(57)【要約】【課題】本発明は、捩り強度や危険回転数といった基本的要求を満足しつつ、より一層の軽量化を十分に発現させることができ、更に生産性に優れたトルク伝達軸を提供せんとするものである。【解決手段】本発明のトルク伝達軸は、ＦＲＰ製本体筒と、該本体筒の端部にＦＲＰ製継ぎ手部材を有し、該本体筒とＦＲＰ製継ぎ手部材が金属製接続素子を介して連結されていることを特徴とするものであり、一方の片表面には、該ＦＲＰ製本体筒との圧入接合のためセレーションが形成され、もう一方の片表面には、ＦＲＰ製継ぎ手部材と連結するための凹凸形状から成る係合部が形成されていること、凹凸形状は、歯高さがセレーション歯高さの３〜１０倍、歯ピッチがセレーションピッチの３〜１０倍の歯型形状であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製本体筒と、該本体筒の端部にＦＲＰ製継ぎ手部材を有し、該本体筒とＦＲＰ製継ぎ手部材が金属製接続素子を介して連結されていることを特徴とするトルク伝達軸。
【請求項２】
上記金属製接続素子の一方の片表面には、該ＦＲＰ製本体筒との圧入接合のためセレーションが形成され、もう一方の片表面には、ＦＲＰ製継ぎ手部材と連結するための凹凸形状から成る係合部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルク伝達軸。
【請求項３】
上記ＦＲＰ製継ぎ手部材が、フランジ形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のトルク伝達軸。
【請求項４】
上記ＦＲＰ製継ぎ手部材が、シートモールドコンパウンドまたはバルクモールドコンパウンドで形成されているものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトルク伝達軸。
【請求項５】
上記凹凸形状は、歯高さがセレーション歯高さの３〜１０倍、歯ピッチがセレーションピッチの３〜１０倍の歯型形状であることを特徴とする請求項２記載のトルク伝達軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力を伝達するために用いられるトルク伝達軸に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、運転効率の向上や環境保全といった観点から動力伝達部分の軽量化が強く望まれているが、それを達成する一つの手段としてトルク伝達軸のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）化が検討され、一部で既に採用されるに至っている。そのようなＦＲＰ製トルク伝達軸は、ＦＲＰ製の円筒状本体筒と、この本体の各端部に接合して設けた金属製継手とを有している。
【０００３】
ところで、パワープラントにおけるトルク軸は、エンジンやモーターで発生するトルクを駆動側に伝達するものであるから、１，０００〜５，０００Ｎｍ程度の捩り強度を必要とする。また、高速回転時に共振を起こさないよう、危険回転数が５，０００〜１２，０００ｒｐｍ程度であることも要求される。そのため、これらの基本的要求が満たされるよう、ＦＲＰ製の円筒状本体筒は、補強繊維の種類、含有量や、補強繊維の配列方向、層構成や、外径、内径、肉厚等のパラメータを考慮した設計がなされる。たとえば、補強繊維の配列方向の選定には、次のようなことが考慮される。すなわち、主として捩り強度に関しては、補強繊維を本体筒の軸方向に対して±４５゜の角度で配列するのが最も効果的であるが、主として捩り座屈強度に関しては、軸方向に対して±８０〜９０゜の角度で配列するのが最も効果的である。また、主として危険回転数に関しては、補強繊維を可能な限り軸方向に配列してその軸方向における曲げ弾性率を大きくし、高い曲げ共振周波数が得られるようにする。
【０００４】
このように、本体筒においては、捩り強度と危険回転数といった基本的要求に関して最も効果的な補強繊維の配列方向が存在するので、これらの要求に好適な配列方向を組み合わせた層構成を採ることになるが、捩り強度の問題は外径や肉厚等の寸法面からも解決できることから、通常は、補強繊維の配列方向への依存性の大きい危険回転数を優先した設計がなされ、補強繊維が軸方向に対して小さな角度で配列された層の割合を多くしている。トルク軸に必要なＦＲＰ製本体筒に関する設計が可能となるがトルク軸として性能を発揮するためにはパワープラントとのトルク伝達のため継ぎ手部材との接合が必須となる。ところが、そのために以下において説明するような問題が起こっている。
【０００５】
これまでに色々な発明が成されているが特許文献１ではフィラメントワインディング法によりチューブ状に形成されたＦＲＰ製のシャフト本体筒の両端内部に、ゴム弾性体を介して金属製のジョイントヨーク（継ぎ手部材）を圧入して相互に連結してなる車両用プロペラシャフト（トルク軸）に関するものが挙げられる。この発明によってもゴム弾性体とのＦＲＰ製本体筒との摩擦力に依存し、十分なねじり強度が得られない、またゴム弾性体が接着される金属製ジョイントヨークは重量が嵩みＦＲＰ製本体筒を用いる本来の目的である軽量化に対し十分な効果が得られていないこと、ゴム弾性体の耐久性や耐環境性を考慮した設計が明らかになっていない等の問題があった。
【０００６】
すなわち、軽量化に関して言えば、円筒状本体筒のＦＲＰ化によってかなりの部分が軽量化されているが、両端部の継ぎ手部材が金属であるために重量の軽減に限界があるからである（例えば、特許文献２参照）。かかる問題を解決しようとして、従来ＦＲＰ製の円筒状本体筒と、この本体筒の端部に接合して設けたＦＲＰ製の継手部分とを有し、成形時に一体化することで軽量化を発現しようとした、トルク伝達用シャフトが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、この場合でも、ＦＲＰ製本体筒と継ぎ手部材との間で連続的に成形することは困難であるため、境界層での接着強度に依存することとなり、実際に製作した製品において、パワープラントで発生したトルクを駆動側に伝達する際に発生する捩り強度を十分に備え、かつ充分な軽量化を図る状態となっているかは不明な状態にあった。
【特許文献１】特開平３−２２３５１３号公報
【特許文献２】特公昭６２−５３３７３号公報
【特許文献３】特開平６−８７３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来のトルク伝達軸に鑑み、捩り強度や危険回転数といった基本的要求を満足しつつ、より一層の軽量化を十分に発現させることができ、更に生産性に優れたトルク伝達軸を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明のトルク伝達軸は、ＦＲＰ製本体筒と、該本体筒の端部にＦＲＰ製継ぎ手部材を有し、該本体筒とＦＲＰ製継ぎ手部材が金属製接続素子を介して連結されていることを特徴とするものである。
【０００９】
かかる本発明のトルク伝達軸の好ましい態様は、以下の通りである。
（１）一方の片表面には、該ＦＲＰ製本体筒との圧入接合のためセレーションが形成され、もう一方の片表面には、ＦＲＰ製継ぎ手部材と連結するための凹凸形状から成る係合部が形成されていること。
（２）上記ＦＲＰ製継ぎ手部材が、フランジ形状を有すること。
（３）上記ＦＲＰ製継ぎ手部材が、シートモールドコンパウンドまたはバルクモールドコンパウンドで形成されているものであること。
（４）上記凹凸形状は、歯高さがセレーション歯高さの３〜１０倍、歯ピッチがセレーションピッチの３〜１０倍の歯型形状であること。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、最も軽量なＦＲＰ製トルク伝達軸を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、前記課題、つまり捩り強度や危険回転数といった基本的要求を満足しつつ、より一層の軽量化を十分に発現させることができ、更に生産性に優れたトルク伝達軸について鋭意検討し、ＦＲＰ製本体筒と、該本体筒の端部にＦＲＰ製継ぎ手部材を有し、該本体筒と該ＦＲＰ製継ぎ手部材とを、特定な金属製接続素子を介入させて、これらを連結させてみたところ、前記課題を一挙に解決することを究明したものである。
【００１２】
本発明におけるＦＲＰ製本体筒は、強化繊維とマトリックス樹脂から構成される繊維強化プラスチックの積層体から構成され、中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わされた積層体から構成される。特に自動車用のトルク伝達軸は高速で回転するため曲げ共振における危険回転数を高く設計すること、併せてエンジンから伝達される高いトルクに対するねじり強度を保持することが必要となる。そのため、危険回転数を高く設計するためには強化繊維をＦＲＰ製本体筒の軸方向に配向することが好ましく０〜２０°の範囲で設計される。一方、ねじり強度は強化繊維の４５°方向に配向させることが有効であり、かつ座屈変形を防止するため円周方向巻きを含むことが好ましい。
【００１３】
以上のように、本発明におけるＦＲＰ製本体筒は、要求される仕様に合わせて、積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わされた積層体から構成され、さらに該ＦＲＰ製本体筒の内径、外径などの寸法条件により、ＦＲＰ製本体筒の危険回転数、ねじり強度の性能が設計される。
【００１４】
更に、ＦＲＰ製本体筒の両端部には接合のための補強層を設けることが好ましい。この補強層はＦＲＰ製本体筒の軸方向に対し８０〜９０°の角度で構成され、後述する金属製接続素子の長さに合わせて設けることができる。また該補強層の厚さは必要とされる接合強度に合わせ増減することが可能である。また該補給層のＦＲＰ製本体筒の中央部に向かう先端部はテーパー形状とすることで、ＦＲＰ製本体筒の成形性を妨げることなく、強度的に優れたＦＲＰ製本体筒を得ることができる。
【００１５】
本発明におけるＦＲＰ製本体筒を構成するマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を使用するが、他の樹脂、たとえばポリアミド、ポリカーボネード、ポリエーテルイミドなどの熱可塑性樹脂を用いても良い。また、強化繊維については炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を使用することが可能であり、これらを併用することも可能である。
【００１６】
本発明におけるＦＲＰ製継ぎ手部材は、一般に用いられるＦＲＰの成形方法、ハンドレイアップ、レジントランスファーモールデイング（ＲＴＭ）などいずれの方法によっても成形が可能であるが、本発明においては、シートモールディングコンパウンドまたはバルクモールディングコンパウンドを用いることが好ましい。シートモールディングコンパウンド（sheet molding compound、以下、「ＳＭＣ」と略す。）は、ガラス繊維のチョップドストランド（繊維のストランドを適切な長さに切断したもの）、マット、ロービングクロス、ポリエステルなどの有機繊維系不織布などに、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂配合物などの熱硬化性樹脂を含浸させた後、ゲル化させた成形材料である。この成形材料を継ぎ手部材成形用の金型に所定量セットし、加圧＋加熱することで熱硬化性樹脂を硬化させ、所定の形状を有する、ＦＲＰ製継ぎ手部材を得ることができる。
【００１７】
また、必要に応じて、ＳＭＣには、低収縮剤、充填材、増粘剤、離型剤、着色剤などが添加されていてもよい。バルクモールディングコンパウンド（bulk molding compound、以下、「ＢＭＣ」と略す。）は、ガラス繊維のチョップドストランド、ポリエステルなどの有機繊維のチョップドストランドなどに、硬化剤および縮合剤を配合した不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などを混入または含浸させ、さらにこれをゲル化させた成形材料である。また、必要に応じて、ＢＭＣには、充填材、増粘剤、離型剤、着色剤などが添加されていてもよい。また、このようなＳＭＣ、ＢＭＣは、繊維の含有量、繊維の長さなどを選択、調整することにより、機械的強度、弾性率などを制御することができる。
【００１８】
更に、後述する金属製接続素子と係合するための凹凸部を金型に加工を施しておけば、後加工が不要となり精度の高く、低コストの加工が可能となる。後述する金属製接続素子との接続強度を確保するため、歯型形状、角形スプライン形状、インボリュートスプライン形状とすることが好ましい。
【００１９】
また、このＦＲＰ製継ぎ手部材の成形時に、かかる金属製接続素子をインサート成形して、一体化することも可能である。
【００２０】
かかるＦＲＰ製継ぎ手部材は、フランジ形状とすることが相手部材との連結方法として好ましく、かくすることにより、継ぎ手部材の連結部はＦＲＰ製本体筒より径を大きく設計することが可能となり、ＦＲＰ製継ぎ手部材でのトルク伝達が無理なく実施可能となる。特にボルト連結部は、面圧強度が必要とされるため、必要な強度を有する素子材を配置することもできる。
【００２１】
本発明における金属製接続素子の一方の片面（外側面）には、該ＦＲＰ製本体筒との圧入接合時に切り込み歯構成する軸方向に延びたセレーションが配置される。良好な切り込み状態を確保するため、かかるセレーションの先端Ｒは０．０４ｍｍ程度が好ましく、また頂角は６０〜１００°が強度確保の点で好ましい。ピッチは１〜３ｍｍ、歯高さは０．５〜２ｍｍが機械加工、および接合強度確保の点で好ましい。ＦＲＰ製本体筒の端部に配置された強化繊維による補強層とこのセレーション形状により、設定された圧入代の元、圧入接合によりセレーション先端部のＦＲＰ製本体筒内周面への確実・強固な切り込みがなされ、かつ補強層の把持効果によりトルク伝達が確実に成される。また、該金属製接続素子の、他方の片面（内側面）には、該ＦＲＰ製継ぎ手部材と係合するための凹凸部が形成される。
【００２２】
この凹凸部は歯型形状であることが好ましく、中でも、角形スプライン形状、インボリュートスプライン形状が好ましく用いられる。該金属製接続素子の軸方向長さ、肉厚などの形状寸法は必要とされる強度と安全率から決定されるが、凹凸部として好ましく用いられる歯型形状の歯高さはセレーション歯高さの３〜１０倍、歯ピッチはセレーションピッチの３〜１０倍であることがねじり強度確保および軽量化の点で好ましい。
【００２３】
前述したＦＲＰ製継ぎ手部材もＳＭＣ材またはＢＭＣ材を使用するため歯高さがセレーションの３倍未満、歯ピッチが３倍未満の細かな形状ではプレス成形時に十分な、形状の賦形と補強繊維の配向が行えないことがあり、材料強度を発現させることが困難となる場合があるからである。また、歯高さがセレーションの１０倍を超え、歯ピッチが１０倍を超えると金属製継ぎ手部の肉厚が厚くなるため、金属製接続素子の重量が大となり、本来目的である軽量化の効果が薄れる場合があるためである。
【００２４】
上述のセレーションの寸法から凹凸部を形成する歯型形状の歯高さは１．５ｍｍ〜２０ｍｍ、ピッチは３〜３０ｍｍとなる。
【００２５】
ＦＲＰ製本体筒は炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維に樹脂を含浸させシート状に加工したプリプレグをマンドレルに巻き付けて成形するシートワインディングや、前述の強化繊維に樹脂を含浸させながらマンドレルに巻き付けて成形するシートワインディングにより形成される。このＦＲＰ製本体筒は強度性能およびバランス特性のため高精度の円筒度および真直度が要求されるため、必要とされる精度以上のマンドレルにて成形される必要がある。
（１）この時、マンドレルに凹凸形状を予め設け、成形時にＦＲＰ製本体筒の内面側に強化繊維を沿わした状態で凹凸形状を設けることは非常に困難である。
（２）マンドレルに凹凸形状を設けた場合、脱芯作業を行うためにはマンドレルを分割構成にする必要がでて来る。この場合、製造コストのアップを伴うこと、ねじり強度や品質性能の確保が困難となる。
（３）成形後に機械加工によって凹凸形状を付与することも可能であるが、製造工程が増えコストアップとなる。
【００２６】
以上の理由から、本発明ではＦＲＰ製本体筒と金属製接続素子との接合に、セレーションと圧入による接合を用いている。更に、ＦＲＰ製本体筒の接合部分に円周方向の補強層を配することで、セレーションの確実な食い込みと把持力を得て必要なねじり強度を得ることができる。
【００２７】
一方、ＦＲＰ製継ぎ手部材はＳＭＣ材またはＢＭＣ材による成形方法では、ＦＲＰ製本体筒で用いた強化繊維による補強層の配置を接合部分に行うことが困難なため、把持力を得ることができない。そのためＦＲＰ製継ぎ手部材ではセレーションと圧入による接合方法では十分なねじり強度を得ることが困難である。逆にＳＭＣ材などを用いたプレス成形では、セレーションに比べ大きな凹凸形状を成形体に、加工することが可能となり、該金属製素子の外側に同形状の凹凸を配置すれば簡単に接合することが可能となる。更に、ＳＭＣ材やＢＭＣ材のプレス成形時に金属製接続素子のインサート成形を行えば、金属製接続素子とＦＲＰ製継ぎ手部材の一体化も簡単に実施することが可能となる。
【００２８】
上述した、３つの構成部材を組み立てることにより本発明のトルク伝達軸を得ることができる。
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施の態様について図面を参照して具体的に説明する。図１、２は本発明が適用されたトルク伝達軸の一態様を示している。ＦＲＰ製本体筒２の両端にはＦＲＰ製継ぎ手部材３が接合され一体化している。図２の断面で示すようにＦＲＰ製本体筒２とＦＲＰ製継ぎ手部材３は接合部分に設けられた金属製接続素子４を介して接合されている。図３は本発明に用いるＦＲＰ製本体筒２の一態様を示す。ＦＲＰ製本体筒２の両端接合部には円周方向巻きによる部分補強層２ｂが設けられている。補強層の中央部側は成形性のため、テーパー状とすることも好ましい。ＦＲＰ製本体筒の中央部における強化繊維の積層構成は８０〜９０°で構成される内層円周方向巻き２ｃおよび外層円周方向巻き２ｄ、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わされた主層２ａから構成される。この主層２ａはトルク伝達軸の主要特性である軸方向弾性率やねじり強度の特性に合わせて、適切な角度、肉厚を採用することができる。図４は本発明に用いるＦＲＰ製継ぎ手部材３の一態様を示す。ＦＲＰ製継ぎ手部材３はＳＭＣ材やＢＭＣ材を用いたプレス成形にて形成され、ＦＲＰ製本体筒との接合部分には、後述する金属製接続素と契合する凹凸部３ａが設けられている。またフランジ部３ｂには外部機器との接続を行うためのボルト孔３ｃが形成されている。図５は本発明に用いる金属製接続素子４の一態様を示す。金属製接続素子４は円筒スリーブ形状で外表面には、ＦＲＰ製本体筒との圧入接合を行うためのセレーション部４ａが加工されている。また、圧入接合のため、セレーション外径はＦＲＰ製本体筒の内径より大きな外径を有する。ＦＲＰ製継ぎ手部材の凹凸部３ａの形状に合わせた凹凸形状が４ｂとして金属製接続素子４の内側に形成される。金属製接続素子の先端部はＦＲＰ製本体筒の圧入接合の案内とするため、テーパー部４ｃが設けられている。
【００３０】
以下、本発明のトルク伝達軸の最良の実施態様の例にとって、図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図１、２に本発明によるトルク伝達軸１をしめす。トルク伝達軸はＦＲＰ製本体筒２、ＦＲＰ製継ぎ手部材３、金属製接続素子４によって構成されている。
【００３２】
フィラメントワインディング法によってＦＲＰ製本体筒２を成形した。全体の形状および、積層構成を図３に示す。すなわち、炭素繊維束（平均単糸径：７μｍ、単糸数：１２，０００本、引張強度３５３０ＭＰａ 、引張弾性率：２３０ＧＰａ）を６本引き揃え、これを、酸無水物系硬化剤および硬化促進剤を含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含浸しながら、外径７０ｍｍ、長さ１，４００ｍｍのマンドレルに、まず、その一端部１００ｍｍの部分に軸方向に対して±８３゜の角度で往復８層巻き付けて厚み２．５ｍｍの部分補強層２ｂを形成する。このとき軸方向に往復距離を変化させテーパー形状とした。次に連続して他端部に＋８３°にて内層円周方向巻き２ｃ厚さ０．２ｍｍを形成しながら移動して同様に部分補強層２ｂを形成し、引き続きマンドレルの全長にわたって軸方向に対して±１２゜の角度で４層巻き付けて厚み２．１ｍｍの主層２ａを形成し、さらに、マンドレルの全長にわたって軸方向に対して−８３゜で外層円周方向巻き２ｄ厚さ０．２ｍｍを形成した。
【００３３】
次に、マンドレルを回転させながら１００℃で２時間更に、１５０℃で４時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させ、マンドレルを引き抜いた後、各端部１００ｍｍの部分を切断、除去して、中央部外径が７５ｍｍ、各端部の外径が８０ｍｍ、内径が７０ｍｍ、長さが１，２００ｍｍの、１．２ｋｇの図３に示すようなＦＲＰ製本体筒２を得た。図３において、２ａはＦＲＰ製本体筒２の全長にわたって延在するする主層であり、２ｂは上記ＦＲＰ製本体筒２の端部において上記主層２ａと一体に設けた部分補強層である。
【００３４】
ＦＲＰ製継ぎ手部材３はプレス成形により成形した。形状は図７に示す。すなわち、カットされた補強繊維と樹脂主剤と硬化材の配合されたシート材を継ぎ手部材形状に合わせたキャビティを有する上下型にセットし、温度をかけながら圧力を負荷し、キャビティの形状に賦形させ、かつ加熱することで熱硬化製樹脂を硬化させ、ＦＲＰ製継ぎ手部材３を得ることができる。このとき係合部には、後述する金属製接続素子と契合するための雄形状の凹凸部３ａを設け、フランジ面にはこの他の部材と結合するためのボルト孔３ｃを設けた。ＦＲＰ製継ぎ手の該寸はフランジ外径は１５０ｍｍ、板厚１５ｍｍ、全長６５ｍｍ、凹凸部外径６０ｍｍ、内径３８ｍｍであり、ピッチ円直径１２０ｍｍに８ヶのボルト孔を有する、このときＦＲＰ製継ぎ手部材の重量は０．６３ｋｇ／個であった。
【００３５】
次に、金属製接続素子４について図６に示す。外周面に、セレーション部４ａを有し、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、頂角９０°、ピッチ２ｍｍの加工が施されている。
【００３６】
圧入接合するために、セレーション外径は７０．４ｍｍとした。接合長は４０ｍｍとし、最小部肉厚を４．３ｍｍとした。４ｃは、ＦＲＰ製本体筒を圧入する際の案内部とするため１０°の角度を付与した。また、接続部内周面には係合部雌形状の凹凸部４ｂが設けられている。この形状は、上述したＦＲＰ製継ぎ手部材３の係合部と噛み合うよう歯型形状寸法を一致させる。この実施例での歯型形状は歯数１８、ｍ＝３、基準径５４ｍｍで構成され、ピッチ９．４２ｍｍで歯高さは約６ｍｍであった。
【００３７】
セレーションの歯形状との寸法比は、歯高さ６／０．９＝６．７、歯ピッチ９．４２／２＝４．７１であった。この時の金属製接続素子の重量は０．４７ｋｇ／個であった。
【００３８】
これらの３つの部材を順次接合することにより図１，２に示す、トルク伝達軸１を得ることができる。先ず、金属製接続素子４をＦＲＰ製継ぎ手部材３へ嵌めてから、ＦＲＰ製本体筒２の両端にＦＲＰ製継ぎ手部材を圧入接合することにより全体の組み立てが完了する。
【００３９】
今回実施例での組み立て後の重量は３．４ｋｇであり、ＦＲＰ製本体筒の軽量化効果を活かしたトルク伝達軸が得られた。
【００４０】
（比較例１）
フィラメントワインディング法によってＦＲＰ製本体筒２を成形した。全体の形状および、積層構成を図３に示す。すなわち、炭素繊維束（平均単糸径：７μｍ、単糸数：１２，０００本、引張強度３５３０ＭＰａ、引張弾性率：２３０ＧＰａ）を６本引き揃え、これを、酸無水物系硬化剤および硬化促進剤を含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含浸しながら、外径７０ｍｍ、長さ１，４００ｍｍのマンドレルに、まず、その一端部１００ｍｍの部分に軸方向に対して±８３゜の角度で往復８層巻き付けて厚み２．５ｍｍの部分補強層２ｂを形成する。このとき軸方向に往復距離を変化させテーパー形状とした。次に連続して他端部に＋８３°にて内層円周方向巻き２ｃを形成しながら移動して同様に部分補強層２ｂを形成し、引き続きマンドレルの全長にわたって軸方向に対して±１２゜の角度で４層巻き付けて厚み２．１ｍｍの主層２ａを形成し、さらに、マンドレルの全長にわたって軸方向に対して−８３゜で外層円周方向巻き２ｄを形成した。
【００４１】
次に、マンドレルを回転させながら１００℃で２時間更に、１５０℃で４時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させ、マンドレルを引き抜いた後、各端部１００ｍｍの部分を切断、除去して、中央部外径が７５ｍｍ、各端部の外径が８０ｍｍ、内径が７０ｍｍ、長さが１，２００ｍｍの、１．２ｋｇの図３に示すようなＦＲＰ製本体筒２を得た。図３において、２ａはＦＲＰ製本体筒２の全長にわたって延在するする主層であり、２ｂは上記ＦＲＰ製本体筒２の端部において上記主層２ａと一体に設けた部分補強層である。
【００４２】
継ぎ手部材はスチール製を用い、該フランジ部分の寸法を実施例と合わせた。このためスチール製継ぎ手部材の重量は約２．４ｋｇ／個であった。
【００４３】
更に、金属製継ぎ手部材の接続部分には、セレーション部を有し、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍの加工が施されている。接合長は４０ｍｍとし、最小部肉厚を５ｍｍとした。ＦＲＰ製本体筒の両端にスチール製継ぎ手部材を圧入接合することによりトルク軸を得ることができる。今回比較例でのトルク軸の重量は６ｋｇであり、本発明のトルク伝達軸より２．６ｋｇ重くＦＲＰ製本体筒を用いた軽量化効果が十分に得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、トルク伝達軸として利用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一例を示すトルク伝達軸の正面図である。
【図２】本発明の一例を示すトルク伝達軸の正面断面図である。
【図３】本発明におけるＦＲＰ製本体筒の一例を示す正面、断面図である。
【図４】本発明におけるＦＲＰ製継ぎ手部材の一例を示す正面、側面図である。
【図５】本発明における金属製接続素子の一例を示す正面、側面図である。
【図６】本発明における金属製接続素子の一例を示す正面、側面図である。
【図７】本発明におけるＦＲＰ製継ぎ手部材の一例を示す正面、側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ：トルク伝達軸
２  ：ＦＲＰ製本体筒
２ａ：主層
２ｂ：部分補強層
２ｃ：内層円周方向巻き層
２ｄ：外層円周方向巻き層
３  ：ＦＲＰ製継ぎ手部材
３ａ：凹凸部
３ｂ：フランジ部
３ｃ：ボルト孔
４  ：金属製接続素子
４ａ：セレーション部
４ｂ：凹凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007271079.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007271079.tif 000009