径部２２ｂは、周方向において連続しておらず、例えば所定間隔（９０°間隔）であってもよい。

前記した実施形態では、バランサ４１が動力伝達軸本体１０の両端側に固定された構成を例示したが、固定位置は変更自由であり、例えば、軸方向中間位置に固定された構成でもよい。

１、２ 動力伝達軸
１０ 動力伝達軸本体
２０ スタブヨーク（連結部材）
３０ 外輪部材（連結部材）
４１ バランサ
１００ 推進軸

Claims (6)

1. 動力を伝達する動力伝達軸であって、
   ＦＲＴＰ製の動力伝達軸本体と、
   前記動力伝達軸本体に固定され、回転バランスを調整するためのバランサと、
   を備え、
   前記バランサは、前記動力伝達軸本体に熱溶着している
   ことを特徴とする動力伝達軸。
2. 他の動力伝達部材と連結するための部材であって、前記動力伝達軸本体の一端部が外嵌した連結部材を備え、
   前記バランサは、前記動力伝達軸本体の一端部に熱溶着している、請求項１に記載の動力伝達軸。
3. 前記バランサの径方向外側に、環状のバンドを備えた、請求項１又は請求項２に記載の動力伝達軸。
4. 前記バランサにおいて、前記動力伝達軸本体との溶着面は凹凸である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
5. 前記動力伝達軸本体は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）製である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
6. 動力を伝達する動力伝達軸の製造方法であって、
   ＦＲＴＰ製の動力伝達軸本体に、回転バランスを調整するためのバランサを熱溶着によって固定する
   ことを特徴とする動力伝達軸の製造方法。

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