JP7426680B2 - 繊維強化樹脂管体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂管体の製造方法に関する。

繊維強化樹脂管体の製造方法として、特許文献１には、樹脂を含浸した繊維体をフィラメントワインディング法によってマンドレルに巻き付け、オートクレーブ処理によって樹脂を含浸した繊維体を硬化させることが記載されている。
また、特許文献２には、繊維体を積層等したプリフォーム品を金型内に設置し、当該金型内に樹脂を導入して繊維体に当該樹脂を含浸させることで、繊維強化樹脂管体を成形するいわゆるＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールド）成形技術が記載されている。

特開２００３－１２７２５７号公報 特開平８－３２３８７０号公報

出願人は、繊維強化樹脂管体をＲＴＭ成形で製造する研究を進める中で、繊維体に長手方向から樹脂を含浸させていくよりも、径方向（積層方向）から樹脂を含浸させた方が成形品質向上に寄与するという知見を得た。
一方で、樹脂の流動速度を高めるためには、繊維体の径方向（積層方向）の外側に空間を設ける必要がある。しかしこの空間があることにより、最終的に製造された繊維強化樹脂管体の樹脂量が増加し、繊維強化樹脂管体の質量が増加するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために創作されたものであり、成形品質の向上と質量増加の抑制を図ることが可能な繊維強化樹脂管体の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る繊維強化樹脂管体の製造方法は、繊維が巻回された筒状の膨張体を準備する準備工程と、前記準備工程の後に、前記膨張体を金型内に設置する設置工程と、前記設置工程の後に、前記膨張体が配置された前記金型内に樹脂を流入させる流入工程と、前記流入工程の後に、前記膨張体を前記金型の内壁方向へ膨張させる膨張工程と、を備える。

本発明によれば、成形品質の向上と質量増加の抑制を図ることが可能な繊維強化樹脂管体の製造方法を提供できる。

動力伝達軸の側面図である。 動力伝達軸に用いられる管体の本体部を軸線方向に切った断面図である。 第一実施形態に係る管体の製造工程を示すフローチャートである。 第一実施形態に係る管体の製造工程の準備工程を示す図である。 第一実施形態に係る管体の製造工程の減圧工程を示す図である。 第一実施形態に係る管体の製造工程の流入工程を示す図である。 第一実施形態に係る管体の製造工程の膨張工程及び硬化工程を示す図である。 図７のＡ部の拡大図である。 第一実施形態の変形例に係る管体の製造工程の硬化工程を示す図である。 第二実施形態の膨張体の一部を破断して示した側面図である。 第二実施形態の膨張体を金型内に設置した状態を示す断面図である。 図１１に示すＸＩＩ部の拡大図である。 図１２に示すＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に対応する変形例１の断面図である。 図１２に示すＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に対応する変形例２の断面図である。 第三実施形態における第一設置工程を示す断面図である。 第三実施形態における第二設置工程を示す断面図である。 第四実施形態における流入工程を示す断面図である。

次に、本発明を動力伝達軸に用いられる管体の製造方法に適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。共通する技術的要素には、共通の符号を付し、説明を省略する。最初に管体の製造方法で製造される動力伝達軸について説明する。

［動力伝達軸］
図１に示すように、動力伝達軸１０１は、ＦＦ（Ｆｒｏｎｔ－ｅｎｇｉｎｅ Ｆｒｏｎｔ－ｄｒｉｖｅ）ベースの四輪駆動車に搭載されるプロペラシャフトである。車両の前後方向に延在する略円筒状の管体１０２と、管体１０２の前端に接合する十字軸ジョイントのスタブヨーク１０３と、管体１０２の後端に接合する等速ジョイントのスタブシャフト１０４と、を備えている。

スタブヨーク１０３は、車体の前部に搭載された変速機と管体１０２とを連結する連結部材である。スタブシャフト１０４は、車体の後部に搭載された終減速装置と管体１０２とを連結する連結部材である。
動力伝達軸１０１は、変速機から動力（トルク）が伝達されると軸線Ｏ１回りに回転し、その動力を終減速装置に伝達する。

繊維強化樹脂管体としての管体１０２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成されている。
管体１０２の内部において、軸線Ｏ１を中心に周方向に延在する繊維からなる繊維層と、軸線Ｏ１方向に延在する繊維からなる繊維層と、が積層している。このため、管体１０２は、機械的強度が高く、かつ、軸線Ｏ１方向に高弾性化している。
また、周方向に配向する繊維としてＰＡＮ系（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）繊維が好ましく、軸線Ｏ１方向に配向する繊維としてピッチ繊維が好ましい。

なお、本発明において繊維強化プラスチックに使用される繊維は、炭素繊維に限られず、ガラス繊維やアラミド繊維であってもよい。
管体１０２は、管体１０２の大部分を占める本体部１１０と、本体部１１０の前側に配置された第一接続部１２０と、本体部１１０の後側に配置された第二接続部１３０と、本体部１１０と第二接続部１３０との間に位置する傾斜部１４０と、を備えている。

なお、図２以降の図面においては、管体１０２の形状を分かり易くするため、管体１０２の形状を誇張して描写している。
図２に示すように、本体部１１０の前端部１１１には、第一接続部１２０が連続し、本体部１１０の後端部１１２には、傾斜部１４０が連続している。

軸線Ｏ１を法線とする平面で本体部１１０を切った場合、本体部１１０の外周面１１４の断面形状及び内周面１１５の断面形状は、円形状となっている。本体部１１０の外径は、中央部１１３から両端部（前端部（他端部）１１１及び後端部（一端部）１１２）に向うに連れて縮径しており、中央部１１３の外径Ｒ１は、両端部（前端部１１１及び後端部１１２）の外径Ｒ２よりも大きい。
なお、本体部１１０の内径も、本体部１１０の中央部１１３から両端部（前端部１１１及び後端部１１２）に向うに連れて縮径している。

軸線Ｏ１に沿って本体部１１０を切った場合、本体部１１０の外周面１１４の断面形状及び内周面１１５の断面形状は、緩やかな曲線を描き、中央部１１３が外側に向けて突出する円弧状となっている。よって、本体部１１０の外形は、中央部１１３が径方向外側に膨らむ樽形状（バレル形状）となっている。また、その断面形状において、本体部１１０の板厚は、両端部（前端部１１１及び後端部１１２）から中央部１１３に向うに連れて薄くなっており、中央部１１３の板厚Ｔ１は、両端部（前端部１１１及び後端部１１２）の板厚Ｔ２よりも薄い。

図１に示すように、第一接続部１２０内には、スタブヨーク１０３のシャフト部１０３ａが嵌め込まれている。シャフト部１０３ａの外周面は、多角形状に形成されている。第一接続部１２０の内周面は、シャフト部１０３ａの外周面に倣った多角形状に形成されている。このため、スタブヨーク１０３と管体１０２が互いに相対回転しないように構成されている。
第二接続部１３０内には、スタブシャフト１０４のシャフト部１０４ａが嵌め込まれている。第二接続部１３０の内周面は、シャフト部１０４ａの外周面に倣った多角形状に形成されている。このため、スタブシャフト１０４と管体１０２が互いに相対回転しないように構成されている。

傾斜部１４０の外径は、本体部１１０から第二接続部１３０に向かうに連れて次第に縮径し、円錐台形状となっている。傾斜部１４０の板厚は、第二接続部１３０側（後側）の端部から本体部１１０側（前側）の端部に向かうに連れて漸次薄くなっている。このため、傾斜部１４０のうち前端部の板厚が最も薄く、脆弱部を構成している。
以上から、車両が前方から衝突されて動力伝達軸１０１に衝突荷重が入力すると、軸線Ｏ１に対して傾斜する傾斜部１４０にせん断力が作用する。そして、傾斜部１４０に作用するせん断力が所定値を超えると、傾斜部１４０の前端部（脆弱部）が破損する。このため、車両衝突時、車体の前部に搭載されたエンジンや変速機は速やかに後退し、衝突エネルギーは車体の前部により吸収される。

上記した管体１０２について、曲げ応力が集中し易い本体部１１０の中央部１１３は、外径Ｒ１が大径に形成され、所定の曲げ強度を有している。一方で、曲げ応力が集中し難い本体部１１０の両端部（前端部１１１及び後端部１１２）は、外径Ｒ２が小径に形成され、軽量化している。また、本体部１１０の中央部１１３は、板厚Ｔ１が薄く軽量化している。よって、管体１０２は、中央部１１３の所定の曲げ剛性を確保しつつ本体部１１０が軽量化しており、管体１０２の曲げ一次共振点が向上している。

［第一実施形態］
図３乃至図６（適宜図１、図２参照）に示すように、第一実施形態における製造方法は、繊維７１が巻回された膨張体７２を準備する準備工程（ステップＳ１１）と、金型６１内に膨張体７２を設置する設置工程（ステップ１２）と、金型６１内を減圧する減圧工程（ステップＳ１３）と、前記膨張体７２を配置した金型６１内に未硬化の樹脂を流入させる流入工程（ステップＳ１４）と、樹脂の流入を停止する流入停止工程（ステップＳ１５）と、膨張体７２に流体を供給し膨張体７２を膨張させる膨張工程（ステップＳ１６）と、未硬化の樹脂を硬化させる硬化工程（ステップＳ１７）と、金型６１から管体１０２を取り出す取り出し工程（ステップＳ１８）と、を含んでいる。

（準備工程）
図４に示すように、準備工程（ステップＳ１１）は、金型６１及び膨張体７２を準備する。金型６１は、上型６２と下型６３を備えている。上型６２の下面と下型６３の上面には、管体１０２の外形を形成するためのキャビティ面６４が形成されている。
キャビティ面６４は、一方向に長く形成されている。また、キャビティ面６４には、長手方向の他端から一端に向って順に、第一接続部用成形面６５、本体部用成形面６６、傾斜部用成形面６７、並びに第二接続部用成形面６８が形成されている。

第一接続部用成形面６５は、管体１０２の第一接続部１２０の外形を成形する面である。本体部用成形面６６は、本体部１１０の外形を成形する面である。傾斜部用成形面６７は、傾斜部１４０の外形を成形する面である。第二接続部用成形面６８は、第二接続部１３０の外形を成形する面である。

上型６２の下面及び下型６３の上面には、型締した際に金型６１内と外部とを連通する連通孔９が２つ形成されている。連通孔９のうち１つは、第一接続部用成形面６５の他端側に配置され、もう１つは第二接続部用成形面６８の一端側に配置されている。
また、金型６１には、金型６１内に樹脂を供給するための流入ゲート６９ａと、余分な樹脂を排出するための排出ゲート６９ｂと、が形成されている。流入ゲート６９ａは、第一接続部用成形面６５に配置され、排出ゲート６９ｂは、第二接続部用成形面６８に配置されている。

膨張体７２は、樹脂が含浸されていないドライ状態の繊維７１が巻回された筒状の樹脂部材であり、内部に流入する流体の量に応じて膨張する。樹脂部材は、いわゆるマンドレル（心棒）であり、シリコーンゴムや、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタン系樹脂及びエラストマー、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）など、高温の流体に耐熱性を有する材料が使用されている。なお、膨張体７２の両端には供給管１１が接続されている。

繊維７１は、管体１０２の強度を強化するためのものであり、炭素繊維、ガラス繊維やアラミド繊維が挙げられる。なお、繊維７１の巻き付け方法や繊維７１の配向等については特に限定されない。
準備工程では、筒状の樹脂部材の外周面に繊維７１を巻回することで、中間体としての膨張体７２を準備する。一例としては、図示は省略するが、筒状の樹脂部材の軸心と平行に配置された繊維からなる第一層と、当該軸心に対して＋４５度傾いて巻回された繊維からなる第二層と、当該軸心に対して－４５度傾いて巻回された繊維からなる第三層と、を筒状の樹脂部材の外周面にこの順に積層して膨張体７２を構成する。

（設置工程）
図４に示すように、設置工程（ステップＳ１２）は、膨張体７２を金型６１の内部に設置する工程である。具体的には、金型６１を型開きして、下型６３の上に膨張体７２を配置し、その上方から上型６２を組み合わせて型閉じする。
膨張体７２の配置は、連通孔９を貫通する供給管１１の先端に係止させる。これによれば、膨張体７２は、キャビティ面６４から離間した状態で金型６１内に固定される。

（減圧工程）
図５に示すように、減圧工程（ステップＳ１３）は、膨張体７２が設置された状態で金型６１の内部空間を減圧する工程である。具体的には、例えば、減圧手段６９ｃを用いて排出ゲート６９ｂから金型６１の内部空間内の流体を吸引する。このとき、流入ゲート６９ａに設けられた弁６９ｄは閉弁されている。これにより、金型６１の内部空間の内圧は、例えば大気圧以下の所定圧に設定される。

調圧工程（ステップＳ１３ａ）は、金型６１内の減圧に対応して膨張体７２の内部の圧力を調圧する工程である。調圧工程は、減圧工程と並行して実施される。つまり、減圧工程は、調圧工程を含んでいる。
調圧工程は、例えば、金型６１の内部空間の圧力と膨張体７２の内部空間の圧力とが等しくなるように、一方の供給管１１に接続した減圧手段６９ｃを用いて膨張体７２内の流体を吸引して減圧する。このとき、他方の供給管１１の弁１１ａは閉弁されている。これにより、金型６１内の減圧に伴って膨張体７２が膨張してしまうのを防止することができる。調圧工程は、例えば、金型６１内や膨張体７２内の圧力を計測する圧力センサの計測値に基づいて制御される。なお、調圧工程は、膨張体７２内の流体（気体）を吸引するのに替えて、膨張体７２内に水等の液体を充満させておくことで代替できる。

（流入工程）
図６に示すように、流入工程（ステップＳ１４）において、流入ゲート６９ａを介して未硬化の熱硬化性樹脂７７を金型６１内に流入させる。これにより、膨張前の膨張体７２とキャビティ面６４との間の空間に未硬化の熱硬化性樹脂７７が充満した状態となる。なお、流入工程の前に、金型６１内を減圧する減圧工程を設けているので、金型６１内への軸方向における樹脂の供給を速やかに行うことができる。また、熱硬化性樹脂７７の中には、短繊維を混合して供給しても良い。さらに、必ずしも熱硬化性樹脂７７を充満させる必要はなく、巻回されている炭素繊維の量や後述する樹脂層の厚さを考慮して金型内に供給される熱硬化性樹脂の量を調整しても良い。

流入工程は、膨張工程の前に行われるので、膨張体７２とキャビティ面６４とのクリアランスが大きい状態で、熱硬化性樹脂７７が流入する。そのため、熱硬化性樹脂７７の流動速度を高めることができる。

（流入停止工程）
流入停止工程（ステップＳ１５）は、熱硬化性樹脂７７の流入を停止する工程である。流入停止工程では、例えば流入ゲート６９ａを閉塞することによって、熱硬化性樹脂７７の流入が停止される。このとき、排出ゲート６９ｂは、流入ゲート６９ａと一緒に閉じてもよいし、開いたままでもよい。

（膨張工程）
図７に示すように、膨張工程（ステップＳ１６）において、供給管１１を介して加熱装置から膨張体７２内に流体を供給する。ここで、加熱装置（不図示）は、所望の温度の流体を生成し供給する装置である。また、本実施形態で加熱装置から供給される流体は液体である。加熱装置は、膨張体７２が膨張し、膨張体７２の外周面がキャビティ面６４に近接（あるいは当接）する程度に、流体を供給する。なお、膨張体７２に巻回された繊維７１間には隙間が形成されているところ、当該膨張工程によりこの隙間が大きくなる。尚、本実施形態においては液体を流体としているが、気体でも良い。また、加熱装置を介さず流体を供給し、後の硬化工程で金型を加熱するようにしても良い。

流体によって膨張体７２が膨張すると、膨張体７２の径方向外側の空間に充満した未硬化の熱硬化性樹脂７７に向かって膨張体７２が押し付けられる。これにより、膨張体７２の周囲に配置された繊維７１の隙間に、膨張体７２の径方向外側から熱硬化性樹脂７７が浸透する。また、膨張体７２の膨張量を調整し、膨張体７２に巻回された繊維７１とキャビティ面６４との間に隙間を設けることで、繊維７１とキャビティ面６４との間（換言すれば、繊維７１の膨張体における径方向外側）には、熱硬化性樹脂７７の層（後記する樹脂層７９，図８参照）が均一に形成される。

また、膨張体７２が膨張する圧力によって余剰な熱硬化性樹脂７７が排出ゲート６９ｂから排出される。なお、排出ゲート６９ｂの開閉量を調節することで、熱硬化性樹脂７７の液圧が下がりすぎないように調節することができる。

（硬化工程）
硬化工程（ステップＳ１７）において、２つの供給管１１のうち一方で膨張体７２内の流体を排出しつつ、他方の供給管１１で高温の流体を膨張体７２内に供給する。硬化工程で供給する流体の温度は樹脂を硬化できる温度（例えば１３０℃～１８０℃）に設定されている。当該工程によれば、流体の温度が膨張体７２を介して熱硬化性樹脂７７に伝わり、当該熱硬化性樹脂７７が硬化する事で、樹脂体７５が形成され、延いては繊維強化樹脂製の管体１０２が形成される。

また、本実施形態で説明した方法以外にも、硬化工程において、金型６１を用いて加熱して熱硬化性樹脂７７を硬化させることも可能であり、金型６１と膨張体内に熱流体を供給する方法の両方を用いて加熱することに変えても良い。

なお、図８に示すように、本実施形態の樹脂体７５は二層構造となっており、樹脂が含浸した繊維からなる径方向内側の繊維層７８と、繊維層７８の径方向外側に流入工程で流入した樹脂により繊維層７８を保護するように形成される樹脂層７９と、を有している。樹脂層７９は、繊維層７８の表面を被覆している。これにより、繊維層７８の保護が図られる。本実施形態で、樹脂層７９は、前記準備工程で膨張体７２に巻回されている繊維７１を含まないように形成される。

さらに、硬化工程（ステップＳ１７）においては、図示しないヒータなどにより金型６１を加熱してもよい。これによれば、金型６１のキャビティ面６４側から樹脂体７５に熱を加えることができ、樹脂体７５の加熱時間が短縮する。

（取り出し工程）
取り出し工程（ステップＳ１８）は、金型６１から管体１０２を取り出す工程である。取り出し工程では、初めに膨張体７２内の流体を排出する。これにより、膨張体７２は、内圧が低下し、元の形状に復帰し筒状となる。次いで、金型６１を開いて管体１０２を取り出す。その後、管体１０２から膨張体７２（より詳しくはマンドレルとしての樹脂部材）を引き抜き管体１０２が完成する。尚、膨張体７２の引き抜きは、必ずしも必要ではなく、膨張体７２を元の形状に復帰させずに、芯材として使用しても良い。

＜第一実施形態の作用効果＞
第一実施形態に係る管体１０２の製造方法は、少なくとも、繊維７１が巻回された筒状の膨張体７２を準備する準備工程（ステップＳ１１）と、準備工程の後に、膨張体７２を金型６１内に設置する設置工程（ステップＳ１２）と、膨張体７２が設置された金型６１内に未硬化の熱硬化性樹脂７７を流入させる流入工程（ステップＳ１４）と、膨張体７２に流体を供給し、膨張体７２を膨張させる膨張工程（ステップＳ１６）と、を備える。

かかる製造方法によれば、設置工程（ステップＳ１２）において繊維７１が巻回された筒状の膨張体７２を膨張していない状態で金型６１内に設置するので、繊維７１と金型６１とのクリアランスを確保することができる。
また、膨張工程（ステップＳ１６）の前に流入工程（ステップＳ１４）を行うので、繊維７１と金型６１とのクリアランスが大きい状態で金型６１内に樹脂が供給される。そのため、金型６１内の隅々まで樹脂を行き渡らせることができる。

また、膨張工程（ステップＳ１６）において膨張体７２を膨張させて熱硬化性樹脂７７を排出することで、樹脂体７５を薄く（クリアランスを小さく）することができるので、管体１０２の質量を抑制することができる。また、膨張工程を設けない通常のＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールド）成形と比較して、本製法を用いることで管体１０２の繊維含有率を高くすることが可能である。

さらに、第一実施形態にかかる管体１０２の製造方法によれば、膨張体７２を膨張させる膨張工程（ステップＳ１６）よりも前に、クリアランスに樹脂を充満させる流入工程（ステップＳ１４）を行うことによって、膨張工程（ステップＳ１６）において繊維７１同士の隙間に膨張体７２の径方向外側から樹脂を浸透させることができる。
これにより、膨張体７２を膨張させてから、繊維７１の隙間に膨張体７２の軸方向に沿って樹脂を供給する場合に比較して、樹脂の成形品質を高めることができる。

また、膨張マンドレルを膨張させる前の繊維７１と金型６１とのクリアランスが大きい状態で樹脂を充填することが可能なため、低圧大流量で樹脂を投入することができ、製造速度の向上を図ることができるとともに、高圧をかけて樹脂流入しなければいけない場合よりも金型や型締め機等の設備を簡素化できる。

また、比較例として、樹脂が含浸された繊維をマンドレルに巻き回してオートクレーブ成形によって管体を成形する場合を説明すると、当該繊維を巻き回した際に発生するトルクにより含浸された樹脂が繊維から染み出すことにより、繊維層の外側に樹脂層（樹脂だけの層）が形成される。この場合、樹脂層の厚さが均一になり難く、繊維層の保護性能が低下する。
一方、第一実施形態にかかる繊維強化樹脂管体の製造方法によれば、膨張工程において、膨張体７２の径方向外側に樹脂が潤沢に存在する状態で膨張体７２を膨張させるので、膨張体７２の膨張量を調整することによって、膨張体７２の軸方向及び周方向にわたって厚さの均一性が高い樹脂層７９（図８参照）を形成することができる。

また、第一実施形態に係る管体１０２の製造方法は、設置工程（ステップＳ１２）の後であり流入工程（ステップＳ１４）の前に、金型６１内を減圧する減圧工程（ステップＳ１３）を有する。これによれば、流入工程において金型６１内への軸方向における熱硬化性樹脂７７の供給を速やかに行うことができる。

また、減圧工程（ステップＳ１３）は、金型６１内の減圧に対応して膨張体７２の内部の圧力を調圧する調圧工程（ステップＳ１３ａ）を含む。これによれば、金型６１内の減圧と膨張体７２内の減圧とを同調させて、金型６１内の減圧によって膨張体７２が意図せずに膨張することを防止できる。

また、第一実施形態に係る管体１０２の製造方法は、流入工程（ステップＳ１４）の後であり膨張工程（ステップＳ１６）の前に、熱硬化性樹脂７７の流入を停止する流入停止工程（ステップＳ１５）を有する。これによれば、熱硬化性樹脂７７の無駄を抑制することができる。

［第一実施形態の変形例］
図９に示すように、第一実施形態の変形例における製造方法は、上型４２及び下型４３からなる金型４１の形状が第一実施形態と異なっている。なお、準備工程（ステップＳ１１）乃至取り出し工程（ステップＳ１８）については、基本的に第一実施形態と同様である。
以下、第一実施形態との変更点に絞って説明する。

金型４１のキャビティ面４４には、第一接続部用成形面４５、本体部用成形面４６、傾斜部用成形面４７、並びに第二接続部用成形面４８を備えている。本体部用成形面４６は、他端側（第一接続部用成形面４５側）から一端側（傾斜部用成形面４７側）にかけて径が一定に形成されている。この金型４１によれば、径が一定に形成された円筒状の本体部１１０Ａを備える管体１０２Ａを製造できる。

以上、第一実施形態について説明したが、本発明は上記した例に限定されない。
例えば、第一実施形態では、膨張体７２の膨張量を調整することで、樹脂が含浸した繊維層７８の径方向外側に樹脂だけの樹脂層７９を形成したが、膨張工程において、繊維７１がキャビティ面６４に当接するまで膨張体７２を膨張させることによって、樹脂層７９を形成しないこともできる。

また、第一実施形態及びその変形例では熱硬化性樹脂を用いたが、金型に注入して硬化可能であれば、熱以外の作用で硬化する樹脂を用いてもよい。

また、金型のキャビティ面において、スタブヨーク１０３又はスタブシャフト１０４と接続する接続部（第一接続部１２０，第二接続部１３０）を形成する接続部用成形面（第一接続部用成形面６５，４５、第二接続部用成形面６８，４８）の断面形状を多角形状にしてもよい。これによれば、第一接続部１２０及び第二接続部１３０の断面形状が多角形状に形成される。よって、別途に第一接続部１２０及び第二接続部１３０を多角形状に成形する手間を省くことができる。

また、本発明の管体に関し、軸線Ｏ１方向に沿って切った本体部１１０の断面形状は円弧状のものに限定されない。例えば、軸線Ｏ１に沿って切った本体部１１０の断面形状が階段状となっていてもよい。つまり、金型のキャビティ面において、本体部用成形面６６，４６を長手方向に切った断面形状を階段状に形成してもよい。また、当然に、軸線Ｏ１を法線とする平面に沿って切断した断面形状が円形で、軸線Ｏ１に沿って切った断面形状が軸方向にわたって直線になっているものを形成しても良い。

また、本発明の製造方法で製造される繊維強化樹脂管体は、上記した動力伝達軸に用いられる管体に限定されない。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法について説明する。第二実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法は、膨張体の一部に金属部材が設けられている点、及び、金型において金属部材に対応する位置に流入ゲートが設けられている点が、第一実施形態と主に相違している。以下、第一実施形態との相違点について詳細に説明する。

図１０は、第二実施形態の膨張体２００の一部を破断して示した側面図である。
図１０に示すように、第二実施形態の膨張体２００は、マンドレル２１０と、マンドレル２１０の一方の端部に配置された第一金属部材２３０と、マンドレル２１０の他方の端部に配置された第二金属部材２４０と、これらに巻回された繊維２２０と、を有している。

マンドレル２１０は、軸方向中間部の大径部２１１と、軸方向一端側に形成されるテーパ部２１２及び中径部２１３と、軸方向他端側に形成される段部２１４及び小径部２１５と、を一体に備える。本実施形態において、中径部２１３の軸方向一端側には、中径部２１３よりも小径な突出部２１６が形成されている。マンドレル２１０は、径方向に膨張可能な樹脂部材で構成されている。

第一金属部材２３０は、いわゆるスタブシャフトであり、略円柱形状を呈する。第一金属部材２３０の軸線方向一端側は、繊維２２０から露出している。第一金属部材２３０の軸方向中間部には、環状のフランジ部２３１が形成されている。また、第一金属部材２３０の軸方向他端側には、有底の孔部２３２が形成されており、マンドレル２１０の突出部２１６に外嵌している。第一金属部材２３０は、軸方向他端側からフランジ部２３１を超える範囲まで繊維２２０に覆われている。

第二金属部材２４０は、いわゆるカラーであり、略円筒形状を呈する。第二金属部材２４０の軸線方向他端側は、繊維２２０から露出しており、第二金属部材２４０の軸方向一端側は、繊維２２０に覆われている。また、第二金属部材２４０は、マンドレル２１０の段部２１４に外嵌している。

図１１は、第二実施形態の膨張体２００を金型２６０内に設置した状態を示す断面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ部の拡大図である。
図１１に示すように、金型２６０は、上型２６２と下型２６３とを備えている。上型２６２に設けられた流入ゲート２６９ａは、第一金属部材２３０に対応する位置に設けられている。さらに詳細には、図１２に示すように、流入ゲート２６９ａの下流側の端部２６９ａ１は、第一金属部材２３０のうち、繊維２２０が巻回されていない部分に向かって開口するように設けられている。また、流入ゲート２６９ａの下流側の端部２６９ａ１と繊維２２０の端部との間には樹脂だまり２６９ａ２が設けられている。

なお、図１１に示すように、上型２６２に設けられた流出ゲート２６９ｂの上流側の端部２６９ｂ１は、第二金属部材２４０のうち繊維２２０が巻回されている部分に対応する位置に設けられている。ただし、流入ゲート２６９ａと同様に、流出ゲート２６９ｂの上流側の端部２６９ｂ１を、第二金属部材２４０のうち繊維２２０が巻回されていない部分に対応する位置に設けてもよい。
また、上型２６２には、マンドレル２１０の内部へ流体の供給又は抜き取りを行うための流体通路２６２ｃが設けられている。流体通路２６２ｃは、小径部２１５の端部に設けられた開口に連通している。

第二実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法では、膨張体２００の一端側に第一金属部材２３０が設けられており、上型２６２には、第一金属部材２３０のうち繊維２２０が巻回されていない部分に対応する位置に流入ゲート２６９ａが設けられている。そして、流入工程において、流入ゲート２６９ａから第一金属部材２３０のうち繊維２２０が巻回されていない部分に向かって樹脂が流入する。金型２６０内に流入した樹脂は、樹脂だまり２６９ａ２を介して繊維２２０に供給される。これにより、流入ゲート２６９ａから流入する樹脂の流れによって繊維２２０の配列が乱れることを抑制することができる。

また、第一金属部材２３０の軸線方向他端側及び第二金属部材２４０の軸線方向一端側は、繊維２２０に覆われている。そのため、ＲＴＭ成形を行うことにより、第一金属部材２３０及び第二金属部材２４０と繊維強化樹脂管体とが一体化される。
なお、流入工程以外の各工程は、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。

［第二実施形態の変形例１］
図１３Ａは、図１２に示すＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に対応する変形例１の断面図である。
図１３Ａに示すように、変形例１の金型２６０には、流入ゲート２６９ａから９０度間隔で３つの凹部２６８が設けられている。この金型２６０を用いて繊維強化樹脂管体を製造すると、繊維強化樹脂管体の外周面に３つの凹部２６８に対応した３つの樹脂製の凸部が９０度間隔で形成される。また、流入ゲート２６９ａに対応する位置にも、ゲート跡としての樹脂製の凸部が残存する。

ゲート跡としての樹脂製の凸部の大きさは成形品ごとのばらつきが少なく略一定であるので、ゲート跡としての樹脂製の凸部の大きさを予め推定して、３つの凹部２６８の大きさを調整する。その結果、ゲート跡としての樹脂製の凸部と３つの凹部２６８に対応した３つの樹脂製の凸部とが略同等の大きさで９０度間隔で形成される。これにより、繊維強化樹脂管体の周方向の重量バランスを整えることができる。なお、凹部２６８を設ける間隔は、９０度に限定されるものではなく、流入ゲート２６９ａから等間隔であればよい。

［第二実施形態の変形例２］
図１３Ｂは、図１２に示すＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に対応する変形例２の断面図である。
図１３Ｂに示すように、変形例２の金型２６０には、繊維強化樹脂管体の周方向に１２０度間隔で３つの流入ゲート２６９ａが設けられている。このような金型２６０によれば、ゲート跡としての樹脂製の凸部を繊維強化樹脂管体の周方向に１２０度間隔で設けることができる。その結果、繊維強化樹脂管体の周方向の重量バランスを整えることができる。また、繊維強化樹脂管体の成形速度を速めることができる。なお、流入ゲート２６９ａを設ける間隔は、１２０度に限定されるものではなく、等間隔であればよい。

［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法について説明する。第三実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法は、金型の金属部材に対応する部位に段差部が形成されている点が、第一実施形態と主に相違している。以下、第一実施形態との相違点について詳細に説明する。

図１４、図１５に示すように、第三実施形態の膨張体３００は、筒状のマンドレル３１０と、マンドレル３１０の一端側に設けられた第一金属部材３３０と、マンドレル３１０の他端側に設けられた第二金属部材３４０と、マンドレル３１０の周囲に巻回された繊維３２０と、を備えている。また、第三実施形態の金型３６０は、上型３６２と下型３６３とを備えている。なお、図１４、図１５において、各種ゲートの記載は省略されている。

繊維３２０は、層状かつ筒状に巻回されることで、太径部３２２と、太径部３２２に対して第一金属部材３３０側に設けられた細径部３２４と、太径部３２２と細径部３２４との間に設けられたテーパ部３２６と、を構成している。太径部３２２の他端側３２２ａは、第二金属部材３４０の一端側に重なっている。また、細径部３２４の一端側３２４ａは、第一金属部材３３０の他端側に重なっている。

下型３６３には、膨張体３００の下半部の外形に沿った凹状の下キャビティ部３６４が形成されている。下キャビティ部３６４は、繊維３２０の形状（より正確には、成形される繊維強化樹脂管体の形状）に対応した太径部用下凹部３６４ａ、細径部用下凹部３６４ｃ及びテーパ部用下凹部３６４ｂと、第一金属部材３３０のうち繊維３２０が巻回されていない部分の形状に対応した第一金属部材用下凹部３６４ｄと、第二金属部材３４０のうち繊維３２０が巻回されていない部分の形状に対応した第二金属部材用下凹部３６４ｅと、マンドレル３１０の小径部３１５に対応した小径部用下凹部３６４ｆと、を有している。細径部用下凹部３６４ｃと第一金属部材用下凹部３６４ｄとの境界部分には、第一下段差部Ｄｄ１が形成されている。太径部用下凹部３６４ａと第二金属部材用下凹部３６４ｅとの境界部分には、第二下段差部Ｄｄ２が形成されている。

同様に、上型３６２には、膨張体３００の上半部の外形に沿った凹状の上キャビティ部３６５が形成されている。上キャビティ部３６５は、繊維部３２０の形状に応じた太径部用上凹部３６５ａ、細径部用上凹部３６５ｃ及びテーパ部用上凹部３６５ｂと、第一金属部材３３０のうち繊維３２０が巻回されていない部分の形状に応じた第一金属部材用上凹部３６５ｄと、第二金属部材３４０のうち繊維３２０が巻回されていない部分の形状に応じた第二金属部材用上凹部３６５ｅと、マンドレル３１０の小径部３１５に対応した小径部用上凹部３６５ｆと、を有している。細径部用上凹部３６５ｃと第一金属部材用上凹部３６５ｄとの境界部分には、第一上段差部Ｄｕ１が形成されている。太径部用上凹部３６５ａと第二金属部材用上凹部３６５ｅとの境界部分には、第二上段差部Ｄｕ２が形成されている。

第三実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法における設置工程は、第一設置工程と第二設置工程を含んでいる。初めに、第一設置工程では、図１４に矢印で示すように、下型３６３に膨張体３００を設置する。このとき、細径部３２４の一端側３２４ａを第一下段差部Ｄｄ１に合わせて設置する。また、太径部３２２の他端側３２２ａを第二下段差部Ｄｄ２に合わせて設置する。これにより、下型３６３に対して膨張体３００の軸線方向の位置を正確に合わせることができる。また、第一金属部材３３０のうち繊維３２０が巻回されていない部分が、第一金属部材用下凹部３６４ｄに設置される。さらに、第二金属部材３４０のうち繊維３２０が巻回されていない部分が、第二金属部材用下凹部３６４ｅに設置される。これにより、下型３６３に対して膨張体３００の径方向の位置を正確に合わせることができる。

次に、第二設置工程では、図１５に矢印で示すように、膨張体３００が設置された下型３６３に対して上型３６２を設置して型締めする。このとき、上型３６２の第一上段差部Ｄｕ１を細径部３２４の一端側３２４ａに合わせるとともに、第二上段差部Ｄｕ２を太径部３２２の他端側３２２ａに合わせる。また、第一金属部材３３０のうち繊維３２０が巻回されていない部分に第一金属部材用上凹部３６５ｄを合わせるとともに、第二金属部材３４０のうち繊維３２０が巻回されていない部分に第二金属部材用上凹部３６５ｅを合わせる。これにより、第一金属部材３３０及び第二金属部材３４０が、上型３６２と下型３６３とに挟持されるので、膨張体３３０の軸を、これから成形する繊維強化樹脂管体の軸心に正確に合致させることができる。

なお、第三実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法において、設置工程以外の各工程は、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。

以上のように、第三実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法は、膨張体３００の一端側及び他端側には第一金属部材３３０及び第二金属部材３４０がそれぞれ設けられており、繊維３２０は、第一金属部材３３０及び第二金属部材３４０の一部にも巻回されている。金型３６０は、第一金型としての下型３６３と第二金型としての上型３６２とを組み合わせて構成されている。下型３６３は、第一金属部材３３０及び第二金属部材３４０に対応する位置にそれぞれ第一金属部材用下凹部３６４ｄ及び第二金属部材用下凹部３６４ｅを有する。同様に、上型３６２は、第一金属部材用上凹部３６５ｄ及び第二金属部材用上凹部３６５ｅを有する。第一金属部材用下凹部３６４ｄ及び第二金属部材用下凹部３６４ｅは、繊維３２０の両端部３２４ａ，３２２ａに対応する位置に第一下段差部Ｄｄ１及び第二下段差部Ｄｄ２を有する。同様に、第一金属部材用上凹部３６５ｄ及び第二金属部材用上凹部３６５ｅは、第一上段差部Ｄｕ１及び第二上段差部Ｄｕ２を有する。設置工程は、繊維３２０の両端部３２４ａ，３２２ａを第一下段差部Ｄｄ１及び第二下段差部Ｄｄ２にそれぞれ合わせつつ、第一金属部材３３０及び第二金属部材３４０を第一金属部材用下凹部３６４ｄ及び第二金属部材用下凹部３６４ｅに設置する第一設置工程と、第一上段差部Ｄｕ１及び第二上段差部Ｄｕ２を繊維３２０の両端部３２４ａ，３２２ａにそれぞれ合わせつつ、第一金属部材用上凹部３６５ｄ及び第二金属部材用上凹部３６５ｅを第一金属部材３３０及び第二金属部材３４０に設置する第二設置工程と、を有する。

これによれば、第一金属部材３３０のうち繊維３２０が巻回されていない部分が第一金属部材用下凹部３６４ｄと第一金属部材用上凹部３６５ｄとに挟持され、第二金属部材３４０のうち繊維３２０が巻回されていない部分が第二金属部材用下凹部３６４ｅと第二金属部材用上凹部３６５ｅとに挟持されるので、繊維３２０の層厚等に左右されることなく、膨張体３００の軸線を繊維強化樹脂管体の軸心に正確に合致させることができる。
また、これによれば、膨張体３００を下型３６３に設置する際に、繊維３２０の両端部３２４ａ，３２２ａを第一下段差部Ｄｄ１及び第二下段差部Ｄｄ２に合わせるので、下型３６３に対して膨張体３００の軸線方向の位置を正確に合致させることができる。

［第四実施形態］
次に、第四実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法について説明する。第四実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法は、金型内に設置された前記膨張体の軸方向が水平方向に対して交差するように当該金型が配置されている点が、第一実施形態と主に相違している。以下、第一実施形態との相違点について詳細に説明する。

図１６は、第四実施形態における流入工程を示す断面図である。
図１６に示すように、金型４６０は、膨張体４００の軸線Ｏ１が水平線Ｈに対して９０度で交差するように配置されている。その結果、金型４６０に設置された膨張体４００の軸線Ｏ１は、鉛直方向を指向する。金型４６０は、左型４６２と右型４６３とに分割されており、左型４６２の下側に流入ゲート４６９ａが設けられ、左型４６２の上側に流出ゲート４６９ｂが設けられている。

第四実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法では、流入工程において、金型４６０の下側から樹脂４７０を流入させるので、仮に金型４６０内で気泡が発生した場合には、当該気泡を上方に押し上げて流出ゲート４６９ｂから気泡を逃がすことができる。これにより、気泡による製品の品質低下を抑制することができる。

また、膨張体４００の軸線Ｏ１が水平線Ｈに対して９０度で交差するように配置されるので、軸線Ｏ１が水平方向を指向するように膨張体４００を設置する場合に比較して、膨張体４００のたわみを抑制することができる。

なお、第四実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法において、金型４６０の向きは、金型４６０内に設置した膨張体４００の軸線Ｏ１が水平線Ｈに対して９０度で交差する向きが好ましいが、これに限定されるものではない。流入工程において、金型４６０内に発生した気泡を押し上げることが可能な範囲で、水平線Ｈに対する軸線Ｏ１の交差角度を適宜設定可能である。
第四実施形態における流入工程における金型の向き以外は、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。

以上、本発明の第一実施形態乃至第四実施形態について図面を参照しつつ説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。また、各実施形態の構成および工程は相互に組み合わせ可能である。

６１ 金型
７１ 繊維
７２ 膨張体
７７ 熱硬化性樹脂（樹脂）
１０１ 動力伝達軸
１０２ 管体（繊維強化樹脂管体）

Claims (5)

1. 繊維が巻回された筒状の膨張体を準備する準備工程と、
   前記準備工程の後に、前記膨張体を金型内に設置する設置工程と、
   前記設置工程の後に、前記金型内を減圧する減圧工程と、
   前記減圧工程の後に、前記膨張体が配置された前記金型内に樹脂を流入させる流入工程と、
   前記流入工程の後に、前記膨張体を前記金型の内壁方向へ膨張させる膨張工程と、
   を備え、
   前記減圧工程は、前記金型内の減圧に対応して前記膨張体の内部の圧力を調圧する調圧工程を含み、
   前記調圧工程は、前記金型内及び前記膨張体内の圧力を計測する圧力センサの計測値に基づいて、前記金型内の減圧に伴って前記膨張体が膨張しないように制御する、
   繊維強化樹脂管体の製造方法。
2. 前記膨張体の一部には金属部材が設けられており、
   前記金型には、前記金属部材に対応する位置に樹脂を流入させる流入ゲートが設けられ、
   前記流入工程において、前記流入ゲートから前記金型内に樹脂を流入させる、
   請求項１に記載の繊維強化樹脂管体の製造方法。
3. 前記膨張体の一部には金属部材が設けられており、
   前記繊維は、前記金属部材の一部にも巻回されており、
   前記金型は、少なくとも第一金型と第二金型の２つを組み合わせて構成されており、
   前記第一金型及び前記第二金型は、前記金属部材に対応する位置にそれぞれ凹部を有し、
   前記凹部は、前記金属部材のうち前記繊維が巻回された部分と前記繊維が巻回されていない部分との境界に対応する位置に段差部を有し、
   前記設置工程は、
   前記繊維の端部を前記第一金型の前記段差部に合わせつつ、前記第一金型の凹部に前記金属部材を設置する第一設置工程と、
   前記第二金型の前記段差部を前記繊維の端部に合わせつつ、前記第一金型の凹部に設置された前記金属部材に、前記第二金型の凹部を嵌め合わせる第二設置工程と、を有する、
   請求項１又は請求項２に記載の繊維強化樹脂管体の製造方法。
4. 前記流入工程の後であり前記膨張工程の前に、前記樹脂の流入を停止する流入停止工程を有する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂管体の製造方法。
5. 前記金型は、前記膨張体の軸線方向に互いに離間する流入ゲート及び流出ゲートを備え、
   前記金型は、前記金型内に設置された前記膨張体の軸線が水平方向に対して交差するとともに、前記流入ゲートが前記流出ゲートよりも下方に位置するように配置されている、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂管体の製造方法。

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