JPH0366146B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、車両の動力伝達軸等に利用される金
属継手付き繊維強化樹脂管の製造方法に関するも
のである。

〔従来技術〕

車両の軽量化のため、繊維強化樹脂製品を各部
品に応用することが試みられている。このうち、
動力伝達軸に利用する場合には、繊維強化樹脂を
管状に形成し、その管端に金属継手を連結した構
造にしたのが使われている。

このような動力伝達軸に使用する金属継手付き
繊維強化樹脂管では、その繊維強化樹脂管と金属
継手との間の伝達トルクによつて簡単に剥離する
ことがないように、強固に連結することが技術的
に重要な課題になつている。そのためこの金属継
手付き繊維強化樹脂管の製作にあたつては、繊維
強化樹脂管の管端に金属継手を挿入状態で接着す
るとき、繊維をき金属継手外周に固く巻き締める
ようにするのが有効であるとされている。

第６図は、このような金属継手付き繊維強化樹
脂管の従来の製造法を説明するもので、まずマン
ドレル１５上に紙管なからなる長いスペーサ１６
と短いスペーサ１７とを介在させて、金属継手１
２を交互に嵌合するようにする。長いスペーサ１
６は金属継手１２，１２の間隔の規制し、その金
属継手１２と面一の表面を形成するためのもので
あり、また短いスペーサ１７は後工程で複数本の
（図では３本の）金属継手付き繊維強化樹脂管a₁、
a₂、a₃に分離するときの切断代として介在させる
ものである。

このようにマンドレル１５上に連続状に組み付
けた金属継手１２とスペーサ１６，１７の外周面
に接着剤を塗布し、その上から未硬化樹脂を含浸
したフイラメント状炭素繊維等の強化用繊維を螺
旋状に繰り返し巻き付け、繊維強化樹脂管１１を
形成する。しかるのち、その繊維強化樹脂管１１
を加熱し、繊維強化樹脂管と接着剤とを同時に一
体キユアさせる〔一般にコ・キユア（co−cura）
法と呼ばれている〕。次いでスペーサ１７の部分
で切断し、複数本の金属継手付き繊維強化樹脂管
a₁、a₂、a₃に分離させるようにする。

また、上記金属継手１２にヨーク等のような連
結手段を取り付ける場合には、上述のようにスペ
ーサ１７の部分を取り除くとともに、金属継手１
２の端部を露出させ、その露出部分に上記連結手
段を溶接等によつて取り付けるようにしている。

しかし、上記従来の製造方法によると、繊維強
化樹脂管１１を加熱硬化するとき、金属継手１２
の部分とスペーサ１６，１７の部分とで熱伝導が
異なるため、一様に硬化させることができず、製
品の歩留まり不良が多くなつて生産性を低くする
という欠点がある。また、スペーサ１７の部分を
カツトするため繊維強化樹脂の一部が屑となつて
捨てられることになり、コストアツプになる問題
もあり、またスペーサ１６の方は、内部に残存し
たままになるので、軽量化の目的からも不利にな
らざるを得ない欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来技術の問題を解
消し、繊維強化樹脂管と金属継手との強固な接着
を可能にしながら、生産性を著しく向上すること
ができる金属継手付き繊維強化樹脂管の製造方法
を提供することにある。

〔発明の構成〕

上記目的を達成する本発明は、金属継手を端部
に連結した繊維強化樹脂管の製造方法において、
予め成形した繊維強化樹脂管を前記金属継手の連
結部の径よりも大きな径に加熱膨張させ、その膨
張した管端に前記金属継手を接着剤を介在させて
挿入し、次いで前記加熱膨張操作温度より低い温
度で前記接着剤を硬化させることを特徴とするも
のである。

本発明において、繊維強化樹脂管に使用する繊
維は、強化繊維として従来使用されるものであれ
ばいずれも使用可能であり、特に炭素繊維、ガラ
ス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化ガーバ
イド繊維等が挙げられる。これらの強化繊維は単
独で使用してもよく、あるいは他の繊維と組み合
わせたハイブリツドとして使用してもよい。ま
た、本発明の繊維強化樹脂管に使用する樹脂とし
ては熱硬化性樹脂が好ましく、エポキシ、不飽和
ポリエステル、ビニルエステルなどを挙げること
ができる。

また、本発明に使用される接着剤としては熱硬
化性樹脂系のものが好ましく、エポキシ系、不飽
和ポリエステル系、ビニルエステル系のものが好
ましい。

さて、本発明において繊維強化樹脂管を予め成
形するにあたり、その繊維強化樹脂中に混在させ
る繊維の形態は、連続したフイラメント（長繊
維）状態、短くカツトした短繊維状態のいずれで
あつてもよいが、特に動力伝達軸に使用する繊維
強化樹脂管の場合は、連続フイラメント状態のも
のを使用するのがよい。

特に動力伝達軸用として、このようなフイラメ
ント状態の繊維から繊維強化樹脂管を成形するに
は、周知のフイラメントワインデイング法によつ
て成形するのがよい。すなわち、フイラメント状
の強化繊維に未硬化の樹脂を含浸させながら、回
転するマンドレル上に所定の巻き角度で巻き付け
る方法、またはフイラメント状の強化繊維に未硬
化の樹脂を含浸させてプリプレグを作り、そのプ
リプレグをマンドレルを回転させながら、所定の
角度で巻き付ける方法である。このようにフイラ
メント状の繊維がマンドレル上に巻き付けられる
ことによつて、綾目状に交差して巻き付けられた
繊維強化樹脂管が得られる。

このとき使用するマンドレルには、後に接続す
る金属継手の連結部の外径とほゞ等しい径のもの
を使用し、それによつて繊維強化樹脂管の内径を
金属継手の連結外径とほゞ同じ大きさにすること
ができる。

上述のようにマンドレルに巻き付けられて成形
された繊維強化樹脂管は、そのままの状態で加熱
して樹脂の硬化を行つたのちマンドレルから脱型
するが、このときの樹脂の硬化は完全硬化させて
もよく、或いは不完全硬化の状態にしてもよい。
より好ましくは、後者の不完全硬化状態で脱型す
る方が望ましく、これによつてマンドルからの脱
型を容易にするばかりでなく、後に金属継手と接
着させるとき、その接着力の一層の強化を可能に
することができる。しかし、完全硬化、不完全硬
化のいずれにするにしても、単一のマンドレル上
で硬化処理するので、繊維強化樹脂管に対する熱
の伝わり方は全体に一様になり、それによつて歩
留まりのよい均質な繊維強化樹脂管を得ることが
できる。

上述のように成形された繊維強化樹脂管は、次
いで動力伝達軸等の用途に合わせて所定長に切断
し、複数個の繊維強化樹脂管に分離する。このよ
うに所定長に分離された繊維強化樹脂管は、接着
性向上のため、予め管端内面の接着面をバフ処理
したり、プライマー処理したりする前処理をする
ことが望ましい。この場合、樹脂が完全硬化され
た繊維強化樹脂管の場合は、接着性向上の前処理
をプラズマ処理によつて行うとよい。

一方、このような繊維強化樹脂管に対する前処
理とは別に、これに接続すべき金属継手の方も、
その連結部表面を接着と前処理をし、接着剤を予
め塗布する。このときの接着剤としては、接着剤
を単独で塗布してもよいが、所謂キヤリヤ入りシ
ート状接着剤の形態で使用すると好都合である。
すなわち、キヤリヤ入シート状接着剤は、粗目の
織物などメツシユ状の布帛をキヤリヤとし、それ
に接着剤を含浸させたもので、これを接着剤とし
て使用すれば、塗布操作を容易にして作業性を向
上するばかりでなく、硬化中にそれ自身が流され
ないため均一な接着圧さを確保することができ、
より強力な接着強度を可能にするからである。

本発明では、上述のように用意された金属継手
の繊維強化樹脂管とを連結するに当たり、その繊
維強化樹脂管を加熱膨張させ、少なくとも管端の
内径を、接着剤が被覆された状態の金属継手の連
結部外径よりも大きな状態にする。その拡径され
た繊維強化樹脂管の管端に上記接着剤付きの金属
継手を挿入し、その状態のまま上記加熱膨張温度
より低い温度で加熱を行い、接着剤の硬化、なら
びに不完全硬化状態の繊維強化樹脂管の場合に
は、その樹脂の硬化を行うのである。この接着剤
の加熱硬化処理において、繊維強化樹脂管は径方
向に収縮するため、金属継手の表面を締め付ける
作用が起こる。そのため接着剤は、その硬化中常
に締めをうけながら硬化することになり、それに
よつて極めて強力な接着力が得られるようにな
る。

上述したフイラメトワインドによつて成形した
繊維強化樹脂管の場合、その周方向（したがつて
径方向に比例）の加熱膨張の度合（熱膨張率）
は、フイラメントの巻き角θによつて異なること
が観察される。すなわち、第４図に示すように、
繊維強化樹脂管１におけるフイラメントＦの軸方
向に対する巻き角をθとすると、第５図のグラフ
に示すように、フイラメントが炭素繊維の場合に
は曲線Ｃのように変化し、ガラス繊維の場合には
曲線Ｇのように変化し、またアラミド繊維の場合
には曲線Ａのように変化することが実験の結果観
察された。

これに対し、スチールの熱膨張率は10〜11×
10^-6／℃であるので、金属継手がスチール製であ
る場合に、本発明による繊維強化樹脂管の加熱膨
張を行うには、フイラメントの巻き角θを、上記
スチールの熱膨張率よりも大きな熱膨張率になる
領域の巻き角を選ぶことが必要になる。すなわ
ち、炭素繊維／エポキシ樹脂の場合であれば、ス
チールの熱膨張率を下限値の10×10^-6／℃に設定
した場合、０＜｜θ｜＜30℃近傍であり、ガラス
繊維／エポキシ樹脂の場合であれば、０＜｜θ｜
＜35°近傍であり、またアラミド繊維／エポキシ
樹脂の場合であれば、０＜｜θ｜＜41°近傍であ
る。このような巻き角θと熱膨張率との関係は、
２種類以上の強化繊維を組み合わせたハイブリツ
ドの繊維強化樹脂管の場合にも、上記と同様にし
て必要な巻き角を見つけだすことができる。

図は、本発明の製造方法の具体的な一例を示し
た説明図である。

第１図Ａ，Ｂの例では、第１図Ａに示すように
予め成形され、かつ所定長さに切断された繊維強
化樹脂管１が用意される。この繊維強化樹脂管１
の管端内面は、接着性向上の前処理としてバフ処
理あるいはプラズマ処理が施される。一方、繊維
強化樹脂管１の内径とほゞ同じ外径にした金属継
手２を別途製作し、その表面に接着剤３を塗布す
る。

このような前準備ののち、上記繊維強化樹脂管
１を加熱処理によつて管端を径方向に膨張させ、
この拡径された管端に上記金属継手２を挿入し、
次いでそのまま前記加熱膨張操作温度より低い温
度で加熱して、接着剤３（および不完全硬化の繊
維強化樹脂管の場合は、その樹脂）の硬化を行
う。

この接着剤３の加熱硬化処理において、繊維強
化樹脂管１は径方向に収縮するため、繊維強化樹
脂管１が金属継手２を締めつけ、その締めつけ作
用によつて接着剤３は強力な接合力を発揮するよ
うになる。

この第１図Ａ，Ｂの場合は、金属継手２が端部
開放型の形状であるが、第２図Ａ，Ｂに示す例の
ようにヨーク２ａを一体形成した端部閉鎖型の金
属継手２を使用しても同様に本発明を実施するこ
とができる。ただし、この端部閉鎖型の金属継手
２の使用に当たつては、その端部に空気抜き孔４
を設けておくことが必要である。

また、この端部閉鎖型金属継手２の場合、第３
図Ａ，Ｂ，Ｃに示すように鍔状の突起５を設けた
ものを使用するとよい。この突起５を設けたこと
により、金属継手２を挿入するとき、その突起５
と繊維強化樹脂管１の端面とが当接するまで差し
込めばよく、それによつて繊維強化樹脂管１に対
する位置が正確に設定され、寸法精度の極めて高
い製品を得ることができる。

また、繊維強化樹脂管は、第１図Ａ，Ｂ等のよ
うに必ずしも長手方向全体に同一径である必要は
なく、第４図Ａ，Ｂのように金属継手を接着する
部分と、それ以外の部分とで径が異なつた段付き
状の繊維強化樹脂管１であつてもよい。

〔実施例〕

炭素繊維フイラメントに未硬化のエポキシ樹脂
を含浸させながら、フイラメントワインデイング
法により外径46.20mmのマンドレルに巻き角±30°
で、巻き厚１４プライを巻きつけたのち、これを
120℃×40分の加熱硬化処理を行い、樹脂が不完
全硬化状態の外径53mm、内径46.20mmの繊維強化
樹脂管を得た。この繊維強化樹脂管を長さ200mm
の長さに切断分離し、第１図Ａ，Ｂに示すような
ストレートな繊維強化樹脂管を得たのち、その１
本について両端内面の接着面をバフ処理、プライ
マー処理を施した。

一方、別途製作した第１図Ａ，Ｂに示すような
金属継手の接着面にブラスト処理、プライマー処
理を施したのち、キヤリヤ入りシート状のエポキ
シ系接着剤を貼りつけた。この接着剤込みの外径
は46.40mmであり、長さは50mmであつた。

次いで、上記繊維強化樹脂管を加熱オーブン中
で200℃×10分の加熱処理を行つて、径方向に膨
張させ、その両管端にそれぞれ上記金属継手を挿
入した。金属継手を挿入後、160℃×５時間の加
熱硬化条件で処理し、接着剤と不完全硬化状態の
繊維強化樹脂管の樹脂を硬化させたのち、加熱オ
ーブンから取り出し、室温になるまで徐冷させて
最終の金属継手付き繊維強化樹脂管を製品として
得た。

上記金属継手付き繊維強化樹脂管を動力伝達軸
として、±100Kg−ｍ（両振り）のトルクを負荷し
た条件下に100万回の捩り疲労を与えたが、接着
面の剥離は全く起こつておらず、その疲労レベル
は従来技術の項で説明したコ・キユア法による接
着に比べて遜色のないものであつた。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明の製造方法は、予め繊
維強化樹脂管を成形しておき、それを別途製作し
た金属継手に連結する方法をとるので、従来のよ
うに繊維強化樹脂管の一部を切断除去するような
無駄を発生することがなく、また加熱硬化時に繊
維強化樹脂管に不均一な熱伝導が与えられた品質
むらを発生することがないため、生産性を著しく
向上することができる。

しかも、接着に当たつては、径を加熱膨張させ
た繊維強化樹脂管に接着剤を介して金属継手を挿
入し、その状態で加熱膨張操作温度より低い温度
で接着剤を硬化させるので、接着剤が繊維強化樹
脂管の収縮による締めつけ圧力を受けながら硬化
することになり、それによつて極めて強固の接着
力が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明による製造方法を示す説
明図、第２図Ａ，Ｂ、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ、第４図
Ａ，Ｂはそれぞれ他の実施例による方法を示す説
明図、第５図は繊維強化樹脂管における繊維の巻
き角θを説明する説明図、第６図は繊維強化樹脂
管の熱膨張率と巻き角θとの関係を示すグラフ
図、第７図は従来の製造方法を示す説明図であ
る。 １……繊維強化樹脂管、２……金属継手、３…
…接着剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属継手を端部に連結した繊維強化樹脂管の
   製造方法において、予め成形した繊維強化樹脂管
   を前記金属継手の連結部の径よりも大きな径に加
   熱膨張させ、その膨張した管端に前記金属継手を
   接着剤を介在させて挿入し、次いで前記加熱膨張
   操作温度より低い温度で前記接着剤を硬化させる
   ことを特徴とする金属継手付き繊維強化樹脂管の
   製造方法。 ２ 繊維強化樹脂管がフイラメントワインドによ
   り成形されている特許請求の範囲第１項記載の金
   属継手付き繊維強化樹脂管の製造方法。 ３ 樹脂が不完全硬化状態の繊維強化樹脂管を成
   形し、この繊維強化樹脂管を加熱膨張させる特許
   請求の範囲第１項記載の金属継手付き繊維強化樹
   脂管の製造方法。 ４ キヤリヤ入りシート状の接着剤を金属継手側
   に予め被覆し、この金属継手を繊維強化樹脂管の
   管端に挿入する特許請求の範囲第１項記載の金属
   継手付き繊維強化樹脂管の製造方法。