(57)【要約】【課題】端部部材の圧入が不要で、被巻付け部材が金属製及び樹脂製の場合に比べ軽量化できるとともに、樹脂製の場合に比べ低コスト化することができる動力伝達用シャフトを提供する。【解決手段】プロペラシャフト１１は、ＦＲＰ製の筒部材１２と、その第１端部に接合された第１の端部部材１３と、第２端部に接合された第２の端部部材１４と、筒部材１２の内側で第１の端部部材１３及び第２の端部部材１４間に配設された被巻付け部材１５とを備えている。被巻付け部材１５は円筒状に形成されており、紙製である。被巻付け部材１５は、その端部が嵌合筒部１３ｃ  ，１４ｃ  の外周に嵌合された状態で第１及び第２の端部部材１３，１４に連結されている。第１及び第２の端部部材１３，１４の繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａ及び被巻付け部材１５の周面１５ａ  上に筒部材１２が成形されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の被巻付け部材の少なくとも一端に端部部材を備え、前記被巻付け部材及び端部部材の外周面に繊維強化プラスチック製の筒部材が成形されている動力伝達用シャフトであって、前記被巻付け部材が紙製である動力伝達用シャフト。
【請求項２】
前記端部部材は前記外周面に係止部を備え、前記筒部材の強化繊維は前記外周面において複数の層を構成するように前記端部部材に巻き付けられ、かつ最内層を構成する繊維束は互いに交差しない層であり、その最内層を構成する繊維束が前記係止部により前記端部部材に対する相対移動が規制された状態で成形されるとともに全長にわたって連続している請求項１に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項３】
前記係止部は、前記筒部材のうち最内層を構成する繊維束の配列を案内するように規則的に配列された複数の凸部で構成されている請求項１又は請求項２に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項４】
前記繊維束は同一層においては互いに平行に配列されており、前記係止部は前記最内層の繊維束の配列方向に沿って延びる複数の凸条で構成されている請求項２又は請求項３に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項５】
前記係止部は、セレーションで構成されている請求項４に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項６】
前記被巻付け部材の内部に前記被巻付け部材の軸方向と直角となる状態の補強部材を備えている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の動力伝達用シャフト。
【請求項７】
前記被巻付け部材は前記補強部材に対応する位置に孔を備え、該孔内及び該孔と前記補強部材との間には接着剤が充填されている請求項６に記載の動力伝達用シャフト。
【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（以下、ＦＲＰという）製の筒部材の少なくとも一端に端部部材が結合されている動力伝達用シャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両の軽量化を図るために各構造部材のさらなる軽量化が要求され、プロペラシャフトにおいてもＦＲＰ製のものに切り替えることによる軽量化が一部実施されている。ＦＲＰ製のプロペラシャフトは、ＦＲＰ製の筒部材とその両端に継手（ヨーク）や駆動力を伝達するための他部品（例えば、スプラインギヤ付きシャフト）等を備える。このＦＲＰ製のプロペラシャフトを製造するには、一般にフィラメントワインディング法が用いられる。
【０００３】
ＦＲＰ製プロペラシャフトを製造する方法として、図９に示すように、ＦＲＰ製プロペラシャフト７０として、ＦＲＰ製パイプ７１の両端に、ＦＲＰ製パイプ７１を駆動軸や従動軸等と連結する金属製の継手（ヨーク）７２を圧入して接合した構造のものが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
継手７２にはＦＲＰ製パイプ７１との接合部となる外周面に、ＦＲＰ製パイプ７１の端部内径より大きな外径のセレーション７３が形成されている。そして、ＦＲＰ製パイプ７１に継手７２の接合部を圧入することで、継手７２のセレーション７３の歯によって、ＦＲＰ製パイプ７１の内周面に溝が刻設され、歯が溝に食い込むことで継手７２とＦＲＰ製パイプ７１とが一体回転するための接合強度が確保される。
【０００５】
マンドレルを使用しない製造方法として、図１０（ａ）に示すように、外側端に中心軸７４を突設した端部部材７５を両端にそれぞれ嵌着したプラスチック又は金属製の薄肉円筒状の被巻付け部材７６を使用して製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、図１０（ｂ）に示すように、フィラメントワインディング法により樹脂含浸繊維を端部部材７５から被巻付け部材７６にかけて連続して巻き付けて樹脂含浸繊維層を形成し、そのまま硬化成形した後、必要により中心軸７４を除去してＦＲＰ製プロペラシャフトを製造する。
【０００６】
また、図１１に示すように、ＦＲＰ製の内側軸部材７７の両端に、端面部の中心から軸部７８が突出する継手７９を嵌合させ、内側軸部材７７及び継手７９の筒部にフィラメントワインディング法により樹脂含浸繊維を巻き付けてＦＲＰ製プロペラシャフトを製造する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１３９１７０号公報（明細書の段落［００１４］、［００１８］、［００２０］、図１、図２）
【特許文献２】
特開昭５５−１１８８３１号公報（第２頁、図３，４）
【特許文献３】
特開昭５９−０５０２１６号公報（第２，３頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の方法では、圧入時にＦＲＰ製パイプ７１に掛かる多大な応力の対策が必要である。また、ＦＲＰ製パイプ７１の内面とセレーション７３の溝の底部との間に隙間が存在するため、ＦＲＰ製パイプ７１の端面から水分が侵入するのを防止するために圧入部分をシール等する必要がある。また、ＦＲＰ製パイプ７１をフィラメントワインディング法で製造する際に、マンドレルの脱型工程が必要であり、引き抜く手間があった。
【０００９】
また、継手のような端部部材の圧入が不要な方法として特許文献２及び特許文献３の方法により製造されたＦＲＰ製プロペラシャフトは、被巻付け部材が金属製の場合、合成樹脂に比べ重量が重いという問題がある。また、被巻付け部が樹脂製の場合、樹脂含浸繊維を巻き付けた後、加熱硬化するため、被巻付け部材に加熱温度で軟化しない樹脂を使用する必要がある。しかし、このような樹脂で筒状の被巻付け部材を形成すると金属製の被巻付け部材よりコストが高くなり、ＦＲＰ製プロペラシャフトのコストが高くなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、端部部材の圧入が不要であり、被巻付け部材が金属製及び樹脂製の場合に比べ軽量化できるとともに、被巻付け部材が樹脂製の場合に比べ低コスト化することができる動力伝達用シャフトを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、筒状の被巻付け部材の少なくとも一端に端部部材を備え、前記被巻付け部材及び端部部材の外周面に繊維強化プラスチック製の筒部材が成形されている動力伝達用シャフトであって、前記被巻付け部材が紙製である。この発明によれば、端部部材の圧入が不要なため、圧入部分のシールが不要となる。また、被巻付け部材を紙製にすることで従来の金属製及び樹脂製の場合に比べ軽量化することができる。また、紙製であるため、樹脂製に比べ安価であり、コストを低減することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記端部部材は前記外周面に係止部を備え、前記筒部材の強化繊維は前記外周面において複数の層を構成するように前記端部部材に巻き付けられ、かつ最内層を構成する繊維束は互いに交差しない層であり、その最内層を構成する繊維束が前記係止部により前記端部部材に対する相対移動が規制された状態で成形されるとともに全長にわたって連続している。
【００１３】
この発明によれば、ＦＲＰ製の筒部材を構成する繊維束は、端部部材の外周面に形成された係止部により端部部材に対する周方向への相対移動が規制され、また、全長にわたって連続しているため、即ち切断されていないため、回転トルクが確実に伝達される。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記係止部は、前記筒部材のうち最内層を構成する繊維束の配列を案内するように規則的に配列された複数の凸部で構成されている。この発明によれば、最内層を構成する繊維束が同一層において交差する配列状態でも、互いに平行となる配列状態のいずれであっても端部部材と筒部材との結合が良好になされる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記繊維束は同一層においては互いに平行に配列されており、前記係止部は前記最内層の繊維束の配列方向に沿って延びる複数の凸条で構成されている。この発明によれば、最内層を構成する全ての繊維束の配列方向と、係止部としての凸条の延びる方向とが平行なため、端部部材とＦＲＰ製の筒部材との相対移動の規制機能が高まる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記係止部は、セレーションで構成されている。この発明によれば、前記係止部の加工が容易となる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記被巻付け部材の内部に前記被巻付け部材の軸方向と直角となる状態の補強部材を備える。この発明によれば、被巻付け部材の内部に補強部材を有するため、ねじり強度、疲労強度を向上させることができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記被巻付け部材は前記補強部材に対応する位置に孔を備え、該孔内及び該孔と前記補強部材との間には接着剤が充填されている。この発明によれば、補強部材は、被巻付け部材内の所定の位置に接着剤により確実に固定される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明をＦＲＰ製プロペラシャフト（以下、プロペラシャフトという）に具体化した第１の実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。
【００２０】
図１はＦＲＰ製プロペラシャフトの模式断面図を示す。プロペラシャフト１１は、ＦＲＰ製の筒部材１２と、その第１端部に接合された第１の端部部材１３と、第２端部に接合された第２の端部部材１４と、筒部材１２の内側で第１の端部部材１３及び第２の端部部材１４間に配設された被巻付け部材１５とを備えている。第１の端部部材１３には自在継手を構成する継手としてのヨークが使用され、第２の端部部材１４には金属製の滑り継手が使用されている。
【００２１】
第１の端部部材１３及び第２の端部部材１４は、筒部材１２との結合部分となる円筒状の繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａを備え、その外周面には係止部としてのセレーション１６が形成されている。筒部材１２の強化繊維は複数の層を構成するように巻き付けられた繊維束からなり、最内層にヘリカル巻層が設けられている。繊維束は同一層においては互いに平行に配列されており、セレーション１６の歯は繊維束の配列方向に沿って延びるように形成されている。ヘリカル巻層を構成する繊維束は、セレーション１６により端部部材１３，１４に対する周方向への相対移動が規制されるとともに筒部材１２の全長にわたって連続している。即ち、セレーション１６が形成された端部部材をＦＲＰ製のパイプに後から圧入する構成と異なり、セレーション１６と係合する繊維束が切断されていない。
【００２２】
セレーション１６の歯は、最内層のヘリカル巻層を構成する繊維束が第１及び第２の端部部材１３，１４の軸方向と成す角度（配列角度）に等しい角度で、第１及び第２の端部部材１３，１４の軸方向に対して延びるように形成されている。また、セレーション１６の歯の高さ、即ち溝の深さは１層分の繊維束の厚さとほぼ同じに形成されている。
【００２３】
第１の端部部材１３は、繊維束被巻付け部１３ａの一端側に継手部１３ｂが突設され、他端側に繊維束被巻付け部１３ａより小径の嵌合筒部１３ｃが突設されている。継手部１３ｂには、例えば、ユニバーサルジョイントを取り付けるための孔１３ｄが形成されている。第２の端部部材１４は、繊維束被巻付け部１４ａの一端側にシャフト状の継手部１４ｂが突設され、他端側に繊維束被巻付け部１４ａより小径の嵌合筒部１４ｃが突設されている。シャフト状の継手部１４ｂには、筒部材１２をフィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法という）で形成する際に使用する治具の固定に使用するねじ穴１４ｄが先端に形成されている。第１及び第２の端部部材１３，１４の繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａと継手部１３ｂ，１４ｂとの間には、環状の溝１７が形成されている。
【００２４】
被巻付け部材１５は円筒状に形成されており、紙製（この実施の形態ではボール紙製）である。被巻付け部材１５は、その端部が嵌合筒部１３ｃ、１４ｃの外周に嵌合され、第１及び第２の端部部材１３，１４と被巻付け部材１５の軸が一致した状態で連結されている。被巻付け部材１５の外周面１５ａ上に筒部材１２が成形されている。
【００２５】
筒部材１２は、第１及び第２の端部部材１３，１４との結合部分が肉厚に形成されている。筒部材１２はＦＷ法によって形成される。筒部材１２は、主にヘリカル巻で構成されているが、結合部分及びその近くにはフープ巻が形成されている。また、筒部材１２の最外層にはポリエステル糸が全長に渡ってフープ巻で巻き付けられている。
【００２６】
次に前記のように構成されたプロペラシャフトの製造方法について説明する。図２は第１の端部部材、第２の端部部材、被巻付け部材及び治具の関係を示す模式分解斜視図であり、図３は第１の端部部材、第２の端部部材、被巻付け部材及び治具が組み付けられた状態の一部破断模式断面図である。
【００２７】
プロペラシャフト１１を製造するには、マンドレルを使用せず、治具１８を使用して第１及び第２の端部部材１３，１４が両端に結合された被巻付け部材１５をフィラメントワインディング装置（以下、ＦＷ装置という）に支持してフィラメントワインディングが行われる。
【００２８】
図３に示すように、治具１８は第１及び第２の端部部材１３，１４の樹脂含浸繊維束が密着して巻き付けられる部分を除いた部分を覆うとともに、ＦＷ時に樹脂含浸繊維の一部が巻き付けられる筒状のカバー部１９を備えている。カバー部１９は一端側が小径に形成され、ＦＷ装置の回転支持部に支持可能な軸部２０がカバー部１９の小径側の端部に連続して一体的に形成されている。また、カバー部１９の周面には周方向に沿ってピン２１が一定間隔で設けられている。
【００２９】
第１の端部部材１３に組み付けられる治具１８は、第１の端部部材１３を軸部２０と被巻付け部材１５の回転中心とが同軸となる状態で支持可能で、軸部２０と一体回転可能な支持部２２を備えている。支持部２２は、一側端に第１の端部部材１３に取り外し可能に固定されるＴ字状部２２ａが設けられたシャフトで構成され、他端側に雄ねじ部２２ｂが形成されている。そして、Ｔ字状部２２ａが孔１３ｄに挿通された状態で、軸部２０から突出した雄ねじ部２２ｂに螺合されるナット２４が締め付けられることにより、軸部２０の端部に一体に形成された座金部２５を介して軸部２０に固定されるようになっている。図３に示すように、治具１８はカバー部１９の端部内面が、継手部１３ｂの段部に嵌合されて、治具１８の芯出しが行われるようになっている。
【００３０】
第２の端部部材１４に組み付けられる治具１８は、第２の端部部材１４を軸部２０と被巻付け部材１５の回転中心とが同軸となる状態で支持可能で、軸部２０と一体回転可能なボルト２３を備えている。ボルト２３は先端部に雄ねじ２３ａが設けられ、雄ねじ２３ａがねじ穴１４ｄに螺合される状態で締め付けられることにより、軸部２０の端部に一体に形成された座金部２５を介して軸部２０に固定されるようになっている。図３に示すように、治具１８はカバー部１９の端部内面が、継手部１４ｂの基端の段部に嵌合されて、治具１８の芯出しが行われるようになっている。
【００３１】
両端に第１及び第２の端部部材１３，１４が取り付けられた被巻付け部材１５にフィラメントワインディングを行う場合は、まず第１及び第２の端部部材１３，１４にそれぞれ治具１８を組み付ける。第１の端部部材１３に治具１８を組み付ける際は、支持部２２のＴ字状部２２ａを孔１３ｄに挿通した後、支持部２２をカバー部１９の大径部側から軸部２０に挿通する。そして、軸部２０から突出した雄ねじ部２２ｂにナット２４を螺合させて締め付けることにより軸部２０の端面とナット２４との間に介在された座金部２５を介して軸部２０を第１の端部部材１３に押圧し、支持部２２を介して治具１８が第１の端部部材１３に組み付けられる。
【００３２】
第２の端部部材１４に治具１８を組み付ける際は、カバー部１９を第２の端部部材１４の継手部１４ｂ側を覆うように第２の端部部材１４に当接させ、ボルト２３を座金部２５に挿通して軸部２０側からカバー部１９に挿通する。そして、雄ねじ２３ａを第２の端部部材１４のねじ穴１４ｄに螺合させて締め付けることにより、軸部２０の端面とボルト２３の頭部との間に介在された座金部２５を介して治具１８が第２の端部部材１４に組み付けられる。そして、図３に示すように、第１の端部部材１３、第２の端部部材１４、被巻付け部材１５及び治具１８が組み付けられると、ＦＷ装置の一組のチャック間に支持される被繊維束巻付け部材２６を構成する。
【００３３】
図４は巻付けヘッドの模式図である。ＦＷ装置は、本願出願人が先に提案した装置（特開２００２−２８３４６７号公報に開示された装置）と同様な巻付けヘッド（ヘリカル巻用ヘッド及びフープ巻用ヘッド）２７を備え、図４ではヘリカル巻用ヘッドのみが図示されている。巻付けヘッド２７はベースプレート上に設けられたレール２８上を図示しないチャックに支持された被繊維束巻付け部材２６に沿って、図示しない駆動手段により移動可能となっている。
【００３４】
巻付けヘッド２７は被繊維束巻付け部材２６に貫通される孔２９を有する支持板３０を備える。ヘリカル巻用ヘッドの支持板３０には、複数本の繊維束Ｒを同時に被繊維束巻付け部材２６に対してヘリカル巻で巻き付け可能とするため、図４に示すように、複数のガイド３１が被繊維束巻付け部材２６の周方向に沿って配列された状態で設けられている。フープ巻部を備えたフープ巻用ヘッドは、繊維束Ｒを被繊維束巻付け部材２６に対して２本同時にフープ巻で巻き付け可能とするためのガイドを備えている。ヘリカル巻用ヘッドとフープ巻用ヘッドとは一体的な移動と、独立した状態での移動とが可能に構成されている。そして、複数本の繊維束Ｒを同時に被繊維束巻付け部材２６に対してヘリカル巻で巻き付け可能となり、ヘリカル巻用ヘッドが被繊維束巻付け部材２６に沿って一回往動又は復動することで被繊維束巻付け部材２６の全周にわたって繊維束Ｒがヘリカル巻で巻き付けられる。
【００３５】
作業者によりＦＷ装置のチャックに被繊維束巻付け部材２６が支持された状態にセットされた後、ＦＷ装置により被繊維束巻付け部材２６に繊維束が巻き付けられる。ＦＷ装置が駆動されると、被繊維束巻付け部材２６が一定方向に回転され、巻付けヘッド２７が被繊維束巻付け部材２６の軸方向に沿って往復移動される。そして、巻付けヘッド２７により繊維束Ｒは最内層となる一層目がヘリカル巻層を形成するように、軸方向となす角度が所定の角度となるように巻き付けられる。巻き付け角度は製品のプロペラシャフトに要求される、曲げ、ねじり、振動等の特性を満足する所定の値（例えば、１０〜１５°）に設定される。そして、この巻き付け角度がセレーション１６の歯の延びる方向と軸方向とのなす角と同じであるため、繊維束Ｒがセレーション１６の溝内に沿って配列されるように巻き付けられる。また、樹脂含浸繊維はカバー部１９に設けられたピン２１の間を通過するように巻き付けられ、ピン２１によってカバー部１９の周方向への移動が規制された状態で巻き付けられる。その後、さらにヘリカル巻やフープ巻層が必要な強度を得られように積層され、複数の層が形成される。
【００３６】
そして、巻き付けが終了した成形品３２の両端部を、ピン２１の突設位置より繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａ寄りの治具１８と対面する位置でそれぞれ切断する。第１の端部部材１３の切断位置は、図５に示すＡ位置において、カッター３３により切断される。第２の端部部材１４においても同様の位置で切断される。そして、成形品３２が形成された被繊維束巻付け部材２６がＦＷ装置のチャックから取り外され、成形品３２の未硬化の段階で前記切断位置より軸部２０側に巻き付けられた樹脂含浸繊維束が除去される。
【００３７】
その後、成形品３２は加熱炉に入れられ、所定の温度で樹脂が硬化される。加熱硬化後、繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａとカバー部１９の大径側の端との間に対応する位置に設けられた溝１７の箇所で切断される。切断は、同じくカッター３３により行われる。次に、両治具１８が取り外されることにより、被巻付け部材１５の外周面１５ａ上に筒部材１２が形成されるとともに、筒部材１２の端部に第１及び第２の端部部材１３，１４が結合されたＦＲＰ製のプロペラシャフト１１が完成する。治具１８を取り外す場合、第１の端部部材１３側ではナット２４を緩めて支持部２２から取り外す。第２の端部部材１４の場合は、ボルト２３の雄ねじ２３ａと第２の端部部材１４のねじ穴１４ｄとの螺合を解除した後、取り外す。
【００３８】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）紙製の被巻付け部材１５の両端に端部部材１３，１４が取り付けられ、その状態でＦＷ装置により樹脂含浸繊維束が巻き付けられてプロペラシャフト１１が製造される。このため、端部部材の圧入が不要となる。また、プロペラシャフト１１を構成する被巻付け部材１５が紙製であるため、被巻付け部材１５が金属製及び樹脂製の場合に比べ軽量化することができる。また、被巻付け部材１５が樹脂製の場合に比べてコストを低減することができる。
【００３９】
（２）被巻付け部材１５が紙製であるため、径の異なる被巻付け部材１５を製造する場合、例えば径の異なる金属製の筒部材等に紙を巻き付けることで被巻付け部材１５の製造が可能である。このため、金属製の被巻付け部材を製造したり、マンドレルに樹脂含浸繊維等を巻き付けて加熱硬化し、脱型して熱硬化性樹脂製の被巻付け部材を製造したりする場合に比べ、被巻付け部材１５のサイズ変更が容易で、種々の径のプロペラシャフトに対応しやすい。
【００４０】
（３）被巻付け部材１５が紙製で軽量であるため、金属や熱硬化性樹脂製の被巻付け部材を使用した場合に比べプロペラシャフトの共振点が高くなる。
（４）治具１８で繊維束を折り返して樹脂含浸繊維を巻き付けた。このため、従来技術の特許文献２及び３と異なり端部部材に軸部を設ける必要がなく、ヨークタイプの端部部材を使用することもできる。
【００４１】
（５）筒部材１２を構成する繊維束のうち最内層を構成する全ての繊維束は、第１及び第２の端部部材１３，１４の外周面に形成されたセレーション１６の溝内に沿って配列されるように巻き付けられている。このため、筒部材１２は第１及び第２の端部部材１３，１４に対する周方向への相対移動が規制され、回転トルクの伝達が確実に行われる。また、全長にわたって樹脂含浸繊維束が連続しており、切断されていないため、回転トルクの伝達が良好に行われる。また、セレーション１６であるため、加工が容易である。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明を補強部材としてのバルクヘッドを有するプロペラシャフトに具体化した第２の実施の形態について図６を参照して説明する。なお、本実施の形態は、被巻付け部材の内部にバルクヘッドが固定されている点で異なり、その他は前記第１の実施の形態と基本的に同じである。
【００４３】
図６（ａ）はプロペラシャフトの模式図、（ｂ）はバルクヘッドの模式斜視図である。バルクヘッド４０は、金属の板で構成され、プロペラシャフト４１を製造する際に、挿入されて固定される。バルクヘッド４０は中央部に孔４２を備える。バルクヘッド４０は挿入される被巻付け部材１５の内部に嵌合している。
【００４４】
次に、本実施形態におけるプロペラシャフトの製造方法について説明する。
バルクヘッド４０は、被巻付け部材１５に端部部材１３，１４を取り付ける前に又は端部部材１３，１４のいずれか一方を取り付けた後に、被巻付け部材１５内の所定の位置に挿入される。バルクヘッド４０の挿入には、例えば孔４２に係止して押し込み可能な挿入棒（図示略）が用いられる。この際、バルクヘッド４０は、被巻付け部材１５の内部に嵌合した状態で挿入される。上記のようにして、３つのバルクヘッド４０が等間隔に挿入される。
【００４５】
次に、バルクヘッド４０を内部に有する被巻付け部材１５、第１及び第２の端部部材１３，１４及び治具１８が組み付けられて一体となった被繊維束巻付け部材（図示略）が構成された後、その被繊維束巻付け部材がＦＷ装置にセットされ、樹脂含浸繊維束が巻き付けられる。そして、被繊維束巻付け部材に樹脂含浸繊維束が巻き付けられた後、前記実施形態と同様、図５に示すように、Ａ位置で樹脂含浸繊維束が切断される。そして、加熱炉にて樹脂が硬化される。樹脂はこの硬化する際に収縮する。このため、樹脂含浸繊維束が外周面１５ａに形成されている被巻付け部材１５もそれに伴い収縮する。そして、その収縮により、被巻付け部材１５の径が縮むため、バルクヘッド４０は被巻付け部材１５の内部においてその収縮する力により所定の位置に固定される。これ以後は、上記第１の実施の形態と同様にしてプロペラシャフト４１が製造される。
【００４６】
この実施の形態では第１の実施の形態の効果（１）〜（５）と同様の効果を有する他に以下の効果を有する。
（６）バルクヘッド４０が紙製の被巻付け部材１５の内部に固定されている。このため、プロペラシャフト４１のねじり強度及び疲労強度を向上させることができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明を補強部材としてのバルクヘッドを有するプロペラシャフトに具体化した第３の実施の形態について図７を参照して説明する。なお、上記第２の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００４８】
図７（ａ）はバルクヘッドの正面図、（ｂ）はバルクヘッドが固定されたプロペラシャフトの要部模式断面図である。
プロペラシャフト５０には図７（ａ）に示す形状のバルクヘッド５１が固定されている。バルクヘッド５１は、中央に孔５２を有する２枚の金属製の円板５３，５４が例えばスポット溶接で接合されて一体化されたものである。２枚の円板５３，５４の周縁には、接合面とは反対側に円弧状に屈曲した屈曲部５３ａ，５４ａを備え、その屈曲部５３ａ，５４ａの間に溝部５５が形成されている。
【００４９】
被巻付け部材１５にはバルクヘッド５１が固定される位置に対応して孔５６が形成されている。孔５６の個数は特に限定されないが、この実施の形態ではバルクヘッド５１が固定される位置に被巻付け部材１５の周方向に沿って４つの孔５６が形成されている。図７（ｂ）では、そのうち２つを示す。溝部５５と孔５６とは対向する位置にあり、それぞれに接着剤５７が充填されている。
【００５０】
被巻付け部材１５の外周面には、バルクヘッド５１と対向する箇所を除いた部分に樹脂の浸透を防止するフィルム５８が巻き付けられており、バルクヘッド５１と対向する箇所以外はフィルム５８上に筒部材１２が成形されている。
【００５１】
次に、この実施の形態のプロペラシャフトの製造方法について説明する。
まず、固定されるバルクヘッド５１に対向する孔５６及び孔５６の周辺を除く外周面にフィルム５８が巻き付けられた状態の被巻付け部材１５にバルクヘッド５１が挿入される。バルクヘッド５１は、第２の実施の形態と同様に図示しない挿入棒により被巻付け部材１５に嵌合した状態で被巻付け部材１５の孔５６と溝部５５とが対向する位置まで挿入される。そして、４つの孔５６からディスペンサ等で熱硬化性の接着剤５７が流し込まれ、孔５６及び溝部５５に接着剤５７が充填される。
【００５２】
次に、バルクヘッド５１を内部に有する被巻付け部材１５、第１及び第２の端部部材１３，１４及び治具１８が組み付けられて一体となった被繊維束巻付け部材（図示略）が構成された後、その被繊維束巻付け部材がＦＷ装置にセットされ、樹脂含浸繊維束が巻き付けられる。そして、被繊維束巻付け部材に樹脂含浸繊維束が巻き付けられた後、第１の実施の形態と同様、図５に示すように、Ａ位置で樹脂含浸繊維束が切断される。そして、加熱炉にて樹脂が熱硬化される。この際、接着剤５７も熱硬化性であるため熱により硬化し、バルクヘッド５１がその位置に固定される。これ以後は、上記第１の実施の形態と同様にしてプロペラシャフト５０が製造される。
【００５３】
この実施の形態では、第１の実施の形態の効果（１）〜（５）及び第２の実施の形態の効果（６）に加え以下のような効果を有する。
（７）プロペラシャフト５０は、バルクヘッド５１が固定される位置に孔５６を備え、その孔５６及びバルクヘッド５１の溝部５５には接着剤５７が充填されている。このため、バルクヘッド５１は、接着剤５７により被巻付け部材１５内の所定の位置に確実に固定される。
【００５４】
（８）バルクヘッド５１が固定される位置に孔５６が形成された被巻付け部材１５内に該孔５６と対応する位置にバルクヘッド５１を嵌合した状態で挿入し、孔５６からディスペンサ等により接着剤５７を孔５６及び溝部５５に充填した状態でフィラメントワインディングを行う。従って、容易に接着剤５７を充填することができる。
【００５５】
（９）バルクヘッド５１が備える屈曲部５３ａ，５４ａは、接合面とは反対側に円弧状に屈曲しているため、周縁部に角がない。従って、バルクヘッド５１が被巻付け部材１５に挿入される際に、被巻付け部材１５の内面がバルクヘッド５１により削られることがない。
【００５６】
（１０）プロペラシャフト５０は、被巻付け部材１５に形成されている孔５６及びその周辺を除く箇所にフィルム５８が巻き付けらており、そのフィルム５８上に筒部材１２が成形されている。このため、被巻付け部材１５のフィルム５８が巻かれている箇所では樹脂含浸繊維束の樹脂が浸透していない状態で筒部材１２が成形されている。従って、筒部材１２の振動を吸収して抑制する効果が期待できる。
【００５７】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように具体化してもよい。
○被巻付け部材１５は、樹脂含浸繊維束を巻き付ける時につぶれない程度の強度を持つ紙であれば特に限定されない。
【００５８】
○第１及び第２の実施の形態において、被巻付け部材１５の外周面１５ａに樹脂の浸透防止のためのコーティングを施してもよい。例えば樹脂コーティングを施してもよい。また、外周面１５ａにシートやフィルムを巻いてもよい。これにより、樹脂含浸繊維束を巻き付ける際に、樹脂が紙製の被巻付け部材１５に浸透しない。このため、加熱炉で樹脂を硬化する際に、被巻付け部材１５に浸透した樹脂が硬化することで被巻付け部材１５と筒部材１２と一体となることがなく、筒部材１２の振動を吸収して抑制する効果が期待できる。
【００５９】
○被巻付け部材１５に中空構造を備える紙を使用してもよい。例えば、段ボールのようにコルゲート構造の紙を用いてもよい。この場合、上記のように樹脂の浸透防止のためのコーティングを施してもよい。
【００６０】
○治具１８を用いてプロペラシャフト１１，４１，５０を製造していたが、従来技術の図１０に示すように端部部材に直接樹脂含浸繊維を巻き付ける製造方法であってもよい。また、図１１に示すような製造方法において、ＦＲＰ製の内側軸部材の代わりに紙製の被巻付け部材を使用して製造してもよい。
【００６１】
○治具１８を使用して、一層分の複数本の繊維束を同時に被繊維束巻付け部材に対してヘリカル巻で巻き付けるのではなく、一本の樹脂含浸繊維をＦＷ法によりヘリカル巻で巻き付けて製造してもよい。この場合、係止部としてピン等の凸部を設ける。
【００６２】
○製品のプロペラシャフトに要求される、曲げ、ねじり、振動等の特性等を考慮して、フープ巻の廃止、巻き層数の削減、巻き付け範囲（軸方向における範囲）低減、付着の樹脂量の削減等を実施してもよい。これらによれば、プロペラシャフト１１，４１，５０をより軽量化することができる。
【００６３】
○係止部はセレーション１６に限らない。最内層のヘリカル巻を構成する繊維束の配列を案内するように規則的に配列された複数の凸部であってもよく、その数も特に限定されない。また、繊維束の配列方向に沿って延びる複数の凸条であってもよく、その数も特に限定されない。これらによっても、筒部材１２は、第１及び第２の端部部材１３，１４に対する周方向への相対移動が規制されるため、回転トルクが確実に伝達される。
【００６４】
○セレーション１６の歯の高さ、即ち溝の深さは１層分の繊維束の厚さとほぼ同じに限らず、最内層の繊維束の厚さの１／４層程度〜１層分あれば十分である。
【００６５】
○第２の端部部材１４に取り付ける治具１８の芯出しは、カバー部１９の端部内面を、継手部１４ｂの基端の段部に嵌合することにより行う構成に代えて、継手部１４ｂの軸部が治具１８の軸部２０の内面と嵌合することで芯出しが行われる構成としてもよい。
【００６６】
○治具１８と端部部材１３，１４とを固定する方法は、上記実施の形態に限らない。例えば、第１の端部部材１３を固定する方法として、カバー部１９にヨークタイプの継手部１３ｂに形成されている孔１３ｄと対応する孔を形成する。そして、カバー部１９が継手部１３ｂの段部と嵌合した状態で、その孔及び孔１３ｄが対応し、その状態で孔及び孔１３ｄを貫通するようにピンを挿入して、治具１８と第１の端部部材１３とを固定してもよい。
【００６７】
また、第２の端部部材１４と治具１８とを固定する場合、継手部１４ｂのシャフト部にねじ穴１４ｄを設けずに、第２の端部部材１４と治具１８とを固定する補助部材を使用する。補助部材は板材の両端が直角に折り曲げられて形成され、継手部１４ｂのシャフト部の中間位置に形成された溝部に係止される係止部が一端に形成され、ボルト２３の雄ねじ２３ａが螺合されるねじ孔が他端に形成されている。そして、係止部が前記溝部に係止されて第２の端部部材１４に固定された状態で、ボルト２３の雄ねじ２３ａがねじ孔に螺合されることにより第２の端部部材１４と治具１８とが固定される。
【００６８】
○筒部材１２の最内層を構成し、互いに交差せずに配列される繊維束は、ヘリカル巻に限らず、フープ巻であってもよい。この場合、第１及び第２の端部部材１３，１４の繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａの外周面に形成される係止部として、ねじ状の溝が形成される。また、フープ巻の範囲はＦＲＰ製の筒部材１２の全長にわたってもよいし、繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａを覆う部分のみでもよい。
【００６９】
○補強部材としてのバルクヘッド５１は、上記実施の形態の構成に限らず軸方向に直角な状態で固定されているならば特にその形状は限定されない。例えば、図８（ａ）に示すように、リング状で、溝部５９を備える金属製のバルクヘッド６０であってもよい。この構成の場合、金属製のパイプに周方向に走る溝部５９を複数形成し、その溝部５９を１つずつ有するようにパイプをリング状に切断することでバルクヘッド６０を製造できるため、上記実施の形態のバルクヘッド５１に比べ製造が容易である。また、図８（ｂ）に示すような断面形状を有する金属製のバルクヘッド６１であってもよい。このバルクヘッド６１は、周縁に溝部６２を備えるように鋳造や鍛造により製造される。また、バルクヘッド６１に限らず金属製のバルクヘッドの場合、鋳造や鍛造を目的に応じて使い分けて製造することができる。
【００７０】
○バルクヘッドの材質は金属に限らない。例えば、高剛性の樹脂を使用することもでき、一例としてポリアセタール、ポリイミド、ポリエチレンテレフタート、ポリアミド（ナイロン）、ポリブチレンテレフタート、ガラス繊維入り樹脂等を使用してもよい。
【００７１】
○熱硬化性の接着剤５７ではなく、熱可塑性の接着剤であってもよい。ただし、樹脂含浸繊維束の樹脂を熱硬化させる際に、その温度で溶けない熱可塑性の接着剤が好ましい。
【００７２】
○接着剤は、市販の接着剤に限らず接着性のあるものであれば特に限定されない。例えば、バルクヘッド５１を固定するために孔５６及び溝部５５に接着性のある熱硬化性樹脂を接着剤として充填してもよい。熱硬化性樹脂は樹脂含浸繊維束の樹脂と同じものであってもよい。熱硬化性樹脂を接着剤として用いた場合、ＦＷ法により樹脂含浸繊維束が巻き付けられてその樹脂が熱硬化させられる際に、孔５６内及び溝部５５に充填されている樹脂も熱硬化させられ、バルクヘッド５１が所定の位置に確実に固定される。
【００７３】
○接着剤として樹脂含浸繊維束の樹脂と同じものを使用する場合は、樹脂含浸繊維束の樹脂を孔５６から溝部５５に進入させ、その樹脂を熱硬化させることでバルクヘッド５１を固定してもよい。この場合、樹脂含浸繊維束の樹脂が溝部５５に進入し易いように溝部５５内の空気を抜くための孔をバルクヘッド５１等に形成するとともに、孔５６の数を多くすることが望ましいが、被巻付け部材１５の強度も考えて好適な孔５６の数にする必要がある。この場合、接着剤５７等を充填する作業を特に行う必要がない。
【００７４】
○バルクヘッド４０は所定の位置に嵌合した状態で挿入されていたが、接着剤により所定の位置に固定されてもよい。
○第２及び第３の実施の形態において、被巻付け部材１５は紙製ではなく熱硬化性樹脂製であってもよく、同じくバルクヘッド４０が挿入された状態でＦＷ装置により樹脂含浸繊維束が巻き付けられる。また、半硬化の熱硬化性樹脂製の被巻付け部材１５であってもよく、樹脂含浸繊維束の樹脂が熱硬化される際に同じく被巻付け部材１５も硬化することになり、被巻付け部材１５は成形される成形品３２と一体になる。このため、被巻付け部材１５によっても、回転トルクの伝達が可能となる。
【００７５】
○ＦＷ装置により樹脂含浸繊維束を巻き付けて、樹脂を硬化した後、溝１７の位置において成形品３２を切断していたが、樹脂の硬化前に樹脂含浸繊維束を切断してもよい。この場合、樹脂含浸繊維束を巻き付けた後にそのまま切断すると、まだ樹脂が硬化していないため繊維が乱れる。このため、硬化前に切断する際には、切断する箇所にテープを巻き付け、その巻き付けた状態でテープごと樹脂含浸繊維束を溝１７の位置において切断する。そして、加熱炉で樹脂を硬化させた後、テープの除去を行う。
【００７６】
○両端に端部部材１３，１４を備えるような動力伝達用シャフトに限らず、どちらか一端にのみ端部部材を備える動力伝達用シャフトに本発明を適用してもよい。
【００７７】
○動力伝達用シャフトはプロペラシャフトに限定されず、その他の動力伝達用シャフトに適用してもよい。
○第２の実施の形態において、バルクヘッド４０の形状は、中央部に孔４２を有する構成に限らない。例えば、円盤状やリング状であってもよく、その形状は特に限定されない。また、周縁に凹凸を有するようなバルクヘッドであってもよい。
【００７８】
○バルクヘッド４０の数は３つに限らない。１つであってもよく、３つ以外の複数個であってもよい。
次に、上記各実施の形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
【００７９】
（１）前記被巻付け部材の外周面には樹脂の浸透を防止するコーティング処理が施されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の動力伝達用シャフト。
（２）前記被巻付け部材は中空構造を有する紙で構成されている請求項１〜請求項７及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の動力伝達用シャフト。
【００８０】
（３）繊維強化プラスチック製の筒部材の両端に端部部材が結合された動力伝達用シャフトの製造方法であって、
筒状の被巻付け部材の内部に該被巻付け部材の軸方向と直角となるように補強部材を挿入し、その状態で外周面に係止部が形成された繊維束被巻付け部を備える端部部材を前記被巻付け部材の両端に取り付け、該端部部材の前記繊維束被巻付け部を除いた箇所を覆うカバー部を備えた治具を前記端部部材に対して前記被巻付け部材との結合部と反対側から取り外し可能に連結し、前記治具を介してフィラメントワインディング装置の回転支持部に一体回転可能に支持し、その状態でフィラメントワインディングを行った後、巻き付けられた樹脂含浸繊維束を硬化前又は硬化後に切断し、前記治具と端部部材との連結を解除して前記治具を取り外す動力伝達用シャフトの製造方法。
【００８１】
（４）繊維強化プラスチック製の筒部材の両端に端部部材が結合された動力伝達用シャフトの製造方法であって、所定の位置に孔が形成された筒状の被巻付け部材の内部に前記孔に対応する位置で該被巻付け部材の軸方向と直角となるように補強部材を挿入し、前記被巻付け部材の両端に端部部材を取り付け、かつ、前記孔内及び前記孔と前記補強部材との間に接着剤を充填した状態でフィラメントワインディングを行った後、巻き付けられた樹脂含浸繊維束を硬化させる動力伝達用シャフトの製造方法。
【００８２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、端部部材の圧入が不要で、被巻付け部材が金属製及び樹脂製の場合に比べ軽量化できるとともに、樹脂製の場合に比べ低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＲＰ製プロペラシャフトの模式断面図。
【図２】第１の端部部材、第２の端部部材、被巻付け部材及び治具の関係を示す模式分解斜視図。
【図３】第１の端部部材、第２の端部部材、被巻付け部材及び治具が組み付けられた状態の一部破断模式断面図。
【図４】巻付けヘッドの模式図。
【図５】成形品の切断位置を示す模式断面図。
【図６】（ａ）はＦＲＰ製のプロペラシャフトの模式図、（ｂ）はバルクヘッドの模式斜視図。
【図７】（ａ）はバルクヘッドの正面図、（ｂ）はバルクヘッドが固定されたプロペラシャフトの要部模式断面図。
【図８】（ａ）は別の実施の形態におけるバルクヘッドの斜視図、（ｂ）は別の実施の形態におけるバルクヘッドの断面図。
【図９】従来のＦＲＰ製プロペラシャフトの分解部分断面図。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は従来のＦＲＰ製プロペラシャフトの製造方法を示す模式図。
【図１１】従来のＦＲＰ製プロペラシャフトの断面図。
【符号の説明】
Ｒ…繊維束、１１，４１，５０…動力伝達用シャフトとしてのＦＲＰ製プロペラシャフト（プロペラシャフト）、１２…筒部材、１３…第１の端部部材、１３ａ…繊維束被巻付け部、１４…第２の端部部材、１４ａ…繊維束被巻付け部、１５…被巻付け部材、１５ａ…外周面、１６…係止部としてのセレーション、４０，５１，６１…補強部材としてのバルクヘッド、５６…孔、５７…接着剤。
【図１】
2004293716.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004293716.tif 000009
【図８】
2004293716.tif 000010
【図９】
2004293716.tif 000011
【図１０】
2004293716.tif 000012
【図１１】
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