プロペラシャフトのアルミ化 その5 構造変更編

先日の記事でも少し触れましたが、件のアルミプロペラシャフトの構造変更が完了しました。
今回のような構造変更は書類が通ってしまえばほとんど問題ないので、事前の書類審査のことを中心にちょっとまとめておこうと思います。

どんな書類が必要？
プロペラシャフト変更の場合の申請で必要な書類は、その2でもちょっと触れてますが、

①改造自動車届出書(第1号様式)
②改造概要等説明書(第2号様式)
③改造部詳細図
④強度検討書

の四点です。
これらを提出すると、審査の後『改造自動車等審査結果通知書』として②の書類(を書き直したもの)が返ってきます。この改造自動車等審査結果通知書が構造変更に必要となります。


①と②は構造変更をする場合必ず必要となる書類ですね。書式が決まっているのでそれを用意して記入するだけです。
書類は自動車検査法人のサイトの中のこちらからPDFファイルでDLできます。

一方③と④は任意書式のため、自分で書類を作成する必要があります。
まず改造部分詳細図には改造前と改造後のプロペラシャフトの図と写真、仕様表などを載せておきました。図や仕様の出典も書いておき、整備要領書などの該当するページのコピーも添付しておけばOKだと思います。

強度検討書に関しては、その3でだいたい計算を済ませてあるのでそれをひと揃いの書類にまとめます。実はその3の記事にはちょっとした間違いがあって、提出書類にまとめる際に修正しましたが、おおむねその3でやった感じです。
Shaftmasters製アルミシャフトの寸法(内径)について、以前「メールで聞いただけだから不安だ」と書いたのですが、その後ShaftmastersのDavidさんに「車検に使いたいから仕様書送って！」とメールしてみたら即pdfファイルで送ってくれたので助かりました^o^　改造部分詳細図のシャフト図はその仕様書からのコピーです。

結局、第1号様式(1枚)＋第2号様式(1枚)＋詳細図(2枚)＋強度検討(4枚)＋シャフト仕様書(１枚)＋修理書コピー(2枚)で、合計11枚の書類セットとなりました。それぞれの書類はこんな感じです。

改造自動車届出書(第1号様式)	改造概要等説明書(第2号様式)

改造部分詳細図1-2

強度検討書1-2	強度検討書3-4

書類はいつ出す？

改造自動車等審査結果通知書

陸運支局に書類を提出して審査してもらい、合格となれば車を持ち込むことができます。この審査に通常1～2週間かかるとのことですが、書類に不備があればさらに時間がかかりますので余裕を持って書類を出したほうが良いです。

今回の場合は、まず提出して数日後に電話があり、
・車検証をFAXして欲しい
・今審査中なので、また不明な点があれば問い合わせる
とわれました。すぐ車検証をFAXしてドキドキしながら待っていると、書類の不備はなく決裁がおりた(＝書類審査に合格)との電話連絡をもらいまして、結局一発で通ってしまいました(^-^)v
ここまで、書類を提出してからちょうど2週間ほど。

改造の目的…あれっ？

決裁がおりると先述のとおり「改造内容審査結果通知書」という書類が発行されていますので、陸事でこれを受け取れば事前準備はOKとなります。書類は車両持ち込み前に受け取りに行ってもいいし、そのまま車検の予約をして当日窓口で受け取るという方法でもOKです。
この書類は事前審査で提出した②の書類と同じ第2号様式ですが、数値が細かく修正されていたり改造の目的が書き直されていました(「車両軽量化」と書いて出したのですが、「走行性能向上の為」となっていました…。強度計算もしなおしているようです。)

ところで構造変更の場合、現在の検査期限は関係無しに、構造変更した日から2年間が検査期限になります。なので現在の検査期限近くで構造変更するのが無駄がありませんし、自分の場合時期的にちょうどいいのでできれば今の検査期限の超ギリギリで構造変更というのが理想です。
で、気になったのが、書類審査に合格してから実際の検査までの、どのくらい猶予があるのか？ということです。書類に何か期限があるのならそれを考慮しないといけませんが…。で、とりえあえず電話してみたところ、特に期限は無いのだそうです。まあ改造した場合は速やかに申請せねばなりませんので、改造した場合はみなさんの解釈で速やかに、申請してください^^;


車検当日

計測コースにて

書類の決裁がおりれば車検の予約をして、車両を持ち込むことができます。車両の点検・整備と、自賠責の更新を忘れずに行って臨みます。
車検当日は基本的には普通のユーザー車検と同じですが、用紙は違いますので注意です。このあたりの書類の書き方などの詳しいことは他に譲ります。ユーザー車検関係のサイトは星の数ほどありますし、陸事に問い合わせても教えてくれます。

クルマの検査は、まずは通常の検査ライン→計測ラインとなります。
検査ラインに入りますが、この辺の順序はラインの混み具合などにもよるので臨機応変に。検査員の方の指示に従えばおｋです。向こうもプロですから我々が素人だということはすぐばれます。下手にカッコつけずにわからないことは聞けば教えてくれます^^
下回りの検査の際、検査員に構造変更であることを伝え、寸法などが書類と相違ないかの確認をしてもらいます。
今回はなんとマフラーのサブタイコの高さが低すぎてアウトになり、現場で車高を上げるという予想外の事態もありました。いやはやお恥ずかしい限り…^o^;

Z32「改」

構造変更の場合、車両寸法と車重を測るため、検査ラインをすべて通過(合格)すると計測コースに入るように指示されます。この際、スペアタイヤなどの荷物は無し、燃料は満タンというのが原則のようです。燃料に関しては「今どれくらい？」とアバウトに聞かれます^^;
今回、車高は－3cmの122cm、車重は変わらず1420kgとなりました。

計測をパスすればこれで検査は終了。あとは書類を提出すれば車検証になります。
新しい車検証を受け取ったら最後に税金を納める方の建物で、構変で変わった箇所を申告(税金の区分に影響があるかの確認)すればすべて終了となります。


最後に
と、こんな感じで懸案だったアルミプロペラシャフトの構造変更が無事完了しました。
冒頭にも書いたとおり、書類さえ通ってしまえばあとは普通の車検とだいたい同じです。
シャフトを買うときには色々不安だった構造変更ですが、やってみれば意外とすんなり出来たというのが感想です。
ともあれこれで無事に改造車になりましたし、何より自分で書類作成～持ち込み検査まで行ったことでとてもよい経験になりました。


最後に費用的なことをまとめておくと…
・自賠責(24ヶ月)：22,470円
・重量税(18年超)：37,800円
・検査手数料(構造変更)：2,100円(1,700+400円)
・構変？手数料：350円(その場で必要と言われ印紙購入→車検証の内容が変わると発生する手数料？)
・光軸調整：2,100円(テスター屋さんにて。法定費用ではありませんが事実上必要なので^^)
合計：64,820円
とこんな感じです。ご覧のとおりほとんど普通の車検と同じで、構造変更だからといって特にお金がかかるわけではありません(少々の手数料は必要ですが)。すべて込みコミで65,000円でおつりが来ます。任意保険も特に問題なく継続できる(保険料変更無し)ことを事前に確認済みでしたので、余分な費用は本当にわずかな手数料のみです。

以上、構造変更レポートでした。
5回にわたってお送りしてきたプロペラシャフトのアルミ化、これにて完結です。


・プロペラシャフトのアルミ化 その1(プロローグ)
・プロペラシャフトのアルミ化 その2(構造変更に必要な書類は？)
・プロペラシャフトのアルミ化 その3(強度検討)
・プロペラシャフトのアルミ化 その4(プロペラシャフトの交換)
・プロペラシャフトのアルミ化 その5(構造変更)　←いまここ

アルミペラシャの副産物？

アルミプロペラシャフト

アルミのプロペラシャフトをしばらく使ってみて、気づいたことがあります。当初から振動の少なさや加速の良さというのは感じていたのですが、少し後になって思わぬ副産物(？)を感じました。

それは…排気音が変わったことなんです。
音のことなのでどこがどう変わったとか言いにくいのですが、特に加速時、擬音の濁点が減った感じというか、バラバラした感じが少なくなってちょっとスムースな音に変化した気がするんです。最初は気のせいか？と思っていたんですが、トンネルに入ったときなんかに、「やっぱ音変わったよな…」と感じます。
考えてみれば走行中はエンジンも駆動系もクラッチでつながっているわけで、回転がスムースになったってことは音が変わってもおかしくは無いよな？と思いますが、考えていなかったことなのでちょっと得した気分。

実はシャフトを買ってから取りつけるまでの間にたまたまこんなスレッドを発見していました。このスレ主さん、shaftmasterをつけたら変な振動が出た！と嘆いてます。これを読んで、マジで？！と不安になったりしたんですが、杞憂だったようです(^-^)

シフトリンクブッシュの交換

交換は上から？下から？

シフトレバーのリンク部のブッシュ(画像の矢印部分の茶色いブッシュ) が切れてしまうと、シフトレバーがグラグラになってしまいます。私は乗り始めて数ヶ月の頃にグラグラになってしまい、当時けっこう焦りました(^-^;)

とあるお店のブログで「上からの交換はお勧めできない」と書いてあるのを見て思い出したのですが、私のような素人からすると上からのが良いかな？という気がします。私自身は上から交換しました。
画像の通り下から見るとこんな風に見える場所なのですが、これはフロントパイプを外した状態です。上からやると内装をバラしてシフトレバーごと取り外すことになるのに対し、下からならこのブッシュのみを外せるため、下回りの作業のついでなら下からのが圧倒的に簡単です。しかしこれだけのためにフロントパイプやプロペラシャフトを取り外すのはちょっと…という気がします。プロはその点、設備も技術もあるので「下からのが簡単」という選択になるのでしょう。

ただ、上からだと丸印のナットをフロアのスキマから緩めたり締めたりすることになります。かなり狭いので手の大きな人にはツラいかも？短い工具があると便利です。
参考までに品番は
ブッシュ,コントロール ロッド 34139-30P00　@250円くらい(2個必要)
です。もしシフトレバーがビシッと直立しなくなったら、これを疑ってみてください。

ミッション・デフオイルシール交換

これもプロペラシャフトの交換と同時にした作業です。
デフのピニオン側オイルシールからの漏れがひどく、周囲に飛び散るほどでした。
ミッションのリヤシールは漏れてはいないようでしたが、せっかくペラシャを外すのでついでに交換しておきました。

品番はそれぞれ
・デフのピニオン側：38189-21G20
・MTのリヤシール：32136-01G10
値段はどちらも数百円です。

ところで、オイルシールを交換するときに、我々素人メカニックが考えておかないといけないのが打ち込み用の冶具です。特に今回はリップ部が張り出していたり、軸がツラより出ていたりするので、ハンマーだけで上手に…というわけには行きません。
いろいろ考えていたのですが、ノギス片手にホームセンターをウロついて激安なSSTを発見しました(笑)

オイルシールとSST	SSTの仮合わせ

塩ビ配管のTS継手というものです。お値段それぞれ100円ちょっと。
50サイズというのがφ70、40サイズがφ56.5で、デフシール(φ75.3)とMTシール(φ58.3)にそれぞれ結構いい感じです。
デフ用がちょっと小さいかなと思ったのですが、少しずつずらしながら叩くなどの小技で十分使えました。

ではでは作業の紹介です。まずはデフ側から。
たぶんですが、デフはオイルを抜かないと軸の高さ的にこの作業は出来ないと思います。今回はどの道オイルも交換するつもりだったので先に抜きました。

プロペラシャフトを外したら、続いてセンターナットを緩めてコンパニオンフランジを外します。
センターナットは回り止めが要りますが、M10ボルトナットとストレートメガネでおｋでした。KTCのストレートメガネはかなりお気に入りの逸品です。そうそう、センターナットのサイズは27mmです。
センターナットが緩んだら、プーラーでフランジを引っこ抜きます。
なんだかプーラーとかを使うときって、なんかちょっと華々しい感じがするのは私だけでしょうか？なんとなく心が躍りますw

強敵かと思いきやあっさり勝利	三つ爪の安定感が好きです

フランジを外すとオイルシールがお目見えです。
新旧でずいぶん形が違います。リップから漏れていると想像していたのですが、外周からっぽいですね。意外です。
古いオイルシールはマイナスドライバーで叩いて抜きました。ハウジングを傷つけてしまうと何のための作業かわからないことになりますので慎重に。
オイルシールを外すとピニオンのテーパーローラーベアリングが丸見えです。

旧オイルシールおつかれさま	テーパーローラーベアリング

外したら新オイルシールをセットして、例の冶具を当ててハンマーで打ち込みます。
傾かないように慎重に叩いていきますが、車両はウマに上げた高さですのでクリーパーに寝た姿勢での作業。なかなか神経を使いました。途中ちょっと傾いたりすると焦りますが、何とかツライチに入りました。
シールがついたらリップにグリスを塗って、フランジを戻せばおｋです。

塩ビ配管の正しい使用法	新シール装着完了

続いてミッションのリヤシール。
こちらは漏れの形跡は無いようです。
作業自体は同じような感じです。小さい分打ち込みは軽かったです。
オイルシールはやはり形状が違いますね。目立たない部品ではありますが、進化しているんでしょうね。
あ、こちらはオイルを抜かなくてもシール交換できます。

ミッション側旧シール	新シール装着

…といいつつ今回は時期的にもちょうど良かったのでミッションオイルも交換しました。兄が在庫しているレッドラインをありがたく頂戴しました。フィーリング的にはスムースだけど少し硬い？気がします。ミッションマウント交換とあいまってカチッとした感じになりこれはこれで良いです。

ミッションオイルも交換

ミッションオイルやデフオイルを入れるのにオイルサクションガンを使うわけですが、私が持っているのはアストロの安いやつです。これで使えなくは無いんですが、エア漏れを起こし使い勝手が悪いです。

アストロの工具は安いので助かることも多いのですが、サクションガンはもう少し良いものを買ったほうが良いかも。このガン良いよ！という情報あれば教えてください。

ともあれ、これでオイル漏れともおさらばできるはずです。
たった数百円の部品の交換に手間がかかりますので、他人様に頼めばほとんどが工賃ですね。でもこういう作業を自分でやるのってなんとなく玄人っぽくて良くないですか？と筋肉痛とともに自己満足にひたれました(笑)

さて、次はパワステのオイル漏れとの戦いかな？修行はまだまだ続きます(^-^)

ミッションマウント交換

プロペラシャフトの交換と同時にした作業です。
作業自体はミッションをジャッキで支えて交換するだけです。
ミッションマウントはゴムのフローティング構造になっていて、手で押して動くくらいやわらかいものです。新品を見て、きっと今付いているのと比べたらぜんぜん違うんだろうなーと期待に胸をふくらませて(？)外してみると…

使用前・使用後	ジャッキで支えて交換

もうぜんぜん形が違いますねwww亀裂が入って底付きしています。
これで本来の役割をしろって方が無理があります。やはりゴム部品ですから、消耗品ですね。

交換後は、プロペラシャフトの変更とあいまって振動が無くなり良い感じです。
アイドリング時の振動も減りました。とはいってもまだ気になる振動はのこりますので、是非エンジンマウントも交換したいところです。

プロペラシャフトのアルミ化 その4 シャフト交換

やっと交換です

Shaftmastersのアルミシャフトを買ってからまたまたずいぶん時間がたってしまいましたが、やっと交換できました。その間にセンターベアリングの劣化はどんどん進み、振動はかなりひどくなってしまいました。また、デフのピニオン側からのオイル漏れもにじみ程度から周囲に飛び散るほどに…(-_-;)
劣化しきったベアリングやオイルが飛び散った下回りを見ると「うわー」と眼を覆いたくなりますが、まあそのぶん交換の効果がはっきりわかって良い(？)とプラス思考で作業しました。買ってから時間がたっても為替レートがあんまり変わらなかったことが唯一の救いです。

今回せっかくプロペラシャフトを外すので、

• ミッションマウントの交換
  
• ミッションオイル交換
  
• MTリヤオイルシール交換
  
• デフオイル交換
  
• デフのピニオン側オイルシール交換
  

などなど同時に作業しました。
ひとつの記事に書くと長くなるので、それぞれ別に記事を書いていきます。

無残に垂れ下がったセンターベアリング	デフオイル漏れ

ではでは作業です。
まずはマフラー、フロントパイプを外します。
錆びて固着しているのでCRCをたっぷりかけて折らないように慎重かつ大胆に緩めていきます。
マフラーやフロントパイプのフランジ部分は無事に緩めることが出来ましたが、どうしても左側の排気温センサだけが外れませんでした。
センサのナットは13mmですが、13mmのフレアナットレンチではガタがありナメそうです。なのでわざわざアストロで1/2インチのレンチ(実測13.0mm。ナットに叩いて嵌める感じ)を買ってきたのですが惨敗。仕方ないのでセンサをつけたままフロントパイプを外して作業しました。

寸法ぴったりレンチで挑むも惨敗	ウマの高さならOK

排気系の固着と戦い、遮熱板を外すとプロペラシャフトの全貌がお目見えします。
ここでシフトロッドのブーツがパックリ切れているのを発見。
でも今回部品を用意していなかったので見てみぬフリをしておきます。。大丈夫…だよね？！

全貌お目見え	ブーツ切れ発見(涙)

ここまで来たら、あとはデフ側のフランジボルト4本、センターベアリングのボルト2本を外せばシャフトが取り出せます。
せっかくなのでここで体重測定。針式のリラックマ体重計をつかったので精度は当てになりませんが、純正が9～10kgくらい、アルミが4～5kgくらいと、およそ半分くらいの重量です。
アルミの比重はスチールの1/3ほどですが、その分剛性が落ちるので肉厚が厚いことやジョイントなどはスチールであることなどからこのくらいになっています。とはいえ4～5kgの軽量化になるってことですね。

異素材対決	ジョイントなどは形状が違います

重量を測って軽さに満足したら、あとは元通りにシャフトを取り付けるだけです。
ミッション側のオイルシールあたり面にオイルを塗って慎重に差し込んだらデフ側を接続します。海外製品ということで部品の品質が気になる方も多いと思いますがミッション側スプライン、デフ側フランジの芯だしボスも気持ちよく入りました。
普通プロペラシャフトを外す際にはデフのフランジと合いマークをつけて同じところで付くようにしますが、今回のようにシャフトそのものを変えてしまう場合にはどうしようもないのでカンに任せて付けました。
実際はシャフトを取り付ける前にミッションやデフのオイルシール交換などの作業をしています。

軽いので作業性も良好です	デフ側接続部

あとは外した遮熱版、フロントパイプ、マフラーをつけて完成です。
排気系のネジは錆がひどかったので新調しておきました。
M10ですが細目(ピッチ1.25)ですので買う際はお間違えなく。

完成後の眺め

写真は完成後の眺めですが、結構目立ちますね。もちろんアルミの地色だからですが、「黒く塗っといたら車検通った」っていうのは民間車検場での話でしょうかね…？
前回、強度検討の計算をしましたが、ちょっと気になることがあります。
それは、メールで寸法を聞いただけでこのシャフトの仕様書が無いってことです。エンジンスワップなどで構造変更の際には修理書などから仕様表をコピーするのが一般的みたいですが今回はまったくの社外品なので…うーん、外径は測れますが内径は測れません。大丈夫でしょうか？一度陸自に問い合わせてみようと思います。

それはさておき、早速試走してみると新品のミッションマウントとあいまって例の振動はすっかり消えています。もちろんベアリングの交換でも振動は消えるとは思いますが、加速の軽さもはっきり体感できました。これはアルミペラならではの効果ですので満足です(^-^)v。

その他の作業とあわせてネジの固着との格闘や漏れたオイルの清掃などなど、すべて寝転がった姿勢での作業で筋肉痛になりながらの工程でしたが、やりがいがありました。
近いうちに是非エンジンマウント交換をしたいと思うのですが、ステアリング系が邪魔しそうな右側は抜けるのだろうか？と思案しています。




・プロペラシャフトのアルミ化 その1(プロローグ)
・プロペラシャフトのアルミ化 その2(構造変更に必要な書類は？)
・プロペラシャフトのアルミ化 その3(強度検討)
・プロペラシャフトのアルミ化 その4(プロペラシャフトの交換)　←いまここ
・プロペラシャフトのアルミ化 その5(構造変更)

プロペラシャフトのアルミ化 その3

その1、その2とだらだら書いてきましたが、
やっと実際の計算です。

計算に使う式はこのページにまとめられています。
またこちらのぺージに実際の計算例も載っています。大変参考になりました。
ただ、アルミのプロペラシャフトでの事例というのは私が探した限りでは見つかりませんでした。計算には当然材料の性質(密度、強度など)が関わります。強度については数値を当てはめるだけで良いのですが、危険回転数の計算ではそのままの式を使うことはできませんので少し考えないといけません(これについては後述します)。


ではでは本題に。まずは強度です。
ねじり応力、と書いてありますがねじりによるせん断応力って言うのが正しいですかね？
ともかくぺラシャに発生する応力を求め、それが材料の許容応力に対して1.6の安全率を持っているか？を証明するわけです。

シャフトの強度計算の式は、材料力学の教科書に載っている式のトルクの部分を計算しやすいようにしてあるものです。

車両諸元とシャフト緒元

τ：シャフトに生じる最大せん断応力
d₁,d₂：シャフト外径及び内径
η：トランスミッションの伝達効率
Q：エンジンの最大トルク
r₁：第一速の減速比

です。
では計算してみます。

カタログでも引っ張り出してクルマの諸数値を、また、先のDavidさんからのメールを頼りにアルミペラのスペックをあてはめて行きます。
最大トルク：27.8kgm
第１速減速比：3.214
シャフト外径：76.2mm
シャフト内径：69.85mm
伝達効率ηは0.9としておくのが慣例のようですのでならっておきます。

でねじりによるせん断応力は



となりました。
これが許容応力に対して1.6の安全率をもっているかを確かめなければなりません。
先ほど紹介したページでは許容応力は材料の引張り強さの60％とされています。
これは一般にせん断強さが引っ張り強さの60％程度になることからだと思います。

今回のシャフトの材料はA6061-T6ですので、引張り強さは約310MPa(31.6kg/mm^2)です。アルミ材の中では高強度な部類です。
よって許容応力と安全率は


となり、1.6以上ありますので強度的にはめでたく許容範囲内、ということになります(^o^)/

---

さてさて次は危険回転数の計算です。
もともと純正が2ピースなのはこの危険回転数を引き上げるためです。
それを1ピースにしてしまうという話なので、これがどんな値になるかが興味深いところです。

危険回転数の式は

Nc：危険回転数(rpm)
d₁,d₂：シャフト外径及び内径(mm)
L：シャフト長さ(mm)

ということになっていますが、これもシャフト計算用にアレンジされた形です。
応力の式はそのままで良かったのですが、これは鋼材のシャフトを前提として係数が算出されているので、材料が違う場合はそのままでは使えません。アルミの計算例は無いものか…と思って探してみましたが、簡単には見つかりませんでしたので自分でやってみました。

軸の危険回転数を求める式のもともとの形は、ものの本によるとこんな感じです。
(危険速度、軸の自重のみの場合)

Nc：危険回転数(rpm)
l：軸長さ(m)
E：材料の縦弾性係数(Pa)
I：断面二次モーメント(m⁴)
g：重力加速度(m/s²)
w：単位長さあたりの重量(N)

回転軸の危険回転数には軸の自重が大きくかかわるのでここには単位長さの重量が入っていますが、先のシャフト公式では係数の中に入ってしまっているのです。
でこの式を中空軸用に変形すると・・・

こんな感じになりました。
ここで
d_o,d_i：シャフト外径、内径(m)
ρ：材料の密度(kg/m³)
です。
因数分解とかすごくひさしぶりにやりました…
A²-B² = (A+B)(A-B)です(笑)(^-^;)

(追記)
上の式で、√(E/ρ)という部分があります。これが材料特性は反映される部分です。
で、鋼材とアルミのE、ρはそれぞれ3：1くらいなので、(E/ρ)の値はあんまり変わりません。ということは危険回転数は材料がスチールでも、アルミでも、実はあまり変わらないということなんです。考えてみれば当たり前のことなんですけど、この記事書いているときには気づきませんでした…(^o^;)
ただ、だからと言って構造変更の際に何食わぬ顔してスチール用の式で出しても通るのか？はわかりませんが…


これに、今回のシャフトの寸法と、A6061の密度(2700kg/m^3)、弾性係数(70GPa)を入れて実際に計算してみると、

となりました。
一応ここで計算したのと近くなったので多分そんなに間違ってないと思います(笑)。

これが、プロペラシャフトの最高回転数に対して1.3の安全率を持っていればOKとなるわけですが、計算してみると

ちょwwwぎりぎりwwwwww

ま、まあぎりぎりとはいっても1.3以上あるんだから問題はない！
なんてちょっと焦ったりもしたのですが、よくよく考えたら5速で6750まで回すってありえなくないか？と気づきました。
試しにこのときの速度を計算してみると・・・

261km/h！

うん、大丈夫だ、こんなに出ない(笑)

そもそも純正状態なら180km/hでリミッターが作動なわけで、ぺラシャの最高回転数はそこから算出したほうが現実味があるように思います。
で速度から逆算すると、約4640rpmほどになります。


ほっ、普通に使う分にはまったく問題なさそうですね(^-^)

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と、いうことでだらだらやってきたアルミぺラシャの計算ですが、多分問題なく構造変更できると思います。ただし、私自身はまだ構造変更していませんし(というかまだ取り付けてすらいないｗ→とりつけました)、陸運局にきちんと問い合わせしたりしたわけではないので実際のところはよくわかりませんのでご了承を。もし実際に1ピースアルミぺラで構造変更したって方がいらっしゃったらぜひ情報をお聞かせ願いたいと思います。ではでは！

最後にあらためて、参考にしたサイトと本を書いておきます。
・自動車検査独立行政法人・・・車検の元締め(？)審査規定のPDFもあります。
・播州迷頁-雅屋-・・・構造変更レポートほか面白コンテンツ多数。
・有限会社スピリア・・・構造変更についてたくさん情報ありです。
・機械設計法・・・軸の設計(強度計算、危険速度など)について記載あり。(手元にあったのでこれを参照しましたが、同様のタイトルの本ならこういった内容は書いてあると思います。)
・株式会社川村製作所・・・各種計算スクリプトあり。危険回転数の検算に(笑)
・株式会社 渡辺商事・・・アルミニウムハンドブックに材料の機械的性質などの記載があります。


・プロペラシャフトのアルミ化 その1(プロローグ)
・プロペラシャフトのアルミ化 その2(構造変更に必要な書類は？)
・プロペラシャフトのアルミ化 その3(強度検討)　←いまここ
・プロペラシャフトのアルミ化 その4(プロペラシャフトの交換)
・プロペラシャフトのアルミ化 その5(構造変更)

プロペラシャフトのアルミ化 その2

えー、前回の記事からずいぶん時間がたってしまいました。
本当は構造変更に関わる計算について書いたあと、大丈夫なんで発注！みたいな展開にしようと思っていたのですが、実は…

もう買いました(笑)



いちおう計算して大丈夫そうだなっていうのが確認できたのと、この円高がいつまで続くのかわからないので^^;
ebayで送料込で$410くらいでしたので、$1=90とすると約3万7千円ちょっとになります。

ebayで落札後、USPSで1週間程で無事到着。海外から買い物をするのはドキドキしますが、今回も無事届きました。

ってことで狭いアパートに鎮座しています。
まあアメリカ人らしくラフな梱包で来ました。けど、美観がどうのという商品ではないので特に気にしません。
ここには体重計もないので重さはわかりませんが、取り付けの際には忘れずに重量比べをやろうと思います。


で、今回はこのアルミプロペラシャフトの強度検討について書いてみたいと思います。

と、その前に、前回ぺラシャを変更するなら構造変更が必要だと書きました。
そもそもどんな改造をしたらどんな申請が必要なの？ということについて、ちょっとここらでおさらいしてほしい！という要望は来てませんが自分のためにしてみます。
「改造車検」とか「構造変更」とかいうと、どうも怪しい響きというか、なにか悪いことでもやってるかのようなイメージがあるかも知れませんが法律にのっとった至極まっとうなことですのでご安心を。

さてさて、車検については車検の元締め(？)の自動車検査独立行政法人のサイトにある、改造自動車審査要領(PDF)というファイルにまとめられています。

また、実際の強度計算例などがこちらのサイトに詳しく楽しく書いてありますので大いに参考にさせていただきました。

資料によればぺラシャの一本化は
(3)-1、プロペラシャフトの寸法、材質を変更した場合
に当たります。

よって、「⑩動力伝達装置強度検討書」の提出が必要です。

強度検討書って具体的に何書くの？となりますが、それは次のように書かれています。プロペラシャフトについて書いてある部分を抜粋して書いてみます。

・審査内容
（ａ）強度検討が適切であり、十分な強度が確保されていることを確認する。
（ｂ）伝達トルク又は回転数が増加するものにあっては、プロペラシャフト及び駆動軸の強度又は危険回転数に対する安全性を確認する。
（ｃ）プロペラシャフトを延長するものにあっては、危険回転数に対する安全性を確認する。
（ｄ）断面形状を変更するものにあっては、危険回転数に対する安全性を確認する。強度検討が適切であり、十分な強度が確保されていることを確認する。

・能力強度等の基準
（ａ）強度検討は、曲げ応力及びせん断力を検討し、次の安全率以上であるものとする。
破壊安全率・・・１．６
降伏安全率・・・１．３
（ｂ）曲げとせん断を受ける駆動軸等にあっては、合成応力について検討する。
（ｃ）プロペラシャフトについては、危険回転数に対する安全率Ｎｃ／Ｎｐは、１．３以上であるものとする。
Ｎｃ：プロペラシャフトの危険回転数
Ｎ p：最高速度時におけるプロペラシャフトの回転数

・計算書・検討書等の省略
（ａ）原動機の変更又は動力伝達機構の変更によるもので、プロペラシャフト及び駆動軸 の最高回転数並びに伝達最大トルクがその標準車のそれより小さいもの。
（ｂ）標準車のプロペラシャフトを短縮したもの

とまあ小難しく書いてありますが、要は
・強度検討(トルクに耐えられるか？)
・危険回転数に対する安全性(共振して壊れないか？)
の2点について検討する必要があるわけです。

実際の計算はその3に書きました。




・プロペラシャフトのアルミ化 その1(プロローグ)
・プロペラシャフトのアルミ化 その2(構造変更に必要な書類は？)　←いまここ
・プロペラシャフトのアルミ化 その3(強度検討)
・プロペラシャフトのアルミ化 その4(プロペラシャフトの交換)
・プロペラシャフトのアルミ化 その5(構造変更)

プロペラシャフトのアルミ化 その1

走行時、きまって70km/hあたりでシート下からの振動。あー、きましたね。
FR車の定番メニュー、プロペラシャフトのセンターベアリング交換時期みたいです。プロペラシャフトはご存じのとおりミッションとデフをつなぐ駆動軸ですが、スチール製のものは一般に真ん中で分割され、その部分をセンターベアリングで支えています。そのベアリングが経年劣化するため特定の速度域で振動するようになるということですね。ベアリングそのものの劣化というよりはベアリングの周囲がゴムで充填されたようなフローティング構造なので、そのゴムが劣化するということのような気もしますが。
ともあれHRD号も例に漏れず70km/hあたりで振動が出るようになりました。
このくらいの速度って、案外多用する速度なんですよね。

ここで、普通にセンターベアリングを交換しても良いのですが、
プロペラシャフトをアルミの一本ものにしてセンターベアリングを無くす
という素敵な方法があります。

そもそも、ぺラシャが２本に分割されているのは、シャフトの素材がスチールで重いからなのです。計算は後でしますが、重さゆえにシャフトの自重によって許容回転数を引き下げています。
このシャフトをアルミやカーボンなどの軽量な材料にすればセンターベアリングなんざいらねーぜ！ということなのです。実際、純正でアルミやカーボンのぺラシャが使われている例もありますが、それらはセンターベアリングの無い一本ものが多いようです(あんまり調べたわけじゃないのであしからず。最近はカーボンが多いですね)。
センターベアリングをなくすだけじゃなく、ぺラシャの軽量化によって、回転部分の大幅な軽量化ができてレスポンスアップ？と夢が膨らむわけです。

そんなマニアックなパーツ、ましてやZ32などというマイナー車に…
あるんです。これが。その名もズバリ
Shaftmasters!!

ど真ん中なネーミングですね。こりゃ信頼できますな。うん。(←？)
実はshaftmastersは某掲示板で話題になっていて知ったのですが、これ以外にもアメリカにはいろいろと1pieceプロペラシャフトがあります。スチールの一本ものとか(大丈夫なの？)、カーボンなんてものまで。気になった人は「Aluminum drive shaft」とか「1 piece drive shaft」とかでググってみてください。いろいろ見つかると思います。そんなかでも、値段的にも、信頼度的にもこれが良いのでは？と思っています。

とりあえず、特徴はこんな感じみたいです。
Single Piece Aluminum Replacement for OEM 2 piece steel shaft　$345.99
* Eliminates factory center support bearing
（純正のセンターベアリング無くしちゃうYO！）
* Fits 89-96 Nissan 300ZX Z32 2+0 (2 seater) or 2+2 Non-Turbo, No customer measuring required Shaft is custom made for your application (manual or automatic transmission, 2+0 or 2+2) by Shaftmasters Inc
（Z32の2シーターでも2by2でもNAに適合。買う側で計測とか要らんからね。MT、ATの違いも含めこっちでセッティングすっから！）
* Direct Bolt in replacement. No modifications necessary.
（ボルトオンっす！加工とかいりまへん）
* Complete with proper transmission yoke and rear flange.
（ヨークもフランジもついた完成品だよん）
* High Speed Balanced as a complete assembly with rear flange and trans yoke attached before balancing.
（バランスどり済み！あ、バランスどりはもち全部組み立てたASSYでやってるかんね）
* Solid, 1310 series replaceable, high performance, American made ujoints.
（アメリカ製の良いジョイント使ってるよん）
* 3" Diameter Tubing. 6061-T6 Aluminum
（直径3インチで、材質はアルミ6061-T6だよ）
* Full length internal sound deadener to help reduce NVH
（internal sound deadenerで振動も音も減っちゃうよん！ところでinternal sound deadenerって何？）

うーん、いいことずくめ。で、気になるお値段、ebayだと定価よりももうちょっと安くて約$330で出ています。物が大きいので送料が$80ちょっとと若干お高いですが、それでも円高の折、4万円で十分お釣りがきます。センターベアリングを買っても部品だけで1万円位するわけですから、こりゃあ行くしかないですね！



…ただ、一点気になることがあります。
それは、プロペラシャフトの変更はいわゆる
構造変更
にあたる改造だということ。このアルミペラをつけた場合、改造の届け出をしなければなりません。当然ながら、車検証に「改」の文字が付くことになります。
まあ改が付くこと自体はマニアの証って感じがして良い(？)のですが、その際に強度検討書ってのを出すわけです。これでも一応機械系のはしくれですから強度計算くらいはしますが、そのためには外径・内径・長さなどの寸法と材質など、データが必要です。
上記の説明によると外径は3"(76.2mm)、材質は6061-T6とのことですが、内径がわかりません。
さすがに大丈夫だとは思いますが、計算してから購入に踏み切りたいというのが本音です。

…ということで、わからないことは聞いてみることにしました。ebayの出品はメーカー自身がやっているようなのでそこから。普通のメールだと書き出しとか調べたくなりますが、ebayからならヤフオク感覚でいいと思います。
実は以前shaftmastersに直接メール送ったのですがサクッと無視されましたので、今回はebayから。できるだけ簡潔に…っと。

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Dear shaftmasters,

I'm interested in your product.
You wrote the shaft's outside diameter is 3 inches.
Then what dimension is the shaft's inside diameter or wall thickness ?

If I buy and attach the drive shaft for my car, I need the spec of the shaft such as inside diameter or pipe thickness data for car inspection of Japan.

-HRD
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我ながら中学生レベル丸だしの英語ですが、こんなんで通じるかな？
ちょっとドキドキしながら待っていると…
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Dear HRD,

Shaft has inside diameter of 2.75" The wall thickness of the tube is .125"
Thanks, David

- shaftmasters
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デビット返事キタ━━━━(゜∀゜)━━━━ッ!!
とりあえず通じたみたいですｗ
デビットさんによれば内径2.75"(69.85mm)、肉厚0.125"(3.175mm)とのこと。
メリケン野郎が未だにインチ好きなのはさておき、これでやっと計算できます。
さあ、どうなるでしょう？ちょっと長くなってきたのでここでいったん切ります。
次回に乞うご期待？！→その2に続きます。


・プロペラシャフトのアルミ化 その1(プロローグ)　←いまここ
・プロペラシャフトのアルミ化 その2(構造変更に必要な書類は？)
・プロペラシャフトのアルミ化 その3(強度検討)
・プロペラシャフトのアルミ化 その4(プロペラシャフトの交換)
・プロペラシャフトのアルミ化 その5(構造変更)

クラッチラインリフレッシュ

以前からオペレーティングシリンダのフルード漏れを知ってはいたのですが見て見ぬふりをしていました(こういう箇所、多いです^-^;)。
クラッチフルードの量をこまめにチェックしながら、まあこの減り具合ならまだ大丈夫かなと(笑)
でも、そうはいってもあんまり放置しておくと心配です。
動けなくなってからでは大変ですし、クラッチマスターを取りはずすのに周囲が広いと楽、さらにマスタを外せばヒーターホースへのアクセスも良くなることから、この機に一緒に整備しておくことにしました。

現状漏れているのはオペレーティングシリンダだけですが、その他の部分も劣化が進んでいるはずです。
油圧経路全体を一気にリフレッシュしないとマスタシリンダなどその他の部分からの漏れを誘発する可能性があります。ということで
・オペレーティングシリンダOH
・マスターシリンダOH
・クラッチホース交換
となります。

マスターシリンダはペダルと連結されていますのでまずこれを室内から外します。
ご近所からの視線が痛いですが、仰向けに足元にもぐりこみます。
連結はボルトナットでは無くピンによるものです。抜け止めのRピンを外せは簡単に外れます。



あとはバルクヘッドに止められているナットを外し、配管を外せば取り出せます。

外したマスターシリンダです。リザーブタンク底にはなにやら堆積物が(笑)



クラッチマスタのOH作業はブレーキのそれとあんまり変わりません。
構造はこんな感じです。ピストンを入れたら、シリンダの下からピンをさして抜け止めをするような格好です。



ピストンを入れたらプッシュロッドをリングで固定…
このときこんな形のリングを溝に入れて固定するのですが、意外なほど入らずしばし格闘しました。普通のスナップリングじゃだめなのかな…。





入りました！

つづいて、オペレーティングシリンダです。レリーズシリンダという呼び方のが一般的かも知れませんね。
当然、クラッチのところについています。画像ではあんまり見えませんがゴムブーツのところにフルードが滴っています。



ホースとの接続を外して摘出。今回はホースも交換するので外しておきます。
オペシリのOHはマスターよりもさらに単純で、ほんとに入れ替えるだけです。
もちろんバラした際に内部もキレイにしておきます。



ホースも経年劣化でずいぶん硬くなっています。
ステンメッシュにしようかとも思いましたが値段的に純正で(笑)



それぞれ組み上げがったらフルードを入れ、エア抜きをします。
自分はこういうときはマスターのリザーバタンクからではなく、オペシリのブリーダーから注射器でゆっくりフルードを圧送します。こうするとエアが上に抜けながらフルードが充填されますのであとのエア抜きが楽です。ブレーキでもキャリパー側から入れます。

Z32のNAの場合はマスタ→オペシリ→分岐管の順にエア抜きすることになっていますのでそれに従って行います。
ところでこの分岐管、要りますかね？ターボはマスターにブリーダが無いみたいななので要るかも知れないけど、少なくともNAには要らないような…気がします。次の機会(いつ？)には一本物のホースにして撤去しようと思います。

エア抜きできたらちゃんとクラッチが切れるかチェックして完了！
出先でクラッチフルード漏れを起こして動けなくなったなんて話も聞きますが、そうなると大変です。トラブル予防にやっておいて損は無い作業だと思います。

といいながら、なんとこれを書いている時点ではペダルふみ係の助手がいない都合でまだエア抜きしてません(笑)
ちかぢか近所に住む後輩を呼んでペダルを踏んでもらう予定です…(^-^;)

<追記>
後日後輩にペダルふみ係を頼んでエア抜き作業をしましたが、これが意外なほど抜けない！のです。
マスター、オペシリ、分岐管からもそれぞれ気泡が出なくなっても、ペダルの踏み応えが全然足りません(もちろんオペシリのストロークが足りてません)。
クラッチが切れないのではクルマを動かすこともできないので困りものです。少し調べると、S13などで同様の状況になったという情報をげっと。どうやら例の分岐部分が問題のようです。
分岐管はマニホールドブロックにフレアナットで接続されていますので、そこをブリーダでやるみたいにエア抜き作業をすればいいとの情報をもとに再トライすると、なんとか踏み応えが戻りクラッチが切れました。それでもまだちょっとスポンジーなタッチ。たしかにもともとクラッチは軽いけど、こんなもんだったけ？
やっぱり一本ものにしようかな…？と画策中です。