JP2004268339A

JP2004268339A - 繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法

Info

Publication number: JP2004268339A
Application number: JP2003060378A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamaguchi; 清司山口; Takumi Matsumoto; 巧松本; Masatoshi Kimura; 雅俊木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】気密性の高い繊維強化プラスチック製筒体を得ることができる繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法を提供する。
【解決手段】繊維強化プラスチック製プロペラシャフトは、繊維強化プラスチック製筒体１１の両端部内周に金属製ヨークの外周面に設けたセレーションを圧入させることによって一体に接合される。この繊維強化プラスチック製筒体１１は、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維をマンドレル２０の外周に筒状に巻き付けた後、マンドレル２０側から加熱して繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより形成される。
【選択図】図３

Description

【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プロペラシャフトの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロペラシャフトに繊維強化プラスチック製筒体を使用することで車両を軽量化して燃費の向上を図る技術が、例えば、特許文献１にて提案されている。このプロペラシャフトでは、繊維強化プラスチック製筒体の端部に対して、表面にセレーション加工された金属製ヨークが圧入により接合されている。そして、繊維強化プラスチック製筒体の端部と金属製ヨークとの間にはシール剤が塗布され、金属製ヨークのセレーション部への水分の浸入が防止されている。
【０００３】
このような繊維強化プラスチック製筒体の製造方法として、特許文献２に提案される方法がある。この製造方法では、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をマンドレル３０の外周に筒状に巻き付けた後、図６に示されるように、その筒状体をマンドレル３０とともに加熱装置内に収容し、その筒状体を外周から加熱することにより、繊維に含浸された樹脂が硬化して繊維強化プラスチック製筒体３１が形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−６５５３８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−１１６１２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示されるように、特許文献２に開示された繊維強化プラスチック製筒体３１は、筒状体の外周から加熱されるため、熱硬化性樹脂は繊維強化プラスチック製筒体３１の外部から内部に向かって硬化が進行する。そのため、繊維強化プラスチック製筒体３１の加熱時に熱硬化性樹脂から発生する気泡３２が繊維強化プラスチック製筒体３１の外部に放出されにくくなり、気泡３２は繊維強化プラスチック製筒体３１内に閉じこめられることとなる。このような気泡３２が繊維強化プラスチック製筒体３１の内表面から外表面までつながると気孔となり、繊維強化プラスチック製筒体３１の気密性が低下する。このように形成された繊維強化プラスチック製筒体３１を使用して繊維強化プラスチック製プロペラシャフトが製造されると、繊維強化プラスチック製筒体３１の気孔を介して繊維強化プラスチック製筒体３１内に水分が浸入し金属製ヨークのセレーション部が腐食するおそれがある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、気密性の高い繊維強化プラスチック製筒体を得ることができる繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、繊維強化プラスチック製筒体の両端部内周に金属部品の接合部に設けたセレーションを圧入させることによって、前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品とを一体に接合させた繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をマンドレルの外周に筒状に巻き付けた後、前記マンドレル側から加熱して前記繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより前記繊維強化プラスチック製筒体を形成するようにした。
【０００８】
上記構成によれば、筒状体はマンドレル側から加熱されるため、筒状体の熱硬化性樹脂は内部から外部に向かって硬化が進行する。そのため、繊維強化プラスチック製筒体の加熱時に熱硬化性樹脂から発生する気泡が外部に放出されるようになり、形成された繊維強化プラスチック製筒体はその内部に気泡を含まないものとなる。従って、繊維強化プラスチック製筒体は気密性の高いものとなり、水分の浸入を確実に防止することができるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、前記マンドレルは、その内部に加熱手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、樹脂含浸した筒状体を収容して加熱するような加熱装置が必要なくなり、製造装置の小型化を図ることができるようになる。
また、請求項３のように、加熱手段をヒートコイルとしてもよい。
【００１１】
また、請求項４のように、加熱手段を、加熱流体を通過させる流路としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態におけるプロペラシャフト１０は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の筒体１１と、該筒体１１の両端部に接合された金属製ヨーク（継手）１２とを有する。筒体１１と金属製ヨーク１２は、セレーション結合されている。ＦＲＰ製筒体１１の端部１３と金属製ヨーク１２との間にはシール剤１４が塗布され、金属製ヨーク１２のセレーション１２ｃへの水分の浸入が防止されている。なお、金属製ヨーク１２は、筒体１１の両端部に結合されるが、両端部における筒体１１の構造とその両端部に結合されている金属製ヨーク１２の構成は同じである。従って、本実施形態では、説明の便宜上、エンジン駆動軸側の金属製ヨーク１２と筒体１１の結合について述べ、従動軸側の金属製ヨーク１２と筒体１１の結合についてはエンジン駆動軸側と同一として説明を省略する。
【００１３】
ＦＲＰ製筒体１１は、ほぼ一定の肉厚の円筒からなり、例えば図２に示されるように、フィラメントワインディング法によって成形されている。すなわち、ＦＲＰ製筒体１１は、エポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させたカーボン繊維などの強化繊維２１を給糸ノズル２２を介して供給し、マンドレル２０の外周に樹脂含浸した強化繊維２１を層状に巻き付けて筒状体を成形し、その筒状体を加熱硬化させたものである。
【００１４】
ＦＲＰ製筒体１１は、所定の等ピッチでマンドレル２０の軸方向となす角度（巻付け角度）が規定された角度となるように斜めに強化繊維２１が巻き付けられたヘリカル巻層１１ａと、各端部１３に設けられたフープ巻層１１ｂとを備えている。このヘリカル巻層１１ａ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、捩り、振動等の特性を満足するため、４５°以下の角度に規定された値に設定される。ここでは、例えば巻付け角度がほぼ±１０°前後に設定されている。フープ巻層１１ｂは、ヘリカル巻層１１ａと異なり、強化繊維２１を巻付け角度が略９０°で巻き付けられたものである。
【００１５】
図３に示されるように、マンドレル２０のマンドレル本体２０ａは中空円筒状に形成され、マンドレル本体２０ａ内には加熱手段としてのヒートコイル２３が内蔵されている。このマンドレル２０に対する筒状体の成形後、ヒートコイル２３に通電加熱することにより、熱硬化性樹脂が加熱硬化されてＦＲＰ製筒体１１が形成される。
【００１６】
この加熱工程において、図４に示されるように、ＦＲＰ製筒体１１はマンドレル２０側から加熱されるため、熱硬化性樹脂は内部から外部に向かって硬化が進行する。ＦＲＰ製筒体１１の加熱工程において熱硬化性樹脂から気泡２４が発生するものの、その気泡２４は未だ硬化していない外部側の樹脂中を浮上してＦＲＰ製筒体１１の外部に放出されるようになり、加熱硬化されたＦＲＰ製筒体１１はその内部に気泡２４を含まないものとなる。従って、ＦＲＰ製筒体１１はその内表面から外表面をつなぐような気孔が形成されることはなく、気密性の高いものとなる。
【００１７】
金属製ヨーク１２はユニバーサルジョイントと接続する部材であり、ユニバーサルジョイントを取り付けるための孔部１２ａが形成されている。金属製ヨーク１２の接合部としての圧入軸部１２ｂは円柱状に形成されて、その外周面にはＦＲＰ製筒体１１の内周面に接触する部分に、軸方向に延びるセレーション１２ｃが形成されている。
【００１８】
そして、金属製ヨーク１２の圧入軸部１２ｂを公知の方法でＦＲＰ製筒体１１の端部１３の開口部に圧入させ、その圧入軸部１２ｂのセレーション１２ｃが端部１３の内周面に切り込まれることによって、金属製ヨーク１２とＦＲＰ製筒体１１とは図１に示すように一体に接合される。
【００１９】
上記実施形態のＦＲＰ製筒体１１の製造方法によれば、以下の効果が得られる。
・ＦＲＰ製筒体１１の加熱工程において、ＦＲＰ製筒体１１をマンドレル２０内のヒートコイル２３の発熱によりマンドレル２０側から加熱し熱硬化性樹脂を内部から外部に向かって硬化させるようにしている。そのため、加熱時に熱硬化性樹脂から発生する気泡が外部に放出されるようになり、ＦＲＰ製筒体１１はその内部に気泡を含まず、ＦＲＰ製筒体１１にはその内表面から外表面をつなぐような気孔が形成されることはなく、気密性の高いものとなる。従って、このように形成されたＦＲＰ製筒体１１を使用して製造された繊維強化プラスチック製プロペラシャフト１０は、ＦＲＰ製筒体１１内への水分の浸入を確実に防止することができる。
【００２０】
・本実施形態のマンドレル２０は、その内部にヒートコイル２３よりなる加熱手段を備えているため、樹脂含浸した筒状体を収容して加熱するような加熱装置が必要なくなり、ＦＲＰ製筒体１１の製造装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
なお、実施の形態は、次のように変更してもよい。
・図５に示されるように、マンドレル２５のマンドレル本体２５ａを加熱流体２６を通過させる流路とし、ＦＲＰ製筒体１１の加熱時においてマンドレル本体２５ａ内に加熱流体２６を流してＦＲＰ製筒体１１を内部から加熱するように構成してもよい。
【００２２】
・上記実施形態において、ＦＲＰ製筒体１１の強化繊維として、アラミド繊維、ガラス繊維等の高弾性・高強度を有する繊維を採用したり、マトリックス樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を採用したりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態におけるプロペラシャフトの端部構成説明図。
【図２】一実施形態におけるファイバーワインディング法を示す説明図。
【図３】一実施形態のマンドレルを示す一部破断断面図。
【図４】繊維強化プラスチック製筒体の部分拡大断面図。
【図５】別のマンドレルを示す一部破断断面図。
【図６】従来の繊維強化プラスチック製筒体の部分断面図。
【符号の説明】
１０…繊維強化プラスチック製プロペラシャフト、１１…ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製筒体、１２…金属部品としての金属製ヨーク、１２ｃ…セレーション、１３…端部、２０，２５…マンドレル、２１…強化繊維、２３…加熱手段としてのヒートコイル、２５ａ…流路としてのマンドレル本体、２６…加熱手段としての加熱流体。

Claims

繊維強化プラスチック製筒体の両端部内周に金属部品の接合部に設けたセレーションを圧入させることによって、前記繊維強化プラスチック製筒体と前記金属部品とを一体に接合させた繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、
熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をマンドレルの外周に筒状に巻き付けた後、前記マンドレル側から加熱して前記繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより前記繊維強化プラスチック製筒体を形成するようにした
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法。
請求項１に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、
前記マンドレルは、その内部に加熱手段を備える
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法。
請求項２に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、
前記加熱手段は、ヒートコイルである
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法。
請求項２に記載の繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法において、
前記加熱手段は、加熱流体を通過させる流路である
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの製造方法。