JPH0791431A

JPH0791431A - プロペラシャフト

Info

Publication number: JPH0791431A
Application number: JP25520793A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Toyoda; 靖之豊田; Yukitane Kimoto; 幸胤木本; Tatsuya Senba; 竜也仙波
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】高い捩り強度を確保しつつ、軸方向圧縮衝撃
荷重に対し、確実に目標とする破壊を開始させ得るＦＲ
Ｐ製プロペラシャフトを提供する。【構成】ＦＲＰ製本体筒１の端部に金属製継手２が接
合されたプロペラシャフトにおいて、本体筒１に、筒軸
方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒１の破壊の起点となる
トリガ部３が設けられていることを特徴とするプロペラ
シャフト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車等のプロペラ
シャフトに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、省エネルギーの観点から燃費の向
上を目的とした自動車の軽量化が強く望まれている。そ
の一つの手段としてプロペラシャフトを金属製のものか
らＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のものに代替させ
ることが検討されている。その際、使用する強化繊維に
も種々あり、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド
繊維等が検討されているが、この中で特に、強度、弾性
率の面から炭素繊維を強化繊維とするＣＦＲＰ（炭素繊
維強化プラスチック）が有力とされている。

【０００３】自動車のプロペラシャフトは、エンジンか
ら発生する大きなトルクを伝達する必要があることか
ら、１００〜４００ｋｇｆ・ｍ程度の捩り強度を必要と
する。これまでのＣＦＲＰ製プロペラシャフト、特にそ
の本体筒部は、特開平２−２３６０１４号公報等に記載
されているように、必要なトルクを伝達させるために積
層角度とその積層構成、シャフトのサイズ（内径、外
径、肉厚）、使用する強化繊維の種類、繊維の含有率な
どをパラメータとして設計されている。これらの設計パ
ラメータを適切に設定することにより、上述のような実
用上必要とされる捩り強度の達成が可能となる。

【０００４】ところで、近年、自動車の衝突事故時の安
全性に関し、種々の検討が進められている。例えば、自
動車車体等をクラッシャブルな構造とし、衝突時の衝撃
エネルギーを、徐々に破壊する車体によって効果的に吸
収し、乗員の安全をはかる研究が進められている。

【０００５】ＦＲＰ製プロペラシャフトを設計するにあ
たり、仮に高剛性のみを追求し、軸方向衝撃荷重に対し
て高すぎる剛性を有するプロペラシャフトとするなら
ば、衝突時にプロペラシャフトがつっかい棒となって、
車体をクラッシャブルな構造とした効果が損なわれてし
まうであろう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、Ｆ
ＲＰ製プロペラシャフトにおいて、自動車用等に必要と
される高い捩り強度を確保しつつ、軸方向衝撃荷重に対
しては、クラッシャブルな車体等に合わせて、必要な破
壊を確実に進行させることのできる、プロペラシャフト
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のプロペラシャフトは、ＦＲＰ製本体筒の
端部に金属製継手が接合されたプロペラシャフトにおい
て、本体筒に、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して本体筒破
壊の起点となるトリガ部が設けられていることを特徴と
するものからなる。

【０００８】ここで上記トリガ部は、例えば次のように
形成される。トリガ部は、本体筒端縁の面取り部として
形成され、該面取り部先端が実質的に金属製継手に当接
されている。

【０００９】また、トリガ部は、本体筒の筒壁内に、本
体筒のＦＲＰに用いられているマトリクス樹脂との接着
剪断強度がＦＲＰの層間剪断強度よりも低く、かつ、そ
の層厚さが強化繊維の積層構成をなす本体筒のＦＲＰの
単一層の厚さよりも薄いシート状物を埋設することによ
り形成される。

【００１０】このシート状物は、離型フイルム、金属薄
板、金属網、有機繊維の織物、ガラス繊維の織物、アラ
ミド繊維の織物などから選ぶことができる。

【００１１】たとえば、上トリガ部は、本体筒の筒壁内
に、本体筒の周方向に環状に延びる離型フイルムを埋設
することにより形成される。あるいは、トリガ部は、本
体筒の筒壁内に、本体筒の筒軸方向に帯状に延びる離型
フイルムを埋設することにより形成される。

【００１２】また、本体筒が炭素繊維強化プラスチック
からなり、上記トリガ部が、本体筒の筒壁内に、アラミ
ド繊維強化層や有機繊維強化層を配置することにより形
成される構成とすることもできる。アラミド繊維強化層
あるいは有機繊維強化層における強化繊維の配向角とし
ては、本体筒の筒軸方向に対して±４０°〜±５０°が
好ましい。ここで、有機繊維としては、たとえば、ポリ
エステル繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリ
ロニトリル繊維、ポリアミド繊維等を使用できる。

【００１３】また、トリガ部は、本体筒に、本体筒の筒
壁が外方にふくらみ、かつ、本体筒の周方向に環状に延
びる凸部を設けることにより形成される。

【００１４】さらに、トリガ部は、本体筒が、大径部
と、小径部と、大径部と小径部とを接続する円錐筒部と
からなり、前記トリガ部が、円錐筒部の筒軸方向座屈荷
重を、大径部および小径部の筒軸方向座屈荷重のいずれ
か小さい方よりも小さくすることにより形成されること
もできる。

【００１５】

【作用】このようなプロペラシャフトにおいては、ＦＲ
Ｐ製本体筒のいずれかの部位に、面取り部、埋設シート
状物、環状に延びる凸部あるいは円錐筒部により、筒軸
方向圧縮衝撃荷重に対し、本体筒の破壊の起点となるト
リガ部が形成される。したがって、本体筒が筒軸方向圧
縮荷重によって破壊する場合には、必ずこのトリガ部か
ら破壊が開始、進行し、かつ、本体筒の他の部位よりも
小さな圧縮荷重で破壊が開始する。また、これらトリガ
部はいずれも、本体筒の捩り強度は実質的に低下させな
い構造をとっている。

【００１６】自動車用プロペラシャフトに要求される捩
り強度については、前述の如く、本体筒設計の最適化で
達成可能であるから、上記トリガ部を設けることによ
り、必要な捩り強度を確保しつつ、筒軸方向圧縮衝撃荷
重に対しては、必要に応じて、確実に本体筒の破壊を開
始させることができ、本体筒自身に、効果的に衝撃エネ
ルギーを吸収させることができる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明のプロペラシャフトの実施例
について、図面を参照して詳述する。図１は、本発明の
第１実施例に係るプロペラシャフトを示している。図に
おいて、１はＦＲＰ製本体筒を示しており、２は本体筒
１の端部に圧入により接合される金属製継手を示してい
る。

【００１８】本実施例では、軸方向圧縮衝撃荷重に対し
て本体筒１の破壊の起点となるトリガ部３が、本体筒１
の端縁の面取り部４によって形成されている。この面取
り部４の先端４ａが、実質的に、継手２に当接されてい
る。

【００１９】このような構造とすることにより、筒軸方
向圧縮衝撃荷重が加わった際に、小さな接触面積で接触
している面取り部４の先端４ａに瞬間的に大きな面圧が
かかり、必ず該先端４ａから破壊が開始、進行する。

【００２０】この面取り部４は、本体筒１の端縁におけ
る筒軸方向圧縮荷重に対してのみ、強度を意図的に弱め
るものであるから、本体筒１の他の部位における、筒軸
方向強度、弾性率、特に捩り強度には、実質的に全く影
響しない。したがって、必要な捩り強度は確保されつ
つ、目標とする圧縮破壊が確実に開始される。

【００２１】なお、圧縮に対する破壊開始荷重は、面取
り部４の角度、面積、先端４ａの当接面積等の設定によ
り、最適な荷重に設定可能である。

【００２２】また、面取りの方向は、図２に示す方向と
してもよい。すなわち、トリガ部１１となる面取り部１
２を、外径側を肩落としすることにより形成し、内径側
に形成される先端１２ａを継手２に当接させる構造とし
てもよい。

【００２３】図３は、本発明の第２実施例に係るプロペ
ラシャフトを示している。ＦＲＰ製本体筒２１の両端部
には、金属製継手２２ａ、２２ｂが圧入によって接合さ
れている。本体筒２１の筒壁肉厚内には、本体筒の周方
向に環状に延びる離型フイルム２３が埋設されている。
この離型フイルム２３は、ＦＲＰ製本体筒２１製造時に
おいて、補強層を積層中に、所定の離型フイルムを挿
入、巻き付けることによって埋設できる。

【００２４】本実施例では、離型フイルム２３は、同一
径にて、本体筒２１の軸方向に複数、間隔をあけて、実
質的に全長にわたって配列されている。両端部に圧入さ
れる金属製継手２２ａ、２２ｂのうち、一方の継手２２
ａは、本体筒２１の端面に対し、離型フイルム２３配設
部よりも内径側の部分に当接され、他方の継手２２ｂ
は、本体筒２１の端面に対し、離型フイルム２３配設部
よりも外径側の部分に当接されている。そして、この他
方の継手２２ｂには、離型フイルム２３配設部よりも内
径側の部分に対向する部位に、環状空間からなる逃げ２
４が形成されている。

【００２５】このようなプロペラシャフトにおいては、
径方向にみて、離型フイルム２３を境界に、剪断破壊面
が形成される。たとえば上記構造では、軸方向圧縮荷重
が加わった場合、本体筒２１は、一方の継手２２ａから
は、離型フイルム２３配設部よりも内径側の当接部から
圧縮荷重を受け、他方の継手２２ｂからは、離型フイル
ム２３配設部よりも外径側の当接部から圧縮荷重を受け
る。その結果、離型フイルム配設部には剪断荷重が加わ
ることになり、この部分で破壊しやすいようにしておく
ことにより、必ずこの部分から破壊が開始、進行する。

【００２６】この破壊開始荷重も、離型フイルム２３の
大きさ、配設ピッチ等により、目標とする値に自由に設
定できる。

【００２７】なお、離型フイルムの材質としては、特に
限定されないが、例えばテフロンフイルム、ポリエチレ
ンテレフタレートフイルム等が適当である。なお、トリ
ガ部としての機能を適正化するために、場合によって
は、フイルムの表面に離型剤を塗布するなどの離型処理
を施してもよい。

【００２８】また、上記実施例では、離型フイルム２３
を本体筒２１の全長にわたって断続的に配設したが、他
の配設形態でもよい。例えば、図４に示すように、本体
筒３１の軸方向の適当な部位（例えば中央部）に、一ケ
所、比較的幅の広い離型フイルム３２を配設するように
してもよい。このような構造では、特に、捩り強度を実
質的に低下させることなく、所望の破壊開始が可能とな
る。

【００２９】また、上記実施例では、離型フイルム２３
あるいは３２を本体筒の周方向に環状に配設したが、全
長にわたって断続的に配設したが、本体筒の筒軸方向に
帯状に延びる離型フイルムを埋設することもできる。図
５に示すように、本体筒３３の軸方向に帯状に延びる離
型フイルム３４を、本体筒の周方向に適当なピッチで埋
設することにより形成することができる。なお、図５に
おいては、比較のため、周方向に環状に延びる離型フイ
ルム２３も、併せて示してある。

【００３０】さらに、前述の如く、離型フイルムの他に
も、金属薄板、金属網、有機繊維の織物状物、ガラス繊
維の織物状物、アラミド繊維の織物状物等から選ばれた
各種シート状物を埋設することにより、トリガ部を形成
できる。例えば、図６に示すように、本体筒３７の、Ｃ
ＦＲＰ層からなる繊維強化層３５ａ、３５ｂ間に、強化
繊維の配向角が本体筒の筒軸方向に対して±４０°〜±
５０°であるアラミド繊維強化層３６を配置することに
より、トリガ部を形成できる。

【００３１】図７は、本発明の第３実施例に係るプロペ
ラシャフトの本体筒を示している。ＦＲＰ製本体筒４１
の軸方向途中部位に、本体筒４１の筒壁が外方にふくら
み（図示例では外側にふくらんでいるが、内側でもよ
い）、かつ、本体筒の周方向に環状に延びる凸部４２が
形成されている。凸部４２は、例えば、ＦＲＰ製本体筒
４１成形時に、マンドレルに環状の発泡体４３あるいは
適当な樹脂等を巻き付けておくことにより、容易に形成
できる。

【００３２】凸４２は、捩り強度としては他の部位と同
等かそれ以上の強度をもつことができるが、圧縮荷重に
対しては、他の部位よりも低い耐荷重しかもたないの
で、本体筒全体の捩り強度を低下させることなく、圧縮
方向衝撃荷重に対して確実に破壊の起点となる。

【００３３】図８は、本発明の第４実施例に係るプロペ
ラシャフトの本体筒を示している。本体筒５１は、大径
部５２と、小径部５３と、両者を接続する円錐筒部５４
とからなり、この円錐筒部５４が、筒軸方向圧縮衝撃荷
重に対する破壊の起点となる、トリガ部を構成してい
る。

【００３４】円錐筒部５４は、少なくとも小径部５３よ
りは高い捩り強度を有するから、本実施例においても、
本体筒５１全体としての捩り強度を低下させることな
く、確実に圧縮衝撃荷重に対する破壊開始のトリガ部が
形成される。

【００３５】また、本実施例においては、本体筒５１成
形用のマンドレル５５を、二重径形状にしておくだけで
よいので、トリガ部形成のための特別な工程は不要であ
り、生産性も高い。

【００３６】なお、圧縮破壊荷重は、円錐筒部５４のテ
ーパ角度、長さ等を適切に設定することにより、目標と
する値に自由に設計可能である。

【００３７】本発明のＦＲＰ製プロペラシャフトを構成
するマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和
ポリエステル等の熱硬化性樹脂を使用するが、他の樹
脂、たとえば、ポリアミド、ポリカーボネード、ポリエ
ーテルイミド等の熱可塑性樹脂でもよい。

【００３８】また、強化繊維についても、炭素繊維に限
らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維等を使用する
ことが可能であり、これらを併用することも可能であ
る。

【００３９】なお、本発明のプロペラシャフトにおいて
は、ＦＲＰ製本体筒と金属製継手との間の適当な位置
（たとえば、各部材端部位置）に、シール材を配設して
もよい。シール材としては、樹脂、リング状弾性体、フ
イルム等が適当である。このようなシール材配設によ
り、水分等の進入をより確実に防止し、接合部の腐食を
防止することができる。

【００４０】また、金属製継手を圧入する際、圧入用治
具で継手を把持する必要があるが、確実に把持できるよ
う、かつ、圧入力によって継手が破損しないよう、継手
に、圧入用治具の係止または係合部を設けておくことが
好ましい。このような係止または係合部は、継手の外面
の適当な位置に、段付部または溝部を形成することによ
り構成できる。

【００４１】また、金属製継手の圧入力を極力低減し
て、効率よく圧入するためには、以下のような方法が有
効である。継手の温度を下げ、ＦＲＰ製本体筒端部の温度を上げ
て圧入する。接着剤を潤滑剤として用いる。圧入後には残らない、揮発性の液状潤滑剤を用いる。

【００４２】さらに、金属製継手にバランスウエイト取
付部を設けて、該取付部に適当なバランスウエイトを溶
接等によって付加することにより、プロペラシャフト完
成後のバランスを調整することが可能である。このバラ
ンスウエイト取付部の周囲、とくに、バランスウエイト
取付部と、接合されるＦＲＰ製本体筒との間の部分の継
手外面に、冷却フィンを形成しておくと、バランスウエ
イトを接合する際の溶接熱がＦＲＰ製本体筒側に伝わる
のを抑制することができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、ＦＲＰ製プロペラシャ
フトの本体筒に、筒軸方向圧縮衝撃荷重に対して破壊の
起点となるトリガ部を設け、圧縮破壊が確実にトリガ部
から開始、進行するようにしたので、自動車用等に必要
とされる高い捩り強度を確保しつつ、衝突時等に要求さ
れる、望ましい破壊の形態を現出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの部分断面図である。

【図２】図１の変形例に係るトリガ部形状を示す、ＦＲ
Ｐ製本体筒の部分断面図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの部分断面図である。

【図４】図３の変形例に係るトリガ部形状を示す、ＦＲ
Ｐ製本体筒の部分断面図である。

【図５】図３のさらに別の変形例に係るトリガ部形状を
示す、ＦＲＰ製本体筒の概略斜視図である。

【図６】図３のさらに別の変形例に係るトリガ部形状を
示す、ＦＲＰ製本体筒の部分断面図である。

【図７】本発明の第３実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの本体筒の部分断面図である。

【図８】本発明の第４実施例に係るＦＲＰ製プロペラシ
ャフトの本体筒の部分断面図である。

【符号の説明】

１、２１、３１、３３、３７、４１、５１ＦＲＰ製本
体筒２、２２ａ、２２ｂ金属製継手３、１１トリガ部４、１２面取り部４ａ、１２ａ先端２３、３２、３４離型フイルム２４逃げ３５ａ、３５ｂＣＦＲＰ層３６アラミド繊維強化層４２凸部５２大径部５３小径部５４円錐筒部５５マンドレル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＦＲＰ製本体筒の端部に金属製継手が接
合されたプロペラシャフトにおいて、本体筒に、筒軸方
向圧縮衝撃荷重に対して本体筒破壊の起点となるトリガ
部が設けられていることを特徴とするプロペラシャフ
ト。
【請求項２】前記トリガ部が、本体筒端縁の面取り部
として形成され、該面取り部先端が実質的に金属製継手
に当接されている、請求項１のプロペラシャフト。
【請求項３】前記トリガ部が、本体筒の筒壁内に、本
体筒のＦＲＰに用いられているマトリクス樹脂との接着
剪断強度がＦＲＰの層間剪断強度よりも低く、かつ、そ
の層厚さが強化繊維の積層構成をなす本体筒のＦＲＰの
単一層の厚さよりも薄いシート状物を埋設することによ
り形成されている、請求項１のプロペラシャフト。
【請求項４】前記シート状物が、離型フイルム、金属
薄板、金属網、有機繊維の織物、ガラス繊維の織物、ア
ラミド繊維の織物から選ばれた１種である、請求項３の
プロペラシャフト。
【請求項５】前記トリガ部が、本体筒の筒壁内に、本
体筒の周方向に環状に延びる離型フイルムを埋設するこ
とにより形成されている、請求項３または４のプロペラ
シャフト。
【請求項６】前記トリガ部が、本体筒の筒壁内に、本
体筒の筒軸方向に帯状に延びる離型フイルムを埋設する
ことにより形成されている、請求項３または４のプロペ
ラシャフト。
【請求項７】本体筒が炭素繊維強化プラスチックから
なり、前記トリガ部が、本体筒の筒壁内にアラミド繊維
強化層を配置することにより形成されている、請求項３
または４のプロペラシャフト。
【請求項８】アラミド繊維強化層におけるアラミド繊
維の配向角が、本体筒の筒軸方向に対して±４０°〜±
５０°の範囲にある、請求項７のプロペラシャフト。
【請求項９】本体筒が炭素繊維強化プラスチックから
なり、前記トリガ部が、本体筒の筒壁内に有機繊維強化
層を配置することにより形成されている、請求項３また
は４のプロペラシャフト。
【請求項１０】有機繊維強化層における有機繊維の配
向角が、本体筒の筒軸方向に対して±４０°〜±５０°
の範囲にある、請求項９のプロペラシャフト。
【請求項１１】前記トリガ部が、本体筒に、本体筒の
筒壁が外方にふくらみ、かつ、本体筒の周方向に環状に
延びる凸部を設けることにより形成されている、請求項
１のプロペラシャフト。
【請求項１２】本体筒が、大径部と、小径部と、大径
部と小径部とを接続する円錐筒部とからなり、前記トリ
ガ部が、円錐筒部の筒軸方向座屈荷重を、大径部および
小径部の筒軸方向座屈荷重のいずれか小さい方よりも小
さくすることにより形成されている、請求項１のプロペ
ラシャフト。