JPH0742975B2 - 繊維強化合成樹脂から成る駆動軸ならびに該駆動軸を作製する方法および装置 - Google Patents

繊維強化合成樹脂から成る駆動軸ならびに該駆動軸を作製する方法および装置

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JPH0742975B2
JPH0742975B2 JP62026489A JP2648987A JPH0742975B2 JP H0742975 B2 JPH0742975 B2 JP H0742975B2 JP 62026489 A JP62026489 A JP 62026489A JP 2648987 A JP2648987 A JP 2648987A JP H0742975 B2 JPH0742975 B2 JP H0742975B2
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ヴエルナー・ホフマン
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ジー・ケー・エヌ・オートモーティヴ・アクチエンゲゼルシャフト
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転トルク伝達のための金属製接続手段を接
続端に取り付けた中空の繊維強化合成樹脂製駆動軸、特
にたわみ軸に関するものである。
本発明は、更に、上記した駆動軸を作製する方法および
装置に関するものである。
〔従来の技術〕
特に自動車工業では、車両重量を減少するため多くの努
力がなされている。このため、例えば、駆動ラインの軸
（特に、カルダン軸）を鋼ではなく繊維強化合成樹脂か
ら成る中空軸として構成する。しかしながら、この場
合、大きい回転トルクの伝達のため、駆動軸または従動
軸に中空軸を空転しないよう接続結合することは困難で
ある。
西独逸国特許第3,007,896号の場合、接続結合のため、
フランジを有し外面にスプラインを設けた金属製パイプ
スタッドを使用し、あらかじめ作製した繊維強化中空軸
に上記スタッドを軸線方向へ差込んで中空軸にスプライ
ンを切って中空軸と接続要素とを空転しないよう円周方
向へ形状結合させる。
西独逸国公開第3,421,191号の場合も中空軸に差込まれ
るパイプスタッドを有する金属製フランジを外側スプラ
インを介して、更に、帯金によって中空シャフトに固定
する。
西独公開第2,950,581号の場合、多分割接続要素を繊維
強化合成樹脂製中空軸から成る駆動軸に締付け固定す
る。
英国特許第2,146,097号の場合、樹脂を含浸したファイ
バストランドを螺旋状に巻いて中空シャフト作製する
際、フランジ状接続およびパイプスタッドを備えた金属
製接続要素を上記中空軸の端部に固定する。
繊維強化合成樹脂製駆動軸の上述のすべての接続結合方
式には、駆動軸の端部に固定した大きい金属製接続要素
によって、撓みにより生ずる回転むらにより決定的に不
利な影響を受けると言う欠点がある。何故ならば、全体
の重量および端部接続継ぎ手部分の重量が極めて大きい
ため、撓みが極めて大きくなるので回転数に大きなムラ
を生じた低下を来すからである。
更に、この公知の接続結合方式の場合、回転トルク伝旦
達が好ましくない。何故ならば、設置したパイプスタッ
ドを介する回転トルク伝達が、当接する繊維強化合成樹
脂製中空軸の最内層でのみ行われるので、伝達されるね
じり力によって層間に剪断応力が生ずるからである。こ
の層間剪断応力は、最内層と次の層との間で最大である
ので、巻いた中空軸の各層間の剪断強度が、伝達可能な
回転トルクのレベルを決定する。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、繊維強化合成樹脂から成る駆動軸にお
いて駆動力伝達時の撓みを減少して良好な回転トルク伝
達（特に、ねじり力の伝達）特性を改善することにあ
る。更に本発明の目的とするところは、ねじれ強度、軸
線方向位置の安定性の確保および同心度に関する要求が
満足されるよう接続結合を行うことにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の上記の目的は上述の種類の駆動軸において、前
記接続端が、硬化可能な樹脂を含浸したファイバストラ
ンドを螺旋状に巻きつけることによって形成した中空軸
の一端に前記ファイバストランドを連続的に重ね合わせ
て成形した円環状の端面フランジであり、 前記端面フランジが、その中心位置に中央開口を有する
と共に周方向に一定な間隔を置いて穿設した開口部を有
しており、 前記開口部が、端面フランジの内面に当接する当接フラ
ンジを備えた連結手段が挿入されており、回転トルクが
直接前記端面フランジに伝達されるように成したことを
特徴とする駆動軸によって達成される。
本発明の１つの実施態様によると、前記連結手段が前記
端面フランジの外面と面一を成すことを特徴としてい
る。
更に、本発明の別の実施態様によると、前記連結手段が
中空軸の内部で縦方向に延びかつ半径方向に広がってい
ることを特徴とする。
本発明による別の実施態様において前記端面フランジの
壁厚ｄが、中空軸の壁厚Ｄよりも大きいことを特徴とし
ている。
円環状端面フランジの中央開口にブッシュを挿入するこ
ともできる。端面フランジに挿入したすべてのブッシュ
の外壁に輪郭を設けることができ、かくして、端面フラ
ンジに対する結合面が拡大される。
駆動軸の肉厚は、伝達すべき回転トルクのレベベルによ
って決まる。本発明にもとづき、端面フランジの肉厚
は、少くとも、中空軸の肉厚と同一に、好ましくは、中
空軸の肉厚よりも大きく構成する。かくして、端面フラ
ンジは、常に、伝達すべき回転トルクに関して十分な状
態に設計される。これは、本発明に係る駆動軸におい
て、例えば、硬化可能な樹脂を含浸させたファイバスト
ランドを端面フランジの範囲で反転させることによって
中空軸よりも厚い端面フランジを連続的に螺旋状に巻く
ことによって達成される。
本発明のもう１つの実施態様によると、前記端面フラン
ジの中央開口には、ブッシュが挿入されていることを特
徴とする。
また、本発明の目的は、上記した種類の繊維強化合成樹
脂製駆動軸を作製する方法において、 ファイバストランドが、前記中空軸上を円環状の端面フ
ランジに向けて螺旋状に巻かれ、 次いで中空軸の端縁で略直角に折り曲げられ、 更に、端面フランジを横断するように案内され、 次いで再度略直角に反転されて再び中空軸に戻されて中
空軸上を戻る方向に螺旋状に巻かれる順序で行われ、 その際、ファイバーストランドの巻き付け作業に先立っ
て、前記円環状端面フランジに開口部に嵌挿されたブッ
シュ、ネジ、ピン等の連結手段に取外し可能なカバーキ
ャップを嵌めて巻付け結合し、 巻付終了後前記カバーキャップを取外すことを特徴とす
る駆動軸を作製する方法を提供することによって達成さ
れる。
本発明による上記作製方法の１つの好ましい実施態様と
して、巻付時、端面フランジの範囲でファイバストラン
ドを反転させることによって、中空軸よりも厚い端面フ
ランジを作製することを特徴としている。
本発明の目的は、上記した駆動軸を作製する装置によっ
ても達成することが出来る。
即ち、前記中空軸部分を成形するための管状の巻付芯と
前記端面フランジ部分を成形するための円板状のフラン
ジ型板とから成る木型組を着脱自在に固定するための締
着手段と、 前記巻付芯に対して平行に往復運動可能なファイバスト
ランド用案内装置と、 ファイバストランド用の樹脂含浸装置とを有し、 前記フランジ型板が平坦な端面を有すると共に該端面に
は前記連結手段を嵌挿する口腔が周方向に一定の間隔を
置いて穿設されており、 前記連結手段には取り外し可能なカバーキャップが被せ
てあることを特徴とする駆動軸を作製する装置。
〔実施例〕
上記した本発明は、添付の図面に示された実施例を参照
して以下に詳細に説明される。
第１図に示した駆動軸は樹脂を含浸しファイバストラン
ドを巻付け、更に硬化させた中空軸１から成り、端面に
は巻き付けによって成形された中央開口12を有する円環
状端面フランジ10が形成されている。
本発明において使用するファイバストランドは、ファイ
バまたはフィラメントから成る単なるストランドおよび
または、例えば、織ったテープである。この場合、ファ
イバとしては、特に、ガラス繊維およびまたは炭素繊維
を使用する。硬化可能な樹脂としては、例えば、エポキ
シ樹脂ベースの樹脂およびまたは硬化可能な別の適切な
樹脂またはこの種の樹脂の混合物を使用できる。
円環状端面フランジ10は中空軸１とともに連続的にファ
イバストランドを巻回する事によって一体的に形成され
る。なお、この作製方法は実際には、円筒形回転体を作
製するための公知の、特に、不連続式の巻付設備から出
発する。この場合、含浸処理したファイバストランドを
巻付け芯に右旋回および左旋回してテープ状に巻付け
る。更に、縦方向補強材を軸線方向へ設けることもでき
る。場合によては、英国特許第2,146,097号に記載の如
き金属製接続手段を巻付けて結合することもできる。そ
して、ボデーは、室温において巻き、高温において乾
燥、硬化させる。
また、使用に際しては接続のための貫通孔を備えたゴム
ディスク３を円環状端面フランジ10の表面に介在せしめ
上記フランジに穿設された貫通口にネジ止めする事によ
り逆方向の回転トルクが生じてもその衝撃を吸収する事
が可能である。しかしながら、通常の正回転トルクの中
空軸１への伝達は例えばネジで一体的に固定した端面フ
ランジ10を介して直接行われる。
第２図に示された駆動軸の場合、中空軸１の端部11に形
成された円環状端面フランジ10は巻付けによって端面フ
ランジに結合および固定され、軸線方向へ、即ち、中空
軸１の縦方向へ延びる連結手段４を備えている。上記連
結手段４は大きな回転トルクが伝達されるよう出来得る
限り周縁に配置される。連結手段４は、例えば、貫通孔
を有する金属製ブッシュまたは端面フランジ表面から軸
方向に突出するボルトによって形成される。
第３図に円環状端面フランジ10を含む中空軸１を形成す
るため螺旋状に連続的に巻いたファイバストランド２の
経路を模式的に示した。ファイバーストランド２は中空
軸１の端縁で略直角に折り曲げられており、端面フラン
ジを横断するように案内され、次いで再度略直角に反転
されて再び中空軸に戻されて中空軸上を戻る方向に螺旋
状に巻かれる順序で行われる。この折り曲げられた部分
により円環状端面フランジ10が一体的に形成されること
となる。軸線方向に延びる連結手段４または貫通孔７に
対してはファイバストランド２がその上を通過しないよ
う避けて通っている。
中空軸に一体に端面フランジを巻付ける場合、第４図お
よび第５図からも判るように、中空軸１を形成するファ
イバストランドの巻き付け容積が一定であると言う条件
にもとづき、端面フランジ10の肉厚ｄは、中空軸１の肉
厚Ｄより大きくなる。従って、巻き付け成形に際して使
用される巻付芯20および平坦な外表面を有するフランジ
型板24から構成される木型組みに浴ってファイバストラ
ンド２を巻き付けた場合、第４図に見られるように僅か
に凸状の端面フランジ10が得られる。他方、第５図に見
られるように、フランジ型板24の外表面が凹状である場
合は、外面101が半径方向へ平坦に延びる端面フランジ
得られる。中空軸１の円環状端面フランジ10の内外の端
面101,102の形状は、第４図の形状と第５図の形状との
間に任意に構成できる。なお、中空軸１の縦軸線を符号
６で示した。
第６図において、成形中における駆動軸の巻付装置を部
分断面図で示した。管状の巻付芯20は、端部にに差込ん
だフランジ型板24で閉じてあり、その上からファイバス
トランドを上述の如く巻付ける事により、中空軸１およ
びその端面に一体に形成された円環状端面フランジ10が
提供される事となる。なお、フランジ型板24は巻付芯20
の外径と同一の外径を有し、巻付芯20の内径に対応する
直径を有してその内方に突出した頚軸241を備えてい
る。従って、巻付芯20は頚軸241の外周を摺動可能と成
っており、フランジ型板24によって形成されたショルダ
242に当接し、外表面で面一となる。
フランジ型板24の端面243には継手の所望の接続方式に
対応して、周縁に均等間隔に穿設した口腔25が配設され
ている。
また、フランジ型板24および巻付芯20は押し棒21、ネジ
付きロッド22およびナット23から構成される締着手段に
よって分解可能に一体的に連結されている。
中空軸１の端面フランジ10の対応する他の部材との取り
付け箇所に貫通孔７を穿設し、この貫通口を通って前記
口腔25内に嵌合するブッシュ41またはネジ42等の連結手
段が取り外し可能に配設されている。
第６図の実施例の場合、口腔25に嵌合する拡大頭部を形
成する当接フランジ422から突出するネジ42が前記貫通
孔７に挿入してあり、このネジ42のシャフト423と当接
フランジ422との間には、さらにスリーブ421が被嵌して
いる。この場合、ファイバストランドは巻付芯20、端部
のフランジ型板24および押し棒21の外周面に巻回されて
端面フランジ10を含む中空軸１が形成される。
シャフト423とファイバストランドとの附着を避けるた
め、補助手段として、（例えば、合成樹脂製の）カバー
キャップ５をシャフト423に被せスリーブ421に連設配置
し、例えば、巻付操作中、引剥し得る接着剤でシャフト
423に対して固定するか、ネジ締めする。
第８図に、第６図に示された木型組により成形し、その
後フランジ型板24、巻付芯20およびカバーキャップ５を
取り外してネジ42、スリーブ421および頭部プレート422
から構成される連結手段を一体的に結合した繊維強化駆
動軸１を示した。この場合、ネジ42は、頭部プレート42
2で端面フランジ10の内面に対向受けとして当接し、従
って、使用に際し端面フランジから引抜かれることはな
い。この場合、ネジ42で継手を接続した場合の回転トル
ク伝達は、端面フランジ10を介して中空軸へ行われる。
第７図に、フランジ付きのブッシュ41を取り付けた端面
フランジを有する駆動軸を示した。この場合、ブッシュ
41は、同じく、端面フランジ内面に当接する対向受けと
しての当接フランジ412を有する。当接フランジは、任
意の形状であってよく、寸法は、利用できるスペースに
応じて決まる。ブッシュ41の内面にはネジ山411が切ら
れている。更に、端面フランジに対する接合面を増大す
るため、ブッシュ外表面にスプラインまたはネジ山を刻
設することもできる。これは、第８図のネジ42が挿通さ
れたスリーブ421についても当てはまる。
第９、10図に示した如く、端面フランジの中央開口12の
範囲に、即ち、貫通する押し棒21の範囲に、場合によっ
ては内ネジを備えたブッシュ43,44を一緒に設けること
もできる。
第７図に見られるように、端面フランジにブシュ41を取
り付ける場合も、補助手段としてカバーキャップ５をブ
ッシュに連設し成形後除去する工程が採用される。
巻付操作中、ブッシュが確実に固定されるよう、ブッシ
ュの当接フランジ412をフランジ型板24の開口25に予め
嵌挿する。巻付操作後の解体時、フランジ型板は容易に
取外すことが可能であり、一方、ブッシュまたは金属ネ
ジは端面フランジ内に残置され、樹脂（例えば、エポキ
シ樹脂）の硬化時、同時に、繊維強化合成樹脂に対して
強固な一体的結合が行なわれる。
上記の例からも明らかなように、実際に本発明のファイ
バストランドの巻付けにより駆動シャフトを作動するに
は、以下の重要部分を有する巻付設備が必要である。フ
ァイバボビンを備えたスタンド、引出されるファイバの
ために均一な張力を保証するガイド、含浸浴（例えば、
コーティングロール）、ファイバストランドを均一に供
給する案内装置、心棒ホルダおよび駆動装置を含む巻付
心棒。
端面フランジ周縁に分布させて配置するブッシュ、ネ
ジ、ボルトなどの形の連結手段の位置および数は、接続
される継手または接続手段および伝達すべき回転トルク
のレベルに応じて決定されるものである。
〔発明の効果〕
本発明の駆動軸によって、中空軸の周縁に設けられた妹
助接続手段により、従来の大きく重い金属材料の部分が
完全に避けられるか又は減量することができるので、駆
動軸に余計な荷重が加わることがなく、従って、曲げに
より生ずるる回転むらは好適な範囲に納まる。又、本発
明の構成により駆動軸の回転トルク伝達時に従来駆動軸
の内壁または外壁に顕著に現れる層間剪断応力が回避さ
れ、全体で有利な回転トルク伝達を行うことが出来、そ
して全体として駆動軸が非常に軽量化される。
本発明の駆動軸自体は、所要スペースが少なくて済み、
各種の接続方式が可能であり、更に、その作製方法によ
り、開口部のフアイバーの損傷を伴うことなく他の駆動
軸との接続を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1,2図は、異なる構造の接続端を有する駆動軸の斜視
図、第３図は、第２図の駆動軸の接続端のファイバスト
ランドの巻付けパターンを示す図面、第4,5図は、駆動
軸の各種接続端の横断面図、第６図は、ファイバストラ
ンドの巻付時の駆動軸の接続端の部分横断面図、第７〜
10図は、駆動軸の各種接続端の部分横断面図である。 〔図中の符号〕 １……中空軸 ２……ファイバストランド ３……ゴムディスク ４……連結手段 ５……カバーキャップ ６……縦軸線 ７……貫通孔（開口部） 10……端面フランジ 11……端部 12……中央開口 20……巻付芯 21……押し棒 22……ネジ付きロッド 23……ナット 24……フランジ型板 25……口腔 41……フランジ付きブッシュ 42……ネジ 43,44……ブッシュ 101……外側端面 102……内側端面 241……内側端面 241……頚軸 242……ショルダ 412……当接フランジ 421……スリーブ 422……当接フランジ 423……シャフト

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転トルク伝達のための金属製接続手段を
    接続端に取り付けた中空の繊維強化合成樹脂製駆動軸に
    おいて、 前記接続端（11）が、硬化可能な樹脂を含浸したファイ
    バストランドを螺旋状に巻きつけることによって形成し
    た中空軸（１）の一端に前記ファイバストランドを連続
    的に重ね合わせて成形した円環状の端面フランジ（10）
    であり、 前記端面フランジが、その中心位置に中央開口（12）を
    有すると共に周方向に一定な間隔を置いて穿設した開口
    部（７）を有しており、 前記開口部が、端面フランジ（10）の内面（102）に当
    接する当接フランジ（412,422）を備えた連結手段
    （４）が挿入されており、回転トルクが直接前記端面フ
    ランジに伝達されるように成したことを特徴とする駆動
    軸。
  2. 【請求項２】前記連結手段（４）が、前記端面フランジ
    （10）の外面（101）と面一を成すことを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の駆動軸。
  3. 【請求項３】前記連結手段（４）が、中空軸（１）の内
    部で縦方向に延びかつ半径方向に広がっていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の駆動
    軸。
  4. 【請求項４】前記端面フランジ（10）の壁厚ｄが、中空
    軸（１）の壁厚Ｄよりも大きいことを特徴とする特許請
    求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の駆動軸。
  5. 【請求項５】前記端面フランジ（10）の中央開口（12）
    には、ブッシュ（43,44）が挿入されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載
    の駆動軸。
  6. 【請求項６】回転トルク伝達のための金属製接続手段を
    接続端に取り付けた中空の繊維強化合成樹脂製駆動軸に
    おいて、 前記接続端（11）が、硬化可能な樹脂を含浸したファイ
    バストランドを螺旋状に巻きつけることによって形成し
    た中空軸（１）の一端に前記ファイバストランドを連続
    的に重ね合わせて成形した円環状の端面フランジ（10）
    であり、 前記端面フランジが、その中心位置に中央開口（12）を
    有すると共に周方向に一定な間隔を置いて穿設した複数
    個の開口部（７）を有しており、 前記開口部には、端面フランジ（10）の内面（102）に
    当接する当接フランジ（412,422）を備えた連結手段
    （４）が挿入されており、回転トルクが直接前記端面フ
    ランジに伝達されるように成した駆動軸を作製する方法
    において、 ファイバストランド（２）が、前記中空軸（１）上を円
    環状の端面フランジ（10）に向けて螺旋状に巻かれ、 次いで中空軸の端縁で略直角に折り曲げられ、 更に、端面フランジを横断するように案内され、 次いで再度略直角に反転されて再び中空軸に戻されて中
    空軸上を戻る方向に螺旋状に巻かれる順序で行われ、 その際、ファイバーストランドの巻き付け作業に先立っ
    て、前記円環状端面フランジに開口部（７）に嵌挿され
    たブッシュ、ネジ、ピン等の連結手段（４）に取外し可
    能なカバーキャップ（５）を嵌めて巻付け結合し、 巻付終了後前記カバーキャップを取外すことを特徴とす
    る駆動軸を作製する方法。
  7. 【請求項７】巻付時、端面フランジの範囲でファイバス
    トランドを反転させることによって、中空軸よりも厚い
    端面フランジを作製することを特徴とする特許請求の範
    囲第６項記載の駆動軸を製造する方法。
  8. 【請求項８】回転トルク伝達のための金属製接続手段を
    接続端に取り付けた中空の繊維強化合成樹脂製駆動軸に
    おいて、 前記接続端（11）が、硬化可能な樹脂を含浸したファイ
    バストランドを螺旋状に巻きつけることによって形成し
    た中空軸（１）の一端に前記ファイバストランドを連続
    的に重ね合わせて成形した円環状の端面フランジ（10）
    であり、 前記端面フランジが、その中心位置に中央開口（12）を
    有すると共に周方向に一定な間隔を置いて穿設した複数
    個の開口部（７）を有しており、 前記開口部には、端面フランジ（10）の内面（102）に
    当接する当接フランジ（412,422）を備えた連結手段
    （４）が挿入されており、回転トルクが直接前記端面フ
    ランジに伝達されるように成した駆動軸を作製する装置
    において、 前記中空軸部分を成形するための管状の巻付芯（20）と
    前記端面フランジ部分を成形するための円板状のフラン
    ジ型板（24）とから成る木型組を着脱自在に固定するた
    めの締着手段（21,22,23）と、 前記巻付芯に対して平行に往復運動可能なファイバスト
    ランド用案内装置と、 ファイバストランド用の樹脂含浸装置とを有し、 前記フランジ型板（24）が平坦な端面を有すると共に該
    端面（243）には前記連結手段（４）を嵌挿する口腔（2
    5）が周方向に一定の間隔を置いて穿設されており、 前記連結手段（４）には取り外し可能なカバーキャップ
    （５）が被せてあることを特徴とする駆動軸を作製する
    装置。
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