(57)【要約】【課題】従来の鉄系材料のみを用いた動力伝達軸に対して、同等以上の強度と抗曲性を有しつつも、大幅に軽量化された信頼性の高い動力伝達軸を提供する。【解決手段】鋼製外殻の内径に、炭素繊維又はガラス繊維の少なくとも一方と熱硬化性樹脂からなる、一方向プリプレグ又は織物プリプレグの少なくとも一方を中空ゴム製の芯材に巻きつけた積層体を挿入し、中空ゴムを膨張させて積層体を外殻の内面に密着させた状態で加熱、保持して積層体を接着、硬化させた、複合構造の動力伝達軸を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒断面を有する動力伝達軸であって、金属製の円筒状外殻の内周面に、炭素繊維強化樹脂又はガラス繊維強化樹脂の少なくとも一方からなる繊維強化樹脂層が接着硬化されてなることを特徴とする複合構造の動力伝達軸。
【請求項２】
請求項１に記載の動力伝達軸において、前記円筒状外殻が焼入れ鋼からなり、前記繊維強化樹脂層が、一方向或いは織物プリプレグの少なくとも一つからなる積層体からなることを特徴とする動力伝達軸。
【請求項３】
請求項２に記載の動力伝達軸において、前記円筒状外殻はＨＲＣ３０以上の硬度を持つことを特徴とする動力伝達軸。
【請求項４】
円筒断面を有する動力伝達軸の製造方法であって、金属製の円筒状外殻の内径に、中空ゴム製の芯材に炭素繊維又はガラス繊維の少なくとも一方を巻きつけて積層した積層体を挿入した後、前記中空ゴム製の芯材に流体を注入して膨張させ、前記積層体を、前記円筒状外殻の内周面に密着させた状態で接着、硬化させることにより、複合構造の動力伝達軸とすることを特徴とする、動力伝達軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達機構に用いられる動力伝達軸で、特に複合材料製の動力伝達軸に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車を始めとした機械分野において、近年地球温暖化に対する炭酸ガス排出量の低減要求が強くなり、エネルギーの節減を図るために各種の部材を繊維強化樹脂とすることによって、軽量化する傾向がある。
これらの部材のうち、動力伝達部材においては、軽量化や固有振動数を高めて危険回転数を上昇させる為に、比強度や比剛性に優れたＦＲＰ材料（ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ）への代替が試みられ、使用が拡大している。しかしながら、ＦＲＰ材が単独で動力伝達部品に用いられる例は少なく、トルクを伝達するため、金属製の継ぎ手と接合して使用される。ＦＲＰと金属製合継ぎ手との接合部分には大きな力が加わるため、動力伝達部品の接合部分には十分な固定力と強度が必要となる。という課題があった。
【０００３】
ＦＲＰ材料製動力伝達部品の、金属製合継ぎ手取り付け部の強度を確保する手法として、動力伝達部品の外殻及び継ぎ手を金属で一体に形成した円筒形外殻を作成し、円筒形外殻を高速回転させてその内面に繊維を導入して、円筒形外殻の内面に繊維を巻上げた後に、樹脂を導入して固化させ、円筒形外殻の内面にＦＲＰを形成する方法が開示されている（先行技術文献１
特開平５−８３１０）。
また、中空シャフトの内径に詰め物をして強度を向上させる方法が開示されている（先行技術部文献２
特開２００５−１１３９８６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８３１０号公報
【特許文献２】特開２００５−１１３９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、先行技術文献１の発明では、円筒形外殻内面のＦＲＰの繊維配向方向に自由度が低く、ＦＲＰの繊維含有率にムラが生じやすい。また、先行技術文献２の発明では、ＣＦＲＰ円筒の端部内径と、継ぎ手のセレーション結合される歯部とのセンタリングを精度良く行うことは困難である。また、継ぎ手の歯部を用いてＣＦＲＰ円筒体の端部内径を削り取りながら圧入する為、ＣＦＲＰ円筒体の端部内径寸法及び継ぎ手歯部外径寸法のばらつきにより、圧入力及び固定力、強度のばらつきが大きくなる。さらに、セレーション結合では、回転方向の固定力は確保できるものの、軸方向の固定力を十分に大きくすることが出来ない。
そこで、本発明は、軽量且つ、継ぎ手との接続部における回転方向及び軸方向の強度を向上させた複合材料製の動力伝達軸を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、円筒断面を有する動力伝達軸であって、金属製の円筒状外殻の内周面に、炭素繊維強化樹脂又はガラス繊維強化樹脂の少なくとも一方からなる繊維強化樹脂層が接着硬化されてなることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の動力伝達軸において、前記円筒状外殻が焼入れ鋼からなり、前記繊維強化樹脂層が、一方向或いは織物プリプレグの少なくとも一つからなる積層体からなることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の動力伝達軸において、前記円筒状外殻はＨＲＣ３０以上の硬度を持つことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、円筒断面を有する動力伝達軸の製造方法であって、金属製の円筒状外殻の内径に、中空ゴム製の芯材に炭素繊維又はガラス繊維の少なくとも一方を巻きつけて積層した積層体を挿入した後、前記中空ゴム製の芯材に流体を注入して膨張させ、前記積層体を、前記円筒状外殻の内周面に密着させた状態で接着、硬化させることにより、複合構造の動力伝達軸とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は以上のような構成を有しており、従来の全鋼製動力伝達軸に対して同等以上の抗曲性を有しつつ、大幅に軽量できる。また、軽量化により固有振動数が高くなり、危険回転数を高く出来るという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による第一の実施例を示す図である。
【図２】本発明による動力伝達軸の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図1及び図２に本発明による第一の実施例を示す。
図１に於いて、動力伝達軸１は外殻２と外殻２の内周面に形成される繊維強化樹脂層３からなる。図２(a)に示すように、外殻２は鋼製円筒体に焼き入れを行い、表面硬度と強度の向上を行う。その後、一方向又は織物の繊維と熱硬化性樹脂とからなるプリプレグを中空ゴムからなる芯材４に巻きつけ、図２（ｂ）のように積層した積層体３ａを外殻２の内径に挿入し、図２（ｃ）芯材４の中に不図示の圧縮空気等の流体を注入して積層体３ａを外殻２の内面に密着させる。この状態で、積層体３ａを１３０℃で2時間保持することで、積層体３ａに含有される熱硬化性樹脂を硬化させ、外殻２の内周面に繊維強化樹脂層３を接着する。そして、芯材４を除去し、動力伝達軸１を得る。積層体３ａに用いるプリプレグはエポキシに代表される熱硬化性樹脂を２２〜５５質量％、より好ましくは２５〜４０質量％含有していることが望ましい。熱硬化性樹脂の含有量が２２質量％を下回ると、繊維間に樹脂が十分に行き渡らず、プリプレグ同士の接着性の低下及び、ボイドの発生を生じる。また、５０質量％を越えると、繊維数の減少により強度や剛性が低下する。
上記の実施例に従い作成した動力伝達軸と、従来の全鋼製動力伝達軸との重量、耐久性、抗曲性の比較結果を行ったので以下に説明する。
鋼製パイプに焼き入れ処理を行い外殻とした。そして熱硬化性樹脂を２５質量％含有する炭素繊維プリプレグを中空ゴム製の芯材に巻きつけて積層し外殻の内径に挿入した後、芯材に圧縮空気を注入して膨張させ、外殻の内面にプリプレグを密着させた。この状態で１３０℃で２時間保持してプリプレグを外殻内面に接着、硬化させ、動力伝達軸の実施例１得た。
上記実施例１と同寸法の、全鋼製動力伝達軸を比較例１として、両者の重量、耐久試験、曲げ評価試験の結果を表１に示す。なお、数値は比較例１の値を１００とした場合の実施例１の相対値を表している。
【００１０】
表１は実施例１、と、比較例１による質量及び耐久性の比較結果を示すものである。
（表１）
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表１に示すように、本発明による炭素繊維強化樹脂と、鋼製の外殻により構成される動力伝達軸は、従来の鋼製動力伝達軸並の強度、耐久性を有しながら軽量化を実現している。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
複合構造軸の製造方法として利用できる。
【符号の説明】
【００１２】
１     動力伝達軸
２     外殻
３     繊維強化樹脂層
３ａ   積層体
４     芯材
【図１】
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【図２】
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