JP2010083253A - プロペラシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、最大限の軽量化効果を満足しつつ、衝突時におけるボディの破壊にあわせてプロペラシャフトの破壊を確実に進行させることができ、ボティによるエネルギー吸収効果を十分に発現させることができるプロペラシャフトを提供する。
【解決手段】端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等の駆動力伝達軸として使用される、ＦＲＰ製筒体を用いたプロペラシャフトに関する。

自動車ではトランスミッションの動力を、プロペラシャフト（推進軸）を介してディファレンシャル装置に伝達している。図１、３、４に示すように、プロペラシャフトはその接合部において金属製二股ヨーク１１、３１、４１が設けられ、図２に示すような十字軸式ジョイント１２、２１を介したカルダン式ジョイントによってトランスミッションおよびディファレンシャル装置に連結されていることが多い。プロペラシャフトはねじれや曲げに強くしかも軽量とするため、一般に金属パイプ製のシャフト本体の両端にヨークが溶接された構造となっている。

通常、金属製パイプでのプロペラシャフトでは長尺になった場合は、プロペラシャフトの固有振動数の一つである曲げ一次共振周波数（いわゆる危険回転数）との関係で２ピース（３ジョイント方式）または３ピース（４ジョイント方式）にする必要がある。当然、ジョイント部の数が多くなるに従ってジョイント部に必要な金属製ヨークやカルダン式ジョイント等の部品点数が多くなり、車両重量を軽くすることが出来ないと共に組付け工数が多くなりコスト高の原因となる。
また、燃費向上を目的として、筒体本体を繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成してより軽量化を図ったプロペラシャフトが提案され、また、一部の車両に実施されている。これらのプロペラシャフトはＦＲＰ製筒体１３と、その両端に圧入（もしくは接着）接合された金属製二股ヨーク１１、３１、４１とから構成されている。特許文献１に開示されているように、ＦＲＰ製のプロペラシャフトでは、繊維配向を任意に変更でき、また比重が小さいため、曲げ一次共振周波数を大きくできるので、長尺のプロペラシャフトでも１ピース（２ジョイント）で一次共振周波数（危険回転数）を満足することができ、シャフトのＦＲＰ化と中間ジョイント廃止による部品点数で軽量化を図ることができる。また、部品点数の削減によりコスト削減も可能となる。

他方、このようなＦＲＰ製プロペラシャフトも、ディファレンシャルやトランスミッションとの接合においては、特許文献２や図１に示すように、金属製プロペラシャフトと同様ＦＲＰ製筒体１３とその両端に圧入（もしくは接着）接合された金属製二股ヨーク１１、３１、４１と十字軸式ジョイント１２、２１、フランジヨーク１５、４４、シャフトヨーク１４、３４を介したカルダン式ジョイントによって実施されている。又、特許文献３に示すように、等速ジョイントをＦＲＰチューブに内包し、金属製二股ヨーク１１、３１、４１と十字軸式ジョイント１２、２１、フランジヨーク１５、４４、シャフトヨーク１４、３４を省略することによって更に軽量化を図ったプロペラシャフトを提供している。

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。
トランスミッション、ディファレンシャルとの接合部におけるカルダン式ジョイントタイプ（図３、４参照）では、十字軸式ジョイント１２、２１とヨーク部品が依然として残り、従ってプロペラシャフト全体としてまだ部品点数も多く軽量化効果、部品組み付け工数削減が十分とは言えない。

又、軽量化とともに重要なことに、衝突時における乗員の安全確保の問題がある。この安全確保についての近年における自動車の設計思想は、ボディをクラッシャブル構造とし、衝突時の衝撃エネルギー（圧縮荷重）をボディの圧縮破壊によって吸収し、もって乗員にかかる急激な加速度を緩和することに支配される。しかし、上述したように、危険回転数を優先した思想の下にＦＲＰ製の本体を設計すると、必然的に軸方向の圧縮荷重に対する強度が高くなり、衝突時にボディが破壊し、その破壊が逐次進行してプロペラシャフトに達したときに、プロペラシャフトがあたかもつっかい棒のように作用して衝撃エネルギーの吸収効果が損われるようになってしまう。特許文献３のように軽量化を最大限追求したＦＲＰ製プロペラシャフト構造も、このつっかい棒作用により軽量化と衝撃エネルギー吸収効果が両立しないという課題を依然抱えている。

かかる問題を解決しようとして、特許文献４は、衝突時の圧縮荷重で継手が本体との接合面において軸方向に移動し、同時に継手が本体全体をその端部から徐々に押し拡げて破壊するようにしたプロペラシャフトを提案している。しかしながら、この従来のプロペラシャフトは、継手の移動を確保するために本体と継手とを複雑な歯形や分離剤を介して接合しなければならず、構造が複雑になるばかりか、製造上の煩雑さも免れない。また、そのような構成のプロペラシャフトにおいて継手を圧入接合しようとすると、本体に圧入時の力に耐える強度をもたせなければならないが、そのための強度をもたせることは、圧縮荷重による本体の押し拡げ、破壊を困難にする。すなわち、上述した基本的要求と、押し拡げ、破壊という相反する要求とを同時に満足させることはなかなか難しい。

このように、従来のプロペラシャフトは、いずれも、捩り強度や危険回転数といった基本的要求を満足させても、軽量化及び衝突時における乗員の安全確保においてバランスのとれたものであるとはいい難い。
特開平２−２３６０１４号公報 特許第３４０２２５５号公報 ＵＳ４８９２４３３公報 特開平３−３７４１６号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、最大限の軽量化効果を満足しつつ、衝突時におけるボディの破壊にあわせてプロペラシャフトの破壊を確実に進行させることができ、ボティによるエネルギー吸収効果を十分に発現させることができるプロペラシャフトを提供することにある。

かかる課題を解決するための本発明は、端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトで、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記等速ジョイントは、軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させて剥離させる機能を備えているプロペラシャフトとするものである。具体的には、以下の構成からなる。すなわち、
（１）端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。

（２）一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の一端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記一端部及び他端部に設けた等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。

（３）一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する、ヘリカル巻された補強繊維を含有する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含有する部分層とを含み、上記一端部及び他端部に設けた等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。

（４）一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する、本体の軸方向に対して±５〜４５°の角度でヘリカル巻された補強繊維を含有する主層と、上記本体の一端部及び他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含有する部分層とを含み、上記一端部及び他端部に設けた等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。

（５）上記圧縮荷重伝達部は外径が上記部分層の外径以下でかつ、上記部分層の外端面と対向する立面を有している、（１）〜（４）のいずれかのプロペラシャフト
（６）一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、上記本体は、
ａ．上記本体の全長にわたって設けた、上記本体の軸方向に対して±５〜４５°の角度でヘリカル巻された補強繊維を含む主層と、
ｂ．上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含む部分層と、を有し、上記一端部および他端部に設けた等速ジョイントは
ｃ．上記部分層に内接する接合面と、
ｄ．上記接合面に隣接して設けた、上記等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる、外径が上記部分層の外経以下で、かつ、上記部分層の外端面と対向する立面を備えた圧縮荷重伝達部と、を有しているプロペラシャフト。

（７）上記等速ジョイントの接合が、圧入接合によって行われている、（１）〜（６）のいずれかのプロペラシャフト。

（８）上記等速ジョイントの上記ＦＲＰ製筒体との接合面に、その等速ジョイントの軸方向に延びるセレーションが設けられている、（１）〜（７）のいずれかのプロペラシャフト。

（９）上記部分層は外端面に対応する内端面側の部分がくさび形の縦断面形状を有している（１）〜（８）のいずれかのプロペラシャフト。

（１０）上記部分層は、外端面側から内端面側に向かって厚みが徐々に薄くなっている、（１）〜（９）のいずれかのプロペラシャフト。

本発明によれば、軽量化効果が大きく、かつ、等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を主層と部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているので、軽量化を最大限発揮すると共に衝突時におけるボディの破壊にあわせて破壊を確実に進行させることができ、ボディのエネルギー吸収効果を十分に発現させることができる。

本発明は、図５、６、７に示すようにＦＲＰ製筒体５３と、駆動源の駆動軸５７に連結される等速ジョイント５１、５４、６１、７１からなるプロペラシャフトである。

ＦＲＰ製筒体５３は、強化繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維等が使用され、この中でも危険回転数を考慮すると炭素繊維の使用が好ましい。また、炭素繊維以外の強化繊維は、プロペラシャフトに必要なねじり強度や危険回転数を考慮すると４０質量％以下であることが好ましい。

また、強化繊維に含浸させる樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、酢酸セルロース樹脂などの熱可塑性樹脂が好適に用いられるが、これらの中でも、良好な作業性と成形後の優れた機械特性という点を考慮すると熱硬化性樹脂が好ましく、中でも、エポキシ樹脂が特に好ましく用いられ、ＦＲＰ製筒体を形成する。なお、ここで言う、ＦＲＰ製筒体は、フィラメントワインディング法やテープワインディング法等により、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂に代表される樹脂を含浸させた強化繊維をマンドレルに巻き付けて成形する方法などにより得られる。

ＦＲＰ製筒体５３は、図８に示すように一様な内径を有するとともに、その全長にわたって延在する、軸方向に対して±５〜４５゜の角度でヘリカル巻された補強繊維を含む主層８１と、ＦＲＰ製筒体５３の両端部において、上記主層８１と一体に、かつ、その主層８１の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含む部分層（軸方向に対して補強繊維が±８０〜９０゜の角度で配列されている層）８２とを有している。

主層８１は、ＦＲＰ製筒５３体の、主として、軸方向における曲げ弾性率を向上させてプロペラシャフトの曲げ共振周波数を高くし、危険回転数を高くするとともに、捩り強度を向上させるように作用する。また、部分層８２は、ＦＲＰ製筒体５３の、主として、等速ジョイントが圧入接合される各端部に、後述するように破壊の進行を妨げることなく圧入時の力に耐える強度を与えるとともに、等速ジョイントからの回転トルク（捩りトルク）をＦＲＰ製筒体５３に伝達するように作用する。

このようなＦＲＰ製筒体５３は、たとえばフィラメントワインディング法によって成形することができる。すなわち、樹脂を含浸した補強繊維束を用い、その樹脂含浸補強繊維束をマンドレルの一端部に所望の厚み、所望の長さフープ巻して部分層８２を形成した後、そのまま樹脂含浸補強繊維束をマンドレルの他端部に走らせてその他端部に同様に部分層８２を形成する。引き続き、樹脂含浸繊維束を他端部から始めてその他端部と一端部との間を往復させながらヘリカル巻し、所望の厚みの主層８１を形成する。主層８１の形成を終えた後、その主層８１の上に樹脂含浸繊維束を薄くフープ巻することもでき、そうすると、余分な樹脂が絞り出されて補強繊維の体積含有率が高くなり、本体の各種強度や弾性率等がさらに向上するようになる。このようにして、補強繊維束を中途で切断することなく連続して各層を形成することができる。層の形成後は、好ましくは回転させながら樹脂を硬化ないし固化させ、マンドレルを引き抜いて本体を得る。

なお、樹脂を含浸した補強繊維束を使用する例について説明したが、樹脂が含浸されていない強化繊維束を、フィラメントワインディングする直前に樹脂浴等に浸漬させて樹脂を含浸させることもできる。

上述のようにして得られたＦＲＰ製筒体５３の一端部および他端部には、等速ジョイント５１、５４、６１、７１が圧入接合され、等速ジョイントには駆動源からの駆動軸が直接連結される。

等速ジョイント自体に、外周面軸方向に延び、かつ、歯先径の直径が、本体となるＦＲＰ製筒体の内径よりも大きい切り込み歯を有しているので、等速ジョイントを直接ＦＲＰ製筒体に圧入接合することができる。又、等速ジョイントはユニバーサルに可変する機能と軸方向にスライドする機能を併せ持っている。これにより従来の継手構造であるカルダン式ジョイントと比較してジョイント部における金属製二股ヨーク、十字軸式ジョイントや金属製スタブシャフトを削減することができ、大幅な軽量化を達成することができる。

上記のように構成された等速ジョイント接合部詳細は、図６〜図９に示すように、ＦＲＰ製筒体５３の部分層８２、９２に内接し、かつ、その部分層８２、９２よりもやや短い接合面６４、７４を有する。接合面６４、７４は、図６（ｂ）、７（ａ）に示すように、軸方向に延びるセレーション６３、７３が形成され、その部分の外径は、圧入前におけるＦＲＰ製筒体５３の内径よりもやや大きくなっている。したがって、等速ジョイントをＦＲＰ製筒体５３に圧入すると、等速ジョイントの接合面６４、７４には圧縮応力が、また、ＦＲＰ製筒体５３には周方向の引張応力がそれぞれ作用し、これら圧縮応力と引張応力とでＦＲＰ製筒体５３と等速ジョイントとが強固に接合されるようになる。そして、ＦＲＰ製筒体５３の各端部には、内側に部分層８２が存在し、外側に主層８１が存在するので、圧入接合によってＦＲＰ製筒体５３に生ずる周方向の引張応力は、主として部分層８２が受け持つことになる。また、ＦＲＰ製筒体５３の周方向の歪は、内側で最も大きく、外側ほど小さくなるが、補強繊維がフープ巻されているために引張破断伸度が大きい部分層８２をそれよりも破断伸度の小さい主層８１の内側に位置させているから、効果的な接合状態が発現されるようになる。

接合前における等速ジョイントの接合面６４、７４が形成されている部分の外径と、ＦＲＰ製筒体５３の内径に対する差、すなわち圧入代は、この差が大きいほど強い接合力が得られ、捩り強度が向上するので捩りトルクの伝達には都合がよい。

一方、接合力は、接合面６４、７４の面積や表面状態によっても変わる。通常、圧入代とＦＲＰ製筒体５３の内径に対する比を０．００１〜０．０２の範囲に選定し、接合面６４、７４のＦＲＰ製筒体５３の軸方向における長さを本体の内径の１／１０以上にする。なお、接合力を向上させたり、滑りをよくして圧入を容易にしたり、接合面６４、７４と部分層８２の内面との間隙を埋めたり、接合面６４、７４を外気から遮断して保護する等の目的で接合面６４、７４に接着剤を塗布しておくのもよい。

上述した等速ジョイントは、接合面６４、７４に隣接もしくは少し離れて隣接して、外径がＦＲＰ製筒体５３の内径よりもやや大きいリング状凸部６５、７５と、部分層８２の外端面と対向する立面６６、７６を備えて構成されている。凸部６５、７５の外径は、部分層８２の外端面の外径に等しい。これら凸部６５、７５と立面６６、７６とが圧縮荷重伝達部を構成している。

このように構成されたプロペラシャフトにおいては、軸方向に加わった圧縮荷重は、部分層８２に対向する立面６６、７６からその部分層８２に伝達され、さらに主層８１に伝達される。したがって、主層８１も圧縮変形するが、主層８１と部分層８２とではポアソン比の差が大きいので両者の層間にそれを破壊させようとする剪断応力が作用し、この剪断応力と、圧縮荷重によって層間に生ずる剪断応力と、等速ジョイントの圧入によって生じている引張応力との２次元応力状態の下で層間が破壊し、以後、図９に示すように主層９１の破壊が進行する。ただ、上述した態様のものとは異なり、主層９１を押し拡げながら移動するのは部分層９２であり、凸部６５、７５はこの押し拡げには関与しない。なお、凸部６５、７５の外径を部分層８２のそれよりも小さくしておいても同様の作用が得られる。また、立面６６、７６は、部分層８２に当接していてもよく、当接していなくてもよい。

また、破壊の進行過程に着目してみると、部分層８２を、図８に示すように、外端面に対応する内端面側の部分をくさび形の縦断面形状を有するものとしておいたり、図１０に示すように、外端面から内端面に向かって厚みを徐々に薄くしておくのも好ましいことである。

以上においては、本体がその長さ方向において対称形であるものについて説明したが、その必要は必ずしもない。というのは、後述するように、本体の破壊をその両端部から同時に進行させる必要は必ずしもないからである。等速ジョイントの接合の方法等にもよるが、いずれかの端部を部分層を有しないものとして構成することも可能である。

また、等速ジョイントは、その接合部にセレーションを有するものについて説明した。そのような等速ジョイントを用いると本体との接合がより強固になり、捩りトルクの伝達には都合がよい。しかしながら、接合の方法等にもよるが、セレーションを有しない等速ジョイントの使用も可能である。

さらに、等速ジョイントの接合は、圧入接合によるのが好ましいものの、接着剤による接着でもよく、また、圧入接合と接着剤による接合とを併用することもできる。

また、ＦＲＰ製筒体５３の破壊をその一端部および他端部の双方から同時に進行させる必要は必ずしもないので、他端部においては圧縮荷重伝達部を有しない等速ジョイントを使用してもよい。また、他端部の等速ジョイントを、全体としてみると図６、７に示すような形状ではあるが、凸部６５、７５ の外径がＦＲＰ製筒体５３の外径以上で、主層８１と部分層８２ の外端面の双方に当接する立面を有する等速ジョイントに変えてもよい。このとき、立面は、圧入接合時におけるストッパとして、また、ＦＲＰ製筒体５３が圧縮荷重を受けたときにそれを受け止める台座として作用する。

（比較例、実施例）
次に、上記発明を実施するための最良の形態の項で説明した本発明の構成要件を満足するＦＲＰ製プロペラシャフトにおける効果を確認するため、軽量化効果、軸圧縮破壊荷重の評価を実施した。
（比較例）
フィラメントワインディング法によってＦＲＰ製筒体を成形した。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３６．７ＭＰａ（＝３６０ｋｇｆ／ｍｍ^２）、引張弾性率：２，３９８ＭＰａ（＝２３，５００ｋｇｆ／ｍｍ^２） ）を６本引き揃え、これを、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１，３００ｍｍのマンドレルに、まず、マンドレルの全長にわたって軸方向に対して±１５゜の角度で４層巻き付けて厚み２．５ｍｍの主層を形成し、さらに、マンドレルの全長にわたって軸方向に対して−８０゜で１層フープ巻した。

次に、マンドレルを回転させながら１８０℃で６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５０ｍｍの部分を切断、除去して、外径が７５ｍｍ、内径が７０ｍｍ、長さが１，２００ｍｍの、図１１に示すようなＦＲＰ製筒体を得た。

次に、上記ＦＲＰ製筒体１の各端部に、凸部３６、４６の外径が７５ｍｍ、接合面３５、４５ のセレーション歯先径が７０．５ｍｍ、接合面３５、４５の長さが４０ｍｍの接合部用円筒体を有した金属製二股ヨーク１１、３１、４１、フランジヨーク１５、４４、シャフトヨーク１４、３４、十字軸式ジョイント１２、２１を用意した。

続いて、得られたＦＲＰ製筒体に、接合面３５、４５のセレーション歯先径が７０．５ｍｍ、接合面３５、４５の長さが４０ｍｍの接合部用円筒体を有した金属製二股ヨーク１１、３１、４１を圧入接合し、十字軸式ジョイント１２、２１を介してフランジヨーク１５、４４、シャフトヨーク１４、３４を、取り付けカルダン式ジョイント接合部を形成した。重量はＦＲＰ製筒体１．３ｋｇ、金属製二股ヨーク１．３ｋｇ×２、十字軸式ジョイント０．３ｋｇ×２、フランジヨーク１．０ｋｇ、シャフトヨーク１．５ｋｇでプロペラシャフト全体重量は７．１ｋｇであった。

本プロペラシャフトの捩り試験をしたところ３５００Ｎｍであり、自動車用プロペラシャフトとして十分であったが、軸方向に圧縮荷重を負荷したところ３５ｋＮで主層の急激な高荷重で座屈破壊し、衝撃吸収効果は確認できなかった。
（実施例）
フィラメントワインディング法によってＦＲＰ製筒体を成形した。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３６．７ＭＰａ（＝３６０ｋｇｆ／ｍｍ^２）、引張弾性率：２，３９８ＭＰａ（＝２３，５００ｋｇｆ／ｍｍ^２） ）を６本引き揃え、これを、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１，３００ｍｍ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±８０゜の角度で８層巻き付けて厚み２．５ｍｍの部分層を形成した後、他端部に移動して同様に部分層を形成し、引き続きマンドレルの全長にわたって軸方向に対して±１５゜の角度で４層巻き付けて厚み２．５ｍｍの主層を形成し、さらに、マンドレルの全長にわたって軸方向に対して−８０゜で１層フープ巻した。

次に、マンドレルを回転させながら１８０℃で６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５０ｍｍの部分を切断、除去して、各端部の外径が８０ｍｍ、内径が７０ｍｍ、長さが１，２００ｍｍの、図１２に示すようなＦＲＰ製筒体を得た。

次に、上記ＦＲＰ製筒体の各端部に、凸部６５、７５の外径が７５ｍｍ、接合面６４、７４の外径が７０．５ｍｍ、接合面６４、７４の長さが４０ｍｍの接合部用円筒体を摩擦溶接等の手段にて連結固定した、図６に示すようなＰｌｕｎｇタイプ（ベアリングが軸方向移動可）と、図７に示すようなＦｉｘタイプ（ベアリングが軸方向移動不可）の等速ジョイントを圧入接合し、この発明のプロペラシャフトを得た。圧入に要した力は７ｋＮ であった。

本等速ジョイントはそれ自体がユニバーサル機能を有しているため、ＦＲＰ製筒体に圧入接合するだけで他に何も必要な部品はなくプロペラシャフトが完成となる。プロペラシャフトの重量はＦＲＰ製筒体１．４ｋｇ、外周面に軸方向に切り込み歯を有した等速ジョイント５１、６１：Ｐｌｕｎｇタイプ１．３ｋｇ、等速ジョイント５４、７１：Ｆｉｘタイプ１．８ｋｇでプロペラシャフト全体重量は４．５ｋｇとなり、上記比較例（現行モデル）より約３５％の軽量化が実現できた。本プロペラシャフトの捩り試験をしたところ３５００Ｎｍであり、自動車用プロペラシャフトとして十分であった。次に軸方向に圧縮荷重を負荷したところ１１ｋＮで主層と部分層とが剥離して主層の破壊が始まり、破壊後は３．５ｋＮの荷重で図９に示すように逐次破壊が進行し、比較例（現行モデル）より大幅に圧縮破壊荷重を低減することができた。

本発明に係るプロペラシャフトおよびその製造方法は、自動車用途に限定されるものではなく、トラックやバスといったあらゆる車両用プロペラシャフトに対して、好適に適用できるものである。

：従来のカルダン式ジョイントタイプの継手を接合したＦＲＰ製プロペラシャフトの概略全体図である。 ：従来のカルダン式ジョイントタイプの継手に用いられる十字軸ジョイントの概略正面図である。 ：従来のカルダン式ジョイントタイプの継手のうち、トランスミッション側に接合されたカルダン式ジョイントの概略全体図である。 ：従来のカルダン式ジョイントタイプの継手のうち、ディファレンシャル側に接合されたカルダン式ジョイントの概略全体図である。 ：本発明における等速ジョイント／切り込み歯一体型のＦＲＰ製プロペラシャフトの概略全体図である。 ：本発明におけるＰｌｕｎｇタイプ等速ジョイントのうち、（ａ）正面から見た概略部分断面図、（ｂ）右側面図である。 ：本発明におけるＦｉｘタイプ等速ジョイントのうち、（ａ）左側面図、（ｂ）正面から見た概略部分断面図である。 ：本発明における等速ジョイントを接合した状態を示すＦＲＰ製プロペラシャフト端部の詳細図である。 ：図８に示したＦＲＰ製プロペラシャフトの破壊の進行状況を示したＦＲＰ製プロペラシャフト端部の詳細図である。 ：本発明におけるＦＲＰ製プロペラシャフト部分層の別の実施態様を示すＦＲＰ製プロペラシャフト端部の詳細図である。 ：比較例における部分層が存在しないＦＲＰ製筒体の端部の詳細図である。 ：実施例における部分層、主層が存在する本発明のＦＲＰ製筒体の端部の詳細図である。

符号の説明

１１、３１、４１ ：二股ヨーク
１２、２１ ：十字軸式ジョイント
１３、５３ ：ＦＲＰ製筒体
１４、３４ ：シャフトヨーク
１５、４４、 ：フランジヨーク
１６、４６、 ：カップリング
１７、５７ ：駆動軸
３３、４３、６３、７３ ：切り込み歯
３５、４５、５６、６４、７４：軸方向歯先長（接合長）
３６、４６、６５、７５ ：凸部（圧縮荷重伝達部）
３７、４７、６６、７６ ：立面（圧縮荷重伝達部）
５１、６１ ：軸方向切り込み歯を有したＰｌｕｎｇ型等速ジョイント
５２、６２、７２ ：鋼球（ベアリングボール）
５４、７１ ：軸方向切り込み歯を有したＦｉｘ型等速ジョイント
６５、９１ ：ＦＲＰ製筒体端部
８１、９１ ：ＦＲＰ製筒体主層（ヘリカル巻）
８２、９２ ：ＦＲＰ製筒体部分層（フープ巻）

Claims (10)

1. 端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。
2. 一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する主層と、上記本体の一端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた部分層とを含み、上記一端部及び他端部に設けた等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。
3. 一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する、ヘリカル巻された補強繊維を含有する主層と、上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含有する部分層とを含み、上記一端部及び他端部に設けた等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。
4. 一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、前記ＦＲＰ製筒体はその本体の全長にわたって延在する、本体の軸方向に対して±５〜４５°の角度でヘリカル巻された補強繊維を含有する主層と、上記本体の一端部及び他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含有する部分層とを含み、上記一端部及び他端部に設けた等速ジョイントは、その等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる圧縮荷重伝達部を備えているプロペラシャフト。
5. 上記圧縮荷重伝達部は外径が上記部分層の外径以下でかつ、上記部分層の外端面と対向する立面を有している、請求項１〜４のいずれかのプロペラシャフト
6. 一端部及び他端部に強化繊維による周方向補強巻層を含んでいるＦＲＰ製筒体と、駆動源の駆動軸に連結される等速ジョイントからなるプロペラシャフトであって、上記本体は、
   ａ．上記本体の全長にわたって設けた、上記本体の軸方向に対して±５〜４５°の角度でヘリカル巻された補強繊維を含む主層と、
   ｂ．上記本体の一端部および他端部において、上記主層と一体に、かつ、上記主層の内側に設けた、フープ巻された補強繊維を含む部分層と、を有し、上記一端部および他端部に設けた等速ジョイントは
   ｃ．上記部分層に内接する接合面と、
   ｄ．上記接合面に隣接して設けた、上記等速ジョイントの軸方向に作用する圧縮荷重を上記主層と上記部分層との層間に集中させてそれら主層と部分層とを上記層間において剥離させる、外径が上記部分層の外径以下で、かつ、上記部分層の外端面と対向する立面を備えた圧縮荷重伝達部と、を有しているプロペラシャフト。
7. 上記等速ジョイントの接合が、圧入接合によって行われている、請求項１〜６のいずれかのプロペラシャフト。
8. 上記等速ジョイントと上記ＦＲＰ製筒体との接合面に、その等速ジョイントの軸方向に延びるセレーションが設けられている、請求項１〜７のいずれかのプロペラシャフト。
9. 上記部分層は外端面に対応する内端面側の部分がくさび形の縦断面形状を有している請求項１〜８のいずれかのプロペラシャフト。
10. 上記部分層は、外端面側から内端面側に向かって厚みが徐々に薄くなっている、請求項１〜９のいずれかのプロペラシャフト。

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