JP3191528B2 - Propeller shaft and method of manufacturing the same - Google Patents

Propeller shaft and method of manufacturing the same

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JP3191528B2
JP3191528B2 JP25520593A JP25520593A JP3191528B2 JP 3191528 B2 JP3191528 B2 JP 3191528B2 JP 25520593 A JP25520593 A JP 25520593A JP 25520593 A JP25520593 A JP 25520593A JP 3191528 B2 JP3191528 B2 JP 3191528B2
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reinforcing fiber
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body tube
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、自動車等のプロペラ
シャフトおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a propeller shaft for an automobile or the like and a method for manufacturing the same.

【0002】[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(繊維強化プラスチック)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。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been strongly desired to reduce the weight of automobiles for the purpose of improving fuel efficiency from the viewpoint of energy saving. As one of the means, it has been studied to replace the propeller shaft from one made of metal with one made of FRP (fiber reinforced plastic). At this time, there are various types of reinforcing fibers to be used. For example, carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, and the like have been studied. Among them, CFRP in which carbon fibers are used as reinforcing fibers is particularly preferred in terms of strength and elastic modulus. (Carbon fiber reinforced plastic) is considered to be promising.

【0003】自動車のプロペラシャフトは、エンジンか
ら発生する大きなトルクを伝達する必要があることか
ら、100〜400kgf・m程度の捩り強度を必要と
する。これまでのCFRP製プロペラシャフト、特にそ
の本体筒部は、特開平2−236014号公報等に記載
されているように、必要なトルクを伝達させるために積
層角度とその積層構成、シャフトのサイズ(内径、外
径、肉厚)、使用する強化繊維の種類、繊維の含有率な
どをパラメータとして設計されている。これらの設計パ
ラメータを使うと、プロペラシャフトの特性をある程度
まで予測することは可能であるが、往々にして、設計上
期待されるプロペラシャフトの捩り強度と、実際に成形
したプロペラシャフトの特性とが大きく異なることがあ
り、問題となる場合があった。このような時には、設計
上の安全率を必要以上に高くすることで対処する以外に
方法がなかった。
[0003] A propeller shaft of an automobile needs to transmit a large torque generated from an engine, and therefore needs a torsional strength of about 100 to 400 kgfm. Conventional propeller shafts made of CFRP, in particular, the main body cylindrical portion thereof, have a laminating angle, a laminating configuration, and a shaft size (see, for example, JP-A-2-236014) for transmitting necessary torque. It is designed with parameters such as inner diameter, outer diameter, and wall thickness), the type of reinforcing fiber to be used, and the fiber content. By using these design parameters, it is possible to predict the properties of the propeller shaft to some extent, but often the torsional strength of the propeller shaft expected from the design and the properties of the actually formed propeller shaft are often It could be very different and could be problematic. In such a case, there is no other way than to cope with the problem by increasing the design safety factor more than necessary.

【0004】また、FRP製あるいはCFRP製プロペ
ラシャフトにおいては、本体筒はFRPあるいはCFR
Pで構成されるものの、継手は金属製であるから、全体
がスチール製であるプロペラシャフトのように溶接によ
り接合することは不可能である。この本体筒と金属製継
手との接合強度についても、上述のねじり強度を達成す
る必要があるが、そのための圧入等の条件、仕様につい
て、必ずしも確立されているとは言い難い。
In a propeller shaft made of FRP or CFRP, the main body cylinder is made of FRP or CFR.
Although made of P, the joint is made of metal, so that it is impossible to join by welding like a propeller shaft made entirely of steel. It is necessary to achieve the above-mentioned torsional strength with respect to the joining strength between the main body cylinder and the metal joint, but it is hard to say that conditions and specifications such as press-fitting for this purpose are not necessarily established.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来のFRP製プロペラシャフトの上述した問題点を解決
し、FRP製本体筒に期待通りの高い捩り強度を発揮さ
せることが可能なプロペラシャフト、およびその製造方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the conventional FRP propeller shaft and to make the FRP main body cylinder exhibit a high torsional strength as expected. , And a method of manufacturing the same.

【0006】もう一つの目的は、好ましくは、FRP製
本体筒と金属製継手との接合部について、高い捩り強度
を発揮できる仕様を確立するとともに、そのための望ま
しい構造を提供することにある。
It is another object of the present invention to preferably establish a specification capable of exhibiting high torsional strength and to provide a desirable structure for the joint between the FRP main body cylinder and the metal joint.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のプロペラシャフトは、FRP製本体筒を
有するプロペラシャフトにおいて、本体筒の、回転軸と
直交する断面をみたとき、隣接する強化繊維束間を少な
くとも周方向に延びる境界が形成され、その境界が、本
体筒の径方向に対して凹凸を形成しながら延びている
とを特徴とするものからなる。
To achieve the above object, according to the Invention The propeller shaft of the present invention is a propeller shaft having a FRP binding body tube, when viewed cross-section perpendicular to the main body tube, a rotary shaft, in contact with adjacent small between the reinforcing fiber bundles
Are boundary formed extending in Kutomo circumferential direction, the boundary consists of those characterized by the this <br/> extending while forming irregularities for the radial direction of the main body tube.

【0008】上記境界は、本体筒の周方向に対しても
凸を形成しながら連続的に延びていることが好ましい。
たとえば、前記回転軸と直交する断面における個々の強
化繊維束の断面形状が多角形であり、該断面において
いに隣接する強化繊維束間に形成される境界が、両強化
繊維束の各多角形の少なくとも2頂点および該2頂点間
1辺を含むように形成されている構造である。
[0008] the boundary is preferably also against the circumferential direction of the main body tube extends continuously while forming a concave <br/> convex.
For example, the cross-sectional shape of each of the reinforcing fiber bundle in a cross section perpendicular to the rotation axis is polygonal, the boundary formed between the reinforcing fiber bundle adjacent to each other <br/> physician in the cross section is, both reinforced
At least two vertices of each polygon of the fiber bundle and between the two vertices
A structure is formed to include a one side of the.

【0009】このような断面構造は、とくに、個々の強
化繊維束に撚りをかけることで達成可能となる。そこで
本発明に係るプロペラシャフトの製造方法は、FRP製
本体筒を有するプロペラシャフトの製造方法において、
本体筒の製造工程が、個々の強化繊維束に撚りをかける
工程と、撚りがかけられた強化繊維束をマンドレルに巻
き付ける工程と、を含んでいることを特徴とする方法か
らなる。
Such a cross-sectional structure can be achieved, in particular, by twisting individual reinforcing fiber bundles. Therefore, a method for manufacturing a propeller shaft according to the present invention includes a method for manufacturing a propeller shaft having an FRP main body cylinder,
The method of manufacturing a main body tube comprises a step of twisting individual reinforcing fiber bundles and a step of winding the twisted reinforcing fiber bundle around a mandrel.

【0010】さらに好ましくは、本発明に係るプロペラ
シャフトの製造方法は、FRP製本体筒を有するプロペ
ラシャフトの製造方法において、本体筒の製造工程が、
(イ)個々の強化繊維束に撚りをかける工程と、(ロ)
撚りがかけられた強化繊維束を複数本引き揃える工程
と、(ハ)引き揃えられた複数本の強化繊維束をマンド
レルに巻き付ける工程と、(ニ)マンドレルに巻き付け
る際の、複数本の強化繊維束の巾Wと、円周方向の巻き
付け数Nと、巻き付け角θと、巻き付け径dと、円周率
πとの関係を、 W×N>πdcosθ となるように調整する工程と、を有することを特徴とす
る方法からなる。
Still preferably, in a method for manufacturing a propeller shaft according to the present invention, the method for manufacturing a propeller shaft having a main body cylinder made of FRP includes a step of manufacturing the main body cylinder.
(B) twisting individual reinforcing fiber bundles;
A step of aligning a plurality of twisted reinforcing fiber bundles; (c) a step of winding a plurality of aligned reinforcing fiber bundles around a mandrel; and (d) a plurality of reinforcing fibers when winding the mandrel. Adjusting the relationship among the bundle width W, the number of windings N in the circumferential direction, the winding angle θ, the winding diameter d, and the circular constant π such that W × N> πdcos θ. And a method characterized by the following.

【0011】FRPの様な積層構造材料の場合、通常ひ
とつの層の中では強化繊維のモノフィラメントを均一に
分散させる。すなわち、FRPの特性に関する繊維量が
どこをとっても均質となる様にすることで材料特性の安
定化を図ることが常道となっている。従来のプロペラシ
ャフトは、この考え方に基づいて設計されているので、
プロペラシャフトの回転軸と直交する断面においては、
強化繊維のモノフィラメントが均一に分散した層が、同
心円状に重なる積層構造を成している。この場合、重な
り合う層と層は強化繊維の強化方向(積層角度)が異な
るので、層間の境界は明確であり、この層間は、強化層
と同心円状の薄い樹脂層(強化繊維はない)となってい
る。この様なプロペラシャフトにトルクを負荷した場
合、捩りトルクに応じた剪断応力が、各層にシャフトの
半径方向に分布して生じるが、その時、上述の同心円状
に存在する樹脂層は剪断強度が低いために、この層が破
壊の起点となる。その結果、強化繊維で強化したことに
より期待される捩り強度よりも低い強度レベルで、プロ
ペラシャフトは破壊してしまうのである。
In the case of a laminated structural material such as FRP, monofilaments of reinforcing fibers are usually uniformly dispersed in one layer. That is, it is a common practice to stabilize the material characteristics by making the fiber amount related to the characteristics of FRP uniform everywhere. Conventional propeller shafts are designed based on this concept,
In the cross section perpendicular to the rotation axis of the propeller shaft,
A layer in which monofilaments of the reinforcing fibers are uniformly dispersed forms a laminated structure in which the layers are concentrically overlapped. In this case, since the overlapping layers and the layers have different reinforcing directions (lamination angles) of the reinforcing fibers, the boundaries between the layers are clear, and between these layers, there is a thin resin layer concentric with the reinforcing layer (no reinforcing fibers). ing. When a torque is applied to such a propeller shaft, a shear stress corresponding to the torsional torque is generated in each layer in a radial direction of the shaft. At this time, the resin layer existing in a concentric shape described above has a low shear strength. Therefore, this layer is a starting point of the destruction. As a result, the propeller shaft breaks at a strength level lower than the torsional strength expected from reinforcement with the reinforcing fibers.

【0012】この破壊機構に鑑み、本発明者らは、FR
Pは積層角度の異なる層の積層構造である以上、ごく薄
い、層間の樹脂層の存在は回避し得ないが、樹脂層が同
心円状に存在し、トルク負荷によって生ずる半径方向に
分布する剪断応力を、この薄い樹脂層のみで受ける従来
の状態を打解する構造を鋭意研究した結果、上記本発明
に至ったものである。
In view of this destruction mechanism, the present inventors have proposed FR
Since P is a laminated structure of layers having different lamination angles, the existence of an extremely thin, inter-layer resin layer cannot be avoided, but the resin layer exists concentrically and is distributed in the radial direction due to a torque load. As a result of diligent research on a structure that resolves the conventional state in which only a thin resin layer is used, the present invention has been achieved.

【0013】すなわち、強化繊維束間に境界を形成し、
その境界を周方向にみた場合、径方向に対して凹凸を有
する構造とすることで、FRP製筒状体(本体筒)の半
径方向に分布する剪断応力を、剪断強度の低い、薄い樹
脂層のみで受けることを避けるようにしたものである。
しかも、強化繊維束同士が物理的に(幾何学的に)かみ
合った断面構造とすることが可能であり、負荷されたト
ルクを効率良く伝達し、設計上予測される捩り強度の発
現率を高めることが可能となる。
That is, a boundary is formed between the reinforcing fiber bundles,
When viewed the boundary in the circumferential direction, by the structure having unevenness against radially, FRP made cylindrical body shear stress distribution in the radial direction of the (main body tube), low shear strength, thin resin layer Only to avoid receiving it.
In addition, it is possible to form a cross-sectional structure in which the reinforcing fiber bundles are physically (geometrically) engaged with each other, efficiently transmit the applied torque, and increase the rate of occurrence of the torsional strength predicted by design. It becomes possible.

【0014】この強化繊維束同士の境界を存在させうる
構造は、撚りのかかった強化繊維束とすることで得られ
る。撚りは、繊維の種類、強化繊維束を構成するモノフ
ィラメントの集束本数によって適切な値があるが、2〜
20ターン/mが良い。20ターン/mを超える撚りの
付与は、樹脂含浸が不可能になるおそれがあるため好ま
しくない。2ターン/m未満では、強化繊維束の形態が
安定せず、成形されたプロペラシャフトの捩り強度発現
率の向上の効果を得ることができない。また、強化繊維
束に撚りを付与することは、成形時の糸の通過性を向上
させ、生産能率を上げられるという利点もある。
The structure in which the boundaries between the reinforcing fiber bundles can exist can be obtained by forming a twisted reinforcing fiber bundle. Twisting has an appropriate value depending on the type of fiber and the number of monofilaments constituting the reinforcing fiber bundle.
20 turns / m is good. It is not preferable to apply a twist exceeding 20 turns / m, because resin impregnation may become impossible. If it is less than 2 turns / m, the form of the reinforcing fiber bundle is not stable, and the effect of improving the torsional strength expression rate of the formed propeller shaft cannot be obtained. Also, twisting the reinforcing fiber bundle has the advantage of improving the yarn passage property during molding and increasing the production efficiency.

【0015】本発明のFRP製プロペラシャフトの製造
方法には、フィラメントワインディング成形法が用いら
れる。使用される個々の強化繊維束に、仕様に応じた撚
数を付与し、それを複数本、交差しないように引き揃え
る。そのまま強化繊維束に樹脂を含浸させ、引き揃えた
状態を乱すことのないようにマンドレルに巻き付ける。
このとき、マンドレルに巻き付ける際の幅Wと、円周方
向の巻き付け数N(整数)を、巻き付け角度θ、巻き付
け径d、円周率πから、 W×N>πdcosθ となるように調整して成形する。
In the method of manufacturing the propeller shaft made of FRP of the present invention, a filament winding molding method is used. The number of twists according to the specification is given to each reinforcing fiber bundle used, and a plurality of twists are arranged so as not to intersect. The reinforcing fiber bundle is directly impregnated with the resin and wound around a mandrel so as not to disturb the aligned state.
At this time, the width W when wound around the mandrel and the number of windings N (integer) in the circumferential direction are adjusted from the winding angle θ, the winding diameter d, and the circular constant π such that W × N> πdcos θ. Molding.

【0016】W×N≦dcosθでは、強化繊維束間の
隙間を埋めるように糸が広がろうとするため、強化繊維
束の断面形状は偏平、すなわち長方形になり、強化繊維
間に形成される境界が同心円状に連続し、自動車等の
プロペラシャフトに必要な捩り強度が得られない恐れが
あるため好ましくない。
[0016] In W × N ≦ dcosθ, to try to spread the thread to fill the gaps between the reinforcing fiber bundle, the cross-sectional shape of the reinforcing fiber bundle is flat, i.e. becomes a rectangle, is formed between the reinforcing fiber bundle The boundary is concentric and continuous, and the torsional strength required for a propeller shaft of an automobile or the like may not be obtained, which is not preferable.

【0017】本体筒の捩り強度は、特に自動車用プロペ
ラシャフトにおいては、100〜400kgf・m程度
であることが要求されている。プロペラシャフトにおい
て必要な100〜400kgf・m以上の捩り強度を達
成するために、強化繊維の±5〜±30°のヘリカル巻
による単一構成とするか、±5〜±30のヘリカル巻と
±75〜90°のヘリカル巻とを併用したハイブリッド
構成にするのが好ましい。±5°未満でも±30°を超
えても捩り強度は低くなる。また、±30°を超える
と、本体筒の外径が大きくなって自動車の限られた床下
空間への配置が難しくなる。もっとも、これ以外の角度
で配列された強化繊維を含んでいてもよく、種類の異な
る強化繊維を含んでいてもよい。上記強化繊維の巻き構
成は、後述の、FRP製本体筒と金属製継手との接合部
において、目標とする撚り強度を得ようとする場合の巻
き構成と共通している。
The torsional strength of the main body cylinder is required to be about 100 to 400 kgf · m, especially for a propeller shaft for an automobile. In order to achieve the required torsional strength of 100 to 400 kgf · m or more in the propeller shaft, a single structure of helical winding of ± 5 ± 30 ° of the reinforcing fiber or ± 5 ± 30 helical winding and ± It is preferable to use a hybrid configuration using a helical winding of 75 to 90 ° in combination. The torsional strength is low even if it is less than ± 5 ° or exceeds ± 30 °. On the other hand, when the angle exceeds ± 30 °, the outer diameter of the main body cylinder becomes large, and it is difficult to arrange the main body cylinder in a limited underfloor space of an automobile. However, reinforcing fibers arranged at other angles may be included, or different types of reinforcing fibers may be included. The winding configuration of the reinforcing fiber is common to a winding configuration in a case where a target twist strength is to be obtained at a joint between the FRP main body cylinder and the metal joint, which will be described later.

【0018】本発明のFRP製プロペラシャフトを構成
するマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和
ポリエステル等の熱硬化性樹脂を使用するが、他の樹
脂、たとえば、ポリアミド、ポリカーボネード、ポリエ
ーテルイミド等の熱可塑性樹脂でもよい。
As the matrix resin constituting the FRP propeller shaft of the present invention, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, a vinyl ester resin, and an unsaturated polyester is used. And thermoplastic resins such as polyamide, polycarbonate and polyetherimide.

【0019】また、強化繊維についても、炭素繊維に限
らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維等を使用する
ことが可能であり、これらを併用することも可能であ
る。
The reinforcing fibers are not limited to carbon fibers, but may be glass fibers, aramid fibers, or the like, and may be used in combination.

【0020】自動車用FRP製プロペラシャフトにおい
ては、上述の如きFRP製本体筒の捩り強度確保ととも
に、FRP製本体筒と金属製継手との接合部について
も、100〜400kgf・m以上の捩り強度が要求さ
れる。
In the FRP propeller shaft for an automobile, the torsion strength of the FRP main body cylinder as described above is ensured, and the torsion strength of 100 to 400 kgf · m or more is also achieved at the joint between the FRP main body cylinder and the metal joint. Required.

【0021】この要求を満たすために、本発明に係るプ
ロペラシャフトは、FRP製本体筒の端部に、金属製継
手が圧入により接合されたプロペラシャフトにおいて、 (イ)継手接合面の表面粗さが0.5〜100μm、 (ロ)継手接合部の肉厚が2〜10mm、 (ハ)半径方向圧入代が0.2〜0.5mm、 (ニ)本体筒の強化繊維層が回転軸方向に対して±5〜
±30°のヘリカル巻層単一構成、 (ホ)本体筒の肉厚が1.5〜5.0mm、 であることが好ましい。
In order to satisfy this requirement, a propeller shaft according to the present invention is a propeller shaft in which a metal joint is joined to an end of an FRP main body cylinder by press-fitting. (A) Surface roughness of joint joint surface (B) the thickness of the joint is 2 to 10 mm, (c) the radial press-fit allowance is 0.2 to 0.5 mm, and (d) the reinforcing fiber layer of the main body cylinder is in the direction of the rotation axis. ± 5
(E) Preferably, the thickness of the main body cylinder is 1.5 to 5.0 mm .

【0022】また、ハイブリッド構成とする場合の、本
発明に係るプロペラシャフトは、FRP製本体筒の端部
に、金属製継手が圧入により接合されたプロペラシャフ
トにおいて、 (イ)継手接合面の表面粗さが0.5〜100μm、 (ロ)継手接合部の肉厚が2〜10mm、 (ハ)半径方向圧入代が0.2〜0.5mm、 (ニ)本体筒の強化繊維層が、回転軸方向に対して±5
〜±30°のヘリカル巻層およびと±75〜90°の円
周巻層のハイブリッド構成、 (ホ)本体筒の肉厚が1.5〜5.0mm、前記ヘリカ
ル巻層の厚さが1.3〜4.3mm、円周巻層の厚さが
0.2〜0.7mm、 であることが好ましい。
The propeller shaft according to the present invention in the case of a hybrid configuration is a propeller shaft in which a metal joint is joined to an end of an FRP main body cylinder by press-fitting. (B) the thickness of the joint joint is 2 to 10 mm, (c) the radial press-fit allowance is 0.2 to 0.5 mm, and (d) the reinforcing fiber layer of the main body tube is ± 5 for rotation axis direction
A hybrid configuration of a helical winding layer of up to ± 30 ° and a circumferential winding layer of ± 75 to 90 °; (e) the thickness of the main body cylinder is 1.5 to 5.0 mm, and the thickness of the helical winding layer is 1 0.3 to 4.3 mm, and the thickness of the circumferentially wound layer is preferably 0.2 to 0.7 mm .

【0023】FRP製本体筒と金属製継手との接合部を
上述のように最適化することにより、接合部においても
十分な捩り強度が達成される。さらには、接合部におけ
る疲労強度も向上され、150℃程度の高温に晒された
後にも、接合強度の低下の少ない接合が可能となる。
By optimizing the joint between the FRP body cylinder and the metal joint as described above, a sufficient torsional strength can be achieved also at the joint. Further, the fatigue strength at the joint is also improved, so that the joint can be joined with less decrease in the joint strength even after being exposed to a high temperature of about 150 ° C.

【0024】上記本体筒の端部には、本体筒の外部又は
/および内部にFRPの補強層が設けられることが好ま
しい。この外部補強層又は/および内部補強層の好まし
い仕様は、強化繊維の巻角度が±75°〜90°、肉厚
が2〜5mm、軸方向長さが前記継手の接合長の1.1
〜1.5倍のものである。
It is preferable that a reinforcing layer of FRP is provided at the end of the main body tube outside and / or inside the main body tube. The preferred specifications of the outer reinforcing layer and / or the inner reinforcing layer are such that the reinforcing fiber has a winding angle of ± 75 ° to 90 °, a wall thickness of 2 to 5 mm, and an axial length of 1.1 times the joint length of the joint.
It is about 1.5 times.

【0025】そして、この補強層に用いられる強化繊維
束は、高強度糸からなることが好ましい。ここで高強度
糸とは、強化繊維の破断伸度が1.6%以上、好ましく
は2.0%以上のものを言う。
The reinforcing fiber bundle used for the reinforcing layer is preferably made of a high-strength yarn. Here, a high-strength yarn refers to a yarn having a breaking elongation of 1.6% or more, preferably 2.0% or more.

【0026】このような高強度糸を用いた上記補強層を
設けることにより、継手圧入接合時のFRP製本体筒の
許容歪量を高く設計できるので、圧入時の圧入代を多く
とることが可能となり、より信頼性、接合強度の高い接
合部を得ることができる。
By providing the above-mentioned reinforcing layer using such a high-strength yarn, the allowable strain of the FRP main body cylinder at the time of joint press-fitting can be designed to be high, so that the press-fit allowance at press-fitting can be increased. Thus, a joint having higher reliability and higher joint strength can be obtained.

【0027】なお、本発明のプロペラシャフトにおいて
は、FRP製本体筒と金属製継手との間の適当な位置
(たとえば、各部材端部位置)に、シール材を配設して
もよい。シール材としては、樹脂、リング状弾性体、フ
イルム等が適当である。このようなシール材配設によ
り、水分等の進入をより確実に防止し、接合部の腐食を
防止することができる。
In the propeller shaft of the present invention, a sealing material may be provided at an appropriate position (for example, at the end of each member) between the FRP main body cylinder and the metal joint. As the sealing material, a resin, a ring-shaped elastic body, a film and the like are suitable. By providing such a sealing material, it is possible to more reliably prevent entry of moisture and the like, and prevent corrosion of the joint.

【0028】また、金属製継手を圧入する際、圧入用治
具で継手を把持する必要があるが、確実に把持できるよ
う、かつ、圧入力によって継手が破損しないよう、継手
に、圧入用治具の係止または係合部を設けておくことが
好ましい。このような係止または係合部は、継手の外面
の適当な位置に、段付部または溝部を形成することによ
り構成できる。
When a metal joint is press-fitted, it is necessary to grip the joint with a press-fitting jig. However, the press-fitting jig is applied to the joint so that it can be securely gripped and the joint is not damaged by press-fitting. It is preferable to provide a locking or engaging portion for the tool. Such a locking or engaging portion can be formed by forming a step portion or a groove portion at an appropriate position on the outer surface of the joint.

【0029】また、金属製継手の圧入力を極力低減し
て、効率よく圧入するためには、以下のような方法が有
効である。 継手の温度を下げ、FRP製本体筒端部の温度を上げ
て圧入する。 接着剤を潤滑剤として用いる。 圧入後には残らない、揮発性の液状潤滑剤を用いる。
In order to reduce the press-fitting of the metal joint as much as possible and to press-fit it efficiently, the following method is effective. The temperature of the joint is lowered, and the temperature of the end of the FRP main body cylinder is raised and press-fitted. An adhesive is used as a lubricant. Use a volatile liquid lubricant that does not remain after press-fitting.

【0030】さらに、金属製継手にバランスウエイト取
付部を設けて、該取付部に適当なバランスウエイトを溶
接等によって付加することにより、プロペラシャフト完
成後のバランスを調整することが可能である。このバラ
ンスウエイト取付部の周囲、とくに、バランスウエイト
取付部と、接合されるFRP製本体筒との間の部分の継
手外面に、冷却フィンを形成しておくと、バランスウエ
イトを接合する際の溶接熱がFRP製本体筒側に伝わる
のを抑制することができる。
Further, it is possible to adjust the balance after the completion of the propeller shaft by providing a balance weight mounting portion on the metal joint and adding an appropriate balance weight to the mounting portion by welding or the like. If cooling fins are formed around the balance weight attachment part, especially on the joint outer surface at the portion between the balance weight attachment part and the FRP main body tube to be joined, welding at the time of joining the balance weight can be performed. The transmission of heat to the FRP main body cylinder side can be suppressed.

【0031】[0031]

【実施例】図1は、本発明の一実施例に係るプロペラシ
ャフトを示している。FRP製本体筒1の両端部には外
部補強層2が設けられ、FRP製本体筒1の端部に金属
製継手2が圧入接合されている。この本体筒1端部外周
には、軸方向長さが圧入部よりも若干長い、外部補強層
3が設けられている。
FIG. 1 shows a propeller shaft according to an embodiment of the present invention. External reinforcing layers 2 are provided at both ends of the FRP main body cylinder 1, and a metal joint 2 is press-fitted to an end of the FRP main body cylinder 1. An outer reinforcing layer 3 whose axial length is slightly longer than the press-fit portion is provided on the outer periphery of the end of the main body cylinder 1.

【0032】図2は、図1のA−A断面、つまりプロペ
ラシャフトの回転軸と直交する断面において、FRP部
を拡大して示したものであり、次に説明する実施例1で
得られたものである。図3は、後述の比較例1で得られ
たプロペラシャフトの、FRP部の断面を同様に示した
ものである。
FIG. 2 shows an enlarged view of the FRP section in the AA section of FIG. 1, that is, the section orthogonal to the rotation axis of the propeller shaft, and was obtained in Example 1 described below. Things. FIG. 3 similarly shows a cross section of an FRP portion of a propeller shaft obtained in Comparative Example 1 described later.

【0033】実施例1 フィラメントワインディング法によって本発明に係るC
FRP製本体筒を成形した。10ターン/mの撚りのか
けられている炭素繊維束(東レ(株)製“トレカ”M4
0、12000フィラメント)を6本引き揃え、硬化剤
および硬化促進剤を含むビスフェノールA型エポキシ樹
脂を含浸しながら、外径70mm、長さ1300mmの
マンドレルにその軸方向に対して±14°の角度で3層
巻き付けた。ことのきの樹脂含浸後の糸幅Wは、9.5
mmで、これに対し分割数を23とした。
Example 1 C according to the present invention was obtained by a filament winding method.
A body tube made of FRP was molded. 10 turn / m twisted carbon fiber bundle (“Torayca” M4 manufactured by Toray Industries, Inc.)
0, 12000 filaments), and while impregnating a bisphenol A type epoxy resin containing a curing agent and a curing accelerator, a mandrel having an outer diameter of 70 mm and a length of 1300 mm is set at an angle of ± 14 ° with respect to its axial direction. And wound three layers. The yarn width W after impregnation of the resin was 9.5.
mm, the number of divisions was 23.

【0034】炭素繊維束を巻き付けたマンドレルを回転
させながら、180℃で6時間加熱してエポキシ樹脂を
硬化させ、マンドレルを引き抜いて外径75mm、内径
70mmのCFRP製の本体筒1を得た。この本体筒1
の両端部50mmの部分を切断、除去して、金属製継手
2を取り付け、捩りトルクを負荷したところ、捩り強度
は240kgf・mであった。本体筒を回転軸と直角な
面で切断し、その断面を研磨後光学顕微鏡で観察したと
ころ、図2に示すように、各強化繊維束4は明確な境界
5をもって互いに隣接し、最も内側及び最も外側の強化
繊維束4は五角形、それ以外は六角形の形状を成して、
互いにハニカム状に積み重なっていた。
While rotating the mandrel around which the carbon fiber bundle was wound, the epoxy resin was cured by heating at 180 ° C. for 6 hours, and the mandrel was pulled out to obtain a main body cylinder 1 made of CFRP having an outer diameter of 75 mm and an inner diameter of 70 mm. This body tube 1
Was cut and removed at both ends, and the metal joint 2 was attached and a torsional torque was applied. As a result, the torsional strength was 240 kgfm. The main body tube was cut along a plane perpendicular to the rotation axis, and the cross section was polished and observed with an optical microscope. As shown in FIG. 2, each reinforcing fiber bundle 4 was adjacent to each other with a clear boundary 5, The outermost reinforcing fiber bundle 4 has a pentagonal shape, and the rest has a hexagonal shape.
The honeycombs were stacked on each other.

【0035】比較例1 撚りのかけられていない炭素繊維を用いる他は、実施例
1と全く同一の方法でCFRP製本体筒を成形した。実
施例1と同様に捩りトルクを負荷したところ、捩り強度
は200kgf・mであった。回転軸と直角な面でチュ
ーブを切断し、断面を研磨後光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、各強化繊維束の境界はなく、同心円状に強化層6が
配されており、各強化層6間には薄い樹脂層7を形成し
ていた。
Comparative Example 1 A body tube made of CFRP was molded in exactly the same manner as in Example 1 except that untwisted carbon fibers were used. When a torsional torque was applied in the same manner as in Example 1, the torsional strength was 200 kgfm. When the tube was cut at a plane perpendicular to the rotation axis and the cross section was polished and observed with an optical microscope, there was no boundary between the reinforcing fiber bundles, and the reinforcing layers 6 were arranged concentrically. Formed a thin resin layer 7.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、FRP製プロペラシャ
フトの回転軸と直交する断面において、個々の強化繊維
束が隣り合う強化繊維束と境界を有し、その境界がプロ
ペラシャフト径方向に凹凸を有するようにしたので、上
述の実施例と比較例の対比からも明らかなように、設計
上期待された通りの、高い捩り強度を得ることができ
る。
According to the present invention, in a cross section orthogonal to the rotation axis of the FRP propeller shaft, each reinforcing fiber bundle has a boundary with the adjacent reinforcing fiber bundle, and the boundary is uneven in the radial direction of the propeller shaft. As is clear from the comparison between the above-described embodiment and the comparative example, it is possible to obtain high torsional strength as expected in design.

【0037】また、FRP製本体筒端部と金属製継手と
の圧入、接合部についても、本発明で示した最適条件を
適用することにより、十分に高い接合強度を得ることが
でき、自動車用プロペラシャフトとして必要な捩り強度
を十分に満足させることが可能となる。
Also, by applying the optimum conditions shown in the present invention to the press-fitting and joining portion between the end of the FRP main body cylinder and the metal joint, a sufficiently high joining strength can be obtained, and It is possible to sufficiently satisfy the torsional strength required as a propeller shaft.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るFRP製プロペラシャ
フトの部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an FRP propeller shaft according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線に沿う拡大部分断面図である。FIG. 2 is an enlarged partial sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】従来の(比較例に係る)FRP製プロペラシャ
フトの部分断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a conventional (comparative) FRP propeller shaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FRP製本体筒 2 金属製継手 3 外部補強層 4 強化繊維束 5 境界 6 強化層 7 樹脂層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 FRP main body cylinder 2 Metal joint 3 External reinforcement layer 4 Reinforcement fiber bundle 5 Boundary 6 Reinforcement layer 7 Resin layer

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−197740(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16C 3/02 B29C 70/16 (56) References JP-A-4-197740 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F16C 3/02 B29C 70/16

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 FRP製本体筒を有するプロペラシャフ
トにおいて、本体筒の、回転軸と直交する断面をみたと
、隣接する強化繊維束間を少なくとも周方向に延びる
境界が形成され、その境界が、本体筒の径方向に対して
凹凸を形成しながら延びていることを特徴とするプロペ
ラシャフト。
In the propeller shaft with claim 1] FRP binding body tube, the body tube, when viewed cross-section perpendicular to the rotation axis, <br/> boundaries extending at least in the circumferential direction between the reinforcing fiber bundles next contact is formed, their boundaries, for the radial direction of the main body tube
A propeller shaft that extends while forming irregularities .
【請求項2】 前記境界が、本体筒の周方向に対しても
凹凸を形成しながら連続的に延びている、請求項1のプ
ロペラシャフト。
Wherein said boundary, even for the circumferential direction of the main body tube extends continuously while forming a <br/> irregularities, according to claim 1 propeller shaft.
【請求項3】 前記回転軸と直交する断面における個々
の強化繊維束の形状が多角形であり、該断面において
いに隣接する強化繊維束間に形成される境界が、両強化
繊維束の各多角形の少なくとも2頂点および該2頂点間
1辺を含むように形成されている、請求項1又は2の
プロペラシャフト。
Wherein the shape of each reinforcing fiber bundle in a cross section perpendicular to the rotation axis is polygonal, the boundary formed between the reinforcing fiber bundle adjacent to each other <br/> physician in the cross section is, both Strengthen
At least two vertices of each polygon of the fiber bundle and between the two vertices
The propeller shaft according to claim 1, wherein the propeller shaft is formed to include one side of the propeller shaft.
【請求項4】 前記個々の強化繊維束の形状が六角形で
ある、請求項3のプロペラシャフト。
4. The propeller shaft according to claim 3, wherein each of the reinforcing fiber bundles has a hexagonal shape.
【請求項5】 前記個々の強化繊維束に撚りがかかって
いる、請求項1ないし4のいずれかに記載のプロペラシ
ャフト。
5. The propeller shaft according to claim 1, wherein the individual reinforcing fiber bundles are twisted.
【請求項6】 個々の強化繊維束に1mあたり2〜20
ターンの撚りがかかっている、請求項5のプロペラシャ
フト。
6. The method according to claim 1, wherein the individual reinforcing fiber bundles have 2-20
6. The propeller shaft according to claim 5, wherein the turns are twisted.
【請求項7】 FRP製本体筒を有するプロペラシャフ
トの製造方法において、本体筒の製造工程が、個々の強
化繊維束に撚りをかける工程と、撚りがかけられた強化
繊維束をマンドレルに巻き付ける工程と、を含んでいる
ことを特徴とする、プロペラシャフトの製造方法。
7. A method for manufacturing a propeller shaft having an FRP main body tube, wherein the main body tube is manufactured by twisting each reinforcing fiber bundle and winding the twisted reinforcing fiber bundle around a mandrel. And a method for manufacturing a propeller shaft.
【請求項8】 FRP製本体筒を有するプロペラシャフ
トの製造方法において、本体筒の製造工程が、 (イ)個々の強化繊維束に撚りをかける工程と、 (ロ)撚りがかけられた強化繊維束を複数本引き揃える
工程と、 (ハ)引き揃えられた複数本の強化繊維束をマンドレル
に巻き付ける工程と、 (ニ)マンドレルに巻き付ける際の、複数本の強化繊維
束の巾Wと、円周方向の巻き付け数Nと、巻き付け角θ
と、巻き付け径dと、円周率πとの関係を、 W×N>πdcosθ となるように調整する工程と、 を有することを特徴とする、プロペラシャフトの製造方
法。
8. A method for manufacturing a propeller shaft having an FRP main body tube, wherein the main tube production process includes: (a) twisting individual reinforcing fiber bundles; and (b) twisting reinforcing fibers. (C) a step of winding a plurality of aligned reinforcing fiber bundles around a mandrel; and (d) a width W of the plurality of reinforcing fiber bundles and a circle when winding the bundle around a mandrel. Number of windings N in the circumferential direction and winding angle θ
And a step of adjusting the relationship between the winding diameter d and the circular constant π such that W × N> πdcos θ is satisfied.
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