図面 (/)

技術 動力伝達シャフト

出願人 NTN株式会社
発明者 板垣卓
出願日 2015年2月3日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2015-019416
公開日 2016年8月8日 (4年4ヶ月経過) 公開番号 2016-142363
状態 特許登録済
技術分野 軸・クランク・連接棒及び関連の軸受
主要キーワード 保護用パイプ 端部ジョイント ボロン繊維強化プラスチック 金属ヨーク 動力伝達用シャフト 短円筒体 グルーブタイプ 大径フランジ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年8月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

繊維強化プラスチック捩り強度高レベルに確保できて、軽量化を図ることが可能な動力伝達シャフトを提供する。

解決手段

シャフト本体3の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有し、短軸部2A,2Bの端部に、周方向に沿って三角形状部8が複数個配設されてなる三角波形部9を形成する。シャフト本体3の両端部に、周方向に沿って三角形状部10が複数個配設されてなる三角波形部11を形成する。短軸部側2A,2Bの三角波形部9の側辺とシャフト本体3側の三角波形部11の側辺とが接触する噛合にて、一対の短軸部2A,2B間にシャフト本体3を介在させた状態で短軸部2A,2Bとシャフト本体3とが直線状に配設一体化される

概要

背景

自動車や各種産業機械に用いられる動力伝達用シャフトは、一般的には鋼製である。しかしながら、このような鋼製では重量が大となる。このため、近年では、軽量化のためにCFRP(炭素繊維強化プラスチック)等の繊維強化プラスチックを用いる場合がある。

このように、繊維強化プラスチックを用いる場合、強度劣化を防止するために、鉄鋼部材との併用となる。このため、繊維強化プラスチックと鉄鋼部材とを接合する必要が生じ、従来には、この繊維強化プラスチックと鉄鋼部材とを接合性を考慮したものがある(特許文献1〜特許文献3)。

特許文献1では、繊維強化プラスチック(FRP)製のチューブ体の端部において、リベットを介して金属製ヨークと接合するものである。この場合、FRP製のチューブ体は、中心軸に対して繊維の配向角度が略直角に巻回される直角巻層からなり、端部においては、中心軸に対して繊維の配向角度が鋭角に巻回される鋭角巻層と、前記直角巻層とが交互に配設したものである。

特許文献2では、FRP製筒体の端部が、中心軸に対して繊維の配向角度が45度未満とされたヘリカル巻層と、このヘリカル巻層間に介装されるフープ巻層とを介在させたものである。フープ巻層はその繊維の配向角度が45度以上90度未満とされる。そして、この端部に、金属板から形成される中間円筒部材圧入され、さらに、この中間円筒部材に、金属製ヨークの圧入軸部が嵌入される。

この場合、中間円筒部材の外径面及び内径面にセレーションが形成され、中間円筒部材がFRP製筒体の端部に圧入された際に、外径面側のセレーションがFRP製筒体の端部の内径面に食い込むものである。また、中間円筒部材に、金属製ヨークの圧入軸部が嵌入されることによって、内径面のセレーションには金属製ヨークの圧入軸部の外径面に形成されたセレーションが噛合される。これらよって、FRP製筒体に金属ヨークが接合されることになる。

特許文献3は、FRP円筒の両端部に金属製の端部ジョイントを結合してなるFRP駆動シャフトが記載されている。この場合、端部ジョイントは、セレーション軸部材と、このセレーション軸部材に結合される大径フランジ部材とからなる。そして、セレーション軸部材に、波形係合部が形成された短円筒体からなる金属製の突き合わせカラーが外嵌されるとともに、FRP円筒の端部がセレーション軸部材に外嵌状に嵌入されるものである。

また、FRP円筒の端部には波形係合部が形成され、この波形係合部に前記突き合わせカラーの波形係合部が突き合わされた状態で、波形係合部同士が嵌合する。そして、この波形係合部の嵌合部位に短円筒体からなるカラーが外嵌される。この場合、FRP円筒の波形係合部とカラーの波形係合部とを嵌合させ、その状態で、波形係合部の嵌合部位にカラーを外嵌して接着する。そして、FRP円筒と突き合わせカラーとが一体したものを、セレーション軸部材に圧入することになる。

概要

繊維強化プラスチックの捩り強度高レベルに確保できて、軽量化をることが可能な動力伝達シャフトを提供する。シャフト本体3の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有し、短軸部2A,2Bの端部に、周方向に沿って三角形状部8が複数個配設されてなる三角波形部9を形成する。シャフト本体3の両端部に、周方向に沿って三角形状部10が複数個配設されてなる三角波形部11を形成する。短軸部側2A,2Bの三角波形部9の側辺とシャフト本体3側の三角波形部11の側辺とが接触する噛合にて、一対の短軸部2A,2B間にシャフト本体3を介在させた状態で短軸部2A,2Bとシャフト本体3とが直線状に配設一体化される

目的

本発明は、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保できて、軽量化を図ることが可能な動力伝達シャフトを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

一対の等速自在継手を連結する動力伝達シャフトであって、各等速自在継手の外側継手部材カップ底部に連設される金属製の短軸部と、この短軸部間に配設される中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体を備え、シャフト本体の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有し、各短軸部の端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成するとともに、シャフト本体の両端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成し、短軸部側の三角波形部の側辺とシャフト本体側の三角波形部の側辺とが接触する噛合にて、一対の短軸部間にシャフト本体を介在させた状態で短軸部とシャフト本体とが直線状に配設一体化され、かつ、シャフト本体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成したことを特徴とする動力伝達シャフト。

請求項2

前記シャフト本体には芯金が内嵌されていることを特徴とする請求項1に記載の動力伝達シャフト。

請求項3

三角波形部が噛合する噛合部にリング形状のカラー部材を外嵌したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の動力伝達シャフト。

請求項4

三角波形部が噛合する噛合部に、繊維に樹脂含浸させてなるシート材巻設したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の動力伝達シャフト。

請求項5

三角波形部が噛合する噛合部に、樹脂を含浸させてなる繊維体を巻設したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の動力伝達シャフト。

請求項6

シャフト本体の繊維強化プラスチックには多数の短繊維が含浸されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の動力伝達シャフト。

請求項7

三角波形部が形成された短軸部は、等速自在継手の外側継手部材と一体成形品であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の動力伝達シャフト。

請求項8

中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体と、三角波形部が噛合する噛合部とを保護用パイプ材にて被覆したことを特徴とする請求項1に記載の動力伝達シャフト。

技術分野

0001

本発明は、動力伝達シャフトに関し、特に、自動車や各種産業機械に用いられる動力伝達用シャフトに関する。

背景技術

0002

自動車や各種産業機械に用いられる動力伝達用シャフトは、一般的には鋼製である。しかしながら、このような鋼製では重量が大となる。このため、近年では、軽量化のためにCFRP(炭素繊維強化プラスチック)等の繊維強化プラスチックを用いる場合がある。

0003

このように、繊維強化プラスチックを用いる場合、強度劣化を防止するために、鉄鋼部材との併用となる。このため、繊維強化プラスチックと鉄鋼部材とを接合する必要が生じ、従来には、この繊維強化プラスチックと鉄鋼部材とを接合性を考慮したものがある(特許文献1〜特許文献3)。

0004

特許文献1では、繊維強化プラスチック(FRP)製のチューブ体の端部において、リベットを介して金属製ヨークと接合するものである。この場合、FRP製のチューブ体は、中心軸に対して繊維の配向角度が略直角に巻回される直角巻層からなり、端部においては、中心軸に対して繊維の配向角度が鋭角に巻回される鋭角巻層と、前記直角巻層とが交互に配設したものである。

0005

特許文献2では、FRP製筒体の端部が、中心軸に対して繊維の配向角度が45度未満とされたヘリカル巻層と、このヘリカル巻層間に介装されるフープ巻層とを介在させたものである。フープ巻層はその繊維の配向角度が45度以上90度未満とされる。そして、この端部に、金属板から形成される中間円筒部材圧入され、さらに、この中間円筒部材に、金属製ヨークの圧入軸部が嵌入される。

0006

この場合、中間円筒部材の外径面及び内径面にセレーションが形成され、中間円筒部材がFRP製筒体の端部に圧入された際に、外径面側のセレーションがFRP製筒体の端部の内径面に食い込むものである。また、中間円筒部材に、金属製ヨークの圧入軸部が嵌入されることによって、内径面のセレーションには金属製ヨークの圧入軸部の外径面に形成されたセレーションが噛合される。これらよって、FRP製筒体に金属ヨークが接合されることになる。

0007

特許文献3は、FRP円筒の両端部に金属製の端部ジョイントを結合してなるFRP駆動シャフトが記載されている。この場合、端部ジョイントは、セレーション軸部材と、このセレーション軸部材に結合される大径フランジ部材とからなる。そして、セレーション軸部材に、波形係合部が形成された短円筒体からなる金属製の突き合わせカラーが外嵌されるとともに、FRP円筒の端部がセレーション軸部材に外嵌状に嵌入されるものである。

0008

また、FRP円筒の端部には波形係合部が形成され、この波形係合部に前記突き合わせカラーの波形係合部が突き合わされた状態で、波形係合部同士が嵌合する。そして、この波形係合部の嵌合部位に短円筒体からなるカラーが外嵌される。この場合、FRP円筒の波形係合部とカラーの波形係合部とを嵌合させ、その状態で、波形係合部の嵌合部位にカラーを外嵌して接着する。そして、FRP円筒と突き合わせカラーとが一体したものを、セレーション軸部材に圧入することになる。

先行技術

0009

実開平1−91118号公報
特開2004−308700号公報
特開2011−52720号公報

発明が解決しようとする課題

0010

前記特許文献1では、前記したように、FRP製のチューブ体の端部に金属製ヨークを嵌入し、リベットを用いてこれらを連結するものである。このため、トルク負荷時等に、リベット貫通部位応力が集中し、比較的低トルク発生時に破損するおそれがある。また、リベットを用いるもので、組み立て性および接合性に優れると言えるものではない。

0011

特許文献2では、中間円筒部材の外径面側のセレーションをFRP製筒体の端部の内径面に食い込まさるものであり、この食い込みによって、FRP製筒体の内径面側の繊維が切断されるおそれがある。このため、トルク負荷時にFRP(繊維強化プラスチック)層間で剥離が生じやすいものとなっている。

0012

特許文献3では、FRP円筒の端部には波形係合部と突き合わせカラーの波形係合部とが突き合わされた状態で、波形係合部同士が嵌合するものである。しかしながら、この場合もFRP円筒の端部には波形係合部の内径面に、セレーション軸部材のセレーションが食い込むことになる。このため、前記特許文献2と同様、FRP円筒の内径面側の繊維が切断されるおそれがある。また、FRP円筒の繊維配向方向についての限定はない。このため、トルク負荷時において、繊維が剪断方向に力を受けるおそれがあり、強度的に安定しない。

0013

そこで、本発明は、繊維強化プラスチックの捩り強度高レベルに確保できて、軽量化を図ることが可能な動力伝達シャフトを提供する。

課題を解決するための手段

0014

本発明の動力伝達シャフトは、一対の等速自在継手を連結する動力伝達シャフトであって、各等速自在継手の外側継手部材カップ底部に連設される金属製の短軸部と、この短軸部間に配設される中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体を備え、シャフト本体の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有し、各短軸部の端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成するとともに、シャフト本体の両端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成し、短軸部側の三角波形部の側辺とシャフト本体側の三角波形部の側辺とが接触する噛合にて、一対の短軸部間にシャフト本体を介在させた状態で短軸部とシャフト本体とが直線状に配設一体化され、かつ、シャフト本体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成したものである。この場合、繊維配向角度として、30°〜60°及び−30°〜−60°とするのが好ましく、特に±45°が好ましい。なお、繊維配向角度として、30°〜60°や−30°〜−60°とした場合、三角波形部の各三角形状部の斜辺のシャフト本体軸心に対して成す角度を30°〜60°や−30°〜−60°とすることになる。

0015

本発明の動力伝達シャフトによれば、中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体の直径(外径寸法)の大径化が可能であり、しかも、シャフト本体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成することによって、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保できる。また、繊維配向角度として、30°〜60°(−30°〜−60°)とした場合、三角波形部の各三角形状部の斜辺のシャフト本体軸心に対して成す角度を30°〜60°(−30°〜−60°)とすることによって、三角形状部としては、その頂点部が約60°から120°の三角形状を成すことになり、形状による強度も安定する。すなわち、頂点部が約60°以下の鋭角であれば、いわゆる先細形状となって形状による強度が安定せず、逆に120°の鈍角となれば、嵌合部の軸方向長さが短くなって、安定したトルク伝達機能を発揮しにくくなる。

0016

中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体には芯金が内嵌されているものであったり、保護用パイプ材にて被覆したものであったりしてもよい。これによって、中空繊維強化プラスチックのシャフト本体の座屈に対する補強、及び捩り強度の向上を図ることができる。

0017

三角波形部が噛合する噛合部にリング形状のカラー部材を外嵌したり、繊維に樹脂含浸させてなるシート材巻設したり、樹脂を含浸させてなる繊維体を巻設したりすることができる。これらによって、三角波形部が噛合する噛合部が、トルク負荷時に外径側へ拡大(拡径)するのを防止することができる。

0018

シャフト本体の繊維強化プラスチックには多数の短繊維が含浸されているものであってもよい。多数の短繊維を含浸させることによって、繊維強化プラスチックの強度を向上させることができる。

0019

三角波形部が形成された短軸部は、等速自在継手の外側継手部材と一体成形品であってもよい。

発明の効果

0020

本発明では、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保でき、形状による強度も安定する。このため、軽量化を図ることができて、トルク伝達機能を有効に発揮できる動力伝達シャフトを提供できる。

0021

シャフト本体に芯金が内嵌されたものでは、シャフト本体の座屈を防止することができるとともに、捩り強度向上に寄与する。保護用パイプ材にて被覆したものであれば、この保護用パイプ材によって、シャフト本体の外周側に、捩り強度補強のための芯金としての役割を発揮できるとともに、外部からの異物(例えば飛び石)や紫外線等から保護することができる。

0022

三角波形部が噛合する噛合部にカラー部材等を外嵌することによって、トルク負荷時に外径側へ拡大(拡径)するのを防止することができ、接合力低下を防止でき、長期にわたって安定したトルク伝達機能を発揮することができる。

0023

多数の短繊維を含浸させることによって、繊維強化プラスチックの強度を向上させることができ、より耐久性に優れた動力伝達シャフトを提供できる。

0024

また、短軸部が外側継手部材と一体成形品であれば、短軸部の接続作業を省略でき、組み立て作業性の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0025

本発明の動力伝達シャフトの断面図である。
前記図1に示す動力伝達シャフトの三角波形部が噛合する噛合部の拡大図である。
三角波形部が噛合する噛合部にカラー部材を被覆した状態の拡大図である。
繊維配向角が45°となる繊維に樹脂を含浸させたシートを噛合部に巻設した状態の拡大図である。
繊維配向角が90°となる繊維に樹脂を含浸させたシートを噛合部に巻設した動力伝達シャフトの平面図ある。
他の実施形態を示す動力伝達シャフトの断面図である。

実施例

0026

以下本発明の実施の形態を図1図6に基づいて説明する。この動力伝達シャフトは、例えば、自動車や各種産業機械に用いられるものであって、ドライブシャフト等に使用される。

0027

このドライブシャフトは、固定式等速自在継手31と摺動式等速自在継手32とを、本発明に係る動力伝達シャフト1にて連結してなるものである。この図例では、固定式等速自在継手31にバーフィールド型等速自在継手を用い、摺動式等速自在継手32に、トリポード型等速自在継手を用いている。

0028

固定式等速自在継手31は、軸方向に延びる複数のトラック溝33が内径面34に形成された外側継手部材35と、軸方向に延びる複数のトラック溝36が外径面37に円周方向等間隔に形成された内側継手部材38と、外側継手部材35のトラック溝33と内側継手部材38のトラック溝36との間に介在してトルクを伝達する複数のボール39と、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージ40とを備えている。

0029

摺動式等速自在継手32は、内周軸線方向に延びる三本のトラック溝51を設けると共に各トラック溝51の内側壁に互いに対向するローラ案内面51aを設けた外側継手部材52と、半径方向に突出した3つの脚軸53を備えたトリポード部材54と、前記脚軸53に外嵌する内側ローラ55と、前記トラック溝51に挿入されると共に前記内側ローラ55に外嵌する外側ローラ56とを備えたものである。すなわち、この摺動式等速自在継手32は、外側ローラ56が脚軸53に対して回転自在であると共にローラ案内面51aに沿って移動可能なダブルローラタイプである。また、トリポード部材54はボス57と前記脚軸53とを備える。脚軸53はボス57の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。

0030

固定式等速自在継手31における内側継手部材38の軸孔トルク伝達可能にシャフト61の軸端嵌合部を嵌入し、摺動式等速自在継手におけるトリポード部材54の軸孔にトルク伝達可能にシャフト62の軸端嵌合部を嵌入している。なお、シャフト61,62の両軸端嵌合部の端部は、スナップリング等の止め輪65,65によりそれぞれ抜け止めされている。すなわち、軸端嵌合部の端部に周方向溝66、66が形成され、この周方向溝66、66に止め輪65,65が嵌合している。

0031

このシャフト61,62の軸端嵌合部の外径には雄スプライン67,67が形成され、両等速自在継手の内側継手部材38及びトリポード部材54の軸孔には雌スプライン68,68が形成されている。シャフト61,62の軸端嵌合部を等速自在継手31,32の内側継手部材38及びトリポード部材54の軸孔に嵌入することにより、雄スプライン67,67と雌スプライン68,68とを噛み合わせることで結合させ、シャフト61と内側継手部材38との間でトルク伝達を可能とし、シャフト62とトリポード部材54との間でトルク伝達を可能としている。

0032

シャフト61,62と各外側継手部材35,52との間には、外部からの異物の侵入および内部からのグリース漏洩を防止するためのブーツ30A,30Bがそれぞれ装着されている。ブーツ30A,30Bは、大径端部30aと、小径端部30bと、大径端部30aと小径端部30bとを連結する蛇腹部30cとからなる。ブーツ30の大径端部30aは外側継手部材35,52の開口端ブーツバンド45A,45Bにより締め付け固定され、その小径端部30bはシャフトの所定部位でブーツバンド46A、46Bにより締め付け固定されている。

0033

動力伝達シャフト1は、各等速自在継手31,32の外側継手部材35,52のカップ底部35a,52bに連設される金属製の短軸部2A,2Bと、この短軸部2A,2B間に配設される中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体3を備える。シャフト本体3の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有するものである。

0034

短軸部2A,2Bは、図2に示すように、一端側に周方向に沿って三角形状部8が複数個配設されてなる鋼製等の三角波形部9が形成されている。なお、三角波形部9の三角形状部8の頂部はアール状とされている。

0035

シャフト本体3は、例えば、フィラメントワンディング法にて成形される。ここで、フィラメントワンディング法とは、樹脂を含浸させた強化繊維マンドレル中空円筒形成形型)に巻き付けて成形,加熱硬化炉硬化させて完成品を得る方法である。マンドレル側を回転させる方式とクリールと呼ぶ巻き付けヘッドを回転させる方式がある。

0036

このため、シャフト本体3においては、図1に示すように、繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有するものであり、この繊維配向角度θが+45°となる第1繊維巻設部M1と、繊維配向角度θが−45°となる第2繊維巻設部M2とを有するものとなる。

0037

また、このシャフト本体3の端部には、図2に示すように、周方向に沿って三角形状部10が複数個配設されてなる三角波形部11が形成されている。この場合、三角形状部10は平面視において、その斜辺10aがシャフト軸心に対して成す角度αとして、45°となる二等辺三角形を成すことになる。なお、三角形状部10の頂部は、アール形状とされている。

0038

この場合、図1に示すように、短軸部2A,2Bの外径寸法D1と、シャフト本体3の外径寸法D2と同一寸法に設定され、短軸部2A,2Bの肉厚寸法T1と、シャフト本体3の肉厚寸法T2とが同一寸法に設定される。

0039

そして、シャフト本体3には、パイプ材からなる芯金15が内嵌される。芯金15としても、例えば、S53CやS43Cなどに代表される機械構造用鋼や、ボロンを添加して焼入深さと強度向上を図った10B38等を用いることができる。この場合、熱硬化処理を行って強度を確保するようにするのが好ましいが、外径寸法が比較的大きく設定できて、強度を確保できるものであれば、熱硬化処理を行わないものものであってもよい。硬化処理した場合、表面硬度としては、52HRC〜65HRCとする。なお、芯金15の肉厚寸法としては、図例では、シャフト本体3の肉厚寸法T2よりも小さく設定されているが、用いる材質によって種々変更でき、芯金15の肉厚寸法とシャフト本体3の肉厚寸法T2と同一としたり、芯金15の肉厚寸法をシャフト本体3の肉厚寸法T2よりも厚くしてもよい。

0040

各等速自在継手31,32の外側継手部材35,52の底壁部35a,52aには、それぞれ、膨出部41,41が設けられ、この膨出部41,41に芯金15の両端部がそれぞれ外嵌され、溶接等の接合手段にて、膨出部41,41に芯金15とが一体化される。この膨出部41は、外径側の大径部41aと内径側小径部41bとからなる。このため、芯金15の端面6が膨出部41の大径部41aの端面42,42に突き合わされた状態で接合される。また、短軸部2A,2Bの端面7も端面42,42に突き合わされた状態で、底壁部35a,52aに溶接等の接合手段にて接合される。

0041

そして、図2に示すように、短軸部2A,2Bの三角形状部8と、シャフト本体3の三角形状部10とは、同一形状寸法で、周方向に沿って同一ピッチで配設される。このため、短軸部2A,2Bの周方向の隣りあう三角形状部8間にて形成される三角形状の凹部12に、シャフト本体3の三角形状部10が嵌合するとともに、シャフト本体3の周方向の隣りあう三角形状部10間にて形成される三角形状の凹部13に、短軸部2A,2Bの三角形状部8が嵌合することになる。すなわち、短軸部2A,2Bの三角波形部9とシャフト本体3の三角波形部11とが噛合することになる。

0042

この場合、シャフト本体3の三角形状部10の斜辺10a及び短軸部2A,2Bの三角形状部8の斜辺8aの角度α、βは45°であり、シャフト本体3の第1繊維巻設部(繊維がA方向に巻設されたもの)の繊維配向角度θが+45°であり、第2繊維(繊維がB方向に巻設されたもの)の繊維配向角度θが−45°となるので、トルク負荷時に生じる応力方向と繊維の方向が同方向になる。

0043

ところで、シャフト本体3の第1繊維(A方向繊維)の繊維配向角度θとしては、+45°に限るものではなく、+30°〜+60°であればよく、第2繊維(B方向繊維)の繊維配向角度θとしても−30°〜−60°であればよい。このため、シャフト本体3の三角形状部10の斜辺及び短軸部2A,2Bの三角形状部8の斜辺の角度βとしても、45°に限るものではなく、30°〜60°であればよい。すなわち、トルク負荷時に生じる応力方向と繊維の方向が同方向になるように設定できればよい。

0044

また、シャフト本体3の樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であっても、PA(ナイロン)、PP(ポリプロピレン)、PEEK(ポリエーテルケトン)等の熱可塑性樹脂等とすることができる。

0045

繊維強化プラスチックとしては、繊維が予め樹脂の層を通って含浸させる際に、無数の短繊維を樹脂層攪拌させながら含浸させておき、巻きつける繊維(第1繊維巻設部M1及び第2繊維巻設部M2)に短繊維を付着させたものであってもよい。これにより、硬化した樹脂内で巻き付けられた長繊維だけでなく、無数の短繊維が含有されたことになる。なお、短繊維の繊維長さとしては、1mm未満とする。

0046

次に、図3では、短軸部2Aの三角波形部9とシャフト本体3の三角波形部11との噛合部Sに、短円筒体からなるカラー部材16を外嵌している。カラー部材16は、例えば、S53CやS43Cなどに代表される機械構造用鋼や、ボロンを添加して焼入深さと強度向上を図った10B38等を用いることができる。さらには、ステンレス鋼などの合金鋼や軽量化目的でアルミ合金などの非鉄金属や樹脂等であってもよい。図示しなかったが短軸部2Bも同様にカラー部材16を外嵌してもよい。

0047

カラー部材16が、短軸部2A,2Bの三角波形部9とシャフト本体3の三角波形部11との噛合部Sに圧入されることになって、噛合部Sを覆うことになる。また、このカラー部材16は、トルクを伝達するための部材ではないので、カラー部材16を金属製にて構成しても、熱硬化処理を施す必要がないが、もちろん、熱硬化処理を施したものであってもよい。なお、熱硬化処理した場合、表面硬度としては、52HRC〜65HRCとする。このカラー部材16の肉厚寸法としては、例えば、5mm〜10mm程度とされる。

0048

図4は、カラー部材16に代えて、樹脂を含浸させたシート材17を短軸部2Aの三角波形部9とシャフト本体3の三角波形部11との噛合部Sに巻設したものである。この場合、繊維として、シャフト本体3の繊維と同様、繊維配向角度θが+45°であるA方向繊維と、繊維配向角度θが−45°であるB方向繊維とを備えたものである。図5では、シート材17の繊維配向方向を周方向としている。また、樹脂を含浸させたシート材17に代えて樹脂を含浸させてなる繊維体を巻設したものであってもよい。図示しなかったが短軸部2Bにも図4および図5のシート17を嵌合部Sに巻設してもよい。

0049

次に、図6に示す動力伝達シャフトは、シャフト本体3の外周を保護用パイプ材20にて被覆したものである。外側継手部材35,52の底壁部35a,52aに、短軸部2A,2Bが一体に連設されている。そして、短軸部2A,2Bの周方向の隣りあう三角形状部8間にて形成される三角形状の凹部12に、シャフト本体3の三角形状部10が嵌合するとともに、シャフト本体3の周方向の隣りあう三角形状部10間にて形成される三角形状の凹部13に、短軸部2A,2Bの三角形状部8が嵌合することになる。すなわち、短軸部2A,2Bの三角波形部9とシャフト本体3の三角波形部11とが噛合することになる(図2参照)。

0050

そして、短軸部2A,2B及びシャフト本体3には、保護用パイプ材20が外嵌されている。保護用パイプ材20としては、前記芯金15と同様、例えば、S53CやS43Cなどに代表される機械構造用鋼や、ボロンを添加して焼入深さと強度向上を図った10B38等を用いることができる。この場合も、熱硬化処理を行って強度を確保するようにするのが好ましいが、外径寸法が比較的大きく設定できて、強度を確保できるものであれば、熱硬化処理を行わないものであってもよい。硬化処理した場合、表面硬度としては、52HRC〜65HRCとする。

0051

この保護用パイプ材20の両端部20a、20aが短軸部2A,2Bに外嵌された状態で、その端面が、外側継手部材35,52の底壁部35a,52aの端面43に突き合わされて溶接等の接合手段にて、保護用パイプ材20の両端部20a、20aが短軸部2A,2Bと接合一体化される。

0052

この場合、保護用パイプ材20の外径寸法D4と外側継手部材35,52の膨出部41,41の外径寸法D5とを同一に設定するとともに、保護用パイプ材20の内径寸法D6とシャフト本体3の外径寸法D2を同一に設定している。また、この場合も、シャフト3の外径寸法D2と、短軸部2A,2Bの外径寸法D1とが同一寸法に設定され、シャフト3の肉厚寸法T2と、短軸部2A,2Bの肉厚寸法T1とが同一寸法に設定されている。このため、短軸部2A,2Bの三角波形部9とシャフト本体3の三角波形部11とが噛合することになる。この状態で、シャフト本体3に保護用パイプ材20が外嵌されることになる。

0053

本発明の動力伝達シャフトでは、中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体3の直径(外径寸法)の大径化が可能であり、しかも、シャフト本体3の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部8、10の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成することによって、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保できる。また、三角波形部9、11の各三角形状部8、10の斜辺のシャフト本体軸心に対して成す角度を30°〜60°とすることによって、三角形状部10としては、その頂点部が約60°から120°の三角形状を成すことなり、形状による強度も安定する。すなわち、頂点部が約60°以下の鋭角であれば、いわゆる先細形状となって形状による強度が安定せず、逆に120°の鈍角となれば、噛合部Sの軸方向長さが短くなって、安定したトルク伝達機能を発揮しにくくなる。

0054

このため、本発明では、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保でき、形状による強度も安定する。このため、軽量化を図ることができて、トルク伝達機能を有効に発揮できる動力伝達シャフトを提供できる。特に、三角波形部9、11の各三角形状部8,10の斜辺8a,10aのシャフト本体軸心に対して成す角度を45°とするとともに、シャフト本体3の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を±45°とすることによって、トルク負荷状態において各三角形状部8、11の斜辺8a,10aに生じる応力方向と同方向に設定しやすい利点がある。

0055

シャフト本体3に芯金15が内嵌されたものでは、シャフト本体3の座屈を防止することができるとともに、捩り強度向上に寄与する。また、三角波形部9、11が噛合する噛合部にカラー部材16等を外嵌することによって、トルク負荷時に外径側へ拡大(拡径)するのを防止することができ、接合力低下を防止でき、長期にわたって安定してトルク伝達機能を発揮することができる。

0056

多数の短繊維を含浸させたものでは、繊維強化プラスチックの強度を向上させることができ、より耐久性に優れた動力伝達シャフトを提供できる。

0057

保護用パイプ材20にて被覆したものであれば、この保護用パイプ材20によって、シャフト本体3の外周側に、捩り強度補強のための芯金としての役割を発揮できるとともに、外部からの異物(例えば飛び石)や紫外線等から保護することができる。

0058

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、動力伝達シャフトにおいて、座屈を回避でき、かつ、捩り強度の確保が可能なシャフト本体3を得ることが可能であれば、芯金15や保護用パイプ材20等を省略してもよい。また、シャフト本体3の繊維強化プラスチックとしても、短繊維が含浸されてないものであってもよい。

0059

また、シャフト本体3の三角形状部10の数や大きさ等は、シャフト本体3の径寸法や肉厚寸法等に応じて任意に設定できる。なお、前記実施形態では、各三角形状部10の頂部としてはアール部を形成することによって、丸みを付けたものであるが、このような丸みをつけないものであってもよい。

0060

芯金15や保護用パイプ材20を接合する場合、溶接以外に、摩擦接合(摩擦圧接圧接)にて行ってもよい。摩擦接合とは、金属材料接触加圧しながら相対運動を起こさせ、発生する摩擦熱熱源とする接合法である。また、溶接にて接合を行う場合、電子ビーム溶接レーザ溶接アーク溶接、又はガス溶接等の種々の溶接方法を採用することができる。

0061

また、繊維強化プラスチックからなるシャフト本体3の製法として、前記実施形態では、フィラメントワインディング法を示したが、シートワインディング法等の他の方法を採用してもよい。ここで、シートワインディング法とは、回転しているマンドレルの外側に、シート状の繊維に樹脂を含浸し半硬化状態のもの(プリプレグ)を巻き付け、硬化させた後、マンドレルを引き抜いてパイプ状のものを成形する方法である。

0062

繊維強化プラスチックとしては、ガラス繊維強化プラスチックGFRP)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を用いるこことができ、さらには、ボロン繊維強化プラスチック(BFRP)、アラミド繊維強化プラスチックAFRP, KFRP)やポリエチレン繊維強化プラスチックDFRP)等も用いることができる。また、含浸させる短繊維としては、ガラス繊維炭素繊維等を用いることができるが、カーボンナノチューブ(CNT)やセルロースナノファイバー(CNF)等であってもよい。

0063

固定式等速自在継手31として、図例のものに限らず、アンダーカットフリータイプの等速自在継手であっても、摺動式等速自在継手32としては、ダブルオフセットタイプクロスグルーブタイプの等速自在継手であってもよい。また、前記実施形態では、動力伝達シャフトとしてはドライブシャフトに用いたが、ドライブシャフト以外のプロペラシャフトに用いてもよい。なお、摺動式等速自在継手32としてトリポードタイプを用いる場合、シングルローラタイプであっても、ダブルローラタイプであってもよい。

0064

S 噛合部
2A,2B短軸部
3シャフト本体
8,10三角形状部
9、11三角波形部
15芯金
16カラー部材
17シート材
20保護用パイプ材
31固定式等速自在継手
32摺動式等速自在継手

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ