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JPS6091008A - 繊維強化プラスチツク製伝動軸 - Google Patents

繊維強化プラスチツク製伝動軸

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Publication number
JPS6091008A
JPS6091008A JP58198271A JP19827183A JPS6091008A JP S6091008 A JPS6091008 A JP S6091008A JP 58198271 A JP58198271 A JP 58198271A JP 19827183 A JP19827183 A JP 19827183A JP S6091008 A JPS6091008 A JP S6091008A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frp
sleeve
cylindrical pipe
fiber
transmission shaft
Prior art date
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Granted
Application number
JP58198271A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0742974B2 (ja
Inventor
Masataka Kumada
熊田 正隆
Kazuo Emori
江森 和男
Masahito Mimori
三森 正仁
Ichiro Kobayashi
一朗 小林
Tadashi Hayashida
林田 正
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.)
Honda Motor Co Ltd
Yokohama Rubber Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Yokohama Rubber Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd, Yokohama Rubber Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP58198271A priority Critical patent/JPH0742974B2/ja
Publication of JPS6091008A publication Critical patent/JPS6091008A/ja
Publication of JPH0742974B2 publication Critical patent/JPH0742974B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02Shafts; Axles
    • F16C3/026Shafts made of fibre reinforced resin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Laminated Bodies (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば前置エンジン前輪駆動車のような小型
軽量車両のドライブシャフトに適する繊維強化プラスチ
ック(以下、FRPと略称する)製伝動軸に関するもの
である。
従来、車両用伝動軸としては鋼製のもめが一般的に用い
られてきたが、近年、振動や騒音をより少なくするとと
もに、軽量化して燃料消費量の低減を図るために、軽量
で振動減衰特性に優れたFRP製伝動軸の採用が検討さ
れるようになってきている。そして、FRP製の円筒管
の捩り強度は、その繊維体の巻き角度を円筒管の軸方向
に対して±45度としたときが最も大きくなるというこ
とが知られている。そこで、FRP製伝動軸としては、
通常、捩り強度の最も大きい±45度の巻き角度で繊維
体を巻いたものが最も良いとされている。
ところで、伝動軸は一端側から他端側へ回転力を伝達す
るものであるから、その両端には他の伝動部品が接続さ
れ、一体回転されるようにする必要がある。そのために
は、FRP製伝動軸においてもその両端部に金属部を設
け、他の伝動部品と溶接結合、ボルト結合、あるいはス
プライン結合等ができるようにすることが必要となって
いる。そのような金属部は、FRP製円製管筒管着剤に
より接着することによって取り付けられる。
このようにFRP製円製管筒管属部を接着する場合、そ
の金属部をスリーブとし、その外面に熱硬化型の接着剤
を塗布してマンドレルに嵌め込み、その上に熱硬化性樹
脂を含浸させた繊維体を巻き付けて加熱することにより
、熱硬化性樹脂を硬化させてFRP製円製管筒管形する
と同時に、その円筒管と金属製スリーブとを加熱接着さ
せるようにすれば、その接着が強固となるとともに、そ
の作業性も極めて良くなる。
そこで、本発明者等は、このようにして製造したFRP
製伝動軸について捩り試験を行った。その結果、FRP
製伝動軸は、その円筒管の中央部が破壊する前に、両端
部の金属製スリーブに隣接するFRP部分が破壊されて
しまうことが判明した。特に、捩り疲労試験のデータに
よると、繊維体の巻き角度が145度のFRP製伝動軸
では、第4図に示すように疲労性の点で実用上問題があ
るという結論が得られた。
本発明者等は、このような試験結果に基づき、金属製ス
リーブに隣接する部分のFRPの強度を高めるべく研究
を重ねたが、その結果、FRPの中の繊維体の巻き角度
を変えることによって、その捩り強度が高められること
を見出した。これは、その捩り強度低下の原因が、構造
上の問題のほかに、金属製スリーブと接する部分のFR
P内部の残留応力にあるためであると考えられる。FR
Pの加熱硬化と同時に金属製スリーブとFRP製円製管
筒管接着を行う方法で製造したFRP製伝動軸において
は、FRPの加熱硬化後、冷却されるときに、金属とF
HPとの熱膨張率の差によって、金属製スリーブに接す
る部分のFRPが引張され、その歪がFRP内部に残留
して、FHP中で引張応力として作用する。そのために
、その部分のFRPの捩り強度が低下する。
本発明は、このような試験研究の結果なされたものであ
って、その目的は、上述のような作業性の良い方法で製
造されるFRP製伝動軸でありながら、その捩り強度、
特に捩り疲労強度が伝動軸として十分な強さまで高めら
れるようにすることである。
この目的を達成するために、本発明では、FHP中の繊
維が、円筒管の軸方向に対して±25度〜±35度の巻
き角度となるように積層されたFRP製円製管筒管いて
いる。
以下、図面及び実施例により、本発明を更に詳しく説明
する。
第1図あるいは第2図に示すように、FRP製円筒管l
は、紙製スリーブ2及びその両端の金属製スリーブ3.
3の外周に積層され、その内径及び外径が均一となるよ
うにされている。
このFRP製円筒管lは、何本かの繊維を束ねて、その
繊維体に熱硬化性樹脂を含浸させ、円筒状に巻き伺けて
成形される。テープ状、リボン状のプリプレグとして巻
き伺ける方法も作業性の面で優れているが、いずれにし
ても、そのm錐体の巻き角度Oが、成形後のFRP製円
筒管lの軸方向に対して±25度〜±35度となるよう
にする。FRPの補強繊維としては、炭素繊維、ガラス
繊維、シリコンカー/曳イド繊維、ポロン繊維、有機高
弾性繊維のような高強度、高弾性率のものが、単独又は
複合して用いられるが、なかでも炭素繊維が有利と考え
られる。補強繊維の熱硬化性樹脂に対する割合は、体積
率で40〜70%である。
紙製スリーブ2は、硬質紙を材料とするものであって、
第1図に示すような均一の内径と外径とを有するものの
ほか、第2図に示すように内面に切り欠き2aを有する
ものとすること力くできる。この切り欠き2aの深さ、
間隔、幅等は適宜に選定される。
金属製スリーブ3には、その内面にスプライン溝3aが
設けられており、このスプライン溝3aによってヨーク
4等がスプライン結合されるようになっている。金属製
スリーブ3の外面には熱硬化型接着剤5が塗布され、そ
の接着剤5によってFRP製円製管筒管1着されるよう
になっている。この接着剤5としては、エポキシ系接着
剤が好適である。金属製スリーブ3Jしては、第1図の
ように紙製スリーブ2と接する側の端部に中心側から外
周側へ向かうテーノ・を形成したものと、第2図のよう
にそのようなテーパのないものとを例示したが、その他
の形状であってもよい。しカルながら、第1図に示した
ようなテーパ伺きの金属製スリーブ3を用いた場合には
、その金属製スリーブ3に回転力が加えられたとき、F
RP製円製管筒管1面における剪断応力の分1g l)
<第3図に実線で示すようになり、FRPに加わる応力
が軸方向に滑らかに増加していくことになる。したがっ
て、第2図に示したような金hIS製スリーブ3を用い
た場合の第3図に点線で示す応力分布のように。
極端な応力変化部分が生ずることがなくなるので、FR
Pの寿命の点では第1図のようなテーパを形成した金属
製スリーブ3が有利である。
また、金属製スリーブ3の内径及び外径は、紙製スリー
ブ2の内径及び外径と等しくさせておくと、繊維体を巻
S付ける面が平坦となるので、作業性が良くなるととも
に、加熱硬化、加熱接合したときのFRPと金属製スリ
ーブ3との一体化も強固なものとすることができる。し
かも、成形後のFRP製円筒管lは、金属製スリーブ3
が取り付けられているにもかかわらず、内、外径とも均
一のものとなるので、段差による極端な応力変化部分の
発生を避けることができ、捩り強度の大きいものとする
ことができる。
このようなFRP製伝動軸を製造するときには、紙製ス
リーブ2と金属製スリーブ3とをマンドレルに嵌め込み
、その上から熱硬化性樹脂を含浸させた繊維体を所定の
巻き角度で巻き付ける。このとき金属製スリーブ3の外
周面には熱硬化型接着剤5を塗布しておく。そして、こ
れを加熱炉中で加熱して、樹脂及び接着剤を硬化させる
。このようにして、金属製スリーブ3とFRP製円筒管
lとは、FRPの加熱硬化と同時に強固に接着される。
加熱温度及び時間は樹脂の種類に応じて定められ、加熱
温度を段階的に上昇させるようなことも適宜行われる。
硬化が終了すれば加熱を止め、冷却後、マンドレルを引
き抜いて、金属製スリーブ3の両端からはみ出したFR
Pを切断除去し、製品とするにのように、金属製スリー
ブ3とFRP製円製管筒管1互いに接着された後に冷却
されるが、FJ’IP製円筒管Iは、そのwJm体の巻
き角度が軸方向に対して±2511[〜±35度となる
ようにされており、それによってFRPが金属とほぼ同
等の熱膨張率をもつようになるので、その冷却時に金属
製スリーブ3とFRP製円製管筒管1間に働く引張応力
は極めて小さくなる。したがって、FRP内部の残留応
力が小さくなり、捩り強度、特に捩り疲労強度が著しく
向上する。
実施例 径35mmの金属製マンドレルに、厚さ4.5m+nの
第1図に示すような筒状紙製スリーブを嵌め込み、その
両端に、エポキシ系接着剤を表面に塗布したテーパ付き
スチール製スリーブを嵌め込んだ。繊維体として東邦ベ
スロン社製の炭素繊維゛ベスファイト(登録前枠)ST
 −1−7”を用イ、EiOOO本を単位として、5単
位を同時に、エポキシ樹脂を含浸させながらスチール製
スリーブ及び紙製スリーブの表面に巻き付【すた。その
際の巻き角度は、金属製マンドレルの軸方向(成形後の
FRP製円製管筒管方向と同じ)に対して±30度とな
るようにした。炭素繊維のエポキシ樹脂に対する容量比
は60%、巻層は14層で、合計厚みは3.5mmであ
る。これを加熱炉内において120℃で3時間、次イ”
C’ +eo’cテ3時rfJI加熱し、FRPを硬化
成形するとともに、スチール製スリーブのFRPへの接
合を完了した。
自然冷却後、マンドレルを抜き取り、スチール製スリー
ブの両端からはみ出したFRPを切断除去して製品とし
た。製品の全長は272amであった。
上記実施例と同じ<FRPの厚み3.5■で#!1!a
tの巻き角度のみを変えたもの、及びFRPの厚みを2
.5■として繊維の巻き角度をも変化させたものを作り
、それについて捩り疲労データをめた結果を第1表に示
す。それをグラフで表したものが第4図である。
lJ 1− 9番 −− n=1 条件:±80kg−m両振り、2Hz 〜4Hz第1表
及び第4図から明らかなように、巻き角度±25度〜±
35度のものは、その他のものに比して捩り疲労強度に
おいて著しく優れている。すなわち、スチール製スリー
ブとFRPとの接合部における破壊に対する寿命は、巻
き角度±45度のものに比してFRP厚さ 2.5mm
(1)もノテは約10倍、FRP厚さ 3.5mmのも
のでは約 100倍となっている。
このように、繊維体の巻き角度を±30(±5)度とす
ると、破断までの繰り返し回数Nfがほぼ106以上と
なり、安全性を見込んでも、伝動軸として十分実用可能
なものとなる。なお、この巻き角度のものは、動的な捩
り疲労強度が向上するばかりでなく、静的な片振り捩り
強度も向上することが確認できた。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、軽量
で、ミッションからのギヤ音やうなり音、タイヤからの
騒音等の吸収特性、振動の低減特性に優れ、しかも、捩
り強度、特に捩り疲労強度の大きいFRP製伝動軸を、
作業性の良い製造方法によって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるFRP製伝動軸の一実施例を示
す切り欠き正面図、 第2図は、他の実施例を示す切り欠き正面図、 第3図は、金属製スリーブの形状と円筒管上面における
応力分1(iとの対応関係を示す説明図、 第4図は、繊維体の巻き角度と捩り疲労強度との関係の
試験結果を示すグラフであ る。 1・・・FRP製円製管筒管2・・・紙製スリーブ3・
・・金属製スリーブ 5・・・接着剤出願人 本田技研
工業株式会社 出願人 横浜ゴム株式会社 代理人 弁理士 森 下 端 侑

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 樹脂を含浸させた繊維体を巻き付けて形成される繊維強
    化プラスチツク製円筒管と、この円筒管の両端部内側に
    それぞれ配置され、外面に塗布された接着剤により、前
    記繊維強化プラスチツク製円筒管の加熱成形時に前記円
    筒管に加熱接合される金属製スリーブとを有し、 前記繊維強化プラスチツク中の繊維体が、前記円筒管の
    佃1方向に対して±25度〜±35度の巻き角度になる
    ように積層されていることを特徴とする、 繊維強化プラスチツク製伝動軸。
JP58198271A 1983-10-25 1983-10-25 繊維強化プラスチック製伝動軸の製造方法 Expired - Lifetime JPH0742974B2 (ja)

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