JPH04307225A - 繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフト - Google Patents
繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフトInfo
- Publication number
- JPH04307225A JPH04307225A JP7305291A JP7305291A JPH04307225A JP H04307225 A JPH04307225 A JP H04307225A JP 7305291 A JP7305291 A JP 7305291A JP 7305291 A JP7305291 A JP 7305291A JP H04307225 A JPH04307225 A JP H04307225A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- section
- fiber
- frp
- joint
- Prior art date
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- Pending
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- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車用または船舶用に
適した繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフトに関する。
適した繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフトに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、車両や船舶等の駆動力伝達用シャ
フトとして金属製中実棒または金属製中空パイプの両端
に金属製の継手要素を接合したものが使用されている。 近年、自動車の軽量化の要求が高まり、車体等の金属製
外板を繊維強化樹脂(以下FRPと称することがある)
化するだけでなく、構造部材の軽量化も注目を集めてい
る。その中で駆動力伝達用シャフトの軽量化はそれが回
転部分でもあり、その軽量化の効果は大きく、FRP化
が特に注目されている。
フトとして金属製中実棒または金属製中空パイプの両端
に金属製の継手要素を接合したものが使用されている。 近年、自動車の軽量化の要求が高まり、車体等の金属製
外板を繊維強化樹脂(以下FRPと称することがある)
化するだけでなく、構造部材の軽量化も注目を集めてい
る。その中で駆動力伝達用シャフトの軽量化はそれが回
転部分でもあり、その軽量化の効果は大きく、FRP化
が特に注目されている。
【0003】FRP製駆動力伝達用シャフトは、それを
従来の鋼鉄製からFRP製にすることでその重量が1/
4〜1/2になることもあり、各種の自動車に搭載され
るようになりつつある。
従来の鋼鉄製からFRP製にすることでその重量が1/
4〜1/2になることもあり、各種の自動車に搭載され
るようになりつつある。
【0004】FRP製駆動力伝達用シャフトの場合、一
般にFRP製の中空パイプの両端に継手要素を設けなけ
ればならず、そのためにFRP製パイプと継手要素を別
々に準備して、何らかの方法で接合することにより製造
されている。そのような方法として、例えば特開昭54
−159930号公報及び実開昭61−162619号
公報には、FRP製パイプの両端の接合部を正多角形状
に成形して、これとほぼ同一形状の接合部を有する継手
要素を挿入して、機械的接合やカシメの方法によって接
合することにより、駆動力伝達用シャフトを製造する方
法が提案されている。
般にFRP製の中空パイプの両端に継手要素を設けなけ
ればならず、そのためにFRP製パイプと継手要素を別
々に準備して、何らかの方法で接合することにより製造
されている。そのような方法として、例えば特開昭54
−159930号公報及び実開昭61−162619号
公報には、FRP製パイプの両端の接合部を正多角形状
に成形して、これとほぼ同一形状の接合部を有する継手
要素を挿入して、機械的接合やカシメの方法によって接
合することにより、駆動力伝達用シャフトを製造する方
法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの正多角形状
の接合部による接合方法によると、FRP製パイプに負
荷されたトルクは各角部の機械的な反力と摩擦力によっ
て保持されているため、トルクが負荷されたときに継手
要素とFRP製パイプの接合部の間に微小なズレが生じ
、継手要素の角がFRP製パイプの接合部を半径方向に
押し拡げる働きをして、その結果として継手要素が滑っ
たり、FRP製パイプの接合部が破壊するという問題が
あった。
の接合部による接合方法によると、FRP製パイプに負
荷されたトルクは各角部の機械的な反力と摩擦力によっ
て保持されているため、トルクが負荷されたときに継手
要素とFRP製パイプの接合部の間に微小なズレが生じ
、継手要素の角がFRP製パイプの接合部を半径方向に
押し拡げる働きをして、その結果として継手要素が滑っ
たり、FRP製パイプの接合部が破壊するという問題が
あった。
【0006】この対策としてFRP製パイプの接合部を
さらにFRPや金属コネクタ−・スリ−ブ等で補強する
必要があった。しかし接合部を補強した場合でも、パイ
プの直管部から補強部に至る箇所で応力集中が大きいた
め、その部分にて破壊するという問題点があった。本発
明はこれらの問題点を解決するためになされたものであ
り、大きなトルクに対しても容易には破壊しない駆動力
伝達用シャフトを提供するものである。
さらにFRPや金属コネクタ−・スリ−ブ等で補強する
必要があった。しかし接合部を補強した場合でも、パイ
プの直管部から補強部に至る箇所で応力集中が大きいた
め、その部分にて破壊するという問題点があった。本発
明はこれらの問題点を解決するためになされたものであ
り、大きなトルクに対しても容易には破壊しない駆動力
伝達用シャフトを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、継手要素とF
RP製パイプを接合してなるFRP製駆動力伝達用シャ
フトであって、継手要素の接合部の外面と繊維強化樹脂
製パイプの接合部の内面は正多角形状であり、繊維強化
樹脂製パイプの接合部の内面の正多角形状の部分とパイ
プ内面の直管部分を結ぶ部分は、正多角形状の角の頂部
からパイプ直管部に至るまで傾斜角10°以下のテーパ
ー状に形成されていることを特徴とする繊維強化樹脂製
駆動力伝達用シャフト、に関するものである。
RP製パイプを接合してなるFRP製駆動力伝達用シャ
フトであって、継手要素の接合部の外面と繊維強化樹脂
製パイプの接合部の内面は正多角形状であり、繊維強化
樹脂製パイプの接合部の内面の正多角形状の部分とパイ
プ内面の直管部分を結ぶ部分は、正多角形状の角の頂部
からパイプ直管部に至るまで傾斜角10°以下のテーパ
ー状に形成されていることを特徴とする繊維強化樹脂製
駆動力伝達用シャフト、に関するものである。
【0008】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
特徴はFRP製パイプの内面の形状にある。前記のよう
にその内面の正多角形部分の角の頂部からパイプ直管部
に至るまでを傾斜角10°以下とする。好ましくは1°
より大きく5°より小さく、さらに好ましくは1°より
大きく3°より小さくする。この角度が1°以下の場合
はFRP製パイプを成形した際に直管部が短くなり、成
形が煩雑となりまた重量も重くなる。また、この角度が
10°より大きい場合は、パイプ直管部と継手要素との
接合部の間での応力集中が大きくなり、本来のFRP製
パイプの強度より低いトルクでこの部分が破壊する。
特徴はFRP製パイプの内面の形状にある。前記のよう
にその内面の正多角形部分の角の頂部からパイプ直管部
に至るまでを傾斜角10°以下とする。好ましくは1°
より大きく5°より小さく、さらに好ましくは1°より
大きく3°より小さくする。この角度が1°以下の場合
はFRP製パイプを成形した際に直管部が短くなり、成
形が煩雑となりまた重量も重くなる。また、この角度が
10°より大きい場合は、パイプ直管部と継手要素との
接合部の間での応力集中が大きくなり、本来のFRP製
パイプの強度より低いトルクでこの部分が破壊する。
【0009】前記の傾斜角はFRP製パイプを成形する
ときに用いるマンドレルのリング形状によって決めるこ
とができる。一方、このFRP製パイプの接合部はその
内外面をFRPにより補強することができる。軽量化、
強度及び経済性のバランスから接合部を補強することが
望ましい。FRP製パイプの接合部の補強はテーパー部
分を含んで、直管部分から始める。FRP製パイプ直管
部の外面の補強開始点はパイプ内面の直管部の端から5
mm以内とすることが好ましい。この距離が5mm以上
の場合には、パイプ直管部で破壊せず補強開始点近傍で
破壊する。
ときに用いるマンドレルのリング形状によって決めるこ
とができる。一方、このFRP製パイプの接合部はその
内外面をFRPにより補強することができる。軽量化、
強度及び経済性のバランスから接合部を補強することが
望ましい。FRP製パイプの接合部の補強はテーパー部
分を含んで、直管部分から始める。FRP製パイプ直管
部の外面の補強開始点はパイプ内面の直管部の端から5
mm以内とすることが好ましい。この距離が5mm以上
の場合には、パイプ直管部で破壊せず補強開始点近傍で
破壊する。
【0010】本発明における接合部の正多角形状は正六
角形または正八角形が好ましい。接合部の多角形状が不
均一な場合、各角で伝達するトルクが異なり応力集中に
よる動力伝達能力の低下、また周方向に質量のバラツキ
が発生することによるダイナミック・バランスの悪化の
原因となる。また、角数が六角より少ない場合、応力集
中が増大し、角数が八角より多い場合はFRPと継手要
素の接合部でのズレが増大して、それぞれ動力伝達能力
の低下の原因となる。
角形または正八角形が好ましい。接合部の多角形状が不
均一な場合、各角で伝達するトルクが異なり応力集中に
よる動力伝達能力の低下、また周方向に質量のバラツキ
が発生することによるダイナミック・バランスの悪化の
原因となる。また、角数が六角より少ない場合、応力集
中が増大し、角数が八角より多い場合はFRPと継手要
素の接合部でのズレが増大して、それぞれ動力伝達能力
の低下の原因となる。
【0011】本発明に用いるFRPの強化繊維は、駆動
力伝達用シャフトの回転時の共振周波数を高める必要か
ら弾性率と強度の高い材料が望ましい。そのような繊維
として主に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維及びセ
ラミック繊維が挙げられる。これらの繊維を2種以上組
み合わせて用いてもよい。比強度と比剛性が大きい繊維
の方が軽量化の効果が顕著であるので好ましい。そのよ
うな例として炭素繊維が挙げられるが、炭素繊維とガラ
ス繊維のハイブリッド使用もコスト低減の観点から好ま
しい。
力伝達用シャフトの回転時の共振周波数を高める必要か
ら弾性率と強度の高い材料が望ましい。そのような繊維
として主に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維及びセ
ラミック繊維が挙げられる。これらの繊維を2種以上組
み合わせて用いてもよい。比強度と比剛性が大きい繊維
の方が軽量化の効果が顕著であるので好ましい。そのよ
うな例として炭素繊維が挙げられるが、炭素繊維とガラ
ス繊維のハイブリッド使用もコスト低減の観点から好ま
しい。
【0012】マトリックス樹脂は特に制限されるもので
はない。エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニ
ルエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノ−ル樹脂、アル
キッド樹脂、キシレン樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂
、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、
ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリメチル
メタクリレ−ト樹脂、ABS樹脂、フッ素樹脂、ポリカ
−ボネ−ト樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂(
ナイロン6、6・6、6・10、6・11、6・12等
)、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルフォン
樹脂、ポリエ−テルスルフォン樹脂、ポリエ−テルエ−
テルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂等の熱可
塑性樹脂を挙げることができる。また、これらの樹脂は
2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの
なかでエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニル
エステル樹脂が取り扱い性及び物性の面から好ましい。
はない。エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニ
ルエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノ−ル樹脂、アル
キッド樹脂、キシレン樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂
、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、
ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリメチル
メタクリレ−ト樹脂、ABS樹脂、フッ素樹脂、ポリカ
−ボネ−ト樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂(
ナイロン6、6・6、6・10、6・11、6・12等
)、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルフォン
樹脂、ポリエ−テルスルフォン樹脂、ポリエ−テルエ−
テルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂等の熱可
塑性樹脂を挙げることができる。また、これらの樹脂は
2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの
なかでエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニル
エステル樹脂が取り扱い性及び物性の面から好ましい。
【0013】
【実施例】以下に本発明を実施例によってさらに詳細に
説明するが本発明はこれらの実施例に何ら限定されるも
のではない。
説明するが本発明はこれらの実施例に何ら限定されるも
のではない。
【0014】実施例1
第2図に示す円筒状のマンドレル4に離型剤を塗布し、
その両端にリング5を装着した。円筒マンドレルの直径
は40mm、直管部の長さ495mmでその両端に直径
30mm、長さ350mmのチャッキング用軸6が付い
ている。リング5は内径30mmの中空のリングであっ
て、端部の外周は対辺間距離40mm、対頂点間距離4
6.2mmの正六角形(軸に対して垂直の断面において
)であり、他の一端は外径40mmの円形状をしており
、正六角形部分の角の頂部から円形端部分まではスム−
ズなテ−パ−部分を形成していた。正六角形部分の長さ
は50mm、テーパー部分の長さは60mmであった。 このマンドレルにエポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維
及び炭素繊維をフィラメントワインディング法により巻
き付け、下記の積層構成のFRP製パイプを成形した。 正六角形部分及びテ−パ−部分にかけてはFRPの補強
構造とした。ここでGFはガラス繊維を、CFは炭素繊
維を表す。
その両端にリング5を装着した。円筒マンドレルの直径
は40mm、直管部の長さ495mmでその両端に直径
30mm、長さ350mmのチャッキング用軸6が付い
ている。リング5は内径30mmの中空のリングであっ
て、端部の外周は対辺間距離40mm、対頂点間距離4
6.2mmの正六角形(軸に対して垂直の断面において
)であり、他の一端は外径40mmの円形状をしており
、正六角形部分の角の頂部から円形端部分まではスム−
ズなテ−パ−部分を形成していた。正六角形部分の長さ
は50mm、テーパー部分の長さは60mmであった。 このマンドレルにエポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維
及び炭素繊維をフィラメントワインディング法により巻
き付け、下記の積層構成のFRP製パイプを成形した。 正六角形部分及びテ−パ−部分にかけてはFRPの補強
構造とした。ここでGFはガラス繊維を、CFは炭素繊
維を表す。
【0015】
FRPパイプ直管部
内層〔GF90°/CF±20°/GF90°〕外層厚
み 0.5mm/4.0mm /0.5mmFRP
パイプ補強部 内層〔GF90°/CF±20°/CF90°/GF9
0°〕外層 厚み 2.0mm/4.0mm /0.5mm/2
.0mm
み 0.5mm/4.0mm /0.5mmFRP
パイプ補強部 内層〔GF90°/CF±20°/CF90°/GF9
0°〕外層 厚み 2.0mm/4.0mm /0.5mm/2
.0mm
【0016】次いでその上に離型フィルムを巻き付け、
150℃で2時間加熱硬化した。硬化後両端部の不用部
分を切断除去し、マンドレルから脱型して、第3図に示
すような正六角形の接合部2を有するFRP製パイプ1
を得た。このパイプの正六角形部分の内面の寸法を測定
したところ、対頂点間距離は46.2mmであり、パイ
プ直管部の内径は40.0mm、テ−パ−部分の長さは
60mm、すなわちFRP製パイプのテ−パ−部分の傾
斜角度は3°であった。
150℃で2時間加熱硬化した。硬化後両端部の不用部
分を切断除去し、マンドレルから脱型して、第3図に示
すような正六角形の接合部2を有するFRP製パイプ1
を得た。このパイプの正六角形部分の内面の寸法を測定
したところ、対頂点間距離は46.2mmであり、パイ
プ直管部の内径は40.0mm、テ−パ−部分の長さは
60mm、すなわちFRP製パイプのテ−パ−部分の傾
斜角度は3°であった。
【0017】一方、第5図に示す正六角形状の接合部を
有する鋼製継手要素を機械加工により製造した。FRP
製パイプの接合部の内面全面に接着剤パッチキッド(ハ
イソ−ル社製−登録商標)を塗布して、継手要素を圧入
し、第1図に示す継手要素を一体化した本発明の駆動力
伝達用シャフトを得た。このシャフトについてねじり試
験を行ったところ、トルク420kgf−mでパイプの
直管部の中央部が破壊した。
有する鋼製継手要素を機械加工により製造した。FRP
製パイプの接合部の内面全面に接着剤パッチキッド(ハ
イソ−ル社製−登録商標)を塗布して、継手要素を圧入
し、第1図に示す継手要素を一体化した本発明の駆動力
伝達用シャフトを得た。このシャフトについてねじり試
験を行ったところ、トルク420kgf−mでパイプの
直管部の中央部が破壊した。
【0018】実施例2
実施例1と同様の手法により、正六角形部分の長さは5
0mm、テ−パ−部分の長さを30mmとしてパイプを
成形した。このハイプの補強部である正六角形部分の内
面寸法を測定した結果、対頂点間距離は46.2mm、
パイプ直管部内径は40.0mm、テ−パ−部分の長さ
は30mm、すなわちテ−パ−の傾斜角度は5.9°で
あった。実施例1と同様に継手要素を接合して、ねじり
試験を行ったところ、トルク300kgf−mでシャフ
ト直管部のFRPの補強の開始点の周辺で破壊したが、
実用レベルの強度に達していた。
0mm、テ−パ−部分の長さを30mmとしてパイプを
成形した。このハイプの補強部である正六角形部分の内
面寸法を測定した結果、対頂点間距離は46.2mm、
パイプ直管部内径は40.0mm、テ−パ−部分の長さ
は30mm、すなわちテ−パ−の傾斜角度は5.9°で
あった。実施例1と同様に継手要素を接合して、ねじり
試験を行ったところ、トルク300kgf−mでシャフ
ト直管部のFRPの補強の開始点の周辺で破壊したが、
実用レベルの強度に達していた。
【0019】比較例
実施例1と同様の手法により正六角形部分の長さは50
mm、テ−パ−部分の長さを30mmとしてパイプを成
形した。このバイプの補強部である正六角形部分の内面
寸法を測定した結果、対頂点間距離は46.2mm、パ
イプ直管部の内径は40.0mm、テ−パ−部分の長さ
は15mm、すなわちパイプの内面のテ−パ−の傾斜角
度は11.7°であった。実施例1と同様にして継手要
素を接合し、得られたシャフトのねじり試験を行った結
果、トルク100kgf−mと非常に低いトルクでシャ
フト直管部のFRPの補強の開始点の周辺で破壊した。
mm、テ−パ−部分の長さを30mmとしてパイプを成
形した。このバイプの補強部である正六角形部分の内面
寸法を測定した結果、対頂点間距離は46.2mm、パ
イプ直管部の内径は40.0mm、テ−パ−部分の長さ
は15mm、すなわちパイプの内面のテ−パ−の傾斜角
度は11.7°であった。実施例1と同様にして継手要
素を接合し、得られたシャフトのねじり試験を行った結
果、トルク100kgf−mと非常に低いトルクでシャ
フト直管部のFRPの補強の開始点の周辺で破壊した。
【0020】
【発明の効果】本発明の駆動力伝達用シャフトはFRP
パイプと継手要素の接合部分が強固であり、本来のFR
Pパイプが有する強度を発揮するので、自動車用、船舶
用またはヘリコプタ−用等に好適に用いることができる
。
パイプと継手要素の接合部分が強固であり、本来のFR
Pパイプが有する強度を発揮するので、自動車用、船舶
用またはヘリコプタ−用等に好適に用いることができる
。
【図1】第1図は本発明のFRP製駆動力伝達用シャフ
トの正面図。
トの正面図。
【図2】第2図はその製作に用いたマンドレルの正面図
。
。
【図3】第3図はFRP製パイプの軸方向の断面図。
【図4】第4図はFRP製パイプの軸方向を見た側面図
。
。
【図5】第5図は継手要素の斜視図である。
1.FRP製駆動力伝達用シャフト
2.同接合部
3.継手要素
4.マンドレル
5.マンドレルのリング
6.チャッキング用軸
7.継手要素の接合部
8.FRP製パイプ
Claims (1)
- 【請求項1】継手要素と繊維強化樹脂製パイプを接合し
てなる繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフトであって、
継手要素の接合部の外面と繊維強化樹脂製パイプの接合
部の内面は正多角形状であり、繊維強化樹脂製パイプの
接合部の内面の正多角形状の部分とパイプ内面の直管部
分を結ぶ部分は、正多角形状の角の頂部からパイプ直管
部に至るまで傾斜角10°以下のテーパー状に形成され
ていることを特徴とする繊維強化樹脂製駆動力伝達用シ
ャフト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7305291A JPH04307225A (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7305291A JPH04307225A (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフト |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307225A true JPH04307225A (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=13507211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7305291A Pending JPH04307225A (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 繊維強化樹脂製駆動力伝達用シャフト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04307225A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10280969B2 (en) * | 2015-04-16 | 2019-05-07 | Airbus Helicopters Deutchland GmbH | Hybrid metal-composite drive shaft unit and method of manufacturing same |
| KR20200022625A (ko) * | 2018-08-23 | 2020-03-04 | 효림산업 주식회사 | 자동차용 cfrp 드라이브샤프트 제조방법 |
-
1991
- 1991-04-05 JP JP7305291A patent/JPH04307225A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10280969B2 (en) * | 2015-04-16 | 2019-05-07 | Airbus Helicopters Deutchland GmbH | Hybrid metal-composite drive shaft unit and method of manufacturing same |
| KR20200022625A (ko) * | 2018-08-23 | 2020-03-04 | 효림산업 주식회사 | 자동차용 cfrp 드라이브샤프트 제조방법 |
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