JPH02236014A - 繊維強化プラスチック製駆動軸 - Google Patents

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、例えば自動車用のプロペラシャフトとして使
用される繊維強化プラスチック（以下ｒＦＲＰＪと略す
）製駆動軸に関するものである。

（従来の技術） 近年、省エネルギーの観点から自動車の軽量化が強く望
まれており、さらには低騒音・低振動といった乗心地性
向上の要求が非常に高くなっている。

その一つの手段として、プロペラシャフト（エンジンの
回転を車輪に伝達する駆動軸）を鋼製のものからＦＲＰ
製へかえる試みがなされている。

プロペラシャフトは回転を伝達するためのねじり強度と
高速回転時の共振を防止するための曲げ強度が要求され
る。特に駆動軸の一次曲げ危険速度ＮＣは次の■式であ
らわされる。

Ｎ　Ｃ　一（３０π／ｌり×　　・　　ρ・Ａ　・・・
　■ここで、！！．：シャフト長さ、ρ：密度、Ａ：シ
ャフト断面積、Ｅ：軸方向弾性率、Ｉ：断面二次モーメ
ント 上記■式より明らかな如く、密度ρの大きい金属材料に
較べ、密度の低いＦＲＰ材料は共振の点からも有利であ
る。勿論車体重量の軽減による燃費向上のメリットも大
きい。

この様な観点から既にＦＲＰ製プロペラシャフトに関す
る発明が数多く提案されている。これ等の発明の多くは
、特公昭６１−４８７号公報に代表される様にシャフト
の巻付成形条件として、繊維を軸方向に対して±３０°
〜±６０″、通常は±４５”に配向させてねじりに対し
て強化した層１と、軸方向にＯ°〜±２０″に配向さセ
て曲げに対して強化した層２の積層繰返し数が１から形
成されるのが通常であった（第４図参照）。なお、第４
図中３は最外層のガラス繊維層を示す。

さらには０°〜±２０゜の曲げ強化層２は高い弾性率を
必要とするところから炭素繊維が使用され、±３０°〜
±６０゜のねしり強化層１についてはコストの点からガ
ラス繊維が使用されるのが通常であった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の方法では、異なった角度で異なっ
た繊維が積層されると、加熱硬化から冷却時に熱膨張係
数の違いによって境界層で剥離を生じ易いという問題点
があった。

これは、シャフトの径及び各層の厚みによっても変化す
るが、径が小さいほど、又層厚が厚いほどその問題を生
じ易いものであった。

また、ねじり強化層（±３０〜±６０゜の層）が内側に
配置される場合は、外側に配置される場合に較べてねじ
り強度が低下し、特に高いねしり強度が要求される用途
に対しては不適当であった。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解消し、各境界
層での剥離の可能性を減じ、かつ高いねじり強度を有す
るＦＲＰ製駆動軸を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記問題点を解消するために本発明者が種々検討した結
果、次の方法によって良好な特性を有するＦＲＰ製駆動
軸を得ることが明らかとなった。

すなわち、本発明は中空円筒状のシャフトであって、管
軸方向に対して±３０°〜±６０゜の角度で巻付成形さ
れたねじり強化層と、０°〜±２０゜の角度で巻付成形
された曲げ強化層とが交互に２以上の繰返し数で積層形
成された補強繊維を使用したことを要旨とするＦＲＰ製
駆動軸である。

（作　　用） 本発明において使用するねしり強化層を管軸方向に対し
て±３０’〜±６０゜の角度の範囲内としたのは、第２
図に示すように、この範囲内であれば十分なねじり強さ
が得られるためである。なお、±４５°の角度の場合に
ねじり強度は最大となるため、±４５°の角度が最も望
ましい。

また曲げ強化層は、第３図に示すように、０〜±２０゜
の範囲内のとぎに駆動軸とした場合に十分な高い弾性率
が得られるため０°〜±２０゜０′：・範囲とした。

なお、本発明にあってはこれら各層の厚さについては何
等限定されないが、本発明者の実験では０．５ｍｍ−ｔ
ｌ−越えると境界層で剥離が生じ易くなるため、０．５
ｍｍ以下が望ましい。最小の膜厚値は成形法にもよるが
０．１ｍｍ以上が通常である。

本発明はこれらの層を内面側から交互に積層するわけで
あるが、その積層の繰返し数ｎは２以上である必要があ
る。

この様に積層することにより、各層毎の膜厚を滅ずるこ
とが可能となり、各層間で発生する加熱硬化から冷却過
程で発生する剥離応力を減少させることが可能となるか
らである。

また、ねじり強化層が従来の内面側のみから、外面側へ
も配向するためにトータル厚みが同一であってもねじり
強度は向上するのである。

ここで使用される材料としては、マトリックス樹脂とし
てエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエス
テル樹脂、フェノール樹脂などが適用出来、また補強繊
維としては、ガラス繊維（Ｅガラス、Ｓガラス）、炭素
繊維、アラミド繊維などの連続繊維が使用できる。

製造方法としては、通常のフィラメンＩ・ワインデング
（ＦＷ）法のほか、ブリプレグシートを積層する方法、
ブリプレグテーブにてワインデングするテープワインデ
ング法などが適用される。

成形されるシャフトの径は用途・特性にもよるが、径が
φ５０ｍｍ〜φ１２０ｍｍ程度、肉厚で５ｍｍ〜１５ｍ
ｍ程度のものである。

なお、最外層には耐衝撃性向上のためにガラス繊維層を
配向させることが望ましく、その角度は±８０°〜±９
０°が適当である。

（実　施　例） 以下本発明を第１図に示す一実施例に基づいて説明する
。なお、第１図中第４図と同一番号は同一部分あるいは
相当部分を示す。

すなわち、本発明は第１図に示すように管軸方向に対し
て例えば４５゜の角度で巻付形成されたねしり補強層１
と例えば１０゜の角度で巻付成形された曲げ補強層２を
例えば２回繰返して形成し、その最外層に、耐衝撃性を
向上するためのガラス繊維層３（±８０゜）を形成した
ものである。

次に本発明の効果を確認するために行った実施結果につ
いて説明する。

その１） 外径がφ７６ｍｍの鋼製マンドレルにフィラメントワイ
ンデング法にてシャフトを成形した。マトリックス樹脂
はエポキシ樹脂（商品名［エビコート８２８Ｊ　　：油
化シェルエポキシ株式会社製）と酸無水物硬化剤（商品
名ｒ　ｌ｛Ｎ　−　２２００　Ｊ　：日立化成株式会社
製）とを１００：８０　（重量比）で混合したものを用
いた。

繊維は±４５″のねじり強化層並びに最外層の±８５゜
層にガラス繊維（商品名「グラスロンＲ１１５０Ｊ　；
旭ファイハーグラス株式会社製）を使用し、±１０゜の
曲げ強化層には炭素繊維（商品名「１・レカＴ−３００
」；東レ株式会社製）を使用した。

±４５゜のねしり強化層は一層当たりの厚みが０．５ｍ
ｍ、±１０゜の曲げ強化層は一層当たりの厚みが０．２
３ｍｍとし、内側からねじり強化層、曲げ強化層・・・
といった様に交互に積層を１３回繰返した後、最外層と
して±８５゜のガラス繊維層を０．５ｍｍ成形した全体
の厚みが１０ｍｍのシャフ１・を形成し、１６０゜Ｃオ
ーブン中で４時間加熱硬化を行い、冷却した後マンドレ
ルを引抜きＦＲＰ製プロペラシャフトを得た。

次に、上記その１）と同じ径のマンドレルで、同一の材
料を用いてまず±４５゜のねしり強化層を６．５ｎ＋ｍ
、±１０゜の曲げ強化層を３ｍｍ、±８５゜のガラス繊
維層を０．５　ｍｍ形成した。その他はそのｌ）と同様
である（比較例）。

その２） その１）と同じ径のマンドレルで、同一の材料を用いて
、まず±４５゜のねしり強化層を２＋ｎｎ＋形成した後
、１層当たりの厚みが０．５ｍｍの±１０’の曲げ強化
層と１層当たりの厚みが同じ＜０．５ｍｍの±４５゜の
ねしり強化層とを６回繰返した後、±４５゜のねしり強
化層を１．５ｍｍ、最後に±８５゜のガラス繊維層を０
．５ｍｍ形成した。その他はその１）と同様である。

以上で得たシャフトについて超音波測定により層間剥離
の有無について検査を行い、さらにねじり破壊トルク並
びに軸方向の弾性率を求めた。その結果を第１表に示す
。

第１表強度試験結果 （発明の効果） 以上説明したように本発明によって層間剥離のない高ね
じり強度を有する自動車用プロペラシャフトを得ること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分断面図、第２図は
ＦＲＰ円筒のねしり強さと巻き角度の関係図、第３図は
積層角と弾性係数の関係図、第４図は従来のシャフトの
構造図である。 １はねじり強化層、２は曲げ強化層。 」＝記表より本発明のＦＲＰ製駆動軸の優秀ざが判る。 積眉 亀 （り 第４図 ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空円筒状のシャフトであって、管軸方向に対し
   て±３０°〜±６０°の角度で巻付成形されたねじり強
   化層と、０°〜±２０°の角度で巻付成形された曲げ強
   化層とが交互に２以上の繰返し数で積層形成された補強
   繊維を使用したことを特徴とする繊維強化プラスチック
   製駆動軸。