JPH0584836A - 複合円筒部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィラメントの集積度の大きい繊維材料の使
用を可能にすると共に、所望の強度及び外観品質を確保
する。 【構成】 中空薄肉のマンドレル１１の両端部に取付金
具１２を結合し、このマンドレル１１に対しフィラメン
トワインディング法により各取付金具１２の端面を巻込
むようにして樹脂を含浸させた繊維材料１５を巻回積層
し、次に前記繊維材料１５に含浸させた樹脂を硬化させ
て取付金具１２を繊維強化プラスチック主体に接合一体
化し、その後、前記取付金具１２の端面に形成された繊
維強化プラスチック層を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
（ＦＲＰ）を主体としてその両端に取付金具を一体に有
する複合円筒部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の複合円筒部材を製造する
には、ＦＲＰ製主体と取付金具とを別途製作し、前記主
体に接着剤を介して前記取付金具を嵌合一体化する方法
が一般に採用されていた。しかしながら、かゝる製造方
法によれば、ＦＲＰ主体と取付金具との接合強度は専ら
接着剤の強度に依存し、例えば動力伝達軸や圧力容器の
ように大きな力の加わる強度部材に適用した場合には接
着剤の部分から破断する危険があり、いま一つ信頼性に
欠けるという問題があった。

【０００３】そこで、例えば特開昭61−172727号公報に
は、同公報から援用した図８に示すように、マンドレル
１に一対の取付金具２を所定の間隔を有して嵌着すると
共に、この取付金具２の外周に複数のピン３を突設して
おき、フィラメントワインディング法により案内治具
（糸口）４を用いて樹脂を含浸させた繊維材料５をマン
ドレル１に沿って案内し、該繊維材料５を前記取付治具
２のピン３に引掛けて折返しながら積層する製造方法が
提案されている。かゝる製造方法によれば、繊維材料５
に含浸させた樹脂の加熱硬化と同時に取付金具２が一体
的にＦＲＰ主体に接着され、両者の接合強度は増大して
その信頼性は向上するものとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に示された複合円筒部材の製造方法によれば、生産性
を向上させるべく繊維材料５を構成するフィラメントの
本数を増大させると、ピン３を介しての該繊維材料５の
折返しが困難となり、フィラメントの集積度には一定の
限界があって思うように生産性を上げ得ないという問題
があった。また折返しが急角度であるため、該折返し部
で繊維材料５が集中的に重なるようになり、局部的な盛
り上がりや空隙が生じ易くなって、強度および外観品質
の面でも問題の多いところとなっていた。

【０００５】本発明は、上記従来の問題を解決すること
を課題としてなされたもので、その目的とするところ
は、フィラメントの集積度の大きい繊維材料の使用を可
能とすると共に、所望の強度および外観品質を確保でき
る複合円筒部材の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、両端部に取付金具を結合したマンドレル
に、前記各取付金具の端面を巻込むようにして樹脂を含
浸させた繊維材料を巻回積層し、前記繊維材料に含浸さ
せた樹脂を加熱硬化した後、前記取付金具の端面に形成
された繊維強化プラスチック層を除去するようにしたこ
とを特徴とする。

【０００７】本発明において、上記繊維材料としては、
例えばガラス繊維、カーボン繊維、炭化ケイ素繊維等を
選択でき、またこれに含浸させる樹脂としては、例えば
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂等を選択することができる。さらに、この樹脂を含浸
させた繊維材料をマンドレルに巻回する方法としては、
糸状繊維材料を用いるフィラメントワインティング法、
プリプレグを用いるテープワインディング法等を採用す
ることができる。また、本発明は上記マンドレルを製品
内に残しても、最終的に製品から抜き取るようにしても
良いものであるが、製品内に残す場合は、あまり重量増
加をきたさないように薄肉の中空マンドレルを用いるの
が望ましい。

【０００８】

【作用】上記のように構成した複合円筒部材の製造方法
においては、樹脂を含浸させた繊維材料を取付金具の端
面を巻込むようにしてマンドレルに巻回積層するので、
繊維材料の折返し角度は緩やかとなり、フィラメントの
集積度の大きい繊維材料の使用が可能になる。また、取
付金具の外周面に繊維材料が集中的に重なることもない
ので、局部的な盛り上がりや空隙の発生を未然に防止で
きる。また、繊維材料に張力を与えた状態で硬化するた
め、取付金具と繊維強化プラスチック層との間の接合が
強固になる。しかも、繊維強化プラスチック層の除去に
より取付金具の端面が露出されるので、該取付金具の利
用に制限を受けることはない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面にもとづい
て説明する。

【００１０】図１乃至図４は、本発明の第１実施例を示
したものである。本第１実施例においては、予め中空薄
肉のマンドレル11と２つのカップ形状の取付金具12とを
用意し、マンドレル11の両端部に取付金具12を嵌着して
サブ組立体13を形成する。各取付金具12は、その開口端
部に外径を縮小させた段差部12ａを有し、この段差部12
ａをマンドレル11に嵌入させることにより、該マンドレ
ル11に対して外周を面一に接続させて結合されている
（図２）。なお、この結合に際してはマンドレル11に対
して取付金具12を接着固定しあるいは溶接固定するよう
にしても良い。また各取付金具12は、その底面（端面）
12ｂに小径の軸部12ｃを一体に有している。この軸部12
ｃは、フィランメトワインディング機械のチャック部
（図示略）に対する被把持部となるもので、取付金具12
の軸心上を延ばされている。

【００１１】複合円筒部材の製造に際しては、上記取付
金具12の軸部12ｃをフィランメトワインディング機械
（以下、単に機械という）のチャック部に把持させるこ
とにより、サブ組立体13を該機械にセットし、これを回
転させながら該機械の案内治具14を用いて、樹脂を含浸
させた繊維材料15をサブ組立体13に沿って案内し、その
全面に巻付ける。この時、サブ組立体13の回転速度と案
内治具14の移動速度とを制御することにより、取付金具
12の端面側においてその軸心に対してほヾ１８０度離反
する方向へ繊維材料15を案内し、取付金具12の端面を巻
込むようにして繊維材料15を折返し、同時にサブ組立体
13の軸心に対して所定の傾斜角度で繊維材料15を配向す
る。このようにして、繊維材料15をサブ組立体13に巻回
積層し、図２に示すように所定の厚さの樹脂含浸繊維層
16を有する構造体17を得る。

【００１２】次に、上記構造体17を加熱炉に装入し、繊
維材料15に含浸させた樹脂を硬化させる。この加熱硬化
処理により上記樹脂含浸繊維層16は繊維強化プラスチッ
ク層に変質し、この時、取付金具12は該繊維強化プラス
チック層（ＦＲＰ主体）に強固に接合される。特に、繊
維材料15には張力が与えられているので、巻き締め効果
によりさらに強固に接合されることになる。その後、こ
の構造体17を切断機（図示略）にセットし、図３に破線
Ａで示すように、取付金具12の端面12ｂに沿ってカッタ
を切り込ませ、取付金具12の端面12ｂ上に形成された繊
維強化プラスチック層18の部分および取付金具12の軸部
12ｃを切除する。図４は、前記切除によって完成した複
合円筒部材Ｐを示したもので、繊維強化プラスチック層
（ＦＲＰ主体）18内にマンドレル11がそのまゝ残ると共
に、取付金具12が複合円筒部材Ｐの両端を閉塞してい
る。

【００１３】このように製造された複合円筒部材（製
品）Ｐの用途は種々あるが、例えば自動車用動力伝達軸
として用いる場合は、両端取付金具12の端面12ｃに摩擦
圧接等によりヨークを接合一体化する。しかして、この
複合円筒部材Ｐの製造に際しては、上記したように樹脂
を含浸させた繊維材料15を取付金具12の端面12ｂを巻込
むようにしてサブ組立体13に巻回積層したので、フィラ
メントの集積度の大きい繊維材料15を使用しても容易に
折返すことができ、生産性の向上を達成できる。また、
取付金具12の外周面に繊維材料15が集中的に重なること
もないので、局部的な盛り上がりや空隙の発生が防止さ
れ、強度および外観品質が向上するようになる。

【００１４】特に本第１実施例では、マンドレル11をそ
のまゝ製品中に残すようにしたので、このマンドレル11
が補強的な役割をなし、その上、該マンドレル11に取付
金具12を接着あるいは溶接固定した場合は、ＦＲＰ主体
18と取付金具12との結合強度はより一層増大し、製品の
耐久信頼性は著しく向上するようになる。さらに、該取
付金具12を、その段差部12ａを利用してマンドレル11に
結合し、両者の外周面が面一になるようにしたので、Ｆ
ＲＰ主体18の外周に段差が生じることがなく、全体とし
ての外観品質も向上する。

【００１５】なお、繊維材料15の配向角度は製品の強度
に大きく影響し、この配向角度が小さいほど（軸方向に
配向するほど）曲げ強度が増大し、またそれが30〜60度
範囲では大きなねじり強度が得られることが知られてい
る（例えば特開平２−236014号公報参照）。そこで、本
実施例では、用途に応じてこの繊維材料15の配向角度を
適宜選択するものとし、また場合によっては配向角度の
異なる繊維強化プラスチック層を多層に重ねるようにす
る。

【００１６】図５乃至図７は、本発明の第２実施例を示
したものである。本第２実施例の特徴とするところは、
上記第１実施例における中空薄肉マンドレル11に代えて
中実のマンドレル21を、そのカップ状取付金具12に代え
て円筒状の取付金具22をそれぞれ用いた点にある。ま
た、マンドレル21の両端には同軸に小径軸部21ａを一体
に設けておき、一方、取付金具22の基端部にはマンドレ
ル21の外周面に連接するテーパ面22ａを設けておく。

【００１７】本第２実施例においては、マンドレル21の
両端部に取付金具22を嵌着しておき、上記第１実施例と
同様にフィラメントワインディング法によりマンドレル
21および取付金具22の端面を巻込むようにして樹脂を含
浸させた繊維材料を巻回積層し、これを加熱硬化処理に
供して繊維材料中の樹脂を硬化させ、図５に示すよう
に、マンドレル21および取付金具22の上に所定厚さの繊
維強化プラスチック層23を有する構造体24を得る。次
に、この構造体24を切断機（図示略）にセットし、図６
に破線Ａ´で示すように、マンドレル21および取付金具
22の端面に沿って切断し、マンドレル21の軸部21ａを残
して、マンドレル21および取付金具22の端面に形成され
た繊維強化プラスチック層23の部分を切除する。その
後、マンドレル21を抜き取ると、図７に示すように、繊
維強化プラスチック層（ＦＲＰ主体）23の両端部（片側
省略）に取付金具22が嵌着された複合円筒部材Ｐが得ら
れるようになる。

【００１８】本第２実施例においては、マンドレル21が
製品中に残らないので、上記第１実施例に比較すればよ
り軽量の製品を得ることができる。また繊維強化プラス
チック層23の切除に際してマンドレル21の軸部21ａを残
すようにしているので、マンドレル21の再使用が可能に
なり、コスト的に有利となる。さらに、取付金具22の基
端部にマンドレル21の外周面に連接するテーパ面22ａを
設けたので、ＦＲＰ主体23の外周面に顕著な段差が生じ
ることはなくなり、全体としての外観品質はそれほど低
下しないようになる。

【００１９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かゝる複合円筒部材の製造方法によれば、樹脂を含浸さ
せた繊維材料を急角度で折返すことがないので、フィラ
メントの集積度の大きい繊維材料の使用が可能になり、
生産性の向上を達成できる。また、取付金具の外周面に
局部的な盛り上がりや空隙が発生することがないので、
強度および外観品質の安定的向上を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の実施態様を模式的に示す
斜視図である。

【図２】本第１実施例の途中段階を示す断面図である。

【図３】本第１実施例の途中段階を示す断面図である。

【図４】本第１実施例で得た複合円筒部材を示す断面図
である。

【図５】本発明の第２実施例の途中段階を示す断面図で
ある。

【図６】本第２実施例の途中段階を示す断面図である。

【図７】本第２実施例で得た複合円筒部材を示す断面図
である。

【図８】従来の複合円筒部材の製造の態様を示す斜視図
である。

【符号の説明】

11 マンドレル 12 取付金具 12b 取付金具の端面 15 樹脂を含浸させた繊維材料 18 繊維強化プラスチック層 21 マンドレル 22 取付金具 23 繊維強化プラスチック層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 義浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 森長 正彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部に取付金具を結合したマンドレル
   に、前記各取付金具の端面を巻込むようにして樹脂を含
   浸させた繊維材料を巻回積層し、前記繊維材料に含浸さ
   せた樹脂を加熱硬化した後、前記取付金具の端面に形成
   された繊維強化プラスチック層を除去することを特徴と
   する複合円筒部材の製造方法。