CN115003494A - 管体制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能抑制制造成本并且即使纤维体的定向角度较小的情况下也能抑制纤维体的偏移的管体制造方法。管体制造方法包括配置步骤和成型步骤，其中，在所述配置步骤中，将碳纤维以沿芯棒(1)的轴线方向延伸的方式配置于该芯棒(1)的外周面；在所述成型步骤中，通过在芯棒(1)的外周面上使树脂浸渍于所述纤维体，并加热所浸渍的所述树脂而进行成型，配置步骤和成型步骤在芯棒(1)的轴线方向成为上下方向的状态下进行。

Description

管体制造方法
技术领域
本发明涉及一种用作例如车辆的传动轴的管体的制造方法。
背景技术
搭载于车辆的传动轴(propeller shaft)具有沿车辆的前后方向延伸的管体，通过该管体，将由原动机产生并由变速器减速的动力传递至最终减速装置。作为用于这种传动轴的管体，有一种利用芯棒(mandrill)制成的纤维增强塑料制的管体(参照下述专利文献1)。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本发明专利公开公报特开平3-265738号
发明内容
[发明所要解决的技术问题]
另外，作为在芯棒上缠绕材料的方法，可列举出缠绕浸渍有树脂的连续纤维的长丝缠绕法和缠绕预浸料坯(使树脂浸渍于纤维而成的片材)的片材缠绕法。在此，长丝缠绕法虽然能廉价地进行制造，但是不易沿芯棒的轴向对纤维进行定向，换言之，不易沿管体的轴向对纤维进行定向。另一方面，片材缠绕法虽然能沿芯棒的轴向对纤维进行定向，但花费制造成本。
在此，在芯棒中，将设置纤维的轴线方向尺寸设为L，将芯棒的外周面的半径设为r，将纤维相对于芯棒的定向角度设为θ(参照图1)。在定向角度θ较小(tanθ＜|2πr/L|)的情况下，无法将纤维在芯棒上卷绕1周以上，因此，纤维有可能会因重力而从芯棒脱离。
本发明是为了解决这样的问题而作出的，其技术问题在于，提供一种能抑制制造成本并且即使纤维体的定向角度较小的情况下也能抑制纤维体的偏移的管体制造方法。
[用于解决技术问题的技术方案]
为了解决所述的技术问题，本发明的管体制造方法的特征在于，包括配置步骤和成型步骤，其中，在所述配置步骤中，将纤维体以沿芯棒的轴线方向延伸的方式配置于该芯棒的外周面；在所述成型步骤中，通过在所述芯棒的外周面上使树脂浸渍于所述纤维体，并加热所浸渍的所述树脂而进行成型，所述配置步骤和所述成型步骤在所述芯棒的轴线方向成为上下方向的状态下进行。
[发明效果]
根据本发明，能够抑制制造成本并且即使纤维体的定向角度较小的情况下也能够抑制纤维体的偏移。
附图说明
图1是示意地表示本发明的第一实施方式所涉及的管体中间体的图。
图2是示意地表示本发明的第一实施方式所涉及的芯棒和管体中间体的第一碳纤维层的图。
图3是示意地表示本发明的第一实施方式所涉及的管体中间体的第二碳纤维层的图。
图4是示意地表示用于制造本发明的第一实施方式所涉及的管体的成型装置的图。
图5是示意地表示使用本发明的第一实施方式所涉及的管体中间体制造而成的管体的图。
图6是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的管体制造方法的流程图。
图7是示意地表示本发明的第一实施方式所涉及的管体的一例的图。
图8是示意地表示本发明的第二实施方式所涉及的管体中间体的图。
图9是用于说明本发明的第二实施方式所涉及的管体制造方法的流程图。
图10的(a)是示意地表示本发明的第三实施方式所涉及的管体中间体的图，(b)是示意地表示管体中间体的固定部件的图。
图11是示意地表示使用本发明的第三实施方式所涉及的管体中间体制造而成的管体的图。
图12是用于说明本发明的第三实施方式所涉及的管体制造方法的流程图。
图13的(a)是示意地表示本发明的第四实施方式所涉及的管体中间体的图，(b)是示意地表示管体中间体的固定部件的图。
图14是示意地表示本发明的第五实施方式所涉及的管体中间体的图。
具体实施方式
以通过碳纤维增强塑料来制造作为管体的车辆的传动轴(propeller shaft)的情况为例，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。在以下的说明中，针对相同的结构要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。另外，参照的附图为了易于理解而夸张地进行了图示，并未对各部件的尺寸等(例如，图4和图7中的接头22、23的形状等)进行准确地表示。
＜第一实施方式＞
图1所示的管体中间体10A通过在芯棒1(参照图2)的外周面上设置碳纤维层而形成。如图2所示，芯棒1为呈圆筒形状的金属制部件。在本发明中，以芯棒1的轴线方向成上下方向的姿态(所谓的纵立)使用该芯棒1，直至经由管体中间体10A制造出管体20A(参照图6)为止。
＜管体中间体＞
如图1所示，本发明的第一实施方式所涉及的管体中间体10A为在制造后述的管体20(参照图5)的中间阶段形成的、由多个碳纤维层层叠而成的圆筒状的部件。管体中间体10A从径向内侧(芯棒1侧)起依次具有第一碳纤维层11(参照图2)、第二碳纤维层12(参照图3)和第三碳纤维层13。此外，在图1～图3中，各碳纤维层11、12、13仅图示出了一部分。
《第一碳纤维层》
如图2所示，第一碳纤维层11由以覆盖芯棒1的方式设置于该芯棒1的外周面的多条碳纤维11a构成。第一碳纤维层11中的碳纤维11a以相对于芯棒1的轴线方向倾斜45°的方式卷绕1周以上，且相对于芯棒1的轴线方向呈螺旋状延伸设置。即，碳纤维11a相对于芯棒1的轴线X的定向角度θ为45°。
《第二碳纤维层》
如图3所示，第二碳纤维层12被设置于第一碳纤维层11的径向外侧，由以覆盖第一碳纤维层11的方式设置的多条碳纤维12a构成。第二碳纤维层12中的碳纤维12a以相对于芯棒1的轴线方向倾斜-45°的方式卷绕1周以上，且相对于芯棒1的轴线方向呈螺旋状延伸设置。即，碳纤维12a相对于芯棒1的轴线X的定向角度θ为-45°。
《第三碳纤维层》
如图1所示，第三碳纤维层13被设置于第二碳纤维层12的径向外侧，由以覆盖第二碳纤维层12的方式设置的多条碳纤维13a构成。第三碳纤维层13中的碳纤维13a以平行于芯棒1的轴线方向的方式延伸设置。即，碳纤维13a相对于芯棒1的轴线X的定向角度θ为0°。另外，碳纤维13a的长度与芯棒1的、除了作为被各装置把持的部位的两端部以外的部位的轴线方向尺寸L相等。
＜管体制造方法＞
接着，使用图6的流程图来说明第一实施方式所涉及的经由管体中间体10A的管体的制造方法。
首先，在芯棒1的轴线方向一端部设置接头(短节叉或短轴)22(参照图4)(步骤S1、接头设置步骤)。接着，如图2所示，通过未图示的装置，在纵立的芯棒1的外周面上形成第一碳纤维层11(步骤S2、第一碳纤维层形成步骤)。接着，如图3所示，通过未图示的装置，在纵立的芯棒1上的第一碳纤维层11的外周面上形成第二碳纤维层12(步骤S3、第二碳纤维层形成步骤)。接着，如图1所示，通过未图示的装置，在纵立的芯棒1上的第二碳纤维层12的外周面上形成第三碳纤维层13(步骤S4、第三碳纤维层形成步骤、配置步骤)。
所述的第一碳纤维层形成步骤～第三碳纤维层形成步骤也可以称为制造管体中间体10A的管体中间体制造方法。
接着，如图4所示，通过成型装置(模具)2，在纵立的芯棒1上的第一碳纤维层11、第二碳纤维层12和第三碳纤维层13中浸渍树脂21，并且对成型装置2加热，据此，成型管体20(步骤S5、成型步骤)。树脂21例如为热固化性树脂。在本实施方式中，成型装置2的模具被分割成多个，在成型步骤中，对管体中间体10A加热，并且在进行将成型装置2的模具闭合的闭模操作后，进一步进行对闭合的模具施加压力的合模操作，从而使模具内的压力上升，由此促进树脂21的固化。此外，在本实施方式中，以模具被分割成多个的结构进行了说明，因此进行了闭模操作和合模操作，但合模操作未必是必需的。另外，在模具未被分割成多个的情况下，所述闭模操作和合模操作未必是必需的。在图4所示的例子中，在芯棒1的轴线方向一端部设置有接头(短节叉或短轴)22，管体中间体10A延伸设置到该接头22的外周面。另外，在成型装置2内，在导入熔融状态的树脂21的浇口2a的出口侧形成有空间(树脂积存部2b)。导入成型装置2内的树脂21经由该树脂积存部2b沿芯棒1的轴线方向移动。所述树脂21浸渍于第一碳纤维层11、第二碳纤维层12和第三碳纤维层13。在树脂21浸渍于各碳纤维层11～13的状态下，对成型装置2加热，并且对成型装置2内施加压力，据此，形成管体20A。在本实施方式中，至少在执行步骤S4～步骤S5的期间，芯棒1维持其轴线方向成上下方向的状态。
接着，将成型后的管体20A和芯棒1从成型装置2取出，将芯棒1从管体20A抽出(步骤S6、脱芯步骤)。接着，在芯棒1的轴线方向另一端部(下端部)安装接头(短节叉和短轴的另一方)23(参照图7)(步骤S7、接头安装步骤)。
本发明的第一实施方式所涉及的管体制造方法包括配置步骤和成型步骤，其中，在所述配置步骤中，将纤维体(碳纤维13a)以沿芯棒1的轴线方向延伸的方式配置于该芯棒1的外周面；在所述成型步骤中，通过在所述芯棒1的外周面上使树脂21浸渍于所述纤维体，并加热所浸渍的所述树脂21而进行成型，所述配置步骤和所述成型步骤在所述芯棒1的轴线方向成为上下方向的状态下进行。
根据该结构，由于纤维体以不易因重力而从芯棒1分离的方式设置，因此能够抑制制造成本并且即使在纤维体的定向角度θ较小的情况下也能够抑制纤维体的偏移。
另外，在管体制造方法中，所述纤维体在所述配置步骤中沿所述芯棒1的轴线方向配置。
根据该结构，由于纤维体设置在沿着重力的方向上，因此能够抑制制造成本并且即使在纤维体的定向角度θ较小的情况下也能够抑制纤维体的偏移。
＜第二实施方式＞
接着，以与第一实施方式的不同点为中心来说明本发明的第二实施方式所涉及的管体中间体和管体制造方法。
如图8所示，本发明的第二实施方式所涉及的管体中间体10B具有作为用于固定第三碳纤维层13的部件的上端部固定部件15。
《上端部固定部件》
上端部固定部件15为用于将第三碳纤维层13的端部(上端部)固定于芯棒1的轴线方向端部(上端部)的外周面的部件。
上端部固定部件15为带状的具有挠性的树脂制部件，在一表面(径向内表面)侧具有粘接部。
上端部固定部件15呈环状卷绕。
上端部固定部件15可以由与树脂21相同的材料形成，也可以由通过成型装置(模具)2和/或树脂21的热量而熔融并混入树脂21内的材料形成。
＜管体制造方法＞
接着，使用图9的流程图来说明第二实施方式所涉及的经由管体中间体10B的管体20的制造方法。
在第二碳纤维层形成步骤和成型步骤之间，通过未图示的装置，在第三碳纤维层13的上端部的外周面上设置上端部固定部件15，将第三碳纤维层13的上端部固定于纵立的芯棒1(步骤S4B、固定步骤)。
本发明的第二实施方式所涉及的管体制造方法包括固定步骤，所述固定步骤在所述配置步骤和所述成型步骤之间，通过上端部固定部件15，将所述纤维体的上端部固定于所述芯棒1的外周面。
根据该结构，能够抑制制造成本并且即使在纤维体的定向角度θ较小的情况下也能够适当地抑制纤维体的偏移。
＜第三实施方式＞
接着，以与第一实施方式的不同点为中心来说明本发明的第三实施方式所涉及的管体中间体和管体制造方法。
＜管体中间体＞
如图10的(a)所示，本发明的第三实施方式所涉及的管体中间体10C具有作为用于固定第三碳纤维层13的部件的固定部件14C。
《固定部件》
如图10的(a)、(b)所示，固定部件14C为用于将第三碳纤维层13固定于芯棒1的外周面的部件。固定部件14C为管(圆筒形状)状的具有挠性的树脂制部件。固定部件14C由通过加热而收缩的热收缩部件形成。固定部件14C的轴线方向尺寸LC与芯棒1的轴线方向尺寸L大致相等。固定部件14C的内径rC与芯棒1的外径r大致相等。所述固定部件14C外嵌于设置有各碳纤维层11、12、13的芯棒1。另外，也可以为，固定部件14C在径向上具有伸缩性，在沿径向伸长的状态下外嵌于设置有各碳纤维层11、12、13的芯棒1。
所述固定部件14C设置为，使配置在以轴线方向为水平方向的方式设置的(即，横卧的)芯棒1的外周面的碳纤维13a不易从芯棒1分离。详细而言，即使在管体的制造结构中在配置于芯棒1的外周面的下部的碳纤维13a的轴线方向中间部产生振动等情况下，固定部件14C也能够抑制纤维体的偏移。
＜管体制造方法＞
接着，使用图12的流程图来说明第一实施方式所涉及的经由管体中间体10C的管体20C(参照图11)的制造方法。
在第二碳纤维层形成步骤和成型步骤之间，通过未图示的装置，在第三碳纤维层13的外周面上设置固定部件14A，将第三碳纤维层13固定于纵立的芯棒1(步骤S4C、固定步骤)。如图11所示，通过包括该步骤制造而成的管体20C具有作为用于保护第三碳纤维层13的保护层的固定部件14C。
本发明的第三实施方式所涉及的管体制造方法包括固定步骤S4C，所述固定步骤S4C在所述配置步骤和所述成型步骤之间，将筒状的固定部件14C以覆盖所述纤维体的方式设置于所述芯棒1的外周面。
根据该结构，能够抑制制造成本并且即使纤维体的定向角度θ较小的情况下也能够抑制纤维体的偏移。
另外，本发明的第三实施方式所涉及的管体制造方法包括收缩步骤，在所述收缩步骤中，通过使用在所述成型步骤中产生的所述树脂和成型装置的热量来加热所述固定部件，从而使所述固定部件收缩。
根据该结构，能够由抑制纤维体的偏移的固定部件14A形成用于保护纤维体的保护层。另外，由于能够在进行成型步骤的同时使固定部件14C收缩，因此与分别分开进行成型步骤和收缩步骤相比，能够削减工时。
＜第四实施方式＞
接着，以与第三实施方式的不同点为中心来说明本发明的第四实施方式所涉及的管体中间体和管体制造方法。
如图13的(a)、(b)所示，代替固定部件14C，本发明的第四实施方式所涉及的管体中间体10D具有作为用于固定第三碳纤维层13的部件的固定部件14D。
《固定部件》
固定部件14D为膜状的具有挠性的树脂制部件。固定部件14D由通过加热而收缩的热收缩部件形成。固定部件14D的轴线方向尺寸LD1与芯棒1的轴线方向尺寸L大致相等。固定部件14D的与轴线正交的方向上的尺寸LD2大于芯棒1的外周面的圆周长2πr。所述固定部件14D在设置有各碳纤维层11、12、13的芯棒1上卷绕1周以上。
＜管体制造方法＞
接着，说明第二实施方式所涉及的经由管体中间体10D的管体20的制造方法。
在固定步骤(步骤S4C)中，通过未图示的装置，在第三碳纤维层13的外周面上设置第一固定部件14，将第三碳纤维层13固定于芯棒1。
在本发明的第四实施方式所涉及的管体制造方法中，筒状的所述固定部件14D通过将膜状的部件沿周向卷绕1周以上而成。
根据该结构，能够容易地设置固定部件14D。
＜第五实施方式＞
接着，以与第三实施方式的不同点为中心来说明本发明的第五实施方式所涉及的管体中间体和管体制造方法。
如图14所示，代替固定部件14C，本发明的第五实施方式所涉及的管体中间体10E具有作为用于固定第三碳纤维层13的部件的多个固定部件14E。
《固定部件》
固定部件14E为管(圆筒形状)状的具有挠性的树脂制部件。固定部件14E由通过加热而收缩的热收缩部件形成。固定部件14E的轴线方向尺寸小于芯棒1的轴线方向尺寸L。固定部件14E的内径与芯棒1的外径r大致相等。所述多个固定部件14E以隔开相等间隔的方式外嵌于设置有各碳纤维层11、12、13的芯棒1。另外，也可以为，多个固定部件14E在径向上具有伸缩性，在沿径向伸长的状态下外嵌于设置有各碳纤维层11、12、13的芯棒1。
＜管体制造方法＞
接着，说明第五实施方式所涉及的经由管体中间体10E的管体20的制造方法。
在固定步骤(步骤S4C)中，通过未图示的装置，在第三碳纤维层13的外周面上设置多个固定部件14E，将第三碳纤维层13的两端部和轴线方向中间部固定于芯棒1。
在本发明的第五实施方式所涉及的管体制造方法中，多个所述固定部件14E沿所述芯棒1的轴线方向分离设置。
根据该结构，能够抑制固定部件14E的材料的量，实现低成本化。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当变形。例如，可以为省略第一碳纤维层11和第二碳纤维层12，而在芯棒1的外表面上直接设置第三碳纤维层13的结构。另外，第三碳纤维层13中的碳纤维13a的定向角度θ并不限定于0°(与芯棒1的轴线方向平行)，只要是碳纤维13a在芯棒1上不满1周的角度即可。即，本发明适用于碳纤维13a的定向角度θ满足tanθ＜|2πr/L|的情况。另外，用于管体中间体10A～10E的纤维体并不限定于碳纤维11a～13a，只要是能够增强管体20的纤维即可。
[附图标记说明]
1：芯棒；10A、10B、10C、10D、10E：管体中间体；13a：碳纤维(纤维体)；14C、14D、14E：固定部件；15：上端部固定部件；20A、20C：管体；21：树脂。

Claims (7)

1.一种管体制造方法，其特征在于，
包括配置步骤和成型步骤，其中，
在所述配置步骤中，将纤维体以沿芯棒的轴线方向延伸的方式配置于该芯棒的外周面；
在所述成型步骤中，通过在所述芯棒的外周面上使树脂浸渍于所述纤维体，并加热所浸渍的所述树脂而进行成型，
所述配置步骤和所述成型步骤在所述芯棒的轴线方向成为上下方向的状态下进行。
2.根据权利要求1所述的管体制造方法，其特征在于，
包括上端部固定步骤，所述上端部固定步骤在所述配置步骤和所述成型步骤之间，通过上端部固定部件将所述纤维体的上端部固定于所述芯棒的外周面。
3.根据权利要求1所述的管体制造方法，其特征在于，
包括固定步骤，所述固定步骤在所述配置步骤和所述成型步骤之间，将筒状的固定部件以覆盖所述纤维体的方式设置于所述芯棒的外周面。
4.根据权利要求3所述的管体制造方法，其特征在于，
包括收缩步骤，在所述收缩步骤中，通过使用在所述成型步骤中产生的所述树脂和成型装置的热量来加热所述固定部件，从而使所述固定部件收缩。
5.根据权利要求3或4所述的管体制造方法，其特征在于，
在所述配置步骤中，筒状的所述固定部件通过将膜状的部件沿周向卷绕1周以上而成。
6.根据权利要求3或4所述的管体制造方法，其特征在于，
在所述配置步骤中，多个所述固定部件沿所述芯棒的轴线方向分离设置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的管体制造方法，其特征在于，
在所述配置步骤中，所述纤维体沿所述芯棒的轴线方向配置。
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