JPH011523A

JPH011523A - 繊維強化樹脂製棒状体

Info

Publication number: JPH011523A
Application number: JP62-157382A
Authority: JP
Inventors: 久儀橋本; 田村　盛雄
Original assignee: 日立建機株式会社
Filing date: 1987-06-24
Publication date: 1989-01-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、油圧・空圧シリンダ用ロッド、ロボットアー
ム、ＣＦＲＰ製トラストラス構造物ＲＰ製シャフト、自
動車用ドライブシャフト等に用いて好適なｒａｌｎ強化
樹脂製棒状体に関する。

〔従来技術〕

一般に、接着性の樹脂を含浸させた繊維材料を巻回して
棒状に形成した繊維強化樹脂製棒状体が知られている。

この種の棒状体を例えば油圧ンリンダ用ロッドとして使
用するために、相手方部材とねじ結合する場合には、該
ロッドの構造は、従来第１０図又は第１１図に示すよう
になっていた。

即ち、第１０図において、ｌはロッドで、該ロッド１は
例えばエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維からなる糸状
Ｈｍ維材料を巻回して棒状に形成したものからなってお
り、該ロッド１の一側軸端には切削加工によって形成し
た雄ねじ部ＩＡが一体的に設けられている。

一方、第１１図において、２はロッド本体３と雄ねじ部
材↓とからなるロッドで、該ロッド本体３は第１の従来
技術に示したロッドｌと同様にエポキシ樹脂等の接着性
樹脂を含浸させた炭素繊維等の糸状繊維材料を巻回して
棒状に形成したものからなっており、該ロッド本体３の
一側軸端には挿入穴３Ａが軸方向に穿設されている。一
方、雄ねじ部材４は金属材料によって挿入軸部４Ａと雄
ねじ部４Ｂとからなっており、挿入軸部４Ａをロッド本
体３の挿入穴３Ａに挿嵌し、接着剤で固着することによ
り、ロッド本体３と雄ねじ部材４を接続している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

而して、ロッド１に雄ねじ部ＩＡを切削加工する第１の
従来技術にあっては、次のような欠点がある。まず、雄
ねじ部ＩＡを形成するための切削加工によって、ロッド
１を形成している糸状繊維材料が短く切断されてしまう
から、繊維方向には大きな強度を有する繊維強化樹脂の
強度が部分的に失われてしまうことである。第２に、ロ
ッド１は糸状繊維材料を巻回して成形したものであるか
ら、ロッド１に切削加工によって雄ねじ部ＩＡを形成す
ると、該切削部分から層間剥離が起こり易く、ねじ山が
崩れてしまうことである。更に、第３の欠点としては、
雄ねじ部ＩＡを形成している樹脂及び糸状ｍ維材料は金
属に比較して軟らかいために、例えば該雄ねじ部ＩＡに
金属製ナツトを螺合して強く締付けた場合、雄ねじ部Ｉ
Ａが変形する恐れがあり、強い締付力を与えられないこ
とである。

一方、第１１図に示すようにロッド本体３と雄ねじ部材
４を挿嵌して接着する他の従来技術にあっても、該接着
部分の剪断強度が低いために。

ロッド本体３を＃Ｉ維強化樹脂で成形することによって
高強度化を図ろうとした目的を達することができないと
いう欠点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、本発明はｍａ強化樹脂の強度を十分に活かすことがで
き、＃疲労性、耐衝撃性等がすぐれた高強度の繊維強化
樹脂製棒状体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した間・照点を解決するために本発明は、繊維強化
樹脂材料によって形成され、軸端側が小径部となった長
尺の芯材と、該芯材に対応する外径を有し、基端側に該
芯材の小径部が嵌合する嵌合穴が形成されると共に、該
基端側外周に繊維材料の引掛は部が突設され、先端側が
相手方部材への取付は部となった取付は部材と、樹脂を
含浸させた繊維材料を前記芯材の外周面から該取付は部
材の基端側外周面に亘り、該取付は部材の引掛は部に引
掛けて巻返しつつ、巻回することにより形成された外筒
とからなる構成を採用している。

ここで、前記繊維材料には、炭素繊維、ガラスｔａ維、
アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維等が用い
られ、該繊維材料に含浸させる樹脂には、熱硬化性と接
着性を有するエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイ
ミド樹脂等が用いられる。そして、前記繊維材料の巻回
方法としては、糸状繊維材料を用いるフィラメントワイ
ンディング法、テープ状繊維材料を用いるテープワイン
ディング法、織物状繊維材料を用いるハンドレイアップ
法等が挙げられる。

また、前記芯材は外筒と同様に樹脂を含浸させた繊維材
料を巻回することにより形成してもよく、あるいは繊維
強化樹脂材料からなる一方向引抜き材等を用いてもよい
。さらに、前記取付は部材は１例えば金属材料、セラミ
ック材料、短繊維で強化した樹脂材料等によって形成さ
れる。

〔作用〕

樹脂を含浸させた繊維材料を取付は部材の引掛け部に引
掛けて巻返しつつ、芯材の外周面から取付は部材の基端
側外周面に亘って外筒を巻回形成しているから、１ｍ雄
材料が途中で切断されることなく、該繊維材料の強度を
十分に活かして、取付は部材を外筒および芯材の軸端側
に強固に一体化できる。また、取付は部材の外径は芯材
の外径に対応しているから、繊維材料をスムーズに巻回
できる。そして、該取付は部材の嵌合穴に芯材の小径部
を嵌合しているから、該小径部に作用する曲げモーメン
トを小さくでき、応力集中を防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第９図に基づき、
譲維強化樹脂製棒状体として油圧シリンダ用ロッドを例
に挙げて説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示してい
る。

図において、１１は長尺な芯材を示し、該芯材１１はｌ
ａ雄雄花化樹脂材料らなる一方向引抜き材によって、例
えば直径が１０５ｍ程度の丸棒状に形成されている。そ
して、該芯材１１の軸方向両端側には、例えば旋盤等の
機械加工により深さが１〜４ｍｍ＋程度の段差部として
の小径部１１Ａ（但し、一方のみ図示）が形成され、該
小径部１１Ａは後述する取付は部材１２の嵌合穴１２Ａ
内に嵌合され、接着剤等により固着されている。

なお、該芯材１１については、後述する外筒１６と同様
に樹脂を含浸させたｍａ材料をフィラメントワインティ
ング法等の手段を用いて巻回することにより形成しても
よい。

１２は芯材１１の各小径部１１Ａに嵌合固着された取付
は部材（一方のみ図示）を示し、該各取付は部材１２は
金属材料、セラミック材料、短ｔａ維で強化した樹脂材
料等により芯材１１の外径に対応する外径をもって形成
され、その基端側には芯材１１の小径部１１Ａと対応す
る径をもった有底の嵌合穴１２Ａが形成され、先端側は
外筒１６から軸方卵に突出する取付は部としての雄ねじ
部１２Ｂとなっている。そして、該各取付は部材１２の
嵌合穴１２Ａ内には芯材１１の小径部１１Ａが嵌合され
て接着剤で固着されており、該各取付は部材１２の基端
側外周面と芯材１１の外周面とは実質的に面一となって
いる。また、該各取付は部材１２の雄ねじ部１２Ｂには
相手方部材としての取付アイやピストン（いずれも図示
せず）等が螺着されるようになっている。

１３．１３．・・・は各取付は部材１２の基端側外周に
径方向外向きに一体形成された引掛は部を示し、該各引
掛は部１３は取付は部材１２の基端側外周から周方向に
所定間隔をもって１例えばｌＯ〜１５個程度略り字形状
に突設されている。

ここで、該各引掛は部１３は、前記嵌合穴１２Ａの軸方
向中間部にほぼ対応して位置し、取付は部材１２の基端
側外周から径方向外向きに突出した径方向の突出部１３
Ａと、該突出部１３Ａの先端から軸方向に所定長さをも
って延設され、該突出部１３Ａよりも周方向に幅広に形
成された軸方向の延設部１３Ｂとからなり、各突出部１
３Ａ間にはそれぞれスリット１４，１４．・・・が介在
し、各延設部１３Ｂと取付は部材１２の外周面との間は
略コ字形状の切込み部１５となっている。そして、該切
込み部１５内には後述のＭ＆雄材料１７が第３図、第４
図に示す如く、−のスリット１４を介して導入された後
、他のスリット１４を介して軸方向に導出されており、
これによって、該繊維材料１７は各引掛は部１３の突出
部１３Ａ等に引掛けて巻返されている。

１６は樹脂を含浸させた糸状の繊維材料１７を芯材１１
の外周面から各取付は部材１２の基端側外局面に亘り全
面に巻回することにより形成された外局を示し、該外筒
１６は繊維材料１７をフィラメントワインディング法等
の手段を用いて中心軸Ｏ−ｏに対して零度に近い巻角、
例えば巻角０＝５〜３０度（第３図参照）となるように
、所定の厚さになるまで張力をかけた状態で交差巻付け
した一層以上の巻回層によって略円筒状に形成されてい
る。そして、該繊維材料１７はこの交差巻付は時に第３
図、第４図に例示する如く、外筒１６の軸方向両端側に
巻返し部１６Ａ（一方のみ図示）を形成すべく、各取付
は部材１２の１本または複数本の引掛は部１３に引掛け
て巻返され、これによって、芯材１１の軸方向両端側に
各取付は部材１２を強固に一体化するようになっている
。

ここで、前記繊維材料１７には炭濃繊維、ガラス繊維、
アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素１！維等が用
いられ、該繊維材料１７に含浸させる樹脂には熱硬化性
と接着性を有するエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポ
リイミド樹脂等が用いられる。かくして、この樹脂を含
浸させた糸状の繊維材料１７からなる外筒１６は芯材１
１の外周面から各取付は部材１２の基端側外周面に亘っ
て、これらを完全に覆うように形成゛され、前記切込み
部１５内を前記繊維材料１７で完全に埋めるようになっ
ている。そして、該外筒１６の軸方向両端からは各取付
は部材１２の雄ねじ部１２Ｂが同軸に突出し、該各線ね
じ部１２Ｂには前記取付アイやピストン等がそれぞれｖ
Ｉ著されるようになっている。

本実施例による油圧シリンダ用ロッドは上述の如き構成
を有するもので、次にその製造方法について説明する。

まず、例えば外径が１０ｍｍ程度の芯材１１を用、なす
る、これは引抜き成形法によってｍ雄花化樹脂材料から
形成された中実な丸棒体でもよく、あるいはフィラメン
トワインディング法等による小径な円筒体であってもよ
い。そして、該芯材１１の軸方向両端側に機械加工を施
して、それぞれ小径部１１Ａを形成した後、該各小径部
１１Ａに各取付は部材１２を嵌合穴１２Ａを介して嵌合
し、接着剤によって接合固着する。このとき、芯材１１
の外周面等を紙やすり等により荒しておけば、外筒１６
との接着性を向上させることができる。

次に、この接着剤が完全に硬化した段階で、芯材１１の
外周面から各取付は部材１２の基端側外局面に亘り、樹
脂を含浸させた糸状の繊維材料１７をフィラメントワイ
ンディング法等の手段を用いて巻回し、外筒１６を形成
する。このとき、前記ｍａ材料１７を芯材１１の外周面
側から各取付は部材１２の外周面側へと所定の張力をも
って伸長させつつ、各引掛は部１３の突出部１３Ａ側に
引掛けて、再び芯材１１の外周面側へと巻返すようにし
、これによって、各取付は部材１２を芯材１１の両端側
に強固に一体化する。また、該繊維材料１７の巻角θを
中心軸ｏ−０に対して零度に近い巻角、例えばθ＝５〜
３０度とすることにより、曲げ強度や引張り強度等を大
幅に高めることができる。そして、芯材１１および取付
は部材１２の外周面側に所定の厚さをもった外筒１６を
形成した段階で、これらを硬化炉内に入れ、繊維材料１
７に含浸させた樹脂を熱硬化させる。

次に、外筒１６の外周面にグラインダ等の機械加工を施
すと共に、例えば紙やすり等を用いて外筒１６の端部外
周等を均一な表面に仕上げて、該外筒１６の外径を、例
えば２２．４　ｍｍとし、当該ロッドを完成させる。

而して、本実施例によれば、芯材１１および各取付は部
材１２の外周面側に、樹脂を含浸させた糸状の繊維材料
１７を巻回して外筒１６を形成するときに、該ｍ維材料
１７を各引掛は部１３の突出部１３Ａ等に引掛けて巻返
すようにしているから、該繊維材料１７を規則的に交差
巻付けすることが可能となるばかりでなく、該繊維材料
１７が有している強度を十分に活かして、芯材１１およ
び外筒１６の軸方向両端側に各取付は部材１２を強固に
一体化でき、該各取付は部材１２を確実に抜止めおよび
潮止めすることができる。

また、前記繊維材料１７を途中で切断したりすることが
なく、その強度を十分に活かすことができるから、耐疲
労性や耐衝撃性等を大幅に高めることができ、信頼性の
高い軽量な油圧シリンダ用ロッドを得ることができる。

そして、引張り強度や曲げ強度等を高めることができる
上に、当該口・ンドの強度を事前に計算することも可能
となる。

さらに、引張り強度や曲げ強度等が要求される芯材１１
や外０１６には繊維強化樹脂材料を、高い硬度が要求さ
れる取付は部材１２には金属材料等を適宜に選択して使
用でき、設計の自由度を増大させ、限界設計が可能とな
る。

そして、取付は部材１２の嵌合穴１２Ａに芯材１１の小
径部１１Ａを嵌合固着しているから、取付は部材１２を
確実に位置決めできるばかりでなく、繊維強化樹脂材料
からなる芯材１１の小径部１１Ａに作用する曲げモーメ
ント等を他の部位に比較して小さくすることができ、応
力集中による小径部１１Ａの破損等を防止できる。また
取付は部材１２の基端側外径は芯材１１の外径に対応し
１両者の外周面をほぼ面一としているから、これらの外
周面に繊維材料１７をスムーズに巻回して外筒１６を形
成でき、該外筒１６の強度を高めることができる等、種
々の効果を奏する。

次に、第５図および第６図は本発明の第２の実施例を示
し、本実施例の特徴は、取付は部材の外周側に突設した
各引掛は部を径方向の突出部のみによって形成したこと
にある。なお１本実施例では前記第１の実施例で述べた
芯材１１、ｔａｍ材料１７をそのまま援用するものとす
る。

図中、２１は芯材１１の各小径部１１Ａに嵌合固着され
た取付は部材（一方のみ図示）を示し、該各取付は部材
２１は前記第１の実施例で述べた取付は部材１２と同様
に、基端側には嵌合穴２１Ａが、先端側には取付は部と
しての雄ねじ部２１Ｂがそれぞれ形成されているものの
、該各取付は部材２１の基端側外周には径方向にのみ突
出する引掛は部２２．２２が一体形成されている。

そして、該各引掛は部２２は嵌合穴２１Ａの軸方向中間
部にほぼ対応して位置し、取付は部材２１の基端側外周
に周方向に所定間隔をもって、例えば１０〜１５個程度
突設されている。なお、該各引掛は部２２の横断面形状
は第６図中に例示する如く、四角形状でもよく、三角形
状または円形状であってもよい。

２３は樹脂を含浸させた１８維材料１７を芯材１１の外
周面から各取付は部材２１の基端側外周面に亘り巻回す
ることによって形成された外筒を示し、該外筒２３は前
記第１の実施例で述べた外筒１６とほぼ同様に形成され
、その軸方向両端側には前記繊維材料１７を各引掛は部
２２に引掛けて巻返すことにより形成された巻返し部２
３Ａが設けられ、該各巻返し部２３Ａの肉厚は外筒２３
の他の部分とほぼ等しくなるように形成されている。

かくして、このように構成される本実施例でも、前記実
施例とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に
本実施例では、各引掛は部２２を径方向にのみ突出させ
て形成したから、取付は部材２１全体の形状を簡略化で
き、材料費を削減できる等の効果を奏する。

次に、第７図ないし第９図は本考案の第３の実施例を示
し、本実施例の特徴は、芯材３１の小径部３１Ａ外周面
に雄ねじ３１Ｂを形成し、取付は部材３２の嵌合穴３２
Ａに形成した雌ねじ３２Ａ１を該雄ねじ３１Ｂに接着剤
等を塗布してねじ嵌合させたことにある。

ここで、芯材３１は雄ねじ３１Ｂを除いて前記第１の実
施例で述べた芯材１１と同様に形成されている。また取
付は部材３２は雌ねじ３２Ａ１を除いて第１の実施例で
述べた取付は部材１２とほぼ同様に形成され、先端側に
は雄ねじ部３２Ｂが、外周側には径方向の突出部３３Ａ
と軸方向の延設部３３Ｂとからなる略り字形状の引掛は
部３３　、３３　、・・・がそれぞれ設けられている。

そして、該取付は部材３２の基端側外周面および芯材３
１の外周面には第１の実施例で述べた外筒１６と同様の
外筒３４が巻回形成され、該外筒３４の軸方向両端側に
は繊維材料を各引掛は部３３に引掛けて巻返すことによ
り形成された巻返し部３４Ａが設けられている。

かくして、このように構成される本実施例でも、前記０
′！■の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができ
るが、特に本実施例では、芯材３１の小径部３１Ａに形
成した雄ねじ３１Ｂと取付は部材３２の嵌合穴３２Ａに
形成した雌ねじ３２ＡＩ　　とをねじ嵌合し、接着剤等
で固着するようにしたから、取付は部材３２′４に加え
られる引張り荷重を外筒３４の巻返し部３４Ａだけでな
く、このねじ嵌合部でも分担でき、引張り強度等をさら
に高めることができる。

なお、前記第２の実施例でも、芯材１１の小径部１１Ａ
外周面に雄ねじを形成し、取付は部材２１の嵌合穴２１
Ａに雌ねじを形成し、両者を接着剤等を併せてねじ嵌合
するようにしてもよい。

なお、前記各実施例では、外筒１６（２３゜３４）等を
フィラメントワインディング法等の手段を用いて形成す
るものとしたが、これに替えて、外筒１６　（２３、３
４）等をテープワインディング法、ハンドレイアップ法
等の手段を用いて形成してもよい。

また、前記各実施例では、油圧シリンダ用ロッドを例に
挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、空圧シ
リンダ用ロー２ド、ロボットアーム、ＣＦＲＰ製トラス
トラス構造物ＲＰ製シャフト、自動車用ドライブシャフ
ト等、種々の繊維強化樹脂製棒状体に適用できるもので
ある。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、芯材の小径部を取
付は部材の嵌合穴に嵌合し、該取付は部材の引掛は部に
樹脂を含浸させた繊維材料を引掛けて巻返すようにして
外筒を形成したから、１８ｍ材料の強度を活かして、外
筒および芯材に取付は部材を強固に一体化でき、芯材の
小径部に応力が集中するのを防止でき、信頼性を向上で
きる。また、取付は部材の外径を芯材の外径に対応させ
たから、繊維材料を芯材の外周面から取付は部材の基端
側外周面に亘すスムーズに巻回でき、外筒の強度を高め
ることができる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４は本発明の第１の実施例を示し、第１
図はロッドの一端側を示す縦断面図、第２図は第１図中
の■−■矢示方向拡大断面図、第３図は繊維材料を引掛
は部に引掛けて巻返した状態を示す外観説明図、第４図
は第３図中の■−■矢示方向断面図、第５図および第６
図は第２の実施例を示し、第５図はロッドの一端側を示
す縦断面図、第６図はＨＡｍ材料の巻回状態を示す第５
図の要部拡大外観図、第７図ないし第９図は第３の実施
例を示し、第７図はロッドの一端側を示す縦断面図、第
８図は芯材の要部縦断面図、第９図は取付は部材の要部
縦断面図、第１０図は従来技術によるロッドの一端側を
示す外観図、第１１図は他の従来技術によるロッドの一
端側を示す縦断面図である。１１．３１・・・芯材、ＩＩＡ、３１Ａ・・・小径部、
１２，２１．３２・・・取付は部材、１２Ａ。２１Ａ、３２Ａ・・・嵌合穴、１２Ｂ、２１Ｂ。３ｇＢ・・・雄ねじ部、１３，２２．３３・・・引掛は
部、１６，２３．３４・・・外筒、１６Ａ、２３Ａ。３４Ａ・・・巻返し部、１７・・・繊維材料、３１Ｂ・
・・雄ねじ、３２Ａ１・・・雌ねじ。特許出願人　　　日立建機株式会社代理人　弁理士　　　広　瀬　和　音間　　　　　　　　中　　村　　直　　樹脂１図第２図第３図第４図１Ａ第５図第６図第７図１　　人　　　＼３１Ａ３３　　３４Ａ第１０図第１１図３　　　　　　　　　　３Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繊維強化樹脂材料によって形成され、軸端側が小
径部となった長尺の芯材と、該芯材に対応する外径を有
し、基端側に該芯材の小径部が嵌合する嵌合穴が形成さ
れると共に、該基端側外周に繊維材料の引掛け部が突設
され、先端側が相手方部材への取付け部となった取付け
部材と、樹脂を含浸させた繊維材料を前記芯材の外周面
から該取付け部材の基端側外周面に亘り、該取付け部材
の引掛け部に引掛けて巻返しつつ、巻回することにより
形成された外筒とから構成してなる繊維強化樹脂製棒状
体。
（２）前記引掛け部は取付け部材の周方向に所定間隔を
もって、該取付け部材の基端側外周からそれぞれ径方向
外向きに突設してなる特許請求の範囲（１）項記載の繊
維強化樹脂製棒状体。
（３）前記引掛け部は、取付け部材の基端側外周からそ
れぞれ径方向外向きに突設された径方向の突出部と、該
各突出部の先端から軸方向に延設された軸方向の延設部
とから構成してなる特許請求の範囲（１）項記載の繊維
強化樹脂製棒状体。
（４）前記芯材の小径部外周面には雄ねじを形成し、前
記取付け部材の嵌合穴には該雄ねじがねじ嵌合する雌ね
じを形成してなる特許請求の範囲（１）項記載の繊維強
化樹脂製棒状体。