JP2001153126A - 段付構造frp製プロペラシャフト - Google Patents

段付構造frp製プロペラシャフト

Info

Publication number
JP2001153126A
JP2001153126A JP33609599A JP33609599A JP2001153126A JP 2001153126 A JP2001153126 A JP 2001153126A JP 33609599 A JP33609599 A JP 33609599A JP 33609599 A JP33609599 A JP 33609599A JP 2001153126 A JP2001153126 A JP 2001153126A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diameter portion
propeller shaft
small diameter
stepped structure
frp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33609599A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukitane Kimoto
幸胤 木本
Yasuyuki Kawanomoto
靖之 川野元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP33609599A priority Critical patent/JP2001153126A/ja
Publication of JP2001153126A publication Critical patent/JP2001153126A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 段付構造にした際に強度が低下すると考えら
れる部分を効果的に補強してシャフト全体にわたって必
要な強度を十分に確保できるようにするとともに、製作
段階においてもフィラメントワインディングを円滑に行
うことのできる段付構造FRP製プロペラシャフトを提
供する。 【解決手段】 強化繊維のヘリカル巻層を有するFRP
製の本体筒を備えたプロペラシャフトにおいて、本体筒
が、大径部と小径部と両部を結ぶテーパ部とを有し、ヘ
リカル巻層の強化繊維は大径部からテーパ部を経て小径
部に連続しており、ヘリカル巻層における強化繊維のシ
ャフト軸方向に対する巻付角は大径部よりも小径部の方
が大きく、かつ、本体筒の肉厚は大径部よりも小径部の
方が厚いことを特徴とする段付構造FRP製プロペラシ
ャフト。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等のFRP
製プロペラシャフトに関し、とくに、大径部、小径部、
テーパ部を有する段付構造にして、部分的に小径化でき
るようにした段付構造FRP製プロペラシャフトに関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、省エネルギーの観点から燃費の向
上を目的とした自動車の軽量化が強く望まれている。そ
の一つの手段としてプロペラシャフトを金属製のものか
らFRP(強化繊維プラスチック)製のものに代替させ
ることが検討されている。その際、使用する強化繊維に
も種々あり、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド
繊維等が検討されているが、この中で特に、強度、弾性
率の面から炭素繊維を強化繊維とするCFRP(炭素繊
維強化プラスチック)が有力とされている。
【0003】このようなFRP製プロペラシャフトにお
いては、その軽量性から、シャフトの長手方向中間に配
置される中間軸受を省略することも可能と考えられてい
る。
【0004】ところが、中間軸受を省略してプロペラシ
ャフト全体に必要な強度、剛性をもたせようとすると、
FRP製プロペラシャフトの径もある程度大きくせざる
を得ない。しかしプロペラシャフトの径が大きくなる
と、周辺機器や部材との間に干渉を生じるおそれが出て
くる。
【0005】そこで、このような干渉を回避するため
に、干渉のおそれがある部分のみについてシャフトを小
径化し、その他の部位についてはある程度大径のまま残
す方法が考えられる。すなわち、プロペラシャフトを段
付に形成する手法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、FRP
製プロペラシャフトを単に段付構造にし、部分的に小径
化するだけでは、次のような問題が生じる。
【0007】すなわち、小径の部分と大径の部分との境
界部、あるいは小径の部分と、大径の部分へと接続する
テーパ部との境界部においては、応力集中が生じやす
く、とくにこの部分では小径化による捩り強度の低下か
ら、上記応力集中に対抗できるだけの強度を確保するこ
とが困難になることがある。
【0008】また、FRP製チューブは、一般に強化繊
維をフィラメントワインディングによりマンドレル上に
巻き付けていくことによって作製するが、単に段付構造
にするだけでは、とくに径が変化したときに、たとえば
大径部から小径部に移行するときに、糸ずれが生じるお
それがある。糸ずれが生じると、所定の巻付角で巻けな
いことになったり、糸の配向が乱れたりするから、製品
不良となったり、FRPとして所定の強度を発揮できな
いことになる。
【0009】そこで本発明の課題は、段付構造にした際
に強度が低下すると考えられる部分を効果的に補強して
シャフト全体にわたって必要な強度を十分に確保できる
ようにするとともに、製作段階においてもフィラメント
ワインディングを円滑に行うことのできる段付構造FR
P製プロペラシャフトを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の段付構造FRP製プロペラシャフトは、強
化繊維のヘリカル巻層を有するFRP製の本体筒を備え
たプロペラシャフトにおいて、本体筒が、大径部と小径
部と両部を結ぶテーパ部とを有し、ヘリカル巻層の強化
繊維は大径部からテーパ部を経て小径部に連続してお
り、ヘリカル巻層における強化繊維のシャフト軸方向に
対する巻付角は大径部よりも小径部の方が大きく、か
つ、本体筒の肉厚は大径部よりも小径部の方が厚いこと
を特徴とするものからなる。
【0011】使用する強化繊維としては特に限定され
ず、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等のいずれ
も、さらにはこれらを組み合わせたものも使用可能であ
るが、軽量化を達成しつつ、より小型化、高強度化を達
成するためには、炭素繊維であることが好ましい。
【0012】このような本発明に係る段付構造FRP製
プロペラシャフトにおいては、ヘリカル巻層の強化繊維
が大径部からテーパ部を経て小径部に連続してつながっ
ているから、各部間の境界部には応力集中が起こりにく
い上に、シャフト全体としての強度が高く保たれる。そ
して、大径部の肉厚よりも小径部の肉厚の方が厚いの
で、とくに小径化による、さらには段付構造にある応力
集中により強度低下の懸念のある、小径部とテーパ部と
の境界部において、強度上補強されることになり、この
部分にあるレベル以上の強度をもたせることが可能とな
る。この部分の補強により、シャフト全体にわたって目
標とするレベル以上の強度をもたせることが可能にな
る。
【0013】また、ヘリカル巻層における強化繊維の巻
付角を大径部よりも小径部の方を大きくすることによ
り、フィラメントワインディング時におけるマンドレル
の回転数や、巻き付けるべき強化繊維のマンドレル軸方
向への移動速度等に複雑な制御が要求されなくなり、フ
ィラメントワインディングを容易にかつ円滑に行うこと
ができるようになる。したがって、段付構造という比較
的特殊な形態のプロペラシャフトでありながら、生産性
の向上をはかることが可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一
実施態様に係る段付構造FRP製プロペラシャフト1を
示している。このプロペラシャフト1は、強化繊維のヘ
リカル巻層を有するFRP製、好ましくはCFRP製の
本体筒2と、その両端に結合された継手3a、3bとを
備えている。本体筒2は、大径部4と、小径部5と、そ
れら両部分を結ぶテーパ部6からなり、ヘリカル巻層の
強化繊維は大径部4からテーパ部6を経て小径部5に連
続してつながっている。
【0015】ヘリカル巻層における強化繊維のシャフト
軸方向に対する巻付角については、大径部4の巻付角θ
T よりも小径部の巻付角θS の方が大きく、テーパ部6
においては巻付角がθT からθS へと直線的に変化して
いる。また、本体筒2の肉厚に関しては、大径部4の肉
厚tT よりも小径部5の肉厚tS の方が厚く形成されて
おり、テーパ部6においては肉厚がtT からtS へと直
線的に変化している。
【0016】このような形態を有する本体筒2は、たと
えば次のようにして成形することができる。大径部4の
内径(ヘリカル巻層の巻付径)をdT 、大径部における
ヘリカル巻層の強化繊維の巻付角(巻き角度)を±
θT 、小径部5の内径(ヘリカル巻層の巻付径)を
S 、強化繊維の巻付角(巻き角度)を±θS とする
と、 θS =sin-1((dT /dS )・sinθT ) なる関係で小径部5を構成する。ここでdT /dS >1
なのでθT <θS となる。
【0017】さらにこのとき、大径部4に合わせて調整
された、引き揃えられた巻き付ける強化繊維糸の幅を、
小径部5の周長に応じて狭くなるようにし、その分厚さ
を厚くするように制御する。これにより、テーパ部6か
ら小径部5に至るところで、チューブの肉厚が厚く成形
され、径が小さくなることにより発生する捩り応力の集
中を緩和させることができるようになる。
【0018】したがって、とくに捩り強度が低下しやす
い部分が効果的に補強され、プロペラシャフト1の本体
筒2の全長にわたって、目標とするレベル以上の強度が
確保される。
【0019】また、フィラメントワインディング時にお
いて、たとえば、マンドレルに巻き付ける強化繊維糸の
マンドレル軸方向への移動速度を一定とし、マンドレル
の回転数のみを制御するようにすれば、小径部5の周長
が大径部4の周長よりも短いことから、自然に小径部5
における巻付角が上がることになる。巻付角が上がれ
ば、巻厚も大きくなる。このような制御は容易に行うこ
とができ、フィラメントワインディングに複雑な制御を
要求することなく、本発明に規定した特定の段付構造を
得ることが可能になる。ただし、より正確に目標とする
巻付角や肉厚を得るために、上述の如く、巻き付ける強
化繊維の糸幅や、糸のマンドレル軸方向への移動速度を
制御してもよい。
【0020】
【実施例】以下に、実施例、比較例に基づいて本発明を
説明する。 実施例1 フィラメントワインディング成形により本発明に係るC
FRP製チューブ(本体筒)を成形した。炭素繊維(東
レ(株)製 "トレカ”M30S、引張弾性率294GP
a)を引き揃え、エポキシ樹脂を含浸させながら、大径
部の直径70mm、小径部直径55mmのマンドレル
に、大径部のヘリカル巻層の積層構成(巻付角)を±1
0°、小径部の積層角度を±13°で、また大径部の肉
厚を2.5mm、小径部の肉厚を3.0mmになるよう
に巻き付けた。このとき、強化繊維は、径の変動する箇
所でも糸ずれを生じることなく、またテーパ部と小径部
の境界に繊維の浮きも発生しなかった。
【0021】この炭素繊維を巻き付けたマンドレルを加
熱し、エポキシ樹脂を硬化させたのち、マンドレルを引
き抜いて、大径部の内径70mm、外径75mm、小径
部の内径55mm、外径61mmのCFRP製チューブ
を得た。このCFRP製チューブを全長1300mm、
その内小径部を300mmとなるように切断し、両端に
金属製継手を接合し、CFRP製プロペラシャフトとし
た。このプロペラシャフトの危険回転数を測定すると、
200Hzであった。また、捩り強度は1500Nmで
あり、その強度上限で生じたのは小径部の捩り破壊であ
った。
【0022】比較例1 小径部の積層角度を±10°とする他は、実施例1と同
様に成形し、CFRP製プロペラシャフトを得た。この
場合には、成形時にテーパ部で強化繊維のずれが生じ
た。また、テーパ部と小径部の境界に繊維の浮きが発生
した。このプロペラシャフトの危険回転数を測定する
と、200Hzと実施例1と同じであったが、捩り強度
は、1000Nmと大幅に低下し、その強度上限におい
てテーパ部と小径部の境界で破壊した。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の段付構造
FRP製プロペラシャフトによれば、とくに小径部およ
び小径部とテーパ部との境界部を適切に補強して高い捩
り強度が得られるようにしたので、プロペラシャフト全
体にわたって目標とするレベル以上の強度を得ることが
でき、段付構造とすることにより、少なくとも部分的に
適切に小径部することができる。したがって、自動車等
に適用する場合に、他部位との干渉を紡糸することがで
きる。また、製作段階においても、フィラメントワイン
ディングを円滑にかつ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様に係る段付構造FRP製プ
ロペラシャフトの一部断面表示した側面図である。
【符号の説明】
1 プロペラシャフト 2 本体筒 3a、3b 継手 4 大径部 5 小径部 6 テーパ部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強化繊維のヘリカル巻層を有するFRP
    製の本体筒を備えたプロペラシャフトにおいて、本体筒
    が、大径部と小径部と両部を結ぶテーパ部とを有し、ヘ
    リカル巻層の強化繊維は大径部からテーパ部を経て小径
    部に連続しており、ヘリカル巻層における強化繊維のシ
    ャフト軸方向に対する巻付角は大径部よりも小径部の方
    が大きく、かつ、本体筒の肉厚は大径部よりも小径部の
    方が厚いことを特徴とする段付構造FRP製プロペラシ
    ャフト。
  2. 【請求項2】 強化繊維が炭素繊維である、請求項1の
    段付構造FRP製プロペラシャフト。
  3. 【請求項3】 大径部におけるヘリカル巻層dS の巻付
    径dT と、ヘリカル巻層の巻き角度θT と、小径部にお
    けるヘリカル巻付径dS と、ヘリカル巻層の巻き角度θ
    S との関係が dT ×sinθT =dS ×sinθS であることを特徴とする、請求項1に記載の段付構造F
    RP製プロペラシャフト。
JP33609599A 1999-11-26 1999-11-26 段付構造frp製プロペラシャフト Pending JP2001153126A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33609599A JP2001153126A (ja) 1999-11-26 1999-11-26 段付構造frp製プロペラシャフト

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33609599A JP2001153126A (ja) 1999-11-26 1999-11-26 段付構造frp製プロペラシャフト

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001153126A true JP2001153126A (ja) 2001-06-08

Family

ID=18295653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33609599A Pending JP2001153126A (ja) 1999-11-26 1999-11-26 段付構造frp製プロペラシャフト

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001153126A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007509288A (ja) * 2003-10-20 2007-04-12 ゲー カー エヌ ドライブライン インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ディファレンシャルギヤのためのディファレンシャル軸クロス
JP2020138573A (ja) * 2019-02-27 2020-09-03 株式会社ショーワ 動力伝達軸用の管体及び動力伝達軸
CN112638630A (zh) * 2019-02-27 2021-04-09 日立安斯泰莫株式会社 用于传动轴的管体的制造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007509288A (ja) * 2003-10-20 2007-04-12 ゲー カー エヌ ドライブライン インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ディファレンシャルギヤのためのディファレンシャル軸クロス
JP2020138573A (ja) * 2019-02-27 2020-09-03 株式会社ショーワ 動力伝達軸用の管体及び動力伝達軸
WO2020174692A1 (ja) * 2019-02-27 2020-09-03 株式会社ショーワ 動力伝達軸用の管体及び動力伝達軸
CN112638689A (zh) * 2019-02-27 2021-04-09 日立安斯泰莫株式会社 用于传动轴的管体和传动轴
CN112638630A (zh) * 2019-02-27 2021-04-09 日立安斯泰莫株式会社 用于传动轴的管体的制造方法
US11898600B2 (en) 2019-02-27 2024-02-13 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Tube for power transmission shaft and power transmission shaft
CN112638689B (zh) * 2019-02-27 2024-03-19 日立安斯泰莫株式会社 用于传动轴的管体和传动轴

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4362521A (en) Power transmission shaft
US4605385A (en) Fibre reinforced plastics power transmission shaft
US11680683B2 (en) High-pressure tank, high-pressure tank mounting apparatus and method for manufacturing high-pressure tank
US20210190133A1 (en) Tubular body used for power transmission shaft and power transmission shaft
JP2010090938A (ja) タンク及びタンクの製造方法
JP2001153126A (ja) 段付構造frp製プロペラシャフト
JP6540085B2 (ja) プロペラシャフト
JPH09323364A (ja) Frp筒体およびその製造方法
JP5699657B2 (ja) プロペラシャフトおよびその製造方法
JP2003001717A (ja) プロペラシャフト用のfrp製パイプ
JP3183432B2 (ja) プロペラシャフトおよびその製造方法
JP2001263590A (ja) 圧力容器の製造方法
JP2000346044A (ja) プロペラシャフト
JP3579156B2 (ja) ゴルフクラブシャフト
JPS598568B2 (ja) 車両用駆動推進軸
JPH0587118A (ja) 複合動力伝達軸
JPH05180212A (ja) 車両用駆動推進軸の製法
JPH09266966A (ja) ゴルフクラブシャフト
JPS6091008A (ja) 繊維強化プラスチツク製伝動軸
JP4771208B2 (ja) Frp筒体およびその製造方法
JPH0623076A (ja) ゴルフクラブ用シャフト
JPS5921805B2 (ja) 自動車用プロペラシャフト
JPH0314579Y2 (ja)
JPH04218179A (ja) テーパ付き管状体
JPS63139733A (ja) Frp製ドライブシヤフトの製造法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060706

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080729

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081121