(57)【要約】【課題】中太形状に起因した脱型の問題を回避することが可能で且つ良好な制振性を確保することができる中太プロペラシャフト及びその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】中太プロペラシャフトの製造方法は、一対のテーパ紙管７，９をそれぞれの大径側端部７ｃ、９ｃが対面方向に指向されるように連結して中太芯部材３を構成する第１工程と、芯部材の外周面に樹脂を含浸した糸を巻き付けて中太繊維層５を構成する第２工程とを含む。第１工程においては、大径側端部をバルクヘッド１３を介在させて連結し、バルクヘッド及びテーパ紙管に芯出し用シャフト２１を挿入することでそれらの芯出しを行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の切頭錐体をそれぞれの大径側端部が対面方向に指向されるように連結して中太芯部材を構成する第１工程と、
前記芯部材の外周面に樹脂を含浸した糸を巻き付けて中太繊維層を構成する第２工程と
を含むことを特徴とする中太プロペラシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程においては、前記それぞれの大径側端部を環状部材を介在させて連結し、該環状部材の中央穴及び前記一対の切頭錐体の内側に芯出し用シャフトを挿入することを特徴とする請求項１に記載の中太プロペラシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記一対の切頭錐体は相互にテーパ率が異なっており、前記中太芯部材の最大径部は長手方向中央から偏倚していることを特徴とする請求項１又は２に記載の中太プロペラシャフトの製造方法。
【請求項４】
紙又は樹脂からなる中太芯部材と、
前記中太芯部材の外周面に形成された中太繊維層と
を備えたことを特徴とする中太プロペラシャフト。
【請求項５】
前記中太芯部材は、一対の切頭錐体を連結することにより生じる環状の連結部を有しており、
該連結部の内側には芯部材と同軸に環状部材が配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載の中太プロペラシャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロペラシャフト及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車などにおいて原動機の駆動力を駆動輪に伝達する部材としてプロペラシャフトが存在していた。かかるプロペラシャフトは炭素繊維強化プラスチック製円筒部材を備えており、この円筒部材はいわゆるフィラメントワインディング法によって製作されていた（例えば、特許文献１参照）。フィラメントワインディング法においては、マンドレルと称される金属製芯部材を回転させながら、その外周に樹脂を含浸させた炭素繊維の糸を巻きつけて、繊維層を構成し、加熱炉内で樹脂を硬化させた後、円筒状の繊維層から金属製芯部材を抜き出して（脱型して）、炭素繊維強化プラスチック製円筒部材を得る。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１２３３０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、プロペラシャフトにおいては長尺な形状であり多大なトルクを伝達するため、その長手方向の中央部分が最も強度的に厳しい条件にさらされる。よって、いわゆる中太プロペラシャフトとして、長手方向の中央部を他の部分よりも太らせた形状のプロペラシャフトに構成する方法がある。しかしながら、その場合には、繊維層を中太にすべく芯部材も中太にする必要があり、軽量化のため本来であれば繊維層から抜き取っておきたい芯部材が、その中太形状に起因して脱型不可能になる問題がある。加えて、適切に芯の出た中太芯部材を製作することも容易ではない。
【０００５】
また、プロペラシャフトにおいては繊維層の内側に制振部材を配置し振動特性を良好にする方法があり、かかる構成を中太プロペラシャフトでも実現できれば好適である。しかしながら、制振部材としては紙や樹脂などが考えられるが、紙や樹脂は金属とは異なり塑性加工ができないため、中太の部材として成形することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、中太形状に起因した脱型の問題を回避することが可能で且つ良好な制振性を確保することができる中太プロペラシャフト及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の中太プロペラシャフトの製造方法は、一対の切頭錐体をそれぞれの大径側端部が対面方向に指向されるように連結して中太芯部材を構成する第１工程と、前記芯部材の外周面に樹脂を含浸した糸を巻き付けて中太繊維層を構成する第２工程とを含むことを特徴とする。
これによれば、塑性加工の困難な制振材料でも中太芯部材を構成することができ、制振性が確保され且つ脱型を行わない中太プロペラシャフトを製作することができる。
【０００８】
また、好適には、前記第１工程においては、前記それぞれの大径側端部を環状部材を介在させて連結し、該環状部材の中央穴及び前記一対の切頭錐体の内側に芯出し用シャフトを挿入する。
これによれば、分離した複数部分から構成される中太芯部材の芯出しを強制的に行うことができると共に、強度が低下しがちな連結部を補強することができる。
【０００９】
前記一対の切頭錐体は相互にテーパ率が異なっており、前記中太芯部材の最大径部は長手方向中央から偏倚しているように構成してもよい。
これによれば、配置スペースに適応して最大径部を偏倚させた中太プロペラシャフトを容易に製作することができる。
【００１０】
同目的を達成するため、本発明の中太プロペラシャフトは、紙又は樹脂からなる中太芯部材と、前記中太芯部材の外周面に形成された中太繊維層とを備えたことを特徴とする。
これによれば、塑性加工の困難な制振材料でも中太芯部材を構成することができ、制振性が確保され且つ脱型を行わない中太プロペラシャフトを製作することができる。
【００１１】
前記中太芯部材は、一対の切頭錐体を連結することにより生じる環状の連結部を有しており、該連結部の内側には芯部材と同軸に環状部材が配置されていてもよい。
これによれば、強度が低下しがちな連結部を補強することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１３】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１に係る中太プロペラシャフトの構成を示す。また、図２に中太芯部材の構成を示す。中太プロペラシャフト１は、円筒状の中太芯部材３と、その周囲に配置された円筒状の中太繊維層５とを備えている。中太芯部材３は、一対のテーパ紙管（切頭錐体）７，９を連結することによって構成されている。テーパ紙管７，９は、紙から形成された切頭円錐側面７ａ，９ａを有する円筒部材である。切頭円錐側面７ａ，９ａのテーパ率に関しては、本実施の形態では、直径が７０ｍｍであるテーパ紙管７，９の小径側端部７ｂ，９ｂに対して、長手方向寸法として１０００ｍｍ離れた大径側端部７ｃ、９ｃの直径が８０ｍｍとなるような割合に設定されている。なお、図面は傾斜の存在を分かり易くするためやや誇張して図示してある。中太芯部材３における長手方向の中央位置には、一対のテーパ紙管７，９の環状の連結部１１が存在しており、その連結部１１が中太芯部材３の最大径部を構成している。また、中太芯部材３における連結部１１の内側には、バルクヘッド１３が配置されている。
【００１４】
バルクヘッド１３は、金属部材から構成されており、図２によく示されているように底の浅い器状部材であると共に、中央に穴が開いている環状部材である。より詳細には、中央穴１５を有する円形底面１３ａと、その円形底面１３ａの外縁からほぼ垂直に立ち上がる円筒側壁１３ｂとを備えている。
【００１５】
中太芯部材３の周囲に形成された中太繊維層５は、フィラメントワインディング法によって製作されており、樹脂を含浸した炭素繊維を熱硬化させて形成されている。また、テーパ紙管７，９の各小径側端部７ｂ，９ｂには、端部部品１７，１９が挿入され嵌合している。端部部品１７，１９は軸心中央に穴が開いている筒状の部材である。
【００１６】
次に、以上のような構成を有する中太プロペラシャフトの製作方法について説明する。まず、図２に示すように一対のテーパ紙管７，９を用意し、そのうちの一方、すなわち本実施の形態では図３に示すようにテーパ紙管７の大径側端部７ｃに、バルクヘッド１３を差し込む。このとき、バルクヘッド１３の円筒側壁１３ｂの外径をテーパ紙管７，９の内周面の直径とほぼ等しい値か僅かに大きい値に設定しておけば、接着剤などを省いてバルクヘッド１３をテーパ紙管７に固定させておくことができる。また、このとき、バルクヘッド１３の円筒側壁１３ｂはその全体をテーパ紙管７内に挿入せずに、軸心方向の約半分程度の部分を挿入して、円筒側壁１３ｂにおける残りの部分は大径側端部７ｃから露出させておくようにする。この状態で、バルクヘッド１３が取り付けられたテーパ紙管７にテーパ紙管９を連結させる。すなわち、バルクヘッド１３の円筒側壁１３ｂの露出した部分に、テーパ紙管９の大径側端部９ｃを被せるようにする。ここでも、上記のような円筒側壁１３ｂの外径寸法設定によって、接着剤などを使用せずにテーパ紙管９をバルクヘッド１３に嵌合させておくことができる。
【００１７】
このように、一対のテーパ紙管７，９を、それぞれの大径側端部７ｃ、９ｃが対面方向に指向されるように連結することによって、長手方向の中央に最大径部を備えた中太芯部材３が構成される。ここで、金属部材によって中太芯部材を構成する場合には塑性加工などにより当初から一体物として製作することができるが、紙などの制振部材で製作する場合には塑性加工が不可能である。そこで、本発明では、一対のテーパ紙管７，９を使用することで塑性加工のできない紙などの制振部材でも中太芯部材を製作することが可能となった。また、連結部１１が生じる長手方向中央の部分が最大径部となり、この最大径部が強度的に最も厳しい条件にさらされるが、本実施の形態では、この連結部１１の内側にバルクヘッド１３が配置されることで補強効果が得られるため、テーパ紙管７，９の大径側端部７ｃ、９ｃが潰れたり拉げたりすることが防止されている。すなわち、バルクヘッド１３は、この段階で、テーパ紙管７，９の連結作用と補強作用との二つの作用を提供している。
【００１８】
一対のテーパ紙管７，９の連結が終了すると、次に図４に示されるようにテーパ紙管７，９の小径側端部７ｂ，９ｂにそれぞれ端部部品１７，１９を挿入する。さらに続いて、図５に示されるように、テーパ紙管７，９及びバルクヘッド１３を備えた中太芯部材３並びに端部部品１７，１９に対して、長手方向に貫通するように芯出し用シャフト２１を挿入する。芯出し用シャフト２１はバルクヘッド１３の中央穴１５とほぼ等しい外径を有しており、これによって、端部部品１７，１９の各軸心の位置及びテーパ紙管７，９の各軸心の位置がバルクヘッド１３で規定される軸心に一斉に揃うようになっている。よって、一般には、芯部材を複数の分離した部品を連結させて構成する場合、適切に芯の出た芯部材を得ることが容易ではなかったが、本実施の形態では上記のような手順でバルクヘッド１３及び芯出し用シャフト２１を用いることによって、適切に芯の出た中太芯部材３を容易に得ることができる。すなわち、バルクヘッド１３は、連結・補強作用に加えて芯出し作用も提供する。そして、芯出し用シャフト２１の両端にナット２３を螺合させることによって、中太芯部材３及び端部部品１７，１９を芯出し用シャフト２１に対して固定する。
【００１９】
この後、芯出し用シャフト２１が挿入された中太芯部材３及び端部部品１７，１９を、周知のフィラメントワインディング装置にセットする。フィラメントワインディング装置において、芯出し用シャフト２１を中心に中太芯部材３を回転させ、その外周に、樹脂を含浸させた炭素繊維の糸を巻きつけて中太繊維層５を構成する。中太繊維層５は、ほぼ一定の厚みを有するように形成していくことで、中太芯部材３の形状に倣った長手方向中央が外径の大きくなる中太形状に形成される。巻き付けが完了すると、中太芯部材３及び中太繊維層５を含む中太プロペラシャフト１を、周知の加熱炉内に移しそこで中太繊維層５における樹脂を硬化させ、芯出し用シャフト２１を抜き取って、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製の中太プロペラシャフト１を得る。ここで、本発明では、中太繊維層５を構成する際の糸の巻き付けの芯部材となる中太芯部材３は、脱型することなく中太繊維層５の内側に残されるため、中太形状であれば従来問題となっていた脱型を如何にして行うかといった点が問題となることがない。さらに、中太芯部材３は金属と異なり軽量な紙から形成されているため、中太プロペラシャフト１の完成品の一部として内部に残しても重量増加の問題が生じることがない。加えて、中太芯部材３は紙から形成されているため実施の際に中太繊維層５の内側において制振作用を発揮することができる。また、中太形状のプロペラシャフトは、長手方向中央は太く形成され強度に優れており、端部は細く形成され組み付けスペース面で有利となっている。また、中太の割合を変更したい場合にはテーパ紙管のテーパ率を変更することで対応できるため、設計の自由度も良好である。
【００２０】
実施の形態２．
図６をもとに本発明の実施の形態２に係る中太プロペラシャフト及びその製造方法について説明する。なお、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては実施の形態１の場合と同様であるものとする。本実施の形態の中太プロペラシャフトでは、側壁が底面の表裏両側に立ち上がったバルクヘッド２１３を用いる。バルクヘッド２１３は、実施の形態１のバルクヘッド１３を一対用意し、円形底面１３ａの下面同士を同心的に接着することによって製作される。これによって、バルクヘッド２１３においては、底面に中央穴１５を有し、底面の表裏両側に側壁が立ち上がる対称的な形態を得ている。
【００２１】
中太プロペラシャフトの製造においては、テーパ紙管７，９の一方、例えばテーパ紙管７の方にバルクヘッド２１３を部分的に差し込み、バルクヘッド２１３の露出した円筒側壁１３ｂにテーパ紙管９を嵌め合わせる。このような本実施の形態においても、実施の形態１と同様な作用効果を得ることができる。さらに、バルクヘッド２１３の底面が一対のテーパ紙管７，９の中央の連結部１１に揃うように配置・製作すれば、長手方向中央を中心として対称的な中太芯部材を実現することが可能となる。
【００２２】
実施の形態３．
次に本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態の中太プロペラシャフトでは、図７に示すような中太芯部材３０３を使用する。中太芯部材３０３は、上記実施の形態と同様に、一対のテーパ紙管３０７，３０９を連結させて構成されるが、各テーパ紙管３０７，３０９は、小径側端部と大径側端部とのそれぞれ近傍に外径一定の直管部分３０７ｄ，３０９ｄ，３０７ｅ，３０９ｅを有し、一対の直管部分の間にテーパ管部分３０７ａ，３０９ａを有する。このような態様によっても、上記実施の形態１と同様に、脱型の問題を回避しながら良好な制振性を確保した中太プロペラシャフトの実現が可能である。さらに、端部部品を挿入する部分が外径一定の直管部分であるため、その内径寸法を安定させやすい利点がある。
【００２３】
実施の形態４．
次に本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態の中太プロペラシャフトでは、図８に示すような中太芯部材４０３を使用する。中太芯部材４０３を構成する一対のテーパ紙管４０７，４０９は、相互にテーパ率が異なっている。よって、中太芯部材４０３の最大径部の位置は長手方向中央ではなく、相対的にテーパ率の大きいテーパ紙管４０７側に偏倚している。このような態様によれば、上記実施の形態１と同様の作用効果を得られることに加え、中太プロペラシャフトの最大径部の位置を偏倚させることで車両搭載時の限られた配置スペースに適合させたり、減衰させやすくするなど共振特性を所望の態様に適合させたりすることが可能となっている。
【００２４】
実施の形態５．
次に本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態の中太プロペラシャフトでは、図９に示すような中太芯部材５０３を使用する。中太芯部材５０３は、その内部にダイナミックダンパ５２５を備えている。ダイナミックダンパ５２５は、バルクヘッド１３の両側にそれぞれ環状ゴム５２７ａ，５２７ｂとそれに支持される環状ウェイト５２９ａ，５２９ｂとを備えている。環状ゴム５２７ａ，５２７ｂ及び環状ウェイト５２９ａ，５２９ｂの中央穴は、バルクヘッド１３の中央穴に同心的に整列しており、芯出し用シャフト２１の貫通を許容している。このような態様によれば、上記実施の形態１と同様の作用効果を得られることに加え、ダイナミックダンパ５２５による振動吸収効果によって振動の減衰、伝達防止を図ることができる。なお、図１０に示すように、芯出し用シャフト２１を使用しないことで、中央穴のないバルクヘッド５１３を用いその軸心部にダイナミックダンパ５２５ａを取り付けた中太芯部材５０３ａとして実施することもできる。
【００２５】
以上に説明してきた本発明の中太プロペラシャフト及びその製作方法は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な改変を施して実施することもできる。例えば、図１１に示されるように、中太芯部材は２つのテーパ紙管のみから構成されることには限定されず、２つのテーパ紙管を含みさらに他のテーパ紙管や直管を含む３つ以上の管部分から構成されていてもよい。また、バルクヘッドとテーパ紙管との連結に際しては接着剤を用いてもよい。また、バルクヘッドを介在させずにテーパ紙管同士をテープなどで接着して中太芯部材を構成することも可能である。また、上記実施の形態では、中太芯部材を構成する切頭錐体としてテーパ紙管を用いているが、本発明の切頭錐体はこれに限定されるものではなく、制振作用のある材料で構成されていれば他の形態でもよい。よって、上記実施の形態において、テーパ紙管の代わりに、テーパ樹脂管や金属以外の発泡体から形成されたテーパ管を用いることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中太プロペラシャフト及びその製造方法によれば、中太形状に起因した脱型の問題を回避することが可能で且つ良好な制振性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る中太プロペラシャフトの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に関し、一対のテーパ紙管とバルクヘッドの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に関し、テーパ紙管にバルクヘッドを差し込んだ状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に関し、バルクヘッドを介して一対のテーパ紙管を連結し、端部部品を取り付けた状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に関し、中太芯部材に芯出し用シャフトを挿入した状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に関する図２と同態様の図である。
【図７】本発明の実施の形態３に関する図４と同態様の図である。
【図８】本発明の実施の形態４に関する図４と同態様の図である。
【図９】本発明の実施の形態５に関する図４と同態様の図である。
【図１０】本発明の実施の形態５の改変例に関する図４と同態様の図である。
【図１１】本発明のさらに別の形態を説明する図である。
【符号の説明】
１…中太プロペラシャフト、３，３０３，４０３，５０３，５０３ａ…中太芯部材、５…中太繊維層、７，９，３０７，３０９，４０７，４０９…テーパ紙管（切頭錐体）、７ｃ，９ｃ…大径側端部、１１…連結部、１３，２１３…バルクヘッド（環状部材）、１５…中央穴、２１…芯出し用シャフト。
【図１】
2005016619.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】
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【図８】
2005016619.tif 000010
【図９】
2005016619.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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