(57)【要約】【課題】セレーションの圧入時において繊維強化プラスチック製筒体における強化繊維の切断を最小限に抑制して強度低下を抑制する。【解決手段】ＦＲＰ製筒体１１には、内周面側の最内層に強化繊維の配向角αが４５度未満となるヘリカル巻層１１ａが形成され、セレーション１２ｃにはヘリカル巻層１１ａの配向角αと一致する捩れ角βが付与される。金属製ヨーク１２を配向角αに沿うようにＦＲＰ製筒体１１に対して相対回転させながら圧入軸部１２ｂをＦＲＰ製筒体１１の端部１３内周面に圧入すると、セレーション１２ｃがＦＲＰ製筒体１１の内周面に刻み目を刻設して食い込むことによって、ＦＲＰ製筒体１１と金属製ヨーク１２とが一体に接合される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含浸させた強化繊維を径方向に多層に積層して円筒状に形成された繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に、金属部品の接合部を圧入し、該接合部に設けたセレーションによって前記繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目を刻設して食い込ませることによって、前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品とを一体に接合させた繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、
前記繊維強化プラスチック製筒体には、内周面側の最内層に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が所定の一定角度となる軸方向強化巻層が形成され、
前記セレーションには前記軸方向強化巻層の強化繊維の配向角とほぼ一致する捩れ角が付与されている
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフト。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、
前記繊維強化プラスチック製筒体は、その両端部において、前記軸方向強化巻層の外側に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が直角に近い角度にて巻き付けられた径方向強化巻層を備える
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフト。
【請求項３】
樹脂を含浸させた強化繊維を径方向に多層に積層して円筒状に形成された繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に、金属部品の接合部を圧入し、該接合部に設けたセレーションによって前記繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目を刻設して食い込ませることによって、前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品とを一体に接合させるようにした繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、
前記繊維強化プラスチック製筒体には、内周面側の最内層に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が所定の一定角度となる軸方向強化巻層が形成され、
前記セレーションには前記軸方向強化巻層の強化繊維の配向角とほぼ一致する捩れ角が付与され、
前記繊維強化プラスチック製筒体及び前記金属部品を前記配向角に沿うように相対回転させながら前記金属部品の接合部を前記繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に圧入するようにした
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、
前記金属部品を回転させながら前記接合部を前記繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に圧入するようにした
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、
前記繊維強化プラスチック製筒体は、その両端部において、前記軸方向強化巻層の外側に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が直角に近い角度にて巻き付けられた径方向強化巻層を備える
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック製プロペラシャフト及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロペラシャフトに繊維強化プラスチック製プロペラシャフトを使用することにより車両を軽量化して燃費の向上を図るようにした技術が提案されている。このような繊維強化プラスチック製プロペラシャフトは、繊維強化プラスチック製筒体の両端部に対して、駆動軸や従動軸に連結される金属製ヨークやシャフト部等を接合する方法が一般的である。このような繊維強化プラスチック製筒体は、一般的なフィラメントワインディング法によって成形され、マトリックス樹脂を含浸させた強化繊維を、筒体の軸線と交差する配向角にて巻き付けて径方向に多層に積層して筒状体を成形し、その筒状体を加熱硬化させたものである。
【０００３】
このような繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの接合方法として、特許文献１にて提案された繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法がある。この製造方法では、繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に、外周面に軸方向に延び、かつ、歯先円の直径が該筒体の端部内径よりも大きいセレーションを有するヨークを圧入する。ヨークの圧入時において、このセレーションで繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に刻み目を刻設して食い込ませることによって、繊維強化プラスチック製筒体とヨークとを相対回転しないように接続するようにしている。しかしながら、繊維強化プラスチック製筒体の強化繊維は該筒体の軸線と交差する配向角にて巻き付けられ、セレーションは軸方向に延びているため、セレーションの圧入時において、繊維強化プラスチック製筒体の内周面側の強化繊維がセレーションによって切断されることとなる。
【０００４】
セレーション圧入時における繊維強化プラスチック製筒体の強化繊維の切断を抑制するために、特許文献２にて提案されるように、繊維強化プラスチック製筒体のセレーションの食い込み部に樹脂のみ又は短繊維を含有する樹脂層を設ける方法が考えられている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１３９１７０号公報
【特許文献２】
特開平８−１０３９６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方法では、セレーションの圧入時において繊維強化プラスチック製筒体の樹脂を切り込んでいく際に、強化繊維をセレーションの歯によって切断してしまうおそれがあり、接合部における繊維強化プラスチック製筒体の強度が低下するという問題がある。また、セレーションの圧入時に強化繊維を切断しながらセレーションが繊維強化プラスチック製筒体の内周面に食い込んでいくため、圧入荷重が大きくなり、製造装置が大型化するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２のように繊維強化プラスチック製筒体のセレーションの食い込み部に樹脂のみ又は短繊維を含有する樹脂層を設ける方法では、セレーションの食い込み部における繊維による強化機能は低く、十分な捩りトルク容量が得られない。また、繊維強化プラスチック製筒体は、フィラメントワインディング法により強化繊維を配列する前に、予め樹脂のみ又は短繊維を有する樹脂層を形成しておく必要があり、繊維強化プラスチック製筒体の積層構成が複雑になりコストアップとなる。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、セレーションの圧入時において繊維強化プラスチック製筒体における強化繊維の切断を最小限に抑制して強度低下を抑制することができる繊維強化プラスチック製プロペラシャフト及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、樹脂を含浸させた強化繊維を径方向に多層に積層して円筒状に形成された繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に、金属部品の接合部を圧入し、該接合部に設けたセレーションによって前記繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目を刻設して食い込ませることによって、前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品とを一体に接合させた繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、前記繊維強化プラスチック製筒体には、内周面側の最内層に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が所定の一定角度となる軸方向強化巻層が形成され、前記セレーションには前記軸方向強化巻層の強化繊維の配向角とほぼ一致する捩れ角が付与されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、金属部品の接合部のセレーションを繊維強化プラスチック製筒体に金属部品の接合部を圧入する際、セレーションによって繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目が刻設される。このとき、セレーションには軸方向強化巻層の強化繊維の配向角とほぼ一致する捩れ角が付与されている。そのため、繊維強化プラスチック製筒体と金属部品とをその配向角に沿うように相対回転させれば、セレーションによって軸方向強化巻層の強化繊維の配向角にほぼ沿うように刻み目が刻設されながら接合部が繊維強化プラスチック製筒体の内周面に圧入されるようになる。従って、セレーションによる軸方向強化巻層の強化繊維の切断が最小限に抑制され、繊維強化プラスチック製筒体の強度低下を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、前記繊維強化プラスチック製筒体は、その両端部において、前記軸方向強化巻層の外側に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が直角に近い角度にて巻き付けられた径方向強化巻層を備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、径方向強化巻層によって繊維強化プラスチック製筒体の円周方向が補強される。そのため、金属部品の接合部が繊維強化プラスチック製筒体の内周面に圧入されても当初の内径を維持し、セレーションによる刻み目が確実に形成されるとともに、径方向強化巻層によって径方向の緊締力を受けるようになって繊維強化プラスチック製筒体と金属部品との接合状態は強固になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、樹脂を含浸させた強化繊維を径方向に多層に積層して円筒状に形成された繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に、金属部品の接合部を圧入し、該接合部に設けたセレーションによって前記繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目を刻設して食い込ませることによって、前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品とを一体に接合させるようにした繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、前記繊維強化プラスチック製筒体には、内周面側の最内層に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が所定の一定角度となる軸方向強化巻層が形成され、前記セレーションには前記軸方向強化巻層の強化繊維の配向角とほぼ一致する捩れ角が付与され、前記繊維強化プラスチック製筒体及び前記金属部品を前記配向角に沿うように相対回転させながら前記金属部品の接合部を前記繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に圧入するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、金属部品の接合部のセレーションを繊維強化プラスチック製筒体に金属部品の接合部を圧入する際、セレーションによって繊維強化プラスチック製筒体の内周面に刻み目が刻設される。このとき、セレーションには軸方向強化巻層の強化繊維の配向角とほぼ一致する捩れ角が付与されている。そのため、繊維強化プラスチック製筒体と金属部品とをその配向角に沿うように相対回転させれば、セレーションによって軸方向強化巻層の強化繊維の配向角にほぼ沿うように刻み目が刻設されながら接合部が繊維強化プラスチック製筒体の内周面に圧入されるようになる。従って、セレーションによる軸方向強化巻層の強化繊維の切断が最小限に抑制され、繊維強化プラスチック製筒体の強度低下を抑制することができる。また、繊維強化プラスチック製筒体と金属部品とを配向角に沿うように相対回転させることにより、繊維強化プラスチック製筒体に対する接合部の圧入時における軸方向荷重を小さくすることができ、その分だけ製造装置の大型化を抑制することができるようになる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のように、前記金属部品を回転させながら前記接合部を前記繊維強化プラスチック製筒体の端部内周面に圧入するようにしてもよい。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、前記繊維強化プラスチック製筒体は、その両端部において、前記軸方向強化巻層の外側に該筒体の軸線に対して強化繊維の配向角が直角に近い角度にて巻き付けられた径方向強化巻層を備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、径方向強化巻層によって繊維強化プラスチック製筒体の円周方向が補強される。そのため、金属部品の接合部が繊維強化プラスチック製筒体の内周面に圧入されても当初の内径を維持し、セレーションによる刻み目が確実に形成されるとともに、径方向強化巻層によって径方向の緊締力を受けるようになって繊維強化プラスチック製筒体と金属部品との接合状態は強固になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態における繊維強化プラスチック製プロペラシャフト１０は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製筒体１１と、該ＦＲＰ製筒体１１の両端部に接合された金属部品としての金属製ヨーク（継手）１２とを有する。ＦＲＰ製筒体１１と金属製ヨーク１２とは、セレーション結合されている。ＦＲＰ製筒体１１の端部１３と金属製ヨーク１２との間にはシール剤（図示略）が塗布され、金属製ヨーク１２のセレーション１２ｃへの水分の浸入が防止される。なお、金属製ヨーク１２は、ＦＲＰ製筒体１１の両端部に結合されるが、両端部におけるＦＲＰ製筒体１１の構造とその両端部に結合されている金属製ヨーク１２の構成は同じである。従って、本実施形態では、説明の便宜上、エンジン駆動軸側の金属製ヨーク１２とＦＲＰ製筒体１１の結合について述べ、従動軸側の金属製ヨーク１２とＦＲＰ製筒体１１の結合についてはエンジン駆動軸側と同一として説明を省略する。
【００１９】
ＦＲＰ製筒体１１は、ほぼ一定の肉厚の円筒からなり、例えば図２に示されるように、フィラメントワインディング法によって成形されている。すなわち、ＦＲＰ製筒体１１は、エポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させたカーボン繊維などの強化繊維２２を給糸ノズル２３を介して供給し、マンドレル２０の外周に樹脂含浸した強化繊維２２を層状に巻き付けて筒状体を成形し、その筒状体を加熱硬化させたものである。このＦＲＰ製筒体１１の成形時には、マンドレル２０の両側に対して放射状に突設された多数のピンを有するピンリング２１が配置される。
【００２０】
ＦＲＰ製筒体１１は、内周面側の最内層に所定の等ピッチでマンドレル２０の軸線となす配向角αが一定角度となるように斜めに巻き付けられた軸方向強化巻層としてのヘリカル巻層１１ａと、各端部１３においてヘリカル巻層１１ａの外側に設けられた径方向強化巻層としてのフープ巻層１１ｂとを備えている。このヘリカル巻層１１ａの配向角αは、車両に組付けて使用される際に要求される曲げ、捩り、振動等の特性を満足するため、一般的に４５度未満の角度に規定された値に設定される。ここでは、例えば配向角αが±１０度に設定されている。フープ巻層１１ｂは、ヘリカル巻層１１ａと異なり、強化繊維２２をＦＲＰ製筒体１１筒体の軸線に対する配向角が一般的に４５度以上９０度未満の角度に設定される。ここでは、フープ巻層１１ｂは例えば配向角が９０度（直角）に近い角度で巻き付けられたものである。
【００２１】
金属製ヨーク１２はユニバーサルジョイントと接続する部材であり、ユニバーサルジョイントを取り付けるための孔部１２ａが形成されている。図３に示されるように、金属製ヨーク１２の接合部としての圧入軸部１２ｂは円柱状に形成されて、その外周面にはＦＲＰ製筒体１１の内周面に接触する部分にセレーション１２ｃが形成されている。セレーション１２ｃは、ＦＲＰ製筒体１１の内周面側の最内層のヘリカル巻層１１ａの強化繊維２２の配向角αと一致する捩れ角βが付与されている。
【００２２】
また、図４に示されるように、セレーション１２ｃの歯先円の直径Ｄ１２は、ＦＲＰ製筒体１１の端部の内径Ｄ１１よりも大径になっている。
図３に示されるように、上記したＦＲＰ製筒体１１の端部１３から金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂを圧入すると、セレーション１２ｃによってＦＲＰ製筒体１１の端部１３の内周面に刻み目を刻設しながらセレーション１２ｃがＦＲＰ製筒体１１の内周面に食い込む。そのため、金属製ヨーク１２とＦＲＰ製筒体１１とは相対回転しないように一体に接合され、本実施形態の繊維強化プラスチック製プロペラシャフト１０が製造される。
【００２３】
この際、金属製ヨーク１２を捩れ角β、すなわち配向角αに沿うようにＦＲＰ製筒体１１に対して相対回転させる。すると、セレーション１２ｃによってヘリカル巻層１１ａの強化繊維２２の配向角αに沿うように刻み目が刻設されながら圧入軸部１２ｂがＦＲＰ製筒体１１の端部１３内周面に圧入されるようになる。そのため、セレーション１２ｃによるＦＲＰ製筒体１１のヘリカル巻層１１ａにおける強化繊維２２の切断が最小限に抑制され、ＦＲＰ製筒体１１の強度低下を抑制することができる。
【００２４】
上記のように構成された繊維強化プラスチック製プロペラシャフト１０によれば、以下の効果が得られる。
・  上記実施形態では、金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂのセレーション１２ｃをＦＲＰ製筒体１１の端部１３に圧入する際、セレーション１２ｃによってＦＲＰ製筒体１１の内周面に刻み目が刻設される。このとき、セレーション１２ｃにはＦＲＰ製筒体１１の最内層のヘリカル巻層１１ａの強化繊維の配向角αと一致する捩れ角βが付与されている。そのため、金属製ヨーク１２を配向角αに沿うようにＦＲＰ製筒体１１に対して相対回転させれば、セレーション１２ｃによってヘリカル巻層１１ａの強化繊維の配向角αに沿うように刻み目が刻設されながら圧入軸部１２ｂがＦＲＰ製筒体１１の端部１３内周面に圧入されるようになる。従って、セレーション１２ｃによるＦＲＰ製筒体１１の最内層のヘリカル巻層１１ａの強化繊維の切断が最小限に抑制され、ＦＲＰ製筒体１１の強度低下を抑制することができる。
【００２５】
・  また、金属製ヨーク１２のセレーション１２ｃによるＦＲＰ製筒体１１のヘリカル巻層１１ａの強化繊維の切断が最小限に抑制されるため、ＦＲＰ製筒体１１に対するセレーション１２ｃの圧入時における軸方向荷重を小さくすることができ、その分だけ製造装置の大型化を抑制することができるようになる。
【００２６】
・  さらに、車両衝突時において繊維強化プラスチック製プロペラシャフト１０に対して軸方向に発生する荷重を受けて、金属製ヨーク１２をＦＲＰ製筒体１１内に進入させて軸方向荷重（衝撃荷重）を吸収することが要求される場合がある。金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂに設けられたセレーション１２ｃにはＦＲＰ製筒体１１の最内層のヘリカル巻層１１ａの強化繊維の配向角αと一致する捩れ角βが付与されており、ＦＲＰ製筒体１１に対するセレーション１２ｃの圧入時における軸方向荷重を小さくすることができる。そのため、繊維強化プラスチック製プロペラシャフト１０に衝突による軸方向荷重が加わった場合には、ＦＲＰ製筒体１１内への金属製ヨーク１２の進入を容易に行わせることができ、衝撃荷重を吸収して衝突安全性を向上することができる。
【００２７】
・  また、ＦＲＰ製筒体１１は、その両端部において、ヘリカル巻層１１ａの外側に、該ＦＲＰ製筒体１１の軸線に対して強化繊維の配向角が９０度に近い角度にて巻き付けられたフープ巻層１１ｂを備えているため、フープ巻層１１ｂによってＦＲＰ製筒体１１が円周方向において補強される。そのため、金属製ヨーク１２のセレーション１２ｃがＦＲＰ製筒体１１の端部１３に圧入されてもＦＲＰ製筒体１１は当初の内径を維持し、ＦＲＰ製筒体１１の端部１３内周面にセレーション１２ｃによる刻み目が確実に形成される。また、フープ巻層１１ｂによって径方向の緊締力を受けるようになってＦＲＰ製筒体１１と金属製ヨーク１２との接合状態を強固にすることができる。
【００２８】
なお、実施の形態は、次のように変更してもよい。
・  上記実施形態では、ＦＲＰ製筒体１１の最内層のヘリカル巻層１１ａの強化繊維２２の配向角αと金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂにおけるセレーション１２ｃの捩れ角βとを等しい大きさに設定したが、配向角αと捩れ角βとの間に若干の角度差を設定するようにしてもよい。
【００２９】
・  上記実施形態において、ＦＲＰ製筒体１１の強化繊維２２として、アラミド繊維、ガラス繊維等の高弾性・高強度を有する繊維を採用したり、マトリックス樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を採用したりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態におけるプロペラシャフトの端部構成説明図。
【図２】一実施形態におけるフィラメントワインディング法を示す説明図。
【図３】一実施形態のプロペラシャフトの一部を示す分解断面図。
【図４】図１のＡ−Ａ線における拡大断面図。
【符号の説明】
１０…繊維強化プラスチック製プロペラシャフト、１１…ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製筒体、１１ａ…軸方向強化巻層としてのヘリカル巻層、１１ｂ…径方向強化巻層としてのフープ巻層、１２…金属部品としての金属製ヨーク、１２ｂ…接合部としての圧入軸部、１２ｃ…セレーション、１３…端部、２０…マンドレル、２２…強化繊維、α…配向角、β…捩れ角。
【図１】
2004293708.tif 000003
【図２】
2004293708.tif 000004
【図３】
2004293708.tif 000005
【図４】
2004293708.tif 000006