JP2004293715A - 動力伝達シャフト用継手及び動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】バランスピースが損傷することを低減可能な動力伝達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。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、外周面に沿って環状の溝１７が形成されている。溝１７は、バランスピースが突出しない幅及び深さに形成されており、その溝１７内にバランスピースＢが例えば溶接により取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力伝達シャフト用継手及び動力伝達シャフトに関する。
【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ている。
【０００３】
図１０に示すように、ＦＲＰ製プロペラシャフト５０として、フィラメントワインディング法により成形したＦＲＰ製パイプ５１の両端に、ＦＲＰ製パイプ５１を駆動軸や従動軸等と連結する金属製の継手（ヨーク）５２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５２にはＦＲＰ製パイプ５１との結合部となる外周面にＦＲＰ製パイプの端部内径より大きな外径のセレーション５３が形成されている。そして、ＦＲＰ製パイプ５１に継手５２を圧入することで、継手５２のセレーション５３の歯によって、ＦＲＰ製パイプ５１の内周面に溝が刻設され、歯が溝に食い込むことで継手５２とＦＲＰ製パイプ５１とが一体回転するための接合強度が確保される。
【０００５】
しかし、継手５２はＦＲＰ製パイプ５１の内面とセレーション５３の溝の底部との間に隙間が存在する状態でＦＲＰ製パイプ５１に結合されている。このため、その隙間に水分が侵入して錆びるのを防止するために、その隙間を塞ぐシール材が必要となる。
【０００６】
シール材が不要なＦＲＰ製プロペラシャフトを製造する方法として、図１１（ａ）に示すように、外側端に中心軸５４を突設した端部部材５５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５６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。）。
【０００７】
この方法では、図１１（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５５から被巻付け部材５６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５４を除去してＦＲＰ製プロペラシャフトを製造する。このため、端部部材５５と樹脂含浸繊維との間に特許文献１のような隙間が形成されないため、シール材が不要である。
【０００８】
ところで、特許文献１及び２に記載されたＦＲＰ製プロペラシャフトに限らず、一般に、プロペラシャフトは回転バランスを取ることで最終的に製品として完成する。回転バランスが規格外のプロペラシャフトは、端部部材（継手）にバランスピースを溶接することで回転バランスが正しく合わせられる。これにより最終的にプロペラシャフトが完成する。
【０００９】
【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１，２頁、第３，４図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献２に開示されたＦＲＰ製プロペラシャフトでは、継手に相当する端部部材５５に中心軸５４が必要であるため、孔を有する一対の支持部を備えたヨークタイプの継手５２（特許文献１に開示されたもの）を設けることができない。そのため、ＦＲＰ製プロペラシャフトをドライブシャフトと連結するユニバーサルジョイントに一般的な十字軸ではなく特別な構造のものが必要になるという問題がある。また、端部部材５５に巻き付けられる繊維の折り返し部の回転バランスが悪いという問題がある。さらに、端部部材５５の全体がＦＲＰで被覆されているため、バランスピースを溶接で取り付けるには、ＦＲＰを構成している繊維を切断する必要があり、強度が低下するという問題がある。また、バランスピースをＦＲＰ表面に接着で取り付ける場合には、その取り付け強度が不十分であった。
【００１１】
このため、特許文献１のように継手５２を圧入接合する方法により製造することで、ヨークタイプの継手５２を有するＦＲＰ製プロペラシャフト５０を製造することが可能であり、バランスピースを取り付けることも可能である。しかし、ＦＲＰ製プロペラシャフトの継手にバランスピースを取り付けた場合、そのバランスピースの分だけ外径が大きくなり、バランスピースが継手の一部分で突出してしまう。このため、その状態のＦＲＰ製プロペラシャフトが搬送される際には、突出したバランスピースが引っかかり易く、それによりバランスピースが損傷してしまう虞がある。また、実際に車両に組み付けられて使用される際に、飛び石等の異物が当たり易く、その衝撃によってもバランスピースが損傷してしまう虞がある。
【００１２】
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、バランスピースが損傷することを低減可能な動力伝達シャフト用継手及び動力伝達シャフトを提供することにある。
【００１３】
【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、一端に結合部が設けられ、該結合部がＦＲＰ製の筒部材と結合した状態で取り付けられる動力伝達シャフト用継手であって、前記結合部を除く部分の外周面に溝を備えている。この発明によれば、溝の位置にバランスピースが取り付けられることで、バランスピースが継手から突出することなく取り付けられる。このため、バランスピースが損傷することを低減できる。
【００１４】
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、前記溝は環状に形成されている。この発明によれば、バランスピースを取り付ける際に、溝が環状であるため周方向における取り付け位置に制限がない。このため、動力伝達シャフトの回転バランスを取り易い。
【００１５】
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、前記結合部の端面が前記溝の一方の側壁を構成している。この発明の継手を使用した動力伝達シャフトでは、溝にバランスピースが取り付けられた場合、筒部材の端が溝の近くに位置する状態となり、筒部材の端によってもバランスピースが保護され、よりバランスピースが損傷することを低減できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達シャフト用継手がＦＲＰ製の筒部材の両端に圧入接合されている動力伝達シャフトである。そして、前記動力伝達シャフト用継手は、前記結合部の外周面に該結合部の軸方向と平行に延びるセレーションを備えている。この発明によれば、バランスピースが取り付けられることで請求項１〜請求項３のいずれか一項と同様の作用効果を有する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達シャフト用継手をＦＲＰ製の筒部材の両端に備える動力伝達シャフトである。そして、前記動力伝達シャフト用継手は前記結合部の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前記動力伝達シャフト用継手に巻き付けられ、前記強化繊維を構成する繊維束は、同一層においては互いに平行に配列されており、かつ全長にわたって連続している。この発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の作用を有するとともに、筒部材の強化繊維が巻き付けられる動力伝達シャフト用継手の外周面に係止部が存在するため、動力伝達シャフト用継手から筒部材への回転トルクの伝達が良い。
【００１８】
【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）及びそれに使用される継手に具体化した第１の実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。
【００１９】
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端部に接合された動力伝達シャフト用継手としての第１の端部部材１３と、第２端部に接合された動力伝達シャフト用継手としての第２の端部部材１４とを備える。また、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。
【００２０】
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結合部としての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はその歯が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。
【００２１】
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。
【００２２】
第１の端部部材１３は、繊維束被巻付け部１３ａから膨出した膨出部１３ｂを備える。第１の端部部材１３には、一端側に膨出部１３ｂから突出した一対の継手部１３ｃが設けられ、他端側に繊維束被巻付け部１３ａより小径の嵌合筒部１３ｄが突設されている。継手部１３ｃ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１３ｅ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から膨出した膨出部１４ｂを備える。第２の端部部材１４には、一端側に該膨出部１４ｂから突出したシャフト状の継手部１４ｃが設けられ、他端側に繊維束被巻付け部１４ａより小径の嵌合筒部１４ｄが突設されている。シャフト状の継手部１４ｃ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１４ｅが先端に形成されている。
【００２３】
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１３ｃ，１４ｃとの間の膨出部１３ｂ，１４ｂには、外周面に沿って環状の溝１７が形成されている。繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａの端面１３ｆ，１４ｆは、溝１７の一方の側壁を構成している。また、溝１７の両側に位置する膨出部１３ｂ，１４ｂの外周面１３ｇ，１４ｇとセレーション１６の溝の底とは、端部部材１３，１４の軸心からの距離が同じに形成されている。溝１７は、バランスピースが突出しない幅及び深さに形成されており、必要によりその溝１７内にバランスピースＢが例えば溶接により取り付けられる。
【００２４】
被巻付け部材１５は円筒状に形成されており、例えば紙製である。被巻付け部材１５は、その端部が嵌合筒部１３ｄ，１４ｄ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。被巻付け部材は筒部材１２をＦＷ法で形成する際に、樹脂含浸繊維束が巻き付けられても所定の円筒形状を保つ強度があればよく、プロペラシャフト１１が使用される際のトルク伝達に寄与する強度を有する必要はない。
【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、フィラメントワインディング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１３ｅ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、膨出部１３ｂの継手部１３ｃ側に形成された段部に嵌合されて、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１４ｅ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、膨出部１４ｂの継手部１４ｃ側に形成された段部に嵌合されて、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１３ｅ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１４ｃ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１４ｅ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１４ｅとの螺合を解除した後、取り外す。
【００３８】
次に、プロペラシャフト１１の回転バランスの検査が行われる。作業者により、図示しない回転バランス装置のチャックにプロペラシャフト１１が支持された状態にセットされる。そして、回転バランス装置はプロペラシャフト１１を回転させて回転バランスを計測する。この際、プロペラシャフト１１の回転バランスが規格内の場合（回転バランスが良い場合）、バランスピースＢを取り付けることなく、最終的な製品として完成する。一方、回転バランスが規格外の場合（回転バランスが悪い場合）、バランスピースＢが溶接により溝１７に取り付けられて回転バランスが調節される。これにより、最終的な製品として完成する。
【００３９】
この実施の形態では以下のような効果を有する。
（１）端部部材１３，１４は、膨出部１３ｂ，１４ｂの外周面にバランスピースＢが突出しない幅及び深さの環状の溝１７を備えている。このため、溝１７にバランスピースＢを取り付けても端部部材１３，１４からバランスピースＢが突出することがない。従って、プロペラシャフト１１が搬送される場合や、実際に車両に組み付けられて使用される場合に、バランスピースＢに異物が当たることを低減し、それによりバランスピースＢが損傷することを低減できる。また、環状に形成されているため、バランスピースＢを取り付ける際に位置が制限されず、容易に回転バランスを取ることできる。
【００４０】
（２）端部部材１３，１４の繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａと継手部１３ｃ，１４ｃとの間の膨出部１３ｂ，１４ｂには環状の溝１７が形成されている。このため、溝１７の位置で成形品３２を切断することで、端部部材１３，１４を傷つけることなく容易に成形品３２を切断することができる。従って、溝１７はバランスピースＢを取り付けるための機能を備えるとともに、切断時に端部部材１３，１４を傷つけることなく容易に成形品３２を切断可能とする機能も併せて備えている。
【００４１】
（３）繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａの端面１３ｆ，１４ｆが溝１７の一方の側壁を構成している。このため、繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａに筒部材１２が形成された際、筒部材１２の端面よりバランスピースＢが内側に位置する。このため、筒部材１２の端によってもバランスピースＢが保護され、より損傷することを低減できる。
【００４２】
（４）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係止部（セレーション１６）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良い。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い。
【００４３】
（５）係止部はセレーション１６で構成されている。従って、複数の凸条をセレーション１６と異なり規則性のない状態で設ける場合に比較して、前記係止部の加工が容易となる。
【００４４】
（６）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ができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態について図６を参照して説明する。なお、本実施の形態は、前記第１の実施の形態のプロペラシャフトと製造方法が異なり、継手の構造も異なる。
【００４６】
図６はＦＲＰ製プロペラシャフトの模式部分断面図である。プロペラシャフト４０は、ＦＲＰ製パイプ４１と、その両端部（片側のみ図示）に内嵌接合された金属製のヨークタイプの継手４２とを備えている。
【００４７】
継手４２は、ＦＲＰ製パイプ４１の端部に内嵌接合される結合部４２ａと、該結合部４２ａから膨出した膨出部４２ｂと、該膨出部４２ｂから突出した一対の継手部４２ｃとを備える。継手部４２ｃには、自在継手（例えば十字軸式ジョイント）を取り付けるための孔４２ｄが形成されている。ＦＲＰ製パイプ４１と継手４２とは、継手４２の結合部４２ａがＦＲＰ製パイプ４１の端部に圧入されることで結合されている。
【００４８】
ＦＲＰ製パイプ４１は、継手４２との結合部が肉厚に形成されている。ＦＲＰ製パイプ４１はフィラメントワインディング法（ＦＷ法）によって製造される。図示しないＦＷ装置により樹脂含浸繊維がマンドレル（芯材）に巻き付けられて筒部材が成形された後、樹脂が熱硬化され、その後、マンドレルが抜き取られることによってＦＲＰ製パイプ４１が製造される。
【００４９】
結合部４２ａにはその外周面に、軸方向と平行に延びる歯を有するセレーション４３が形成されている。セレーション４３の歯は周方向に一定ピッチで形成され、その断面形状はほぼ三角形状である。
【００５０】
継手４２は、結合部４２ａと継手部４２ｃとの間の膨出部４２ｂの外周面に環状の溝４４を備える。溝４４は、バランスピースＢが突出しない幅及び深さに形成されており、必要によりその溝１７内にバランスピースＢが例えば溶接により取り付けられる。また、膨出部４２ｂの外周面には溝４４とは別に環状の溝４５が形成されている。結合部４２ａの端面４２ｅは溝４５の一方の側壁を構成している。溝４５にはシール材としての環状のシールリング４６が嵌められている。シールリング４６は弾性体で構成され、この実施の形態ではゴム製である。シールリング４６は溝４５の側壁４２ｆとＦＲＰ製パイプ４１の端面との間に挟持され、シールリング４６はＦＲＰ製パイプ４１の端面に当接した状態である。
【００５１】
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。まず、継手４２の溝４５にシールリング４６が嵌められる。そして、この状態の継手４２とＦＲＰ製パイプ４１とを接合する。接合の際は、ＦＲＰ製パイプ４１を固定し、ＦＲＰ製パイプ４１と継手４２とを芯出しした状態で、工具を用いてＦＲＰ製パイプ４１の端部に継手４２の結合部４２ａを圧入する。継手４２の結合部４２ａが圧入されるとき、セレーション４３の歯がＦＲＰ製パイプ４１の内周面に軸方向に延びる溝を刻設しながら、セレーション４３がＦＲＰ製パイプ４１内に進入する。これにより、継手４２のセレーション４３の歯が溝に食い込み、ＦＲＰ製パイプ４１と継手４２とが高い強度で接合される。ＦＲＰ製パイプ４１の両端部に継手４２が接合されてプロペラシャフト４０が製造される。
【００５２】
また、継手４２が圧入されることでシールリング４６が側壁４２ｆとＦＲＰ製パイプ４１の端面とに挟持される。弾性体で構成されるシールリング４６は、この押圧力により形状を変化させながら、ＦＲＰ製パイプ４１の端面に当接する。
【００５３】
次に、前記第１の実施の形態と同様にして、回転バランスが取られる。この際、回転バランスが規格外の場合、溶接によりバランスピースＢが溝４４に取り付けられる。
【００５４】
この実施の形態では第１の実施の形態の効果（１）と同様の効果を有する他に以下のような効果を有する。
（７）結合部４２ａの端面４２ｅは溝４５の一方の側壁を構成しており、その溝４５にシールリング４６が嵌められている。このため、継手４２の接合時に、ＦＲＰ製パイプ４１の端面にシールリング４６が当接した状態で継手４２が圧入接合され、ＦＲＰ製パイプ４１の端から水分が侵入することを防止できる。また、継手４２の圧入の際に、シールリング４６は、側壁４２ｆとＦＲＰ製パイプ４１の端面とにより挟持されるため、確実にＦＲＰ製パイプ４１の端面に当接する。
【００５５】
（８）シールリング４６は溝４５に嵌められているため、軸方向への移動が規制され、継手４２の圧入時に外れ難い。
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。
【００５６】
○第１の実施の形態において、溝１７の両側に位置する膨出部１３ｂ，１４ｂの外周面１３ｇ，１４ｇとセレーション１６の溝の底とは、端部部材１３，１４の軸心からの距離が同じに形成されていた。これに限らず、図７（図７では、端部部材１３側のみ図示）に示すように、セレーション１６の溝の底より外周面１３ｇが内側に位置する構成でもよい。この構成の場合、樹脂含浸繊維束が巻き付けられる際に、繊維束被巻付け部１３ａから膨出部１３ｂの外周面１３ｇにかけて、樹脂含浸繊維が繊維束被巻付け部１３ａの端面１３ｆの一部を覆うように巻き付けられる。そして、樹脂を硬化した後、溝１７の位置において切断することで、繊維束被巻付け部１３ａの端面１３ｆの一部を覆うように内側に曲がった筒部材１２が形成される。なお、端部部材１４においても同様である。このため、端部部材１３，１４が抜けにくくなる。
【００５７】
○第１の実施の形態では、端部部材１３，１４が備える溝１７の位置で成形品３２を切断することで、切断を容易にするとともに、端部部材１３，１４を傷つけないようにしていた。この同様の目的を達成するものとして以下に示すような構成も考えられる。図８（図８では端部部材１３側のみ図示）に示すように、端部部材１３が繊維束被巻付け部１３ａから膨出部１３ｂにかけて一段下がる形状の段部４８を備える構成とする。この構成の場合、樹脂含浸繊維束が繊維束被巻付け部１３ａと治具１８との間に巻き付けられる際に、樹脂含浸繊維束が段部４８の箇所において空間を形成した状態で巻き付けられる。このため、その空間が形成されている段部４８において切断することで端部部材１３を傷つけることなく、容易に切断することが可能となる。また、樹脂含浸繊維束は、段部４８により端部部材１３の端面１３ｆの一部を覆うように巻き付けられる。このため、樹脂を硬化した後、段部４８において切断することで、繊維束被巻付け部１３ａの端面１３ｆの一部を覆うように内側に曲がった筒部材１２が形成される。なお、端部部材１４においても同様である。このため、端部部材１３，１４が抜けにくくなる。
【００５８】
○第１の実施の形態において、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、回転トルクの伝達が良い。
【００５９】
○第１の実施の形態において、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。
【００６０】
○第１の実施の形態において、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。
【００６１】
○第１の実施の形態のように治具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、一般的なＦＷ装置を用いて一本の樹脂含浸繊維をフィラメントワインディング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】
○第１の実施の形態においては、ＦＷ装置により樹脂含浸繊維束を巻き付けて、硬化した後、溝１７の位置で成形品３２を切断していたが、樹脂の硬化前に溝１７の位置で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。
【００６３】
○第１の実施の形態において、溝１７は繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａを除く部分の膨出部１３ｂ，１４ｂに形成され、繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａの端面１３ｆ，１４ｆが溝１７の一方の側壁を構成していた。これに限らず、継手部１３ｃ，１４ｃと繊維束被巻付け部１３ａ，１４ａとの間の膨出部１３ｂ、１４ｂに備えられているなら溝１７の位置は特に限定されない。
【００６４】
○第１実施形態において、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、膨出部１４ｂの継手部１４ｃ側に形成された段部に嵌合することにより行う構成に代えて、継手部１４ｃ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。
【００６５】
○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１３ｃに形成されている孔１３ｅと対応する孔を形成する。そして、カバー部１９が膨出部１３ｂの継手部１３ｃ側に形成された段部と嵌合した状態で、その孔及び孔１３ｅが対応し、その状態で孔及び孔１３ｅ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。
【００６６】
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１４ｃのシャフト部にねじ穴１４ｅ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１４ｃ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。
【００６７】
○第１及び第２の実施の形態において、バランスピースＢを取り付ける溝１７，４４は環状に形成されていたが、例えば、バランスピースの大きさの溝が周方向に沿って複数設けられている構成であってもよく、特に溝の形状については限定されない。
【００６８】
○第２の実施の形態において、図９に示すように、結合部４２ａの端面４２ｅが一方の側壁を構成する溝４７のみを継手４２が備える構成であってもよい。この場合、予めセレーション４３の溝に例えば液状のシール材を塗布した状態で継手４２を圧入接合し、セレーション４３の溝とＦＲＰ製パイプ４１との隙間を埋める。そして、溝４７にバランスピースＢを取り付ける。
【００６９】
○第２の実施の形態のように溝４５に配設するシール材はシールリング４６に限らない。例えば、ゲル状のシール材であってもよく、溝４５に沿って配設し、その状態で継手４２が圧入接合されることで、ＦＲＰ製パイプ４１の端面にゲル状のシール材が当接し、水分の侵入を防止する。
【００７０】
○第２の実施の形態において、継手部４２ｃの形状はヨークタイプに限らず、滑り継手に対応した形状としてもよい。
○第２の実施の形態において、ＦＲＰ製パイプ４１の製造方法はフィラメントワインディング法に限定されない。例えばシートワインディング法を採用することもできる。ＦＲＰ製パイプ４１がプロペラシャフトの部品として使用されるときに必要な特性を満足できるようにＦＲＰ製パイプ４１を製造できれば、製造方法は特に限定されないが、フィラメントワインディング法が好ましい。
【００７１】
○第２の実施形態のようにバランスピースＢを取り付ける目的の溝４４を継手４２に設けるのではなく、シール材を配設する目的として結合部４２ａの端面が一方の側壁を構成する溝４５を設けてもよい。この溝４５にシールリング４６が取り付けられる構成とする。この構成によれば、バランスピースを取り付けることはできなくなるが、シール材により水分の侵入を防止することができる。
【００７２】
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。（１）一端に結合部が設けられ、該結合部を除く部分の外周面に環状の段部を備えているとともに、前記結合部の外周面に係止部を備える動力伝達シャフト用継手をＦＲＰ製の筒部材の両端に備える動力伝達シャフトであって、前記動力伝達シャフト用継手は前記結合部の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前記動力伝達シャフト用継手に巻き付けられ、前記強化繊維を構成する繊維束は、同一層においては互いに平行に配列されており、かつ全長にわたって連続している動力伝達シャフト。
【００７３】
（２）前記係止部は、前記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５又は前記技術的思想（１）に記載の動力伝達シャフト。
【００７４】
（３）前記筒部材の強化繊維は複数の層を形成するように前記外周面において前記動力伝達シャフト用継手に巻き付けられ、前記係止部は、前記強化繊維を構成する前記繊維束のうち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５及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか一項に記載の動力伝達シャフト。
【００７５】
（４）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セレーションである請求項５及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載の動力伝達シャフト。
【００７６】
（５）前記筒部材はその端部が前記結合部の端面の一部を覆うように曲がった状態で成形されている請求項５及び前記技術的思想（１）〜（４）のいずれか一項に記載の動力伝達シャフト。
【００７７】
（６）ＦＲＰ製の筒部材の両端に動力伝達シャフト用継手が結合された動力伝達シャフトの製造方法であって、
外周面に係止部が形成された繊維束被巻付け部と、前記繊維束被巻付け部を除く部分に環状の溝又は段部とを備える動力伝達シャフト用継手を筒状の被巻付け部材の両端に取り付け、前記動力伝達シャフト用継手の前記繊維束被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動力伝達シャフト用継手に対して前記被巻付け部材との結合側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前記溝又は段部の位置で硬化前又は硬化後に切断し、前記治具と動力伝達シャフト用継手との連結を解除して前記治具を取り外す動力伝達シャフトの製造方法。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、溝にバランスピースを取り付けることによりバランスピースが損傷することを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の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】第２の実施の形態のＦＲＰ製プロペラシャフトの模式部分断面図。
【図７】端部部材及び成形品の切断位置を示す模式部分断面図。
【図８】端部部材及び成形品の切断位置を示す模式部分断面図。
【図９】ＦＲＰ製プロペラシャフトの模式部分分解図。
【図１０】従来のＦＲＰ製プロペラシャフトの分解部分断面図。
【図１１】（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。
【符号の説明】
Ｒ…繊維束、１１…動力伝達シャフトとしてのＦＲＰ製プロペラシャフト（プロペラシャフト）、１２…筒部材、１３，１４…動力伝達シャフト用継手としての端部部材、１３ａ，１４ａ…結合部としての繊維束被巻付け部、１３ｂ、１４ｂ…膨出部、１３ｆ，１４ｆ…端面、１６…係止部としてのセレーション、１７…溝、４０…動力伝達シャフトとしてのＦＲＰ製プロペラシャフト（プロペラシャフト）、４１…筒部材としてのＦＲＰ製パイプ、４２…動力伝達シャフト用継手としての継手、４２ａ…結合部、４２ｂ…膨出部、４２ｅ…端面、４３…セレーション、４４…溝。

Claims (5)

1. 一端に結合部が設けられ、該結合部がＦＲＰ製の筒部材と結合した状態で取り付けられる動力伝達シャフト用継手であって、
   前記結合部を除く部分の外周面に溝を備えている動力伝達シャフト用継手。
2. 前記溝は環状に形成されている請求項１に記載の動力伝達シャフト用継手。
3. 前記結合部の端面が前記溝の一方の側壁を構成している請求項１又は請求項２に記載の動力伝達シャフト用継手。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達シャフト用継手がＦＲＰ製の筒部材の両端に圧入接合されている動力伝達シャフトであって、
   前記動力伝達シャフト用継手は、前記結合部の外周面に該結合部の軸方向と平行に延びるセレーションを備えている動力伝達シャフト。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の動力伝達シャフト用継手をＦＲＰ製の筒部材の両端に備える動力伝達シャフトであって、
   前記動力伝達シャフト用継手は前記結合部の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前記動力伝達シャフト用継手に巻き付けられ、前記強化繊維を構成する繊維束は、同一層においては互いに平行に配列されており、かつ全長にわたって連続している動力伝達シャフト。

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