JP2019035482A - 動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化プラスチックからなる樹脂製軸部材を用いることにより軽量化を図ることができ、しかも、金属製軸部材と樹脂製軸部材とは、安定した接合状態を維持でき、トルク伝達に優れた動力伝達シャフトを提供する。
【解決手段】金属製軸部材と、この金属製軸部材に軸方向に沿って連設される樹脂製軸部材とを備えた動力伝達シャフトである。樹脂製軸部材が繊維強化プラスチックで構成される。金属製軸部材と樹脂製軸部材とは、微細凹凸面に繊維強化プラスチックが流入固化してなる締結構造部を介して接合されている。
【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の接合性を考慮したものがある（特許文献１及び特許文献２）。

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。また、特許文献２では、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ませるものである。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。これらによって、ＦＲＰ製筒体に金属ヨークが接合されることになる。

実開平１−９１１８号公報 特開２００４−３０８７００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せるものであり、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。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、繊維強化プラスチックからなる樹脂製軸部材を用いることにより軽量化を図ることができ、しかも、金属製軸部材と樹脂製軸部材とは、安定した接合状態を維持でき、トルク伝達に優れた動力伝達シャフトを提供するものである。

本発明の動力伝達シャフトは、金属製軸部材と、この金属製軸部材に軸方向に沿って連設される樹脂製軸部材とを備えた動力伝達シャフトであって、前記樹脂製軸部材が繊維強化プラスチックで構成され、金属製軸部材と樹脂製軸部材とは、微細凹凸面に繊維強化プラスチックが流入固化してなる締結構造部を介して接合されているものである。微細凹凸面は、ショットブラストのような物理加工による方法であっても、エッチング等の化学的な方法等で成形することができる。

本発明の動力伝達シャフトによれば、締結構造部は微細凹凸面に繊維強化プラスチックが流入固化してなるものであるので、金属製軸部材と樹脂製軸部材とは投錨効果（アンカー効果）によって、機械的接合される。ここで、投錨効果（アンカー効果）とは、接着や塗装において、材料表面の微細な凹凸に接着剤が木の根のように入り込んで硬化することで接着力が高まる効果のことであり、微細凹凸面に繊維強化プラスチックが流入固化してなることは、この投錨効果（アンカー効果）を発揮することになる。

金属製軸部材の外表面に微細凹凸面が形成され、樹脂製軸部材が微細凹凸面に外嵌されて、金属製軸部材の外表面と樹脂製軸部材の内径面との間に締結構造部が形成されているものであってもよい。また、金属製軸部材に金属製筒体が外嵌固定され、この金属製筒体は外表面に微細凹凸面が形成され、樹脂製軸部材が微細凹凸面に外嵌されて、この金属製筒体の外表面と樹脂製軸部材の内径面との間に締結構造部が形成されているものであってもよい。

金属製軸部材と金属製筒体とが異種材にて構成されていてもよい。このため、金属製筒体に、金属製軸部材よりも比重が小さい金属、例えば、アルミニウム等の金属を用いることができる。このため、動力伝達シャフト全体としてさらなる軽量化を図ることができる。

金属製軸部材と金属製筒体とが、凸部とその凸部に嵌合する相手部材の凹部との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造を介して接合されているのが好ましい。このように構成することによって、この嵌合構造において、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されないので、嵌合部位の全てが回転トルク伝達に寄与し、安定した回転トルク伝達が可能であり、スプラインの歯面の擦れ合いによるスプラインの疲労強度の低下を回避でき、耐久性に優れる。しかも、異音の発生も生じさせない。さらには、径方向及び円周方向において隙間無く密着しているため、トルク伝達部位の強度が向上し、動力伝達シャフトを軽量、コンパクトにすることができる。

本発明では、金属製軸部材と樹脂製軸部材とは投錨効果（アンカー効果）によって、機械的接合される。これにより、安定した回転トルク伝達が可能であり、トルク伝達部位の強度が向上し、動力伝達シャフトを軽量、コンパクトにすることができる。

本発明の動力伝達シャフトの要部斜視図である。 金属製軸部材と樹脂製軸部材の接合領域を示す断面図である。 金属製軸部材と樹脂製軸部材とが投錨効果（アンカー効果）によって機械的接合されている状態を示し、（ａ）は凹部の断面形状が異形である微細凹凸面の拡大断面図であり、（ｂ）は凹部の断面形状が山形である微細凹凸面の拡大断面図であり、（ｃ）は凹部の断面形状が台形状である微細凹凸面の拡大断面図である。 金属製軸部材と樹脂製軸部材との間に他の金属製筒体が介在されている動力伝達シャフトの要部断面図である。 図４のＸ−Ｘ線拡大断面図である。 図５の要部拡大図である。 他の凹凸嵌合構造の断面図である。 図７の要部拡大図である。 本発明に係る動力伝達シャフトを用いたドライブ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９に基づいて説明する。図９は、本発明に係る動力伝達シャフト１を用いたドライブシャフトを示し、この動力伝達シャフト１は、一対の金属製軸部材２，２と、金属製軸部材２，２に軸方向に沿って連設される樹脂製軸部材３とを備える。すなわち、樹脂製軸部材３は、一対の金属製軸部材２，２間に配設されてこれらを連結する中間軸を構成する。

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３５の内径面３４と内側継手部材３８の外径面３７との間に介在してボール３９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動力伝達シャフト１の軸端嵌合部を嵌入し、摺動式等速自在継手３２におけるトリポード部材５４の軸孔にトルク伝達可能に動力伝達シャフト１の軸端嵌合部を嵌入している。なお、動力伝達シャフト１の両軸端嵌合部の端部は、スナップリング等の止め輪２５，２５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２６、２６が形成され、この周方向溝２６、２６に止め輪２５，２５が嵌合している。

この動力伝達シャフト１の軸端嵌合部の外径には雄スプライン５，５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２７，２７が形成されている。動力伝達シャフト１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５，５と雌スプライン２７，２７とを噛み合わせることで結合させ、動力伝達シャフト１と内側継手部材３８及びトリポード部材５４との間でトルク伝達を可能としている。

動力伝達シャフト１と各外側継手部材３８，５２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３０がそれぞれ装着されている。ブーツ３０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４５により締め付け固定され、その小径端部３０ｂは動力伝達シャフト１の後述するブーツ装着部６ｃでブーツバンド４６により締め付け固定されている。

金属製軸部材２は、図１と図２に示すように、一方の端部に大径ボス部４が設けられるとともに、他方の端部に雄スプライン５が設けられている。すなわち、大径ボス部４から雄スプライン５に向かって中径部６ａ、小径部６ｂ、ブーツ装着部６ｃ、小径部６ｄ、中径部６ｅが設けられている。ブーツ装着部６ｃに周方向凹溝７が設けられ、ブーツ３０の小径端部３０ｂ（図９参照）がブーツ装着部６ｃに装着された際に、周方向凹溝７に小径端部３０ｂの内径面の一部が嵌合する。

樹脂製軸部材３は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製筒体からなる。ＦＲＰ製筒体としてはフィラメントワインディング法やシートワインディング法にて成形される。フィラメントワインディング法とは、樹脂を含浸した炭素繊維（繊維束）を心棒のまわりに巻いて成形し、加熱して硬化させた後に心棒を取り外す方法である。繊維の束でなく、シートを巻きつけるのが「シートワインディング」という。

この場合、樹脂製軸部材３に両開口端部３ａ、３ａを、図２に示すように、金属製軸部材２，２の大径ボス部４、４に外嵌接合する。この場合、大径ボス部４の外表面４ａには、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような微細凹凸面８が形成されている。

図３（ａ）に示す微細凹凸面８は、多数の凹部９ａと多数の凸部９ｂとからなり、各凹部９ａと凸部９ｂは、その断面形状を円形、楕円、矩形、及び多角形等とは相違する異形とされる。また、図３（ｂ）に示す微細凹凸面８は、その断面形状がその頂点がアール形状とされた三角形状をなす多数の凹部９ｃと、その断面形状がその頂点がアール形状とされた三角形状をなす多数の凸部９ｄとからなる。また、図３（ｂ）に示す微細凹凸面８は、断面扁平三角形状の多数の凸部９ｆと、凸部間に設けられる台形状の多数の凹部９ｅとからなる。

このため、樹脂製軸部材３の両開口端部３ａ、３ａが図２に示すように、金属製軸部材２，２の大径ボス部４、４に外嵌された際には、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように微細凹凸面８に樹脂が流入することになる。すなわち、微細凹凸面８の凹部９ａ、９ｃ，９ｅに樹脂が嵌入することになる。

図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような微細凹凸面８は、ショットブラストのような物理加工による方法、エッチング等による化学的な方法等で成形することができる。ショットブラストとは、投射材と呼ばれる粒体を加工物（ワーク）に衝突させ、ワークの加工等を行う手法である。エッチングとは、化学薬品などの腐食作用を利用した塑形ないし表面加工の技法である。

ところで、繊維強化プラスチックには、熱可塑性樹脂を用いる場合と、熱硬化性樹脂を用いる場合とがある。熱可塑性樹脂は加熱をすると軟化し、冷却すると固化する樹脂材料である。一方、加熱することで固化し、再加熱しても軟化しない樹脂材料を熱硬化性樹脂という。

従って、樹脂製軸部材３に熱可塑性樹脂を用いる繊維強化プラスチックでは、金属製軸部材２，２の大径ボス部４、４に外嵌した際に再加熱をすれば、樹脂が微細凹凸面８に流入して固化することになる。また、熱硬化性樹脂を用いる繊維強化プラスチックでは、固化する前に、金属製軸部材２，２の大径ボス部４、４に外嵌するようにすればよい。

このため、微細凹凸面８に繊維強化プラスチックの樹脂が流入固化して締結構造部１０が形成される。このように、微細凹凸面８に繊維強化プラスチックの樹脂が流入固化すれば、金属製軸部材２と樹脂製軸部材３とは投錨効果（アンカー効果）によって、機械的接合される。ここで、投錨効果（アンカー効果）とは、接着や塗装において、材料表面の微細な凹凸に接着剤が木の根のように入り込んで硬化することで接着力が高まる効果のことであり、微細凹凸面に繊維強化プラスチックの樹脂が流入固化してなることは、この投錨効果（アンカー効果）を発揮することになる。

従って、本発明に係る動力伝達シャフトでは、金属製軸部材２と樹脂製軸部材３とは投錨効果（アンカー効果）によって、機械的接合される。これにより、安定した回転トルク伝達が可能であり、トルク伝達部位の強度が向上し、動力伝達シャフトを軽量、コンパクトにすることができる。

ところで、締結構造部１０の軸方向長さ、すなわち、接合領域Ｈとしては、任意に設定できるが、金属製軸部材２と樹脂製軸部材３との接合力、金属製軸部材２の大径ボス部４の外径寸法、および使用する繊維強化プラスチック等を考慮して、設定することができる。また、微細凹凸面８の凹凸深さＷ（図３（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）としては、投錨効果（アンカー効果）を発揮して、安定した接合力を得るための寸法とする必要があるが、エッチングやショットブラストでの生成を考慮して約２００μｍ以下が望ましい。具体的には、微細凹凸面８の各凹部９ａ、９ｃ、９ｅの断面積を、２５μｍ²〜４００００μｍ²程度と、凹凸深さＷを５μｍ〜２００μｍ程度とするのが好ましい。

次に、図４に示す動力伝達シャフトは、金属製軸部材２に金属製筒体１１が外嵌固定され、この金属製筒体１１に、樹脂製軸部材３の開口端部３ａが外嵌固定されるものである。金属製筒体１１の外径面１１ａに、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような微細凹凸面８が形成されている。このため、金属製筒体１１の外径面１１ａと、樹脂製軸部材３の開口端部３ａとの間に、微細凹凸面８に繊維強化プラスチックが流入固化して締結構造部１０が形成される。これによって、金属製筒体１１と樹脂製軸部材３とは、投錨効果（アンカー効果）によって、機械的接合され、図１に示す動力伝達シャフトと同様な作用効果を奏することになる。なお、このような金属製筒体１１を用いれば、樹脂製軸部材３の大径ボス部４の外径寸法を小さく設定でき、樹脂製軸部材３の肉厚寸法、及び外径寸法を、金属製筒体１１を用いない図１に示す動力伝達シャフト１と同様寸法に設定できる。

金属製軸部材２と金属製筒体１１とは凹凸嵌合構造Ｍを介して接合されている。凹凸嵌合構造Ｍは、図５及び図６に示すに示すように、例えば、金属製筒体１１の大径ボス部４の外径面に設けられて軸方向に延びる凸部１５と、金属製筒体１１の内径面に形成される凹部１６とからなり、凸部１５とその凸部１５に嵌合する金属製筒体１１の凹部１６との嵌合接触部位１８全域が密着している。複数の凸部１５が周方向に沿って所定ピッチで配設され、凸部１５が嵌合する複数の凹部１６が周方向に沿って形成されている。つまり、周方向全周にわたって、凸部１５とこれに嵌合する凹部１６とがタイトフィットしている。

この場合、凸部の突出方向のいずれかの部位（図例では、突出方向中間部）が、凹部形成前の凹部形成面の位置に対応するものである。すなわち、各凸部１５は、その断面が凸アール状の頂点を有する三角形状（山形状）であり、各凸部１５と各凹部１６との嵌合接触部位１８とは、図６に示す範囲Ａであり、断面における山形の中腹部から山頂に至る範囲である。また、周方向の隣合う凸部１５間において、金属製筒体１１の内径面１１ｂよりも内径側に隙間２０が形成されている。なお、図例のように、凸部１５の突出方向中間部が凹部形成前の凹部形成面の位置に対応せずに、一部（例えば先端部位）が対応するものであってもよい。

このため、凹凸嵌合構造Ｍは、凸部１５と凹部１６との嵌合接触部位１８全域が密着しているので、この凹凸嵌合構造Ｍにおいて、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。このため、嵌合部位の全てが回転トルク伝達に寄与し、安定した回転トルク伝達が可能であり、スプラインの歯面の擦れ合いによるスプラインの疲労強度の低下を回避でき、耐久性に優れる。しかも、異音の発生も生じさせない。さらには、径方向及び円周方向において隙間無く密着しているため、トルク伝達部位の強度が向上し、等速自在継手を軽量、コンパクトにすることができる。

次に、この凹凸嵌合構造Ｍの嵌合方法を説明する。少なくとも金属製軸部材２の大径ボス部４の外径部に熱硬化処理を施し、この硬化層に軸方向に沿う凸部と凹部とからなるスプラインを形成する。このため、スプラインの凸部が硬化処理されて、この凸部が凹凸嵌合構造Ｍの凸部１５となる。この際、金属製筒体１１の内径面１１ｂにおいては熱硬化処理を行わない未硬化部とする。なお、スプラインの凸部の硬化層と金属製筒体１１の内径面１１ｂの未硬化部との硬度差は、ＨＲＣで３０ポイント以上とする。

この際、凸部１５の突出方向のいずれかの部位が、凹部形成前の凹部形成面（この場合、金属製筒体１１の内径面１１ｂ）の位置に対応している。すなわち、金属製筒体１１の内径面１１ｂの内径寸法Ｄを、凸部１５の最大外径寸法、つまりスプラインの凸部である前記凸部１５の頂点を結ぶ円の最大直径寸法（外接円直径）Ｄ１よりも小さく、隣合う凸部間の金属製軸部材２の大径ボス部４の最小外径寸法、つまりスプラインの凹部の底を結ぶ円の最大直径寸法Ｄ２よりも大きく設定される。すなわち、Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ１とされる。

スプラインは、従来からの公知公用の手段である転造加工、切削加工、プレス加工、引き抜き加工等の種々の加工方法によって、形成することがきる。また、熱硬化処理としては、高周波焼入れ、浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。

そして、金属製軸部材２の軸心と金属製筒体１１の軸心とを合わせた状態で、金属製筒体１１に対して、金属製軸部材２を挿入（圧入）していく。この際、金属製筒体１１の内径面１１ｂの径寸法Ｄと、凸部１５の最大外径寸法Ｄ１と、スプラインの凹部の最大外径寸法Ｄ２とが前記のような関係であり、しかも、凸部１５の硬度が金属製筒体１１の内径面１１ｂの硬度よりも３０ポイント以上大きいので、金属製軸部材２を金属製筒体１１に圧入していけば、この凸部１５が内径面１１ｂに食い込んでいき、凸部１５が、この凸部１５が嵌合する凹部１６を軸方向に沿って形成していくことになる。

これによって、図６に示すように、金属製軸部材２の凸部１５と金属製筒体１１の凹部１６との嵌合接触部位１８全域が密着している嵌合状態を構成することができる。すなわち、相手側の凹部形成面（この場合、金属製筒体１１の内径面１１ｂ）に凸部１５の形状の転写を行うことになる。この際、凸部１５が金属製筒体１１の内径面１１ｂに食い込んでいくことによって、金属製筒体１１の孔部が僅かに拡径した状態となって、凸部１５の軸方向の移動を許容し、軸方向の移動が停止すれば、金属製筒体１１の孔部が元の径に戻ろうとして縮径することになる。言い換えれば、凸部１５の圧入時に金属製筒体１１の孔部が径方向に弾性変形し、この弾性変形分の予圧が凸部１５の歯面（嵌合接触部位１８の表面）に付与される。このため、凸部１５と凹部１６との嵌合接触部位１８全域が密着する凹凸嵌合構造Ｍを確実に形成することができる。しかも、凹部１６が形成される部材には、スプライン部等を形成しておく必要がなく、生産性に優れ、しかもスプライン同士の位相合わせを必要とせず、組立性の向上を図るとともに、圧入時の歯面の損傷を回避することができ、安定した嵌合状態を維持できる。金属製軸部材２側の硬度を高くでき、また、金属製軸部材２の捩り強度を向上させることができる。

図５及び図６に示す凹凸嵌合構造Ｍでは、金属製軸部材２の大径ボス部４側に凸部１５を構成するスプラインを形成するとともに、この金属製軸部材２のスプラインに対して硬化処理を施し、金属製筒体１１の内径面１１ｂを未硬化（生材）としている。これに対して、図７及び図８に示す凹凸嵌合構造Ｍでは、金属製筒体１１の内径面１１ｂに硬化処理を施されたスプライン（このスプラインに凸部が凹凸嵌合構造Ｍの凸部となる）を形成するとともに、金属製軸部材２の大径ボス部４には硬化処理を施さないものである。なお、このスプラインも公知公用の手段であるブローチ加工、切削加工、プレス加工、引き抜き加工等の種々の加工方法によって、形成することができる。また、熱硬化処理としても、高周波焼入れ、浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。

この場合、凸部１５の突出方向中間部位が、凹部形成前の凹部形成面（金属製軸部材２の大径ボス部４の外径面）の位置に対応する。すなわち、スプラインの凸部である凸部１５の頂点を結ぶ円の最小直径（凸部１５の最小内径寸法）Ｄ４を金属製軸部材２の大径ボス部４の外径寸法Ｄ３よりも小さく、スプラインの凹部の底を結ぶ円の最大外径寸法（凸部間の軸孔内径面の内径寸法）Ｄ５を大径ボス部４の外径寸法Ｄ３よりも大きく設定する。すなわち、Ｄ４＜Ｄ３＜Ｄ５とされる。

この場合、金属製軸部材２の大径ボス部４を金属製筒体１１に圧入すれば、金属製筒体１１側の凸部１５によって、金属製軸部材２の大径ボス部４の外径面に凸部１５が嵌合する凹部１６を形成することができる。これによって、凸部１５と凹部１６との嵌合接触部位１８全域が密着している嵌合状態を構成することができる。

ここで、凸部１５と凹部１６との嵌合接触部位１８とは、図８に示す範囲Ｂであり、断面における山形の中腹部から山頂にいたる範囲である。また、周方向の隣合う凸部１５間において、大径ボス部４の外周面よりも外径側に隙間２２が形成される。

このため、図７及び図８に示す凹凸嵌合構造Ｍであっても、図５と図６に示す凹凸嵌合構造Ｍと同様の作用効果を奏することができる。

微細凹凸面８は、物理的、化学的、さらにはこれらの組み合わせで成形されるものであるので、繊維強化プラスチックに接合する部位を金属製軸部材２とは別部材として処理したほうが、製造上有利になる場合がある。このため、図４に示すように、金属製筒体１１を用いることができる。このように、金属製筒体１１を用いる場合、金属製軸部材２と金属製筒体１１とを異種材にて構成することができる。このように、金属製軸部材２と金属製筒体１１とを異種材にて構成する場合、金属製筒体１１にアルミニウム等の軸部材に一般に用いられる鋼とは異なる材質を適用することができる。これにより、動力伝達シャフトの更なる軽量化や、微細凹凸面８の成形方法の選択自由度が向上する。

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、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。

繊維強化プラスチックとしては、フープ巻きであってもヘリカル巻きであってもよい。フープ巻きとは、中心軸と繊維の巻き付け方向とがなす角度が略垂直となるように、繊維を巻回する方法である。ここで「略垂直」とは、９０°と、繊維同士が重ならないように繊維の巻き付け位置をずらすことによって生じ得る９０°前後の角度と、の両方を含む。また、ヘリカル巻きとは、中心軸と繊維の巻き付け方向とがなす角度が所定の角度となるように、繊維を巻回する方法である。

樹脂製軸部材３の肉厚寸法及び外径寸法として、用いる部位や、動力伝達シャフト全長等に応じて任意に設定できるが、トルク伝達に動力伝達シャフトに対応し、かつ大径化及び重量化しない範囲で種々設定できる。

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。

凹凸嵌合構造の凸部１５の形状として、図例では、断面三角形状、断面台形、半円形状、半楕円形状、矩形形状等の種々の形状のものを採用でき、凸部１５の面積、数、周方向配設ピッチ等も任意に変更できる。すなわち、スプラインを形成し、このスプラインの凸部（凸歯）をもって凹凸嵌合構造Ｍの凸部１５とする必要はなく、キーのようなものであってもよく、曲線状の波型の合わせ面を形成するものであってもよい。要は、軸方向に沿って配設される凸部１５を相手側に圧入し、この凸部１５にて凸部１５に密着嵌合する凹部１６を相手側に形成することができて、凸部１５とそれに対応する凹部１６との嵌合接触部位１８全域が密着し、しかも、金属製軸部材２と樹脂製軸部材３との間で回転トルクの伝達ができればよい。

凸部１５に対して熱硬化処理を行い、凸部対応側を未硬化部位として、凸部１５の硬度を凹部が形成される部位よりも高くしたが、硬度差をつけることができれば、両者を熱処理しても、両者を熱処理しなくてもよい。さらに、圧入する際に凸部１５の圧入始端部のみが、凹部１６が形成される部位より硬度が高ければよいので、凸部１５の全体の硬度を高くする必要がない。さらに、隙間２０が形成されるが、凸部１５間の凹部まで、内径面１１ｂに食い込むようなものであってもよい。なお、凸部１５側と、凸部１５にて形成される凹部形成面側との硬度差としては、前記したようにＨＲＣで３０ポイント以上とするのが好ましいが、凸部１５が圧入可能であれば３０ポイント未満であってもよい。上記熱処理方法としては、例えば高周波焼入れ、浸炭焼入れ、調質、焼準などが上げられる。圧入時に凸部１５で凹部１６を形成する場合において、金属製筒体１１に浸炭焼入れを行う場合、内径面１１ｂを防炭処理することで、金属製軸部材の凸部１５より硬度の低い層を金属製筒体１１の内径面１１ｂに形成し易くなる。また、圧入時に金属製筒体１１の内径面１１ｂの凸部１５で金属製軸部材２に凹部１６を形成する場合、金属製軸部材２に焼準処理や調質処理を施すことで、金属製軸部材２の捩り強度を確保しつつ金属製軸部材２の外径面の硬度を金属製筒体１１の内径面１１ｂの凸部１５より低くすることができる。

凸部１５の端面（圧入始端を軸方向に対して直交する面としても、軸方向に対して、所定角度で傾斜するものであってもよい。この場合、内径側から外径側に向かって反凸部側に傾斜しても凸部側に傾斜してもよい。なお、凸部１５を圧入する場合、凹部１６が形成される側を固定して、凸部１５を形成している側を移動させても、逆に、凸部１５を形成している側を固定して、凹部１６が形成される側を移動させても、両者を移動させてもよい。

本発明では、自動車用途のみならず船舶用途、各種産業機械用途および航空機用途などの動力伝達シャフトとして好適に用いることができる。

２ 金属製軸部材
３ 樹脂製軸部材
８ 微細凹凸面
１０ 締結構造部
１１ 金属製筒体
１５ 凸部
１６ 凹部
１８ 嵌合接触部位
Ｍ 凹凸嵌合構造

Claims (5)

1. 金属製軸部材と、この金属製軸部材に軸方向に沿って連設される樹脂製軸部材とを備えた動力伝達シャフトであって、
   前記樹脂製軸部材が繊維強化プラスチックで構成され、前記金属製軸部材と前記樹脂製軸部材とは、微細凹凸面に繊維強化プラスチックが流入固化してなる締結構造部を介して接合されていることを特徴とする動力伝達シャフト。
2. 前記金属製軸部材の外表面に前記微細凹凸面が形成され、前記樹脂製軸部材が前記微細凹凸面に外嵌されて、前記金属製軸部材の外表面と前記樹脂製軸部材の内径面との間に前記締結構造部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記金属製軸部材に金属製筒体が外嵌固定され、この金属製筒体は外表面に前記微細凹凸面が形成され、前記樹脂製軸部材が前記微細凹凸面に外嵌されて、前記金属製筒体の外表面と前記樹脂製軸部材の内径面との間に締前記結構造部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
4. 前記金属製軸部材と前記金属製筒体とが異種材にて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手。
5. 前記金属製軸部材と前記金属製筒体とが、凸部とその凸部に嵌合する相手部材の凹部との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造を介して接合されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の等速自在継手。

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