JP2011140975A - 管状連結体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化合成樹脂製管状部材の端部と被連結部材とが強固に連結された管状連結体と、その製造方法を提供する。
【解決手段】ＣＦＲＰ製の管状部材２の両端に被連結部材としての継手３が固着されている。管状部材２の両端にそれぞれ内挿部材４が挿入（内挿）され、内挿部材４の外周面と管状部材２の内周面２ｉとが接着剤により接着されている。管状部材２の外周面２ｆが穴の内周面すなわち円環状部３ｂの内周面３ｉに接着剤によって接着されると共に、内挿部材４の先端面４ｅが穴の奥底面よりなる対峙面３ｅに接着剤によって接着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化合成樹脂製の管状部材の端部に対し継手などの被連結部材が連結されてなる管状連結体と、その製造方法に係り、特に被連結部材に設けられた穴に該管状部材の端部が挿入され、接着剤によって固着された管状連結体とその製造方法に関する。

従来、ロボットアームのアームや、自動車のトルク伝達軸などの管状体は、ほとんど金属製であったが、近年、重量軽減などを目的として繊維強化合成樹脂製のものが検討されている。繊維強化合成樹脂製の管状部材をロボットアームやトルク伝達軸に用いる場合、管状部材の端部に金属製の継手を固着する必要がある。

第５図は、繊維強化合成樹脂製管状部材２の端部に金属製の継手３を固着した管状連結体１Ａの一例を示している。管状部材２は炭素繊維強化合成樹脂（ＣＦＲＰ）製であり、継手３はアルミ、アルミ合金などの金属製である。この継手３は、軸部３ａと、円環状部３ｂとを有している。この円環状部３ｂに管状部材２の端部が挿入され、管状部材２の端部の外周面２ｆと円環状部３ｂの内周面３ｉとが接着剤によって接着されている。

なお、軸部３ａの軸心位置には、貫通孔３ｄが貫設されている。一方の継手３の軸部３ａには軸心線と直交方向に通し孔３ｃが設けられている。

このように構成された管状連結体１Ａをロボットアーム等に用いた場合、円環状部３ｂの内周面３ｉと管状部材２の外周面２ｆとの接着剤に破壊が生じるおそれがある。これは、例えば第５図において、継手３と管状部材２との接続部に屈曲方向やねじれ方向に外力が加えられた場合、管状部材２の端部が少なくとも部分的に縮径方向に変形し、内周面３ｉと外周面２ｆとの間の接着剤に剥離方向に大きな応力が生じるためである。

なお、この第５図と同様の構造が特開平８−６８４８７の図１４に記載されている。同号では、樹脂管の端部をソケットに差し込んで接着剤によって固着している。

別の従来例として、ＦＲＰ製の管状のトルク伝達シャフトと金属製継手部材とを圧入によって連結することが特開２００９−９７７１７に記載されている。この場合、ＦＲＰ製のシャフトが金属製の継手に外嵌しているが、大きな外力が加えられるとシャフトが拡径し、シャフトと継手とが分離するおそれがある。

特開２００１−３２８１９には、プリプレグシートを巻回してＦＲＰ管を製造するに際し、管の端部を構成するシートとして金属フィルムを用いることにより、ＦＲＰ管の端部を金属製とし、この金属製部分を金属製の継手に溶接することが記載されているが、ＦＲＰ管の製造に手間がかかると共に、管状部材のＦＲＰ部分と金属製部分との境目に応力が集中して管状部材が断裂するおそれがある。

特開平８−６８４８７ 特開２００９−９７７１７ 特開２００１−３２８１９

本発明は、繊維強化合成樹脂製管状部材の端部と被連結部材とが強固に連結された管状連結体と、その製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の管状連結体は、繊維強化合成樹脂製の管状部材の端部が被連結部材の穴に挿入され、接着剤によって固着された管状連結体であって、該管状部材の端部に内挿部材が挿入され、該内挿部材の外周面と該管状部材の内周面とが接着剤によって接着され、該管状部材の端面に露呈する該内挿部材の先端面に対面する対峙面が該穴に設けられており、内挿部材の該先端面と穴の該対峙面とが接着剤によって接着されていることを特徴とするものである。

請求項２の管状連結体は、請求項１において、前記管状部材はＣＦＲＰ製であり、前記被連結部材は金属製であることを特徴とするものである。

請求項３の管状連結体の製造方法は、請求項１又は２の管状連結体を製造する方法であって、内挿部材を管状部材の端部に挿入して接着した後、この内挿部材付きの管状部材を被連結部材の穴に挿入して接着することを特徴とするものである。

本発明によって提供される管状連結体にあっては、繊維強化合成樹脂製管状部材の端部に内挿部材が挿入され、この内挿部材の外周面と管状部材の内周面とが接着剤によって接着されている。この内挿部材が挿入された管状部材が被連結部材の穴に挿入され、管状部材の外周面が穴の内周面に接着剤によって接着されると共に、内挿部材の先端面が被連結部材の対峙面に接着剤によって接着されている。このため、管状部材と被連結部材との接続部に屈曲方向に大きな外力が加えられても、管状部材の縮径変形が防止され、管状部材の外周面と被連結部材の穴の内周面とを接着する接着剤層に生じる剥離方向の応力が小さくなり、この接着剤層の破壊が防止される。また、管状部材に接着されて一体化された内挿部材の先端面も穴の対峙面に接着されているので、被連結部材と管状部材との接着面積が大きく、被連結部材と管状部材との接着強度が高い。

実施の形態に係る管状連結体の軸心線方向の断面図である。 図１の管状連結体の斜視図である。 図１の管状連結体の分解斜視図である。 図１の管状連結体の製造方法を説明する図であり、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は軸心線方向の断面図である。 従来の管状連結体の軸心線方向の断面図である。 別の実施の形態に係る管状連結体の軸心線方向の断面図である。 継手の別形状を示す断面図である。

以下、第１図〜第４図を参照して第１の実施の形態について説明する。

この実施の形態に係る管状連結体１では、第５図の従来例の管状連結体１Ａと同様に、ＣＦＲＰ製の管状部材２の両端に被連結部材としての継手３が固着されている。継手３は、第５図と同様に、軸部３ａ及び円環状部３ｂを有し、軸部３ａの軸心位置に貫通孔３ｄが貫設されており、一方の継手３の軸部３ａには通し孔３ｃが軸心線方向と直交方向に貫設されている。

この実施の形態では、管状部材２の両端にそれぞれ内挿部材４が挿入（内挿）され、内挿部材４の外周面と管状部材２の内周面２ｉとが接着剤により接着されている。この場合、内挿部材４の外周面に接着剤を塗布しておき、この内挿部材４を管状部材２に内挿するのが好ましい。内挿部材４の先端面４ｅは、管状部材２の端面と面一状となっているか、若干であれば突出していてもよい。

このように内挿部材４が内挿され接着された管状部材２が継手３の円環状部３ｂの内側の穴に挿入され、管状部材２の外周面２ｆが穴の内周面すなわち円環状部３ｂの内周面３ｉに接着剤によって接着されると共に、内挿部材４の先端面４ｅが穴の奥底面よりなる対峙面３ｅに接着剤によって接着されている。この際、管状部材２の外周面２ｆと内挿部材４の先端面４ｅに接着剤を塗布しておいて円環状部３ｂに挿入するのが好ましい。なお、内挿部材４は円柱状部材であり、軸心部に小孔４ａが貫設されている。

内挿部材４の軸心線方向の長さＡ（第４図（ｂ）参照）は、円環状部３ｂの深さＢと略同一であってもよく、それよりも若干長くても、また短くてもよいが、このＡ，Ｂの好適例については後述する。

この実施の形態によって提供される管状連結体１にあっては、繊維強化合成樹脂製管状部材２の端部に円柱状の内挿部材４が挿入され、この内挿部材４の外周面と管状部材２の内周面２ｉとが接着剤によって接着され、管状部材２の外周面２ｆが継手３の内周面３ｉに接着剤によって接着されると共に、内挿部材４の先端面４ｅが継手３の対峙面３ｅに接着剤によって接着されている。このため、管状部材２と継手３との接続部に屈曲方向に大きな外力が加えられても、管状部材２の縮径変形が防止され、管状部材外周面２ｆと継手内周面３ｉとを接着する接着剤層に生じる剥離方向の応力が小さくなり、この接着剤層の破壊が防止される。また、内挿部材４の先端面４ｅが対峙面３ｅに接着されているので、継手３と管状部材２との接着面積が大きく、両者の接着強度が高い。従って、この管状連結体１は、ＣＦＲＰ製管状部材２を備えて軽量化されていると共に、管状部材２と継手３との接着強度も高く、ロボットアーム等に好適である。

なお、内挿部材４に小孔４ａを設けているので、内挿部材４を管状部材２に挿入するときに、管状部材２内の空気が小孔４ａを通ってスムーズに流出する。また、継手３に貫通孔３ｄを設けているので、円環状部３ｂに内挿部材４付き管状部材２を挿入するときに、円環状部３ｂ内の空気が貫通孔３ｄを通ってスムーズに流出する。従って、管状連結体１の組み立て作業をスムーズに行うことができる。

第６図を参照して第２〜第４の実施の形態に係る管状連結体について説明する。第６図（ａ）では、内挿部材４Ａの一端部にフランジ部４ｆを設け、このフランジ部４ｆを管状部材２の先端面に係止させている。これにより、内挿部材４Ａを管状部材２に内挿するときに内挿部材４Ａの挿入方向における位置決めが行われる。なお、この内挿部材４Ａは第１図〜第４図の内挿部材４に比べると軸心線方向の長さが短くなっており、その分だけ軽量である。

第６図（ｂ）では、内挿部材４Ｂは円筒状であり、内挿部材４に比べると軽量である。この内挿部材４Ｂにもフランジ部４ｆが設けられている。この内挿部材４Ｂは内挿部材４に比べて軸心線方向の長さが大きい。

第６図（ｃ）では、内挿部材４Ｃは第１ディスク５と第２ディスク６とをシャフト７及びボルト８によって連結したものである。第１ディスク５は、管状部材２の先端面に係止されたフランジ部５ｆを有した円盤状部材であり、管状部材２の端部に内嵌している。第２ディスク６は、管状部材２に内嵌する円盤形状部材である。ディスク５，６の中心部にはそれぞれボルト８の挿通孔が設けられている。なお、第１ディスク５の外向きの面の中央部には、ボルト８の頭部を収容する凹部が設けられている。シャフト７は円筒状であり、内周面に雌ねじが刻設され、この雌ねじにボルト８がねじ込まれている。

図示は省略するが、ディスク５，６には、内挿部材４を管状部材２に内挿するときに管状部材２内の空気を排出するための孔が設けられている。

円環状部３ｂ及び内挿部材の長さの好適例について次に説明する。

内挿部材４，４Ａのように中実である場合、円環状部３ｂの長さＢが内挿部材４の長さＡよりも５〜１００％長いことが好ましい。内挿部材４Ｂのように中空円筒状の場合は、円環状部３ｂの長さＢが内挿部材４Ｂの長さＡよりも５〜５０％特に１０〜４０％とりわけ１５〜３０％短いことが好ましい。

本発明では、第７図（ａ），（ｂ）の継手３Ａのように、円環状部３ｂの端部の内周面にテーパ面３ｔを設け、端部への応力集中を緩和するようにしてもよい。テーパ面３ｔのテーパ角は１０〜３０°特に約２０°程度が好適である。このテーパ面３ｔと管状部材２との間に接着剤を介在させることが好ましい。第７図（ｃ）のように、円環状部３ｂの端部の外周面にテーパ面３ｕを設けてもよい。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、内挿部材４の小孔４ａは図示よりも大きくてもよい。

継手３は、図示以外の形状とされてもよい。例えば、貫通孔３ｄは図示よりも大径であり、軸部３ａが筒状となっていてもよい。本発明は、継手以外の被連結部材と管状部材とを連結する場合にも適用できる。

被連結部材はアルミ、アルミ合金、チタン、チタン合金などの軽金属よりなることが好ましいが、これに限定されない。

１，１Ａ 管状連結体
２ 管状部材
３，３Ａ 継手
３ａ 軸部
３ｂ 円環状部
３ｅ 対峙面
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 内挿部材
４ｅ 先端面

Claims (3)

1. 繊維強化合成樹脂製の管状部材の端部が被連結部材の穴に挿入され、接着剤によって固着された管状連結体であって、
   該管状部材の端部に内挿部材が挿入され、
   該内挿部材の外周面と該管状部材の内周面とが接着剤によって接着され、
   該管状部材の端面に露呈する該内挿部材の先端面に対面する対峙面が該穴に設けられており、内挿部材の該先端面と穴の該対峙面とが接着剤によって接着されていることを特徴とする管状連結体。
2. 請求項１において、前記管状部材はＣＦＲＰ製であり、前記被連結部材は金属製であることを特徴とする管状連結体。
3. 請求項１又は２の管状連結体を製造する方法であって、内挿部材を管状部材の端部に挿入して接着した後、この内挿部材付きの管状部材を被連結部材の穴に挿入して接着することを特徴とする管状連結体の製造方法。

Images