WO2023187965A1

WO2023187965A1 - 炭素繊維固定治具、炭素繊維強化樹脂管体の製造方法及び動力伝達軸

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Publication number: WO2023187965A1
Application number: PCT/JP2022/015364
Authority: WO
Inventors: 和秀古口
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2023-10-05
Also published as: JP7130892B1; JPWO2023187965A1

Abstract

炭素繊維強化樹脂管体を製造するにあたって、炭素繊維の不要な部位の効率的な除去を実現することが可能な炭素繊維固定治具を提供する。　治具（６０Ａ）は、外周面に炭素繊維層（３１）が巻回される第一の金属部材（４０Ａ）に対して相対回転不能、かつ、第一の金属部材（４０Ａ）の外周面の軸方向端部に取り付けられ、第一の金属部材（４０Ａ）の外周面との間に、外周面よりも小径な第一の凹部（６２ａ）を有する。

Description

炭素繊維固定治具、炭素繊維強化樹脂管体の製造方法及び動力伝達軸

　本発明は、マンドレル及び当該マンドレルの端部に設けられる金属部材の外周面上に炭素繊維を巻回して繊維強化樹脂管体を製造する際に用いられる炭素繊維固定治具、炭素繊維強化樹脂管体の製造方法及び動力伝達軸に関する。

　炭素繊維強化樹脂によって管体（軸部材）を製造する手法として、フィラメント・ワインディング（ＦＷ）工法が行われている。ＦＷ工法では、樹脂を含浸させた炭素繊維を一本ずつ芯部材に巻回して加熱することによって、管体が成形される。

　炭素繊維を芯部材に巻回する手法として、特許文献１，２には、径方向に指向する複数のピンを有する治具を芯部材の端部に配置し、繊維をピンに係止した状態で芯部材上に巻回する手法が記載されている。かかる手法では、治具が芯部材に対して相対回転不能かつ軸方向にも移動不能に取り付けられるため、芯部材に巻回された炭素繊維がその後の工程において回転方向又は軸方向に移動することを防止することができる。

　一方、特許文献３には、多給糸フィラメント・ワインディング法（ＭＦＷ）法が記載されている。ＭＦＷ法では、複数の炭素繊維を芯部材の外周に一度に巻回するので、生産性を向上することができる。

　特許文献３に記載の手法では、軸部材の端部に金属製の継手部材が配置されたものを製造するにあたって、芯部材及び継手部材の組立体に対して、継手部材の外周面上に端部を金属製のテープ等によって固定した状態で炭素繊維を巻回・積層する。続いて、炭素繊維が設けられた組立体を型内に配置してから樹脂を炭素繊維に含浸させ、加熱処理によって樹脂を硬化させる樹脂注入成形（ＲＴＭ）工法によって継手部材を有する軸部材が製造される。

特開２０００－１０２９８３号公報特開平７－２０５３１７号公報特許第６８７３３６９号公報

　特許文献３に記載の手法では、継手部材の外周面に配置された炭素繊維を除去する工程が行われる。ここで、炭素繊維に樹脂を含浸させた管体は長いため、加工機にセットして炭素繊維の不要な部位を加工して除去する必要があり、生産性の向上が望まれている。

　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、炭素繊維強化樹脂管体を製造するにあたって、炭素繊維の不要な部位の効率的な除去を実現することが可能な炭素繊維固定治具、炭素繊維強化樹脂管体の製造方法、及び、動力伝達軸を提供することを課題とする。

　本開示によれば、外周面に炭素繊維が巻回される金属部材に対して相対回転不能、かつ、前記金属部材の前記外周面の軸方向端部に取り付けられ、前記金属部材の前記外周面との間に、前記外周面よりも小径な第一の小径部を有する、炭素繊維固定治具が提供される。

　本発明によると、繊維強化樹脂管体を製造するにあたって、繊維の不要な部位の効率的な除去を実現することができる。

本発明の第一の実施形態に係るマンドレルを模式的に示す断面図である。本発明の第一の実施形態に係るマンドレルを用いて製造された動力伝達軸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動力伝達軸を模式的に示す断面図である。本発明の第一の実施形態に係る第一の金属部材側の治具組立体を模式的に示す断面図である。図４のＶ－Ｖ線断面図である。図４のVI－VI線断面図である。図４のVII－VII線断面図である。本発明の第一の実施形態に係る第二の金属部材側の治具組立体を模式的に示す断面図である。本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸の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動力伝達軸の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸の製造方法を説明するための模式断面図である。本発明の第一の実施形態の変形例に係る治具組立体を模式的に示す断面図である。図１７のXVIII－XVIII線断面図である。本発明の第二の実施形態に係る治具組立体を模式的に示す段面図である。図１９のXX－XX線断面図である。本発明の第二の実施形態の変形例に係る治具組立体を模式的に示す断面図である。本発明の第三の実施形態に係る治具組立体を模式的に示す断面図である。

　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、繊維強化樹脂管体の一例である車両の動力伝達軸（プロペラシャフト）を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ている。

＜第一の実施形態＞
　図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係るマンドレル１Ａは、繊維強化樹脂管体３０（図２参照）を製造するために用いられるものであって、マンドレル本体１０Ａと、内嵌部材２０と、を備える。

≪マンドレル本体≫
　マンドレル本体１０Ａは、筒形状を呈する樹脂製部材である。マンドレル本体１０Ａには、繊維強化樹脂管体３０における樹脂硬化の際の加熱に耐えられる材料を用いることができる。そのような材料の例としては、ＰＰ（ポリプロピレン樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ＳＭＰ（形状記憶ポリマー）等が挙げられる。マンドレル本体１０Ａは、軸方向中間部の大径部１１と、当該大径部１１側から順に第一の段部１２、第二の段部１３及び第一の小径部１４を備える第一の端部と、当該大径部１１側から順にテーパ部１５、第二の小径部１６及び突出部１７を備える第二の端部と、を一体に備える。

　第一の段部１２の外径は、大径部１１の外径よりも第一の金属部材４０Ａの径方向寸法分だけ小さい。第二の段部１３の外径は、第一の段部１２の外径よりも小さい。第一の小径部１４の外径は、第二の段部１３の外径よりも小さい。テーパ部１５の外径は、大径部１１側から第二の小径部１６側に向かうにつれて小さくなる。第一の小径部１４及び第二の小径部１６の外径の大小関係は、適宜設定可能である。突出部１７の外径は、第二の小径部１６の外径よりも小さい。

　本実施形態において、第一の段部１２、第二の段部１３及び第一の小径部１４は、マンドレル本体１０Ａの第一の端部を構成する。また、テーパ部１５、第二の小径部１６及び突出部１７は、マンドレル本体１０Ａの第二の端部を構成する。また、大径部１１は、両端部の間で径方向に膨張変形（拡径）してその後縮小変形（縮径）する本体部を構成する。第一の端部及び第二の端部は、後記する膨張工程では膨張しない部位であり、膨張工程前において、第二の端部（テーパ部１５（ただし、大径部１１側端部を除く）、第二の小径部１６及び突出部１７）の外径は、マンドレル本体１０Ａが繊維強化樹脂管体３０から抜き取られる側である第一の端部（第一の段部１２）の外径よりも小さく設定されている。

≪内嵌部材≫
　内嵌部材２０は、マンドレル本体１０Ａの第一の端部である第一の小径部１４に内嵌される筒状の金属製部材である。内嵌部材２０は、第一の小径部１４の径方向内側への変形を防止するものであって、マンドレル本体１０Ａ内に加圧用流体Ｆ（図１４参照）（例えば、加圧された空気）を充填させるための流路２０ａが形成されている。本実施形態において、加圧用流体Ｆは、成形装置１００内においてマンドレル本体１０Ａ内を加圧して膨張（拡径）させるためのものである。また、加圧用流体Ｆは、後記する成形装置１００内においてマンドレル本体１０Ａの外周面に配置された熱硬化性樹脂（後記する樹脂３２を硬化させるために加熱するための加熱用流体でもある。なお、マンドレル１Ａは、マンドレル本体１０Ａ及び内嵌部材２０が一体に形成された金属製部材であってもよい。

＜動力伝達軸＞
　図２及び図３に示すように、マンドレル１Ａ（図１参照）を用いて製造される動力伝達軸２は、車両において前後方向に延設され、動力源で発生した動力を軸線周りの回転として伝達する軸である。動力伝達軸２は、繊維強化樹脂管体３０と、第一の金属部材４０Ａと、第二の金属部材５０と、第一の継手部材３と、第二の継手部材４と、を備える。なお、図４において、第一の継手部材３及び第二の継手部材４は、省略されている。

＜繊維強化樹脂管体＞
　繊維強化樹脂管体３０は、マンドレル本体１０Ａの外周面に沿うように管状に形成された樹脂含有繊維層である。繊維強化樹脂管体３０は、第一の金属部材４０Ａ及び第二の金属部材５０と一体成型されている。繊維強化樹脂管体３０は、マンドレル本体１０Ａの大径部１１（図１参照）、テーパ部１５（図１参照）及び第二の小径部１６（図１参照）、第一の金属部材４０Ａの軸方向一端部（大径部１１側端部）、並びに、第二の金属部材５０の軸方向一端部（大径部１１側端部）の外周面上に沿うように形成される。繊維強化樹脂管体３０は、炭素繊維層３１（図４参照）として、径方向内側（マンドレル本体１０Ａ側）から順に、第一の炭素繊維層と、第二の炭素繊維層と、第三の炭素繊維層と、を備える。なお、第二の金属部材５０の軸方向他端部（大径部１１とは反対側に位置する端部）の外周面は、繊維強化樹脂管体３０によって被覆されておらず、当該繊維強化樹脂管体３０から突出している。

≪第一の炭素繊維層≫
　第一の炭素繊維層は、マンドレル本体１０Ａ（図１参照）等の外周面に対して、当該マンドレル本体１０Ａを被覆するように設けられる複数の炭素繊維によって構成されている。より詳細には、複数の炭素繊維を帯状又は束状に纏めることによって、炭素繊維集合体が形成されているとともに、複数の炭素繊維集合体が円周上に等間隔に設けられることによって、第一の炭素繊維層が形成されている。第一の炭素繊維層における炭素繊維は、マンドレル本体１０Ａの軸線方向に対して平行に延設されている。すなわち、第一の炭素繊維層に関して、マンドレル本体１０Ａの軸線Ｘに対する炭素繊維の配向角度は、０°である。

≪第二の炭素繊維層≫
　第二の炭素繊維層は、第一の炭素繊維層の径方向外側に設けられており、第一の炭素繊維層を被覆するように設けられる複数の炭素繊維によって構成されている。より詳細には、複数の炭素繊維を帯状又は束状に纏めることによって、炭素繊維集合体が形成されているとともに、複数の炭素繊維集合体が円周上に等間隔に設けられることによって、第二の炭素繊維層が形成されている。第二の炭素繊維層における炭素繊維は、マンドレル本体１０Ａ（図１参照）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、マンドレル本体１０Ａの軸線方向に対して螺旋状に延設されている。すなわち、第二の炭素繊維層に関して、マンドレル本体１０Ａの軸線Ｘに対する炭素繊維の配向角度は、４５°である。

≪第三の炭素繊維層≫
　第三の炭素繊維層は、第二の炭素繊維層の径方向外側に設けられており、第二の炭素繊維層を被覆するように設けられる複数の炭素繊維によって構成されている。より詳細には、複数の炭素繊維を帯状又は束状に纏めることによって、炭素繊維集合体が形成されているとともに、複数の炭素繊維集合体が円周上に等間隔に設けられることによって、第三の炭素繊維層が形成されている。第三の炭素繊維層における炭素繊維は、マンドレル本体１０Ａ（図１参照）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、マンドレル本体１０Ａの軸線方向に対して螺旋状に延設されている。すなわち、第三の炭素繊維層に関して、マンドレル本体１０Ａの軸線Ｘに対する炭素繊維の配向角度は、－４５°である。なお、第一の炭素繊維層、第二の炭素繊維層及び第三の炭素繊維層は、マンドレル本体１０Ａに対して個別に巻回されてもよいし、同時に巻回されてもよい。

　図２及び図３に示すように、繊維強化樹脂管体３０は、軸方向中央側の大径部３０ａから第二の端部側となる小径部３０ｃに向かうにつれて縮径するテーパ部３０ｂが形成されている。大径部３０ａは、マンドレル本体１０Ａの大径部１１（図１参照）の外周面に倣う形状を呈する本体部である。テーパ部３０ｂは、マンドレル本体１０Ａのテーパ部１５（図１参照）の外周面に倣う形状を呈する。小径部３０ｃは、マンドレル本体１０Ａの第二の小径部１６（図１参照）及び第二の金属部材５０の一部の外周面に倣う形状を呈する端部である。

＜第一の金属部材及び第一の継手部材＞
　第一の金属部材４０Ａは、略円筒形状を呈する部材である。製造途中段階において、第一の金属部材４０Ａは、第一の段部１２（図１参照）に嵌合（外嵌）されている。第一の金属部材４０Ａの軸方向寸法は、第一の段部１２の軸方向寸法よりも大きく、本実施形態では、第一の段部１２及び第二の段部１３（図１参照）を合わせた軸方向寸法に等しい。すなわち、第一の金属部材４０の端部は、第二の段部１３を離間して径方向外方から被覆する。第一の金属部材４０Ａの内周面には、第一の段部１２の外周面の雄スプライン部１２ａに嵌合可能な雌スプライン部４０ａが軸方向全体にわたって形成されている（図５参照）。

　第一の金属部材４０Ａは、動力伝達軸２における第一の継手部材（ヨーク組立体）３の一部材である。第一の継手部材（ヨーク組立体）３は、かかる第一の金属部材４０Ａに対して、いずれも不図示のスパイダー、ニードルベアリング、ヨークを組み付けることによって形成される。

＜第二の金属部材及び第二の継手部材＞
　第二の金属部材５０は、略円柱形状を呈する部材（シャフト）である。製造途中段階において、第二の金属部材５０は、突出部１７（図１参照）に嵌合（外嵌）されている。

　図１及び図３に示すように、第二の金属部材５０の軸方向他端部には、マンドレル本体１０Ａの突出部１７が挿入可能な有底の孔部５０ａが形成されている。第二の金属部材５０は、突出部１７に外嵌される外嵌部５１と、外嵌部５１から軸方向に延設される軸部５２と、を一体に備える。軸部５２の外径は、外嵌部５１の外径よりも小さい。

　第二の金属部材５０は、動力伝達軸２における第二の継手部材（プランジジョイント組立体）４の一部材である。第二の継手部材（プランジジョイント組立体）４は、かかる第二の金属部材５０に対して、いずれも不図示のブーツ、プランジジョイントを組み付けることによって形成される。

＜治具組立体（第一の金属部材側）＞
　図４に示すように、本発明の第一の実施形態に係る治具組立体３Ａは、第一の金属部材４０側で用いられるものであって、治具６０Ａと、固定部材７０Ａと、端部固定部材８０Ａと、を備える。

＜治具＞
　治具６０Ａは、繊維強化樹脂管体３０（図２参照）の製造段階において、第一の金属部材４０Ａに対して相対回転不能に取り付けられるとともに、外周面上に炭素繊維層３１の端部が設けられて固定される炭素繊維固定治具である。治具６０Ａは、筒状を呈する金属部材であり、軸線方向の順に、第一の端部６１と、大径部６２と、小径部６３と、第二の端部６４と、を一体に備える。

　第一の端部６１は、マンドレル１Ａ（図１参照）の軸方向中央側に対応する端部であり、第一の金属部材４０Ａに対して相対回転不能に取り付けられる部位である。第一の端部６１は、マンドレル本体１０Ａの第二の段部１３に外装される。第一の端部６１の外周面には、第一の金属部材４０Ａの雌スプライン部４０ａに嵌合可能な雄スプライン部６１ａが形成されている（図６参照）。

　大径部６２は、第一の端部６１及び第二の端部６４の間において第一の端部６１側となる部位であり、炭素繊維層３１が巻回される部位である。大径部６２は、マンドレル本体１０Ａ（図１参照）の第二の段部１３に外装される。大径部６２は、第一の金属部材４０Ａから露出しており、大径部６２の第一の端部６１側端面は、第一の金属部材４０Ａの端面と当接する。大径部６２の第一の端部６１側は、径方向内側に窪む凹部６２ａを構成する。凹部６２ａは、軸方向に開放される形状を呈しており、その底面（径方向外端面）は、大径部６２よりも小径の第一の小径部である。凹部６２ａは、第一の金属部材４０Ａの端面と協働することによって、環状の溝部を構成する。大径部６２の第二の端部６４側は、第二の端部６４側に向かうにつれて縮径する傾斜面６２ｂを構成する。

　小径部６３は、第一の端部６１及び第二の端部６４の間において第二の端部６４側となる部位であり、炭素繊維層３１の端部が配置されて端部固定部材８０Ａによって固定される部位である。小径部６３の外径は、大径６２の外径よりも小さい。小径部６３は、マンドレル本体１０Ａの第二の段部１３に外装される。

　第二の端部６４は、第一の端部６１とは軸方向において反対側の端部であり、固定部材７０Ａが取り付けられる（螺合される）部位である。第二の端部６４は、マンドレル本体１０Ａの第一の小径部１４に外装される。第二の端部６４の外周面には、雄ネジ部６４ａが形成されている。

＜固定部材＞
　固定部材７０Ａは、筒状を呈する金属部材であり、小径部７１と、小径部７１からマンドレル１Ａの軸方向中央側に延設される大径部７２と、を一体に備える。

　小径部７１は、治具６０Ａの第二の端部６４に外嵌される。小径部７１の内周面には、治具６０Ａの雄ネジ部６４ａと螺合可能な雌ネジ部７１ａが形成されている。小径部７１の外周面は、軸線視で六角形状を呈する（図７参照）。

　大径部７２は、治具６０Ａにおける大径部６２の傾斜面６２ｂに外装される。大径部７２の内径は、小径部７１の内径よりも大きい。大径部７２の内周面は、傾斜面６２ｂに沿う傾斜形状を呈しており、傾斜面６２ｂと協働することによって、炭素繊維層３１を挟持する。

＜端部固定部材＞
　端部固定部材８０Ａは、小径部７１の外周面上において、炭素繊維層３１の端部の外周面上に巻回されて当該炭素繊維層３１の端部を仮固定する金属製のテープ又はバンドである。端部固定部材８０Ａは、炭素繊維層３１の端部の軸方向への移動を少なくとも規制するように当該炭素繊維層３１を小径部７１に対して固定する。なお、固定部材７０Ａのみで炭素繊維層３１を固定することが可能であれば、端部固定部材８０Ａは、省略することが可能である。

＜治具組立体（第二の金属部材側）＞
　図８に示すように、本発明の第一の実施形態に係る治具組立体３Ｚは、第二の金属部材５０側で用いられるものであって、治具６０Ｚと、固定部材７０Ｚと、端部固定部材８０Ｚと、回転規制部材９０Ｚと、を備える。

＜治具＞
　治具６０Ｚは、繊維強化樹脂管体３０の製造段階において、第二の金属部材５０に対して相対回転不能に取り付けられるとともに、外周面上に炭素繊維層３１の端部が設けられて固定される炭素繊維固定治具である。治具６０Ｚは、筒状を呈する金属部材であり、軸線方向の順に、第一の端部６１と、大径部６２と、小径部６３と、第二の端部６４と、を一体に備える。

　第一の端部６１は、マンドレル１Ａ（図１参照）の軸方向中央側に対応する端部である。第一の端部６１は、第二の金属部材５０の軸部５２に外装される。

　大径部６２は、第一の端部６１及び第二の端部６４の間において第一の端部６１側となる部位であり、炭素繊維層３１が巻回される部位である。大径部６２は、第二の金属部材６０の軸部５２に外装される。大径部６２の第一の端部６１側端面は、第二の金属部材５０の外嵌部５１及び軸部５２の境界を構成する径方向に延びる端面と当接する。

　小径部６３は、第一の端部６１及び第二の端部６４の間において第二の端部６４側となる部位であり、炭素繊維層３１の端部が配置されて端部固定部材８０Ｚによって固定される部位である。小径部６３の外径は、大径部６２の外径よりも小さい。小径部６３は、第二の金属部材６０の軸部５２に外装される。

　第二の端部６４は、第一の端部６１とは軸方向において反対側の端部であり、第二の金属部材５０に対して相対回転不能に取り付けられるとともに、固定部材７０Ｚが取り付けられる（螺合される）部位である。第二の端部６４は、第二の金属部材６０の軸部５２に外装される。第二の端部６４の外周面には、雄ネジ部６４ａが形成されている。第二の端部６４の内周面には、軸方向に延びる溝部６４ｂが形成されている。

＜固定部材＞
　固定部材７０Ｚは、筒状を呈する金属部材であり、小径部７１と、小径部７１からマンドレル１Ａの軸方向中央側に延設される大径部７２と、を一体に備える。

　小径部７１は、治具６０Ｚの第二の端部６４に螺合される。小径部７１の内周面には、治具６０Ｚの雄ネジ部６４ａと螺合可能な雌ネジ部７１ａが形成されている。小径部７１の外周面は、軸線視で六角形状を呈する。

　大径部７２は、治具６０Ｚにおける大径部６２の傾斜面６２ｂに外装される。大径部７２の内径は、小径部７１の内径よりも大きい。大径部７２の内周面は、傾斜面６２ｂに沿う傾斜形状を呈しており、傾斜面６２ｂと協働することによって、炭素繊維層３１を挟持する。

＜端部固定部材＞
　端部固定部材８０Ｚは、小径部７１の外周面上において、炭素繊維層３１の端部の外周面上に巻回されて当該炭素繊維層３１の端部を仮固定する金属製テープである。端部固定部材８０Ｚは、炭素繊維層３１の端部の軸方向への移動を少なくとも規制するように当該炭素繊維層３１を小径部７１に対して固定する。なお、固定部材７０Ｚのみで炭素繊維層３１を固定することが可能であれば、端部固定部材８０Ｚは、省略することが可能である。

＜回転規制部材＞
　回転規制部材９０Ｚは、第二の金属部材５０の凹部５２ａと治具６０Ｚの溝部６４ｂとの間に介設されることによって、治具６０Ｚの第二の金属部材５０に対する軸線周りの相対回転を規制する球状の金属製部材である。なお、固定部材７０Ｚ及び第二の金属部材５０は、スプライン結合によって回転不能に連結されていてもよい。

＜製造方法＞
　続いて、本発明の第一の実施形態に係るマンドレル１Ａ及び治具組立体３Ａ，３Ｂを用いた動力伝達軸２の製造方法について、図９のフローチャートを用いて説明する（適宜図１～図８参照）。動力伝達軸２の製造方法は、マンドレル本体形成工程（ステップＳ１）と、マンドレル本体形成工程の後に実行される内嵌部材設置工程（ステップＳ２）と、内嵌部材設置工程の後に実行される第一連結工程（ステップＳ３）と、第一連結工程の後に実行される第二連結工程（ステップＳ４）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、第二連結工程の後に実行される繊維設置工程（ステップＳ５Ａ～Ｓ５Ｃ）と、繊維設置工程の後に実行される繊維端部固定工程（ステップＳ６）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、繊維端部固定工程の後に実行される固定工程（ステップＳ７）と、固定工程の後に実行される金型内設置工程（ステップＳ８）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、金型内設置工程の後に実行される膨張工程（ステップＳ９）と、膨張工程の後に実行される成型工程（ステップＳ１０）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、成型工程の後に減圧工程（ステップＳ１１）と、減圧工程の後に実行される取出工程（ステップＳ１２）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、取出工程の後に実行される取外工程（ステップＳ１３）と、取外工程の後に実行される減圧工程（ステップＳ１４）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、減圧工程の後に実行される抜取工程（ステップＳ１５）と、抜取工程の後に実行されるジョイント組付工程（ステップＳ１６）と、を含む。

　ステップＳ１は、図１に示される樹脂製のマンドレル本体１０Ａを図示しない成形装置を用いて形成する工程である。

　ステップＳ１に続いて、ステップＳ２で、内嵌部材２０をマンドレル本体１０Ａの第一の小径部１３に圧入して内嵌させる。なお、ステップＳ２は、ステップＳ１０の前までに実行されればよい。

　ステップＳ２に続いて、ステップＳ３で、マンドレル本体１０Ａの第一の端部に第一の金属部材（カラー）４０Ａ及び治具６０Ａを設ける（図１０参照）。ステップＳ３では、第一の金属部材４０Ａ及び治具６０Ａを互いに組み付け、続いて、かかる組付体をマンドレル本体１０Ａに組み付けてもよい。また、ステップＳ３では、第一の金属部材４０Ａをマンドレル本体１０Ａに組み付け、続いて、治具６０Ａをかかる組付体に組み付けてもよい。

　ステップＳ３に続いて、ステップＳ４で、マンドレル本体１０Ａの第二の端部に第二の金属部材５０、治具６０Ｚ及び回転規制部材９０Ｚを設ける（図１１参照）。ステップＳ４では、第二の金属部材５０、治具６０Ｚ及び回転規制部材９０Ｚを互いに組み付け、続いて、かかる組付体をマンドレル本体１０Ａに組み付けてもよい。また、ステップＳ４では、第二の金属部材５０をマンドレル本体１０Ａに組み付け、続いて、治具６０Ｚ及び回転規制部材９０Ｚを第二の金属部材５０に組み付けてもよい。ここで、ステップＳ３，Ｓ４の順番は、適宜変更可能であり、ステップＳ４が先でもよく、同時であってもよい。

　ステップＳ４に続いて、ステップＳ５Ａで、第一の炭素繊維層がマンドレル本体１０Ａ、第一の金属部材４０Ａ、治具６０Ａ、第二の金属部材５０及び治具６０Ｚの外周面上に形成される。ステップＳ５Ａに続いて、ステップＳ５Ｂで、第二の炭素繊維層がマンドレル本体１０Ａ、第一の金属部材４０Ａ、治具６０Ａ、第二の金属部材５０及び治具６０Ｚにおける第一の炭素繊維層の外周面上に形成される。ステップＳ５Ｂに続いて、ステップＳ５Ｃで、第三の炭素繊維層がマンドレル本体１０Ａ、第一の金属部材４０Ａ、治具６０Ａ、第二の金属部材５０及び治具６０Ｚにおける第二の炭素繊維層の外周面上に形成される。

　ステップＳ５Ａ～Ｓ５Ｃにおいて、炭素繊維層３１は、樹脂が含浸された繊維ではなく、いわゆる生糸である。また、炭素繊維層３１は、それぞれ多給糸フィラメントワインド法によってマンドレル本体１０Ａ、第一の金属部材４０Ａ、治具６０Ａ、第二の金属部材５０及び治具６０Ｚの外周面上に配置される。多給糸フィラメントワインド法によって給糸された炭素繊維層３１は、互いに織り込まれることなく層として独立した、いわゆるノンクリンプ構造を呈する。

　ステップＳ５に続いて、ステップＳ６で、治具６０Ａにおける小径部６３の外周面上に配置された炭素繊維層３１の端部を端部固定部材８０Ａによって仮固定するとともに、治具６０Ｚにおける小径部の外周面上に配置された炭素繊維層３１の端部を端部固定部材８０Ｚによって仮固定する。

　ステップＳ６に続いて、ステップＳ７で、固定部材７０Ａを治具６０Ａに組み付けることによって、固定部材７０Ａの大径部７２及び治具６０Ａの外周面６２ｂで炭素繊維層３１を挟持するとともに、固定部材７０Ｚを治具６０Ｚに組み付けることによって、固定部材７０Ｚの大径部７２及び治具６０Ｚの外周面６２ｂで炭素繊維層３１を挟持する。

　ステップＳ７に続いて、ステップＳ８で、図１４に示すように、マンドレル１Ａ、第一の金属部材４０Ａ、第二の金属部材５０、治具組立体３Ａ，３Ｚ及び炭素繊維層３１の組立体を、成形装置（金型）１００内に設置する。

　ステップＳ８に続いて、ステップＳ９で、マンドレル本体１０Ａを膨張させる。図１４に示すように、第一実施形態での成形装置１００においては、流路２０ａを介してマンドレル本体１０Ａの内側に連通するように、連通路１０４が設けられている。ステップＳ９では、不図示の供給装置に連結された連通路１０４を介して、マンドレル本体１０Ａの中空部に加圧用流体Ｆ（例えば、加圧された１４０℃以上の空気）を充填させる。高温の加圧用流体Ｆによって加熱されたマンドレル本体１０Ａは、樹脂３２が硬化する温度よりも低い温度（変態温度である８０℃）になると軟化し、加圧用流体Ｆによって内部から加圧され、成形装置１００の内周面に倣うように膨張変形する。かかる加圧により、充填された樹脂３２によってマンドレル本体１０Ａが縮径方向に変形することを防止することができる。また、かかる加圧により、樹脂３２の充填量を抑制し、完成品である繊維強化樹脂管体３０の重量増加を防止することができる。

　ステップＳ９に続いて、ステップＳ１０で、当該成形装置１００内に樹脂３２が供給される。これにより、マンドレル本体１０Ａの外周面に配置された炭素繊維層３１に樹脂３２が含浸される。さらに、成形装置１００に熱を加えることによって樹脂３２を硬化させ、繊維強化樹脂管体３０が形成されるとともに、繊維強化樹脂管体３０、第一の金属部材４０Ａ及び第二の金属部材５０が一体成型される。樹脂３２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１００の金型は、複数に分割されている。ステップＳ１０では、前記組立体に熱が加えられるとともに、成形装置１００の金型を閉じる型閉じ操作を行い、続いて、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３２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、必須ではない。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、必須ではない。成形装置１００内において、溶融状態の樹脂３２が導入されるゲート１０１の出口側には空間（樹脂だまり１０２）が形成されている。成形装置１００内に導入された樹脂３２は、炭素繊維層３１の軸方向一端部の側方に位置する当該樹脂だまり１０２に貯留される。樹脂だまり１０２に貯留された樹脂３２は、炭素繊維層３１の配列方向においてゲート１０１とは反対側（炭素繊維層３１の軸方向他端部の外周面側）に形成された吸引口１０３からの真空吸引によって、マンドレル本体１０Ａの軸線方向に移動し、炭素繊維層３１に含浸する。樹脂３２が炭素繊維層３１に含浸した状態で、成形装置１００に熱が加えられ、さらに、成形装置１００内に圧力が加えられることによって、繊維強化樹脂管体３０が形成される。

　ステップＳ１０において、炭素繊維層３１には、樹脂３２の流動によって軸方向への荷重が作用する。ここで、治具組立体３Ａ，３Ｚは、炭素繊維層３１の軸方向へのズレを防止する。また、治具組立体３Ａ，３Ｚは、樹脂３２の加熱（及び冷却）によって生じる容積変動に伴う荷重による炭素繊維層３１の軸方向へのズレを防止する。

　ステップＳ１０に続いて、ステップＳ１１で、マンドレル本体１０Ａ内の圧力を大気圧程度に減圧する。ステップＳ１１に続いて、ステップＳ１２で、成形された組立体すなわち中間体が成形装置１００から取り出される。ステップＳ１２に続いて、ステップＳ１３で、治具組立体３Ａ，３Ｚを繊維強化樹脂管体３０から取り外す。ステップＳ１３では、図１５に示すように、切削工具１１０が、図示しない装置によって保持された繊維強化樹脂管体３０のうち、治具組立体３Ａにおける凹部６２ａの径方向外側に位置する部位を切断する。すなわち、繊維強化樹脂管体３０の端部は、第一の金属部材４０Ａにおいて炭素繊維層３１が巻回されている外周面の軸方向端部と軸方向における同位置で切断される。これにより、治具組立体３Ａが繊維強化樹脂管体３０及び第一の金属部材４０Ａから取り外される。また、ステップＳ１３では、図１６に示すように、切削工具１１０が、繊維強化樹脂管体３０のうち、治具組立体３Ｚにおける凹部６２ａの径方向外側に位置する部位を切断する。これにより、治具組立体３Ｚが繊維強化樹脂管体３０及び第二の金属部材５０から取り外される。

　ここで、切削工具１１０は、サイドカッター状の工具であり、凹部６２ａに沿うように周回することによって、繊維強化樹脂管体３０を切削する。これにより、繊維強化樹脂管体３０を簡易な装置で保持した状態で切削することができ、生産性を向上することができる。

　なお、治具６０Ａ，６０Ｚは、当該治具６０Ａ，６０Ｚの外周面に形成された繊維強化樹脂管体３０（切断された部位）を除去することによって、再利用可能である。治具６０Ａ，６０Ｚは、当該治具６０Ａ，６０Ｚの外周面のうち、繊維３１が巻回される部位に予め離型剤が塗布されていることによって、繊維強化樹脂管体３０（切断された部位）を除去しやすい構成であってもよい。また、治具６０Ａ，６０Ｚの外周面に形成された繊維強化樹脂管体３０（切断された部位）は、溶剤によって治具６０Ａ，６０Ｚから除去される構成であってもよい。

　ステップＳ１３に続いて、ステップＳ１４で、マンドレル本体１０Ａ内をさらに減圧する。本実施形態では、マンドレル本体１０Ａは、その内部が負圧にされることによって、縮径する（径方向に縮小変形する）。ステップＳ１４に続いて、ステップＳ１５で、マンドレル１Ａが繊維強化樹脂管体３０から抜き取られる。ここで、第一の金属部材４０Ａ及び第二の金属部材５０は、繊維強化樹脂管体３０側に残る。ステップＳ１５に続いて、ステップＳ１６で、中間体の第一の金属部材４０Ａに第一の継手部材（ヨーク組立体）３を取り付けるとともに、第二の金属部材５０に第二の継手部材（プランジジョイント組立体）４を取り付ける。

　本発明の第一の実施形態に係る治具６０Ａは、外周面に炭素繊維（炭素繊維層３１）が巻回される金属部材（第一の金属部材４０Ａ）に対して相対回転不能、かつ、前記金属部材の前記外周面の軸方向端部に取り付けられ、前記金属部材の前記外周面との間に、前記外周面よりも小径な第一の小径部（凹部６２ａ）を有する。
　したがって、治具６０Ａは、炭素繊維が第一の小径部から離間した状態で巻回されるので、第一の小径部の外周面での繊維強化樹脂管体３０の切断及び切断後の治具６０Ａの繊維強化樹脂管体３０及び金属部材からの取り外しを可能とすることによって、炭素繊維の不要な部位の効率的な除去を実現することができる。

　また、治具６０Ａは、前記金属部材から離間する方向に、前記炭素繊維が固定される第二の小径部（小径部６３）を有する。
　したがって、治具６０Ａは、炭素繊維の端部が移動して炭素繊維が第一の小径部内に入り込むことを好適に防止することができる。

　また、本発明の第一の実施形態に係る繊維強化樹脂管体３０の製造方法は、金属部材（第一の金属部材４０Ａ）の外周面、及び、前記金属部材に対して相対回転不能に取り付けられる治具６０Ａの外周面に炭素繊維（炭素繊維層３１）を巻回する工程と、前記炭素繊維に樹脂３２を含浸させる工程と、前記金属部材の前記外周面及び前記治具の前記外周面の間に形成される小径部（凹部６２ａ）の径方向外側において、前記樹脂３２が含浸した前記炭素繊維を切削する工程と、前記治具６０Ａを前記金属部材から取り外す工程と、を含む。
　したがって、繊維強化樹脂管体３０の製造方法によると、炭素繊維の不要な部位の効率的な除去を実現することができる。

　また、本発明の第一の実施形態に係る動力伝達軸２は、金属部材（第一の金属部材４０Ａ）と、前記金属部材の外周面に巻回された炭素繊維（炭素繊維層３１）に樹脂３２を含浸して一体成型された炭素繊維強化樹脂管体３０と、を備え、前記炭素繊維強化樹脂管体３０の端部は、前記金属部材において前記炭素繊維が巻回されている前記外周面の軸方向端部で切断されている。
　したがって、動力伝達軸２は、継手部材から炭素繊維を除去する必要が無いため、生産性が向上して製造コストが抑えられた製品を得ることができる。

＜第一の実施形態の変形例＞
　続いて、本発明の第一の実施形態に係る治具組立体の変形例について、第一の実施形態に係る治具組立体３Ａとの相違点を中心に説明する。

　図１７及び図１８に示すように、本発明の第一の実施形態の変形例に係るマンドレル本体１０Ｂにおいて、第一の端部１２は、雄スプライン部１２ａを備えていない。第一の金属部材４０Ｂの内周面には、雌スプライン部４０ａに代えて、凹部４０ｂが形成されている。凹部４０ｂは、第一の金属部材４０Ｂの治具６０Ｃ側端部に開口するように形成されている。

＜治具組立体＞
　本発明の第一の実施形態の変形例に係る治具組立体３Ｂは、治具６０Ａに代えて治具６０Ｂを備える。

　治具６０Ｂにおいて、第一の端部６１の外周面には、突起部６１ｂが形成されている。治具６０Ｂは、突起部６１ｂが凹部４０ｂに嵌合することによって、第一の金属部材４０Ｂに対して相対回転不能に取り付けられる。

　本発明の第一の実施形態の変形例に係る治具組立体３Ｂは、周方向の１か所に設けられた突起部６１ｂ及び凹部４０ｂという簡易な構造によって、治具６０Ｂの第一の金属部材４０Ｂに対する相対回転を規制することができる。

＜第二の実施形態＞
　続いて、本発明の第二の実施形態に係る治具組立体について、第一の実施形態に係る治具組立体３Ａとの相違点を中心に説明する。

　図１９及び図２０に示すように、本発明の第二の実施形態に係る治具組立体３Ｃは、治具６０Ａに代えて治具６０Ｃを備えるとともに、座金部材１５０Ｃ、シール部材１６０及びリング部材１７０をさらに備える。

＜治具＞
　治具６０Ｃにおいて、第二の端部６４の外周面には、軸方向に延びる凹部６４ｃが形成されている。凹部６４ｃは、第二の端部６４の端面において開口している。

＜座金部材＞
　座金部材１５０Ｃは、治具６０Ａ及び固定部材７０Ａの間に介設される金属製のワッシャである。座金部材１５０Ｃは、径方向内部１５１と、径方向外部１５２と、を一体に備える。座金部材１５０Ｃの内周面には、凹部６４ｃに係合可能な凸部１５１ａが形成されている。座金部材１５０Ｃは、凸部１５１ａが凹部６４ｃに係合することによって、治具６０Ａに対して軸線周りに相対回転不能に取り付けられる。座金部材１５０Ｃの径方向外部１５２は、治具６０Ａの傾斜面６２ｂに対応するように傾斜しており、炭素繊維層３１及び固定部材７０Ａの大径部７２の間に介設される。

＜シール部材＞
　シール部材１６０は、マンドレル本体１０Ａの第二の段部１２に外嵌される環状の樹脂製部材である。シール部材１６０は、第一の金属部材４０Ａの大径部１１側端部において、雌スプライン部４０ａを塞ぐ。

＜リング部材＞
　リング部材１７０は、第一の金属部材４０Ａの端面及び大径部６２の凹部６２ａによって構成される環状の溝部に収容される環状の樹脂製部材である。リング部材１７０は、樹脂３２が成形装置１００内に充填されて炭素繊維層３１に含浸する前に第一の金属部材４０Ａの端面に密着するように配置されることによって、溝部内に樹脂３２が入り込んで硬化することを防止する樹脂流入防止リングである。リング部材１７０は、第一の金属部材４０Ａよりも柔らかい材料（ゴム、発泡ウレタン等）によって好適に形成可能である。

　本発明の第二の実施形態に係る治具６０Ｃにおいて、前記第一の小径部には、樹脂流入防止リング（リング部材１７０）が設けられる。
　したがって、治具組立体３Ｃ１は、第一の小径部の径方向外側における繊維強化樹脂管体３０の切断を容易にし、炭素繊維の不要な部位の効率的な除去を実現するとともに、樹脂３２の無駄遣いを低減することができる。

＜第二の実施形態の変形例＞
　続いて、本発明の第二の実施形態の変形例に係る治具組立体について、第二の実施形態に係る治具組立体３Ｃとの相違点を中心に説明する。

　図２１に示すように、本発明の第二の実施形態の変形例に係る治具組立体３Ｄは、治具６０Ｃ、固定部材７０Ａ及び座金部材１５０Ｃに代えて、治具６０Ｄ、固定部材７０Ｄ及び座金部材１５０Ｄを備える。

＜治具＞
　治具６０Ｄにおいて、大径部６２は、傾斜面６２ｂに代えて、軸方向に同径の同径面６２ｃを有する。

＜座金部材＞
　座金部材１５０Ｄは、径方向内部１５１と、軸方向に延びる径方向内部１５３と、径方向外部１５４と、を一体に備える。径方向外部１５４は、径方向内部１５１よりも第一の金属部材４０に近接しており、炭素繊維層３１及び固定部材７０Ｄの大径部７２の軸方向端面の間に介設される。

　本実施形態において、固定部材７０Ｄにおける大径部７２の軸方向端面は、座金部材１５０Ｄを介するとともに、治具６０Ｄの大径部６２及び小径部６３の境界部分を構成する径方向に延びる端面と協働することによって、炭素繊維層３１を挟持する。

＜第三の実施形態＞
　続いて、本発明の第三の実施形態に係る治具組立体について、第一の実施形態に係る治具組立体３Ａとの相違点を中心に説明する。

　図２２に示すように、本発明の第三の実施形態に係るマンドレル本体１０Ｅは、第二の段差部１３が省略された構造を呈する。また、本発明の第三の実施形態に係る第一の金属部材４０Ｅは、大径部４１と、小径部４２と、を一体に備える。

　本発明の第三の実施形態に係る治具組立体３Ｅは、治具６０Ａに代えて、治具６０Ｅ及び回転規制部材９０Ｅを備える。

＜治具＞
　治具６０Ｅにおいて、第一の端部６１、大径部６２及び小径部６３は、第一の金属部材４０Ｅの小径部４２に外装される。大径部６２には、径方向に貫通する孔部６２ｃが形成されている。

＜回転規制部材＞
　回転規制部材９０Ｅは、第一の金属部材４０Ｅの小径部４２における外周面の形成された凹部４２ａ及び治具６０Ｅの孔部６２ｃの間に介設されることによって、治具６０Ｅの第一の金属部材４０Ｅに対する軸線周りの相対回転を規制する球状の金属製部材である。なお、治具６０Ｅ及び第一の金属部材４０Ｅは、スプライン結合によって回転不能に連結されていてもよい。

＜製造方法＞
　続いて、本発明の第三の実施形態に係るマンドレル１Ｅ及び治具組立体３Ｅを用いた動力伝達軸２の製造方法について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。

　ステップＳ３では、第一の金属部材４０Ｅ及び治具６０Ｅを互いに組み付け、続いて、回転規制部材９０Ｅを、孔部６２ｃを介して凹部４２ａに配置し、続いて、かかる組付体をマンドレル本体１０Ｅに組み付けてもよい。また、ステップＳ３では、第一の金属部材４０Ｅをマンドレル本体１０Ａに組み付け、続いて、治具６０Ａをかかる組付体に組み付け、続いて、回転規制部材９０Ｅを、孔部６２ｃを介して凹部４２ａに配置してもよい。

　ステップＳ６では、治具６０Ｅにおける大径部６２（後部６２ｃ）の外周面上に配置された炭素繊維層３１の端部を端部固定部材８０Ａによって仮固定する。

　ステップＳ１３では、切削工具１１０が、繊維強化樹脂管体３０のうち、治具組立体３Ｅにおける小径部６１の径方向外側に位置する部位を切断する。

　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、マンドレル本体１０Ａ，１０Ｅ内に流入されて充填される流体は、マンドレル本体１０Ａ，１０Ｅ内を加圧するのに加えて、マンドレル本体１０Ａ，１０Ｅの外周面に配置された熱硬化性樹脂を硬化させるために加熱するためのものであってもよい。なお、かかる流体が加熱を行わない加圧用流体である場合には、熱硬化性樹脂は、別の熱源によって加熱される。

　また、炭素繊維層４１は、互いに織り込まれた、いわゆるクリンプ構造を呈してもよい。また、変形例として、繊維体は、炭素繊維に限定されず、樹脂層を強化可能な繊維部材（例えば、ガラス繊維、セルロース繊維等）であればよい。

　１Ａ　　　マンドレル
　３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｚ　治具組立体
　１０Ａ，１０Ｅ　マンドレル本体
　３０　　繊維強化樹脂管体（樹脂管体、炭素繊維強化樹脂管体）
　４０Ａ　第一の金属部材（金属部材）
　５０　　第二の金属部材（金属部材）
　６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ，６０Ｚ　治具（炭素繊維固定治具）
　７０Ａ，７０Ｄ，７０Ｚ　固定部材
　８０Ａ，８０Ｚ　　端部固定部材
　１５０Ｄ，１５０Ｅ　座金部材

Claims

　外周面に炭素繊維が巻回される金属部材に対して相対回転不能、かつ、前記金属部材の前記外周面の軸方向端部に取り付けられ、
　前記金属部材の前記外周面との間に、前記外周面よりも小径な第一の小径部を有する、
　炭素繊維固定治具。
　前記第一の小径部に、樹脂流入防止リングが設けられる、
　請求項１に記載の炭素繊維固定治具。
　前記金属部材から離間する方向に、前記炭素繊維が固定される第二の小径部を有する、
　請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維固定治具。
　金属部材の外周面、及び、前記金属部材に対して相対回転不能に取り付けられる治具の外周面に炭素繊維を巻回する工程と、
　前記炭素繊維に樹脂を含浸させる工程と、
　前記金属部材の前記外周面及び前記治具の前記外周面の間に形成される小径部の径方向外側において、前記樹脂が含浸した前記炭素繊維を切削する工程と、
　前記治具を前記金属部材から取り外す工程と、
　を含むことを特徴とする炭素繊維強化樹脂管体の製造方法。
　金属部材と、
　前記金属部材の外周面に巻回された炭素繊維に樹脂を含浸して一体成型された炭素繊維強化樹脂管体と、
　を備え、
　前記炭素繊維強化樹脂管体の端部は、前記金属部材において前記炭素繊維が巻回されている前記外周面の軸方向端部で切断されている
　ことを特徴とする動力伝達軸。