JPH0160686B2

JPH0160686B2 -

Info

Publication number: JPH0160686B2
Application number: JP60140654A
Authority: JP
Inventors: Shiizaa Puresuta Jon
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1989-12-25
Also published as: JPS6136513A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、繊維強化プラスチツクス（以下
FRPと略記）製ドライブシヤフトに関するもの
である。

近年、省エネルギー的見地より自動車の軽量化
が急務となり、FRPの自動車部品への応用が
種々試みられている。

ドライブシヤフトのFRP化はその一例であり、
炭素繊維（以下CFと略記）、ガラス繊維（以下
GFと略記）等を強化繊維とし、強化繊維の組合
せ、配列角等を選ぶことにより、軽量化のみなら
ず、騒音の低下、振動の低減も可能となり注目さ
れている。

本発明において、ドライブシヤフトとは、エン
ジンの回転を駆動車輪軸に伝えるためのパイプ状
の軸を意味し、その前部はヨークエンド、ユニバ
ーサルジヨイントを介入してトランスミツシヨン
と、また、後部はヨークエンド、ユニバーサルジ
ヨインを介してデイフアレンシヤルと結合されて
いる。

従来、ドライブシヤフトは鋼管が用いられ、こ
のものと鋳物からなるヨークエンドとは溶接によ
り好適に結合されていた。これに対し、FRP製
ドライブシヤフトの場合、ヨークエンドとの溶接
は不可能なため、ヨークエンドに長さ30〜100mm
程度の鋼管を溶接し、この鋼管をFRP製ドライ
ブシヤフトに挿入し、接着剤、ボルト等、又は、
これらを併用することによつて結合されていた
（例えば特開昭52−127552号）。しかし、上記方法
は下記の如き欠点を有する。

(1) 接着剤を用いる場合の欠点 (イ) 接着剤の硬化に長時間を要する。

(ロ) FRPの成形時に用いた離型剤を接着前に
取除かねばならない。

(ハ) 接着強度に信頼性が低く、かつ、接着強度
を非破壊的に検査する方法がない。

(2) ボルトを用いる場合の欠点 (イ) 穴あけ加工が必要であるが、FRP、特に
炭素繊維を含むFRPは工具の摩耗が著しい。

(ロ) パイプ内をおさえる手段がないため特殊な
ボルトが必要となる。

(3) 接着剤、ボルトを用いる場合の共通な欠点 (イ) 結合時に直線性のずれ、偏心等が起り易
く、回転バランスをとることが困難である。

以上の欠点は、大量生産方式が採用され、安全
性が要求される自動車産業にとつて、いずれも重
大な問題であり、FRP製ドライブシヤフトの実
用化を阻む大きな要因であつた。

本発明は、これらの問題を解決せんとするもの
である。

本発明は、下記のとおりである。

(1) 本体部と両末端部とからなる繊維強化プラス
チツクス製ドライブシヤフトにおいて、そのド
ライブシヤフトの両末端部に、ヨークエンドと
溶接可能な金属製パイプをそれぞれ埋込んで、
同時成形一体化したものであつて、該金属製パ
イプがプラスチツクスとの接着面において多角
形である繊維強化プラスチツクス製ドライブシ
ヤフト。

以下、本発明を詳しく説明する。

本発明のドライブシヤフトは、FRPよりなり、
その両末端部にヨークエンドと溶接可能な金属製
パイプをそれぞれ埋込んで、同時成形一体化した
ものである。本発明のドライブシヤフトに用いら
れるFRPは、ガラス繊維、炭素繊維、高弾性有
機繊維（例えばデユポン社製ケブラー）、酸化ア
ルミニウム繊維、ボロン繊維の如き高弾性高強化
の繊維と、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フエノール樹脂、ポリイミド樹脂の如き熱硬
化性樹脂との複合材料である。強化繊維や樹脂
は、それぞれ必要に応じて２種以上の組合せとす
ることが可能である。

本発明における金属製パイプは、ヨークエンド
と溶接可能であることが必要であり、ヨークエン
ドの材質には、鉄、ニツケル、銅、アルミニウ
ム、及び、これらの合金が用いられる。通常、ヨ
ークエンドは、鋳鉄製のため、本発明における金
属製パイプも、鋳鉄や鋼鉄（スチール）等の鉄系
材料が用いられる。本発明のFRP製ドライブシ
ヤフトは、成形時に該ドライブシヤフトの両末端
部に、金属製パイプをそれぞれ埋込んで同時成形
一体化することにより製造される。ここで同時成
形とは、FRP製ドライブシヤフトのマトリツク
スとして用いられる樹脂の硬化前に、金属製パイ
プを密着させ、マトリツクス樹脂の硬化とドライ
ブシヤフト−金属製パイプの接着とを同時に行う
成形方法を意味する。同時成形することにより、
従来の如く成形後に接着する方法と比較し、接着
強度が増し、接着強度の変動が減少し信頼性が増
すとともに、直線性のずれ、偏心等の問題も発生
しなくなる。

本発明のドライブシヤフトは、第１図の如く、
FRP部と金属製パイプの先端が一致していても
よいし、第２図「ａ」部分の如く、金属製パイプ
が外に出ていてもよい。出ている長さ「ａ」は20
mm以下で充分である。FRP部と金属製パイプの
接着面の長さ（第１図、第２図の「ｌ」）は、要
求される応力によつて異なるが、通常は50〜100
mmである。過度に長くなると、ドライブシヤフト
の重量が増し、好ましくない。第１図、２図にお
いて１は金属製パイプ、２はFRP部である。

FRP部と接着している金属製パイプは、接着
面において多角形である。ここに多角形とは、第
５図の如き多角形（好適なものとして12角形）の
ほかに、第４図の如き形状を有するものも含まれ
る。このように金属製パイプが接着面において多
角形であることにより、同時成形一体化した本発
明のFRP製ドライブシヤフトは、接着力を強化
することができ、特に大型自動車の場合に好まし
い結果を与える。更に、接着面に突起や溝を設け
て接着力を一層強化することが好ましい。

本発明のドライブシヤフトに似たドライブシヤ
フトとして、ドライブシヤフト全長にわたつて金
属製バイプとFRP部を一体化したドライブシヤ
フトが知られている（例えば、Conference On
Advanced Composite Techno−logy、1978 at
Los Angels 予稿集250頁）。

この公知のドライブシヤフトは、本発明のドラ
イブシヤフトと比較して、重量が増すばかりでな
く、金属とFRPの熱膨潤率の差に起因する熱ひ
ずみにより耐用年数が著しく短い等の問題が生ず
る。

本発明のドライブシヤフトは、両末端部の、ご
く短い部分にのみ金属製パイプを用いているの
で、このような問題も発生しない。

本発明のドライブシヤフトは、従来のスチール
製ドライブシヤフトと同様に溶接により容易にヨ
ークエンドと接合できるので、非常に好都合であ
る。

本発明のドライブシヤフトは、以下に示す成形
方法により効率的に成形可能である。

以下、成形方法を第３図により説明する。

第３図において、離型剤を塗布したマンドレル
３の上にドライブシヤフトの両末端部に当る位置
に、金属製パイプ１，１′をそれぞれセツトし、
この上にフイラメントワインド法、テープワイン
ド法等により強化繊維を巻く。第３図は、２対の
金属製パイプ１，１′をセツトし２本分を同時に
巻きつける場合を示しているが、１対の金属製パ
イプをセツトして１本ずつ巻くこともできるし、
また、２対以上の金属製パイプをセツトして多本
数を同時に巻きつけることもできる。多本数を同
時に巻きつけた場合には、硬化してマンドレルを
引抜いた後、AA′において切断することにより、
本発明のドライブシヤフトを得ることができる。
第３図における「Ｌ」はドライブシヤフトの長さ
を示す。

強化繊維４は、前述の如くガラス繊維、炭素繊
維、その他が用いられ、その形状は、多数のフイ
ラメントからなるストランド状、ストランドを或
る幅をもつて並べたテープ状、更に、織物、編
物、組紐等であつてもよい。樹脂が付着してない
強化繊維を巻きつけた後、樹脂を含浸させること
も可能であるが、樹脂を含浸させた強化繊維を巻
きつける方が好ましい。

強化繊維の巻角度α（繊維とドライブシヤフト
の中心軸との角）は、目的により自由に変え得
る。このようにして巻きつけた後、必要により加
温することによりマトリツクス樹脂の硬化と金属
製パイプとの接着を同時に行う。樹脂の硬化後、
マンドレルを抜取り、２本以上同時に巻きつけた
場合は切離すことにより、本発明のドライブシヤ
フトを得る。

以上の如くして得られたドライブシヤフトは、
両末端部に強く接着した金属製パイプを有するの
で、従来のスチール製ドライブシヤフトと同様
に、溶接により容易にヨークエンドと結合可能で
ある。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発
明は実施例に限定されるものではない。比較例も
示す。

実施例１外径74mmのマンドレルに内径74mm、外径77mm、
長さ100mmの接着予定面が12角形であるスチール
製パイプ２個を第３図に示す「Ｌ」が1200mmとな
る如くセツトし、テープワインド法により直径
7μのフイラメント12000本からなる高強度炭素繊
維ベスフアイト７−12000〔東邦レーヨン(株)〕を
５本平行に並べ幅10mmのテープ状としたものにエ
ピコート827（日本シエル化学社製エポキシ樹脂）
100部（重量部以下同じ）、ヘキサヒドロ無水フタ
ール酸100部、ベンジルメチルアミン２部の混合
物を含浸させたテープ状物を軸方向に対し±45゜
厚さ1.0mmとなる如く巻き、次に、同じエポキシ
樹脂含浸ベスフアイト（前示）を軸方向に対し±
10゜厚さ1.9mmとなる如く巻き、次いで、同じエポ
キシ樹脂を含浸させたガラス繊維を軸方向に対し
±85゜、厚さ0.1mmとなる如く巻きつけた。巻きつ
けた後、マンドレルとともに150℃の硬化室に入
れ、マンドレルを水平に保ちつつ、１回／分で回
転させながら30分で硬化させた後、冷却しマンド
レルを脱却して両末端にスチール製パイプが埋込
まれたドライブシヤフトを得た。

得られたドライブシヤフトを、通常のスチール
製ドライブシヤフトと同様に、ヨークエンドに溶
接し、回転テストを行つたところ、バランスは良
好であつた。また、一端を固定し、他端にトルク
をかけて埋込まれたスチール製パイプとFRP部
のはく離強度を、同様に製造した10本について測
定したところ、最高193Kg／cm²、最低160Kg／cm²、
平均177Kg／cm²であつた。

比較例１外径77mmのマンドレルを用い、スチール製パイ
プをセツトしない他は、実施例１と同様にして
FRP製ドライブシヤフトを得た。このドライブ
シヤフトの内壁の離型剤をサンデイングにより取
除いた後、実施例１で用いたと同じ金属製パイプ
をヨークエンドに溶接し、FRP製ドライブシヤ
フトに挿入してエポキシ樹脂で接着した。

このようにして得られたドライブシヤフトの回
転テストを行つたところ、10本中８本は10〜25ｇ
の重りをヨークエンド部に溶接して、バランス調
整を行うことが必要であつた。

また、実施例１と同様に測定した10本のはく離
強度は、最高171Kg／cm²、最低84Kg／cm²、平均124
Kg／cm²であつた。

実施例２外径74mmのマンドレルに内径74mm、外径80mm、
長さ100mmで表面に幅２mm、深さ１mmで幅方向と
±45゜の角をなす溝20本（＋45゜方向、−45゜方向各
10本）が等間隙に並んでいるところの接着予定面
が第４図に示すと同じスチール製パイプを、実施
例１と同様にセツトし、±45゜の層の厚みが２mm、
±10゜の層の厚みが2.8mm、±85゜の層の厚みが0.2mm
である他は実施例１と同様に成形してドライブシ
ヤフトを得た。このドライブシヤフトをヨークエ
ンドに溶接して回転テストを行つたところ、バラ
ンスは良好であり、はく離強度は平均330Kg／cm²
であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明のドライブシヤフトの
未端の断面を示す。第３図は成形方法を示す略図
である。第４図、第５図は金属製パイプの横断面
形状の一例である。１，１′：金属製パイプ、２：FRP部、３：マ
ンドレル、４：強化繊維。

Claims

【特許請求の範囲】

１本体部と両末端部とからなる繊維強化プラス
チツクス製ドライブシヤフトにおいて、そのドラ
イブシヤフトの両末端部に、ヨークエンドと溶接
可能な金属製パイプをそれぞれ埋込んで、同時成
形一体化したものであつて、該金属製パイプがプ
ラスチツクスとの接着面において多角形である繊
維強化プラスチツクス製ドライブシヤフト。