JP2000318053A - 繊維強化プラスチック製パイプ - Google Patents

繊維強化プラスチック製パイプ

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泰哉 三田
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康己 宮下
Yoshiharu Yasui
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＲＰ製パイプの本体部の剛性及び弾性率を
向上させ、かつ他の結合部材と結合される端部における
層間剥離を防止して耐久性を向上させる。 【解決手段】 ＦＲＰ製パイプ２は本体部２ａの両端
に、ヨーク３の基端が挿入される結合部２ｂが形成さ
れ、結合部２ｂ側の部分のＶｆが、本体部２ａのＶｆよ
り低く形成されている。ＦＲＰ製パイプ２は、強化繊維
に炭素繊維が、マトリックス樹脂にエポキシ樹脂が使用
されている。強化繊維は、パイプの軸方向となす角度が
ほぼ±１０°前後となるように巻き付けられたヘリカル
巻層４と、巻付け角度が９０°に近いフープ巻層５とを
構成する。フープ巻層５は結合部２ｂにのみ形成され、
ヘリカル巻層４の間に挟まれた状態で配置されている。
ヘリカル巻層４の外側に、巻付け角度が９０°に近い状
態で巻付けられた熱収縮性を有する有機繊維の層が形成
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
ク製パイプに係り、詳しくは端部において他の結合部材
に結合されて使用される繊維強化プラスチック製パイプ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製のパ
イプを効率よく製造する方法としてフィラメントワイン
ディング法がある。フィラメントワインディング法では
一般にマンドレルの周囲に樹脂を含浸させた繊維を巻き
付けた後、樹脂を硬化させることにより製品が製造され
る。フィラメントワインディング法で製造された製品の
強度は繊維の巻付け角度（配列繊維とマンドレルの軸方
向とのなす角度）や繊維の配列状態の影響を大きく受け
る。また、フィラメントワインディング法においては、
繊維の巻付け角度が４５°より大きい場合は、円柱状の
マンドレルに繊維を巻き付けても所定のピッチで巻き付
けることができる。しかし、巻付け角度が４５°以下に
なると、繊維の締め付け力が小さくなり、繊維を所定巻
付け角度で、かつ所定のピッチで巻き付けるのが難しく
なる。
【０００３】剛性の大きなＦＲＰ製パイプを製造する場
合は、繊維として多数本の細い繊維が束になった繊維束
（ロービング）が使用される。巻付け角度が小さな状態
で繊維束の巻付けが行われる場合は、繊維束をマンドレ
ルに巻き付ける力が弱い。その結果、繊維束を均一な厚
みの円筒状に配列するのが難しい。また、繊維の間に空
気が残ったり樹脂が多いままとなる。高い剛性のＦＲＰ
製パイプを製造するためには、ＦＲＰ全体の体積に占め
る繊維の割合、即ち繊維体積含有率（以下、Ｖｆと称
す。）を高める必要がある。
【０００４】特開平８−２９０４８７号公報には、マン
ドレルに樹脂を含浸した強化繊維束を層状に巻き付けて
ＦＲＰ筒体を成形するに際し、内側にヘリカル巻層を設
け、その外側に周方向巻層を設けるとともに、周方向巻
層を形成する樹脂含浸強化繊維束のマンドレルへの巻付
け張力をヘリカル巻層を形成する樹脂含浸強化繊維束の
それよりも大きくするＦＲＰ筒体の製造方法が開示され
ている。この方法によれば、ヘリカル巻層の外側に周方
向巻層を形成する樹脂含浸強化繊維束が巻き付けられる
際に、ヘリカル巻層の層間に存在するボイドが外側へ押
し出されるとともに、ヘリカル巻層の強化繊維に余剰に
付着していた樹脂が絞り出され、Ｖｆが高まる。
【０００５】また、自動車のプロペラシャフトとしてＦ
ＲＰ製パイプの両端に金属製のヨーク（継手）を嵌着さ
せたものが提案されている。例えば、特開平８−１０８
４９５号公報には、図６に示すように、プロペラシャフ
ト５０（一端のみ図示）の本体筒５１の両端に金属製の
継手５２を嵌着したものが開示されている。本体筒５１
はその全長にわたって設けた筒軸方向に対して強化繊維
が±５〜３０°の角度で配列されたヘリカル巻層５３
と、ヘリカル巻層５３の内側で本体筒５１の両端部に設
けた筒軸方向に対して強化繊維が±８０〜９０°の角度
で配列されたフープ巻層５４とを有している。フープ巻
層５４は本体筒５１の端部に継手５２が圧入接合される
際の力に耐える強度を与えるように作用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＦＲＰ製パイプの剛性
を高めるためにはＶｆが高い方が良い。また、プロペラ
シャフトのように共振周波数が高いことが望まれる場
合、円筒中央部分のＶｆが高い方が弾性率が向上し、高
い共振周波数をとることが可能となる。しかし、プロペ
ラシャフト等のように他の軸と連結して使用されるＦＲ
Ｐ製パイプでは、ＦＲＰ製パイプの端部に連結ピン等を
挿入する孔を形成するのではなく、孔が形成された金属
製の継手（ヨーク）をＦＲＰ製パイプの端部の内側に嵌
着する。そして、このような構成では、継手との結合部
（接合部）及びその付近に補強のために巻かれたヘリカ
ル巻層の他にフープ巻層が存在する。
【０００７】ところが、このように強化繊維に２種類の
配列角が存在する部分で層間の樹脂が少なくなると、層
間剥離が発生し易くなる。Ｖｆを高めると層間の樹脂が
少なくなり、２種類の配列角が存在する部分では変形の
比率が異なるため、応力のアンバランスにより層間剥離
が発生し易くなる。従来のＦＲＰ製パイプはその長手方
向全長にわたってＶｆが一定に製作されるため、剛性及
び弾性率を高めるためにＶｆを高めると、結合部付近の
耐久性が低下する（寿命が短くなる）という問題があ
る。
【０００８】また、プロペラシャフト用のＦＲＰ製パイ
プに限らず、端部において他の結合部材に結合されて使
用されるＦＲＰ製パイプの場合も同様な問題がある。本
発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、そ
の目的はパイプの本体部の剛性及び弾性率を向上させる
とともに、他の結合部材と結合される端部における層間
剥離を防止して耐久性が向上する繊維強化プラスチック
製パイプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、端部において他の結合
部材に結合されて使用されるＦＲＰ製パイプであって、
パイプの軸方向に対する強化繊維の巻付け角度が４５°
以下の角度となるように巻き付けられたヘリカル巻層を
有し、断面が円形又は楕円形に形成されるとともに、前
記結合部材に結合される結合部側のＶｆを該パイプの他
の部分のＶｆより低く形成した。
【００１０】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記結合部側のＶｆは６５％未満
で、他の部分のＶｆは６５％以上である。請求項３に記
載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明にお
いて、前記パイプには前記ヘリカル巻層の外側に、パイ
プの軸方向に対する巻付け角度が９０°に近い状態で巻
付けられた有機繊維の層が形成され、前記Ｖｆの低い部
分の前記有機繊維の層の数がＶｆの高い部分の数より少
なく形成されている。
【００１１】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記結合
部が両端に設けられている。請求項５に記載の発明で
は、請求項４に記載の発明において、前記ＦＲＰ製パイ
プはプロペラシャフト用のパイプである。
【００１２】請求項１に記載のＦＲＰ製パイプは、他の
結合部材に結合されて使用される。結合部側のＶｆが他
の部分のＶｆより低いため、当該部分の繊維層間に樹脂
が必要量存在し、結合部材からパイプにねじりや曲げ応
力が作用しても層間剥離が発生し難くなる。
【００１３】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、ＦＲＰ製パイプは結合部側以外の部
分のＶｆが６５％以上であるため、弾性率及び剛性がよ
り向上する。
【００１４】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記パイプはヘリカル
巻層の外側に、巻付けられた有機繊維の層の数が多い部
分の有機繊維の層の巻付け張力を大きくすることで、当
該部分のＶｆを高くすることができ、長手方向の所望部
分のＶｆを高くすることが容易になる。
【００１５】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、ＦＲＰ製
パイプは両端部に他の結合部材が結合された状態で使用
される。
【００１６】請求項５に記載の発明のＦＲＰ製パイプ
は、両端部にヨーク（継手）が嵌着されてプロペラシャ
フトとして使用される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明をプロペラシャフト
用のＦＲＰ製パイプに具体化した一実施の形態を図１〜
図４に従って説明する。
【００１８】図１（ｂ）に示すように、プロペラシャフ
ト１は円筒状のＦＲＰ製パイプ２と、結合部材としての
ヨーク（継手）３とから構成されている。ヨーク３は金
属製で、その基端がＦＲＰ製パイプ２の両端部（片側の
み図示）に設けられた結合部２ｂに対してセレーション
結合で接合される。ヨーク３にはユニバーサルジョイン
ト（例えば十字軸式ジョイント）を取り付けるための孔
３ａが形成されている。
【００１９】図１（ａ）に示すように、ＦＲＰ製パイプ
２は本体部２ａの両端に、ヨーク３の基端が挿入される
結合部２ｂが肉厚に形成されている。ＦＲＰ製パイプ２
は結合部２ｂ側（図１（ａ）の範囲Ａ）の部分のＶｆ
が、該パイプの他の部分（本体部２ａ）のＶｆより低く
形成されている。この実施の形態では結合部２ｂ側のＶ
ｆが約６０％、その他の部分のＶｆが約７０％に形成さ
れている。ＦＲＰ製パイプ２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。
【００２０】ＦＲＰ製パイプ２の強化繊維は、所定の等
ピッチでパイプ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４と、巻付け角度が９０°に近いフープ巻層５とを構
成する。ヘリカル巻層４の巻付け角度は車両に組付けて
使用される際に要求される、曲げ、ねじり、振動等の特
性を満足するため、４５°以下の所定の値に設定され
る。この実施の形態では巻付け角度がほぼ±１０°前後
に設定されている。フープ巻層５はＦＲＰ製パイプ２の
厚肉部にのみ形成され、ヘリカル巻層４の間に挟まれた
状態で配置されている。
【００２１】ＦＲＰ製パイプ２にはヘリカル巻層４の外
側に、パイプの軸方向に対する巻付け角度が９０°に近
い状態で巻付けられた有機繊維６（図２に図示）の層が
形成されている。有機繊維６の層の数はＶｆの低い部分
の数がＶｆの高い部分の数より少なく形成されている。
この実施の形態ではＶｆの低い部分の有機繊維６の層の
数が１層、Ｖｆの高い部分の有機繊維６の層の数が２層
に形成されている。有機繊維６としては熱収縮性を有す
る糸、例えばポリエステル糸が使用されている。
【００２２】ＦＲＰ製パイプ２はフィラメントワインデ
ィング法により形成される。フィラメントワインディン
グ機（以下、ＦＷ機と称す。）１１は、図４に示すよう
に、ベースプレート１２上に配設された一対の支持ブラ
ケット１３，１４を備え、支持ブラケット１３，１４に
はベースプレート１２の長手方向に延びる回転軸１５，
１６が装備されている。回転軸１５，１６の先端にはマ
ンドレル１７の軸１７ａを支持するチャック１８，１９
が設けられている。第１の支持ブラケット１３はベース
プレート１２に固定され、第２の支持ブラケット１４は
シリンダ２０の作動によりベースプレート１２の長手方
向に沿って移動可能な支持プレート２１上に固定されて
いる。
【００２３】ベースプレート１２上には正逆回転駆動可
能なモータ２２が固定され、モータ２２の駆動軸及び回
転軸１５との間にベルト伝動機構２３が設けられ、モー
タ２２の駆動により回転軸１５が所定の方向に回転され
るようになっている。
【００２４】ベースプレート１２には支持プレート２１
に対してモータ２２と反対側に、第１のアクチュエータ
２４がベースプレート１２の長手方向に沿って延びるよ
うに配設されている。第１のアクチュエータ２４にはボ
ールネジを使用するとともに、ナットと一体移動可能な
移動体を１軸方向に移動させる構成の公知のものが使用
されている。第１のアクチュエータ２４に装備された移
動体２４ａ上には、樹脂が含浸された繊維束Ｆを案内す
る繊維供給ヘッド２５を備えた第２のアクチュエータ２
６が配設されている。
【００２５】第２のアクチュエータ２６は移動体２４ａ
上に固定されたエアシリンダ２７により上昇位置と基準
位置とに移動可能に配設されている。第２のアクチュエ
ータ２６は基準位置では繊維供給ヘッド２５がマンドレ
ル１７の周面と直交する位置に保持され、上昇位置に配
置された状態では繊維供給ヘッド２５がマンドレル１７
の周面上部における接線方向に延びる位置に保持される
ようになっている。第２のアクチュエータ２６は繊維供
給ヘッド２５をベースプレート１２の長手方向と直交す
る方向（前後方向）に移動させるように固定されてい
る。
【００２６】モータ２２及び第１のアクチュエータ２４
は制御装置Ｃにより同期した状態で駆動されるようにな
っている。そして、回転軸１５の回転速度と、繊維供給
ヘッド２５の移動速度を調整することにより、繊維供給
ヘッド２５から繰り出される繊維束Ｆを、巻付け角度を
任意の角度に設定してマンドレル１７上に巻き付けるこ
とができるようになっている。
【００２７】ベースプレート１２の側方、即ち第１のア
クチュエータ２４に対してモータ２２と反対側には樹脂
槽２８及びボビン２９が配置されている。ボビン２９か
ら繰り出された強化繊維としての繊維束Ｆに樹脂槽２８
で樹脂が含浸された後、繊維供給ヘッド２５に導かれる
ようになっている。ボビン２９は図示しないモータによ
り駆動される軸に一体回転可能に支持されている。そし
て、モータの駆動によりボビン２９から送り出された繊
維束Ｆが、図示しない張力調整装置により繊維束Ｆに作
用する張力が所定の範囲に調整された状態で、繊維供給
ヘッド２５へ供給されるようになっている。張力調整装
置は中間部にガイドローラが、先端部に重りがそれぞれ
装備されたテンションバーの基端が軸に一体回動可能に
固定されている。そして、テンションバーの上下の動
き、即ち揺動量を軸の回動量を検知する図示しないセン
サで検知し、テンションバーが所定の範囲で揺動するよ
うにモータが駆動されてボビン２９から繊維束Ｆが繰り
出される。従って、テンションバーの変位で繊維束Ｆの
弛みが吸収できる。
【００２８】マンドレル１７は金属円筒製のマンドレル
本体１７ｂの両端に軸１７ａが突設されるとともに、マ
ンドレル本体１７ｂの両端部に規制リング３０がマンド
レル本体１７ｂと一体回転可能かつ着脱可能に固定され
ている。規制リング３０には周方向に沿って等ピッチで
ピン３１が着脱可能に突設されている。
【００２９】次に前記のように構成されたＦＷ機１１及
びマンドレル１７を使用したＦＲＰ製パイプ２の製造方
法を説明する。先ず、両チャック１８，１９間にマンド
レル１７をセットする。両チャック１８，１９間の距離
は支持ブラケット１４を支持プレート２１とともに移動
させることで調整される。次に繊維供給ヘッド２５に連
なる繊維束Ｆの先端を規制リング３０に固定することに
より、製造準備が完了する。このとき繊維供給ヘッド２
５は該規制リング３０と対応する位置に配置されてい
る。
【００３０】次にＦＷ機１１が作動され、モータ２２に
よりマンドレル１７が一定方向に回転され、第１のアク
チュエータ２４により繊維供給ヘッド２５がマンドレル
１７の長手方向に沿って往復移動される。そして、ボビ
ン２９から順次繰り出されて樹脂槽２８で樹脂が含浸さ
れた繊維束Ｆが、繊維供給ヘッド２５を介してマンドレ
ル１７上に巻き付けられる。繊維束Ｆは目標とする低Ｖ
ｆ領域のＶｆよりある程度余分に樹脂を含浸させた状態
で繊維供給ヘッド２５から引き出される。
【００３１】繊維束Ｆはピン３１の間を通過した後、軸
１７ａに巻き掛けられて折り返すように配列され、マン
ドレル１７の両端に位置するピン３１間におけるマンド
レル１７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て、マンドレル１７上に繊
維層が形成される。
【００３２】マンドレル１７上に巻き付けられた繊維層
の数が所定数となるまでヘリカル巻きで繊維束Ｆが巻き
付けられた後、肉厚部を形成するために両側の結合部と
対応する位置に所定の厚さとなるようにフープ巻層５が
形成される。次に再びヘリカル巻きで繊維束Ｆがマンド
レル１７の全長に亘って巻き付けられて積層繊維層３２
が形成されると、繊維束Ｆの巻付けが終了する。
【００３３】次に前記積層繊維層３２の上に巻付け角度
がほぼ９０°に近い状態で有機繊維６が巻き付けられ
る。有機繊維６の巻付けにはＦＷ機１の繊維供給ヘッド
２５が利用され、図３に示すように、ボビン３３から繰
り出される有機繊維６がガイドローラ３４を経て繊維供
給ヘッド２５へ導かれる。ボビン３３を支持する支軸
（図示せず）は、支軸を回転可能に支持する軸受との間
に設けられた永久磁石の作用により所定の摩擦抵抗が付
与されるようになっている。そして、ボビン３３から引
き出される有機繊維６に所定の張力が付与されて、有機
繊維６の張力調整が可能となっている。有機繊維６の巻
付け時には第２のアクチュエータ２６が上昇位置に配置
され、有機繊維６が積層繊維層３２の周面に対して接線
方向に延びる状態で供給される。なお、図３ではマンド
レル１７と両アクチュエータ２４，２６等の大きさの比
率を図４と異なる状態で示している。
【００３４】なお、有機繊維６の巻付け時に繊維供給ヘ
ッド２５を利用せず、専用の糸供給ヘッドを使用しても
よい。図２に示すように、有機繊維６はマンドレル１７
上に巻き付けられた積層繊維層３２を締め込むように、
マンドレル１７の端から順に巻き付けられる。有機繊維
６が端から順に巻き付けられることにより、繊維束Ｆに
含浸された樹脂のうち余分な樹脂が絞り出されるととも
に繊維間に存在した空気が除去（脱泡）される。巻付け
を強い張力で１回行う場合は、１回の巻付け時にしみ出
す樹脂の量が多くなり、しみ出した樹脂が有機繊維６の
巻き付けに支障を来す場合がある。しかし、複数回に分
けて順に巻付け時の張力を高めることにより、樹脂が徐
々に絞り出されて巻付けが円滑に行われる。なお、図２
では有機繊維６が間隔をあけて巻き付けられた状態で図
示しているが、実際は有機繊維６は互いにほぼ接触する
状態で巻き付けられる。
【００３５】この実施の形態では有機繊維６の巻付けは
２回行われ、一回目は積層繊維層３２の全体に亘って巻
き付けが行われ、２回目はＶｆを大きくする範囲のみに
巻付けが行われる。有機繊維６の巻付け時の張力は、張
力調整装置により調整され、この実施の形態では、本体
部２ａのＶｆが７０％、結合部２ｂのＶｆが６０％のＦ
ＲＰ製パイプ２を得るため、１回目の張力を１ｋｇ／ｍ
ｍ2 、２回目の張力を５ｋｇ／ｍｍ2 に設定した。
【００３６】そして、有機繊維６が所定層数巻き付けら
れた後、マンドレル１７がチャック１８，１９から取り
外される。次にピン３１が規制リング３０から取り外さ
れ、成形体とともにマンドレル１７が加熱炉に入れら
れ、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°Ｃ程
度である。加熱硬化によりＦＲＰ製パイプ２が、マンド
レル１７上に形成される。冷却後、ＦＲＰ製パイプ２の
両端がピン３１の抜き跡の列より内側において切断され
た後、マンドレル１７から規制リング３０及びＦＲＰ製
パイプ２が取り外されて、所定寸法の長さのプロペラシ
ャフトのシャフト本体が形成される。
【００３７】その後、ＦＲＰ製パイプ２の両結合部２ｂ
に、ヨーク３の基端に形成されたセレーション３ｂが圧
入され、ヨーク３がＦＲＰ製パイプ２に結合される。ヨ
ーク３の基端の外径はＦＲＰ製パイプ２の結合部２ｂの
内径より若干大きく形成されており、結合部２ｂへの圧
入時に結合部２ｂを外側へ拡張させる力が作用するが、
フープ巻層５の存在により強度が確保される。
【００３８】ＦＲＰ製パイプ２がプロペラシャフトとし
て使用される際、ＦＲＰ製パイプ２の結合部２ｂにねじ
りトルクが加わる。その際、結合部２ｂ及び結合部２ｂ
と本体部２ａとの境界付近の樹脂量が少ないと強化繊維
の層間剥離が発生し易く、耐久性が低下する。必要な樹
脂量を確保するため、ＦＲＰ製パイプ２の全体のＶｆを
低くすると、所望の外径で所望の剛性及び弾性率を確保
するのが難しい。しかし、ＦＲＰ製パイプ２のＶｆを本
体部２ａと結合部２ｂ側とで異なる値とすることによ
り、結合部２ｂ側では必要な樹脂量が確保され、本体部
２ａでは必要な弾性率等が確保される。
【００３９】結合部２ｂ側の樹脂量が少なくなるように
変更してＦＲＰ製パイプ２を形成して、層間剥離の発生
のし易さを調べたところ、結合部２ｂ側のＶｆを６５％
以上にすると層間剥離が発生し易くなった。従って、結
合部２ｂ側のＶｆは６５％未満が好ましい。また、通常
のフィラメントワインディング法で強化繊維として炭素
繊維を使用してＦＲＰ製パイプを製造した場合、そのＶ
ｆは５０〜６０％程度であるため、製造のし易さからは
６０％程度がより好ましい。
【００４０】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） 結合部材（ヨーク３）に結合されて使用される
ＦＲＰ製パイプ２の結合部２ｂ側のＶｆを、該パイプの
他の部分（本体部２ａ）のＶｆより低く形成した。従っ
て、ＦＲＰ製パイプ２の本体部２ａのＶｆを高くして当
該部の剛性及び弾性率を高めた際に、他の結合部材と結
合される端部（結合部２ｂ）における層間剥離が防止さ
れて耐久性が向上する。
【００４１】（２） 結合部２ｂ側のＶｆは６５％未満
で、他の部分のＶｆは６５％以上であるため、ＦＲＰ製
パイプ２の剛性及び弾性率が通常のＶｆ（６０％未満）
のＦＲＰ製パイプ２に比較して確実に向上する。
【００４２】（３） ＦＲＰ製パイプ２のヘリカル巻層
４の外側に、パイプの軸方向に対する巻付け角度が９０
°に近い状態で巻付けられた有機繊維６の層が形成され
ている。従って、有機繊維６の巻付け時の張力を変更す
ることにより、結合部２ｂ側のＶｆを低く、本体部２ａ
のＶｆを高くすることが簡単にでき、Ｖｆの値を所望の
値に設定するのが容易になる。
【００４３】（４） Ｖｆの低い部分の有機繊維６の層
の数がＶｆの高い部分の数より少なく形成されている。
従って、低いＶｆとするための有機繊維６の巻付けを行
った後、高いＶｆとすべき領域に有機繊維６の巻付けを
行うことにより、より製造が簡単になる。
【００４４】（５） Ｖｆの低い部分の有機繊維６の層
数が１で、Ｖｆの高い部分の層数が２のため、１層毎の
巻付け時の有機繊維６の巻付け張力を一定にして巻付け
を行う場合、必要最小限の有機繊維６の巻付けで繊維束
Ｆから余分な樹脂を絞り出すことができ、より製造が簡
単になる。
【００４５】（６） ＦＲＰ製パイプ２の両端に結合部
２ｂが形成されているため、両端において結合部材に結
合されて使用されるパイプ、例えば所望の物性を有する
プロペラシャフト１として有効に使用できる。
【００４６】（７） 有機繊維６として熱収縮性を有す
る糸、例えばポリエステル糸が使用されているため、マ
トリックス樹脂の加熱硬化時に有機繊維６の収縮により
Ｖｆを高める効果が発揮され、有機繊維６の巻付け時の
張力が小さな状態でも高ＶｆのＦＲＰ製パイプ２を得る
ことができる。
【００４７】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。 ○ 樹脂が含浸された繊維束Ｆによる積層繊維層３２が
形成された後、有機繊維６を巻き付ける際、図５
（ａ），（ｂ）に示すように複数本の有機繊維６をマン
ドレル１７に同時に巻き付けてもよい。有機繊維６はマ
ンドレル１７の長手方向に対する位置をずらした状態
で、かつ巻付け角度が９０°に近い状態で積層繊維層３
２に同時に巻き付けられる。また、各有機繊維６はマン
ドレル１７の周方向に位相がずれた状態、即ち積層繊維
層３２に対する接触位置が周方向にずれた状態で積層繊
維層３２に巻き付けられる。各有機繊維６はそれぞれ１
本の有機繊維６を巻き付ける場合のピッチの整数倍、よ
り詳しくは使用する有機繊維６の本数倍のピッチで、端
から順に巻き付けられて有機繊維層を形成する。
【００４８】この場合、複数本の有機繊維６が同時に巻
き付けられるため、１本の有機繊維６で同じ巻付け繊維
層を形成するのに比較して、巻付けに要する時間を半分
以下と大幅に短縮できる。また、各有機繊維６がマンド
レル１７の周方向に位相がずれた状態で巻き付けられる
ため、周方向の位相が同じ状態で巻き付ける場合に比較
して、糸供給ヘッドの構成が簡単になるとともに、各有
機繊維６同士が干渉するのを回避できる。また、樹脂の
絞り出し効果が大きくなる。なお、有機繊維６の本数を
２本としたり、４本以上としてもよい。
【００４９】○ 有機繊維６を３層以上巻き付けてもよ
い。 ○ 本体部２ａのＶｆと結合部２ｂ側のＶｆとがその境
界付近で大きく急に変化する構成に代えて、本体部２ａ
と結合部２ｂとの境界付近でＶｆが連続的に変化、ある
いは多段階で変化する構成としてもよい。このようにＶ
ｆが変化するＦＲＰ製パイプ２を形成するには、例え
ば、有機繊維６の層を２層以上とし、第１層目は低Ｖｆ
となる所定の張力で積層繊維層３２の全長に亘って巻き
付け、第２層目は巻付け張力を本体部２ａと結合部２ｂ
との境界付近で段階的に変更しながら巻き付ける。この
場合、Ｖｆが急激に変化する構成に比較してＦＲＰ製パ
イプ２の耐久性が向上する。
【００５０】○ 本体部２ａのＶｆは７０％に限らず６
５％以上であればよく、結合部２ｂ側のＶｆは６０％に
限らず、６５％未満であればよい。 ○ 本体部２ａのＶｆと結合部２ｂ側のＶｆとがその境
界付近で大きく急に変化する構成において、有機繊維６
を１層としてもよい。この構成のＦＲＰ製パイプ２を形
成するには、例えば、繊維束Ｆをマンドレル１７に巻き
付ける際、繊維束Ｆに含浸される樹脂量を調整し、ある
程度本体部２ａと結合部２ｂ側とのＶｆに差を持たせた
状態で繊維束Ｆを巻き付けて積層繊維層３２を形成した
後、有機繊維６の巻付け張力を本体部２ａと対応する位
置と、結合部２ｂと対応する位置とで変更して巻き付け
る。
【００５１】○ 結合部２ｂに形成されるフープ巻層５
の位置はヘリカル巻層４に挟まれる位置に限らず、本体
部２ａの厚みに形成されたヘリカル巻層４の外側に配置
してもよい。また、フープ巻層５を複数（例えば２つ）
に分割し、それに対応して結合部２ｂにおけるヘリカル
巻層４の数を増やして、各フープ巻層５をそれぞれヘリ
カル巻層４に挟まれる状態に配置してもよい。
【００５２】○ 有機繊維６を巻き付けて樹脂の絞り出
しを行わず、フィラメントワインディングで繊維束Ｆを
マンドレル１７に巻き付ける際に、繊維束Ｆに含浸され
た樹脂量を正確に調整して本体部２ａのＶｆ及び結合部
２ｂのＶｆを所定の値になるように形成してもよい。
【００５３】○ 熱収縮性を有する繊維として、ナイロ
ン６６繊維やナイロン６繊維を使用してもよい。 ○ マンドレル１７に巻き付けられる繊維束Ｆの巻付け
角度の絶対値を全ての層で同じ角度にする必要はなく、
層毎に巻付け角度を変更してもよい。
【００５４】○ マトリックス樹脂として、エポキシ樹
脂に限らず他の熱硬化性樹脂（例えば、ポリイミド樹
脂）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）等を使用してもよい。しかし、
プロペラシャフト１を形成する場合は、コストや要求性
能の点からエポキシ樹脂が好ましい。
【００５５】○ 車両のプロペラシャフト１以外の駆動
シャフト用のパイプの製造に適用してもよい。使用回転
速度が遅い場合や、ねじり剛性、耐熱性、耐湿性等の要
求性能が車両のプロペラシャフトに比較して低い場合に
は、強化繊維として炭素繊維にガラス繊維又はアラミド
繊維を混合したり、ガラス繊維又はアラミド繊維を単独
で使用してもよい。また、ＦＲＰを構成する繊維及びマ
トリックス樹脂の組合せとして、炭素繊維とビニルエス
テル樹脂、炭素繊維とフェノール樹脂等の組合せ等を採
用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より
安いのでコスト低減を図れる。
【００５６】○ 駆動シャフトに限らず、端部において
他の結合部材に結合されて使用される任意のＦＲＰ製パ
イプ、例えば輪転機のドラムに適用してもよい。また、
両端において他の結合部材に結合されて使用されるＦＲ
Ｐ製パイプに限らず、片側の端部においてのみ他の結合
部材に結合されて使用されるＦＲＰ製パイプに適用した
り、結合部を介して曲げ力や引張り力あるいは圧縮力が
作用するＦＲＰ製パイプに適用してもよい。
【００５７】○ ＦＲＰ製パイプ２の形状は断面円形に
限らず、ＦＷ機１による強化繊維あるいは有機繊維６を
巻付け角度がほぼ９０°で巻き付ける時に、その張力が
ほぼ一定で巻付け可能なものであれば、断面楕円形であ
ってもよい。
【００５８】○ ＦＲＰ製パイプ２とヨーク３あるいは
他の結合部材との結合はセレーションの圧入による結合
に限らず、接着剤による接合としてもよい。 ○ ＦＲＰ製パイプ２と他の結合部材（ヨーク３）との
結合にセレーションの圧入を利用する場合、結合部２ｂ
の内面にガイド溝を形成し、ガイド溝に沿って結合部材
のセレーションを圧入するようにしてもよい。
【００５９】○ マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂
に代えて紫外線硬化樹脂を使用してもよい。前記実施の
形態から把握できる請求項記載以外の発明（技術的思
想）について、以下にその効果とともに記載する。
【００６０】（１） 請求項１〜請求項５のいずれか一
項に記載の発明において、前記結合部と他の部分との境
界付近のＶｆは連続的又は多段階的に変化している。こ
の場合、Ｖｆが急激に変化する構成に比較して耐久性が
向上する。
【００６１】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
５に記載の発明によれば、ＦＲＰ製パイプの本体部の剛
性及び弾性率を向上させるとともに、他の結合部材と結
合される端部における層間剥離を防止して耐久性を向上
させることができる。
【００６２】請求項２に記載の発明によれば、ＦＲＰ製
パイプの弾性率及び剛性をより向上させることができ
る。請求項３に記載の発明によれば、長手方向の所望部
分のＶｆを高くすることが容易になる。
【００６３】請求項５に記載の発明によれば、共振周波
数が高く耐久性の良いプロペラシャフトを製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は一実施の形態の概略正面図、（ｂ）
はヨークを接合した状態の部分断面図。
【図２】 有機繊維の巻付け時の模式斜視図。
【図３】 有機繊維の巻付け時の模式側面図。
【図４】 フィラメントワインディング装置の概略斜視
図。
【図５】 （ａ）は別の実施の形態の有機繊維の巻付け
時の模式斜視図、（ｂ）は同じく模式側面図。
【図６】 従来のプロペラシャフトの部分断面図。
【符号の説明】
１…プロペラシャフト、２…ＦＲＰ製パイプ、２ｂ…結
合部、３…結合部材としてのヨーク、４…ヘリカル巻
層、６…有機繊維、Ｆ…強化繊維としての繊維束。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安居 義治 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3H111 AA01 BA15 BA24 CB10 CB14 CB15 CB27 CB28 CB29 CC07 DA26 DB20 EA17 3J033 AA01 AB02 AC01 BA07 BA20 4F205 AA39 AD05 AD12 AD16 AG03 AG08 AH17 HA02 HA23 HA33 HA37 HA45 HB01 HC02 HC10 HC16 HC17 HF05 HF23 HF46 HK02 HK03 HK04 HK05 HK17 HL02 HL14 HL23 HL25 HT02 HT17 HT22 HT27

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 端部において他の結合部材に結合されて
    使用される繊維強化プラスチック製パイプであって、パ
    イプの軸方向に対する強化繊維の巻付け角度が４５°以
    下の角度となるように巻き付けられたヘリカル巻層を有
    し、断面が円形又は楕円形に形成されるとともに、前記
    結合部材に結合される結合部側の繊維体積含有率を該パ
    イプの他の部分の繊維体積含有率より低く形成した繊維
    強化プラスチック製パイプ。
  2. 【請求項２】 前記結合部側の繊維体積含有率は６５％
    未満で、他の部分の繊維体積含有率は６５％以上である
    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】 前記パイプには前記ヘリカル巻層の外側
    に、パイプの軸方向に対する巻付け角度が９０°に近い
    状態で巻付けられた有機繊維の層が形成され、前記繊維
    体積含有率の低い部分の前記有機繊維の層の数が繊維体
    積含有率の高い部分の数より少なく形成されている請求
    項１又は請求項２に記載の繊維強化プラスチック製パイ
    プ。
  4. 【請求項４】 前記結合部が両端に設けられている請求
    項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維強化プラス
    チック製パイプ。
  5. 【請求項５】 前記繊維強化プラスチック製パイプはプ
    ロペラシャフト用のパイプである請求項４に記載の繊維
    強化プラスチック製パイプ。
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