JP6540085B2 - Propeller shaft - Google Patents

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本発明は、自動車等のプロペラシャフトやロール等として用いられる繊維強化プラスチック(FRP: Fiber Reinforced Plastic)製のプロペラシャフトに関する。   The present invention relates to a propeller shaft made of fiber reinforced plastic (FRP) used as a propeller shaft or a roll of an automobile or the like.

繊維強化プラスチック製の比較的大型のパイプは、軽量で各種機械的物性に優れているので、近年、自動車のプロペラシャフトや工業用の各種回転ロール等に多用されるようになっている。例えば、自動車は、省エネルギーの観点から燃費の向上を目的とした軽量化が強く望まれており、例えば、プロペラシャフト等の軸部品では、その一つの手段として、本体筒を金属製から繊維強化プラスチック製に代替させることが行われている。プロペラシャフトの場合、プロペラシャフトの本体筒を繊維強化プラスチック製とし、その両端部に自在継手として機能する金属部品(この部品をヨークともいう)を接合する構成が採られている。   Since relatively large pipes made of fiber reinforced plastic are light in weight and excellent in various mechanical properties, they have been widely used in recent years for propeller shafts of automobiles, various types of rotating rolls for industrial use, and the like. For example, weight reduction of automobiles for the purpose of improving fuel consumption is strongly desired from the viewpoint of energy saving. For example, in shaft parts such as propeller shafts, as one means, the main cylinder is made of metal to fiber reinforced plastic An alternative to making is being done. In the case of a propeller shaft, a main body cylinder of the propeller shaft is made of fiber reinforced plastic, and a metal part (this part is also called a yoke) functioning as a universal joint is joined to both ends thereof.

繊維強化プラスチック製の本体筒を効率よく製造する方法として、例えば、フィラメントワインディング法がある。フィラメントワインディング法では、一般に、マンドレルの周囲に樹脂を含浸させた繊維又は繊維束を巻き付けた後、樹脂を硬化させ、その後マンドレルを引き抜くことによって製品、即ち、繊維強化プラスチック製の本体筒が製造される。フィラメントワインディング法で製造された製品の強度は、繊維とマンドレルの軸方向とのなす巻付け角度や繊維の配列状態の影響を大きく受ける。   As a method of efficiently producing a main tube made of fiber reinforced plastic, for example, there is a filament winding method. In the filament winding method, generally, after winding a resin-impregnated fiber or fiber bundle around a mandrel, the resin is cured and then the mandrel is pulled out to produce a product, ie, a main tube made of fiber reinforced plastic. Ru. The strength of the product produced by the filament winding method is largely influenced by the winding angle between the fibers and the axial direction of the mandrel and the state of arrangement of the fibers.

また、繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいては、本体筒は繊維強化プラスチック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、上述したような捩り接合強度を達成する必要がある。また、継手圧入部については、圧入による接合強度等を確保するために、本体筒の端部外周に、繊維強化プラスチックの外部補強層を設けることが有効であることが知られている。   Moreover, in the fiber reinforced plastic propeller shaft, although the main cylinder is made of fiber reinforced plastic, since the joint is made of metal, it can not be joined by welding like a propeller shaft made entirely of steel. It is. With regard to the joint strength between the main body cylinder and the metal joint, it is also necessary to achieve the above-mentioned torsional joint strength. In addition, it is known that it is effective to provide an outer reinforcing layer of fiber reinforced plastic around the end of the main body cylinder in order to secure the joint strength and the like by press-fitting.

繊維強化プラスチック製プロペラシャフトの本体筒は、主として繊維強化プラスチック製プロペラシャフトに優れた捩り強度や曲げ剛性を持たせるために、本体筒の軸方向に対して±5〜±45°程度の巻き角度でらせん状に強化繊維束を巻き付けたヘリカル巻層と、主としての接合強度を持たせるために本体筒の軸方向に対して±90°程度の巻き角度で強化繊維束を巻き付けたフープ巻層を組み合わせて形成することが多く行われてきている。   The main cylinder of the fiber reinforced plastic propeller shaft mainly has a winding angle of about ± 5 to ± 45 ° with respect to the axial direction of the main cylinder in order to give excellent torsional strength and bending rigidity to the fiber reinforced plastic propeller shaft. And a hoop winding layer in which the reinforcing fiber bundle is wound at a winding angle of about ± 90 ° with respect to the axial direction of the main cylinder in order to give the bonding strength mainly. It has often been formed in combination.

自動車のプロペラシャフト等の工業用の各種軸部品等は、繊維強化プラスチック製本体筒の少なくとも一方の端部にヨーク等の金属部材を挿入・接合して用いられる場合が多いため、挿入・接合部の補強向上を図る必要がある。同時に、巻き角度の異なる層間で層間破壊の防止や、マンドレルの周囲に樹脂を含浸させた繊維又は繊維束を巻き付けた後樹脂を硬化させる工程で発生する本体筒の巻かれた層がひび割れる、いわゆるクラックを防止するための各種手段も講じられている。   Since various industrial shaft parts such as propeller shafts of automobiles are often used by inserting and joining metal members such as yokes to at least one end of a fiber reinforced plastic main body cylinder, insert and joint parts Needs to be improved. At the same time, the wound layer of the main cylinder generated in the step of curing the resin after winding the fiber or fiber bundle impregnated with the resin around the mandrel is cracked, so-called cracking of the wound layer between layers with different winding angles Various measures are also taken to prevent cracking.

特許文献1(特開2000−318053号公報)では、プロペラシャフトは円筒軸(繊維強化プラスチック製パイプ)と、その両側に接合された金属部品とを備え、この円筒軸と金属部品とがセレーション結合により結合され、セレーションを円筒軸の内周面に食い込ませることで、円筒軸と金属部品とを接合している。具体的には、円筒軸は樹脂が含浸された強化繊維を層状に巻き付けることにより形成され、強化繊維は円筒軸の軸方向に対してなす角度(配向角)が±10度前後で巻かれたヘリカル巻層と、配向角が略90度で巻かれたフープ巻層とを構成し、フープ巻層は円筒軸の端部にのみ形成され、ヘリカル巻層の間に挟まれた状態で配置されている構成が記載されている。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-318053), a propeller shaft includes a cylindrical shaft (a fiber reinforced plastic pipe) and metal parts joined on both sides thereof, and the cylindrical shaft and the metal parts are serrated. The cylindrical shaft and the metal part are joined together by joining the serrations to the inner peripheral surface of the cylindrical shaft. Specifically, the cylindrical axis is formed by winding reinforcing fibers impregnated with resin in layers, and the reinforcing fibers are wound at an angle (orientation angle) of about ± 10 degrees with respect to the axial direction of the cylindrical axis The helical winding layer and the hoop winding layer wound with an orientation angle of about 90 degrees are formed, and the hoop winding layer is formed only at the end of the cylindrical axis and is disposed between the helical winding layers. Configuration is described.

特許文献1において、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や曲げ弾性率の高い熱可塑性樹脂等が例示されている。しかし、プロペラシャフト等の円筒軸にはより高い耐久性が要求され、フープ巻層のクラック対策や耐久性向上のためにはマトリックス樹脂の特性が重要であるものの、具体的対策の構成については開示されていない。また層間剥離やクラックが防止でき、耐久性向上のためのフープ巻層とヘリカル巻層間での強化繊維束の巻き角度の好適な関係や、層厚関係についての開示はなされていない。   In patent document 1, thermosetting resin, such as an epoxy resin, a thermoplastic resin with a high bending elastic modulus, etc. are illustrated as a matrix resin. However, cylindrical shafts such as propeller shafts are required to have higher durability, and although the properties of the matrix resin are important for the prevention of cracks in the hoop winding layer and the improvement of the durability, the configuration of the specific measures is disclosed. It has not been. In addition, the preferred relationship between the winding angle of the reinforcing fiber bundle between the hoop winding layer and the helical winding layer for improving the durability can be prevented, and the layer thickness relationship can not be disclosed.

また、特許文献2(特開2003−1717号公報)では、配向角が±5〜15度となるように強化繊維が巻かれたヘリカル巻層と、配向角が80〜90度となるように強化繊維が巻かれたフープ巻層とを有し、ヘリカル巻層は6層巻き付けられ、フープ巻層はヘリカル巻層の4層目と5層目との間に配置された繊維強化プラスチック製筒体の構成が記載されている。   Moreover, in patent document 2 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-1717), the helical winding layer in which the reinforced fiber was wound so that an orientation angle may be 5 to 15 degrees, and an orientation angle may be 80 to 90 degrees. A fiber-reinforced plastic cylinder having a reinforcing fiber wound hoop wound layer, a helical wound layer wound with six layers, and a hoop wound layer disposed between the fourth and fifth layers of the helical wound layer Body composition is described.

特許文献2の構成では、ヘリカル巻層とフープ巻層の接合部は金属部品とFRP製パイプとの接合部から離間するため、ヘリカル巻層とフープ巻層の接合部にかかる応力が小さく抑えられ、FRP製パイプの強度特性が向上できるものの、フープ巻層が本筒体からより外周側に離れることで、繊維強化プラスチック製プロペラシャフト筒体の接合強度が弱くなる場合がある。   In the configuration of Patent Document 2, since the junction of the helical winding layer and the hoop winding layer is separated from the junction of the metal part and the FRP pipe, the stress applied to the junction of the helical winding layer and the hoop winding layer is suppressed small. Although the strength characteristics of the FRP pipe can be improved, the bonding strength of the fiber reinforced plastic propeller shaft cylinder may be weakened by the separation of the hoop wound layer from the main cylinder to the outer peripheral side.

また、特許文献3(特開平7−91430号公報)では、プロペラシャフトは、本体筒として、内層側に回転軸の延在方向に対し±5°〜±30°のヘリカル巻層、外層側に75°〜90°の一方向巻層が形成されている構成、又は、内層側に回転軸の延在方向に対し±10°〜±45°の有撚糸からなるヘリカル巻層、最外層に±45°〜90°の無撚糸からなる強化繊維層が形成されている構成、がそれぞれ開示され、ヘリカル巻層と一方向巻層との厚み比率が50:1〜10:1の範囲が好ましいことが記載されている。   Further, in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-91430), the propeller shaft is a main body cylinder on the inner layer side with a helical winding layer of ± 5 ° to ± 30 ° with respect to the extension direction of the rotation shaft, on the outer layer side. A configuration in which a unidirectional winding layer of 75 ° to 90 ° is formed, or a helical winding layer made of twisted yarn of ± 10 ° to ± 45 ° with respect to the extension direction of the rotation axis on the inner layer side, ± on the outermost layer A configuration in which a reinforcing fiber layer composed of 45 ° to 90 ° non-twisted yarn is formed is disclosed, and the thickness ratio between the helical winding layer and the unidirectional winding layer is preferably in the range of 50: 1 to 10: 1. Is described.

しかし、特許文献3の構成では、単にヘリカル巻層と一方向巻層を設ける構成のため、プロペラシャフト等の円筒軸に対するより高い耐久性を実現するには不十分である。また、層間剥離やクラックが防止でき、耐久性向上のためのフープ巻層とヘリカル巻層間での強化繊維束の巻き角度の好適な関係や、マトリックス樹脂の具体的な特性については開示されていない。   However, the configuration of Patent Document 3 is insufficient for achieving higher durability with respect to a cylindrical axis such as a propeller shaft because the configuration simply provides a helical winding layer and a unidirectional winding layer. In addition, the preferred relationship between the winding angle of the reinforcing fiber bundle between the hoop winding layer and the helical winding layer for improving the durability, which can prevent the delamination and cracking, and the specific characteristics of the matrix resin are not disclosed. .

また、特許文献4(特開2004−293708号公報)では、繊維強化プラスチック製筒体と金属部品とを一体に接合させた繊維強化プラスチック製プロペラシャフトにおいて、繊維強化プラスチック製筒体には、内周面側の最内層にヘリカル巻層が形成され、両端部において、軸方向強化巻層の外側にヘリカル巻層を備える構成が記載されている。   Further, according to Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-293708), in a fiber reinforced plastic propeller shaft in which a fiber reinforced plastic cylindrical body and a metal part are integrally joined, the fiber reinforced plastic cylindrical body is The helical winding layer is formed in the innermost layer on the circumferential surface side, and the helical winding layer is provided on the outer side of the axial direction reinforcing winding layer at both ends.

特開2000−318053号公報JP 2000-318053 A 特開2003−1717号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-1717 特開平7−91430号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-91430 特開2004−293708号公報JP 2004-293708 A

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、繊維強化プラスチック製本体筒を有するプロペラシャフトにおいて、マンドレルの周囲にマトリックス樹脂を含浸させた繊維束を巻き付け、硬化させる工程で発生するフープ巻層でのクラックの発生を抑制でき、また、捩り強度や接合強度を確保するとともに、本体筒の端部に他部材を圧入接合する際に、端部の層間が層間破壊を起こしにくく、かつ長期使用時の信頼性の高いプロペラシャフトを提供することを目的とする。   In view of the problems of the prior art, the present invention relates to a hoop winding layer generated in the process of winding and curing a fiber bundle impregnated with a matrix resin around a mandrel, in a propeller shaft having a main tube made of fiber reinforced plastic. Generation of cracks can be suppressed, and torsional strength and joint strength can be secured, and when other members are press-bonded to the end of the main body cylinder, interlayer breakage of the end is less likely to occur, and long-term use It aims to provide a highly reliable propeller shaft.

(1)繊維強化プラスチック製本体筒を有するプロペラシャフトであって、前記本体筒は、少なくとも最外層から順に、強化繊維を巻き付けたヘリカル巻A層、前記本体筒の回転軸の延在方向に対して70〜90°の巻き角度で強化繊維を巻き付けたフープ巻層を有し、前記本体筒の少なくとも一方の端部には前記フープ巻層を厚肉化した補強部が形成され、前記補強部の最内層には、強化繊維を回転軸の延在方向に対して5〜30°の巻き角度HB(°)で巻き付けたヘリカル巻B層であるクラック防止層が設けられていることを特徴とするプロペラシャフト。
(2)前記補強部における前記クラック防止層と前記フープ巻層との厚み比率が1:2〜1:20の範囲である(1)に記載のプロペラシャフト。
)前記ヘリカル巻B層の巻き角度HB(°)と前記フープ巻層の巻き角度HP(°)との角度差が40〜85°である(1)または(2)に記載のプロペラシャフト。
)前記ヘリカル巻A層の巻き角度HA(°)が5〜45°である(1)〜()のいずれかに記載のプロペラシャフト。
)前記ヘリカル巻A層の巻き角度HA(°)と前記ヘリカル巻B層の巻き角度HB(°)が以下関係式を有する()〜()に記載のプロペラシャフト。
HB(°)<HA(°)
)前記ヘリカル巻A層が最外層から順にヘリカル巻A1層及びA2から構成され、前記ヘリカル巻A1層及びA2それぞれの巻き角度をHA1(°)、HA2(°)としたとき、前記ヘリカル巻B層の巻き角度HB(°)と以下式の関係を有する()〜()のいずれかに記載のプロペラシャフト。
HA1(°)≦HB(°)<HA2(°)
)前記フープ巻層に用いるマトリックス樹脂として、少なくともガラス転移点が185〜230℃であるエポキシ系熱硬化性樹脂を含む(1)〜()のいずれかに記載のプロペラシャフト。
)前記マトリックス樹脂は、脂環式エポキシ樹脂がエポキシ主剤100重量部に対して25重量部以上100重量部以下含まれる()に記載のプロペラシャフト。
)強化繊維を巻き付けた層に用いるマトリックス樹脂が同一の樹脂である()又は()に記載のプロペラシャフト。


(1) A propeller shaft having a fiber reinforced plastic main body cylinder, wherein the main body cylinder is in order from at least the outermost layer with respect to the helical winding A layer on which reinforcing fibers are wound, the extending direction of the rotation axis of the main body cylinder And a reinforcing portion in which the hoop winding layer is thickened is formed at at least one end of the main body cylinder. In the innermost layer of the above, there is provided a crack preventing layer which is a helical wound B layer in which reinforcing fibers are wound at a winding angle HB (.degree.) Of 5 to 30.degree. Propeller shaft.
(2) The propeller shaft according to (1), wherein the thickness ratio of the crack prevention layer to the hoop winding layer in the reinforcing portion is in the range of 1: 2 to 1:20.
( 3 ) The propeller shaft according to (1) or (2) , wherein an angle difference between the winding angle HB (°) of the helical winding B layer and the winding angle HP (°) of the hoop winding layer is 40 to 85 °. .
( 4 ) The propeller shaft according to any one of (1) to ( 3 ), wherein a winding angle HA (°) of the helical winding A layer is 5 to 45 °.
( 5 ) The propeller shaft according to ( 1 ) to ( 4 ), in which the winding angle HA (°) of the helical winding A layer and the winding angle HB (°) of the helical winding B layer have the following relationship.
HB (°) <HA (°)
( 6 ) When the helical winding A layer is composed of the helical winding A1 layer and A2 in order from the outermost layer, and the helical winding A1 layer and A2 have respective winding angles of HA1 (°) and HA2 (°), the helical The propeller shaft according to any one of ( 1 ) to ( 4 ), which has the relationship of the winding angle HB (°) of the winding B layer and the following equation.
HA1 (°) ≦ HB (°) <HA2 (°)
( 7 ) The propeller shaft according to any one of (1) to ( 6 ), which contains an epoxy-based thermosetting resin having a glass transition point of at least 185 to 230 ° C. as a matrix resin used for the hoop winding layer.
( 8 ) The propeller shaft according to ( 7 ), wherein in the matrix resin, an alicyclic epoxy resin is contained in an amount of 25 parts by weight or more and 100 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the epoxy main agent.
( 9 ) The propeller shaft as described in ( 7 ) or ( 8 ) whose matrix resin used for the layer which wound the reinforcement fiber is the same resin.


本発明のプロペラシャフトによれば、フープ巻層でのクラックの発生を抑制でき、また、捩り強度や接合強度を確保することができる。また、プロペラシャフトの本体筒の端部に他部材を圧入接合する際に、端部の層間が層間破壊を起こしにくく、かつ長期使用時の信頼性の高いプロペラシャフトを提供することを目的とする。   According to the propeller shaft of the present invention, the occurrence of cracks in the hoop wound layer can be suppressed, and the torsional strength and the joint strength can be secured. Another object of the present invention is to provide a propeller shaft having high reliability in long-term use, in which interlayer breakage of the end portion layer is less likely to occur when other members are press-bonded to the end portion of the main body cylinder of the propeller shaft. .

本発明の一実施形態の係るプロペラシャフトを構成する繊維強化プラスチック本体筒1の片側端部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the one-side end of fiber reinforced plastic main part pipe 1 which constitutes the propeller shaft concerning one embodiment of the present invention. 本体筒1の回転軸11の延在方向に対しクラック防止層4における一定の巻き角度で強化繊維12が巻かれた形態図である。FIG. 6 is a view showing a reinforcing fiber 12 wound at a fixed winding angle in the crack preventing layer 4 with respect to the extending direction of the rotary shaft 11 of the main body cylinder 1; 図2aに示すクラック防止層4に巻かれた強化繊維12の回転軸11の延在方向に対する巻角度HBを示す図である。It is a figure which shows the winding angle HB with respect to the extension direction of the rotating shaft 11 of the reinforcement fiber 12 wound by the crack prevention layer 4 shown to FIG. 2 a. クラック防止層の強化繊維12上にフープ巻層3の強化繊維13が一定の巻き角度で巻かれた形態図である。It is a form figure with which the reinforcement fiber 13 of the hoop winding layer 3 was wound by a fixed winding angle on the reinforcement fiber 12 of a crack prevention layer. 図3aに示すクラック防止層4に巻かれた強化繊維12とフープ巻層3の強化繊維13の回転軸11の延在方向に対する巻角度HB、HPを示す図である。It is a figure which shows the winding angles HB and HP with respect to the extension direction of the rotating shaft 11 of the reinforcement fiber 12 and the reinforcement fiber 13 of the hoop winding layer 3 which were wound by the crack prevention layer 4 shown to FIG. 3 a. 強化繊維12の巻かれる方向が図2aと相対関係が逆の方向に巻かれた形態図である。FIG. 3 is a view showing the reinforcing fiber 12 wound in a direction opposite to that in FIG. 2a. 強化繊維12の巻かれる方向が図2bと相対関係が逆方向の図である。The direction in which the reinforcing fibers 12 are wound is the reverse of the relative relationship with FIG. 2 b. フープ巻層3の強化繊維13の巻かれる方向が図3aと相対関係が逆の方向に巻かれた形態図である。The direction in which the reinforcing fibers 13 of the hoop winding layer 3 are wound is a mode diagram wound in a direction opposite to that in FIG. 3a. フープ巻層3の強化繊維13の巻かれる方向が図3bと相対関係が逆方向の図である。The direction in which the reinforcing fibers 13 of the hoop winding layer 3 are wound is a direction opposite to that in FIG. 3b. 本発明の一実施形態に係る金属継手8が圧入接合されたプロペラシャフトの断面図である。It is sectional drawing of the propeller shaft by which the metal joint 8 which concerns on one Embodiment of this invention was press-fit joined. 本発明の一実施形態に係るヘリカル巻A層が最外層から順にヘリカル巻A1層及びA2から成るプロペラシャフトを構成する繊維強化プラスチック本体筒1の片側端部の拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of one end portion of a fiber-reinforced plastic main body cylinder 1 constituting a propeller shaft in which a helical winding A layer according to an embodiment of the present invention comprises a helical winding A1 layer and A2 in order from the outermost layer. 捩り評価試験機20の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a torsion evaluation tester 20.

以下、本発明について図面を用いながら説明する。なお、本発明は図面によって何ら制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described using the drawings. The present invention is not limited at all by the drawings.

図1は、プロペラシャフト用繊維強化プラスチック製の本体筒1の片側の端部拡大断面図であって、本体筒1は、少なくとも最外層から順に、強化繊維で巻かれたヘリカル巻A層2、本体筒1の回転軸11の延在方向に対して70〜90°の巻き角度で強化繊維が巻かれたフープ巻層3、ガラス不織布、強化繊維からなる布帛、または耐熱性の樹脂フィルムの少なくとも1つを含むクラック防止層4を有する構成である。   FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of one end of a main tube 1 made of fiber reinforced plastic for propeller shafts, and the main tube 1 is a helical winding A layer 2 wound with reinforcing fibers in order from at least the outermost layer, A hoop winding layer 3 in which reinforcing fibers are wound at a winding angle of 70 to 90 ° with respect to the extending direction of the rotating shaft 11 of the main body cylinder 1, a glass non-woven fabric, a cloth made of reinforcing fibers, or at least a heat resistant resin film It is a structure which has the crack prevention layer 4 containing one.

本発明は、強化繊維で巻かれたヘリカル巻A層を最外層に配置し、次にフープ巻層3を配置することが重要である。これにより、本体筒1の捩り強度の向上及び曲げ剛性を確保することができる。   In the present invention, it is important to dispose the helically wound A layer wound with the reinforcing fiber as the outermost layer and then dispose the hoop wound layer 3. Thereby, the improvement of the torsional strength of the main body cylinder 1 and the bending rigidity can be secured.

本発明の構成のうち、ヘリカル巻A層2は、詳細は後述するが、本体筒1の回転軸11と平行に近い角度で強化繊維を巻き付けた層である。フープ巻層3は金属製継ぎ手8との接合強度を確保するため、半径方向(回転軸11と直交する方向)に近い巻き角度を有している。そのため、マンドレルに巻き付けた後、マトリックス樹脂を硬化させるにしたがって、繊維の巻き付け方向(回転軸11に対して垂直に近い方向)にまず樹脂の収縮によりクラックの起点が生じ、それが広がってクラックとなる。これに対し、クラック発生の起点となるフープ巻層3の内側、すなわち、本体筒1の最内層に、後述するクラック防止層4を配置することにより、フープ巻層3が熱硬化の際の熱膨張の影響により繊維配向に沿って生じるクラック発生を抑制することができる。   Among the configurations of the present invention, the helically wound layer A 2 is a layer in which reinforcing fibers are wound at an angle close to parallel to the rotation axis 11 of the main body cylinder 1 as described later in detail. The hoop winding layer 3 has a winding angle close to a radial direction (direction orthogonal to the rotation shaft 11) in order to secure the bonding strength with the metal joint 8. Therefore, after winding on a mandrel, as the matrix resin is cured, the shrinkage of the resin first occurs in the fiber winding direction (direction close to perpendicular to the rotation axis 11), and a crack starting point is generated, which spreads to form cracks. Become. On the other hand, by arranging a crack preventing layer 4 described later on the inner side of the hoop wound layer 3 which is the starting point of the crack generation, that is, on the innermost layer of the main cylinder 1, the heat of the hoop wound layer 3 is cured. Cracking that occurs along the fiber orientation can be suppressed by the influence of expansion.

フープ巻層3の強化繊維13の巻き角度として、好ましくは本体筒1の回転軸11に対して72〜88°、より好ましくは75〜87°、さらに好ましくは78〜86°である。70°未満の巻き角度となると金属製継ぎ手8の接合強度の確保が難しくなる。   The winding angle of the reinforcing fibers 13 of the hoop winding layer 3 is preferably 72 to 88 °, more preferably 75 to 87 °, and still more preferably 78 to 86 ° with respect to the rotation axis 11 of the main body cylinder 1. If the winding angle is less than 70 °, it will be difficult to secure the bonding strength of the metal joint 8.

クラック防止層4としては、ガラス不織布、強化繊維からなる布帛、または耐熱性の樹脂フィルムの少なくとも1つを使用することが重要である。   It is important to use at least one of a glass non-woven fabric, a cloth made of reinforcing fibers, or a heat-resistant resin film as the anti-cracking layer 4.

ガラス不織布は、フープ巻層3と交差する方向に配向した繊維が存在することで、フープ巻層3に生じるクラック発生を抑制することができる。クラック防止層4として機能するガラス不織布としては、一方向材料、マット、クロスが好ましく使用可能である。ガラス不織布を本体筒に設置する場合、あらかじめガラス不織布をマンドレルに設置してからフィラメントワインディング成形を行うことが好ましい。この時、ガラス不織布への樹脂含浸は成形前に別工程を設けて行っても良いし、成形中に巻きつける強化繊維の余剰樹脂を活用することもできる。   The presence of the fibers oriented in the direction intersecting the hoop winding layer 3 can suppress the occurrence of cracks in the hoop winding layer 3 in the glass nonwoven fabric. As a glass non-woven fabric that functions as the crack prevention layer 4, a unidirectional material, a mat, and a cloth are preferably usable. When installing a glass nonwoven fabric in a main body cylinder, it is preferable to perform filament winding molding after installing a glass nonwoven fabric on a mandrel beforehand. At this time, resin impregnation into the glass non-woven fabric may be carried out in a separate step before molding, or surplus resin of reinforcing fibers to be wound during molding can be utilized.

また、強化繊維からなる布帛は、綾織や平織り等、回転軸11又はその近傍に繊維配向形態を持つ織組織のものを用いることで、フープ巻層3に生じるクラックを押さえ込む機能を発揮することができる。クラック防止層4として使用する強化繊維からなる布帛としては、棉、麻、絹だけでなく、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、セルロース繊維等を原糸とする布、織物が好ましく使用可能である。布帛を本体筒に設置する場合、あらかじめ布帛をマンドレルに設置してからフィラメントワインディング成形を行うことが好ましい。この時、布帛への樹脂含浸は成形前に別工程を設けて行っても良いし、成形中に巻きつける繊維の余剰樹脂を活用することもできる。   In addition, by using a woven fabric having a fiber orientation in the vicinity of the rotary shaft 11 such as twill weave or plain weave, a fabric made of reinforcing fibers exerts a function of suppressing a crack generated in the hoop wound layer 3 it can. The cloth made of reinforced fibers used as the crack prevention layer 4 is preferably a cloth or fabric having not only cotton, hemp, silk but also carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, ceramic fibers, cellulose fibers etc. as raw yarns It is possible. When the fabric is placed on the main cylinder, it is preferable to perform the filament winding after placing the fabric on a mandrel in advance. At this time, the resin may be impregnated into the fabric in a separate step before molding, or excess resin of fibers to be wound during molding may be used.

また、クラック防止層4として機能する耐熱性の樹脂フィルムとしては、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、酢酸セルロース樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等が好ましく使用可能である。樹脂フィルムを本体筒に設置する場合、あらかじめ樹脂フィルムをマンドレルにテープで貼り付け後、フィラメントワインディング成形を行う。この時、樹脂フィルムへの樹脂含浸は成形中に巻きつける繊維の余剰樹脂を活用することができる。   Moreover, as a heat resistant resin film which functions as the crack prevention layer 4, polyvinyl acetate resin, polycarbonate resin, polyacetal resin, polyphenylene oxide resin, polyphenylene sulfide resin, polyarylate resin, polyester resin, polyamide resin, polyamide imide resin, Polyimide resin, polyetherimide resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polyetheretherketone resin, polyaramid resin, polybenzimidazole resin, polyethylene resin, polypropylene resin, cellulose acetate resin, polyethylene terephthalate resin, etc. are preferably usable. . When the resin film is placed in the main cylinder, the resin film is attached to the mandrel in advance with a tape and then filament winding molding is performed. At this time, the resin impregnation into the resin film can utilize an excess resin of fibers to be wound during molding.

また、本発明において、本体筒1の少なくとも一方の端部から一定長さの領域に、クラック防止層4、フープ巻層3及びヘリカル巻A層2からなる補強部5を配置することが重要である。補強部5が配置される長さとしては、金属継手8の接合部9の全長と同じか、それよりも長く設置するのが好ましい。これにより金属継手8等の他部材を圧入接合することが可能となる。ここで圧入接合とは、本体筒1と金属継手8を接合させる方法であって、本体筒1の内径よりもわずかに外径の大きな金属継手8に圧力をかけ、本体筒1の内側に押し込み接合することである。   Further, in the present invention, it is important to dispose the reinforcing portion 5 composed of the crack preventing layer 4, the hoop winding layer 3 and the helical winding A layer 2 in a region of a fixed length from at least one end of the main body cylinder 1 is there. It is preferable to install the reinforcing portion 5 at a length equal to or longer than the total length of the joint portion 9 of the metal joint 8. Thereby, it becomes possible to press-fit and join other members such as the metal joint 8 and the like. Here, the press-fit bonding is a method of bonding the main body cylinder 1 and the metal joint 8 and applies pressure to the metal joint 8 whose outer diameter is slightly larger than the inner diameter of the main body cylinder 1 and pushes it inside the main body cylinder 1 It is to join.

本体筒1の補強部6において、クラック防止層4とフープ巻層3との厚み比率が、1:2〜1:20の範囲であることが好ましい。クラック防止層4は、フープ巻層3に生じるクラックを押さえ込むフタの役目を果たし、薄肉でもその役目を十分に発揮させることができる。しかしながら、クラック防止層4とフープ巻層3との厚み比率が1:2よりもフープ巻層3の厚みが薄くなると、フープ層の量が少なくなるので、フープ巻層3による金属継手8を締め付けて締結する力(接合強度)が弱くなり、本体筒1と金属継手8の接合強度が弱くなる場合ある。また、1:20よりもよりもフープ巻層3の厚みが厚くなると、軽量化に反する。厚み比率は好ましくは1:3〜1:18、より好ましくは1:5〜1:15、更に好ましくは1:8〜1:10である。   In the reinforcing portion 6 of the main body cylinder 1, the thickness ratio of the crack preventing layer 4 to the hoop winding layer 3 is preferably in the range of 1: 2 to 1:20. The crack preventing layer 4 plays a role of a lid for suppressing a crack generated in the hoop wound layer 3 and can sufficiently exhibit the role even with a thin wall. However, if the thickness ratio of the crack prevention layer 4 to the hoop wound layer 3 is smaller than 1: 2 the thickness of the hoop wound layer 3 becomes smaller, the amount of the hoop layer decreases, so the metal joint 8 by the hoop wound layer 3 is tightened. As a result, the fastening force (joining strength) may be weakened and the joining strength of the main cylinder 1 and the metal joint 8 may be weakened. In addition, when the thickness of the hoop winding layer 3 is larger than 1:20, the weight reduction is violated. The thickness ratio is preferably 1: 3 to 1:18, more preferably 1: 5 to 1:15, and still more preferably 1: 8 to 1:10.

また、本発明において、クラック防止層4の一つとして、フープ巻層3の繊維巻き角と異なる方向に強化繊維を配向させた布帛を用いることも好ましい。具体的には、ヘリカル巻A層と同様の巻角度からなるヘリカル巻層(以下ヘリカル巻B層)とすることが好ましい。すなわち、本体筒1の回転軸11と並行に近い巻き角度に強化繊維12を配置することで、クラック発生に対する防護壁の役目をなしている。   In the present invention, it is also preferable to use, as one of the crack preventing layers 4, a fabric in which reinforcing fibers are oriented in a direction different from the fiber winding angle of the hoop wound layer 3. Specifically, it is preferable to use a helical winding layer (hereinafter, helical winding B layer) having a winding angle similar to that of the helical winding A layer. That is, by arranging the reinforcing fiber 12 at a winding angle close to parallel to the rotation shaft 11 of the main body cylinder 1, it serves as a protective wall against the occurrence of a crack.

ヘリカル巻B層は、本体筒1の回転軸11に対して5〜30°の巻き角度で強化繊維を巻き付けることが好ましい。ヘリカル巻B層の本体筒1の回転軸11に対する巻き角度が5°未満であると、捩り強度の確保が難しくなるととに、フィラメントワインディング成形の性格からマンドレル半径方向に対して繊維に張力が負荷されにくく本体筒1の強度が低下する場合がある。また、ヘリカル巻B層の本体筒1の回転軸11に対する巻き角度が30°を超えるとフープ巻層3のクラック発生に対する防護壁の役目の効果が弱まるとともに曲げ剛性の確保が難しくなる場合がある。前記ヘリカル巻層の巻き角度として、好ましくは本体筒1の回転軸11に対して6〜28°、より好ましくは8〜26°、さらに好ましくは10〜25°である。   It is preferable that the helical winding B layer winds reinforcing fibers at a winding angle of 5 to 30 ° with respect to the rotation axis 11 of the main body cylinder 1. If the winding angle of the helical winding B layer to the rotary shaft 11 of the main body cylinder 1 is less than 5 °, it becomes difficult to ensure the torsional strength, and tension is applied to the fiber in the radial direction of the mandrel due to the nature of filament winding molding. And the strength of the main cylinder 1 may be reduced. Also, if the winding angle of the helical winding B layer with respect to the rotation axis 11 of the main body cylinder 1 exceeds 30 °, the effect of the role of a protective wall against cracking of the hoop winding layer 3 may be weakened and securing of bending rigidity may be difficult. . The winding angle of the helical winding layer is preferably 6 to 28 °, more preferably 8 to 26 °, and still more preferably 10 to 25 ° with respect to the rotation axis 11 of the main body cylinder 1.

さらに、ヘリカル巻B層の回転軸11に対する巻き角度をHB(°)、フープ巻層3の回転軸11に対する巻き角度をHP(°)とすると、HP(°)とHB(°)との角度差が40〜85°であることが好ましい。   Furthermore, assuming that the winding angle of the helical winding B layer relative to the rotation axis 11 is HB (°) and the winding angle of the hoop winding layer 3 relative to the rotation axis 11 is HP (°), the angle between HP (°) and HB (°) Preferably the difference is between 40 and 85 degrees.

ヘリカル巻B層をフープ巻層3の繊維の巻き角度に対し40°以上開いた角度差で配置することで、クラックの発生を抑制することが出来る。フープ巻層3の角度HP(°)は金属継手8との接合強度を確保するために、70〜90°の範囲にあることが望ましい。一方、ヘリカル巻B層の角度HB(°)は前述したとおり、5〜30°の範囲であることが望ましい。よって、HP(°)とHB(°)の角度差は40°〜85°の範囲にあることが良い。   By arranging the helical winding B layer at an angle difference of 40 ° or more opened from the winding angle of the fibers of the hoop winding layer 3, the occurrence of cracks can be suppressed. The angle HP (°) of the hoop winding layer 3 is preferably in the range of 70 to 90 ° in order to secure the bonding strength with the metal joint 8. On the other hand, as described above, the angle HB (°) of the helically wound B layer is preferably in the range of 5 to 30 °. Therefore, it is good for the angle difference of HP (°) and HB (°) to be in the range of 40 ° to 85 °.

ここで、巻き角度の角度差について説明する。図2aは、本体筒1の回転軸11に対しクラック防止層4がヘリカル巻層(前述したヘリカル巻B層)の場合における一定の巻き角度で強化繊維12が巻かれた形態の一部を、本体筒1を側面から見た場合の模式図である。ここで、図2aで示されたヘリカル巻B層の強化繊維12が巻かれている角度HB(°)は、図2bに示すように、回転軸11(横軸)に対して左回りに計測した角度として示される。   Here, the difference in winding angle will be described. FIG. 2a shows a part of the form in which the reinforcing fiber 12 is wound at a constant winding angle in the case where the crack prevention layer 4 is a helical wound layer (helical wound B layer described above) with respect to the rotary shaft 11 of the main cylinder 1 It is a schematic diagram when the main body cylinder 1 is seen from a side. Here, the angle HB (°) at which the reinforcing fiber 12 of the helical winding B layer shown in FIG. 2a is wound is measured counterclockwise with respect to the rotation axis 11 (horizontal axis) as shown in FIG. 2b. It is shown as an angle.

図3aは、ヘリカル巻B層の上にフープ巻層3の強化繊維13が一定の巻き角度で巻かれた形態の一部を、本体筒1を側面から見た場合の模式図である。前述した図2bと同様に、図3bに示すように、フープ巻層3の強化繊維13が巻かれている角度HP(°)が定義でき、ヘリカル巻B層の角度HB(°)と、フープ巻層3の角度HP(°)との角度の差(図3bにおいて角度14)を巻き角度の角度差とする。   FIG. 3a is a schematic view of the main tube 1 as viewed from the side, showing a part of the configuration in which the reinforcing fibers 13 of the hoop winding layer 3 are wound at a constant winding angle on the helical winding B layer. Similar to FIG. 2b described above, as shown in FIG. 3b, the angle HP (°) at which the reinforcing fiber 13 of the hoop wound layer 3 is wound can be defined, and the angle HB (°) of the helical wound B layer and the hoop The difference in angle (angle 14 in FIG. 3 b) with the angle HP (°) of the winding layer 3 is taken as the angle difference of the winding angles.

図4aに示すように、ヘリカル巻B層の強化繊維12が、図2aと相対的に逆の方向に巻かれる場合、強化繊維12が巻かれている角度HB(°)は、図4bで示すように、回転軸11に対して右回りに計測した角度として示される。すなわち、強化繊維の巻き角度は強化繊維が回転軸と交差する角度が90°以下になるように規定する。   As shown in FIG. 4a, when reinforcing fiber 12 in the helically wound B layer is wound in the opposite direction relative to FIG. 2a, the angle HB (°) at which the reinforcing fiber 12 is wound is shown in FIG. 4b. As shown, it is shown as an angle measured clockwise with respect to the rotation axis 11. That is, the winding angle of the reinforcing fiber is defined so that the angle at which the reinforcing fiber intersects the rotation axis is 90 ° or less.

図5aに示すようなヘリカル巻B層の強化繊維12とフープ巻層3の強化繊維13が巻かれる場合であっても、ヘリカル巻B層の強化繊維12の角度HB(°)と、フープ巻層3の強化繊維13の角度HP(°)との角度差は、図5bで示すように、90°以下となる交差角15を角度差とする。   Even when the reinforcing fiber 12 of the helical winding B layer and the reinforcing fiber 13 of the hoop winding layer 3 are wound as shown in FIG. 5a, the angle HB (°) of the reinforcing fiber 12 of the helical winding B layer and the hoop winding As the angle difference between the reinforcing fibers 13 of the layer 3 and the angle HP (°), as shown in FIG. 5b, the crossing angle 15 which is 90 ° or less is taken as the angle difference.

また、本発明において、ヘリカル巻A層2の回転軸11に対して強化繊維が巻かれる巻き角度HA(°)は、5〜45°であることが好ましい。ヘリカル巻A層2を配し、巻き角度を45°以下にすることにより本体筒1に捩りトルクが負荷されたときの、高い捩り強度と曲げ剛性を確保することができる。5°未満であると、マンドレル半径方向に対して強化繊維に張力が負荷されにくく本体筒1の強度が低下する場合がある。また、45°を超えると捩り強度の確保が難しくなる場合がある。好ましくは6〜45°、より好ましくは8〜45°さらに好ましくは10〜45°である。   In the present invention, the winding angle HA (°) at which the reinforcing fiber is wound with respect to the rotation axis 11 of the helical wound layer A 2 is preferably 5 to 45 °. By arranging the helical winding A layer 2 and setting the winding angle to 45 ° or less, high torsional strength and flexural rigidity can be secured when the torsional torque is applied to the main cylinder 1. If it is less than 5 °, tension may not be applied to the reinforcing fiber in the radial direction of the mandrel, and the strength of the main cylinder 1 may be reduced. If it exceeds 45 °, securing of torsional strength may be difficult. Preferably it is 6-45 degrees, More preferably, it is 8-45 degrees More preferably, it is 10-45 degrees.

本発明において、ヘリカル巻B層の強化繊維12の巻き角度をHB(°)、ヘリカル巻A層2の強化繊維が巻かれる巻き角度をHA(°)とすると、HB(°)<HA(°)であることがより好ましい。   In the present invention, assuming that the winding angle of the reinforcing fiber 12 of the helical winding B layer is HB (°) and the winding angle of the reinforcing fiber of the helical winding A layer 2 is HA (°), then HB (°) <HA (° It is more preferred that

本体筒1に捩りトルクが負荷されると、本体筒1には圧縮力がかかり、座屈破壊が起きて想定以下の捩り強度で破壊することがある。ここで、最も圧縮力が作用するヘリカル巻B層に耐圧縮力を持たせることで座屈破壊を抑止することができる。例えば、HB(°)を5°とする等、できるだけヘリカル巻B層の回転軸11に対して小さい角度にすることが、耐圧縮力を発揮できて有利になる。一方、捩り強度を向上させるためには回転軸11に対して45°に近い角度を配することが有利である。しかしながら、一つのヘリカル巻層で耐圧縮性と捩り強度を両立することは困難であるので、ヘリカル巻層を分割し、ヘリカル巻B層の強化繊維の巻き角度よりも大きい巻き角度を有するヘリカル巻A層2を外周側に設置することにより、本体筒1に耐圧縮性と捩り強度との両立を図ることができる。   When a torsional torque is applied to the main body cylinder 1, a compressive force is applied to the main body cylinder 1, and a buckling failure may occur to cause the main cylinder 1 to be broken with a torsional strength lower than expected. Here, it is possible to suppress the buckling failure by giving a compressive resistance to the helical winding B layer to which the compressive force most acts. For example, making the angle as small as possible with respect to the rotation axis 11 of the helical winding B layer, such as setting the HB (°) to 5 °, is advantageous because the compression resistance can be exhibited. On the other hand, in order to improve the torsional strength, it is advantageous to dispose an angle close to 45 ° with respect to the rotating shaft 11. However, since it is difficult to achieve both compression resistance and torsional strength with one helical winding layer, the helical winding layer is divided, and helical winding having a winding angle larger than that of the reinforcing fiber of the helical winding B layer. By providing the A layer 2 on the outer peripheral side, it is possible to achieve both the compression resistance and the torsional strength of the main body cylinder 1.

また、本発明において、ヘリカル巻A層2は単一角度でも良いし、2つの巻き角度を有する繊維を配しても良い。特に、ヘリカル巻A層2を最外層側からヘリカル巻A1層とヘリカル巻A2層の2層とし、それぞれの角度をHA1(°)とHA2(°)とした場合、ヘリカル巻B層の巻き角度HB(°)との関係がHA1(°)≦HB(°)<HA2(°)になっていることが好ましい。前述した通り、ヘリカル角度は小さいほど耐圧縮力が高くなり、角度が大きくなると捩り強度が高くなる。前記関係式HA1(°)≦HB(°)<HA2(°)の場合、ヘリカル巻A層2を2層構成にすると捩り強度を負担するヘリカル巻A2層が耐圧縮力を負担するヘリカル巻A1層とヘリカル巻B層に挟まれる積層構成になるので、捩りトルクが負荷された時にかかるヘリカル巻A2層の変形を上下から強固に抑えることができ、より高い捩り強度を発現する。   Further, in the present invention, the helically wound layer A 2 may have a single angle or may have fibers having two winding angles. In particular, when the helical winding A layer 2 is formed of two layers of helical winding A 1 layer and helical winding A 2 layer from the outermost layer side and the angles are HA 1 (°) and HA 2 (°), the winding angle of helical winding B layer It is preferable that the relationship with HB (°) be HA1 (°) ≦ HB (°) <HA2 (°). As described above, the smaller the helical angle, the higher the compressive resistance, and the larger the angle, the higher the torsional strength. When the above-mentioned relational expression HA1 (°) ≦ HB (°) <HA2 (°), the helical winding A2 layer having a two-layer configuration and the helical winding A2 layer bearing the compressive strength Since the laminated structure is sandwiched between the layer and the helical winding B layer, the deformation of the helical winding A2 layer applied when torsional torque is applied can be strongly suppressed from above and below, and higher torsional strength is developed.

ここで、ヘリカル巻A1層の巻き角度HA1(°)は耐圧縮力を期待するため、ヘリカル巻B層の角度HB(°)と同程度もしくはより小さいことが好ましい。   Here, it is preferable that the winding angle HA1 (.degree.) Of the helical winding A1 layer be equal to or smaller than the angle HB (.degree.) Of the helical winding B layer in order to expect compression resistance.

HA1(°)はHB(°)と同様に、本体筒1の回転軸11に対して5〜30°の巻き角度で強化繊維を巻き付けることが好ましく、HA1(°)をHB(°)と類似の角度にすることにより、ヘリカル巻A2層に捩りトルクが負荷されたときの圧縮変形を抑制することができる。ヘリカル巻A1層の巻き角度HA1(°)として、好ましくは本体筒1の回転軸11に対して6〜28°、より好ましくは8〜26°、さらに好ましくは10〜25°である。   As in the case of HB (°), it is preferable to wind reinforcing fibers at a winding angle of 5 to 30 ° with respect to the rotation axis 11 of the main body cylinder 1 similarly to HB (°). HA1 (°) is similar to HB (°) By setting the angle of (2), it is possible to suppress compressive deformation when torsional torque is applied to the helical winding A2 layer. The winding angle HA 1 (°) of the helical winding A 1 layer is preferably 6 to 28 °, more preferably 8 to 26 °, and still more preferably 10 to 25 ° with respect to the rotation axis 11 of the main cylinder 1.

本発明の本体筒1を有する構成するマトリックス樹脂としては、熱硬化性のエポキシ樹脂を使用することができる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ブロム化ビスフェノールA 型エポキシ樹脂などを使用することができる。これらのエポキシ樹脂は、単独または2種類以上を併用して使用することができ、さらには液状のものから固体状のものまで使用することができる。   As a matrix resin which comprises the main body cylinder 1 of this invention, a thermosetting epoxy resin can be used. As an epoxy resin, for example, bisphenol A type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, urethane modified epoxy resin, brominated bisphenol A type epoxy resin, etc. Can be used. These epoxy resins can be used alone or in combination of two or more, and can be used from liquid to solid.

さらに、本発明は、フープ巻層3を形成するマトリックス樹脂は、ガラス転移点が185〜230℃のエポキシ系熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。   Further, in the present invention, it is preferable to use an epoxy-based thermosetting resin having a glass transition temperature of 185 to 230 ° C. as a matrix resin for forming the hoop winding layer 3.

上記ガラス転移点を有するエポキシ系熱硬化性樹脂のマトリックス樹脂の使用により、本体筒1の耐熱性を確保することができる。また、耐熱性の高いマトリックス樹脂は脆性傾向があるが、クラック防止層4を内側に配することにより、硬化時の熱膨張により自由端である本体筒1の内周面側が回転軸11に膨張した際のクラックに対するに対する防護壁の役割を果たすことで、フープ巻層3の回転軸方向11の膨張を抑えられ、フープ巻層3のクラックを抑制できる。   The heat resistance of the main cylinder 1 can be secured by using the matrix resin of the epoxy thermosetting resin having the glass transition point. Further, although the matrix resin having high heat resistance tends to be brittle, the inner peripheral surface side of the main body cylinder 1 which is a free end is expanded to the rotary shaft 11 by thermal expansion during curing by arranging the crack preventing layer 4 inside. The expansion of the hoop winding layer 3 in the rotational axis direction 11 can be suppressed and the cracks of the hoop winding layer 3 can be suppressed by playing a role of a protective wall against a crack at the time of cracking.

ガラス転移点が185℃未満であると、本体筒1の耐熱性に課題が生じる場合がある。また、ガラス転移点が230℃を超えると、本体筒1が脆くなり捩り強度が低下する場合があり、また、硬化時の熱膨張によるクラック発生抑制が困難になる場合がある。ガラス転移点は好ましくは188〜225℃、より好ましくは190〜220℃、更に好ましくは195〜215℃である。   If the glass transition point is less than 185 ° C., a problem may occur in the heat resistance of the main cylinder 1. If the glass transition temperature exceeds 230 ° C., the main cylinder 1 may become brittle and the torsional strength may decrease, and it may be difficult to suppress the occurrence of cracks due to thermal expansion during hardening. The glass transition point is preferably 188 to 225 ° C, more preferably 190 to 220 ° C, and still more preferably 195 to 215 ° C.

また、本発明において、マトリックス樹脂は、脂環式エポキシ樹脂がエポキシ主剤100重量部に対して25重量部以上100重量部以下含まれることが好ましい。マトリックス樹脂として脂環式エポキシのような比較的安価であるが脆性エポキシを使用することで一定の耐熱性を確保でき、かつ製品コスト競争力を下げることなく、クラックを抑制しながら、耐熱性向上の効果がえられ、捩り強度、曲げ剛性を向上させることが出来る。   In the present invention, the matrix resin is preferably such that the alicyclic epoxy resin is contained in an amount of 25 parts by weight or more and 100 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the epoxy main agent. The use of a brittle epoxy as a matrix resin, which is relatively inexpensive as a cycloaliphatic epoxy, ensures constant heat resistance, and improves heat resistance while suppressing cracks without lowering product cost competitiveness. Can be obtained, and the torsional strength and bending rigidity can be improved.

また、本発明において、強化繊維を巻き付けた層に用いるマトリックス樹脂は巻層ごとに変えても良いし、同一でも良い。   In the present invention, the matrix resin used for the layer in which the reinforcing fiber is wound may be changed for each winding layer or may be the same.

本発明において、本体筒1は、強化繊維として、炭素繊維やアラミド繊維、ガラス繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるその他の繊維を採用してもよく、これら繊維を組み合わせて使用してもよい。この中でもプロペラシャフトに必要な剛性を考慮すると炭素繊維が好ましい。また、フープ巻層やヘリカル巻層に用いられる繊維は同一でも良いし、層ごとに変えても良い。   In the present invention, the main body cylinder 1 may adopt other fibers generally called high elasticity and high strength such as carbon fiber, aramid fiber, glass fiber, etc. as reinforcing fibers, and these fibers may be used in combination. Good. Among these, carbon fibers are preferable in consideration of the rigidity required for the propeller shaft. The fibers used for the hoop winding layer and the helical winding layer may be the same or may be changed for each layer.

クラック防止層4としては前述したように、ガラス不織布、強化繊維からなる布帛又は耐熱性の樹脂フィルムが好ましい。または強化繊維が回転軸方向に対して5〜30°の巻き角度で巻かれたヘリカル巻B層とすることも好ましい。ガラス不織布、強化繊維からなる布帛又は耐熱性の樹脂フィルムは成形前にマンドレルに巻きつけておくことが望ましい。マンドレルへの巻きつけ方法は必要な長さに切った不織布などをテープでマンドレルに貼り付けたり、ローラーを使って成形に使用する樹脂を不織布などに含浸した後、不織布などをマンドレルに貼り付ける方法がある。また、クラック防止層4が強化繊維の場合、フープ巻層3やヘリカル巻A層2と同じく後述するフィラメントワインディング法でマンドレルに巻きつけても良い。フープ巻層3やヘリカル巻A層2は、フィラメントワインディング法によって成形されていることが好ましい。すなわち、エポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維束を、給糸ノズルを介して供給し、ローラー等で押し潰して所定の開繊幅として、前述したクラック防止層4の外周に、樹脂含浸させた炭素繊維束を層状に巻き付けたものである。このとき、フープ巻層3の両側端部は、厚肉部とするために厚肉巻きにすることが好ましい。フープ巻層3を巻き終えた後、ヘリカル巻A層を形成する際には、樹脂含浸させた炭素繊維束をマンドレルの全長に亘って巻き付け、マトリックス樹脂を加熱硬化させることで、本体筒1が形成される。   As the crack prevention layer 4, as described above, a glass non-woven fabric, a cloth made of reinforcing fibers, or a heat-resistant resin film is preferable. Alternatively, it is also preferable to use a helical wound B layer in which the reinforcing fiber is wound at a winding angle of 5 to 30 ° with respect to the rotation axis direction. It is desirable to wind a glass non-woven fabric, a cloth made of reinforcing fibers or a heat-resistant resin film around a mandrel before molding. A method of winding on a mandrel is a method of affixing a non-woven fabric cut to a required length with a tape to a mandrel or impregnating a non-woven fabric with a resin used for molding using a roller and then attaching a non-woven fabric etc. to a mandrel There is. When the crack prevention layer 4 is a reinforcing fiber, it may be wound around the mandrel by the filament winding method described later as with the hoop winding layer 3 and the helical winding A layer 2. The hoop winding layer 3 and the helical winding A layer 2 are preferably formed by a filament winding method. That is, a carbon fiber bundle impregnated with a matrix resin such as an epoxy resin is supplied through a yarn feeding nozzle, crushed by a roller or the like to form a predetermined opening width, the resin on the outer periphery of the crack preventing layer 4 described above. The impregnated carbon fiber bundles are wound in layers. At this time, it is preferable that the both side ends of the hoop winding layer 3 be thickly wound in order to form a thick portion. When the helical winding A layer is formed after the hoop winding layer 3 is finished, the resin-impregnated carbon fiber bundle is wound around the entire length of the mandrel, and the main body cylinder 1 is heated and cured. It is formed.

以下、実施例によって、本発明の一体化成形体およびその製造方法について具体的に説明するが、下記の実施例は本発明を何ら制限するものではない。   EXAMPLES The integrated molded article of the present invention and the method for producing the same will be specifically described below by examples, but the following examples do not limit the present invention in any way.

(1)クラック発生有無の確認方法
得られた本体筒1の両端部を軸方向に切断し、切断面を研磨紙♯400、♯800、♯1200(Refine tec製)で研磨した後、マイクロスコープ((株)キーエンス製VHX−1000)で観察した。
(1) Checking Method for Occurrence of Cracks Both ends of the obtained main cylinder 1 are cut in the axial direction, and the cut surfaces are polished with abrasive paper # 400, # 800, # 1200 (made by Refinetec), and then a microscope It observed by (VHX-1000 made from Keyence Co., Ltd.).

(2)ガラス転移点の測定方法
(1)で製作した本体筒1からダイアモンドカッターを用いて約20mgの試験片を切り出した後、Diamond DSC((株)パーキンエルマージャパン製))を用いて、JIS K7121(2012年版)の示差走査熱量測定法に基づきガラス転移点を測定した。なお、温度条件は20℃で5分間保持した後、40℃/分の速度で300℃まで昇温とした。
(2) Measurement Method of Glass Transition Point After about 20 mg of a test piece is cut out from the main cylinder 1 manufactured in (1) using a diamond cutter, using Diamond DSC (manufactured by Perkin Elmer Japan)), The glass transition point was measured based on the differential scanning calorimetry of JIS K 7121 (2012 version). The temperature was maintained at 20 ° C. for 5 minutes, and then the temperature was raised to 300 ° C. at a rate of 40 ° C./minute.

(3)捩り強度の評価試験方法
得られたプロペラシャフトの捩り評価試験は、トルク検出器21とトルク負荷装置22を具備する図8に示す捩り評価試験機20によって測定した。
(3) Evaluation Test Method of Torsional Strength The obtained propeller shaft torsion evaluation test was measured by a torsion evaluation tester 20 shown in FIG. 8 provided with a torque detector 21 and a torque load device 22.

両端に継ぎ手23が接合されたプロペラシャフト24を、捩り評価試験機20の固定部フランジ部25に固定した。このとき、一方の可動部フランジ26に設けられた油圧による回転駆動部により、プロペラシャフト24へトルク負荷を作用させた。回転部に角度計を設けておき、変位量もあわせて計測した。他方の固定部フランジ25は試験器ベースに固定され、可動部フランジ部26に連結されたロードセルから破壊時のトルクを検出し、トルクvs角度線図を表示させ破壊時のトルクを読み取った。捩り評価試験は恒温槽でプロペラシャフトを170℃で1時間加熱してから行った。   The propeller shaft 24 with the joints 23 joined at both ends was fixed to the fixing portion flange portion 25 of the torsion evaluation tester 20. At this time, a torque load is applied to the propeller shaft 24 by a hydraulic rotary drive provided on one movable portion flange 26. An angle meter was provided on the rotating part, and the displacement amount was also measured. The other fixed part flange 25 was fixed to the tester base, and the torque at the time of breakage was detected from the load cell connected to the movable part flange 26, and the torque vs. angle diagram was displayed to read the torque at the time of destruction. The torsion evaluation test was performed after heating the propeller shaft at 170 ° C. for 1 hour in a thermostat.

(実施例1)
図1に示すような3層構造の本体筒前駆体を以下の手順で製造した。クラック防止層4としてガラス不織布(オリベスト(株)製、AUO-90)をマンドレルの両端部に1周巻きつけた後、ハンドレイアップで樹脂を含浸させた。ガラス不織布を巻きつけた領域は本体筒1の端部から150mmの長さとし、層厚は0.5mmであった。
Example 1
A main cylinder precursor of a three-layer structure as shown in FIG. 1 was produced by the following procedure. As a crack prevention layer 4, a glass non-woven fabric (Olivest Co., Ltd., AUO-90) was wound once around both ends of the mandrel, and then the resin was impregnated by hand lay-up. The area | region which wound the glass nonwoven fabric was 150 mm in length from the edge part of the main body cylinder 1, and the layer thickness was 0.5 mm.

ガラス不織布の上に強化繊維である炭素繊維束(東レ(株)製“トレカ”(登録商標)T700SC−50C、24000フィラメント)を3本引き揃え、マンドレル直前での3本の炭素繊維束の合計張力を15kgに調整した後、炭素繊維束にマトリックス樹脂を含浸させた。マトリックス樹脂は、硬化剤(日立化成(株)製、MHAC−P)と、硬化促進剤(四国化成工業(株)製、“キュアゾール”(登録商標)2E4MZ)と、エポキシ主剤(ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、jER827)と脂環式エポキシ樹脂(ハンツマン・ジャパン(株)製、CY179)を50:50の重量比で混合したもの)とを106.7:2:100の重量比で調合したものを使用した。マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維束を、マンドレルの軸方向に対して85°の巻き角度でマンドレルの全長にわたり巻き付け、フープ巻層3を得た。フープ巻層3の層厚は0.2mmであった。さらに、本体筒1の端部から150mmの領域に、マンドレルの軸方向に対して85°の巻き角度でフープ巻層3を積層した。フープ巻層3全体の層厚は2.5mmであった。   Three glass fiber non-woven carbon fiber bundles (Toray Industries, Inc. “TORAYCA” (registered trademark) T700SC-50C, 24000 filaments), which are reinforcing fibers, are aligned to obtain a total of three carbon fiber bundles immediately before the mandrel. After adjusting the tension to 15 kg, the carbon fiber bundle was impregnated with the matrix resin. The matrix resin includes a curing agent (MHAC-P, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), a curing accelerator ("Cuazole" (registered trademark) 2E4MZ, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), and an epoxy main agent (bisphenol A type epoxy) 106.7: 2: 100 of resin (Mitsubishi Chemical Corporation, jER 827) and alicyclic epoxy resin (Huntsman Japan Co., Ltd., CY 179) mixed at a weight ratio of 50: 50) What was prepared by weight ratio was used. The carbon fiber bundle impregnated with the matrix resin was wound over the entire length of the mandrel at a winding angle of 85 ° with respect to the axial direction of the mandrel to obtain a hoop wound layer 3. The layer thickness of the hoop winding layer 3 was 0.2 mm. Furthermore, the hoop winding layer 3 was laminated at a winding angle of 85 ° with respect to the axial direction of the mandrel in a region 150 mm from the end of the main body cylinder 1. The layer thickness of the entire hoop wound layer 3 was 2.5 mm.

さらに、フープ巻層3の上に、前述のマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維束を、マンドレルの軸方向に対して45°の角度で、本体筒1の全長にわたり、ヘリカル巻A層2を積層した。ヘリカル巻A層2の層厚は3.5mmであった。   Furthermore, on the hoop winding layer 3, a carbon fiber bundle impregnated with the above-mentioned matrix resin is laminated with the helical winding A layer 2 over the entire length of the main cylinder 1 at an angle of 45 ° to the axial direction of the mandrel. did. The layer thickness of the helical winding A layer 2 was 3.5 mm.

続いて、得られた本体筒前駆体を加熱炉に投入し、100℃、2時間と180℃、4.5時間の温度条件にてマトリックス樹脂を硬化させ、硬化が完了した後、マンドレルを抜き取った(脱芯)。脱芯後、両端を切り落とし、長さ1000mmの本体筒1を得た。また、図6に示すように、得られた本体筒1にあらかじめ接合部9にセレーションを設けた金属継手8を本体筒1の両端に圧入しプロペラシャフト24を得た。得られた本体筒のガラス転移温度は200℃であった。   Subsequently, the obtained main cylinder precursor is charged into a heating furnace, and the matrix resin is cured under temperature conditions of 100 ° C., 2 hours and 180 ° C., 4.5 hours, and after curing is completed, the mandrel is removed. (Cored). After core removal, both ends were cut off to obtain a main tube 1 having a length of 1000 mm. In addition, as shown in FIG. 6, a metal joint 8 in which serrations were provided in advance in the joint portion 9 was press-fitted to both ends of the main cylinder 1 to obtain the propeller shaft 24. The glass transition temperature of the obtained main cylinder was 200 ° C.

表1に積層の各層の構成と素材、各層の特性を示す。   Table 1 shows the constitution and material of each layer of the lamination, and the characteristics of each layer.

Figure 0006540085
Figure 0006540085

実施例1において、金属継手8の圧入前の本体筒1のフープ巻層3にはクラックの発生は観察されなかった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは6000Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 1, generation of cracks was not observed in the hoop winding layer 3 of the main body cylinder 1 before press-fitting the metal joint 8. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 6000 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例2)
クラック防止層2として、マンドレル上に実施例1と同じ炭素繊維束に、実施例1と同じマトリックス樹脂を含浸させながら、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維束を、マンドレルの軸方向に対して5°の巻き角度で、本体筒1の全長に相当する長さにわたって巻き付け、ヘリカル巻B層を形成した。ヘリカル巻B層の層厚は0.6mmであった。
(Example 2)
A carbon fiber bundle impregnated with a matrix resin while impregnating the same carbon fiber bundle as in Example 1 on the mandrel as the anti-crack layer 2 with respect to the axial direction of the mandrel is prepared. The helical winding B layer was formed by winding over a length corresponding to the entire length of the main body cylinder 1 at a winding angle of °. The layer thickness of the helical winding B layer was 0.6 mm.

ヘリカル巻B層の上に、マンドレルの軸方向に対して88°の巻き角度とした以外は、実施例1と同様にフープ巻層3を巻き付けた。   The hoop winding layer 3 was wound on the helical winding B layer in the same manner as in Example 1 except that the winding angle was 88 ° with respect to the axial direction of the mandrel.

さらに、フープ巻層3の上に、含浸させた炭素繊維束を、マンドレルの軸方向に対して10°の角度とした以外は実施例1と同様にして、ヘリカル巻A層2を積層した。   Furthermore, helical wound A layer 2 was laminated on hoop wound layer 3 in the same manner as in Example 1 except that the impregnated carbon fiber bundle was formed at an angle of 10 ° with respect to the axial direction of the mandrel.

続いて、実施例1と同様にして、本体筒1に金属継手8を圧入したプロペラシャフトを得た。   Subsequently, in the same manner as in Example 1, a propeller shaft in which the metal joint 8 was press-fit into the main body cylinder 1 was obtained.

実施例2において、金属継手8の圧入前の本体筒1のフープ巻き層3にはクラックの発生は観察されなかった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは5000Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 2, occurrence of cracks was not observed in the hoop wound layer 3 of the main body cylinder 1 before the press-fitting of the metal joint 8. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 5000 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例3)
クラック防止層2として、強化繊維の巻き角度を10°で積層したヘリカル巻B層を形成した。ヘリカル巻B層は本体筒1の全長に渡り、層厚は1.2mmとした以外は実施例2と同様の条件でヘリカル巻B層を形成した。その後、実施例1と同様の条件で、フープ巻層3およびヘリカル巻A層2を形成した。
(Example 3)
As the crack prevention layer 2, a helical wound B layer was formed by laminating reinforcing fibers at a winding angle of 10 °. The helical winding B layer is formed over the entire length of the main body cylinder 1 under the same conditions as in Example 2 except that the layer thickness is 1.2 mm. Thereafter, under the same conditions as in Example 1, the hoop winding layer 3 and the helical winding A layer 2 were formed.

その後は実施例2と同様にして、本体筒1に金属継手8を圧入したプロペラシャフトを得た。   Thereafter, in the same manner as in Example 2, a propeller shaft in which the metal joint 8 was press-fitted into the main body cylinder 1 was obtained.

実施例3において、金属継手8の圧入前の本体筒1のフープ巻層3にはクラックの発生は観察されなかった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは7800Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 3, the occurrence of cracks was not observed in the hoop winding layer 3 of the main body cylinder 1 before the press fitting of the metal joint 8. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 7800 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例4)
クラック防止層2としてヘリカル巻B層を巻き角度を10°とし、層厚を0.6mmとして本体筒1の全長に渡り積層した。その後、実施例2と同様にフープ巻層3を形成した。
(Example 4)
As a crack prevention layer 2, a helical winding B layer was wound at an angle of 10 °, and a layer thickness of 0.6 mm was laminated over the entire length of the main cylinder 1. Thereafter, the hoop winding layer 3 was formed in the same manner as in Example 2.

その後、強化繊維の巻き角度を45°、層厚を3.5mmとしたヘリカル巻A2層を形成した後、更にその外側に、強化繊維の巻き角度を10°、層厚を0.6mmとしたヘリカル巻A1層を形成して、2層構成のヘリカル巻A層とした。そして、実施例2と同様にして、本体筒1に金属継手8を圧入したプロペラシャフトを得た。   Then, after forming a helical winding A2 layer having a winding angle of 45 ° and a layer thickness of 3.5 mm, the winding angle of the reinforcing fiber is 10 ° and a layer thickness is 0.6 mm outside the layer. The helical winding A1 layer was formed to be a two-layer helical winding A layer. Then, in the same manner as in Example 2, a propeller shaft in which the metal joint 8 was press-fit into the main body cylinder 1 was obtained.

実施例4において、金属継手8の圧入前の本体筒1のフープ巻き層3にはクラックの発生は観察されなかった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは8400Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 4, generation of cracks was not observed in the hoop wound layer 3 of the main body cylinder 1 before the press-fitting of the metal joint 8. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 8400 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例5)
クラック防止層2としてヘリカル巻B層を形成し、フープ巻層3の積層構成を次のようにした以外は実施例2と同様に製造した。クラック防止層2としてヘリカル巻B層の強化繊維の巻き角度を26°、ヘリカル巻B層は本体筒1の全長に渡り積層した。このとき、ヘリカル巻B層の層厚は1.2mmであった。
(Example 5)
A helical winding B layer was formed as the crack preventing layer 2, and the laminate structure of the hoop winding layer 3 was manufactured in the same manner as in Example 2 except for the following. As the crack preventing layer 2, the winding angle of the reinforcing fiber of the helical winding B layer was 26 °, and the helical winding B layer was laminated over the entire length of the main cylinder 1. At this time, the layer thickness of the helical winding B layer was 1.2 mm.

また、フープ巻層3は、強化繊維の巻き角度を74°とした以外は、実施例2と同様にして、本体筒1に金属継手8を圧入したプロペラシャフトを得た。   The hoop winding layer 3 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the winding angle of the reinforcing fiber was set to 74 °, to obtain a propeller shaft in which the metal joint 8 was press-fit into the main body cylinder 1.

実施例5において、金属継手8の圧入前の本体筒1のフープ巻層3にはクラックの発生は観察されなかった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは8500Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 5, the occurrence of cracks was not observed in the hoop winding layer 3 of the main body cylinder 1 before the press fitting of the metal joint 8. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 8500 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例6)
クラック防止層2として、マトリックス樹脂が含浸した強化繊維からなる平織物(AS400S)を用いて、厚みを1mmとした以外は、実施例1と同様にしてプロペラシャフトを得た。
(Example 6)
A propeller shaft was obtained in the same manner as Example 1, except that a plain woven fabric (AS400S) made of reinforced fibers impregnated with a matrix resin was used as the crack prevention layer 2 and the thickness was 1 mm.

実施例6において、金属継手8の圧入前の本体筒1のフープ巻層3にはクラックの発生は観察されなかった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは6200Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 6, generation of cracks was not observed in the hoop winding layer 3 of the main body cylinder 1 before press-fitting the metal joint 8. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 6200 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例7)
クラック防止層2として、ポリエチレンテレフタレート樹脂製の耐熱性樹脂フィルム(東レ(株)製、“ルミラー”(登録商標) 品番S10)を用いて、厚みを0.25mmとした以外は、実施例1と同様にしてプロペラシャフトを得た。
(Example 7)
A heat resistant resin film made of polyethylene terephthalate resin ("Lumirror" (registered trademark) product number S10 made of Toray Industries, Inc.) is used as the crack prevention layer 2, and the thickness is set to 0.25 mm except for Example 1 and The propeller shaft was obtained in the same manner.

実施例7において、金属継手8の圧入前の本体筒1の、フープ巻層3にはクラックの発生は観察されなかった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは7400Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 7, occurrence of cracks was not observed in the hoop winding layer 3 of the main body cylinder 1 before the press-fitting of the metal joint 8. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 7400 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例8)
マトリックス樹脂として、硬化剤(日立化成(株)製、MHAC−P)と、硬化促進剤(四国化成工業(株)製、“キュアゾール”(登録商標)2E4MZ)と、エポキシ主剤(脂環式エポキシ樹脂(ハンツマン・ジャパン(株)製、CY179)のみ)とを106.7:2:100の重量比で調合したものを使用した以外は、実施例1と同様にして本体筒1を得た。
(Example 8)
As a matrix resin, a curing agent (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., MHAC-P), a hardening accelerator (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., "Cuazole" (registered trademark) 2E4MZ), and an epoxy main agent (alicyclic epoxy) A main cylinder 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a mixture of a resin (Huntsman Japan KK, CY179 only) and a weight ratio of 106.7: 2: 100 was used.

実施例8において、金属継手8の圧入前の本体筒1の得られた本体筒のガラス転移温度は230℃であった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは7600Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 8, the glass transition temperature of the obtained main body cylinder of the main body cylinder 1 before press-fitting of the metal joint 8 was 230 ° C. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 7600 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(実施例9)
マトリックス樹脂として、硬化剤(日立化成(株)製、MHAC−P)と、硬化促進剤(四国化成工業(株)製、“キュアゾール”(登録商標)2E4MZ)と、エポキシ主剤(ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、jER827)と脂環式エポキシ樹脂(ハンツマン・ジャパン(株)製、CY179)を75:25の重量比で混合したもの)とを106.7:2:100の重量比で調合したものを使用した以外は、実施例1と同様にして本体筒1を得た。
(Example 9)
As a matrix resin, a curing agent (MHAC-P, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), a curing accelerator ("Cuazole" (registered trademark) 2E4MZ, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), and an epoxy main agent (bisphenol A type epoxy) 106.7: 2: 100 of resin (Mitsubishi Chemical Corporation, jER 827) and alicyclic epoxy resin (Huntsman Japan Co., Ltd., CY 179) mixed at a weight ratio of 75:25) A main cylinder 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that one prepared at a weight ratio was used.

実施例9において、金属継手8の圧入前の本体筒1の得られた本体筒のガラス転移温度は185℃であった。また、捩り評価試験において、本体筒1の中央で破壊し、この時の破壊トルクは6500Nmであり、実使用上問題ないレベルであった。   In Example 9, the glass transition temperature of the obtained main body cylinder of the main body cylinder 1 before press-fitting of the metal joint 8 was 185 ° C. Further, in the torsion evaluation test, the cylinder was broken at the center of the main cylinder 1, and the breaking torque at this time was 6500 Nm, which was a level that causes no problem in practical use.

(比較例1)
ガラス不織布であるクラック防止層2を用いなかった以外は、実施例1と同じ方法で本体筒1を得た。比較例1において、金属継手8の圧入前の本体筒1のフープ巻層にはクラックの発生が見られ、実使用上問題のあるレベルであった。
(Comparative example 1)
A main cylinder 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the anti-crack layer 2 which was a glass non-woven fabric was not used. In Comparative Example 1, generation of cracks was observed in the hoop winding layer of the main body cylinder 1 before the press-fitting of the metal joint 8, which was at a level at which problems in practical use.

本発明のプロペラシャフトは、自動車用プロペラシャフトのみならず、他の動力伝達のための製造機械や、搬送機械用のトルク伝達軸として有効に使用できる。   The propeller shaft of the present invention can be effectively used not only as a propeller shaft for a motor vehicle, but also as a torque transmission shaft for manufacturing machines for other power transmission and transport machines.

1 本体筒
2 ヘリカル巻A層
2a ヘリカル巻A1層
2b ヘリカル巻A2層
3 フープ巻層
4 クラック防止層
5 補強部
8 金属継手
9 接合部
11 回転軸
12、13 強化繊維
14、15 角度差
20 捩り評価試験機
21 トルク検出器
22 トルク負荷装置
23 継ぎ手
24 プロペラシャフト
25 固定部フランジ部
26 可動部フランジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 main body cylinder 2 helical winding A layer 2a helical winding A1 layer 2b helical winding A2 layer 3 hoop winding layer 4 crack prevention layer 5 reinforcement part 8 metal joint 9 joint part 11 rotating shaft 12, 13 reinforcing fiber 14, 15 angular difference 20 twist Evaluation tester 21 Torque detector 22 Torque load device 23 Joint 24 Propeller shaft 25 Fixed part flange part 26 Movable part flange

Claims (9)

繊維強化プラスチック製本体筒を有するプロペラシャフトであって、前記本体筒は、少なくとも最外層から順に、強化繊維を巻き付けたヘリカル巻A層、前記本体筒の回転軸の延在方向に対して70〜90°の巻き角度で強化繊維を巻き付けたフープ巻層を有し、前記本体筒の少なくとも一方の端部には前記フープ巻層を厚肉化した補強部が形成され、前記補強部の最内層には、強化繊維を回転軸の延在方向に対して5〜30°の巻き角度HB(°)で巻き付けたヘリカル巻B層であるクラック防止層が設けられていることを特徴とするプロペラシャフト。 A propeller shaft having a fiber reinforced plastic main body cylinder, wherein the main body cylinder has a helical winding A layer on which reinforcing fibers are wound in order from at least the outermost layer, 70 to 70 in the extending direction of the rotation axis of the main body cylinder. A hoop winding layer is formed by winding reinforcing fibers at a winding angle of 90 °, and a reinforced portion obtained by thickening the hoop winding layer is formed on at least one end of the main body cylinder, and the innermost layer of the reinforcing portion Is provided with a crack preventing layer which is a helical wound B layer in which reinforcing fibers are wound at a winding angle HB (°) of 5 to 30 ° with respect to the extending direction of the rotation shaft. . 前記補強部における前記クラック防止層と前記フープ巻層との厚み比率が1:2〜1:20の範囲である請求項1に記載のプロペラシャフト。 The propeller shaft according to claim 1, wherein a thickness ratio of the anti-crack layer to the hoop wound layer in the reinforcing portion is in the range of 1: 2 to 1:20. 前記ヘリカル巻B層の巻き角度HB(°)と前記フープ巻層の巻き角度HP(°)との角度差が40〜85°である請求項1または2に記載のプロペラシャフト。 The propeller shaft according to claim 1 or 2 , wherein an angle difference between a winding angle HB (°) of the helical winding B layer and a winding angle HP (°) of the hoop winding layer is 40 to 85 °. 前記ヘリカル巻A層の巻き角度HA(°)が5〜45°である請求項1〜のいずれかに記載のプロペラシャフト。 The propeller shaft according to any one of claims 1 to 3 , wherein a winding angle HA (°) of the helical winding A layer is 5 to 45 °. 前記ヘリカル巻A層の巻き角度HA(°)と前記ヘリカル巻B層の巻き角度HB(°)が以下関係式を有する請求項のいずれかに記載のプロペラシャフト。
HB(°)<HA(°)
The propeller shaft according to any one of claims 1 to 4 , wherein a winding angle HA (°) of the helical winding A layer and a winding angle HB (°) of the helical winding B layer have the following relationship.
HB (°) <HA (°)
前記ヘリカル巻A層が最外層から順にヘリカル巻層ヘリカル巻A1層及びA2から構成され、前記ヘリカル巻層ヘリカル巻A1層及びA2それぞれの巻き角度をHA1(°)、HA2(°)としたとき、前記ヘリカル巻B層の巻き角度HB(°)と以下式の関係を有する請求項〜5のいずれかに記載のプロペラシャフト。
HA1(°)≦HB(°)<HA2(°)
When the helical winding A layer is composed of helical winding layers A1 and A2 in order from the outermost layer, and the helical winding layers A1 and A2 have respective winding angles of HA1 (°) and HA2 (°) The propeller shaft according to any one of claims 1 to 5, having a relationship of a winding angle HB (°) of the helical winding B layer and the following equation.
HA1 (°) ≦ HB (°) <HA2 (°)
前記フープ巻層に用いるマトリックス樹脂として、少なくともガラス転移点が185〜230℃であるエポキシ系熱硬化性樹脂を含む請求項1〜のいずれかに記載のプロペラシャフト。 The propeller shaft according to any one of claims 1 to 6 , wherein an epoxy-based thermosetting resin having a glass transition point of at least 185 ° C to 230 ° C is contained as a matrix resin used for the hoop wound layer. 前記マトリックス樹脂は、脂環式エポキシ樹脂がエポキシ主剤100重量部に対して25重量部以上100重量部以下含まれる請求項に記載のプロペラシャフト。 8. The propeller shaft according to claim 7 , wherein the matrix resin comprises 25 to 100 parts by weight of an alicyclic epoxy resin with respect to 100 parts by weight of an epoxy main agent. 強化繊維を巻き付けた層に用いるマトリックス樹脂が同一の樹脂である請求項又はに記載のプロペラシャフト。 Propeller shaft according to claim 7 or 8 matrix resin used for the layer wound around the reinforcing fibers are of the same resin.
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