JPH0791433A - Propeller shaft and its manufacture - Google Patents

Propeller shaft and its manufacture

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JPH0791433A
JPH0791433A JP25520993A JP25520993A JPH0791433A JP H0791433 A JPH0791433 A JP H0791433A JP 25520993 A JP25520993 A JP 25520993A JP 25520993 A JP25520993 A JP 25520993A JP H0791433 A JPH0791433 A JP H0791433A
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JP
Japan
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main body
thin
body cylinder
propeller shaft
ring
Prior art date
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Pending
Application number
JP25520993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Toyoda
靖之 豊田
Yukitane Kimoto
幸胤 木本
Tatsuya Senba
竜也 仙波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
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Publication of JPH0791433A publication Critical patent/JPH0791433A/en
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Abstract

PURPOSE:To join an FRP main body cylinder and a metal joint together easily, provide a propeller shaft superior in torsional strength of a joint part, and provide its manufacture. CONSTITUTION:A metal thin-walled ring 4 having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of a main body cylinder 1 is installed in the inside of the end part of the fiber reinforced plastic main body cylinder 1 and a metal joint 3 having an outer diameter larger than the inner diameter of the thin-walled ring 4 is pressedly inserted in the inside of the thin-walled ring 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、自動車等のプロペラ
シャフトおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a propeller shaft for automobiles and the like and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車のプロペラシャフトは、現在ほと
んどが金属製であるが、近年車両重量を軽減して燃費を
向上させるために、繊維強化プラスチック(以下FRP
と略すこともある)製のものが検討されるようになって
きた。そのようなFRP製プロペラシャフトは、FRP
製本体筒の端部に、駆動軸や従動軸と連結してトルクを
伝達するための金属製継手を接合した構造になってい
る。
2. Description of the Related Art Most propeller shafts for automobiles are currently made of metal, but in recent years, in order to reduce the weight of the vehicle and improve fuel economy, fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP) is used.
(Sometimes abbreviated) products have come to be considered. Such FRP propeller shaft is FRP
It has a structure in which a metal joint for transmitting torque by connecting to a drive shaft and a driven shaft is joined to an end portion of the main body cylinder.

【0003】ところで、自動車用のプロペラシャフト
は、エンジンから発生する大きなトルクを伝達する必要
があることから、150〜400kgf・m程度の静的
なねじり強度と、使用時の負荷に対する十分な疲労強度
とを必要とし、かつ、プロペラシャフトの長さ、形状、
質量、支持条件などによって決まる危険回転数が、使用
条件を満足することが必要である。
By the way, since a propeller shaft for an automobile needs to transmit a large torque generated from an engine, it has a static torsional strength of about 150 to 400 kgf · m and a sufficient fatigue strength against a load during use. And the length and shape of the propeller shaft,
It is necessary that the critical rotation speed, which is determined by the mass and support conditions, satisfies the usage conditions.

【0004】このねじり強度は、とくに、プロペラシャ
フト本体筒と継手との接合部に必要とされる。従来の金
属製プロペラシャフトにおいては、本体筒については、
スチール材が用いられているため、本体筒の肉厚を1.
5〜2.0mmとすることで、上記ねじり強度を容易に
満足させることができる。また、本体筒端部と継手との
接続部についても、両者がスチール材であるため、溶接
により接合でき、容易に上記仕様を満足させることがで
きる。
This torsional strength is particularly required at the joint between the propeller shaft body cylinder and the joint. In conventional metal propeller shafts,
Since the steel material is used, the wall thickness of the main cylinder is 1.
By setting the thickness to 5 to 2.0 mm, the above-mentioned torsional strength can be easily satisfied. Also, as for the connecting portion between the main body tube end portion and the joint, since both are made of steel material, they can be joined by welding, and the above specifications can be easily satisfied.

【0005】本体筒にFRPを用いる場合、本体筒自身
については、炭素繊維などの補強繊維によって補強され
ているため、積層構成、肉厚を適当に設計すれば、上記
ねじり強度は容易に達成できる。
When FRP is used for the main body cylinder, the main body cylinder itself is reinforced by reinforcing fibers such as carbon fibers. Therefore, the above torsional strength can be easily achieved by appropriately designing the laminated structure and wall thickness. .

【0006】しかしながら、本体筒端部と金属製継手と
の接合部では、本体筒がFRP製であるため、全体がス
チール製であるプロペラシャフトのように溶接等により
接合することは不可能である。
However, since the main body cylinder is made of FRP at the joint between the end portion of the main body cylinder and the metal joint, it is impossible to weld the whole body by welding or the like like a propeller shaft made of steel. .

【0007】従来から、このようなFRP製本体筒と継
手との接続方法として、特公昭62−53373号公報
に提案された方法が知られている。この方法は、FRP
製本体筒と金属製継手との接合において、金属製継手の
係合部に多数の軸線方向切り込み歯を予め形成し、FR
P製本体筒と金属製継手との間に締め代を設けて、継手
を本体筒に圧入、接合する方法である。この方法では、
FRP製パイプの接合部分に支持環を配置することによ
り締結力を得ることを特徴としている。しかしながら、
この提案方法においても、以下のような問題点がある。
Conventionally, a method proposed in Japanese Patent Publication No. 62-53373 is known as a method of connecting the FRP main body cylinder and the joint. This method is FRP
In joining the metal body cylinder and the metal joint, a large number of axial cutting teeth are formed in advance in the engaging portion of the metal joint, and FR
This is a method in which a fitting margin is provided between the P-made main body cylinder and the metal joint, and the joint is press-fitted and joined to the main body cylinder. in this way,
It is characterized in that a fastening force is obtained by arranging a support ring at the joint portion of the FRP pipe. However,
This proposed method also has the following problems.

【0008】すなわち、自動車用のプロペラシャフト
は、車両の床下に装着されるが、自然条件や、排気管、
触媒装置等の放熱によって−40℃〜150℃程度の環
境に晒される。したがって、このような条件下において
も、前述のねじり強度を有することが必要になる。
That is, a propeller shaft for an automobile is mounted under the floor of a vehicle, but
It is exposed to the environment of about -40 ° C to 150 ° C due to heat radiation from the catalyst device and the like. Therefore, even under such a condition, it is necessary to have the above-mentioned torsional strength.

【0009】ところが、特公昭62−53373号公報
に示された方法では、予め形成された軸線方向の切り込
み歯を有する金属製継手が、FRP製の本体筒を削りな
がら圧入されるため、補強繊維を軸線方向に切断しなが
ら接合されることになり、本体筒に大きな損傷を与えて
しまって、自動車用プロペラシャフトとしてのねじり強
度を確保できなくなる場合がある。
However, in the method disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 62-53373, since the metal joint having the pre-formed axial cutting teeth is press-fitted while shaving the FRP main body cylinder, the reinforcing fiber Since they are joined while being cut in the axial direction, the main body cylinder may be greatly damaged, and the torsional strength of the propeller shaft for an automobile may not be secured.

【0010】また、同方法では、FRP製本体筒の端部
接合部外周に、金属などの材料からなる支持環を別途、
配置する必要があり、このためにはFRP製本体筒の外
周面をかなりの精度で機械加工しておき、焼ばめ、巻き
付け、プレス加工等により支持環を取り付ける必要があ
り、工程数が増加するとともに、生産コストが高くなる
という欠点を持っている。
Further, according to this method, a support ring made of a material such as metal is separately provided on the outer circumference of the end joint portion of the FRP main body cylinder.
It is necessary to arrange them. For this purpose, it is necessary to machine the outer peripheral surface of the FRP main body cylinder with considerable accuracy and attach a support ring by shrink fitting, winding, pressing, etc., increasing the number of processes In addition, it has the drawback of increasing the production cost.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来のFRP製プロペラシャフトの上述した問題点を解決
し、FRP製本体筒と金属製継手とを容易に接合でき、
しかも、接合部のねじり強度に優れたプロペラシャフト
およびその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional FRP propeller shaft and to easily join the FRP main body cylinder and the metal joint,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a propeller shaft having excellent torsional strength at a joint and a method for manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者らは、接合時のFRP製本体筒の損傷がな
く、かつ接合工程の簡略化が可能な接続機構について検
討した結果、本発明のプロペラシャフトおよびその製造
方法を見出した。
In order to achieve the above object, the present inventors have studied a connection mechanism that does not damage the FRP main body cylinder at the time of joining and can simplify the joining process. The propeller shaft of the present invention and a method for manufacturing the same have been found.

【0013】すなわち、この発明は、FRP製本体筒の
端部内側に、その本体筒の内径と実質的に等しい外径を
有する金属製薄肉リングが装着され、その薄肉リングの
内側に、薄肉リングの内径よりも大きな外径を有する金
属製継手が圧入されていることを特徴とするプロペラシ
ャフトを提供する。また、この発明は、FRP製本体筒
の端部内側に、その本体筒の内径と実質的に等しい外径
を有する金属製薄肉リングを装着した後、その薄肉リン
グの内側に、薄肉リングの内径よりも大きな外径を有す
る金属製継手を圧入することを特徴とするプロペラシャ
フトの製造方法を提供する。
That is, according to the present invention, a thin metal ring having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the main body cylinder is mounted inside the end of the main body cylinder made of FRP, and the thin ring is inside the thin ring. There is provided a propeller shaft, in which a metal joint having an outer diameter larger than the inner diameter of is pressed-fitted. Further, according to the present invention, a metal thin-walled ring having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the FRP main body cylinder is mounted inside the end of the FRP main body cylinder, and then the inner diameter of the thin-walled ring is set inside the thin-walled ring. Provided is a method for manufacturing a propeller shaft, which comprises press-fitting a metal joint having a larger outer diameter.

【0014】さて、FRP製本体筒は、特に自動車用プ
ロペラシャフトが高速で回転することから曲げ共振にお
ける危険回転数を高くすることが必要である。そのた
め、FRP製本体筒の補強繊維としては、炭素繊維を用
いることが好ましく、さらに軸方向弾性率が発現される
よう、積層構成としては±5〜20°のヘリカル巻によ
る単一構成とするか、±5〜20°のヘリカル巻と±7
5〜90°のヘリカル巻とを併用したハイブリッド構成
にするのが好ましい。±5°未満でも±20°を超えて
も、軸方向弾性率は低くなる。もっとも、これ以外の角
度で配列された炭素繊維を含んでいてもよく、また、他
の補強繊維、たとえばガラス繊維やポリアラミド繊維が
併用されていても構わない。
Now, in the FRP main body cylinder, in particular, since the propeller shaft for automobiles rotates at a high speed, it is necessary to increase the critical rotational speed in bending resonance. For this reason, it is preferable to use carbon fiber as the reinforcing fiber of the FRP main body cylinder, and the laminated structure should have a single structure of helical winding of ± 5 to 20 ° so that the elastic modulus in the axial direction is expressed. , ± 5 to 20 ° helical winding and ± 7
It is preferable to use a hybrid structure in which a helical winding of 5 to 90 ° is used together. If it is less than ± 5 ° or exceeds ± 20 °, the elastic modulus in the axial direction becomes low. However, carbon fibers arranged at an angle other than this may be included, and other reinforcing fibers such as glass fibers and polyaramid fibers may be used together.

【0015】FRP製本体筒の肉厚は、特に自動車用プ
ロペラシャフトにおいては、静的なねじり強度が150
〜400kg・m程度、ねじり剛性が5〜20kgf・
m/deg・m程度であることが要求されることから、
1.5〜5.0mm程度とするのが好ましい。1.5m
m未満ではねじり強度、ねじり剛性ともに低くなるし、
5.0mmを超えるとねじり強度やねじり剛性がオーバ
ースペックとなり材料の無駄が多くなる。もちろん、肉
厚は補強繊維の配列角度や積層構成にもよる。例えば、
ハイブリッド構成を採るときには、±5〜20°のヘリ
カル巻層を1.5〜4.0mmとし、±75〜90°の
ヘリカル巻層を0.2〜1.0mmとする。
The wall thickness of the FRP main body cylinder is such that the static torsional strength is 150, especially in the propeller shaft for automobiles.
~ 400kg ・ m, torsional rigidity is 5 ~ 20kgf ・
Since it is required to be about m / deg · m,
It is preferably about 1.5 to 5.0 mm. 1.5m
If it is less than m, both the torsional strength and the torsional rigidity will decrease,
If it exceeds 5.0 mm, the torsional strength and the torsional rigidity are over-specified, and the material is wasted. Of course, the thickness depends on the arrangement angle of the reinforcing fibers and the laminated structure. For example,
When the hybrid structure is adopted, the helical wound layer of ± 5 to 20 ° is set to 1.5 to 4.0 mm, and the helical wound layer of ± 75 to 90 ° is set to 0.2 to 1.0 mm.

【0016】さて、FRP製本体筒の継手が挿入される
端部には、外部補強層が積層されていることが好まし
い。この補強層は、金属製継手を圧入する際に本体筒の
破損をより確実に防止するとともに、十分に大きな締め
付け力を発生させる。そのため、この補強層において
も、炭素繊維を用いるのが好ましく、本体筒の継手圧入
部分に、その本体筒の軸方向に対して、±75〜90°
の角度で炭素繊維を配列するのが好ましい。なお、この
補強層は、上述したFRP製本体筒の成形と同時に成形
することができる。
An external reinforcing layer is preferably laminated on the end of the FRP main body cylinder into which the joint is inserted. The reinforcing layer more reliably prevents damage to the main body cylinder when the metal joint is press-fitted, and generates a sufficiently large tightening force. Therefore, it is preferable to use carbon fiber also in this reinforcing layer, and it is ± 75 to 90 ° with respect to the axial direction of the main body cylinder at the joint press-fitting portion of the main body cylinder.
It is preferable to arrange the carbon fibers at an angle of. The reinforcing layer can be formed simultaneously with the formation of the FRP main body cylinder described above.

【0017】本発明による圧入接合では、圧入の際、予
めFRP製本体筒の端部内側に、本体筒の内径と実質的
に等しい外径を有する、薄肉の金属製リングが挿入さ
れ、さらに金属製継手がその薄肉リングに圧入される。
金属製継手と薄肉リングとは、金属同士の接触となるか
ら、この間では基本的に削れは生じない。したがって、
FRP製本体筒の内側を削ること無しに、金属製継手の
圧入、接合が可能となる。その結果、接合面には圧入接
合時の摩耗、切削による粉末が存在せず、強固な接合面
が得られる。
In the press-fitting joining according to the present invention, when press-fitting, a thin metal ring having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the main body cylinder is inserted inside the end portion of the FRP main body cylinder in advance, The fitting is press fit into the thin ring.
Since the metal joint and the thin-walled ring are in contact with each other, metal is basically not scraped between them. Therefore,
The metal fitting can be press-fitted and joined without cutting the inside of the FRP main body cylinder. As a result, the joining surface is free from wear and powder during cutting by press fitting, and a strong joining surface can be obtained.

【0018】この薄肉リングの材質としては、鉄、鋼、
合金鋼、アルミ合金、銅合金などが好ましく、特に軟質
の材料は接合部分の境界面での微細な凹凸による噛み合
いが生じるので接合強度が高められる。薄肉リングの肉
厚としては0.1〜5.0mmが好ましく、この範囲か
ら接合強度、圧入力を考慮して決定することができる。
The material of this thin ring is iron, steel,
Alloy steel, aluminum alloy, copper alloy, and the like are preferable, and particularly soft materials have meshing due to fine unevenness at the boundary surface of the bonding portion, so that the bonding strength is enhanced. The thickness of the thin ring is preferably 0.1 to 5.0 mm, and can be determined from this range in consideration of the bonding strength and the pressing force.

【0019】また、この時さらにFRP製本体筒の内面
との摩擦係数を高め、ひいては接合強度を高められるよ
うに、薄肉リングの表面粗さを2〜500μm程度に処
理しておくことも好ましい。
Further, at this time, it is also preferable to treat the surface roughness of the thin-walled ring to about 2 to 500 μm so that the coefficient of friction with the inner surface of the FRP main body cylinder can be further increased and the joint strength can be further increased.

【0020】この金属製薄肉リングの装着においては、
薄肉リングの外周面に硬質の粒子を配置することによ
り、該粒子を、圧入時にFRP製本体筒の内面と薄肉リ
ングの境界面に食い込ませ、単に圧入したよりも一層強
固な結合形態を得ることができる。
When mounting this thin metal ring,
By arranging hard particles on the outer peripheral surface of the thin-walled ring, the particles are made to bite into the boundary surface between the inner surface of the FRP main body cylinder and the thin-walled ring at the time of press fitting to obtain a stronger bonding form than simply press-fitting. You can

【0021】硬質の粒子の材質としては、鋼、合金鋼、
セラミック、チタン合金などが好ましいが、圧入接合の
際、変形や破壊が生じること無しにFRP製本体筒、薄
肉リングに食い込むことができる強度・硬度があれば特
に限定しない。十分に高い接合強度を発現するために
は、粒子の粒径は0.01〜0.2mm程度が好まし
い。これらの粒子の薄肉リング外周面への配置は、樹
脂、糊材、接着剤等との混合物とし、FRP製本体筒の
接合部内面または金属製継手接合部表面に塗布しておけ
ばよい。この時、薄肉リングの外径は、この硬質粒子の
存在を考慮し、装着時、FRP製本体筒の接合部内周面
に摩耗を生じることなしに取り付けられるようにするこ
とはいうまでもない。
As the material of the hard particles, steel, alloy steel,
Ceramics, titanium alloys and the like are preferable, but there is no particular limitation as long as they have strength and hardness that can penetrate into the FRP main body cylinder and the thin-walled ring without being deformed or destroyed during press-fitting. In order to express a sufficiently high bonding strength, the particle size of the particles is preferably about 0.01 to 0.2 mm. The particles may be arranged on the outer peripheral surface of the thin-walled ring in a mixture with a resin, a sizing material, an adhesive, etc., and applied to the inner surface of the joint of the FRP main body cylinder or the surface of the metal joint joint. At this time, it is needless to say that the outer diameter of the thin-walled ring can be attached without wearing the inner peripheral surface of the joint portion of the FRP main body cylinder at the time of mounting, considering the existence of the hard particles.

【0022】さらに、薄肉リングの形状として、薄肉リ
ング外周面を凹凸面とすることで、圧入時に薄肉リング
の凹凸部がFRP製本体筒の内周面に食い込み、単に圧
入したよりも一層強固な接合形態を得ることができる。
Further, as the shape of the thin-walled ring, the outer peripheral surface of the thin-walled ring is formed into an uneven surface, so that the uneven portion of the thin-walled ring bites into the inner peripheral surface of the FRP main body cylinder at the time of press-fitting, and is stronger than just press-fitting. A joining form can be obtained.

【0023】凹凸形状を付与する方法としては、リング
材表面のモジュール0.2〜0.5のあや目状か、もし
くはひら目のローレット加工が、好ましい。他の方法と
してはショットピーニングによる方法、機械的切削加工
によってもよい。
As a method of imparting the uneven shape, it is preferable to knurl the surface of the ring material in the form of a square pattern of modules 0.2 to 0.5 or to form a knurl. As another method, a method using shot peening or mechanical cutting may be used.

【0024】また、凹凸は、金属製継手側に設けてもよ
い。たとえば、薄肉リングの外周面を鏡面に形成し、金
属製継手の圧入部外周面を、凹部および凸部が本体筒の
筒軸方向に延びる凹凸面に形成するようにしてもよい。
The irregularities may be provided on the metal joint side. For example, the outer peripheral surface of the thin ring may be formed as a mirror surface, and the outer peripheral surface of the press-fitting portion of the metal joint may be formed as an uneven surface in which the concave portion and the convex portion extend in the cylinder axis direction of the main body cylinder.

【0025】薄肉リングの片方の端部側には、装着時に
FRP製本体筒に対して所定位置に係止されるようにす
るためと、金属製継手圧入時にその摩擦力によって薄肉
リングが移動しないようにFRP製本体筒に係止させて
おくために、鍔部を設けておくことが好ましい。金属製
継手圧入前の薄肉リングの装着方法は特に限定しない
が、FRP製本体筒に対して、装着時に摩耗が生じない
程度の嵌め合いや接着剤による装着が適当である。
On one end side of the thin-walled ring, the thin-walled ring does not move due to the frictional force when the metal joint is press-fitted so as to be locked at a predetermined position with respect to the FRP main body cylinder at the time of mounting. As described above, it is preferable to provide a collar portion so as to be locked to the FRP main body cylinder. The method of mounting the thin-walled ring before press-fitting the metal joint is not particularly limited, but it is suitable to fit the FRP main body cylinder to the extent that no wear occurs during mounting or by mounting with an adhesive.

【0026】金属製継手圧入接合のための締め代は、接
合部の構成各部で発生する応力が弾性限度内であり、か
つ接合部に発生する締め付け力が、仕様値のトルクに十
分耐えられるように設計することが重要である。
The tightening margin for press-fitting and joining of metal joints is such that the stress generated in each part of the joint is within the elastic limit and the tightening force generated in the joint can withstand the specified torque. It is important to design

【0027】FRP製本体筒の端部内側に薄肉リングが
装着された状態で、金属製の継手が圧入される。したが
って、この時の締め代はFRP製本体筒の内径をd1
薄肉リング肉厚をtr 、金属製継手の外径をd2 とする
と、締め代δは次式 δ=d2 −(d1 −2tr ) で表され、この締め代によって接合部のFRP製本体筒
および金属製継手に歪みが発生して締め付け力が発生
し、強固な接合が可能となる。この圧入接合部には、前
記したように、150〜400kgf・m程度の静的ね
じり強度が要求され、また、使用時の負荷に対する十分
な疲労強度が要求されるため、FRP製パイプの周方向
に発生する引っ張り歪みが0.1〜1.5%程度になる
ように圧入するのが好ましい。引っ張り歪みが0.1%
以下では十分な締め付け力が発生しないし、かといっ
て、1.5%を超えるとFPR製本体筒が破壊してしま
うおそれがある。
With the thin-walled ring attached to the inside of the end of the FRP main body cylinder, the metal joint is press-fitted. Therefore, the tightening allowance at this time is the inner diameter of the FRP main body cylinder d 1 ,
Thin ring wall thickness of t r, the outer diameter of the metal fitting and d 2, the interference [delta] following equation δ = d 2 - is represented by (d 1 -2t r), FRP junction by the interference Distortion occurs in the main body cylinder and the metal joint, and a tightening force is generated, so that strong joining is possible. As described above, the press-fitting joint portion is required to have a static torsional strength of about 150 to 400 kgf · m, and sufficient fatigue strength against a load during use. It is preferable to press-fit so that the tensile strain that occurs in 0.1 to 1.5%. 0.1% tensile strain
In the following, a sufficient tightening force is not generated, but if it exceeds 1.5%, the FPR main body cylinder may be broken.

【0028】同じ理由から、金属製継手部に発生する圧
縮歪みが、0.05〜0.3%を越えないようにするこ
とが必要である。0.3%を越える条件で圧入すると、
発生する圧縮応力が弾性限界を越えてしまうため、接合
部分の材料が塑性変形してしまうからである。
For the same reason, it is necessary to prevent the compressive strain generated in the metal joint from exceeding 0.05 to 0.3%. When press-fitting under conditions exceeding 0.3%,
This is because the compressive stress that is generated exceeds the elastic limit and the material of the joint portion is plastically deformed.

【0029】本発明で使用するFPR製本体筒の樹脂に
は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、
不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂が使用できる。
The resin of the FPR main body cylinder used in the present invention includes epoxy resin, phenol resin, polyimide resin,
Thermosetting resins such as unsaturated polyesters can be used.

【0030】FRP製本体筒の成形方法としては、フィ
ラメント・ワィンディング、シートワィンディング、プ
ルトルージョン法などの周知の方法で成形できる。
As the method for molding the FRP main body cylinder, known methods such as filament winding, sheet winding, and pull-through method can be used.

【0031】また、以上の説明においては、補強繊維と
して、主として炭素繊維だけを用いる場合について述べ
たが、本発明においては、プロペラシャフトの強度、危
険回転数等の仕様に合わせて、適宜他の補強繊維を用い
てもよく、また、炭素繊維に他の補強繊維を混入しても
構わない。
Further, in the above description, the case where only carbon fiber is mainly used as the reinforcing fiber has been described, but in the present invention, other carbon fiber may be appropriately selected according to the specifications such as the strength of the propeller shaft and the critical rotational speed. Reinforcing fibers may be used, or carbon fibers may be mixed with other reinforcing fibers.

【0032】また、本発明のプロペラシャフトにおいて
は、FRP製本体筒と薄肉リング、あるいは、薄肉リン
グと金属製継手との間の適当な位置(たとえば、各部材
端部位置)に、シール材を配設してもよい。シール材と
しては、樹脂、リング状弾性体、フイルム等が適当であ
る。このようなシール材配設により、水分等の進入をよ
り確実に防止し、接合部の腐食を防止することができ
る。
Further, in the propeller shaft of the present invention, a seal material is provided at an appropriate position (for example, each member end position) between the FRP main body cylinder and the thin ring or between the thin ring and the metal joint. You may arrange. A resin, a ring-shaped elastic body, a film or the like is suitable as the sealing material. By disposing such a sealing material, it is possible to more reliably prevent entry of water and the like and prevent corrosion of the joint portion.

【0033】また、金属製継手を圧入する際、圧入用治
具で継手を把持する必要があるが、確実に把持できるよ
う、かつ、圧入力によって継手が破損しないよう、継手
に、圧入用治具の係止または係合部を設けておくことが
好ましい。このような係止または係合部は、継手の外面
の適当な位置に、段付部または溝部を形成することによ
り構成できる。
Further, when the metal joint is press-fitted, it is necessary to grip the joint with a press-fitting jig. However, in order to securely grip and to prevent the joint from being damaged by the pressure input, the joint is press-fitted. It is preferable to provide a locking or engaging portion for the tool. Such a locking or engaging portion can be formed by forming a step portion or a groove portion at an appropriate position on the outer surface of the joint.

【0034】また、金属製継手の圧入力を極力低減し
て、効率よく圧入するためには、以下のような方法が有
効である。 継手の温度を下げ、FRP製本体筒端部と薄肉リング
側の温度を上げて圧入する。 接着剤を潤滑剤として用いる。 圧入後には残らない、揮発性の液状潤滑剤を用いる。
Further, in order to reduce the press-fitting force of the metal joint as much as possible and press-fitting efficiently, the following method is effective. Lower the temperature of the joint and raise the temperature of the FRP main body cylinder end and the thin ring side to press fit. Use the adhesive as a lubricant. Use a volatile liquid lubricant that does not remain after press fitting.

【0035】さらに、金属製継手にバランスウエイト取
付部を設けて、該取付部に適当なバランスウエイトを溶
接等によって付加することにより、プロペラシャフト完
成後のバランスを調整することが可能である。このバラ
ンスウエイト取付部の周囲、とくに、バランスウエイト
取付部と、接合されるFRP製本体筒との間の部分の継
手外面に、冷却フィンを形成しておくと、バランスウエ
イトを接合する際の溶接熱がFRP製本体筒側に伝わる
のを抑制することができる。
Further, it is possible to adjust the balance after completion of the propeller shaft by providing a balance weight mounting portion on the metal joint and adding an appropriate balance weight to the mounting portion by welding or the like. If a cooling fin is formed around the balance weight mounting portion, especially on the outer surface of the joint between the balance weight mounting portion and the FRP main body cylinder to be joined, welding at the time of joining the balance weight is performed. It is possible to prevent heat from being transferred to the FRP main body cylinder side.

【0036】[0036]

【実施例】図1は、本発明の一実施例に係るプロペラシ
ャフトの一方の継手側を示している。図示は省略した
が、反対側の継手接合部も同様に構成されている。FR
P製本体筒1の両端部には外部補強層2が設けられ、F
RP製本体筒1の端部内側には、一端に鍔部5を有し、
外周面がローレット加工された金属製薄肉リング4が装
着された後、その薄肉リング4に、金属製継手5が圧入
接合されている。本発明におけるプロペラシャフトの強
度仕様値として、静的ねじり強度が250kgf・mを
有することを条件として、図に示したプロペラシャフト
を作製した。
FIG. 1 shows one joint side of a propeller shaft according to an embodiment of the present invention. Although illustration is omitted, the joint joint portion on the opposite side is also similarly configured. FR
External reinforcing layers 2 are provided at both ends of the P-made main body cylinder 1,
Inside the end portion of the RP main body cylinder 1, there is a collar portion 5 at one end,
After the metal thin ring 4 having the outer peripheral surface knurled is mounted, the metal joint 5 is press-fitted and joined to the thin ring 4. As a strength specification value of the propeller shaft in the present invention, the propeller shaft shown in the figure was produced on condition that the static torsional strength is 250 kgf · m.

【0037】実施例 東レ(株)製炭素繊維“トレカ”T300−12Kを6
本引き揃え、ビスフェノールA型エポキシ樹脂100重
量%の主剤に対し90重量%の酸無水物系硬化剤を添加
し、さらに1.0重量%の硬化促進剤を添加した樹脂混
合物を含浸しながら、フィラメントワインディング法に
よりマンドレル上にその軸方向に対して±14°構成で
6層積層した後、本体筒の接合部に当たる部分の外周
に、±85°構成で7層からなり、長さ80mm、肉厚
3.0mmの外部補強層2を付与した後、回転させなが
ら180℃で6時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させ、
硬化後マンドレルを引き抜いて、外径77mm、内径7
0mm、長さ1200mmのCFRP製本体筒1を得
た。
Example 6 Toray Co., Ltd. carbon fiber "Torayca" T300-12K was used.
With this arrangement, 90% by weight of an acid anhydride type curing agent was added to 100% by weight of the bisphenol A type epoxy resin as the main agent, and further impregnated with a resin mixture containing 1.0% by weight of a curing accelerator, After laminating 6 layers on the mandrel with ± 14 ° configuration with respect to the axial direction by the filament winding method, 7 layers with ± 85 ° configuration on the outer circumference of the portion corresponding to the joint part of the main body cylinder, length 80 mm, meat After applying the external reinforcing layer 2 having a thickness of 3.0 mm, the epoxy resin is cured by heating at 180 ° C. for 6 hours while rotating,
After curing, pull out the mandrel, outer diameter 77 mm, inner diameter 7
A CFRP main body cylinder 1 having a length of 0 mm and a length of 1200 mm was obtained.

【0038】CFRP製本体筒1の接合部内周面に装着
する薄肉リング4としては、軟鋼材を用い、内径68m
m、外径69.8mmとし、接合部表面にはモジュール
m=0.3のあや目のローレット加工を施した。このリ
ング4を装着後、外径68.6mmの接合部外径を持つ
金属製継手3をプレスにより圧入し、図1に示したよう
なプロペラシャフトを得た。このプロペラシャフトのね
じり強度を測定したところ、300kg・mのねじり強
度を有しており、自動車用プロペラシャフトとしての仕
様値を十分に満足した。
As the thin ring 4 to be mounted on the inner peripheral surface of the joint portion of the CFRP main body cylinder 1, a mild steel material is used, and the inner diameter is 68 m.
m, the outer diameter was 69.8 mm, and the joint surface was knurled with a module m = 0.3. After mounting the ring 4, a metal joint 3 having an outer diameter of the joint portion having an outer diameter of 68.6 mm was press-fitted by a press to obtain a propeller shaft as shown in FIG. When the torsional strength of this propeller shaft was measured, it had a torsional strength of 300 kg · m, which satisfied the specification value of the propeller shaft for automobiles.

【0039】比較例 図2は、比較例としての、従来構造にかかるプロペラシ
ャフトを示している。CFRP製本体筒1の両端部には
外部補強層2が設けられ、金属製継手3が本体筒1の端
部に圧入されている。
Comparative Example FIG. 2 shows a propeller shaft having a conventional structure as a comparative example. External reinforcement layers 2 are provided at both ends of the CFRP main body cylinder 1, and metal joints 3 are press-fitted into the end portions of the main body cylinder 1.

【0040】東レ(株)製炭素繊維“トレカ”T300
−12Kを6本引き揃え、ビスフェノールA型エポキシ
樹脂100重量%の主剤に対し90重量%の酸無水物系
硬化剤を添加し、さらに1.0重量%の硬化促進剤を添
加した樹脂混合物を含浸しながら、フィラメントワイン
ディング法によりマンドレル上にその軸方向に対して±
14°構成で6層積層した後、接合部に当たる本体筒上
に±85°構成で5層からなり、長さ80mm、肉厚
3.0mmの補強層2を付与した後、回転させながら1
80°で6時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させ、硬化
後マンドレルを引き抜き、外径77mm、内径70m
m、長さ1200mmのCFRP製本体筒1を得た。
Toray Industries, Inc. carbon fiber "Torayca" T300
A total of 6-12K were prepared, and a resin mixture was prepared by adding 90% by weight of an acid anhydride-based curing agent to 100% by weight of a bisphenol A type epoxy resin as a main agent, and further adding 1.0% by weight of a curing accelerator. While impregnating, ± on the axial direction on the mandrel by the filament winding method
After laminating 6 layers in 14 ° constitution, 5 layers in ± 85 ° constitution on the main body cylinder that hits the joint, and after applying the reinforcing layer 2 having a length of 80 mm and a wall thickness of 3.0 mm, 1 while rotating
The epoxy resin is cured by heating at 80 ° for 6 hours, and after curing, the mandrel is pulled out, the outer diameter is 77 mm, the inner diameter is 70 m.
A CFRP main body cylinder 1 having a length of m and a length of 1200 mm was obtained.

【0041】次いで本体筒1の両端部に、接合部外径7
0.6mm、長さ50mmでモジュールm=0.3のあ
や目のローレット加工を施したスチール製継手3を圧入
接合してプロペラシャフトを作製したが、この時の圧入
接合部分にはかなりの摩耗が生じており、締め代による
有効な締め付け力が発生させることができなかった。続
いて、実施例と同様の条件でねじり強度を測定したとこ
ろ、150kg・mの強度しか発現せず、自動車用プロ
ペラシャフトとしての仕様値を満足することができなか
った。
Next, at the both ends of the main body cylinder 1, the outer diameter of the joint portion is set to 7
A propeller shaft was manufactured by press-fitting and joining a steel knurled steel joint 3 having a size of 0.6 mm and a length of 50 mm and a module m = 0.3. At this time, the press-fitted joint had considerable wear. Occurred, and an effective tightening force due to the tightening margin could not be generated. Subsequently, when the torsional strength was measured under the same conditions as in the example, only a strength of 150 kg · m was developed, and the specification value of the propeller shaft for automobiles could not be satisfied.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、FR
P製本体筒の端部内側に、金属製薄肉リングを装着した
後、該薄肉リングの内径よりも大きな外径を有する金属
製継手を圧入して、圧入部を金属同士の接触としたの
で、FRP製本体筒に圧入による損傷を与えることな
く、FRP製本体筒側と金属製継手側とを容易に接合で
き、しかも、接合部のねじり強度に優れた、自動車用プ
ロペラシャフトとして最適なプロペラシャフトを得るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the FR
After mounting the metal thin-walled ring inside the end portion of the P-made main body cylinder, the metal fitting having an outer diameter larger than the inner diameter of the thin-walled ring was press-fitted, and the press-fitting portion was brought into contact with the metal, The most suitable propeller shaft for automobile propeller shafts, which can easily join the FRP body cylinder side and the metal joint side without damaging the FRP body cylinder by press fitting, and has excellent torsional strength at the joint. Can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るFRP製プロペラシャ
フトの部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an FRP propeller shaft according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のFRP製プロペラシャフトの部分断面図
である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a conventional FRP propeller shaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FRP製本体筒 2 外部補強層 3 金属製継手 4 金属製薄肉リング 5 鍔部 1 FRP main body tube 2 External reinforcement layer 3 Metal joint 4 Metal thin-walled ring 5 Collar

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 繊維強化プラスチック製本体筒の端部内
側に、その本体筒の内径と実質的に等しい外径を有する
金属製薄肉リングが装着され、その薄肉リングの内側
に、薄肉リングの内径よりも大きな外径を有する金属製
継手が圧入されていることを特徴とするプロペラシャフ
ト。
1. A thin metal ring having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the main body tube is mounted inside the end of the main body cylinder made of fiber reinforced plastic, and the inner diameter of the thin ring is inside the thin ring. A propeller shaft in which a metal joint having a larger outer diameter is press-fitted.
【請求項2】 前記本体筒の端部に、繊維強化プラスチ
ックからなる外部補強層が設けられている、請求項1の
プロペラシャフト。
2. The propeller shaft according to claim 1, wherein an external reinforcing layer made of fiber reinforced plastic is provided at an end portion of the main body cylinder.
【請求項3】 前記薄肉リングの外周面と本体筒の内周
面との間に、硬質の粒子が配置されている、請求項1又
は2のプロペラシャフト。
3. The propeller shaft according to claim 1, wherein hard particles are arranged between the outer peripheral surface of the thin ring and the inner peripheral surface of the main body cylinder.
【請求項4】 前記薄肉リングの外周面が凹凸面に形成
されている、請求項1又は2のプロペラシャフト。
4. The propeller shaft according to claim 1, wherein the outer peripheral surface of the thin ring is formed into an uneven surface.
【請求項5】 前記薄肉リングの外周面が鏡面に形成さ
れ、前記金属製継手の圧入部外周面は、凹部および凸部
が本体筒の筒軸方向に延びる凹凸面に形成されている、
請求項1又は2のプロペラシャフト。
5. The outer peripheral surface of the thin-walled ring is formed into a mirror surface, and the outer peripheral surface of the press-fitting portion of the metal joint is formed with a concave portion and a convex portion on an uneven surface extending in the cylinder axis direction of the main body cylinder.
The propeller shaft according to claim 1 or 2.
【請求項6】 繊維強化プラスチック製本体筒の端部内
側に、その本体筒の内径と実質的に等しい外径を有する
金属製薄肉リングを装着した後、その薄肉リングの内側
に、薄肉リングの内径よりも大きな外径を有する金属製
継手を圧入することを特徴とするプロペラシャフトの製
造方法。
6. A metal thin-walled ring having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the main body cylinder is attached to the inside of the end of the main body made of fiber-reinforced plastic, and the thin-walled ring is attached to the inside of the thin-walled ring. A method for manufacturing a propeller shaft, comprising press-fitting a metal joint having an outer diameter larger than an inner diameter.
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