JP3370977B2 - Load transmission shaft made of fiber reinforced plastic - Google Patents
Load transmission shaft made of fiber reinforced plasticInfo
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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、船舶、航空
機、鉄道車両等の輸送機器や産業機器等に使用される繊
維強化プラスチック製荷重伝達軸に関する。
【0002】
【従来の技術】樹脂を炭素繊維やガラス繊維で強化した
繊維強化プラスチック材料(FRP)は、金属材料など
の一般構造用材料に比べて比強度や比弾性率が高いこと
から、繊維強化プラスチック材料で中空パイプを成形す
る技術が実用化されている。
【0003】この種の繊維強化プラスチック製パイプの
成形手段は、一方向に繊維を揃えたテープ材をワインデ
ィング装置により回転するマンドレルの外面に巻き付け
て積層し、疑似的織物状積層体を形成するテープワイン
ディング法(TW)、または一方向に繊維を揃えたロー
ビング材をワインディング装置により回転するマンドレ
ルの外面に巻き付けて積層し、疑似的織物状積層体を形
成するフィラメントワインディング法(FW)、あるい
は一方向に繊維を揃えたシート材または繊維を直交する
方向に織り上げた織物シート材をローリング成形機を用
いて回転するマンドレルの外面に巻き付けて積層体を形
成するシートローリング法(SR)や同等の効果をもた
せてワインディング装置により回転するマンドレルの外
面に巻き付けて積層し積層体を形成するするシートワイ
ンディング法(SW)により成形される。
【0004】上記繊維強化プラスチック製パイプは、金
属パイプに比較すると、比強度や比弾性率が高い特性を
有するので、あらゆる産業分野において実用化されてい
るが、繊維強化プラスチック製パイプは、製造コストが
高いため、主構造部品については、依然として金属パイ
プが使用されている。
【0005】しかし、ヘリコプターのテールロータ駆動
軸や自動車のプロペラシャフトあるいは大規模トラス構
造物用トラスや産業機器用駆動軸については、構造重量
の軽量化、一体構造化による部品点数の削減、高速回転
における軸振れの減少、耐引張/圧縮荷重の向上、環境
特性の向上等の見地から、金属パイプを繊維強化プラス
チック製パイプに置換する要望が強くなされている。
【0006】また、既に設置されている金属パイプの長
さ以上のパイプ、たとえば2本または3本の金属パイプ
を継手部を介して連結した金属パイプについて、繊維強
化プラスチック製パイプを適用して1本のパイプとして
成形するのに、現有の一般的な材料を用いて単純に成形
したのでは、成形された繊維強化プラスチック製パイプ
が所望の特性を具備しない。
【0007】すなわち、高速回転する軸、曲げを受ける
軸、または軸方向に大きい荷重を受ける軸は、パイプの
長さが長くなるにつれ繊維方向が軸線方向に対して0度
となる層を必要とし、繊維強化プラスチック製パイプの
強度を受け持つ層として繊維方向が軸線方向に対して0
度となる層を積層することが要求される。
【0008】繊維強化プラスチック製パイプを、パイプ
軸線と平行に強化繊維を配向した層とパイプ軸線に対し
てバイアス方向で互いに交差する方向に強化繊維を配向
した層を積層して形成したものは、特開昭63−254
214号公報により知られている。
【0009】また、自動車のプロペラシャフトの繊維強
化プラスチック製円筒体を、円筒体の軸方向に対して±
60〜90度の角度で巻かれたガラス繊維または高弾性
有機繊維からなる第1巻層と円筒体の軸方向に対して±
60度未満の角度で巻かれた炭素繊維を含む第2巻層と
で形成し、第1巻層を最外側層とした形成したものは、
特公昭60−41246号公報により知られている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記繊維強化プラスチ
ック製パイプにおいて、繊維強化プラスチック製パイプ
を形成する層のうち繊維方向が軸線方向に対して0度の
層が多層(およそ5層以上)有するものであると、加熱
硬化時にマンドレルの熱膨張により亀裂が生じることが
あり、また、積層平板での圧縮衝撃試験によれば、一方
向シート材を45度/−45度あるいは90度/−90
度のように対称配置した場合、45度と−45度の層間
あるいは0度と90度の層間において剥離が生じやす
く、一方向に多層積層した層で剥離や亀裂が生じやす
い。すなわち、重なり合う層の繊維同士がなす角度が0
度あるいは90度となる部位では、外部からの衝撃に対
して層間剥離や亀裂の伝播が生じやすい。また、織物状
の層が外部からの衝撃を吸収しやすいという試験結果も
あり、加えて、長いマンドレルにバイアス巻きすること
は困難であるため、厳しい性能要求を満足できない。
【0011】また、繊維強化プラスチック製パイプを成
形したものでは、繊維方向が軸線方向に対して±15度
以上でないと、繊維の円筒方向巻き付け力が保持され
ず、繊維がマンドレルから外れてたるんでしまう。
【0012】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、各層に亀裂が生ぜす、外部からの衝撃により層間の
剥離もしにくい繊維強化プラスチック製パイプを備え、
軽くて堅固な構造とした繊維強化プラスチック製荷重伝
達軸を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化プラス
チック製荷重伝達軸は、内層と中間層と外層の3層で形
成された繊維強化プラスチック製パイプとこのパイプの
端部に固定された継手部材を有し、パイプの内層は、カ
ーボンまたはガラスまたはアラミド繊維を配向角±45
度に積層した第1層とカーボン繊維を配向角±75度な
いし±90度に積層した第2層とで形成され、パイプの
中間層は、カーボン繊維が配向角±15度ないし±45
度で積層された第3層とその外側にカーボン繊維が配向
角0度で2層積層された第4層とで構成された層を複数
回積層しこれらの外に第3層を積層して形成され、パイ
プの外層は、ガラス繊維またはアラミド繊維の布地をた
て糸が配向角0度または配向角90度になるように積層
した第5層とガラス繊維を配向角±45度に積層した第
6層とで形成されることを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明の繊維強化プラスチック製荷重伝達軸で
は、繊維強化プラスチック製空パイプの内層を外部から
の衝撃、ねじり、膨張や収縮に強い積層とし、中間層を
強度および剛性を高めかつ外部からの衝撃に対して層間
剥離のしにくい積層とし、外層を外部からの衝撃に強い
積層としたことで、軸曲げ剛性、ねじり剛性、ねじり強
度が向上し、圧縮座屈およびねじり座屈に強く、膨張や
収縮による変形ならびに層間剥離や亀裂を防ぎ、外部か
らの衝撃に強く、かつ非常に軽くかつ堅固な構造とな
る。
【0015】
【実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面につき説
明する。
【0016】図1は本発明による繊維強化プラスチック
製荷重伝達軸の継手構造を示す断面図であり、この継手
構造1は、切頭円錐形をなす筒部2を有する継手部材3
とこの切頭円錐形筒部2に外装されるフランジ付きイン
サートリング4とを有して構成されている。インサート
リング4は、分割タイプまたはスリットタイプのものが
あり、分割タイプまたはスリットタイプのインサートリ
ングは必要に応じて選択される。インサートリング4の
外面4aは、嵌合すべき繊維強化プラスチック製パイプ
5の内面5aに対応した寸法に設定されている。継手部
材3の切頭円錐形筒部2の外面2aは、45度以下の角
度のテーパ面となっており、この切頭円錐形筒部2に嵌
合されるインサートリング4の内面4bは上記切頭円錐
形筒部2のテーパ面2aに対応したテーパ面となってい
る。そして、継手部材3の基部6に設けたねじ孔7には
ボルトが螺着される。
【0017】一方、上記インサートリング4の内面4b
および外面4aには、図2に示すようにガラス繊維フィ
ラメント8が周方向に間隔を置くように巻き付けられて
いる。このガラス繊維フィラメント8の太さは、インサ
ートリング4の内面および外面に塗布される接着剤層の
所定の厚さを確保するように選定される。すなわち、こ
のように形成された接着剤層は接着硬化後の所定の厚さ
を確保する。
【0018】しかして、繊維強化プラスチック製荷重伝
達軸を製造するには、まず、繊維強化プラスチック製パ
イプ5の内面5a、インサートリング4の内面4bおよ
び外面4a、継手部材3の切頭円錐形筒部2の外面2a
に接着剤をできるだけ均一な層を形成するように塗布す
る。
【0019】つぎに、ガラス繊維フィラメント8を周方
向に間隔を置いて巻き付けたインサートリング4を、繊
維強化プラスチック製パイプ5の両端部に、フランジが
繊維強化プラスチック製パイプ5の端面に当接するまで
挿着する。繊維強化プラスチック製パイプ5の内面5a
と押圧リング4の外面4aとの接合面に位置する接着剤
層は、インサートリング4の外面4aに設けたガラス繊
維フィラメント8の太さにより所定の厚さを確保する。
【0020】このインサートリング4の繊維強化プラス
チック製パイプ5への嵌着が終了したら、ねじ孔7から
ボルトを外した継手部材3の切頭円錐形筒部2をインサ
ートリング4の内面4bに挿着する。継手部材3の切頭
円錐形筒部2の外面とインサートリング4の内面4bと
は対応したテーパ面となっているので、継手部材3のイ
ンサートリング4への挿着は圧入状態となり、継手部材
3の切頭円錐形筒部2によりインサートリング4は拡径
し、繊維強化プラスチック製パイプ5を半径方向外側に
押圧することにより十分な接着圧が保持される。継手部
材3の外面2aとインサートリング4の内面4bとの接
合面に位置する接着剤層は、インサートリング4の内面
4aに設けたガラス繊維フィラメント8の太さにより所
定の厚さを確保する。また、継手部材3の基部6にエア
抜きねじ孔7が設けられているので、継手構造1を繊維
強化プラスチック製パイプ5の両端へ嵌着した場合に、
繊維強化プラスチック製パイプ5の内部空間が加圧状態
となり、ヨークが後戻りして所定位置からずれるという
ことはない。
【0021】この継手構造1の繊維強化プラスチック製
パイプ5への嵌着が終了したら、図3に示すように、一
方の継手部材3のねじ孔7にボルトを螺着し、他方の継
手部材3のねじ孔7を通して発泡剤9を貯えたタンク1
0から延びるパイプ11を、繊維強化プラスチック製パ
イプ5の内部空間の長さ方向中間位置まで延ばし、繊維
強化プラスチック製パイプ5の内部に発泡剤9を注入す
る。このようにして繊維強化プラスチック製パイプ5の
内部に発泡剤9を充填した繊維強化プラスチック製荷重
伝達軸を図4に示す。この繊維強化プラスチック製荷重
伝達軸によれば、繊維強化プラスチック製パイプ5の共
振現象を抑えることができる。
【0022】図5は本発明の変形例を示し、この変形例
では、繊維強化プラスチック製パイプ5に嵌着される継
手構造はフランジを備えた継手部材3aとインサートリ
ング4とを有して構成されている。
【0023】図6は、本発明による繊維強化プラスチッ
ク製荷重伝達軸の繊維強化プラスチック製パイプ20の
積層構成を示す図であり、繊維強化プラスチック製パイ
プ20は、内層21と中間層22と外層23の3層から
形成されている。
【0024】繊維強化プラスチック製パイプ20の内層
21は、炭素繊維、ガラス繊維または高弾性有機繊維の
ような高剛性高強度を有する繊維、またはすぐれた衝撃
吸収性を有する繊維を、テープワインディング法(T
W)あるいはフィラメントワインディング法(FW)に
より、マンドレル24の外面に、パイプの軸線方向と繊
維方向とのなす角度(配向角)±45度に積層した層L
1と、炭素繊維を、テープワインディング法(TW)あ
るいはフィラメントワインディング法(FW)により、
マンドレル24の外面に軸線方向に対して配向角±75
度ないし±90度に積層した層L2とにより形成され、
膨張および収縮、ねじり、外部からの衝撃に強い保護層
を構成している。上記保護層を構成する内層21の層L
1と層L2の順序は反対になってもよい。
【0025】繊維強化プラスチック製パイプ20の中間
層22は、炭素繊維のように高い弾性率および高い強度
を有する繊維をテープワインディング法(TW)あるい
はフィラメントワインディング法(FW)により配向角
±15度ないし±45度に積層した層L3と、一方向に
繊維を揃えたシート材をシートワインディング法(S
W)により配向角0度に積層した層(L4,L5)を必
要な板厚になるまで交互に複数回積層して形成され、所
望の強度と剛性を確保する層を構成している。本実施例
では、中間層22は、配向角±15度に積層した層L
3、配向角0度に積層した層(L4,L5)、配向角±
15度に積層した層L6、配向角0度に積層した層(L
7,L8)、配向角±15度に積層した層L9により形
成されている。
【0026】繊維強化プラスチック製パイプ20の外層
23は、ガラス繊維または高弾性有機繊維のようにすぐ
れた衝撃吸収性を有する繊維の糸で織成した布地をたて
糸を配向角0度または配向角90度に積層した層L10
と、このような繊維を配向角±45度に積層、もしくは
一方向に繊維を揃えたシート材をシートワインディング
法(SW)により配向角±45度に積層した層L11と
で形成され、外部からの衝撃に対する保護層を構成して
いる。
【0027】なお、上記外層23において層L10と層
L11の配置を逆にしてもよく、また内層21、中間層
22において繊維の配向角が45度である層について
は、この層を布地に置換してもよい。
【0028】繊維強化プラスチック製荷重伝達軸を自動
車のプロペラシャフトに適用した場合における繊維強化
プラスチック製パイプ20の製造手順の一例を表1およ
び図6ないし図10により説明する。
【0029】まず、マンドレル24を準備し、このマン
ドレル24の上に炭素繊維テープ材25を、図7に示す
テープワインディング法(TW)により炭素繊維テープ
材25の繊維方向がパイプ軸線方向に対して±45度の
角度を置くように巻き付けて層L1を形成し、その層L
1の上に続けて炭素繊維テープ材25を同じ様にテープ
ワインディング法(TW)により炭素繊維テープ材25
の繊維方向がパイプ軸線方向に対して±85度の角度を
置くように巻き付けて層L2を形成し、積層した内層2
1を形成する。
【0030】ついで、この内層21の上に、炭素繊維テ
ープ材25をテープワインディング法(TW)によりパ
イプ軸線方向に対して±15度の角度を置いて巻き付け
て層L3を形成した後、炭素繊維一方向シート材26
を、図8に示すシートワインディング法(SW)により
配向角0度で巻き付けて層L4、層L5を形成し、これ
を交互に数回行う(L6,L7,L8,L9)ことで中
間層22を形成する。
【0031】つぎに、この中間層22の上に、アラミド
繊維クロス材27を、図9に示すシートワインディング
法(SW)によりたて糸の配向角が0度で巻き付け層L
10を形成し、この層L10の上にガラス繊維テープ2
8を、図10に示すテープワインディング法(TW)に
より配向角±45度で巻き付け層L11を形成すること
で外層23を形成する。
【0032】
【表1】成形された繊維強化プラスチック製パイプ20の外観を
平滑な面とするには、外層23の上に、さらに、ガラス
繊維テープをテープワインディング法により配向角75
度ないし85度で一方向に積層した層を形成し、その層
を旋盤等により切削加工することにより行なう。
【0033】図11は本発明の変形例を示し、この変形
例においては、継手構造100を構成するインサートヨ
ーク101およびインサートリング102にキー溝10
1a,102aを設けるとともに、インサートリング1
02を複数の部材から形成した分割式とし、繊維強化プ
ラスチック製中空パイプ103にこのキー溝に対応した
切り込み104を形成し、継手構造100と繊維強化プ
ラスチック製パイプ103とをキイ105により機械的
に連結している。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、繊維
強化プラスチック製パイプを内層と中間層と外層の3層
で形成し、内層はねじれ、膨張や収縮、外部からの衝撃
に強い構成とし、中間層はテープとシートのハイブリッ
ト積層として高強度高剛性の構成とし、外層は衝撃に対
して強い繊維配向でかつ衝撃吸収性にすぐれた繊維で積
層したので、各層に亀裂が生ぜす、層間の剥離もない軽
くて堅固な構造となる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load transmission shaft made of fiber-reinforced plastic used for transportation equipment such as automobiles, ships, aircrafts, railway vehicles and industrial equipment. [0002] A fiber reinforced plastic material (FRP) in which a resin is reinforced with carbon fiber or glass fiber has a higher specific strength and specific elastic modulus than general structural materials such as metal materials. A technique for forming a hollow pipe from a reinforced plastic material has been put to practical use. [0003] This type of fiber-reinforced plastic pipe is formed by winding a tape material in which fibers are arranged in one direction around an outer surface of a rotating mandrel by a winding device and laminating the tape material to form a pseudo woven laminate. A winding method (TW) or a filament winding method (FW) in which a roving material in which fibers are arranged in one direction is wound around an outer surface of a rotating mandrel by a winding device and laminated to form a pseudo-woven laminate, or a one-way method The sheet rolling method (SR), which forms a laminated body by winding a sheet material with fibers aligned or a woven sheet material obtained by weaving fibers in a direction orthogonal to the outer surface of a rotating mandrel using a rolling molding machine Wrap it around the outer surface of the rotating mandrel with a winding device. It is formed by a sheet winding method for forming a laminated body (SW). [0004] The above fiber-reinforced plastic pipes have high specific strength and specific elasticity as compared with metal pipes, and thus have been put to practical use in all industrial fields. Therefore, metal pipes are still used for the main structural parts. However, for a tail rotor drive shaft of a helicopter, a propeller shaft of an automobile, a truss for a large-scale truss structure, or a drive shaft for industrial equipment, the structural weight is reduced, the number of parts is reduced by integral structure, and high-speed rotation is achieved. There is a strong demand for replacing metal pipes with fiber reinforced plastic pipes from the viewpoints of reducing shaft runout, improving tensile / compression load resistance, and improving environmental characteristics. [0006] In addition, for a pipe having a length equal to or longer than the length of a metal pipe already installed, for example, a metal pipe in which two or three metal pipes are connected via a joint portion, a fiber-reinforced plastic pipe is applied. If a pipe made of a book is simply formed using existing general materials, the formed fiber-reinforced plastic pipe does not have desired characteristics. That is, a shaft rotating at a high speed, a shaft subjected to bending, or a shaft subjected to a large load in the axial direction requires a layer in which the fiber direction becomes 0 ° with respect to the axial direction as the pipe length increases. As a layer responsible for the strength of the fiber reinforced plastic pipe, the fiber direction is 0 with respect to the axial direction.
It is required to stack layers of different sizes. A fiber-reinforced plastic pipe formed by laminating a layer in which reinforcing fibers are oriented parallel to the pipe axis and a layer in which reinforcing fibers are oriented in a direction intersecting with each other in a bias direction with respect to the pipe axis is formed by: JP-A-63-254
No. 214 is known. [0009] Further, the fiber-reinforced plastic cylinder of the propeller shaft of the automobile is moved with respect to the axial direction of the cylinder.
± with respect to the first winding layer made of glass fiber or highly elastic organic fiber wound at an angle of 60 to 90 degrees and the axial direction of the cylindrical body.
Formed with the second winding layer containing carbon fiber wound at an angle of less than 60 degrees, and the first winding layer formed as the outermost layer,
This is known from Japanese Patent Publication No. 60-41246. [0010] In the above-mentioned fiber reinforced plastic pipe, of the layers forming the fiber reinforced plastic pipe, a layer whose fiber direction is 0 degrees with respect to the axial direction is a multilayer (about 5 layers or more). ), Cracks may occur due to the thermal expansion of the mandrel during heat curing, and according to the compression impact test on the laminated flat plate, the unidirectional sheet material is 45 ° / −45 ° or 90 ° / −90
In the case of a symmetrical arrangement of degrees, peeling is likely to occur between 45 ° and −45 ° layers or between 0 ° and 90 °, and peeling or cracking is likely to occur in a multilayered layer in one direction. That is, the angle between the fibers of the overlapping layers is 0.
At a temperature of 90 degrees or 90 degrees, delamination or crack propagation is likely to occur in response to an external impact. In addition, there is a test result that the woven layer easily absorbs an external impact. In addition, it is difficult to perform a bias winding around a long mandrel, so that it cannot satisfy strict performance requirements. In the case where the fiber reinforced plastic pipe is molded, unless the fiber direction is not more than ± 15 degrees with respect to the axial direction, the cylindrical winding force of the fiber is not maintained, and the fiber comes off the mandrel and sags. I will. The present invention has been made in view of the above points, and comprises a fiber-reinforced plastic pipe that causes cracks in each layer and that is not easily peeled between layers due to an external impact.
An object of the present invention is to provide a load transmission shaft made of fiber reinforced plastic having a light and rigid structure. A fiber-reinforced plastic load transmission shaft according to the present invention comprises a fiber-reinforced plastic pipe formed of three layers, an inner layer, an intermediate layer, and an outer layer, and fixed to an end of the pipe. The inner layer of the pipe has carbon or glass or aramid fiber oriented at an angle of ± 45.
And a second layer in which carbon fibers are laminated at an orientation angle of ± 75 degrees to ± 90 degrees, and the intermediate layer of the pipe has carbon fibers having an orientation angle of ± 15 degrees to ± 45 degrees.
A plurality of layers each composed of a third layer laminated at a degree and a fourth layer laminated two layers of carbon fibers at an orientation angle of 0 degree outside the third layer, and a third layer laminated outside these layers. The outer layer of the pipe is formed of a fifth layer obtained by stacking glass fibers or aramid fibers so that the warp yarns have an orientation angle of 0 degree or 90 degrees and a sixth layer obtained by stacking glass fibers at an orientation angle of ± 45 degrees. And a layer. According to the fiber-reinforced plastic load transmission shaft of the present invention, the inner layer of the fiber-reinforced plastic hollow pipe is laminated to resist external impact, torsion, expansion and contraction, and the intermediate layer is increased in strength and rigidity. In addition, the laminated layer is resistant to delamination against external shocks, and the outer layer is laminated to resist external impacts, improving shaft bending rigidity, torsional rigidity, and torsional strength, resulting in compression buckling and torsional buckling. Resistant to deformation, delamination and cracking due to expansion and contraction, resistant to external impact, and very light and solid. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a joint structure of a load transmitting shaft made of fiber reinforced plastic according to the present invention. This joint structure 1 is a joint member 3 having a truncated conical cylindrical portion 2.
And an insert ring 4 with a flange, which is provided on the frusto-conical cylindrical portion 2. The insert ring 4 is of a split type or a slit type, and a split type or a slit type insert ring is selected as necessary. The outer surface 4a of the insert ring 4 is set to a size corresponding to the inner surface 5a of the fiber reinforced plastic pipe 5 to be fitted. The outer surface 2a of the truncated conical cylindrical portion 2 of the joint member 3 is a tapered surface having an angle of 45 degrees or less, and the inner surface 4b of the insert ring 4 fitted to the truncated conical cylindrical portion 2 is formed as described above. The tapered surface corresponds to the tapered surface 2a of the truncated conical cylindrical portion 2. A bolt is screwed into a screw hole 7 provided in the base 6 of the joint member 3. On the other hand, the inner surface 4b of the insert ring 4
As shown in FIG. 2, a glass fiber filament 8 is wound around the outer surface 4a at intervals in the circumferential direction. The thickness of the glass fiber filament 8 is selected so as to secure a predetermined thickness of the adhesive layer applied to the inner surface and the outer surface of the insert ring 4. That is, the adhesive layer thus formed secures a predetermined thickness after the adhesive is cured. In order to manufacture the load transmission shaft made of fiber reinforced plastic, first, the inner surface 5a of the fiber reinforced plastic pipe 5, the inner surface 4b and the outer surface 4a of the insert ring 4, and the frusto-conical cylinder of the joint member 3 are formed. Outer surface 2a of part 2
Is applied so as to form a layer as uniform as possible. Next, the insert ring 4 around which the glass fiber filaments 8 are wound at intervals in the circumferential direction is inserted into both ends of the fiber reinforced plastic pipe 5 until the flange abuts on the end face of the fiber reinforced plastic pipe 5. Insert. Inner surface 5a of fiber reinforced plastic pipe 5
The adhesive layer located at the joint surface between the press ring 4 and the outer surface 4 a secures a predetermined thickness by the thickness of the glass fiber filament 8 provided on the outer surface 4 a of the insert ring 4. When the insertion of the insert ring 4 into the fiber reinforced plastic pipe 5 is completed, the truncated conical cylindrical portion 2 of the joint member 3 from which the bolt has been removed from the screw hole 7 is inserted into the inner surface 4b of the insert ring 4. To wear. Since the outer surface of the truncated conical cylindrical portion 2 of the joint member 3 and the inner surface 4b of the insert ring 4 have corresponding tapered surfaces, the fitting of the joint member 3 to the insert ring 4 is in a press-fit state, and The diameter of the insert ring 4 is expanded by the truncated conical cylindrical portion 3 and a sufficient bonding pressure is maintained by pressing the fiber reinforced plastic pipe 5 outward in the radial direction. The adhesive layer located at the joint surface between the outer surface 2a of the joint member 3 and the inner surface 4b of the insert ring 4 secures a predetermined thickness by the thickness of the glass fiber filament 8 provided on the inner surface 4a of the insert ring 4. Further, since the air release screw hole 7 is provided in the base 6 of the joint member 3, when the joint structure 1 is fitted to both ends of the fiber reinforced plastic pipe 5,
The internal space of the fiber reinforced plastic pipe 5 is in a pressurized state, and the yoke does not move backward and deviate from a predetermined position. After the fitting of the joint structure 1 to the fiber reinforced plastic pipe 5 is completed, as shown in FIG. 3, a bolt is screwed into the screw hole 7 of one joint member 3 and the other joint member 3 is screwed. Tank 1 storing foaming agent 9 through screw hole 7
The pipe 11 extending from 0 is extended to an intermediate position in the longitudinal direction of the internal space of the fiber reinforced plastic pipe 5, and the foaming agent 9 is injected into the fiber reinforced plastic pipe 5. FIG. 4 shows a fiber-reinforced plastic load transmission shaft in which the foaming agent 9 is filled in the fiber-reinforced plastic pipe 5 in this manner. According to the fiber reinforced plastic load transmission shaft, the resonance phenomenon of the fiber reinforced plastic pipe 5 can be suppressed. FIG. 5 shows a modification of the present invention. In this modification, the joint structure fitted to the fiber reinforced plastic pipe 5 has a joint member 3 a having a flange and an insert ring 4. Have been. FIG. 6 is a view showing a laminated structure of the fiber reinforced plastic pipe 20 of the fiber reinforced plastic load transmitting shaft according to the present invention. The fiber reinforced plastic pipe 20 has an inner layer 21, an intermediate layer 22, and an outer layer 23. Of three layers. The inner layer 21 of the fiber reinforced plastic pipe 20 is formed of a fiber having high rigidity and high strength such as carbon fiber, glass fiber or highly elastic organic fiber, or a fiber having excellent shock absorption by a tape winding method ( T
W) or a layer L laminated on the outer surface of the mandrel 24 at an angle (orientation angle) of ± 45 degrees between the pipe axis direction and the fiber direction by the filament winding method (FW).
1 and a carbon fiber by a tape winding method (TW) or a filament winding method (FW)
An orientation angle ± 75 with respect to the axial direction on the outer surface of the mandrel 24
And a layer L2 laminated at an angle of ± 90 degrees.
Constructs a protective layer that is resistant to expansion and contraction, torsion, and external impact. Layer L of inner layer 21 constituting the protective layer
The order of 1 and layer L2 may be reversed. The intermediate layer 22 of the fiber reinforced plastic pipe 20 is made of a fiber having a high elastic modulus and a high strength, such as carbon fiber, having an orientation angle of ± 15 degrees or less by a tape winding method (TW) or a filament winding method (FW). A layer L3 laminated at ± 45 degrees and a sheet material in which fibers are aligned in one direction are formed by a sheet winding method (S
The layers (L4, L5) laminated at an orientation angle of 0 degree by W) are alternately laminated a plurality of times until the required thickness is obtained, thereby forming a layer that secures desired strength and rigidity. In this embodiment, the intermediate layer 22 is a layer L laminated at an orientation angle of ± 15 degrees.
3, layers (L4, L5) laminated at an orientation angle of 0 degree, orientation angle ±
A layer L6 laminated at 15 degrees and a layer laminated at an orientation angle of 0 degrees (L
7, L8), and a layer L9 laminated at an orientation angle of ± 15 degrees. The outer layer 23 of the fiber reinforced plastic pipe 20 is formed by arranging a warp yarn made of a fabric woven with a fiber yarn having excellent shock absorbing properties such as glass fiber or highly elastic organic fiber at an orientation angle of 0 ° or 90 °. Layer L10 laminated on
And a layer L11 in which such fibers are laminated at an orientation angle of ± 45 degrees or a sheet material in which fibers are aligned in one direction is laminated at an orientation angle of ± 45 degrees by a sheet winding method (SW). Constitutes a protective layer against the impact of the above. The arrangement of the layer L10 and the layer L11 in the outer layer 23 may be reversed. For the layer in which the fiber orientation angle is 45 degrees in the inner layer 21 and the intermediate layer 22, this layer is replaced with cloth. May be. An example of a manufacturing procedure of the fiber reinforced plastic pipe 20 when the fiber reinforced plastic load transmission shaft is applied to a propeller shaft of an automobile will be described with reference to Table 1 and FIGS. First, a mandrel 24 is prepared, and a carbon fiber tape material 25 is placed on the mandrel 24 by a tape winding method (TW) shown in FIG. The layer L1 is formed by winding at an angle of ± 45 degrees to form a layer L1.
1 and the carbon fiber tape 25 in the same manner by the tape winding method (TW).
The layer L2 is formed by winding the fiber so that the fiber direction of the
Form one. Then, a carbon fiber tape material 25 is wound on the inner layer 21 at an angle of ± 15 degrees with respect to the pipe axis direction by a tape winding method (TW) to form a layer L3. One-way sheet material 26
Is wound at an orientation angle of 0 degree by a sheet winding method (SW) shown in FIG. 8 to form a layer L4 and a layer L5, which are alternately performed several times (L6, L7, L8, L9) to thereby form the intermediate layer 22. To form Next, an aramid fiber cloth material 27 is formed on the intermediate layer 22 by a sheet winding method (SW) shown in FIG.
10 and a glass fiber tape 2 is formed on the layer L10.
8, the outer layer 23 is formed by forming a winding layer L11 at an orientation angle of ± 45 degrees by a tape winding method (TW) shown in FIG. [Table 1] In order to make the appearance of the molded fiber-reinforced plastic pipe 20 smooth, a glass fiber tape is further laid on the outer layer 23 by tape winding method.
This is performed by forming a layer laminated in one direction at a temperature of from 85 ° to 85 ° and cutting the layer using a lathe or the like. FIG. 11 shows a modification of the present invention. In this modification, a keyway 10 is inserted into an insert yoke 101 and an insert ring 102 constituting a joint structure 100.
1a and 102a, and the insert ring 1
02 is a divided type formed from a plurality of members, a cut 104 corresponding to this keyway is formed in a fiber-reinforced plastic hollow pipe 103, and the joint structure 100 and the fiber-reinforced plastic pipe 103 are mechanically connected by a key 105. Connected. As described above, according to the present invention, a fiber reinforced plastic pipe is formed by three layers of an inner layer, an intermediate layer, and an outer layer, and the inner layer is twisted, expanded and contracted, and receives an external impact. The middle layer has a high-strength and high-rigidity structure as a hybrid laminate of tape and sheet, and the outer layer is laminated with fibers that have a strong fiber orientation against shock and excellent shock absorption, so cracks in each layer Light and firm structure with no delamination between layers.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による繊維強化プラスチック製荷重伝達
軸の継手構造を示す図。
【図2】継手構造のインサートリングを示す図。
【図3】本発明による繊維強化プラスチック製荷重伝達
軸への発泡剤の充填方法を示す図。
【図4】発泡剤を充填した繊維強化プラスチック製荷重
伝達軸を示す図。
【図5】本発明による繊維強化プラスチック製荷重伝達
軸の変形例を示す図。
【図6】本発明による繊維強化プラスチック製荷重伝達
軸の繊維強化プラスチック製パイプの構成を示す図。
【図7】テープ材のテープワインディング法による巻き
付け方法を示す図。
【図8】一方向シート材のシートワインディング法によ
る巻き付け方法を示す図。
【図9】繊維クロス材のシートワインディング法による
巻き付け方法を示す図。
【図10】繊維テープのテープワインディング法による
巻き付け方法を示す図。
【図11】本発明による繊維強化プラスチック製荷重伝
達軸の継手構造の変形例を示す図。
【符号の説明】
1 継手構造
3 継手部材
4 インサートリング
5 パイプ
8 繊維
9 発泡剤
20 パイプ
21 内層
22 中間層
23 外層
24 マンドレル
25 一方向テープ材
26 一方向シート
27 繊維クロス材
28 繊維テープBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a joint structure of a load transmission shaft made of fiber reinforced plastic according to the present invention. FIG. 2 is a view showing an insert ring having a joint structure. FIG. 3 is a diagram showing a method for filling a fiber-reinforced plastic load transmitting shaft with a foaming agent according to the present invention. FIG. 4 is a view showing a load transmission shaft made of fiber reinforced plastic filled with a foaming agent. FIG. 5 is a view showing a modification of the load transmission shaft made of fiber reinforced plastic according to the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fiber reinforced plastic pipe of a fiber reinforced plastic load transmission shaft according to the present invention. FIG. 7 is a diagram showing a method of winding a tape material by a tape winding method. FIG. 8 is a diagram illustrating a method of winding a one-way sheet material by a sheet winding method. FIG. 9 is a diagram illustrating a method of winding a fiber cloth material by a sheet winding method. FIG. 10 is a diagram showing a winding method of a fiber tape by a tape winding method. FIG. 11 is a view showing a modification of the joint structure of the load transmission shaft made of fiber reinforced plastic according to the present invention. [Description of Signs] 1 Joint structure 3 Joint member 4 Insert ring 5 Pipe 8 Fiber 9 Foaming agent 20 Pipe 21 Inner layer 22 Intermediate layer 23 Outer layer 24 Mandrel 25 Unidirectional tape material 26 Unidirectional sheet 27 Fiber cloth material 28 Fiber tape
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16C 3/02 B60K 17/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F16C 3/02 B60K 17/22
Claims (1)
維強化プラスチック製パイプとこのパイプの端部に固定
された継手部材を有し、 パイプの内層は、カーボンまたはガラスまたはアラミド
繊維を配向角±45度に積層した第1層とカーボン繊維
を配向角±75度ないし±90度に積層した第2層とで
形成され、 パイプの中間層は、カーボン繊維が配向角±15度ない
し±45度で積層された第3層とその外側にカーボン繊
維が配向角0度で2層積層された第4層とで構成された
層を複数回積層し、これらの外に第3層を積層して形成
され、 パイプの外層は、ガラス繊維またはアラミド繊維の布地
をたて糸が配向角0度または配向角90度になるように
積層した第5層とガラス繊維を配向角±45度に積層し
た第6層とで形成されることを特徴とする繊維強化プラ
スチック製荷重伝達軸。(57) Claims: 1. A fiber reinforced plastic pipe formed of three layers of an inner layer, an intermediate layer, and an outer layer, and a joint member fixed to an end of the pipe. The inner layer is formed of a first layer in which carbon, glass, or aramid fibers are laminated at an orientation angle of ± 45 degrees and a second layer in which carbon fibers are laminated at an orientation angle of ± 75 degrees to ± 90 degrees. And a third layer in which carbon fibers are stacked at an orientation angle of ± 15 degrees to ± 45 degrees and a fourth layer in which two layers of carbon fibers are stacked at an orientation angle of 0 degrees outside the third layer are stacked a plurality of times. A third layer is formed by laminating a third layer on top of the fifth layer. The outer layer of the pipe is formed by laminating a glass fiber or aramid fiber cloth so that the warp yarn has an orientation angle of 0 degree or 90 degree. Sixth layer in which glass fibers are laminated at an orientation angle of ± 45 degrees Fiber-reinforced plastic load transmitting shaft, characterized in that in the formation.
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