JPH08103965A - Frp筒体およびその製造方法 - Google Patents
Frp筒体およびその製造方法Info
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- JPH08103965A JPH08103965A JP6266356A JP26635694A JPH08103965A JP H08103965 A JPH08103965 A JP H08103965A JP 6266356 A JP6266356 A JP 6266356A JP 26635694 A JP26635694 A JP 26635694A JP H08103965 A JPH08103965 A JP H08103965A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
- F16C3/02—Shafts; Axles
- F16C3/026—Shafts made of fibre reinforced resin
-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
- F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
- F16D3/38—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another
- F16D3/382—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another constructional details of other than the intermediate member
- F16D3/387—Fork construction; Mounting of fork on shaft; Adapting shaft for mounting of fork
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2326/00—Articles relating to transporting
- F16C2326/01—Parts of vehicles in general
- F16C2326/06—Drive shafts
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧入部材の切込み歯による本体筒内強化繊維
の切断を防止して、接合部における本体筒の強度を向上
する。 【構成】 FRP製本体筒1に他部材2が圧入接合さ
れ、該他部材2の本体筒1との接合面に、軸方向に延
び、かつ、周方向に配列された切込み歯4が設けられて
いるFRP筒体において、本体筒1は、該本体筒1の全
長にわたって設けられた強化繊維のヘリカル巻層1a
と、該ヘリカル巻層1aの内側で、かつ、本体筒1の端
部に設けられた強化繊維のフープ巻層1bとを有し、該
フープ巻層1bに他部材2が圧入接合され、該フープ巻
層1bの内周面には、樹脂のみ、または短繊維5を含有
する樹脂からなる層3が設けられている、FRP筒体お
よびその製造方法。
の切断を防止して、接合部における本体筒の強度を向上
する。 【構成】 FRP製本体筒1に他部材2が圧入接合さ
れ、該他部材2の本体筒1との接合面に、軸方向に延
び、かつ、周方向に配列された切込み歯4が設けられて
いるFRP筒体において、本体筒1は、該本体筒1の全
長にわたって設けられた強化繊維のヘリカル巻層1a
と、該ヘリカル巻層1aの内側で、かつ、本体筒1の端
部に設けられた強化繊維のフープ巻層1bとを有し、該
フープ巻層1bに他部材2が圧入接合され、該フープ巻
層1bの内周面には、樹脂のみ、または短繊維5を含有
する樹脂からなる層3が設けられている、FRP筒体お
よびその製造方法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等のプロペラシ
ャフト(駆動推進軸)に用いて好適なFRP(繊維強化
プラスチック)筒体およびその製造方法に関する。
ャフト(駆動推進軸)に用いて好適なFRP(繊維強化
プラスチック)筒体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、各種産業分野でFRP筒体が使わ
れてきつつある。たとえば、近年、燃費の向上や環境保
全といった観点から自動車の軽量化が強く望まれている
が、それを達成する一手段としてプロペラシャフトのF
RP化が検討され、一部で既に採用されるに至ってい
る。そのようなFRP製プロペラシャフトは、FRP製
本体筒と、この本体筒の各端部に接合して設けた金属製
継手とを有している。
れてきつつある。たとえば、近年、燃費の向上や環境保
全といった観点から自動車の軽量化が強く望まれている
が、それを達成する一手段としてプロペラシャフトのF
RP化が検討され、一部で既に採用されるに至ってい
る。そのようなFRP製プロペラシャフトは、FRP製
本体筒と、この本体筒の各端部に接合して設けた金属製
継手とを有している。
【0003】ところで、自動車のプロペラシャフトは、
エンジンで発生するトルクを捩りトルクとして駆動輪に
伝達するものであるから、100〜400kgf・m程
度の捩り強度を必要とする。また、高速回転時に共振を
起こさないよう、危険回転数が5,000〜15,00
0rpm程度であることも要求される。そのため、これ
らの基本的要求が満たされるよう、FRP製プロペラシ
ャフトの本体筒は、強化繊維の種類、含有量や、強化繊
維の配列方向、層構成や、外径、内径、肉厚等のパラメ
ータを考慮した設計がなされる。
エンジンで発生するトルクを捩りトルクとして駆動輪に
伝達するものであるから、100〜400kgf・m程
度の捩り強度を必要とする。また、高速回転時に共振を
起こさないよう、危険回転数が5,000〜15,00
0rpm程度であることも要求される。そのため、これ
らの基本的要求が満たされるよう、FRP製プロペラシ
ャフトの本体筒は、強化繊維の種類、含有量や、強化繊
維の配列方向、層構成や、外径、内径、肉厚等のパラメ
ータを考慮した設計がなされる。
【0004】たとえば、強化繊維の配列方向の選定に
は、次のようなことが考慮される。すなわち、主として
捩り強度に関しては、強化繊維を本体の筒軸方向に対し
て±45°の角度で配列するのが最も効果的であるが、
主として捩り座屈強度に関しては、筒軸方向に対して±
80〜90°の角度で配列するのが最も効果的である。
また、主として危険回転数に関しては、強化繊維を可能
な限り筒軸方向に配列して筒軸方向における曲げ弾性率
を大きくし、高い曲げ共振周波数が得られるようにす
る。
は、次のようなことが考慮される。すなわち、主として
捩り強度に関しては、強化繊維を本体の筒軸方向に対し
て±45°の角度で配列するのが最も効果的であるが、
主として捩り座屈強度に関しては、筒軸方向に対して±
80〜90°の角度で配列するのが最も効果的である。
また、主として危険回転数に関しては、強化繊維を可能
な限り筒軸方向に配列して筒軸方向における曲げ弾性率
を大きくし、高い曲げ共振周波数が得られるようにす
る。
【0005】このように、FRP製本体筒においては、
捩り強度と危険回転数といった基本的要求に関して最も
効果的な強化繊維の配列方向が存在するので、これらの
要求に好適な配列方向を組み合わせた層構成を採ること
になる。このようなFRP製本体筒は、たとえば樹脂を
含浸した強化繊維束をマンドレル上に所定方向に巻き付
けて硬化、成形する、いわゆるフィラメントワインディ
ング法によって成形され、上述の如き所望の強化繊維の
配列を有する層が構成される。この強化繊維は、通常、
強化繊維束として引き揃えられた連続繊維の形態をなし
ている。
捩り強度と危険回転数といった基本的要求に関して最も
効果的な強化繊維の配列方向が存在するので、これらの
要求に好適な配列方向を組み合わせた層構成を採ること
になる。このようなFRP製本体筒は、たとえば樹脂を
含浸した強化繊維束をマンドレル上に所定方向に巻き付
けて硬化、成形する、いわゆるフィラメントワインディ
ング法によって成形され、上述の如き所望の強化繊維の
配列を有する層が構成される。この強化繊維は、通常、
強化繊維束として引き揃えられた連続繊維の形態をなし
ている。
【0006】このように成形されたFRP製本体筒の端
部に、継手が圧入される。継手の接合強度を確保するた
めに、継手の圧入部の外径は、本体筒端部の内径よりも
若干大きく設定され、いわゆる圧入代が設けられる。ま
た、圧入部の接合強度を一層高めるために、継手圧入部
の本体筒との接合面に、本体筒の筒軸方向に延び周方向
に多数配列された切込み歯を設けることが有効であるこ
とが知られている。
部に、継手が圧入される。継手の接合強度を確保するた
めに、継手の圧入部の外径は、本体筒端部の内径よりも
若干大きく設定され、いわゆる圧入代が設けられる。ま
た、圧入部の接合強度を一層高めるために、継手圧入部
の本体筒との接合面に、本体筒の筒軸方向に延び周方向
に多数配列された切込み歯を設けることが有効であるこ
とが知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に継手に切込み歯が設けられていると、継手が圧入され
る時、切込み歯がFRP製本体筒内周面に食い込んでい
くことになるが、その際、本体筒内周面に配列されてい
る強化繊維を切断してしまうことがある。とくに、本体
筒内周面の強化繊維配列方向が筒軸方向に対し±80〜
90°の角度であると、切込み歯は配列されている強化
繊維に対し略直交する方向に食い込んでいくことになる
ので、強化繊維が切断されやすくなる。
に継手に切込み歯が設けられていると、継手が圧入され
る時、切込み歯がFRP製本体筒内周面に食い込んでい
くことになるが、その際、本体筒内周面に配列されてい
る強化繊維を切断してしまうことがある。とくに、本体
筒内周面の強化繊維配列方向が筒軸方向に対し±80〜
90°の角度であると、切込み歯は配列されている強化
繊維に対し略直交する方向に食い込んでいくことになる
ので、強化繊維が切断されやすくなる。
【0008】強化繊維が切断されると、継手との接合部
における本体筒の強度が部分的に低下し、その部位では
目標とする強度性能が発揮されなくなるので、強化繊維
の切断は極力防止されなければならない。
における本体筒の強度が部分的に低下し、その部位では
目標とする強度性能が発揮されなくなるので、強化繊維
の切断は極力防止されなければならない。
【0009】本発明の目的は、FRP製プロペラシャフ
トに代表されるような、FRP製本体筒に切込み歯を有
する他部材を圧入接合するFRP筒体において、切込み
歯による圧入時の強化繊維の切断を防止して、接合部に
おける本体筒の強度を向上することにある。
トに代表されるような、FRP製本体筒に切込み歯を有
する他部材を圧入接合するFRP筒体において、切込み
歯による圧入時の強化繊維の切断を防止して、接合部に
おける本体筒の強度を向上することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
FRP筒体は、FRP製本体筒に他部材が圧入接合さ
れ、該他部材の本体筒との接合面に、軸方向に延び、か
つ、周方向に配列された切込み歯が設けられているFR
P筒体において、前記本体筒は、該本体筒の全長にわた
って設けられた強化繊維のヘリカル巻層と、該ヘリカル
巻層の内側で、かつ、前記本体筒の端部に設けられた強
化繊維のフープ巻層とを有し、該フープ巻層に前記他部
材が圧入接合され、該フープ巻層の内周面には、樹脂の
み、または短繊維を含有する樹脂からなる層が設けられ
ていることを特徴とするものからなる。
FRP筒体は、FRP製本体筒に他部材が圧入接合さ
れ、該他部材の本体筒との接合面に、軸方向に延び、か
つ、周方向に配列された切込み歯が設けられているFR
P筒体において、前記本体筒は、該本体筒の全長にわた
って設けられた強化繊維のヘリカル巻層と、該ヘリカル
巻層の内側で、かつ、前記本体筒の端部に設けられた強
化繊維のフープ巻層とを有し、該フープ巻層に前記他部
材が圧入接合され、該フープ巻層の内周面には、樹脂の
み、または短繊維を含有する樹脂からなる層が設けられ
ていることを特徴とするものからなる。
【0011】上記短繊維は、樹脂中にランダムに分散含
有されるものであり、通常の強化繊維の短繊維は勿論の
こと、ミルドファイバー等も含むものである。
有されるものであり、通常の強化繊維の短繊維は勿論の
こと、ミルドファイバー等も含むものである。
【0012】上記FRP筒体としては、前述の如くFR
P製プロペラシャフトが代表的なものであり、プロペラ
シャフトにおいては、上記他部材は本体筒の端部に圧入
接合される継手に相当する。また、本発明に係るFRP
筒体は、プロペラシャフトに限らず、FRP製本体筒に
軸部材が圧入接合されたFRP製ロールや、FRP製本
体筒に連結用部材が圧入接合されたFRP製カップリン
グ等にも適用可能である。
P製プロペラシャフトが代表的なものであり、プロペラ
シャフトにおいては、上記他部材は本体筒の端部に圧入
接合される継手に相当する。また、本発明に係るFRP
筒体は、プロペラシャフトに限らず、FRP製本体筒に
軸部材が圧入接合されたFRP製ロールや、FRP製本
体筒に連結用部材が圧入接合されたFRP製カップリン
グ等にも適用可能である。
【0013】また、前述の如く、とくに、FRP製本体
筒の内周面に筒軸方向に対し±80〜90°の配列角度
で強化繊維が配置されていると、他部材の切込み歯で切
断されやすくなるので、本発明はこのようなFRP筒体
に適用して大きな効果を奏するものである。
筒の内周面に筒軸方向に対し±80〜90°の配列角度
で強化繊維が配置されていると、他部材の切込み歯で切
断されやすくなるので、本発明はこのようなFRP筒体
に適用して大きな効果を奏するものである。
【0014】本発明において、フープ巻層とは、強化繊
維の配列方向がFRP製本体筒の軸方向に対し±80〜
90°の層のことであり、ヘリカル巻層とは、強化繊維
の配列方向が本体筒の軸方向に対し±5〜±75°の層
のことを言う。プロペラシャフトにおいて好ましいヘリ
カル巻層の強化繊維配列方向は、±5〜±30°であ
る。
維の配列方向がFRP製本体筒の軸方向に対し±80〜
90°の層のことであり、ヘリカル巻層とは、強化繊維
の配列方向が本体筒の軸方向に対し±5〜±75°の層
のことを言う。プロペラシャフトにおいて好ましいヘリ
カル巻層の強化繊維配列方向は、±5〜±30°であ
る。
【0015】本発明に係るFRP筒体は、各種方法によ
って製造できる。たとえば、本発明に係るFRP筒体の
製造方法は、マンドレルに、樹脂のみ、または短繊維を
含有する樹脂を塗布した後、塗布層の上にマトリクス樹
脂を含浸した強化繊維束を巻き付け、塗布層の樹脂とマ
トリクス樹脂とを硬化させてFRP製本体筒を成形し、
該本体筒とマンドレルとを分離した後、前記本体筒に、
軸方向に延び、かつ、周方向に配列された切込み歯を外
周面に有する他部材を圧入接合することを特徴とする方
法からなる。
って製造できる。たとえば、本発明に係るFRP筒体の
製造方法は、マンドレルに、樹脂のみ、または短繊維を
含有する樹脂を塗布した後、塗布層の上にマトリクス樹
脂を含浸した強化繊維束を巻き付け、塗布層の樹脂とマ
トリクス樹脂とを硬化させてFRP製本体筒を成形し、
該本体筒とマンドレルとを分離した後、前記本体筒に、
軸方向に延び、かつ、周方向に配列された切込み歯を外
周面に有する他部材を圧入接合することを特徴とする方
法からなる。
【0016】ここで、塗布層の樹脂を硬化させた後、マ
トリクス樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付け、マトリ
クス樹脂を硬化させるようにしてもよい。
トリクス樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付け、マトリ
クス樹脂を硬化させるようにしてもよい。
【0017】また、本発明に係る別のFRP筒体の製造
方法は、FRP製本体筒を成形した後、本体筒の内周面
に、樹脂のみ、または短繊維を含有する樹脂を塗布し、
樹脂の硬化前または硬化後に、前記本体筒に、軸方向に
延び、かつ、周方向に配列された切込み歯を外周面に有
する他部材を圧入接合することを特徴とする方法からな
る。
方法は、FRP製本体筒を成形した後、本体筒の内周面
に、樹脂のみ、または短繊維を含有する樹脂を塗布し、
樹脂の硬化前または硬化後に、前記本体筒に、軸方向に
延び、かつ、周方向に配列された切込み歯を外周面に有
する他部材を圧入接合することを特徴とする方法からな
る。
【0018】
【作用】このようなFRP筒体においては、FRP製本
体筒の他部材との接合部の内周面に、樹脂のみからなる
層、あるいは短繊維を含有する樹脂からなる層が設けら
れているので、圧入される他部材の切込み歯は、主とし
てこの樹脂層に食い込むことになる。したがって、強化
繊維の連続繊維が所定方向に配列された本体筒自身の内
周面部には実質的に影響を及ぼさず、連続繊維からなる
強化繊維が切込み歯によって切断されることはない。そ
の結果、他部材との接合部においても、連続繊維からな
る強化繊維の配置による、所定の目標とする強度特性が
確保され、従来構造に比べてこの部分の強度が向上され
る。
体筒の他部材との接合部の内周面に、樹脂のみからなる
層、あるいは短繊維を含有する樹脂からなる層が設けら
れているので、圧入される他部材の切込み歯は、主とし
てこの樹脂層に食い込むことになる。したがって、強化
繊維の連続繊維が所定方向に配列された本体筒自身の内
周面部には実質的に影響を及ぼさず、連続繊維からなる
強化繊維が切込み歯によって切断されることはない。そ
の結果、他部材との接合部においても、連続繊維からな
る強化繊維の配置による、所定の目標とする強度特性が
確保され、従来構造に比べてこの部分の強度が向上され
る。
【0019】また、上記樹脂のみからなる層、あるいは
短繊維を含有する樹脂からなる層は、本体筒自身と一体
的に成形されたものであるから両者間の接合強度は十分
に高い。また、他部材圧入状態において、食い込んだ切
込み歯部位を上記層が埋めることになるから、他部材と
上記層間、ひいては他部材と本体筒間の接合強度も十分
に高く保たれ、この間に要求される捩りトルク伝達特性
等も十分に高く保たれる。
短繊維を含有する樹脂からなる層は、本体筒自身と一体
的に成形されたものであるから両者間の接合強度は十分
に高い。また、他部材圧入状態において、食い込んだ切
込み歯部位を上記層が埋めることになるから、他部材と
上記層間、ひいては他部材と本体筒間の接合強度も十分
に高く保たれ、この間に要求される捩りトルク伝達特性
等も十分に高く保たれる。
【0020】さらに、短繊維含有樹脂層とすれば、含有
短繊維は切込み歯の食い込みを何ら阻害することなく樹
脂層を補強する役目を発揮できるので、他部材と本体筒
との接合強度を一層向上することが可能になる。
短繊維は切込み歯の食い込みを何ら阻害することなく樹
脂層を補強する役目を発揮できるので、他部材と本体筒
との接合強度を一層向上することが可能になる。
【0021】
【実施例】以下に、本発明のFRP筒体の望ましい実施
例を、その製造方法とともに、図面を参照して説明す
る。図1および図2は、本発明の一実施例に係るFRP
筒体を示しており、本発明をFRP製プロペラシャフト
に適用した場合を示している。図1において、1はFR
P製本体筒としてのプロペラシャフト用シャフトを示し
ており、本体筒1は、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラ
ミド繊維等の高強度、高弾性率強化繊維でエポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニル
エステル樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポ
リアラミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル
イミド樹脂等の熱可塑性樹脂を強化してなるものであ
る。本体筒1の一端部および他端部には、他部材として
金属製継手2が圧入接合されている。このプロペラシャ
フトは、長さ方向中心からみて対称形であり、図は一方
の端部側のみを示している。
例を、その製造方法とともに、図面を参照して説明す
る。図1および図2は、本発明の一実施例に係るFRP
筒体を示しており、本発明をFRP製プロペラシャフト
に適用した場合を示している。図1において、1はFR
P製本体筒としてのプロペラシャフト用シャフトを示し
ており、本体筒1は、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラ
ミド繊維等の高強度、高弾性率強化繊維でエポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニル
エステル樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポ
リアラミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル
イミド樹脂等の熱可塑性樹脂を強化してなるものであ
る。本体筒1の一端部および他端部には、他部材として
金属製継手2が圧入接合されている。このプロペラシャ
フトは、長さ方向中心からみて対称形であり、図は一方
の端部側のみを示している。
【0022】本体筒1の内周面には、樹脂のみからなる
層、または短繊維を含有する樹脂からなる層3が設けら
れている。本実施例では層3は本体筒1の全長にわたっ
て設けられているが、継手2との接合部のみに設けても
よい。層3の樹脂の種類としては、上記本体筒1に用い
る樹脂と同様のものを用いればよく、本体筒1のマトリ
クス樹脂と同種のものであっても異種のものであっても
よい。層3が短繊維を含有する場合、短繊維と樹脂との
混練物からなる層とすればよい。使用する短繊維は、特
に限定されず、上記のような強化繊維の短繊維は勿論の
こと、他の短繊維であってもよい。また、短繊維の形態
としては、通常の短繊維の他、ミルドファイバー等であ
ってもよく、連続繊維のように一定の配列方向をもたな
いものであればよい。
層、または短繊維を含有する樹脂からなる層3が設けら
れている。本実施例では層3は本体筒1の全長にわたっ
て設けられているが、継手2との接合部のみに設けても
よい。層3の樹脂の種類としては、上記本体筒1に用い
る樹脂と同様のものを用いればよく、本体筒1のマトリ
クス樹脂と同種のものであっても異種のものであっても
よい。層3が短繊維を含有する場合、短繊維と樹脂との
混練物からなる層とすればよい。使用する短繊維は、特
に限定されず、上記のような強化繊維の短繊維は勿論の
こと、他の短繊維であってもよい。また、短繊維の形態
としては、通常の短繊維の他、ミルドファイバー等であ
ってもよく、連続繊維のように一定の配列方向をもたな
いものであればよい。
【0023】継手2の本体筒1への圧入接合面2aに
は、本体筒1の軸方向に延び、かつ、周方向に多数配列
された切込み歯4が設けられている。接合面2aの外径
は、層3の内径よりも若干大きく設定されており、所定
の圧入代をもって、継手2が本体筒1の端部内に圧入さ
れている。接合面2aの外径、より正確には切込み歯4
の頂部の外径は、本体筒1の内径(つまり本体筒1と層
3との境界における内径)に対しては、実質的に同じで
あっても、若干大きくても若干小さくてもよい。目標と
する接合強度や、本体筒1の内周面における強化繊維の
配列状態等を考慮して決めればよい。
は、本体筒1の軸方向に延び、かつ、周方向に多数配列
された切込み歯4が設けられている。接合面2aの外径
は、層3の内径よりも若干大きく設定されており、所定
の圧入代をもって、継手2が本体筒1の端部内に圧入さ
れている。接合面2aの外径、より正確には切込み歯4
の頂部の外径は、本体筒1の内径(つまり本体筒1と層
3との境界における内径)に対しては、実質的に同じで
あっても、若干大きくても若干小さくてもよい。目標と
する接合強度や、本体筒1の内周面における強化繊維の
配列状態等を考慮して決めればよい。
【0024】継手2が圧入接合された状態では、図2
(層3が樹脂のみからなる場合)や図3(層3が短繊維
5を含有する樹脂からなる場合)に示すように、継手2
の切込み歯4が主として層3に食い込んでいる。そし
て、切込み歯4の歯間には、樹脂あるいは短繊維含有樹
脂で埋められている。
(層3が樹脂のみからなる場合)や図3(層3が短繊維
5を含有する樹脂からなる場合)に示すように、継手2
の切込み歯4が主として層3に食い込んでいる。そし
て、切込み歯4の歯間には、樹脂あるいは短繊維含有樹
脂で埋められている。
【0025】内周面に上記層3が設けられた本体筒1は
次のように成形できる。たとえば図4に示すように、マ
ンドレル6に樹脂のみ、または短繊維を含有する樹脂を
塗布した後、塗布層3の樹脂が未硬化の状態にて該塗布
層3上に、マトリクス樹脂を含浸した強化繊維束7を、
マンドレル6を回転させて筒軸方向に対して所定の方向
に巻き付ける。強化繊維束7の巻付けは、所定回数筒軸
方向に往復させて行い、所望厚み、所望層構成の本体筒
1を形成する。このとき、層毎に強化繊維の配列方向を
変更してもよい。巻き付け後、塗布層3の樹脂と強化繊
維束7に含浸されているマトリクス樹脂をともに硬化さ
せて、FRP製本体筒1を成形し、成形された本体筒1
をマンドレル6から引き抜くと(本体筒1とマンドレル
6とを分離すると)、内周面に層3が一体的に成形され
た本体筒1が得られる。
次のように成形できる。たとえば図4に示すように、マ
ンドレル6に樹脂のみ、または短繊維を含有する樹脂を
塗布した後、塗布層3の樹脂が未硬化の状態にて該塗布
層3上に、マトリクス樹脂を含浸した強化繊維束7を、
マンドレル6を回転させて筒軸方向に対して所定の方向
に巻き付ける。強化繊維束7の巻付けは、所定回数筒軸
方向に往復させて行い、所望厚み、所望層構成の本体筒
1を形成する。このとき、層毎に強化繊維の配列方向を
変更してもよい。巻き付け後、塗布層3の樹脂と強化繊
維束7に含浸されているマトリクス樹脂をともに硬化さ
せて、FRP製本体筒1を成形し、成形された本体筒1
をマンドレル6から引き抜くと(本体筒1とマンドレル
6とを分離すると)、内周面に層3が一体的に成形され
た本体筒1が得られる。
【0026】マンドレル6上で塗布層3の樹脂を先に硬
化させ、所定厚さの層3を成形した後、その上に上記マ
トリクス樹脂を含浸した強化繊維束7を巻き付けてい
き、マトリクス樹脂を硬化させて層3と一体化された本
体筒1を形成するようにしてもよい。
化させ、所定厚さの層3を成形した後、その上に上記マ
トリクス樹脂を含浸した強化繊維束7を巻き付けてい
き、マトリクス樹脂を硬化させて層3と一体化された本
体筒1を形成するようにしてもよい。
【0027】また、マンドレル6等を用いて先にFRP
製本体筒1を成形し、成形された本体筒1の内周面に、
所定厚みで樹脂または短繊維含有樹脂を塗布し、内周面
の層3を形成するようにしてもよい。この方法では、層
3の樹脂硬化後は勿論のこと、硬化前に継手2を圧入接
合することが可能である。
製本体筒1を成形し、成形された本体筒1の内周面に、
所定厚みで樹脂または短繊維含有樹脂を塗布し、内周面
の層3を形成するようにしてもよい。この方法では、層
3の樹脂硬化後は勿論のこと、硬化前に継手2を圧入接
合することが可能である。
【0028】上記いずれかの方法により、内周面に樹脂
のみ、あるいは短繊維を含有する樹脂からなる層3を有
する本体筒1を成形した後、本体筒1の端部に継手2が
圧入接合される。圧入後には、図2、図3に示したよう
に、切込み歯4が層3に食い込んだ状態となる。
のみ、あるいは短繊維を含有する樹脂からなる層3を有
する本体筒1を成形した後、本体筒1の端部に継手2が
圧入接合される。圧入後には、図2、図3に示したよう
に、切込み歯4が層3に食い込んだ状態となる。
【0029】上記のように構成されたFRP製プロペラ
シャフトにおいては、継手2が本体筒1に圧入されてい
く際、接合面2aに設けられた切込み歯4は、層3に食
い込んでいく。したがって、強化繊維束が配列されてい
る本体筒1自身の内周面部位には実質的に悪影響を及ぼ
さず、強化繊維が切断されることはない。強化繊維が切
断されず、連続繊維からなる強化繊維が所定方向に配列
された状態が維持されるので、継手2との接合部におけ
る本体筒1の強度が維持される。また、従来の、切込み
歯を有する継手を本体筒の内周面部位に直接圧入してい
た場合に比べ、強化繊維が切断されない分接合部の強度
が向上される。
シャフトにおいては、継手2が本体筒1に圧入されてい
く際、接合面2aに設けられた切込み歯4は、層3に食
い込んでいく。したがって、強化繊維束が配列されてい
る本体筒1自身の内周面部位には実質的に悪影響を及ぼ
さず、強化繊維が切断されることはない。強化繊維が切
断されず、連続繊維からなる強化繊維が所定方向に配列
された状態が維持されるので、継手2との接合部におけ
る本体筒1の強度が維持される。また、従来の、切込み
歯を有する継手を本体筒の内周面部位に直接圧入してい
た場合に比べ、強化繊維が切断されない分接合部の強度
が向上される。
【0030】また、層3中には、一定方向に配列された
強化繊維束が存在しないから、継手2の圧入時に切込み
歯4が筒軸方向に侵入する際、大きな抵抗となる要素が
なく、圧入操作自身も極めて円滑に行われ得る。
強化繊維束が存在しないから、継手2の圧入時に切込み
歯4が筒軸方向に侵入する際、大きな抵抗となる要素が
なく、圧入操作自身も極めて円滑に行われ得る。
【0031】また、層3は、本体筒1の内周面に本体筒
1と実質的に一体成形されているので、本体筒1と層3
との接合強度は十分に高い。したがって、継手2から本
体筒1へのトルク伝達も問題なく行われる。
1と実質的に一体成形されているので、本体筒1と層3
との接合強度は十分に高い。したがって、継手2から本
体筒1へのトルク伝達も問題なく行われる。
【0032】さらに、層3の樹脂中に短繊維5を含有さ
せておくと、層3自身の強度や剛性が向上されるから、
継手2と層3との接合強度、層3と本体筒1との接合強
度、さらには継手2と本体筒1との接合部全体の強度の
さらなる向上が可能となる。
せておくと、層3自身の強度や剛性が向上されるから、
継手2と層3との接合強度、層3と本体筒1との接合強
度、さらには継手2と本体筒1との接合部全体の強度の
さらなる向上が可能となる。
【0033】図5は、本発明を適用したプロペラシャフ
トの他の実施例を示している。本実施例においては、本
体筒1が、その全長にわたって設けた、筒軸方向に対し
て強化繊維が±5〜30°の角度で配列されたヘリカル
巻層1aと、このヘリカル巻層1aの内側で、かつ、本
体筒1の一端部および他端部に設けた、強化繊維のフー
プ巻層(筒軸方向に対して強化繊維が±80〜90°の
角度で配列された層)1bとを有している。ヘリカル巻
層1aは、本体筒1の、主として、筒軸方向における曲
げ弾性率を向上させてプロペラシャフトの曲げ共振周波
数を高くし、危険回転数を高くするとともに、捩り強度
を向上させるように作用する。また、フープ巻層1b
は、本体筒1の、主として、継手2が圧入接合される各
端部に、後述するような破壊の進行を妨げることなく圧
入時の力に耐える強度を与えるように作用する。このよ
うな本体筒1はFRPの成形法として周知の、たとえば
フィラメントワインディング法によって成形することが
できる。
トの他の実施例を示している。本実施例においては、本
体筒1が、その全長にわたって設けた、筒軸方向に対し
て強化繊維が±5〜30°の角度で配列されたヘリカル
巻層1aと、このヘリカル巻層1aの内側で、かつ、本
体筒1の一端部および他端部に設けた、強化繊維のフー
プ巻層(筒軸方向に対して強化繊維が±80〜90°の
角度で配列された層)1bとを有している。ヘリカル巻
層1aは、本体筒1の、主として、筒軸方向における曲
げ弾性率を向上させてプロペラシャフトの曲げ共振周波
数を高くし、危険回転数を高くするとともに、捩り強度
を向上させるように作用する。また、フープ巻層1b
は、本体筒1の、主として、継手2が圧入接合される各
端部に、後述するような破壊の進行を妨げることなく圧
入時の力に耐える強度を与えるように作用する。このよ
うな本体筒1はFRPの成形法として周知の、たとえば
フィラメントワインディング法によって成形することが
できる。
【0034】すなわち、樹脂を含浸した強化繊維束を用
い、マンドレルの一端部に所望の厚み、所望の長さのフ
ープ巻層を形成した後、そのまま強化繊維束をマンドレ
ルの他端部に走らせてその他端部に同様のフープ巻層を
形成する。引き続き、他端部から始めてその他端部と一
端部との間を往復しながら所望の厚みのヘリカル巻層を
形成する。ヘリカル巻層の形成を他端部で終えた後、引
き続いて一端部に向かって強化繊維束を移動させて薄い
フープ巻層を形成することもでき、そうすると、余分な
樹脂が絞り出されて強化繊維の体積含有率が高くなり、
本体筒の各種強度や弾性率等がさらに向上するようにな
る。このようにして、強化繊維束を中途で切断すること
なく連続して巻層を形成することができる。巻層の形成
後は、好ましくは回転させながら樹脂を硬化ないし固化
させ、マンドレルを引き抜いて本体筒を得る。
い、マンドレルの一端部に所望の厚み、所望の長さのフ
ープ巻層を形成した後、そのまま強化繊維束をマンドレ
ルの他端部に走らせてその他端部に同様のフープ巻層を
形成する。引き続き、他端部から始めてその他端部と一
端部との間を往復しながら所望の厚みのヘリカル巻層を
形成する。ヘリカル巻層の形成を他端部で終えた後、引
き続いて一端部に向かって強化繊維束を移動させて薄い
フープ巻層を形成することもでき、そうすると、余分な
樹脂が絞り出されて強化繊維の体積含有率が高くなり、
本体筒の各種強度や弾性率等がさらに向上するようにな
る。このようにして、強化繊維束を中途で切断すること
なく連続して巻層を形成することができる。巻層の形成
後は、好ましくは回転させながら樹脂を硬化ないし固化
させ、マンドレルを引き抜いて本体筒を得る。
【0035】上記のように、本体筒1の、継手2の圧入
接合部における内層側に、上記のような角度のフープ巻
層1bを有する場合、継手2の圧入方向とフープ巻層1
b内の強化繊維の配列方向とが略直交することになるの
で、フープ巻層1bの内周面に直接継手2が圧入される
と、切込み歯4がフープ巻層1bの強化繊維を切断しや
すくなる。ところが本発明では、フープ巻層1bの内周
面に樹脂のみ、あるいは短繊維を含有する樹脂からなる
層3が設けられているので、継手2の切込み歯4は実質
的に層3にのみ食い込み、フープ巻層1bの強化繊維を
切断することはない。したがって、本体筒1端部接合部
の強度が、フープ巻層1b内に直接圧入する場合に比
べ、大幅に向上される。このように、本発明では、本体
筒1の端部内側にフープ巻層1bを有する場合、一層大
きな効果が得られる。
接合部における内層側に、上記のような角度のフープ巻
層1bを有する場合、継手2の圧入方向とフープ巻層1
b内の強化繊維の配列方向とが略直交することになるの
で、フープ巻層1bの内周面に直接継手2が圧入される
と、切込み歯4がフープ巻層1bの強化繊維を切断しや
すくなる。ところが本発明では、フープ巻層1bの内周
面に樹脂のみ、あるいは短繊維を含有する樹脂からなる
層3が設けられているので、継手2の切込み歯4は実質
的に層3にのみ食い込み、フープ巻層1bの強化繊維を
切断することはない。したがって、本体筒1端部接合部
の強度が、フープ巻層1b内に直接圧入する場合に比
べ、大幅に向上される。このように、本発明では、本体
筒1の端部内側にフープ巻層1bを有する場合、一層大
きな効果が得られる。
【0036】このフープ巻層1bを設けることにより、
次のような効果が得られる。すなわち、継手2を本体筒
1に圧入すると、継手2の接合面2aには圧縮応力が、
また、本体筒1には周方向の引張応力がそれぞれ作用
し、これら圧縮応力と引張応力とで本体筒1と継手2と
が強固に接合されるようになる。そして、本体筒1の各
端部には、内側にフープ巻層1bが存在し、外側にヘリ
カル巻層1aが存在するので、圧入接合によって本体筒
1に生ずる周方向の引張応力は、主としてフープ巻層1
bが受け持つことになる。また、本体筒1の周方向の歪
は、内側で最も大きく、外側ほど小さくなるが、強化繊
維がフープ巻されているために引張破断伸度が大きいフ
ープ巻層1bをそれよりも破断伸度が小さいヘリカル巻
層1aの内側に位置させているから、効果的な接合状態
が現出されることになる。
次のような効果が得られる。すなわち、継手2を本体筒
1に圧入すると、継手2の接合面2aには圧縮応力が、
また、本体筒1には周方向の引張応力がそれぞれ作用
し、これら圧縮応力と引張応力とで本体筒1と継手2と
が強固に接合されるようになる。そして、本体筒1の各
端部には、内側にフープ巻層1bが存在し、外側にヘリ
カル巻層1aが存在するので、圧入接合によって本体筒
1に生ずる周方向の引張応力は、主としてフープ巻層1
bが受け持つことになる。また、本体筒1の周方向の歪
は、内側で最も大きく、外側ほど小さくなるが、強化繊
維がフープ巻されているために引張破断伸度が大きいフ
ープ巻層1bをそれよりも破断伸度が小さいヘリカル巻
層1aの内側に位置させているから、効果的な接合状態
が現出されることになる。
【0037】また、近年のプロペラシャフトに対する設
計理想として、プロペラシャフトの軸方向に大きな剛性
をもたせるのではなく、衝突時等のボディの破壊に伴な
い、軸方向に円滑に圧縮破壊させ、もって圧縮方向の衝
撃エネルギーを良好に吸収させるようにすることが望ま
しいとされている。上記フープ巻層1bの設置は、この
ような技術思想にも適合している。
計理想として、プロペラシャフトの軸方向に大きな剛性
をもたせるのではなく、衝突時等のボディの破壊に伴な
い、軸方向に円滑に圧縮破壊させ、もって圧縮方向の衝
撃エネルギーを良好に吸収させるようにすることが望ま
しいとされている。上記フープ巻層1bの設置は、この
ような技術思想にも適合している。
【0038】すなわち、継手2から加わる筒軸方向の圧
縮荷重は、フープ巻層1bに当接するフランジ部2bか
らそのフープ巻層1bに伝達され、さらにヘリカル巻層
1aに伝達される。したがって、ヘリカル巻層1aも圧
縮変形するが、フープ巻層1bとヘリカル巻層1aとで
はポアソン比の差が大きいので両者の層間にそれを破壊
させようとする剪断応力が作用し、この剪断応力と、圧
縮荷重によって層間に生ずる剪断応力と、継手2の圧入
によって生じている引張応力との2次元応力状態の下で
層間が剥離、破壊する。この層間破壊(層間剥離)に伴
い、引張破断伸度が高く継手2と接合されているフープ
巻層1bは、それ自身実質的に破壊することなく、継手
2とともにヘリカル巻層1aを拡径して破壊しながら本
体筒1中を軸方向に移動する。この移動に伴って筒軸方
向の衝撃エネルギーが円滑にかつ確実に吸収されてい
く。このように、フープ巻層1bを設けることにより、
FRP製プロペラシャフトの筒軸方向圧縮荷重による円
滑な破壊が可能となる。
縮荷重は、フープ巻層1bに当接するフランジ部2bか
らそのフープ巻層1bに伝達され、さらにヘリカル巻層
1aに伝達される。したがって、ヘリカル巻層1aも圧
縮変形するが、フープ巻層1bとヘリカル巻層1aとで
はポアソン比の差が大きいので両者の層間にそれを破壊
させようとする剪断応力が作用し、この剪断応力と、圧
縮荷重によって層間に生ずる剪断応力と、継手2の圧入
によって生じている引張応力との2次元応力状態の下で
層間が剥離、破壊する。この層間破壊(層間剥離)に伴
い、引張破断伸度が高く継手2と接合されているフープ
巻層1bは、それ自身実質的に破壊することなく、継手
2とともにヘリカル巻層1aを拡径して破壊しながら本
体筒1中を軸方向に移動する。この移動に伴って筒軸方
向の衝撃エネルギーが円滑にかつ確実に吸収されてい
く。このように、フープ巻層1bを設けることにより、
FRP製プロペラシャフトの筒軸方向圧縮荷重による円
滑な破壊が可能となる。
【0039】以上の説明は、本発明をFRP製プロペラ
シャフトに適用した場合について述べたが、本発明は、
プロペラシャフトに限らず、広く一般のFRP筒体に適
用できる。たとえば、FRP製本体筒の端部に軸部材を
圧入接合したFRP製ロール、FRP製本体筒に他装置
との連結用部材が圧入接合されたFRP製カップリング
等にも適用できる。
シャフトに適用した場合について述べたが、本発明は、
プロペラシャフトに限らず、広く一般のFRP筒体に適
用できる。たとえば、FRP製本体筒の端部に軸部材を
圧入接合したFRP製ロール、FRP製本体筒に他装置
との連結用部材が圧入接合されたFRP製カップリング
等にも適用できる。
【0040】また、本発明において本体筒内周面に設け
られる樹脂のみ、あるいは短繊維を含有する樹脂からな
る層は、強化繊維の連続繊維を含有するFRP層に比
べ、剛性が低く弾性が高い。したがって、この特性を積
局的に利用し、圧入接合される他部材と本体筒との間
で、捩り方向微振動を吸収させたり、捩り剛性を意図的
に低下させて振動減衰機能をもたせたりすることも可能
である。このような特性は、たとえばフレキシブルカッ
プリング等において積極的に利用できる。
られる樹脂のみ、あるいは短繊維を含有する樹脂からな
る層は、強化繊維の連続繊維を含有するFRP層に比
べ、剛性が低く弾性が高い。したがって、この特性を積
局的に利用し、圧入接合される他部材と本体筒との間
で、捩り方向微振動を吸収させたり、捩り剛性を意図的
に低下させて振動減衰機能をもたせたりすることも可能
である。このような特性は、たとえばフレキシブルカッ
プリング等において積極的に利用できる。
【0041】構造的には、たとえば図6に示すように、
本体筒11の内周面に設ける樹脂のみ、あるいは短繊維
を含有する樹脂からなる層12を比較的厚く形成してお
き、圧入接合される他部材13の切込み歯14の先端が
本体筒11の内周面までは届かないようにしておけば、
層12に、捩り方向に高い振動吸収性能や振動減衰性能
をもたせることができる。
本体筒11の内周面に設ける樹脂のみ、あるいは短繊維
を含有する樹脂からなる層12を比較的厚く形成してお
き、圧入接合される他部材13の切込み歯14の先端が
本体筒11の内周面までは届かないようにしておけば、
層12に、捩り方向に高い振動吸収性能や振動減衰性能
をもたせることができる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
FRP製本体筒の圧入接合面に樹脂のみ、あるいは短繊
維を含有する樹脂からなる層を設け、圧入される他部材
の切込み歯が本体筒内の強化繊維を切断しないようにし
たので、所望の接合強度を確保しつつ、接合部における
本体筒の強度を向上することができるという効果が得ら
れる。
FRP製本体筒の圧入接合面に樹脂のみ、あるいは短繊
維を含有する樹脂からなる層を設け、圧入される他部材
の切込み歯が本体筒内の強化繊維を切断しないようにし
たので、所望の接合強度を確保しつつ、接合部における
本体筒の強度を向上することができるという効果が得ら
れる。
【図1】本発明の一実施例に係るプロペラシャフトの部
分縦断面図である。
分縦断面図である。
【図2】図1のプロペラシャフトの拡大部分横断面図で
ある。
ある。
【図3】設けられる層が短繊維を含有する場合の部分横
断面図である。
断面図である。
【図4】図1のプロペラシャフトの本体筒の成形方法を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図5】本発明の別の実施例に係るプロペラシャフトの
分解部分縦断面図である。
分解部分縦断面図である。
【図6】本発明の別の実施例に係るFRP筒体の部分横
断面図である。
断面図である。
1、11 本体筒 1a ヘリカル巻層 1b フープ巻層 2 継手 2a 接合面 2b フランジ部 3、12 樹脂のみ、あるいは短繊維を含有する樹脂か
らなる層 4、14 切込み歯 5 短繊維 6 マンドレル 7 樹脂含浸強化繊維束 13 他部材
らなる層 4、14 切込み歯 5 短繊維 6 マンドレル 7 樹脂含浸強化繊維束 13 他部材
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B32B 1/08 Z 9349−4F 3/30 9349−4F 5/28 Z 9349−4F F16C 3/02 // B29K 105:08 B29L 23:00
Claims (5)
- 【請求項1】 FRP製本体筒に他部材が圧入接合さ
れ、該他部材の本体筒との接合面に、軸方向に延び、か
つ、周方向に配列された切込み歯が設けられているFR
P筒体において、前記本体筒は、該本体筒の全長にわた
って設けられた強化繊維のヘリカル巻層と、該ヘリカル
巻層の内側で、かつ、前記本体筒の端部に設けられた強
化繊維のフープ巻層とを有し、該フープ巻層に前記他部
材が圧入接合され、該フープ巻層の内周面には、樹脂の
み、または短繊維を含有する樹脂からなる層が設けられ
ていることを特徴とするFRP筒体。 - 【請求項2】 前記FRP製本体筒がプロペラシャフト
用シャフトであり、前記他部材が継手である、請求項1
のFRP筒体。 - 【請求項3】 マンドレルに、樹脂のみ、または短繊維
を含有する樹脂を塗布した後、塗布層の上にマトリクス
樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付け、塗布層の樹脂と
マトリクス樹脂とを硬化させてFRP製本体筒を成形
し、該本体筒とマンドレルとを分離した後、前記本体筒
に、軸方向に延び、かつ、周方向に配列された切込み歯
を外周面に有する他部材を圧入接合することを特徴とす
る、FRP筒体の製造方法。 - 【請求項4】 塗布層の樹脂を硬化させた後、マトリク
ス樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付け、マトリクス樹
脂を硬化させる、請求項3のFRP筒体の製造方法。 - 【請求項5】 FRP製本体筒を成形した後、本体筒の
内周面に、樹脂のみ、または短繊維を含有する樹脂を塗
布し、樹脂の硬化前または硬化後に、前記本体筒に、軸
方向に延び、かつ、周方向に配列された切込み歯を外周
面に有する他部材を圧入接合することを特徴とする、F
RP筒体の製造方法。
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