JP2002372027A - 繊維強化プラスチック製パイプ及び動力伝達用シャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】結合部材とのセレーション結合部分における結
合力のバラつきを抑えることが可能な繊維強化プラスチ
ック製パイプを提供すること。 【解決手段】繊維強化プラスチック製パイプ１２の端部
には、ユニバーサルジョイントのヨーク１３がセレーシ
ョン結合されている。同パイプ１２の端部には強化部１
６が設けられている。同強化部１６の内周面１６ａは、
パイプ１２の末端側において、ヨーク１３の切り込み歯
１５ａの切り込み深さを浅くするように拡径されてい
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、繊維強化プラスチ
ック製パイプ及び同パイプを用いた動力伝達用シャフト
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すよう
に、自動車のパワートレーンに用いられるプロペラシャ
フト１０１として、繊維強化プラスチック製パイプ（以
下単にパイプとする）１０２の端部に、ユニバーサルジ
ョイントのヨーク１０３を結合してなるものが存在す
る。

【０００３】前記パイプ１０２とヨーク１０３との結合
にはセレーション結合が用いられている。つまり、ヨー
ク１０３に設けられた円筒部１０４をパイプ１０２の端
部に圧入する際に、同円筒部１０４の外周面に形成され
た切り込み歯１０４ａでパイプ１０２の内周面１０２ａ
に刻み目を刻設しながら、同切り込み歯１０４ａをパイ
プ１０２の内周面１０２ａに喰い込ませることで、パイ
プ１０２とヨーク１０３とが結合されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ヨーク１０
３の円筒部１０４は、開口側である先端１０４ｂ側の剛
性が、閉口側である基端１０４ｃ側の剛性より低くなっ
ている。従って、パイプ１０２に対する円筒部１０４の
圧入時において、同円筒部１０４の先端１０４ｂ側が基
端１０４ｃ側よりも大きく縮径変形してしまう。

【０００５】このため、図５（ｂ）に示すように、円筒
部１０４の切り込み歯１０４ａがパイプ１０２の内周面
１０２ａに対して傾斜し、切り込み歯１０４ａのパイプ
１０２に対する切り込み深さに、パイプ１０２の軸方向
前後でバラつきが生じていた。よって、プロペラシャフ
ト１０１の動力伝達時において、パイプ１０２とヨーク
１０３とのセレーション結合部分の局部（切り込み歯１
０４ａによる切り込み深さが深い円筒部１０４の基端１
０４ｃ側）に応力集中を生じる問題があった。

【０００６】本発明の目的は、結合部材とのセレーショ
ン結合部分における結合力のバラつきを抑えることが可
能な繊維強化プラスチック製パイプ及び動力伝達用シャ
フトを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、端部に結合部材がセレーション結
合されて使用される繊維強化プラスチック製パイプにお
いて、前記端部の内外周面のうち、結合部材が結合され
る側の周面が、パイプの末端側において結合部材とのセ
レーション結合を浅くする方向に径変化されていること
を特徴とする繊維強化プラスチック製パイプである。

【０００８】この構成においては、結合部材とのセレー
ション結合が偏って深くなりがちであった末端側の周面
が、同結合部材とのセレーション結合を浅くする方向に
予め径変化されている。従って、パイプと結合部材との
セレーション結合部分における結合力のバラつきを抑え
ることができる。

【０００９】請求項２の発明は請求項１において、前記
端部において結合部材が結合される側の周面は、パイプ
の末端に近づくに連れて連続的に径変化されていること
を特徴としている。

【００１０】この構成においては、パイプと結合部材と
のセレーション結合部分における結合力のバラつきを、
より効果的に抑えることができる。請求項３の発明は請
求項１において、請求項２以外の好適な態様を限定する
ものである。すなわち、前記端部において結合部材が結
合される側の周面は、パイプの末端に近づくに連れて段
階的に径変化されている。

【００１１】請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか
において、パイプと結合部材との好適な結合態様を限定
するものである。すなわち、前記端部の内周面に結合部
材が結合され、同端部の内周面はパイプの末端側がその
他の部位よりも大径とされている。

【００１２】請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか
において、前記端部には強化繊維よりなる周方向巻層を
含む強化部が設けられていることを特徴としている。こ
の構成においては、強化部によって、結合部材の圧入時
におけるパイプ端部の変形が抑制される。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれ
かに記載の繊維強化プラスチック製パイプと、同パイプ
の端部において内外周面の一方に円筒部を以ってセレー
ション結合された結合部材とからなる動力伝達用シャフ
トであって、前記円筒部の肉厚は基端から先端側に向か
って連続的に薄くされていることを特徴とする動力伝達
用シャフトである。

【００１４】この構成においては、パイプと結合部材と
のセレーション結合部分における結合力のバラつきを抑
えることができ、同結合部分での動力伝達時における局
部的な応力集中を抑えることができる。

【００１５】請求項７の発明は請求項６において、前記
パイプへの結合前の状態において結合部材の円筒部は、
パイプとの結合側とは反対側の周面が基端から先端側に
向かって連続的に径変化されていることを主として連続
的な肉厚変化が達成され、この円筒部においてパイプと
の結合側とは反対側の周面のテーパ形状は、結合部材の
成型時に同時に形成されて金型からの抜き勾配としても
機能することを特徴としている。

【００１６】この構成においては、円筒部においてパイ
プとの結合側とは反対側の周面の後加工を必要とせず、
結合部材の加工コストを削減できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動車のパワート
レーンに用いられるプロペラシャフトに具体化した、第
１〜第３実施形態について説明する。なお、第２及び第
３実施形態においては第１実施形態との相違点について
のみ説明し、同一又は相当部材には同じ番号を付して説
明を省略する。

【００１８】○第１実施形態 図１に示すように、プロペラシャフト１１は、円筒状の
繊維強化プラスチック製パイプ（以下単にパイプとす
る）１２と、同パイプ１２の両端部に取着された結合部
材としての一対のヨーク１３とから構成されている。

【００１９】図２（ａ）に示すように、前記ヨーク１３
は、ユニバーサルジョイントを構成する金属製の部品で
ある。ヨーク１３の成型は鍛造により行われている。ヨ
ーク１３は、継ぎ手として機能する本体部１４以外に円
筒部１５を備え、同円筒部１５の外周面には、パイプ１
２の軸方向に沿って延びる（パイプ１２との結合前の状
態において）複数の切り込み歯１５ａがパイプ１２の軸
周りに複数刻設されている。円筒部１５の先端１５ｃは
開口され、基端１５ｄは本体部１４によって閉口されて
いる。

【００２０】前記円筒部１５の内周面１５ｂは、パイプ
１２に対する結合前の状態にて、先端１５ｃと基端１５
ｄとの間で内径が同じとされている。しかし、この円筒
部１５の均一内径の形状つまり金型に対する抜き勾配が
無い形状を、ヨーク１３の鍛造時に同時に形成すると、
同ヨーク１３の金型からの離脱が困難となる。従って、
図２（ａ）において二点鎖線で示すように、ヨーク１３
の鍛造に用いられる金型には、円筒部１５の内周面１５
ｂを先端１５ｃ側が基端１５ｄ側よりも大径となる傾斜
面（テーパ面）に形成する抜き勾配が設定されている。
そして、鍛造工程後の加工（例えばボーリング加工）に
よって、抜き勾配を設定していた肉部を円筒部１５の内
周面１５ｂから除去するようにしている。

【００２１】前記ヨーク１３は、円筒部１５を以ってパ
イプ１２の端部の内周面１６ａに対してセレーション結
合されている。つまり、ヨーク１３の円筒部１５をパイ
プ１２に圧入し、同円筒部１５の切り込み歯１５ａでパ
イプ１２の内周面１６ａに刻み目を刻設しながら、同切
り込み歯１５ａをパイプ１２の内周面１６ａに喰い込ま
せることで、パイプ１２とヨーク１３とが結合されてい
る。

【００２２】前記パイプ１２の両端部には、ヨーク１３
の円筒部１５の圧入による拡径変形を抑制するための強
化部１６がそれぞれ形成されている。同強化部１６は、
パイプ１２において他の部位よりも肉厚とされている。

【００２３】図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すよ
うに、前記パイプ１２の強化繊維としては炭素繊維が使
用され、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。パイプ１２の強化繊維は、所定の等ピッチ
でパイプ１２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斜めに巻き付けられたヘリカル巻層
１７と、巻付け角度が例えば７０〜９０°である周方向
巻層としてのフープ巻層１８とを構成する。

【００２４】前記ヘリカル巻層１７の巻付け角度は、自
動車のパワートレーン用として要求される、曲げ及びね
じり並びに振動等の特性を満足させるために、４５°以
下（本実施形態ではほぼ１０°）に設定されている。フ
ープ巻層１８は強化部１６にのみ形成され、同フープ巻
層１８はヘリカル巻層１７の間に挟まれた状態で配置さ
れている。

【００２５】前記パイプ１２においてヘリカル巻層１７
の外側には、有機繊維層１９が形成されている。同有機
繊維層１９を構成する有機繊維としては、熱収縮性の
糸、例えばポリエステル糸が用いられている。この有機
繊維は、パイプ１２の軸方向に対する巻付け角度が９０
°に近い状態で巻き付けられている。

【００２６】そして、本実施形態の特徴点としては、図
２（ａ）及び図２（ｂ）に誇張して示すように、前記パ
イプ１２において端部（強化部１６）の内周面１６ａ
が、同パイプ１２の末端側において、ヨーク１３（円筒
部１５）の切り込み歯１５ａの切り込み深さを浅くする
方向つまり外側に向かって徐々に径変化されている。つ
まり、パイプ１２において強化部１６の内周面１６ａ
は、末端に近づくに連れて大径となるように連続的に径
変化されている。

【００２７】従って、円筒部１５をパイプ１２へ圧入し
た際に、同円筒部１５の先端１５ｃ側が縮径変形して
も、この縮径変形による切り込み歯１５ａの傾斜は、予
め設定された強化部１６の内周面１６ａの傾斜に沿うこ
ととなる。よって、強化部１６の内周面１６ａに対する
切り込み歯１５ａの切り込み深さを、パイプ１２の軸方
向前後で均一化することができる。

【００２８】上記構成の本実施形態においては、次のよ
うな効果を奏する。 （１）パイプ１２の端部内周面１６ａを末端側において
大径とすることで、パイプ１２とヨーク１３とのセレー
ション結合部分における結合力のバラつきを抑えること
ができる。従って、プロペラシャフト１１の動力伝達時
において、セレーション結合部分おける局部的な応力集
中を避けることが可能となり、耐久性に優れたプロペラ
シャフト１１となる。

【００２９】（２）パイプ１２の端部内周面１６ａは、
同パイプ１２の末端に近づくに連れて大径となるように
連続的に径変化されている。従って、この端部内周面１
６ａに対するヨーク１３の切り込み歯１５ａの切り込み
深さをパイプ１２の軸方向前後で均一化することがで
き、前記（１）がより効果的に奏される。

【００３０】○第２実施形態 図３（ａ）及び図３（ｂ）においては第２実施形態を示
す。本実施形態において強化部１６の内周面１６ａに
は、パイプ１２の末端側に段差を設けることで大径部１
２ａが形成されている。強化部１６の内周面１６ａにお
いて大径部１２ａ以外の部位は等内径となっている。つ
まり、強化部１６の内周面１６ａは、パイプ１２の末端
側が大径となるように段階的に径変化されている。

【００３１】本実施形態においても、強化部１６の内周
面１６ａに対する切り込み歯１５ａの切り込み深さを、
パイプ１２の軸方向前側と後側とでバラつかないように
することができ、上記第１実施形態の（１）と同様な効
果を奏する。つまり、本実施形態では、従来技術（図５
（ｂ）参照）にあっては切り込み歯１５ａの切り込み深
さが偏って深くなっていたパイプ１２の末端側の内周面
１６ａを局部的に大径とすることで（大径部１２ａ）、
同末端内周面１６ａを切り込み歯１５ａから逃がして切
り込み深さが浅くなるように調節している。

【００３２】○第３実施形態 図４においては第３実施形態を示す。本実施形態におい
てヨーク１３は、切り込み歯１５ａを除く円筒部１５の
肉厚が、基端１５ｄから先端１５ｃに向かって連続的に
薄くされている。従って、円筒部１５は、パイプ１２
（図２参照）へ圧入される際に、先端１５ｃ側が基端１
５ｄ側に比べてより大きく縮径変形され、パイプ１２の
傾斜した内周面１６ａに沿い易くなる。よって、パイプ
内周面１６ａに対する切り込み歯１５ａの切り込み深さ
を、パイプ１２の軸方向前後でより均一化することがで
きる。

【００３３】なお、前述した円筒部１５の異なる肉厚
は、ヨーク１３の鍛造時に形成される抜き勾配用の肉部
（図２（ａ）の二点鎖線１５ｂ部分を参照）をそのまま
残すことを主として設定されている。従って、ヨーク１
３を製作するにあたり、鍛造工程後における円筒部１５
の内周面１５ｂの加工を必要とせず、ヨーク１３の加工
コストを削減することができる。

【００３４】○本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下
の態様でも実施できる。 ・上記第１実施形態においてパイプ１２の端部内周面１
６ａは、直線的に内径を変化させる構成であった。しか
し、それに限定されるものではなく、例えば曲線的に内
径を変化させる構成であってもよい。

【００３５】・上記第２実施形態においてパイプ１２の
端部内周面１６ａは、パイプ１２の中央側と大径部１２
ａとの二段階に内径を変化させる構成であった。しか
し、それに限定されるものではなく、パイプ１２の中央
側から末端に向かって、三、四、五或いは六段階に内径
を増大変化させるようにしてもよい。

【００３６】・ヨーク１３の成型を鋳造により行うこ
と。 ・パイプ１２の端部外周面に、ヨーク１３の円筒部１５
の内周面１５ｂをセレーション結合する構成において具
体化すること。この場合、円筒部１５の内周面１５ｂに
切り込み歯１５ａが形成される。また、パイプ１２にお
いて端部の外周面の径が、同パイプ１２の末端側におい
て切り込み歯１５ａの切り込み深さを浅くする方向つま
り内側に縮径変化される。

【００３７】・マトリックス樹脂としては、エポキシ樹
脂に限らず他の熱硬化性樹脂（例えば不飽和ポリエステ
ル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等）や、曲げ
弾性率の高い熱可塑性樹脂（例えばポリエーテルエーテ
ルケトン）等を用いてもよい。しかし、自動車用のプロ
ペラシャフト１１の場合には、コストや要求性能の点か
らエポキシ樹脂が好ましい。また、マトリックス樹脂と
して熱硬化性樹脂に替えて紫外線硬化性樹脂を使用して
もよい。

【００３８】・強化繊維としては炭素繊維以外にも、ガ
ラス繊維或いはアラミド繊維等の一般的に高弾性・高強
度といわれるものが挙げられる。また、強化繊維として
一種のみを用いることに限定されず、複数種を組み合わ
せて使用してもよい。つまり、例えば、ヘリカル巻層１
７に炭素繊維とガラス繊維とを混在させたり、ヘリカル
巻層１７に炭素繊維を用いフープ巻層１８にガラス繊維
を用いる等である。

【００３９】・両端部に結合部材が結合されて使用され
るパイプに限らず、片側の端部にのみ結合部材が結合さ
れて使用されるパイプにおいて具体化してもよい。 ・パイプ１２の形状は断面円形に限らず、例えば断面楕
円形であってもよい。

【００４０】・自動車のパワートレーン用以外の動力伝
達用シャフトのパイプに適用してもよい。 ・動力伝達用シャフトに限らず、端部において他の結合
部材が結合されて使用される任意の繊維強化プラスチッ
ク製のパイプ、例えば輪転機のドラムに具体化してもよ
い。

【００４１】○上記実施形態から把握できる技術的思想
について記載すると、請求項１〜５のいずれかに記載の
繊維強化プラスチック製パイプの端部に円筒部を以って
セレーション結合される結合部材であって、円筒部の肉
厚は基端から先端側に向かって連続的に薄くされている
ことを特徴とする結合部材。

【００４２】

【発明の効果】上記構成の本発明によれば、結合部材と
のセレーション結合部分における結合力のバラつきを抑
えた繊維強化プラスチック製パイプを得ることができ
る。従って、同パイプを用いた動力伝達用シャフトにあ
っては、動力伝達時におけるセレーション結合部分での
局部的な応力集中を避けて、耐久性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 プロペラシャフトの側面図。

【図２】 （ａ）は結合前のパイプとヨークとを示す断
面図、（ｂ）は結合後のパイプとヨークとを示す断面
図。

【図３】 第２実施形態を示す図であり、（ａ）は結合
前のパイプとヨークとを示す断面図、（ｂ）は結合後の
パイプとヨークとを示す断面図。

【図４】 第３実施形態のヨークを示す断面図。

【図５】 従来技術を示す図であり、（ａ）は結合前の
パイプとヨークとを示す断面図、（ｂ）は結合後のパイ
プとヨークとを示す断面図。

【符号の説明】

１２…繊維強化プラスチック製パイプ、１３…結合部材
としてのヨーク、１６…パイプの端部である強化部、１
６ａ…パイプにおいてヨークが結合される強化部の内周
面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J033 AA01 AB01 AB02 BA03 BA07 BC03 4F205 AA36 AD03 AD16 AH16 HA02 HA23 HA33 HA37 HB01 HC04 HF05 HK17 HT02 HT08 HT22

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部に結合部材がセレーション結合され
   て使用される繊維強化プラスチック製パイプにおいて、 前記端部の内外周面のうち、結合部材が結合される側の
   周面が、パイプの末端側において結合部材とのセレーシ
   ョン結合を浅くする方向に径変化されていることを特徴
   とする繊維強化プラスチック製パイプ。
2. 【請求項２】 前記端部において結合部材が結合される
   側の周面は、パイプの末端に近づくに連れて連続的に径
   変化されている請求項１に記載の繊維強化プラスチック
   製パイプ。
3. 【請求項３】 前記端部において結合部材が結合される
   側の周面は、パイプの末端に近づくに連れて段階的に径
   変化されている請求項１に記載の繊維強化プラスチック
   製パイプ。
4. 【請求項４】 前記端部の内周面に結合部材が結合さ
   れ、同端部の内周面はパイプの末端側がその他の部位よ
   りも大径とされている請求項１〜３のいずれかに記載の
   繊維強化プラスチック製パイプ。
5. 【請求項５】 前記端部には強化繊維よりなる周方向巻
   層を含む強化部が設けられている請求項１〜４のいずれ
   かに記載の繊維強化プラスチック製パイプ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強
   化プラスチック製パイプと、同パイプの端部において内
   外周面の一方に円筒部を以ってセレーション結合された
   結合部材とからなる動力伝達用シャフトであって、前記
   円筒部の肉厚は基端から先端側に向かって連続的に薄く
   されていることを特徴とする動力伝達用シャフト。
7. 【請求項７】 前記パイプへの結合前の状態において結
   合部材の円筒部は、パイプとの結合側とは反対側の周面
   が基端から先端側に向かって連続的に径変化されている
   ことを主として連続的な肉厚変化が達成され、この円筒
   部においてパイプとの結合側とは反対側の周面のテーパ
   形状は、結合部材の成型時に同時に形成されて金型から
   の抜き勾配としても機能する請求項６に記載の動力伝達
   用シャフト。