JPS6249492B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6249492B2
JPS6249492B2 JP5141080A JP5141080A JPS6249492B2 JP S6249492 B2 JPS6249492 B2 JP S6249492B2 JP 5141080 A JP5141080 A JP 5141080A JP 5141080 A JP5141080 A JP 5141080A JP S6249492 B2 JPS6249492 B2 JP S6249492B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bellows
fiber
speed
reinforced composite
fibers
Prior art date
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Expired
Application number
JP5141080A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS56147917A (en
Inventor
Yoichi Sasajima
Hirohisa Ito
Hisami Betsusho
Fusao Akyama
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP5141080A priority Critical patent/JPS56147917A/ja
Publication of JPS56147917A publication Critical patent/JPS56147917A/ja
Publication of JPS6249492B2 publication Critical patent/JPS6249492B2/ja
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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は危険回転数より高速で回転する繊維強
化複合材料製円筒体に関し、さらに詳しくは比較
的長胴の高速回転体をその曲げの危険速度以上の
回転速度で定速回転するような場合の危険速度の
通過を容易にし、かつ高速回転に耐える繊維強化
複合材料製高速回転体に関する。
繊維強化複合材料、特に炭素繊維強化プラスチ
ツクス(CFRPと略)は比強度、比弾性にすぐれ
た性質をもつため、高速回転体の用途に使用され
ている。
しかし比較的長胴の高速回転体では危険回転数
を越えて定速回転数に到達するために危険速度通
過時に弾性曲げ振動を生じる危険がある。そこで
回転体のバランス調整を行ない、弾性曲げ振動を
防止しているが、危険回転数が高くなるにつれて
バランスの微調整が必要となり、バランス調整に
多大の時間をかけねばならず、高周速化に際して
もこのバランス調整が問題となつていた。また例
えば金属材料のごとく均一材料を使用した高速回
転体の場合、回転体の周壁にベロー部を設け、こ
れによつて弾性曲げ振動を吸収させ、危険回転数
を低下しバランス調整を容易にする方法が従来よ
り用いられている。すなわち長胴化に際しては長
胴を分割し、定速回転までに生じる種々の曲げ危
険速度に対応する変形モードに見合つた位置にベ
ローを設け、円筒部そのものは剛体挙動させ、ベ
ロー部によつて回転系の曲げ危険速度を低下させ
る方法が考案されている。
しかし繊維強化複合材料の場合、金属材料と異
なり異方性を示すため、ベロー部の大たわみに対
する軸曲げ特性の不足、また加工性の煩雑さによ
り繊維強化複合材料にベローを導入するにあたつ
ては種々の方法が提案されているが、末だ実用化
に到つていないのが現状である。
例えば特開昭50―160881にみられるように胴の
中央部のベローに相当する位置にリング状もしく
はスパイラル状に溝切りを設けるといつた方法又
実開昭51―26254に示されるようにベローを例え
ば高張力鋼といつた均一材料で製作し、さらに
CFRPでその外側を円周巻し補強する方法、さら
に実開昭53―21300では比強度の高いCFRPを用
いた高速回転胴にベロー継手を応用するにあた
り、継手も同質材で製作すべく、ベローに相当す
る位置に順次内径の大きくなつた短円筒をつみ上
げてベロー形状にするか、もしくはベローの肉厚
分だけ余分に肉盛をし、これを切削加工すること
によつてベロー形状にする方法が考えられてい
る。
しかるに特開昭50―160881による方法によれば
軸方向に連続した繊維がないか、もしくは殆んど
連続繊維が切断されてしまい、ベロー部で強度を
必要とする軸方向については連続繊維によつて始
めて理論強度が可能となる複合材料力学の見地か
らも曲げ剛性の局所的欠陥が生じるおそれがあ
り、実開昭51―26254ではベロー部に金属材料を
用いるため、ベロー部で高速回転体の定速回転数
が規制され、円筒体としての繊維強化複合材料の
特性が十分に生かされず、さらに実開昭53―
21300ではつみ上げ方式および切削方式とも特開
昭50―160881の方法と同じく軸方向に連続繊維が
切断され、局所的欠陥が末だ生じるおそれがあつ
て実用的ではない。
本発明の目的とするところは繊維強化複合材料
製高速回転体にベローを導入するにあたつて、ベ
ロー部での軸曲げ強度の向上と加工性・成形性の
煩雑さをなくし、均一材料と同じくベロー付高速
回転体を可能にし、曲げの危険速度以上の回転速
度で定速回転をたやすく行ない得る繊維強化複合
材料製高速回転体を得るところにある。
本発明者等は繊維強化複合材料製高速回転体に
ベローを適用する際に問題となる軸曲げ強度の向
上については前述したようにこれまで考案されて
きた複合材ベローズがベロー部として必要な軸方
向に補強された繊維が分断されてしまい、有効な
補強となつていない点、又円筒部とベロー部との
巻構成を任意に選択できない点に着目すると同時
に、加工性の煩雑さについては後加工による手法
の難しさが問題となつていると考え鋭意研究した
結果、円筒体の周壁の1又は複数個所に環状のベ
ロー部を有する繊維強化複合材料製高速回転体に
おいて、円筒体およびベロー部を同質の繊維でそ
れぞれ連続した繊維を用いて別々に製作し、該ベ
ロー部はベローとこれに連なる短直円筒とからな
り、ベロー部の短直円筒部と円筒部とを接着剤を
用いて挿入カン合することにより一体となすか、
予めベロー部を除いた円筒体を連続した繊維を用
いて製作したのち、円筒体を所定の位置に配置
し、円筒体と同質でかつ織物状の連続した繊維で
ベロー部を製作し一体となすことによつて本発明
を完成するに到つたのである。
本発明と特開昭50−160881および実開昭53−
21300との本質的な相異点は特開昭50−160881お
よび実開昭53−21300が曲げ変形し、軸方向強度
を必要とするベローで連続繊維が切断されるた
め、強度的に信頼性が低く、これを応力的に満足
すべく補強した場合ではベロー自体が厚肉構造と
なり、柔構造を特徴とするベローズ本来の意味を
なさない。
これに対し、本発明では、ベローは連続した繊
維で構成されるため、ベローを補強する必要はな
く(遠心力は肉厚に無関係)、薄肉化構造が可能
である。
また本発明ではベロー部はベローとこれを連続
した直円筒とからなり、ベロー両端に形成された
直円筒部で円筒部と接着剤を用いて挿入カン合し
て一体化するため、ベロー自身にカン合部はな
く、ベロー両端の直円筒と円筒部とのカン合部で
必要となるから遠心力に対する補強を考えればよ
い。
したがつて、従来より懸案となつていた薄肉構
造のベローズが、本発明の構造によつて始めて可
能になる。
すなわち、本発明によれば問題となつていたベ
ロー部での軸方向強度の向上については円筒体お
よびベロー部はそれぞれ同質の連続した繊維によ
り補強されるため、従来の方法とは全く異なり、
繊維の強度は最大限に発揮でき、また円筒部とベ
ロー部とを別々に製作する方法を採るため円筒部
とベロー部との繊維の配列を変えることが可能で
連続繊維の巻付構成を円周方向の応力に耐え得る
範囲で軸方向の曲げ強度を円筒体よりも高く設定
することも有効であり、又逆に円筒部とベロー部
との肉厚比も構成に応じて適宜選択することがで
きる。また成形性についてはベロー部の長さの範
囲で例えば割れ型等を用いる方法等により製作し
これを円筒と接着により一体化すればよく、した
がつてこれまで困難とされてきたベロー部も比較
的簡単に製作できるようになり、ベロー部に織物
状の連続繊維を巻付けてベロー形状にする、或い
は予め円筒形状もしくはベロー形状に編んだ織物
を用いることも成形性の点で有効である。
すなわち本発明にかかる繊維強化複合材料製高
速回転体は同質の補強連続繊維を円筒部およびベ
ロー部に用いるため、例えば実開昭53―21300に
みられるように周速の限界がベロー部で決定され
る心配もなく、周方向および軸方向についても殆
んど連続した繊維の切断がなく繊維の強度は最大
限に発揮でき、こうして得られた高速回転体はベ
ロー形状によりベロー部の等価剛性を低くでき弾
性曲げ振動の生じる危険速度を下げ、バランス調
整が容易になりかつ十分定速回転に耐えうるもの
である。
こうした円筒の製作にあたつては真空含浸法、
ワインデイング法等の繊維の配列方法が考えられ
るが、一方向の連続繊維と例えばロービングヤー
ン等を用いた場合は繊維を所望の巻付角度にたや
すく巻付けられるワインデイング法が望ましく、
そのうちでもベロー部についてはベロー形状に繊
維が沿い易く、かつ繊維の乱れの生じにくいヘリ
カル巻とするか或いは予め織物状とした連続繊維
が好適で、繊維を切断しないためにも少なくとも
端部を除いた部分は機械加工しない方が望まし
い。
次に本発明について具体例を挙げさらに詳述す
ると、第1図〜第3図は本発明にかかる繊維強化
複合材料製高速回転体の一例で1が円筒部、2が
ベロー部、3が接合部を示し、さらに4が端板、
5が回転軸を示すものであり必要に応じて第2図
および第3図に示すごとくベロー部の外周に補強
部6を入れることも可能である。第4図はそのベ
ロー部の製造方法の一例を示したものである。
すなわち、第4図において11に示す石コウで
製作した型表面上にマトリツクスを含浸した繊維
21を巻付け、巻付け終了後外圧をかけることに
よつて完全に繊維を石コウ型表面上におしつけ、
さらにマトリツクスを固化したのち石コウ型をく
ずし第1図〜第3図2に示すベロー部を成形し、
またフイラメントワインデイング法によつて得ら
れた円筒1とを3の部分で接着剤を用いて接合す
るか又は予め製作した円筒1を金型に配置し、そ
の上から同質の織物状連続繊維を用いてベロー部
2を成形し、これを一体化することによつて本発
明にかかる繊維強化複合材料製高速回転体が得ら
れる。
本発明にかかる繊維強化複合材料製高速回転体
は円筒体およびベロー部をそれぞれ同質の連続し
た繊維を用いて製作するため、ベロー部において
軸方向に連続した繊維を有し、かつベロー部では
円筒部よりもベロー形状に見合つた構成を任意に
選択できベロー部での曲がりに対して非常に信頼
性が高く、ベロー部によつて弾性曲げ振動を吸収
させ、危険回転数を低下することが可能となるた
め低速でのバランス調整により定速回転が容易に
行なえ、したがつてバランス調整に費やす時間は
ベローなし円筒に較べてはるかに少なくてすむと
いつた点で非常に工業的に有利な繊維強化複合材
料製高速回転体の提供が可能となる。
また繊維強化複合材料としては比強度、比弾性
にすぐれたCFRPが好適であるが、これに限定す
る必要はなく、例えばケブラー繊維強化プラスチ
ツクス、シリコンカーバイト繊維強化プラスチツ
クスといつたFRPおよび金属をマトリツクスと
したFRM等比強度、比弾性の高い材料が考えら
れる。
なお図1,2に示したベローズの形状及び数は
一例であり本発明はこれに限定されるものではな
くベローの数、位置、形状は危険回転数より高速
で回転する円筒体の用途に応じ任意に選定でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本発明にかかる繊維強化複合材料
製高速回転体の一例。第4図は本発明にかかる繊
維強化複合材料製高速回転体のベロー部の製造方
法の一例。 1…円筒部、2…ベロー部、3…接合部、4…
端板、5…回転軸、6…補強部、11…石コウ
型、21…マトリツクスを含浸した繊維。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 円筒の周壁の1又は複数個所に環状のベロー
    部を有する繊維強化複合材料製高速回転体におい
    て、円筒体およびベロー部を同質の繊維で、かつ
    それぞれ連続した繊維を用いて別々に製作し、該
    ベロー部はベローとこれに連なる短直円筒部とか
    らなり、ベロー部の短直円筒部と円筒部とを接着
    剤を用いて挿入カン合することにより一体となし
    たことを特徴とする繊維強化複合材料製高速回転
    体。
JP5141080A 1980-04-17 1980-04-17 Rapid rotor made of fiber-reinforced compound material Granted JPS56147917A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5141080A JPS56147917A (en) 1980-04-17 1980-04-17 Rapid rotor made of fiber-reinforced compound material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5141080A JPS56147917A (en) 1980-04-17 1980-04-17 Rapid rotor made of fiber-reinforced compound material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56147917A JPS56147917A (en) 1981-11-17
JPS6249492B2 true JPS6249492B2 (ja) 1987-10-20

Family

ID=12886158

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5141080A Granted JPS56147917A (en) 1980-04-17 1980-04-17 Rapid rotor made of fiber-reinforced compound material

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JPS56147917A (en) 1981-11-17

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