JP2023136190A - マンドレル及び繊維強化樹脂管体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外周面上に製造される樹脂管体から容易に抜き取ることが可能なマンドレルを提供する。
【解決手段】 マンドレル１Ａは、軸方向両端部である第一の端部及び第二の端部と、第一の端部及び第二の端部の間に構成されて外周面上に樹脂管体が形成され筒状の本体部である大径部１１Ａと、を備え、大径部１１Ａの外径は、内部圧力の加圧によって拡径可能であるとともに、加圧後に内部圧力が減圧された状態で、全周にわたって樹脂管体の前記第一の端部側の内径以下に縮径可能に構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂管体樹脂管体を製造するためのマンドレル、及び、当該マンドレルを用いた繊維強化樹脂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）。

また、繊維強化樹脂管体の製造方法として、特許文献２には、管体の内部に配置されるマンドレルを内部から圧力を掛けて膨張させ、金型（外型）の内面に倣って管体を成形する技術が開示されている。このような製造方法によれば、管体の端部を小径化して継手の小型軽量化を図りながら、管体の端部から中央部に掛けて拡径化することが可能となり、曲げ共振点を高めることが可能となる。

特開平３－２６５７３８号公報 特許第６８７３３６９号公報

かかる製造方法において、マンドレルは、製造された管体から抜き取られる。マンドレルを抜き取る際には、マンドレルの内部を減圧することによって当該マンドレルを径方向に縮小変形させることが考えられる。しかし、単にマンドレルの内部を減圧した場合には、マンドレルの一部は縮径するものの他部が拡径して楕円形状に変形し、管体からの抜取作業が困難になるおそれがある。

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、外周面上に製造される樹脂管体から容易に抜き取ることが可能なマンドレル及び当該マンドレルを用いた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。

本開示によれば、軸方向両端部である第一の端部及び第二の端部と、前記第一の端部及び前記第二の端部の間に構成されて外周面上に樹脂管体が形成される筒状の本体部と、を備え、前記本体部の外径は、内部圧力の加圧によって拡径可能であるとともに、加圧後に前記内部圧力が減圧された状態で、全周にわたって前記樹脂管体において前記第一の端部側に対応する部位の内径以下に縮径可能に構成されており、前記樹脂管体において前記第一の端部側に形成される開口部から抜取可能である、マンドレルが提供される。

本発明によると、マンドレルの外周面上に製造される樹脂管体から当該マンドレルを容易に抜き取ることができる。

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動力伝達軸の製造方法を説明するための模式図である。 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図であり、（ａ）は加圧前の大径部を示す断面図、（ｂ）は加圧後の大径部を示す断面図、（ｃ）は減圧後の大径部を示す断面図である。 本発明の第二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図であり、（ａ）は加圧前の大径部を示す断面図、（ｂ）は加圧後の大径部を示す断面図、（ｃ）は減圧後の大径部を示す断面図である。 本発明の第三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図であり、（ａ）は加圧前の大径部を示す断面図、（ｂ）は加圧後の大径部を示す断面図、（ｃ）は減圧後の大径部を示す断面図である。 本発明の第四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。 本発明の第四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。 本発明の第四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模式図であり、加圧後の大径部を示す断面図である。 本発明の第四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図であり、減圧後かつ捻転後の大径部を示す断面図である。

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４０（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、縮小制御部材３０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４０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１１Ａと、段部１２及び第一の小径部１３を備える第一の端部と、テーパ部１４、第二の小径部１５及び突出部１６を備える第二の端部と、を一体に備える。

段部１２の外径は、大径部１１Ａの外径よりも第一の金属部材５０の径方向寸法分だけ小さい。第一の小径部１３の外径は、段部１２の外径よりも小さい。テーパ部１４の外径は、大径部１１Ａ側から第二の小径部１５側に向かうにつれて小さくなる。第一の小径部１３及び第二の小径部１５の外径の大小関係は、適宜設定可能である。突出部１６の外径は、第二の小径部１５の外径よりも小さい。

本実施形態において、段部１２及び第一の小径部１３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１４、第二の小径部１５及び突出部１６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１１Ａ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１４（ただし、大径部１１Ａ側端部を除く）、第二の小径部１５及び突出部１６）の外径は、マンドレル本体１０Ａが繊維強化樹脂管体４０から抜き取られる側である第一の端部（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１３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１３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８参照）（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４４）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。

≪縮小制御部材≫
縮小制御部材３０は、マンドレル本体１０Ａの大径部１１Ａを縮径（径方向に縮小変形）させた際に、大径部１１Ａの外径が段部１２の外径（第一の金属部材５０の内径）以下となるように当該変形を制御する金属製の部材である。縮小制御部材３０は、第一の連結部材３１と、第二の連結部材３２と、複数の芯部材３３と、を備える。

第一の連結部材３１は、段部１２に内嵌されて芯部材３３の端部を支持する筒状部材である。第一の連結部材３１は、第一の小径部１３の開口部（内嵌部材２０の流路２０ａ）を介したマンドレル本体１０Ａ内の加圧及び減圧を可能な形状に形成されている。第二の連結部材３２は、第二の端部において突出部１６に内嵌されており、当該第二の端部において芯部材３３の端部を支持する部材である。

芯部材３３は、第一の連結部材３１及び第二の連結部材３２の間に架設される棒状の部材である。本実施形態では、４本の芯部材３３が、周方向に等間隔（９０度ごと）に配置されている。芯部材３３の径方向外端部の位置は、段部１４の内周面よりも径方向内側に設定されている。

縮小制御部材３０は、芯部材３３によって、マンドレル本体１０Ａの大径部１１Ａの周方向において芯部材３３に対応する部位の縮径を、当該芯部材３３に当接する位置までとなるように規制するとともに、マンドレル本体１０Ａの大径部１１Ａの周方向において芯部材３３が設けられていない部位の縮径を、当該芯部材３３よりも径方向内方まで許容する。

＜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４０と、第一の金属部材５０と、第二の金属部材６０と、を備える。

＜繊維強化樹脂管体＞
繊維強化樹脂管体４０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４０は、マンドレル本体１０Ａの大径部１１Ａ、テーパ部１４及び第二の小径部１５、第一の金属部材５０の軸方向一端部（大径部１１Ａ側端部）、並びに、第二の金属部材６０の軸方向一端部（大径部１１Ａ側端部）の外周面上に沿うように形成される。図４～図６に示すように、繊維強化樹脂管体４０は、炭素繊維層として、径方向内側（マンドレル本体１０側）から順に、第一の炭素繊維層４１と、第二の炭素繊維層４２と、第三の炭素繊維層４３と、を備える。なお、図４～図６において、炭素繊維層４１，４２，４３は、一部のみが図示されている。また、第一の金属部材５０の軸方向他端部（大径部１１Ａとは反対側に位置する端部）の外周面、及び、第二の金属部材６０の軸方向他端部（大径部１１Ａ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４０によって被覆されておらず、当該繊維強化樹脂管体４０から突出している。

≪第一の炭素繊維層≫
図４に示すように、第一の炭素繊維層４１は、マンドレル本体１０Ａ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位相を変えて設けられることによって、第一の炭素繊維層４１が形成されている。第一の炭素繊維層４１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４１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≫
図５に示すように、第二の炭素繊維層４２は、第一の炭素繊維層４１の径方向外側に設けられており、第一の炭素繊維層４１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位相を変えて設けられることによって、第二の炭素繊維層４２が形成されている。第二の炭素繊維層４２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４２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≫
図６に示すように、第三の炭素繊維層４３は、第二の炭素繊維層４２の径方向外側に設けられており、第二の炭素繊維層４２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位相を変えて設けられることによって、第三の炭素繊維層４３が形成されている。第三の炭素繊維層４３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－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４３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４１、第二の炭素繊維層４２及び第三の繊維層４３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４０は、軸方向中央側の大径部４０ａから第二の端部側となる小径部４０ｃに向かうにつれて縮径するテーパ部４０ｂが形成されている。大径部４０ａは、マンドレル本体１０Ａの大径部１１Ａの外周面に倣う形状を呈する本体部である。テーパ部４０ｂは、マンドレル本体１０Ａのテーパ部１４の外周面に倣う形状を呈する。小径部４０ｃは、マンドレル本体１０Ａの中径部１５及び第二の金属部材６０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＞
第一の金属部材５０は、略円筒形状を呈する部材である。図６等に示すように、製造途中段階において、第一の金属部材５０は、段部１２に嵌合（外嵌）されている。

第一の金属部材５０は、動力伝達軸２におけるヨーク組立体の一部材である。ヨーク組立体は、かかる第一の金属部材５０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＞
第二の金属部材６０は、略円柱形状を呈する部材（シャフト）である。図６等に示すように、製造途中段階において、第二の金属部材６０は、突出部１６に嵌合（外嵌）されている。

図１及び図２に示すように、第二の金属部材６０の軸方向他端部には、マンドレル本体１０Ａの突出部１６が挿入可能な有底の孔部６０ａが形成されている。

第二の金属部材６０は、動力伝達軸２におけるプランジジョイント組立体の一部材である。プランジジョイント組立体は、かかる第二の金属部材６０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。

＜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を用いた動力伝達軸２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。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金型内設置工程（ステップＳ６）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、金型内設置工程の後に実行される膨張工程（ステップＳ７）と、膨張工程の後に実行される成型工程（ステップＳ８）と、を含む。また、動力伝達軸２の製造方法は、成型工程の後に実行される取出工程（ステップＳ９）と、取出工程の後に実行される減圧工程（ステップＳ１０Ａ）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Ｓ１１）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Ｓ１２）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。本実施形態では、マンドレル本体１０Ａは、インサート成形等の手法によって、縮小制御部材３０が内設された状態で形成される。

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Ｓ８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）５０を設ける。ステップＳ３において、第一の金属部材５０は、マンドレル本体１０Ａの段部１２に外嵌される。

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６０を設ける。ステップＳ４では、まず、第二の金属部材６０の軸方向一端部（大径部１１Ａ側端部）を、マンドレル本体１０Ａの突出部１６に嵌合（外嵌）させる。続いて、第二の金属部材６０の軸方向他端部（大径部１１Ａとは反対側に位置する端部）の外周面上に接着層（図示せず）を設ける。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、図４に示すように、第一の炭素繊維層４１がマンドレル本体１０Ａ、第一の金属部材５０及び第二の金属部材６０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、図５に示すように、第二の炭素繊維層４２がマンドレル本体１０Ａ、第一の金属部材５０及び第二の金属部材６０における第一の炭素繊維層４１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、図６に示すように、第三の炭素繊維層４３がマンドレル本体１０Ａ、第一の金属部材５０及び第二の金属部材６０における第二の炭素繊維層４２の外周面上に形成される。ステップＳ５Ａ～Ｓ５Ｃにおいて、第一の金属部材５０及び第二の金属部材６０のそれぞれの軸方向における大径部１１Ａとは反対側に位置する端部には、それぞれの繊維が配置されないように炭素繊維層４１～４３が形成される。

ステップＳ５Ａ～Ｓ５Ｃにおいて、炭素繊維層４１～４３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４１～４３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５０及び第二の金属部材６０の軸方向一端部（マンドレル１１Ａ側端部）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４１～４３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Ｓ５Ｃに続いて、ステップＳ６で、図８に示すように、マンドレル１Ａ、第一の金属部材５０、第二の金属部材６０及び各炭素繊維層４１～４３の組立体を、成形装置（金型）１００内に設置する。

ステップＳ６に続いて、ステップＳ７で、マンドレル本体１０Ａを膨張させる。図８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Ｓ７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４４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４４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４４の充填量を抑制し、完成品である繊維強化樹脂管体４０の重量増加を防止することができる。

ステップＳ７に続いて、当該成形装置１００内に樹脂４４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４１～４３に樹脂４４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４４を硬化させ、繊維強化樹脂管体４０が形成されるとともに、繊維強化樹脂管体４０、第一の金属部材５０及び第二の金属部材６０が一体成型される（ステップＳ８、成型工程）。樹脂４４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Ｓ９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４４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４４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４４は、炭素繊維層４１～４３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４４は、炭素繊維層４１～４３の配列方向においてゲート１０１とは反対側（炭素繊維層４１～４３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４１～４３に含浸する。樹脂４４が炭素繊維層４１～４３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４０が形成される。

ステップＳ８に続いて、ステップＳ９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Ｓ８に続いて、ステップＳ９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Ｓ９に続いて、ステップＳ１０Ａ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Ｓ１０Ａに続いて、ステップＳ１１で、マンドレル１Ａが繊維強化樹脂管体４０から抜き取られる。ここで、第一の金属部材５０及び第二の金属部材６０は、繊維強化樹脂管体４０側に残る。ステップＳ１１に続いて、ステップＳ１２で、中間体の第一の金属部材５０にヨーク組立体を取り付けるとともに、第二の金属部材６０にプランジジョイント組立体を取り付ける。

ここで、図９（ａ）→（ｂ）に示すように、ステップＳ７では、マンドレル本体１０Ａの大径部１１Ａが径方向に膨張し（拡径し）、第三の炭素繊維層４３が成形装置１００の内周面に当接する。

その後、図９（ｃ）に示すように、ステップＳ１０Ａでは、不図示の吸引装置（例えば、真空ポンプ）に連結された連通路１０４を介して、マンドレル本体１０Ａの中空部から加圧用流体Ｆが吸引され、マンドレル本体１０Ａの中空部が負圧に減圧される。ここで、マンドレル本体１０Ａの大径部１１Ａは、負圧によって縮径する（径方向に縮小変形する）。その際、複数の芯部材３３によって大径部１１Ａの対応部位の縮小量が規制されることによって、大径部１１Ａは、芯部材３３に対応する位置に凸角を有するとともに芯部材３３，３３間に凹角を有する凹多角形に変形する。縮径した大径部１１Ａの外径は、全周にわたって繊維強化樹脂管体４０においてマンドレル１Ａの第一の端部側に対応する部位に形成される開口部４０ｄ（図３参照）の内径以下、本実施形態では、段部１２の外径以下（好ましくは、段部１２の外径未満）、すなわち、第一の金属部材５０の内径以下（好ましくは、第一の金属部材５０の内径未満）となるため、マンドレル本体１０Ａは、繊維強化樹脂管体４０の開口部４０ｄから、第一の金属部材５０側へ好適に抜き取られる。なお、テーパ部１２の大径部１１Ａ側端部も、大径部１１Ａと同様に縮径する。

本発明の第一の実施形態に係るマンドレル１Ａは、軸方向両端部である第一の端部及び第二の端部と、前記第一の端部及び前記第二の端部の間に構成されて外周面上に樹脂管体が形成される筒状の本体部と、を備え、前記本体部の外径は、内部圧力の加圧によって径方向に拡径可能であるとともに、加圧後に前記内部圧力が減圧された状態で、全周にわたって前記樹脂管体において前記第一の端部側に対応する部位の内径以下に縮径可能に構成されており、前記樹脂管体において前記第一の端部側に形成される開口部４０ｄから抜取可能である。
したがって、マンドレル１Ａは、縮径した本体部の一部が拡径する（径方向に拡大する）ことを防止し、製造された樹脂管体から容易に抜き取ることが可能である。

また、マンドレル１Ａは、前記本体部内に設けられて前記本体部の縮径を規制する３本以上の芯部材３３を備え、前記芯部材３３は、径方向において前記第一の端部の外径よりも中心側に設けられているとともに、周方向において等間隔に配置されている。
したがって、マンドレル１Ａは、芯部材３３によって本体部の縮径形状が好適に制御されるので、縮小した本体部の一部が拡径する（径方向に拡大する）ことを防止し、製造された樹脂管体から容易に抜き取ることが可能である。

また、マンドレル１Ａにおいて、前記第一の端部には、外周面上に前記樹脂管体が形成される金属部材（第一の金属部材５０）が外嵌されており、前記本体部の外径は、加圧後に前記内部圧力が減圧された状態で、全周にわたって前記金属部材の外径以下に縮径可能に構成されている、
したがって、マンドレル１Ａは、金属部材を樹脂管体の第一の端部に設けることができるとともに、製造された樹脂管体から当該金属部材の内部を介して容易に抜き取ることが可能である。

また、本発明の第一の実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法は、マンドレル１Ａを用いた繊維強化樹脂管体の製造方法であって、前記マンドレル１Ａの外周面に繊維を配置する配置工程と、前記繊維が配置された前記マンドレルを膨張させる膨張工程と、前記繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて硬化させる硬化工程と、前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂の内側に位置する前記マンドレル１Ａの内部を減圧することによって、前記本体部の外径が全周にわたって前記熱硬化性樹脂の前記第一の端部側の内径以下に縮径するように前記本体部を変形させる減圧工程と、前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂において前記第一の端部側に形成される開口部４０ｄから前記マンドレル１Ａを抜き取る抜取工程と、を含む。
したがって、繊維強化樹脂管体の製造方法によると、縮径した本体部の一部が拡径する（径方向に拡大する）ことを防止し、製造された繊維強化樹脂管体からマンドレル１Ａを容易に抜き取ることが可能であり、引抜作業の容易化及び繊維強化樹脂管体の軽量化を好適に実現することができる。

また、繊維強化樹脂管体の製造方法は、前記配置工程の前において、前記マンドレルの前記第一の端部に金属部材を外嵌する設置工程を含み、前記配置工程において、前記繊維は、前記金属部材の外周面にも配置され、前記減圧工程において、前記本体部の外径は、全周にわたって前記金属部材の外径以下に縮径される。
したがって、繊維強化樹脂管体の製造方法によると、金属部材を繊維強化樹脂管体の第一の端部に設けることができるとともに、製造された繊維強化樹脂管体からマンドレル１Ａを、当該金属部材の内部を介して容易に抜き取ることが可能である。

＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係るマンドレル及び動力伝達軸（繊維強化樹脂管体）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。

図１０（ａ）に示すように、本発明の第二の実施形態に係るマンドレル１Ｂは、マンドレル本体１０Ａ及び縮小制御部材３０に代えて、マンドレル本体１０Ｂを備える。本実施形態では、大径部１１Ｂの外表面１１ａは、軸線視で円形状を呈し、大径部１１Ｂの内表面１１ｂは、軸線視で周方向に凸角と凹角とが交互に表れる凹多角形状を呈する。マンドレル本体１０Ｂは、大径部１１Ｂの外表面１１ａが軸線視で円形状を呈するので、後記する第三の実施形態に係るマンドレル本体１０Ｃと比較して、炭素繊維層４１～４３の設置が容易である。図１０（ａ）（ｃ）では、内表面１１ｂの凹多角形状は、６個の凸角及び６個の凹角を有するものとして描かれているが、実際の角数はこれよりも多い。かかる凹多角形状における凹角は、径方向の略均等な縮小変形に寄与する部位であり、３個以上の凹角が周方向において等間隔に配置されていることが好ましい。

＜製造方法＞
図１０（ａ）→（ｂ）に示すように、本実施形態に係るマンドレル１Ｂを用いた動力伝達軸２の製造方法において、ステップＳ７では、マンドレル本体１０Ｂの大径部１１Ｂが径方向に膨張し、第三の炭素繊維層４３が成形装置１００の内周面１０５に当接する。大径部１１Ｂの内表面１１ｂは、膨張によって軸線視で円形状に変形する。

その後、図１０（ｃ）に示すように、ステップＳ１０Ａでは、マンドレル本体１０Ｂの大径部１１Ｂは、負圧によって縮径する（径方向に縮小変形する）。ここで、大径部１１Ｂは、加圧前の内表面１１ｂが凹多角形状を呈するため、内表面１１ｂが円形状を呈する場合よりも好適に縮径し、外表面１１ａの径（外径）が開口部４０ｄ（図３参照）の内径以下、本実施形態では、段部１２の外径以下（好ましくは、段部１２の外径未満）、すなわち、第一の金属部材５０の内径以下（好ましくは、第一の金属部材５０の内径未満）となるように縮小変形する。縮小変形した大径部１１Ｂの外径は、全周にわたって開口部４０ｄ（図３参照）の内径以下、本実施形態では、段部１２の外径以下、すなわち、第一の金属部材５０の内径以下となるため、マンドレル本体１０Ｂは、繊維強化樹脂管体４０の開口部４０ｄから、第一の金属部材５０側へ好適に抜き取られる。なお、図１０（ｃ）における大径部１１Ｂの変形形状は、一例である。

＜第三の実施形態＞
続いて、本発明の第三の実施形態に係るマンドレル及び動力伝達軸（繊維強化樹脂管体）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。

図１１（ａ）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１Ｃは、マンドレル本体１０Ａ及び縮小制御部材３０に代えて、マンドレル本体１０Ｃを備える。本実施形態では、大径部１１Ｃの外表面１１ｃ及び内表面１１ｄは、それぞれ、軸線視で周方向に凸角と凹角とが交互に表れる互いに相似な凹多角形状を呈する。マンドレル本体１０Ｃは、大径部１１Ｃの外表面１１ｃ及び内表面１１ｄが軸線視で凹多角形状を呈するので、第二の実施形態に係るマンドレル本体１０Ｂと比較して、ステップＳ１０Ａにおいてより好適に縮小変形する。図１０（ａ）（ｃ）では、外表面１１ｃ及び内表面１１ｄの凹多角形状は、６個の凸角及び６個の凹角を有するものとして描かれているが、実際の角数はこれよりも多い。かかる凹多角形状の凹角は、径方向の略均等な縮小変形に寄与する部位であり、３個以上の凹角が周方向において等間隔に配置されていることが好ましい。

＜製造方法＞
図１１（ａ）→（ｂ）に示すように、本実施形態に係るマンドレル１Ｃを用いた動力伝達軸２の製造方法において、ステップＳ７では、マンドレル本体１０Ｃの大径部１１Ｃが径方向に膨張し、第三の炭素繊維層４３が成形装置１００の内周面１０５に当接する。大径部１１Ｃの外表面１１ｃ及び内表面１１ｄは、膨張によって軸線視で円形状に変形する。

その後、図１１（ｃ）に示すように、ステップＳ１０Ａでは、マンドレル本体１０Ｃの大径部１１Ｃは、負圧によって縮径する（径方向に縮小変形する）。ここで、大径部１１Ｃは、加圧前の外表面１１ｃ及び内表面１１ｄが凹多角形状を呈するため、外表面１１ｃ及び内表面１１ｄが円形状を呈する場合よりも好適に縮径し、外表面１１ｃの径（外径）が開口部４０ｄ（図３参照）の内径以下、本実施形態では、段部１２の外径以下（好ましくは、段部１２の外径未満）、すなわち、第一の金属部材５０の内径以下（好ましくは、第一の金属部材５０の内径未満）となるように縮小変形する。縮小変形した大径部１１Ｃの外径は、全周にわたって開口部４０ｄ（図３参照）の内径以下、本実施形態では、段部１２の外径以下、すなわち、第一の金属部材５０の内径以下となるため、マンドレル本体１０Ｃは、繊維強化樹脂管体４０の開口部４０ｄから、第一の金属部材５０側へ好適に抜き取られる。なお、図１０（ｃ）における大径部１１Ｂの変形形状は、一例である。

本発明の第二及び第三の実施形態に係るマンドレル１Ｂ，１Ｃにおいて、前記本体部の外周面及び内周面の少なくとも一方は、加圧前の状態で、軸線視で凹多角形状を呈する。
したがって、マンドレル１Ｂ，１Ｃは、膨張前の本体部が凹多角形状を呈することによって、かかる凹多角形状に応じた本体部の縮径を可能とする。すなわち、マンドレル１Ｂ，１Ｃは、縮径した本体部の一部が拡径する（径方向に拡大する）ことを防止し、製造された樹脂管体から容易に抜き取ることが可能である。

＜第四の実施形態＞
続いて、本発明の第四の実施形態に係るマンドレル及び動力伝達軸（繊維強化樹脂管体）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。図１２（ａ）に示すように、本発明の第四の実施形態に係るマンドレル１Ｄは、マンドレル本体１０Ａ及び縮小制御部材３０に代えて、マンドレル本体１０Ｄを備える。マンドレル本体１０Ｄにおいて、大径部１１Ｄの外表面１１ｅ及び内表面１１ｆの少なくとも一方には、複数の螺旋溝１１ｇが形成されている。本実施形態では、複数の螺旋溝１１ｇは、内表面１１ｆに形成されている。

＜製造方法＞
図１３に示すように、本発明の第四の実施形態に係る動力伝達軸２の製造方法は、ステップＳ１０Ａと同時に、又は、ステップＳ１０Ａ及びステップＳ１１の間に実行されるステップＳ１０Ｂ（捩じり工程）を含む。ステップＳ１０Ｂは、マンドレル本体１０Ｄの中空部が減圧された状態で実行される。

ステップＳ１０Ａにおいて、マンドレル本体１０Ｄの大径部１１Ｄは、負圧によって縮径し（径方向に縮小変形し）、繊維強化樹脂管体４０の内周面から離間する。

ステップＳ１０Ｂにおいて、マンドレル本体１０Ｄの大径部１１Ｄは、軸線Ｘ周りかつ螺旋溝１１ｇに沿う方向に捩じられる。本実施形態において、螺旋溝１１ｇは、マンドレル本体１０Ｄの第一の端部側（第一の金属部材５０側）から第二の端部側（第二の金属部材６０側）に向かうにつれて時計回りに進むように形成されている。この場合には、第二の金属部材６０が回転不能に固定されるとともに、第一の小径部１３が当該第一の小径部１３を軸方向外側から見て反時計回りに回転させる。大径部１１Ｄは、かかる捩じりトルクの付与によって、外表面１１ｃの径（外径）が全周にわたって段部１２の外径以下となるように縮径する（径方向に縮小変形する）（図１４→図１５）。縮径した大径部１１Ｄの外径は、開口部４０ｄ（図３参照）の内径以下、本実施形態では、段部１２の外径以下、すなわち、第一の金属部材５０の内径以下となるため、マンドレル本体１０Ｄは、繊維強化樹脂管体４０の開口部４０ｄから、第一の金属部材５０側へ好適に抜き取られる。

本実施形態において、突出部１６の外周面及び孔部５０ａの内周面は、軸線視で多角形状（例えば、正六角形状）を呈する。これにより、動力伝達軸２の軸方向他端部（第二の金属部材６０側の端部）が軸線Ｘ周りに回転不能に固定された状態で、軸方向一端部すなわち第一の小径部１３を軸線Ｘ周りに回転させることによって、マンドレル本体１０Ｄが軸線Ｘ軸周りに捩じられる。

本発明の第四の実施形態に係るマンドレル１Ｄにおいて、前記本体部の外周面及び内周面の少なくとも一方には、螺旋状の溝部が形成されている。
したがって、マンドレル１Ｄは、本体部に螺旋状の溝部（螺旋溝１１ｇ）が形成されることによって、かかる螺旋形状に応じた本体部の縮径を可能とする。すなわち、マンドレル１Ｄは、縮径した本体部の一部が拡径する（径方向に拡大する）ことを防止し、製造された樹脂管体から容易に抜き取ることが可能である。

また、本発明の第四の実施形態に係る繊維強化樹脂管体の製造方法は、マンドレル１Ｄを用いた繊維強化樹脂管体の製造方法であって、前記マンドレル１Ｄの外周面に繊維を配置する配置工程と、前記繊維が配置された前記マンドレル１Ｄを膨張させる膨張工程と、前記繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて硬化させる硬化工程と、前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂の内側に位置する前記マンドレル１Ｄの内部を減圧する減圧工程と、前記マンドレル１Ｄを捩じることによって、前記本体部の外径が全周にわたって前記熱硬化性樹脂の前記第一の端部側の内径以下に縮径するように前記本体部を変形させる捩じり工程と、前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂において前記第一の端部側に形成される開口部４０ｄから前記マンドレル１Ｄを抜き取る抜取工程と、を含む。
したがって、繊維強化樹脂管体の製造方法によると、本体部に形成された螺旋状の溝部（螺旋溝１１ｇ）に応じた方向に当該本体部を捩じることによって、かかる螺旋形状に応じた本体部の縮径を可能とし、製造された樹脂管体からマンドレル１Ｄを容易に抜き取ることが可能であり、引抜作業の容易化及び繊維強化樹脂管体の軽量化を好適に実現することができる。

また、繊維強化樹脂管体の製造方法は、前記配置工程の前において、前記マンドレルの前記第一の端部に金属部材を外嵌する設置工程を含み、前記配置工程において、前記繊維は、前記金属部材の外周面にも配置され、前記捩じり工程において、前記本体部の外径は、全周にわたって前記金属部材の外径以下に縮径される。
したがって、繊維強化樹脂管体の製造方法によると、金属部材を繊維強化樹脂管体の第一の端部に設けることができるとともに、製造された繊維強化樹脂管体からマンドレル１Ｄを、当該金属部材の内部を介して容易に抜き取ることが可能である。

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、第二の実施形態及び第三の実施形態の変形例として、マンドレル本体において、大径部の外表面が軸線視で凹多角形状を呈し、大径部の内表面が軸線視で円形状を呈する構成であってもよい。また、マンドレル本体１０Ａ～１０Ｄ内に流入されて充填される流体は、マンドレル本体１０Ａ～１０Ｄ内を加圧するのに加えて、マンドレル本体１０Ａ～１０Ｄ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、各炭素繊維層４１～４３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、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，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ マンドレル
２ 動力伝達軸
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ マンドレル本体
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 大径部（本体部）
１１ｇ 螺旋溝（螺旋状の溝部）
３３ 芯部材
４０ 繊維強化樹脂管体（樹脂管体）
５０ 第一の金属部材（金属部材）

Claims (9)

1. 軸方向両端部である第一の端部及び第二の端部と、
   前記第一の端部及び前記第二の端部の間に構成されて外周面上に樹脂管体が形成される筒状の本体部と、
   を備え、
   前記本体部の外径は、内部圧力の加圧によって拡径可能であるとともに、加圧後に前記内部圧力が減圧された状態で、全周にわたって前記樹脂管体において前記第一の端部側に対応する部位の内径以下に縮径可能に構成されており、前記樹脂管体において前記第一の端部側に形成される開口部から抜取可能である、
   マンドレル。
2. 前記本体部内に設けられて前記本体部の縮径を規制する３本以上の芯部材を備え、
   前記芯部材は、径方向において前記第一の端部の外径よりも中心側に設けられているとともに、周方向において等間隔に配置されている、
   請求項１に記載のマンドレル。
3. 前記本体部の外周面及び内周面の少なくとも一方は、加圧前の状態で、軸線視で凹多角形状を呈する、
   請求項１に記載のマンドレル。
4. 前記本体部の外周面及び内周面の少なくとも一方には、螺旋状の溝部が形成されている、
   請求項１に記載のマンドレル。
5. 前記第一の端部には、外周面上に前記樹脂管体が形成される金属部材が外嵌されており、
   前記本体部の外径は、加圧後に前記内部圧力が減圧された状態で、全周にわたって前記金属部材の外径以下に縮径可能に構成されている、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマンドレル。
6. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマンドレルを用いた繊維強化樹脂管体の製造方法であって、
   前記マンドレルの外周面に繊維を配置する配置工程と、
   前記繊維が配置された前記マンドレルを膨張させる膨張工程と、
   前記繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて硬化させる硬化工程と、
   前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂の内側に位置する前記マンドレルの内部を減圧することによって、前記本体部の外径が全周にわたって前記熱硬化性樹脂の前記第一の端部側の内径以下に縮径するように前記本体部を変形させる減圧工程と、
   前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂において前記第一の端部側に形成される開口部から前記マンドレルを抜き取る抜取工程と、
   を含む繊維強化樹脂管体の製造方法。
7. 前記配置工程の前において、前記マンドレルの前記第一の端部に金属部材を外嵌する設置工程を含み、
   前記配置工程において、前記繊維は、前記金属部材の外周面にも配置され、
   前記減圧工程において、前記本体部の外径は、全周にわたって前記金属部材の外径以下に縮径される、
   請求項６に記載の繊維強化樹脂管体の製造方法。
8. 請求項４に記載のマンドレルを用いた繊維強化樹脂管体の製造方法であって、
   前記マンドレルの外周面に繊維を配置する配置工程と、
   前記繊維が配置された前記マンドレルを膨張させる膨張工程と、
   前記繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて硬化させる硬化工程と、
   前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂の内側に位置する前記マンドレルの内部を減圧する減圧工程と、
   前記マンドレルを捩じることによって、前記本体部の外径が全周にわたって前記熱硬化性樹脂の前記第一の端部側の内径以下に縮径するように前記本体部を変形させる捩じり工程と、
   前記繊維を含んで硬化した前記熱硬化性樹脂において前記第一の端部側に形成される開口部から前記マンドレルを抜き取る抜取工程と、
   を含む繊維強化樹脂管体の製造方法。
9. 前記配置工程の前において、前記マンドレルの前記第一の端部に金属部材を外嵌する設置工程を含み、
   前記配置工程において、前記繊維は、前記金属部材の外周面にも配置され、
   前記捩じり工程において、前記本体部の外径は、全周にわたって前記金属部材の外径以下に縮径される、
   請求項８に記載の繊維強化樹脂管体の製造方法。

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