专利名称：Frp制驱动轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于例如车辆的传动轴(驱动轴)的FRP制驱动轴。
背景技术：
由于FRP制驱动轴为在FRP (Fiber Reinforced Plastics 纤维强化塑料)圆筒的两端部结合金属制的端部接头而成的，因此具有轻量的优点。但是，如何提高FRP圆筒与端部接头的结合强度成为一个技术课题，先前以来提出了各种的方案(专利文献1至3)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本实开平1-91118公报专利文献2 日本实开平6-32726公报专利文献3 日本特开2004-308700号公报
发明内容
(发明要解决的问题)专利文献1以将FRP圆筒和端部接头通过在径向上贯通两者间的固定构件而结合的构造作为前提，提出了 FRP圆筒侧的新的纤维构造的方案。但是，利用径向的贯通构件进行结合的构造在贯通部分产生应力集中，FRP圆筒或者贯通构件仍然容易产生破损。专利文献2提出了将端部接头由插入固定于FRP圆筒的金属轭(3—夕)、以及套于FRP圆筒的外周并焊接固定于该金属轭的外轴环构成的方案。但是，当将金属轭和外轴环进行焊接时，FRP圆筒由于热量而损坏的可能性较高，得到如该文献中记载的机械强度是非常困难。专利文献3提出了使中间圆筒构件介于FRP圆筒与端部接头之间，使该中间圆筒构件的外周面与FRP圆筒锯齿结合，并使内周面与端部接头花键结合的构造的方案。但是， 在转矩从端部接头传递到FRP圆筒时，FRP圆筒自身破损的可能性较高。特别在FRP圆筒由多个FRP层(通过将使碳纤维浸渍在热固性树脂片中而形成的多个预浸料卷成筒状并热硬化而形成)构成的情况下，产生层间的剥离现象，存在导致破损的可能性。本发明基于以上的问题的认识，目的在于得到能够提高FRP圆筒与端部的金属制接头的结合强度并得到高传递转矩的FRP制驱动轴。(解决技术问题的技术方案)本发明人得出如下结论而得到本发明，S卩，FRP制驱动轴中的FRP圆筒的破损的原因是，当转矩在插入于FRP圆筒的两端部的端部接头与该FRP圆筒之间传递时，在FRP圆筒上，通过插入该圆筒内的端部接头而在其内周面施加较大的力，与此相对，由于在外周面上通过FRP圆筒的厚壁只不过间接地施加力，因此在内外周产生较大的应力差，进而产生层间的剥离现象。本发明的FRP制驱动轴在FRP圆筒的两端部将金属制的端部接头结合而形成，该FRP制驱动轴的特征在于，由具有压入FRP圆筒内的锯齿部的压入接头、以及固定于FRP圆筒的外周的圆筒状外轴环构成端部接头，分别形成与该压入接头和圆筒状外轴环相互卡合而传递旋转的非圆形卡合部。非圆形卡合部，具体来说，当考虑加工性时，可以由椭圆状孔和椭圆状截面轴部 (具有一对平行平面部的孔部和轴部)构成。在具体的一方式中，作为压入接头，使用锯齿部的直径为最大直径的棒状压入接头，在圆筒状外轴环上，设置有固定于FRP圆筒的外周面的筒状部、以及位于该筒状部的端部的端面部。并且，在该端面部上形成有收容在FRP圆筒的外径内的大小的非圆形卡合孔， 在压入接头上，形成有卡合于该非圆形卡合孔的非圆形截面轴部。在该方式中，能够在将压入接头的锯齿部压入FRP圆筒内之后，将圆筒状外轴环套于FRP圆筒的外周面并固定，同时能够将圆筒状外轴环的非圆形截面孔套于压入接头的非圆形截面轴部。在压入接头上设置有连接于锯齿部并且比该锯齿部大的大直径的凸缘部的方式中，在圆筒状外轴环上设置有比FRP圆筒大的大直径的端面部，在该端面部上，形成有从 FRP圆筒的外径露出的大小的非圆形卡合孔。另一方面，在压入接头上，在锯齿部与大直径凸缘部之间形成有卡合于该非圆形卡合孔的非圆形截面轴部。在该方式中，能够在将圆筒状外轴环套于FRP圆筒的外周面并固定之后，将压入接头的锯齿部压入FRP圆筒内，同时将圆筒状外轴环的非圆形卡合孔套于非圆形截面轴部。具有锯齿部和大直径凸缘部的压入接头既能够由一个构件构成，也能够由后结合的大直径凸缘构件和锯齿轴构件这两个构件构成。从强度的观点来看，优选的是，位于FRP圆筒的外侧的圆筒状外轴环的筒状部的轴向长度与位于FRP圆筒的内侧的锯齿部的有效锯齿长度大致相同，或者比其长。在后者的情况下，当进一步利用径向的贯通铆钉(固定铆钉)将圆筒状外轴环的筒状部中在内侧不存在锯齿部的部分与FRP圆筒结合时，能够提高FRP圆筒与圆筒状外轴环的结合强度。外轴环除了由全圆筒状构件构成以外，可以由截面半圆筒状的2个分割外轴环、 以及将该2个分割外轴环结合的结合构件构成。根据该构成，由于不需要将圆筒状外轴环的内周面从轴向通过压入接头，因此组装容易。优选的是，在FRP圆筒的两端部外周上，为了提高对于锯齿部的压入的耐久性以及强度，将含有周向的纤维成分的增强FRP层形成圆筒状。本发明的FRP制驱动轴中，FRP圆筒的构成不论是树脂(例如，热塑性树脂)、是纤维都能够适用，特别是在适用于由多个CFRP层(通过将使碳强化纤维浸渍在热固性树脂片中而形成的多个预浸料卷成筒状并热硬化而形成)构成的CFRP圆筒时，能够防止CFRP层的层间剥离，得到高强度的FRP制驱动轴。(发明的效果)本发明的FRP制驱动轴由具有压入FRP圆筒内的锯齿部的压入接头、以及固定于 FRP圆筒的外周的圆筒状外轴环构成端部接头，并且分别形成与该压入接头和圆筒状外轴环相互卡合而传递旋转的非圆形卡合部，因此当在端部接头与FRP圆筒之间传递转矩时， 在FRP圆筒的内外同时施加转矩。因此，由施加于FRP圆筒的内外的负载差(转矩差)而引起的破损难以产生。特别是在FRP圆筒由将多个预浸料卷成筒状并热硬化的多个FRP层构成的情况下，由于没有在多个FRP层上施加较大的剥离负载，因此能够防止剥离破损。
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的FRP制驱动轴的拆卸状态的立体图。图2是相同部分剖视图。图3是示出本发明的实施方式1所涉及的FRP制驱动轴的组装状态的立体图。图4是相同部分剖视图。图5是沿着示出压入接头和圆筒状外轴环的非圆形卡合部的图4的V-V线的剖视图。图6是圆筒状外轴环的变形例的部分剖视图，㈧是示出拆卸状态的视图，⑶是示出组装状态的视图。图7是示出本发明的实施方式2所涉及的FRP制驱动轴的FRP圆筒和端部接头的结合部的部分剖视图。图8是沿着示出压入接头和圆筒状外轴环的非圆形卡合部的图7的VIII-VIII线的剖视图。图9是示出图6的第1变形例的部分剖视图。图10是示出图6的第2变形例的部分剖视图。图11是示出图6的第3变形例的部分剖视图。符号说明100 FRP制驱动轴10 FRP 圆筒11 圆筒内周面12 圆筒外周面13 增强 FRP 层20端部接头30 压入接头31锯齿部32非圆形截面轴部(椭圆状截面轴部)33旋转传递部(连接锯齿部)40 圆筒状外轴环41筒状部42 端面部43非圆形卡合孔(椭圆状孔)44、45 分割外轴环46,47环状构件(结合构件)45a、45b、46a、46b 端部小直径部200 FRP制驱动轴20，端部接头50 压入接头51锯齿部
52大直径凸缘部53非圆形截面轴部(椭圆状截面轴部)60圆筒状外轴环61筒状部61，锥形状圆筒部62端面部63非圆形卡合孔(椭圆状孔)70贯通铆钉(固定铆钉)。
具体实施例方式(实施方式1)图1至图5示出本发明的实施方式1所涉及的FRP制驱动轴100的构成。FRP制驱动轴100在FRP圆筒10的两端部将金属制的端部接头20结合而形成。在本实施方式中， 2个端部接头20具有相同的构成，因此附加相同的符号并进行说明。FRP 圆筒 10 由多个CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics 碳纤维强化塑料) 层构成，其中CFRP层是将使碳强化纤维浸渍在热固性树脂片中而形成的多个预浸料卷成筒状并热硬化。端部接头20具有压入接头30，具有压入到FRP圆筒10的内周面11内的锯齿部 31 ；以及圆筒状外轴环40，粘接固定于FRP圆筒10的外周面12。在FRP圆筒10的两端部上，为了提高对于锯齿部31的压入的耐久性以及强度，含有周向的纤维成分的增强FRP层 13形成圆筒状。压入接头30由锯齿部31的直径为最大直径的棒状压入接头形成，连接于锯齿部 31形成有非圆形截面轴部(椭圆状截面轴部)32，在与锯齿部31的相反侧的端部上形成有旋转传递部(连接锯齿部)33。圆筒状外轴环40具有粘接固定于FRP圆筒10的外周面12的筒状部41、以及位于该筒状部41的端部的端面部42，在该端面部42上形成有收容在FRP圆筒10的外径内的大小的非圆形卡合孔(椭圆状孔)43。如图5所示，压入接头30的非圆形截面轴部32和圆筒状外轴环40的非圆形卡合孔43构成相互卡合而传递旋转的非圆形卡合部。以上构成的FRP制驱动轴100通过在将压入接头30的锯齿部31压入于FRP圆筒 10的内周面11之后，将圆筒状外轴环40套于FRP圆筒10的外周面12并粘接固定，同时将圆筒状外轴环40的非圆形卡合孔43套于压入接头30的非圆形截面轴部32，从而被组装 (图1至图4)。在图4中示出的轴组装状态下，位于FRP圆筒10的外侧的圆筒状外轴环40 的筒状部41的轴向长度D与位于FRP圆筒10的内侧的锯齿部31的有效锯齿长度d大致相等。有效锯齿长度是指锯齿部31中除去前端锥形部的与FRP圆筒10的内周面11啮合的部分的轴向长度。在将本FRP制驱动轴100作为车辆的传动轴使用的方式中，当压入接头30的两端部的旋转传递部33分别连接于发动机旋转部和差动齿轮(未图示)并且在FRP制驱动轴 100上施加旋转转矩时，在端部接头20与FRP圆筒10之间传递旋转转矩。
在本实施方式中，由于压入接头30的锯齿部31被压入于FRP圆筒10的内周面 11，圆筒状外轴环40被粘接固定于FRP圆筒10的外周面12，并且压入接头30的非圆形截面轴部32和圆筒状外轴环40的非圆形卡合孔43构成相互卡合而传递旋转的非圆形卡合部，因此能够提高FRP圆筒10与端部接头20的结合强度，能够得到高传递转矩。并且，由于在FRP圆筒10的内外同时施加旋转转矩，因此由施加于FRP圆筒10的内外的负载差(转矩差)而引起的破损难以产生。特别是在FRP圆筒10由将多个预浸料卷成筒状并热硬化的多个FRP层构成的情况下，由于没有在多个FRP层上施加较大的剥离负载，因此能够防止剥离破损。图6示出由截面半圆筒状的2个分割外轴环44、45、以及将该2个分割外轴环44、 45结合的环状构件(结合构件)46、47构成圆筒状外轴环40的变形例。即，在将压入接头 30的锯齿部31压入FRP圆筒10的内周面11之后，在FRP圆筒10的外周面12上，以将分割外轴环44、45从径向包进去的方式对上，将预先套于FRP圆筒10的外周的环状构件(结合构件)46、47分别嵌合于分割外轴环44的端部小直径部44a、44b和分割外轴环45的端部小直径部45a、^b上。分割外轴环44、45也可以进一步进行粘接或者焊接。如上所述， 分割外轴环44、45和环状构件46、47组装而完成圆筒状外轴环40。根据该构成，由于不需要将圆筒状外轴环40的内周面从轴向通过压入接头30，因此组装容易。(实施方式2)图7是示出本发明的实施方式2所涉及的FRP制驱动轴200的FRP圆筒10和端部接头20’的结合部的剖视图。对与实施方式1相同的构成部件附加相同的符号，并省略其说明。本实施方式的压入接头50，具有被压入FRP圆筒10的内周面11内的锯齿部51、以及连接于该锯齿部51并且比该锯齿部51大的大直径凸缘部52。并且，在压入接头50上， 介于锯齿部51与大直径凸缘部52之间形成有非圆形截面轴部(椭圆状截面轴部)53。如图7所示，压入接头50由具有锯齿部51的锯齿轴构件、以及具有结合于该锯齿轴构件的大直径凸缘部52的大直径凸缘构件这两个构件构成。并且，压入接头50也可以由一体具有锯齿部51和大直径凸缘部52的一个构件构成。圆筒状外轴环60具有固定于FRP圆筒10的外周面12的筒状部61、以及位于该筒状部61的端部的端面部62，在该端面部62上形成有非圆形卡合孔(椭圆状孔)63。端面部62形成比FRP圆筒10大的大直径，非圆形卡合孔63形成从FRP圆筒10的外径露出的大小。 因此，如图8所示，在压入接头50上设置比锯齿部51大的直径的大直径凸缘部52 的本实施方式中，也能够将压入接头50的非圆形截面轴部53和圆筒状外轴环60的非圆形卡合孔63构成相互卡合而传递旋转的非圆形卡合部。 以上构成的FRP制驱动轴200通过在将圆筒状外轴环60套于FRP圆筒10的外周面12并粘接固定之后，将压入接头50的锯齿部51压入FRP圆筒10的内周面11，同时将压入接头50的非圆形截面轴部53套于圆筒状外轴环的非圆形卡合孔63，从而被组装。在图 7中示出的轴组装状态下，位于FRP圆筒10的外侧的圆筒状外轴环60的筒状部61的轴向长度D与位于FRP圆筒10的内侧的锯齿部51的有效锯齿长度d大致相等。在将本FRP制驱动轴200作为车辆的传动轴使用的方式中，两端部的大直径凸缘部52分别连接于发动机旋转部和差动齿轮。如图9所示，也可以使位于FRP圆筒10的外侧的圆筒状外轴环60的筒状部61的轴向长度D比位于FRP圆筒10的内侧的锯齿部51的有效锯齿长度d长。在该方式中，如图10所示，在内侧不存在锯齿部51的部分中，通过利用径向的贯通铆钉(固定铆钉)70将圆筒状外轴环60的筒状部61与FRP圆筒10结合而得到高强度。此外，如图11所示，也可以将圆筒状外轴环60的筒状部形成朝向端面62成为厚壁的锥形形状的筒状部61’(圆锥状外轴环)。在以上的实施方式中，例示了压入接头和筒状外轴环的非圆形卡合部为椭圆形状(具有一对平行平面部的孔部和轴部)的情况并进行说明，但是只要能够传递旋转(转矩)，可以是多边形形状等所有的形状。在以上的实施方式中，作为利用预浸渍法制成FRP圆筒的多层圆筒，在多层圆筒的情况下得到防止层间剥离的效果。但是，本发明不论FRP圆筒的构成以及制法，都能够适用。例如，能够适用利用纤维缠绕(7 ^，> >卜7 ^ > Π >义)法等制造的所有构成的FRP圆筒。(产业上的可利用性)本发明的FRP制驱动轴能够广泛用于例如车辆的传动轴(驱动轴)等各种产业领域。
权利要求
1.一种FRP制驱动轴，在FRP圆筒的两端部将金属制的端部接头结合而形成，所述FRP 制驱动轴的特征在于，由具有压入FRP圆筒内的锯齿部的压入接头、以及固定于FRP圆筒的外周的圆筒状外轴环构成所述端部接头，分别形成与该压入接头和圆筒状外轴环相互卡合而传递旋转的非圆形卡合部。
2.根据权利要求1所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述非圆形卡合部由椭圆状孔和椭圆状截面轴部构成。
3.根据权利要求1或2所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述压入接头由锯齿部的直径为最大直径的棒状压入接头形成，圆筒状外轴环具有固定于FRP圆筒的外周面的筒状部、以及位于该筒状部的端部的端面部，在该端面部上形成有收容在FRP圆筒的外径内的大小的非圆形卡合孔，在所述压入接头上，形成有连接于锯齿部并卡合于所述圆筒状外轴环的非圆形卡合孔的非圆形截面轴部。
4.根据权利要求1或2所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述压入接头具有连接于锯齿部并且比该锯齿部大的大直径的凸缘部，圆筒状外轴环具有比FRP圆筒大的大直径的端面部，在该端面部上，形成有从FRP圆筒的外径露出的大小的非圆形卡合孔，在所述压入接头上，介于所述锯齿部与大直径凸缘部之间而形成有卡合于该非圆形卡合孔的非圆形截面轴部。
5.根据权利要求4所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述压入接头由一体具有锯齿部和大直径凸缘部的一个构件构成。
6.根据权利要求4所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述压入接头由具有锯齿部的锯齿轴构件、以及结合于该锯齿轴构件的大直径凸缘构件构成。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的FRP制驱动轴，其特征在于，位于所述FRP圆筒的外侧的所述圆筒状外轴环的筒状部的轴向长度与位于所述FRP圆筒的内侧的所述锯齿部的有效锯齿长度大致相同。
8.根据权利要求3至6中任一项所述的FRP制驱动轴，其特征在于，位于所述FRP圆筒的外侧的所述圆筒状外轴环的筒状部的轴向长度长于位于所述FRP 圆筒的内侧的所述锯齿部的有效锯齿长度。
9.根据权利要求8所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述圆筒状外轴环的筒状部中在内侧不存在锯齿部的部分，利用径向的贯通铆钉与所述FRP圆筒结合。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述圆筒状外轴环由截面半圆筒状的2个分割外轴环、以及将该2个分割外轴环结合的结合构件构成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的FRP制驱动轴，其特征在于，在所述FRP圆筒的两端部外周上，含有周向的纤维成分的增强FRP层形成圆筒状。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的FRP制驱动轴，其特征在于，所述FRP圆筒由多个CFRP层构成，其中所述CFRP层是将使碳强化纤维浸渍在热固性树脂片中而形成的多个预浸料卷成筒状并热硬化。
全文摘要
本发明提供一种能够提高FRP圆筒与端部的金属制接头的结合强度并得到高传递转矩的FRP制驱动轴。本发明的FRP制驱动轴在FRP圆筒的两端部将金属制的端部接头结合而形成，在所述FRP制驱动轴中，由具有压入FRP圆筒内的锯齿部的压入接头、以及固定于FRP圆筒的外周的圆筒状外轴环构成所述端部接头，分别形成与该压入接头和圆筒状外轴环相互卡合而传递旋转的非圆形卡合部。
文档编号F16D1/06GK102472310SQ20108003624
公开日2012年5月23日 申请日期2010年5月28日 优先权日2009年8月31日
发明者中村崇人, 木元尚纪 申请人:藤仓橡胶工业株式会社