JPH0356898B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、油圧・空圧シリンダ用ロツド、ロボ
ツトアーム、CFRP製トラス構造物、CFRP製シ
ヤフト、自動車用ドライブシヤフト等に用いて好
適な繊維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シリ
ンダ用ロツ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、該ロツドの構造は、従
来第１０図又は第１１図に示すようになつてい
た。

即ち、第１０図において、１はロツドで、該ロ
ツド１は例えばエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊
維からなる糸状繊維材料を巻回して棒状に形成し
たものからなつており、該ロツド１の一側軸端に
は切削加工によつて形成した雄ねじ部１Ａが一体
的に設けられている。

一方、第１１図において、２はロツド本体３と
雄ねじ部材４とからなるロツドで、該ロツド本体
３は第１の従来技術に示したロツド１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
からなつており、該ロツド本体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は金属材料によつて挿入軸部４Ａと雄
ねじ部４Ｂとからなつており、挿入軸部４Ａをロ
ツド本体３の挿入穴３Ａに挿嵌し、接着剤で固着
することにより、ロツド本体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、ロツド１に雄ねじ部１Ａを切削加工す
る第１の従来技術にあつては、次のような欠点が
ある。まず、雄ねじ部１Ａを形成するための切削
加工によつて、ロツド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、ロツ
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、ロツド１に切削加工によつて雄ねじ部１
Ａ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１Ａを形成し
ている樹脂及び糸状繊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１Ａに金属製ナ
ツトを螺合して強く締付けた場合、雄ねじ部１Ａ
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図に示すようにロツド本体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
つても、該接着部分の剪断強度が低いために、ロ
ツド本体３を繊維強化樹脂で成形することによつ
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、本発明は繊維強化樹脂の強度を十分に
活すことができ、耐疲労性、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〕

上述した問題点を解決するために本発明は、長
尺な芯材と、該芯材の軸端に設けられ、外周側に
繊維材料の引掛け部が周方向に少なくとも１個以
上形成された取付け部材と、樹脂を含浸させた繊
維材料を前記芯材の外周面か該取付け部材の外周
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、該外筒の軸端に前記取付け部材の引掛け部を
介して位置決めされた被取付け部材とからなる構
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
繊維、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いるフイラメントワインデイ
ング法、テープ状繊維材料を用いるテープワイン
デイング法、織物状繊維材料を用いるハンドレイ
アツ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、前記取付け部
材および被取付け部材は、例えば金属材料、セラ
ミツク材料、短繊維で強化した樹脂材料等によつ
て形成される。

〔作用〕

樹脂を含浸させた繊維材料を取付け部材の引掛
け部に引掛けて巻返しつつ、芯材の外周面から取
付け部材の外周面に亘つて外筒を巻回形成してい
るから、繊維材料が途中で切断されたりするよう
なことがなくなり、該繊維材料が有する強度を十
分に活かして、取付け部材を芯材および外筒の軸
方向端部に強固に一体化できる。そして、該外筒
の軸端に取付け部材の引掛け部を介して被取付け
部材を確実に位置決めでき、該被取付け部材によ
り相手方部材を当該棒状体の軸端に確実に固定で
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、繊維強化樹脂製棒状体として油圧シリン
ダ用ロツドを例に挙げて説明する。

第１図ないし第５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は繊維強化樹脂材料からなる一方向引抜き材
によつて、例えば直径が10mm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
述する取付け部材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。また、該小
径部１１Ａの外周には雄ねじを形成し、嵌合穴１
２Ａには雌ねじを形成し、両者を接着剤を併用し
てねじ結合するようにしてもよい。なお、該芯材
１１については、後述する外筒１６と同様に樹脂
を含浸させた繊維材料をフイラメントワインテイ
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
れた取付け部材（一方のみ図示）を示し、該各取
付け部材１２は金属材料、セラミツク材料、短繊
維で強化した樹脂材料等により外径が10mm程度の
短尺な円筒状に形成され、その内周側は芯材１１
の小径部１１Ａと嵌合する嵌合穴１２Ａとなつて
いる。そして、該各取付け部材１２の嵌合穴１２
Ａ内には芯材１１の各小径部１１Ａが嵌合されて
接着剤で固着され、該各取付け部材１２の外周面
は芯材１１の外周面と面一になつている。また、
該取付け部材１２の外周側には周方向に所定間隔
をもつて、例えば10〜15個程度の引掛け部１３，
１３，…が略Ｌ字形状に一体形成されている。

ここで、該各引掛け部１３は、取付け部材１２
の軸方向中間部から径方向外向きに突出した径方
向の突出部１３Ａと、該突出部１３Ａの先端から
取付け部材１２の軸方向端面と対応する位置まで
延設された軸方向の延設部１３Ｂとから構成され
ている。また、該各引掛け部１３の突出部１３Ａ
間にはそれぞれスリツト１４，１４，…が介在
し、各延設部１３Ｂと取付け部材１２の外周面と
の間は略コ字形状の切込み部１５となつている。
そして、該切込み部１５内には後述の繊維材料１
７が第４図、第５図に示す如く、一のスリツト１
４を介して導入された後、他のスリツト１４を介
して軸方向に導出されるようになつており、これ
によつて、該繊維材料１７は各引掛け部１３の突
出部１３Ａ側に引掛けて巻返される。

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け部材１２の外周面
に亘り全面に巻回することにより形成された外筒
を示し、該外筒１６は繊維材料１７をフイラメン
トワインデイ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θ＝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
以上の巻回層によつて略円筒状に形成されてい
る。そして、該繊維材料１７はこの交差巻付け時
に第４図、第５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、各取付け部材１２の１本または複数
本の引掛け部１３に引掛けて巻返され、これによ
つて、芯材１１の軸方向両端側に各取付け部材１
２を強固に一体化するようになつている。

ここで、前記繊維材料１７には炭素繊維、ガラ
ス繊維、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。そして、外筒１６の各巻返し部１６Ａは
前記切込み部１５内をこの繊維材料１７によつて
ほぼ完全に埋め、その肉厚は外筒１６の他の部分
とほぼ等しくなるように形成されている。

１８は外筒１６の外周側で取付け部材１２の各
引掛け部１３背面側に係止されたリングを示し、
該リング１８は取付け部材１２と同様の材料によ
つて形成された一対のリング半割体からなり、取
付け部材１２の各突出部１３Ａ背面側で外筒１６
の外周面に径方向から嵌合され、図示の位置で接
着等の手段を用いて固着されている。そして、該
リング１８は取付け部材１２の各引掛け部１３よ
りも僅かに大きい外径をもつて形成され、その外
周面には雄ねじ１８Ａが形成されている。

さらに、１９は外筒１６の軸方向両端側にリン
グ１８を介して位置決めされ、該リング１８と共
に被取付け部材を構成する螺合部材を示し、該螺
合部材１９は前記取付け部材１２と同様の材料に
よつて形成され、取付け部材１２の各引掛け部１
３外周側を覆うべく有蓋筒状に形成され、開口側
内周に雌ねじ１９Ａが設けられた筒状部１９Ｂ
と、該筒状部１９Ｂの蓋部中央から軸方向に突設
され、外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部１９
Ｃとからなつている。そして、該螺合部材１９は
筒状部１９Ｂの雌ねじ１９Ａがリング１８の雄ね
じ１８Ａに螺着され、該リング１８を介して外筒
１６の軸端にそれぞれ固着されるようになつてい
る。また、該螺合部材１９の雄ねじ部１９Ｃ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つている。

本実施例による油圧シリンダ用ロツドは上述の
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を用意
する。これは引抜き成形法によつて繊維強化樹脂
材料から形成された中実な丸棒体でもよく、ある
いはフイラメントワインデイング法等による小径
な円筒体であつてもよい。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
付け部材１２を嵌合穴１２Ａを介して嵌合し、接
着剤によつて接合固着する。なお、小径部１１Ａ
には雄ねじを形成し、雌ねじを形成した嵌合穴１
２Ａと接着剤を併用してねじ結合してもよい。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け部材１２の外周面に
亘り、樹脂を含浸させた糸状の繊維材料１７をフ
イラメントワインデイ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、前記繊維
材料１７を芯材１１の外周面側から各取付け部材
１２の外周面側へと所定の張力をもつて伸長させ
つつ、各引掛け部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、これによつて、各取付け部材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−Ｏに対し零度に近い巻
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および取付け部材１２の外
周面側に所定の厚さをもつた外筒１６を形成した
段階で、これらを硬化炉内に入れ、繊維材料１７
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の端部外周を均一な表面に仕上げて、該外
筒１６の外径を、例えば22.4mm程度に形成する。
そして、外筒１６の両端側にそれぞれリング１８
を２分割した状態で径方向から嵌合させ、各引掛
け部１３の突出部１３Ａ背面側に密着するように
係止させて、接着剤で固着する。次に、この接着
剤が硬化した段階で、該リング１８の雄ねじ１８
Ａに螺合部材１９の雌ねじ１９Ａを螺着させ、該
螺合部材１９の筒状部１９Ｂで外筒１６の両端側
や各引掛け部１３を覆うようにして、当該ロツド
を完成させる。

而して、本実施例によれば、芯材１１および各
取付け部材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、該繊維材料１７を各引掛け部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け部材１２を
強固に一体化でき、該各取付け部材１２を確実に
抜止めおよび廻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
ロツ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、当該ロ
ツ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や外筒１６には繊維強化樹脂材料を、高
い硬度が要求される取付け部材１２、リング１
８、螺合部材１９等には金属材料等を適宜に選択
して使用することが可能となり、設計の自由度を
増大させることができ、限界設計が可能となる。
また、取付け部材１２の嵌合穴１２Ａに芯材１１
の小径部１１Ａを嵌合させ、接着剤で両者を接合
固着しているから、芯材１１の両端側に各取付け
部材１２を確実に位置決めでき、この部位におけ
る応力集中等も防止できる。加えて、外筒１６の
軸方向両端側にはリング１８を介して螺合部材１
９を螺着しているから、該螺合部材１９の筒状部
１９Ｂによつて外筒１６の端部や各引掛け部１３
等を包み囲むように覆うことができ、外観形状を
スマートに仕上げることがでる等、種々の効果を
奏する。

次に、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、取付け部材の外周側に設けた
各引掛け部を径方向の突出部のみによつて形成し
たことにある。なお、本実施例では前記第１の実
施例で述べた芯材１１、繊維材料１７、リング１
８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
固着された取付け部材（一方のみ図示）を示し、
該各取付け部材２１は第１の実施例で述べた取付
け部材１２と同様に、内周側には嵌合穴２１Ａ
が、外周側には各引掛け部２２がそれぞれ形成さ
れているものの、該各引掛け部２２は取付け部材
２１の中間部から径方向にのみ突出形成されてい
る。

２３は樹脂を含浸させた繊維材料１７を芯材１
１、取付け部材２１の外周面に亘り巻回すること
により形成された外筒を示し、該外筒２３は第１
の実施例で述べた外筒１６とほぼ同様に形成さ
れ、その軸方向両端側は前記繊維材料１７を各引
掛け部２２に引掛けて巻返すことにより形成され
た巻返し部２３Ａとなつている。そして、該外筒
２３の両端側外周には各引掛け部２２の背面側に
係止したリング１８が接着剤等によつて固着され
ている。

２４はリング１８と共に被取付け部材を構成す
る螺合部材を示し、該螺合部材２４は第１の実施
例で述べた螺合部材１９とほぼ同様に、開口側内
周にリング１８の雄ねじ１８Ａと螺合する雌ねじ
２４Ａが形成された有蓋筒状の筒状部２４Ｂと、
該筒状部２４Ｂの蓋部中央から軸方向に突設され
た雄ねじ部２４Ｃとからなつている。そして、該
螺合部材２４の筒状部２４Ｂは内周側が段付筒状
に形成され、その段部２４B₁は雌ねじ２４Ａを
リング１８に螺着したとき、各引掛け部２２に図
示の如く当接するようになつている。

かくして、このように構成される本実施例で
も、前記第１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、各引掛け
部２２を径方向にのみ突出させたから、取付け部
材２１全体の形状を簡略化でき、材料費等を削減
できる。

次に、第７図ないし第９図は本発明の第３の実
施例を示し、本実施例の特徴は、取付け部材の外
周側に設けた各引掛け部の軸方向の延設部外周側
に雄ねじを形成し、該雄ねじに被取付け部材とし
ての螺合部材を螺着する構成としたことにある。
なお、本実施例では前記第１の実施例で述べた芯
材１１や繊維材料１７をそのまま援用するものと
する。

図中、３１は芯材１１の各小径部１１Ａに嵌合
固着された取付け部材（一方のみ図示）を示し、
該各取付け部材３１は前記第１の実施例で述べた
取付け部材１２とほぼ同様に、内周側には嵌合穴
３１Ａが、外周側には各引掛け部３２がそれぞれ
形成されている。然るに、該各引掛け部３２は、
取付け部材３１の基端側から径方向外向きに突設
された径方向の突出部３２Ａと、該突出部３２Ａ
の先端から軸方向に延設され、取付け部材３１の
軸方向先端面に対応する位置まで延びた軸方向の
延設部３２Ｂと、該各延設部３２Ｂの外周面にそ
れぞれ形成された雄ねじ３２Ｃとからなり、各延
設部３２Ｂは雄ねじ３２Ｃのねじ面を拡大すべ
く、周方向に比較的幅広に形成されている。ま
た、各突出部３２Ａは第９図に示す如く、その横
断面が略長円形状となり、繊維材料１７を傷付け
たりするのを防止するようになつている。

３３は樹脂を含浸させた繊維材料１７を芯材１
１、取付け部材３１の外周面に亘り巻回すること
により形成された外筒を示し、該外筒３３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、軸方向両端側は前記繊維材料１７を各引掛
け部３２の突出部３２Ａ側に引掛けて巻返すこと
により形成された巻返し部３３Ａとなつている。

さらに、３４は外筒３３の両端側に位置して、
各取付け部材３１の各引掛け部３２外周側に螺着
された被取付け部材としての螺合部材（一方のみ
図示）を示し、該各螺合部材３４は前記第１の実
施例で述べた螺合部材１９とほぼ同様に形成さ
れ、雌ねじ３４Ａを有する筒状部３４Ｂと雄ねじ
部３４Ｃとから構成されるものの、雌ねじ３４Ａ
は筒状部３４Ｂの開口端よりも所定寸法内側に位
置して、該筒状部３４Ｂの内周面に形成されてい
る。そして、該螺合部材３４は雌ねじ３４Ａが各
引掛け部３２の雄ねじ３２Ｃに螺着され、筒状部
３４Ｂは外筒３３の巻返し部３３Ａや各引掛け部
３２等を包み込むように覆つている。

かくして、このように構成される本実施例で
も、前記第１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、各引掛け
部３２の延設部３２Ｂ外周側に雄ねじ３２Ｃを形
成し、該雄ねじ３２Ｃに螺合部材３４の雌ねじ３
４Ａを螺着したから、部品点数を削減でき、作業
性を向上させることができる。

なお、前記各実施例では、外筒１６，２３，３
３等をフイラメントワインデイング法等の手段を
用いて形成するものとしたが、これに替えて、外
筒１６，２３，３３等をテープワインデイング
法、ハンドレイアツ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、油圧シリンダ用ロツ
ドを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定
されず、空圧シリンダ用ロツド、ロボツトアー
ム、CFRP製トラス構造物、CFRP製シヤフト、
自動車用ドライブシヤフト等、種々の繊維強化樹
脂製棒状体に適用できる。また、当該棒状体は中
実な丸棒状のものに限らず、円筒状、角筒状ある
いは角柱状に形成してもよいものである。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、芯材の軸
方向端部に設けた取付け部材の外周側に引掛け部
を設け、樹脂を含浸させた繊維材料を該引掛け部
に引掛けて巻返すようにして外筒を形成し、該外
筒の端部には被取付け部材を取付け部材の引掛け
部を介して位置決めしたから、繊維材料の強度を
活かして、外筒および芯材に取付け部材を強固に
一体化でき、被取付け部材を確実に位置決めでき
る上に、耐疲労性や耐衝撃性を高め、信頼性を向
上できる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５は本発明の第１の実施例を示
し、第１図はロツドの一端側を示す縦断面図、第
２図は第１図中の−矢示方向断面図、第３図
は第１図の外観図、第４図は繊維材料を引掛け部
に引掛けて巻返した状態を示す外観説明図、第５
図は第４図中のＶ−Ｖ矢示方向断面図、第６図は
第２の実施例を示す第１図と同様の縦断面図、第
７図ないし第９図は第３の実施例を示し、第７図
はロツドの一端側を示す縦断面図、第８図は第７
図中の−矢示方向断面図、第９図は螺合部材
を取外した状態でロツドの一端側を拡大して示す
外観図、第１０図は従来技術によるロツドの一端
側を示す外観図、第１１図は他の従来技術による
ロツドの一端側を示す縦断面図である。 １１……芯材、１２，２１，３１……取付け部
材、１３，２２，３２……引掛け部、１６，２
３，３３……外筒、１７……繊維材料、１８…リ
ング、１８Ａ，３２Ｃ……雄ねじ、１９，２４，
３４……螺合部材、１９Ａ，２４Ａ，３４Ａ……
雌ねじ、１９Ｂ，２４Ｂ，３４Ｂ……筒状部、１
９Ｃ，２４Ｃ，３４Ｃ……雄ねじ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長尺な芯材と、該芯材の軸端に設けられ、外
   周側に繊維材料の引掛け部が周方向に少なくとも
   １個以上形成された取付け部材と、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、該外筒の軸端に前記取付け部材の引掛
   け部を介して位置決めされた被取付け部材とから
   構成してなる繊維強化樹脂製棒状体。 ２ 前記被取付け部材は取付け部材の引掛け部外
   周側に螺着された螺合部材である特許請求の範囲
   １項記載の繊維強化樹脂製棒状体。 ３ 前記被取付け部材は、取付け部材の引掛け部
   に係止され、外周面に雄ねじが形成されたリング
   と、該リングに螺着された螺合部材とから構成し
   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。