JPH0899364A - Frp製品およびその製造方法 - Google Patents

Frp製品およびその製造方法

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JPH0899364A
JPH0899364A JP6261382A JP26138294A JPH0899364A JP H0899364 A JPH0899364 A JP H0899364A JP 6261382 A JP6261382 A JP 6261382A JP 26138294 A JP26138294 A JP 26138294A JP H0899364 A JPH0899364 A JP H0899364A
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Yasuyuki Toyoda
靖之 豊田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 FRP製品の表面に負荷された衝撃荷重の大
きさをその表面側から容易にかつ確実に判定できるよう
にする。 【構成】 FRP品1の表面に、FRP品1のマトリク
ス樹脂よりも靱性が低い樹脂からなる樹脂層3を設けた
FRP製品、およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車のプロペラシャ
フト等に用いて好適なFRP製品およびその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、省エネルギーの観点から燃費の向
上を目的とした自動車の軽量化が強く望まれている。そ
れを達成する一つの手段としてプロペラシャフトのFR
P(繊維強化プラスチック)化が検討され、一部で既に
採用されるに至っている。その際、使用する強化繊維に
も種々あり、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド
繊維等が検討されているが、この中で特に、強度、弾性
率の面から炭素繊維を強化繊維とするCFRP(炭素繊
維強化プラスチック)が有力とされている。
【0003】ところで、自動車のプロペラシャフトは、
エンジンから発生する大きなトルクを伝達する必要があ
ることから、大きなねじり強度を必要とする。また、高
回転時に共振を起こさないよう、軸方向の高い曲げ弾性
率も必要とする。
【0004】上記のような基本的要求が満たされるよ
う、FRP製プロペラシャフトの本体は、強化繊維の種
類、含有量や、強化繊維の配列方向、層構成や、外径、
内径、肉厚等のパラメータを考慮した設計がなされてい
る。FRP製プロペラシャフトにおいては、上記のよう
な要求特性、特にねじり強度や危険回転数の仕様を満足
するために、通常強化繊維を各種方向に配列する。たと
えば、主としてねじり強度に関しては、材料のせん断強
度とFRP本体筒のねじり座屈強度に支配される。せん
断強度に関しては、強化繊維を本体の筒軸方向に対して
±45°の角度で配列するのが最も効果的である。ま
た、ねじり座屈強度は本体の周方向弾性率に大きく依存
するため筒軸方向に対して±80〜90°の角度での配
列も必要となる。また、危険回転数に関しては、強化繊
維を筒軸方向に±5〜20°で配列して、筒軸方向にお
ける曲げ弾性率を大きくし、高い危険回転数が得られる
ようにする。このように、FRP製プロペラシャフトの
本体筒は、通常、強化繊維の配列方向が異なる複数の積
層構成を有している。
【0005】ところで、一部車種、たとえばトラック等
においては、プロペラシャフトが車体下面側にむき出し
のまま設置されることがあるが、このような場合、飛び
石等がプロペラシャフトの表面に直接当たることがあ
る。飛び石等が当たれば、局部的に大きな衝撃荷重が加
わることになる。
【0006】FRP製プロペラシャフト、とくに前述の
如く複数のFRP層の積層構造をもつプロペラシャフト
においては、表面に大きな衝撃荷重が加わった場合、負
荷部位に対応して、各FRP層間に剥離や破壊が進行す
るおそれがある。この層間剥離や破壊の程度は、FRP
製本体筒内層にいく程広がることが多い。したがって、
表面上は傷がないか傷があってもその程度がごく僅かで
ある場合でも、内層ではより広く層間剥離や破壊が進行
しているおそれがある。
【0007】金属製プロペラシャフトの場合には、飛び
石等が当たることにより生じた表面の傷を見れば、その
衝撃荷重の大きさや衝撃荷重がプロペラシャフトに与え
た影響の程度を知ることができるが、FRPプロペラシ
ャフトにあっては、表面の傷の程度から内層に与えた影
響の程度を知ることが困難な場合が多い。場合によって
は、表面に殆ど傷が付いていないため内層に生じている
層間剥離や破壊を見逃してしまうおそれがある。
【0008】このように、FRP製プロペラシャフトに
代表されるFRP製筒体においては、負荷された衝撃荷
重の程度を表面状態から判定することが困難な場合が多
く、その分メンテナンス等が困難となっていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に着目し、FRP製品、たとえばFRP製筒体に
あっても負荷された衝撃荷重の大きさをその表面から容
易にかつ確実に判定できるようにすることを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
FRP製品は、FRP品の表面に、前記FRP品のマト
リクス樹脂よりも靱性が低い樹脂からなる樹脂層を設け
たことを特徴とするものからなる。
【0011】この樹脂層は、FRP製品の基本的な性
能、たとえばFRP製プロペラシャフトにおけるFRP
製本体筒の捩り強度や曲げ強度等の向上に寄与すること
を目的としたものではなく、FRP製品の表面に衝撃荷
重が負荷されたこと、および負荷された衝撃荷重を知る
ためのモニター層として機能するものである。そしてこ
の樹脂層は、靱性が低いので(つまり脆いので)、衝撃
荷重負荷によりクラックが生じやすく、該クラックが発
生すると実質的に変色する樹脂層である。
【0012】たとえば透明な樹脂層からなる場合、クラ
ック発生により、その部分が不透明になったり白化した
りする。また、いずれかの色を有する樹脂層であって
も、クラック発生により、白化したり、素材とは別の色
になったりする。
【0013】したがって、上記のような実質的変色によ
り、FRP製品の表面の特定の部位に衝撃荷重が負荷さ
れたことが、目視で容易にかつ確実に判定される。
【0014】また、クラックの広がりの程度(クラック
が発生している部位の面積)は、略衝撃荷重の大きさに
比例すると考えられるから、このクラックの広がりの大
きさから衝撃荷重の大きさを容易に推定できる。さら
に、予め強制テストを実施し、クラックの広がりと衝撃
荷重の大きさとの関係を定量的に把握しておけば、実使
用において負荷された衝撃荷重の大きさを、それによっ
て生じたクラックの大きさ(つまり前記変色の大きさ)
から、定量的に判定できる。また、その判定に伴い、F
RP製品の内層に及ぼしているであろう影響の程度を、
確実にかつ略正確に推定することも可能となる。
【0015】したがって、FRP製プロペラシャフトに
用いて最適な、飛び石等による衝撃荷重負荷に対する表
面モニター構造を実現できる。
【0016】このモニター機能をもつ樹脂層は、前述の
如く、本質的にFRP製品の強度向上に寄与するもので
はないから、薄層でよく、FRP製品全体の軽量性を損
なわない程度の厚さであればよい。たとえば、樹脂層の
厚さとして、FRP品を構成する各FRP層の一層より
も薄く、かつ、各FRP層間の樹脂層よりも厚い程度で
よい。
【0017】また、樹脂層の樹脂の種類は、FRP品の
マトリクス樹脂と同種のものであってもよく異種のもの
であってもよい。異種のものの場合には、樹脂層の樹脂
自身に靱性の低いものを選べばよいが、同種のものの場
合には、成形時にマトリクス樹脂との間で硬化の速さを
調整することにより、前記靱性の要件を満足させること
が可能である。
【0018】すなわち、本発明に係るFRP製品の製造
方法は、FRP製品を成形するに際し、強化繊維を含む
マトリクス樹脂からなる下層の上に該マトリクス樹脂よ
りも靱性が低い樹脂からなる樹脂層を形成し、それら下
層と樹脂層とを一体に成形することを特徴とする方法か
らなる。
【0019】また、本発明に係るFRP製品の製造方法
においては、FRP製品を成形するに際し、強化繊維を
含むマトリクス樹脂からなる下層の該マトリクス樹脂の
硬化前に、該下層の上に上記樹脂層を形成し、該樹脂層
の硬化を前記マトリクス樹脂の硬化に先行させることも
できる。この方法においては、樹脂層の樹脂は、上記下
層のマトリクス樹脂と同種のものでも異種のものでもよ
い。
【0020】樹脂層を上記マトリクス樹脂よりも先行さ
せて短時間で硬化させることにより、樹脂の分子量や、
ガラス転移温度を低く抑えることができ、樹脂層が脆く
なり靱性を低く抑えることができる。
【0021】
【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を
参照して説明する。図1および図2は、本発明の一実施
例に係るFRP製品としてのFRP製筒体を示してお
り、本発明をFRP製プロペラシャフトに適用した場合
を示している。図1は、プロペラシャフトの片方の端部
を示している。他方の端部の図示は省略してあるが、本
実施例では、図示端部と同様の構成とされている。1は
FRP品としてのFRP製筒状体からなる本体筒を示し
ており、本体筒1の両端部には(図1では片方の端部の
み示してある)、金属製継手2が圧入により接合されて
いる。
【0022】本体筒1は、複数のFRP層の積層構成、
たとえば図2に示すように、FRP層1a、1b、1
c、1dの積層構成に構成されており、各FRP層が、
所定の方向に配列された強化繊維束とマトリクス樹脂と
の層に構成されている。このような所定方向への強化繊
維束の巻き付けは、たとえば公知のフィラメントワイン
ディング法によって達成される。
【0023】FRP製本体筒1を構成するマトリクス樹
脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル等の
熱硬化性樹脂を使用するが、他の樹脂、たとえば、ポリ
アミド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド等の熱
可塑性樹脂でもよい。また、強化繊維についても、炭素
繊維に限らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維等を
使用することが可能であり、これらを併用することも可
能である。
【0024】本体筒1の外周面上には、本体筒1のマト
リクス樹脂よりも靱性が低い樹脂層3が設けられてい
る。本実施例では、継手2との接合部も含め、本体筒1
の全長にわたって樹脂層3が設けられている。この樹脂
層3は、使用するマトリクス樹脂よりも靱性の低い樹脂
を選定し、それを本体筒1形成後その外周面にコーティ
ングし、マトリクス樹脂とともに硬化させて本体筒1と
一体的に成形できる。
【0025】また、成形段階において、樹脂層3とマト
リクス樹脂との間に硬化の先後をつけることによって、
樹脂層3をマトリクス樹脂よりも低い靱性に調整するこ
とが可能である。この方法は、とくに樹脂層3にマトリ
クス樹脂と同種の樹脂を用いる場合に有効である。
【0026】すなわち、本体筒1を形成後、そのマトリ
クス樹脂が未硬化の段階で本体筒1の表面に樹脂層3に
用いる樹脂をコーティングし、樹脂層3の硬化を、マト
リクス樹脂に先行させて短時間のうちに行ってしまう方
法である。この樹脂層3の短時間硬化には、特別な装置
を用いる必要はない。通常の硬化用の加熱炉において、
最外層を形成している樹脂層3を強力により速く加熱す
るよう加熱炉の条件を調整するだけでよい。内層側に位
置するマトリクス樹脂は、伝熱により樹脂層3よりも遅
い速度で加熱されるから、樹脂層3に比べ硬化は遅れ
る。したがって、自然に靱性の差はつくのであるが、加
熱炉の温度条件を適切に設定することにより、明確な靱
性差をつけることができる。
【0027】このように形成される樹脂層3の厚さは、
とくに限定されないが、樹脂層3が本体筒1の強度向上
を狙ったものでないことから、プロペラシャフト全体の
軽量性を損なわないように設定すればよい。たとえば、
本体筒1を構成する各FRP層1a、1b、1c、1d
のいずれよりも薄く、かつ、これらのFRP層間に薄く
形成される樹脂層(図示略)よりは厚く設定すればよ
い。
【0028】上記のように構成されたFRP製プロペラ
シャフトにおいては、本体筒1の表面に設けられた樹脂
層3は、マトリクス樹脂に比べ靱性が低く脆いため、大
きな衝撃荷重が負荷された場合、容易にクラックが入
る。クラックが入ると、そのクラックが入った領域で樹
脂層3が変色する。より具体的には、樹脂層3が透明な
樹脂からなる場合には不透明になったり白化したりし、
樹脂層3が色を有する樹脂からなる場合には白化したり
他の色に変色したりする。したがってまず、この変色に
よりクラックが生じたことが容易に視認され、そのクラ
ックを生じさせた衝撃荷重が負荷されたことが、表面側
から容易かつ確実に判定される。
【0029】また、クラックの広がりの大きさは衝撃荷
重の大きさに略比例するから、上記変色領域の大きさに
より、衝撃荷重の大きさが、実質的に定量的に把握され
る。したがって、負荷された衝撃荷重が、本体筒1の内
層、とくに各層1a、1b、1c、1dの層間にどの程
度影響を与えたかが、容易に推定される。
【0030】なお、上記実施例はFRP製プロペラシャ
フトについて説明したが、本発明はプロペラシャフトに
限らず、衝撃荷重負荷の可能性があるあらゆるFRP製
品に適用可能である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のFRP製
品およびその製造方法によるときは、表面にFRP品の
マトリクス樹脂よりも靱性が低い樹脂層を設けて、該樹
脂層に衝撃荷重負荷に対するモニター機能をもたせたの
で、実際に衝撃荷重が負荷されたこと、およびその大き
さを、表面から目視で容易にかつ確実に判定することが
可能となる。その結果、FRP製プロペラシャフト等の
メンテナンスが、適切に、容易かつ確実に行えるように
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るFRP製プロペラシャ
フトの部分縦断面図である。
【図2】図1のII部の拡大部分縦断面図である。
【符号の説明】
1 FRP品としての本体筒 1a、1b、1c、1d FRP層 2 継手 3 樹脂層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B29L 31:06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 FRP品の表面に、前記FRP品のマト
    リクス樹脂よりも靱性が低い樹脂からなる樹脂層を設け
    たことを特徴とするFRP製品。
  2. 【請求項2】 前記樹脂層が、クラックが発生すると実
    質的に変色する樹脂層である、請求項1のFRP製品。
  3. 【請求項3】 前記樹脂層が、前記FRP品を構成する
    各FRP層の一層よりも薄く、かつ、各FRP層間の樹
    脂層よりも厚い、請求項1または2のFRP製品。
  4. 【請求項4】 前記FRP製品がプロペラシャフトであ
    る、請求項1ないし3のいずれかに記載のFRP製品。
  5. 【請求項5】 FRP製品を成形するに際し、強化繊維
    を含むマトリクス樹脂からなる下層の上に該マトリクス
    樹脂よりも靱性が低い樹脂からなる樹脂層を形成し、そ
    れら下層と樹脂層とを一体に成形することを特徴とす
    る、FRP製品の製造方法。
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