JP3230411B2 - 複合軸の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
製の軸本体の端部にフランジを一体に有する複合軸の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車に対する軽量化要求が高ま
る中で、プロペラシャフトについても繊維強化プラスチ
ック（ＦＲＰ）で製造することが推し進められている。
ところで、プロペラシャフトは、通常、設置高さの異な
るトランスミッションとディファレンシャルとの間に介
装されるため、これらに対して所定のたわみ角（ジョイ
ント角）がとれるように連結する必要があるが、あまり
大きなジョイント角を必要としない場合は、フレキシブ
ルジョイントがそれらの連結に用いられる。このフレキ
シブルジョイントの一つの例として、図１０に示すよう
なディスクジョイント１がある。

【０００３】このディスクジョイント１は、同一ピッチ
円上に複数（こゝでは６つ）のボルト挿通孔２を配設
し、このボルト挿通孔２を有する部分を厚肉部３として
構成すると共に、この厚肉部３の相互間を薄肉部４とし
て構成している。このようなディスクジョイント１に
は、その１つおきの３つのボルト挿通孔２を利用してト
ランスミッションやディファレンシャルがボルト止めさ
れると共に、残りの３つのボルト挿通孔２を利用してプ
ロペラシャフトがボルト止めされ、その薄肉部４がたわ
むことにより所定のジョイント角がとれるようになって
いる。

【０００４】したがって、上記のように用いられるプロ
ペラシャフトには、その端部にディスクジョイント１と
ほゞ同形のフランジが必要となり、従来は、このフラン
ジを金属から形成し、これを、別途形成した繊維強化プ
ラスチック製（ＦＲＰ製）の軸本体の端部に接着剤を用
いて結合するようにしていた（例えば、特開平５−８７
１１６号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようにフランジを金属製としてＦＲＰ製の軸本体の端
部に接着剤を用いて結合する方法によれば、十分なる結
合強度が得られないばかりか、フランジの重量が嵩んで
軸本体をＦＲＰ化したせっかくの軽量利点が損なわれる
という問題があった。

【０００６】なお、上記対策として、本発明者等は、樹
脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻付けて軸本体を形
成した後、その端部を拡げてフランジを形成する方法を
開発し、既に特願平６−３４２１３号にて明らかにして
いる（未公知）。しかし、この方法によれば、軸本体と
フランジとでピンを用いて角度を変更しているため、ピ
ン近傍での強度にいま一つ不安がある。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題とするところは、フランジを部分的にＦ
ＲＰ化すると共に、フランジと軸本体との結合方法に改
善を加えることにより、軽量で強度的にも十分な複合軸
を得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明は、嵌合孔を有しかつ該嵌合孔の周りに
複数の筒状部材を突設してなるプレートを用意し、樹脂
を含浸させた繊維を前記筒状部材に巻付けながら前記嵌
合孔の軸方向へ積層して、前記嵌合孔の内面を含む仮想
筒状面に部分的に接するフランジを形成し、該フランジ
をその嵌合孔を用いて、別途樹脂を含浸させた繊維をマ
ンドレルに巻付けて形成した軸本体の端部に嵌合し、し
かる後に硬化処理を行って前記フランジと前記軸本体と
を一体化するようにしたことを特徴とする。

【０００９】また、第２の発明は、上記第１の発明にお
いて、フランジを軸本体の端部に嵌合した後、硬化処理
を行う前に、前記フランジと軸本体との間に樹脂を含浸
させた繊維を巻付けるようにしたことを特徴とする。

【００１０】さらに、第３の発明は、嵌合孔を有しかつ
該嵌合孔の周りに複数の筒状部材を突設してなるプレー
トを用意し、該プレートをその嵌合孔を用いて、別途樹
脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻付けて形成した軸
本体の端部に嵌合し、次に、前記プレート上の筒状部材
と軸本体との間に樹脂を含浸させた繊維を巻付けながら
フランジを形成し、しかる後に硬化処理を行って前記フ
ランジと前記軸本体とを一体化するようにしたことを特
徴とする。

【００１１】

【作用】上記３つの発明においては、プレートと筒状部
材とを除くフランジ部分が樹脂を含浸させた繊維で形成
されるので、全てを金属製としたフランジに比してその
重量が軽減される。また、硬化処理と同時にフランジと
軸本体とを一体化するので、両者の結合強度は十分とな
り、しかも、プレートに突設した筒状部材を相手部材と
の連結に用いることで、連結部の強度も十分となる。

【００１２】また、第２の発明では、フランジと軸本体
との間に樹脂を含浸させた繊維をさらに巻付けることに
より、フランジと軸本体との間における繊維の接触面積
が拡がり、両者の間の結合強度がより高まる。また、第
３の発明では、軸本体上でフランジを形成するので、軸
本体を形成するマンドレルを共用して能率よくフランジ
を形成できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】図１〜４は、本発明の第１実施例を示した
ものである。本第１実施例においては、図３に示すよう
に中央に円形の嵌合孔１０を有する三角形状のプレート
１１と軸孔１２を有する筒状部材１３とを用意し、プレ
ート１１の３つの角部内側に予め設けられた取付孔１４
に筒状部材１３の一端に設けたボス部１３ａを圧入し
て、該筒状部材１３をプレート１１に固定する。なお、
この固定には溶接または接着を併用してもよい。また、
このプレート１１には、隣接する取付孔１４の相互間に
位置して２つの三角柱状の第１のガイド部材１５を突設
すると共に、２つのガイド部材１５の間に位置して１つ
の四角柱状の第２のガイド部材１６を突設する。第１の
ガイド部材１５は、その１つの頂点を第２のガイド部材
１６に指向させると共に、前記頂点に対向する底面１５
ａを取付孔１４の側に、側面の１つ１５ｂを嵌合孔１０
にそれぞれ向けてプレート１１上に配置されている。な
お、筒状部材１３および第１、第２のガイド部材１５、
１６は、プレート１１からの突出長さが等しくなるよう
にそれぞれの長さが設定されている。

【００１５】第１のガイド部材１５はまた、取付孔１４
の側に向けたその底面１５ａが前記筒状部材１３の外周
面に倣う湾曲面とされ、取付孔１４に固定した筒状部材
１３の外周面との間に所定の隙S1を形成している。ま
た、第１のガイド部材１５は、嵌合孔１０に向けたその
側面１５ｂが嵌合孔１０の接線と平行に延ばされると共
に、嵌合孔１０の内面を含む仮想円筒面（筒状面）に対
する最接近位置で該仮想円筒面との間に所定の隙S2を形
成している。

【００１６】上記筒状部材１３と第１、第２のガイド部
材１５、１６とを突設したプレート１１は、後述するフ
ランジ１７（図４）を形成する治具としてかつ該フラン
ジ１７の構成要素として用いられるものである。フラン
ジ１７の形成に際しては、図１および２に示すように前
記プレート１１を、その嵌合孔１０を利用してマンドレ
ル１８に嵌合固定する。そして、樹脂を含浸させた繊維
（以下、樹脂含浸繊維という）１９を、筒状部材１３に
巻き回しながら第１のガイド部材１５の内側（一側面１
５ｂの内側）から第２のガイド部材１６の外側を通して
連続に巻付け、プレート１１の嵌合孔１０の軸線方向へ
順次積層していく。この時、樹脂含浸繊維１９を筒状部
材１３の内側で交差させて延ばし、これにより該繊維１
９は第１のガイド部材１５の側面１５ｂに沿って第２の
ガイド部材１６の方向へ直線的に延ばされ、前記隙S2
（図３）を埋める。この結果、嵌合孔１０の周りの繊維
積層部２０は六角形となり、嵌合孔１０の内面を含む仮
想円筒面、すなわちマンドレル１８の周面に円周方向の
６箇所で接するようになる。なお、樹脂含浸繊維１９
は、隙Ｓ２を埋めて嵌合孔１０の内側に少しはみ出して
も良い。

【００１７】このようにして樹脂含浸繊維１９を筒状部
材１３（もちろん第１、第２のガイド部材１５、１６も
含む）の長さ一杯に積層し、これによりプレート１１を
含み、かつ３つの筒状部材１３を樹脂含浸繊維１９で相
互に結合してなるフランジ（未硬化フランジ）１７が完
成する。このフランジ１７の形成に際しては、樹脂含浸
繊維１９が筒状部材１３の周りで第１のガイド部材１５
の底面１５ａで押えられるので、その盛り上がりが規制
されて、外観品質は向上する。なお、ガイド部材１５は
フランジ１７の隙間を埋める役割もなしており、これ
は、フランジ成形時には取外しておき、成形後に取付け
るようにしても良い。

【００１８】次に、上記未硬化フランジ１７をマンドレ
ル１８から抜き取り、図４に示すように、その嵌合孔１
０を利用して、別途樹脂含浸繊維をマンドレル２１に巻
付けて形成した軸本体（未硬化軸本体）２２に嵌合す
る。この嵌合により、前記嵌合孔１０の周りの繊維積層
部２０が、前出図１におけるマンドレル１８に対すると
同様に軸本体２２の周面に円周方向の６箇所で接触し、
フランジ１７を形成する樹脂含浸繊維１９内の樹脂と軸
本体２２を形成する樹脂含浸繊維内の樹脂とが融合す
る。その後、前記嵌合状態を維持して硬化処理を行い、
これによりフランジ１７と軸本体２２とが強固に一体化
され、フランジ付きの複合軸が完成する。このように完
成した複合軸においては、プレート１１上に突設した筒
状部材１３をそのまゝ相手部材との連結に用いることが
でき、その連結部の強度も十分となる。

【００１９】こゝで、フランジ１７と軸本体２２とは、
同じ繊維を用いてもよいが、例えばフランジ１７を炭素
繊維により形成し（CFRP化）、軸本体２２をガラス繊維
により形成する（GFRP化）、というように両者を異なる
繊維を用いて形成してもよい。また、これら繊維に含浸
させる樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を用いることができ
る。

【００２０】なお、上記プレート１１の嵌合孔１０の口
径を軸本体２２の外径よりもわずかに小さく設定するこ
とにより、未硬化フランジ１７を未硬化軸本体２２に嵌
合した際、軸本体２２側の繊維が押し潰されて両者の接
触面積が拡大し、両者の結合強度はより高まるようにな
る。また、このフランジ１７は、軸本体２２を形成する
マンドレル２１を共用して形成してもよく、この場合
は、該マンドレル２１の一端を延長してその延長部分に
上記フランジ形成用マンドレル１８と同径の部分を設
け、この部分にプレート１１を嵌合してフランジ１７を
形成し、このフランジを、同時的に形成された軸本体２
２上に移行させて、上記と同様に硬化処理を行う。この
ように軸本体２２を形成するマンドレル２１を共用する
ことで、マンドレルからマンドレルへフランジを移し替
える手間が省け、作業性が向上する。

【００２１】図５、６および７は、上記第１実施例の変
形実施例を示したもので、図５に示す例では、プレート
１１上から第１のガイド部材１５を廃して、樹脂含浸繊
維１９を筒状部材１３の外側から第２のガイド部材１６
の内側に通すようにし、図６に示す例では、第１のガイ
ド部材１５に加えて第２のガイド部材１６も廃して、樹
脂含浸繊維１９を単に筒状部材１３の外側に掛け回すよ
うにし、図７に示す例では、図６に示したものと同様の
プレート１１を用いて、樹脂含浸繊維１９を筒状部材１
３の内側で交差させながら各筒状部材１３に掛け回すよ
うにしている。何れの実施例においても、筒状部材１３
の大きさや設置位置を適当に設定することで、嵌合孔１
０の周りの繊維積層部２０が嵌合孔１０の内面を含む仮
想円筒面に部分接触し、この接触部分を前記軸本体２２
との嵌合に用いることができ、、十分なる結合強度が得
られる。ただし、これらの変形実施例では、樹脂含浸繊
維１９の巻き形状が三角形となって軸本体２２との接触
箇所が円周方向の３箇所となるため、６箇所で接触する
上記第１実施例に比べて結合強度の面で不利である。な
お、それぞれの実施例では、フランジの隙間を埋める目
的でプレート１１上に突起を設けても良い。

【００２２】図８および９は、本発明の第２実施例を示
したものである。本第２実施例においては、上記第１実
施例に用いた治具に対して、その第１のガイド部材１５
の外側面１５ｃにプレート１１の側方へ向けて複数のガ
イドピン２５を突設し、さらに、各第１のガイド部材１
５の端面に嵌合孔１０の軸本体方向へ延ばして押え治具
２６を脱着自在に突設している。複数のガイドピン２５
は、プレート１１との接続端（基端）側ほど第２のガイ
ド部材１６に寄るように斜めに配列して、第１のガイド
部材１５に対して固定されている。

【００２３】本第２実施例においては、上記第１実施例
と同様にフランジ１７を形成した後、このフランジ１７
をその嵌合孔１０を用いて、別途形成したマンドレル２
１上の軸本体２２に嵌合する。その後、樹脂含浸繊維２
７をフランジ１７の１つの角部（１つの筒状部材１３に
対応）に巻き回しながらガイドピン２５に掛けて方向転
換し、さらに軸本体２２に巻き回すことをガイドピン２
５に順次掛けながら繰り返す。この時、樹脂含浸繊維２
７は押え治具２６の内側を通し、その盛り上がりを規制
する。そして、前記巻付け作業をフランジ１７の残りの
２つの角部についても繰り返し、これによりフランジ１
７と軸本体２２とは、フランジ１７の端面の前方の広い
範囲で樹脂含浸繊維２７を介して接触し、その後、硬化
処理を行うことにより両者はより強固に結合される。な
お、押え治具２６は、この硬化処理後または硬化処理前
にプレート１１から取り除く。

【００２４】本第２実施例では特に、第１のガイド部材
１５上のガイドピン２５の位置を軸方向および円周方向
で変更するようにしているので、樹脂含浸繊維２７の交
差部２７ａ（図９）が軸本体方向へ偏在し、結果として
第１のガイド部材１５の相互間における樹脂含浸繊維２
７の盛り上がりが押えられて、外観品質が向上する。ま
た、押え治具２６により軸本体２２上における樹脂含浸
繊維２７の盛り上がりが規制されるので、完成した複合
軸本体を相手部材と結合する際、その筒状部材１３を挿
通させたボルト頭あるいはナットに軸本体の周面が干渉
することがなく、組付作業性が阻害されることはない。

【００２５】なお、上記第２実施例では、フランジ１７
と軸本体２２とを別体に形成した後、両者を合せて樹脂
含浸繊維２７を後巻きし、この後巻きした樹脂含浸繊維
２７により両者の結合強度の増強を図るようにしたが、
本発明は、前記第２実施例の要領で軸本体２２上で直接
フランジを形成することができる。この場合は、第２実
施例で用いたプレート１１を、マンドレル２１（図４）
上の軸本体２２上に嵌合した後、前出図８および９に示
したと同様の手順で、樹脂含浸繊維２７をプレート１１
上の筒状部材１３と軸本体２２との間に巻付けながらフ
ランジを形成し、その後、硬化処理を行ってフランジ１
７と軸本体２２とを一体化する。ただし、プレート１１
上の第１のガイド部材１５上に設けるガイドピン２５
（図８、９）は、その数をできるだけ多くして繊維の集
積度を高めるように配慮し、またプレート１１上から
は、第２のガイド部材１６（図８、９）を廃しておく。
本実施例（第３実施例）では、軸本体２２を形成するマ
ンドレル２１を共用することで、プレート１１を含む治
具を移動させる必要がなくなり、より高能率に複合軸を
製造できるようになる。

【００２６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かゝる複合軸の製造方法によれば、フランジの一部を繊
維強化プラスチック化して、フランジの重量軽減を図る
ことができるので、軸本体を繊維強化プラスチック製と
した軽量利点を最大限に発揮させることができ、その利
用価値が著しく高まる。また、硬化処理と同時にフラン
ジと軸本体とを一体化し、かつプレートに突設した筒状
部材を相手部材との連結に用いるので、フランジと軸本
体との結合強度が十分となるばかりか、相手部材に対す
る連結部の強度も十分となり、得られる複合軸の耐久信
頼性は著しく向上する。また、別途形成したフランジと
軸本体とを嵌合し、硬化処理前に両者の間に樹脂を含浸
させた繊維をさらに巻付ける場合は、フランジと軸本体
との間における繊維の接触面積の拡大により両者の結合
強度がより高まり、得られる複合軸の耐久信頼性はより
一層向上する。また、軸本体に筒状部材を有するプレー
トを嵌合し、軸本体上でフランジを形成する場合は、軸
本体を形成するマンドレルを共用して能率よくフランジ
を形成することができ、製造コストが低減する。また、
軸本体とフランジとで繊維の種類を変え、例えばフラン
ジに安価な繊維を用いることでコスト低減が図れる。さ
らに、接着または圧入工程が省かれ、硬化が１回で済む
ため、効率良く複合軸を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるフランジ形成工程
を模式的に示す平面図である。

【図２】本第１実施例におけるフランジ形成工程を模式
的に示す正面図である。

【図３】本第１実施例で用いる治具の構造を一部分解し
て示す平面図である。

【図４】本第１実施例におけるフランジと軸本体との結
合工程を模式的に示す正面図である。

【図５】第１実施例の変形実施例としてのフランジ形成
工程を模式的に示す平面図である。

【図６】第１実施例の変形実施例としての、他のフラン
ジ形成工程を模式的に示す平面図であある。

【図７】第１実施例の変形実施例としての、さらに他の
フランジ形成工程を模式的に示す平面図であある。

【図８】本発明の第２実施例におけるフランジと軸本体
との結合工程を模式的に示す平面図である。

【図９】本第２実施例におけるフランジと軸本体との結
合工程を模式的に示す正面図である。

【図１０】本発明で製造する複合軸の相手材料の一つで
あるディスクジョイントの形状を示す平面図である。

【符号の説明】 １０ 嵌合孔 １１ プレート １３ 筒状部材 １５ ガイド部材 １６ ガイド部材 １７ フランジ １９ 樹脂を含浸させた繊維 ２１ 軸本体形成用マンドレル ２２ 軸本体 ２７ 樹脂を含浸させた繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 霜田 好司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−174131（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74248（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−87341（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−109319（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−65538（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 69/00 - 69/02 B29C 67/14 B60K 17/22 F16C 3/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 嵌合孔を有しかつ該嵌合孔の周りに複数
   の筒状部材を突設してなるプレートを用意し、樹脂を含
   浸させた繊維を前記筒状部材に巻付けながら前記嵌合孔
   の軸方向へ積層して、前記嵌合孔の内面を含む仮想筒状
   面に部分的に接するフランジを形成し、該フランジをそ
   の嵌合孔を用いて、別途樹脂を含浸させた繊維をマンド
   レルに巻付けて形成した軸本体の端部に嵌合し、しかる
   後に硬化処理を行って前記フランジと前記軸本体とを一
   体化することを特徴とする複合軸の製造方法。
2. 【請求項２】 フランジを軸本体の端部に嵌合した後、
   硬化処理を行う前に、前記フランジと軸本体との間に樹
   脂を含浸させた繊維を巻付けることを特徴とする請求項
   １に記載の複合軸の製造方法。
3. 【請求項３】 嵌合孔を有しかつ該嵌合孔の周りに複数
   の筒状部材を突設してなるプレートを用意し、該プレー
   トをその嵌合孔を用いて、別途樹脂を含浸させた繊維を
   マンドレルに巻付けて形成した軸本体の端部に嵌合し、
   次に、前記プレート上の筒状部材と軸本体との間に樹脂
   を含浸させた繊維を巻付けながらフランジを形成し、し
   かる後に硬化処理を行って前記フランジと前記軸本体と
   を一体化することを特徴とする複合軸の製造方法。