JP2004291505A - 動力伝達シャフトの製造方法及び治具 - Google Patents

Abstract

【課題】端部部材が接合されるＦＲＰ製の筒部材の長さに対応する長くて重いマンドレルの脱型を不要とし、樹脂の熱硬化に必要なエネルギーを低減することが可能な動力伝達シャフトの製造方法を提供する。
【解決手段】繊維束被巻付け部１７ａを備えた治具１７を筒状の被巻付け部材１５の端部に取り外し可能に連結する。治具１７をシャフト１９に一体回転可能に取り付ける。シャフト１９の両端部をフィラメントワインディング装置のチャックに支持する。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硬化前又は硬化後に切断し、治具１７と被巻付け部材１５との連結を解除し、治具１７が取り外された箇所に端部部材を圧入結合する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと記載する）製の筒部材の少なくとも一端に端部部材が結合された動力伝達シャフトの製造方法及び治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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（繊維強化プラスチック）製のものに切り替えることによる軽量化が検討され、一部実施されている。ＦＲＰ製プロペラシャフトとして、ＦＲＰ製パイプの両端に、ＦＲＰ製パイプを駆動軸や従動軸等と連結する金属製の継手（ヨーク）を圧入接合した構造のものが一般的である。ＦＲＰ製パイプの製造には一般にフィラメントワインディング法が用いられ、フィラメントワインディング装置のチャックに固定された一定外径のマンドレルに樹脂含浸繊維束を巻き付けた後、樹脂を熱硬化させ、マンドレルから脱型することによりＦＲＰ製パイプが製造される。
【０００３】
そして、継手にはＦＲＰ製パイプとの接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が形成されている。そして、ＦＲＰ製パイプに継手の接合部を圧入することで、継手のセレーションの歯によって、ＦＲＰ製パイプの内周面に溝が刻設され、歯が溝に食い込むことで継手とＦＲＰ製パイプとが一体回転するための接合強度が確保される。継手はＦＲＰ製パイプの内面とセレーションの溝の底部との間に隙間が存在する状態でＦＲＰ製パイプに結合されている。
【０００４】
また、継手をＦＲＰ製パイプに圧入する代わりに、ＦＲＰ製パイプの両端部にテーパ部を設け、継手にも対応するテーパ部を設け、接着剤を介して継手をＦＲＰ製パイプに接合する伝動軸も提案されている。そして、両端部にテーパ部を有するＦＲＰ製パイプをテーパ部を旋盤加工等の機械加工なしにフィラメントワインディングで製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に記載の方法では、図９（ａ）に示すように、マンドレル本体５１の両端にテーパ付き補助マンドレル５２を取り外し可能に外嵌させた両端にテーパ部を有するマンドレル５３を使用する。そして、マンドレル５３の周面に樹脂含浸繊維束又は織布を巻き付けて積層し、樹脂を加熱硬化させた後、テーパ付き補助マンドレル５２、マンドレル本体５１の順に脱型することで両端にテーパ部を有するＦＲＰ製パイプ５４（図９（ｂ）に図示）を製造する。次に、図９（ｂ）に示すように、テーパ部５５ａを有する継手５５を接着剤で一体化させて伝達軸５６が製造される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１２６４１２号公報（第２頁、第１図、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のフィラメントワインディング法によるＦＲＰ製パイプの製造方法では、フィラメントワインディング法を使用してマンドレルに樹脂含浸繊維束を巻き付け、樹脂の硬化後に、マンドレルとＦＲＰパイプとを離脱させる作業（脱型）が必要となる。そして、プロペラシャフトのような動力伝達シャフトに使用するＦＲＰ製パイプは、車種によっても異なるが、例えば長さが１ｍ程度と長く、脱型工程でＦＲＰ製パイプ及びマンドレルに作用する力（脱型荷重）が大きくなるという問題がある。また、マンドレルは強度を持たせるために肉厚が厚く形成され、重量が重くなるとともに熱容量も大きくなる。その結果、取り扱い性が悪いだけでなく、樹脂の熱硬化を行う際に必要なエネルギーが大きくなり、エネルギーコストが高くなるという問題もある。
【０００８】
特許文献１に開示されたＦＲＰ製パイプの製造方法では、マンドレル５３がテーパ付き補助マンドレル５２を備えているため、テーパ付き補助マンドレル５２の脱型は小さな力で済むが、マンドレル本体５１の脱型には大きな力が必要となり、同様の問題がある。
【０００９】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、端部部材が接合されるＦＲＰ製の筒部材の長さに対応する長くて重いマンドレルの脱型が不要となり、樹脂の熱硬化に必要なエネルギーを低減できる動力伝達シャフトの製造方法を提供することにある。第２の目的は、前記動力伝達シャフトの製造方法に使用する治具を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＦＲＰ製の筒部材の少なくとも一端に端部部材が結合された動力伝達シャフトの製造方法である。そして、繊維束被巻付け部を備えた治具を筒状の被巻付け部材の少なくとも一端に取り外し可能に連結し、前記治具を介して前記被巻付け部材をフィラメントワインディング装置の回転支持部に支持する。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硬化前又は硬化後に切断し、前記治具と前記被巻付け部材との連結を解除し、前記治具が取り外された箇所に端部部材を圧入結合する。
【００１１】
この発明では、ＦＲＰ製パイプはフィラメントワインディング法により製造されるが、ＦＲＰ製パイプ以上の長さを有するマンドレルに樹脂含浸繊維束を巻き付けて硬化させた後、マンドレルを脱型して製造するのではなく、製品の一部となる筒状の被巻付け部材の周面に樹脂含浸繊維束が巻き付けられる。そして、被巻付け部材の端部に嵌合されて被巻付け部材をフィラメントワインディング装置の回転支持部に支持するのに使用された治具の部分を脱型するだけでよいため、ＦＲＰ製パイプの長さに対応する長くて重いマンドレルの脱型が不要となる。また、樹脂の熱硬化に必要なエネルギーを低減できる。
【００１２】
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、前記治具が前記被巻付け部材の両端に取り付けられた状態でフィラメントワインディングが行われ、両治具が取り外された箇所にそれぞれ端部部材が圧入結合される。この発明では、治具が被巻付け部材の一端だけに取り付けられる場合に比較して、フィラメントワインディング装置に支持する組立品の組み付けが簡単になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記治具は、前記被巻付け部材に連結される側と反対側に、前記回転支持部に支持される軸部を備えている。この発明では、治具自身に軸部が設けられているため、フィラメントワインディング装置に支持されて回転される組立品としてシャフトを必ずしも設ける必要がなく、重量を軽くできる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記治具は、前記被巻付け部材を貫通するシャフトに対して一体回転可能に固定されている。この発明では、被巻付け部材の両端に取り付けられた治具がシャフトにより連結されるため、被巻付け部材の強度が低く長さが長い場合でも、シャフトにより芯出しが行われるとともに撓みが抑制され、フィラメントワインディングが円滑に行われる。
【００１５】
第２の目的を達成するため、請求項５に記載の発明は、筒状の被巻付け部材に対してフィラメントワインディング法によりＦＲＰ製の筒部材を形成する際に、前記被巻付け部材をフィラメントワインディング装置の回転支持部に取り付けるための治具である。治具は、繊維束被巻付け部と、前記繊維束被巻付け部の一端側に形成され、前記被巻付け部材が嵌合される嵌合部と、前記繊維束被巻付け部の他端側に形成され、前記フィラメントワインディング時に樹脂含浸繊維束の配列を規制可能に一定間隔で周方向に配設されたピンとを備えている。そして、中心にシャフトを貫通可能な孔が形成されている。
【００１６】
この発明の治具は、被巻付け部材の端部に連結され、フィラメントワインディング装置の回転支持部に治具自身が直接支持されるか、孔を貫通するシャフトを介して支持される。そして、フィラメントワインディングの際には、ピンが樹脂含浸繊維束の配列を規制して所定の角度に繊維束を保持する。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記繊維束被巻付け部は、表面が滑らかに形成されている。この発明では、フィラメントワインディングによる樹脂含浸繊維束の巻付け及び樹脂の熱硬化後に、治具を脱型する際、表面に凹凸が有るものに比較して脱型が容易になる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記繊維束被巻付け部の周面には軸方向に対して斜めに延びるセレーションが設けられている。この発明では、フィラメントワインディングによる樹脂含浸繊維束の巻付け及び樹脂の熱硬化後に、治具を脱型した状態で、ＦＲＰ製の筒部材の内面にセレーションが形成された状態となる。従って、斜めに延びるセレーションを有する端部部材を圧入する際に、圧入が円滑に行われる。また、締めしろを大きくできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を動力伝達シャフトとしてのプロペラシャフトの製造方法に具体化した第１の実施の形態を図１〜図５に従って説明する。図１（ａ）は治具、被巻付け部材及びシャフトが組み付けられた組立品の一部破断側面図、（ｂ）は治具の側面図である。図２（ａ）はヨークタイプの継手部を備えた端部部材の側面図、（ｂ）は軸部を有する継手部を備えた端部部材の側面図、（ｃ）はプロペラシャフトの模式断面図である。
【００２０】
図２（ｃ）に示すように、プロペラシャフト１１は、ＦＲＰ製の筒部材１２と、その一端（図における左端）に接合された第１の端部部材１３と、他端に接合された第２の端部部材１４と、筒部材１２の内側で両端部部材１３，１４の間に配置された筒状の被巻付け部材１５とを備えている。被巻付け部材１５には紙製（例えば、ボール紙製）の円筒が使用されている。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金属製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。
【００２１】
筒部材１２は、第１及び第２の端部部材１３，１４との結合部分１２ａが肉厚に形成されている。筒部材１２はフィラメントワインディング法によって形成され、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る。強化繊維としては炭素繊維のロービングが使用されている。ロービングとは細い単繊維のフィラメントを多数本束ねた実質無撚りの繊維束を意味する。マトリックス樹脂としてはエポキシ樹脂が使用されている。筒部材１２は主にヘリカル巻層で構成されているが、結合部分１２ａ及びその近くにはフープ巻層が形成されている。また、筒部材１２の最外層には炭素繊維束ではなく、ポリエステル糸が全長にわたってフープ巻で巻き付けられている。以下、フィラメントワインディングをＦＷと記載する。
【００２２】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、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円筒状の嵌合部１３ａ，１４ａを備え、その外周面にはセレーション１６が形成されている。セレーション１６の歯は、第１及び第２の端部部材１３，１４の軸方向と平行に延びるように形成されている。第１の端部部材１３は、ヨークタイプの継手部１３ｂを備え、継手部１３ｂには例えば十字軸式ジョイントを取り付けるための孔１３ｃが形成されている。第２の端部部材１４の継手部１４ｂは軸部１４ｃを有する。
【００２３】
次に前記のように構成されたプロペラシャフト１１の製造方法を説明する。プロペラシャフト１１を製造する際は、マンドレルの代わりに、治具及びシャフトを使用して、被巻付け部材１５をフィラメントワインディング装置（ＦＷ装置）に支持してＦＷが行われる。
【００２４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、治具１７は、中空に形成されるとともに、繊維束被巻付け部１７ａの一端に被巻付け部材１５が嵌合される嵌合部としての嵌合凸部１７ｂが形成されている。嵌合凸部１７ｂは筒状に形成されている。繊維束被巻付け部１７ａの外径は被巻付け部材１５の外径とほぼ同じに形成されている。繊維束被巻付け部１７ａの他端寄りにはピン１８が一定ピッチで周方向に沿って環状に配設されている。治具１７の中心にはシャフト１９が貫通する状態で嵌合可能な孔１７ｃが形成されている。また、繊維束被巻付け部１７ａには環状の溝部１７ｄが形成されている。
【００２５】
そして、図１（ａ）に示すように、両端に治具１７が嵌合された被巻付け部材１５が、シャフト１９に対して一体回転可能に固定された組立品２０がＦＷ装置に取り付けられてＦＷが行われる。シャフト１９に対する固定は、シャフト１９に固定されたキー（図示せず）に治具１７に形成されたキー溝（図示せず）が嵌合した状態で、シャフト１９に止めねじ２１が螺合されることで行われる。被巻付け部材１５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。シャフト１９は軽量化のため中空に形成されている。
【００２６】
図４に示すように、ＦＷ装置３１は組立品２０の軸部を回転可能に支持する一組の回転支持部としてのチャック３２を備えている。ＦＷ装置３１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）３３を備えており、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３３はベースプレート３４上に設けられたレール３５（図３に図示）上をチャック３２に支持された組立品２０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。チャック３２は可変速モータ（図示せず）により回転駆動され、制御装置Ｃの指令によってチャック３２が巻付けヘッド３３の移動速度と同期した状態で回転駆動される。そして、図示しない繊維束供給部から樹脂含浸装置を経て供給される樹脂含浸繊維束Ｒを、組立品２０に対する巻付け角度を任意の角度に設定して巻き付けることができるようになっている。なお、以下、樹脂含浸繊維束Ｒを単に繊維束Ｒと称す場合もある。
【００２７】
図３に示すように、巻付けヘッド３３は、組立品２０に貫通される孔を有する支持板３６を備えている。ヘリカル巻用ヘッドの支持板３６には、複数本の繊維束を同時に組立品２０に対してヘリカル巻で巻付け可能とするため、図３に示すように複数のガイド３７が組立品２０の周方向に沿って配列された状態で設けられている。この実施の形態では２８本の繊維束を案内可能にそれぞれ２８個の大小２種のガイド３７が２個の同心円上に配列されている。フープ巻部を備えたフープ巻用ヘッドは、繊維束Ｒを組立品２０に対して２本同時にフープ巻で巻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、多数本の繊維束Ｒを同時に組立品２０に対してヘリカル巻で巻付け可能となり、ヘリカル巻用ヘッドが組立品２０に沿って一回往動又は復動することで組立品２０の全周面に亘って繊維束Ｒがヘリカル巻で巻き付けられる。
【００２８】
プロペラシャフト１１は、芯出し固定工程、フィラメントワインディング工程、硬化工程、取外し工程及び端部部材圧入工程を経て製造される。芯出し固定工程では、被巻付け部材１５の両端に治具１７が嵌合された状態でシャフト１９が治具１７に嵌挿される。そして、治具１７がシャフト１９に対してキーを介して相対回転不能に固定され、止めねじ２１により軸方向への移動が規制された状態でシャフト１９に固定される。その結果、被巻付け部材１５は芯出しされた状態で治具１７を介してシャフト１９に一体回転可能に固定される。以上により、芯出し固定工程が完了し、被巻付け部材１５、治具１７及びシャフト１９を備えた組立品２０が完成する。なお、治具１７は樹脂含浸繊維束Ｒが固着しないように離型剤が塗布された状態で組み付けられる。
【００２９】
次にＦＷ工程において、組立品２０をＦＷ装置３１のチャック３２に支持した状態でＦＷが行われる。組立品２０は作業者によりＦＷ装置３１のチャック３２に支持される。次に作業者は、繊維束供給部から繊維束を引き出し、開繊機構、樹脂含浸槽、張力調整部等を経て巻付けヘッド３３に導き、巻付けヘッド３３のガイド３７に挿通した後、繊維束Ｒの端部を組立品２０の一端側の治具１７の所定位置に固定する。繊維束Ｒの端部の固定作業は作業者が手作業で行い、例えば粘着テープを使用して行われる。
【００３０】
また、作業者は、ＦＷ時の回転速度、巻付けヘッド３３の巻付け時の往復移動幅等の巻付け条件を制御装置Ｃに入力する。繊維束として炭素繊維のロービングが使用される。ロービングとは細い単繊維のフィラメントを多数本束ねた実質無撚りの繊維束を意味する。
【００３１】
次にＦＷ装置３１による繊維束Ｒの巻付け運転が開始される。ＦＷ装置３１が駆動されると、組立品２０が一定方向に回転され、巻付けヘッド３３が組立品２０の長手方向に沿って往復移動される。繊維束Ｒは少なくとも最内層となる一層目がヘリカル巻層を形成するように、組立品２０の軸方向となす角度（巻付け角度）が所定の角度となるように巻き付けられる。巻付け角度はプロペラシャフト１１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。繊維束Ｒは治具１７に設けられたピン１８の間を通過するように巻き付けられ、ピン１８によって周方向への移動が規制された状態で巻き付けられる。
【００３２】
ヘリカル巻層が所定層（例えば４層）形成された後、結合部分１２ａになる部分に、繊維束Ｒの巻付け角度がほぼ９０°に近い状態で巻き付けられる所謂フープ巻層が所定層（例えば１層）形成される。その後、再びヘリカル巻層が所定層（例えば２層）形成された段階で樹脂含浸繊維束Ｒの巻き付けが完了する。次にポリエステル糸がフープ巻で巻き付けられる。
【００３３】
ポリエステル糸の巻付けが完了した後、組立品２０上に形成された成形体３８（図５に図示）の両端部が、ピン１８の突設位置と溝部１７ｄとの間の位置でそれぞれ切断される。そして、繊維束供給部に繋がる繊維束Ｒから成形体３８が切り離された後、組立品２０がＦＷ装置３１のチャック３２から取り外され、成形体３８の未硬化の段階で、前記切断位置よりシャフト１９の端部側に巻き付けられた樹脂含浸繊維束Ｒが除去される。
【００３４】
その後、硬化工程で、組立品２０が成形体３８と共に加熱炉に入れられ、回転されながら所定温度で樹脂が硬化される。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℃程度である。
【００３５】
硬化工程の完了後、取外し工程において、成形体３８が溝部１７ｄと対応する位置で切断される。図５に示すように、切断はカッター３９により行われる。次に止めねじ２１のシャフト１９への螺合を解除した後、両治具１７とともに成形体３８がシャフト１９から取り外され、さらに成形体３８から治具１７が取り外される。次に端部部材圧入工程において、成形体３８の端部に第１及び第２の端部部材１３，１４が圧入されて図２（ｃ）に示すプロペラシャフト１１が完成する。
【００３６】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） 製品の一部となる筒状の被巻付け部材１５の周面にＦＷにより樹脂含浸繊維束Ｒが巻き付けられ、樹脂硬化後には治具１７の部分を脱型するだけでよい。従って、従来と異なり、ＦＲＰ製パイプ（筒部材１２）の長さに対応する長くて重いマンドレルの脱型が不要となる。また、長くて重いマンドレルを樹脂の熱硬化時に加熱する必要がないため、熱硬化時に必要なエネルギーを低減できる。
【００３７】
（２） 治具１７の長さは、従来方法で使用されるマンドレルに比較して短いため、脱型を円滑に行うために治具１７に塗布する離型剤の量が少なくなり、製造コストを低減できる。また、治具１７を再使用するために治具１７を洗浄する際の洗浄面積が少なく、洗浄工数を少なくできる。
【００３８】
（３） 治具１７が被巻付け部材１５の両端に取り付けられた状態でＦＷが行われ、両治具１７が取り外された箇所にそれぞれ端部部材１３，１４が圧入結合される。従って、治具１７が被巻付け部材１５の一端だけに取り付けられる場合に比較して、ＦＷ装置に支持する組立品２０の組み付けが簡単になる。
【００３９】
（４） 治具１７は、被巻付け部材１５を貫通するシャフト１９に対して一体回転可能に固定される。即ち、被巻付け部材１５の両端に取り付けられた治具１７がシャフト１９により連結されるため、被巻付け部材１５の強度が低く長さが長い場合でも、シャフト１９により芯出しが行われるとともに撓みが抑制され、ＦＷが円滑に行われる。
【００４０】
（５） 治具１７は中空に形成され、被巻付け部材１５及び治具１７を貫通するシャフト１９に治具１７を固定することで、ＦＷ装置３１のチャック３２に一体回転可能に支持される組立品２０を構成できる。従って、チャック３２に一体回転可能に支持される軸部を治具１７自身に設ける構成に比較して、治具１７の構造が簡単になる。
【００４１】
（６） 治具１７は、ＦＷ時に樹脂含浸繊維束Ｒの配列を規制可能に一定間隔で周方向に配設されたピン１８を備えている。従って、ＦＷの際に、ピン１８が樹脂含浸繊維束Ｒの配列を規制して所定の角度に繊維束Ｒを保持するため、樹脂含浸繊維束Ｒの巻付け角度が適正な値に規制され、プロペラシャフト１１のねじり強度の向上に寄与する。
【００４２】
（７） 治具１７は、繊維束被巻付け部１７ａの表面が滑らかに形成されている。従って、ＦＷによる樹脂含浸繊維束Ｒの巻付け及び樹脂の熱硬化後に、治具１７を脱型する際、表面に凹凸が有るものに比較して脱型が容易になる。
【００４３】
（８） 被巻付け部材１５が紙製であるため、被巻付け部材１５が樹脂製や金属製の場合に比較して軽量化することができる。また、径の異なる被巻付け部材１５を製造する場合、例えば、金属製の筒に紙を巻き付けることで被巻付け部材１５を製造できる。従って、金属や樹脂を型から押し出して被巻付け部材を形成したり、マンドレルに樹脂含浸繊維束を巻き付けて加熱硬化し、脱型して熱硬化性樹脂製の被巻付け部材を製造する場合に比較して、被巻付け部材１５のサイズ変更が容易で、種々の動力伝達シャフトに対応し易い。
【００４４】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図６及び図７に従って説明する。この実施の形態では第１及び第２の端部部材１３，１４が、軸方向に対して斜めに延びるセレーション１６を備えている点がプロペラシャフト１１として第１の実施の形態のプロペラシャフト１１と異なる。また、筒部材１２をＦＷ法で製造する際の治具１７の形状が異なる。第１の実施の形態と同様な部分は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４５】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、両端部部材１３，１４の嵌合部１３ａ，１４ａの外周面に形成されたセレーション１６は、その歯が各端部部材１３，１４の軸方向に対して斜めに延びるように形成されている。そして、図６（ｃ）に示すように、筒部材１２の一端に第１の端部部材１３が、他端に第２の端部部材１４がそれぞれ圧入されてプロペラシャフト１１が構成されている。
【００４６】
また、治具１７として図７（ａ），（ｂ）に示すように、繊維束被巻付け部１７ａの表面に治具１７の軸方向に対して斜めに延びるように形成されたセレーション２２を備えたものが使用される。セレーション２２は、第１及び第２の端部部材１３，１４のセレーション１６と同じ角度で延びるように形成されている。前記角度はＦＷで樹脂含浸繊維束Ｒを巻き付ける際の最内層の巻付け角度と同じに設定されており、巻付け角度は製品のＦＲＰパイプに要求される、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。また、セレーション２２の歯の高さ、即ち溝の深さは最内層の繊維束Ｒの厚さの１／４層程度〜１層分あれば充分である。セレーション２２の歯はセレーション１６の歯より若干小さく形成されている。そして、図７（ａ）に示すように、治具１７を介して被巻付け部材１５がシャフト１９に一体回転可能に固定された組立品２０を使用し、第１の実施の形態と同様にしてＦＷが行われる。
【００４７】
ＦＷの際は、繊維束Ｒは少なくとも最内層となる一層目がヘリカル巻層を形成するように、組立品２０の軸方向となす角度（巻付け角度）が、セレーション２２の歯の延びる方向と軸方向との成す角度と同じため、繊維束Ｒはセレーション２２の溝内に配列されるように巻き付けられる。
【００４８】
ＦＷ及び樹脂硬化が完了し、治具１７を成形体３８から脱型する際は、治具１７をセレーション２２の角度に合わせてねじりながら脱型する。治具１７の脱型により成形体３８（筒部材１２）の端部内面にはセレーション２２の凹凸に対応する凹凸が転写された状態となる。次に成形体３８の端部に第１及び第２の端部部材１３，１４が圧入されて図６（ｃ）に示すプロペラシャフト１１が完成する。第１及び第２の端部部材１３，１４を圧入する際は、第１及び第２の端部部材１３，１４をねじりながら筒部材１２に圧入する。
【００４９】
この実施の形態では第１の実施の形態の（１）〜（６）及び（８）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
（９） 繊維束被巻付け部１７ａの周面には軸方向に対して斜めに延びるセレーション２２が設けられ、その歯の延びる方向と軸方向との成す角度が第１及び第２の端部部材１３，１４に形成されたセレーション１６と同じに形成されている。従って、斜めに延びるセレーション１６を有する端部部材１３，１４を圧入する際に、圧入が円滑に行われる。また、予めセレーション１６に対応する凹凸が筒部材１２の内面に形成されるため、筒部材１２に過大な圧力を加えることなく、締めしろを大きくできる。その結果、プロペラシャフト１１の使用時に、筒部材１２と第１及び第２の端部部材１３，１４との間でスリップし難くなり、同じ肉厚の筒部材１２において伝達トルクを大きくできる。
【００５０】
（１０） 予めセレーション１６に対応する凹凸が形成された筒部材１２（成形体３８）にセレーション１６が圧入されるため、セレーション１６を圧入する際に樹脂含浸繊維束Ｒが切断されない。従って、第１及び第２の端部部材１３，１４間のねじり強度が、第１の実施の形態のプロペラシャフト１１に比較して大きくなり、より大きな回転トルクの伝達が可能になる。
【００５１】
なお、実施の形態は前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。
○ 治具１７は中空に限らず、例えば図８（ａ）に示すように、被巻付け部材１５に連結される側と反対側、即ち嵌合凸部１７ｂと反対側に、チャック３２に支持される軸部２３を備えていてもよい。この構成では、治具１７自身に軸部２３が設けられているため、ＦＷ装置３１に支持されて回転される組立品２０としてシャフト１９を必ずしも設ける必要がなく、組立品２０の重量を軽くできる。例えば、被巻付け部材１５の両端に治具１７を嵌合した状態で組立品２０が構成され、軸部２３においてチャック３２に支持される。
【００５２】
○ 軸部２３を備えた治具１７において、軸部２３と同軸上に、シャフト１９が嵌合可能な穴を備えた構成としてもよい。この場合、シャフト１９を介して両治具１７が同軸上に位置決めされ、被巻付け部材１５の強度が低く長さが長い場合でも、シャフト１９により芯出しが行われるとともに撓みが抑制されてＦＷが円滑に行われる。
【００５３】
○ 治具１７は繊維束被巻付け部１７ａの外径が一定に限らず、例えば、図８（ｂ）に示すように、繊維束被巻付け部１７ａを嵌合凸部１７ｂ側に向かって縮径となるテーパ状に形成してもよい。テーパ状とした場合は、治具１７の脱型及び第１及び第２の端部部材１３，１４のセレーション１６の圧入が、繊維束被巻付け部１７ａの外径が一定の場合に比較して容易となる。しかし、セレーション２２を備えた治具１７の場合は、繊維束被巻付け部１７ａをテーパ状に形成すると、セレーション２２の加工が難しくなるため、テーパ状に加工するのは表面が滑らかな繊維束被巻付け部１７ａを備えた治具１７の場合が好ましい。
【００５４】
○ 表面が滑らかな治具１７を使用する場合は、ＦＷの際に巻き付けられる樹脂含浸繊維束Ｒは最内層がヘリカル巻である必要はなく、フープ巻であってもよい。また、ＦＷの際にヘリカル巻を行う際、同一層において繊維束Ｒが互いに平行に配列される構成は必ずしも必要ではない。即ち、同時に巻き付ける繊維束の本数が１本の一般的なＦＷ装置を使用してヘリカル巻層を形成してもよい。
【００５５】
○ 第２の実施の形態のように内面に凹凸が形成された成形体３８（筒部材１２）の端部に端部部材１３，１４のセレーション１６を圧入する際、セレーション１６の表面あるいは成形体３８の端部内面の凹凸に接着剤を塗布した状態でセレーション１６をねじ込んでもよい。
【００５６】
○ プロペラシャフト１１が自動車に組み付けられた場合、露出状態で使用されるため、走行中にタイヤが跳ねた小石等の異物が当たることがあり、その際、大きな音が発生する。被巻付け部材１５がボール紙製や段ボール製の場合、筒の表面に樹脂の含浸を阻止する処理を施すことにより、被巻付け部材１５に制振作用を持たせることができ、前記異物が当たった際の振動を吸収して大きな音の発生を抑制することができる。
【００５７】
〇 被巻付け部材１５は紙製の円筒に限らず、樹脂製としてもよい。耐熱性が不充分な熱可塑性の樹脂製とした場合は、成形体３８を硬化させる際に被巻付け部材１５が溶融し、筒部材１２の内面に偏った状態で付着して回転バランス不良となり易い。従って、熱硬化性樹脂製もしくは耐熱性の熱可塑性樹脂とする方がよい。耐熱性の熱可塑性樹脂とする場合、ＦＲＰマトリックス樹脂の硬化温度（百数十℃）より耐熱温度が高い樹脂がより好ましいが、マトリックス樹脂の初期硬化温度（１００℃程度）より耐熱温度が高ければ適用可能である。被巻付け部材１５が紙製の場合は、プロペラシャフト１１を使用する際、被巻付け部材１５の部分は回転トルクの伝達に殆ど寄与しないが、樹脂製とすることにより回転トルクの伝達に寄与する。また、樹脂製の方が紙製より被巻付け部材１５の真円精度が高く、回転バランスが良い。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。耐熱性の熱可塑性樹脂のうち、エポキシ（マトリックス）硬化温度以上の耐熱性があるものとして、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ） 、ポリアミドイミド（ＰＡＩ） 、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の所謂スーパーエンプラが挙げられる。また、エポキシ初期硬化温度より耐熱性がある熱可塑性樹脂としては、ポリアミド＝ナイロン（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート＝ポリエステル（ＰＥＴ）等の汎用エンプラで耐熱性が比較的高いものが挙げられる。
【００５８】
〇 被巻付け部材１５として熱硬化性樹脂を含浸、硬化させた紙製としてもよい。この場合も樹脂製の被巻付け部材１５を使用した場合と同様な効果が得られる他に、熱硬化性樹脂だけで被巻付け部材１５を製造する場合に比較して製造が簡単になる。
【００５９】
〇 被巻付け部材１５としてＦＲＰ製の円筒を使用してもよい。強化繊維としては炭素繊維が好ましい。また、本硬化したＦＲＰ製の円筒に限らず、プレキュア（前硬化）された状態のＦＲＰ製の円筒を使用してもよい。プレキュアされた状態のＦＲＰ製の円筒は成形体３８の硬化時に本硬化されるため、製品であるプロペラシャフト１１として完成した段階では、回転トルクの伝達に寄与する。そして、炭素繊維強化のＦＲＰ製の円筒を使用した場合は、被巻付け部材１５に巻き付けられた繊維束Ｒによって形成されるヘリカル巻層の層数を減らすことも可能になり、小径化、軽量化に寄与する。また、プレキュアされた状態のＦＲＰ製の円筒の場合、その上に巻き付けられる樹脂含浸繊維束との接着強度が、本硬化されたＦＲＰ製の円筒に巻き付ける場合に比較して高くなる。
【００６０】
〇 被巻付け部材１５として金属製の円筒を使用してもよい。金属製とする場合は、軽量で耐熱性及び剛性の高い金属で形成されたものが好ましい。この場合も被巻付け部材１５が回転トルクの伝達に寄与し、筒部材１２の厚さを薄くできて、小径、軽量化に寄与できる。また、紙製より被巻付け部材１５の真円精度が高く、回転バランスが良くなる。
【００６１】
〇 端部部材の組み合わせは、ヨークタイプの第１の端部部材１３と、シャフトを有するタイプの第２の端部部材１４との組み合わせに限られない。例えば、プロペラシャフト１１の使用態様に応じて、ヨークタイプの第１の端部部材１３が筒部材１２の両端に結合された構成や、シャフトを有するタイプの第２の端部部材１４が筒部材１２の両端に結合された構成としてもよい。
【００６２】
○ 筒部材１２は必ずしも結合部分１２ａの肉厚が厚く形成されるものに限らず、全長にわたって一定の厚さであってもよい。
〇 成形体３８の一部（樹脂含浸繊維束）を硬化前に治具１７から除去する際、ピン１８を抜いた後に除去してもよい。
【００６３】
〇 成形体３８の硬化前には繊維束供給部に繋がる繊維束の切断だけを行い、不要な部分の除去は成形体３８の硬化後に、ピン１８を抜いた状態で除去するようにしてもよい。ピン１８が取り外し不能な場合は、成形体３８の硬化後に不要な部分を除去するには、不要な部分を細かく破壊して除去する必要があるが、ピン１８を取り外し可能にすることにより、成形体３８の硬化後に不要な部分を除去するのが容易となる。この場合、成形体３８の切断位置は治具１７の溝部１７ｄと対応する位置の一箇所となる。溝部１７ｄと対応する位置で成形体３８が切断されることにより、カッター３９が治具１７に接触せずに成形体３８を切断できる。成形体３８の切断は樹脂硬化前でもよいが、樹脂硬化前に切断する場合は、切断箇所を含む一定幅の領域にテープを巻き付け、テープの上から成形体３８を切断すると、未硬化の状態でも切断端部の繊維束Ｒが毛羽立つのが抑制される。
【００６４】
○ 被巻付け部材１５の一端に軸部２３を備えた治具１７を嵌合し、被巻付け部材１５の他端にはＦＷ装置３１のチャック３２に支持される軸部を有する支持部材（第２の端部部材１４）を組み付けて組立品２０を構成する。そして、ＦＷ法により他端に第２の端部部材１４が結合されたＦＲＰ製の筒部材１２を形成し、治具１７を脱型後、第１の端部部材１３を筒部材１２の一端に圧入する。この場合でも、長くて重いマンドレルを使用せずにプロペラシャフト１１を製造することができる。
【００６５】
〇 治具１７のピン１８を省略してもよい。ピン１８を省略した構成では、成形体３８の硬化後に不要な部分の除去を行う場合でも、ピン１８の抜き取り作業が不要となり、成形体３８の不要部分の除去作業が容易になる。
【００６６】
○ 治具１７の溝部１７ｄを省略してもよい。
○ プロペラシャフト１１以外の動力伝達シャフトの製造に適用してもよい。○ 筒部材１２の両端に端部部材１３，１４を備える動力伝達シャフトに限らず、どちらか一端に端部部材を備える動力伝達シャフトの製造に適用してもよい。例えば、樹脂硬化後、成形体３８の両端から治具１７を脱型した後、成形体３８の一端にのみ第１の端部部材１３又は第２の端部部材１４を圧入する。
【００６７】
以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
（１） 請求項４に記載の発明において、前記シャフトの端部が前記回転支持部に支持される。
【００６８】
（２） 請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）の何れか一項に記載の発明において、前記端部部材は少なくとも一方がヨークタイプの継手である。
（３） 請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１），（２）の何れか一項に記載の発明において、ＦＷは少なくとも最内層にヘリカル巻層が形成されるように行われ、前記繊維束被巻付け部には最内層の繊維束の配列方向を所定方向に規制可能な軸方向に対して斜めに延びるセレーションが形成されている。
【００６９】
（４） 請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）〜（３）の何れか一項に記載の発明において、ＦＷは、ヘリカル巻層を形成する際は、ヘリカル巻層を構成する全ての樹脂含浸繊維束の巻付けが同時に行われる。
【００７０】
（５） 請求項６に記載の発明において、前記繊維束被巻付け部は前記嵌合部側程縮径となるテーパ状に形成されている。
（６） 請求項５〜請求項７の何れか一項に記載の発明において、前記孔に代えて、前記繊維束被巻付け部と反対側に、ＦＷ装置の回転支持部に支持される軸部が突設されている。
【００７１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、端部部材が接合されるＦＲＰ製の筒部材の長さに対応する長くて重いマンドレルの脱型が不要となり、樹脂の熱硬化に必要なエネルギーを低減できる。また、請求項５〜請求項７に記載の発明の治具は請求項１〜請求項４に記載のいずれかの発明に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態の治具を備えた組立品の一部破断側面図、（ｂ）は治具の側面図。
【図２】（ａ）はヨークタイプの継手部を備えた端部部材の側面図、（ｂ）は軸部を備えた端部部材の側面図、（ｃ）はプロペラシャフトの模式断面図。
【図３】図４のＡ−Ａ線における模式拡大断面図。
【図４】ＦＷ装置の部分概略図。
【図５】ＦＷにより成形体が形成された状態の部分模式断面図。
【図６】（ａ）は第２の実施の形態のヨークタイプの継手部を備えた端部部材の側面図、（ｂ）は軸部を備えた端部部材の側面図、（ｃ）はプロペラシャフトの模式断面図。
【図７】（ａ）は第２の実施の形態の治具を備えた組立品の一部破断側面図、（ｂ）は治具の側面図。
【図８】（ａ），（ｂ）はそれぞれ別の実施の形態の治具を示す模式側面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は従来技術のプロペラシャフトの製法を示す模式断面図。
【符号の説明】
Ｒ…樹脂含浸繊維束、１１…動力伝達シャフトとしてのプロペラシャフト、１２…筒部材、１３，１４…端部部材、１３ａ，１４ａ…嵌合部、１３ｃ，１７ｃ…孔、１４ｃ，２３…軸部、１５…被巻付け部材、１６，２２…セレーション、１７…治具、１７ａ…繊維束被巻付け部、１７ｂ…嵌合部としての嵌合凸部、１８…ピン、１９…シャフト、３１…ＦＷ装置、３２…回転支持部としてのチャック。

Claims (7)

1. 繊維強化プラスチック製の筒部材の少なくとも一端に端部部材が結合された動力伝達シャフトの製造方法であって、
   繊維束被巻付け部を備えた治具を筒状の被巻付け部材の少なくとも一端に取り外し可能に連結し、前記治具を介して前記被巻付け部材をフィラメントワインディング装置の回転支持部に支持し、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硬化前又は硬化後に切断し、前記治具と前記被巻付け部材との連結を解除し、前記治具が取り外された箇所に端部部材を圧入結合する動力伝達シャフトの製造方法。
2. 前記治具が前記被巻付け部材の両端に取り付けられた状態でフィラメントワインディングが行われ、両治具が取り外された箇所にそれぞれ端部部材が圧入結合される請求項１に記載の動力伝達シャフトの製造方法。
3. 前記治具は、前記被巻付け部材に連結される側と反対側に、前記回転支持部に支持される軸部を備えている請求項２に記載の動力伝達シャフトの製造方法。
4. 前記治具は、前記被巻付け部材を貫通するシャフトに対して一体回転可能に固定されている請求項２又は請求項３に記載の動力伝達シャフトの製造方法。
5. 筒状の被巻付け部材に対してフィラメントワインディング法により繊維強化プラスチック製の筒部材を形成する際に、前記被巻付け部材をフィラメントワインディング装置の回転支持部に取り付けるための治具であって、繊維束被巻付け部と、前記繊維束被巻付け部の一端側に形成され、前記被巻付け部材が嵌合される嵌合部と、前記繊維束被巻付け部の他端側に形成され、前記フィラメントワインディング時に樹脂含浸繊維束の配列を規制可能に一定間隔で周方向に配設されたピンとを備え、中心にシャフトが貫通される孔が形成された治具。
6. 前記繊維束被巻付け部は、表面が滑らかに形成されている請求項５に記載の治具。
7. 前記繊維束被巻付け部の周面には軸方向に対して斜めに延びるセレーションが設けられている請求項５に記載の治具。

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