(57)【要約】【課題】マンドレルを用いることなく管体を製造することができる動力伝達軸に用いられる管体の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、繊維強化プラスチック製であって動力伝達軸１０１に用いられる管体１０２の製造方法であって、軸方向に延在する基材２を複数製造する基材製造工程と、複数の基材２を組み合わせて筒体１２を製造する筒体製造工程と、筒体１２の外周面に樹脂を含浸した連続繊維を巻き付ける巻き付け工程と、を備えることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチック製であって動力伝達軸に用いられる管体の製造方法であって、
軸方向に延在する基材を複数製造する基材製造工程と、
前記複数の基材を組み合わせて筒体を製造する筒体製造工程と、
前記筒体の外周面に樹脂を含浸した連続繊維を巻き付ける巻き付け工程と、
を備えることを特徴とする動力伝達軸に用いられる管体の製造方法。
【請求項２】
前記繊維強化プラスチックは、炭素繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達軸に用いられる管体の製造方法。
【請求項３】
前記基材製造工程において、軸方向から視て半円弧状の基材を２つ製造し、
前記筒体製造工程において、前記２つの基材を組み合わせて前記筒体を製造することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達軸に用いられる管体の製造方法。
【請求項４】
前記基材製造工程は、プレス成形又はＲＴＭ成形により前記基材を製造することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の動力伝達軸に用いられる管体の製造方法。
【請求項５】
前記巻き付け工程における巻き付け方法は、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であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の動力伝達軸に用いられる管体の製造方法。
【請求項６】
前記管体は、本体部と、前記本体部の端部に連続し、連結部材が接続される接続部を備え、
前記本体部の外径は、中央部から両端部に向かうに連れて縮径していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の動力伝達軸に用いられる管体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達軸に用いられる管体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される動力伝達軸（プロペラシャフト）は、車両の前後方向に延在する管体を備え、この管体により原動機で発生し変速機で減速された動力を終減速装置に伝達している。
このような動力伝達軸に用いられる管体として、繊維強化プラスチックで形成されたものがある。繊維強化プラスチック製であって動力伝達軸に用いられる管体の製造方法としては、例えば、熱硬化性樹脂を含浸した連続繊維をマンドレルに何重にも巻き付けて筒状の成形体を形成する。その後、成形体を加熱し樹脂を硬化させ、筒状の管体が形成される。その後、硬化した管体の端部の開口からマンドレルを引き抜き、製造工程が終了する（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２６５７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、管体の形状に関し、近年、両端部よりも中央部の方が径方向外側に膨らんだいわゆる樽形状（バレル形状）とすることが研究されている。
しかしながら、樽形状のマンドレルを用いて上記形状の動力伝達軸を形成しようとすると、マンドレルの中央部が外側に膨らみ、管体の開口を通過できず、管体からマンドレルを引き抜くことができない。よって、マンドレルを用いることなく、管体を製造できる新規な製造方法が望まれている。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、マンドレルを用いることなく管体を製造できる動力伝達軸に用いられる管体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、繊維強化プラスチック製であって動力伝達軸に用いられる管体の製造方法であって、軸方向に延在する基材を複数製造する基材製造工程と、前記複数の基材を組み合わせて筒体を製造する筒体製造工程と、前記筒体の外周面に樹脂を含浸した連続繊維を巻き付ける巻き付け工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マンドレルを用いることなく動力伝達軸に用いられる管体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】動力伝達軸を側面視した側面図である。
【図２】管体の本体部を軸線方向に切った断面図である。
【図３】第一実施形態に係る管体の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】第一実施形態に係る管体の製造工程において、基材製造工程を示す図である。
【図５】第一実施形態に係る管体の製造工程において、筒体製造工程により製造された筒体の側面図である。
【図６】第一実施形態に係る管体の製造工程において、巻き付け工程を示す図である。
【図７】第二実施形態に係る管体の製造工程において、筒体製造工程により製造された筒体の側面図である。
【図８】第二実施形態に係る管体の製造工程において、巻き付け工程を示す図である。
【図９】第三実施形態に係る管体の製造工程において、筒体製造工程により製造された筒体の前端側を示す一部断面図である。
【図１０】第四実施形態に係る管体の製造工程において、筒体製造工程により製造された筒体の後部を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、各実施形態における動力伝達軸に用いられる管体の製造方法について、図面を参照しながら説明する。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。最初に各製造方法で製造される管体を備えた動力伝達軸について説明する。
【００１０】
［動力伝達軸］
図１に示すように、動力伝達軸１０１は、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である。
動力伝達軸１０１は、車両の前後方向に延在する略円筒状の管体１０２と、管体１０２の前端に接合するカルダンジョイントのスタブヨーク１０３と、管体１０２の後端に接合する等速ジョイントのスタブシャフト１０４と、を備えている。
スタブヨーク１０３は、車体の前部に搭載された変速機と管体１０２とを連結する連結部材である。スタブシャフト１０４は、車体の後部に搭載された終減速装置と管体１０２とを連結する連結部材である。
動力伝達軸１０１は、変速機から動力（トルク）が伝達されると軸線Ｏ１回りに回転し、その動力を終減速装置に伝達する。
【００１１】
管体１０２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成されている。
管体１０２の内部において、軸線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、が積層している。このため、管体１０２は、機械的強度が高く、かつ、軸線Ｏ１方向に高弾性化している。
また、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。
なお、本発明の管体１０２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。
管体１０２は、本体部１１０と、本体部１１０の前側に配置された第一接続部１２０と、本体部１１０の後側に配置された第二接続部１３０と、本体部１１０と第二接続部１３０との間に位置する傾斜部１４０と、を備えている。
【００１２】
なお、図２以降の図面においては、管体１０２の形状を分かり易くするため、管体１０２の形状を誇張して描写している。
図２に示すように、本体部１１０の前端部１１１には、第一接続部１２０が連続し、本体部１１０の後端部１１２には、傾斜部１４０が連続している。
【００１３】
軸線Ｏ１を法線とする平面で本体部１１０を切った場合、本体部１１０の外周面１１４の断面形状及び内周面１１５の断面形状は、円形状となっている。
【００１４】
本体部１１０の外径は、中央部１１３から両端部（前端部１１１及び後端部１１２）に向うに連れて縮径しており、中央部１１３の外径Ｒ１は、両端部（前端部１１１及び後端部１１２）の外径Ｒ２よりも大きい。
軸線Ｏ１に沿って本体部１１０を切った場合、本体部１１０の外周面１１４の断面形状及び内周面１１５の断面形状は、緩やかな曲線を描き、中央部１１３が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１１０の外形は、中央部１１３が径方向外側に膨らむ樽形状（バレル形状）となっている。
また、本体部１１０の内径も、本体部１１０の中央部１１３から両端部（前端部１１１及び後端部１１２）に向うに連れて縮径している。
また、その断面形状において、本体部１１０の板厚は、両端部（前端部１１１及び後端部１１２）から中央部１１３に向うに連れて薄くなっており、中央部１１３の板厚Ｔ１は、両端部（前端部１１１及び後端部１１２）の板厚Ｔ２よりも薄い。
【００１５】
図１に示すように、第一接続部１２０内には、スタブヨーク１０３のシャフト部１０３ａが嵌め込まれている。シャフト部１０３ａの外周面は、多角形状に形成されている。第一接続部１２０の内周面は、シャフト部１０３ａの外周面に倣った多角形状に形成されている。このため、スタブヨーク１０３と管体１０２が互いに相対回転しないように構成されている。
第二接続部１３０内には、スタブシャフト１０４のシャフト部１０４ａが嵌め込まれている。スタブシャフト１０４のシャフト部１０４ａの外周面は、多角形状に形成されている。第二接続部１３０の内周面は、スタブシャフト１０４のシャフト部１０４ａの外周面に倣った多角形状に形成されている。このため、管体１０２とスタブシャフト１０４とが互いに相対回転しないように構成されている。
【００１６】
傾斜部１４０の外径は、本体部１１０から第二接続部１３０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１４０の板厚は、第二接続部１３０側（後側）の端部から本体部１１０側（前側）の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１４０のうち前端部の板厚が最も薄く、脆弱部を構成している。
よって、車両が前方から衝突されて管体１０２に衝突荷重が入力すると、軸線Ｏ１に対して傾斜する傾斜部１４０にせん断力が作用する。そして、傾斜部１４０に作用するせん断力が所定値を超えると、傾斜部１４０の前端部（脆弱部）が破損する。このため、車両衝突時、車体の前部に搭載されたエンジンや変速機は速やかに後退し、衝突エネルギーは車体の前部により吸収される。
【００１７】
上記管体１０２において、図２に示すように、曲げ応力が集中し易い本体部１１０の中央部１１３は、外径Ｒ１が大径に形成され、所定の曲げ強度を有している。一方で、曲げ応力が集中し難い本体部１１０の両端部（前端部１１１及び後端部１１２）は、外径Ｒ２が小径に形成され、軽量化している。また、本体部１１０の中央部１１３は、板厚Ｔ１が薄く軽量化している。よって、管体１０２は、中央部１１３の所定の曲げ剛性を確保しつつ本体部１１０が軽量化しており、曲げ一次共振点が向上している。
【００１８】
［第一実施形態］
図３に示すように、第一実施形態における動力伝達軸１０１に用いられる管体１０２の製造方法は、複数の基材２を製造する基材製造工程（ステップＳ１）と、筒体１２を製造する筒体製造工程（ステップＳ２）と、連続繊維を巻き付ける巻き付け工程（ステップＳ３）と、樹脂を硬化させる硬化工程（ステップＳ４）と、を備えている。
【００１９】
（基材製造工程）
第一実施形態の基材製造工程は、図４に示すように、一対の金型（図４においては一方の下型１のみ図示）で、内部に強化繊維が配置された繊維強化樹脂板をプレス成形し、基材２を製造する。
本実施形態における繊維強化樹脂板の樹脂は、熱可塑性樹脂であり、繊維強化樹脂板を加熱して樹脂が溶融した状態にしてからプレス成形を行う。
【００２０】
本工程で製造される基材２は、一方向に長い部品であり、長手方向の一端から他端に向って順に、第一接続部用基部３、本体部用基部４、傾斜部用基部５、並びに第二接続部用基部６が形成されている。
【００２１】
第一接続部用基部３、本体部用基部４、傾斜部用基部５、並びに第二接続部用基部６を軸線Ｏ１を法線とする平面で切った断面形状は、それぞれ半円弧状に形成されている。
第一接続部用基部３は、管体１０２の第一接続部１２０の内周部となる部位である。本体部用基部４は、本体部１１０の内周部となる部位である。傾斜部用基部５は、傾斜部１４０の内周部となる部位である。第二接続部用基部６は、第二接続部１３０の内周部となる部位である。
また、第一接続部用基部３、本体部用基部４、傾斜部用基部５、並びに第二接続部用基部６の各部位の厚みは、一定に形成されている。
【００２２】
（筒体製造工程）
第一実施形態の筒体製造工程は、図５に示すように、２つの基材２の合わせ面７同士を接着剤により接着させて筒状の筒体１２を製造する。
本工程で製造される筒体１２は、一端側から他端側に向って順に、第一接続部用筒部１３、本体部用筒部１４、傾斜部用筒部１５、並びに第二接続部用筒部１６を備えている。
第一接続部用筒部１３は、円筒状となっている。本体部用筒部１４は、いわゆる樽形状（バレル形状）となっている。傾斜部用筒部１５は、円錐台状となっている。第二接続部用筒部１６は、円筒状となっている。
【００２３】
（巻き付け工程）
第一実施形態の巻き付け工程は、図６に示すように、フィラメントワインディング法により筒体１２に樹脂を含浸した強化繊維２１を巻き付ける。これにより、筒体１２の外周側には、管体１０２の外周部を構成する強化繊維層が形成される。
本工程で使用するワインディング装置２０は、強化繊維２１を構成するストランドがそれぞれ巻回された複数のボビン２２と、溶融した熱可塑性樹脂を貯留する樹脂含浸部２３と、集約部２４と、移動供給部２５と、筒体１２を回転させる回転装置２６と、を備えている。
【００２４】
複数のボビン２２からストランドを引き出し、そのストランドを樹脂含浸部２３で熱可塑性樹脂に含浸処理する。次いで、複数のストランドを集約部２４で集約し、１本の強化繊維２１とする。また、移動供給部２５は、強化繊維２１を挿通可能に支持する。
回転装置２６は、円柱状の回転軸２７を備えており、この回転軸２７を筒体１２内に挿通させて回転軸２７を筒体１２に内嵌させる。そして、回転装置２６により筒体１２を回転させ、強化繊維２１を筒体１２に巻き付けて強化繊維層を形成する。
【００２５】
また、移動供給部２５を軸線Ｏ２方向に往復動させて、筒体１２に対する強化繊維２１の巻き付け量を、第一接続部用筒部１３、傾斜部用筒部１５、並びに第二接続部用筒部１６のそれぞれが均一となるように調整する。また、本体部用筒部１４に対する強化繊維２１の巻き付け量は、中央部から両端側に向かうに連れて次第に巻き付け量が低減するようにする。巻き付け後は、回転軸２７から筒体１２を取り外す。
【００２６】
（硬化工程）
第一実施形態の硬化工程は、放熱によって強化繊維層を冷却し、強化繊維層の樹脂を硬化させる。これによれば、強化繊維層の樹脂の一部が筒体１２に溶着して強化繊維層と筒体１２とが一体化して動力伝達軸１０１に用いられる管体１０２が製造される。
【００２７】
以上、第一実施形態によれば、樽形状（バレル形状）の本体部１１０を備えた管体１０２を製造でき、樽形状のマンドレルを用いる必要がない。
【００２８】
［第二実施形態］
次に第二実施形態の管体１０２の製造方法について説明する。
第二実施形態における管体１０２の製造方法は、複数の基材２を製造する基材製造工程（ステップＳ１）と、筒体１２を製造する筒体製造工程（ステップＳ２）と、樹脂を含浸した連続繊維を巻き付ける巻き付け工程（ステップＳ３）と、樹脂を硬化させる硬化工程（ステップＳ４）と、備えている（図３参照）。以下、第一実施形態との相違点に絞って説明する。
【００２９】
図７に示すように、第二実施形態の基材製造工程（ステップＳ１）において、プレス成形により形成される基材２の合わせ面７には、凸部７ａと凹部７ｂが形成されている。また、筒体製造工程（ステップＳ２）において、二つの基材２を組み合わせる際、一方の基材２の凸部７ａを他方の基材２の凹部７ｂ内に嵌合させる。これにより、接着剤を用いることなく、二つの基材２を一体化させることができる。また、凸部７ａと凹部７ｂにより位置合わせができ、精度良く筒体１２を製造できる。
【００３０】
図８に示すように、第二実施形態の巻き付け工程（ステップＳ３）は、回転装置２６によって回転する筒体１２に対し、強化繊維に樹脂（熱硬化性樹脂）を含浸させてなるシート状のプリプレグ２８を複数の圧着ローラ２９を利用して巻き付けている。
このようなシートワインディング法によれば、シート内の強化繊維を軸方向に沿って延在させることができ、管体１０２の曲げ強度の向上を図れる。
【００３１】
以上、第二実施形態によれば、樽形状（バレル形状）の本体部１１０を備えた管体１０２を製造でき、樽形状のマンドレルを用いる必要がない。
【００３２】
［第三実施形態］
第三実施形態における管体１０２の製造方法は、基材２を複数製造する基材製造工程（ステップＳ１）と、筒体１２を製造する筒体製造工程（ステップＳ２）と、連続繊維を巻き付ける巻き付け工程（ステップＳ３）と、樹脂を硬化させる硬化工程（ステップＳ４）と、備えている（図３参照）。以下、第一実施形態との相違点に絞って説明する。
【００３３】
第三実施形態の基材製造工程（ステップＳ１）は、プレス成形ではなく、Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ成形（以下「ＲＴＭ成形」という）により基材２を製造している。ＲＴＭ成形は、一対の金型内に強化繊維を配置し、型締めした後に金型内に溶融した樹脂を注入し、強化繊維に樹脂を含浸させながら基材２を製造する方法である。
【００３４】
図９に示すように、第三実施形態の基材製造工程（ステップＳ１）は、両端面から軸方向外側に突出する半円弧状の突出部８が形成された基材２を製造する。この突出部８は、筒体製造工程（ステップＳ２）において、組み合わせた場合、円筒状の突起１８を構成している。
そして、第三実施形態の筒体製造工程（ステップＳ２）において、二つの基材２を組み合わせた後、突起１８をスタブヨーク１０２の外筒部１０２ａに内嵌させる。また、特に図示しないが、筒体１２の後端に形成された突起は、スタブシャフト１０３の図示しない外筒部内に内嵌される。これにより、接着剤を用いることなく、二つの基材２を一体化させることができる。
第三実施形態の巻き付け工程（ステップＳ３）は、筒体１２の外周側のみならず、スタブヨーク１０２の外筒部１０２ａ及びスタブシャフト１０３の外筒部（不図示）の外周側にも強化繊維を巻き付けて強化繊維層を形成している。よって、硬化工程（ステップＳ４）において、強化繊維層がスタブヨーク１０２やスタブシャフト１０３と溶着するようになっている。
【００３５】
以上、第三実施形態によれば、樽形状（バレル形状）の本体部１１０を備えた管体１０２を製造でき、樽形状のマンドレルを用いる必要がない。
【００３６】
［第四実施形態］
第四実施形態における管体１０２の製造方法は、複数の基材２を製造する基材製造工程（ステップＳ１）と、筒体１２を製造する筒体製造工程（ステップＳ２）と、連続繊維を巻き付ける巻き付け工程（ステップＳ３）と、樹脂を硬化させる硬化工程（ステップＳ４）と、備えている（図３参照）。以下、第一実施形態との相違点に絞って説明する。
【００３７】
図１０に示すように、第四実施形態の筒体製造工程（ステップＳ２）は、二つの基材２を組み合わせて筒体１２を形成した後に、ゴム製であり筒状の被覆膜４０内に筒体１２の後部を挿入し、被覆膜４０で傾斜部用筒部１５を被覆している。
これによれば、二つの基材２の後部側を一体化できる。また、傾斜部用筒部１５の外周面が傾斜していることから、巻き付け工程（ステップＳ３）で傾斜部用筒部１５に巻き付ける強化繊維が滑って所望の配向とならないおそれがあるところ、上記した被覆膜４０の摩擦により強化繊維が滑り難くなる。
【００３８】
以上、第四実施形態によれば、樽形状（バレル形状）の本体部１１０を備えた管体１０２を製造でき、樽形状のマンドレルを用いる必要がない。
【００３９】
以上、各実施形態について説明したが、本発明は、実施形態で説明した例に限定されない。
例えば、第一接続部用筒部１３及び第二接続部用筒部１６は、円筒状に形成されているが、多角形状に形成してもよい。これによれば、管体１０２の第一接続部１２０及び第二接続部１３０の内周面が多角形状となる。そして、第一接続部１２０又は第二接続部１３０に挿入されるスタブヨーク１０２又はスタブシャフト１０３の挿入部を多角形状とすることで、相対回転し難くすることができる。
また、第三実施形態においては、突起１８の断面形状を多角形状としてもよい。そして、スタブヨーク１０２の外筒部１０２ａも多角形状とし、互いに相対回転し難くしてもよい。
【００４０】
また、実施形態では、筒体１２を構成する樹脂及び強化繊維に含浸される樹脂に熱可塑性樹脂を使用した例を挙げたが、本発明においては、熱硬化性樹脂を使用してもよい。
また、実施形態では、２つの基材２により筒体１２が構成されているが、本発明において基材を複数用意できれば特に限定されず、例えば、断面視四分円状の基材を４つ組み合わせて筒体１２を製造してもよい。
【００４１】
また、実施形態で製造された管体１０２の本体部１１０は、中央部１１３から両端部（前端部１１１及び後端部１１２）に向うに連れて縮径する樽形状（バレル形状）であったが、例えば、前端部１１１から後端部１１２までの径が一定に形成された本体部であってもよい。または、前端部１１１から中央部１１３までの径が一定で、中央部１１３から後端部１１２にかけて縮径するように形成されてもよい。
【００４２】
また、本発明の製造方法で製造される管体は、上記したものに限定されない。例えば、傾斜部１４０に関し、板厚が本体部１１０側（前側）の端部から第二接続部１３０側（後側）の端部に向かうに連れて漸次薄くなっていてもよい。これによれば、傾斜部１４０のうち後端部の板厚が最も薄くなり、傾斜部１４０の後端部が脆弱部を構成する。若しくは、傾斜部１４０の外周面又は内周面に凹部を設けて一部区間の板厚を変化させて脆弱部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１      下型
２      基材
３      第一接続部用基部
４      本体部用基部
５      傾斜部用基部
６      第二接続部用基部
１２    筒体
１３    第一接続部用筒部
１４    本体部用筒部
１５    傾斜部用筒部
１６    第二接続部用筒部
５０    被覆膜
１０１  動力伝達軸
１０２  管体
１０３  スタブヨーク
１０４  スタブシャフト
１１０  本体部
１２０  第一接続部
１３０  第二接続部
１４０  傾斜部
【図１】
2020138364.tif 000003
【図２】
2020138364.tif 000004
【図３】
2020138364.tif 000005
【図４】
2020138364.tif 000006
【図５】
2020138364.tif 000007
【図６】
2020138364.tif 000008
【図７】
2020138364.tif 000009
【図８】
2020138364.tif 000010
【図９】
2020138364.tif 000011
【図１０】
2020138364.tif 000012