CN106415039A - Frp制驱动轴 - Google Patents

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Abstract

获得提高了FRP圆筒(20)与端部接头(40)的结合强度并且实现了结构的简化、制造的容易化和低成本化的FRP制驱动轴(10)。FRP制驱动轴(10)是在FRP圆筒(20)的至少一端部上借助外卡圈(30)结合端部接头(40)而成的。端部接头(40)在其外周面上具有锯齿部(42)。外卡圈(30)具有小径卡圈部(31)和直径比该小径卡圈部(31)大的大径卡圈部(32)。锯齿部(42)被压入FRP圆筒(20)的内周面，且固定于小径卡圈部(31)的内周面。在大径卡圈部(32)的内周面与FRP圆筒(20)的外周面之间填充有用于固定二者的粘合剂(S)。在大径卡圈部(32)的内周面与FRP圆筒(20)的外周面之间，形成有使粘合剂(S)的填充量部分地增大的粘合剂贮存空间部(34X)。

Description

FRP制驱动轴
技术领域
本发明涉及例如能够用于车辆的传动轴、驱动轴、稳定杆等的具有FRP圆筒和端部接头的FRP制驱动轴。
背景技术
FRP制驱动轴是在FRP(Fiber Reinforced Plastics：纤维强化塑料)圆筒的两端部结合金属制的端部接头而制成的，具有轻质的优点。但是，如何提高FRP圆筒与端部接头的结合强度是一个技术性课题，以往提出了各种方案。
图7的(A)、(B)示出了记载于专利文献1的FRP制驱动轴1，该FRP制驱动轴1具有FRP圆筒2、结合于FRP圆筒2的两端部的金属制的端部接头3、以及固定于FRP圆筒2的外周面的外卡圈4。在该图中，仅图示出FRP圆筒2的一端部侧而省略另一端部侧的图示。
在FRP制驱动轴1中，为了相对于FRP圆筒2固定端部接头3，在端部接头3的外周面设置锯齿部5，并将该锯齿部5压入FRP圆筒2的内周面。另外，为了相对于FRP圆筒2的外周面固定外卡圈4，在端部接头3上设置椭圆形的非圆形截面轴部6，并且在外卡圈4上设置椭圆形的非圆形卡合孔7，并使非圆形截面轴部6与非圆形卡合孔7卡合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-52719号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，记载于专利文献1的FRP制驱动轴1必须分别对端部接头3单独加工用于固定于FRP圆筒2中的锯齿部5与用于固定于外卡圈4中的非圆形截面轴部6，对外卡圈4也必须实施用于设置非圆形卡合孔7的特别的加工。因此，无法避免FRP制驱动轴1的结构的复杂化、制造的困难化以及高成本化。
本发明就是基于以上的问题意识而完成的，其目的在于获得提高了FRP圆筒与端部接头的结合强度、并且实现了结构的简化、制造的容易化以及低成本化的FRP制驱动轴。
用于解决课题的手段
本发明的FRP制驱动轴是在FRP圆筒的至少一端部上借助外卡圈结合端部接头而成的，其特征在于，所述端部接头在其外周面上具有锯齿部；所述外卡圈具有小径卡圈部和直径比该小径卡圈部大的大径卡圈部；所述锯齿部被压入所述FRP圆筒的内周面，且固定于所述小径卡圈部的内周面；在所述大径卡圈部的内周面与所述FRP圆筒的外周面之间填充有用于固定二者的粘合剂；以及在所述大径卡圈部的内周面与所述FRP圆筒的外周面之间形成有使所述粘合剂的填充量部分地增大的粘合剂贮存空间部。
可以是：所述锯齿部横跨所述FRP圆筒的内周面和所述小径卡圈部的内周面地被压入。
可以是：所述大径卡圈部在其内周面上具有定径部和粘合剂贮存锥面部，其中，该定径部形成于接近所述小径卡圈部的一侧，且该定径部与所述FRP圆筒的外周面之间的距离大致恒定，该粘合剂贮存锥面部随着离开所述小径卡圈部而逐渐增大与所述FRP圆筒的外周面之间的距离，在所述粘合剂贮存锥面部与所述FRP圆筒的外周面之间形成所述粘合剂贮存空间部。
优选所述粘合剂贮存锥面部的轴向的长度被设定在5mm～15mm的范围内。
优选所述粘合剂贮存锥面部的末端部与所述锯齿部的末端部在轴向上在5mm～15mm的范围内错开。
优选所述粘合剂贮存锥面部的基端部与所述锯齿部的末端部在轴向上在10mm～30mm的范围内错开。
优选所述粘合剂贮存锥面部的锥度在0.5/15～2/5的范围内。
可以是：所述大径卡圈部在其内周面上具有小径部和大径部，其中，该小径部形成于接近所述小径卡圈部的一侧，且该小径部与所述FRP圆筒的外周面之间的距离相对较小，该大径部形成于远离所述小径卡圈部的一侧，且该大径部与所述FRP圆筒的外周面之间的距离相对较大，在所述大径部与所述FRP圆筒的外周面之间形成所述粘合剂贮存空间部。
发明效果
根据本发明，能够获得提高了FRP圆筒与端部接头的结合强度、并且实现了结构的简化、制造的容易化和低成本化的FRP制驱动轴。
附图说明
图1是示出本发明的FRP制驱动轴的组装状态的立体图。
图2是示出本发明的FRP制驱动轴的分解状态的立体图。
图3是沿本发明的FRP制驱动轴的轴向的纵向剖视图。
图4是放大图3的IV部示出的图。
图5的(A)、(B)是示出本发明的FRP制驱动轴的制造方法(组装方法)的工序图。
图6是示出本发明的其它实施方式的FRP制驱动轴的与图4对应的放大图。
图7的(A)、(B)是示出以往产品的FRP制驱动轴中的FRP圆筒与端部接头的结合部的分解立体图、沿轴向的纵向剖视图。
具体实施方式
＜FRP制驱动轴10的结构＞
参照图1～图4，对本发明的FRP制驱动轴10的结构进行说明。FRP制驱动轴10是将端部接头40借助外卡圈30结合于FRP圆筒20的两端部而成的。在本实施方式中，因为各2个的外卡圈30与端部接头40分别具有相同的结构，因此对它们标注相同的标号进行说明。
FRP圆筒20例如由多个CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics：碳纤维强化塑料)层构成，这些CFRP层是将在热固性树脂片中浸渗碳纤维而制成的多个预浸料卷绕成筒状并使其热固化而成的。FRP圆筒20的结构和制法具有自由度，能够进行各种设计变更。例如，也可以对短纤维的碳纤维分散于树脂中的材料进行注塑成型而成为FRP圆筒20。关于FRP圆筒20，在其轴向的全长上，内周面21的直径(内径)与外周面22的直径(外径)分别大致恒定。
端部接头40例如由钢铁等金属制材料构成，该端部接头40具有形成为实心的棒状的实心棒部41。端部接头40在与实心棒部41相同的轴线上具有压入到FRP圆筒20的内周面21中的锯齿部42。锯齿部42例如由三角齿锯齿或渐开线锯齿构成。锯齿部42除了图示例那样在端部接头40的轴向上连续地形成的方式之外，还可以是沿端部接头40的轴向分割为多个而形成的方式。
外卡圈30例如由铝等金属制材料构成，该外卡圈30由小径卡圈部31与直径比该小径卡圈部31大的大径卡圈部32沿其轴向一体地连续形成的环状部件构成。
小径卡圈部31在其内周面上具有压入部31a。压入部31a被压入到端部接头40的锯齿部42中的未被压入FRP圆筒20的内周面21内的其它部分(基端侧)上。即，端部接头40的锯齿部42横跨FRP圆筒20的内周面21与小径卡圈部31的内周面(压入部31a)地被压入(图3、图4)。换种说法，锯齿部42并不是在其轴向的全长上都被压入FRP圆筒20的内周面21中，而是其轴向的一部分(末端侧)被压入FRP圆筒20的内周面21中，其轴向的其它部分(基端侧)未被压入FRP圆筒20的内周面21中。在外卡圈30的小径卡圈部31的压入部31a与端部接头40的锯齿部42之间设置有间隙CL(图4)。
如图4所示，大径卡圈部32在其内周面上具有定径部33和粘合剂贮存锥面部34，该定径部33形成于接近小径卡圈部31的一侧，且该定径部33与FRP圆筒20的外周面22之间的距离大致恒定，该粘合剂贮存锥面部34随着离开小径卡圈部31而逐渐增大与FRP圆筒20的外周面22之间的距离。在大径卡圈部32的内周面(定径部33、粘合剂贮存锥面部34)与FRP圆筒20的外周面22之间填充(介入)有用于固定二者的粘合剂S。在粘合剂贮存锥面部34与FRP圆筒20的外周面22之间形成有部分地(局部地)增大粘合剂S的填充量的粘合剂贮存空间部34X。
在形成于小径卡圈部31的内周面上的压入部31a与形成于大径卡圈部32的内周面上的定径部33之间形成有环状的轴垂直壁35，在该轴垂直壁35与FRP圆筒20的末端面23之间也填充(介入)有粘合剂S。
在设置于外卡圈30的小径卡圈部31的压入部31a与端部接头40的锯齿部42之间的间隙CL中也填充有粘合剂S。由此，能够经由间隙CL向外部排出在粘合剂S中含有的气泡。另外，例如，在用异种金属(例如钢铁和铝)形成端部接头40和外卡圈30的情况下，有可能由于基于异种金属彼此的离子化倾向的电位差而发生电腐蚀。在本实施方式中，在外卡圈30的小径卡圈部31的压入部31a与端部接头40的锯齿部42之间介入有填充于间隙CL中的粘合剂S的膜，因此即使由异种金属构成端部接头40和外卡圈30，异种金属彼此也成为非接触状态，能够有效地防止发生电腐蚀。
在使以上那样构成的FRP制驱动轴10作为驱动轴发挥作用的情况下，在一方的端部接头40的轴部41上经由内侧等速接头和差速器装置而连结有发动机(均未图示)，在另一方的端部接头40的轴部41上经由外侧等速接头而连结有车轮(均未图示)。当发动机的旋转驱动力作为旋转扭矩被赋予FRP制驱动轴10时，旋转扭矩在端部接头40与FRP圆筒20之间传递。当从端部接头40向FRP圆筒20传递旋转扭矩时，外卡圈30具有消除FRP圆筒20的内周侧与外周侧的旋转扭矩差的作用。
在此，FRP圆筒20与端部接头40通过将端部接头40的锯齿部42压入FRP圆筒20的内周面21而彼此固定。另一方面，外卡圈30通过填充于大径卡圈部32(定径部33、粘合剂贮存锥面部34)的内周面与FRP圆筒20的外周面22之间的粘合剂S而与FRP圆筒20固定，同时，通过将小径卡圈部31的内周面(压入部31a)压入端部接头40的锯齿部42且在二者的间隙CL之间填充粘合剂S，从而与端部接头40固定。因而，端部接头40与FRP圆筒20之间的扭矩传递路径大致相等地分散成FRP圆筒20的内侧与外侧的2个系统，且当扭矩传递时FRP圆筒20的内侧与外侧以相同相位旋转，因此能够可靠地防止作为层叠体的FRP圆筒20的层间剪切破坏。
这样，在本实施方式中，使端部接头40的锯齿部42担负固定端部接头40与FRP圆筒20的作用和固定端部接头40与外卡圈30的作用这2个作用。由此，不需要如上述的专利文献1那样在端部接头上加工特别的固定部(图7的(A)、(B)所示的非圆形截面轴部6)。另外，在本实施方式中，不需要如上述的专利文献1那样对外卡圈进行特别的加工(设置图7的(A)、(B)所示的非圆形卡合孔7的加工)。因而，根据本实施方式，能够获得实现了结构的简化、制造的容易化和低成本化的FRP制驱动轴10。
而且，在本实施方式中，通过将端部接头40的锯齿部42横跨FRP圆筒20的内周面21与外卡圈30的小径卡圈部31的压入部31a地进行压入，来固定FRP圆筒20、外卡圈30和端部接头40。同时，也利用填充于大径卡圈部32的内周面(定径部33、粘合剂贮存锥面部34)与FRP圆筒20的外周面22之间、轴垂直壁35与FRP圆筒20的末端面23之间以及小径卡圈部31的压入部31a与锯齿部42之间(间隙CL)的粘合剂S来固定FRP圆筒20、外卡圈30和端部接头40。其结果为，利用FRP圆筒20的内周侧与外周侧双方的固定部，牢固地固定了FRP圆筒20与端部接头40，能够顺畅地传递较大的旋转扭矩。
而且，在本实施方式中，在外卡圈30的大径卡圈部32的内周面上形成有粘合剂贮存锥面部34，该粘合剂贮存锥面部34用于形成使粘合剂S的填充量部分地(局部地)增大的粘合剂贮存空间部34X。由此，通过使粘合剂S的端部的膜厚部分地(局部地)变厚而降低刚性，从而当旋转扭矩传递时使施加给粘合剂S的端部(外径侧端部)的应力向内径侧分散而使该应力缓和(均匀化)(避免应力向粘合剂S集中)，其结果为，能够提高FRP圆筒20与端部接头40的结合强度而传递较大的旋转扭矩。
优选粘合剂贮存锥面部34的轴向的长度L1设定在5mm～15mm的范围内。由此，能够传递较大的旋转扭矩。
当粘合剂贮存锥面部34的轴向的长度L1超过15mm时，大径卡圈部32与锯齿部42的同轴度过于增大而粘合强度降低。
当粘合剂贮存锥面部34的轴向的长度L1低于5mm时，粘合部的应力分散效果不足。
粘合剂贮存锥面部34的末端部与锯齿部42的末端部在轴向上错开，该错开长度L2优选在5mm～15mm的范围内。由此，能够传递较大的旋转扭矩。
当粘合剂贮存锥面部34的末端部与锯齿部42的末端部的错开长度L2超过15mm时，在锯齿部42上旋转扭矩过于集中。
当粘合剂贮存锥面部34的末端部与锯齿部42的末端部的错开长度L2低于5mm时，在外卡圈30上旋转扭矩过于集中。
粘合剂贮存锥面部34的基端部与锯齿部42的末端部在轴向上错开，优选该错开长度L3在10mm～30mm的范围内。由此，能够传递较大的旋转扭矩。
当粘合剂贮存锥面部34的基端部与锯齿部42的末端部的错开长度L3超过30mm时，在锯齿部42上旋转扭矩过于集中。
当粘合剂贮存锥面部34的基端部与锯齿部42的末端部的错开长度L3低于10mm时，在外卡圈30上旋转扭矩过于集中。
优选粘合剂贮存锥面部34的锥度在0.5/15～2/5的范围内。由此，能够提高外卡圈30与FRP圆筒20的粘合强度。
不管粘合剂贮存锥面部34的锥度超过2/5还是低于0.5/15，在粘合剂S上应力都过于集中。
作为本实施方式的比较例，假定不在外卡圈30的大径卡圈部32的内周面上形成粘合剂贮存锥面部34而将该粘合剂贮存锥面部34置换成定径部33的情况。在这种情况下，关于旋转扭矩传递时的扭转的变位，因为与FRP圆筒20的内径侧相比外径侧的该变位较大，因此应力集中于粘合剂S的端部(外径侧端部)，成为FRP圆筒20与端部接头40的结合破坏的起点。
＜FRP制驱动轴10的制造方法(组装方法)＞
参照图5的(A)、(B)，对如以上那样构成的FRP制驱动轴10的制造方法(组装方法)进行说明。
如图5的(A)所示，在将端部接头40固定于固定夹具(未图示)的状态下，将外卡圈30的小径卡圈部31的压入部31a压入到端部接头40的锯齿部42中的未被压入FRP圆筒20的内周面21内的其它部分(基端侧)上。由此，形成外卡圈30与端部接头40的结合体。
如图5的(B)所示，当将粘合剂S涂敷于FRP圆筒20的外周面22之后，将FRP圆筒20的内周面21压入端部接头40的锯齿部42中的未被压入外卡圈30的小径卡圈部31的压入部31a内的一部分(末端侧)上。于是，涂敷于FRP圆筒20的外周面22上的粘合剂S被填充于大径卡圈部32的内周面(定径部33、粘合剂贮存锥面部34)与FRP圆筒20的外周面22之间、轴垂直壁35与FRP圆筒20的末端面23之间以及小径卡圈部31的压入部31a与锯齿部42之间(间隙CL)。由此，形成FRP圆筒20、外卡圈30以及端部接头40的结合体而完成FRP制驱动轴10。
在此，在图5的(B)的工序中，因为在外卡圈30的大径卡圈部32的内周面形成有粘合剂贮存锥面部34，因此不会刮取涂敷于FRP圆筒20的外周面22上的粘合剂S而能够使该粘合剂S遍及到各个角落。由此，能够提高FRP圆筒20、外卡圈30以及端部接头40的结合强度。
与此相对，在未于外卡圈30的大径卡圈部32的内周面上形成粘合剂贮存锥面部34而将该粘合剂贮存锥面部34置换成定径部33的比较例中，当将端部接头40的锯齿部42压入FRP圆筒20的内周面21时，会刮取涂敷于FRP圆筒20的外周面22上的粘合剂S，该粘合剂S未遍及到各个角落而发生粘合不良。因此，FRP圆筒20、外卡圈30以及端部接头40的结合强度不充分。
图6示出了本发明的FRP制驱动轴10的其它实施方式。在该其它实施方式中，大径卡圈部32在其内周面上具有小径部36和大径部37，该小径部36形成于接近小径卡圈部31的一侧，且该小径部36与FRP圆筒20的外周面22之间的距离相对较小，该大径部37形成于远离小径卡圈部31的一侧，且该大径部37与FRP圆筒20的外周面22之间的距离相对较大。在大径卡圈部32的内周面(小径部36、大径部37)与FRP圆筒20的外周面22之间填充有用于固定二者的粘合剂S。在大径部37与FRP圆筒20的外周面22之间，形成有使粘合剂S的填充量部分地(局部地)增大的粘合剂贮存空间部37X。
在以上的实施方式中，例示出具有在FRP圆筒20的两端部借助外卡圈30结合了端部接头40的结构的FRP制驱动轴10进行了说明。但是，本发明也同样地能够应用于具有仅在FRP圆筒的一端部借助外卡圈结合了端部接头的结构的FRP制驱动轴。
在以上的实施方式中，例示出端部接头40的锯齿部42横跨FRP圆筒20的内周面21和小径卡圈部31的内周面(压入部31a)地被压入的情况进行了说明。但是，端部接头40的锯齿部42与小径卡圈部31的内周面未必需要通过压入进行固定，例如也可以通过粘合剂等其它的固定手段进行固定。
产业上的可利用性
本发明的FRP制驱动轴例如优选用于车辆的传动轴、驱动轴、稳定杆等。
标号说明
10：FRP制驱动轴；
20：FRP圆筒；
21：内周面；
22：外周面；
23：末端面；
30：外卡圈；
31：小径卡圈部；
31a：压入部；
32：大径卡圈部；
33：定径部；
34：粘合剂贮存锥面部；
34X：粘合剂贮存空间部；
35：轴垂直壁；
36：小径部；
37：大径部；
37X：粘合剂贮存空间部；
40：端部接头；
41：实心棒部；
42：锯齿部；
CL：间隙；
S：粘合剂。

Claims (8)

1.一种FRP制驱动轴，其是在FRP圆筒的至少一端部上借助外卡圈结合端部接头而成的，其特征在于，
所述端部接头在其外周面上具有锯齿部；
所述外卡圈具有小径卡圈部和直径比该小径卡圈部大的大径卡圈部；
所述锯齿部被压入所述FRP圆筒的内周面，且固定于所述小径卡圈部的内周面；
在所述大径卡圈部的内周面与所述FRP圆筒的外周面之间填充有用于固定二者的粘合剂；以及
在所述大径卡圈部的内周面与所述FRP圆筒的外周面之间形成有使所述粘合剂的填充量部分地增大的粘合剂贮存空间部。
2.根据权利要求1所述的FRP制驱动轴，其中，
所述锯齿部横跨所述FRP圆筒的内周面和所述小径卡圈部的内周面地被压入。
3.根据权利要求1或2所述的FRP制驱动轴，其中，
所述大径卡圈部在其内周面上具有定径部和粘合剂贮存锥面部，其中，该定径部形成于接近所述小径卡圈部的一侧，且该定径部与所述FRP圆筒的外周面之间的距离大致恒定，该粘合剂贮存锥面部随着离开所述小径卡圈部而逐渐增大与所述FRP圆筒的外周面之间的距离，
在所述粘合剂贮存锥面部与所述FRP圆筒的外周面之间形成有所述粘合剂贮存空间部。
4.根据权利要求3所述的FRP制驱动轴，其中，
所述粘合剂贮存锥面部的轴向的长度被设定于5mm～15mm的范围内。
5.根据权利要求3或4所述的FRP制驱动轴，其中，
所述粘合剂贮存锥面部的末端部与所述锯齿部的末端部在轴向上在5mm～15mm的范围内错开。
6.根据权利要求3至5中任意1项所述的FRP制驱动轴，其中，
所述粘合剂贮存锥面部的基端部与所述锯齿部的末端部在轴向上在10mm～30mm的范围内错开。
7.根据权利要求3至6中任意1项所述的FRP制驱动轴，其中，
所述粘合剂贮存锥面部的锥度在0.5/15～2/5的范围内。
8.根据权利要求1所述的FRP制驱动轴，其中，
所述大径卡圈部在其内周面上具有小径部和大径部，其中，该小径部形成于接近所述小径卡圈部的一侧，且该小径部与所述FRP圆筒的外周面之间的距离相对较小，该大径部形成于远离所述小径卡圈部的一侧，且该大径部与所述FRP圆筒的外周面之间的距离相对较大，
在所述大径部与所述FRP圆筒的外周面之间形成有所述粘合剂贮存空间部。
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