プロペラシャフト
【課題】
本発明は、耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明のプロペラシャフトは、本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するプロペラシャフトにおいて、前記本体筒が、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチックからなり、かつ、該繊維強化プラスチックの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするものである。
本発明は、耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明のプロペラシャフトは、本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するプロペラシャフトにおいて、前記本体筒が、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチックからなり、かつ、該繊維強化プラスチックの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の駆動力伝達軸として使用されるＦＲＰ製のプロペラシャフト（推進軸）に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のプロペラシャフトは、従来、そのほとんど金属製であるが、近年、車両重量を軽減して燃費を向上させるなどの目的で、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製のものが検討されている。
【０００３】
そのようなＦＲＰ製プロペラシャフトは、よく知られているように、ＦＲＰ製の本体筒の両端部に、駆動軸や従動軸と連結してトルクを伝達するための金属製継手を装着して構成されている。
【０００４】
ところで、自動車のプロペラシャフトは、車体の床下に配置されるが、使用時には、自然条件や、排気管、触媒装置などからの放熱などによって−４０℃から１２０℃程度の温度環境下に晒される。したがって、そのような温度下でもねじり強度やねじり剛性等の力学的物性が大きく低下しないことが要求される。
【０００５】
さて、従来のＦＲＰ製プロペラシャフトは、通常、熱硬化性樹脂として分子量が３００〜４００程度のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂＋酸無水物硬化剤を用い、周知のフィラメントワインディング法によって成形した本体筒を使用している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
かかるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、常温における粘度が５〜１５ポアズで、可使時間が６時間以上あるため、扱いやすく、また、フィラメントワインディング法を適用しやすいという長所があるが、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、ガラス転位温度（Ｔｇ）が１２０〜１５０℃程度であるため、これで本体筒を構成したプロペラシャフトは、１２０℃を超える高温温度環境下で使用したときに、ねじり強度やねじり剛性などの力学的物性が大きく低下するという問題があった。また、近年のエンジンの高出力化に伴い、床下周りの温度は上昇する傾向にあり、従来より高い耐熱性が要求されている。
【０００７】
また、車両の床下周辺のスペースが制限され、排気管や触媒装置など高温になる部材との距離も最小限に抑えられた設計が主流となりつつあり、プロペシャフト本体等の一部が局部的に高温に晒される可能性が高くなっており、この観点からもＦＲＰ製プロペラシャフトの耐熱性向上が期待されている。
【特許文献１】特開平７−２０８４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来のＦＲＰ製プロペラシャフトの上述した問題点に鑑み、耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明のプロペラシャフトは、本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するプロペラシャフトにおいて、前記本体筒が、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチックからなり、かつ、該繊維強化プラスチックの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のプロペラシャフトの好ましい態様として、
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物で構成されてなるものであることが挙げられる。
【００１１】
更に、本発明のプロペラシャフトの好ましい態様として、少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックであるものであることが挙げられる。
【００１２】
この場合、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックである層が、４５±５°の螺旋巻き層を含むものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供することができる。
【００１４】
更に、自動車の床下設計に依って生じる局部的な高温環境下でも力学的特性の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、前記課題、つまり耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトについて、鋭意検討し、常温と高温での静的ねじり強度の比が特定な範囲・関係にある場合、すなわち、プロペラシャフトの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３である場合に、前記課題を一挙に解決することを究明したものである。
【００１６】
本発明において、エポキシ樹脂とは分子内に１個以上のエポキシ基を有する化合物を指し、樹脂組成物とは、該エポキシ樹脂を含む未硬化の組成物、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤、適宜、さらに他の添加剤を含む組成物を指す。また、全エポキシ樹脂とは前記エポキシ樹脂を１種類または複数種用いた場合の全てのエポキシ樹脂を指す。
【００１７】
また、本発明において３官能以上のエポキシ樹脂とは、１分子内に３個以上のエポキシ基を有する化合物を指す。
【００１８】
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されてなるものであることを特徴とする。全エポキシ樹脂１００重量部に対し３官能以上のエポキシ樹脂が３０重量部以下では本発明が期待する高温度での物性維持が困難な場合があり、一方７０重量部以上を含有した場合では、硬化樹脂そのものの靭性が低下し、プロペラシャフトとしてのねじり強度が低下する恐れがある。
【００１９】
特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するため曲げ共振における危険回転数を高く設計すること、併せてエンジンから伝達される高いトルクに対するねじり強度を保持することが必要となる。そのため、危険回転数を高く設計するためには強化繊維をＦＲＰ本体筒の軸方向に配向することが好ましく０〜２０°の範囲で設計される。一方、ねじり強度は強化繊維の４５°方向に配向させることが有効であり、かつ座屈変形を防止するため円周方向巻きを含むことが好ましい。以上の様に、ＦＲＰ本体筒は要求される仕様に合わせて、積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°方向巻きの配向角度の組み合わせから構成され、ＦＲＰ本体筒の内径、外径などの寸法条件により、ＦＲＰ本体筒の危険回転数、ねじり強度の性能が設計される。
【００２０】
該繊維強化プラスチックの常温と高温での静的ねじり強度の比、つまり、２５℃環境下（ＲＴ）での強度をＴ１として、１５０℃での強度をＴ２とした場合のＴ２／Ｔ１≧０．８３とすることにより、１．２倍の余裕代で必要とされるねじり強度を達成することが可能となり、材料費、製造コストを大幅に低減させることができたものである。このことにより、ＦＲＰ化の製品の軽量化を達成することができ、本来の目的に則したプロペラシャフトを提供することができたものである。
【００２１】
すなわち、例えば従来のエポキシ樹脂構成では、常温から高温領域でのねじり強度低下が大きく、該静的ねじり強度の比が０．５〜０．７程度であるため、イニシャルの強度を上げる必要があり、そのため予め１．４〜２倍程度の余裕代を持たせておく必要があったが、そのようなる余計な心配も、技術的付加も不要となった。
【００２２】
ところで、耐熱性を付与するためのマトリックス樹脂として、３官能以上のエポキシ樹脂を用いるのが好ましく、このような樹脂としてはＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｍ−アミノフェノール、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、これらのアルキル置換誘導体、Ｎ， Ｎ， Ｎ’， Ｎ’−テトラグリジル−ｍ−キシレンジアミン、および１，３−ビス（Ｎ， Ｎ−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサン、硬化剤として４，４’−ジアミノジフェニルスルホンを添加したものが耐熱性アップの点で好ましい。また、この樹脂系では粘度が高くフィラメントワインデイング成形に適用可能な低粘度な樹脂配合とする場合樹脂選択の幅はかなり狭いものとなるが、これを予め補強繊維に含浸させシート状に加工したプリプレグを用いることにより、樹脂配合の自由度が拡がることから好ましく適用できる。
【００２３】
また、マトリックス樹脂として低粘度のものを選択すれば、内層を従来タイプの樹脂で構成し、その外側に耐熱性のある低粘度の耐熱性樹脂によりフイラメントワインデイング法により連続的に成形するといったことも可能である。
【００２４】
このときの樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に加え、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｍ−アミノフェノール、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、これらのアルキル置換誘導体、Ｎ， Ｎ， Ｎ’， Ｎ’−テトラグリジル−ｍ−キシレンジアミン、および１，３−ビス（Ｎ， Ｎ−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサンを用いることができる。硬化剤としてはジエチルトルエンジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン等の組合せにより得られる。
【００２５】
耐熱性をより上げＴ２／Ｔ１の比率をより高めたい場合は、３官能樹脂の比率を本発明での範囲の中で上げることに加え、３官能以上のエポキシ樹脂層の厚み比を上げることにより可能となる。
本発明で用いられる強化繊維としては、ＦＲＰにおいて強化繊維として普通に用いられている、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維などの高強度、高弾性率繊維を使用することができる。
【００２６】
この発明のプロペラシャフトは、ＦＲＰ製本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するが、ＦＲＰ製本体筒はフィラメントワインディング法、シートワインディング法、テープワインド法の単独、又は組合せによって成形するのが好ましい。
【００２７】
フィラメントワインディング法は、よく知られているように、熱硬化性樹脂を含浸した補強繊維をマンドレルに巻き付け、熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを引き抜く方法であるが、特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するために曲げ共振における危険速度を高く設計することが必要で、そのために必要な軸方向弾性率を発現させるために、補強繊維の巻構成は、±５〜２０°の螺旋巻による単一構成とする場合と、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために±３０〜６０°の螺旋巻とで構成することが好ましい。また、本体筒の捩り座屈強度を確保するため内層および外層に７５〜９０°のフープ層を併用したハイブリッド構成にすることも好ましい。なお、継手が装着される端部の接合強度を向上させる目的でその端部に部分的に肉厚のフープ巻層を設けるなど、上記以外の巻構成の層が含まれていてもよいものである。
【００２８】
シートワインディング法も、円筒体の成形方法として良く知られており、予め熱硬化性樹脂が一方向の補強繊維に含浸せしめたプリプレグシートをマンドレルに巻き付け＋フィルムテープで巻締めを実施し、熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを引き抜く方法であるが、特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するために曲げ共振における危険速度を高く設計することが必要で、そのために必要な軸方向弾性率を発現させるために、補強繊維の巻構成は、概ね０°方向の積層体、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために概ね±４５°のバイアス層とで構成することが好ましい。また、本体筒の捩り座屈強度を確保するため内層および外層に概ね９０°方向層を併用したハイブリッド構成にすることも好ましい。なお、継手が装着される端部の接合強度を向上させる目的でその端部に部分的に肉厚の９０°層を設けるなど、上記以外の巻構成の層が含まれていてもよいものである。
【００２９】
本体筒の肉厚は、特に自動車用プロペラシャフトにおいては、静的なねじり強度として２０００〜５０００Ｎｍ程度が要求されることから、１．５〜４．７ｍｍ程度とするのが好ましい。肉厚が１．５ｍｍ未満ではねじり強度、曲げ剛性ともに低くなるし、４．７ｍｍを超えるとねじり強度やねじり剛性がオーバースペックとなって材料のむだが多くなる。もちろん、肉厚は補強繊維の種類や上述した巻構成および成形方法にもよる。
【００３０】
フィラメントワインディング法では、±５〜２０°および±３０〜６０°の螺旋巻層を１．５〜４．０ｍｍとし、±７５〜９０°の螺旋巻層を０．２〜０．７ｍｍとするのが好ましい。また、シートワインディング法においては、概ね０°方向の積層体、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために概ね±４５°のバイアス層とで１．５〜４．０ｍｍとし、概ね９０°方向層を０．２〜０．７ｍｍとするのが好ましい。
【００３１】
ＦＲＰ本体筒の内径は５０〜９０ｍｍの範囲がねじり強度、危険回転数の仕様を達成するために、特に好ましい。
【００３２】
ＦＷ法、シートワインディング法で所定の積層を終了した後、表面を表層材で巻締め、余剰の樹脂を絞り出した後、硬化炉でエポキシ樹脂を硬化させることで所望のＦＲＰ円筒体を得ることができる。更にマンドレルからＦＲＰ成形品を抜き取り後、所定の位置および長さでカットすることにより所望のＦＲＰ製円筒体を得ることができる。
【００３３】
自動車の床下構成によって、排気管や触媒装置の近接によりプロペラシャフトが局部的にのみ耐熱性を必要とする場合がある。前述の様に熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を全体に用いることも可能であるが、かかる場合には、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を部分的に用いることも好ましい。耐熱性の要求が部分的で十分な場合は、軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層が、前記樹脂組成物を用いた繊維強化プラスチックであることにより、必要な耐熱性を満たすことができる。少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックの層を設ける方法としては、フィラメントワインディングによる層の形成の前後または途中でシートワインディング法により、前記樹脂組成からなるプリプレグを巻き付けることで得ることができる。熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を部分的に用いることによりシートワインデイングによる巻き付け作業で、部分的な付与とすることにより巻き付け作業が精度良く簡便に実施できる。更に、必要な部分だけ最小の材料で必要な耐熱性の高いねじり強度を得る事ができるので、ＦＲＰ製円筒体を使用する本来の目的である軽量化の効果を最大限発揮することが可能となる。
【００３４】
ねじり強度確保の点から、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックの層は少なくとも概４５±５°の螺旋巻き層を含むことが好ましい。かかる積層構成を採ることによりプロペラシャフトは必要な曲げ剛性、ねじり強度を確保することができる。
【００３５】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明が適用されたプロペラシャフトの一実施形態を示している。ＦＲＰ製本体筒２の両端には端部補強層２ｄが配置され、金属製継手３にはセレーション部３ａが設けられ、両者を圧入接合により組み立て一体化している。このプロペラシャフトの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするものである。ＦＲＰ製円筒体は強化繊維と熱硬化性樹脂から構成され、前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、図２にＦＲＰ製本体筒の構成を示す。中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°の組合せで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き８０〜９０°で、主層２ｂが５〜２０°の螺旋巻き層で構成され軸方向に延びる主層を示す。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために端部補強層２ｄが設けられている。
【００３６】
図３は本発明における、ＦＲＰ製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。ＦＲＰ製円筒体２は強化繊維と熱硬化性樹脂から構成され、前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、ＦＲＰ製本体筒中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き９０°を、主層２ｂは０°層からなる２ｂ−１，２ｂ−３および４５°層の２ｂ−２で構成され軸方向に延びる主層を示す。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために９０°で構成される端部補強層２ｄが設けられている。
【００３７】
図４は本発明における、ＦＲＰ製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。ＦＲＰ製円筒体２は強化繊維と熱硬化性樹脂（Ａ）および（Ｂ）から構成され、前記熱硬化性樹脂（Ｂ）が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、ＦＲＰ製本体筒中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き８０〜９０°を、主層２ｂは５〜２０°層からなる２ｂ−１，２ｂ−３を、更にこの中間部に概４５°の螺旋巻き層の２ｂ−２で構成され軸方向に延びる主層を示し、この概４５°層の螺旋巻き層は熱硬化性樹脂（Ｂ）により構成される。この際の、熱硬化性樹脂（Ｂ）の厚さは少なくとも厚み比で２０％以上含んでいる。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために８０〜９０°で構成される端部補強層２ｄが設けられている。
【００３８】
図６は本発明における、ＦＲＰ製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。ＦＲＰ製円筒体２は強化繊維と熱硬化性樹脂（Ａ）および（Ｂ）から構成され、前記熱硬化性樹脂（Ｂ）が全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。この熱硬化性樹脂（Ｂ）からなる本体筒の軸方向に対して、部分的にかつ円筒状に配置された積層構造２ｅを構成する。更に、このＦＲＰ製積層構成２ｅは少なくとも概略４５°の配向角度の螺旋巻き層から構成される。他の部分は前述の熱硬化性樹脂（Ａ）から成る主層の積層構成は図７に示すように円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き８０〜９０°を、主層２ｂは５〜２０°層からなる２ｂ−１，２ｂ−３を、更にこの中間部に概４５°の螺旋巻き層の２ｂ−２で構成され軸方向に延びる主層を示している。前述と同様に端部には接合のために円周方向補強層２ｄを設けることも好ましい。積層の順序は成形方法により変更することも可能で、熱硬化性樹脂（Ａ）からなる部分層を予め、成形しその上に熱硬化性樹脂（Ｂ）からなる部分的にかつ円筒状に配置された積層構造を配置し、その外側に熱硬化性樹脂（Ａ）による成形も可能である。
【００３９】
図５はプロペラシャフトのねじり評価試験の概要を示す。両端にねじり試験用継ぎ手４ａ、４ｂが圧入されたねじり試験用ＦＲＰ本体筒４はねじり試験機のフランジ部に固定される。このとき、一方の可動部フランジ５ａは油圧による回転駆動部を有しており試験体へのトルク負荷が可能となる。他方の固定部フランジ５ｂは試験器ベースに固定され、フランジ部に連結されたロードセル５ｃから破壊時のトルクを検出することができる。また、今回の発明では試験温度が重要であることから、図５に示す恒温槽６を用い所定の温度に調節・保持後、ねじり試験を実施した。雰囲気温度は図中６ａの温度計より検出した。ねじり試験時の試験速度、温度設定は図中８に示す制御装置により設定される。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
実施例について図１および図２を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋを３本引き揃え、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の５０部に対し３官能エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”６３０）の５０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層２ａ０．２ｍｍを形成した後、主層２ｂとして±１２°で厚さ１ｍｍを螺旋巻きした後、±４５°にて厚さ０．５ｍｍ、更に±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き層２ｃ０．２ｍｍを実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、軸方向に対し±８３°で構成される厚みが２．５ｍｍからなる補強層２ｄを形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４１】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ製円筒体２を得た。
次に、ＦＲＰ製円筒体２の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部３ａを有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３をＦＲＰ製円筒体２と圧入接合し、プロペラシャフト１とした後、ねじり試験機にかけて評価した。
図５は、ねじり試験の概要を示す。両端にねじり試験用継ぎ手４ａ、４ｂが圧入されたねじり試験用ＦＲＰ本体筒４はねじり試験機のフランジ部に固定される。このとき、一方の可動部フランジ５ａは油圧による回転駆動部を有しており試験体へのトルク負荷が可能となる。他方の固定部フランジ５ｂは試験器ベースに固定され、フランジ部に連結されたロードセル５ｃからトルクを検出することができる。また、今回の発明では試験温度が重要であることから、図５に示す恒温槽６を用い所定の温度に調節・保持後、ねじり試験を実施した。雰囲気温度は図中６ａの温度計より検出した。ねじり試験時の試験速度、温度設定は図中８にしめす制御装置により設定される。
【００４２】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（ｋＮ ・ｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝５．２ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝４．４２ｋＮｍの結果であり、Ｔ２／Ｔ１＝０．８５で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（実施例２）
実施例について図３を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００Ｓ−１２Ｋ一方向材基材にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２５）の３０部、ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業“エピクロン（登録商標）”８３０）の１０部合計４０部の３官能エポキシ樹脂（住友化学工業“スミエポキシ（登録商標）”ＥＬＭ４３４）の６０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し４５部のジアミノジフェニルスルホン（住友化学工業“スミキュア（登録商標）”Ｓ）とポリエーテルスルホン（“スミカエクセル（登録商標）”ＰＥＳ５００３Ｐ）１６部を含浸させた厚さ０．１３５ｍｍのプリプレグシートを用いシートワインディング成形による成形を次の様に実施した。φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に９０°の巻き層２ａ０．２７ｍｍを形成した後、主層２ｂとして０°の厚さ０．８１ｍｍ２ｂ−１を巻き付けた後、バイアス構成の＋４５°−４５°にて厚さ０．５４ｍｍの２ｂ−２、更に厚さ０°で厚さ０．８１ｍｍの２ｂ−３を巻き付けした後、外層を９０°の巻き層２ｃ０．２７ｍｍを形成した後、最外層をフィルムテープによるラッピングを実施した。主層２ｂは合計２．７ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、厚みが２．５ｍｍの９０°からなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５６ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４３】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体２を得た。
【００４４】
次に、ＦＲＰ製円筒体２の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
【００４５】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（ｋＮｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝４．２ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝３．８ｋＮｍの結果であり、Ｔ２／Ｔ１＝０．９で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（実施例３）
実施例につき図面４を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋを３本引き揃え、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂（Ａ）を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを形成した後、主層として±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の７０部に対し３官能エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”６３０）の３０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂（Ｂ）を含浸しながら、±４５°にて厚さ０．６ｍｍの積層を行った後、更に混合樹脂（Ａ）±１２°で厚さ０．９ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが２．５ｍｍからなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４６】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体２を得た。
【００４７】
次に、本体筒の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部を有する。セレーション部３ａは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
【００４８】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（Ｎｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝５．５ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝４．６ｋＮｍの結果で、Ｔ２／Ｔ１＝０．８４で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（実施例４）
実施例について図６を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００Ｓ−１２Ｋ一方向材基材にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２５）の３０部、ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業“エピクロン（登録商標）”８３０）の１０部合計４０部の３官能エポキシ樹脂（住友化学工業“スミエポキシ（登録商標）”ＥＬＭ４３４）の６０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し４５部のジアミノジフェニルスルホン（住友化学工業“スミキュア（登録商標）”Ｓ）とポリエーテルスルホン（“スミカエクセル（登録商標）”ＰＥＳ５００３Ｐ）１６部を含浸させた厚さ０．１３５ｍｍのプリプレグシートを用いシートワインディング成形による成形を次の様に実施した。φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し＋４５°と−４５°の螺旋巻き構成各２層にて厚さ０．５４ｍｍの部分積層構成を長さ方向に３００ｍｍに渡り巻き付ける。その後、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂（Ａ）を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、マンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを形成した後、主層として±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、±４５°にて厚さ０．６ｍｍの積層を行った後、±１２°で厚さ０．９ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが２．５ｍｍからなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４９】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体２を得た。
【００５０】
次に、ＦＲＰ製円筒体２の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。局部的な高温度条件とするため、雰囲気温度を１２０℃に保ちながら該部分積層部にリボンヒーターを巻き付け、温度計によりＦＲＰ製本体筒の温度を部分的に１５０℃に保持しながらねじり試験を実施した。
【００５１】
このねじり試験における部分的な１５０℃環境下で破壊トルクは４．０ｋＮｍの結果であり、局部的な高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。ここでこの実施例のＦＲＰ製円筒体のねじり強度は２５℃の環境下ではＴ１＝５．５ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝４．６７ｋＮｍの結果で、Ｔ２／Ｔ１＝０．８５で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（比較例）
実施例との対比として本発明樹脂組成とは異なり多官能樹脂を含まないケースとして次の比較例によるＦＲＰ本体筒の成形、およびねじり強度試験を実施した。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋを３本引き揃え、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の１００部に対して９０部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを形成した後、主層として±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、±４５°にて厚さ０．５ｍｍ、更に±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き１層を実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。
【００５２】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体を得た。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが２．５ｍｍからなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００５３】
次に、本体筒の両端部に、接合される継ぎ手部材はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
【００５４】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（ｋＮｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝５．２ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝２．９６ｋＮｍの結果であり、本発明のパラメータでこの結果を表すとＴ１／Ｔ２＝０．５７であり、多官能樹脂を３０重量部以上７０重量部未満を含む本発明での結果０．８５より著しく低下し、高温環境下でのねじり強度を維持できない。
【００５５】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係るプロペラシャフトは、ＦＲＰ製円筒体を備えたあらゆるプロペラシャフト
に適用でき、とくに環境特性として耐熱性が要求される自動車用のＦＲＰ製プロペラシャフトに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のプロペラシャフトの一例の要部を示す概略断面図である。
【図２】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の他の一例を示す概略断面図である
【図４】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の他の一例を示す概略断面図である。
【図５】ねじり試験の様子を示す斜視図である。
【図６】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の他の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ プロペラシャフト
２ ＦＲＰ製円筒体
２ａ 内層
２ｂ 主層
２ｃ 外層
２ｄ 補強層
２ｅ 軸方向部分層
３ 金属製継手
３ａ セレーション部
４ ねじり試験用ＦＲＰ本体筒
４ａ、ｂ ねじり試験用継ぎ手
５ ねじり試験機
５ａ 可動部フランジ
５ｂ 固定部フランジ
５ｃ ロードセル
５ｄ 回転部
６ 恒温槽
６ａ 温度検出部
７ 油圧ポンプ
８ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の駆動力伝達軸として使用されるＦＲＰ製のプロペラシャフト（推進軸）に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のプロペラシャフトは、従来、そのほとんど金属製であるが、近年、車両重量を軽減して燃費を向上させるなどの目的で、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製のものが検討されている。
【０００３】
そのようなＦＲＰ製プロペラシャフトは、よく知られているように、ＦＲＰ製の本体筒の両端部に、駆動軸や従動軸と連結してトルクを伝達するための金属製継手を装着して構成されている。
【０００４】
ところで、自動車のプロペラシャフトは、車体の床下に配置されるが、使用時には、自然条件や、排気管、触媒装置などからの放熱などによって−４０℃から１２０℃程度の温度環境下に晒される。したがって、そのような温度下でもねじり強度やねじり剛性等の力学的物性が大きく低下しないことが要求される。
【０００５】
さて、従来のＦＲＰ製プロペラシャフトは、通常、熱硬化性樹脂として分子量が３００〜４００程度のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂＋酸無水物硬化剤を用い、周知のフィラメントワインディング法によって成形した本体筒を使用している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
かかるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、常温における粘度が５〜１５ポアズで、可使時間が６時間以上あるため、扱いやすく、また、フィラメントワインディング法を適用しやすいという長所があるが、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、ガラス転位温度（Ｔｇ）が１２０〜１５０℃程度であるため、これで本体筒を構成したプロペラシャフトは、１２０℃を超える高温温度環境下で使用したときに、ねじり強度やねじり剛性などの力学的物性が大きく低下するという問題があった。また、近年のエンジンの高出力化に伴い、床下周りの温度は上昇する傾向にあり、従来より高い耐熱性が要求されている。
【０００７】
また、車両の床下周辺のスペースが制限され、排気管や触媒装置など高温になる部材との距離も最小限に抑えられた設計が主流となりつつあり、プロペシャフト本体等の一部が局部的に高温に晒される可能性が高くなっており、この観点からもＦＲＰ製プロペラシャフトの耐熱性向上が期待されている。
【特許文献１】特開平７−２０８４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来のＦＲＰ製プロペラシャフトの上述した問題点に鑑み、耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明のプロペラシャフトは、本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するプロペラシャフトにおいて、前記本体筒が、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチックからなり、かつ、該繊維強化プラスチックの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のプロペラシャフトの好ましい態様として、
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物で構成されてなるものであることが挙げられる。
【００１１】
更に、本発明のプロペラシャフトの好ましい態様として、少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックであるものであることが挙げられる。
【００１２】
この場合、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックである層が、４５±５°の螺旋巻き層を含むものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトを提供することができる。
【００１４】
更に、自動車の床下設計に依って生じる局部的な高温環境下でも力学的特性の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、前記課題、つまり耐熱性に優れ、１５０℃を超える温度下で使用しても力学的物性の低下が極めて少ないプロペラシャフトについて、鋭意検討し、常温と高温での静的ねじり強度の比が特定な範囲・関係にある場合、すなわち、プロペラシャフトの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３である場合に、前記課題を一挙に解決することを究明したものである。
【００１６】
本発明において、エポキシ樹脂とは分子内に１個以上のエポキシ基を有する化合物を指し、樹脂組成物とは、該エポキシ樹脂を含む未硬化の組成物、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤、適宜、さらに他の添加剤を含む組成物を指す。また、全エポキシ樹脂とは前記エポキシ樹脂を１種類または複数種用いた場合の全てのエポキシ樹脂を指す。
【００１７】
また、本発明において３官能以上のエポキシ樹脂とは、１分子内に３個以上のエポキシ基を有する化合物を指す。
【００１８】
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されてなるものであることを特徴とする。全エポキシ樹脂１００重量部に対し３官能以上のエポキシ樹脂が３０重量部以下では本発明が期待する高温度での物性維持が困難な場合があり、一方７０重量部以上を含有した場合では、硬化樹脂そのものの靭性が低下し、プロペラシャフトとしてのねじり強度が低下する恐れがある。
【００１９】
特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するため曲げ共振における危険回転数を高く設計すること、併せてエンジンから伝達される高いトルクに対するねじり強度を保持することが必要となる。そのため、危険回転数を高く設計するためには強化繊維をＦＲＰ本体筒の軸方向に配向することが好ましく０〜２０°の範囲で設計される。一方、ねじり強度は強化繊維の４５°方向に配向させることが有効であり、かつ座屈変形を防止するため円周方向巻きを含むことが好ましい。以上の様に、ＦＲＰ本体筒は要求される仕様に合わせて、積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°方向巻きの配向角度の組み合わせから構成され、ＦＲＰ本体筒の内径、外径などの寸法条件により、ＦＲＰ本体筒の危険回転数、ねじり強度の性能が設計される。
【００２０】
該繊維強化プラスチックの常温と高温での静的ねじり強度の比、つまり、２５℃環境下（ＲＴ）での強度をＴ１として、１５０℃での強度をＴ２とした場合のＴ２／Ｔ１≧０．８３とすることにより、１．２倍の余裕代で必要とされるねじり強度を達成することが可能となり、材料費、製造コストを大幅に低減させることができたものである。このことにより、ＦＲＰ化の製品の軽量化を達成することができ、本来の目的に則したプロペラシャフトを提供することができたものである。
【００２１】
すなわち、例えば従来のエポキシ樹脂構成では、常温から高温領域でのねじり強度低下が大きく、該静的ねじり強度の比が０．５〜０．７程度であるため、イニシャルの強度を上げる必要があり、そのため予め１．４〜２倍程度の余裕代を持たせておく必要があったが、そのようなる余計な心配も、技術的付加も不要となった。
【００２２】
ところで、耐熱性を付与するためのマトリックス樹脂として、３官能以上のエポキシ樹脂を用いるのが好ましく、このような樹脂としてはＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｍ−アミノフェノール、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、これらのアルキル置換誘導体、Ｎ， Ｎ， Ｎ’， Ｎ’−テトラグリジル−ｍ−キシレンジアミン、および１，３−ビス（Ｎ， Ｎ−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサン、硬化剤として４，４’−ジアミノジフェニルスルホンを添加したものが耐熱性アップの点で好ましい。また、この樹脂系では粘度が高くフィラメントワインデイング成形に適用可能な低粘度な樹脂配合とする場合樹脂選択の幅はかなり狭いものとなるが、これを予め補強繊維に含浸させシート状に加工したプリプレグを用いることにより、樹脂配合の自由度が拡がることから好ましく適用できる。
【００２３】
また、マトリックス樹脂として低粘度のものを選択すれば、内層を従来タイプの樹脂で構成し、その外側に耐熱性のある低粘度の耐熱性樹脂によりフイラメントワインデイング法により連続的に成形するといったことも可能である。
【００２４】
このときの樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に加え、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｍ−アミノフェノール、Ｎ，Ｎ，Ｏ−トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、これらのアルキル置換誘導体、Ｎ， Ｎ， Ｎ’， Ｎ’−テトラグリジル−ｍ−キシレンジアミン、および１，３−ビス（Ｎ， Ｎ−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサンを用いることができる。硬化剤としてはジエチルトルエンジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン等の組合せにより得られる。
【００２５】
耐熱性をより上げＴ２／Ｔ１の比率をより高めたい場合は、３官能樹脂の比率を本発明での範囲の中で上げることに加え、３官能以上のエポキシ樹脂層の厚み比を上げることにより可能となる。
本発明で用いられる強化繊維としては、ＦＲＰにおいて強化繊維として普通に用いられている、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維などの高強度、高弾性率繊維を使用することができる。
【００２６】
この発明のプロペラシャフトは、ＦＲＰ製本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するが、ＦＲＰ製本体筒はフィラメントワインディング法、シートワインディング法、テープワインド法の単独、又は組合せによって成形するのが好ましい。
【００２７】
フィラメントワインディング法は、よく知られているように、熱硬化性樹脂を含浸した補強繊維をマンドレルに巻き付け、熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを引き抜く方法であるが、特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するために曲げ共振における危険速度を高く設計することが必要で、そのために必要な軸方向弾性率を発現させるために、補強繊維の巻構成は、±５〜２０°の螺旋巻による単一構成とする場合と、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために±３０〜６０°の螺旋巻とで構成することが好ましい。また、本体筒の捩り座屈強度を確保するため内層および外層に７５〜９０°のフープ層を併用したハイブリッド構成にすることも好ましい。なお、継手が装着される端部の接合強度を向上させる目的でその端部に部分的に肉厚のフープ巻層を設けるなど、上記以外の巻構成の層が含まれていてもよいものである。
【００２８】
シートワインディング法も、円筒体の成形方法として良く知られており、予め熱硬化性樹脂が一方向の補強繊維に含浸せしめたプリプレグシートをマンドレルに巻き付け＋フィルムテープで巻締めを実施し、熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを引き抜く方法であるが、特に自動車用のプロペラシャフトは高速で回転するために曲げ共振における危険速度を高く設計することが必要で、そのために必要な軸方向弾性率を発現させるために、補強繊維の巻構成は、概ね０°方向の積層体、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために概ね±４５°のバイアス層とで構成することが好ましい。また、本体筒の捩り座屈強度を確保するため内層および外層に概ね９０°方向層を併用したハイブリッド構成にすることも好ましい。なお、継手が装着される端部の接合強度を向上させる目的でその端部に部分的に肉厚の９０°層を設けるなど、上記以外の巻構成の層が含まれていてもよいものである。
【００２９】
本体筒の肉厚は、特に自動車用プロペラシャフトにおいては、静的なねじり強度として２０００〜５０００Ｎｍ程度が要求されることから、１．５〜４．７ｍｍ程度とするのが好ましい。肉厚が１．５ｍｍ未満ではねじり強度、曲げ剛性ともに低くなるし、４．７ｍｍを超えるとねじり強度やねじり剛性がオーバースペックとなって材料のむだが多くなる。もちろん、肉厚は補強繊維の種類や上述した巻構成および成形方法にもよる。
【００３０】
フィラメントワインディング法では、±５〜２０°および±３０〜６０°の螺旋巻層を１．５〜４．０ｍｍとし、±７５〜９０°の螺旋巻層を０．２〜０．７ｍｍとするのが好ましい。また、シートワインディング法においては、概ね０°方向の積層体、合わせてねじり強度の仕様を満足させるために概ね±４５°のバイアス層とで１．５〜４．０ｍｍとし、概ね９０°方向層を０．２〜０．７ｍｍとするのが好ましい。
【００３１】
ＦＲＰ本体筒の内径は５０〜９０ｍｍの範囲がねじり強度、危険回転数の仕様を達成するために、特に好ましい。
【００３２】
ＦＷ法、シートワインディング法で所定の積層を終了した後、表面を表層材で巻締め、余剰の樹脂を絞り出した後、硬化炉でエポキシ樹脂を硬化させることで所望のＦＲＰ円筒体を得ることができる。更にマンドレルからＦＲＰ成形品を抜き取り後、所定の位置および長さでカットすることにより所望のＦＲＰ製円筒体を得ることができる。
【００３３】
自動車の床下構成によって、排気管や触媒装置の近接によりプロペラシャフトが局部的にのみ耐熱性を必要とする場合がある。前述の様に熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を全体に用いることも可能であるが、かかる場合には、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を部分的に用いることも好ましい。耐熱性の要求が部分的で十分な場合は、軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層が、前記樹脂組成物を用いた繊維強化プラスチックであることにより、必要な耐熱性を満たすことができる。少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックの層を設ける方法としては、フィラメントワインディングによる層の形成の前後または途中でシートワインディング法により、前記樹脂組成からなるプリプレグを巻き付けることで得ることができる。熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物を部分的に用いることによりシートワインデイングによる巻き付け作業で、部分的な付与とすることにより巻き付け作業が精度良く簡便に実施できる。更に、必要な部分だけ最小の材料で必要な耐熱性の高いねじり強度を得る事ができるので、ＦＲＰ製円筒体を使用する本来の目的である軽量化の効果を最大限発揮することが可能となる。
【００３４】
ねじり強度確保の点から、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックの層は少なくとも概４５±５°の螺旋巻き層を含むことが好ましい。かかる積層構成を採ることによりプロペラシャフトは必要な曲げ剛性、ねじり強度を確保することができる。
【００３５】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明が適用されたプロペラシャフトの一実施形態を示している。ＦＲＰ製本体筒２の両端には端部補強層２ｄが配置され、金属製継手３にはセレーション部３ａが設けられ、両者を圧入接合により組み立て一体化している。このプロペラシャフトの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするものである。ＦＲＰ製円筒体は強化繊維と熱硬化性樹脂から構成され、前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、図２にＦＲＰ製本体筒の構成を示す。中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°の組合せで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き８０〜９０°で、主層２ｂが５〜２０°の螺旋巻き層で構成され軸方向に延びる主層を示す。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために端部補強層２ｄが設けられている。
【００３６】
図３は本発明における、ＦＲＰ製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。ＦＲＰ製円筒体２は強化繊維と熱硬化性樹脂から構成され、前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、ＦＲＰ製本体筒中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き９０°を、主層２ｂは０°層からなる２ｂ−１，２ｂ−３および４５°層の２ｂ−２で構成され軸方向に延びる主層を示す。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために９０°で構成される端部補強層２ｄが設けられている。
【００３７】
図４は本発明における、ＦＲＰ製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。ＦＲＰ製円筒体２は強化繊維と熱硬化性樹脂（Ａ）および（Ｂ）から構成され、前記熱硬化性樹脂（Ｂ）が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。更に、ＦＲＰ製本体筒中央部における強化繊維の積層構成は円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き８０〜９０°を、主層２ｂは５〜２０°層からなる２ｂ−１，２ｂ−３を、更にこの中間部に概４５°の螺旋巻き層の２ｂ−２で構成され軸方向に延びる主層を示し、この概４５°層の螺旋巻き層は熱硬化性樹脂（Ｂ）により構成される。この際の、熱硬化性樹脂（Ｂ）の厚さは少なくとも厚み比で２０％以上含んでいる。また、端部には圧入接合でのねじり強度を確保するために８０〜９０°で構成される端部補強層２ｄが設けられている。
【００３８】
図６は本発明における、ＦＲＰ製本体筒の好ましい形態の他の一例を示す。ＦＲＰ製円筒体２は強化繊維と熱硬化性樹脂（Ａ）および（Ｂ）から構成され、前記熱硬化性樹脂（Ｂ）が全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成で構成されている。この熱硬化性樹脂（Ｂ）からなる本体筒の軸方向に対して、部分的にかつ円筒状に配置された積層構造２ｅを構成する。更に、このＦＲＰ製積層構成２ｅは少なくとも概略４５°の配向角度の螺旋巻き層から構成される。他の部分は前述の熱硬化性樹脂（Ａ）から成る主層の積層構成は図７に示すように円周方向巻き８０〜９０°、軸方向巻き０〜２０°、概略４５°の配向角度から組み合わせで構成され、最内層２ａおよび最外層２ｃに円周方向巻き８０〜９０°を、主層２ｂは５〜２０°層からなる２ｂ−１，２ｂ−３を、更にこの中間部に概４５°の螺旋巻き層の２ｂ−２で構成され軸方向に延びる主層を示している。前述と同様に端部には接合のために円周方向補強層２ｄを設けることも好ましい。積層の順序は成形方法により変更することも可能で、熱硬化性樹脂（Ａ）からなる部分層を予め、成形しその上に熱硬化性樹脂（Ｂ）からなる部分的にかつ円筒状に配置された積層構造を配置し、その外側に熱硬化性樹脂（Ａ）による成形も可能である。
【００３９】
図５はプロペラシャフトのねじり評価試験の概要を示す。両端にねじり試験用継ぎ手４ａ、４ｂが圧入されたねじり試験用ＦＲＰ本体筒４はねじり試験機のフランジ部に固定される。このとき、一方の可動部フランジ５ａは油圧による回転駆動部を有しており試験体へのトルク負荷が可能となる。他方の固定部フランジ５ｂは試験器ベースに固定され、フランジ部に連結されたロードセル５ｃから破壊時のトルクを検出することができる。また、今回の発明では試験温度が重要であることから、図５に示す恒温槽６を用い所定の温度に調節・保持後、ねじり試験を実施した。雰囲気温度は図中６ａの温度計より検出した。ねじり試験時の試験速度、温度設定は図中８に示す制御装置により設定される。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
実施例について図１および図２を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋを３本引き揃え、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の５０部に対し３官能エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”６３０）の５０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層２ａ０．２ｍｍを形成した後、主層２ｂとして±１２°で厚さ１ｍｍを螺旋巻きした後、±４５°にて厚さ０．５ｍｍ、更に±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き層２ｃ０．２ｍｍを実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、軸方向に対し±８３°で構成される厚みが２．５ｍｍからなる補強層２ｄを形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４１】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ製円筒体２を得た。
次に、ＦＲＰ製円筒体２の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部３ａを有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３をＦＲＰ製円筒体２と圧入接合し、プロペラシャフト１とした後、ねじり試験機にかけて評価した。
図５は、ねじり試験の概要を示す。両端にねじり試験用継ぎ手４ａ、４ｂが圧入されたねじり試験用ＦＲＰ本体筒４はねじり試験機のフランジ部に固定される。このとき、一方の可動部フランジ５ａは油圧による回転駆動部を有しており試験体へのトルク負荷が可能となる。他方の固定部フランジ５ｂは試験器ベースに固定され、フランジ部に連結されたロードセル５ｃからトルクを検出することができる。また、今回の発明では試験温度が重要であることから、図５に示す恒温槽６を用い所定の温度に調節・保持後、ねじり試験を実施した。雰囲気温度は図中６ａの温度計より検出した。ねじり試験時の試験速度、温度設定は図中８にしめす制御装置により設定される。
【００４２】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（ｋＮ ・ｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝５．２ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝４．４２ｋＮｍの結果であり、Ｔ２／Ｔ１＝０．８５で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（実施例２）
実施例について図３を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００Ｓ−１２Ｋ一方向材基材にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２５）の３０部、ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業“エピクロン（登録商標）”８３０）の１０部合計４０部の３官能エポキシ樹脂（住友化学工業“スミエポキシ（登録商標）”ＥＬＭ４３４）の６０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し４５部のジアミノジフェニルスルホン（住友化学工業“スミキュア（登録商標）”Ｓ）とポリエーテルスルホン（“スミカエクセル（登録商標）”ＰＥＳ５００３Ｐ）１６部を含浸させた厚さ０．１３５ｍｍのプリプレグシートを用いシートワインディング成形による成形を次の様に実施した。φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に９０°の巻き層２ａ０．２７ｍｍを形成した後、主層２ｂとして０°の厚さ０．８１ｍｍ２ｂ−１を巻き付けた後、バイアス構成の＋４５°−４５°にて厚さ０．５４ｍｍの２ｂ−２、更に厚さ０°で厚さ０．８１ｍｍの２ｂ−３を巻き付けした後、外層を９０°の巻き層２ｃ０．２７ｍｍを形成した後、最外層をフィルムテープによるラッピングを実施した。主層２ｂは合計２．７ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、厚みが２．５ｍｍの９０°からなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５６ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４３】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体２を得た。
【００４４】
次に、ＦＲＰ製円筒体２の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
【００４５】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（ｋＮｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝４．２ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝３．８ｋＮｍの結果であり、Ｔ２／Ｔ１＝０．９で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（実施例３）
実施例につき図面４を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋを３本引き揃え、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂（Ａ）を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを形成した後、主層として±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の７０部に対し３官能エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”６３０）の３０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂（Ｂ）を含浸しながら、±４５°にて厚さ０．６ｍｍの積層を行った後、更に混合樹脂（Ａ）±１２°で厚さ０．９ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが２．５ｍｍからなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４６】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体２を得た。
【００４７】
次に、本体筒の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部を有する。セレーション部３ａは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
【００４８】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（Ｎｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝５．５ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝４．６ｋＮｍの結果で、Ｔ２／Ｔ１＝０．８４で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（実施例４）
実施例について図６を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００Ｓ−１２Ｋ一方向材基材にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２５）の３０部、ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業“エピクロン（登録商標）”８３０）の１０部合計４０部の３官能エポキシ樹脂（住友化学工業“スミエポキシ（登録商標）”ＥＬＭ４３４）の６０部で構成されるエポキシ主剤１００部に対し４５部のジアミノジフェニルスルホン（住友化学工業“スミキュア（登録商標）”Ｓ）とポリエーテルスルホン（“スミカエクセル（登録商標）”ＰＥＳ５００３Ｐ）１６部を含浸させた厚さ０．１３５ｍｍのプリプレグシートを用いシートワインディング成形による成形を次の様に実施した。φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し＋４５°と−４５°の螺旋巻き構成各２層にて厚さ０．５４ｍｍの部分積層構成を長さ方向に３００ｍｍに渡り巻き付ける。その後、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の１００部に対し９０重量部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１重量部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂（Ａ）を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、マンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを形成した後、主層として±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、±４５°にて厚さ０．６ｍｍの積層を行った後、±１２°で厚さ０．９ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが２．５ｍｍからなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００４９】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体２を得た。
【００５０】
次に、ＦＲＰ製円筒体２の両端部に、接合される金属製継手３はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手３を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。局部的な高温度条件とするため、雰囲気温度を１２０℃に保ちながら該部分積層部にリボンヒーターを巻き付け、温度計によりＦＲＰ製本体筒の温度を部分的に１５０℃に保持しながらねじり試験を実施した。
【００５１】
このねじり試験における部分的な１５０℃環境下で破壊トルクは４．０ｋＮｍの結果であり、局部的な高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。ここでこの実施例のＦＲＰ製円筒体のねじり強度は２５℃の環境下ではＴ１＝５．５ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝４．６７ｋＮｍの結果で、Ｔ２／Ｔ１＝０．８５で有り、高温環境下でもねじり強度の低下の少ない耐熱性に優れたプロペラシャフトを得ることができた。
（比較例）
実施例との対比として本発明樹脂組成とは異なり多官能樹脂を含まないケースとして次の比較例によるＦＲＰ本体筒の成形、およびねじり強度試験を実施した。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋを３本引き揃え、これにビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製“エピコート（登録商標）”８２７）の１００部に対して９０部の酸無水物系硬化剤（日本化薬株式会社製“カヤハード（登録商標）”ＭＣＤ）と１部の硬化促進剤（四国化成工業株式会社製“キュアゾール（登録商標）”）とを添加してなる混合樹脂を含浸しながら、フィラメントワインディング法によって、φ７０ｍｍのマンドレルにその軸方向に対し内層に８５°の螺旋巻き層０．２ｍｍを形成した後、主層として±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、±４５°にて厚さ０．５ｍｍ、更に±１２°で厚さ１ｍｍの螺旋巻きした後、最外層を８５°の螺旋巻き１層を実施した。主層は合計２．９ｍｍで構成される。
【００５２】
その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は１００℃×２ｈｒ＋２００℃×４ｈｒにて実施しＦＲＰ円筒体を得た。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の１１０ｍｍの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、混合樹脂の上記塗布前に厚みが２．５ｍｍからなる補強層を形成した。補強層２ｄは、厚さ２．５ｍｍ、軸方向長さ６０ｍｍのストレート部および軸中央方向に向かった長さ５０ｍｍのテーパー部にて形成されている。
【００５３】
次に、本体筒の両端部に、接合される継ぎ手部材はセレーション部を有する。セレーションは、ピッチ約２ｍｍ、歯高さ０．９ｍｍ、先端Ｒ０．０４ｍｍ、歯先角９０度のセレーションを用い、外径は７４．４５ｍｍに加工した。従って直径で０．４０ｍｍの圧入代を有している。この金属製継手を圧入接合し、プロペラシャフトとした後、ねじり試験機にかけて評価した。
【００５４】
表１は、このねじり試験における雰囲気温度Ｔ（℃）とねじり強度Ｓ（ｋＮｍ）との関係を示すもので、２５℃の環境下ではＴ１＝５．２ｋＮｍであり、１５０℃環境下ではＴ２＝２．９６ｋＮｍの結果であり、本発明のパラメータでこの結果を表すとＴ１／Ｔ２＝０．５７であり、多官能樹脂を３０重量部以上７０重量部未満を含む本発明での結果０．８５より著しく低下し、高温環境下でのねじり強度を維持できない。
【００５５】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係るプロペラシャフトは、ＦＲＰ製円筒体を備えたあらゆるプロペラシャフト
に適用でき、とくに環境特性として耐熱性が要求される自動車用のＦＲＰ製プロペラシャフトに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のプロペラシャフトの一例の要部を示す概略断面図である。
【図２】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の他の一例を示す概略断面図である
【図４】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の他の一例を示す概略断面図である。
【図５】ねじり試験の様子を示す斜視図である。
【図６】本発明のプロペラシャフトのＦＲＰ製本体筒の構成の他の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ プロペラシャフト
２ ＦＲＰ製円筒体
２ａ 内層
２ｂ 主層
２ｃ 外層
２ｄ 補強層
２ｅ 軸方向部分層
３ 金属製継手
３ａ セレーション部
４ ねじり試験用ＦＲＰ本体筒
４ａ、ｂ ねじり試験用継ぎ手
５ ねじり試験機
５ａ 可動部フランジ
５ｂ 固定部フランジ
５ｃ ロードセル
５ｄ 回転部
６ 恒温槽
６ａ 温度検出部
７ 油圧ポンプ
８ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するプロペラシャフトにおいて、前記本体筒が、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチックからなり、かつ、該繊維強化プラスチックの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするプロペラシャフト。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物で構成されてなるものである請求項１に記載のプロペラシャフト。
【請求項３】
少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックである請求項１に記載のプロペラシャフト。
【請求項４】
熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックである層が、少なくとも４５±５°の螺旋巻き層を含む請求項３記載のプロペラシャフト。
【請求項１】
本体筒と、この本体筒の両端部に装着された継手とを有するプロペラシャフトにおいて、前記本体筒が、熱硬化性樹脂を補強繊維で強化してなる繊維強化プラスチックからなり、かつ、該繊維強化プラスチックの２５℃環境下での静的ねじり強度をＴ１、１５０℃環境下での静的ねじり強度をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１≧０．８３であることを特徴とするプロペラシャフト。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物で構成されてなるものである請求項１に記載のプロペラシャフト。
【請求項３】
少なくとも軸方向の一部が積層構造を有し、該積層部の少なくとも一層の、熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックである請求項１に記載のプロペラシャフト。
【請求項４】
熱硬化性樹脂が、全エポキシ樹脂１００重量部中に、３０重量部以上７０重量部未満の３官能以上のエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物からなる繊維強化プラスチックである層が、少なくとも４５±５°の螺旋巻き層を含む請求項３記載のプロペラシャフト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１９６６８４（Ｐ２００７−１９６６８４Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５３７６４（Ｐ２００６−３５３７６４）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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