JPH08323863A - 外筒部材と内筒部材との接合方法 - Google Patents

外筒部材と内筒部材との接合方法

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JPH08323863A
JPH08323863A JP30802795A JP30802795A JPH08323863A JP H08323863 A JPH08323863 A JP H08323863A JP 30802795 A JP30802795 A JP 30802795A JP 30802795 A JP30802795 A JP 30802795A JP H08323863 A JPH08323863 A JP H08323863A
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JP
Japan
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cylinder member
main electrode
outer cylinder
peripheral surface
joining
Prior art date
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JP30802795A
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English (en)
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Takashi Fujiwara
孝志 藤原
Satoshi Goto
聡 後藤
Shozo Watanabe
省三 渡辺
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Kinugawa Rubber Industrial Co Ltd
Original Assignee
Kinugawa Rubber Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合面積が広く且つＦＲＰと金属との異種材
料であっても、その両者を均一且つ強固に接合できる信
頼性の高い接合方法を提供する。 【解決手段】 金属製のヨーク部３を圧入したＦＲＰ製
の軸部２の外側に主電極７を配置する一方、ヨーク部３
にはアース電極８を接続する。主電極７と軸部２との間
にアース電極８に近づくにつれて厚みが漸増する略円筒
状の電気絶縁性のスペーサー１１を挿入した状態で通電
して誘電加熱を行う。ヨーク部３の外周面に予め加硫接
着したゴム製のインシュレータ６を誘電加熱させ、軸部
２の内周面に予め塗布された加熱反応型の接着剤を反応
させて軸部２とヨーク部３とをインシュレータ６を介し
て強固に接合させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外筒部材がＦＲＰ
（繊維強化プラスチック）、内筒部材が金属からなる異
種被着材同士を、共に劣化させることなく短時間で強固
に加熱接合させる方法に係り、特に車両用プロペラシャ
フト（推進軸）におけるＦＲＰ製の軸部とその両端の金
属製のヨーク部とをゴム製のインシュレータを介して接
合させるのに好適な接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、ＦＲＰ製のプロペラシャ
フトは、鋼管製のものに比べて軽量で耐食性に優れるな
どの利点を有しているため、自動車の燃費向上等を目的
として以前から開発が進められている。
【０００３】しかしながら、プロペラシャフトの軸部に
ついてはそのＦＲＰ化が可能であっても、相手側軸部と
の結合部となる両端のヨーク部はその機能よりしてＦＲ
Ｐ化することができず従来通り金属製のものとしなけれ
ばならない。このようなことから、ＦＲＰ製の軸部とそ
の両端の金属製のヨーク部とを接合させる異種材料接合
技術が必要となる。
【０００４】ＦＲＰは溶接が不可能であるため、相手部
材との結合には一般的にエポキシ系接着材等の常温〜１
００℃程度の比較的低温度で硬化する接着剤が用いられ
る。この接着剤を用いてＦＲＰと金属とを接着した場
合、初期の接合強度は大きくても、両者の熱膨張率が大
きく異なるため、膨張，収縮が繰り返されると経年変化
によって接合部に亀裂が生じてしまい、その接合部の信
頼性が低下する虞れが大きい。
【０００５】そこで、本発明者らはＦＲＰ製の外筒部材
と金属製の内筒部材とを直接接合することはせずに、両
者の間にゴム製の中間部材（インシュレータ）を介在さ
せ、このゴム製の中間部材によって内外筒部材間の膨
張，収縮差を吸収する技術を開発し、特に外筒部材と、
内筒部材側に予め加硫接着した中間部材との接合技術を
特開平６−１３４８７０号公報および特開平６−２７８
２１０号公報として提案している。
【０００６】この技術は、外周に中間部材として加硫ゴ
ムを接着した金属製の内筒部材を、内周面に予め接着剤
を塗布したＦＲＰ製の外筒部材に圧入した上、外筒部材
の外周に円筒状の電極を配置するとともに、内筒部材の
一端にアース板を接続し、電極側からアース板側に高周
波電流を流して、その高周波誘電加熱を利用して中間部
材である加硫ゴムのみを発熱させ、この熱で外筒部材の
内周面に塗布した接着剤を活性化させて接合するもので
ある。
【０００７】この接合方法の最大の利点は、反応温度が
１２０〜１６０℃という高温反応型の接着剤を用いなが
らも、被着材を熱劣化させることなく加熱接合が可能と
いう点である。そのため、極めて短時間で強固な接合物
が得られるうえに、接合部の耐熱性も良好で初期強度が
長期にわたって保持されるという信頼性も併せ持ってい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の接合技術を用いてプロペラシャフトの軸部とヨーク
部とを接合する場合、接合される二部材の接合面積が広
くなるためにその両者の接合面全体を強固に接合させる
ことはできなかった。
【０００９】すなわち、電極に印加された高周波電流
は、その電極から内筒部材を通ってその内筒部材に連結
されたアース板へと流れ、特に内筒部材では電極とアー
ス板とを最短距離で結ぶ部分を電路として高周波電流が
集中的に流れる傾向にあり、内筒部材のうちアース板に
近い部位の方が高周波電流がより多く流れる。そして、
従来技術のように接合面が軸方向に短い場合では、この
電界強度のむらはほとんど発生しないので中間部材を均
一に加熱させることができる。
【００１０】しかし、プロペラシャフトのように接合面
が軸方向に長い場合には、軸部とヨーク部との間に電界
強度のむらが発生する。つまり、中間部材を誘電加熱さ
せて接着剤の反応に必要な温度まで確実に発熱させるこ
とができるのは高周波電流が多く流れるアース板に近い
一端部側だけとなり、アース板から離れている他端部側
での発熱は緩慢なものとなる。このため、中間部材を均
一に加熱することができなくなり、結果的には温度むら
のために均一な接着反応を進行させることができない。
【００１１】また、上記の電界強度のむらは接合面の円
周方向についても起こり得る。つまり、プロペラシャフ
トの軸部とヨーク部との接合部は一般的に円筒形状であ
るが、電極のうち高周波電源からの端子が接続される位
置に近い部分と、その端子接続位置から遠い部分すなわ
ち端子接続位置に対して円周方向の１８０度逆側の位置
とを比較した場合、端子接続位置に近い部分の方が高周
波電流がより多く流れるため、端子接続位置から遠い部
分では発熱が緩慢となり、この電界強度のむらは、接合
部の直径が大きくなるほど顕著となる。
【００１２】しかも、中間部材となるゴム材は熱伝導率
の低い物質であるため、中間部材の一部分が加熱され温
度上昇したとしても残りの部分まではその熱が速やかに
伝導しないのである。
【００１３】このように、従来の技術では電界強度のむ
らによって中間部材を均一に加熱させることができない
ために接着反応が不均一となり、ＦＲＰ製の軸部と金属
製のヨーク部とを中間部材を介して強固に接合させるこ
とはできなかった。
【００１４】そこで本発明は、接合面積が広く、かつＦ
ＲＰと金属との異種材料であってもその両者を中間部材
を介して強固に接合でき、しかも接合後も接合強度等の
信頼性の高い外筒部材と内筒部材との接合方法を提供す
るものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＦＲＰ製の外
筒部材の内周面に加熱反応型の接着剤を塗布する一方、
金属製の内筒部材の外周面にゴム配合物よりなる中間部
材を予め加硫接着し、該内筒部材を前記外筒部材に所定
位置まで圧入した後に、前記外筒部材の外側であって少
なくとも中間部材と重合する部分に略円筒形状の主電極
を配置するとともに前記内筒部材の端部にアース電極を
接続し、前記主電極に高周波電流を印加して誘電加熱法
により前記中間部材を発熱させて、この中間部材の発熱
によって前記接着剤を反応させることにより前記外筒部
材と内筒部材とを接合させる方法であって、前記主電極
と外筒部材との間にアース電極に近づくにつれて厚みが
漸増する略円筒状の電気絶縁性のスペーサーを挿入し、
このスペーサーを挿入した状態で前記誘電加熱を行うよ
うにしたものである。
【００１６】そして、前記誘電加熱を行っているとき
に、前記外筒部材と内筒部材とをそれらの軸心を回転中
心として一体的に回転させるのが望ましい。
【００１７】上記のように、誘電加熱中に外筒部材と内
筒部材とを一体的に回転させることを前提とした場合に
は、前記スペーサーを使用するかしないかにかかわら
ず、略円筒形状の主電極に代えて、外筒部材の外周面の
うち円周方向の一部を覆う断面円弧状、例えば半円形状
や１／４円形状の主電極を用いることがよく、同時に、
外筒部材の外周面のうち主電極の幅内であって且つ該主
電極で覆われていない部分に非接触式の温度計のセンサ
部を臨ませて誘電加熱中の外筒部材の表面温度を検出
し、この検出温度に基づいて主電極に印加すべき高周波
電流を制御する。
【００１８】ここで、電気絶縁性の物質は一般的には誘
電体であり、これが電極とアース電極との間に存在する
と電界強度を変化させることが知られている。また、そ
の厚みも重要な因子であるため、材質と厚みを工夫すれ
ば、高周波誘電加熱法を用いても複雑な製品をある程度
までは均一に急速加熱できる。
【００１９】本発明においては、電気絶縁性の物質であ
るスペーサーを電極間に挿入し、しかもその厚みをアー
ス電極に近づくにつれて漸増させることによって電界強
度を調整し、接合面全体を特に軸心方向で均一に加熱で
きるようにしている。従来はアース電極に近づくにつれ
て、すなわち外筒部材の端部に近づくにつれて温度の上
昇が早かったのであるが、本発明では接合面の軸心方向
全域にわたりほぼ同速度での温度上昇が可能となる。こ
のため、接着剤の適正な反応温度まで加熱を続けること
により、中間部材とＦＲＰ製の外筒部材とが設計通りの
接合面積で強固に接合され、予め中間部材と金属製の内
筒部材とは公知の加硫接着により強固に接着されている
ので、この結果、ＦＲＰ製の外筒部材と金属製の内筒部
材とを中間部材を介して強固に接合させることができ
る。
【００２０】また、誘電加熱時に、外筒部材と内筒部材
とをそれらの軸心を回転中心として一体的に回転させる
ことによって、円周方向の電界強度むらも軽減できるよ
うになるため、ＦＲＰ製の外筒部材と金属製の内筒部材
とを中間部材を介してより一層強固に接合させることが
できる。
【００２１】しかも、上記の略円筒形状の主電極に代え
て、外筒部材の外周面のうち円周方向の一部を覆う断面
円弧状の主電極、例えば半円形状や１／４円形状の主電
極を用いることにより、外筒部材と主電極との相対位置
決めが容易となるほか、両者の相対回転時の摩擦抵抗も
低減できる。
【００２２】また、断面円弧状の主電極を用いることに
よって、外筒部材の外周面のうち主電極の幅内の一部が
外部に露出することになるために、その部分に温度セン
サを臨ませて外筒部材の表面温度をリアルタイムでモニ
タリングし、設定温度との比較により高周波電流の出力
調整や供給電流を遮断することにより、過熱や加熱不足
による欠陥の発生を未然に防止して品質の向上が図れる
ようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に本発明に係る外筒部材と内筒
部材との接合方法の実施の形態を、車両用プロペラシャ
フトを例にとって図面を参照して説明する。
【００２４】図５に示すように、車両用プロペラシャフ
ト１は外筒部材としてのＦＲＰ製の中空円筒状の軸部２
と、内筒部材としての金属製のヨーク部３とを備え、軸
部２の両端にヨーク部３をそれぞれ圧入して接合させる
ものである。
【００２５】軸部２は、エポキシ樹脂をマトリックス樹
脂とし、強化層として炭素繊維を例えば６０ｖｏｌ％含
むＦＲＰ（略称ＣＦＲＰ）からなり、炭素繊維の他にも
ガラス繊維、アラミド繊維等を強化層として用いること
もでき、また、マトリックス樹脂についてもフェノール
樹脂等の樹脂を用いることもできる。この軸部２の内周
面のうちヨーク部３が圧入される部分には加熱反応型の
接着剤が予め塗布される。
【００２６】ヨーク部３は、図５のほか図６に示すよう
に、中空円筒状のヨーク軸４の一方の端部にプロペラシ
ャフト１と結合されるべき図示外の相手側軸部との接続
部となるコの字状のヨーク本体５が形成され、該ヨーク
本体５の両面には孔５ａが穿設されている。一方、ヨー
ク軸４の他端側の外周面には中間部材としてゴム配合物
からなるインシュレータ６が予め加硫接着されている。
このインシュレータ６には、軸部２に挿入し易いように
両側面に複数の空間部６ａが形成されている。
【００２７】そして、インシュレータ６に圧縮力を加え
ながらヨーク部３を軸部２の両端部の所定位置まで圧入
する。その上で、図１，２に示すように、軸部２に主電
極７を、ヨーク部３にアース電極８をそれぞれ接続す
る。
【００２８】アース電極８は図２に示すように、略円形
の電極部８ａと略コの字状の接続部８ｂとからなり、接
続部８ｂの両面には図示しない孔が穿設されている。こ
の接続部８ｂの孔とヨーク本体５の孔５ａとを合致させ
て、真鍮等の金属からなる接続ピン９をそれらの孔８
ｂ，５ａに挿入してアース電極８をヨーク部３に接続す
る。
【００２９】一方、主電極７は真鍮等によりテーパーコ
ーン状の円筒形状に形成され、軸部２にヨーク部３が圧
入されたときのそのヨーク軸４の圧入長さよりもわずか
に長い長さに設定されている。この主電極７は軸部２の
外側であってヨーク部３側のヨーク軸４と重合する部位
に配置される。そして、主電極７に高周波発振器１０が
接続される。
【００３０】ここで、主電極７と軸部２との間には図１
に示すように、電気絶縁性のテーパーコーン状のスペー
サー１１が挿入される。スペーサー１１は、図３，４に
示すように、円筒形状で一端１１ａから他端１１ｂに向
かって次第に厚みが増す肉厚漸増タイプのものとして形
成され、厚みの大きい他端１１ｂがアース電極８側にな
るように主電極７と軸部２との間であって且つヨーク部
３側のインシュレータ６と重合する位置に挿入される。
すなわち、スペーサー１１の長さはインシュレータ６の
長さよりもわずかに大きく設定されている。このスペー
サー１１は、誘電率が大きく誘電正接が小さな電気絶縁
材料でさえあれば特にその材質は問わないが、後述する
ように誘電加熱時に回転を加えることを考慮すれば表面
の摩擦抵抗ができるだけ小さな例えば四フッ化エチレン
樹脂等の材質が望ましい。また、軸部２の外側表面に配
置し易いように半円形のものを２個作成し、これを組み
合わせて円筒形状のスペーサー１１になるようにするの
が望ましい。
【００３１】そして、各部材を図１，２のように配置し
て、後述するように主電極７に高周波電流を印加して誘
電加熱を行うものである。
【００３２】次に上記誘電加熱法による具体的な接合方
法を表１に示す実施例１，２および比較例１〜４につい
て詳しく説明する。
【００３３】実施例１では、軸部２は、内径が約７６ｍ
ｍ、厚みが約３．２ｍｍ、全長が１２００ｍｍのものを
使用した。スペーサー１１については、肉厚の小さい一
端１１ａの厚みを０．２ｍｍ、肉厚の大きい他端１１ｂ
の厚みを５．０ｍｍとし、内径は軸部２の外径に合わせ
約８２．６ｍｍ、全長は約１５０ｍｍのものを使用し
た。このスペーサー１１の材質は四フッ化エチレン樹脂
（略称ＰＴＦＥ）を採用した。また、高周波発振器１０
については、周波数が４０ＭＨｚ、最大出力が３ｋＷの
ものを使用した。なお、この実施例１で使用するインシ
ュレータ６のゴム配合物の配合を表２に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】そして、各部材を図１，２のように配置し
て、主電極７に高周波電流を印加して一方のヨーク部３
側を９０秒間、誘電加熱を行ってから、他方のヨーク部
３側も同一条件で誘電加熱を行った。両側の誘電加熱が
終了したものを室温になるまで自然冷却し、その後５ｄ
ｅｇ／ｍｉｎの捩り速度で静的な捩り破壊試験を行っ
た。この静的な捩り破壊強度の測定終了後、接合部にあ
たる軸部２の端部をグラインダー等で切り広げ、インシ
ュレータ６と軸部２との接合界面の様子を観察し、どの
層が破壊されているのかを確認した。
【００３７】実施例２では、ヨーク部３および軸部２
を、それらの軸心を回転中心として一体的に約３ｒｐｍ
の速度で回転させながら、それ以外は実施例１と全く同
一条件下で誘電加熱とその後の評価を行った。
【００３８】比較例１では、スペーサー１１を用いるこ
となく、しかもヨーク部３および軸部２を回転させるこ
となしに、それ以外は実施例１と全く同一条件下で誘電
加熱とその後の評価を行った。
【００３９】比較例２では、肉厚が０．２ｍｍで一定の
単純円筒タイプのスペーサーを用いて、それ以外は実施
例１と全く同一条件下で誘電加熱とその後の評価を行っ
た。
【００４０】比較例３では、肉厚が５．０ｍｍで一定の
単純円筒タイプのスペーサーを用いて、それ以外は実施
例１と全く同一条件下で誘電加熱とその後の評価を行っ
た。
【００４１】比較例４では、肉厚が５．０ｍｍで一定の
単純円筒タイプのスペーサーを用いて、それ以外は実施
例２と全く同一条件下で誘電加熱とその後の評価を行っ
た。表１から明らかなように、実施例１，２のように厚
みが漸増するタイプのスペーサー１１を使用した場合、
捩り破壊強度は４２０ｋｇｆ・ｍ以上にまで達する。
【００４２】これに対し、比較例１〜３のようにスペー
サー１１を用いなかったり、たとえ用いてもその厚みが
一定である場合には、捩り破壊強度は３３０〜３４０ｋ
ｇｆ・ｍ程度にとどまる。破壊の様子も、実施例１，２
では接着面積のうち約８０％以上がゴムの凝集破壊を起
こすほど強固に接合されているのに対し、比較例１〜３
では凝集破壊が２０〜３５％と低レベルの反応率であっ
た。
【００４３】また、ヨーク部３および軸部２を回転させ
ながら誘電加熱を行った実施例２の場合には、実施例１
よりも更に破壊強度で２０ｋｇｆ・ｍ、凝集破壊の割合
で１０％それぞれ向上した。
【００４４】比較例４は、スペーサーの厚みは一定のま
まで実施例２と同様の回転を与えた場合であるが、比較
例１〜３に比較すると破壊強度で２０ｋｇｆ・ｍ、凝集
破壊の割合で１０％前後の改善が見られた。このよう
に、誘電加熱中の回転の効果は確実に認められ、特に厚
みが漸増するタイプのスペーサー１１と併用した場合に
は、接着剤の反応はほぼ均一の速度で進行して最終的に
は１００％に近い反応率を示し、かつ捩り破壊強度も大
きく向上することが明らかになった。
【００４５】以上説明したようにこの実施例１，２によ
れば、スペーサー１１の厚みの変化によって軸方向の電
界強度を調整し、また、誘電加熱を行っているときにヨ
ーク部３と軸部２とを回転させることで円周方向の電界
強度を調整して、インシュレータ６と軸部２との接合面
全域にわたりほぼ等速度で発熱を行わせることができ
る。このため、加熱反応型の接着剤が接合面全域にわた
り速やかに且つ均一に反応することによって、インシュ
レータ６と軸部２とを加熱反応型の接着剤で強固に接合
でき、その結果、軸部２とヨーク部３とをインシュレー
タ６を介して強固に接合することができる。従って、簡
便且つ短時間で、車両用プロペラシャフト１におけるＦ
ＲＰ製の軸部２と金属製のヨーク部３とを強固に接合で
きる。
【００４６】また、プロペラシャフト１は、車体に組み
込まれた状態で温度変化のほかに駆動トルクの急変が何
度も加わるという苛酷な条件下で使用されることになる
が、熱膨張率の異なる軸部２とヨーク部３との間にイン
シュレータ６が介在しているために、このインシュレー
タ６が緩衝効果を発揮して接合面の負担を軽減する役割
をするために、軸部２とヨーク部３とは分離することは
なくなる。従って、接合後においても接合強度の信頼性
が高まる。
【００４７】図７はスペーサーの変形例を示す図で、肉
厚が一定のスペーサー本体１２を基本として、これの外
周に各々の長さと内外径を段階的に異ならせたシート状
のスペーサー素片１３ａ〜１３ｅを幾層にも積層して、
断面略階段状のスペーサー１４を形成したものである。
【００４８】この構造によれば、前記第１，２実施例の
作用効果に加えて、電界強度のむらに対応してスペーサ
ー１４の厚みを任意に変えることが可能となるので、一
層良好な電界強度の調整をすることができ、接合面全域
にわたり一段と均一な加熱を行うことができる。このた
め、インシュレータ６と軸部２とがより強固に接合する
ことになり、その結果、プロペラシャフト１の軸部２と
ヨーク部３とをインシュレータ６を介してより強固に接
合することができる。
【００４９】図８はスペーサーの他の変形例を示す図
で、スペーサー１５の外周面１５ａをその一端１５ｂか
ら他端１５ｃに向かって断面放物線形状の曲面状に形成
したものである。
【００５０】この構造によれば、テーパーの度合いが一
定でなく、他端１５ｃに近付くにしたがってその厚みが
急増するため、図７に示したものと同様に電界強度のむ
らに対応してより一層良好な電界強度の調整をすること
ができる。
【００５１】図９，１０は本発明の他の実施の形態を示
す図であって、軸部２およびヨーク部３を回転させなが
ら誘電加熱処理を行うものの、主電極として略円筒形状
のものに代えて半円状のものを用いた点で先の実施の形
態と異なっている。
【００５２】より詳しくは、図９，１０に示すように、
プロペラシャフト１の軸部２の両端におけるヨーク部３
に金属製の支持金具２１ａまたは２１ｂをそれぞれ連結
し、一方の支持金具２１ａをモータユニット２２の駆動
軸２３に連結する一方、他方の支持金具２１ｂを被動軸
２４に連結するとともに、この被動軸２４をロータリー
ジョイント２５に回転自在に軸受支持させてある。これ
により、モータユニット２２を駆動源としてプロペラシ
ャフト１を所定速度で回転駆動できるようになってい
る。また、他方の支持金具２１ｂと被動軸２４およびロ
ータリージョイント２５をアース電極として兼用して、
ロータリージョイント２５を接地してある。なお、前記
モータユニット２２は、モータ本体２６とギヤボックス
２７とから構成されている。
【００５３】そして、軸部２の一端外周に、高周波発振
器１０に接続される主電極２８が配置されることになる
のであるが、この主電極２８は軸部２の下半部を覆うよ
うに断面半円状のものとして形成されていて、それら軸
部２と主電極２８との間には同じく半円状のスペーサー
２９を介在させてある。このスペーサー２９は必ずしも
必須ではないが、軸部２と主電極２８との相対回転時の
摩擦抵抗を低減する上ではスペーサー２９を設けた方が
よい。ただし、スペーサー２９は、適度な剛性を有して
いて、かつ高周波誘電加熱時の妨げにならないように誘
電体損失が小さいことが重要であり、例えば四フッ化エ
チレン樹脂（ＰＴＦＥ）製のものや、シリコーン樹脂製
のものを用いるのが望ましい。
【００５４】また、前記主電極２８およびスペーサー２
９は必ずしも半円状のものである必要はなく、例えば１
／３円形状や１／４円形状のものなど、要は軸部２の円
周方向の一部を覆い得るような断面円弧状のものであれ
ばよい。
【００５５】他方、軸部２をはさんで主電極２８と対向
する部分には非接触式の温度計である赤外線放射温度計
３０のプローブ（センサ部）３１が軸部２に接触しない
ように配置されていて、その検出出力は光ファイバー３
２を介して温度計本体３３に入力されるとともに、この
温度計本体３３の出力は高周波制御部３４に入力される
ようになっている。これにより、後述するように高周波
誘電加熱中における軸部２の表面温度がリアルタイムで
検出されて高周波制御部３４に入力されることになる。
そして、この検出温度と設定温度との比較により、高周
波電流の出力調整やその供給電流の遮断処理が行われ
る。
【００５６】ここで、高周波誘電加熱中における接着剤
近傍の温度と軸部２の表面温度との間には図１１に示す
ような密接な相関関係があり、いずれか一方の温度を測
定できればそれに対応する他方の温度は推定可能とな
る。これは、ＦＲＰ製の軸部２自体はほとんど自己発熱
せず、インシュレータ６からの熱伝導のみで昇温してい
くためである。そして、図１１から明らかなように、軸
部２の表面温度が１００〜１１０℃位になれば内部温度
は１４０〜１５０℃位になっている。これは接着剤の反
応に十分な温度であり、しかもこの程度の温度でインシ
ュレータ６を加熱したとしても数分程度であればインシ
ュレータ６のゴム材質の物性にはほとんど影響はない。
したがって、上記のように軸部２の表面温度をモニタリ
ングし、その温度が設定温度に到達した時点で高周波電
流の供給を遮断する。
【００５７】次に、図９，１０に示した高周波誘電加熱
法による具体的な接合方法を、表３に示す実施例３，４
および比較例５，６として詳しく説明する。
【００５８】実施例３では、エポキシ樹脂をマトリック
ス樹脂とし、かつ強化層として炭素繊維を６０ｖｏｌ％
含有したＦＲＰ製の軸部２（内径７６．６ｍｍ、肉厚
３．１ｍｍ）を使用した。そして、図９，１０に示すよ
うに半円状の主電極２８とスペーサー２９とを用いて、
プロペラシャフト１を５〜１０ｒｐｍで回転させながら
高周波誘電加熱処理を行った。高周波発振器１０の仕様
は、周波数が約４０ＭＨｚ、出力が３ｋＷとした。な
お、この実施例３で使用するインシュレータ６のゴム配
合物の配合を表４に示す。
【００５９】高周波誘電加熱中の軸部２の表面温度をモ
ニタリングし、その表面温度が平均的に１０５〜１１０
℃の値となった時点で高周波発振器１０の発振を停止し
た。
【００６０】その後、直ちに主電極２８を外し、軸部２
の表面温度分布を視覚化する装置（商品名：サーモビュ
アー，日本電子（株）製）を用いて、表面温度のばらつ
きを確認した。
【００６１】加熱処理後のプロペラシャフト１が室温に
なるまで自然冷却した後、捩り破壊試験を行ない、破壊
強度と破壊の様子を観察した。なお、捩り速度は５ｄｅ
ｇ／ｍｉｎとした。
【００６２】
【表３】
【００６３】
【表４】
【００６４】実施例４では、ナイロン６６をマトリック
ス樹脂とし、かつ強化層としてガラス繊維を４０ｗｔ％
含有したＦＲＰ製の軸部２を使用し、それ以外は実施例
３と全く同じ条件で高周波誘電加熱処理を行った。
【００６５】比較例５では、実施例３と同様の材質の軸
部２を使用し、図１２に示すように円筒状の主電極４１
とスペーサーとを用いて、軸部２およびヨーク部３を回
転させることなく、それ以外は実施例３と同じ条件で高
周波加熱処理を行った。加熱時間は１４０秒とした。
【００６６】比較例６では、実施例４と同じ材質の軸部
２を使用し、それ以外は比較例５と同じ条件で高周波加
熱処理を行った。
【００６７】表３から明らかなように、実施例２，３も
比較例５，６も加熱直後の軸部２の表面の平均温度はほ
ぼ等しいにもかかわらず、温度のばらつき（標準偏差）
は実施例３，４の方が小さく、ほぼ均一な加熱が行われ
ていることがわかる。これは、加熱中のプロペラシャフ
ト１に回転運動を与えたことによる効果で、比較例５，
６に比べて高周波エネルギが円周方向で均等に分散して
いることをうかがわせる。
【００６８】その結果、捩り強度および破壊の様子にも
改善の跡がみられ、従来ではほとんど見られなかった
Ｒ：１００％を達成することが可能となった。このＲ：
１００％とは、捩り試験後の接着面の破壊状況が全てゴ
ムの凝集破壊になるほど完全に接着剤の反応が進行して
いることを意味し、捩り破壊強度も比較例５，６に比べ
て格段に向上している。なお、実施例３，４で使用した
ゴム材料では、捩り破壊強度が４６０〜４７０ｋｇｆ・
ｍにとどまったが、ゴム材料自体の強度さえ上げれば理
論的にはさらに大きな捩り破壊強度を得ることも可能で
ある。
【００６９】また、ナイロン樹脂のような熱可塑性樹脂
では、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に比べて熱に弱い
とされている。そのために、高周波加熱処理時にその加
熱終了のタイミングを誤ると部分的な融解が起こること
から、早めに発振を止めざるを得ない。そして、表面温
度を測定し、昇温が不足気味であれば再度発振を行って
加熱を続けるという面倒な作業が必要になる。これに対
して実施例３，４では、軸部２の表面温度をリアルタイ
ムでモニタリングして、設定温度に達した時点で電流供
給を遮断するようにしているため、過熱による溶融、変
形のほか加熱不足による接着不良も全く発生しなかっ
た。
【００７０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＦＲＰ製
の外筒部材とゴム配合物からなる中間部材との誘電加熱
による接合にあたって、外筒部材とその外側に配置され
る電極との間にアース電極側に向かって肉厚が漸増する
スペーサーを介在させるようにしたため、外筒部材と中
間部材との間の接合面積が軸方向に広い場合であって
も、その軸方向の電界強度を調整することができるよう
になって、短時間のうちにゴム配合物からなる中間部材
を均一に加熱することができる。このため、中間部材と
ＦＲＰ製の外筒部材との界面に介在された加熱反応型の
接着剤は、中間部材からの熱を全面にわたって均等に受
けられるようになり、一様の温度で昇温し、全面が速や
かに反応温度に達して中間部材と外筒部材とを強固に接
合できるようになる。そして、中間部材と金属製内筒部
材とは予め強固に加硫接着されているため、結果的には
金属製の内筒部材とＦＲＰ製の外筒部材とが中間部材を
介して強固に接合されることになり、接合後においても
接合部の信頼性が格段に向上した製品が得られるほか、
特に、上記の誘電加熱中に外筒部材と内筒部材とをそれ
らの軸心を回転中心として一体的に回転させることによ
り、接合面の円周方向についてもその電界強度を調整し
て接着剤の反応度合いを均一化できる利点がある。
【００７１】また、主電極として半円形状や１／３円形
状等のように軸部の円周方向の一部を覆う断面円弧状の
ものを用いることにより、円筒状のものを用いた場合と
比べて軸部のセッティングが容易となるとともに、軸部
と主電極との相対回転時の摩擦抵抗も小さくなって、軸
部の回転運動が安定化する。
【００７２】その上、上記のように断面円弧状の主電極
を用いることにより、その主電極の幅内にある軸部の外
周面の一部が外部に露出することになるため、主電極と
対向するように非接触式の温度センサを臨ませて、高周
波誘電加熱中の軸部の表面温度をリアルタイムでモニタ
リングして設定温度と比較することにより、高周波電流
の出力調整や供給遮断等を自動的に行うことが可能とな
って、過熱による溶融や加熱不足による接着不良等の欠
陥の発生を未然に防止して品質の向上が図れるほか、高
周波加熱処理の完全自動化に大きく貢献することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外筒部材と内筒部材との接合方法
の実施の形態を示す図で、図２の要部拡大断面図。
【図２】車両用プロペラシャフトのＦＲＰ製の軸部と金
属製のヨーク部とを接合している状態を示す斜視図。
【図３】スペーサーの斜視図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】車両用プロペラシャフトの軸部にヨーク部を圧
入する状態を示す斜視図。
【図６】ヨーク部の斜視図。
【図７】本発明で使用されるスペーサーの変形例を示す
断面図。
【図８】本発明で使用されるスペーサーの他の変形例を
示す断面図。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す説明図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図。
【図１１】高周波誘電加熱中の内部温度と表面温度との
相関を示す特性図。
【図１２】図９と比較のための他の形態を示す説明図。
【符号の説明】
１…車両用プロペラシャフト ２…軸部（外筒部材） ３…ヨーク部（内筒部材） ４…ヨーク軸 ６…インシュレータ（中間部材） ７…主電極 ８…アース電極 １１…スペーサー １４，１５…スペーサー ２８…主電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２９Ｌ 23:00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＦＲＰ製の外筒部材の内周面に加熱反応
    型の接着剤を塗布する一方、金属製の内筒部材の外周面
    にゴム配合物よりなる中間部材を予め加硫接着し、該内
    筒部材を前記外筒部材に所定位置まで圧入した後に、前
    記外筒部材の外側であって少なくとも中間部材と重合す
    る部分に略円筒形状の主電極を配置するとともに前記内
    筒部材の端部にアース電極を接続し、前記主電極に高周
    波電流を印加して誘電加熱法により前記中間部材を発熱
    させて、この中間部材の発熱によって前記接着剤を反応
    させることにより前記外筒部材と内筒部材とを接合させ
    る方法であって、 前記主電極と外筒部材との間にアース電極に近づくにつ
    れて厚みが漸増する略円筒状の電気絶縁性のスペーサー
    を挿入し、このスペーサーを挿入した状態で前記誘電加
    熱を行うことを特徴とする外筒部材と内筒部材との接合
    方法。
  2. 【請求項２】 前記誘電加熱を行っているときに、前記
    外筒部材と内筒部材とをそれらの軸心を回転中心として
    一体的に回転させることを特徴とする請求項１記載の外
    筒部材と内筒部材との接合方法。
  3. 【請求項３】 ＦＲＰ製の外筒部材の内周面に加熱反応
    型の接着剤を塗布する一方、金属製の内筒部材の外周面
    にゴム配合物よりなる中間部材を予め加硫接着し、該内
    筒部材を前記外筒部材に所定位置まで圧入した後に、前
    記外筒部材の外側であって少なくとも中間部材と重合す
    る部分に主電極を配置するとともに前記内筒部材の端部
    にアース電極を接続し、外筒部材と内筒部材とをそれら
    の軸心を回転中心として一体的に回転させながら前記主
    電極に高周波電流を印加して誘電加熱法により前記中間
    部材を発熱させて、この中間部材の発熱によって前記接
    着剤を反応させることにより前記外筒部材と内筒部材と
    を接合させる方法であって、 前記主電極は、外筒部材の外周面のうち円周方向の一部
    を覆う断面円弧状のものであることを特徴とする外筒部
    材と内筒部材との接合方法。
  4. 【請求項４】 外筒部材の外周面のうち主電極の幅内で
    あって且つ該主電極で覆われていない部分に非接触式の
    温度計のセンサ部を臨ませて誘電加熱中の外筒部材の表
    面温度を検出し、この検出温度に基づいて主電極に印加
    すべき高周波電流を制御することを特徴とする請求項３
    記載の外筒部材と内筒部材との接合方法。
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