WO2024161567A1

WO2024161567A1 - 繊維強化樹脂製筒体、繊維強化樹脂製筒体の製造方法及び繊維強化樹脂製筒体製造用治具

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Publication number: WO2024161567A1
Application number: PCT/JP2023/003290
Authority: WO
Inventors: 貴博中山; 和久横山; 和也松本; 淳司工藤; 健二高橋
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2023-02-01
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2024-08-08
Also published as: JP7296534B1

Abstract

樹脂カスの噛み込みを防止し、脱芯の作業性を向上することが可能な繊維強化樹脂製筒体を提供する。　繊維強化樹脂製筒体（２）は、繊維強化樹脂製筒部材（４０）と、前記繊維強化樹脂製筒部材（４０）の軸方向端部（４０ｂ）の内周面に固定されている金属製筒部材（５０）と、を備え、前記金属製筒部材（５０）の内径（Ｄ51）は、前記繊維強化樹脂製筒部材（４０）の内径（Ｄ41）よりも大きい。

Description

繊維強化樹脂製筒体、繊維強化樹脂製筒体の製造方法及び繊維強化樹脂製筒体製造用治具

　本発明は、例えば車両における動力伝達軸等として用いられる繊維強化樹脂製筒体、繊維強化樹脂製筒体の製造方法及び繊維強化樹脂製筒体製造用治具に関する。

　特許文献１には、繊維強化樹脂製の筒体を製造する際に、土台となるマンドレルの端部に金属製の筒状部材を配置した上でマンドレルと筒状部材の外周面に繊維を巻回し、続いて、型内に繊維を巻回したマンドレルと筒状部材とを配置し、続いて、型内に樹脂を充填して繊維に樹脂を含侵させた後に硬化させて筒体を製造する技術が開示されている。

特許第６８７３３６９号公報

　型内に樹脂を充填する際に、樹脂の一部は、繊維に含浸されずに繊維層とマンドレルとの間に流動して固化し、樹脂層の一部を構成する。ここで、樹脂のさらに一部は、樹脂層から離れた状態で固化し、樹脂カスとして樹脂層とマンドレルとの間に残存することがある。また、金属製の筒状部材とマンドレルとの間に樹脂が浸入すると、かかる樹脂は、一定の隙間を持たせている筒状部材とマンドレルとの間で固化し、樹脂カスとなることがある。かかる樹脂カスは、マンドレルと金属製の筒状部材との間に残存して摩擦要素となるため、マンドレルの抜き取り（脱芯）作業において大きな荷重を要するおそれがあった。

　本発明は、このような事情に鑑みて創作されたものであり、樹脂カスの？み込みを防止し、脱芯の作業性を向上することが可能な繊維強化樹脂製筒体、繊維強化樹脂製筒体の製造方法及び繊維強化樹脂製筒体製造用治具を提供することを課題とする。

　本開示によれば、繊維強化樹脂製筒部材と、前記繊維強化樹脂製筒部材の端部の内周面に固定されている金属製筒部材と、を備え、前記金属製筒部材の内径は、前記繊維強化樹脂製筒部材の内径よりも大きい、繊維強化樹脂製筒体が提供される。

　本発明によると、繊維強化樹脂製筒体からマンドレルを離間させる際に、マンドレル外周面と金属製筒状部材内周面との間の摺動が生じないため、樹脂カスによる引きずり抵抗を低減することができ、脱芯の作業性を向上することによって製造性が向上された繊維強化樹脂製筒体を提供することができる。

本発明の第一の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具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繊維強化樹脂製筒体製造用治具を用いて製造された繊維強化樹脂製筒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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、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繊維強化樹脂製筒体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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、第一のマンドレル及び弾性部材を組み立てた状態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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、第一のマンドレル、弾性部材及び金属製筒部材を組み立てた状態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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、炭素繊維層が配置された治具を成形装置内に設置した状態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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、成形装置から取り出された中間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繊維強化樹脂製筒体の製造方法を説明するための模式図であり、成形装置から取り出された中間体を模式的に示す部分拡大断面図である。本発明の第二の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具を模式的に示す部分拡大断面図である。本発明の第二の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具及び繊維強化樹脂製筒体を模式的に示す部分拡大断面図である。本発明の第三の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具を模式的に示す部分拡大断面図である。本発明の第三の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具及び繊維強化樹脂製筒体を模式的に示す部分拡大断面図である。本発明の第四の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具を模式的に示す部分拡大断面図である。本発明の第四の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具及び繊維強化樹脂製筒体を模式的に示す部分拡大断面図である。

　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、繊維強化樹脂製筒体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、第一の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具（以下、単に「治具」と称する）１Ａは、繊維強化樹脂製筒体２（図２参照）を製造するために用いられるものであって、第一のマンドレル１０Ａと、一対の第二のマンドレル２０Ａ，２０Ａと、一対の弾性部材３０Ａ，３０Ａと、を備える。

≪第一のマンドレル≫
　第一のマンドレル１０Ａは、筒形状（本実施形態では、ほぼ円筒形状）を呈する金属製部材である。本実施形態において、第一のマンドレル１０Ａは、繊維強化樹脂製筒体２の内部から除去される。第一のマンドレル１０Ａは、軸方向中間部の第一の柱部（大径部）１１と、軸方向両端部に第一の柱部１１と同軸に形成される第二の柱部（中径部）１２，１２と、を一体に備える。第二の柱部１２の軸方向端部には、軸方向に窪む凹部１０ａが形成されている。第一のマンドレル１０Ａは、一定の耐熱性及び硬度を有する樹脂製部材であってもよい。

≪第二のマンドレル≫
　第二のマンドレル２０Ａは、筒形状（本実施形態では、ほぼ円筒形状）を呈する金属製部材である。第二のマンドレル２０Ａは、第二の柱部１２と同軸上に配置されており、第一の柱部１１から離間する方向に延在する第三の柱部（中径部）２１と、第三の柱部２１から第一のマンドレル１０Ａ側に第三の柱部２１と同軸に延設される第四の柱部２２と、を一体に備える。第二のマンドレル２０Ａは、一定の耐熱性及び硬度を有する樹脂製部材であってもよい。第三の柱部２１の外周面において、第四の柱部２２側端部には、第四の柱部２２側に向かうにつれて縮径するテーパ部２１ａが形成されている。

　第二のマンドレル２０Ａの第三の柱部２１の外径Ｄ₂₁は、第一のマンドレル１０Ａの第二の柱部１２の外径Ｄ₁₂よりも大きい。第二のマンドレル２０Ａの第四の柱部２２の外径Ｄ₂₂は、第一のマンドレル１０Ａの凹部１０ａの内径Ｄ₁₃と等しい。第二のマンドレル２０Ａの第四の柱部２２の軸方向寸法Ｌ₂₂は、第一のマンドレル１０Ａの凹部１０ａの軸方向寸法（深さ）Ｌ₁₃と等しい。すなわち、第二のマンドレル２０Ａの第四の柱部２２が第一のマンドレル１０Ａの凹部１０ａに嵌合（内嵌）された状態で、第二のマンドレル２０Ａの第四の柱部２２及び第一のマンドレル１０Ａの第二の柱部１２は、互いに連続するように配置される。

　第一のマンドレル１０Ａ及び第二のマンドレル２０Ａは、ボルトＢによって互いに着脱可能に固定されている。ボルトＢは、第一のマンドレル１０Ａ及び第二のマンドレル２０Ａに第二のマンドレル２０Ａ側から挿通されており、第一のマンドレル１０Ａの雌ネジ部１０ｂに螺合されることによって、第一のマンドレル１０Ａ及び第二のマンドレル２０Ａを締結する。なお、第一のマンドレル１０Ａ及び第二のマンドレル２０Ａ及び第二のマンドレル２０Ａは、ボルトＢによる締結以外の手法、例えば、スナップリング等によって互いに固定されてもよい。

≪弾性部材≫
　弾性部材３０は、弾性材料によって形成されており、内径が均一な筒形状（本実施形態では、円筒形状）を呈する部材である。本実施形態において、弾性部材３０は、繊維強化樹脂製筒体２の内部から除去される。弾性部材３０は、繊維強化樹脂製筒体２の製造段階において、金属製筒部材５０の位置を固定する機能及び金属製筒部材５０の内周面側に樹脂４４が浸入することを防止するシール性を実現する部材である。また、弾性部材３０は、第一のマンドレル１０Ａを繊維強化樹脂製筒体２の内部から取り出す際に、樹脂カスを排出するスペースを確保するための部材である。弾性部材３０には、繊維強化樹脂製筒体２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、ＮＲ（天然ゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等が挙げられる。

　弾性部材３０Ａの内径Ｄ₃₁（図７参照）は、第二の柱部１２の外径Ｄ₁₂と等しく、第三の柱部２１の外径Ｄ₂₁よりも小さい。弾性部材３０Ａは、第二のマンドレル２０Ａが内嵌されることによって、第二のマンドレル２０Ａと金属製筒部材５０との間で挟持されて径方向に圧縮され、その組織が第一のマンドレル１０Ａ側に流動する。弾性部材３０の外径Ｄ₃₂（図７参照）は、第一の柱部１１の外径Ｄ₁₁よりも大きい。弾性部材３０の軸方向寸法Ｌ₃₀は、第二の柱部１２の軸方向寸法Ｌ₁₂及び第三の柱部２１の軸方向寸法Ｌ₂₁の合計と等しい。かかる弾性部材３０Ａは、第二の柱部１２及び第三の柱部２１に嵌合（外嵌）される。

　なお、弾性部材３０Ａの軸方向寸法Ｌ₃₀（及び後記する金属製筒部材５０の軸方向寸法Ｌ₅₀）は、第二の柱部１２の軸方向寸法Ｌ₂₂及び第三の柱部２１の軸方向寸法の合計よりも小さくてもよい。この場合には、第三の柱部２１の端部が弾性部材３０Ａ及び金属製筒部材５０から軸方向に露出するようになり、後記するステップＳ９において、第二のマンドレル２０Ａを取り外しやすくなる。なお、弾性部材３０Ａの軸方向寸法Ｌ₃₀の他部材の軸方向寸法との関係は、前記したものに限定されない。

＜繊維強化樹脂製筒体＞
　図２に示すように、治具１Ａ（図１参照）を用いて製造される繊維強化樹脂製筒体２は、例えば車両用の動力伝達軸（プロペラシャフト）、高圧タンク、ゴルフクラブのシャフト、釣り竿等に適用可能な筒体であり、繊維強化樹脂製筒部材４０と、一対の金属製筒部材５０，５０と、を備える。

＜繊維強化樹脂製筒部材＞
　繊維強化樹脂製筒部材４０は、治具１Ａの外周面に沿うように筒状に形成された繊維強化樹脂層（樹脂含有繊維層）である。繊維強化樹脂製筒部材４０の軸方向両端部（金属製筒部材５０が固定される部位）は、軸方向中間部と比較して大径に形成されている。図３～図５に示すように、繊維強化樹脂製筒部材４０は、炭素繊維層として、径方向内側（治具１Ａ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。第二の炭素繊維層４２及び第三の炭素繊維層４３を構成する炭素繊維（第二炭素繊維）は、第一の炭素繊維層４１を構成する炭素繊維（第一炭素繊維）よりも強度が大きく、弾性率が小さい。なお、図３～図５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、金属製筒部材５０の一部（治具１Ａの両端部に対応する部位）の外周面は、繊維強化樹脂製筒部材４０によって被覆されておらず、当該繊維強化樹脂製筒部材４０から突出している。

　繊維強化樹脂製筒部材４０は、軸方向中間部４０ａと、軸方向中間部４０ａの軸方向端部から軸方向外側に延設される一対の軸方向端部４０ｂ，４０ｂと、を一体に備える。軸方向端部４０ｂの内径Ｄ₄₂は、軸方向中間部４０ａの内径Ｄ₄₁よりも大きい。

≪第一の炭素繊維層≫
　図３に示すように、第一の炭素繊維層４１は、第一のマンドレル１０Ａ等の外周面に対して、当該第一のマンドレル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、第一のマンドレル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、第一のマンドレル１０Ａの軸線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４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、第一のマンドレル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、第一のマンドレル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、第一のマンドレル１０Ａの軸線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５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、第一のマンドレル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、第一のマンドレル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、第一のマンドレル１０Ａの軸線に対する炭素繊維の配向角度は、－４５°である。

≪金属製筒部材≫
　金属製筒部材５０は、筒形状（本実施形態では、円筒形状）を呈する金属製部材である。金属製筒部材５０は、その軸方向一部が繊維強化樹脂製筒部材４０の軸方向端部４０ｂの内周面に固定されており、その軸方向他部が繊維強化樹脂製筒部材４０から軸方向に突出している。

　金属製筒部材５０の内径Ｄ₅₁は、第一の柱部１１の外径Ｄ₁₁（すなわち、繊維強化樹脂製筒部材４０の軸方向中間部４０ａの内径Ｄ₄₁）よりも大きく、弾性部材３０Ａの外径（通常状態）Ｄ₃₂（図７参照）よりもわずかに大きい（後記する第二、第三及び第四の実施形態でも同様）。金属製筒部材５０の軸方向寸法Ｌ₅₀は、弾性部材３０Ａの軸方向寸法Ｌ₃₀と等しい。かかる金属製筒部材５０は、製造途中段階において、弾性部材３０Ａに嵌合（外嵌）される。なお、金属部材５０の軸方向寸法Ｌ₅₀の他部材の軸方向との関係は、前記したものに限定されない。

　金属製筒部材５０は、他の金属製部材を取り付けるための部材である。例えば、繊維強化樹脂製筒体２が車両の動力伝達軸（プロペラシャフト）として用いられる場合には、金属製筒部材５０には、自在継手（ヨーク、プランジジョイント軸部材）が溶接等によって接合される。

＜製造方法＞
　続いて、本発明の第一の実施形態に係る治具１Ａを用いた繊維強化樹脂製筒体２の製造方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。繊維強化樹脂製筒体２の製造方法は、マンドレル形成工程（ステップＳ１）と、マンドレル形成工程の後に実行される弾性部材嵌合工程（ステップＳ２）と、を含む。また、繊維強化樹脂製筒体２の製造方法は、弾性部材嵌合工程の後に実行される金属製筒部材嵌合工程（ステップＳ３）と、金属製筒部材嵌合工程の後に実行される第二のマンドレル嵌合工程（ステップＳ４）と、を含む。また、繊維強化樹脂製筒体２の製造方法は、第二のマンドレル嵌合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、繊維強化樹脂製筒体２の製造方法は、金型内設置工程の後に実行される成型工程（ステップＳ７）と、成型工程の後に実行される取出工程（ステップＳ８）と、取出工程の後に実行される治具除去工程（ステップＳ９）と、を含む。

　ステップＳ１は、図１に示される樹脂製の第一のマンドレル１０Ａ及び第二のマンドレル２０Ａ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、図７に示すように、第一のマンドレル１０Ａと一対の弾性部材３０，３０とを互いに嵌合させる。本実施形態では、弾性部材３０Ａの軸方向一部を第二の柱部１２に外嵌させる。

　ステップＳ２に続いて、ステップＳ３で、図８に示すように、弾性部材３０と金属製筒部材５０とを互いに嵌合させる。本実施形態では、金属製筒部材５０を弾性部材３０Ａに外嵌させる。

　ステップＳ３に続いて、ステップＳ４で、図１に示すように、第二のマンドレル２０Ａと第一のマンドレル１０Ａ及び弾性部材３０Ａの軸方向他部とを互いに嵌合させる。本実施形態では、第四の柱部２２を凹部１０ａに内嵌させるとともに、第三の柱部２１を弾性部材３０Ａの軸方向他部に内嵌させる。ここで、第二のマンドレル２０Ａは、ボルトＢを締め付けることで生じる軸力によって、弾性部材３０Ａを径方向に圧縮させながら第一のマンドレル１０Ａと当接するまで弾性部材３０Ａに内嵌される。そして、弾性部材３０Ａの軸方向他部は、第三の柱部２１及び金属製筒部材５０によって挟持されることによって、径方向に圧縮変形する。圧縮変形した弾性部材３０Ａは、圧縮されていない第二の柱部１２と金属製筒部材５０との間に流動することによって、弾性部材３０Ａの外周面と金属製筒部材５０との間との間に生じるわずかな隙間、及び、弾性部材３０Ａと第二の柱部１２との間に生じるわずかな隙間を塞ぐことができる。

　ステップＳ４に続いて、ステップＳ５Ａで、図３に示すように、第一の炭素繊維層４１が第一のマンドレル１０Ａの第一の柱部１１及び金属製筒部材５０，５０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４に示すように、第二の炭素繊維層４２が第一のマンドレル１０Ａの第一の柱部１１及び金属製筒部材５０，５０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５に示すように、第三の炭素繊維層４３が第一のマンドレル１０Ａの第一の柱部１１及び金属製筒部材５０，５０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、金属製筒部材５０の軸方向における第一の柱部１１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、多給糸フィラメントワインディング（ＭＦＷ）法によって第一のマンドレル１０Ａの第一の柱部１１及び金属製筒部材５０，５０の外周面上に同時進行的に配置される。多給糸フィラメントワインディング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Ｓ５Ａ～Ｓ５Ｃにおいて、炭素繊維層４１～４３は、図示しない装置によって第一のマンドレル１０Ａ等の外周面上に配置される。かかる装置は、炭素繊維層４１～４３の配向角度を適宜設定変更可能である。なお、炭素繊維層４１～４３は、前記装置によって一体的な筒状を構成するように配置されてから、第一のマンドレル１０Ａ等の外周面上に配置される構成であってもよい。

　（単給糸）フィラメントワインディング法では、放射状に延びる複数のピンを有する治具をマンドレルの両端部に配置し、1本の炭素繊維をピンに係止した状態でマンドレルの外周面上に巻回することを繰り返すことによって、繊維層を形成する。そのため、（単給糸）フィラメントワインディング法では、第一のマンドレル１０Ａ等に巻回されずに１周未満で配置する必要がある炭素繊維層４１を、第一のマンドレル１０Ａ等の外周面上に好適に保持することができないおそれがある。

　これに対し、多給糸フィラメントワインディング法では、炭素繊維層４１～４３のそれぞれに関して、複数の炭素繊維によって筒状の層を構成するように配置した状態で、当該筒状の層に治具１Ａ及び金属製筒部材５０を挿通させる（又は、治具１Ａ及び金属製筒部材５０に当該筒状の層を外嵌させる）。また、多給糸フィラメントワインディング法では、炭素繊維層４１～４３を同時進行的に形成することができる。したがって、多給糸フィラメントワインディング法では、第一のマンドレル１０Ａ等に巻回されずに１周未満で配置する必要がある炭素繊維層４１を径方向外側の炭素繊維層４２，４３によって第一のマンドレル１０Ａ等の外周面上に好適に保持することができる。

　ステップＳ５Ｃに続いて、ステップＳ６で、治具１Ａ及び各炭素繊維層４１～４３の組立体を、成形装置１００（金型）内に設置する（図９参照）。

　ステップＳ６に続いて、ステップＳ７で、図９に示すように、当該成形装置１００内に樹脂４４が供給される。これにより、治具１Ａ及び金属製筒部材５０，５０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、いわゆるＲＴＭ（Resin Transfer Molding、樹脂注入成形）工法によって繊維強化樹脂製筒部材４０が形成されるとともに、繊維強化樹脂製筒部材４０及び金属製筒部材５０，５０が一体成型される（ステップＳ７、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Ｓ７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）が形成されていてもよい。成形装置１００内に導入された樹脂４４は、炭素繊維層４１～４３の第一の端部の側方に位置する当該樹脂だまりに貯留される。樹脂だまりに貯留された樹脂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の第二の端部の外周面側）に形成された吸引口１０２からの真空吸引によって、治具１Ａ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、繊維強化樹脂製筒部材４０が形成される。

　ステップＳ７に続いて、ステップＳ８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（図１０及び図１１参照）。

　ステップＳ８に続いて、ステップＳ９で、治具抜き取り工程を実行する（図１０→図２）。この治具抜き取り工程は、繊維強化樹脂製筒体２と治具１Ａとを互いに離間させる離間工程の一例であって、金属製筒部材５０の端部開口側から繊維強化樹脂製筒部材４０の外側に治具１Ａを取り出す工程である。これにより、繊維強化樹脂製筒体２の軽量化が達成されることとなる。

　治具１Ａの抜き取りは、第二のマンドレル２０Ａ→弾性部材３０Ａ→第一のマンドレル１０Ａの順番に実行される。かかる治具抜き取り工程によると、金属製筒部材５０の内周面に樹脂４４が浸入することが抑制され、金属製筒部材５０の内周面に樹脂カスが発生することが抑制される。また、第一のマンドレル１０Ａの抜き取り時に第一の柱部１１と繊維強化製筒部材５０との間から発生する樹脂カス（コンタミ）が排出されるスペースが弾性部材３０の抜き取りによって確保されるので、治具１Ａの抜き取り（脱芯）の作業性を向上することができる。

　本発明の第一の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体２は、繊維強化樹脂製筒部材４０と、前記繊維強化樹脂製筒部材４０の端部（軸方向端部４０ｂ）の内周面に固定されている金属製筒部材５０と、を備え、前記金属製筒部材５０の内径Ｄ₅₁は、前記繊維強化樹脂製筒部材４０の内径Ｄ₄₁よりも大きい。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体２は、樹脂カスの？み込みを防止し、脱芯の作業性を向上することができる。

　繊維強化樹脂製筒体２において、前記繊維強化樹脂製筒部材４０は、ＭＦＷ工法及びＲＴＭ工法によって前記金属製筒部材５０に一体に成形されている。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体２は、ＭＦＷ工法及びＲＴＭ工法に固有の問題を解決することができ、安定して大量に生産することができる。

　また、本発明の第一の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体２の製造方法は、第一の柱部１１と、前記第一の柱部１１の端部から軸方向に延設されており、前記第一の柱部１１よりも小径な第二の柱部１２と、を有する第一のマンドレル１０Ａの前記第二の柱部１２と筒状の弾性部材３０Ａの一部とを互いに嵌合させる工程（ステップＳ２）と、前記弾性部材３０Ａと金属製筒部材５０とを前記金属製筒部材５０が径方向外側になるように互いに嵌合させる工程（ステップＳ３）と、前記弾性部材３０Ａの他部と柱状の第二のマンドレル２０Ａとを互いに嵌合させる工程（ステップＳ４）と、前記第一のマンドレル１０Ａ及び前記金属製筒部材５０の外周面上に繊維強化樹脂製筒部材４０を形成する工程（ステップＳ５Ａ，Ｓ５Ｂ，Ｓ５Ｃ，Ｓ６，Ｓ７）と、前記第一のマンドレル１０Ａ、前記弾性部材３０Ａ及び前記第二のマンドレル２０Ａと、前記繊維強化樹脂製筒部材４０及び前記金属製筒部材５０と、を互いに離間させる工程（ステップＳ９）と、を含む。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体２の製造方法によると、樹脂カスの？み込みを防止し、脱芯の作業性、ひいては繊維強化樹脂製筒体２の生産性を向上することができる。

　また、本発明の第一の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａは、外周面に繊維が配置される第一の柱部１１と、前記第一の柱部１１の端部から軸方向に延設されており、前記第一の柱部１１よりも小径な第二の柱部１２と、を有する第一のマンドレル１０Ａと、前記第二の柱部１２と同軸上に配置されており、前記第一の柱部１１から離間する方向に延在する第三の柱部２１を有する第二のマンドレル２０Ａと、前記第二の柱部１２及び前記第三の柱部２１に嵌合されるとともに、前記第一の柱部１１の外径よりも大きい外径を有する筒状の弾性部材３０Ａと、を備える。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａは、繊維強化樹脂製筒部材４０及び金属製筒部材５０が一体化された繊維強化樹脂製筒体２を製造する際に、樹脂カスの？み込みを防止し、脱芯の作業性、ひいては繊維強化樹脂製筒体２の生産性を向上することができる。

　繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａにおいて、前記第二のマンドレル２０Ａは、前記弾性部材３０の内径よりも大きい外径Ｄ₂₂を有する。
　かかる繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａによると、第三の柱部２１と金属製筒部材５０との間で挟持され圧縮された弾性部材３０Ａが圧縮され、弾性部材３０Ａが第二の柱部１２と金属製筒部材５０との間に流動するように変形する。そして第二の柱部１２と弾性部材３０Ａとの間に生じるわずかな隙間、及び、金属製筒部材５０と弾性部材３０Ａとの間に生じるわずかな隙間を低減することができる。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａは、弾性部材３０Ａと他部材との間に樹脂４４が浸入すること抑制し、脱芯の作業性、ひいては繊維強化樹脂製筒体２の生産性を向上することができる。

　繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａにおいて、前記第三の柱部２１の外周面において前記第二の柱部１２側となる端部は、前記第二の柱部１２に向かうにつれて縮径するテーパ面（テーパ部２１ａ）を構成する。
　かかる繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａによると、第三の柱部２１と金属製筒部材５０との間で挟持され圧縮された弾性部材３０Ａが、テーパ部２１ａによって第二の柱部１２に指向して変形することが促されることによって、第二の柱部１２と弾性部材３０Ａとの間に生じるわずかな隙間、及び、金属製筒部材５０と弾性部材３０Ａとの間に生じるわずかな隙間を低減することができる。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａは、弾性部材３０Ａと他部材との間に樹脂４４が浸入することを抑制し、脱芯の作業性低下、ひいては繊維強化樹脂製筒体２の生産性を向上することができる。

　繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａにおいて、前記第一のマンドレル１０Ａ及び前記第二のマンドレル２０Ａの一方（本実施形態では、第二のマンドレル２０Ａ）は、前記第一のマンドレル１０Ａ及び前記第二のマンドレル２０Ａの他方（本実施形態では、第一のマンドレル１０Ａ）に形成される凹部１０ａに挿通される第四の柱部２２を有する。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ａは、第一のマンドレル１０Ａ及び第二のマンドレル２０Ａの中心軸を確実に合わせることによって、弾性部材４０の圧縮の周方向における均等化を実現することができる。

＜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について、第一の実施形態に係る治具１Ａとの相違点を中心に説明する。

　図１２及び図１３に示すように、本発明の第二の実施形態に係る治具１Ｂは、第二のマンドレル２０Ａ及び弾性部材３０Ａに代えて、第二のマンドレル２０Ｂ及び弾性部材３０Ｂを備える。

≪第二のマンドレル≫
　第二のマンドレル２０Ｂは、テーパ部２１ａを有していない。第二のマンドレル２０Ｂにおいて、第三の柱部２１の外径Ｄ₂₁は、第二の柱部１２の外径Ｄ₁₂と等しい。

≪弾性部材≫
　弾性部材３０Ｂは、内周面に段差形状を有しており、第二の柱部１２と嵌合可能な軸方向一部の薄肉部３１と、第三の柱部２１と嵌合可能な軸方向他部の厚肉部３２と、を一体に備える。薄肉部３１の内径Ｄ₃₃は、第二の柱部１２の外径Ｄ₁₂と等しく、厚肉部３２の内径Ｄ₃₄は、第三の柱部２１の外径Ｄ₂₁よりも小さい。

　本発明の第二の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ｂにおいて、前記第三の柱部２１の外径は、前記弾性部材３０Ｂの内径よりも大きい。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ｂは、弾性部材３０Ｂを前記した弾性部材３０Ａと同様に好適に圧縮することができ、金属製筒部材５０の内周面側への樹脂４４の進入を好適に防止することができる。

＜第三の実施形態＞
　続いて、本発明の第三の実施形態に係る治具について、第一の実施形態に係る治具１Ａとの相違点を中心に説明する。

　図１４及び図１５に示すように、本発明の第三の実施形態に係る治具１Ｃは、第二のマンドレル２０Ａ及び弾性部材３０Ａに代えて、第二のマンドレル２０Ｃ及び弾性部材３０Ｃを備える。

≪第二のマンドレル≫
　第二のマンドレル２０Ｃは、テーパ部２１ａを有していない。第二のマンドレル２０Ｃにおいて、第三の柱部２１の外径Ｄ₂₁は、第二の柱部１２の外径Ｄ₁₂と等しい。また、第二のマンドレル２０Ｃは、第三の柱部２１の軸方向寸法が第一の実施形態よりも大きく設定されており、第三の柱部２１から径方向外側に突出するフランジ部２３を備える。

≪弾性部材≫
　弾性部材３０Ｃは、第一の柱部１１及び第二の柱部１２の境界に構成される第一の端面１０ｃと、フランジ部２３に構成される第二の端面２０ａと、によって挟持される。

　弾性部材３０Ｃの軸方向寸法（通常状態）Ｌ₃₀は、第一の端面１０ｂと第二の端面２０ａとの距離、すなわち、第二の柱部１２の軸方向寸法（第一の端面１０ｃと第二の柱部１２の端面１０ｄとの距離）Ｌ₁₂と第三の柱部₂₁の軸方向寸法（第二の端面２０ａと第三の柱部２１及び第四の柱部２２の境界に構成される端面との軸方向の距離）Ｌ₂₁の合計よりもやや大きい。すなわち、弾性部材３０Ｃは、第一の端面１０ｂ及び第二の端面２０ａに挟持されることによって、軸方向に圧縮変形する。

　本発明の第三の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ｃにおいて、前記第二のマンドレル２０Ｃは、前記第一の柱部１１及び前記第二の柱部１２の境界に構成される第一の端面１０ｃと協働して前記弾性部材３０Ｃを挟持する第二の端面２０ａを有する、
　したがって、繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ｃは、弾性部材３０Ｃを軸方向に圧縮することによって弾性部材３０Ｃを径方向に変形させることで、金属製筒部材５０と弾性部材３０との間に生じるわずかな隙間、及び、マンドレル１０Ｃと弾性部材３０Ｃとの間に生じるわずかな隙間を減少させて、これらの隙間への樹脂４４の浸入をより好適に防止することができる。

＜第四の実施形態＞
　続いて、本発明の第四の実施形態に係る治具について、第三の実施形態に係る治具１Ｃとの相違点を中心に説明する。

　図１６及び図１７に示すように、本発明の第三の実施形態に係る治具１Ｄは、第一のマンドレル１０Ａに代えて、第一のマンドレル１０Ｄを備える。第一のマンドレル１０Ｄにおいて、第二の柱部１２の外周面（少なくとも第三の柱部２１側となる端部、本実施形態では、軸方向全体）は、第三の柱部２１に向かうにつれて縮径するテーパ面（テーパ部１２ａ）を構成する。

　本発明の第四の実施形態に係る繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ｄにおいて、前記第二の柱部１２の外周面において前記第三の柱部２１側となる端部は、前記第三の柱部２１に向かうにつれて縮径するテーパ面（テーパ部１２ａ）を構成する。
　かかる繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ｄによると、第二のマンドレル２０Ｃに設けられる第二の端面２０ａによって軸方向に圧縮された弾性部材３０Ｃが、テーパ面によってさらに圧縮されることによって、弾性部材３０Ｃと第二の柱部１２との間に生じるわずかな隙間、及び、弾性部材３０Ｃと金属製筒体５０との間に生じるわずかな隙間を低減し、これらの隙間への樹脂４４の浸入を抑制する。
　したがって、繊維強化樹脂製筒体製造用治具１Ｄは、樹脂カスの発生及び噛み込みを防止し、第一のマンドレル１０Ｄの繊維強化樹脂製筒体２からの脱着を容易化することができる。

　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、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、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。また、第四の柱部が第一のマンドレル１０Ａ，１０Ｄ側に設けられており、凹部が第二のマンドレル２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ側に設けられていてもよい。また、金属製筒部材５０は、繊維強化樹脂製筒部材４０の一方の軸方向端部３０ｂにのみ固定されている構成であってもよい。この場合には、他方の軸方向端部（軸方向中間部３０ａと同一の内径かつ外径を呈する）には、金属製柱部材が固定されていてもよい。また、第一～第四の実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

　１　　　繊維強化樹脂製筒体製造用治具
　２　　　繊維強化樹脂製筒体
　１０Ａ，１０Ｄ　第一のマンドレル
　１０ａ　凹部
　１１　　第一の柱部
　１２　　第二の柱部
　２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ　第二のマンドレル
　２１　　第三の柱部
　２２　　第四の柱部
　３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ　弾性部材
　４０　　繊維強化樹脂製筒部材
　５０　　金属製筒部材

Claims

　繊維強化樹脂製筒部材と、
　前記繊維強化樹脂製筒部材の端部の内周面に固定されている金属製筒部材と、
　を備え、
　前記金属製筒部材の内径は、前記繊維強化樹脂製筒部材の内径よりも大きい、
　繊維強化樹脂製筒体。
　前記繊維強化樹脂製筒部材は、ＭＦＷ工法及びＲＴＭ工法によって前記金属製筒部材に一体に成形されている、
　請求項１に記載の繊維強化樹脂製筒体。
　第一の柱部と、前記第一の柱部の端部から軸方向に延設されており、前記第一の柱部よりも小径な第二の柱部と、を有する第一のマンドレルの前記第二の柱部と筒状の弾性部材の一部とを互いに嵌合させる工程と、
　前記弾性部材と金属製筒部材とを前記金属製筒部材が径方向外側になるように互いに嵌合させる工程と、
　前記弾性部材の他部と柱状の第二のマンドレルとを互いに嵌合させる工程と、
　前記第一のマンドレル及び前記金属製筒部材の外周面上に繊維強化樹脂製筒部材を形成する工程と、
　前記第一のマンドレル、前記弾性部材及び前記第二のマンドレルと、前記繊維強化樹脂製筒部材及び前記金属製筒部材と、を互いに離間させる工程と、
　を含む繊維強化樹脂製筒体の製造方法。
　外周面に繊維が配置される第一の柱部と、
　前記第一の柱部の端部から軸方向に延設されており、前記第一の柱部よりも小径な第二の柱部と、
　を有する第一のマンドレルと、
　前記第二の柱部と同軸上に配置されており、前記第一の柱部から離間する方向に延在する第三の柱部を有する第二のマンドレルと、
　前記第二の柱部及び前記第三の柱部に嵌合されるとともに、前記第一の柱部の外径よりも大きい外径を有する筒状の弾性部材と、
　を備える繊維強化樹脂製筒体製造用治具。
　前記第三の柱部の外径は、前記弾性部材の内径よりも大きい、
　請求項４に記載の繊維強化樹脂製筒体製造用治具。
　前記第二のマンドレルは、前記第一の柱部及び前記第二の柱部の境界に構成される第一の端面と協働して前記弾性部材を挟持する第二の端面を有する、
　請求項４に記載の繊維強化樹脂製筒体製造用治具。
　前記第三の柱部の外周面において前記第二の柱部側となる端部は、前記第二の柱部に向かうにつれて縮径するテーパ面を構成する、
　請求項５に記載の繊維強化樹脂製筒体製造用治具。
　前記第一のマンドレル及び前記第二のマンドレルの一方は、前記第一のマンドレル及び前記第二のマンドレルの他方に形成される凹部に挿通される第四の柱部を有する、
　請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製筒体製造用治具。