JPH06200951A - 繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフトおよび繊維強化樹脂製パイプの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】繊維強化樹脂製パイプの接合部と、セレーショ
ン加工を施した結合要素の接合部とを接合してなる繊維
強化樹脂製駆動力伝達用シャフトであって、該接合部は
圧入嵌合することによりセレーションの歯の噛み込みに
より接合され、噛み込み部分の空隙が接着剤により充填
されていることを特徴とする繊維強化樹脂製駆動力伝達
用シャフト及び繊維強化樹脂製パイプの接合部にセレー
ション加工を施した結合部品の接合部を接着剤を塗布し
て圧入嵌合することを特徴とする繊維強化樹脂製パイプ
と結合部品の接合方法。 【効果】結合が強固であるため高いトルク伝達力があ
り、腐食しにくく、耐久性、耐環境性に優れている。ま
た、接合部の加工は容易であり、接合工程は生産性に優
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂（以下、Ｆ
ＲＰと称することがある）製駆動力伝達用シャフト、特
に自動車用、船舶用およびヘリコプター用に適した高ト
ルクの駆動力伝達用シャフトに関する。また、本発明は
ＦＲＰ製パイプと結合部品の接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両、船舶等の駆動力伝達用シャフトは
一般に金属製中実棒または金属製中空パイプの両端に金
属製の結合要素（継手要素とも称する）を接合したもの
が使用されている。近年、自動車の軽量化が注目される
ようになり、車体の金属をＦＲＰ化するだけでなく、構
造部材の軽量化も注目を集めている。その中で駆動力を
伝達するシャフトの軽量化はそれが回転部分であるため
軽量化のもたらす効果は大きく、ＦＲＰ化が特に注目さ
れている。従来の鉄鋼製からＦＲＰ製にすることにより
重量が１／４〜１／２にも軽減するので、 各種の自動車
に搭載されるようになってきた。

【０００３】船舶においても快適な乗り心地を追求し
て、 共振周波数を実用域から外すために駆動力伝達用シ
ャフトのＦＲＰ化が注目されつつある。それはＦＲＰが
比強度（強度／密度）と比剛性（弾性率／密度）が鋼や
アルミニウム等の金属に比べて優れていることと、繊維
の配向角度を変更することによって曲げ剛性とねじり剛
性を自由に変えることができるので、ねじりの強度を維
持したまま、共振周波数を高くしたり、また逆に低くし
たりすることが可能であることによる。

【０００４】ＦＲＰ製駆動力伝達用シャフトの場合、一
般にＦＲＰ製の中空のパイプの両端に結合要素を設けな
ければならず、結合要素の接合部にフィラメントワイン
ディング法によりＦＲＰ製パイプを成形し接合させる
か、ＦＲＰ製パイプと結合要素を別々に準備し、後で何
等かの方法で接合することにより製造されている。例え
ば接着剤による接合が知られているが、高いねじりトル
クを伝達するには接着力が不十分であったり、経時的に
接着力が低下するなどの問題がある。また、接合部を正
多角形状にする方法も知られているが、加工に手間がか
かり、生産性が低いという問題がある。

【０００５】高いねじりトルクを伝達させるため、他に
も様々な方法が提案されている。実開昭５３−９３７８
号公報、実開昭５４−９７５４１号公報、特開昭５５−
１５９３１１号公報、特開昭５４−１３２０３９号公
報、特公昭６２−５３３７３号公報には結合要素とＦＲ
Ｐ製パイプの接合部をそれぞれセレーション加工して結
合したり、セレーション加工のされている結合要素の結
合部をＦＲＰ製パイプの内壁に切り込ませるようにして
結合するなどの方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
手法ではＦＲＰ製パイプの内壁にセレーションの歯を成
形時に形成することは困難である。機械加工によりセレ
ーションを形成すると強化繊維が切断されてしまうた
め、接合部の強度が低下してしまい、高いねじりトルク
を伝達することが不可能である。また、後者の場合も接
合部の強化繊維が結合要素の接合部のセレーションの歯
によって切断され易いため高いねじりトルクを伝達でき
ない等の問題があった。接合を確実なものとするために
接合部の外側に金属製のアウターリングをかぶせて補強
する方法も提案されているが軽量化の効果を減殺すると
いう問題点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、つぎに記す発
明からなる。 （１）繊維強化樹脂製パイプの接合部と、外面または内
面にセレーション加工が施された結合要素の接合部を、
接合してなる繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフトであ
って、該繊維強化樹脂製パイプの接合部と該結合要素の
接合部は、圧入嵌合により形成される繊維強化樹脂製パ
イプの接合部への結合要素のセレーションの噛み込みに
より接合され、しかも噛み込み部の間隙が接着剤により
充填されていることを特徴とする繊維強化樹脂製駆動力
伝達用シャフト。 （２）結合要素のセレーションが噛み込む繊維強化樹脂
製パイプの接合部の接合面に、円周方向弾性率が３０Ｇ
Ｐａ以下の保護層が積層されており、セレーションの噛
み込みは該保護層を介して形成される前記（１）記載の
繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフト。 （３）繊維強化樹脂製パイプの接合部の中間部、外面ま
たは内面に補強層を設け、補強された接合部の厚み（ｔ
ｊ）とパイプの厚み（ｔｐ）の比（ｔｊ／ｔｐ）が３以
下である前記（１）または（２）記載の繊維強化樹脂製
駆動力伝達用シャフト。 （４）繊維強化樹脂製パイプの端部に設けられた接合部
と結合部品の端部に設けられた接合部との接合におい
て、該繊維強化樹脂製パイプの接合部の内面または外面
にはセレーションの加工を施すことなく、該結合部品の
接合部の外面または内面にはセレーションの加工を施し
て、該繊維強化樹脂製パイプおよび結合部品の少なくと
も一方の接合部に接着剤を塗布して、該繊維強化樹脂製
パイプの接合部に該結合部品の接合部を、または該結合
部品の接合部に該繊維強化樹脂製パイプを圧入嵌合する
ことを特徴とする繊維強化樹脂製パイプと結合部品の接
合方法。 （５）繊維強化樹脂製パイプの接合部の接合面に円周方
向弾性率が３０ＧＰａ以下の保護層が積層されている前
記（４）記載の繊維強化樹脂製パイプと結合部品の接合
方法。 （６）結合部品が駆動力伝達用シャフトの結合要素であ
る前記（４）または（５）記載の繊維強化樹脂製パイプ
と結合部品の接合方法。

【０００８】本発明による繊維強化樹脂製駆動力伝達用
シャフトの典型的な１例を図１および図２（図１の繊維
強化樹脂製駆動力伝達用シャフトのＡ−Ａ断面図）に示
す。ＦＲＰ製パイプ（１）は公知の手法、例えば、フィ
ラメントワインディング法やローリングテーブル法など
により成形、硬化して得られる。結合要素（２）の接合
面（６）には予め図４に示すようなセレーションの加工
を施す。ＦＲＰ製パイプの接合面（５）にはセレーショ
ンの加工を施さず、ＦＲＰ製パイプの接合部（３）の内
径は結合要素の接合部（４）の最外径（セレーションの
歯の先端から測った径）よりわずかに小さくし、荷重を
かけてＦＲＰ製パイプの接合部（３）に結合要素の接合
部（４）を圧入嵌合することにより、ＦＲＰ製パイプの
接合面（５）および結合要素の接合面（６）の間に圧力
がかかり、結合要素の接合面（６）上のセレーションの
歯（７）がＦＲＰ製パイプの接合面（５）に噛み込むよ
うにして接合する。このとき、ＦＲＰ製パイプの接合面
（５）と結合要素の接合面（６）の間に接着剤（８）を
充填し、両接合面間の間隙を埋める。このようにして得
られるセレーションの噛み込みの状態は図２の拡大図に
示されるとおりである。接着剤を用いることによって接
合が強固になり、かつ、接合部の間隙への水分の侵入を
防ぐことができるため、ねじり伝達性能が向上するとと
もに、耐蝕性が向上し、耐環境性、耐久性が改良され
る。ここで接着剤の充填の方法は特に限定されない。圧
入嵌合の前にＦＲＰ製パイプの接合面（５）および／ま
たは結合要素の接合面のセレーション（６）に接着剤を
塗布して接合する方法は、圧入嵌合に際して接着剤が潤
滑剤として機能し、圧入荷重（圧入力）を軽減するとと
もに、圧入時にＦＲＰ製パイプの接合面（５）がセレー
ションの歯（７）で損傷するのを防止するので特に好ま
しい方法である。また、別法として圧入嵌合した後に接
着剤を噛み合い部の間隙に充填することもできる。

【０００９】また、図３に示すようにＦＲＰ製パイプの
接合面（５）に保護層（９）を設け、セレーションの歯
（７）が該保護層（９）を介してＦＲＰ製パイプの接合
面（５）に噛み込むようにすることが好ましい。かかる
保護層を設けることにより、接合を一層強固にすると同
時に、ＦＲＰ製パイプの実質荷重を負担する部分に直接
セレーションの歯が当たって損傷することを防止するこ
とができる。

【００１０】本発明に用いる強化繊維材料は駆動力伝達
用シャフトの回転時の共振周波数を高める必要から弾性
率、強度の高い繊維が望ましい。また、比強度、比剛性
が大きい繊維を用いる方が軽量化の効果が顕著であるの
で好ましい。そのような繊維の例として炭素繊維、ガラ
ス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維等が挙げられ
る。これらの繊維を２種以上組合せて用いることもでき
る。なかでも炭素繊維が好ましく用いられ、炭素繊維と
ガラス繊維のハイブリッド使用も強度と経済性の観点か
ら好ましい。

【００１１】繊維の形態は特に限定されるものではな
く、ロービング状、織布状、プリプレグ状等で用いるこ
とができる。繊維の配向角度は高ねじりトルクの伝達の
ためには±３０°〜±９０°が好ましく、高共振周波数
をねらうためには０°〜±３０°の範囲が好ましいが、
要求特性に応じて、繊維の配向角度は計算によって最適
な範囲内で選択することができる。

【００１２】繊維強化樹脂のマトリックス樹脂は特に限
定されるものではなく、エポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、 ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノ
ール樹脂、アルキッド樹脂、イミド樹脂、ビスマレイミ
ド樹脂、キシレン樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、シ
リコン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリメチルメ
タクリレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッソ樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、 ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂（ナ
イロン６, ６．６，６．１０，６．１１，６．１２な
ど）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルフォ
ン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂等の熱
可塑性樹脂を挙げることができる。これらの中でエポキ
シ樹脂，不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂
が性能、取扱い性の面から好ましい。さらに樹脂および
繊維は必要に応じてそれぞれ２種以上を組み合わせるこ
とができる。

【００１３】ＦＲＰ製パイプの繊維体積含有率は４０％
以上７５％以下、好ましくは５０％以上７０％以下であ
る。含有率が４０％未満の時は、強化効果が低く、厚肉
のパイプにしなくてはならず、重量軽減の効果が少な
い。７５％を越えると繊維同士の接触の確率が高くなり
ねじり強度が低くなる。

【００１４】ＦＲＰ製パイプの成形方法は特に限定され
ず、公知の手法で製造できるが、成形効率と性能の面で
フィラメントワインディング法やローリングテーブル法
が好適である。

【００１５】本発明に用いる結合要素の材質は機械的物
性が優れ、加工が容易なことから金属が好ましい。特に
強度および剛性の面から鉄、アルミニウム、チタニウ
ム、マグネシウム、およびこれらの金属を主成分とする
合金が好ましい。

【００１６】本発明において、結合部品または結合要素
の接合部に加工して付与されるセレーションとは、軸方
向または大略軸方向に伸びる山状の筋であって隣接して
全周面に設けられた、半径方向の断面形状が鋸歯状（以
下、セレーションの山状の筋を単にセレーションの歯と
いうことがある）のものをいう。加工方法や形状などに
より、ローレット、スプラインなどと呼ばれているもの
も含む。本発明において、セレーションの歯の形状（半
径方向断面の形状）は必ずしも限定されないが、好まし
い形状を例示すると、図４に示すような三角、四角また
は台形といった凸形の形状を挙げることができる。これ
らのセレーションを用いることにより強い結合力を得る
ことができる。

【００１７】セレーションの歯の高さ（図５においてｈ
で示す）は、要求される伝達トルクの大きさ、結合要素
やＦＲＰ製パイプの寸法、保護層の有無あるいは保護層
の材質や厚みにより必ずしも限定されないが、０．００
５〜１０ｍｍ、好ましくは０．０５〜３．０ｍｍの範囲
で選ぶことができる。０．００５ｍｍ未満の場合はＦＲ
Ｐ製パイプへのセレーションの噛み込みが少なくなり、
セレーションの一つの山で保持するねじりトルクが大き
くなり過ぎ、またＦＲＰ製パイプの内層が破壊し易くな
る。セレーションの歯のピッチ（図５においてｐで示
す）は、要求される伝達トルクの大きさ、結合要素やＦ
ＲＰ製パイプの寸法、保護層の有無あるいは保護層の材
質や厚みにより必ずしも限定されないが、０．０５〜１
０ｍｍ、好ましくは０．１〜５．０ｍｍの範囲で選ぶこ
とができる。

【００１８】セレーションの歯は結合要素の軸に対して
平行であるのが好ましいが、結合要素の軸に対して１５
°以下の範囲の角度を有していてもよい。

【００１９】ＦＲＰ製パイプの内側に接合要素を接合す
る場合、セレーションの歯の先端までの結合要素の接合
部の外径（ｄｆ）はＦＲＰ製パイプの内径（ｄｐ、保護
層がある場合は保護層を含めての内径）よりやや大きく
する。このｄｆ／ｄｐ比の最適値は、要求されるトルク
の伝達力、ＦＲＰ製パイプの内径とその厚み、用いる保
護層の材質や厚みおよびセレーションの形状やその寸法
によって異なるので必ずしも限定されず、圧入嵌合時に
保護層を切断したり、ＦＲＰ製パイプに損傷を与えずに
高いトルク伝達力を達成する範囲で適宜選択することが
できる。ｄｆ／ｄｐ比は、好ましくは１．０００２〜
１．０２０、より好ましくは１．００１〜１．０１０の
範囲で選ぶことができるが、この範囲に限定されるもの
ではない。

【００２０】例えば、ＦＲＰ製パイプの内径が７０ｍｍ
程度のものであるときに、この比が１．０２８位になる
と圧入嵌合時に大きな圧入力を必要とし、またＦＲＰ製
パイプの接合部に大きなひずみを生じるため低いトルク
で接合面の破壊が生じる。反対にこの比が１．０００２
より小さい場合は、圧入は比較的容易になるがセレーシ
ョンのＦＲＰシャフト部分への十分な噛み込みが起こら
ず、ねじりトルクに対する保持力が発生しにくく、トル
クの伝達能力は低い。

【００２１】結合要素の接合部の先端の外面形状は滑ら
かにＦＲＰ製パイプの接合部に挿入できるように、ＦＲ
Ｐ製パイプの接合部の対応する内面形状より小さく、結
合要素の先端部から根元向きに滑らかに広がるテーパー
状をなしているのが好ましい。 例えば、結合要素の先
端部のテーパー角度は３０°以下であることが好まし
い。また、逆にＦＲＰ製パイプ接合部の先端部から奥向
きに滑らかに狭まるテーパー状を成していてもよい。接
合部の長さは要求破壊トルクによっても異なるが、接着
剤や好ましくはさらに保護層を用いることにより短縮す
ることができる。接合部の長さは結合要素の大きさや要
求される破壊トルクにより必ずしも限定されないが、好
ましくは結合部の長さとＦＲＰパイプの内径の比が０．
１〜１．５になるように選ばれる。例えば、内径が７０
ｍｍのＦＲＰ製パイプの場合には、結合部の長さは１０
〜１００ｍｍ程度が好ましい。

【００２２】本発明に用いられる接着剤は、液状かつそ
の粘度が室温で５０〜１０，０００ポイズであることが
好ましい。接着剤を結合要素のセレーションの接合面お
よびＦＲＰ製パイプの接合面の少なくとも一方に塗布
し、圧入嵌合して接合する。接合後、必要に応じて接着
剤の硬化処理、例えば熱処理を行う。これにより接合が
より強固に達成され、伝達トルクが向上する。また、接
合部の噛み込み部に生じる空隙部分が充填され、水分の
侵入を防止し、耐環境性能、耐久性能が向上できる。さ
らにこの接着剤の使用は、結合要素をＦＲＰ製パイプに
圧入嵌合するとき潤滑剤としての効果を発揮し、圧入荷
重を軽減すると同時に、強度低下の原因となる圧入嵌合
によるＦＲＰ面やその保護層の損傷を防ぐことができ
る。接着剤の粘度が５０ポイズより低いときは接合時に
接着剤が流れてしまい、また１０，０００ポイズより高
いときは粘性抵抗により結合要素を圧入嵌合することが
難しい。接着剤としては特に限定されるものではなく、
エポキシ系、ウレタン系、シアノアクリレート系、変性
アクリレート系、各種ゴム系、ポリエステル系、ポリイ
ミド系等の各種接着剤が用いられる。中でもエポキシ系
のものが接着性能、耐環境性、取扱い性等の面で好まし
い。好適な接着剤としては、例えば、エポキシパッチキ
ット（ハイソール社製）、テクノダイン ＨＴ１８−Ｘ
（田岡化学（株）製）、ソニーボンド（ソニーケミカル
社製）などがあげられるが、これらに限定されるもので
はない。

【００２３】本発明の好ましい実施態様において用いら
れる保護層とは、ＦＲＰ製パイプの接合部の接合面すな
わち噛み込み部の表面に存在する円周方向弾性率が４Ｇ
Ｐａ以上３０ＧＰａ以下の薄い層であって、ＦＲＰ製パ
イプに直接セレーションの歯が当たってＦＲＰ製パイプ
の繊維が損傷することがないように設けられたものであ
る。４ＧＰａより低い時は、セレーションの歯を圧入
後、回転力により容易に保護層が弾性変形を起こし、セ
レーションの歯が低回転力下でもズレる原因になる。３
０ＧＰａよりも高い場合は、圧入時にセレーションの歯
の噛込が不十分だったり、保護層の損傷が起こり、結果
として回転力保持が難しくなる。保護層の材質としては
繊維強化樹脂が例示され、繊維強化樹脂層の形態で用い
ることができる。この保護層は、フィラメントワインデ
ィング法またはテープワインディング法によりＦＲＰ製
パイプを製作する時に、予めマンドレルに巻き回してお
くかＦＲＰ製パイプを成形後その内面に貼合しておくか
等してＦＲＰ製パイプと一体化されていることが特に好
ましい。また、この保護層は、ＦＲＰ製パイプの接合部
付近のみの表面に設けてもよいし、製造工程の簡便さか
ら、パイプ全体に設けてもよい。

【００２４】保護層としての繊維強化樹脂層は、各種の
強化繊維の不織布または織物（織布）をマトリックス樹
脂に含浸させて硬化させた層である。強化繊維として
は、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維などの無機繊
維、芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維が例示され
る。具体的には例えば、サーフェイスマットと一般に呼
称されるガラス繊維等の不織布をマトリックス樹脂に含
浸させ薄い層状に形成したもの、スクリムと一般に呼称
されるガラス繊維等の薄い織物をマトリックス樹脂に含
浸させ薄い層に形成したもの等が用いられるが、これら
に限定されるものではない。

【００２５】保護層に用いるマトリックス樹脂材料とし
ては、前記したＦＲＰ製パイプの成形に用いられるマト
リックス樹脂を例示することができる。保護層のマトリ
ックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合にはＦＲＰ
製パイプのマトリックス樹脂の硬化時に同時に硬化する
ことができる。

【００２６】本発明にて用いる保護層としては、その周
方向弾性率（Ｅｆ）と結合要素の周方向弾性率（Ｅｍ）
との比（Ｅｆ／Ｅｍ）が約０．２以下であるものが好ま
しい。この特性範囲を選ぶことにより結合要素の接合部
のセレーションの歯が保護層に噛み込み易くなり、トル
クの伝達性能が一層向上する。

【００２７】本発明にて用いる保護層の厚み（ｔｆ）お
よびセレーションの歯の高さ（図５においてｈで示す）
は、要求される破壊トルクの大きさ、結合要素やＦＲＰ
製パイプの寸法、保護層の材質や厚みにより適宜選ばれ
るが、その比（ｔｆ／ｈ）が０．５以上５以下であるこ
とが好ましい。比（ｔｆ／ｈ）が０．５より小さい時
は、セレーションの歯の噛み込みが少なくなり、トルク
の伝達性能が悪くなったり、結合要素の圧入時にパイプ
の接続部のＦＲＰの破壊が起こったりする。また比（ｔ
ｆ／ｈ）が５より大きい場合は、成形時にマンドレル上
に保護層を巻き込むことが困難になる等、成形しにくい
といった問題が生じる。また、ＦＲＰ製パイプに結合要
素のセレーションの歯の十分な噛み込みが生じず、トル
クの伝達性能が悪くなったり、結合要素を圧入嵌合する
際にセレーションの歯の噛み込みを生じさせるために非
常に大きな荷重を要することになる。

【００２８】結合要素とＦＲＰ製パイプの接合を強固に
し、かつ負荷ねじりトルクを確実に結合要素からＦＲＰ
製パイプに伝達するために、ＦＲＰ製パイプの接合部に
補強層を持つことが好ましい。補強層とは、ＦＲＰ製パ
イプのパイプ（直管）部の積層構成に対して、その外
側、内側あるいは中間に、接合部のみに余分に設けられ
た層をいう。補強層を設けることにより結合要素の圧入
嵌合時にセレーションの歯のＦＲＰ製パイプ部分への噛
み込みを容易にすることができ、ねじりトルクに対する
保持力を確実なものにすることができる。補強層の周方
向弾性率が高いほどその効果は大きい。補強層としては
特に限定されず、例えば、ＦＲＰ製補強層や金属製補強
管などがあげられる。

【００２９】強化繊維によるこの部分の補強は、金属製
の補強管を取りつける場合に比べて軽量化の点で多大な
利点がある。ＦＲＰ製補強層はＦＲＰ製パイプと一体成
形することができる。補強用に用いる強化繊維は上記さ
れた繊維が好ましく、炭素繊維が弾性率の面から、ガラ
ス繊維がコストの面から好ましい。補強繊維の巻き付け
角度は±６０〜９０°が好ましい。±６０°より小さい
角度で巻き付けた場合には、結合要素を圧入嵌合すると
きＦＲＰ製パイプの拡管力を抑えられず、セレーション
の歯の噛み込みが不十分になりやすく、ねじりトルクの
伝達が不十分なものとなりやすい。また、接合部とパイ
プ部の間には角度１０°以下でなめらかに肉厚が変化す
るようにテーパー部を設けることが好ましく、トルク負
荷時のパイプ部とテーパー部あるいは接合部との境界部
での応力集中を緩和する効果があるが必ずしも必要では
ない。また、金属製補強管を用いてこの部分を補強する
こともできる。

【００３０】補強層の厚みは、ＦＲＰシャフトの接合部
の厚み（ｔｊ）のパイプ部の厚み、すなわちパイプ壁の
厚み（ｔｐ）に対する比（ｔｊ／ｔｐ）が３以下になる
ように選ばれることが好ましい。比（ｔｊ／ｔｐ）が３
以上のときは補強効果は飽和し、径の増大、重量の増加
等の不利益が大きくなる。

【００３１】上記した本発明のＦＲＰ製駆動力伝達用シ
ャフトの製造方法は、結合要素の接合部の外周面にセレ
ーションを形成しておき、ＦＲＰ製パイプの該接合部の
内周面に前記結合要素の接合部を接着剤を用いて充填し
ながら圧入嵌合する方法を述べたが、その応用としての
他の実施態様として結合要素の接合部の内周面にセレー
ションを形成しておき、その中にＦＲＰ製パイプの接合
部を圧入嵌合する第２の方法を提案することができる。
この第２の方法を実施する場合、圧入嵌合時のＦＲＰ製
パイプの変形を防止するために、該ＦＲＰ製パイプの接
合部の内周面に前記した補強層を用いることができる。

【００３２】なお、上記した本発明のＦＲＰ製駆動力伝
達用シャフトの製造方法は、一般的にＦＲＰ製パイプと
各種の結合部品の接合方法に広く適用することができ、
ＦＲＰ製パイプの用途の拡大に有用である。ＦＲＰ製パ
イプと接合すべき該結合部品の接合部の接合面に上記し
たようなセレーションの加工を施して、ＦＲＰ製パイプ
との嵌合を行い、噛み込み部に接着剤を使用することに
より、より小さな圧入力で強固な接合力を容易に達成す
ることができる。ここで、結合部品とはＦＲＰ製パイプ
と接合して用いる部品であり、特に限定されない。

【００３３】結合部品としては、例えば、ＦＲＰ製パイ
プから製造されるＦＲＰ製ロールの端部を形成する部品
や軸受け等のＦＲＰ製パイプと他の部品の結合のために
用いられるジョイント類などがあげられる。該結合部品
の材質は、強固なセレーションが形成できるものであれ
ば、特に限定されない。例えば、鋼で代表される各種金
属類、アルミナで代表される各種セラミック類、高剛性
の各種樹脂類などをあげることができる。

【００３４】セレーションの形状やその寸法は、目的や
製品の寸法に応じて適宜選択され決められる。以下に本
発明の実施例として、ＦＲＰ製パイプと金属製ヨークの
接合により得られる駆動力伝達用シャフトについて詳述
する。高いトルク伝達力を示す点において、本発明は駆
動力伝達用シャフトの製造においてその特徴を発揮する
ことができるが、本発明の方法およびそれにより得られ
る製品はこれらの実施例に限定されず、広く応用が考え
られるものである。

【００３５】

【実施例】

実施例１〜７ （１）ＦＲＰ製パイプの製造例 外径７０．０ｍｍ、長さ１５００ｍｍのステンレス製マ
ンドレルをフィラメントワインディング装置に装着し
た。保護層を用いる場合は、該マンドレルの中央１００
０ｍｍの両端それぞれ５０ｍｍの長さに表１に示される
各種の材料、厚みの保護層を巻き付けた。次に下記の要
領で炭素繊維およびガラス繊維を液状のエポキシ樹脂に
含浸しつつその上から巻き付けた。炭素繊維は住化ハー
キュレス社製、商品名：マグナマイトＡＳ−４（汎用グ
レード炭素繊維：弾性率２４ｔｏｎ／ｍｍ² ，強度３９
０ｋｇ／ｍｍ² ）を、ガラス繊維は、旭ファイバーグラ
ス（株）製、Ｔ−３０ロービング（製品記号：Ｒ１１５
０Ｆ０８）を、エポキシ樹脂としてはビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂（商品名：スミエポキシＥＬＡ−１２
８、住友化学工業（株）製）に芳香族アミン硬化剤（商
品名：ＴＯＮＯＸ６０／４０、ユニ・ロイヤル社製）系
を用いた。

【００３６】まず前記のエポキシ樹脂を含浸させたガラ
ス繊維を、角度（パイプの軸に対して）±８５〜９０
°、厚み０．４ｍｍで巻き付けた。ただし実施例２、実
施例５および後に述べる比較例２においては、この±８
５〜９０°巻き層は形成しなかった。ついで、その上か
ら前記のエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維を角度±１
６°、厚み２．８５ｍｍで巻き付けた。このとき繊維体
積含有率は６０±２％になるように調節した。両端の接
合部には表１に示される繊維、厚み、角度±８５〜９０
°で巻き付けて補強層（図１および図２の１０）を形成
した。接合部とパイプ部の間には角度約６°で肉厚が変
化するテーパー部を設けた。次いで、マンドレルごと熱
硬化炉中に入れ、回転させながら１５０℃で２時間硬化
した。硬化後マンドレルから脱型し、両端部の不要部分
を切断除去し、両端に補強層を有する、長さ１１００ｍ
ｍ、内径７０．１〜７０．２ｍｍのＦＲＰ製パイプ（図
１および図３の１）を得た。

【００３７】（２）鋼製結合要素（ヨーク） 鋼製結合要素の接合部の外周面にセレーションとして、
ＪＩＳＢ０９５１−１９６２−に規定されている平目の
モジュール（ｍ）０．３を用いてセレーション（ローレ
ット目ともいう）を形成した。得られたセレーション
（ローレット目）は、その断面は頂角が約９０°の二等
辺三角形の先端部が平坦になった形状をしており、図５
に示すような形状を呈していた。そのセレーションの歯
の高さ（ｈ）は約０．２ｍｍ、ピッチ（ｐ）は約０．９
２８ｍｍであった。セレーションの歯の先端までの接合
部の外径は７０．４〜７０．５ｍｍであった。すなわ
ち、ｄｆ／ｄｐ比は１．００２〜１．００６の範囲に入
っていた。

【００３８】（３）ＦＲＰ製駆動力伝達用シャフトの製
作と評価 前記のとおり製作したＦＲＰ製パイプと結合要素を用い
て本発明のＦＲＰ製駆動力伝達用シャフトを製作した。
ＦＲＰ製パイプの端部に、接着剤を塗布した鋼製の結合
要素のセレーションを有する接合部をあてがい、油圧に
よって圧入嵌合した。接合長さは、接合部のトルク伝達
能力を相対評価するために２０ｍｍとした。工業的に実
際のシャフトを製作するときは、目的に応じてより長い
接合長さを採用し、接合部の伝達トルクがパイプのねじ
り破壊トルクより高くなるようにすることもできる。得
られたＦＲＰ製駆動力伝達用シャフトの静ねじり試験を
行い、接合部のトルク伝達能力を評価した結果を表１に
記した。

【００３９】なお、実施例に用いた接着剤、保護層は次
に示すものである。 ・接着剤：田岡化学工業（株）製：エポキシ系接着剤 商品名：テクノダイン ＨＴ−１８Ｘ（室温で６００ポ
イズ） ・保護層に用いられる不織布等 （１）ガラスサーフェイスマット：旭ファイバーグラス
（株）製 ：サーフェイシングマット 製品記号：ＳＭ３６００Ｅ（目付 ３０ｇ／ｍ² ） （２）ガラススクリム：日東紡績（株）製：電気絶縁用
クロス 製品記号：ＷＥ １０６ １０４（目付 ２５ｇ／
ｍ² ）

【００４０】比較例１〜３ 接合時に接着剤を用いないほかは前記の実施例と同様に
して、表２に示される各種の材料の保護層を用いたＦＲ
Ｐ製駆動力伝達用シャフトを製作した。実施例と同様に
静ねじり試験を行い結果を表２に示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【発明の効果】本発明を用いたＦＲＰ製駆動力伝達用シ
ャフトは、比較例に示すように接着剤を用いない単なる
セレーションの歯の噛み込みによる接合に比べて高いト
ルク伝達能力がある。接着剤を併用しない場合は、比較
例１〜３に示すように、結合要素接合時の圧入嵌合に大
きな荷重を要する上に、トルク伝達能力が劣る。また、
本発明のＦＲＰ製駆動力伝達用シャフトはＦＲＰ製パイ
プと結合要素の接合が強固であるため、円筒形状同士の
単なる摩擦接合や接着接合、正多角形状同士の接合に比
して、高いトルク伝達能力があり、また接着剤の充填効
果により、水分の接合部間隙への侵入が防止されるため
腐蝕しにくく、耐久性、耐環境性に優れている。また正
多角形状の接合部に比較して接合部の加工は容易であ
り、接合工程は極めて生産性に優れているという特徴を
有する。

【００４４】実施例３、６、７のように円周方向弾性率
が３０ＧＰａ以下の保護層を有し、該保護層の弾性率と
結合要素の弾性率の比Ｅｆ／Ｅｍが０．２以下で、保護
層の厚みとセレーションの歯の高さの比ｔｆ／ｈが５．
０以下で、接合部の厚みとパイプ部の厚みの比ｔｊ／ｔ
ｐが３以下のものは、保護層を有しない実施例１、２、
４もしくは５に比べて特に優れている。

【００４５】本発明は駆動力伝達用シャフトに限らず、
ＦＲＰ製パイプと各種の結合部品、特に金属製の結合部
品の一般的な接合方法を提供するものであり、ＦＲＰ製
パイプの軽量性と高い強度を活用する種々の機械・設備
の製造において有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフト
の１例の軸方向の部分断面図を表す。

【図２】図１の繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフトの
Ａ−Ａ断面（半径方向断面）の部分断面図を表す。円内
はセレーションの噛み込みによる接合の状態を表す接合
部の一部の拡大図。

【図３】繊維強化樹脂製パイプの接合部の内面（接合
面）に保護層を施した本発明の繊維強化樹脂製駆動力伝
達用シャフトの１例の軸方向の部分断面図を表す。

【図４】本発明にて用いられるセレーションの例を二種
類（ＡおよびＢ）表す。

【図５】セレーションの歯の高さ（ｈ）及びピッチ
（ｐ）の説明図を表す。

【符号の説明】

１．ＦＲＰ製パイプ ２．結合要素（鋼製ヨーク） ３．ＦＲＰ製パイプの接合部 ４．結合要素の接合部 ５．ＦＲＰ製パイプの接合面 ６．結合要素の接合面 ７．セレーション ８．接着剤 ９．保護層 １０．補強層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:06 Ｂ２９Ｌ 31:06 4Ｆ (72)発明者 篠原 泰雄 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内 (72)発明者 室谷 均 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化樹脂製パイプの接合部と、外面ま
   たは内面にセレーション加工が施された結合要素の接合
   部を、接合してなる繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフ
   トであって、該繊維強化樹脂製パイプの接合部と該結合
   要素の接合部は、圧入嵌合により形成される繊維強化樹
   脂製パイプの接合部への結合要素のセレーションの噛み
   込みにより接合され、しかも噛み込み部の間隙が接着剤
   により充填されていることを特徴とする繊維強化樹脂製
   駆動力伝達用シャフト。
2. 【請求項２】結合要素のセレーションが噛み込む繊維強
   化樹脂製パイプの接合部の接合面に、円周方向弾性率が
   ３０ＧＰａ以下の保護層が積層されており、セレーショ
   ンの噛み込みは該保護層を介して形成される請求項１記
   載の繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフト。
3. 【請求項３】繊維強化樹脂製パイプの接合部の中間部、
   外面または内面に補強層を設け、補強された接合部の厚
   み（ｔｊ）とパイプの厚み（ｔｐ）の比（ｔｊ／ｔｐ）
   が３以下である請求項１または２記載の繊維強化樹脂製
   駆動力伝達用シャフト。
4. 【請求項４】繊維強化樹脂製パイプの端部に設けられた
   接合部と結合部品の端部に設けられた接合部との接合に
   おいて、該繊維強化樹脂製パイプの接合部の内面または
   外面にはセレーションの加工を施すことなく、該結合部
   品の接合部の外面または内面にはセレーションの加工を
   施して、該繊維強化樹脂製パイプおよび結合部品の少な
   くとも一方の接合部に接着剤を塗布して、該繊維強化樹
   脂製パイプの接合部に該結合部品の接合部を、または該
   結合部品の接合部に該繊維強化樹脂製パイプを圧入嵌合
   することを特徴とする繊維強化樹脂製パイプと結合部品
   の接合方法。
5. 【請求項５】繊維強化樹脂製パイプの接合部の接合面に
   円周方向弾性率が３０ＧＰａ以下の保護層が積層されて
   いる請求項４記載の繊維強化樹脂製パイプと結合部品の
   接合方法。
6. 【請求項６】結合部品が駆動力伝達用シャフトの結合要
   素である請求項４または５記載の繊維強化樹脂製パイプ
   と結合部品の接合方法。