JP2001304235A - プロペラシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来使用されている高ねじり強度を有するＦ
ＲＰ製プロペラシャフトと同等のねじり強度を確保しつ
つ、製造コストを削減し、自動車等の軽量化が図れ、ま
た破断時の破断位置のコントロールが可能なプロペラシ
ャフトを提供する。 【解決手段】 プロペラシャフトのチューブ１にねじり
強度の高い強化部１０ａを設ける。このように、チュー
ブ１全体のねじり強度を高くするのではなく、チューブ
軸方向の少なくとも一部にねじり強度の高い強化部１０
ａを設けることにより、チューブ１のねじり強度を確保
しながら、その製造コストを下げることができ、また自
動車等の軽量化を図ることができる。一方、強化部１０
ａを設けるということは、言い換えるとねじり強度の低
い非強化部を設けることであり、チューブ１が座屈を起
こす場合は、非強化部で座屈するように座屈位置をコン
トロールすることができる。

Description

【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、より詳細には繊維を配合して強化した樹脂（以下Ｆ
ＲＰと称す）からなるチューブを有するプロペラシャフ
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】プロペラシャフトは、フロントエンジン
リアドライブ型の自動車、農業機械等に使用されてお
り、エンジン等で発生する動力を後輪に伝える役割を有
する動力伝達部品である。このプロペラシャフトは、例
えば、自動車等の変速機と差動装置との間に配置されて
おり、エンジン等の回転トルクを後輪に伝える役割を有
している。

【０００３】一般にプロペラシャフトは、円筒状のチュ
ーブと、そのチューブの一端に接合され変速機に連結さ
れる前方ジョイント部と、そのチューブの他端に接合さ
れ差動装置に連結される後方ジョイント部から構成され
る。このうち、エンジンで発生する回転トルクを後輪に
伝えるのに最も重要な役割を有するのはチューブであ
る。このためプロペラシャフトのチューブには高いねじ
り強度を有することが要求される。近年、これら自動車
等の軽量化、低騒音化、燃費向上等の要請に鑑み、一部
の車両ではチューブの材料が、スチールからＦＲＰに移
行しつつある。

【０００４】すなわち、ＦＲＰはスチールと比較して比
強度、比弾性率が大きいため、所望の機械的特性を有す
るために必要な重量が少なくて済むため、自動車等の軽
量化に有利である。要求される特性であるＦＲＰ製チュ
ーブのねじり強度は、チューブがねじり座屈により破壊
する際の抵抗ねじりモーメントであり、このねじり強度
は、樹脂中に配合された繊維の種類、配合角、量等に依
存している。具体的には樹脂中に配合された繊維が高引
張強度、高弾性率を有するほどチューブのねじり強度は
高くなり、また、繊維のチューブ軸方向に対する配向角
を適正化することでチューブのねじり強度は高くなり、
さらに、チューブ軸方向の単位長さあたりに配合される
繊維量が多いほどチューブのねじり強度は高くなる。し
たがって、従来は、ねじり強度を上げる一つの具体的方
法として、チューブ軸方向単位長さあたりの繊維量を増
やすために、繊維をチューブに巻回して形成される繊維
層の層数を、チューブ全長にわたって増やす方法が用い
られていた。特開平７−９１４３０においては、この方
法により製造されたプロペラシャフト用チューブについ
て説明されているが、この方法により製造されたチュー
ブは、チューブ全長にわたって繊維層の積層数が多いの
で、ねじり強度を上げないチューブと比較して、ＦＲＰ
の使用量が多く、またその重量も重かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＦＲＰに使用
する繊維には一般的に高価なものが多いため、上記特開
平７−９１４３０に記載のチューブのように、ＦＲＰ製
チューブ全体について繊維量を増やすと、製造コストが
上昇するという問題がある。また、繊維量を増やした分
だけ、プロペラシャフトも重くなるため、自動車等の軽
量化という要請に反するという問題もある。

【０００６】ＦＲＰ製チューブは、通常の使用条件下に
おけるねじり強度は充分確保されており、破壊すること
はない。しかし、本発明者は、積極的に自動車等の安全
性を確保するという点からは、通常の使用条件を超過す
る過大トルクをチューブ加えチューブのねじり座屈を研
究する必要があると考えた。この研究により、チューブ
がねじり座屈を起こす場合、座屈部はチューブ中央部付
近に集中していることが分かった。

【０００７】また同様に、本発明者は、積極的に自動車
等の安全性を確保するという点からは、通常の使用条件
では到底起こり得ない状態を想定して試験する必要があ
ると考え、意図的にチューブを破壊させ、チューブの破
壊位置による自動車等のボディに与える影響について研
究を行った。その結果、自動車等が前進する場合、チュ
ーブの前部側で破壊が生じると、破壊したチューブ片の
うち短いチューブ前片は前方ジョイントに引きずられる
ような状態で地面に接触するため、自動車等のボディに
不都合を与えるおそれはないが、長いチューブ後片は破
壊部が突き刺さるように地面に接触し、後方ジョイント
を介して自動車等のボディに不都合を与えるおそれがあ
る等、安全性に問題があることが分かった。

【０００８】本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、プロ
ペラシャフトのチューブ全体を強化するのではなく、チ
ューブにねじり強度の高い強化部を設けることにより、
チューブ軸方向の任意の位置のねじり強度を高くするこ
とができるとの知見を得た。本発明は上記知見に基づい
てなされたものであり、製造コストが安価で重量が軽
く、かつねじり強度が高いプロペラシャフトを提供する
ことを課題とし、またチューブが破壊に至るような非常
時における安全性の高いプロペラシャフトを提供するこ
とを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のプロペラシャフ
トは、繊維を配合して強化した樹脂からなる円筒状のチ
ューブを備えてなるプロペラシャフトであって、前記チ
ューブは、軸方向の中間部に、少なくとも一つ他の部分
と比較してねじり強度の高い強化部を有することを特徴
とする（請求項１に対応）。

【００１０】チューブは、前方ジョイントと接合される
部分である前端部と、後方ジョイントと接合される部分
である後端部と、その間に存在する中間部に区分するこ
とができる。本実施形態はその中間部に、ねじり強度の
高い強化部を設けることを特徴とする。このように、チ
ューブ全体のねじり強度を高くするのではなく、チュー
ブ軸方向の少なくとも一部にねじり強度の高い強化部を
設けることにより、チューブのねじり強度を確保しなが
ら、その製造コストを下げることができ、自動車等を軽
量化することができる。

【００１１】一方、強化部を設けるということは、言い
換えるとチューブに相対的にねじり強度が弱い非強化部
を設けることである。チューブがねじり座屈を起こす場
合は、この非強化部で座屈を起こすので、非強化部の位
置を調節することによりねじり座屈による破壊位置をコ
ントロールし、チューブが破壊に至るような非常時にお
ける安全性を確保することができる。

【００１２】また、本発明のプロペラシャフトは、強化
部が、中間部の他の部分と比較して、チューブの単位長
さあたりに配合される繊維の量が大きくなるように形成
されている態様とすることができる（請求項２に対
応）。

【００１３】つまり、チューブの単位長さあたりに配合
される繊維の量、すなわち繊維の質量または体積の少な
くとも一方を大きくすることにより強化部を形成するも
のである。強化部を作る方法には、チューブ軸方向の所
望の部分だけ軸方向に対する繊維の配向を変える方法、
チューブ軸方向の所望の部分だけ他の部分に使用する繊
維より高い弾性率、引張強度を持つ繊維に繊維の種類を
変える方法等がある。

【００１４】しかし、所望の部分だけ繊維の配向を変え
る方法では、ねじり強度を高くするには繊維の配向度を
適正化する等の必要がある。また、チューブ軸方向の所
望の部分だけ他の部分に使用する繊維より高い弾性率、
引張強度を持つ繊維に繊維の種類を変える方法では、強
化部と非強化部との界面、つまり繊維の変わり目を補強
する等の細工を施す必要がある。これらの方法と比較し
て、単位長さあたりの繊維量を増やす方法は製造工程が
単純で、より簡易に強化部を作ることができる。

【００１５】また、本発明のプロペラシャフトは、チュ
ーブがその全長にわたって繊維が巻回された複数の層か
らなる主繊維層により形成され、強化部が主繊維層に加
え、繊維が巻回された強化繊維層をさらに積層して形成
されている態様とすることができる（請求項３に対
応）。

【００１６】つまり、繊維が巻回された層によりチュー
ブを形成し、チューブ軸方向の一部だけこの繊維層を増
やすことにより繊維量を大きくし強化部を形成するもの
である。繊維を巻回してチューブを製造する方法の一つ
にフィラメントワインディング法（以下ＦＷ法と称す）
がある。この方法は、繊維供給部から樹脂を含浸させた
繊維を供給し、この繊維を円柱状の型に巻き付け繊維層
を形成し、その後これを硬化、脱型し、最後に両端を切
り揃えてチューブを成形する方法である。この方法によ
ると繊維供給部が円柱状の型の軸と平行に移動しながら
繊維は型に巻き付けられるので、繊維供給部が型の全長
分を一回または複数回往復移動し繊維が型の全長に配列
され繊維層が一層形成される。したがって、この繊維供
給部が移動を繰り返すことにより主繊維層が形成され
る。その後、さらにチューブ軸方向のねじり強度を高く
したい部分にだけ、主繊維層に加え繊維を巻回して繊維
層を積層させ強化繊維層を形成することができる。この
ように、例えばＦＷ法によると、積層という簡単な方法
で強化繊維層を形成することができる。

【００１７】また、本発明のプロペラシャフトは、主繊
維層にさらに強化繊維層を積層して強化部を形成する上
記態様において、その強化繊維層が主繊維層の最外層外
側に存在する態様とすることができる（請求項４に対
応）。つまり、本態様は強化繊維層をチューブの外周面
に形成するものであり、これによれば、主繊維層は強化
層があっても円筒軸方向に対して平行に積層され、繊維
層厚さ方向の曲がりがないので、チューブ品質を安定的
に製作できるというメリットがある。

【００１８】また、本発明のプロペラシャフトは、主繊
維層にさらに強化繊維層を積層して強化部を形成する上
記態様において、その強化繊維層が主繊維層の最内層内
側に存在する態様とすることができる（請求項５に対
応）。つまり、本態様は強化繊維層をチューブの内周面
に形成するものであり、これによれば、ねじり時のチュ
ーブ径収縮に対して、最内層内側の強化繊維層はそれ自
身が破壊するまで、チューブ収縮するねじりに対向でき
るというメリットがある。

【００１９】また、本発明のプロペラシャフトは、主繊
維層にさらに強化繊維層を積層して強化部を形成する上
記態様において、その強化繊維層が主繊維層の層間に存
在する態様とすることができる（請求項６に対応）。つ
まり、本態様は強化繊維層を主繊維層の層間に形成する
ものであり、これによれば、上記の中間的な性能を持つ
というメリットがある。

【００２０】また、本発明のプロペラシャフトは、強化
部が、チューブ全長を１００％とした場合において、チ
ューブ前端から３０％の長さの位置と前端から７０％の
長さの位置とで区画される区間に、少なくとも一つ存在
する態様とすることができる（請求項７に対応）。つま
り、強化部をチューブの中間部軸方向の中央部に設置す
る態様である。前述したように、チューブがねじり座屈
を起こす場合、座屈位置はチューブの中央付近に集中し
ている。したがって、チューブ軸方向全体ではなく、中
央付近だけにねじり強度の高い強化部を設けることによ
り、チューブ全体のねじり強度を高くすることができ、
また、チューブ全体を強化する場合と比較して、チュー
ブの製造コストが削減でき、自動車等を軽量化すること
ができる。

【００２１】また本発明のプロペラシャフトは、チュー
ブ軸方向の、強化部で区切られた各区間のうち最も長い
区間の中央が、チューブ全長を１００％とした場合にお
いて、チューブ前端から５０％の長さの位置と前端から
１００％の長さの位置で区画される区間に位置する態様
とすることができる（請求項８に対応）。つまり、チュ
ーブがねじり座屈を起こす場合、座屈位置は強化部で区
切られた区間のうち最も長い区間の中央（中間点）付近
に集中する。本実施態様は、強化部で区切られた区間の
うち最長区間の中央をチューブ後部側に配置する態様で
ある。

【００２２】前述したように、チューブが破壊に至るよ
うな非常時の場合、破壊位置がチューブの前部側にある
と、破壊片が自動車等のボディに不都合を与えることも
考えられる。したがって、後部側で破壊するように破壊
位置をコントロールすることにより、前部側での破壊を
防ぎ破壊片がボディに不都合を与えることを効果的に防
ぐことができる。すなわち、安全性の高いチューブを提
供することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプロペラシャフト
の実施の形態を、基本的実施形態、変形的実施形態の項
目に分けて図を参照しつつそれぞれ説明する。

【００２４】〈基本的実施形態〉図１に本発明のプロペ
ラシャフトの基本的な実施の形態を示す。図１に示すプ
ロペラシャフトは円筒状のチューブ１と、チューブ１の
前端部１１に嵌挿され、例えば変速機と連結される前部
のジョイント２と、チューブ１の後端部１２に嵌挿さ
れ、例えば差動装置と連結される後部のジョイント２と
から構成されている。チューブ１は軸方向の中間部１０
に強化部１０ａを有する。ここで、強化部１０ａはチュ
ーブ１の中間部１０の中央付近に存在している。中央付
近に強化部を設置する理由は、チューブがねじり座屈を
起こす中央付近を強化する目的からである。また、チュ
ーブ１の前端部１１および後端部１２は、セレーション
加工されたジョイント２が嵌挿されているため繊維層に
より強化されている。

【００２５】図２にこのチューブ１の中間部１０の中央
付近の断面を示す。チューブ１は、チューブ全長にわた
って繊維が巻回された複数の層からなる主繊維層１００
により形成されている。チューブ１の中間部１０の中央
部には、この主繊維層１００の最外層外側に繊維が巻回
されて形成された強化繊維層１０１が配置されており、
主繊維層１００と強化繊維層１０１により強化部１０ａ
が構成されている。

【００２６】ここで、チューブを形成する繊維として
は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の一種また
は二種以上を使用することができる。特に炭素繊維は、
他の繊維と比較して、単位密度ρあたりの縦弾性係数
Ｅ、すなわち比弾性率（Ｅ／ρ）が高く、本発明のプロ
ペラシャフトのチューブに好適である。また、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等を使用することができる。特
にエポキシ樹脂は、耐熱性、使用可能時間、粘度や破断
伸度が優れ、各種配合を広く選択できるため本発明のプ
ロペラシャフトのチューブに好適である。

【００２７】図１に示すチューブ１はＦＷ法、テープワ
インディング法、引き抜き成形法等種々の製造方法によ
り製造することが可能である。その一例として、ＦＷ法
によりチューブ１を製造する場合について説明する。

【００２８】繊維を巻回させて形成させた主繊維層およ
び強化繊維層からなるチューブのＦＷ法による製造方法
は、回転する円柱型（以下マンドレルと称す）に、樹脂
を含浸させたロービング（多数の繊維を平行に引き揃え
た束）を巻き付け積層体を作製する積層体作製工程、こ
の積層体を硬化させ硬化体を作製する硬化体作製工程、
この硬化体を脱型し両端を切断（トリミング）し成形品
を作製する成形品作製工程からなる。

【００２９】積層体作製工程では、マンドレルに、連続
的に樹脂を含浸させたロービングを、一定の張力を保
ち、かつマンドレル回転軸方向に対し一定の角度をつけ
ながら必要な厚さになるまで巻き付け積層体を作製す
る。図３に積層体作製工程を概念的に示す。図３に示す
ように、マンドレル３の周方向の一部に１個〜数個のロ
ービング供給部４を配置し、このロービング供給部４が
マンドレル軸方向に移動（トラバース）しながら、ロー
ビング５がマンドレル３に巻き付けられるので、繊維が
マンドレル３の前端から後端まで円筒周上での位置を複
数回往復移動し、繊維がマンドレル上にまんべんなく配
列されることにより繊維層が一つ形成される。これを繰
り返すことにより繊維層を積み重ね主繊維層を形成す
る。さらにその外側から軸方向の所望の部分にロービン
グを巻き付け強化繊維層を形成する。また、図１のチュ
ーブ１の前端部１１、および後端部１２に相当する部分
にも、補強のためさらにロービングを巻き付け繊維層を
形成する。なお、ロービングの巻き方は、ロービングを
マンドレル軸に対しほぼ垂直の方向に巻回するパラレル
巻き、ロービングをマンドレルにらせん状に巻回するヘ
リカル巻き等を採用することができる。

【００３０】硬化体作製工程では、積層体を加熱して積
層体の構成樹脂を硬化させる。樹脂がゲル化するまでは
マンドレルを低速で回転させながら硬化を行い、樹脂が
たれるのを防止する。樹脂の種類により異なるが加熱は
一定の温度条件で行っても、また段階的に温度条件を変
えて行ってもよい。

【００３１】成形品作製工程では、硬化体をマンドレル
から脱型し、その後硬化体の両端を切断するトリミング
を行う。脱型は、通常硬化体を固定して、マンドレルだ
けを押すかまたは引いて行う。トリミングには、レジノ
イドカッター、またはダイヤモンドカッターを用いる。
上記３工程を経て、繊維を巻回させて形成させた主繊維
層および強化繊維層からなるチューブを製造することが
できる。

【００３２】なお、ＦＷ法以外の他の製造方法にて主繊
維層、強化繊維層を形成する場合には、上記ＦＷ法にて
用いられるロービングの代わりに、マット、クロス等も
用いることができる。

【００３３】〈変形的実施形態〉図１および図２におい
ては本発明の基本的実施形態を示した。次に変形的実施
形態について図を参照しながら説明する。

【００３４】まず、強化繊維層の主繊維層についての変
形的実施形態を説明する。強化繊維層は図２に示すよう
に主繊維層１００の最外層外側に配置する形態の他、図
４に示すように主繊維層１００の最内層内側に配置する
形態、図５に示すように主繊維層１００の層間に配置す
る形態がある。また強化繊維層については図２、図４、
図５に示すように繊維層を一層とする形態の他、二層以
上とする形態とすることもできる。ちなみに、強化繊維
層の幅（軸方向の長さ）、および厚さは強化する範囲、
強化程度に応じ所望のものとすることができる。

【００３５】次に、チューブの製造方法として上記形態
のＦＷ法を用いる場合のメリットについて説明する。Ｆ
Ｗ法の積層体作製工程の繊維層を形成する過程において
は、所望の位置でロービング供給部のトラバース方向を
逆転させ、チューブの強化部に対応する範囲で、ロービ
ング供給部を複数回往復運動させることにより繊維層を
積み重ねることが可能である。このような製造方法で作
製したチューブの強化部では、主繊維層と連続的に形成
され主繊維層の外側に積層された部分が強化繊維層に該
当する。すなわち、主繊維層と強化繊維層を連続的に形
成させることが可能であり、一工程で主繊維層と強化繊
維層とを形成させることができる。したがって、チュー
ブの製造方法として上記形態のＦＷ法を用いると、工程
を単純化、迅速化できるというメリットがあり、ＦＷ法
はチューブの製造方法として好適であるといえる。

【００３６】次に、強化部の構造についての変形的実施
形態について説明する。強化部の構造については繊維量
を増やした部分とする形態の他、軸方向の特定の部分だ
け軸方向に対する繊維配向度を適正化した部分とする形
態、特定の部分だけに弾性率、引張強度の高い繊維を用
いた部分とする形態等、他の部分と比較してねじり強度
の高い部分とする形態も採用できる。

【００３７】次に、強化部のチューブ軸方向に対する設
置位置についての変形的実施形態について説明する。強
化部は、チューブの軸方向の任意の部分に設置すること
ができ、図１に示すチューブ１の中間部１０の中央付近
に設置する形態の他、図６に示すようにチューブ１の中
間部１０の前部側に設置する形態等がある。強化部を中
間部の前部側に設ける理由は、前述したように、チュー
ブが破壊する場合、破壊位置が前部側にあると、破壊片
が自動車等のボディに不都合を与えるおそれがあるから
である。逆に言えば、チューブが後部側で破壊すれば、
言い換えると強化部がチューブ後部側に存在しなければ
このような不都合が生じるおそれはない。すなわち、強
化部をチューブの前部側に設置することで、仮にチュー
ブが破壊した場合でも破壊片が自動車等のボディに与え
る不都合を回避することができ、安全性を向上させるこ
とができる。

【００３８】次に、強化部の数および大きさについての
変形的実施形態を説明する。図７に２つの大きさの異な
る強化部１０ａがチューブ１の中間部１０の中央付近お
よび前部側に形成されたプロペラシャフトの斜視図を示
す。図７に示すプロペラシャフトのように、チューブに
複数の強化部が存在する形態を採用することができる。
またその複数の強化部の大きさ、つまり軸方向の長さが
異なる形態をも採用することができる。したがって、強
化部の設置位置、数、大きさ等については、強化する範
囲、強化程度等に応じて所望のものとすることができ
る。

【００３９】次に、強化部で区切られた区間の数および
位置についての変形的実施形態を説明する。図８に図７
のプロペラシャフトの側面図を示す。一般にチューブの
前端部１１および後端部１２は、前方ジョイント２およ
び後方ジョイント２との接合のため繊維層により強化さ
れている。したがって、このように前端部１１および後
端部１２が強化されている場合は、前端部１１、後端部
１２、中間部１０の強化部１０ａで区切られた区間のう
ち最長区間１３の中央１４がチューブ後部側に位置する
態様となる。さらにまた、前端部１１および後端部１２
が強化されていない場合は、強化部１０ａで区切られた
区間および強化部１０ａとチューブ端で区切られた区間
のうち最長区間１３の中央１４がチューブ後部側に位置
する態様となる。

【００４０】次に、主繊維層、強化繊維層以外の他の層
を有するチューブの形態について説明する。他の層と
は、主繊維層、強化繊維層が有する機械的特性確保とい
う目的以外の目的を達成するために形成される層であ
る。他の層には、例えば保護層、着色層等が該当する。
他の層を有するチューブの形態の一例として、保護層を
有するチューブの形態について説明する。保護層とは主
繊維層、および強化繊維層を形成した後、これらの最外
層外側にアラミド系ポリエステル糸やガラス繊維や炭素
繊維等により形成される繊維層等のことである。この保
護層は、主繊維層および強化繊維層を保護する役割を有
する。また上述したＦＷ法によりチューブを製造する場
合は、積層体作製工程において主繊維層と強化繊維層を
形成した後、保護層が形成される。したがって、保護層
の形成により主繊維層と強化繊維層が締め付けられ、ロ
ービング中に含浸していた樹脂が浸み出すため、繊維と
樹脂との結合がより強固になり、チューブの機械的特性
が向上するという効果がある。

【００４１】次に、チューブを形成するＦＲＰの組織に
ついての変形的実施形態を説明する。チューブを形成す
るＦＲＰ組織については、図２に示す樹脂を含浸させた
複数の層からなる主繊維層１００からなる組織とする形
態の他、樹脂中に短繊維が分散した状態で配合された繊
維分散樹脂からなる組織とする形態等を採用することも
できる。

【００４２】次に、強化部の構造についての変形的実施
形態を説明する。強化部については、図１に示すように
チューブ１を形成する主繊維層１００にさらに強化繊維
層１０１を加えて構成することにより繊維量を大きくし
た部分とする形態の他、チューブ全長にわたる繊維層数
は同じでも、チューブの特定の部分だけ主繊維層を厚く
し厚層部を形成することにより繊維量を大きくした部分
とする形態等を採用することができる。厚層部を形成す
る具体的方法には、上記、ＦＷ法の積層体作製工程にお
いて、ロービング供給部をトラバースしながらロービン
グをマンドレルに巻き付け、マンドレルの前端から後端
まで円筒周上での位置を複数回往復移動する際、マンド
レル回転数を一定にしてマンドレル軸方向に対するロー
ビング供給部の移動速度（トラバース速度）を遅くする
方法等にて行えばよい。ねじり強度は繊維量に比例する
ので、この手段で配合される繊維の量を大きくすること
によっても、強化部のねじり強度を上げることができ
る。

【００４３】なお、上記態様のＦＷ法の積層体作製工程
においては、繊維を積層させる方法として部分幅配列を
採用する場合について説明したが、上記実施形態におい
ては、部分幅配列に代えて、マンドレル周方向の全体に
多数のロービング供給部を配置し、このロービング供給
部がマンドレル軸方向を一往復することで繊維層が一つ
形成される全周配列を採用する態様のＦＷ法も採用する
ことができる。

【００４４】以上本発明のプロペラシャフトの実施形態
について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎず、本
発明のプロペラシャフトは、上記実施形態を始めとし
て、当業者が行い得る改良、変更を施した種々の形態に
て実施することができる。

【００４５】

【実施例】上記実施形態に基づくプロペラシャフトを作
製し、ねじり強度試験を行った。これを実施例として説
明する。またこれと比較すべく、比較例として所定の強
化部を有しないプロペラシャフトを作製し、ねじり強度
試験を行った。そして、両者のねじり座屈強度、および
破壊位置を比較することにより、本発明のプロペラシャ
フトの優秀性を実証した。以下、これらについて、図１
および図２を参照しながら説明する。

【００４６】〈実施例１〉実施例１のプロペラシャフト
のチューブ１はＦＷ法により製造した。繊維としてカー
ボン繊維（ＨＴＡ−２４０００フィラメント糸：東邦レ
ーヨン株式会社製）、樹脂としてビスフェノールＡ／酸
無水物系のエポキシ樹脂を用いた。ＦＲＰ中のカーボン
繊維の含有率は７０体積％とした。また、マンドレル
は、外径（すなわちチューブ１の内径）が７５ｍｍφ、
全長が１４００ｍｍのものを用いた。

【００４７】本チューブを製造するＦＷ法は、前述した
ように、マンドレルに樹脂を含浸させたロービングを巻
き付け積層体を作製する積層体作製工程、この積層体を
硬化させ硬化体を作製する硬化体作製工程、この硬化体
を脱型しトリミングし成形品を作製する成形品作製工程
からなる。

【００４８】まず、積層体形成工程では、エポキシ樹脂
含浸槽中に半浴させた回転ロールの上部でカーボン繊維
ロービングを樹脂の付着したロール表面に接触走行させ
ることにより、連続的にロービングに樹脂を含浸させ
た。次に、エポキシ樹脂を含浸させたロービングを、マ
ンドレルの、チューブ１前端から約４０％の長さの位置
と前端から約６０％の長さの位置とで区画される区間に
相当する部分にパラレル巻きの強化繊維層１０１を形成
させた。その後、この上からさらにロービングを、マン
ドレル回転軸方向に対し＋１５゜および−１５゜の角度
で交互に巻回し、すなわちヘリカル巻きし主繊維層１０
０を形成した。主繊維層１００は±１５゜の角度でヘリ
カル巻きした層を１層として、最内層、中間層、最外層
の計３層から形成されるものとした。また、マンドレル
の、チューブ１の前端部１１および後端部１２に対応す
る部分は、ジョイント２の嵌挿に対する補強のため上記
ヘリカル巻きによる３層の繊維層の上からさらにパラレ
ル巻きによる４層の繊維層を形成した。最後に、この上
からチューブ１の全長にわたってポリエステル糸をパラ
レル巻きし保護層を形成した。

【００４９】次に、硬化体作製工程では、温度を１５０
℃に設定した加熱炉で、マンドレルを回転させながら、
エポキシ樹脂の硬化を行った。その後、成形品作製工程
では、マンドレルから成形品を脱型し、チューブ長が１
１００ｍｍになるように、両端を切断しトリミングを行
った。こうして作製したチューブ１の前端部１１および
後端部１２にジョイント２の圧入部を嵌挿し、実施例１
のプロペラシャフトを完成させた。すなわち、実施例１
のプロペラシャフトは、強化部１０ａがチューブ１の中
間部１０の中央部に位置し、強化繊維層１０１が主繊維
層１００の最内層内側に存在するものである。

【００５０】〈実施例２〉実施例２のプロペラシャフト
のチューブ１は、主繊維層１００のみ実施例１に示す方
法にて形成させ、作製した。本実施例においては、実施
例１の積層体作製工程にて、強化部１０ａを形成する
際、ロービングの代わりに同じ炭素繊維の平織りクロス
を用いた。すなわち、チューブ１前端から約４０％の長
さの位置と前端から約６０％の長さの位置とで区画され
る区間に相当する部分に、平織りクロスを貼布し強化繊
維層１０１を形成させた。その後の処理はＦＷ法により
実施例１と同様である。すなわち、実施例２のプロペラ
シャフトは、強化部１０ａがチューブ１の中間部１０の
中央部に位置し、平織り炭素繊維クロスからなる強化繊
維層１０１が主繊維層１００の最内層内側に存在するも
のである。

【００５１】〈実施例３〉実施例３のプロペラシャフト
のチューブ１も実施例１に示す方法と同様の方法にて作
製した。本実施例においては、実施例１の積層体作製工
程にて、強化繊維層１０１を主繊維層１００の最内層と
中間層との層間に形成させた。すなわち、チューブ１前
端から約４０％の長さの位置と前端から約６０％の長さ
の位置とで区画される区間に相当する部分において主繊
維層１００の層間に、パラレル巻きからなる強化繊維層
１０１を形成させた。その後の処理は実施例１と同様で
ある。すなわち、実施例３のプロペラシャフトは、強化
部１０ａがチューブ１の中間部１０の中央部に位置し、
強化繊維層１０１が主繊維層１００の最内層と中間層と
の層間に存在するものである。

【００５２】〈実施例４〉実施例４のプロペラシャフト
のチューブ１も実施例１に示す方法と同様の方法にて作
製した。本実施例においては、実施例１の積層体作製工
程にて、強化繊維層１０１を主繊維層１００の中間層と
最外層との層間に形成させた。すなわち、チューブ１前
端から約４０％の長さの位置と前端から約６０％の長さ
の位置とで区画される区間に相当する部分において主繊
維層１００の層間に、パラレル巻きからなる強化繊維層
１０１を形成させた。その後の処理は実施例１と同様で
ある。すなわち、実施例４のプロペラシャフトは、強化
部１０ａがチューブ１の中間部１０の中央部に位置し、
強化繊維層１０１が主繊維層１００の中間層と最外層と
の層間に存在するものである。

【００５３】〈実施例５〉実施例５のプロペラシャフト
のチューブ１も実施例１に示す方法と同様の方法にて作
製した。本実施例においては、実施例１の積層体作製工
程にて、チューブ１前端から約２５％の長さの位置と前
端から約４５％の長さの位置とで区画される区間に相当
する部分に、強化繊維層１０１を主繊維層１００の中間
層と最外層との層間に形成させるという方法で、強化部
１０ａを形成した。その後の処理は実施例１と同様であ
る。すなわち、実施例５のプロペラシャフトは、強化部
１０ａがチューブ１の中間部１０の前半部に位置し、強
化繊維層１０１が主繊維層１００の中間層と最外層の層
間に存在するものである。

【００５４】〈比較例１〉比較例１のプロペラシャフト
のチューブ１も実施例１に示す方法と同様の方法にて作
製した。本比較例においては、実施例１の積層体作製工
程にて、主繊維層１００のみを形成させ、強化繊維層１
０１は形成させていない。その後の処理は実施例１と同
様である。すなわち、比較例１のプロペラシャフトは、
強化繊維層１０１および強化部１０ａが存在せず、主繊
維層１００のみからなるものである。

【００５５】〈試験結果〉上記実施例および比較例のプ
ロペラシャフトに対しねじり試験を行った。このねじり
試験は、ねじり試験機にて実施例１〜５および比較例１
のそれぞれのプロペラシャフトの両端のジョイントを把
持し、プロペラシャフトがねじり破壊するまで行うもの
とした。下記表１に、試験の結果として実施例１〜５の
強化部の位置、強化繊維層の主繊維層に対する位置、強
化繊維層に使用する繊維形態および比較例１のプロペラ
シャフトのねじり強度に対する実施例１〜５のプロペラ
シャフトのねじり強度比（＝実施例１〜５のプロペラシ
ャフトのねじり強度／比較例１のプロペラシャフトのね
じり強度）を示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】試験の結果、実施例１〜５の全てのプロペ
ラシャフトのねじり強度は、比較例１のプロペラシャフ
トのねじり強度より高いことが確認された。また、実施
例５のプロペラシャフトのチューブ１のねじり座屈によ
る破壊位置は、強化部１０ａの存在しないチューブ後半
部分であり、破壊位置をコントロールできることが確認
された。

【００５８】

【発明の効果】本発明のプロペラシャフトは、チューブ
の軸方向の一部に、ねじり強度の高い強化部を設けるこ
とを特徴とするものである。このように、チューブ全体
のねじり強度を高くするのではなく、ねじり強度の高い
強化部をチューブ軸方向に少なくとも一つ設けることに
より、チューブのねじり強度を確保しながら、その製造
コストを下げることができ、自動車等の軽量化を図るこ
とができる。また、ねじり強度の高い強化部と相対的に
ねじり強度の低い非強化部を設けることにより、非強化
部で破壊するようにチューブのねじり座屈による破壊位
置をコントロールすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】強化部がチューブ中間部の中央付近に形成され
たプロペラシャフトの斜視図である。

【図２】主繊維層の最外層外側に強化繊維層が形成され
た強化部の断面図である。

【図３】フィラメントワインディング法の積層体作製工
程の概略図である。

【図４】主繊維層の最内層内側に強化繊維層が形成され
た強化部の断面図である。

【図５】主繊維層の層間に強化繊維層が形成された強化
部の断面図である。

【図６】強化部がチューブ中間部の前部側に形成された
プロペラシャフトの斜視図である。

【図７】複数の大きさの異なる強化部がチューブ中間部
の中央付近および前部側に形成されたプロペラシャフト
の斜視図である。

【図８】図７のプロペラシャフトの側面図である。

【符号の説明】

１：チューブ １０：中間部 １０ａ：強化部 １００：主繊維層 １０１：強化繊維層 １１：前端部 １２：後端部 １３：強化部、前端部、後端部で区切られた区間のうち
最長区間 １４：強化部、前端部、後端部で区切られた区間のうち
最長区間の中央 ２：ジョイント ３：マンドレル ４：ロービング供給部 ５：ロービング

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維を配合して強化した樹脂からなる円
   筒状のチューブを備えてなるプロペラシャフトであっ
   て、 前記チューブは、軸方向の中間部に、他の部分と比較し
   てねじり強度の高い強化部を少なくとも一つ有するプロ
   ペラシャフト。
2. 【請求項２】 前記強化部は、前記中間部の他の部分と
   比較して、前記チューブの単位長さあたりに配合される
   前記繊維の量が大きくなるように形成されている請求項
   １に記載のプロペラシャフト。
3. 【請求項３】 前記チューブは、該チューブ全長にわた
   って前記繊維が巻回された複数の層からなる主繊維層に
   より形成され、 前記強化部は、前記主繊維層に加え、前記繊維が巻回さ
   れた強化繊維層をさらに積層して形成されている請求項
   ２に記載のプロペラシャフト。
4. 【請求項４】 前記強化繊維層は、前記主繊維層の最外
   層外側に存在する請求項３に記載のプロペラシャフト。
5. 【請求項５】 前記強化繊維層は、前記主繊維層の最内
   層内側に存在する請求項３に記載のプロペラシャフト。
6. 【請求項６】 前記強化繊維層は、前記主繊維層の層間
   に存在する請求項３に記載のプロペラシャフト。
7. 【請求項７】 前記強化部は、前記チューブ全長を１０
   ０％とした場合において、チューブ前端から３０％の長
   さの位置と前端から７０％の長さの位置とで区画される
   区間に、少なくとも一つ存在する請求項１ないし請求項
   ６のいずれかに記載のプロペラシャフト。
8. 【請求項８】 前記チューブ軸方向の、前記強化部で区
   切られた各区間のうち最も長い区間の中央が、前記チュ
   ーブ全長を１００％とした場合において、チューブ前端
   から５０％の長さの位置と前端から１００％の長さの位
   置で区画される区間に位置する請求項１ないし請求項６
   のいずれかに記載のプロペラシャフト。