JPH0356897B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用野〕 本発明は、油圧・空圧シリンダ用ロツド、ロボ
ツトアーム、CFRP製トラス構造物、CFRP製シ
ヤフト、自動車用ドライブシヤフト等に用いて好
適な繊維強化樹脂製棒状体に関する。

〔従来技術〕

一般に、接着性の樹脂を含浸させた繊維材料を
巻回して棒状に形成した繊維強化樹脂製棒状体が
知られている。この種の棒状体を例えば油圧シリ
ンダ用ロツドとして使用するために、相手方部材
とねじ結合する場合には、該ロツドの構造は、従
来第１０図又は第１１図に示すようになつてい
た。

即ち、第１０図において、１はロツドで、該ロ
ツド１は例えばエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊
維からなる糸状繊維材料を巻回して棒状に形成し
たものからなつており、該ロツド１の一側軸端に
は切削加工によつて形成した雄ねじ部１Ａが一体
に設けられている。

一方、第１１図において、２はロツド本体３と
雄ねじ部材４とからなるロツドで、該ロツド本体
３は第１の従来技術に示したロツド１と同様にエ
ポキシ樹脂等の接着性樹脂を含浸させた炭素繊維
等の糸状繊維材料を巻回して棒状に形成したもの
からなつており、該ロツド本体３の一側軸端には
挿入穴３Ａが軸方向に穿設されている。一方、雄
ねじ部材４は金属材料によつて挿入軸部４Ａと雄
ねじ部４Ｂとからなつており、挿入軸部４Ａをロ
ツド本体３の挿入穴３Ａに挿嵌し、接着剤で固着
することにより、ロツド本体３と雄ねじ部材４を
接続している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

而して、ロツド１に雄ねじ部１Ａを切削加工す
る第１の従来技術にあつては、次のような欠点が
ある。まず、雄ねじ部１Ａを形成するための切削
加工によつて、ロツド１を形成している糸状繊維
材料が短く切断されてしまうから、繊維方向には
大きな強度を有する繊維強化樹脂の強度が部分的
に失われてしまうことである。第２に、ロツド１
は糸状繊維材料を巻回して成形したものであるか
ら、ロツド１に切削加工によつて雄ねじ部１Ａを
形成すると、該切削部分から層間剥離が起こり易
く、ねじ山が崩れてしまうことである。更に、第
３の欠点としては、雄ねじ部１Ａを形成している
樹脂及び糸状繊維材料は金属に比較して軟らかい
ために、例えば該雄ねじ部１Ａに金属製ナツトを
螺合して強く締付けた場合、雄ねじ部１Ａが変形
する恐れがあり、強い締付力を与えられないこと
である。

一方、第１１図に示すようにロツド本体３と雄
ねじ部材４を挿嵌して接着する他の従来技術にあ
つても、該接着部分の剪断強度が低いために、ロ
ツド本体３を繊維強化樹脂で成形することによつ
て高強度化を図ろうちそた目的を達することがで
きないという欠点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、本発明は繊維強化樹脂の強度を十分に
活かすことができ、耐疲労性、耐衝撃性等がすぐ
れた高強度の繊維強化樹脂製棒状体を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するための本発明は、繊
維強化樹脂材料によつて形成され、軸端側が小径
部となつた長尺の芯材と、該芯材に対応する外径
を有し、基端側に該芯材の小径部が嵌合する嵌合
穴が形成されると共に、該基端側外周に繊維材料
の引掛け部が突設され、先端側が相手方部材への
取付け部となつた取付け部材と、樹脂を含浸させ
た繊維材料を前記芯材の外周面から該取付け部材
の基端側外周面に亘り、該取付け部材の引掛け部
に引掛けて巻返しつつ、巻回することにより形成
された外筒とからなる構成を採用している。

ここで、前記繊維材料には、炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素
繊維等が用いられ、該繊維材料に含浸させる樹脂
には、熱硬化性と接着性を有するエポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ
る。そして、前記繊維材料の巻回方法としては、
糸状繊維材料を用いるフイラメントワインデイン
グ法、テープ状繊維材料を用いるテープワインデ
イング法、織物状繊維材料を用いるハンドレイア
ツプ法等が挙げられる。

また、前記芯材は外筒と同様に樹脂を含浸させ
た繊維材料を巻回することにより形成してもよ
く、あるいは繊維強化樹脂材料からなる一方向引
抜き材等を用いてもよい。さらに、前記取付け部
材は、例えば金属材料、セラミツク材料、短繊維
で強化した樹脂材料等によつて形成される。

〔作用〕

樹脂を含浸させたた繊維材料を取付け部材の引
掛け部に引掛けて巻返しつつ、芯材の外周面から
取付け部材の基端側外周面に亘つて外筒を巻回形
成しているから、繊維材料が途中で切断されるこ
となく、該繊維材料の強度を十分に活かして、取
付け部材を外筒および芯材の軸端側に強固に一体
化できる。また、取付け部材の外径は芯材の外径
に対応しているから、繊維材料をスムーズに巻回
できる。そして、該取付け部材の嵌合穴に芯材の
小径部を嵌合しているから、該小径部に作用する
曲げモーメントを小さくでき、応力集中を防止で
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第９図に
基づき、繊維強化樹脂製棒状体として油圧シリン
ダ用ロツドを例に挙げて説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を
示している。

図において、１１は長尺な芯材を示し、該芯材
１１は繊維強化樹脂材料からなる一方向引抜き材
によつて、例えば直径が10mm程度の丸棒状に形成
されている。そして、該芯材１１の軸方向両端側
には、例えば旋盤等の機械加工により深さが１〜
４mm程度の段差部としての小径部１１Ａ（但し、
一方のみ図示）が形成され、該小径部１１Ａは後
述する取付け部材１２の嵌合穴１２Ａ内に嵌合さ
れ、接着剤等により固着されている。

なお、該芯材１１については、後述する外筒１
６と同様に樹脂を含浸させて繊維材料をフイラメ
ントワインテイング法等の手段を用いて巻回する
ことにより形成してもよい。

１２は芯材１１の各小径部１１Ａに嵌合固着さ
れた取付け部材（一方のみ図示）を示し、該各取
付け部材１２は金属材料、セラミツク材料、短繊
維で強化した樹脂材料等により芯材１１の外径に
対応する外径をもつて形成され、その基端側には
芯材１１の小径部１１Ａと対応する径をもつた有
底の嵌合穴１２が形成され、先端側は外筒１６か
ら軸方向に突出する取付け部としての雄ねじ部１
２Ｂとなつている。そして、該各取付け部材１２
の嵌合穴１２Ａ内には芯材１１の小径部１１Ａが
嵌合されて接着剤で固着されており、該各取付け
部材１２の基端部外周面と芯材１１の外周面とは
実質的に面一となつている。また、該各取付け部
材１２の雄ねじ部１２Ｂには相手方部材としての
取付アイやピストン（いずれも図示せず）等が螺
着されるようになつている。

１３，１３，…は各取付け部材１２の基端側外
周に径方向外向きに一体形成された引掛け部を示
し、該各引掛け部１３は取付け部材１２の基端側
外周から周方向に所定間隔をもつて、例えば10〜
15個程度略Ｌ字形状に突設されている。ここで、
該各引掛け部１３は、前記嵌合穴１２Ａの軸方向
中間部にほぼ対応して位置し、取付け部材１２の
基端側外周から径方向外向きに突出した径方向の
突出部１３Ａと、該突出部１３Ａの先端から軸方
向に所定長さをもつて延設され、該突出部１３Ａ
よりも周方向に幅広に形成された軸方向の延設部
１３Ｂとからなり、各突出部１３Ａ間にはそれぞ
れスリツト１４，１４，…が介在し、各延設部１
３Ｂと取付け部材１２の外周面との間は略コ字形
状の切込み部１５となつている。そして、該切り
込み部１５内には後述の繊維材料１７が第３図、
第４図に示す如く、一のスリツト１４を介して導
入された後、他のスリツト１４を介して軸方向に
導出されており、これによつて、該繊維材料１７
は各引掛け部１３の突出部１３Ａ等に引掛けて巻
返されている。

１６は樹脂を含浸させた糸状の繊維材料１７を
芯材１１の外周面から各取付け部材１２の基端側
外周面に亘り全面に巻回することにより形成され
た外筒を示し、該外筒１６は繊維材料１７をフイ
ラメントワインデイング法等の手段を用いて中心
軸Ｏ−Ｏに対して零度に近い巻角、例えば巻角θ
＝５〜30度（第３図参照）なるように、所定の厚
さになるまで張力をかけた状態で交差巻付けした
一層以上の巻回層によつて略円筒状に形成されて
いる。そして、該繊維材料１７はこの交差巻付け
時に第３図、第４図に例示する如く、外筒１６の
軸方向両端側に巻返し１６Ａ（一方のみ図示）を
形成すべく、各取付け部材１２の１本または複数
本の引掛け部１３に引掛けて巻返され、これによ
つて、芯材１１の軸方向両端側に各取付け部材１
２を強固に一体化するようになつている。

ここで、前記繊維材料１７には炭素繊維，ガラ
ス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ
素繊維等が用いられ、該繊維材料１７に含浸させ
る樹脂には熱硬化性と接着性を有するエポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が用い
られる。かくして、この樹脂を含浸させた糸状の
繊維材料１７からなる外筒１６は芯材１１の外周
面から各取付け部材１２の基端側外周面に亘つ
て、これらを完全に覆うように形成され、前記切
込み部１５内を前記繊維材料１７で完全に埋める
ようになつている。そして、該外筒１６の軸方向
両端からは各取付け部材１２の雄ねじ部１２Ｂが
同軸に突出し、該各雄ねじ部１２Ｂには前記取付
アイやピストン等がそれぞれ螺着されるようにな
つている。

本実施例による油圧シリンダ用ロツドは上述の
如き構成を有するもので、次にその製造方法につ
いて説明する。

まず、例えば外径が10mm程度の芯材１１を用意
する。これは引抜き成形法によつて繊維強化樹脂
材料から形成された中実な丸棒体でもよく、ある
いはフイラメントワインデイング法等による小径
な円筒体であつてもよい。そして、該芯材１１の
軸方向両端側に機械加工を施して、それぞれ小径
部１１Ａを形成した後、該各小径部１１Ａに各取
付け部材１２を嵌合穴１２Ａを介して嵌合し、接
着剤によつて接合固着する。このとき、芯材１１
の外周面等を紙やすり等により荒しておけば、外
筒１６との接着性を向上させることができる。

次に、この接着剤が完全にに硬化した段階で、
芯材１１の外周面から各取付け部材１２の基端側
外周面に亘り、樹脂を含浸させた糸状の繊維材料
１７をフイラメントワインデイング法等の手段を
用いて巻回し、外筒１６を形成する。このとき、
前記繊維材料１７を芯材１１の外周面側から各取
付け部材１２の外周面側へと所定の張力をもつて
伸長させつつ、各引掛け部１３の突出部１３Ａ側
に引掛けて、再び芯材１１の外周面側へと巻返す
ようにし、これによつて、各取付け部材１２を芯
材１１の両端側に強固に一体化する。また、該繊
維材料１７の巻角θを中心軸Ｏ−Ｏに対して零度
にに近い巻角、例えばθ＝５〜30度とすることに
より、曲げ強度や引張り強度等を大幅に高めるこ
とができる。そして、芯材１１および取付け部材
１２の外周面側に所定の厚さをもつた外筒１６を
形成した段階で、これらを硬化炉内に入れ、繊維
材料１７に含浸させた樹脂を熱硬化させる。

次に、外筒１６の外周面にグラインダ等の機械
加工を施すと共に、例えば紙やすり等を用いて外
筒１６の端部外周等を均一な表面に仕上げて、該
外筒１６の外径を、例えば22.4mmとし、当該ロツ
ドを完成される。

而して、本実施例によれば、芯材１１および各
取付け部材１２の外周面側に、樹脂を含浸させた
糸状の繊維材料１７を巻回して外筒１６を形成す
るときに、該繊維材料１７を各引掛け部１３の突
出部１３Ａ等に引掛けて巻返すようにしているか
ら、該繊維材料１７を規則的に交差巻付けするこ
とが可能となるばかりでなく、該繊維材料１７が
有している強度を十分に活かして、芯材１１およ
び外筒１６の軸方向両端側に各取付け部材１２を
強固に一体化でき、該各取付け部材１２を確実に
抜止めおよび廻止めすることができる。

また、前記繊維材料１７を途中で切断したりす
ることがなく、その強度を十分に活かすことがで
きるから、耐疲労性や耐衝撃性等を大幅に高める
ことができ、信頼性の高い軽量な油圧シリンダ用
ロツドを得ることができる。そして、引張り強度
や曲げ強度等を高めることができる上に、当該ロ
ツドの強度を事前に計算することも可能となる。

さらに、引張り強度や曲げ強度等が要求される
芯材１１や外筒１６には繊維強化樹脂材料を、高
い硬度が要求される取付け部材１２には金属材料
等を適宜に選択して使用でき、設計の自由度を増
大させ、限界設計が可能となる。

そして、取付け部材１２の嵌合穴１２Ａに芯材
１１の小径部１１Ａを嵌合固着しているから、取
付け部材１２を確実に位置決めできるばかりでな
く、繊維強化樹脂材料からなる芯材１１の小径部
１１Ａに作用する曲げモーメント等を他の部位に
比較して小さくすることができ、応力集中による
小径部１１Ａの破損等を防止できる。また取付け
部材１２の基端側外径は芯材１１の外径に対応
し、両者の外周面をほぼ面一としているから、こ
れらの外周面に繊維材料１７をスムーズに巻回し
て外筒１６を形成でき、該外筒１６の強度を高め
ることができる等、種々の効果を奏する。

次に、第５図および第６図は本発明の第２の実
施例を示し、本実施例の特徴は、取付け部材の外
周側に突設した各引掛け部を径方向の突出部のみ
によつて形成したことにある。なお、本実施例で
は前記第１の実施例で述べた芯材１１、繊維材料
１７をそのまま援用するものとする。

図中、２１は芯材１１の各小径部１１Ａに嵌合
固着された取付け部材（一方のみ図示）を示し、
該各取付け部材２１は前記第１の実施例で述べた
取付け部材１２と同様に、基端側にには嵌合穴２
１Ａが、先端側には取付け部としての雄ねじ部２
１Ｂがそれぞれ形成されているものの、該各取付
け部材２１の基端側外周には径方向にのみ突出す
る引掛け部２２，２２が一体形成されている。そ
して、該各引掛け部２２は嵌合穴２１Ａの軸方向
中間部にほぼ対応して位置し、取付け部材２１の
基端側外周に周方向に所定間隔をもつて、例えば
10〜15個程度突設されている。なお、該各引掛け
部２２の横断面形状は第６図中に例示する如く、
四角形状でもよく、三角形状または円形状であつ
てもよい。

２３は樹脂を含浸させた繊維材料１７を芯材１
１の外周面から各取付け部材２１の基端側外周面
に亘り巻回することによつて形成された外筒を示
し、該外筒２３は前記第１の実施例で述べた外筒
１６とほぼ同様に形成され、その軸方向両端側に
は前記繊維材料１７を各引掛け部２２に引掛けて
巻返すことにより形成された巻返し部２３Ａが設
けられ、該各巻返し部２３Ａの肉厚は外筒２３の
他の部分とほぼ等しくなるように形成されてい
る。

かくして、このように構成される本実施例で
も、前記実施例とほぼ同様の作用効果を得ること
ができるが、特に本実施例では、各引掛け部２２
を径方向にのみ突出させて形成したから、取付け
部材２１全体の形状を簡略化でき、材料費を削減
できる等の効果を奏する。

次に、第７図ないし第９図は本考案の第３の実
施例を示し、本実施例の特徴は、芯材３１の小径
部３１Ａ外周面に雄ねじ３１Ｂを形成し、取付け
部材３２の嵌合穴３２Ａに形成した雌ねじ３２
A₁を該雄ねじ３１Ｂに接着剤等を塗布してねじ
嵌合させたことにある。

ここで、芯材３１は雄ねじ３１Ｂを除いて前記
第１の実施例で述べた芯材１１と同様に形成され
ている。また取付け部材３２は雌ねじ３２A₁を
除いて第１の実施例で述べた取付け部材１２とほ
ぼ同様に形成され、先端側には雄ねじ部３２Ｂ
が、外周側には径方向の突出部３３Ａと軸方向の
延設部３３Ｂとからなる略Ｌ字形状の引掛け部３
３，３３，……がそれぞれ設けられている。そし
て、該取付け部材３２の基端側外周面および芯材
３１の外周面には第１の実施例で述べた外筒１６
と同様の外筒３４が巻回形成され、該外筒３４の
軸方向両端側には繊維材料を各引掛け部３３に引
掛けて巻返すことにより形成された巻返し部３４
Ａが設けられている。

かくして、このように構成される本実施例で
も、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得
ることができるが、特に本実施例では、芯材３１
の小径部３１Ａに形成した雄ねじ３１Ｂと取付け
部材３２の嵌合穴３２Ａに形成した雌ねじ３２
A₁とをねじ嵌合し、接着剤等で固着するように
したから、取付け部材３２等に加えられる引張り
荷重を外筒３４を巻返し部３４Ａだけでなく、こ
のねじ嵌合部でも分担でき、引張り強度等さらに
高めることができる。

なお、前記第２の実施例でも、芯材１１の小径
部１１Ａ外周面に雄ねじを形成し、取付け部材２
１の嵌合穴２１Ａに雌ねじを形成し、両者を接着
剤等を併せてねじ嵌合するようにしてもよい。

なお、前記各実施例では、外筒１６，２３，３
４等をフイラメントワインデイング法等の手段を
用いて形成するものとしたが、これに替えて、外
筒１６，２３，３４等をテープワインデイング
法、ハンドレイアツプ法等の手段を用いて形成し
てもよい。

また、前記各実施例では、油圧シリンダ用ロツ
ドを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定
されず、空圧シリンダ用ロツド、ロボツトアー
ム、CFRP製トラス構造物、CFRP製シヤフト、
自動車用ドライブシヤフト等、種々の繊維強化樹
脂製棒状体に適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、芯材の小
径部を取付け部材の嵌合穴に嵌合し、該取付け部
材の引掛け部に樹脂を含浸させた繊維材料を引掛
けて巻返すようにして外筒を形成したから、繊維
材料の強度を活かして、外筒および芯材に取付け
部材を強固に一体化でき、芯材の小径部に応力が
集中するのを防止でき、信頼性を向上できる。ま
た、取付け部材の外径を芯材の外径に対応させた
から、繊維材料を芯材の外周面から取付け部材の
基端側外周面に亘りスムーズに巻回でき、外筒の
強度を行高めることができる等、種々の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を
示し、第１図はロツドの一端側を示す縦断面図、
第２図は第１図中の−矢示方向拡大断面図、
第３図は繊維材料を引掛け部に引掛けて巻返した
状態を示す外観説明図、第４図は第３図中の−
矢示方向断面図、第５図および第６図は第２の
実施例を示し、第５図はロツドの一端側を示す縦
断面図、第６図は繊維材料の巻回状態を示す第５
図の要部拡大外観図、第７図ないし第９図は第３
の実施例を示し、第７図はロツドの一端側を示す
縦断面図、第８図は芯材の要部縦断面図、第９図
は取付け部材の要部縦断面図、第１０図は従来技
術によるロツドの一端側を示す外観図、第１１図
は他の従来技術によるロツドの一端側を示す縦断
面図である。 １１，３１……芯材、１１Ａ，３１Ａ……小径
部、１２，２１，３２……取付け部材、１２Ａ，
２１Ａ，３２Ａ……嵌合穴、１２Ｂ，２１Ｂ，３
２Ｂ……雄ねじ部、１３，２２，３３……引掛け
部、１６，２３，３４……外筒、１６Ａ，２３
Ａ，３４Ａ……巻返し部、１７……繊維材料、３
１Ｂ……雄ねじ、３２A₁……雌ねじ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維強化樹脂材料によつて形成され、軸端側
   が小径部となつた長尺の芯材と、該芯材に対応す
   る外径を有し、基端側に該芯材の小径部が嵌する
   嵌合穴が形成されると共に、該基端側外周に繊維
   材料の引掛け部が突設され、先端側が相手方部材
   への取付け部となつた取付け部材と、軸脂を含浸
   させた繊維材料を前記芯材の外周面から該取付け
   部材の基端側外周面に亘り、該取付け部材の引掛
   け部に引掛けて巻返しつつ、巻回することにより
   形成された外筒とから構成してなる繊維強化樹脂
   製棒状体。 ２ 前記引掛け部は取付け部材の周方向に所定間
   隔をもつて、該取付け部材の基端側外周からそれ
   ぞれ径方向外向きに突設してなる特許請求の範囲
   １項記載の繊維強化樹脂製棒状体。 ３ 前記引掛け部は、取付け部材の基端側外周か
   らそれぞれ径方向外向きに突設された径方向の突
   出部と、該各突出部の先端から軸方向に延設され
   た軸方向の延設部とから構成してなる特許請求の
   範囲１項記載の繊維強化樹脂製棒状体。 ４ 前記芯材の小径部外周面には雄ねじを形成
   し、前記取付け部材の嵌合穴には該雄ねじがねじ
   嵌合する雌ねじを形成してなる特許請求の範囲１
   項記載の繊維強化樹脂製棒状体。