JPS5916125B2 - 繊維強化樹脂製プロペラシヤフト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化樹脂製プロペラシャフトに関 − イ
し、さらに詳しくは、特に自動車用として好適な繊維強
化樹脂製プロペラシャフトに関する。

自動車用に限らず、プロペラシャフトは通常金属で作ら
れている。しかしながら、近年エネルギの節約（燃料の
節約）や振動を低減させる目的で、。車体（または機体
、船体）の重量の軽減が大きな問題として採りあげられ
るようになり、そのため、特に乗用自動車用として、よ
り軽量な繊維強化樹脂製プロペラシャフトが検討される
ようになつてきた。 、９繊維強化樹脂製プロペラシャ
フトとしては、ガラス繊維を補強繊維としたガラス繊維
強化樹脂製の円筒管の両端に、接着剤により金属製のヨ
ークを接合したようなものが提案されている。

一方、最近になつて、ガラス繊維よりもより比強度（密
度あたりの強度）、比剛性（密度あたりの剛性）の大き
い炭素繊維を補強繊維とした炭素繊維強化樹脂が注目さ
れるようになり、これを上記円筒管とした炭素繊維強化
樹脂製プロペラシャフトの検討から行われるようになつ
てきた。

しかしながら、炭素繊維強化樹脂製プロペラシフ ヤフ
トは、使用中に円筒管とヨークとの接合強度が著しく低
下するという欠点があつた。その理由は、使用中に円筒
管とヨークとの接合部に水分が付着すると、炭素繊維強
化樹脂が導電性であるために、円筒管と金属製のヨーク
との間の電位差に５ 起因して電融作用が起こり、この
電融作用により接着剤が劣化するためであると推定され
る。本発明の目的は、炭素繊維強化樹脂製プロペラシャ
フトにおける上記欠点を解決し、軽量であるうえに円筒
管とヨークとの接合強度が大きく、し０ かもその低下
がほとんどない繊維強化樹脂製プロペラシャフトを提供
するにある。本発明の上記目的は、炭素繊維または炭素
繊維を主体とする繊維から選ばれた繊維を補強繊維とし
た繊維強化樹脂製の円筒管と、この円筒管の両５ 端に
それぞれ接合された金属製のヨークとを有し、かつ前記
円筒管とヨークとは電気絶縁材を介して接合されている
ことを特徴とする繊維強化樹脂製プロペラシャフトによ
つて達成される。

次に、本発明の繊維強化樹脂製プロペラシャフ０ 卜を
その一実施例に基づいて図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の繊維強化樹脂製プロペラシャフトの
一実施例を示す一部破断した概略正面図である。

この実施例のものは自動車用として使用５ される。第
１図において、符号１は炭素繊維を補強繊維とした繊維
強化樹脂製の円筒管を示す。

この円ハ筒管１の両端には、ガラスクロスを補強材とし
た繊維強化樹脂製の電気絶縁材６を介して、金属製のヨ
ーク２，３が接着剤７，８によつて接合されている。

符号４，５はヨーク２，３にそれぞれ設けた自在継手の
取付孔を示し、自在継手を介して通常一方のヨークは減
速機を介して機関（原動機）側に、他方のヨークは差動
機側にそれぞれ接合され、機関の回転力を差動機を介し
て駆動輪に伝えることができるようになつている。符号
９，１０は電気絶縁材６の外周面に嵌合された弾性部材
からなるＯ−リングを示し、円筒管１と電気絶縁材６と
の間に接着剤８を充てんするための空間を形成している
。符号１２は、上記空間に接着剤８を圧入して充てんす
るための注入孔を示す。符号１１は、円筒管１の内周面
および電気絶縁材６の外周面とＯ−リング９とで囲まれ
る空間に充てんされたシーリング剤を示し、円筒管１と
ヨーク２，３との接合部を外部環境から融絶し、接着剤
８が劣化するのを防止する。このように、円筒管１とヨ
ーク２，３とは電気絶縁材６によつて電気的に積極的に
絶縁した状態で接合されている。円筒管１とヨーク２，
３との接合は次のような方法によつて行われる。

すなわち、まずヨーク２，３の外周面を研磨し、脱脂し
た後接着剤７を薄く塗布する。次いで、この接着剤７の
上に樹脂を十分に含浸させたガラスクロスのテーブを気
泡を含まないように適度の張力下で巻き付け、必要に応
じて加熱して樹脂を硬化させ電気絶縁材６を形成する。
この電気絶縁材６の外周面に２個のＯ−リング９，１０
をはめ込み、さらにヨーク２，３を円筒管１の端部には
め込む。この状態で、注入孔１２から円筒管１の内周面
および電気絶縁材６の外周面と２個のＯ−リング９，１
０とで囲まれる空間に接着剤８を圧入する。次いで、円
筒管１の円周面および電気絶縁材６の外周面とＯ−リン
グ９とで囲まれる空間にシーリング材１１を充てんする
。次に、本発明の繊維強化樹脂製プロペラシヤフトのさ
らに別の実施例を図面を用いて説明する。

第２図〜第４図は、上記第１図に示したものとは異る実
施例の本発明の繊維強化樹脂製プロペラシヤフトを、そ
の要部について示す一部破断した概略正面図である。第
２図に示す実施例のものは、円筒管１の両端部の内周面
をガラス繊維強化樹脂で構成し、これを上記第１図に示
す実施例のものにおける電気絶縁材６としたものである
。

そして、円筒管１とヨーク２，３とは、電気絶縁材６の
内周面およびヨーク２，３の外周面と２個のＯ−リング
９，１０とで囲まれた空間に注入孔１２から圧入された
接着剤７によつて接合されている。第３図に示す実施例
のものは、上記第２図に示す実施例のものにおける電気
絶縁材６を、円筒管１の全長にわたつて設けたものであ
る。

第４図に示す実施例のものは、上記第２図に示す実施例
のものにおける接着剤の充てん空間を２区画設けたもの
で、電気絶縁材６の内周面およびヨーク２，３の外周面
とＯ−リング９，１０で囲まれる空間に注入孔１２から
圧入された接着剤７の接着特性と、電気絶縁材６の内周
面およびヨーク２，３の外周面とＯ−リング１０，１５
で囲まれる空間に注入孔１３から圧入された接着剤１４
の接着特性とが異る。

すなわち、この実施例に示すものは、接着特性の異る２
種類の接着剤を併用することによつて、ねじりや衝撃な
ど、複雑な力が加わる接合部の接合強度を向上させよう
とするものである。たとえば、エポキシ系の接着剤とゴ
ム系の接着剤とを上記のようにして併用すれば、エポキ
シ系の接着剤はねじりモーメントに対して、またゴム系
の接着剤は衝撃荷重に対してそれぞれ有効に作用し、円
筒管１とヨーク２，３との接合強度が著しく向上する。
上記実施例のものにおいて、接着剤を充てんする空間の
区画数は３以上であつてもよく、使用する接着剤の種類
も３以上とすることができる。

また、このような技術思想は、上記第１図および第３図
に示す実施例のものにおいても全く同様に適用すること
ができる。上記第１図〜第４図に示した実施例のものに
おいて、円筒管を構成する樹脂はエポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、フエノール樹脂、ポリイミド樹脂の
ような熱硬化性樹脂であるのが好ましい。

しかしながら、熱可塑性樹脂を用いることも可能である
。円筒管を構成する樹脂の補強繊維としては、アクリル
繊維を１０００℃以上の温度で焼成してなる比強度、比
剛性の大きい炭素繊維が特に好ましく用いられる。

このような炭素繊維は（３〜１００）ミクロ７程度の直
径を有し、通常それを複数本集めたマルチフイラメント
の形態で用いられる。補強繊維は、その全部が炭素繊維
であるのが好ましいが、その一部をガラス繊維、有機高
弾性繊維、シリコンカーバイト繊維、ボロン繊維な 町
どの他の高強度、高弾性―維に置換することもできる。
補強繊維は、その方向が円筒管の長さ方向に対して（０
〜９０）度の範囲でいろいろな角度を有するように組合
わせて配置するのが好ましい。それは、たとえば補強繊
維を円筒管の長さ方向に １対してＯ度に配置した層と
、±４５度に配置した層と、９０度に配置した層とを、
円筒管の厚み方向に交互に、また適当な層数づつ積層し
たようなものである。円筒管の長さ方向に配置した補強
繊維は、円筒管の曲げ（たわみ）の力に対して有効な補
強効果を示し、円筒管の長さ方向と交差する方向に配置
した補強繊維は、円筒管のねじりの力や、つぶれの力に
対して有効に作用する。繊維強化樹脂製の円筒管毫あら
かじめ樹脂を含浸させた補強繊維をマンドレル上にマン
ドレルの長さ方向に対して所望の角度を有するように巻
き付け、樹脂が硬化した後においてマンドレルを引き抜
く、いわゆるフイラメントワインデイング法や、補強繊
維を一方向にシート状に引きそろえ、これに樹脂を含浸
予備硬化させたプリプレグを、マンドレル上に補強繊維
の方向がマンドレルの長さ方向に対して所望の角度にな
るように複数層巻き付け、樹脂が硬化した後マンドレル
を引き抜く、いわゆるプリプレグ法などによつて作るこ
とができる。

電気絶縁材は、上記実施例に示すものにおいてはガラス
繊維のクロスで樹脂を強化したものである。

ガラスクロスは、その経糸または緯糸の方向が円筒管の
長さ方向に対して士（３０〜９０）度の角度を有するよ
うに配置されている。しかしながら、ガラス繊維に限ら
ず、たとえばポリエステル繊維やポリアミド繊維、有機
高弾性繊維のような電気絶縁性を有する有機繊維や、そ
の他の電気絶縁性を有する繊維を用いることができる。
しかし、好ましくはこの電気絶縁性に加えて高強度、高
弾性であつて補強繊維としての機能も十分に兼ね備えた
繊維で、上述したような熱硬化性樹脂などを強化して電
気絶縁材とするのがよい。電気絶縁材の形成は、上述し
たようなフイラメントワイつンデイング法やプリプレグ
法を用いればよ（・ｏなお、電気絶縁材は必ずしも繊維
強化樹脂である必要はないが、繊維強化樹脂であるほう
が円筒管とヨークとの接合部の強度を保持するうえで特
に好ましい。

接着剤としてはエポキシ系、フエノール系、ポリエステ
ル系、ビニル系、アクリル系、ポリアミド系、メラミン
系、レゾルシン系、シリコーン系、ゴム系の接着剤や無
機質の接着剤などを適宜選択して使用することができる
。

シーリング剤としてはシリコーン系、ポリサルフアイド
系、アクリル系、ウレタン系、ブチル系、ゴム系の物質
や油性の物質などを使用することができる。

０−リングは、それが嵌合する部分の電気絶縁材もしく
はヨーク、または円筒管のいずれか一方、または双方に
円周溝を加工し、この円周溝にはめ込んで固定するよう
にして用いてもよい。

このように構成すると、接着剤の圧入時にＯ−リングが
移動したり、ずれ落ちたりするのを防止することができ
る。また、Ｏ−リングを使用する代わりに、それが嵌合
する部分の電気絶縁材もしくはヨーク、または円筒管に
円環状の突起部を加工してもよい。このように構成する
と、０−リングを嵌合する手間を省略することができる
ようになり、プロペラシヤフトの組み立てが容易になる
。炭素繊維は、衝撃強度があまり大きくない。

そのため、自動車が走行中にはね飛ばした石などが当つ
たり、悪路において路面と衝突したりして円筒管が損傷
を受ける場合がある。これを防止する目的で、円筒管の
外周面をより衝撃強度の高いガラス繊維強化樹脂で被覆
したり、シリコーンゴムのようなエラストマーで被覆す
るのが好ましい。以上説明したように、本発明の繊維強
化樹脂製プロペラシャフトは、炭素繊維または炭素繊維
を主体とした補強繊維で樹脂を強化してなる円筒管と金
属製のヨークとの接合が電気絶縁材を介して行われてい
るので、円筒管とヨークとの間の電位差に起因する電触
作用がなくなり、接着剤が劣化して接合強度が低下する
のを防止することができる。また、円筒管のヨークとの
接合部がシーリング剤でシールされている場合には、接
合部を水分などの外部環境から隔絶することができ、接
合強度の低下をより一層完全に防止することができるよ
うになる。

さらに、円筒管とヨークとの接合が接着特性の異る少な
くとも２種類の接着剤を用いて行われている場合には、
プロペラシヤフトに加わる複雑な力に対しても極めて大
きな接合強度を維持することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の繊維強化樹脂製プロペラシヤフトの
一実施例を示す一部破断した概略正面図、第２図〜第４
図は、上記第１図に示した実施例のものとはそれぞれ異
る実施例の本発明の繊維強化樹脂製プロペラシヤフトを
その要部について示す一部破断した概略正面図である。 １：円筒管、２，３：ヨーク、６：電気絶縁材、７，８
，１４：接着剤、１１：シーリング剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭素繊維または炭素繊維を主体とする繊維から選ば
   れた繊維を補強繊維とした繊維強化樹脂製の円筒管と、
   この円筒管の両端にそれぞれ接合さ れた金属製のヨー
   クとを有し、かつ前記円筒管とヨークとは電気絶縁材を
   介して接合されていることを特徴とする繊維強化樹脂製
   プロペラシャフト。