JP2016142363A - 動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保できて、軽量化を図ることが可能な動力伝達シャフトを提供する。【解決手段】シャフト本体３の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有し、短軸部２Ａ，２Ｂの端部に、周方向に沿って三角形状部８が複数個配設されてなる三角波形部９を形成する。シャフト本体３の両端部に、周方向に沿って三角形状部１０が複数個配設されてなる三角波形部１１を形成する。短軸部側２Ａ，２Ｂの三角波形部９の側辺とシャフト本体３側の三角波形部１１の側辺とが接触する噛合にて、一対の短軸部２Ａ，２Ｂ間にシャフト本体３を介在させた状態で短軸部２Ａ，２Ｂとシャフト本体３とが直線状に配設一体化される【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝達シャフトに関し、特に、自動車や各種産業機械に用いられる動力伝達用シャフトに関する。

自動車や各種産業機械に用いられる動力伝達用シャフトは、一般的には鋼製である。しかしながら、このような鋼製では重量が大となる。このため、近年では、軽量化のためにＣＦＲＰ(炭素繊維強化プラスチック)等の繊維強化プラスチックを用いる場合がある。

このように、繊維強化プラスチックを用いる場合、強度劣化を防止するために、鉄鋼部材との併用となる。このため、繊維強化プラスチックと鉄鋼部材とを接合する必要が生じ、従来には、この繊維強化プラスチックと鉄鋼部材とを接合性を考慮したものがある（特許文献１〜特許文献３）。

特許文献１では、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製のチューブ体の端部において、リベットを介して金属製ヨークと接合するものである。この場合、ＦＲＰ製のチューブ体は、中心軸に対して繊維の配向角度が略直角に巻回される直角巻層からなり、端部においては、中心軸に対して繊維の配向角度が鋭角に巻回される鋭角巻層と、前記直角巻層とが交互に配設したものである。

特許文献２では、ＦＲＰ製筒体の端部が、中心軸に対して繊維の配向角度が４５度未満とされたヘリカル巻層と、このヘリカル巻層間に介装されるフープ巻層とを介在させたものである。フープ巻層はその繊維の配向角度が４５度以上９０度未満とされる。そして、この端部に、金属板から形成される中間円筒部材が圧入され、さらに、この中間円筒部材に、金属製ヨークの圧入軸部が嵌入される。

この場合、中間円筒部材の外径面及び内径面にセレーションが形成され、中間円筒部材がＦＲＰ製筒体の端部に圧入された際に、外径面側のセレーションがＦＲＰ製筒体の端部の内径面に食い込むものである。また、中間円筒部材に、金属製ヨークの圧入軸部が嵌入されることによって、内径面のセレーションには金属製ヨークの圧入軸部の外径面に形成されたセレーションが噛合される。これらよって、ＦＲＰ製筒体に金属ヨークが接合されることになる。

特許文献３は、ＦＲＰ円筒の両端部に金属製の端部ジョイントを結合してなるＦＲＰ駆動シャフトが記載されている。この場合、端部ジョイントは、セレーション軸部材と、このセレーション軸部材に結合される大径フランジ部材とからなる。そして、セレーション軸部材に、波形係合部が形成された短円筒体からなる金属製の突き合わせカラーが外嵌されるとともに、ＦＲＰ円筒の端部がセレーション軸部材に外嵌状に嵌入されるものである。

また、ＦＲＰ円筒の端部には波形係合部が形成され、この波形係合部に前記突き合わせカラーの波形係合部が突き合わされた状態で、波形係合部同士が嵌合する。そして、この波形係合部の嵌合部位に短円筒体からなるカラーが外嵌される。この場合、ＦＲＰ円筒の波形係合部とカラーの波形係合部とを嵌合させ、その状態で、波形係合部の嵌合部位にカラーを外嵌して接着する。そして、ＦＲＰ円筒と突き合わせカラーとが一体したものを、セレーション軸部材に圧入することになる。

実開平１−９１１１８号公報 特開２００４−３０８７００号公報 特開２０１１−５２７２０号公報

前記特許文献１では、前記したように、ＦＲＰ製のチューブ体の端部に金属製ヨークを嵌入し、リベットを用いてこれらを連結するものである。このため、トルク負荷時等に、リベット貫通部位に応力が集中し、比較的低トルク発生時に破損するおそれがある。また、リベットを用いるもので、組み立て性および接合性に優れると言えるものではない。

特許文献２では、中間円筒部材の外径面側のセレーションをＦＲＰ製筒体の端部の内径面に食い込まさるものであり、この食い込みによって、ＦＲＰ製筒体の内径面側の繊維が切断されるおそれがある。このため、トルク負荷時にＦＲＰ（繊維強化プラスチック）層間で剥離が生じやすいものとなっている。

特許文献３では、ＦＲＰ円筒の端部には波形係合部と突き合わせカラーの波形係合部とが突き合わされた状態で、波形係合部同士が嵌合するものである。しかしながら、この場合もＦＲＰ円筒の端部には波形係合部の内径面に、セレーション軸部材のセレーションが食い込むことになる。このため、前記特許文献２と同様、ＦＲＰ円筒の内径面側の繊維が切断されるおそれがある。また、ＦＲＰ円筒の繊維配向方向についての限定はない。このため、トルク負荷時において、繊維が剪断方向に力を受けるおそれがあり、強度的に安定しない。

そこで、本発明は、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保できて、軽量化を図ることが可能な動力伝達シャフトを提供する。

本発明の動力伝達シャフトは、一対の等速自在継手を連結する動力伝達シャフトであって、各等速自在継手の外側継手部材のカップ底部に連設される金属製の短軸部と、この短軸部間に配設される中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体を備え、シャフト本体の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有し、各短軸部の端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成するとともに、シャフト本体の両端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成し、短軸部側の三角波形部の側辺とシャフト本体側の三角波形部の側辺とが接触する噛合にて、一対の短軸部間にシャフト本体を介在させた状態で短軸部とシャフト本体とが直線状に配設一体化され、かつ、シャフト本体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成したものである。この場合、繊維配向角度として、３０°〜６０°及び−３０°〜−６０°とするのが好ましく、特に±４５°が好ましい。なお、繊維配向角度として、３０°〜６０°や−３０°〜−６０°とした場合、三角波形部の各三角形状部の斜辺のシャフト本体軸心に対して成す角度を３０°〜６０°や−３０°〜−６０°とすることになる。

本発明の動力伝達シャフトによれば、中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体の直径（外径寸法）の大径化が可能であり、しかも、シャフト本体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成することによって、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保できる。また、繊維配向角度として、３０°〜６０°（−３０°〜−６０°）とした場合、三角波形部の各三角形状部の斜辺のシャフト本体軸心に対して成す角度を３０°〜６０°（−３０°〜−６０°）とすることによって、三角形状部としては、その頂点部が約６０°から１２０°の三角形状を成すことになり、形状による強度も安定する。すなわち、頂点部が約６０°以下の鋭角であれば、いわゆる先細形状となって形状による強度が安定せず、逆に１２０°の鈍角となれば、嵌合部の軸方向長さが短くなって、安定したトルク伝達機能を発揮しにくくなる。

中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体には芯金が内嵌されているものであったり、保護用パイプ材にて被覆したものであったりしてもよい。これによって、中空繊維強化プラスチックのシャフト本体の座屈に対する補強、及び捩り強度の向上を図ることができる。

三角波形部が噛合する噛合部にリング形状のカラー部材を外嵌したり、繊維に樹脂を含浸させてなるシート材を巻設したり、樹脂を含浸させてなる繊維体を巻設したりすることができる。これらによって、三角波形部が噛合する噛合部が、トルク負荷時に外径側へ拡大（拡径）するのを防止することができる。

シャフト本体の繊維強化プラスチックには多数の短繊維が含浸されているものであってもよい。多数の短繊維を含浸させることによって、繊維強化プラスチックの強度を向上させることができる。

三角波形部が形成された短軸部は、等速自在継手の外側継手部材と一体成形品であってもよい。

本発明では、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保でき、形状による強度も安定する。このため、軽量化を図ることができて、トルク伝達機能を有効に発揮できる動力伝達シャフトを提供できる。

シャフト本体に芯金が内嵌されたものでは、シャフト本体の座屈を防止することができるとともに、捩り強度向上に寄与する。保護用パイプ材にて被覆したものであれば、この保護用パイプ材によって、シャフト本体の外周側に、捩り強度補強のための芯金としての役割を発揮できるとともに、外部からの異物（例えば飛び石）や紫外線等から保護することができる。

三角波形部が噛合する噛合部にカラー部材等を外嵌することによって、トルク負荷時に外径側へ拡大（拡径）するのを防止することができ、接合力低下を防止でき、長期にわたって安定したトルク伝達機能を発揮することができる。

多数の短繊維を含浸させることによって、繊維強化プラスチックの強度を向上させることができ、より耐久性に優れた動力伝達シャフトを提供できる。

また、短軸部が外側継手部材と一体成形品であれば、短軸部の接続作業を省略でき、組み立て作業性の向上を図ることができる。

本発明の動力伝達シャフトの断面図である。 前記図１に示す動力伝達シャフトの三角波形部が噛合する噛合部の拡大図である。 三角波形部が噛合する噛合部にカラー部材を被覆した状態の拡大図である。 繊維配向角が４５°となる繊維に樹脂を含浸させたシートを噛合部に巻設した状態の拡大図である。 繊維配向角が９０°となる繊維に樹脂を含浸させたシートを噛合部に巻設した動力伝達シャフトの平面図ある。 他の実施形態を示す動力伝達シャフトの断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。この動力伝達シャフトは、例えば、自動車や各種産業機械に用いられるものであって、ドライブシャフト等に使用される。

このドライブシャフトは、固定式等速自在継手３１と摺動式等速自在継手３２とを、本発明に係る動力伝達シャフト１にて連結してなるものである。この図例では、固定式等速自在継手３１にバーフィールド型等速自在継手を用い、摺動式等速自在継手３２に、トリポード型等速自在継手を用いている。

固定式等速自在継手３１は、軸方向に延びる複数のトラック溝３３が内径面３４に形成された外側継手部材３５と、軸方向に延びる複数のトラック溝３６が外径面３７に円周方向等間隔に形成された内側継手部材３８と、外側継手部材３５のトラック溝３３と内側継手部材３８のトラック溝３６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール３９と、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージ４０とを備えている。

摺動式等速自在継手３２は、内周に軸線方向に延びる三本のトラック溝５１を設けると共に各トラック溝５１の内側壁に互いに対向するローラ案内面５１ａを設けた外側継手部材５２と、半径方向に突出した３つの脚軸５３を備えたトリポード部材５４と、前記脚軸５３に外嵌する内側ローラ５５と、前記トラック溝５１に挿入されると共に前記内側ローラ５５に外嵌する外側ローラ５６とを備えたものである。すなわち、この摺動式等速自在継手３２は、外側ローラ５６が脚軸５３に対して回転自在であると共にローラ案内面５１ａに沿って移動可能なダブルローラタイプである。また、トリポード部材５４はボス５７と前記脚軸５３とを備える。脚軸５３はボス５７の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。

固定式等速自在継手３１における内側継手部材３８の軸孔にトルク伝達可能にシャフト６１の軸端嵌合部を嵌入し、摺動式等速自在継手におけるトリポード部材５４の軸孔にトルク伝達可能にシャフト６２の軸端嵌合部を嵌入している。なお、シャフト６１，６２の両軸端嵌合部の端部は、スナップリング等の止め輪６５，６５によりそれぞれ抜け止めされている。すなわち、軸端嵌合部の端部に周方向溝６６、６６が形成され、この周方向溝６６、６６に止め輪６５，６５が嵌合している。

このシャフト６１，６２の軸端嵌合部の外径には雄スプライン６７，６７が形成され、両等速自在継手の内側継手部材３８及びトリポード部材５４の軸孔には雌スプライン６８，６８が形成されている。シャフト６１，６２の軸端嵌合部を等速自在継手３１，３２の内側継手部材３８及びトリポード部材５４の軸孔に嵌入することにより、雄スプライン６７，６７と雌スプライン６８，６８とを噛み合わせることで結合させ、シャフト６１と内側継手部材３８との間でトルク伝達を可能とし、シャフト６２とトリポード部材５４との間でトルク伝達を可能としている。

シャフト６１，６２と各外側継手部材３５，５２との間には、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏洩を防止するためのブーツ３０Ａ，３０Ｂがそれぞれ装着されている。ブーツ３０Ａ，３０Ｂは、大径端部３０ａと、小径端部３０ｂと、大径端部３０ａと小径端部３０ｂとを連結する蛇腹部３０ｃとからなる。ブーツ３０の大径端部３０ａは外側継手部材３５，５２の開口端でブーツバンド４５Ａ，４５Ｂにより締め付け固定され、その小径端部３０ｂはシャフトの所定部位でブーツバンド４６Ａ、４６Ｂにより締め付け固定されている。

動力伝達シャフト１は、各等速自在継手３１，３２の外側継手部材３５，５２のカップ底部３５ａ，５２ｂに連設される金属製の短軸部２Ａ，２Ｂと、この短軸部２Ａ，２Ｂ間に配設される中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体３を備える。シャフト本体３の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有するものである。

短軸部２Ａ，２Ｂは、図２に示すように、一端側に周方向に沿って三角形状部８が複数個配設されてなる鋼製等の三角波形部９が形成されている。なお、三角波形部９の三角形状部８の頂部はアール状とされている。

シャフト本体３は、例えば、フィラメントワンディング法にて成形される。ここで、フィラメントワンディング法とは、樹脂を含浸させた強化繊維をマンドレル（中空円筒形の成形型）に巻き付けて成形，加熱硬化炉で硬化させて完成品を得る方法である。マンドレル側を回転させる方式とクリールと呼ぶ巻き付けヘッドを回転させる方式がある。

このため、シャフト本体３においては、図１に示すように、繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有するものであり、この繊維配向角度θが＋４５°となる第１繊維巻設部Ｍ１と、繊維配向角度θが−４５°となる第２繊維巻設部Ｍ２とを有するものとなる。

また、このシャフト本体３の端部には、図２に示すように、周方向に沿って三角形状部１０が複数個配設されてなる三角波形部１１が形成されている。この場合、三角形状部１０は平面視において、その斜辺１０ａがシャフト軸心に対して成す角度αとして、４５°となる二等辺三角形を成すことになる。なお、三角形状部１０の頂部は、アール形状とされている。

この場合、図１に示すように、短軸部２Ａ，２Ｂの外径寸法Ｄ１と、シャフト本体３の外径寸法Ｄ２と同一寸法に設定され、短軸部２Ａ，２Ｂの肉厚寸法Ｔ１と、シャフト本体３の肉厚寸法Ｔ２とが同一寸法に設定される。

そして、シャフト本体３には、パイプ材からなる芯金１５が内嵌される。芯金１５としても、例えば、Ｓ５３ＣやＳ４３Ｃなどに代表される機械構造用鋼や、ボロンを添加して焼入深さと強度向上を図った１０Ｂ３８等を用いることができる。この場合、熱硬化処理を行って強度を確保するようにするのが好ましいが、外径寸法が比較的大きく設定できて、強度を確保できるものであれば、熱硬化処理を行わないものものであってもよい。硬化処理した場合、表面硬度としては、５２ＨＲＣ〜６５ＨＲＣとする。なお、芯金１５の肉厚寸法としては、図例では、シャフト本体３の肉厚寸法Ｔ２よりも小さく設定されているが、用いる材質によって種々変更でき、芯金１５の肉厚寸法とシャフト本体３の肉厚寸法Ｔ２と同一としたり、芯金１５の肉厚寸法をシャフト本体３の肉厚寸法Ｔ２よりも厚くしてもよい。

各等速自在継手３１，３２の外側継手部材３５，５２の底壁部３５ａ，５２ａには、それぞれ、膨出部４１，４１が設けられ、この膨出部４１，４１に芯金１５の両端部がそれぞれ外嵌され、溶接等の接合手段にて、膨出部４１，４１に芯金１５とが一体化される。この膨出部４１は、外径側の大径部４１ａと内径側の小径部４１ｂとからなる。このため、芯金１５の端面６が膨出部４１の大径部４１ａの端面４２，４２に突き合わされた状態で接合される。また、短軸部２Ａ，２Ｂの端面７も端面４２，４２に突き合わされた状態で、底壁部３５ａ，５２ａに溶接等の接合手段にて接合される。

そして、図２に示すように、短軸部２Ａ，２Ｂの三角形状部８と、シャフト本体３の三角形状部１０とは、同一形状寸法で、周方向に沿って同一ピッチで配設される。このため、短軸部２Ａ，２Ｂの周方向の隣りあう三角形状部８間にて形成される三角形状の凹部１２に、シャフト本体３の三角形状部１０が嵌合するとともに、シャフト本体３の周方向の隣りあう三角形状部１０間にて形成される三角形状の凹部１３に、短軸部２Ａ，２Ｂの三角形状部８が嵌合することになる。すなわち、短軸部２Ａ，２Ｂの三角波形部９とシャフト本体３の三角波形部１１とが噛合することになる。

この場合、シャフト本体３の三角形状部１０の斜辺１０ａ及び短軸部２Ａ，２Ｂの三角形状部８の斜辺８ａの角度α、βは４５°であり、シャフト本体３の第１繊維巻設部（繊維がＡ方向に巻設されたもの）の繊維配向角度θが＋４５°であり、第２繊維（繊維がＢ方向に巻設されたもの）の繊維配向角度θが−４５°となるので、トルク負荷時に生じる応力方向と繊維の方向が同方向になる。

ところで、シャフト本体３の第１繊維（Ａ方向繊維）の繊維配向角度θとしては、＋４５°に限るものではなく、＋３０°〜＋６０°であればよく、第２繊維（Ｂ方向繊維）の繊維配向角度θとしても−３０°〜−６０°であればよい。このため、シャフト本体３の三角形状部１０の斜辺及び短軸部２Ａ，２Ｂの三角形状部８の斜辺の角度βとしても、４５°に限るものではなく、３０°〜６０°であればよい。すなわち、トルク負荷時に生じる応力方向と繊維の方向が同方向になるように設定できればよい。

また、シャフト本体３の樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であっても、ＰＡ（ナイロン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）等の熱可塑性樹脂等とすることができる。

繊維強化プラスチックとしては、繊維が予め樹脂の層を通って含浸させる際に、無数の短繊維を樹脂層に攪拌させながら含浸させておき、巻きつける繊維（第１繊維巻設部Ｍ１及び第２繊維巻設部Ｍ２）に短繊維を付着させたものであってもよい。これにより、硬化した樹脂内で巻き付けられた長繊維だけでなく、無数の短繊維が含有されたことになる。なお、短繊維の繊維長さとしては、１ｍｍ未満とする。

次に、図３では、短軸部２Ａの三角波形部９とシャフト本体３の三角波形部１１との噛合部Ｓに、短円筒体からなるカラー部材１６を外嵌している。カラー部材１６は、例えば、Ｓ５３ＣやＳ４３Ｃなどに代表される機械構造用鋼や、ボロンを添加して焼入深さと強度向上を図った１０Ｂ３８等を用いることができる。さらには、ステンレス鋼などの合金鋼や軽量化目的でアルミ合金などの非鉄金属や樹脂等であってもよい。図示しなかったが短軸部２Ｂも同様にカラー部材１６を外嵌してもよい。

カラー部材１６が、短軸部２Ａ，２Ｂの三角波形部９とシャフト本体３の三角波形部１１との噛合部Ｓに圧入されることになって、噛合部Ｓを覆うことになる。また、このカラー部材１６は、トルクを伝達するための部材ではないので、カラー部材１６を金属製にて構成しても、熱硬化処理を施す必要がないが、もちろん、熱硬化処理を施したものであってもよい。なお、熱硬化処理した場合、表面硬度としては、５２ＨＲＣ〜６５ＨＲＣとする。このカラー部材１６の肉厚寸法としては、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とされる。

図４は、カラー部材１６に代えて、樹脂を含浸させたシート材１７を短軸部２Ａの三角波形部９とシャフト本体３の三角波形部１１との噛合部Ｓに巻設したものである。この場合、繊維として、シャフト本体３の繊維と同様、繊維配向角度θが＋４５°であるＡ方向繊維と、繊維配向角度θが−４５°であるＢ方向繊維とを備えたものである。図５では、シート材１７の繊維配向方向を周方向としている。また、樹脂を含浸させたシート材１７に代えて樹脂を含浸させてなる繊維体を巻設したものであってもよい。図示しなかったが短軸部２Ｂにも図４および図５のシート１７を嵌合部Ｓに巻設してもよい。

次に、図６に示す動力伝達シャフトは、シャフト本体３の外周を保護用パイプ材２０にて被覆したものである。外側継手部材３５，５２の底壁部３５ａ，５２ａに、短軸部２Ａ，２Ｂが一体に連設されている。そして、短軸部２Ａ，２Ｂの周方向の隣りあう三角形状部８間にて形成される三角形状の凹部１２に、シャフト本体３の三角形状部１０が嵌合するとともに、シャフト本体３の周方向の隣りあう三角形状部１０間にて形成される三角形状の凹部１３に、短軸部２Ａ，２Ｂの三角形状部８が嵌合することになる。すなわち、短軸部２Ａ，２Ｂの三角波形部９とシャフト本体３の三角波形部１１とが噛合することになる（図２参照）。

そして、短軸部２Ａ，２Ｂ及びシャフト本体３には、保護用パイプ材２０が外嵌されている。保護用パイプ材２０としては、前記芯金１５と同様、例えば、Ｓ５３ＣやＳ４３Ｃなどに代表される機械構造用鋼や、ボロンを添加して焼入深さと強度向上を図った１０Ｂ３８等を用いることができる。この場合も、熱硬化処理を行って強度を確保するようにするのが好ましいが、外径寸法が比較的大きく設定できて、強度を確保できるものであれば、熱硬化処理を行わないものであってもよい。硬化処理した場合、表面硬度としては、５２ＨＲＣ〜６５ＨＲＣとする。

この保護用パイプ材２０の両端部２０ａ、２０ａが短軸部２Ａ，２Ｂに外嵌された状態で、その端面が、外側継手部材３５，５２の底壁部３５ａ，５２ａの端面４３に突き合わされて溶接等の接合手段にて、保護用パイプ材２０の両端部２０ａ、２０ａが短軸部２Ａ，２Ｂと接合一体化される。

この場合、保護用パイプ材２０の外径寸法Ｄ４と外側継手部材３５，５２の膨出部４１，４１の外径寸法Ｄ５とを同一に設定するとともに、保護用パイプ材２０の内径寸法Ｄ６とシャフト本体３の外径寸法Ｄ２を同一に設定している。また、この場合も、シャフト３の外径寸法Ｄ２と、短軸部２Ａ，２Ｂの外径寸法Ｄ１とが同一寸法に設定され、シャフト３の肉厚寸法Ｔ２と、短軸部２Ａ，２Ｂの肉厚寸法Ｔ１とが同一寸法に設定されている。このため、短軸部２Ａ，２Ｂの三角波形部９とシャフト本体３の三角波形部１１とが噛合することになる。この状態で、シャフト本体３に保護用パイプ材２０が外嵌されることになる。

本発明の動力伝達シャフトでは、中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体３の直径（外径寸法）の大径化が可能であり、しかも、シャフト本体３の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部８、１０の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成することによって、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保できる。また、三角波形部９、１１の各三角形状部８、１０の斜辺のシャフト本体軸心に対して成す角度を３０°〜６０°とすることによって、三角形状部１０としては、その頂点部が約６０°から１２０°の三角形状を成すことなり、形状による強度も安定する。すなわち、頂点部が約６０°以下の鋭角であれば、いわゆる先細形状となって形状による強度が安定せず、逆に１２０°の鈍角となれば、噛合部Ｓの軸方向長さが短くなって、安定したトルク伝達機能を発揮しにくくなる。

このため、本発明では、繊維強化プラスチックの捩り強度を高レベルに確保でき、形状による強度も安定する。このため、軽量化を図ることができて、トルク伝達機能を有効に発揮できる動力伝達シャフトを提供できる。特に、三角波形部９、１１の各三角形状部８，１０の斜辺８ａ，１０ａのシャフト本体軸心に対して成す角度を４５°とするとともに、シャフト本体３の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を±４５°とすることによって、トルク負荷状態において各三角形状部８、１１の斜辺８ａ，１０ａに生じる応力方向と同方向に設定しやすい利点がある。

シャフト本体３に芯金１５が内嵌されたものでは、シャフト本体３の座屈を防止することができるとともに、捩り強度向上に寄与する。また、三角波形部９、１１が噛合する噛合部にカラー部材１６等を外嵌することによって、トルク負荷時に外径側へ拡大（拡径）するのを防止することができ、接合力低下を防止でき、長期にわたって安定してトルク伝達機能を発揮することができる。

多数の短繊維を含浸させたものでは、繊維強化プラスチックの強度を向上させることができ、より耐久性に優れた動力伝達シャフトを提供できる。

保護用パイプ材２０にて被覆したものであれば、この保護用パイプ材２０によって、シャフト本体３の外周側に、捩り強度補強のための芯金としての役割を発揮できるとともに、外部からの異物（例えば飛び石）や紫外線等から保護することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、動力伝達シャフトにおいて、座屈を回避でき、かつ、捩り強度の確保が可能なシャフト本体３を得ることが可能であれば、芯金１５や保護用パイプ材２０等を省略してもよい。また、シャフト本体３の繊維強化プラスチックとしても、短繊維が含浸されてないものであってもよい。

また、シャフト本体３の三角形状部１０の数や大きさ等は、シャフト本体３の径寸法や肉厚寸法等に応じて任意に設定できる。なお、前記実施形態では、各三角形状部１０の頂部としてはアール部を形成することによって、丸みを付けたものであるが、このような丸みをつけないものであってもよい。

芯金１５や保護用パイプ材２０を接合する場合、溶接以外に、摩擦接合(摩擦圧接・圧接）にて行ってもよい。摩擦接合とは、金属材料を接触加圧しながら相対運動を起こさせ、発生する摩擦熱を熱源とする接合法である。また、溶接にて接合を行う場合、電子ビーム溶接、レーザ溶接、アーク溶接、又はガス溶接等の種々の溶接方法を採用することができる。

また、繊維強化プラスチックからなるシャフト本体３の製法として、前記実施形態では、フィラメントワインディング法を示したが、シートワインディング法等の他の方法を採用してもよい。ここで、シートワインディング法とは、回転しているマンドレルの外側に、シート状の繊維に樹脂を含浸し半硬化状態のもの（プリプレグ）を巻き付け、硬化させた後、マンドレルを引き抜いてパイプ状のものを成形する方法である。

繊維強化プラスチックとしては、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いるこことができ、さらには、ボロン繊維強化プラスチック（ＢＦＲＰ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ, ＫＦＲＰ）やポリエチレン繊維強化プラスチック（ＤＦＲＰ）等も用いることができる。また、含浸させる短繊維としては、ガラス繊維や炭素繊維等を用いることができるが、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）等であってもよい。

固定式等速自在継手３１として、図例のものに限らず、アンダーカットフリータイプの等速自在継手であっても、摺動式等速自在継手３２としては、ダブルオフセットタイプ、クロスグルーブタイプの等速自在継手であってもよい。また、前記実施形態では、動力伝達シャフトとしてはドライブシャフトに用いたが、ドライブシャフト以外のプロペラシャフトに用いてもよい。なお、摺動式等速自在継手３２としてトリポードタイプを用いる場合、シングルローラタイプであっても、ダブルローラタイプであってもよい。

Ｓ 噛合部
２Ａ，２Ｂ 短軸部
３ シャフト本体
８，１０ 三角形状部
９、１１ 三角波形部
１５ 芯金
１６ カラー部材
１７ シート材
２０ 保護用パイプ材
３１ 固定式等速自在継手
３２ 摺動式等速自在継手

Claims (8)

1. 一対の等速自在継手を連結する動力伝達シャフトであって、
   各等速自在継手の外側継手部材のカップ底部に連設される金属製の短軸部と、この短軸部間に配設される中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体を備え、シャフト本体の繊維強化プラスチックは方向性を持った繊維を有し、各短軸部の端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成するとともに、シャフト本体の両端部に、周方向に沿って三角形状部が複数個配設されてなる三角波形部を形成し、短軸部側の三角波形部の側辺とシャフト本体側の三角波形部の側辺とが接触する噛合にて、一対の短軸部間にシャフト本体を介在させた状態で短軸部とシャフト本体とが直線状に配設一体化され、かつ、シャフト本体の繊維強化プラスチックの繊維配向角度を、トルク負荷状態において各三角形状部の斜辺に生じる応力方向と同方向となるように構成したことを特徴とする動力伝達シャフト。
2. 前記シャフト本体には芯金が内嵌されていることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達シャフト。
3. 三角波形部が噛合する噛合部にリング形状のカラー部材を外嵌したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達シャフト。
4. 三角波形部が噛合する噛合部に、繊維に樹脂を含浸させてなるシート材を巻設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達シャフト。
5. 三角波形部が噛合する噛合部に、樹脂を含浸させてなる繊維体を巻設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達シャフト。
6. シャフト本体の繊維強化プラスチックには多数の短繊維が含浸されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
7. 三角波形部が形成された短軸部は、等速自在継手の外側継手部材と一体成形品であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の動力伝達シャフト。
8. 中空繊維強化プラスチック製のシャフト本体と、三角波形部が噛合する噛合部とを保護用パイプ材にて被覆したことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達シャフト。

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