JPH0942266A - 繊維強化複合材料製駆動シャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヨーク部とシャフト本体を繊維強化複合材料
で一体形成し、取付け用の相手部品の寸法が小さい場合
に、目標性能を確保した状態でヨーク部形状を相手部品
に合わせることを可能とする。 【解決手段】 プロペラシャフト１は、円筒状のシャフ
ト本体２及びその両端部に突設されたヨーク部３が繊維
強化複合材料で一体に形成されている。各ヨーク部３は
一対のアーム３ａを有し、各アーム３ａには孔４が形成
されている。孔４はその軸線がシャフト本体２の軸線と
直交するように形成され、孔４に金属製のブッシュ５が
嵌合固着されている。プロペラシャフト１を構成する繊
維はヨーク部３において折り返すように配列されてい
る。シャフト本体２の最大内径Ｄがヨーク部３のアーム
間距離Ａより大きく形成されている。

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に
好適な繊維強化複合材料製駆動シャフト及びその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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（ドライブシャフト）を介してディフ
ァレンシャル装置に伝達している。プロペラシャフトは
その両端部にヨークが設けられ、ユニバーサルジョイン
ト（主に十字軸式ジョイント）を介してトランスミッシ
ョン及びディファレンシャル装置に連結されている。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。また、軽量化を図っ
た金属パイプ製であっても長尺のプロペラシャフトの場
合は、プロペラシャフトの曲げ固有振動数と共振を起こ
す回転数との関係で２分割（３ジョイント方式）又は３
分割（４ジョイント方式）にする必要がある。従って、
ジョイント数が多く、部品点数、組付け工数が多くなり
コスト高の原因となる。また、自動車のボディへの組付
けに必要な部品点数及び工数も多くなる。

【０００３】この不都合を解消するため、シャフト本体
あるいはプロペラシャフト全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り、長尺の場合で
も分割する必要のないプロペラシャフトが、例えば、特
開平５−１９３３８１号公報、特開平６−９４０２４号
公報、アメリカ特許４６８１５５６号等に提案されてい
る。

【０００４】特開平５−１９３３８１号公報に記載のプ
ロペラシャフトは、ＦＲＰ製のシャフト本体を作成した
後、シャフト本体の端部に金属製のヨークの端部を嵌入
するとともに接着剤を使用して両端部を固着している。

【０００５】アメリカ特許４６８１５５６号では、図１
０に示すようにプロペラシャフト５０の両端（片側のみ
図示）に、シャフト本体５１と同一軸線方向に延びる中
空の栓部５２ａと、その先端に一体に形成された一対の
リング状の横軸部５２ｂとからなる金属製のヨーク部材
５２が配設されている。ヨーク部材５２の外面はＦＲＰ
で被覆されている。

【０００６】また、特開平６−９４０２４号公報に記載
のプロペラシャフトは、図１１（ａ）に示すように、ヨ
ーク部５３をシャフト本体５１と一体に成形し、ヨーク
部５３に設けられたピン穴５４の周囲とシャフト本体５
１とが連続した繊維で補強されている。シャフト本体５
１の内側には樹脂製の芯材５５が収容されている。この
プロペラシャフトを製造する場合は、図１１（ｂ）に示
すように、鋼棒製のマンドレル芯５６の外周に芯材５５
を串刺し状に取付けるとともに、その両端にヨーク用芯
材５７を取付けたマンドレルを使用する。そして、ヨー
ク用芯材５７にピン５８を取り付けた状態で、フィラメ
ントワインディングにより繊維を巻き付け、樹脂硬化後
にマンドレル芯５６、ヨーク用芯材５７及びピン５８を
除去する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平５−
１９３３８１号公報に記載のプロペラシャフトは、シャ
フト本体及びヨークの材質が異なり、熱膨張率も異な
る。そして、熱膨張率の異なる両者が相対移動しないよ
うに、接着剤によりその界面で接合している。その結
果、両者の接合部にストレスが加わり、プロペラシャフ
ト全体を同じ材質で製造した場合に比較して耐疲労性が
悪く、寿命が短くなる。又、ヨークが金属製のため、そ
の分、重くなるという問題がある。

【０００８】特開平６−９４０２４号公報、アメリカ特
許４６８１５５６号に記載のプロペラシャフトは、ヨー
ク部を構成する強化繊維がシャフト本体５１部分を構成
する強化繊維と連続するため、金属製のヨーク部をシャ
フト本体に接着したものに比較して耐疲労性が良くな
る。

【０００９】ところが、ヨーク部とシャフト本体とが一
体のＦＲＰ製プロペラシャフトは、フィラメントワイン
ディング法で製作するため、樹脂硬化後にマンドレルを
抜き取る必要がある。そのため、ヨーク部のアーム間距
離（図９にＡで示す）とシャフト本体の内径ＤはＡ≧Ｄ
とする必要があった。プロペラシャフトの径は、曲げ固
有振動数と共振を起こす回転数、ねじり強度等の目標値
によりその大きさが限定され、目標値が大きな場合は一
般に内径が大きくなる。一方、ヨーク部のアーム間距離
は、プロペラシャフトを取り付ける相手部品の大きさに
より決まる。そして、目標性能によりアーム間距離がシ
ャフト本体の内径より小さくなる場合がある。そのよう
なプロペラシャフトを従来のフィラメントワインディン
グ法で製作すると、マンドレルの抜き取りができない。

【００１０】特開平６−９４０２４号公報に記載のプロ
ペラシャフトの製造方法では、シャフト本体５１を形成
する場合に使用した芯材５５を抜き取らないため、シャ
フト本体５１の内径をヨーク部のアーム間距離より大き
くすることができる。しかし、この方法で製造したプロ
ペラシャフトはシャフト本体５１内に芯材５５が残るた
め、軽量化の妨げとなるとともに曲げ固有振動数と共振
を起こす回転数を大きくするのにも不利になる。また、
軽量化のため芯材５５に発泡体を使用すると、繊維を強
く巻き付ける際に変形する虞もある。

【００１１】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的はヨーク部とシャフト本体を繊維
強化複合材料で一体形成するとともに、取付け用の相手
部品の寸法が小さい場合にヨーク部形状を相手部品に合
わせてしかも目標性能を確保することができる繊維強化
複合材料製駆動シャフト及びその製造方法を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め請求項１に記載の発明では、筒状のシャフト本体及び
その両端部に突設されたヨーク部を繊維強化複合材料で
一体に形成し、前記シャフト本体に配列された繊維の少
なくとも一部をヨーク部に形成された孔の外周に沿って
ヨーク部の先端側で折り返すように配列し、前記シャフ
ト本体の最大内径部の径を前記ヨーク部のアーム間距離
より大きくした。

【００１３】請求項２に記載の発明では、前記シャフト
本体の内径が前記ヨーク部のアーム間距離より大きい部
分に、前記繊維強化複合材料より比重の軽い材料で形成
された筒状体が配置されている。

【００１４】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記シャフト本体と前
記ヨーク部との連続部の内側には筒状の補強部材が固着
されている。

【００１５】請求項４に記載の発明では、棒状又は筒状
のマンドレル本体と、その外側に配置されるとともに少
なくとも駆動シャフトのシャフト本体の内径の異なる部
分と対応する形状で複数に分割可能に形成された補助部
材とを備え、駆動シャフトのヨーク部の孔と対応する位
置に軸部が突設されたマンドレルを使用して、前記軸部
にブッシュを取りつけた状態でフィラメントワインディ
ング法により樹脂が含浸された繊維をブッシュの周方向
に沿って折り返してその配列方向を変更するように前記
マンドレル上に配列した後、前記樹脂を硬化させ、その
後マンドレルを分解して除去するようにした。

【００１６】請求項５に記載の発明では、請求項４に記
載の発明において、前記マンドレルに代えて、前記駆動
シャフトの両端のヨーク部間の内側形状に等しい外形の
棒状体を、その軸を含む面と平行な分割面で少なくとも
３個に分割した複数の構成体から構成し、両外側に配置
される構成体の厚さを内側に配置される構成体の厚さよ
り薄くし、駆動シャフトのヨーク部の孔と対応する位置
に軸部を突設したマンドレルを使用する。

【００１７】請求項１〜請求項３に記載の発明では、シ
ャフト本体の最大内径部の径がヨーク部のアーム間距離
より大きい。従って、ヨーク部の大きさを取付け用の相
手部品の寸法に合わせて小さくしても、シャフト本体の
径を駆動シャフトの要求性能に合わせて大きくできる。
シャフト本体とヨーク部とが繊維強化複合材料で一体に
形成されているため、使用環境の温度変化に伴って駆動
シャフトが熱膨張、熱圧縮により変形する際、シャフト
本体とヨーク部とを別の材質で形成した場合よりストレ
スが小さくなる。

【００１８】請求項２に記載の発明では、繊維強化複合
材料製のシャフト本体の内径がヨーク部のアーム間距離
より大きい部分に、繊維強化複合材料より比重が軽い材
料で形成された筒状体が配置されている。従って、マン
ドレルの外側に前記筒状体を装着した状態でフィラメン
トワインディング法によりシャフト本体及びヨーク部を
形成し、樹脂硬化後にマンドレルを抜くことにより、従
来と同じマンドレルにより駆動シャフトが製造できる。

【００１９】請求項３に記載の発明では、繊維を配列し
難いヨーク部基端の強度確保が容易となる。請求項４に
記載の発明では、マンドレルの軸部にブッシュを取りつ
けた状態で、フィラメントワインディング法により樹脂
が含浸された繊維がブッシュの周方向に沿って折り返さ
れてその配列方向を変更するように前記マンドレル上に
配列される。そして、シャフト本体及びヨーク部を構成
する繊維強化樹脂層が構成された後、樹脂が硬化され
る。次にマンドレルが分解除去されて駆動シャフトが製
造される。

【００２０】請求項５に記載の発明では、使用されるマ
ンドレルの構造が異なり、その分割形状がマンドレルの
軸を含む面と平行な分割面で分割された形状のため、マ
ンドレルの構成が簡単となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明をプロペラシャフト
に具体化した第１の実施の形態を図１〜図４に従って説
明する。図３（ａ），（ｂ）に示すように、駆動シャフ
トとしてのプロペラシャフト１は、円筒状のシャフト本
体２及びその両端部に突設されたヨーク部３が繊維強化
複合材料（ＦＲＰ）で一体に形成されている。各ヨーク
部３は一対のアーム３ａを有し、各アーム３ａには孔４
が形成されている。孔４はその軸線がシャフト本体２の
軸線と直交するように形成され、孔４に金属製のブッシ
ュ５が嵌合固着されている。プロペラシャフト１を構成
する繊維（フィラメント）Ｆはヨーク部３において折り
返すように配列されている。また、シャフト本体２のヨ
ーク部３につながる端部には、その最外周にフープ巻６
が形成されている。そして、シャフト本体２の最外層に
は図示しない熱収縮フィルム（例えばポリエステルフィ
ルム）が巻き付けられている。

【００２２】図１に示すように、ヨーク部３の肉厚はシ
ャフト本体２の肉厚より厚く、かつヨーク部３のアーム
間距離Ａがシャフト本体２の最大内径Ｄより小さく形成
されている。アーム間距離Ａはプロペラシャフト１が連
結される相手部品（十字軸）の寸法に対応した値に設定
される。シャフト本体２の最大内径Ｄはプロペラシャフ
ト１に要求される曲げ固有振動数と共振を起こす回転
数、ねじり強度等の目標値に対応した値に設定される。
アーム３ａの先端側の肉厚が薄く形成されているのは、
十字軸（図示せず）をベアリングとともに金属ブッシュ
５に取り付ける際に、アーム３ａと十字軸とが干渉しな
いようにするためである。

【００２３】ヨーク部３で折り返される繊維Ｆの配列と
しては２種類ある。１つは図４（ａ）に示すように、繊
維Ｆが折り返し後にヨーク部３において前記孔４の中心
及びシャフト本体２の軸心を含む平面Ｐと交差しないＵ
字状配列である。他の１つは図４（ｂ）に示すように、
繊維Ｆが折り返し後にヨーク部３において平面Ｐと交差
するＸ字状配列である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）はプ
ロペラシャフト１の第１端部側における繊維Ｆの配列を
示す概略展開図であり、（ａ）はＵ字状配列、（ｂ）は
Ｘ字状配列、（ｃ）は両者を重ね合わせた状態をそれぞ
れ示す。繊維Ｆの実際の本数はずっと多いが、便宜上省
略して図示されている。また、図において線Ｌより上側
がヨーク部３に対応し、線Ｌより下側がシャフト本体２
に対応する。平面Ｐは各図において紙面と垂直に位置す
る。

【００２４】シャフト本体２の部分において同一層を形
成する繊維Ｆは、所定の等ピッチでシャフト本体２の軸
方向となす角度θ₁ がほぼ等しくなるように斜めに巻き
付けられている。この角度θ₁ は車両に組付けて使用さ
れる際に要求される、曲げ、ねじり、振動等の特性を満
足する所定の値に設定される。この実施例では前記角度
θ₁ がほぼ±１０°前後に設定されている。すなわち、
Ｕ字状配列及びＸ字状配列ともシャフト本体２と対応す
る部分の配列方向が、図４（ａ），（ｂ）に示すものと
逆方向の層が存在する。従って、配列方向が逆向きの層
を重ねることにより、図４（ｃ）に示す状態となる。

【００２５】繊維強化複合材料に使用される強化繊維と
しては、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が
ある。マトリックスとしては、エポキシ樹脂、ビニルエ
ステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂
等の熱硬化性樹脂がある。そして、要求特性に合うよう
に適宜組み合わせて使用される。前記強化繊維のうち、
カーボン繊維が強度及び軽量化の点で最も好ましく、次
にガラス繊維が良い。マトリックスとしては耐熱性、耐
湿性の点でエポキシ樹脂が最も好ましい。この実施の形
態ではカーボン繊維とエポキシ樹脂の組合せが採用され
ている。

【００２６】図４（ａ）に示すようにＵ字状配列の繊維
Ｆによりヨーク部３の大体の形状が構成される。Ｕ字状
配列の繊維Ｆのみでもプロペラシャフト１に要求される
ねじり強度、ねじり剛性等の機械的強度は満足された。
しかし、Ｕ字状配列の繊維Ｆのみでは、ブッシュ５とシ
ャフト本体２との間に空間７が残るため形状的に好まし
くない。Ｘ字状配列の繊維Ｆは図４（ｂ）に示すよう
に、Ｕ字状配列の繊維Ｆが配列されない空間７と対応す
る部分に配列される。Ｘ字状配列の繊維Ｆはねじり強度
に対してはＵ字状配列の繊維Ｆより大きく寄与する。し
かし、Ｘ字状配列の繊維Ｆがあまり増えると、ブッシュ
５とシャフト本体２との間の部分が外側に膨らんだ状態
となり外観が悪くなる。従って、Ｕ字状配列及びＸ字状
配列の両者を組み合わせることにより形状的にも物性的
にも満足できるプロペラシャフト１が得られる。シャフ
ト本体２を構成する繊維Ｆの層数は生産性や要求される
物性により適宜決定されるが、通常は４〜２０層程度で
ある。

【００２７】ねじり強度はＸ字状配列１００％の場合以
外はいずれも目標値を超えた。ねじり強度はＸ字状配列
の割合が７５％までは、Ｘ字状配列の割合の増加に伴っ
て大きくなる傾向が見られた。その結果、Ｕ字状配列と
Ｘ字状配列とを組み合わせる場合は、Ｕ字状配列の割合
が２０〜１００％でＸ字状配列の割合が８０〜０％の組
合せが好ましく、Ｕ字状配列の割合が５５〜７０％でＸ
字状配列の割合が４５〜３０％の組合せがより好まし
く、Ｕ字状配列の割合が６０〜６５％でＸ字状配列の割
合が４０〜３５％の組合せが最も好ましい。いずれの場
合もＵ字状配列及びＸ字状配列の合計が１００％とな
る。

【００２８】前記のように構成されたプロペラシャフト
１は図１に示すように、ヨーク部３の基端内側に蓋８を
接着剤で固着し、ブッシュ５に十字軸式ジョイントの十
字軸がベアリングを介して回動可能に組付けられた状態
で使用される。蓋８は塵や土などの侵入を防ぐために取
付けられる。シャフト本体２とヨーク部３とが一体に形
成されているため、使用環境の温度変化に伴ってプロペ
ラシャフト１が熱膨張、熱収縮により変形する際、シャ
フト本体２とヨーク部３とがほぼ同様に変形する。従っ
て、両者を別の材質で形成した場合と異なり、変形の繰
り返しに対する耐疲労性が向上し、プロペラシャフト１
の寿命が延びる。シャフト本体２に配列された繊維Ｆの
少なくとも一部がヨーク部３に形成された孔４の外周に
沿ってヨーク部３の先端側で折り返すように配列されて
いるため、ヨーク部３のねじり力及び引っ張り力に対す
る必要な強度の確保が容易となる。また、アーム間距離
Ａとシャフト本体２の最大内径Ｄとはそれぞれ他の部分
の形状等を考慮せず、要求性能に対応した値に設定でき
るため、プロペラシャフト１の設計の自由度が増す。

【００２９】次に前記のプロペラシャフト１の製造方法
を説明する。プロペラシャフト１はフィラメントワイン
ディング法により形成される。図２（ａ）に示すよう
に、使用されるマンドレル９は分解可能に構成され、金
属円筒で形成されたマンドレル本体１０とその外側に配
置される補助部材１１とを備えている。マンドレル本体
１０の外径はプロペラシャフト１のアーム間距離Ａと等
しく形成され、補助部材１１はシャフト本体２の内径の
異なる部分（大径部）と対応する形状の筒状体を４個に
分割した形状に形成されている。補助部材１１の分割形
状は図２（ｂ）に示すように、１個の補助部材１１ａの
分割面がマンドレル本体１０の中心を通る平面と平行あ
るいはマンドレル内径側に拡がるように形成されてい
る。他の分割面はマンドレル本体１０の中心を通る平面
で分割されている。即ち、４個の補助部材１１が筒状に
配置された状態で、補助部材１１ａは内側へ移動可能で
あるが、他の補助部材１１は補助部材１１ａが除去され
た後でなければ、内側へ移動できない。マンドレル本体
１０の両端にはプロペラシャフト１のヨーク部３の孔４
と対応する位置に軸部を構成する支持ピン１２が着脱可
能に貫通支持されている。また、ヨーク部３とシャフト
本体２との境界と対応する位置に、周方向に沿って所定
間隔で多数のピン１３が着脱可能に突設されている。

【００３０】このマンドレル９の支持ピン１２にブッシ
ュ５を取付け、その外側にブッシュカバー（図示せず）
を取付けた後、多軸制御可能なフィラメントワインディ
ング機（図示せず）にセットする。フィラメントワイン
ディング機は少なくとも回転方向及び軸方向の２軸制御
可能なものが使用されるが、回転方向及び軸方向に加え
て軸方向と直交する方向の３軸制御可能なものが好まし
い。補助部材１１，１１ａはマンドレル本体１０の外側
には自由に移動可能なため、繊維が巻き付けられるまで
マンドレル本体１０に一時的に固定する必要がある。離
型フィルムを表面に巻き付けて固定するか、補助部材１
１，１１ａを接着材でマンドレル本体１０に固定する。
接着材には接着力の弱いものを使用する。

【００３１】次にフィラメントワインディング機を作動
させてマンドレル９の回転と糸ガイド部の動きを制御
し、繊維Ｆに熱硬化性樹脂を付着させながらマンドレル
９上に巻き付ける。繊維Ｆを巻き付ける場合、まずシャ
フト本体２に対応する部分に繊維Ｆを所定の角度で巻付
けた後、ブッシュ５の周方向に沿って折り返してその配
列方向を変更するように配列することを繰り返す。ブッ
シュ５の周囲に巻き付けられる繊維は、マンドレル９と
ブッシュカバーとの間に配置される。そして、ヨーク部
３におけるＵ字状配列及びＸ字状配列の２種類の配列の
割合が所定の割合となるようにシャフト本体２の繊維配
列層の数が所定値となるまで繊維Ｆを巻き付ける。前記
繊維配列層の数が所定値となった後、シャフト本体２の
両端部にフープ巻きを行って繊維Ｆの巻付けを終了す
る。

【００３２】シャフト本体２を構成する１層分の繊維Ｆ
を巻き付ける順序の一例をＵ字状配列の場合について示
すと、ヨーク部３の第１の側（図４（ａ）の左側）の配
列を行った後、第２の側（図４（ａ）の右側）の配列を
行う。第１の側の配列を行う場合、まずで示すＵ字状
配列の最も内側となる繊維Ｆの左側に連続する部分がシ
ャフト本体２に巻き付けられた後、ピン１３（図４では
図示せず）と係合してその配列方向が変更された後、ブ
ッシュ５に沿って折り返される。そして、Ｕ字状配列の
右側において最も内側となるように配列された後、繊維
Ｆはピン１３と係合してその配列方向が変更された後、
で示す位置に配列され反対側の端部で折り返される。
そして、次にで示すように１ピッチ外側の位置でピン
１３と係合するように配列される。以下、同様にして順
次１ピッチずつ外側へ移動するようにして第１の側の繊
維Ｆの配列が行われる。第１の側の配列終了後、第２の
側の配列が第１の側と同様に内側から外側へと順次行わ
れる。１層分を構成する繊維Ｆのシャフト本体２の部分
における軸方向となす角度θ₁ は全部ほぼ同一である。

【００３３】そして、シャフト本体２における巻付け角
度が逆方向の場合及びＸ字状配列の場合においても同様
に行われる。また、繊維Ｆを折り返す場合、必ずしも平
面Ｐに対して対称に折り返す必要はなく、ヨーク部３の
左側において最も外側に配列された繊維Ｆをヨーク部３
の右側において最も内側に配列してもよい。この場合は
ヨーク部３の左側においては繊維Ｆが次第に内側で折り
返すように、右側においては繊維Ｆが次第に外側で折り
返すように配列される。

【００３４】繊維Ｆの巻付け終了後、ピン１３をマンド
レル９から取り外し、マンドレル９上に形成された繊維
層の円筒部の外周面にポリエステルフィルム等の熱収縮
性フィルムを巻き付ける。次にマンドレル９ごと硬化炉
に入れ、所定温度で樹脂を硬化させる。硬化温度は樹脂
により異なるが、例えばエポキシ樹脂の場合は１８０°
Ｃ程度である。そして、最後にブッシュカバー及び支持
ピン１２をマンドレル９から取り外した後、マンドレル
９を分解除去してプロペラシャフト１が完成する。マン
ドレル９の分解は、プロペラシャフト１を固定保持した
状態で先ずマンドレル本体１０の第１端部を押してマン
ドレル本体１０をプロペラシャフト１内から押し出し、
ある程度プロペラシャフト１内から出た状態でマンドレ
ル本体１０の第２端部を把持して引き抜く。次にプロペ
ラシャフト１をねじるか、補助部材１１ａを引っ掛けフ
ックで引き剥がして、補助部材１１ａをプロペラシャフ
ト１の内側から離脱させる。次に他の補助部材１１をプ
ロペラシャフト１の内側から離脱させて、プロペラシャ
フト１が完成する。

【００３５】前記のように、マンドレル９が分解可能に
構成され、マンドレル本体１０を引き抜いた後に補助部
材１１を分解してプロペラシャフト１内から取り出すこ
とができる。従って、シャフト本体２の最大内径Ｄがア
ーム間距離Ａより大きな場合でも、マンドレル９の外側
に繊維Ｆを巻き付けるフィラメントワインディング法で
プロペラシャフト１を製造することができる。

【００３６】この実施の形態は前記の効果の他に以下の
効果を有する。 （イ） シャフト本体２の両端部にフープ巻き６が形成
されるため、ピン１３を取り外した後、熱硬化完了まで
のシャフト本体２の端部における繊維配列の乱れを防止
することができる。

【００３７】（ロ） プロペラシャフト１の外側に巻き
付けられた熱収縮性フィルムが、プロペラシャフト１の
外観を向上させる役割の他に、フープ巻き６と同様に繊
維配列の乱れ防止及び、プロペラシャフト１の使用時に
おける耐衝撃性向上の役割も果たす。例えば、自動車の
走行中に路上の小石等がプロペラシャフト１にぶつかる
場合があるが、熱収縮性フィルムがプロペラシャフト１
の外周面に巻き付けられていることにより、耐衝撃性が
向上する。

【００３８】（ハ） マンドレル９が円筒状のマンドレ
ル本体１０と、プロペラシャフト１の内径の異なる部分
に対応する形状の筒状体を分割した補助部材１１，１１
ａとから構成されているため、マンドレル９の組立及び
分解を簡単にできる。

【００３９】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図５及び図６に従って説明する。この実施の形態で
はプロペラシャフト１を製造する際に使用するマンドレ
ル１４の構成が第１の実施の形態と異なり、それに伴っ
てプロペラシャフト１の内側形状も若干異なる。

【００４０】図５に示すように、マンドレル１４はプロ
ペラシャフト１の両端のヨーク部３間の内側形状に等し
い外形の棒状体を、その軸を含む面と平行な分割面で分
割された複数（この実施の形態では３個）の構成体１４
ａ，１４ｂから構成されている。両外側に配置される構
成体１４ａは同じ形状に形成され、その厚さが内側に配
置される構成体１４ａの厚さより薄く形成されている。
各構成体１４ａ，１４ｂにはプロペラシャフト１のヨー
ク部３の孔４と対応する位置に軸部としての支持ピン１
２が嵌挿される孔１５と、ピン１３が嵌挿される多数の
孔（図示せず）とが形成されている。

【００４１】前記のように構成されたマンドレル１４
に、前記実施の形態と同様に支持ピン１２及びピン１３
を嵌挿し、支持ピン１２にブッシュ５を取付け、その外
側にブッシュカバー（図示せず）を取付けた後、多軸制
御可能なフィラメントワインディング機（図示せず）に
セットする。そして、所定の形状に繊維Ｆを巻き付けた
後、前記実施の形態と同様にして樹脂を硬化させ、その
後、マンドレル１４を分解する。

【００４２】マンドレル１４の分解は、第１端部側に嵌
挿されたピン１２を引き抜いて除去するとともに、第２
端部側に嵌挿されたピン１２をマンドレル１４から引き
抜いてブッシュ５内に位置する状態とする。そして、ピ
ン１２においてプロペラシャフト１を固定保持した状態
で、図６（ａ）に示すように、先ず内側の構成体１４ｂ
を押し出した後、外側に配置された両構成体１４ａを順
に取り外す。構成体１４ａを取り外すときは、構成体１
４ａの端部に図６（ｂ）の矢印方向への力を加えること
により凸部１４ｃがプロペラシャフト１から離脱し、構
成体１４ａがプロペラシャフト１内から取り出される。

【００４３】この実施の形態では繊維配列層が構成され
た状態で、各構成体１４ａ，１４ｂの端部がプロペラシ
ャフト１の外側に突出した状態にあるため、構成体１４
ａ，１４ｂに対してプロペラシャフト１内から取り出す
ための力を作用させ易く、マンドレル１４の分解除去が
簡単となる。

【００４４】なお、本発明は前記両実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば次のように具体化してもよ
い。 （１） 図７に示すように、シャフト本体２の内径がヨ
ーク部３のアーム間距離Ａより大きい部分に、繊維強化
複合材料より比重の軽い材料で形成された筒状体１６が
配置されている。筒状体１６は例えば紙で形成されてい
る。この場合、プロペラシャフト１の重量は筒状体１６
の部分も繊維強化複合材料で構成した場合に比較して軽
くなり、曲げ固有振動数と共振を起こす回転数を大きく
するのにも有利になる。

【００４５】このプロペラシャフト１を製造する場合
は、アーム間距離Ａと同じ外径の円筒状のマンドレルを
使用し、筒状体１６にマンドレルを嵌挿した状態でフィ
ラメントワインディングにより前記の実施の形態と同様
にして繊維Ｆを巻き付ける。ただし、筒状体１６の周囲
には離型剤の塗布や離型フィルムの巻付けを行わない。
繊維Ｆに含浸された樹脂が筒状体１６の表面に浸透し、
樹脂硬化後は、筒状体１６はシャフト本体２と一体化さ
れる。その状態でマンドレルを引き抜くと、シャフト本
体２と筒状体１６が一体化されたプロペラシャフト１が
得られる。この場合は分解可能な特殊な構造のマンドレ
ルを必要とせず、通常のフィラメントワインディングと
同じにプロペラシャフト１を製造できる。

【００４６】（２） 図８に示すように、シャフト本体
２とヨーク部３との連続部の内側に蓋の役割も兼ねた有
底筒状の補強部材１７を接着剤により固着する。補強部
材１７は蓋部１７ａと、アーム３ａの基部と対応する１
対の延出部１７ｂとから構成されている。プロペラシャ
フト１を使用する場合は図１に示すように、蓋８をプロ
ペラシャフト１の両端部に固着する。必ずしもシャフト
本体２に巻き付ける繊維とヨーク部３に巻き付ける繊維
の本数は同一でなくてもよく、例えばプロペラシャフト
１の外観等の要求から、アーム３ａにおける繊維Ｆの量
を少なくしたい場合があるが、そのとき蓋の役割をする
補強部材１７を固着することにより部品点数を増やすこ
となく、前記アーム３ａの強度が確保される。

【００４７】（３） 第１の実施の形態におけるマンド
レル９を、図９（ａ），（ｂ）に示すように、プロペラ
シャフト１より長く、かつシャフト本体１０をアーム間
距離Ａより小さな外径の円筒パイプ又は多角形パイプで
構成し、その外側に配置される補助部材１１，１１ａも
その両端がプロペラシャフト１から突出する形状に形成
する。即ち、補助部材１１，１１ａはシャフト本体２の
内径の異なる部分（大径部）だけでなく、プロペラシャ
フト１の内側形状と対応する外形の筒状体を分割した形
状に形成されている。マンドレル９を分解するとき、先
ずマンドレル本体１０を引き抜いた後、補助部材１１ａ
を取り外す。その後、残りの補助部材１１を順に取り外
す。第１の実施の形態の場合は、補助部材１１ａ，１１
がシャフト本体２の凹部に収容された状態にあるため、
プロペラシャフト１の外側を叩いて振動を与える必要が
ある。しかし、この場合はプロペラシャフト１の外側に
突出している部分を押圧することにより、補助部材１１
ａ，１１を簡単に取り外すことができる。

【００４８】（４） ブッシュ５は必須のものではな
く、孔４に直接ベアリングを嵌合するようにしてもよ
い。その場合は、プロペラシャフト１の製造時に、ベア
リングの外径と対応する外径の支持ピン１２を有するマ
ンドレルを使用する。また、ブッシュ５を設ける場合
は、ブッシュ５の回転や抜けを防止するため、ブッシュ
５の外面にローレット等の凹凸を形成してブッシュ５と
ＦＲＰとの密着性を良くしてもよい。また、ブッシュ５
の外形を多角形にするとともに外周面に軸方向と交差す
る方向に延びる多数の溝を形成してもよい。

【００４９】（５） ＦＲＰを構成する繊維及びマトリ
ックス樹脂の組合せとして、カーボン繊維とエポキシ樹
脂に代えてカーボン繊維とビニルエステル樹脂、カーボ
ン繊維とフェノール樹脂の組合せ等を採用してもよい。
この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より安いのでコスト
低減を図れる。また、カーボン繊維とガラス繊維を混合
したり、カーボン繊維とアラミド繊維とを混合して使用
してもよい。また、マトリックス樹脂として熱硬化性樹
脂に代えてポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及
びナイロン等の熱可塑性樹脂を使用してもよい。

【００５０】（６） プロペラシャフト１以外の駆動シ
ャフトに適用してもよい。使用回転速度が遅い場合やね
じり強度、耐熱性、耐湿性等の要求性能が低い場合に
は、強化繊維としてガラス繊維又はアラミド繊維を単独
で使用したり、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂以
外の樹脂を使用してもよい。すなわち、要求性能に応じ
て、マトリックスとなるエポキシ樹脂（ＥＰ）、ビニル
エステル樹脂（ＶＥ）、不飽和ポリエステル樹脂（Ｕ
Ｐ）、フェノール樹脂と、強化繊維となるカーボン繊維
（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）、アラミド繊維（ＡＦ）
とが次に記載するように適宜組み合わされて使用され
る。ＣＦ−ＶＥ、ＣＦ−ＵＰ、ＣＦ−フェノール樹脂、
ＧＦ−ＥＰ、ＧＦ−ＶＥ、ＧＦ−ＵＰ、ＡＦ−ＥＰ、Ａ
Ｆ−ＶＥ、ＡＦ−ＵＰ、ＡＦ−フェノール樹脂。耐熱
性、耐湿性をさほど要求されない場合に樹脂として、エ
ポキシ樹脂以外の樹脂を使用し、ねじり強度の要求が低
い場合にガラス繊維やアラミド繊維を使用するのが好ま
しい。また、カーボン繊維にガラス繊維やアラミド繊維
を混合して使用してもよい。これらの組合せではカーボ
ン繊維とエポキシ樹脂の組合せの場合より製造コストが
安くなる。また、シャフト本体２を円筒状ではなく、角
筒状に形成してもよい。

【００５１】（７） 繊維Ｆは必ずしも全部が孔４の周
囲で折り返す必要はなく、一部の繊維をシャフト本体２
の部分のみで折り返すように配列してもよい。 （８） シャフト本体２の端部に形成するフープ巻６を
最外層だけでなく、適宜内側の層に形成してもよい。内
外層のフープ巻６によって、ピン１３を抜いた後も繊維
の配列を安定させることができる。また、ピン１３を突
設しないマンドレルを使用してプロペラシャフト１を製
造する場合、フープ巻６を内層にも設けることによりシ
ャフト本体２の端部の繊維配列の安定化に役立つ。

【００５２】前記実施の形態及び変更例から把握できる
請求項記載以外の発明について、以下にその効果ととも
に記載する。 （１）請求項１〜３に記載の発明において、シャフト本
体の端部にフープ巻を形成した繊維強化複合材料製駆動
シャフト。この場合、シャフト本体の端部の繊維配列の
安定化に役立つ。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項３
に記載の発明によれば、ヨーク部とシャフト本体を繊維
強化複合材料で一体形成するとともに、取付け用の相手
部品の寸法が小さい場合にヨーク部形状を相手部品に合
わせてしかも目標性能を確保することができる。

【００５４】請求項２に記載の発明では、従来と同じマ
ンドレルにより駆動シャフトが製造できる。請求項３に
記載の発明では、繊維を配列し難いヨーク部基端の強度
確保が容易となる。

【００５５】請求項４及び請求項５に記載方法では、請
求項１〜請求項３に記載の繊維強化複合材料製駆動シャ
フトを容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態のプロペラシャフトの部分
断面図。

【図２】 （ａ）はマンドレルの概略分解斜視図、
（ｂ）はマンドレル本体と補助部材との関係を示す断面
図。

【図３】 （ａ）はプロペラシャフトの概略側面図、
（ｂ）は概略平面図。

【図４】 （ａ）はＵ字状配列の繊維層を示す部分概略
展開図、（ｂ）はＸ字状配列の繊維層を示す部分概略展
開図、（ｃ）は両配列を重ねた状態を示す部分概略展開
図。

【図５】 第２の実施の形態に使用するマンドレルの概
略分解斜視図。

【図６】 マンドレルを取り外す手順を示す概略側面
図。

【図７】 変更例の断面図。

【図８】 別の変更例の部分断面図。

【図９】 （ａ）は別の変更例の断面図、（ｂ）はマン
ドレルの正面図。

【図１０】 従来例のプロペラシャフトの部分断面図で
ある。

【図１１】（ａ）は別の従来例の断面図、（ｂ）はマン
ドレルの側面図。

【符号の説明】

１…プロペラシャフト、２…シャフト本体、３…ヨーク
部、３ａ…アーム、４…孔、５…ブッシュ、６…フープ
巻、９，１４…マンドレル、１０…マンドレル本体、１
１，１１ａ…補助部材、１２…軸部を構成する支持ピ
ン、１３…ピン、１４ａ，１４ｂ…構成体、１６…筒状
体、１７…補強部材、Ａ…アーム間距離、Ｄ…最大内
径、Ｆ…繊維。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のシャフト本体及びその両端部に突
   設されたヨーク部を繊維強化複合材料で一体に形成し、
   前記シャフト本体に配列された繊維の少なくとも一部を
   ヨーク部に形成された孔の外周に沿ってヨーク部の先端
   側で折り返すように配列し、前記シャフト本体の最大内
   径部の径を前記ヨーク部のアーム間距離より大きくした
   繊維強化複合材料製駆動シャフト。
2. 【請求項２】 前記シャフト本体の内径が前記ヨーク部
   のアーム間距離より大きい部分に、前記繊維強化複合材
   料より比重の軽い材料で形成された筒状体が配置されて
   いる請求項１に記載の繊維強化複合材料製駆動シャフ
   ト。
3. 【請求項３】 前記シャフト本体と前記ヨーク部との連
   続部の内側には筒状の補強部材が固着されている請求項
   １又は請求項２に記載の繊維強化複合材料製駆動シャフ
   ト。
4. 【請求項４】 棒状又は筒状のマンドレル本体と、その
   外側に配置されるとともに少なくとも駆動シャフトのシ
   ャフト本体の内径の異なる部分と対応する形状で複数に
   分割可能に形成された補助部材とを備え、駆動シャフト
   のヨーク部の孔と対応する位置に軸部が突設されたマン
   ドレルを使用して、前記軸部にブッシュを取りつけた状
   態でフィラメントワインディング法により樹脂が含浸さ
   れた繊維をブッシュの周方向に沿って折り返してその配
   列方向を変更するように前記マンドレル上に配列した
   後、前記樹脂を硬化させ、その後マンドレルを分解して
   除去する繊維強化複合材料製駆動シャフトの製造方法。
5. 【請求項５】 前記マンドレルに代えて、前記駆動シャ
   フトの両端のヨーク部間の内側形状に等しい外形の棒状
   体を、その軸を含む面と平行な分割面で少なくとも３個
   に分割した複数の構成体から構成し、両外側に配置され
   る構成体の厚さを内側に配置される構成体の厚さより薄
   くし、駆動シャフトのヨーク部の孔と対応する位置に軸
   部を突設したマンドレルを使用する請求項４に記載の繊
   維強化複合材料製駆動シャフトの製造方法。