JPS6136513A - ドライブシヤフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はｌｌｌｌ１強化プラスチックス（以下ＦＲＰと
略記）製ドライブシャフトに関するものである。

更に詳しくは、本発明は、本体部と両末端部とからなる
強化プラスチックス製ドライブシャフトにおいて、その
ドライブシャフトの両末端部に、ヨークエンドと溶接可
能な金属製パイプ゛をそれぞれ埋込んで、同時成形一体
化したＩｌｌ　　’強化プラスチックス製ドライブシャ
フトである。

近年、省エネルギー的見地より自動車の軽量化が急務と
なり、ＦＲＰの自動車部品への発声が種々試みられてい
る。

ドライブシャフトのＦＲＰ化はその一例であり、炭素様
１ｉｔ（以下ＯＦと略記）、ガラス＃ＩＡ維（以下ＧＦ
と略記）等を強化繊維とし、強化繊維の組合せ、配列角
等を選ぶことにより、軽量化のみならず、騒音の低下、
撮動の低減も可能となり、注目されている。

本発明において、ドライブシャフトとはエンジンの回転
を駆動車輪軸に伝えるためのパイプ状の軸を意味し、そ
の前部はヨークエンド、ユニバーサルジヨイントを介入
してトランスミッションと、又機部はヨークエンド、ユ
ニバーサルジヨイントを介してディファレンシャルと結
合されている。

従来、ドライブシャフトは鋼管が用いられ、このものと
鋳物からなるヨークエン下とは溶接により好適に結合さ
れていた。これに対し、ＦＲＰ製ドラドライブシャフト
合、ヨークエンドとの溶接は不可能なため、ヨークエン
ドに長さ３０〜１００ｓ＋ｍ程度の鋼管を溶接し、この
鋼管をＦＲＰ製ドラドライブシャフト入し３接彎剤、ボ
ルト等、又はこれらを併用することによって結合されて
いた（例えば特開昭５２−１２７５５２号）。

しかし、上記方法は下記の如き欠点を有する。

（１）接着剤を用いる場合の欠点 イ）接着剤の硬化に長時間を要する。

口’）ＦＲＰの成形時に用いた離型剤を接着前に取除か
ねばならない。

ハ）接着強度に信頼性が低く、かつ接着強度を非破壊的
に検査する方法がない。

（２）ボルトを用いる場合の欠点 イ）穴あけ加工が必要であるが、ＦＲＰ、特に炭素繊維
を含むＦＲＰは工具の摩耗が著しい。

口）パイプ内をおさえる手段がないため特殊なボルトが
必要となる。

（３）接着剤、ボルトを用いる場合の共通な欠点イ）結
合時に直線性のずれ、偏心等が起り易く、回転バランス
を取ることが困難である。

以上の欠点は、大量生産方式が採用され、安全性が要求
される自動車産業にとって、いずれも重大なｗＡ題点で
あり、ＦＲＰ製ドラドライブシャフト用化を阻む大きな
要因であった。

本発明は、これらの問題を解決せんとするものである。

本発明は、本体部と両末ｊｌｌ！ｌとからなる繊維強化
プラスチックス製ドライブシャフトにおいて、そのドラ
イブシャフトの両末端部に、ヨークエンドと溶接可能な
金属製パイプをそれぞれ埋込んで、同時成形一体化した
ＩＩ維強化プラスチックス製ドライブシャフトである。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明のドライブシャフトはＦＲＰよりなり、その両末
端にヨークエンドと溶接可能な金属−パイプをそれぞれ
埋込んで同時成形一体化したドライブシャフトである。

本発明のドライブシャフトに用いられるＦＲＰは、ＧＦ
（ガラス繊維＞、ＣＦ（炭素繊維）、高弾性有ｍｉ１維
（例えばデュポン社製ケブラー）、酸化アル風ニウム繊
維、ボロン１！１Ｎの如き高弾性高強度の繊維と、エポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、
ポリイミド樹脂の如き熱硬化性樹脂との複合材料である
。強化１維、樹脂共に必要に応じて、２種以上の組合せ
とすることが可能である。

本発明に用いる金属製パイプは、ヨークエンドと溶接可
能であることが必要であり、ヨークエンドの材質には鉄
、ニッケル、銅、アルミニウム、及びこれらの合金が用
いられる。通常ヨークエンドは＆Ｉ鉄製のため、本発明
のパイプも鋳鉄、鋼鉄等の鉄系材料が用いられる。本発
明のＦＲＰ製ドラドライブシャフト成形時に該ドライブ
シャフトの両末端に、該金属製パイプをそれぞれ埋込ん
で同時成形一体化することにより製造される。ここで同
時成形とは、ｌ１ＦＲＰ製ドライブシヤフトのマトリッ
クスとして用いられる樹脂の硬化前に、該金属製パイプ
を密着させ、マトリックス樹脂の硬化とドライブシャフ
ト−金属パイプの接着とを同時に行う成形方法を意味す
る。同時成形することにより、従来の成形後に接着する
方法と比較し、接着強度が増し、接着強度の突勤が減少
し信頼性が増すとともに、直線性のずれ、傷心等のｒＩ
Ｒ題も発生しなくなる。本発明のドライブシャフトは、
第１図の如く、ＦＲＰ部と金属製パイプの先端が一致し
ていても良いし、第２図ａ部分の処く、金属パイプが出
ていても良い。出ている長ｇａは２０ａｖ以下で充分で
ある。ＦＲＰと金属パイプの接ｍ面の長さく第１図、第
２図のｇ）は賃求される応力によって異なるが、通常は
５０〜１００１である。長くなると、ドライ、ブシャフ
トのＮｉｍが増し、好ましくない。第１図、２図におい
て１は金属製パイプ、２はＦＲＰである。ＦＲＰと金属
パイプの接着面は平滑であっても良く又金属パイプの接
着面に、突起部や溝を設けることにより、あるいは第４
図、第５図の如く、接着面を多角形、あるいは円と多角
形の組合わせとすることにより、更には、これらに溝や
突起部を設けることにより、接着力を更に一強めること
も可能である。例えば排気ｍの小さい自動車にば接着面
が平滑なパイプでも充分であ、るが、大型自動車の場合
には、前述の如く接着力を強化させる金属製バイブを用
いることが好ましい。

本発明のドライブシャフトに似たドライブシャフトとし
て、ドライブシャフト全長にわたって金属製バイブとＦ
ＲＰを一体化したドライブシャフトが知られている（例
えば、Ｑ　ｏｎｒｅｒｅｎｃｅ　　　　Ｑ　ｎ　　　　
、Ａ　ｄｖａｎｃｅｄ　　　　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　　
　Ｔ　ｅｃｈｎｏ−１ｏｇｙ、　１９７８　　ａｔ　　
ＬＯ３Ａｎ（ｌｅｔｓ　　予稿集２５０頁）。

このドライブシャフトは、本発明のドライブシャフトと
比較して重量が増すばかりでなく、金属とＦＲＰの熱膨
潤率の差に起因する熱ひずみにより耐用年数が著しく短
い等の問題が生ずる。

本発明のドライブシャフトは両末端の、ごく短い部分に
のみ金属製のバイブを用いているので、このような問題
も発生しない。

本発明のドライブシャフトは従来のスチール製ドライブ
シャフトと同様に溶接により容易にヨークエンドと接合
できるので、非常に好都合である。

本発明のドライブシャフトは、以下に示す成形方法によ
り、効率的に成形可能である。

以下成形方法を第３図により説明する。

第３図において、離型剤を塗布したマンドレル３の上に
ドライブシャフトの両末端に当る位置に、金属製バイブ
１．１′をそれぞれセットし、この上にフィラメントワ
インド法、テープワインド法等により強化繊維を巻く、
第３図は２対の金属パイプ１．１′をセットし２本分を
同時に巻きつける場合を示しているが、１対の金属パイ
プをセットし、１本ずつ巻くこともできるし、２対以上
の金属パイプをセットし、多ルを用法いた後、Ａ／Ｍに
おいて切断することにより、本発明のドライブシャフト
を得ることができる。ここでしはドライブシャフトの長
さである。

強化繊維４は前述の如くガラス繊維、炭素繊維、その他
が用いられ、その形状は多数のフィラメントからなるス
トランド状、ストランドをある巾をもって並べたテープ
状、織物、編物、組紐等であっても良い。樹脂が付着し
てない強化繊維を巻きつけた後、樹脂を含浸させること
も可能であるが、樹脂を含浸させた強化ＩＩ報を巻きつ
ける方が好ましい。

強化繊維の巻角度α（繊維とドライブシャフトの中心軸
との角）は目的により自由に変え得る。

このようにして巻きつけた後必要により加部することに
よりマトリックス樹脂の硬化と金属パイプとの接着を同
時に行う。樹脂の硬化後、マンドレルを恢取り、２本以
上同時に巻きつけた場合は、切離すことにより、本発明
のドライブシャフトを得る。

以上の如くしてｊｑられたドライブシャフトは、両末眉
に強く接着した金属製バイブを有するので、従来のスチ
ール製ドライブシャフトと同様に、溶接により容易にヨ
ークエンドと結合可能である。

以下実施例により、本発明を説明するが、本発明は以下
の実施例に限定されるものではない。

実施例１ 外径７４ｒ＊ｒａのマンドレルに内径７４Ｉ１ｍ、外径
７７ｍｍ。

長さ１００＋ｕのスチール製バイ１２個を第３図に示す
Ｌが１２００ｖｓとなる如くセットし、テープワインド
法により直径１μのフィラメント１２．０００■ 本からなる高強度炭素繊維ベスフフイト　７−１２００
０　（東邦ベスロン〈株）〕を５本平行に並べ幅１０Ｉ
ＩＩＩｌのテープ状としたものにエピコート８２７（日
本シェル化学のエポキシ樹脂）１００部、（重量部以下
同じ）、ヘキサヒドロ無水フタ−ル６ｇ　ｉｏｏ部、ベ
ンジルメチルアミン２部の混合物を含浸させたテープ状
物を軸方向に対し±４５°、厚さ１．０ＩＩｌとなる如
く巻き、次に同じエポキシ樹脂含浸ベスファイト（前爪
）を軸方向に対し±１０”厚さ　１．９ｍｍとなる姐く
巻き、次いで同じエポキシ樹脂を含浸させたガラス−Ｉ
！維を軸方向に対し±８５°に、厚さ　Ｏ，Ｕｌとなる
。如く巻きつけた。轡きつけた後マンドレルと共に１５
０℃の硬化至に入れ、マンドレルを水平に保ちつつ、１
回／分で回転させながら３０分で硬化させた後、冷却し
マンドレルを脱却して両末端にスチールバイブが埋込ま
れたドライブシャフトを得た。　得られたドライブシャ
フトを、通常のスチール製ドライブシャフトと同様に、
ヨークエンドに溶接し、回転テストを行ったところ、バ
ランスは良好であった。又一端を固定し、他端にトルク
をかけて埋込まれたスチールパイプとＦＲＰ部のはく超
強度を同様に製造した１０本について測定したところ最
＾１９３ｋａ　／ｃ＋ｇ”　、最低１８０　ｋｇ／ｃｅ
’　、平均１７７ｋｇ／ａｍ’であった比較例１ 外径７７＋ｕのマンドレルを用い、スチールバイブをセ
ットしない他は、実施例１と同様にしてＦＲＰドライブ
シャフトを得た。このドライブシャフトの内壁の離型剤
をサンディングにより取除いた後、実施例１で用いたと
同じ金属バイブをヨークエンドに溶接し、ＦＲ−Ｐドラ
イブシャフトに挿入してエポキシ樹脂で接着した。

このようにして得られたドライブシャフトのバランス試
験を行なったところ、１０本中８木は１０〜２５Ｑの重
りをヨークエンド部に溶接して、バランス調整を行うこ
とが必要であった。

又実施例１と同様に測定した１０本のはく超強度は最高
１７１ｋｇ　／ｃｍ”　、最低８４ｋｌｌ／　Ｃ１鵞、
平均１２４ｋｇ　／ａｍ！であった。

実施例２ 外径７４ｍｍのマンドレルに、内径７４ａｍ、外径８〇
−１長さ１００−　　で表面に幅２膳■、深さ１−鴫で
軸方向と±４５°の角をなす溝２０本（＋４５°方向、
−４５°方向各１０本）が等間隙に並んでいるスチール
パイプを実施例１と同様にセットし、±４５°の層の厚
みが２１、±１０°の層の厚みが２，８１ｍ、±８５９
の層の厚みが０．２ｕ＋の他は実施例１と同様に成形し
、ヨークエンドに溶接した。このドライブシャフトのバ
ランスは良好であり、はく超強度は平均３３０ｋａ　／
ｃｉ＋’であった。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明のドライブシャフトの末端の断
面を示す。 第３図は成形方法を示す略図である。 １．１′：金属製パイプ、２：　ＦＲＰｌ　３：マンド
レル、４：強化繊維 特許出願人　　東邦ベスロン樟六会社 代理人弁理士　　土　居　三　部 拳■図　　　　　第７図 第３図 「→−Ａ 第４図　　　第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体部と両末端部とからなる繊維強化プラスチッ
   クス製ドライブシャフトにおいて、そのドライブシャフ
   トの両末端部に、ヨークエンドと溶接可能な金属製パイ
   プをそれぞれ埋込んで、同時成形一体化した繊維強化プ
   ラスチックス製ドライブシャフト。
2. （２）金属製パイプがプラスチックスとの接着面におい
   て多角形である特許請求の範囲（１）記載の繊維強化プ
   ラスチックス製ドライブシャフト。