JP2007196684A - Propeller shaft - Google Patents
Propeller shaft Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007196684A JP2007196684A JP2006353764A JP2006353764A JP2007196684A JP 2007196684 A JP2007196684 A JP 2007196684A JP 2006353764 A JP2006353764 A JP 2006353764A JP 2006353764 A JP2006353764 A JP 2006353764A JP 2007196684 A JP2007196684 A JP 2007196684A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- parts
- weight
- propeller shaft
- resin
- 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
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、自動車等の駆動力伝達軸として使用されるFRP製のプロペラシャフト(推進軸)に関する。 The present invention relates to an FRP propeller shaft (propulsion shaft) used as a driving force transmission shaft of an automobile or the like.
自動車のプロペラシャフトは、従来、そのほとんど金属製であるが、近年、車両重量を軽減して燃費を向上させるなどの目的で、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチック(FRP)製のものが検討されている。 Conventionally, propeller shafts for automobiles are mostly made of metal, but in recent years, fiber reinforced plastics (FRP) made by reinforcing thermosetting resin with reinforcing fibers for the purpose of reducing vehicle weight and improving fuel efficiency. ) Are being considered.
そのようなFRP製プロペラシャフトは、よく知られているように、FRP製の本体筒の両端部に、駆動軸や従動軸と連結してトルクを伝達するための金属製継手を装着して構成されている。 As is well known, such an FRP propeller shaft is constructed by attaching metal joints for transmitting torque by connecting to a drive shaft and a driven shaft at both ends of a main body tube made of FRP. Has been.
ところで、自動車のプロペラシャフトは、車体の床下に配置されるが、使用時には、自然条件や、排気管、触媒装置などからの放熱などによって−40℃から120℃程度の温度環境下に晒される。したがって、そのような温度下でもねじり強度やねじり剛性等の力学的物性が大きく低下しないことが要求される。 By the way, although the propeller shaft of an automobile is disposed under the floor of the vehicle body, it is exposed to a temperature environment of about −40 ° C. to 120 ° C. during use due to natural conditions, heat radiation from an exhaust pipe, a catalyst device, and the like. Therefore, it is required that mechanical properties such as torsional strength and torsional rigidity are not greatly reduced even under such temperatures.
さて、従来のFRP製プロペラシャフトは、通常、熱硬化性樹脂として分子量が300〜400程度のビスフェノールA型エポキシ樹脂+酸無水物硬化剤を用い、周知のフィラメントワインディング法によって成形した本体筒を使用している(例えば、特許文献1参照)。 Now, conventional FRP propeller shafts usually use a body cylinder molded by the well-known filament winding method using a bisphenol A type epoxy resin and an acid anhydride curing agent having a molecular weight of about 300 to 400 as a thermosetting resin. (For example, refer to Patent Document 1).
かかるビスフェノールA型エポキシ樹脂は、常温における粘度が5〜15ポアズで、可使時間が6時間以上あるため、扱いやすく、また、フィラメントワインディング法を適用しやすいという長所があるが、ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、ガラス転位温度(Tg)が120〜150℃程度であるため、これで本体筒を構成したプロペラシャフトは、120℃を超える高温温度環境下で使用したときに、ねじり強度やねじり剛性などの力学的物性が大きく低下するという問題があった。また、近年のエンジンの高出力化に伴い、床下周りの温度は上昇する傾向にあり、従来より高い耐熱性が要求されている。 Such a bisphenol A type epoxy resin has a viscosity of 5 to 15 poise at normal temperature and a pot life of 6 hours or more, so that it is easy to handle and easy to apply the filament winding method. Since the resin has a glass transition temperature (Tg) of about 120 to 150 ° C., the propeller shaft that forms the main body cylinder with this has a torsional strength, a torsional rigidity, etc. when used in a high temperature environment exceeding 120 ° C. There was a problem that the mechanical properties of the material greatly deteriorated. In addition, with the recent increase in engine output, the temperature around the floor tends to rise, and higher heat resistance is required than before.
また、車両の床下周辺のスペースが制限され、排気管や触媒装置など高温になる部材との距離も最小限に抑えられた設計が主流となりつつあり、プロペシャフト本体等の一部が局部的に高温に晒される可能性が高くなっており、この観点からもFRP製プロペラシャフトの耐熱性向上が期待されている。
本発明は、かかる従来のFRP製プロペラシャフトの上述した問題点に鑑み、耐熱性に優れ、150℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供せんとするものである。 In view of the above-described problems of the conventional FRP propeller shaft, the present invention is to provide a propeller shaft that has excellent heat resistance and extremely little deterioration in mechanical properties even when used at temperatures exceeding 150 ° C. Is.
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明のプロペラシャフトは、本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するプロペラシャフトにおいて、前記本体筒が、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチックからなり、かつ、該繊維強化プラスチックの25℃環境下での静的ねじり強度をT1、150℃環境下での静的ねじり強度をT2としたとき、T2/T1≧0.83であることを特徴とするものである。 The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, the propeller shaft of the present invention is a propeller shaft having a main body cylinder and joints attached to both ends of the main body cylinder, and the main body cylinder is a fiber reinforced product obtained by reinforcing a thermosetting resin with a reinforcing fiber. T2 / T1 ≧ 0.83 when the static torsional strength of the fiber reinforced plastic in a 25 ° C environment is T1, and the static torsional strength in a 150 ° C environment is T2. It is characterized by.
また、本発明のプロペラシャフトの好ましい態様として、
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物で構成されてなるものであることが挙げられる。
Moreover, as a preferable aspect of the propeller shaft of the present invention,
It is mentioned that the said thermosetting resin is comprised with the resin composition containing 30 weight part or more and less than 70 weight part trifunctional or more epoxy resin in 100 weight part of all the epoxy resins.
更に、本発明のプロペラシャフトの好ましい態様として、少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックであるものであることが挙げられる。 Furthermore, as a preferred embodiment of the propeller shaft of the present invention, at least a part in the axial direction has a laminated structure, and at least one layer of the thermosetting resin in the laminated portion is 30 wt. It is mentioned that it is a fiber reinforced plastic which consists of a resin composition containing the epoxy resin more than trifunctional and less than 70 weight part.
この場合、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックである層が、45±5°の螺旋巻き層を含むものであることが好ましい。 In this case, the layer in which the thermosetting resin is a fiber-reinforced plastic made of a resin composition containing 30 parts by weight or more and less than 70 parts by weight of a trifunctional or higher epoxy resin in 100 parts by weight of the total epoxy resin is 45 It is preferable to include a spirally wound layer of ± 5 °.
本発明によれば、耐熱性に優れ、150℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a propeller shaft that is excellent in heat resistance and has very little deterioration in mechanical properties even when used at a temperature exceeding 150 ° C.
更に、自動車の床下設計に依って生じる局部的な高温環境下でも力学的特性の低下を抑制できる。 Furthermore, it is possible to suppress the deterioration of the mechanical characteristics even under a local high-temperature environment caused by the underfloor design of the automobile.
本発明は、前記課題、つまり耐熱性に優れ、150℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトについて、鋭意検討し、常温と高温での静的ねじり強度の比が特定な範囲・関係にある場合、すなわち、プロペラシャフトの25℃環境下での静的ねじり強度をT1、150℃環境下での静的ねじり強度をT2としたとき、T2/T1≧0.83である場合に、前記課題を一挙に解決することを究明したものである。 The present invention is the above-mentioned problem, ie, a propeller shaft that is excellent in heat resistance and has very little deterioration in mechanical properties even when used at a temperature exceeding 150 ° C. When the ratio is in a specific range and relationship, that is, when the torsional strength of the propeller shaft in a 25 ° C environment is T1, and the static torsional strength in a 150 ° C environment is T2, T2 / T1 ≧ 0 In the case of .83, it has been found that the above-mentioned problems can be solved at once.
本発明において、エポキシ樹脂とは分子内に1個以上のエポキシ基を有する化合物を指し、樹脂組成物とは、該エポキシ樹脂を含む未硬化の組成物、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤、適宜、さらに他の添加剤を含む組成物を指す。また、全エポキシ樹脂とは前記エポキシ樹脂を1種類または複数種用いた場合の全てのエポキシ樹脂を指す。 In the present invention, the epoxy resin refers to a compound having one or more epoxy groups in the molecule, and the resin composition refers to an uncured composition containing the epoxy resin, for example, an epoxy resin and a curing agent, Furthermore, it refers to a composition containing other additives. Further, the total epoxy resin refers to all epoxy resins when one or more of the above epoxy resins are used.
また、本発明において3官能以上のエポキシ樹脂とは、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する化合物を指す。 In the present invention, a trifunctional or higher functional epoxy resin refers to a compound having three or more epoxy groups in one molecule.
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されてなるものであることを特徴とする。全エポキシ樹脂100重量部に対し3官能以上のエポキシ樹脂が30重量部以下では本発明が期待する高温度での物性維持が困難な場合があり、一方70重量部以上を含有した場合では、硬化樹脂そのものの靭性が低下し、プロペラシャフトとしてのねじり強度が低下する恐れがある。 The thermosetting resin is composed of a resin composition containing 30 parts by weight or more and less than 70 parts by weight of a trifunctional or higher functional epoxy resin in 100 parts by weight of the total epoxy resin. When the amount of trifunctional or higher epoxy resin is 30 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the total epoxy resin, it may be difficult to maintain the physical properties at the high temperature expected by the present invention. The toughness of the resin itself may decrease, and the torsional strength of the propeller shaft may decrease.
特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するため曲げ共振における危険回転数を高く設計すること、併せてエンジンから伝達される高いトルクに対するねじり強度を保持することが必要となる。そのため、危険回転数を高く設計するためには強化繊維をFRP本体筒の軸方向に配向することが好ましく0〜20°の範囲で設計される。一方、ねじり強度は強化繊維の45°方向に配向させることが有効であり、かつ座屈変形を防止するため円周方向巻きを含むことが好ましい。以上の様に、FRP本体筒は要求される仕様に合わせて、積層構成は円周方向巻き80〜90°、軸方向巻き0〜20°、概略45°方向巻きの配向角度の組み合わせから構成され、FRP本体筒の内径、外径などの寸法条件により、FRP本体筒の危険回転数、ねじり強度の性能が設計される。 In particular, since propeller shafts for automobiles rotate at a high speed, it is necessary to design a high critical rotational speed in bending resonance and to maintain a torsional strength against a high torque transmitted from the engine. Therefore, in order to design a high critical rotational speed, it is preferable that the reinforcing fibers are oriented in the axial direction of the FRP main body cylinder and designed in the range of 0 to 20 °. On the other hand, it is effective to orient the torsional strength in the 45 ° direction of the reinforcing fiber, and it is preferable to include circumferential winding in order to prevent buckling deformation. As described above, the FRP body cylinder is composed of a combination of orientation angles of circumferential winding 80 to 90 °, axial winding 0 to 20 °, and roughly 45 ° winding in accordance with required specifications. Depending on the dimensional conditions such as the inner diameter and outer diameter of the FRP main body cylinder, the performance of the dangerous rotation speed and torsional strength of the FRP main body cylinder is designed.
該繊維強化プラスチックの常温と高温での静的ねじり強度の比、つまり、25℃環境下(RT)での強度をT1として、150℃での強度をT2とした場合のT2/T1≧0.83とすることにより、1.2倍の余裕代で必要とされるねじり強度を達成することが可能となり、材料費、製造コストを大幅に低減させることができたものである。このことにより、FRP化の製品の軽量化を達成することができ、本来の目的に則したプロペラシャフトを提供することができたものである。 The ratio of the static torsional strength of the fiber reinforced plastic at normal temperature and high temperature, that is, T2 / T1 ≧ 0 when the strength at 25 ° C. environment (RT) is T1 and the strength at 150 ° C. is T2. By setting it to 83, it becomes possible to achieve the torsional strength required with a margin of 1.2 times, and material costs and manufacturing costs can be greatly reduced. As a result, the weight reduction of the FRP product can be achieved, and a propeller shaft that meets the original purpose can be provided.
すなわち、例えば従来のエポキシ樹脂構成では、常温から高温領域でのねじり強度低下が大きく、該静的ねじり強度の比が0.5〜0.7程度であるため、イニシャルの強度を上げる必要があり、そのため予め1.4〜2倍程度の余裕代を持たせておく必要があったが、そのようなる余計な心配も、技術的付加も不要となった。 That is, for example, in the conventional epoxy resin configuration, the torsional strength is greatly reduced from room temperature to high temperature, and the ratio of the static torsional strength is about 0.5 to 0.7, so it is necessary to increase the initial strength. For this reason, it was necessary to provide a margin of about 1.4 to 2 times in advance, but such extra worry and technical addition became unnecessary.
ところで、耐熱性を付与するためのマトリックス樹脂として、3官能以上のエポキシ樹脂を用いるのが好ましく、このような樹脂としてはN,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、これらのアルキル置換誘導体、N, N, N’, N’−テトラグリジル−m−キシレンジアミン、および1,3−ビス(N, N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、硬化剤として4,4’−ジアミノジフェニルスルホンを添加したものが耐熱性アップの点で好ましい。また、この樹脂系では粘度が高くフィラメントワインデイング成形に適用可能な低粘度な樹脂配合とする場合樹脂選択の幅はかなり狭いものとなるが、これを予め補強繊維に含浸させシート状に加工したプリプレグを用いることにより、樹脂配合の自由度が拡がることから好ましく適用できる。 By the way, it is preferable to use a trifunctional or higher functional epoxy resin as a matrix resin for imparting heat resistance. As such a resin, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-diamino is used. Diphenylmethane, N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, alkyl substituted derivatives thereof, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-m- Xylenediamine, 1,3-bis (N, N-diglycidylaminomethyl) cyclohexane, and 4,4′-diaminodiphenylsulfone added as a curing agent are preferred from the viewpoint of improving heat resistance. In addition, in this resin system, when a low-viscosity resin composition that has high viscosity and can be applied to filament winding molding is used, the range of resin selection is considerably narrow, but this is impregnated into reinforcing fibers in advance and processed into a sheet shape. Use of a prepreg can be preferably applied because the degree of freedom of resin blending is expanded.
また、マトリックス樹脂として低粘度のものを選択すれば、内層を従来タイプの樹脂で構成し、その外側に耐熱性のある低粘度の耐熱性樹脂によりフイラメントワインデイング法により連続的に成形するといったことも可能である。 In addition, if a low-viscosity matrix resin is selected, the inner layer is composed of a conventional resin, and the outer layer is continuously molded by a filament winding method using a heat-resistant low-viscosity heat-resistant resin. Is also possible.
このときの樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂に加え、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、これらのアルキル置換誘導体、N, N, N’, N’−テトラグリジル−m−キシレンジアミン、および1,3−ビス(N, N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンを用いることができる。硬化剤としてはジエチルトルエンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン等の組合せにより得られる。 As the resin at this time, in addition to the bisphenol A type epoxy resin, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, their alkyl-substituted derivatives, N, N, N ′, N′-tetraglycyl-m-xylenediamine, and 1,3-bis (N, N-diglycidyl Aminomethyl) cyclohexane can be used. The curing agent can be obtained by a combination of diethyltoluenediamine, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone and the like.
耐熱性をより上げT2/T1の比率をより高めたい場合は、3官能樹脂の比率を本発明での範囲の中で上げることに加え、3官能以上のエポキシ樹脂層の厚み比を上げることにより可能となる。
本発明で用いられる強化繊維としては、FRPにおいて強化繊維として普通に用いられている、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維などの高強度、高弾性率繊維を使用することができる。
To increase the heat resistance and increase the ratio of T2 / T1, in addition to increasing the ratio of the trifunctional resin within the range of the present invention, by increasing the thickness ratio of the trifunctional or higher functional epoxy resin layer It becomes possible.
As the reinforcing fiber used in the present invention, a high-strength, high-modulus fiber such as carbon fiber, glass fiber, or polyaramid fiber, which is commonly used as a reinforcing fiber in FRP, can be used.
この発明のプロペラシャフトは、FRP製本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するが、FRP製本体筒はフィラメントワインディング法、シートワインディング法、テープワインド法の単独、又は組合せによって成形するのが好ましい。 The propeller shaft of the present invention has an FRP main body cylinder and joints attached to both ends of the main body cylinder. The FRP main body cylinder is a filament winding method, a sheet winding method, a tape winding method, or a combination thereof. It is preferable to form by.
フィラメントワインディング法は、よく知られているように、熱硬化性樹脂を含浸した補強繊維をマンドレルに巻き付け、熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを引き抜く方法であるが、特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するために曲げ共振における危険速度を高く設計することが必要で、そのために必要な軸方向弾性率を発現させるために、補強繊維の巻構成は、±5〜20°の螺旋巻による単一構成とする場合と、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために±30〜60°の螺旋巻とで構成することが好ましい。また、本体筒の捩り座屈強度を確保するため内層および外層に75〜90°のフープ層を併用したハイブリッド構成にすることも好ましい。なお、継手が装着される端部の接合強度を向上させる目的でその端部に部分的に肉厚のフープ巻層を設けるなど、上記以外の巻構成の層が含まれていてもよいものである。 As is well known, the filament winding method is a method in which a reinforcing fiber impregnated with a thermosetting resin is wound around a mandrel, and after the thermosetting resin is cured, the mandrel is pulled out. In order to rotate at high speed, it is necessary to design a high critical speed in bending resonance, and in order to achieve the necessary axial elastic modulus, the reinforcing fiber winding structure is a spiral winding of ± 5 to 20 °. In order to satisfy the specification of the torsional strength together with the single configuration according to the above, it is preferable to configure with ± 30 to 60 ° spiral winding. In order to ensure the torsional buckling strength of the main body cylinder, it is also preferable to adopt a hybrid configuration in which a hoop layer of 75 to 90 ° is used in combination with the inner layer and the outer layer. In addition, for the purpose of improving the joint strength of the end portion to which the joint is attached, a layer having a winding configuration other than the above may be included, such as partially providing a thick hoop winding layer at the end portion. is there.
シートワインディング法も、円筒体の成形方法として良く知られており、予め熱硬化性樹脂が一方向の補強繊維に含浸せしめたプリプレグシートをマンドレルに巻き付け+フィルムテープで巻締めを実施し、熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを引き抜く方法であるが、特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するために曲げ共振における危険速度を高く設計することが必要で、そのために必要な軸方向弾性率を発現させるために、補強繊維の巻構成は、概ね0°方向の積層体、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために概ね±45°のバイアス層とで構成することが好ましい。また、本体筒の捩り座屈強度を確保するため内層および外層に概ね90°方向層を併用したハイブリッド構成にすることも好ましい。なお、継手が装着される端部の接合強度を向上させる目的でその端部に部分的に肉厚の90°層を設けるなど、上記以外の巻構成の層が含まれていてもよいものである。 The sheet winding method is also well known as a method of forming a cylindrical body. A prepreg sheet pre-impregnated with a thermosetting resin in one direction is wrapped around a mandrel and then tightened with film tape and thermoset. In this method, the mandrel is pulled out after the adhesive resin is cured. In particular, the propeller shaft for automobiles needs to be designed with a high critical speed in bending resonance because it rotates at high speed, and the required axial elastic modulus is therefore required. Therefore, the winding structure of the reinforcing fiber is preferably composed of a laminate in the direction of approximately 0 ° and a bias layer of approximately ± 45 ° in order to satisfy the torsional strength specification. In order to ensure the torsional buckling strength of the main body tube, it is also preferable to adopt a hybrid configuration in which a substantially 90 ° direction layer is used in combination with the inner layer and the outer layer. In addition, for the purpose of improving the bonding strength of the end portion to which the joint is mounted, a layer having a winding structure other than the above may be included, such as providing a partially thick 90 ° layer at the end portion. is there.
本体筒の肉厚は、特に自動車用プロペラシャフトにおいては、静的なねじり強度として2000〜5000Nm程度が要求されることから、1.5〜4.7mm程度とするのが好ましい。肉厚が1.5mm未満ではねじり強度、曲げ剛性ともに低くなるし、4.7mmを超えるとねじり強度やねじり剛性がオーバースペックとなって材料のむだが多くなる。もちろん、肉厚は補強繊維の種類や上述した巻構成および成形方法にもよる。 The wall thickness of the main body cylinder is preferably about 1.5 to 4.7 mm because static torsional strength is required to be about 2000 to 5000 Nm, particularly in the case of an automobile propeller shaft. If the wall thickness is less than 1.5 mm, the torsional strength and the bending rigidity both decrease, and if it exceeds 4.7 mm, the torsional strength and the torsional rigidity become overspec, and the material becomes wasteful. Of course, the wall thickness also depends on the type of reinforcing fiber and the winding configuration and molding method described above.
フィラメントワインディング法では、±5〜20°および±30〜60°の螺旋巻層を1.5〜4.0mmとし、±75〜90°の螺旋巻層を0.2〜0.7mmとするのが好ましい。また、シートワインディング法においては、概ね0°方向の積層体、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために概ね±45°のバイアス層とで1.5〜4.0mmとし、概ね90°方向層を0.2〜0.7mmとするのが好ましい。 In the filament winding method, the spiral winding layer of ± 5 to 20 ° and ± 30 to 60 ° is set to 1.5 to 4.0 mm, and the spiral winding layer of ± 75 to 90 ° is set to 0.2 to 0.7 mm. Is preferred. Further, in the sheet winding method, a laminate of approximately 0 ° direction and a bias layer of approximately ± 45 ° in order to satisfy the specifications of the torsional strength are set to 1.5 to 4.0 mm, and approximately 90 ° direction layer. Is preferably 0.2 to 0.7 mm.
FRP本体筒の内径は50〜90mmの範囲がねじり強度、危険回転数の仕様を達成するために、特に好ましい。 The inner diameter of the FRP body cylinder is particularly preferably in the range of 50 to 90 mm in order to achieve the specifications of torsional strength and dangerous rotational speed.
FW法、シートワインディング法で所定の積層を終了した後、表面を表層材で巻締め、余剰の樹脂を絞り出した後、硬化炉でエポキシ樹脂を硬化させることで所望のFRP円筒体を得ることができる。更にマンドレルからFRP成形品を抜き取り後、所定の位置および長さでカットすることにより所望のFRP製円筒体を得ることができる。 After finishing predetermined lamination by the FW method and the sheet winding method, the surface is wound with a surface layer material, after surplus resin is squeezed out, the epoxy resin is cured in a curing furnace to obtain a desired FRP cylindrical body. it can. Furthermore, after extracting the FRP molded product from the mandrel, a desired FRP cylindrical body can be obtained by cutting at a predetermined position and length.
自動車の床下構成によって、排気管や触媒装置の近接によりプロペラシャフトが局部的にのみ耐熱性を必要とする場合がある。前述の様に熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を全体に用いることも可能であるが、かかる場合には、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を部分的に用いることも好ましい。耐熱性の要求が部分的で十分な場合は、軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層が、前記樹脂組成物を用いた繊維強化プラスチックであることにより、必要な耐熱性を満たすことができる。少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックの層を設ける方法としては、フィラメントワインディングによる層の形成の前後または途中でシートワインディング法により、前記樹脂組成からなるプリプレグを巻き付けることで得ることができる。熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を部分的に用いることによりシートワインデイングによる巻き付け作業で、部分的な付与とすることにより巻き付け作業が精度良く簡便に実施できる。更に、必要な部分だけ最小の材料で必要な耐熱性の高いねじり強度を得る事ができるので、FRP製円筒体を使用する本来の目的である軽量化の効果を最大限発揮することが可能となる。 Depending on the under-floor configuration of the automobile, the propeller shaft may require heat resistance only locally due to the proximity of the exhaust pipe or the catalyst device. As described above, the thermosetting resin can be used as a whole in a resin composition containing 30 parts by weight or more and less than 70 parts by weight of a trifunctional or higher epoxy resin in 100 parts by weight of the total epoxy resin. In such a case, it is also preferable to partially use a resin composition in which the thermosetting resin contains 30 parts by weight or more and less than 70 parts by weight of a trifunctional or higher functional epoxy resin in 100 parts by weight of the total epoxy resin. If the heat resistance requirement is partial and sufficient, a part of the axial direction has a laminated structure, and at least one of the laminated parts is a fiber reinforced plastic using the resin composition, which is necessary. Heat resistance can be satisfied. At least a part of the axial direction has a laminated structure, and at least one layer of the thermosetting resin in the laminated part is 30 parts by weight or more and less than 70 parts by weight of trifunctional or higher epoxy resin in 100 parts by weight of the total epoxy resin. As a method for providing a fiber reinforced plastic layer made of a resin composition containing, a prepreg made of the resin composition can be obtained by a sheet winding method before, during or after formation of the layer by filament winding. In the winding work by sheet winding, the thermosetting resin partially uses a resin composition containing a trifunctional or higher functional epoxy resin of 30 parts by weight or more and less than 70 parts by weight in 100 parts by weight of the total epoxy resin, By performing partial application, the winding operation can be easily performed with high accuracy. In addition, since the necessary heat-resistant torsional strength can be obtained with the minimum amount of material only in the necessary parts, it is possible to maximize the lightening effect that is the original purpose of using the FRP cylindrical body. Become.
ねじり強度確保の点から、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックの層は少なくとも概45±5°の螺旋巻き層を含むことが好ましい。かかる積層構成を採ることによりプロペラシャフトは必要な曲げ剛性、ねじり強度を確保することができる。 From the viewpoint of securing torsional strength, a fiber reinforced plastic layer comprising a resin composition in which the thermosetting resin contains 30 parts by weight or more and less than 70 parts by weight of a trifunctional or higher functional epoxy resin in 100 parts by weight of the total epoxy resin. Preferably includes a spirally wound layer of at least approximately 45 ± 5 °. By adopting such a laminated structure, the propeller shaft can ensure the necessary bending rigidity and torsional strength.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明が適用されたプロペラシャフトの一実施形態を示している。FRP製本体筒2の両端には端部補強層2dが配置され、金属製継手3にはセレーション部3aが設けられ、両者を圧入接合により組み立て一体化している。このプロペラシャフトの25℃環境下での静的ねじり強度をT1、150℃環境下での静的ねじり強度をT2としたとき、T2/T1≧0.83であることを特徴とするものである。FRP製円筒体は強化繊維と熱硬化性樹脂から構成され、前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、図2にFRP製本体筒の構成を示す。中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き80〜90°、軸方向巻き0〜20°の組合せで構成され、最内層2aおよび最外層2cに円周方向巻き80〜90°で、主層2bが5〜20°の螺旋巻き層で構成され軸方向に延びる主層を示す。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために端部補強層2dが設けられている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a propeller shaft to which the present invention is applied.
図3は本発明における、FRP製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。FRP製円筒体2は強化繊維と熱硬化性樹脂から構成され、前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、FRP製本体筒中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き80〜90°、軸方向巻き0〜20°、概略45°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層2aおよび最外層2cに円周方向巻き90°を、主層2bは0°層からなる2b−1,2b−3および45°層の2b−2で構成され軸方向に延びる主層を示す。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために90°で構成される端部補強層2dが設けられている。
FIG. 3 shows another example of a preferred form of the FRP main body cylinder in the present invention. The FRP
図4は本発明における、FRP製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。FRP製円筒体2は強化繊維と熱硬化性樹脂(A)および(B)から構成され、前記熱硬化性樹脂(B)が、全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、FRP製本体筒中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き80〜90°、軸方向巻き0〜20°、概略45°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層2aおよび最外層2cに円周方向巻き80〜90°を、主層2bは5〜20°層からなる2b−1,2b−3を、更にこの中間部に概45°の螺旋巻き層の2b−2で構成され軸方向に延びる主層を示し、この概45°層の螺旋巻き層は熱硬化性樹脂(B)により構成される。この際の、熱硬化性樹脂(B)の厚さは少なくとも厚み比で20%以上含んでいる。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために80〜90°で構成される端部補強層2dが設けられている。
FIG. 4 shows another example of the preferable form of the FRP main body cylinder in the present invention. The
図6は本発明における、FRP製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。FRP製円筒体2は強化繊維と熱硬化性樹脂(A)および(B)から構成され、前記熱硬化性樹脂(B)が全エポキシ樹脂100重量部中に、30重量部以上70重量部未満の3官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。この熱硬化性樹脂(B)からなる本体筒の軸方向に対して、部分的にかつ円筒状に配置された積層構造2eを構成する。更に、このFRP製積層構成2eは少なくとも概略45°の配向角度の螺旋巻き層から構成される。他の部分は前述の熱硬化性樹脂(A)から成る主層の積層構成は図7に示すように円周方向巻き80〜90°、軸方向巻き0〜20°、概略45°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層2aおよび最外層2cに円周方向巻き80〜90°を、主層2bは5〜20°層からなる2b−1,2b−3を、更にこの中間部に概45°の螺旋巻き層の2b−2で構成され軸方向に延びる主層を示している。前述と同様に端部には接合のために円周方向補強層2dを設けることも好ましい。積層の順序は成形方法により変更することも可能で、熱硬化性樹脂(A)からなる部分層を予め、成形しその上に熱硬化性樹脂(B)からなる部分的にかつ円筒状に配置された積層構造を配置し、その外側に熱硬化性樹脂(A)による成形も可能である。
FIG. 6 shows another example of a preferable form of the FRP main body cylinder in the present invention. The FRP
図5はプロペラシャフトのねじり評価試験の概要を示す。両端にねじり試験用継ぎ手4a、4bが圧入されたねじり試験用FRP本体筒4はねじり試験機のフランジ部に固定される。このとき、一方の可動部フランジ5aは油圧による回転駆動部を有しており試験体へのトルク負荷が可能となる。他方の固定部フランジ5bは試験器ベースに固定され、フランジ部に連結されたロードセル5cから破壊時のトルクを検出することができる。また、今回の発明では試験温度が重要であることから、図5に示す恒温槽6を用い所定の温度に調節・保持後、ねじり試験を実施した。雰囲気温度は図中6aの温度計より検出した。ねじり試験時の試験速度、温度設定は図中8に示す制御装置により設定される。
FIG. 5 shows an outline of the torsion evaluation test of the propeller shaft. The torsion test FRP main body cylinder 4 in which the
(実施例1)
実施例について図1および図2を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700SC−24Kを3本引き揃え、これにビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”827)の50部に対し3官能エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”630)の50部で構成されるエポキシ主剤100部に対し90重量部の酸無水物系硬化剤(日本化薬株式会社製“カヤハード(登録商標)”MCD)と1重量部の硬化促進剤(四国化成工業株式会社製“キュアゾール(登録商標)”)とを添加してなる混合樹脂を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ70mmのマンドレルにその軸方向に対し内層に85°の螺旋巻き層2a0.2mmを形成した後、主層2bとして±12°で厚さ1mmを螺旋巻きした後、±45°にて厚さ0.5mm、更に±12°で厚さ1mmの螺旋巻きした後、最外層を85°の螺旋巻き層2c0.2mmを実施した。主層は合計2.9mmで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の110mmの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、軸方向に対し±83°で構成される厚みが2.5mmからなる補強層2dを形成した。補強層2dは、厚さ2.5mm、軸方向長さ60mmのストレート部および軸中央方向に向かった長さ50mmのテーパー部にて形成されている。
Example 1
Embodiments will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Three carbon fibers "Torayca (registered trademark)" T700SC-24K manufactured by Toray Industries, Inc. are arranged, and 50 parts of bisphenol A type epoxy resin (Epicoat (registered trademark) 827 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) is added to this. 90 parts by weight of an acid anhydride-based curing agent (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) with respect to 100 parts of an epoxy main agent composed of 50 parts of a trifunctional epoxy resin (“Epicoat (registered trademark)” 630 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) While impregnating a mixed resin formed by adding “Kayahard (registered trademark)” MCD) and 1 part by weight of a curing accelerator (“Curesol (registered trademark)” manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), by the filament winding method, After forming a
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は100℃×2hr+200℃×4hrにて実施しFRP製円筒体2を得た。
次に、FRP製円筒体2の両端部に、接合される金属製継手3はセレーション部3aを有する。セレーションは、ピッチ約2mm、歯高さ0.9mm、先端R0.04mm、歯先角90度のセレーションを用い、外径は74.45mmに加工した。従って直径で0.40mmの圧入代を有している。この金属製継手3をFRP製円筒体2と圧入接合し、プロペラシャフト1とした後、ねじり試験機にかけて評価した。
図5は、ねじり試験の概要を示す。両端にねじり試験用継ぎ手4a、4bが圧入されたねじり試験用FRP本体筒4はねじり試験機のフランジ部に固定される。このとき、一方の可動部フランジ5aは油圧による回転駆動部を有しており試験体へのトルク負荷が可能となる。他方の固定部フランジ5bは試験器ベースに固定され、フランジ部に連結されたロードセル5cからトルクを検出することができる。また、今回の発明では試験温度が重要であることから、図5に示す恒温槽6を用い所定の温度に調節・保持後、ねじり試験を実施した。雰囲気温度は図中6aの温度計より検出した。ねじり試験時の試験速度、温度設定は図中8にしめす制御装置により設定される。
Thereafter, curing was performed in a curing furnace. The curing temperature was 100 ° C. × 2 hr + 200 ° C. × 4 hr, and FRP
Next, the metal joint 3 to be joined to both ends of the FRP
FIG. 5 shows an overview of the torsion test. The torsion test FRP main body cylinder 4 in which the
表1は、このねじり試験における雰囲気温度T(℃)とねじり強度S(kN ・m)との関係を示すもので、25℃の環境下ではT1=5.2kNmであり、150℃環境下ではT2=4.42kNmの結果であり、T2/T1=0.85で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
(実施例2)
実施例について図3を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700S−12K一方向材基材にビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”825)の30部、ビスフェノールF型エポキシ(大日本インキ化学工業“エピクロン(登録商標)”830)の10部合計40部の3官能エポキシ樹脂(住友化学工業“スミエポキシ(登録商標)”ELM434)の60部で構成されるエポキシ主剤100部に対し45部のジアミノジフェニルスルホン(住友化学工業“スミキュア(登録商標)”S)とポリエーテルスルホン(“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P)16部を含浸させた厚さ0.135mmのプリプレグシートを用いシートワインディング成形による成形を次の様に実施した。φ70mmのマンドレルにその軸方向に対し内層に90°の巻き層2a0.27mmを形成した後、主層2bとして0°の厚さ0.81mm2b−1を巻き付けた後、バイアス構成の+45°−45°にて厚さ0.54mmの2b−2、更に厚さ0°で厚さ0.81mmの2b−3を巻き付けした後、外層を90°の巻き層2c0.27mmを形成した後、最外層をフィルムテープによるラッピングを実施した。主層2bは合計2.7mmで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の110mmの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、厚みが2.5mmの90°からなる補強層を形成した。補強層2dは、厚さ2.56mm、軸方向長さ60mmのストレート部および軸中央方向に向かった長さ50mmのテーパー部にて形成されている。
Table 1 shows the relationship between the ambient temperature T (° C.) and the torsional strength S (kN · m) in this torsion test. T1 = 5.2 kNm in a 25 ° C. environment and 150 ° C. in a 150 ° C. environment. As a result of T2 = 4.42 kNm and T2 / T1 = 0.85, a propeller shaft excellent in heat resistance with little decrease in torsional strength even under a high temperature environment could be obtained.
(Example 2)
An embodiment will be described with reference to FIG. Carbon fiber "Torayca (registered trademark)" T700S-12K made by Toray Industries, Inc. 30 parts of bisphenol A type epoxy resin ("Epicoat (registered trademark)" 825 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), Bisphenol F type 100 parts of epoxy (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd. “Epicron (registered trademark)” 830) A total of 40 parts of trifunctional epoxy resin (Sumitomo Chemical Industries “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434) 60 parts of epoxy main agent 100 A prepreg having a thickness of 0.135 mm impregnated with 16 parts of diaminodiphenylsulfone (Sumitomo Chemical “SumiCure®” S) and 16 parts of polyethersulfone (“SUMICA EXCEL®” PES5003P) Forming by sheet winding molding using a sheet is performed as follows. . After a 90 ° winding
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は100℃×2hr+200℃×4hrにて実施しFRP円筒体2を得た。
Thereafter, curing was performed in a curing furnace. The curing temperature was 100 ° C. × 2 hr + 200 ° C. × 4 hr, and
次に、FRP製円筒体2の両端部に、接合される金属製継手3はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約2mm、歯高さ0.9mm、先端R0.04mm、歯先角90度のセレーションを用い、外径は74.45mmに加工した。従って直径で0.40mmの圧入代を有している。この金属製継手3を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
Next, the metal joint 3 to be joined to both ends of the FRP
表1は、このねじり試験における雰囲気温度T(℃)とねじり強度S(kNm)との関係を示すもので、25℃の環境下ではT1=4.2kNmであり、150℃環境下ではT2=3.8kNmの結果であり、T2/T1=0.9で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
(実施例3)
実施例につき図面4を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700SC−24Kを3本引き揃え、これにビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”827)の100部に対し90重量部の酸無水物系硬化剤(日本化薬株式会社製“カヤハード(登録商標)”MCD)と1重量部の硬化促進剤(四国化成工業株式会社製“キュアゾール(登録商標)”)とを添加してなる混合樹脂(A)を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ70mmのマンドレルにその軸方向に対し内層に85°の螺旋巻き層0.2mmを形成した後、主層として±12°で厚さ1mmの螺旋巻きした後、これにビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”827)の70部に対し3官能エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”630)の30部で構成されるエポキシ主剤100部に対し90重量部の酸無水物系硬化剤(日本化薬株式会社製“カヤハード(登録商標)”MCD)と1重量部の硬化促進剤(四国化成工業株式会社製“キュアゾール(登録商標)”)とを添加してなる混合樹脂(B)を含浸しながら、±45°にて厚さ0.6mmの積層を行った後、更に混合樹脂(A)±12°で厚さ0.9mmの螺旋巻きした後、最外層を85°の螺旋巻き層0.2mmを実施した。主層は合計2.9mmで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の110mmの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが2.5mmからなる補強層を形成した。補強層2dは、厚さ2.5mm、軸方向長さ60mmのストレート部および軸中央方向に向かった長さ50mmのテーパー部にて形成されている。
Table 1 shows the relationship between the ambient temperature T (° C.) and the torsional strength S (kNm) in this torsion test. T1 = 4.2 kNm in a 25 ° C. environment and
(Example 3)
The embodiment will be described with reference to FIG. Three carbon fibers "Torayca (registered trademark)" T700SC-24K manufactured by Toray Industries, Inc. are arranged, and 100 parts of bisphenol A type epoxy resin ("Epicoat (registered trademark)" 827 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) 90 parts by weight of an acid anhydride curing agent (“Kayahard (registered trademark)” MCD manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and 1 part by weight of a curing accelerator (“Curesol (registered trademark)” manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) After the impregnated mixed resin (A) is added, a spiral winding layer of 0.2 mm is formed on the inner layer with respect to the axial direction on a φ70 mm mandrel by a filament winding method, and then ± 12 as the main layer After being spirally wound at a thickness of 1 mm at ° C, this was added to a bisphenol A type epoxy resin ("Epicoat (registered trader) manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd. ) 90 parts by weight of an acid anhydride system based on 100 parts of an epoxy main agent composed of 30 parts of a trifunctional epoxy resin (“Epicoat (registered trademark)” 630 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) with respect to 70 parts of “827)” A mixed resin obtained by adding a curing agent (“Kayahard (registered trademark)” MCD manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and 1 part by weight of a curing accelerator (“Cureazole (registered trademark)” manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) After impregnating B), laminating 0.6 mm thick at ± 45 °, and further spirally winding 0.9 mm thick mixed resin (A) ± 12 °, and then outermost layer 85 ° A spiral wound layer of 0.2 mm was carried out. The main layer consists of a total of 2.9 mm. In addition, in the part corresponding to the length of 110 mm at both end portions of the main body cylinder, which is the fitting mounting part, the thickness is increased from 2.5 mm before the application of the mixed resin in order to improve the joint strength with the joint. A reinforcing layer was formed. The reinforcing
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は100℃×2hr+200℃×4hrにて実施しFRP円筒体2を得た。
Thereafter, curing was performed in a curing furnace. The curing temperature was 100 ° C. × 2 hr + 200 ° C. × 4 hr, and
次に、本体筒の両端部に、接合される金属製継手3はセレーション部を有する。セレーション部3aは、ピッチ約2mm、歯高さ0.9mm、先端R0.04mm、歯先角90度のセレーションを用い、外径は74.45mmに加工した。従って直径で0.40mmの圧入代を有している。この金属製継手3を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
Next, the metal joint 3 to be joined to both end portions of the main body cylinder has a serration portion. The
表1は、このねじり試験における雰囲気温度T(℃)とねじり強度S(Nm)との関係を示すもので、25℃の環境下ではT1=5.5kNmであり、150℃環境下ではT2=4.6kNmの結果で、T2/T1=0.84で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
(実施例4)
実施例について図6を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700S−12K一方向材基材にビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”825)の30部、ビスフェノールF型エポキシ(大日本インキ化学工業“エピクロン(登録商標)”830)の10部合計40部の3官能エポキシ樹脂(住友化学工業“スミエポキシ(登録商標)”ELM434)の60部で構成されるエポキシ主剤100部に対し45部のジアミノジフェニルスルホン(住友化学工業“スミキュア(登録商標)”S)とポリエーテルスルホン(“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P)16部を含浸させた厚さ0.135mmのプリプレグシートを用いシートワインディング成形による成形を次の様に実施した。φ70mmのマンドレルにその軸方向に対し+45°と−45°の螺旋巻き構成各2層にて厚さ0.54mmの部分積層構成を長さ方向に300mmに渡り巻き付ける。その後、これにビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”827)の100部に対し90重量部の酸無水物系硬化剤(日本化薬株式会社製“カヤハード(登録商標)”MCD)と1重量部の硬化促進剤(四国化成工業株式会社製“キュアゾール(登録商標)”)とを添加してなる混合樹脂(A)を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、マンドレルにその軸方向に対し内層に85°の螺旋巻き層0.2mmを形成した後、主層として±12°で厚さ1mmの螺旋巻きした後、±45°にて厚さ0.6mmの積層を行った後、±12°で厚さ0.9mmの螺旋巻きした後、最外層を85°の螺旋巻き層0.2mmを実施した。主層は合計2.9mmで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の110mmの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが2.5mmからなる補強層を形成した。補強層2dは、厚さ2.5mm、軸方向長さ60mmのストレート部および軸中央方向に向かった長さ50mmのテーパー部にて形成されている。
Table 1 shows the relationship between the ambient temperature T (° C.) and the torsional strength S (Nm) in this torsion test. T1 = 5.5 kNm in a 25 ° C. environment and
Example 4
The embodiment will be described with reference to FIG. Carbon fiber "Torayca (registered trademark)" T700S-12K made by Toray Industries, Inc. 30 parts of bisphenol A type epoxy resin ("Epicoat (registered trademark)" 825 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), Bisphenol F type 100 parts of epoxy (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd. “Epicron (registered trademark)” 830) A total of 40 parts of trifunctional epoxy resin (Sumitomo Chemical Industries “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434) 60 parts of epoxy main agent 100 A prepreg having a thickness of 0.135 mm impregnated with 16 parts of diaminodiphenylsulfone (Sumitomo Chemical “SumiCure®” S) and 16 parts of polyethersulfone (“SUMICA EXCEL®” PES5003P) Forming by sheet winding molding using a sheet is performed as follows. . A partially laminated structure having a thickness of 0.54 mm is wound on a mandrel with a diameter of 70 mm with a spiral winding structure of + 45 ° and −45 ° with respect to its axial direction over a length of 300 mm. Thereafter, 90 parts by weight of an acid anhydride curing agent (“Kayahard” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) is added to 100 parts of bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat (registered trademark)” 827 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.). While impregnating the mixed resin (A) obtained by adding (registered trademark) “MCD” and 1 part by weight of a curing accelerator (“Curesol (registered trademark)” manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), by the filament winding method, After forming a spiral winding layer 0.2 mm of 85 ° on the inner layer of the mandrel with respect to its axial direction, the main layer was spirally wound with a thickness of 1 mm at ± 12 ° and then a thickness of 0.6 mm at ± 45 °. After laminating, spiral winding with a thickness of 0.9 mm at ± 12 ° was performed, and then the outermost layer was formed with a spiral winding layer of 0.2 mm at 85 °. The main layer consists of a total of 2.9 mm. In addition, in order to improve the joint strength with the joint, the thickness from 2.5 mm before the application of the mixed resin is applied to the part corresponding to the length of 110 mm at both ends of the main body cylinder, which is the fitting part. A reinforcing layer was formed. The reinforcing
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は100℃×2hr+200℃×4hrにて実施しFRP円筒体2を得た。
Thereafter, curing was performed in a curing furnace. The curing temperature was 100 ° C. × 2 hr + 200 ° C. × 4 hr, and
次に、FRP製円筒体2の両端部に、接合される金属製継手3はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約2mm、歯高さ0.9mm、先端R0.04mm、歯先角90度のセレーションを用い、外径は74.45mmに加工した。従って直径で0.4mmの圧入代を有している。この金属製継手3を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。局部的な高温度条件とするため、雰囲気温度を120℃に保ちながら該部分積層部にリボンヒーターを巻き付け、温度計によりFRP製本体筒の温度を部分的に150℃に保持しながらねじり試験を実施した。
Next, the metal joint 3 to be joined to both ends of the FRP
このねじり試験における部分的な150℃環境下で破壊トルクは4.0kNmの結果であり、局部的な高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。ここでこの実施例のFRP製円筒体のねじり強度は25℃の環境下ではT1=5.5kNmであり、150℃環境下ではT2=4.67kNmの結果で、T2/T1=0.85で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
(比較例)
実施例との対比として本発明樹脂組成とは異なり多官能樹脂を含まないケースとして次の比較例によるFRP本体筒の成形、およびねじり強度試験を実施した。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700SC−24Kを3本引き揃え、これにビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート(登録商標)”827)の100部に対して90部の酸無水物系硬化剤(日本化薬株式会社製“カヤハード(登録商標)”MCD)と1部の硬化促進剤(四国化成工業株式会社製“キュアゾール(登録商標)”)とを添加してなる混合樹脂を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ70mmのマンドレルにその軸方向に対し内層に85°の螺旋巻き層0.2mmを形成した後、主層として±12°で厚さ1mmの螺旋巻きした後、±45°にて厚さ0.5mm、更に±12°で厚さ1mmの螺旋巻きした後、最外層を85°の螺旋巻き1層を実施した。主層は合計2.9mmで構成される。
In this torsion test, the fracture torque was 4.0 kNm under a partial 150 ° C. environment, and a propeller shaft excellent in heat resistance with little decrease in torsional strength even under a local high temperature environment could be obtained. Here, the torsional strength of the FRP cylindrical body of this example is T1 = 5.5 kNm under the environment of 25 ° C., and T2 / T1 = 0.85 under the result of T2 = 4.67 kNm under the environment of 150 ° C. Yes, it was possible to obtain a propeller shaft excellent in heat resistance with little decrease in torsional strength even in a high temperature environment.
(Comparative example)
In contrast to the examples, unlike the resin composition of the present invention, the FRP body cylinder according to the following comparative example was molded and the torsional strength test was conducted as a case not containing a polyfunctional resin. Three carbon fibers "Torayca (registered trademark)" T700SC-24K manufactured by Toray Industries, Inc. are arranged, and 100 parts of bisphenol A type epoxy resin ("Epicoat (registered trademark)" 827 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) 90 parts of an acid anhydride curing agent (“Kayahard (registered trademark)” MCD manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and 1 part of a curing accelerator (“Curesol (registered trademark)” manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) While impregnating the mixed resin to be added, a filament winding method is used to form a spiral wound layer 0.2 mm of 85 ° on the inner layer with respect to the axial direction on a φ70 mm mandrel, and then a thickness of ± 12 ° as a main layer After spirally winding 1 mm, after winding spirally 0.5 mm at ± 45 ° and 1 mm thick at ± 12 °, the outermost layer is 1 layer of 85 ° . The main layer is composed of a total of 2.9 mm.
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は100℃×2hr+200℃×4hrにて実施しFRP円筒体を得た。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の110mmの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが2.5mmからなる補強層を形成した。補強層2dは、厚さ2.5mm、軸方向長さ60mmのストレート部および軸中央方向に向かった長さ50mmのテーパー部にて形成されている。
Thereafter, curing was performed in a curing furnace. The curing temperature was 100 ° C. × 2 hr + 200 ° C. × 4 hr, and an FRP cylinder was obtained. In addition, in the part corresponding to the length of 110 mm at both end portions of the main body cylinder, which is the fitting mounting part, the thickness is increased from 2.5 mm before the application of the mixed resin in order to improve the joint strength with the joint. A reinforcing layer was formed. The reinforcing
次に、本体筒の両端部に、接合される継ぎ手部材はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約2mm、歯高さ0.9mm、先端R0.04mm、歯先角90度のセレーションを用い、外径は74.45mmに加工した。従って直径で0.40mmの圧入代を有している。この金属製継手を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。 Next, the joint member joined to both ends of the main body cylinder has serration portions. The serration used was a serration with a pitch of about 2 mm, a tooth height of 0.9 mm, a tip R of 0.04 mm, and a tooth tip angle of 90 degrees, and the outer diameter was processed to 74.45 mm. Therefore, it has a press-fitting allowance of 0.40 mm in diameter. The metal joint was press-fitted and formed into a propeller shaft, and then evaluated by a torsion tester.
表1は、このねじり試験における雰囲気温度T(℃)とねじり強度S(kNm)との関係を示すもので、25℃の環境下ではT1=5.2kNmであり、150℃環境下ではT2=2.96kNmの結果であり、本発明のパラメータでこの結果を表すとT1/T2=0.57であり、多官能樹脂を30重量部以上70重量部未満を含む本発明での結果0.85より著しく低下し、高温環境下でのねじり強度を維持できない。
Table 1 shows the relationship between the ambient temperature T (° C.) and the torsional strength S (kNm) in this torsion test. T1 = 5.2 kNm in a 25 ° C. environment and
本発明に係るプロペラシャフトは、FRP製円筒体を備えたあらゆるプロペラシャフト
に適用でき、とくに環境特性として耐熱性が要求される自動車用のFRP製プロペラシャフトに好適である。
The propeller shaft according to the present invention can be applied to any propeller shaft provided with an FRP cylindrical body, and is particularly suitable for an FRP propeller shaft for automobiles that require heat resistance as environmental characteristics.
1 プロペラシャフト
2 FRP製円筒体
2a 内層
2b 主層
2c 外層
2d 補強層
2e 軸方向部分層
3 金属製継手
3a セレーション部
4 ねじり試験用FRP本体筒
4a、b ねじり試験用継ぎ手
5 ねじり試験機
5a 可動部フランジ
5b 固定部フランジ
5c ロードセル
5d 回転部
6 恒温槽
6a 温度検出部
7 油圧ポンプ
8 制御装置
1
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006353764A JP2007196684A (en) | 2005-12-28 | 2006-12-28 | Propeller shaft |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005377521 | 2005-12-28 | ||
JP2006353764A JP2007196684A (en) | 2005-12-28 | 2006-12-28 | Propeller shaft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007196684A true JP2007196684A (en) | 2007-08-09 |
Family
ID=38451744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006353764A Pending JP2007196684A (en) | 2005-12-28 | 2006-12-28 | Propeller shaft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007196684A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10422371B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-09-24 | Hyundai Motor Company | Hybrid propeller shaft for vehicle |
WO2022265062A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-22 | 東レ株式会社 | Joint structure, joint body, and member set |
-
2006
- 2006-12-28 JP JP2006353764A patent/JP2007196684A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10422371B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-09-24 | Hyundai Motor Company | Hybrid propeller shaft for vehicle |
WO2022265062A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-22 | 東レ株式会社 | Joint structure, joint body, and member set |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5601493A (en) | Drive shaft made of fiber reinforced plastics, and method for connecting pipe made of fire-reinforced plastics | |
US4362521A (en) | Power transmission shaft | |
JP4846103B2 (en) | Fiber reinforced resin pipe and power transmission shaft using the same | |
JP2001047883A (en) | Power transmission shaft | |
US7419435B2 (en) | Composite torque tube captured end fitting | |
US6287209B1 (en) | Propeller shaft and method of producing the same | |
JP2008230031A (en) | Device of manufacturing fiber-reinforced plastic made shaft and torque transmission shaft | |
KR20000006487A (en) | Power transmission shaft | |
JP2007196684A (en) | Propeller shaft | |
JPH06200951A (en) | Joint method for driving force transmission shaft made of frp with pipe made of frp | |
JP2001032819A (en) | Power transmission shaft and propeller shaft | |
JP2007271079A (en) | Torque transmission shaft | |
JP6540085B2 (en) | Propeller shaft | |
JP2006062355A (en) | Frp cylindrical body and its manufacturing method | |
JP2005225982A (en) | Epoxy resin composition, prepreg and fiber-reinforced composite material | |
JP2007196681A (en) | Propeller shaft and its manufacturing method | |
JP5699657B2 (en) | Propeller shaft and manufacturing method thereof | |
JPH04347006A (en) | Fiber reinforced plastic driving shaft | |
JP2008082525A (en) | Propeller shaft and its manufacturing method | |
JP2007177811A (en) | Propeller shaft and its manufacturing method | |
JPS598568B2 (en) | Vehicle drive propulsion shaft | |
JPS6091008A (en) | Transmission shaft made of fiber reinforced plastics | |
JPH06307428A (en) | Propeller shaft and its manufacture | |
Mutasher et al. | Torsion transmission capacity of a hybrid aluminum/composite driveshaft | |
JP2009143465A (en) | Propeller shaft |