本發(fā)明涉及例如能夠用于車輛的傳動軸、驅(qū)動軸、穩(wěn)定桿等的具有FRP圓筒和端部接頭的FRP制驅(qū)動軸。

背景技術(shù)：

FRP制驅(qū)動軸是在FRP(Fiber Reinforced Plastics：纖維強(qiáng)化塑料)圓筒的兩端部結(jié)合金屬制的端部接頭而制成的，具有輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。但是，如何提高FRP圓筒與端部接頭的結(jié)合強(qiáng)度是一個技術(shù)性課題，以往提出了各種方案。

圖7的(A)、(B)示出了記載于專利文獻(xiàn)1的FRP制驅(qū)動軸1，該FRP制驅(qū)動軸1具有FRP圓筒2、結(jié)合于FRP圓筒2的兩端部的金屬制的端部接頭3、以及固定于FRP圓筒2的外周面的外卡圈4。在該圖中，僅圖示出FRP圓筒2的一端部側(cè)而省略另一端部側(cè)的圖示。

在FRP制驅(qū)動軸1中，為了相對于FRP圓筒2固定端部接頭3，在端部接頭3的外周面設(shè)置鋸齒部5，并將該鋸齒部5壓入FRP圓筒2的內(nèi)周面。另外，為了相對于FRP圓筒2的外周面固定外卡圈4，在端部接頭3上設(shè)置橢圓形的非圓形截面軸部6，并且在外卡圈4上設(shè)置橢圓形的非圓形卡合孔7，并使非圓形截面軸部6與非圓形卡合孔7卡合。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2011-52719號公報

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，記載于專利文獻(xiàn)1的FRP制驅(qū)動軸1必須分別對端部接頭3單獨(dú)加工用于固定于FRP圓筒2中的鋸齒部5與用于固定于外卡圈4中的非圓形截面軸部6，對外卡圈4也必須實(shí)施用于設(shè)置非圓形卡合孔7的特別的加工。因此，無法避免FRP制驅(qū)動軸1的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、制造的困難化以及高成本化。

本發(fā)明就是基于以上的問題意識而完成的，其目的在于獲得提高了FRP圓筒與端部接頭的結(jié)合強(qiáng)度、并且實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡化、制造的容易化以及低成本化的FRP制驅(qū)動軸。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸是在FRP圓筒的至少一端部上借助外卡圈結(jié)合端部接頭而成的，其特征在于，所述端部接頭在其外周面上具有鋸齒部；所述外卡圈具有小徑卡圈部和直徑比該小徑卡圈部大的大徑卡圈部；所述鋸齒部被壓入所述FRP圓筒的內(nèi)周面，且固定于所述小徑卡圈部的內(nèi)周面；在所述大徑卡圈部的內(nèi)周面與所述FRP圓筒的外周面之間填充有用于固定二者的粘合劑；以及在所述大徑卡圈部的內(nèi)周面與所述FRP圓筒的外周面之間形成有使所述粘合劑的填充量部分地增大的粘合劑貯存空間部。

可以是：所述鋸齒部橫跨所述FRP圓筒的內(nèi)周面和所述小徑卡圈部的內(nèi)周面地被壓入。

可以是：所述大徑卡圈部在其內(nèi)周面上具有定徑部和粘合劑貯存錐面部，其中，該定徑部形成于接近所述小徑卡圈部的一側(cè)，且該定徑部與所述FRP圓筒的外周面之間的距離大致恒定，該粘合劑貯存錐面部隨著離開所述小徑卡圈部而逐漸增大與所述FRP圓筒的外周面之間的距離，在所述粘合劑貯存錐面部與所述FRP圓筒的外周面之間形成所述粘合劑貯存空間部。

優(yōu)選所述粘合劑貯存錐面部的軸向的長度被設(shè)定在5mm～15mm的范圍內(nèi)。

優(yōu)選所述粘合劑貯存錐面部的末端部與所述鋸齒部的末端部在軸向上在5mm～15mm的范圍內(nèi)錯開。

優(yōu)選所述粘合劑貯存錐面部的基端部與所述鋸齒部的末端部在軸向上在10mm～30mm的范圍內(nèi)錯開。

優(yōu)選所述粘合劑貯存錐面部的錐度在0.5/15～2/5的范圍內(nèi)。

可以是：所述大徑卡圈部在其內(nèi)周面上具有小徑部和大徑部，其中，該小徑部形成于接近所述小徑卡圈部的一側(cè)，且該小徑部與所述FRP圓筒的外周面之間的距離相對較小，該大徑部形成于遠(yuǎn)離所述小徑卡圈部的一側(cè)，且該大徑部與所述FRP圓筒的外周面之間的距離相對較大，在所述大徑部與所述FRP圓筒的外周面之間形成所述粘合劑貯存空間部。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得提高了FRP圓筒與端部接頭的結(jié)合強(qiáng)度、并且實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡化、制造的容易化和低成本化的FRP制驅(qū)動軸。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸的組裝狀態(tài)的立體圖。

圖2是示出本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸的分解狀態(tài)的立體圖。

圖3是沿本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸的軸向的縱向剖視圖。

圖4是放大圖3的IV部示出的圖。

圖5的(A)、(B)是示出本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸的制造方法(組裝方法)的工序圖。

圖6是示出本發(fā)明的其它實(shí)施方式的FRP制驅(qū)動軸的與圖4對應(yīng)的放大圖。

圖7的(A)、(B)是示出以往產(chǎn)品的FRP制驅(qū)動軸中的FRP圓筒與端部接頭的結(jié)合部的分解立體圖、沿軸向的縱向剖視圖。

具體實(shí)施方式

＜FRP制驅(qū)動軸10的結(jié)構(gòu)＞

參照圖1～圖4，對本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸10的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。FRP制驅(qū)動軸10是將端部接頭40借助外卡圈30結(jié)合于FRP圓筒20的兩端部而成的。在本實(shí)施方式中，因為各2個的外卡圈30與端部接頭40分別具有相同的結(jié)構(gòu)，因此對它們標(biāo)注相同的標(biāo)號進(jìn)行說明。

FRP圓筒20例如由多個CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics：碳纖維強(qiáng)化塑料)層構(gòu)成，這些CFRP層是將在熱固性樹脂片中浸滲碳纖維而制成的多個預(yù)浸料卷繞成筒狀并使其熱固化而成的。FRP圓筒20的結(jié)構(gòu)和制法具有自由度，能夠進(jìn)行各種設(shè)計變更。例如，也可以對短纖維的碳纖維分散于樹脂中的材料進(jìn)行注塑成型而成為FRP圓筒20。關(guān)于FRP圓筒20，在其軸向的全長上，內(nèi)周面21的直徑(內(nèi)徑)與外周面22的直徑(外徑)分別大致恒定。

端部接頭40例如由鋼鐵等金屬制材料構(gòu)成，該端部接頭40具有形成為實(shí)心的棒狀的實(shí)心棒部41。端部接頭40在與實(shí)心棒部41相同的軸線上具有壓入到FRP圓筒20的內(nèi)周面21中的鋸齒部42。鋸齒部42例如由三角齒鋸齒或漸開線鋸齒構(gòu)成。鋸齒部42除了圖示例那樣在端部接頭40的軸向上連續(xù)地形成的方式之外，還可以是沿端部接頭40的軸向分割為多個而形成的方式。

外卡圈30例如由鋁等金屬制材料構(gòu)成，該外卡圈30由小徑卡圈部31與直徑比該小徑卡圈部31大的大徑卡圈部32沿其軸向一體地連續(xù)形成的環(huán)狀部件構(gòu)成。

小徑卡圈部31在其內(nèi)周面上具有壓入部31a。壓入部31a被壓入到端部接頭40的鋸齒部42中的未被壓入FRP圓筒20的內(nèi)周面21內(nèi)的其它部分(基端側(cè))上。即，端部接頭40的鋸齒部42橫跨FRP圓筒20的內(nèi)周面21與小徑卡圈部31的內(nèi)周面(壓入部31a)地被壓入(圖3、圖4)。換種說法，鋸齒部42并不是在其軸向的全長上都被壓入FRP圓筒20的內(nèi)周面21中，而是其軸向的一部分(末端側(cè))被壓入FRP圓筒20的內(nèi)周面21中，其軸向的其它部分(基端側(cè))未被壓入FRP圓筒20的內(nèi)周面21中。在外卡圈30的小徑卡圈部31的壓入部31a與端部接頭40的鋸齒部42之間設(shè)置有間隙CL(圖4)。

如圖4所示，大徑卡圈部32在其內(nèi)周面上具有定徑部33和粘合劑貯存錐面部34，該定徑部33形成于接近小徑卡圈部31的一側(cè)，且該定徑部33與FRP圓筒20的外周面22之間的距離大致恒定，該粘合劑貯存錐面部34隨著離開小徑卡圈部31而逐漸增大與FRP圓筒20的外周面22之間的距離。在大徑卡圈部32的內(nèi)周面(定徑部33、粘合劑貯存錐面部34)與FRP圓筒20的外周面22之間填充(介入)有用于固定二者的粘合劑S。在粘合劑貯存錐面部34與FRP圓筒20的外周面22之間形成有部分地(局部地)增大粘合劑S的填充量的粘合劑貯存空間部34X。

在形成于小徑卡圈部31的內(nèi)周面上的壓入部31a與形成于大徑卡圈部32的內(nèi)周面上的定徑部33之間形成有環(huán)狀的軸垂直壁35，在該軸垂直壁35與FRP圓筒20的末端面23之間也填充(介入)有粘合劑S。

在設(shè)置于外卡圈30的小徑卡圈部31的壓入部31a與端部接頭40的鋸齒部42之間的間隙CL中也填充有粘合劑S。由此，能夠經(jīng)由間隙CL向外部排出在粘合劑S中含有的氣泡。另外，例如，在用異種金屬(例如鋼鐵和鋁)形成端部接頭40和外卡圈30的情況下，有可能由于基于異種金屬彼此的離子化傾向的電位差而發(fā)生電腐蝕。在本實(shí)施方式中，在外卡圈30的小徑卡圈部31的壓入部31a與端部接頭40的鋸齒部42之間介入有填充于間隙CL中的粘合劑S的膜，因此即使由異種金屬構(gòu)成端部接頭40和外卡圈30，異種金屬彼此也成為非接觸狀態(tài)，能夠有效地防止發(fā)生電腐蝕。

在使以上那樣構(gòu)成的FRP制驅(qū)動軸10作為驅(qū)動軸發(fā)揮作用的情況下，在一方的端部接頭40的軸部41上經(jīng)由內(nèi)側(cè)等速接頭和差速器裝置而連結(jié)有發(fā)動機(jī)(均未圖示)，在另一方的端部接頭40的軸部41上經(jīng)由外側(cè)等速接頭而連結(jié)有車輪(均未圖示)。當(dāng)發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力作為旋轉(zhuǎn)扭矩被賦予FRP制驅(qū)動軸10時，旋轉(zhuǎn)扭矩在端部接頭40與FRP圓筒20之間傳遞。當(dāng)從端部接頭40向FRP圓筒20傳遞旋轉(zhuǎn)扭矩時，外卡圈30具有消除FRP圓筒20的內(nèi)周側(cè)與外周側(cè)的旋轉(zhuǎn)扭矩差的作用。

在此，F(xiàn)RP圓筒20與端部接頭40通過將端部接頭40的鋸齒部42壓入FRP圓筒20的內(nèi)周面21而彼此固定。另一方面，外卡圈30通過填充于大徑卡圈部32(定徑部33、粘合劑貯存錐面部34)的內(nèi)周面與FRP圓筒20的外周面22之間的粘合劑S而與FRP圓筒20固定，同時，通過將小徑卡圈部31的內(nèi)周面(壓入部31a)壓入端部接頭40的鋸齒部42且在二者的間隙CL之間填充粘合劑S，從而與端部接頭40固定。因而，端部接頭40與FRP圓筒20之間的扭矩傳遞路徑大致相等地分散成FRP圓筒20的內(nèi)側(cè)與外側(cè)的2個系統(tǒng)，且當(dāng)扭矩傳遞時FRP圓筒20的內(nèi)側(cè)與外側(cè)以相同相位旋轉(zhuǎn)，因此能夠可靠地防止作為層疊體的FRP圓筒20的層間剪切破壞。

這樣，在本實(shí)施方式中，使端部接頭40的鋸齒部42擔(dān)負(fù)固定端部接頭40與FRP圓筒20的作用和固定端部接頭40與外卡圈30的作用這2個作用。由此，不需要如上述的專利文獻(xiàn)1那樣在端部接頭上加工特別的固定部(圖7的(A)、(B)所示的非圓形截面軸部6)。另外，在本實(shí)施方式中，不需要如上述的專利文獻(xiàn)1那樣對外卡圈進(jìn)行特別的加工(設(shè)置圖7的(A)、(B)所示的非圓形卡合孔7的加工)。因而，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠獲得實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡化、制造的容易化和低成本化的FRP制驅(qū)動軸10。

而且，在本實(shí)施方式中，通過將端部接頭40的鋸齒部42橫跨FRP圓筒20的內(nèi)周面21與外卡圈30的小徑卡圈部31的壓入部31a地進(jìn)行壓入，來固定FRP圓筒20、外卡圈30和端部接頭40。同時，也利用填充于大徑卡圈部32的內(nèi)周面(定徑部33、粘合劑貯存錐面部34)與FRP圓筒20的外周面22之間、軸垂直壁35與FRP圓筒20的末端面23之間以及小徑卡圈部31的壓入部31a與鋸齒部42之間(間隙CL)的粘合劑S來固定FRP圓筒20、外卡圈30和端部接頭40。其結(jié)果為，利用FRP圓筒20的內(nèi)周側(cè)與外周側(cè)雙方的固定部，牢固地固定了FRP圓筒20與端部接頭40，能夠順暢地傳遞較大的旋轉(zhuǎn)扭矩。

而且，在本實(shí)施方式中，在外卡圈30的大徑卡圈部32的內(nèi)周面上形成有粘合劑貯存錐面部34，該粘合劑貯存錐面部34用于形成使粘合劑S的填充量部分地(局部地)增大的粘合劑貯存空間部34X。由此，通過使粘合劑S的端部的膜厚部分地(局部地)變厚而降低剛性，從而當(dāng)旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞時使施加給粘合劑S的端部(外徑側(cè)端部)的應(yīng)力向內(nèi)徑側(cè)分散而使該應(yīng)力緩和(均勻化)(避免應(yīng)力向粘合劑S集中)，其結(jié)果為，能夠提高FRP圓筒20與端部接頭40的結(jié)合強(qiáng)度而傳遞較大的旋轉(zhuǎn)扭矩。

優(yōu)選粘合劑貯存錐面部34的軸向的長度L1設(shè)定在5mm～15mm的范圍內(nèi)。由此，能夠傳遞較大的旋轉(zhuǎn)扭矩。

當(dāng)粘合劑貯存錐面部34的軸向的長度L1超過15mm時，大徑卡圈部32與鋸齒部42的同軸度過于增大而粘合強(qiáng)度降低。

當(dāng)粘合劑貯存錐面部34的軸向的長度L1低于5mm時，粘合部的應(yīng)力分散效果不足。

粘合劑貯存錐面部34的末端部與鋸齒部42的末端部在軸向上錯開，該錯開長度L2優(yōu)選在5mm～15mm的范圍內(nèi)。由此，能夠傳遞較大的旋轉(zhuǎn)扭矩。

當(dāng)粘合劑貯存錐面部34的末端部與鋸齒部42的末端部的錯開長度L2超過15mm時，在鋸齒部42上旋轉(zhuǎn)扭矩過于集中。

當(dāng)粘合劑貯存錐面部34的末端部與鋸齒部42的末端部的錯開長度L2低于5mm時，在外卡圈30上旋轉(zhuǎn)扭矩過于集中。

粘合劑貯存錐面部34的基端部與鋸齒部42的末端部在軸向上錯開，優(yōu)選該錯開長度L3在10mm～30mm的范圍內(nèi)。由此，能夠傳遞較大的旋轉(zhuǎn)扭矩。

當(dāng)粘合劑貯存錐面部34的基端部與鋸齒部42的末端部的錯開長度L3超過30mm時，在鋸齒部42上旋轉(zhuǎn)扭矩過于集中。

當(dāng)粘合劑貯存錐面部34的基端部與鋸齒部42的末端部的錯開長度L3低于10mm時，在外卡圈30上旋轉(zhuǎn)扭矩過于集中。

優(yōu)選粘合劑貯存錐面部34的錐度在0.5/15～2/5的范圍內(nèi)。由此，能夠提高外卡圈30與FRP圓筒20的粘合強(qiáng)度。

不管粘合劑貯存錐面部34的錐度超過2/5還是低于0.5/15，在粘合劑S上應(yīng)力都過于集中。

作為本實(shí)施方式的比較例，假定不在外卡圈30的大徑卡圈部32的內(nèi)周面上形成粘合劑貯存錐面部34而將該粘合劑貯存錐面部34置換成定徑部33的情況。在這種情況下，關(guān)于旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞時的扭轉(zhuǎn)的變位，因為與FRP圓筒20的內(nèi)徑側(cè)相比外徑側(cè)的該變位較大，因此應(yīng)力集中于粘合劑S的端部(外徑側(cè)端部)，成為FRP圓筒20與端部接頭40的結(jié)合破壞的起點(diǎn)。

＜FRP制驅(qū)動軸10的制造方法(組裝方法)＞

參照圖5的(A)、(B)，對如以上那樣構(gòu)成的FRP制驅(qū)動軸10的制造方法(組裝方法)進(jìn)行說明。

如圖5的(A)所示，在將端部接頭40固定于固定夾具(未圖示)的狀態(tài)下，將外卡圈30的小徑卡圈部31的壓入部31a壓入到端部接頭40的鋸齒部42中的未被壓入FRP圓筒20的內(nèi)周面21內(nèi)的其它部分(基端側(cè))上。由此，形成外卡圈30與端部接頭40的結(jié)合體。

如圖5的(B)所示，當(dāng)將粘合劑S涂敷于FRP圓筒20的外周面22之后，將FRP圓筒20的內(nèi)周面21壓入端部接頭40的鋸齒部42中的未被壓入外卡圈30的小徑卡圈部31的壓入部31a內(nèi)的一部分(末端側(cè))上。于是，涂敷于FRP圓筒20的外周面22上的粘合劑S被填充于大徑卡圈部32的內(nèi)周面(定徑部33、粘合劑貯存錐面部34)與FRP圓筒20的外周面22之間、軸垂直壁35與FRP圓筒20的末端面23之間以及小徑卡圈部31的壓入部31a與鋸齒部42之間(間隙CL)。由此，形成FRP圓筒20、外卡圈30以及端部接頭40的結(jié)合體而完成FRP制驅(qū)動軸10。

在此，在圖5的(B)的工序中，因為在外卡圈30的大徑卡圈部32的內(nèi)周面形成有粘合劑貯存錐面部34，因此不會刮取涂敷于FRP圓筒20的外周面22上的粘合劑S而能夠使該粘合劑S遍及到各個角落。由此，能夠提高FRP圓筒20、外卡圈30以及端部接頭40的結(jié)合強(qiáng)度。

與此相對，在未于外卡圈30的大徑卡圈部32的內(nèi)周面上形成粘合劑貯存錐面部34而將該粘合劑貯存錐面部34置換成定徑部33的比較例中，當(dāng)將端部接頭40的鋸齒部42壓入FRP圓筒20的內(nèi)周面21時，會刮取涂敷于FRP圓筒20的外周面22上的粘合劑S，該粘合劑S未遍及到各個角落而發(fā)生粘合不良。因此，F(xiàn)RP圓筒20、外卡圈30以及端部接頭40的結(jié)合強(qiáng)度不充分。

圖6示出了本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸10的其它實(shí)施方式。在該其它實(shí)施方式中，大徑卡圈部32在其內(nèi)周面上具有小徑部36和大徑部37，該小徑部36形成于接近小徑卡圈部31的一側(cè)，且該小徑部36與FRP圓筒20的外周面22之間的距離相對較小，該大徑部37形成于遠(yuǎn)離小徑卡圈部31的一側(cè)，且該大徑部37與FRP圓筒20的外周面22之間的距離相對較大。在大徑卡圈部32的內(nèi)周面(小徑部36、大徑部37)與FRP圓筒20的外周面22之間填充有用于固定二者的粘合劑S。在大徑部37與FRP圓筒20的外周面22之間，形成有使粘合劑S的填充量部分地(局部地)增大的粘合劑貯存空間部37X。

在以上的實(shí)施方式中，例示出具有在FRP圓筒20的兩端部借助外卡圈30結(jié)合了端部接頭40的結(jié)構(gòu)的FRP制驅(qū)動軸10進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明也同樣地能夠應(yīng)用于具有僅在FRP圓筒的一端部借助外卡圈結(jié)合了端部接頭的結(jié)構(gòu)的FRP制驅(qū)動軸。

在以上的實(shí)施方式中，例示出端部接頭40的鋸齒部42橫跨FRP圓筒20的內(nèi)周面21和小徑卡圈部31的內(nèi)周面(壓入部31a)地被壓入的情況進(jìn)行了說明。但是，端部接頭40的鋸齒部42與小徑卡圈部31的內(nèi)周面未必需要通過壓入進(jìn)行固定，例如也可以通過粘合劑等其它的固定手段進(jìn)行固定。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的FRP制驅(qū)動軸例如優(yōu)選用于車輛的傳動軸、驅(qū)動軸、穩(wěn)定桿等。

標(biāo)號說明

10：FRP制驅(qū)動軸；

20：FRP圓筒；

21：內(nèi)周面；

22：外周面；

23：末端面；

30：外卡圈；

31：小徑卡圈部；

31a：壓入部；

32：大徑卡圈部；

33：定徑部；

34：粘合劑貯存錐面部；

34X：粘合劑貯存空間部；

35：軸垂直壁；

36：小徑部；

37：大徑部；

37X：粘合劑貯存空間部；

40：端部接頭；

41：實(shí)心棒部；

42：鋸齒部；

CL：間隙；

S：粘合劑。