WO2021186734A1 - 管体中間体及び管体製造方法 - Google Patents

管体中間体及び管体製造方法 Download PDF

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WO2021186734A1
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carbon fiber
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peripheral surface
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貴博 中山
森　健一
一希 大田
谷川　元洋
忠司 魚住
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日立Astemo株式会社
村田機械株式会社
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    • F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
    • F16L9/123—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement with four layers

Definitions

  • the present invention relates to, for example, an intermediate of a pipe body used as a power transmission shaft of a vehicle, and a method of manufacturing the pipe body.
  • the power transmission shaft (propeller shaft) mounted on the vehicle is provided with a pipe body extending in the front-rear direction of the vehicle, and the power generated by the prime mover and decelerated by the transmission is transmitted to the final deceleration device by this pipe body.
  • a tube body used for such a power transmission shaft there is a tube made of fiber reinforced plastic manufactured by using a mandrel (see Patent Document 1 below).
  • a filament winding method of winding continuous fibers impregnated with resin there are a sheet winding method of winding prepreg (a sheet made by impregnating fibers with resin).
  • the filament winding method can be manufactured at low cost, it is difficult to orient the fibers along the axial direction of the mandrel, in other words, to orient the fibers in the axial direction of the tube.
  • the sheet winding method the fibers can be oriented in the axial direction of the mandrel, but the manufacturing cost is high.
  • L be the axial dimension in which the fibers are provided in the mandrel
  • r be the radius of the outer peripheral surface of the mandrel
  • ⁇ be the orientation angle of the fibers with respect to the mandrel (see FIG. 1).
  • the present invention has been created to solve such a problem, and is capable of suppressing the displacement of the fibrous body even when the orientation angle of the fibrous body is small while suppressing the manufacturing cost.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tube body.
  • the tubular intermediate body of the present invention has a fibrous body arranged so as to extend in the axial direction of the mandrel with respect to the outer peripheral surface of the mandrel, and the outer peripheral surface of the mandrel. It is characterized by including a first fixing member that is wound around the fiber body at least once in the circumferential direction and is wound along the axial direction of the mandrel. Further, in the tube manufacturing method of the present invention, an arrangement step of arranging the fiber body so as to extend in the axial direction of the mandrel with respect to the outer peripheral surface of the mandrel and a first fixing member are placed on the outer peripheral surface of the mandrel.
  • the fixing step of winding the mandrel one or more times in the circumferential direction from the top of the mandrel and along the axial direction of the mandrel and the outer peripheral surface of the mandrel include the fiber body. It is characterized by including a molding step of molding the resin into a tubular shape.
  • the tubular intermediate 10A shown in FIG. 1 is formed by providing a carbon fiber layer on the outer peripheral surface of the mandrel 1 (see FIG. 2).
  • the mandrel 1 is a metal member having a cylindrical shape.
  • the tubular body intermediate 10A has a plurality of carbon fiber layers formed in the middle of manufacturing the tubular body 20A (see FIG. 6) described later. It is a laminated cylindrical member.
  • the first carbon fiber layer 11 see FIG. 2
  • the second carbon fiber layer 12 see FIG. 3
  • the third carbon are arranged in this order from the radial inner side (mandrel 1 side).
  • a fiber layer 13 is provided.
  • the first carbon fiber layer 11, the second carbon fiber layer 12, and the third carbon fiber layer 13 are layers of reinforcing fibers that are encapsulated in the resin 21 in the tubular body 20 described later to reinforce the resin 21.
  • the tubular intermediate body 10A includes a first fixing member 13b as a member for fixing the carbon fibers 13a in the third carbon fiber layer 13.
  • FIGS. 2 to 4 only a part of each carbon fiber layer 11, 12, 13 is shown.
  • the first carbon fiber layer 11 is composed of a plurality of carbon fibers 11a provided on the outer peripheral surface of the mandrel 1 so as to cover the mandrel 1.
  • the carbon fibers 11a in the first carbon fiber layer 11 are wound around one or more turns so as to be inclined by 45 ° with respect to the axial direction of the mandrel 1, and are provided so as to extend spirally with respect to the axial direction of the mandrel 1. ing. That is, the orientation angle ⁇ of the carbon fibers 11a with respect to the axis X of the mandrel 1 is 45 °.
  • the second carbon fiber layer 12 is provided on the radial outer side of the first carbon fiber layer 11, and a plurality of carbons provided so as to cover the first carbon fiber layer 11. It is composed of fibers 12a.
  • the carbon fibers 12a in the second carbon fiber layer 12 are wound around one or more turns so as to be inclined by ⁇ 45 ° with respect to the axial direction of the mandrel 1, and are provided so as to extend spirally with respect to the axial direction of the mandrel 1.
  • the orientation angle ⁇ of the carbon fibers 12a with respect to the axis X of the mandrel 1 is ⁇ 45 °.
  • the third carbon fiber layer 13 is provided on the radial outer side of the second carbon fiber layer 12, and a plurality of carbons provided so as to cover the second carbon fiber layer 12. It is composed of a fiber 13a and a first fixing member 13b.
  • the carbon fibers 13a in the third carbon fiber layer 13 are provided so as to extend parallel to the axial direction of the mandrel 1. That is, the orientation angle ⁇ of the carbon fibers 13a with respect to the axis X of the mandrel 1 is 0 °.
  • the length of the carbon fibers 13a is equal to the axial dimension L of the region of the mandrel 1 where the carbon fiber layers 11 to 13 are provided. Since both ends of the mandrel 1 are portions that are gripped by each device or the like, the carbon fiber layers 11 to 14 are not provided.
  • the first fixing member 13b is a member for fixing the third carbon fiber layer 13a to the outer peripheral surface of the mandrel 1.
  • the first fixing member 13b is a resin member having flexibility such as a thread shape or a strip shape.
  • the first fixing member 13b may be formed of the same material as the resin 21 described later, and is formed of a material that is melted by the heat of the molding apparatus (mold) 2 and / or the resin 21 and mixed in the resin 21. May be.
  • the first fixing member 13b is wound around one or more turns so as to be inclined with respect to the axial direction of the mandrel 1, and is provided so as to spirally extend in the axial direction of the mandrel 1.
  • the first fixing member 13b prevents the carbon fibers 13a arranged on the outer peripheral surface of the mandrel 1 provided (that is, horizontally placed) so as to be horizontal in the axial direction to hang down due to gravity. Specifically, the first fixing member 13b preferably prevents the axially intermediate portion of the carbon fiber 13a arranged below the outer peripheral surface of the mandrel 1 from hanging due to gravity.
  • a joint (stub yoke or stub shaft) 22 (see FIG. 5) is provided at one end of the mandrel 1 in the axial direction (step S1, joint installation step).
  • a first carbon fiber layer 11 is formed on the outer peripheral surface of the mandrel 1 by an apparatus (not shown) (step S2, first carbon fiber layer forming step).
  • a second carbon fiber layer 12 is formed on the outer peripheral surface of the first carbon fiber layer 11 by an apparatus (not shown) (step S3, second carbon fiber layer forming step).
  • the carbon fibers 13a of the third carbon fiber layer 13 are formed on the outer peripheral surface of the second carbon fiber layer 12 by an apparatus (not shown) (step S4, third carbon). Fiber layer formation step, placement step).
  • a first fixing member 13b is provided on the outer peripheral surface of the carbon fibers 13a in the third carbon fiber layer 13 by a device (not shown), and the carbon fibers 13a are provided with respect to the mandrel 1. It is fixed (step S5, third carbon fiber layer forming step, fixing step).
  • the first carbon fiber forming step to fixing step described above is a method for producing a tubular intermediate body 10A.
  • the first carbon fiber layer 11, the second carbon fiber layer 12, and the third carbon fiber layer 13 are impregnated with the resin 21 by the molding apparatus (mold) 2, and molded.
  • the tubular body 20 is formed (step S6, forming step).
  • the resin 21 is, for example, a thermosetting resin.
  • the mold of the molding apparatus 2 is divided into a plurality of portions, and in the molding step, heat is applied to the tubular intermediate body 10A, and after the mold closing operation of closing the mold of the molding apparatus 2, further Curing of the resin 21 is promoted by increasing the pressure in the mold by performing the mold clamping operation in which the pressure is applied to the closed mold.
  • a joint (stub yoke or stub shaft) 22 is provided at one end in the axial direction of the mandrel 1, and the pipe intermediate 10 extends to the outer peripheral surface of the joint 22. .. Further, in the molding apparatus 2, a space (resin pool 2b) is formed on the outlet side of the gate 2a into which the molten resin 21 is introduced.
  • the resin 21 introduced into the molding apparatus 2 moves in the axial direction of the mandrel 1 via the resin pool 2b.
  • the resin 21 is impregnated into the first carbon fiber layer 11, the second carbon fiber layer 12, and the third carbon fiber layer 13.
  • the tubular body 20 is formed by applying heat to the molding apparatus 2 and applying pressure to the molding apparatus 2 in a state where the resins 21 are impregnated into the carbon fiber layers 11 to 13.
  • the first fixing member 13a may be melted by the heat of the molding apparatus (mold) 2 and / or the resin 21 and mixed in the resin 21.
  • step S7 decentering step
  • step S8 joint attachment step
  • the tubular body intermediate 10A includes a fiber body (carbon fiber 13a) arranged so as to extend in the axial direction of the mandrel 1 with respect to the outer peripheral surface of the mandrel 1 and the mandrel 1.
  • a first fixing member 14 is provided, which is wound around the outer peripheral surface of the mandrel 1 at least once in the circumferential direction from above the fibrous body and along the axial direction of the mandrel 1.
  • the tube body manufacturing method according to the first embodiment of the present invention includes an arrangement step of arranging the fiber body (carbon fiber 13a) so as to extend in the axial direction of the mandrel 1 with respect to the outer peripheral surface of the mandrel 1.
  • the first fixing member 14 for fixing the fibrous body to the outer peripheral surface of the mandrel 1 is provided at least one circumference in the circumferential direction from above the fibrous body with respect to the outer peripheral surface of the mandrel 1.
  • the tubular intermediate body 10B according to the second embodiment of the present invention further includes a fourth carbon fiber layer 14 provided on the radial outer side of the third carbon fiber layer 13.
  • the fourth carbon fiber layer 14 is provided on the radial outer side of the third carbon fiber layer 13, and is provided with a plurality of carbon fibers 14a provided so as to cover the third carbon fiber layer 13, and the first carbon fiber layer 14. It is composed of a fixing member 14b.
  • the carbon fibers 14a in the fourth carbon fiber layer 14 are provided so as to extend parallel to the axial direction of the mandrel 1. That is, the orientation angle ⁇ of the carbon fibers 14a with respect to the axis X of the mandrel 1 is 0 °. Further, the length of the carbon fibers 14a is equal to the axial dimension L of the region of the mandrel 1 where the carbon fiber layers 11 to 14 are provided.
  • the first fixing member 14b is a member for fixing the fourth carbon fiber layer 14a to the outer peripheral surface of the mandrel 1.
  • the first fixing member 14b is a resin member having flexibility such as a thread shape or a strip shape.
  • the first fixing member 14b may be formed of the same material as the resin 21 described later, and is formed of a material that is melted by the heat of the molding apparatus (mold) 2 and / or the resin 21 and mixed in the resin 21. May be.
  • the first fixing member 14b is wound around one or more turns so as to be inclined with respect to the axial direction of the mandrel 1, and is provided so as to spirally extend in the axial direction of the mandrel 1.
  • the first fixing member 14b is provided at different phases in the axial direction of the first fixing member 13b and the mandrel 1 and in parallel with each other. In other words, the first fixing member 14b and the first fixing member 13b are provided so as not to overlap each other in the radial direction of the mandrel 1.
  • the first fixing member 14b prevents the carbon fibers 14a arranged on the outer peripheral surface of the mandrel 1 provided (that is, horizontally placed) so as to be horizontal in the axial direction to hang down due to gravity. Specifically, the first fixing member 14b preferably prevents the axially intermediate portion of the carbon fiber 14a arranged below the outer peripheral surface of the mandrel 1 from hanging due to gravity.
  • the carbon fibers 13a of the third carbon fiber layer 13 are formed on the outer peripheral surface of the second carbon fiber layer 12 (see FIG. 7) by an apparatus (not shown).
  • Step S4 third carbon fiber layer forming step, arranging step).
  • a first fixing member 13b is provided on the outer peripheral surface of the carbon fiber 13a in the third carbon fiber layer 13 by a device (not shown), and the carbon fiber 13a is provided on the outer peripheral surface of the carbon fiber 13a.
  • Step S5 third carbon fiber layer forming step, fixing step.
  • step S4B Carbon fiber layer formation step, placement step).
  • a first fixing member 14b is provided on the outer peripheral surface of the carbon fiber 14a in the fourth carbon fiber layer 14 by a device (not shown), and the carbon fiber 14a is provided on the outer peripheral surface of the carbon fiber 14a.
  • Step S5B fourth carbon fiber layer forming step, fixing step.
  • the carbon fibers 13a and 14a in the carbon fiber layers 13 and 14 are densely arranged in the circumferential direction, and the outer carbon fibers 14a are the inner carbon fiber layers 13a and the inner carbon fiber layers 13a. It is provided so as to be overlapped on the radial outer side of the first fixing member 13b.
  • the carbon fibers 13a in the third carbon fiber layer 13 are arranged with a gap in the circumferential direction, and the carbon fibers 14a in the fourth carbon fiber layer 14 are carbon. It is arranged in the gap between the fibers 13.
  • the carbon fibers 14a in the fourth carbon fiber layer 14 are provided so as to be overlapped on the radial outer side of the first fixing member 13b in the third carbon fiber layer 13.
  • each of the first fixing members 13b and 14b The number of carbon fibers 13a and 14a to be fixed can be reduced, and the design freedom of the first fixing members 13b and 13b can be improved.
  • the tubular intermediate body 10B has a plurality of fiber layers composed of the fiber body and the first fixing member, and the plurality of fiber layers (carbon fibers 13a, 14a). Are arranged so as to overlap in the radial direction of the mandrel 1, and at least the first fixing member 13b in the fiber layer 13 corresponding to the lower layer and the fiber in the fiber layer 14 corresponding to the upper layer of the lower layer
  • the body (carbon fiber 14a) is overlapped in the radial direction, and the first fixing members 13b and 14b provided on the plurality of fiber layers are in different phases (and) in the axial direction of the mandrel. , Are provided parallel to each other (at the same orientation angle).
  • the first fixing member 14b and the first fixing member 13b are provided so as not to overlap each other in the radial direction of the mandrel 1.
  • the fibrous body and the first fixing member are used by repeating the arrangement step and the fixing step a plurality of times before the molding step.
  • a plurality of constituent fiber layers are formed so as to be arranged so as to be overlapped in the radial direction of the mandrel 1, and at least correspond to the first fixing member 13b in the fiber layer corresponding to the lower layer and the upper layer of the lower layer.
  • the fiber bodies (carbon fibers 14a) in the fiber layer are stacked in the radial direction, and the first fixing members 13b and 14b provided in the plurality of fiber layers are provided in the plurality of fixing steps.
  • the mandrel 1 is provided in different phases in the axial direction. According to such a configuration, the deviation of the fibrous body can be more preferably suppressed even when the orientation angle ⁇ of the fibrous body is small. Further, as compared with the case where the first fixing members 13b and 14b are provided so as to overlap each other in the radial direction in the same phase, the thickness of the tubular intermediate 10b is suppressed and the local stress concentration is suppressed. can do.
  • the tubular intermediate body 10C according to the third embodiment of the present invention has a pair of second fixing members 15 and 15 as members for fixing the third carbon fiber layer 13. Be prepared.
  • the second fixing member 15 is a member for fixing the end portion of the third carbon fiber layer 13 to the outer peripheral surface of the axial end portion of the mandrel 1.
  • the second fixing member 15 is a strip-shaped flexible resin member, and has an adhesive portion on one surface (inner surface in the radial direction).
  • the second fixing member 15 is wound in an annular shape.
  • the second fixing member 15 may be formed of the same material as the resin 21, and is melted by the heat of the molding apparatus (mold) 2 and / or the resin 21 to make the resin. It may be formed of the material mixed in 21.
  • step S4B the fourth carbon fiber layer forming step
  • step S4B the forming step
  • step S6 the second fixing members 15 and 15 are placed on the outer peripheral surfaces of both ends of the fourth carbon fiber layer 14 by a device (not shown). Both ends of the third carbon fiber layer 13 and the fourth carbon fiber layer 14 are fixed to the mandrel 1 (step S5C, both ends fixing step). It is desirable that the fixing is performed before the fixing by the first fixing members 14b and 14b (step S5B). Further, the fixing by the second fixing members 15 and 15 is a third carbon fiber layer forming step. (Step S4) and the fourth carbon fiber layer forming step (step S4B may also be performed.
  • the tubular intermediate body 10C according to the third embodiment of the present invention includes a second fixing member 15 for fixing both ends of the fibrous body to the outer peripheral surface of the mandrel 1. Further, in the tube body manufacturing method according to the third embodiment of the present invention, in the fixing step, both ends of the fiber body are fixed to the outer peripheral surface of the mandrel 1 by the second fixing member 15. According to such a configuration, the deviation of the fibrous body can be more preferably suppressed even when the orientation angle ⁇ of the fibrous body is small.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be appropriately modified without departing from the gist of the present invention.
  • the first carbon fiber layer 11 and the second carbon fiber layer 12 may be omitted, and the third carbon fiber layer 13 may be provided directly on the outer surface of the mandrel 1.
  • the orientation angles ⁇ of the carbon fibers 13a and 14a in the third carbon fiber layer 13 and the fourth carbon fiber layer 14 are not limited to 0 ° (parallel to the axial direction of the mandrel 1), and the carbon fibers 13a and 14a are not limited to 0 °. Is an angle that is less than one lap with respect to the mandrel 1.
  • the present invention is preferably used when the orientation angle ⁇ of the carbon fibers 13a satisfies tan ⁇ ⁇ 2 ⁇ r / L
  • the fiber bodies used for the tube body intermediates 10A to 10C are not limited to the carbon fibers 11a to 14a, and may be any one capable of strengthening the tube body 20.
  • the plurality of first fixing members 13b may be provided in different phases in the axial direction of the mandrel 1 and in parallel with each other.
  • the plurality of first fixing members 13b and the plurality of first fixing members 14b are provided in different phases in the axial direction of the mandrel 1 and in parallel with each other. There may be.

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Abstract

製造コストを抑えつつ、繊維体の配向角度が小さい場合でも繊維体のずれを抑えることが可能な管体中間体を提供する。　管体中間体（１０Ａ）は、マンドレル（１）の外周面に対して周方向に１周未満で当該マンドレル（１）の軸線方向に伸びるように配置される炭素繊維と、マンドレル（１）の外周面に対して、炭素繊維の上から周方向に１周以上で当該マンドレル（１）の軸線方向に伸びるように巻回される第一の固定部材（１４）と、を備える。

Description

管体中間体及び管体製造方法
　本発明は、例えば車両の動力伝達軸として用いられる管体の中間体、及び、管体の製造方法に関する。
　車両に搭載される動力伝達軸（プロペラシャフト）は、車両の前後方向に延在する管体を備え、この管体により原動機で発生し変速機で減速された動力を終減速装置に伝達している。このような動力伝達軸に用いられる管体として、マンドレルを利用して製造された繊維強化プラスチック製のものがある（下記特許文献１参照）。
特開平３－２６５７３８号公報
　ところで、マンドレルに材料を巻き付ける方法として、樹脂を含浸した連続繊維を巻き付けるフィラメントワインディング法と、プリプレグ（繊維に樹脂を含浸させてなるシート）を巻き付けるシートワインディング法が挙げられる。ここで、フィラメントワインディング法は、安価で製造できるもののマンドレルの軸方向に沿って繊維を配向すること、言い換えると管体の軸方向に繊維を配向することが難しい。一方で、シートワインディング法は、マンドレルの軸方向に繊維を配向させることができるが、製造コストがかかってしまう。
　ここで、マンドレルにおいて繊維が設けられる軸線方向寸法をＬ、マンドレルの外周面の半径をｒ、マンドレルに対する繊維の配向角度をθとする（図１参照）。配向角度θが小さい（ｔａｎθ＜｜２πｒ／Ｌ｜）場合には、繊維をマンドレルに対して１周以上巻回することができないため、重力によって繊維がマンドレルから離間するおそれがある。
　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、製造コストを抑えつつ、繊維体の配向角度が小さい場合でも繊維体のずれを抑えることが可能な管体中間体及び管体製造方法を提供することを課題とする。
　前記した課題を解決するために、本発明の管体中間体は、マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置される繊維体と、前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に１周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回される第一の固定部材と、を備えることを特徴とする。
　また、本発明の管体製造方法は、繊維体を、マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置する配置ステップと、第一の固定部材を、前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に１周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回する固定ステップと、前記マンドレルの外周面上において、前記繊維体を内包するように樹脂を管状に成形する成形ステップと、を含むことを特徴とする。
　本発明によると、製造コストを抑えつつ、繊維の配向角度が小さい場合でも繊維のずれを抑えることができる。
本発明の第一の実施形態に係る管体中間体を模式的に示す図である。 本発明の第一の実施形態に係るマンドレル及び管体中間体における第一の炭素繊維層を模式的に示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る管体中間体における第二の炭素繊維層を模式的に示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る管体中間体における第三の炭素繊維層を模式的に示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る管体を製造するための成形装置を模式的に示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る管体中間体を用いて製造された管体を模式的に示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る管体製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第一の実施形態に係る管体の一例を模式的に示す図である。 本発明の第二の実施形態に係る管体中間体を模式的に示す断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る管体製造方法を説明するためのフローチャートである。 （ａ）～（ｄ）は、本発明の第二の実施形態に係る管体中間体の製造方法を模式的に説明するための図である。 本発明の第二の実施形態に係る管体中間体を用いて製造された管体を模式的に示す図である。 本発明の第三の実施形態に係る管体中間体を模式的に示す図である。 本発明の第三の実施形態に係る管体製造方法を説明するためのフローチャートである。
　本発明の実施形態について、炭素繊維強化プラスチックによって車両の動力伝達軸（プロペラシャフト）を管体として製造する場合を例にとり、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、参照する図面は、分かりやすさのためにデフォルメされたものであり、各部材の寸法等（例えば、図５及び図７における継手２２，２３の形状等）を正確に表したものではない。
＜第一の実施形態＞
　図１に示す管体中間体１０Ａは、マンドレル１（図２参照）の外周面に炭素繊維層を設けることによって形成される。図２に示すように、マンドレル１は、円筒形状を呈する金属製部材である。
＜管体中間体＞
　図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る管体中間体１０Ａは、後記する管体２０Ａ（図６参照）を製造する途中段階で形成される、複数の炭素繊維層が積層された円筒状の部材である。管体中間体１０Ａは、径方向内側（マンドレル１側）から順に、第一の炭素繊維層１１（図２参照）と、第二の炭素繊維層１２（図３参照）と、第三の炭素繊維層１３（図４参照）と、を備える。第一の炭素繊維層１１、第二の炭素繊維層１２及び第三の炭素繊維層１３は、後記する管体２０における樹脂２１に内包されて当該樹脂２１を強化する強化繊維の層である。また、管体中間体１０Ａは、第三の炭素繊維層１３において炭素繊維１３ａを固定するための部材として、第一の固定部材１３ｂを備える。なお、図２～図４において、各炭素繊維層１１，１２，１３は、一部のみが図示されている。
≪第一の炭素繊維層≫
　図２に示すように、第一の炭素繊維層１１は、マンドレル１の外周面に対して、当該マンドレル１を被覆するように設けられる複数の炭素繊維１１ａによって構成されている。第一の炭素繊維層１１における炭素繊維１１ａは、マンドレル１の軸線方向に対して４５°傾斜するように１周以上巻回され、マンドレル１の軸線方向に対して螺旋状に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル１の軸線Ｘに対する炭素繊維１１ａの配向角度θは、４５°である。
≪第二の炭素繊維層≫
　図３に示すように、第二の炭素繊維層１２は、第一の炭素繊維層１１の径方向外側に設けられており、第一の炭素繊維層１１を被覆するように設けられる複数の炭素繊維１２ａによって構成されている。第二の炭素繊維層１２における炭素繊維１２ａは、マンドレル１の軸線方向に対して－４５°傾斜するように１周以上巻回され、マンドレル１の軸線方向に対して螺旋状に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル１の軸線Ｘに対する炭素繊維１２ａの配向角度θは、－４５°である。
≪第三の炭素繊維層≫
　図４に示すように、第三の炭素繊維層１３は、第二の炭素繊維層１２の径方向外側に設けられており、第二の炭素繊維層１２を被覆するように設けられる複数の炭素繊維１３ａと、第一の固定部材１３ｂと、によって構成されている。第三の炭素繊維層１３における炭素繊維１３ａは、マンドレル１の軸線方向に対して平行に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル１の軸線Ｘに対する炭素繊維１３ａの配向角度θは、０°である。また、炭素繊維１３ａの長さは、マンドレル１のうち、各炭素繊維層１１～１３が設けられる領域の軸線方向寸法Ｌと等しい。なお、マンドレル１の両端部は、各装置等によって把持される部位であるため、各炭素繊維層１１～１４は設けられない。
≪第一の固定部材≫
　図１に示すように、第一の固定部材１３ｂは、第三の炭素繊維層１３ａをマンドレル１の外周面に固定するための部材である。第一の固定部材１３ｂは、糸状、帯状等の可撓性を有する樹脂製部材である。第一の固定部材１３ｂは、後記する樹脂２１と同一材料によって形成されていてもよく、成形装置（金型）２及び／又は樹脂２１の熱によって溶融して樹脂２１内に混ざる材料によって形成されていてもよい。第一の固定部材１３ｂは、マンドレル１の軸線方向に対して傾斜するように１周以上巻回され、マンドレル１の軸線方向に螺旋状に伸びるように設けられている。
　かかる第一の固定部材１３ｂは、軸線方向が水平方向となるように設けられた（すなわち、横置きの）マンドレル１の外周面に配置された炭素繊維１３ａが重力によって垂れ下がることを防止する。詳細には、第一の固定部材１３ｂは、マンドレル１の外周面の下部に配置された炭素繊維１３ａの軸線方向中間部が重力によって垂れ下がることを好適に防止する。
＜管体製造方法＞
　続いて、第一の実施形態に係る管体中間体１０Ａを経由する管体２０Ａ（図６参照）の製造方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。
　まず、マンドレル１の軸線方向一端部に継手（スタブヨーク又はスタブシャフト）２２（図５参照）を設ける（ステップＳ１、継手設置ステップ）。続いて、図２に示すように、図示しない装置によって、第一の炭素繊維層１１がマンドレル１の外周面上に形成される（ステップＳ２、第一の炭素繊維層形成ステップ）。続いて、図３に示すように、図示しない装置によって、第二の炭素繊維層１２が第一の炭素繊維層１１の外周面上に形成される（ステップＳ３、第二の炭素繊維層形成ステップ）。続いて、図４に示すように、図示しない装置によって、第三の炭素繊維層１３の炭素繊維１３ａが第二の炭素繊維層１２の外周面上に形成される（ステップＳ４、第三の炭素繊維層形成ステップ、配置ステップ）。
　続いて、図１に示すように、図示しない装置によって、第一の固定部材１３ｂが第三の炭素繊維層１３における炭素繊維１３ａの外周面上に設けられ、炭素繊維１３ａがマンドレル１に対して固定される（ステップＳ５、第三の炭素繊維層形成ステップ、固定ステップ）。
　前記した第一の炭素繊維形成ステップ～固定ステップは、管体中間体１０Ａを製造する管体中間体製造方法であるともいえる。
　続いて、図５に示すように、成形装置（金型）２によって、第一の炭素繊維層１１、第二の炭素繊維層１２及び第三の炭素繊維層１３に樹脂２１が含浸され、成形装置２に熱を加えることによって、管体２０が形成される（ステップＳ６、成形ステップ）。樹脂２１は、例えば熱硬化性樹脂である。本実施形態において、成形装置２の金型は、複数に分割されており、成形ステップでは、管体中間体１０Ａに熱が加えられるとともに、成形装置２の金型を閉じる型閉じ操作後に、さらに閉じた金型に圧力を印加する型締め操作を行うことにより、金型内の圧力を上昇させることで、樹脂２１の硬化が促進される。なお、本実施形態では金型が複数に分割されている構成で説明しているため、型閉じ操作及び型締め操作が行われているが、型締め操作は、必ずしも必要ではない。また、金型が複数に分割されていない場合には、かかる型閉じ操作及び型締め操作は、必ずしも必要ではない。図５に示す例では、マンドレル１の軸線方向一端部には、継手（スタブヨーク又はスタブシャフト）２２が設けられており、管体中間体１０は、当該継手２２の外周面まで延設されている。また、成形装置２内において、溶融状態の樹脂２１が導入されるゲート２ａの出口側には空間（樹脂だまり２ｂ）が形成されている。成形装置２内に導入された樹脂２１は、当該樹脂だまり２ｂを介して、マンドレル１の軸線方向に移動する。かかる樹脂２１は、第一の炭素繊維層１１、第二の炭素繊維層１２及び第三の炭素繊維層１３内に含浸する。樹脂２１が各炭素繊維層１１～１３に含浸した状態で、成形装置２に熱が加えられ、かつ、成形装置２内に圧力が加えられることによって、管体２０が形成される。成形ステップにおいて、第一の固定部材１３ａは、成形装置（金型）２及び／又は樹脂２１の熱によって溶融し、樹脂２１内に混ざってもよい。
　続いて、成形された管体２０Ａ及びマンドレル１が成形装置２から取り出され、マンドレル１が管体２０Ａから抜き出される（ステップＳ７、脱芯ステップ）。続いて、マンドレル１の軸線方向他端部に、継手（スタブヨーク及びスタブシャフトの他方）２３が取り付けられる（ステップＳ８、継手取付ステップ）。
　本発明の第一の実施形態に係る管体中間体１０Ａは、マンドレル１の外周面に対して当該マンドレル１の軸線方向に伸びるように配置される繊維体（炭素繊維１３ａ）と、前記マンドレル１の外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に１周以上で、かつ、当該マンドレル１の軸線方向に沿って巻回される第一の固定部材１４と、を備える。
　また、本発明の第一の実施形態に係る管体製造方法は、繊維体（炭素繊維１３ａ）を、マンドレル１の外周面に対して当該マンドレル１の軸線方向に伸びるように配置する配置ステップと、前記繊維体を前記マンドレル１の外周面に対して固定する第一の固定部材１４を、前記マンドレル１の外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に１周以上で、かつ、当該マンドレル１の軸線方向に沿って巻回する固定ステップと、前記マンドレル１の外周面上において、樹脂２１を前記繊維体に含浸させ、含浸した前記樹脂２１を加熱することによって成形する成形ステップと、を含む。
　かかる構成によると、製造コストを抑えつつ、繊維体の配向角度θが小さい場合でも繊維のずれを抑えることができる。
＜第二の実施形態＞
　続いて、本発明の第二の実施形態に係る管体中間体及び管体製造方法について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。
　図９に示すように、本発明の第二の実施形態に係る管体中間体１０Ｂは、第三の炭素繊維層１３の径方向外側に設けられる第四の炭素繊維層１４をさらに備える。
≪第四の炭素繊維層≫
　第四の炭素繊維層１４は、第三の炭素繊維層１３の径方向外側に設けられており、第三の炭素繊維層１３を被覆するように設けられる複数の炭素繊維１４ａと、第一の固定部材１４ｂと、によって構成されている。第四の炭素繊維層１４における炭素繊維１４ａは、マンドレル１の軸線方向に対して平行に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル１の軸線Ｘに対する炭素繊維１４ａの配向角度θは、０°である。また、炭素繊維１４ａの長さは、マンドレル１のうち、各炭素繊維層１１～１４が設けられる領域の軸線方向寸法Ｌと等しい。
≪第一の固定部材≫
　第一の固定部材１４ｂは、第四の炭素繊維層１４ａをマンドレル１の外周面に固定するための部材である。第一の固定部材１４ｂは、糸状、帯状等の可撓性を有する樹脂製部材である。第一の固定部材１４ｂは、後記する樹脂２１と同一材料によって形成されていてもよく、成形装置（金型）２及び／又は樹脂２１の熱によって溶融して樹脂２１内に混ざる材料によって形成されていてもよい。第一の固定部材１４ｂは、マンドレル１の軸線方向に対して傾斜するように１周以上巻回され、マンドレル１の軸線方向に螺旋状に伸びるように設けられている。第一の固定部材１４ｂは、第一の固定部材１３ｂとマンドレル１の軸線方向において異なる位相で、かつ、互いに平行に設けられている。換言すると、第一の固定部材１４ｂ及び第一の固定部材１３ｂは、マンドレル１の径方向において互いに重ならないように設けられている。
　かかる第一の固定部材１４ｂは、軸線方向が水平方向となるように設けられた（すなわち、横置きの）マンドレル１の外周面に配置された炭素繊維１４ａが重力によって垂れ下がることを防止する。詳細には、第一の固定部材１４ｂは、マンドレル１の外周面の下部に配置された炭素繊維１４ａの軸線方向中間部が重力によって垂れ下がることを好適に防止する。
＜管体製造方法＞
　続いて、第二の実施形態に係る管体中間体１０Ｂを経由する管体２０Ｂ（図１２参照）の製造方法について、図１０のフローチャートを用いて説明する。
　本製造方法では、図１１（ａ）に示すように、図示しない装置によって、第三の炭素繊維層１３の炭素繊維１３ａが第二の炭素繊維層１２（図７参照）の外周面上に形成される（ステップＳ４、第三の炭素繊維層形成ステップ、配置ステップ）。
　続いて、図１１（ｂ）に示すように、図示しない装置によって、第一の固定部材１３ｂが第三の炭素繊維層１３における炭素繊維１３ａの外周面上に設けられ、炭素繊維１３ａがマンドレル１に対して固定される（ステップＳ５、第三の炭素繊維層形成ステップ、固定ステップ）。
　続いて、図１１（ｃ）に示すように、図示しない装置によって、第四の炭素繊維層１４の炭素繊維１４ａが第三の炭素繊維層１３の外周面上に形成される（ステップＳ４Ｂ、第四の炭素繊維層形成ステップ、配置ステップ）。
　続いて、図１１（ｄ）に示すように、図示しない装置によって、第一の固定部材１４ｂが第四の炭素繊維層１４における炭素繊維１４ａの外周面上に設けられ、炭素繊維１４ａがマンドレル１に対して固定される（ステップＳ５Ｂ、第四の炭素繊維層形成ステップ、固定ステップ）。
　なお、図９に示す例では、各炭素繊維層１３，１４における炭素繊維１３ａ，１４ａは、それぞれ、周方向に密に配置されており、外側の炭素繊維１４ａは、内側の炭素繊維層１３ａ及び第一の固定部材１３ｂの径方向外側に重ねて設けられている。これに対し、図１１に示す例では、第三の炭素繊維層１３における炭素繊維１３ａは、周方向に隙間を空けて配置されており、第四の炭素繊維層１４における炭素繊維１４ａは、炭素繊維１３間の隙間に配置されている。かかる構造においても、第四の炭素繊維層１４における炭素繊維１４ａは、第三の炭素繊維層１３における第一の固定部材１３ｂの径方向外側に重ねて設けられている。この場合には、炭素繊維１３ａ，１４ａを第一の固定部材１４ｂのみで固定する場合（第一の固定部材１３ａを省略する場合）と比較して、第一の固定部材１３ｂ，１４ｂのそれぞれが固定する炭素繊維１３ａ，１４ａの本数を減らすことができ、ひいては第一の固定部材１３ｂ，１３ｂの設計自由度を向上することができる。
　本発明の第二の実施形態に係る管体中間体１０Ｂは、前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を複数有し、複数の前記繊維層（炭素繊維１３ａ，１４ａ）は、前記マンドレル１の径方向に重ねて配置されており、少なくとも、下層に該当する前記繊維層１３における前記第一の固定部材１３ｂと、前記下層の上層に該当する前記繊維層１４における前記繊維体（炭素繊維１４ａ）とは、径方向において重ねられており、複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材１３ｂ，１４ｂは、前記マンドレルの軸線方向において互いに異なる位相で（、かつ、互いに平行に（同一の配向角度で））設けられている。換言すると、第一の固定部材１４ｂ及び第一の固定部材１３ｂは、マンドレル１の径方向において互いに重ならないように設けられている。
　また、本発明の第二の実施形態に係る管体製造方法では、前記成形ステップの前に、前記配置ステップ及び前記固定ステップを複数回繰り返すことによって、前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を前記マンドレル１の径方向に重ねて配置されるように複数形成し、少なくとも、下層に該当する前記繊維層における前記第一の固定部材１３ｂと、前記下層の上層に該当する前記繊維層における前記繊維体（炭素繊維１４ａ）とは、径方向において重ねられており、複数回の前記固定ステップにおいて、複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材１３ｂ，１４ｂを、前記マンドレル１の軸線方向において互いに異なる位相で設ける。
　かかる構成によると、繊維体の配向角度θが小さい場合でも繊維体のずれをより好適に抑えることができる。また、第一の固定部材１３ｂ，１４ｂが同位相で径方向において互いに重なるように設けられている場合と比較して、管体中間体１０ｂの厚みを抑制するとともに、局所的な応力集中を抑制することができる。
＜第三の実施形態＞
　続いて、本発明の第三の実施形態に係る管体中間体及び管体製造方法について、第二の実施形態との相違点を中心に説明する。
　図１３に示すように、本発明の第三の実施形態に係る管体中間体１０Ｃは、第三の炭素繊維層１３を固定するための部材として、一対の第二の固定部材１５，１５を備える。
≪第二の固定部材≫
　第二の固定部材１５は、第三の炭素繊維層１３の端部をマンドレル１における軸線方向端部の外周面に固定するための部材である。第二の固定部材１５は、帯状の可撓性を有する樹脂製部材であり、一面（径方向内面）側に粘着部を有する。第二の固定部材１５は、環状に巻回されている。第二の固定部材１５は、第一の固定部材１４と同様に、樹脂２１と同一材料によって形成されていてもよく、成形装置（金型）２及び／又は樹脂２１の熱によって溶融して樹脂２１内に混ざる材料によって形成されていてもよい。
＜管体製造方法＞
　続いて、第三の実施形態に係る管体中間体１０Ｃを経由する管体の製造方法について、図１４のフローチャートを用いて説明する。
　第四の炭素繊維層形成ステップ（ステップＳ４Ｂ）及び成形ステップ（ステップＳ６の間において、図示しない装置によって、第二の固定部材１５，１５が第四の炭素繊維層１４における両端部の外周面上に設けられ、第三の炭素繊維層１３及び第四の炭素繊維層１４の両端部がマンドレル１に対して固定される（ステップＳ５Ｃ、両端部固定ステップ）。第二の固定部材１５，１５による固定は、第一の固定部材１４ｂ，１４ｂによる固定（ステップＳ５Ｂ）よりも先に実行されることが望ましい。また、第二の固定部材１５，１５による固定は、第三の炭素繊維層形成ステップ（ステップＳ４）及び第四の炭素繊維層形成ステップ（ステップＳ４Ｂの間にも実行されてもよい。
　本発明の第三の実施形態に係る管体中間体１０Ｃは、前記繊維体の両端部を前記マンドレル１の外周面に対して固定する第二の固定部材１５を備える。
　また、本発明の第三の実施形態に係る管体製造方法では、前記固定ステップにおいて、第二の固定部材１５によって、前記繊維体の両端部を前記マンドレル１の外周面に対して固定する。
　かかる構成によると、繊維体の配向角度θが小さい場合でも繊維体のずれをより好適に抑えることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変形可能である。例えば、第一の炭素繊維層１１及び第二の炭素繊維層１２が省略され、第三の炭素繊維層１３がマンドレル１の外表面上に直接設けられる構成であってもよい。また、第三の炭素繊維層１３及び第四の炭素繊維層１４における炭素繊維１３ａ，１４ａの配向角度θは、０°（マンドレル１の軸線方向に平行）に限定されず、炭素繊維１３ａ，１４ａがマンドレル１に対して１周未満となる角度であればよい。すなわち、本発明は、炭素繊維１３ａの配向角度θが、ｔａｎθ＜｜２πｒ／Ｌ｜を満たす場合に好適に用いられる。また、管体中間体１０Ａ～１０Ｃに用いられる繊維体は、炭素繊維１１ａ～１４ａに限定されず、管体２０を強化することができるものであればよい。また、第一の実施形態において、複数の第一の固定部材１３ｂが、マンドレル１の軸線方向において互いに異なる位相で、かつ、互いに平行に設けられている構成であってもよい。さらに、第二の実施形態において、複数の第一の固定部材１３ｂ及び複数の第一の固定部材１４ｂが、マンドレル１の軸線方向において互いに異なる位相で、かつ、互いに平行に設けられている構成であってもよい。
　１　　　マンドレル
　１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　管体中間体
　１３ａ，１４ａ　炭素繊維（繊維体）
　１３ｂ，１４ｂ　　第一の固定部材
　１５　　第二の固定部材
　２０Ａ，２０Ｂ　管体
　２１　　樹脂

Claims (6)

  1. 　マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置される繊維体と、
    　前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に１周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回される第一の固定部材と、
    　を備えることを特徴とする管体中間体。
  2. 　前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を複数有し、
    　複数の前記繊維層は、前記マンドレルの径方向に重ねて配置されており、
    　少なくとも、下層に該当する前記繊維層における前記第一の固定部材と、前記下層の上層に該当する前記繊維層における前記繊維体とは、径方向において重ねられており、
    　複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材は、前記マンドレルの軸線方向において互いに異なる位相で設けられている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の管体中間体。
  3. 　前記繊維体の両端部を前記マンドレルの外周面に対して固定する第二の固定部材を備える
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の管体中間体。
  4. 　繊維体を、マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置する配置ステップと、
    　前記繊維体を前記マンドレルの外周面に対して固定する第一の固定部材を、前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に１周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回する固定ステップと、
    　前記マンドレルの外周面上において、樹脂を前記繊維体に含浸させ、含浸した前記樹脂を加熱することによって成形する成形ステップと、
    　を含むことを特徴とする管体製造方法。
  5. 　前記成形ステップの前に、前記配置ステップ及び前記固定ステップを複数回繰り返すことによって、前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を前記マンドレルの径方向に重ねて配置されるように複数形成し、
    　少なくとも、下層に該当する前記繊維層における前記第一の固定部材と、前記下層の上層に該当する前記繊維層における前記繊維体とは、径方向において重ねられており、
    　複数回の前記固定ステップにおいて、複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材を、前記マンドレルの軸線方向において互いに異なる位相で設ける
    　ことを特徴とする請求項４に記載の管体製造方法。
  6. 　前記固定ステップにおいて、
    　第二の固定部材によって、前記繊維体の両端部を前記マンドレルの外周面に対して固定する
    　ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の管体製造方法。
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