JPS6382728A - 金属継手付き繊維強化樹脂管の製造方法 - Google Patents

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】 〔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ものが使われている
。

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が伝
達トルクによって節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っている。

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
っては、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
紙管など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１２を交互に嵌合するように
する。長いスペーサ１６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
のく図では３本の）金属継手付き繊維強化樹脂管ａＩ、
ａ８．ａ、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ィラメント状炭
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
時に一部キュアさせる〔一般にコ・キュア（ｃｏ−ｃｕ
ｒｅ）法と呼ばれている〕。次し）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ａｌ
＋”！＋２３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１２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って取り付け
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、−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っ
て生産性を低くするという欠点がある。また、スペーサ
１７の部分をカットするため繊維強化樹脂の一部が屑と
なって捨てられることになり、コストアップになる問題
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［！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、炭化カーバイ
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
ッ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
、連続したフィラメント（長繊維）状態、短くカットし
た短繊維状態のいずれであってもよいが、特に動力伝達
軸に使用する繊維強化樹脂管の場合は、連続フィラメン
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、このようなフィラメント状態
の繊維から繊維強化樹脂管を成形するには、周知のフィ
ラメントワインディング法によって成形するのがよい、
すなわち、フィ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、またはフィ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。このようにフィラメント状の繊
維がマンドレル上に巻き付けられることによって、綾目
状に交差して巻き付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は＼゛等しい径のものを使用し、そ
れによって繊維強化樹脂管の内径を金属継手の連結部外
径とはパ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
を行っ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、これによってマントルか
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、それによっ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パフ処理したり
、ブ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って行
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
を接着の前処理をし、接着剤を予め塗布する。このとき
の接着剤として彫、接着剤を単独で塗布してもよいが、
所謂キャ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、キャリヤ入りシート状接着剤は
、粗目の織物などのメツシュ状の布帛をキャリヤとし、
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れ出さないため均一
な接着厚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と繊維強
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
剤材きの金属継手を挿入し、その状態のまま上記加熱膨
張操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、それによって極めて強力な接着力が得られるよ
うになる。

上述したフィラメトワインドによって成形した繊維強化
樹脂管の場合、その周方向（したがって径方向に比例）
の加熱膨張の度合（熱膨張率）は、フィラメントの巻き
角θによっ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におけるフィラメン
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、フィ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〜ｌｌＸｌ０−
＃′／’Ｃ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、フィラメントの巻き角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１０ＸＩＯ
−’／℃に設定した場合、０く１θ１く３０６近傍であ
り、ガラス繊維／エポキシ樹脂の場合であれば、０く）
θ１く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く１θｌ＜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ッドの繊維強化樹脂
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パ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の内径とはパ同じ外径にした金
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ｌを加熱
処理によっ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
ｌ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って接着剤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２
ａ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の使用に当たっては、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
挿入りるとき、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、それによって繊維強化
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
分とで径が異なった段付き状の繊維強化樹脂管１であっ
てもよい。

〔実施例〕

炭素繊維フィラメントに未硬化のエポキシ樹脂を含浸さ
せながら、フィラメントワインディング法により外径４
６．２０ｍｍのマンドレルに巻き角±３０＠で、巻き厚
１４ブ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５
３ｍ＋＊、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２００１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パ
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
、キャ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４６．４Ｏｎ＋ｍであり、
長さは５０ｆｆｌＴ１であった。

次いで、上記繊維強化樹脂管を加熱オーブン中で２００
℃ＸＩＯ分の加熱処理を行って、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’ｃｘ５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−ｎ＋　（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
は全く起こっておらず、その疲労レベルは従来技術の項
で説明したコ・キュア法による接着に比べて遜色のない
ものであった。

〔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
えられて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、接着に当たっては、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、それよって極めて
強固な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、　Ｃ１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 (4)

【特許請求の範囲】
1. （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. （２）繊維強化樹脂管がフィ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. （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. （４）キャ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。