JP2024088308A - Fiber-reinforced resin cylinder and method for manufacturing fiber-reinforced resin cylinder - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡易な構造でシール性を向上することが可能な繊維強化樹脂製筒体及び繊維強化樹脂製筒体の製造方法を提供する。
【解決手段】動力伝達軸2Aとしての繊維強化樹脂製筒体は、第一の金属部材40及び第二の金属部材50と、第一の金属部材40及び第二の金属部材の外周面上に、当該外周面の一部を覆うように第一の金属部材40及び第二の金属部材と一体となって配置される繊維強化樹脂製筒体本体部30と、第一の金属部材40及び第二の金属部材50と繊維強化樹脂製筒体本体部30との間に、繊維強化樹脂製筒体本体部30が配置される前に配置される第一のシール部61及び第二のシール部62と、を備える。
【選択図】 図3
The present invention provides a fiber-reinforced resin cylinder capable of improving sealing performance with a simple structure, and a method for manufacturing the fiber-reinforced resin cylinder.
[Solution] The fiber-reinforced resin cylindrical body serving as a power transmission shaft 2A comprises a first metal member 40 and a second metal member 50, a fiber-reinforced resin cylindrical body main body 30 arranged integrally with the first metal member 40 and the second metal member on the outer peripheral surfaces of the first metal member 40 and the second metal member so as to cover part of the outer peripheral surfaces, and a first seal portion 61 and a second seal portion 62 arranged between the first metal member 40, the second metal member 50 and the fiber-reinforced resin cylindrical body main body 30 before the fiber-reinforced resin cylindrical body main body 30 is arranged.
[Selected figure] Figure 3
Description
本発明は、例えば車両における動力伝達軸等として用いられる繊維強化樹脂製筒体及び繊維強化樹脂製筒体の製造方法に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced resin cylindrical body used, for example, as a power transmission shaft in a vehicle, and a method for manufacturing the fiber-reinforced resin cylindrical body.
特許文献1には、円筒管とヨークとの嵌合部の端部を覆うようにキャップを設ける構造が記載されている。また、特許文献2には、繊維強化合成樹脂製筒体と金属ヨークとの嵌合部の端部の外周面を覆うようにシール材を設け、当該シール材をキャップ材及びバンドで固定する構造が記載されている。 Patent document 1 describes a structure in which a cap is provided to cover the end of the fitting portion between a cylindrical tube and a yoke. Patent document 2 describes a structure in which a sealant is provided to cover the outer circumferential surface of the end of the fitting portion between a fiber-reinforced synthetic resin cylinder and a metal yoke, and the sealant is fixed with a cap material and a band.
特許文献1,2に記載の構造では、筒体とヨークとの嵌合部のシール性を確保するために筒状の部材を外嵌させるので、組付作業が困難であるとともに、シール性を向上するためには、特許文献2に記載の構造のように部品点数が増えてしまうという問題があった。 In the structures described in Patent Documents 1 and 2, a cylindrical member is fitted onto the outside to ensure a seal at the fitting portion between the cylinder and the yoke, which makes assembly difficult and increases the number of parts required to improve the seal, as in the structure described in Patent Document 2.
本発明は、このような事情に鑑みて創作されたものであり、簡易な構造でシール性を向上することが可能な繊維強化樹脂製筒体及び繊維強化樹脂製筒体の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention was created in light of these circumstances, and aims to provide a fiber-reinforced resin cylinder that has a simple structure and can improve sealing performance, as well as a method for manufacturing the fiber-reinforced resin cylinder.
本開示によれば、金属部材と、前記金属部材の外周面上に、当該外周面の一部を覆うように前記金属部材と一体となって配置される繊維強化樹脂層と、前記金属部材と前記繊維強化樹脂層との間に、前記繊維強化樹脂層が配置される前に配置されるシール部と、を備える繊維強化樹脂製筒体が提供される。 According to the present disclosure, a fiber-reinforced resin cylinder is provided that includes a metal member, a fiber-reinforced resin layer that is disposed integrally with the metal member on the outer peripheral surface of the metal member so as to cover a portion of the outer peripheral surface, and a seal portion that is disposed between the metal member and the fiber-reinforced resin layer before the fiber-reinforced resin layer is disposed.
本発明によると、簡易な構造でシール性が向上された繊維強化樹脂製筒体を提供することができる。 The present invention provides a fiber-reinforced resin cylinder with a simple structure and improved sealing properties.
本発明の実施形態について、炭素繊維強化プラスチックによって、繊維強化樹脂製筒体の一例である車両の動力伝達軸(プロペラシャフト)を製造する場合を例にとり、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、参照する図面は、分かりやすさのためにデフォルメされている。 The embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example the case of manufacturing a vehicle power transmission shaft (propeller shaft), which is an example of a fiber-reinforced resin cylinder, from carbon fiber reinforced plastic. In the following description, the same elements are given the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted. Also, the drawings referred to are deformed for ease of understanding.
<第一の実施形態>
図1に示すように、第一の実施形態に係るマンドレル1は、繊維強化樹脂製筒体本体部30(図2参照)を製造するために用いられるものであって、マンドレル本体10と、内嵌部材20と、を備える。
First Embodiment
As shown in FIG. 1, the mandrel 1 according to the first embodiment is used to manufacture a fiber-reinforced resin tubular main body 30 (see FIG. 2), and comprises a mandrel
≪マンドレル本体≫
マンドレル本体10は、筒形状を呈する樹脂製部材である。本実施形態において、マンドレル本体10は、繊維強化樹脂製筒体本体部30の内部から除去される。マンドレル本体10には、繊維強化樹脂製筒体本体部30における樹脂硬化の際の加熱に耐えられる材料を用いることができる。そのような材料の例としては、PP(ポリプロピレン樹脂)、PET(ポリエチレンテレフタレート樹脂)、SMP(形状記憶ポリマー)等が挙げられる。マンドレル本体10は、軸方向中間部の大径部11と、軸方向における第一の端部に形成される段部12及び小径部13と、軸方向における第二の端部に形成されるテーパ部14及び小径部15と、を一体に備える。本実施形態において、小径部15の先端部(大径部11とは反対側の端部)には、小径部15よりも小径な突出部16が形成されている。突出部16は、第二の金属部材50が外嵌される部位である。なお、マンドレル本体10は、金属製部材であってもよい。
<Mandrel body>
The
≪内嵌部材≫
内嵌部材20は、マンドレル本体10の第一の端部である小径部13に内嵌される筒状の金属製部材である。内嵌部材20は、小径部13の径方向内側への変形を防止するものであって、マンドレル本体10内に加圧用流体(例えば、加圧された空気)を充填させるための流路20aが形成されている。本実施形態において、加圧用流体は、成形装置100内においてマンドレル本体10内を加圧して膨張させるためのものである。また、加圧用流体は、後記する成形装置100内においてマンドレル本体10の外周面に配置された熱硬化性樹脂(後記する樹脂34)を硬化させるために加熱するための加熱用流体でもある。なお、マンドレル本体10が金属製部材である場合には、内嵌部材20は、マンドレル本体10と一体化されることによって省略可能である。
<Inner fitting parts>
The
<動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)>
図2及び図3に示すように、マンドレル1(図1参照)を用いて製造される動力伝達軸2Aは、車両において前後方向に延設され、動力源で発生した動力を軸線周りの回転として伝達する軸である。動力伝達軸2Aは、繊維強化樹脂製筒体本体部30と、第一の金属部材40と、第二の金属部材50と、第一のシール剤61と、第二のシール剤62と、自在継手3,4と、を備える。繊維強化樹脂製筒体本体部30は、当該繊維強化樹脂製筒体本体部30の軸周りに回転することによって推進力を伝達する推進軸用炭素繊維強化樹脂製筒体である。なお、以下の説明において、第一の金属部材40及び第二の金属部材50の軸方向における端部に関して、繊維強化樹脂製筒体本体部30に嵌合される側を第一の端部とし、その反対側を第二の端部とする。第一のシール部61及び第二のシール部62の軸方向における端部に関しても、繊維強化樹脂製筒体本体部30の軸方向中間側に対応する端部を第一の端部とし、その反対側を第二の端部とする。
<Power transmission shaft (fiber-reinforced resin cylinder)>
As shown in Fig. 2 and Fig. 3, the
<繊維強化樹脂製筒体本体部>
繊維強化樹脂製筒体本体部30は、マンドレル本体10の外周面に沿うように筒状に形成された繊維強化樹脂層(樹脂含有繊維層)である。繊維強化樹脂製筒体本体部30は、マンドレル本体10の大径部11、テーパ部14及び小径部15、第一の金属部材40の第一の端部、並びに、第二の金属部材50の第一の端部の外周面上に沿うように形成される。図4~図6に示すように、繊維強化樹脂製筒体本体部30は、炭素繊維層として、径方向内側(マンドレル本体10側)から順に、第一の炭素繊維層31と、第二の炭素繊維層32と、第三の炭素繊維層33と、を備える。第二の炭素繊維層32及び第三の炭素繊維層33を構成する炭素繊維(第二炭素繊維)は、第一の炭素繊維層31を構成する炭素繊維(第一炭素繊維)よりも強度が大きく、弾性率が小さい。なお、図4~図6において、炭素繊維層31,32,33は、一部のみが図示されている。また、第一の金属部材40の第二の端部(各図において左側となる端部、すなわち、マンドレル本体10とは反対側に位置する端部)の外周面、及び、第二の金属部材50の第二の端部(各図において右側となる端部、すなわち、マンドレル本体10とは反対側に位置する端部)の外周面は、繊維強化樹脂製筒体本体部30によって被覆されておらず、当該繊維強化樹脂製筒体本体部30から突出している。
<Cylinder body made of fiber reinforced resin>
The fiber-reinforced
≪第一の炭素繊維層≫
図4に示すように、第一の炭素繊維層31は、マンドレル本体10等の外周面に対して、当該マンドレル本体10を被覆するように設けられる複数の炭素繊維によって構成されている。より詳細には、複数の炭素繊維を帯状又は束状に纏めることによって、炭素繊維集合体が形成されているとともに、複数の炭素繊維集合体が位相を変えて設けられることによって、第一の炭素繊維層31が形成されている。第一の炭素繊維層31における炭素繊維は、マンドレル本体10の軸線方向に対して平行に延設されている。すなわち、第一の炭素繊維層31に関して、マンドレル本体10の軸線Xに対する炭素繊維の配向角度は、0°である。
<First carbon fiber layer>
As shown in Fig. 4, the first
≪第二の炭素繊維層≫
図5に示すように、第二の炭素繊維層32は、第一の炭素繊維層31の径方向外側に設けられており、第一の炭素繊維層31を被覆するように設けられる複数の炭素繊維によって構成されている。より詳細には、複数の炭素繊維を帯状又は束状に纏めることによって、炭素繊維集合体が形成されているとともに、複数の炭素繊維集合体が位相を変えて設けられることによって、第二の炭素繊維層32が形成されている。第二の炭素繊維層32における炭素繊維は、マンドレル本体10の軸線方向に対して45°傾斜するように1周以上巻回され、マンドレル本体10の軸線方向に対して螺旋状に延設されている。すなわち、第二の炭素繊維層32に関して、マンドレル本体10の軸線Xに対する炭素繊維の配向角度は、45°である。
<Second carbon fiber layer>
As shown in Fig. 5, the second
≪第三の炭素繊維層≫
図6に示すように、第三の炭素繊維層33は、第二の炭素繊維層32の径方向外側に設けられており、第二の炭素繊維層32を被覆するように設けられる複数の炭素繊維によって構成されている。より詳細には、複数の炭素繊維を帯状又は束状に纏めることによって、炭素繊維集合体が形成されているとともに、複数の炭素繊維集合体が位相を変えて設けられることによって、第三の炭素繊維層33が形成されている。第三の炭素繊維層33における炭素繊維は、マンドレル本体10の軸線方向に対して-45°傾斜するように1周以上巻回され、マンドレル本体10の軸線方向に対して螺旋状に延設されている。すなわち、第三の炭素繊維層33に関して、マンドレル本体10の軸線Xに対する炭素繊維の配向角度は、-45°である。
<Third carbon fiber layer>
As shown in Fig. 6, the third
図2及び図3に示すように、繊維強化樹脂製筒体本体部30は、軸方向における第二の端部(各図において右側となる端部)側に、軸方向中央側の大径部30aから軸方向における第二の端部の小径部30cに向かうにつれて縮径するテーパ部30bが形成されている。大径部30aは、マンドレル本体10の大径部11の外周面に倣う形状を呈する本体部である。テーパ部30bは、マンドレル本体10のテーパ部14の外周面に倣う形状を呈する。小径部30cは、マンドレル本体10の小径部15及び第二の金属部材50の一部の外周面に倣う形状を呈する端部である。
As shown in Figures 2 and 3, the fiber-reinforced resin
<第一の金属部材>
第一の金属部材40は、略円筒形状を呈する部材である。図5等に示すように、製造途中段階において、第一の金属部材40は、マンドレル本体10に嵌合(外嵌)されている。
<First Metal Member>
The
第一の金属部材40は、動力伝達軸2における自在継手(ヨーク組立体)3の一部材である。自在継手3は、かかる第一の金属部材40に対して、スパイダー、ニードルベアリング及びヨーク本体を組み付けることによって形成される。
The
第一の金属部材40は、外周面に、非セレーション部41と、セレーション部42と、を備える。非セレーション部(非スプライン部)41は、第一の金属部材40の第二の端部側を構成しており、円筒形状を呈する。セレーション部(スプライン部)42は、第一の金属部材40の第一の端部側を構成しており、周方向に山部及び谷部が交互に現れる外歯車形状を呈する。セレーション部42において、山部の外径は非セレーション部41の外径と等しく、谷部の外径は非セレーション部の外径よりも小さい。かかるセレーション部42は、谷部に樹脂34が浸入して硬化することによって、繊維強化樹脂製筒体本体部30との間で動力を好適に伝達する。
The
<第二の金属部材>
第二の金属部材50は、略円柱形状を呈する部材(シャフト)である。図5等に示すように、製造途中段階において、第二の金属部材50は、マンドレル本体10に嵌合(外嵌)されている。
<Second Metal Member>
The
図1に示すように、第二の金属部材50の第一の端部には、マンドレル本体10の突出部16が挿入可能な有底の孔部50aが形成されている。
As shown in FIG. 1, the first end of the
第二の金属部材50は、動力伝達軸2Aにおける自在継手4(プランジジョイント組立体)の一部材である。自在継手4は、かかる第二の金属部材50に対して、ブーツ及びプランジジョイント本体を組み付けることによって形成される。
The
第二の金属部材50は、外周面に、非セレーション部51と、セレーション部52と、を備える。非セレーション部(非スプライン部)51は、第二の金属部材50の第二の端部側を構成しており、円筒形状を呈する。セレーション部(スプライン部)52は、第二の金属部材50の第一の端部側を構成しており、周方向に山部及び谷部が交互に現れる外歯車形状を呈する。セレーション部52において、山部の外径は非セレーション部51の外径と等しく、谷部の外径は非セレーション部51の外径よりも小さい。かかるセレーション部52は、谷部に樹脂34が浸入して硬化することによって、繊維強化樹脂製筒体本体部30との間で動力を好適に伝達する。
The
<第一のシール剤>
図3(及び図13)に示すように、第一のシール剤61は、繊維強化樹脂製筒体本体部30の内周面と第一の金属部材40の外周面との間に周方向全体にわたって筒状(環状)に設けられている。第一のシール剤61の軸方向端部は、繊維強化樹脂製筒体本体部30の軸方向一端部(端面)から露出している。第一のシール剤61は、水分等が外部から繊維強化樹脂製筒体本体部30と第一の金属部材40との間に浸入することを防止することによって、第一の金属部材40の腐食(発錆)を防止することができる。
<First Sealant>
As shown in Fig. 3 (and Fig. 13), the
<第二のシール剤>
第二のシール剤62は、繊維強化樹脂製筒体本体部30の軸方向他端部と第二の金属部材50との間に周方向全体にわたって筒状(環状)に設けられている。第二のシール剤62の軸方向端部は、繊維強化樹脂製筒体本体部30の軸方向他端部(端面)から露出している。第二のシール剤62は、水分等が外部から繊維強化樹脂製筒体本体部30と第二の金属部材50との間に浸入することを防止することによって、第二の金属部材50の腐食(発錆)を防止することができる。
<Second Sealant>
The
第一のシール部61及び第二のシール部62は、それぞれ、初期状態で液状、ゲル状、クリーム状等であり第一のシール剤及び第二のシール剤であり、繊維強化樹脂製筒体本体部30の形成前に、第一の金属部材40又は第二の金属部材50の外表面に未硬化の状態で配置されて、繊維強化樹脂製筒体本体部30の形成時に受ける熱で硬化し、繊維強化樹脂製筒体保体部30と第一の金属部材40又は第二の金属部材50の間でシール性を発揮するものであればよい。
The
なお、第一のシール部61及び第二のシール部62は、それぞれ、弾性材料によって形成されている第一のシール材及び第二のシール材であり、繊維強化樹脂製筒体本体部30の形成前に、第一の金属部材40又は第二の金属部材50の外表面に配置されるものであってもよい。
The
<製造方法>
続いて、本発明の第一の実施形態に係るマンドレル1を用いた動力伝達軸2Aの製造方法について、図7のフローチャートを用いて説明する。動力伝達軸2Aの製造方法は、マンドレル本体形成工程(ステップS1)と、マンドレル本体形成工程の後に実行される内嵌部材設置工程(ステップS2)と、を含む。また、動力伝達軸2Aの製造方法は、内嵌部材設置工程の後に実行される第一連結工程(ステップS3)と、第一連結工程の後に実行される第二連結工程(ステップS4)と、第二連結工程の後に実行されるシール剤配置工程(ステップS5)と、を含む。また、動力伝達軸2Aの製造方法は、シール剤配置工程の後に実行される繊維設置工程(ステップS6A~S6C)と、繊維設置工程の後に実行される端部固定工程(ステップS7)と、を含む。また、動力伝達軸2Aの製造方法は、端部固定工程の後に実行される金型内設置工程(ステップS8)と、金型内設置工程の後に実行される膨張工程(ステップS9)と、を含む。また、動力伝達軸2Aの製造方法は、膨張工程の後に実行される成型工程(ステップS10)と、成型工程の後に実行される取出工程(ステップS11)と、取出工程の後に実行されるマンドレル除去工程(ステップS12)と、を含む。また、動力伝達軸2Aの製造方法は、マンドレル除去工程の後に実行される固定部材除去工程(ステップS13)と、固定部材除去工程の後に実行されるジョイント組付工程(ステップS14)と、を含む。
<Production Method>
Next, a method for manufacturing a
ステップS1は、図1に示される樹脂製のマンドレル本体10を図示しない成形装置を用いて形成する工程である。
Step S1 is a process of forming the
ステップS1に続いて、ステップS2で、内嵌部材20をマンドレル本体10の小径部13に圧入して内嵌させる。圧入の際には、内嵌部材20の外周面と小径部13の外周面との間に潤滑剤を塗布してもよい。なお、ステップS2は、ステップS8の前までに実行されればよい。
Following step S1, in step S2, the inner
ステップS2に続いて、ステップS3で、マンドレル本体10の第一の端部に第一の金属部材40を設ける。ステップS3では、第一の金属部材40は、マンドレル本体10の段部12に嵌合(外嵌)される。
Following step S2, in step S3, a
ステップS3に続いて、ステップS4で、マンドレル本体10の第二の端部に第二の金属部材50を設ける。ステップS4において、第二の金属部材50は、マンドレル本体10の突出部16に嵌合(外嵌)される。ここで、ステップS3,S4の順番は、適宜変更可能であり、ステップS4が先でもよく、同時であってもよい。
Following step S3, in step S4, a
ステップS4に続いて、ステップS5で、図8に示すように、第一の金属部材40(非セレーション部41)の外周面上に第一のシール部(第一のシール剤)61を筒状に配置するとともに、第二の金属部材50(非セレーション部51)の外周面上に第二のシール部(第二のシール剤)62を筒状に配置する。 Following step S4, in step S5, as shown in FIG. 8, a first seal portion (first sealing agent) 61 is arranged in a cylindrical shape on the outer peripheral surface of the first metal member 40 (non-serrated portion 41), and a second seal portion (second sealing agent) 62 is arranged in a cylindrical shape on the outer peripheral surface of the second metal member 50 (non-serrated portion 51).
シール剤としての第一のシール部61及び第二のシール部62は、初期状態で液状、ゲル状、クリーム状等であり、それぞれ、第一の金属部材40及び第二の金属部材50の非セレーション部41,51の外周面上に全周にわたって帯状に配置(塗布)される。かかる第一のシール部61及び第二のシール部62は、繊維強化樹脂製筒体本体部30の配置中又は配置後に硬化する(本実施形態では、後記するステップS9でマンドレル本体10が加熱される際に受ける熱によって硬化する)ことで、繊維強化樹脂製筒体本体部30と内嵌部材20との間のシール性を高めることができる。
なお、第一の金属部材40及び第二の金属部材50の非セレーション部41,51に環状の溝が形成されており、シール部61,62が当該溝に配置されてもよい。さらには、弾性材料によって形成されているシール材であるシール部61,62が当該溝に配置されてもよい。
The
Alternatively, annular grooves may be formed in the
ステップS5に続いて、ステップS6Aで、図4に示すように、第一の炭素繊維層31がマンドレル本体10、第一の金属部材40及び第二の金属部材50の外周面上に形成される。ステップS6Aに続いて、ステップS6Bで、図5に示すように、第二の炭素繊維層32がマンドレル本体10、第一の金属部材40A及び第二の金属部材50における第一の炭素繊維層31の外周面上に形成される。ステップS6Bに続いて、ステップS7Cで、図6に示すように、第三の炭素繊維層33がマンドレル本体10、第一の金属部材40及び第二の金属部材50における第二の炭素繊維層32の外周面上に形成される。ステップS6A~S6Cにおいて、第一の金属部材40及び第二の金属部材50のそれぞれの軸方向におけるマンドレル本体10とは反対側に位置する端部には、それぞれの繊維が配置されないように炭素繊維層31~33が形成される。
Following step S5, in step S6A, the first
ステップS6A~S6Cにおいて、炭素繊維層31~33は、樹脂が含浸された繊維ではなく、いわゆる生糸である。また、炭素繊維層31~33は、多給糸フィラメントワインディング法によってマンドレル本体10、第一の金属部材40及び第二の金属部材50の第一の端部の外周面上に同時進行的に配置される。多給糸フィラメントワインディング(MFW)法によって給糸された炭素繊維層31~33は、互いに織り込まれることなく層として独立した、いわゆるノンクリンプ構造を呈する。
In steps S6A to S6C, the carbon fiber layers 31 to 33 are not resin-impregnated fibers but so-called raw silk. The carbon fiber layers 31 to 33 are simultaneously arranged on the outer circumferential surfaces of the
ステップS6A~S6Cにおいて、炭素繊維層31~33は、図示しない装置によってマンドレル本体10等の外周面上に、第一のシール剤61及び第二のシール剤62を被覆するように配置される。かかる装置は、炭素繊維層31~33の配向角度を適宜設定変更可能である。なお、炭素繊維層31~33は、前記装置によって一体的な筒状を構成するように配置されてから、マンドレル本体10等の外周面上に配置される構成であってもよい。
In steps S6A to S6C, the carbon fiber layers 31 to 33 are arranged by a device (not shown) on the outer circumferential surface of the
(単給糸)フィラメントワインディング法では、放射状に延びる複数のピンを有する治具をマンドレルの両端部に配置し、1本の炭素繊維をピンに係止した状態でマンドレルの外周面上に巻回することを繰り返すことによって、繊維層を形成する。そのため、(単給糸)フィラメントワインディング法では、マンドレル本体10等に巻回されずに1周未満で配置する必要がある炭素繊維層31を、マンドレル本体10等の外周面上に好適に保持することができないおそれがある。
In the (single-fed) filament winding method, a jig having multiple radially extending pins is placed on both ends of the mandrel, and a single carbon fiber is engaged with the pins and repeatedly wound around the outer circumferential surface of the mandrel to form a fiber layer. Therefore, in the (single-fed) filament winding method, there is a risk that the
これに対し、多給糸フィラメントワインディング法では、炭素繊維層31~33のそれぞれに関して、複数の炭素繊維によって筒状の層を構成するように配置した状態で、当該筒状の層にマンドレル本体10等を挿通させる(又は、マンドレル本体10等に当該筒状の層を外嵌させる)。また、多給糸フィラメントワインディング法では、炭素繊維層31~33を同時進行的に形成することができる。したがって、多給糸フィラメントワインディング法では、マンドレル本体10等に巻回されずに1周未満で配置する必要がある炭素繊維層31を径方向外側の炭素繊維層32,33によってマンドレル本体10等の外周面上に好適に保持することができる。
In contrast, in the multi-yarn filament winding method, the carbon fiber layers 31 to 33 are each arranged to form a cylindrical layer using multiple carbon fibers, and the
ステップS6Cに続いて、ステップS7で、図9に示すように、炭素繊維層31~33の第一の端部を第一の固定部材71によって第一の金属部材40の外周面に固定するとともに、炭素繊維層31~33の第二の端部を第二の固定部材72によって第二の金属部材50の外周面に固定する。ここで、第一の固定部材71及び第二の固定部材72は、炭素繊維層31~33の外周面に巻回される樹脂製のテープ等によって構成される。第一の固定部材71は、第一のシール部61よりも軸方向外方に配置されている。第二の固定部材72は、第二のシール部62よりも軸方向外方に配置されている。
Following step S6C, in step S7, as shown in FIG. 9, first ends of the carbon fiber layers 31-33 are fixed to the outer peripheral surface of the
ステップS7に続いて、ステップS8で、図10に示すように、マンドレル1、第一の金属部材40、第二の金属部材50、各炭素繊維層31~33、第一の固定部材71及び第二固定部材72の組立体を、成形装置(金型)100内に設置する。
Following step S7, in step S8, the assembly of the mandrel 1, the
ステップS8に続いて、ステップS9で、マンドレル本体10を膨張させる。図10に示すように、第一実施形態での成形装置100においては、流路20aを介してマンドレル本体10の内側に連通するように、連通路104が設けられている。ステップS9では、不図示の供給装置に連結された連通路104を介して、マンドレル本体10の中空部に加圧用流体(例えば、加圧された140℃以上の空気)を充填させる。高温の加圧用流体によって加熱されたマンドレル本体10は、樹脂34が硬化する温度よりも低い温度(変態温度である80℃)になると軟化し、加圧用流体によって内部から加圧され、成形装置100の内周面に倣うように膨張変形する。かかる加圧により、充填された樹脂34によってマンドレル本体10が縮径方向に変形することを防止することができる。また、かかる加圧により、樹脂34の充填量を抑制し、完成品である繊維強化樹脂製筒体本体部30の重量増加を防止することができる。
Following step S8, in step S9, the
ステップS9に続いて、ステップS10で、当該成形装置100内に樹脂34が供給される。これにより、マンドレル本体10の外周面に配置された炭素繊維層31~33に樹脂34が含浸される。さらに、成形装置100に熱を加えることによって樹脂34を硬化させ、RTM(Resin Transfer Molding、樹脂注入成形)工法によって繊維強化樹脂製筒体本体部30が形成されるとともに、繊維強化樹脂製筒体本体部体30、第一の金属部材40及び第二の金属部材50が一体成型される(ステップS9、成型工程)。樹脂34は、例えば熱硬化性樹脂である。本実施形態において、成形装置100の金型は、複数に分割されている。ステップS10では、前記組立体に熱が加えられるとともに、成形装置100の金型を閉じる型閉じ操作を行い、続いて、閉じた金型に圧力を印加する型締め操作を行うことにより、金型内の圧力を上昇させることで、樹脂34の硬化が促進される。なお、本実施形態では金型が複数に分割されている構成で説明しているため、型閉じ操作及び型締め操作が行われているが、型締め操作は、必須ではない。また、金型が複数に分割されていない場合には、かかる型閉じ操作及び型締め操作は、必須ではない。成形装置100内において、溶融状態の樹脂34が導入されるゲート101の出口側には空間(樹脂だまり102)が形成されている。成形装置100内に導入された樹脂34は、炭素繊維層31~33の第二の端部の側方に位置する当該樹脂だまり102に貯留される。樹脂だまり102に貯留された樹脂34は、炭素繊維層31~33の配列方向においてゲート101とは反対側(炭素繊維層31~33の第一の端部の外周面側)に形成された吸引口103からの真空吸引によって、マンドレル本体10の軸線方向に移動し、炭素繊維層31~33に含浸する。樹脂34が炭素繊維層31~33に含浸した状態で、成形装置100に熱が加えられ、さらに、成形装置100内に圧力が加えられることによって、繊維強化樹脂製筒体本体部30が形成される。
Following step S9, in step S10,
ステップS10に続いて、ステップS11で、成形された組立体すなわち中間体が成形装置100から取り出される(図11参照)。 Following step S10, in step S11, the molded assembly, i.e., the intermediate body, is removed from the molding device 100 (see Figure 11).
なお、ステップS11に続いて、ステップS12で、マンドレル抜き取り工程を実行する。このマンドレル抜き取り工程は、第一の金属部材40の端部開口側から繊維強化樹脂管体30Aの外側にマンドレル1を取り出す工程である。この際、マンドレル1は、使用される材料に応じた方法にしたがって、例えば変形され、溶融され、分解され、破壊され、又は溶出されることによって繊維強化樹脂製筒体本体部30の内側から取り出される(図12参照)。これにより、動力伝達軸2Aの軽量化が達成されることとなる。
Following step S11, a mandrel removal process is carried out in step S12. This mandrel removal process is a process in which the mandrel 1 is removed from the end opening side of the
また、マンドレル1を変形させて第一の金属部材40の端部開口側から取り出す場合には、例えばマンドレル本体10の中空部を減圧することで前記の端部開口よりもマンドレル1を小さくなるように収縮させて繊維強化樹脂管体30から抜き取る方法を採用することができる。
When deforming the mandrel 1 and removing it from the end opening side of the
マンドレル抜き取り工程を行う際には、不図示の真空ポンプに連結された連通路104を介して、マンドレル本体10の中空部を減圧することができる。
When performing the mandrel removal process, the hollow portion of the
このようなマンドレル抜き取り工程は、例えば熱可塑性樹脂からなるマンドレル本体10を加熱等により可塑化することでより好適に実施することができる。また、例えばダイヤカットを施したアルミニウム薄板からなるマンドレル本体10についても好適に実施することができる。
This type of mandrel removal process can be carried out more effectively by plasticizing the
ステップS12に続いて、ステップS13で、繊維強化樹脂層の両端部、すなわち、第一の固定部材71及び第二の固定部材72が含まれる部位を除去する。ステップS13では、例えば不図示のカッターを用いた切削によって、繊維強化樹脂層の両端部、及び、第一のシール部61及び第二のシール部62の一部が除去される。
Following step S12, in step S13, both ends of the fiber-reinforced resin layer, i.e., the portions including the first fixing
図13に示すように、第一の実施形態において、ステップS13の実行後の第一のシール部61の第二の端部側の端面は、繊維強化樹脂層すなわち繊維強化樹脂製筒体本体部30の端面から露出している。また、図示を省略するが、ステップS13の実行後の第二のシール剤62の軸方向他端部側の端面は、繊維強化樹脂層すなわち繊維強化樹脂製筒体本体部30の端面から露出している。
As shown in FIG. 13, in the first embodiment, the end face on the second end side of the
ステップS13に続いて、ステップS14で、中間体の第一の金属部材40に自在継手3を取り付けるとともに、第二の金属部材50に自在継手4を取り付ける。
Following step S13, in step S14, a
本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)2Aは、金属部材(第一の金属部材40、第二の金属部材50)と、前記金属部材の外周面上に、当該外周面の一部を覆うように前記金属部材と一体となって配置される繊維強化樹脂層(繊維強化樹脂製筒体本体部30)と、前記金属部材と前記繊維強化樹脂層との間に、前記繊維強化樹脂層が配置される前に配置されるシール部(第一のシール部61、第二のシール部62)と、を備える。
したがって、動力伝達軸2Aは、シール部61,62が金属部材(第一の金属部材40A、第二の金属部材50)の外周面と繊維強化樹脂製筒体本体部30の内周面との間に配置されるので、簡易な構造でシール性を向上することができる。
A power transmission shaft (fiber-reinforced resin tubular body) 2A according to a first embodiment of the present invention comprises metal members (a
Therefore, since the
動力伝達軸2Aにおいて、前記シール部は、配置時には液状、ゲル状又はクリーム状であり、前記繊維強化樹脂層の配置中又は配置後に硬化するシール剤である。
したがって、動力伝達軸2Aは、シール剤が金属部材及び繊維強化樹脂層の間を塞ぐ形状で硬化することによって、簡易な構造でシール性を向上することができる。
In the
Therefore, the
動力伝達軸2Aにおいて、前記繊維強化樹脂層は、前記金属部材の前記外周面上に繊維(繊維層31~33)を配置し、当該繊維に樹脂34を含浸させて硬化させることによって形成されている。
したがって、動力伝達軸2Aは、MFW工法及びRTM工法を用いて形成された場合において、シール性を向上することができる。
In the
Therefore, when the
動力伝達軸2Aにおいて、前記シール部の端面は、前記繊維強化樹脂層の端面から露出している。
したがって、動力伝達軸2Aは、繊維強化樹脂層の端部と金属部材との境界部におけるシール性を向上することができる。
In the
Therefore, the
動力伝達軸2Aにおいて、前記金属部材は、軸方向一部に形成されるセレーション部42,52と、軸方向他部の非セレーション部41,51と、を前記外周面に有しており、前記繊維強化樹脂層は、前記セレーション部42,52と前記非セレーション部41,51の一部とを覆うように配置されており、前記シール部は、前記非セレーション部41,51上に配置されている。
したがって、動力伝達軸2Aは、第一の金属部材40及び第二の金属部材50と繊維強化樹脂製筒体本体部30との間のシール性及び嵌合性をともに向上することができる。
In the
Therefore, the
また、本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)2Aの製造方法は、金属部材の外周面上に、シール部を配置するシール部配置工程(ステップS5)と、前記金属部材の前記外周面上に、前記シール部上にも位置するように繊維を配置する繊維配置工程(ステップS6A~S6C)と、前記繊維に樹脂を含浸させて硬化させることによって、繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂層形成工程(ステップS10)と、を含む。
したがって、動力伝達軸2Aの製造方法によると、簡易な構造でシール性を向上した動力伝達軸2Aを製造することができる。
Furthermore, the manufacturing method of the power transmission shaft (fiber-reinforced resin cylindrical body) 2A according to the first embodiment of the present invention includes a seal portion arrangement process (step S5) of arranging a seal portion on an outer peripheral surface of a metal member, a fiber arrangement process (steps S6A to S6C) of arranging fibers on the outer peripheral surface of the metal member so that they are also positioned on the seal portion, and a fiber-reinforced resin layer formation process (step S10) of forming a fiber-reinforced resin layer by impregnating the fibers with resin and curing the resin.
Therefore, according to the method for manufacturing the
動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)2Aの製造方法は、前記繊維配置工程と前記繊維強化樹脂層形成工程との間に実行される、前記繊維の端部上に固定部材を配置することによって、前記繊維を固定する固定工程(ステップS7)と、前記繊維強化樹脂層形成工程の後に実行される、前記繊維強化樹脂層のうち前記固定部材が配置された部位を除去する除去工程(ステップS13)と、を含む。
したがって、動力伝達軸2Aの製造方法によると、製造段階において繊維のずれを防止することができる。
The manufacturing method of the power transmission shaft (fiber-reinforced resin cylindrical body) 2A includes a fixing step (step S7) of fixing the fibers by placing fixing members on the ends of the fibers, which is performed between the fiber arrangement step and the fiber-reinforced resin layer formation step, and a removal step (step S13) of removing the portion of the fiber-reinforced resin layer where the fixing members are arranged, which is performed after the fiber-reinforced resin layer formation step.
Therefore, according to the method for manufacturing the
動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)2Aの製造方法では、前記除去工程において、前記繊維強化樹脂層は、前記シール部の端面が前記繊維強化樹脂層の端面から露出するように除去される。
したがって、動力伝達軸2Aの製造方法によると、繊維強化樹脂層の端部と金属部材との境界部におけるシール性を向上した動力伝達軸2Aを製造することができる。
In the method for manufacturing the power transmission shaft (fiber-reinforced resin cylindrical body) 2A, in the removing step, the fiber-reinforced resin layer is removed so that an end face of the sealing portion is exposed from an end face of the fiber-reinforced resin layer.
Therefore, according to the method for manufacturing the
<第二の実施形態>
続いて、本発明の第二の実施形態に係る動力伝達軸について、第一の実施形態に係る動力伝達軸2Aとの相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a power transmission shaft according to a second embodiment of the present invention will be described, focusing on the differences from the
図14に示すように、本発明の第二の実施形態に係る動力伝達軸2Bにおいて、ステップS13の実行後の第一のシール部61の第二の端部側の端面は、繊維強化樹脂層すなわち繊維強化樹脂製筒体本体部30によって被覆されている。また、図示を省略するが、ステップS13の実行後の第二のシール部62の第二の端部側の端面は、繊維強化樹脂層すなわち繊維強化樹脂製筒体本体部30によって被覆されている。
As shown in FIG. 14, in the
すなわち、ステップS13において、繊維強化樹脂層のうち、第一のシール部61及び第一の固定部材71の間となる位置よりも軸方向外側の部位が、切削等によって除去される。また、繊維強化樹脂層のうち、第二のシール部62及び第二の固定部材72の間となる位置よりも軸方向外側の部位が、切削等によって除去される。
That is, in step S13, a portion of the fiber-reinforced resin layer that is axially outward from the position between the
本発明の第二の実施形態に係る動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)2Bにおいて、前記シール剤の端面は、前記繊維強化樹脂層によって被覆されている。
したがって、動力伝達軸2Bは、シール部を好適に保護することができる。
In a power transmission shaft (fiber-reinforced resin cylindrical body) 2B according to the second embodiment of the present invention, the end face of the sealing agent is covered with the fiber-reinforced resin layer.
Therefore, the
また、本発明の第二の実施形態に係る動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)2Bの製造方法は、前記除去工程において、前記繊維強化樹脂層は、前記シール部の端面が前記繊維強化樹脂層によって被覆されるように除去される。
したがって、動力伝達軸2Bの製造方法によると、シール部が好適に保護された動力伝達軸2Bを製造することができる。
In addition, in the manufacturing method of a power transmission shaft (fiber-reinforced resin cylindrical body) 2B according to a second embodiment of the present invention, in the removal process, the fiber-reinforced resin layer is removed so that the end face of the sealing portion is covered by the fiber-reinforced resin layer.
Therefore, according to the manufacturing method of the
<第三の実施形態>
続いて、本発明の第三の実施形態に係る動力伝達軸について、第一の実施形態に係る動力伝達軸2Aとの相違点を中心に説明する。
Third Embodiment
Next, a power transmission shaft according to a third embodiment of the present invention will be described, focusing on the differences from the
図15に示すように、本発明の第三の実施形態に係る動力伝達軸2Cにおいて、第一のシール部61は、第一の金属部材40の非セレーション部41及びセレーション部42に跨って連続的に配置されている。セレーション部42上の第一のシール部61は、その外周面がセレーション部42の山部及び谷部の形状に倣っており、セレーション部42の機能を維持するように配置されている。
As shown in FIG. 15, in a
本発明の第三の実施形態に係る動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)2Cにおいて、前記シール部は、前記セレーション部42上及び前記非セレーション部41上に連続して配置されている。
したがって、動力伝達軸2Cは、セレーション部42,52においてもシール性を向上することができる。
In a power transmission shaft (fiber-reinforced resin cylindrical body) 2C according to the third embodiment of the present invention, the seal portion is disposed continuously on the
Therefore, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変形可能である。例えば、マンドレル本体10の大径部(本体部)11は、当該大径部11の中央部から両端部に向かうにつれて径が小さくなる樽形状に膨張してもよく、軸方向にわたって同一径の円筒形状に膨張してもよい。かかる膨張形状は、成形装置(金型)100において大径部11が設置される部位の内周面の形状によって適宜設定可能である。また、マンドレル本体10内に流入されて充填される流体は、マンドレル本体10内を加圧するのに加えて、マンドレル本体10の外周面に配置された熱硬化性樹脂を硬化させるために加熱するためのものであってもよい。なお、かかる流体が加熱を行わない加圧用流体である場合には、熱硬化性樹脂は、別の熱源によって加熱される。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as appropriate within the scope of the present invention. For example, the large diameter portion (main body portion) 11 of the
また、マンドレル本体10は、ステップS9における樹脂34や成形装置(金型)100の熱によって溶融して除去される構成であってもよい。その他の熱、電気、振動等のエネルギーによってマンドレル本体10を溶融して除去することも可能である。また、各炭素繊維層31~33は、互いに織り込まれた、いわゆるクリンプ構造を呈してもよい。また、変形例として、繊維体は、炭素繊維に限定されず、樹脂層を強化可能な繊維部材(例えば、ガラス繊維、セルロース繊維等)であればよい。
The
1 マンドレル
2A,2B,2C 動力伝達軸(繊維強化樹脂製筒体)
10 マンドレル本体
30 繊維強化樹脂製筒体本体部
40 第一の金属部材(金属部材)
41 非セレーション部
42 セレーション部
50 第二の金属部材(金属部材)
61 第一のシール部(シール剤、シール材)
62 第二のシール部(シール剤、シール材)
1
10
41
61 First sealing portion (sealing agent, sealing material)
62 Second sealing portion (sealing agent, sealing material)
Claims (11)
前記金属部材の外周面上に、当該外周面の一部を覆うように前記金属部材と一体となって配置される繊維強化樹脂層と、
前記金属部材と前記繊維強化樹脂層との間に、前記繊維強化樹脂層が配置される前に配置されるシール部と、
を備える繊維強化樹脂製筒体。 A metal member;
A fiber reinforced resin layer is disposed on an outer peripheral surface of the metal member so as to cover a portion of the outer peripheral surface and be integral with the metal member;
A seal portion disposed between the metal member and the fiber reinforced resin layer before the fiber reinforced resin layer is disposed;
A fiber-reinforced resin cylindrical body comprising:
請求項1に記載の繊維強化樹脂製筒体。 The sealing portion is a sealant that is liquid, gel or cream-like when placed and hardens during or after placement of the fiber reinforced resin layer;
The fiber-reinforced resin cylinder according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の繊維強化樹脂製筒体。 The fiber reinforced resin layer is formed by arranging fibers on the outer circumferential surface of the metal member, impregnating the fibers with resin, and curing the resin.
The fiber-reinforced resin cylinder according to claim 1 or 2.
請求項1又は請求項2に記載の繊維強化樹脂製筒体。 The end surface of the sealing portion is exposed from the end surface of the fiber reinforced resin layer.
The fiber-reinforced resin cylinder according to claim 1 or 2.
請求項1又は請求項2に記載の繊維強化樹脂製筒体。 The end surface of the seal portion is covered with the fiber reinforced resin layer.
The fiber-reinforced resin cylinder according to claim 1 or 2.
前記繊維強化樹脂層は、前記セレーション部と前記非セレーション部の一部とを覆うように配置されており、
前記シール部は、前記非セレーション部上に配置されている、
請求項1又は請求項2に記載の繊維強化樹脂製筒体。 the metal member has a serrated portion formed in an axial portion on the outer circumferential surface and a non-serrated portion formed in the axial portion on the outer circumferential surface,
The fiber reinforced resin layer is arranged to cover the serrated portion and a portion of the non-serrated portion,
The sealing portion is disposed on the non-serrated portion.
The fiber-reinforced resin cylinder according to claim 1 or 2.
請求項6に記載の繊維強化樹脂製筒体。 The sealing portion is disposed continuously on the serrated portion and the non-serrated portion.
The fiber-reinforced resin cylinder according to claim 6.
前記金属部材の前記外周面上に、前記シール部上にも位置するように繊維を配置する繊維配置工程と、
前記繊維に樹脂を含浸させて硬化させることによって、繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂層形成工程と、
を含む繊維強化樹脂製筒体の製造方法。 a seal portion disposing step of disposing a seal portion on an outer circumferential surface of the metal member;
a fiber arranging step of arranging fibers on the outer circumferential surface of the metal member so as to be located also on the seal portion;
A fiber reinforced resin layer forming step of forming a fiber reinforced resin layer by impregnating the fibers with a resin and curing the resin;
A method for manufacturing a fiber-reinforced resin cylindrical body comprising:
前記繊維強化樹脂層形成工程の後に実行される、前記繊維強化樹脂層のうち前記固定部材が配置された部位を除去する除去工程と、
を含む請求項8に記載の繊維強化樹脂製筒体の製造方法。 A fixing step of fixing the fibers by placing a fixing member on an end of the fibers, which is performed between the fiber arrangement step and the fiber reinforced resin layer formation step;
A removal process for removing a portion of the fiber reinforced resin layer in which the fixing member is arranged, which is performed after the fiber reinforced resin layer forming process;
The method for producing the fiber-reinforced resin cylinder according to claim 8, further comprising:
請求項9に記載の繊維強化樹脂製筒体の製造方法。 In the removing step, the fiber reinforced resin layer is removed so that an end surface of the sealing portion is exposed from an end surface of the fiber reinforced resin layer.
A method for producing the fiber-reinforced resin cylinder according to claim 9.
請求項9に記載の繊維強化樹脂製筒体の製造方法。 In the removing step, the fiber reinforced resin layer is removed so that the end surface of the sealing portion is covered by the fiber reinforced resin layer.
A method for producing the fiber-reinforced resin cylinder according to claim 9.
Publications (1)
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JP2024088308A true JP2024088308A (en) | 2024-07-02 |
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