特開 2024-157217 動力伝達軸、圧力容器、及び緩衝器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157217

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】動力伝達軸、圧力容器、及び緩衝器

(51)【国際特許分類】

   F16C 3/02 20060101AFI20241030BHJP

【ＦＩ】

F16C3/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023071444

(22)【出願日】2023-04-25

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】上野 凌太

(72)【発明者】

【氏名】高橋 史也

【テーマコード（参考）】

3J033

【Ｆターム（参考）】

3J033AA01

3J033AB02

3J033BA03

3J033BA13

(57)【要約】

【課題】ねじり強度を確保しながら、振動減衰性能を更に向上した動力伝達軸を提供する。
【解決手段】厚み方向で内側の第１円筒部と厚み方向で外側の第２円筒部とからなる動力伝達軸であって、どちらか一方の円筒部は、第１振動減衰繊維と熱硬化性樹脂からなる第１繊維層が積層された積層体であり、他方の円筒部は、第１減衰繊維より機械振動の減衰性能が優れた第２振動減衰繊維と熱硬化性樹脂からなる第２繊維層が積層された積層体であることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、軸線方向に延び厚み方向で内側の第１円筒部と厚み方向で外側の第２円筒部とからなる動力伝達軸であって、
どちらか一方の円筒部は、第１繊維と熱硬化性樹脂からなる第１繊維層が積層された第1積層体であり、
他方の円筒部は、前記第１繊維より機械的な振動の減衰性能が優れた第２繊維と前記熱硬化性樹脂からなる第２繊維層が積層された第２積層体である
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項2】

請求項1に記載の動力伝達軸であって、
前記第1繊維は炭素繊維であり、前記第２繊維はポリアリレート繊維である
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項3】

請求項２に記載の動力伝達軸であって、
前記第1円筒部は前記第１積層体からなり、前記第２円筒部は前記第２積層体からなるか、或いは
前記第1円筒部は前記第２積層体からなり、前記第２円筒部は前記第１積層体からなる
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項4】

請求項３に記載の動力伝達軸であって、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする動力伝達軸。

【請求項5】

請求項４に記載の動力伝達軸であって、
前記第２繊維層を形成する前記ＶＦＲＰの配合量は、前記ＶＦＲＰと前記ＣＦＲＰの合計量に対する前記ＶＦＲＰの割合が１０％以上である
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項6】

請求項２に記載の動力伝達軸であって、
前記ポリアリレート繊維の太さは、前記炭素繊維に比べて大きく形成されている
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項7】

請求項４に記載の動力伝達軸であって、
前記第１繊維層は、前記炭素繊維を一方向に引き揃えて前記エポキシ樹脂を含浸してシート状に形成した炭素繊維プリプレグであり、前記炭素繊維プリプレグが積層されて前記第１円筒部が形成され、
前記第２繊維層は、前記ポリアリレート繊維を一方向に引き揃えて前記エポキシ樹脂を含浸してシート状に形成したポリアリレート繊維プリプレグであり、前記ポリアリレート繊維プリプレグが積層されて前記第２円筒部が形成されている
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項8】

請求項７に記載の動力伝達軸であって、
前記ポリアリレート繊維プリプレグにおける前記ＶＦＲＰの配合量は、前記ＶＦＲＰと前記ＣＦＲＰの合計量に対する前記ＶＦＲＰの割合が１０％以上である
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項9】

請求項８に記載の動力伝達軸であって、
前記第２円筒部の最外周層には、前記ポリアリレート繊維プリプレグによる繊維層が形成されている
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項10】

請求項９に記載の動力伝達軸であって、
前記ポリアリレート繊維プリプレグの前記ポリアリレート繊維の前記軸線方向に対する配向角度は、前記軸線方向に平行な配向角度（０°）～前記軸線方向に直交する配向角度（９０°）の範囲に設定されている
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項11】

請求項１０に記載の動力伝達軸であって、
前記ポリアリレート繊維プリプレグの前記ポリアリレート繊維の前記軸線方向に対する配向角度は、前記軸線方向に平行な配向角度（０°）か、或いは前記軸線方向に直交する配向角度（９０°）に設定されている
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項12】

請求項１１に記載の動力伝達軸であって、
前記炭素繊維プリプレグの前記炭素繊維の前記軸線方向に対する配向角度は、前記軸線方向に平行な配向角度（０°）か、或いは前記軸線方向に対して配向角度４５°に設定されている
ことを特徴とする動力伝達軸。

【請求項13】

少なくとも、気体や液体等の流体を収納するタンク本体を備える圧力容器であって、
前記タンク本体は、前記流体を収納する樹脂ライナと、前記樹脂ライナの外周面の厚み方向で内側に形成された内側繊維樹脂層と厚み方向で外側の外側繊維樹脂層とからなり、
前記内側繊維樹脂層と前記外側繊維樹脂層のどちらか一方の繊維樹脂層は、第１繊維と熱硬化性樹脂からなる第１繊維樹脂層であり、
他方の前記繊維樹脂層は、前記第１繊維より機械的な振動の減衰性能が優れた第２繊維と前記熱硬化性樹脂からなる第２繊維樹脂層である
ことを特徴とする圧力容器。

【請求項14】

請求項１３に記載の圧力容器であって、
前記樹脂ライナは、水素ガスのバリア機能を備えた樹脂から作られており、
前記第１繊維は炭素繊維であり、前記第２繊維はポリアリレート繊維である
ことを特徴する圧力容器。

【請求項15】

少なくとも、第１筒部材と、前記第１筒部材内に摺動自在に挿入された第２筒部材と、前記第１筒部材と前記第２筒部材との間に設けられた緩衝機構を備える緩衝器であって、
前記第１筒部材、或いは前記第２筒部材の少なくとも一方の筒部材に、前記筒部材の中央付近にポリアリレート繊維と熱硬化性樹脂からなる振動減衰部を設けた
ことを特徴とする緩衝器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は動力伝達軸、圧力容器、及び緩衝器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、例えば自動車においては、二酸化炭素排出量の削減のために燃費を向上することが求められている。燃費を向上するには、例えばドライブシャフトやプロペラシャフト等の動力伝達軸を、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の円筒体で構成して、車両全体を軽量化することが有効である。また、ドライブシャフトやプロペラシャフト等の動力伝達軸をＦＲＰ製の円筒体で構成することで、車両の低振動化や静粛性の向上といった新たな機能も期待できる。

【0003】

ＦＲＰ製の円筒体を製造する工程として、強化繊維（例えば、炭素繊維）に熱硬化性樹脂を含浸させて形成されたプリプレグを筒状に巻回し、熱硬化させて複数のＦＲＰ層とするシートワインディング（プリプレグ）法が知られている。

【0004】

シートワインディング法によるＦＲＰ製の円筒体は、必要最小限の樹脂量でも強化繊維の体積含有率を高くできるという特徴があり、軽量化と高強度化を同時に図る上で有利である。また、形状精度の良い小型品が製造可能であり、積層構成の自由度が高い。

【0005】

このような、ＦＲＰ製の円筒体を動力伝達軸に使用した例が、例えば特開平１０－３１０６５０号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１には、円筒状のシャフト本体、及びその両端部に突設されたヨーク部が、繊維強化複合材料で一体に形成されたプロペラシャフトが示されている。そして、強化繊維として、炭素繊維が使用され、マトリックス樹脂としてはエポキシ樹脂が使用されていることが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０－１０６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、この種のＦＲＰ製の円筒体においては、機械的な振動の減衰性能を向上することは重要な評価項目となっている。例えば、特許文献１にあるように、炭素繊維強化プラスチックのみを採用した場合、ＦＲＰ製の円筒体に必要な捩り強度は十分得られるが、振動減衰性能は満足いくものとなっていない。特に、動力伝達軸等に使用する場合は、更なる振動減衰性能が求められている。また、同様に自動車や自動二輪車の緩衝器、及び燃料電池車や水素エンジンに使用される水素を貯留する圧力容器においても、振動減衰機能が求められている。

【0008】

本発明はこのような問題に対処するものであり、振動減衰性能を更に向上した動力伝達軸、圧力容器、及び緩衝器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の主たる特徴は、少なくとも、軸線方向に延び厚み方向で内側の第１円筒部と厚み方向で外側の第２円筒部とからなる動力伝達軸であって、どちらか一方の円筒部は、第１繊維と熱硬化性樹脂からなる第１繊維層が積層された第１積層体であり、他方の円筒部は、第１繊維より機械的な振動の減衰性能が優れた第２繊維と熱硬化性樹脂からなる第２繊維層が積層された第２積層体であることを特徴とする動力伝達軸にある。

【0010】

ここで、動力伝達軸の実施形態では、第１繊維として、アクリルやピッチから作られた炭素繊維が使用され、第２繊維として、ポリエステル系液晶ポリマーから作られたポリアリレート繊維が使用され、これらの組み合わせが特に有効である。

【発明の効果】

【0011】

本発明の主たる特徴によれば、一方の円筒部が、第１繊維層が積層された積層体で形成されると共に、他方の円筒部が、第２繊維層が積層された積層体で形成されている。このため、第１繊維層が積層された積層体のみの円筒体と比べて、第２繊維層が積層された積層体とを組み合わせることによって、機械振動の減衰性能を大きく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態になる動力伝達軸の構成を示す構成図（一部断面）である。

【図2】図１のＰ部を拡大した断面を示す拡大断面図である。

【図3】図２の変形例を示す拡大断面図である。

【図4】ポリアリレート繊維の配合量と振動減衰効果の関係を示す説明図である。

【図5】強化繊維の配向角度を説明する説明図である。

【図6】動力伝達軸の最外層におけるポリアリレート繊維と炭素繊維の振動減衰効果の関係を示す説明図である。

【図7】動力伝達軸の最外層におけるポリアリレート繊維と炭素繊維の配向角度とねじり強度の関係を示す説明図である

【図8】動力伝達軸のＣＦＲＰ部とＶＦＲＰ部の積層状態と振動減衰効果の関係を示す説明図である

【図9】本発明の第２の実施形態になる圧力容器の構成を示す構成図（一部断面）である。

【図10】図９のＱ部を拡大した断面を示す拡大断面図である。

【図11】図１０の変形例を示す拡大断面図である。

【図12】本発明の第３の実施形態になる緩衝器の構成を示す構成図である。

【図13】鋼管にポリアリレート繊維を巻回した実施形態と鋼管だけの振動減衰効果の関係を示す説明図である

【図14】図１２に示す実施形態の自動二輪車への適用例を説明する説明図である。

【図15】図１２に示す実施形態の自動車への適用例を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略、及び簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。

【実施例0014】

本発明の第1の実施形態は、少なくとも、軸線方向に延び厚み方向で内側の第１円筒部と厚み方向で外側の第２円筒部とからなる動力伝達軸を対象としている。そして、どちらか一方の円筒部は、第１繊維と熱硬化性樹脂からなる第１繊維層が積層された第1積層体であり、他方の円筒部は、第１繊維より機械的な振動の減衰性能が優れた第２繊維と熱硬化性樹脂からなる第２繊維層が積層された第２積層体であることを特徴としている。

【0015】

図１は、本発明の主たる特徴である動力伝達軸の実施形態を示している。図1に示しているように、動力伝達軸１０は、円筒状のシャフト本体（円筒部）１１と、その両端部に設けられたヨーク１２とから構成されている。シャフト本体１１は繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと表記する）で形成されている。ヨーク１２は金属製で、その基端がシャフト本体１１の端部に挿入されると共に、例えば、接着剤等（図示せず）を介して固着されている。尚、シャフト本体１１とヨーク１２とをＦＲＰで一体的に作ることもできる。

【0016】

シャフト本体１１は少なくとも、軸方向に沿って内側に存在する内側円筒部（請求項でいう第１円筒部）と、外側に位置する外側円筒部（請求項でいう第２円筒部）から構成されている（これらの円筒部については、図２、図３で説明する）。本実施形態では、夫々の円筒部を構成する強化繊維としては、例えば、アクリルやピッチから作られた炭素繊維と、ポリエステル系液晶ポリマーから作られたポリアリレート繊維が使用されている。本実施形態では、ポリアリレート繊維を使用することが要旨である。尚、ポリアリレート繊維として、（株）クラレのベクトラン（登録商標）を使用した。

【0017】

ポリアリレート繊維は、炭素繊維に比べて優れた振動減衰特性を有している。ポリアリレート繊維による振動減衰の作用機序は、振動エネルギが分子運動に変換され、熱エネルギとして放出されるもので、炭素繊維に比べると時間経過に対する振動の減衰が大きい特性を備えている。尚、本開示の作用機序は推定を含んでおり、この作用機序の正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。

【0018】

また、炭素繊維やポリアリレート繊維に含侵されるマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が使用されている。そして、炭素繊維やポリアリレート繊維とエポキシ樹脂が組み合わされてシート状に形成されている。ここで、炭素繊維に比べて、ポリアリレート繊維の方の太さ（テックス基準/ＳＩ単位系）を大きくしている。

【0019】

尚、夫々のシートの繊維は、所定の一方向に引き揃えて整列して並べて配置されている。本実施形態では、積層されるシート毎に引き揃え方向（繊維が延びる方向）をずらして使用することもできる。

【0020】

以下では、一方向に引き揃えて並べた強化繊維に、エポキシ樹脂を含浸させたシートを、「一方向プレプリグ」として説明する。また、炭素繊維とエポキシ樹脂を組み合わせたＦＲＰを「ＣＦＲＰ」とし、ポリアリレート繊維とエポキシ樹脂を組み合わせたＦＲＰを「ＶＦＲＰ」として説明を進める。

【0021】

図２は、図１のＰ部を拡大して断面を示したものである。図２に示すように、シャフト本体２は、厚み方向（径方向）で内側（すなわち、円筒内径面側）のＣＦＲＰ部１３と、厚み方向（径方向）で外側（すなわち、円筒外径面側）のＶＦＲＰ部１４とからなっている。ＶＦＲＰ部１４はＣＦＲＰ部１３の上に形成されており、ＶＦＲＰ部１４の内径面は、ＣＦＲＰ部１３の外径面に接触している。

【0022】

ただ、ＣＦＲＰ部１３とＶＦＲＰ部１４の境界は、双方のエポキシ樹脂が結合された状態となっている。尚、図２におけるＣＦＲＰ部１３が請求項でいう「第１円筒部」に相当し、ＶＦＲＰ部１４が請求項でいう「第２円筒部」に相当する。

【0023】

また、図３も図１のＰ部を拡大して断面を示したもので、ＣＦＲＰ部とＶＦＲＰ部を逆配置したものである。図３に示すように、シャフト本体２は、厚み方向（径方向）で内側（すなわち、円筒内径面側）のＶＦＲＰ部１５と、厚み方向（径方向）で外側（すなわち、円筒外径面側）のＣＦＲＰ部１６とすることもできる。ＣＦＲＰ部１６はＶＦＲＰ部１５の上に形成されており、ＣＦＲＰ部１６の内径面は、ＶＦＲＰ部１５の外径面に接触している。

【0024】

この場合も、ＶＦＲＰ部１５とＣＦＲＰ部１６の境界は、双方のエポキシ樹脂が結合された状態となっている。尚、図２とは異なり、図３におけるＶＦＲＰ部１５が請求項でいう「第１円筒部」に相当し、ＣＦＲＰ部１６が請求項でいう「第２円筒部」に相当する。

【0025】

図２に示すＣＦＲＰ部１３とＶＦＲＰ部１４は、炭素繊維とエポキシ樹脂からなる炭素繊維プリプレグ、及び炭素繊維プリプレグの上側に配置されたポリアリレート繊維とエポキシ樹脂からなるポリアリレート繊維プリプレグを、それぞれ円筒状に巻回して、熱硬化されて形成されている。

【0026】

また、同様に図３に示すＶＦＲＰ部１５とＣＦＲＰ部１６は、ポリアリレート繊維とエポキシ樹脂からなるポリアリレート繊維プリプレグ、及びポリアリレート繊維プリプレグの上側に配置された炭素繊維とエポキシ樹脂からなる炭素繊維プリプレグを、それぞれ円筒状に巻回して、熱硬化されて形成されている。

【0027】

炭素繊維プリプレグは、巻回されることで複数の層を形成することから、ＣＦＲＰ部１３、１６は、複数のＣＦＲＰ層が積層された積層体となっている。同様に、ポリアリレート繊維プリプレグは、巻回されることで複数の層を形成することから、ＶＦＲＰ部１４、１５は、複数のＶＦＲＰ層が積層された積層体となっている。

【0028】

上述したシャフト本体１１は、マンドレルを一方向に回転させ、プリプレグをマンドレルに巻き付けることで製造される。

【0029】

本実施形態の図２の構成では、炭素繊維プリプレグをマンドレルに巻き付けた後、その上からポリアリレート繊維プリプレグを巻き付けて、その後に一度の熱処理によって、炭素繊維プリプレグ中のエポキシ樹脂、及びポリアリレート繊維プリプレグ中のエポキシ樹脂を熱硬化させて一体化している。これによって、シャフト本体１１が製造される。

【0030】

また本実施形態の図３の構成では、ポリアリレート繊維プリプレグをマンドレルに巻き付けた後、その上から炭素繊維プリプレグを巻き付けて、その後に一度の熱処理によって、ポリアリレート繊維プリプレグ中のエポキシ樹脂、及び炭素繊維プリプレグ中のエポキシ樹脂を熱硬化させて一体化している。これによって、シャフト本体１１が製造される。

【0031】

ここで、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂を例示したが、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。更に、プリプレグ毎に、異なる熱硬化性樹脂を用いてもよく、また同じ熱硬化性樹脂を用いてもよい。ただ、本実施形態のように、熱硬化性樹脂の中でも、耐熱性、耐水性、接着性に優れたエポキシ樹脂を、両方のプリプレグの熱硬化性樹脂として用いることが好ましい。

【0032】

上述したように、ポリアリレート繊維は、振動エネルギが分子運動に変換され、熱エネルギとして放出されるもので、炭素繊維に比べて優れた振動減衰特性を有している。したがって、このポリアリレート繊維からなるＶＦＲＰを組み合わせて使用することで、動力伝達軸の振動減衰性能を大きく向上することができる。もちろん、炭素繊維からなるＣＦＲＰを使用することで、動力伝達軸のねじり強度も十分に確保することができる。

【0033】

このように、本実施形態においては、ねじり強度が大きいＣＦＲＰ部１３、１６に、振動減衰性能が優れたＶＦＲＰ１４、１５を追加的に組み合せた（ＶＦＲＰとＣＦＲＰの積層体）ことによって、ねじり強度と振動減衰性能に優れた動力伝達軸を提供することが可能となる。

【0034】

次に、ＶＦＲＰとＣＦＲＰの積層体におけるＶＦＲＰの配合量と減衰特性について説明する。減衰特性を把握するために、ハンマリング試験を行った。具体的には、シャフト本体１１をインパルスハンマで加振し、この加振の結果で生じる振動を加速度センサーで検出し、ＦＦＴアナライザで振動の変化を計測した。

【0035】

図４に示すグラフは、横軸にＶＦＲＰとＣＦＲＰの積層体に対するＶＦＲＰの配合量を示し、縦軸に減衰比を示している。減衰比は、値が大きいほど振動減衰効果が大きく、値が小さいほど振動減衰効果が小さいことを示している。

【0036】

図４のグラフから判るように、ＶＦＲＰの配合量の増加に応じて、減衰比は大きくなっている。特に、ＶＦＲＰの配合量が１０％を超える状態で、顕著に減衰比が増加方向に変化している。したがって、実際にＶＦＲＰとＣＦＲＰの積層体を使用する場合は、ＶＦＲＰの配合量が１０％を超えるＶＦＲＰとＣＦＲＰの積層体を用いれば、十分な振動減衰効果を得ることができる。

【0037】

ただ、ＶＦＲＰの配合量を増やしていくと、ＣＦＲＰの量が減少していくので、振動減衰性能を考えれば、ＶＦＲＰの配合量は１０％以上であれば良いが、ねじり強度の確保も考慮すると１０％～８５％の範囲に収めるのが良いと考えられる。ただ、８５％以上でも問題がない場合は、これに拘束されることはない。

【0038】

次に、シャフト本体１１の最外層に設けた、ポリアリレート繊維プリプレグと炭素繊維プリプレグにおける、それぞれの繊維の配向角度と減衰比率について説明する。減衰比率の測定は、上述のハンマリング試験によって行っている。

【0039】

ここで、繊維の配向角度は、シャフト本体１１の中心軸が延びる方向に対する繊維の引き揃え方向（繊維が延びる方向）の角度を表している。図５においては、シャフト本体１１の中心軸線（Ｃ）に平行な方向の繊維の引き揃え方向を配向角度「０°」とし、シャフト本体１１の中心軸線（Ｃ）に直交する方向の繊維の引き揃え方向を配向角度「９０°」とし、この配向角度０°～９０°の範囲で配向角度を設定することができる。

【0040】

図６は、夫々の繊維の含有率を同じ含有率にし、且つ厚みを同じ厚さに設定した、ＣＦＲＰ層が２層の場合と、ＣＦＲＰ層とＶＦＲＰ層の２層の場合で、最外層をＣＦＲＰ層とＶＦＲＰ層に設定した時のポリアリレート繊維プリプレグと炭素繊維プリプレグにおける、繊維の配向角度と減衰比率について示している。

【0041】

図６は、配向角度「０°」、「１５°」、「３０°」、「４５°」、及び「９０°」における減衰比率を示している。ここで、減衰比率は、「減衰時間／最大振動幅」で表している。尚、減衰比率が小さいほど振動減衰効果が大きいことを示している。

【0042】

図６で判るように、ポリアリレート繊維プリプレグ（斜線四角枠で示す）を使用した方が、炭素繊維プリプレグ（白線四角枠で示す）に比べて、全ての配向角度で減衰比率が小さくなって、振動減衰効果が優れていることが判る。また、ポリアリレート繊維プリプレグでは、配向角度にそれほど影響を受けることなく減衰比率が推移している。ただ、配向角度「０°」と「９０°」で減衰比率が小さくなるので、これらの配向角度を用いればより高い振動減衰効果を得ることができる。

【0043】

尚、この例では、ポリアリレート繊維プリプレグが最外層に設けられているものであるが、最内層、中間層にポリアリレート繊維プリプレグを用いても、振動減衰効果が得られることは想定できるものである。

【0044】

また、炭素繊維プリプレグでは、配向角度が大きくなるにつれて、減衰比率が大きくなり、振動減衰効果が低下している。したがって、振動減衰効果を高める場合は、配向角度「０°」の炭素繊維プリプレグを用いると、振動減衰効果を高めることができる。

【0045】

一方、炭素繊維プリプレグの場合は、配向角度が大きい方がねじり強度が大きいことが知られており、その例を図7に示している。図７は、配向角度「０°」、「１５°」、「３０°」、及び「４５°」における静ねじり強度を示している。

【0046】

図７で判るように、ポリアリレート繊維プリプレグにおいては、静ねじり強度は配向角度にそれほど依存していない。一方、炭素繊維プリプレグでは、配向角度が小さいほど静ねじり強度が小さく、配向角度４５°で静ねじり強度が最大となる。したがって、ねじり強度を高める場合は、配向角度「４５°」で静ねじり強度が最大となるなるので、この配向角度を用いればより高い静ねじり強度を得ることができる。

【0047】

これらの事実から、振動減衰性能を重視する場合は、配向角度が小さい（最小で０°）炭素繊維プリプレグを選択し、ねじり強度を重視する場合は、配向角度が大きい（最大で４５°）炭素繊維プリプレグを選択すれば良いことが判る。

【0048】

次に、ＣＦＲＰ層とＶＦＲＰ層の積層順序と減衰比率について説明する。減衰比率の測定は、これもハンマリング試験によって行っている。

【0049】

試験に使用したサンプルでは積層数は５層とし、ＶＦＲＰ層とＣＦＲＰ層を、積層位置を変えて相対的に増減した。また、ＶＦＲＰ層とＣＦＲＰ層の厚みは同じ厚さとし、繊維の配向角度も同じ配向角度とした。

【0050】

図８は、ＶＦＲＰ層とＣＦＲＰ層を相対的に増減した時の振動の減衰比率を示しており、横軸にＶＦＲＰ層とＣＦＲＰ層の積層構成（５層）を示し、縦軸に減衰比率を示している。

【0051】

ここで、積層構成の「白色四角枠」は炭素繊維プリプレグを示し、「斜線四角枠」はポリアリレート繊維プリプレグを示している。また、配合比は積層された炭素繊維プリプレグとポリアリレート繊維プリプレグの割合を示している。つまり、一つの層の四角枠を２０％とし、全体（５層）で１００％としている。尚、下側から第１層、第２層…第５層として説明する。

【0052】

図８において、積層構成は以下の通りとされている。
（１）「１００/０」は、全ての層がＣＦＲＰで構成されている。
（２）「８０/２０」は、第３層のみがＶＦＲＰで構成されている。
（３）「６０/４０」は、第２層、第４層、或いは第１層、第５層がＶＦＲＰで構成されている。
（４）「４０/６０」は、第２層、第３層、第４層、或いは第１層、第３層、第５層がＶＦＲＰで構成されている。
（５）「２０/８０」は、第３層のみがＣＦＲＰで構成されている。
（６）「０/１００」は、全ての層がＶＦＲＰで構成されている。

【0053】

そして図８において、（１）のＣＦＲＰだけの層の場合に比べて、（２）～（６）のＶＦＲＰを含んだ層の方が、大きく振動抑制効果が向上していることが判る。

【0054】

更に、積層構成の（３）の「６０/４０」と、（４）の「４０/６０」では、最外層をＶＦＲＰとした方が、「Δｄ」だけ振動抑制効果が大きいことが判る。したがって、同じ層数のＶＦＲＰを使用した場合は、最外層にＶＦＲＰを配置した方が、良いことが判る。

【0055】

以上の知見を総括すると、（１）振動抑制効果を得るためには、ポリアリレート繊維を含んだＶＦＲＰを少なくとも1層以上設けること、（２）更に振動抑制効果を得るためには、最外層のプリプレグをＶＦＲＰとすること、（３）ねじり強度を高めるＣＦＲＰを組み合せる場合、振動抑制効果を重視する場合は、配向角度が「０°」を含む「０°」に近いＣＦＲＰを選択し、ねじり強度を重視する場合は、配向角度が「４５°」を含む「４５°」に近いＣＦＲＰを選択することである。

【0056】

以上述べた通り、本実施形態は、厚み方向で内側の第１円筒部と厚み方向で外側の第２円筒部とからなる動力伝達軸であって、どちらか一方の円筒部は、第１繊維と熱硬化性樹脂からなる第１繊維層が積層された積層体であり、他方の円筒部は、第１繊維より機械振動の減衰性能が優れた第２繊維と熱硬化性樹脂からなる第２繊維層が積層された積層体である動力伝達軸を特徴としている。

【0057】

これによれば、一方の円筒部が、第１繊維層が積層された積層体で形成されると共に、他方の円筒部が、第２繊維層が積層された積層体で形成されている。このため、第１繊維層が積層された積層体のみの円筒体と比べて、第２繊維層が積層された積層体とを組み合わせることによって、機械振動の減衰性能を大きく向上することができる。尚、円筒体は鉄系でもアルミニウム系でもよい。また円筒体に使用される樹脂は熱可塑性樹脂のポリアミドまたはポリプロピレンでもよい。

【実施例0058】

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態は、ＦＲＰからなる円筒体を使用した動力伝達軸であったが、第２の実施形態は、ＦＲＰからなる圧力容器としたものである。圧力容器は、気体、或いは液体、或いはこれらの混合された流体を収納するものである。例えば、この圧力容器は、水素エンジン車や燃料電池車の水素タンクとして用いることができる。

【0059】

本発明の第２の実施形態は、少なくとも、気体や液体等の流体を収納するタンク本体を備える圧力容器を対象にしている。そして、タンク本体は、流体を収納する樹脂ライナと、樹脂ライナの外周面の厚み方向で内側に形成された内側繊維樹脂層と厚み方向で外側の外側繊維樹脂層とからなり、内側繊維樹脂層と外側繊維樹脂層のどちらか一方の繊維樹脂層は、第１繊維と熱硬化性樹脂からなる第１繊維樹脂層であり、他方の繊維樹脂層は、第１繊維より機械的な振動の減衰性能が優れた第２繊維と熱硬化性樹脂からなる第２繊維樹脂層であることを特徴としている。

【0060】

図９は、水素タンク１７を示しており、ＦＲＰによって形成されたタンク本体１８によって構成されている。

【0061】

図１０は、図９のＱ部を拡大して断面を示したものである。図１０に示すように、タンク本体１８は、厚み方向で最内側の樹脂ライナ１９と、厚み方向で中間側のＣＦＲＰ部２０と、厚み方向で最外側のＶＦＲＰ部２１とからなっている。

【0062】

樹脂ライナ１９は、水素ガスのバリア機能を備えているもので、ポリアミド系の樹脂（例えばＰＡ６等）から作られている。また、ＣＦＲＰ部２０は、樹脂ライナ１９の上に形成されており、ＣＦＲＰ部２０の内側面は、樹脂ライナ１９の外側面に接触している。更にＶＦＲＰ部２１は、ＣＦＲＰ部２０の上に形成されており、ＶＦＲＰ部２１の内側面は、ＣＦＲＰ部２０の外側面に接触している。ただ、ＣＦＲＰ部２０とＶＦＲＰ部２１の境界は、双方のエポキシ樹脂が結合された状態となっている。

【0063】

また、図１１も図９のＱ部を拡大して断面を示したもので、ＣＦＲＰ部とＶＦＲＰ部を逆配置したものである。図１１に示すように、タンク本体１８は、厚み方向で中間側のＶＦＲＰ部２３と、厚み方向で最外側のＣＦＲＰ部２４とすることもできる。ＣＦＲＰ部２４はＶＦＲＰ部２３の上に形成されており、ＣＦＲＰ部２４の内側面は、ＶＦＲＰ部２３の外側面に接触している。この場合も、ＶＦＲＰ部２３とＣＦＲＰ部２４の境界は、双方のエポキシ樹脂が結合された状態となっている。

【0064】

図１０に示すＣＦＲＰ部２０とＶＦＲＰ部２１は、炭素繊維とエポキシ樹脂からなる炭素繊維プリプレグ、及び炭素繊維プリプレグの上側に配置されたポリアリレート繊維とエポキシ樹脂からなるポリアリレート繊維プリプレグを、それぞれ樹脂ライナ１９に巻回して、熱硬化されて形成されている。

【0065】

また、同様に図１１に示すＶＦＲＰ部２３とＣＦＲＰ部２４は、ポリアリレート繊維とエポキシ樹脂からなるポリアリレート繊維プリプレグ、及びポリアリレート繊維プリプレグの上側に配置された炭素繊維とエポキシ樹脂からなる炭素繊維プリプレグを、それぞれ樹脂ライナ２２に巻回して、熱硬化されて形成されている。

【0066】

炭素繊維プリプレグは、巻回されることで複数の層を形成することから、ＣＦＲＰ部１３、１６は、複数のＣＦＲＰ層が積層された積層体（樹脂層）となっている。同様に、ポリアリレート繊維プリプレグは、巻回されることで複数の層を形成することから、ＶＦＲＰ部１４、１５は、複数のＶＦＲＰ層が積層された積層体（樹脂層）となっている。

【0067】

上述したように、ポリアリレート繊維は、振動エネルギが分子運動に変換され、熱エネルギとして放出されるもので、炭素繊維に比べて優れた振動減衰特性を有している。したがって、このポリアリレート繊維からなるＶＦＲＰを組み合わせて使用することで、圧力タンクの振動減衰性能を大きく向上することができる。もちろん、炭素繊維からなるＣＦＲＰを使用することで、圧力タンクの強度も十分に確保することができる。尚、エポキシ樹脂の部分は熱可塑性樹脂のポリアミドまたはポリプロピレンでもよい。