(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製シャフト本体と、この金属製シャフト本体に連設される繊維強化プラスチック製のシャフト副体とを備え、このシャフト副体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動力伝達シャフトであって、
金属製シャフト本体の一方の端縁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、シャフト副体の金属製シャフト本体側の端縁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、金属製シャフト本体の一方の端縁部とシャフト副体の金属製シャフト本体側の端縁部とを突き合わせた状態で、本体側の三角波形部の側辺と副体側の三角波形部の側辺とが接触する噛合にて金属製シャフト本体とシャフト副体とが直線状に配設一体化され、かつ、シャフト副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、三角波形部の各三角形状部の頂部にアール部を形成すると共に、三角波形部の各三角形状部の斜辺のシャフト副体軸心に対して成す角度を３０°〜６０°とし、さらに、三角波形部の各三角形状部が成す角度を６０°〜１２０°として、シャフト副体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度には、三角波形部の各三角形状部の斜辺の角度と同一のものと直交するものとがあることを特徴とする動力伝達シャフト。
【請求項２】
前記シャフト副体には芯金が内嵌され、その芯金が金属製シャフト本体に接合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、繊維に樹脂を含浸させてなるシート材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】
シャフト副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】
金属製シャフト本体は、一方の端縁部側に前記三角波形部を構成する波形部構成部材を有し、波形部構成部材と、三角波形部が噛合する噛合部と、シャフト副体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。
【発明の詳細な説明】
【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が圧入され、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平１−９１１１８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８７００号公報
【特許文献３】特開２０１１−５２７２０号公報
【発明の概要】
【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、リベット貫通部位に応力が集中し、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。
【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、金属製シャフト本体と、この金属製シャフト本体に連設される繊維強化プラスチック製のシャフト副体とを備え、このシャフト副体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動力伝達シャフトであって、
金属製シャフト本体の一方の端縁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、シャフト副体の金属製シャフト本体側の端縁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、金属製シャフト本体の一方の端縁部とシャフト副体の金属製シャフト本体側の端縁部とを突き合わせた状態で、本体側の三角波形部の側辺と副体側の三角波形部の側辺とが接触する噛合にて金属製シャフト本体とシャフト副体とが直線状に配設一体化され、かつ、シャフト副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、三角波形部の各三角形状部の頂部にアール部を形成すると共に、三角波形部の各三角形状部の斜辺のシャフト副体軸心に対して成す角度を３０°〜６０°とし、さらに、三角波形部の各三角形状部が成す角度を６０°〜１２０°として、シャフト副体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度には、三角波形部の各三角形状部の斜辺の角度と同一のものと直交するものとがあるものである。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±５°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副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、シャフト副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副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】
前記シャフト副体には芯金が内嵌され、その芯金が金属製シャフト本体に接合されているのが好ましい。
【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、繊維に樹脂を含浸させてなるシート材を巻設したり、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】
シャフト副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】
金属製シャフト本体は、一方の端縁部側に前記三角波形部を構成する波形部構成部材を有し、波形部構成部材と、三角波形部が噛合する噛合部と、シャフト副体とを保護用パイプ材にて被覆したものであってもよい。
【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】
シャフト副体に芯金が内嵌されたものでは、シャフト副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。
【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】
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、シャフト副体の外周側に、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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の動力伝達シャフトの分解状態を示す平面図である。
【図２】前記図１に示す動力伝達シャフトの分解状態を示す斜視図である。
【図３】前記図１に示す動力伝達シャフトの組み立て状態の要部断面で示す平面図である。
【図４】前記図１に示す動力伝達シャフトの組み立て状態の平面図である。
【図５】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平面図である。
【図６】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動力伝達シャフトの平面図である。
【図７】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。
【図８】他の実施形態を示す動力伝達シャフトの分離状態の平面図である。
【図９】他の実施形態を示す動力伝達シャフトの分離状態の斜視図である。
【図１０】他の実施形態を示す動力伝達シャフトの組み立て状態の要部断面で示す平面図である。
【図１１】他の実施形態を示す動力伝達シャフトの組み立て状態の平面図である。
【図１２】ドライブシャフトの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を図１〜図１２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、図１〜図４に示すように、一対の金属製シャフト本体２と、この金属製シャフト本体２に連設される繊維強化プラスチック製のシャフト副体３とを備える。図１２は、本動力伝達シャフト１を用いたドライブシャフトを示す。
【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３５の内径面３４と内側継手部材３８の外径面３７との間に介在してボール３９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、内周に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の軸孔にトルク伝達可能にシャフト１の軸端嵌合部を嵌入し、摺動式等速自在継手３２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１の軸端嵌合部を嵌入している。なお、シャフト１の両軸端嵌合部の端部は、スナップリング等の止め輪２５，２５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２６、２６が形成され、この周方向溝２６、２６に止め輪２５，２５が嵌合している。
【００３１】
このシャフト１の軸端嵌合部の外径には雄スプライン５，５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２７，２７が形成されている。シャフト１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５，５と雌スプライン２７，２７とを噛み合わせることで結合させ、シャフト１と内側継手部材３８及びトリポード部材５４との間でトルク伝達を可能としている。
【００３２】
シャフト１と各外側継手部材３８，５２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の漏洩を防止するためのブーツ３０がそれぞれ装着されている。ブーツ３０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３０ｃの大径端部３０ａは外側継手部材３５，５２の開口端でブーツバンド４５により締め付け固定され、その小径端部３０ｂはシャフト１の所定部位でブーツバンド４６により締め付け固定されている。
【００３３】
金属製シャフト本体２は、その一方の端部に大径部４が設けられるとともに、他方の端部に雄スプライン５が設けられたスタブシャフト６と、このスタブシャフト６の大径部４に連設される波形部構成部材７とからなる。
【００３４】
波形部構成部材７は短円筒体からなり、一方の端部には、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が形成されている。この場合、図３に示すように、波形部構成部材７の外径寸法Ｄ１とスタブシャフト６の大径部４の外径寸法Ｄとが同一寸法に設定されている。また、波形部構成部材７の肉厚Ｔ１は大径部４の肉厚Ｔの半分程度とされ、波形部構成部材７の他方の端面と、スタブシャフト６の大径部４の外端面とが突き合わされて接合（溶接）される。
【００３５】
スタブシャフト６及び波形部構成部材７としては、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。また、スタブシャフト６においては、雄スプライン５を含む等速自在継手接合部位においては、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。なお、スタブシャフト６においては、波形部構成部材７と接合する部位側では、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。
【００３６】
熱硬化処理としては、高周波熱処理や浸炭熱処理等であり、このように熱硬化処理を施した場合、その表面硬度としては、５２ＨＲＣ〜６５ＨＲＣとするのが好ましい。また、波形部構成部材７の肉厚Ｔ１としては、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００３７】
シャフト副体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をマンドレル（中空円筒形の成形型）に巻き付けて成形，加熱硬化炉で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。
【００３８】
このため、シャフト副体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。
【００３９】
また、このシャフト副体３の波形部構成部材７側の端部には、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、図５に示すように、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。
【００４０】
また、前記波形部構成部材７の三角波形部９の三角形状部８も、三角波形部１１と同様、三角形状部８は平面視において、その斜辺８ａがシャフト軸心に対して成す角度βとして、４５°となる二等辺三角形を成すことになる。なお、シャフト副体３の肉厚Ｔ２と波形部構成部材７の肉厚Ｔ１とが同一に設定されている。
【００４１】
この場合、シャフト本体２の大径部４の外径寸法をＤとし、波形部構成部材７の外径寸法をＤ１とし、シャフト副体３の外径寸法をＤ２としたときに、Ｄ＝Ｄ１＝Ｄ２となる。なお、後述する芯金１５の外径寸法Ｄ３は、波形部構成部材７の内径寸法、及びシャフト副体３の内径寸法と同一に設定される。
【００４２】
そして、波形部構成部材７の三角形状部８と、シャフト副体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、波形部構成部材７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、シャフト副体３の三角形状部１０が嵌合するとともに、シャフト副体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、波形部構成部材７の三角形状部８が嵌合することになる。すなわち、波形部構成部材７の三角波形部９とシャフト副体３の三角波形部１１とが噛合することになる。
【００４３】
この場合、図５に示すように、シャフト副体３の三角形状部１０の斜辺１０ａ及び波形部構成部材７の三角形状部８の斜辺８ａの角度α、βは４５°であり、シャフト副体３の第１繊維巻設部（繊維がＡ方向に巻き設されたもの）の繊維配向角度θが＋４５°であり、第２繊維（繊維がＢ方向に巻き設されたもの）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。
【００４４】
ところで、シャフト副体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、シャフト副体３の三角形状部１０の斜辺及び波形部構成部材７の三角形状部８の斜辺の角度α、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。
【００４５】
また、シャフト副体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。
【００４６】
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に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Ｍ１及び第２繊維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。
【００４７】
シャフト副体３には、図３に示すように、パイプ材からなる芯金１５が内嵌される。芯金１５としても、シャフト本体等と同様、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。
【００４８】
この場合の芯金１５の肉厚Ｔ３としては、波形部構成部材７の肉厚Ｔ１と同一に設定される。また、芯金１５のシャフト本体側の端面と、シャフト本体の大径部４の端面とは接合（溶接）される。このように、接合された状態では、波形部構成部材７と芯金１５の端部とが重ね合された状態となり、この重ね合せ部の肉厚（Ｔ１＋Ｔ３）と、シャフト本体の大径部４の肉厚とが同一となる。なお、芯金１５のシャフト本体側の端面と、シャフト本体の大径部４の端面とは接合されるとともに、波形部構成部材７の端面と、シャフト本体の大径部４の端面とは接合されるので、これらの接合状態で、芯金１５にシャフト副体３が外嵌されて、波形部構成部材７の三角波形部９とシャフト副体３の三角波形部１１とが噛合することになる。また、波形部構成部材７と芯金１５の端部との重ね合せ部の肉厚（Ｔ１＋Ｔ３）と、芯金１５とシャフト副体３との重ね合せ部の肉厚（Ｔ２＋Ｔ３）とが同一に設定される。
【００４９】
波形部構成部材７の三角波形部９とシャフト副体３の三角形状部１０との噛合部Ｓには、図４に示すように、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。
【００５０】
カラー部材１６が、波形部構成部材７の三角波形部９とシャフト副体３の三角波形部１１との噛合部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、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の肉厚としては、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とされる。
【００５１】
図６は、カラー部材１６に代えて、樹脂を含浸させたシート材１７を波形部構成部材７の三角形状部８とシャフト副体３の三角形状部１０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、シャフト副体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７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。
【００５２】
次に、図８〜図１１に示す動力伝達シャフトは、シャフト副体３の外周を保護用パイプ材２０にて被覆したものである。この場合、スタブシャフト６の大径部４に、波形部構成部材７が一体に連設されたものである。また、波形部構成部材７は、前記図１〜図４に示すシャフトと相違して、内径側に位置するものである。
【００５３】
このため、波形部構成部材７の外周側には、保護用パイプ材２０の端部２０ａが嵌合する嵌合部２１が形成される。このため、波形部構成部材７の三角波形部９とシャフト副体３の三角波形部１１とが噛合することになる。この状態で、シャフト副体３に保護用パイプ材２０が外嵌されることになる。
【００５４】
保護用パイプ材２０としては、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。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。
【００５５】
そして、保護用パイプ材２０は、その端部２０ａが嵌合する嵌合部２１が形成された状態で、その端部２０ａの端面がスタブシャフト６の大径部４の端面、つまり嵌合部２１の端面に突き合わされた状態となって、接合（溶接）される。この場合、保護用パイプ材２０の肉厚Ｔ４と波形部構成部材７の肉厚Ｔ１ａとシャフト副体３の肉厚Ｔ２ａとが同一とされる。具体的には、肉厚Ｔ４、Ｔ１ａ、及びＴ２ａとは、具体的には５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とされる。また、大径部４の外径寸法Ｄと保護用パイプ材２０の外径寸法Ｄ４とが同一に設定され、波形部構成部材７の外径寸法Ｄ１ａとシャフト副体３の外径寸法Ｄ２ａとが同一に設定される。
【００５６】
本発明の動力伝達シャフトでは、シャフト副体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の斜辺のシャフト副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。
【００５７】
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のシャフト副体軸心に対して成す角度を４５°とするとともに、シャフト副体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９、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。
【００５８】
シャフト副体３に芯金１５が内嵌されたものでは、シャフト副体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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、シャフト副体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。
【００６１】
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、図１〜図４に示す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副体３を得ることが可能であれば、芯金１５を省略してもよい。また、シャフト副体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。
【００６２】
シャフト本体２の大径部４の肉厚Ｔ、波形部構成部材７の肉厚Ｔ１（Ｔ１ａ）、シャフト副体３の肉厚Ｔ２（Ｔ２ａ）、芯金１５の肉厚Ｔ３、及び保護用パイプ材２０の肉厚Ｔ４等は任意に設定でき、シャフト本体２の大径部４の外径寸法Ｄ、波形部構成部材７の三角波形部９の外径寸法Ｄ１、シャフト副体３の外径寸法Ｄ２、芯金１５の外径寸法Ｄ３等も任意に設定できる。すなわち、図３において、大径部４の肉厚Ｔと、シャフト副体３と波形部構成部材７との重ね合せ部の肉厚（Ｔ１＋Ｔ３）と、シャフト副体３と芯金１５との重ね合せ部の肉厚（Ｔ２＋Ｔ３）が同一に設定されるものでなくてもよい。図１０において、大径部４の肉厚Ｔと、保護用パイプ材２０と波形部構成部材７との重ね合せ部の肉厚（Ｔ１ａ＋Ｔ４）と、シャフト副体３と保護用パイプ材２０との重ね合せ部の肉厚（Ｔ２ａ＋Ｔ４）とが同一に設定されるものでなくてもよい。
【００６３】
また、シャフト副体３の三角形状部１０の数や大きさ等は、シャフト副体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。
【００６４】
シャフト本体の大径部４と芯金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、金属材料を接触加圧しながら相対運動を起こさせ、発生する摩擦熱を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。
【００６５】
また、繊維強化プラスチックからなるシャフト副体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。
【００６６】
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、ガラス繊維や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。
【００６７】
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。
【符号の説明】
【００６８】
Ｍ     噛合部
２     金属製シャフト本体
３     シャフト副体
７     波形部構成部材
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
【図１】
0006559414.tif 000002
【図２】
0006559414.tif 000003
【図３】
0006559414.tif 000004
【図４】
0006559414.tif 000005
【図５】
0006559414.tif 000006
【図６】
0006559414.tif 000007
【図７】
0006559414.tif 000008
【図８】
0006559414.tif 000009
【図９】
0006559414.tif 000010
【図１０】
0006559414.tif 000011
【図１１】
0006559414.tif 000012
【図１２】
0006559414.tif 000013