(57)【要約】【課題】炭素繊維強化樹脂製のパイプと金属部品とを連結することでバー状部品を構成する場合において、バー状部品の製造コストの低減を図りつつ、強度を向上させることができるバー状部品の製造方法を提供すること。【解決手段】バー状部品２２は、パイプ１０と、金属部品１７、１８とを含む。バー状部品２２の製造方法は、粗面加工が施された外周面１６Ａを有する金属円環１６を含む芯材に炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を巻き付ける工程と、芯材の外周面に巻き付けられた熱可塑性樹脂繊維２６を加圧しながら加熱することで熱可塑性樹脂繊維２６を溶融させる工程と、溶融して炭素繊維２５に含浸した熱可塑性樹脂を冷却することで、外周面１６Ａに対して端部１０Ａ、１０Ｂが外嵌固定されたパイプ１０を形成する工程と、金属部品１７、１８と金属円環１６とをねじ締結させる工程とを含む。【選択図】図８
2015131423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化熱可塑性樹脂製のパイプと、前記パイプの軸方向における端部に締結される金属部品とを含むバー状部品の製造方法であって、
前記軸方向に延びる金属製のマンドレルに対して、粗面加工が施された外周面を有する金属円環を外嵌することによって、前記マンドレルと前記金属円環とを含む芯材を準備する工程と、
炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維のそれぞれを前記芯材の外周面に巻き付ける工程と、
前記芯材の外周面に巻き付けられた前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を加圧しながら加熱することで前記熱可塑性樹脂繊維を溶融させる工程と、
溶融して前記炭素繊維に含浸した熱可塑性樹脂を冷却することで、前記金属円環の外周面に対して前記端部が外嵌固定された前記パイプを形成する工程と、
前記芯材のうち前記マンドレルだけを前記パイプから引き抜く工程と、
前記金属部品と前記金属円環の内周面とをねじ締結させる工程と、
を含むことを特徴とする、バー状部品の製造方法。
【請求項２】
炭素繊維強化熱可塑性樹脂製のパイプと、前記パイプの軸方向における端部に締結される金属部品とを含むバー状部品の製造方法であって、
前記軸方向に延びる金属製のマンドレルに対して、粗面加工が施された外周面を有する金属円環を外嵌することによって、前記マンドレルと前記金属円環とを含む芯材を準備する工程と、
炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維のそれぞれを前記芯材の外周面に巻き付ける工程と、
前記芯材の外周面に巻き付けられた前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を加熱してから加圧することで前記熱可塑性樹脂繊維を溶融させる工程と、
溶融して前記炭素繊維に含浸した熱可塑性樹脂を冷却することで、前記金属円環の外周面に対して前記端部が外嵌固定された前記パイプを形成する工程と、
前記芯材のうち前記マンドレルだけを前記パイプから引き抜く工程と、
前記金属部品と前記金属円環の内周面とをねじ締結させる工程と、
を含むことを特徴とする、バー状部品の製造方法。
【請求項３】
前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を前記芯材の外周面に巻き付ける工程は、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を互いに組み合わせて構成された織物シートを前記芯材の外周面に巻き付ける工程を含むことを特徴とする、請求項１または２記載のバー状部品の製造方法。
【請求項４】
前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を前記芯材の外周面に巻き付ける工程は、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を組み合わせて構成された組紐を前記芯材の外周面に巻き付ける工程を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のバー状部品の製造方法。
【請求項５】
前記金属部品に設けられた雄ねじ部にねじ締結される雌ねじ部を、前記金属円環の内周面に形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のバー状部品の製造方法。
【請求項６】
前記バー状部品は、ラックアンドピニオン式のステアリング装置に含まれるラックバーを構成していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のバー状部品の製造方法。
【請求項７】
前記パイプは、ラックを有し、
前記ラックは、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を加圧する工程で形成されることを特徴とする、請求項６記載のバー状部品の製造方法。
【請求項８】
前記金属部品は、ラックを有することを特徴とする、請求項６記載のバー状部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば車両のステアリング装置を構成するバー状部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１のプロペラシャフトは、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製本体筒の端部内側に、その本体筒の内径と実質的に等しい金属製薄肉リングが装着され、その薄肉リングの内側に、薄肉リングの内径よりも大きな外径を有する金属製継手が圧入されることによって製造される。当該圧入の際、薄肉リングの外周面に配置した硬質の粒子がＦＲＰ製本体筒の内面に食い込む。また、繊維強化プラスチックの応用例としては、下記特許文献２のように、芯金にプリプレグを巻きつけて積層し、炭素繊維強化プラスチック外殻を形成し、次に、炭素繊維強化プラスチック外殻の外径面を切削加工することでラック歯部が形成されたラックが挙げられる。
【０００３】
一方、下記特許文献３のラックの製造方法では、金属製の芯金に有機繊維からなるフィラメント束を、液状熱硬化性樹脂を含浸させながら巻き付けた後、熱硬化性樹脂の硬化温度にて加熱し、熱硬化性樹脂を硬化させることで、芯金の外周に接合された筒状体を得る。この筒状体にギア歯を形成することによって、ラックが製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−９１４３３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５３３１４号公報
【特許文献３】特開２０１０−８９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のプロペラシャフトでは、薄肉リングと継手との圧入によって、薄肉リングの外周面が繊維強化プラスチック製本体筒の内面に食い込むため、本体筒における繊維強化プラスチック内の繊維が切断される虞がある。繊維が切断されると、本体筒と継手との連結部の強度が低下する虞がある。また、特許文献２のように炭素繊維強化プラスチック外殻の外径面に切削加工を施す場合も炭素繊維が切断されるため、ラックの強度が低下する虞がある。
【０００６】
一方で、製造時間の短縮化は、製造コストを低減させるために常に求められている。しかし、特許文献３のように熱硬化性樹脂から筒状体を得るには、硬化のために長時間を要するため、製造コストが増大する虞がある。
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、炭素繊維強化樹脂製のパイプと金属部品とを連結することでバー状部品を構成する場合において、バー状部品の製造コストの低減を図りつつ、強度を向上させることができるバー状部品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂製のパイプ（１０）と、前記パイプの軸方向（Ｘ）における端部（１０Ａ，１０Ｂ）に締結される金属部品（１７，１８）とを含むバー状部品（２２）の製造方法であって、前記軸方向に延びる金属製のマンドレル（２４）に対して、粗面加工が施された外周面（１６Ａ）を有する金属円環（１６）を外嵌することによって、前記マンドレルと前記金属円環とを含む芯材（２３）を準備する工程と、炭素繊維（２５）および熱可塑性樹脂繊維（２６）のそれぞれを前記芯材の外周面（２３Ａ）に巻き付ける工程と、前記芯材の外周面に巻き付けられた前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を加圧しながら加熱することで前記熱可塑性樹脂繊維を溶融させる工程と、溶融して前記炭素繊維に含浸した熱可塑性樹脂を冷却することで、前記金属円環の外周面に対して前記端部が外嵌固定された前記パイプを形成する工程と、前記芯材のうち前記マンドレルだけを前記パイプから引き抜く工程と、前記金属部品と前記金属円環の内周面（１６Ｂ）とをねじ締結させる工程と、を含むことを特徴とする、バー状部品の製造方法である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂製のパイプ（１０）と、前記パイプの軸方向（Ｘ）における端部（１０Ａ，１０Ｂ）に締結される金属部品（１７，１８）とを含むバー状部品（２２）の製造方法であって、前記軸方向に延びる金属製のマンドレル（２４）に対して、粗面加工が施された外周面（１６Ａ）を有する金属円環（１６）を外嵌することによって、前記マンドレルと前記金属円環とを含む芯材（２３）を準備する工程と、炭素繊維（２５）および熱可塑性樹脂繊維（２６）のそれぞれを前記芯材の外周面（２３Ａ）に巻き付ける工程と、前記芯材の外周面に巻き付けられた前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を加熱してから加圧することで前記熱可塑性樹脂繊維を溶融させる工程と、溶融して前記炭素繊維に含浸した熱可塑性樹脂を冷却することで、前記金属円環の外周面に対して前記端部が外嵌固定された前記パイプを形成する工程と、前記芯材のうち前記マンドレルだけを前記パイプから引き抜く工程と、前記金属部品と前記金属円環の内周面（１６Ｂ）とをねじ締結させる工程と、を含むことを特徴とする、バー状部品の製造方法である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を前記芯材の外周面に巻き付ける工程は、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を互いに組み合わせて構成された織物状の織物シート（４０）を前記芯材の外周面に巻き付ける工程を含むことを特徴とする、請求項１または２記載のバー状部品の製造方法である。
請求項４記載の発明は、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を前記芯材の外周面に巻き付ける工程は、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を組み合わせて構成された組紐（３７）を前記芯材の外周面に巻き付ける工程を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のバー状部品の製造方法である。
【００１０】
請求項５記載の発明は、前記金属部品に設けられた雄ねじ部（２０）にねじ締結される雌ねじ部（１９）を、前記金属円環の内周面に形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のバー状部品の製造方法である。
請求項６記載の発明は、前記バー状部品は、ラックアンドピニオン式のステアリング装置（１）に含まれるラックバー（８）を構成していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のバー状部品の製造方法である。
【００１１】
請求項７記載の発明は、前記パイプは、ラック（１５）を有し、前記ラックは、前記炭素繊維および前記熱可塑性樹脂繊維を加圧する工程で形成されることを特徴とする、請求項６記載のバー状部品の製造方法である。
請求項８記載の発明は、前記金属部品は、ラック（１５）を有することを特徴とする、請求項６記載のバー状部品の製造方法である。
【００１２】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、バー状部品は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂製のパイプと、パイプの軸方向における端部に締結される金属部品とを含んでいる。また、バー状部品の製造の際に準備される芯材は、軸方向に延びるマンドレルと、外周面に粗面加工（凹凸加工）が施され、マンドレルに外嵌される金属円環とを含んでいる。炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維は、芯材の外周面に巻き付けられることにより、途中で切断されることなく金属円環の外周面の凹部に進入する。次に、加圧しながら加熱されることで、より多くの炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維が凹部に進入する。熱可塑性樹脂繊維における熱可塑性樹脂は、加熱後に冷却されることで、金属円環の外周面の凹凸に沿った形状で固化する。そのため、パイプの端部は、金属円環の外周面に対して密着することができる。また、金属円環の外周面の凹部に進入した炭素繊維が抜け止めとして機能するため、パイプと金属円環とが強固に接続される。
【００１４】
その後、芯材のうちマンドレルだけがパイプから引き抜かれ、パイプの端部には、金属円環が内嵌された状態になっている。そして、金属部品と金属円環とは、ねじ締結されているため、金属円環に余計な力を加えることなく、パイプの端部と金属部品とを確実かつ強固に締結させることができる。そのため、金属部品が金属円環に圧入される場合とは異なり、金属円環の外周面がパイプに食い込むことがないことから、パイプにおける炭素繊維は切断されることはないので、パイプの強度は、低減されない。
【００１５】
このように熱可塑性樹脂繊維を用いてパイプを形成するのに要する時間は、熱硬化性樹脂を用いてパイプを形成する際に必要な硬化時間よりも短い。そのため、加工に要する時間を短縮することができ、結果として製造コストの低減を図ることができる。
以上の結果、炭素繊維強化樹脂製のパイプと金属部品とを連結することでバー状部品を構成する場合において、バー状部品の製造コストの低減を図りつつ、強度を向上させることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明のように、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維を加熱してから加圧することで熱可塑性樹脂繊維を溶融させる場合であっても、請求項１と同様にバー状部品の製造コストの低減を図りつつ、強度を向上させることができる。
請求項３記載の発明によれば、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維を心材の外周面に巻きつける工程として、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維を互いに組み合わせて構成された織物シートを芯材の外周面に巻き付ける。これにより、炭素繊維をパイプの軸方向に配向させることができるため、軸方向の応力に対するパイプの強度の向上を図ることができる。そして、このようにパイプの強度が向上できる分だけ、織物シートを芯材の外周面に巻き付ける回数を低減してパイプを細くすることができるため、バー状部品の軽量化を図ることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維を心材の外周面に巻きつける工程として、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維を組み合わせて構成された組紐を芯材の外周面に巻き付ける。これにより、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維を均一に芯材の外周面に巻き付けることができるため、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維のそれぞれの割合が均一なパイプを得ることができる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、金属部品と金属円環の内周面とのねじ締結に関し、金属部品に設けられた雄ねじ部が、金属円環の内周面に形成された雌ねじ部にねじ締結される。雌ねじ部を金属円環の内周面に形成する工程は、金属円環がマンドレルに外嵌される前に行われてもよいし、マンドレルがパイプから引き抜かれた後に行われてもよい。
請求項６記載の発明のように、バー状部品は、ラックアンドピニオン式のステアリング装置に含まれるラックバーを構成していてもよい。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、パイプは、ラックを有している。これにより、ラックバーに占める炭素繊維強化熱可塑性樹脂製のパイプの割合を増大させることができるため、ラックバーの軽量化を図ることができる。また、ラックは、パイプを切削することで形成されるのではなく、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維を加圧する際に形成されることから、炭素繊維が切断されることはないので、バー状部品の強度を向上させることができる。
【００２０】
請求項８記載の発明のように、金属部品がラックを有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態におけるバー状部品２２を備えるステアリング装置１の概略正面図である。
【図２】図２は、バー状部品２２の製造工程を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は、図２の次の工程を模式的に示した図である。
【図４】図４は、図３の工程後の芯材２３および被成形体３６を模式的に示した断面図である。
【図５】図５は、図４において一点鎖線で囲った部分を拡大した図である。
【図６】図６は、図３の次の工程を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は、図６の次の工程を示す模式的な断面図である。
【図８】図８は、図７の次の工程を示す模式的な断面図である。
【図９】図９は、図８において一点鎖線で囲った部分を拡大した図である。
【図１０】図１０は、図９に第１変形例を適用した図である。
【図１１】図１１は、第２変形例の組紐３７を示した図である。
【図１２】図１２は、第３変形例の織物シート４０を示した図である。
【図１３】図１３は、第４変形例のラックバー８およびその周辺を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるバー状部品２２を備えるステアリング装置１の概略正面図である。
図１を参照して、ステアリング装置１は、操舵部材２と、ステアリングシャフト３と、中間軸５と、ピニオン軸７と、ラックバー８と、ハウジング９とを主に含んでいる。
【００２３】
操舵部材２として、たとえば、ステアリングホイールを用いることができる。操舵部材２には、ステアリングシャフト３の一端が連結されている。ステアリングシャフト３の他端と中間軸５の一端とが自在継手４によって連結されている。また、中間軸５の他端とピニオン軸７の一端とが自在継手６によって連結されている。
ピニオン軸７の他端の外周面にはピニオン１４が一体的に設けられている。ラックバー８は、車両の幅方向（図１の左右方向）に延びる略円柱状である。ここで、ラックバー８が延びる方向を軸方向Ｘとする。軸方向Ｘは、車両の幅方向（図１の左右方向）と同じである。図１のステアリング装置１の姿勢を基準として軸方向Ｘの左方には、符号「Ｘ１」を付し、軸方向Ｘの右方には、符号「Ｘ２」を付す。
【００２４】
ラックバー８の外周面の周上１箇所には、ピニオン１４と噛み合うラック１５が形成されている。ピニオン軸７のピニオン１４およびラックバー８のラック１５は、互いに噛み合うことでラックアンドピニオン式の転舵機構Ａを構成している。
ラックバー８は、ハウジング９に収容されている。ハウジング９は、車体に固定される略円筒体である。ラックバー８の両端部は、ハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれ継手１１を介してタイロッド１２が結合されている。各タイロッド１２は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１３に連結されている。
【００２５】
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン１４およびラック１５によって、軸方向Ｘに沿ったラックバー８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１３の転舵が達成される。
ラックバー８は、パイプ１０と、金属円環１６と、２つの金属部品である円筒状の第１金属部品１７および第２金属部品１８とを主に含んでいる。第１金属部品１７および第２金属部品１８は、ラックバー８を構成することから、強度および剛性が求められるので、材料としてＳ４５Ｃ等の炭素鋼が用いられる。第２金属部品１８は、ラック１５を有している。ラック１５は、第２金属部品１８を切削加工することで形成される。
【００２６】
パイプ１０は、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を使用した炭素繊維強化熱可塑性樹脂製（いわゆるＣＦＲＴＰ製）であり、軸方向Ｘに延びる略円筒状である。パイプ１０は、たとえばラックバー８においてラック１５よりも左方Ｘ１に設けられており、軸方向Ｘにおいて第１金属部品１７と第２金属部品１８との間に配置されている。
金属円環１６は、軸方向Ｘに延びる円環状である。金属円環１６は、パイプ１０の左方Ｘ１側の端部１０Ａおよび右方Ｘ２側の端部１０Ｂに応じて１つずつ（合計２つ）設けられていて、端部１０Ａおよび端部１０Ｂのそれぞれに対して１つずつ挿通（内嵌）されている。言い換えると、パイプ１０の端部１０Ａおよび端部１０Ｂは、金属円環１６の外周面１６Ａに対して外嵌されている。端部１０Ａおよび端部１０Ｂにおいて、内周面１０Ｃは、金属円環１６の外周面１６Ａとほぼ同じ大きさまで拡径されている。金属円環１６の内周面１６Ｂの直径は、端部１０Ａと端部１０Ｂとの間の領域におけるパイプ１０の内周面１０Ｃの直径とほぼ等しい。
【００２７】
第１金属部品１７は、ラックバー８の左方Ｘ１側の端部として、左方Ｘ１の継手１１に隣接している。第１金属部品１７は、パイプ１０の端部１０Ａに対して左側から隣接している。第１金属部品１７の右方Ｘ２側の端部には、小径部２１が一体的に設けられている。小径部２１は、右方Ｘ２へ向けて軸方向Ｘに延びる円柱状である。小径部２１は、第１金属部品１７（小径部２１以外の部分）よりも小径である。
【００２８】
第２金属部品１８には、ラック１５の摩耗を防止するため、たとえば、浸炭焼き入れ加工や高周波焼き入れ加工等の焼き入れ処理が施されている。第２金属部品１８は、パイプ１０の端部１０Ｂに対してラックバー８の右側から隣接している。前述した小径部２１は、第２金属部品１８の左方Ｘ１側の端部にも一体的に設けられている。第２金属部品１８の小径部２１は、左方Ｘ１へ向けて軸方向Ｘに延びる円柱状である。ただし、第１金属部品１７の小径部２１と、第２金属部品１８の小径部２１とは、寸法（直径や軸方向Ｘにおける長さ）が異なっていてもよい。詳しくは後述するが、第１金属部品１７および第２金属部品１８は、それぞれの小径部２１においてパイプ１０の端部（端部１０Ａまたは１０Ｂ）に締結されている。連結状態のパイプ１０、第１金属部品１７および第２金属部品１８は、全体として軸方向Ｘに延びるバー状部品２２を構成している。このバー状部品２２が、ラックバー８を構成している。ラックバー８では、ＣＦＲＴＰ製のパイプ１０で一部を構成しているため、ラックバー８全体を鋼などの金属で構成する場合と比べて軽い。また、ＣＦＲＴＰは、強度および剛性にも優れている。そのため、必要な強度および剛性を保持した上で、ステアリング装置１の大幅な軽量化を図ることができる。
【００２９】
次に、このようなバー状部品２２の製造方法について説明する。
図２は、バー状部品２２の製造工程を示す模式的な断面図である。図２における各部材の姿勢は、図１と一致している（後述する図３〜図１０および図１３においても同様）。
図２を参照して、バー状部品２２の製造の初期段階として、芯材２３が準備される。芯材２３は、円筒状のパイプ１０を形成するために必要な部材である。芯材２３は、マンドレル２４と、前述した金属円環１６とを含んでいる。マンドレル２４は、金属製であり、軸方向Ｘに延びる円柱状である。マンドレル２４の外周面２４Ａには、事前に離形処理が施されている。金属円環１６の外周面１６Ａには、事前に粗面加工が施されている。そのため、外周面１６Ａは、多数の凹凸部２７を有している。ここでの粗面加工としては、たとえば、アヤメローレット加工、キー溝加工、スプライン加工、ショットブラスト加工、酸によるエッチング、レーザーエッチング等が挙げられるが、加工コストを考慮するとアヤメローレット加工が望ましい。
【００３０】
図２に示す準備工程では、マンドレル２４の軸方向Ｘにおける両側の端部に対して金属円環１６を外嵌することにより芯材２３が準備される。芯材２３の外周面２３Ａは、各金属円環１６の外周面１６Ａと、マンドレル２４の外周面２４Ａにおいて金属円環１６からはみ出た部分とを含んでいる。
図３は、図２の次の工程を示す模式的な断面図である。
【００３１】
図３を参照して、前述したパイプ１０の材料には、樹脂が含浸されていない（いわゆるドライの）炭素繊維２５と、熱可塑性樹脂繊維２６とが用いられる。
炭素繊維２５には、“トレカ”（登録商標）Ｔ３００や“トレカ”（登録商標）Ｔ７００に代表されるあらゆる炭素繊維を用いることができる。また、炭素繊維２５の一部をガラス繊維やアラミド繊維に置き換えることも可能である。
【００３２】
熱可塑性樹脂繊維２６には、ナイロン６、ナイロン６６、芳香族ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂等の繊維化できるあらゆる熱可塑性樹脂を用いることができる。ラックバー８は、車両のエンジンルーム内で使用されることから瞬間的に１５０℃付近にまで達することがあるため、熱可塑性樹脂繊維２６としては、この様な状況下でも使用可能な耐熱性を有し、かつ繊維化が容易なナイロン６６またはポリエーテルエーテルケトン樹脂を用いることが望ましい。
【００３３】
炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６のそれぞれは、たとえばボビンなどの筒状の材料供給部材３１および材料供給部材３２に巻き付けられた状態で準備される。炭素繊維２５は、材料供給部材３１に巻き付けられており、熱可塑性樹脂繊維２６は、材料供給部材３２に巻き付けられている。材料供給部材３１および３２は、それぞれの周方向に回転可能に設置されている。炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を材料供給部材３１および３２から引っ張ることで、材料供給部材３１および３２がそれぞれの周方向に回転し、糸状の炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６が引き出される。
【００３４】
図３に示す工程において、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６のそれぞれは、たとえばフィラメントワインディング法によって芯材２３の外周面２３Ａの全体に対して巻き付けられる。詳しくは、材料供給部材３１および３２からそれぞれ引き出された炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６は、外周面２３Ａにおいて軸方向Ｘのおおよそ同じ位置に同時に供給される。そして、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６は、芯材２３の周方向または当該周方向に対して軸方向Ｘに傾いた方向に沿った巻き方（いわゆるフープ巻き）で外周面２３Ａ巻き付けられる。
【００３５】
図３に示した炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を外周面２３Ａに巻き付ける工程が終わると、芯材２３の外周面２３Ａは、軸方向Ｘおよび芯材２３の周方向のほぼ全域において炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６が所定の厚さになるまで巻き付けられた状態となる。
ここで、所定の厚さになるまで芯材２３の外周面２３Ａに巻き付けられた炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６の全体を被成形体３６と呼ぶ。
【００３６】
図４は、図３の工程後の芯材２３および被成形体３６を模式的に示した断面図である。
図４を参照して、被成形体３６は、マンドレル２４の外周面２４Ａおよび金属円環１６の外周面１６Ａに対して密着して芯材２３を取り囲んでいることから略円筒状である。被成形体３６の軸方向Ｘにおける両端部は、金属円環１６の厚さ分だけ、被成形体３６の軸方向Ｘにおける両端部以外の部分よりも大径である。一方、当該部分における被成形体３６の内径は、各金属円環１６の内径とほぼ等しい。
【００３７】
図５は、図４において一点鎖線で囲んだ部分を拡大した図である。
図５を参照して、芯材２３の外周面２３Ａの軸方向Ｘにおける同じ位置には、炭素繊維２５または熱可塑性樹脂繊維２６が何重にも重なっている。炭素繊維２５と熱可塑性樹脂繊維２６とは、軸方向Ｘおよび芯材２３の径方向のそれぞれにおいて交互に並んでいることが好ましい。
【００３８】
図６は、図３の次の工程を示す模式的な断面図である。
図６に示す工程では、プレス成形工程によってパイプ１０を成形する。
図６を参照して、次に、被成形体３６を芯材２３と共にプレス金型３３に配置する。プレス金型３３は、図６における下側の第１金型３４と、図６における上側の第２金型３５とを含んでいる。第１金型３４の図６における上側の面には、軸方向Ｘから見て略半円弧状の凹部３４Ａが形成されている。第２金型３５の図６における下側の面には、軸方向Ｘから見て略半円弧状の凹部３５Ａが形成されている。凹部３４Ａおよび３５Ａの軸方向Ｘにおける両端部は、金属円環１６の厚さ分だけ、凹部３４Ａおよび３５Ａの軸方向Ｘにおける両端部以外の部分よりも大径である。そのため、凹部３４Ａおよび３５Ａに嵌るように被成形体３６をプレス金型３３内に配置することができる。
【００３９】
被成形体３６をプレス金型３３内に配置した後、被成形体３６を加圧しながら熱可塑性樹脂繊維２６の融点付近まで加熱する。当該加圧および加熱によって、熱可塑性樹脂繊維２６が溶融する。溶融した熱可塑性樹脂繊維２６は、近接する炭素繊維２５内および隣り合う炭素繊維２５間に含浸される。
次に、プレス金型３３を冷却することで、プレス金型３３内に配置された被成形体３６および芯材２３が冷却される。溶融して炭素繊維２５に含浸した熱可塑性樹脂繊維２６（熱可塑性樹脂繊維２６を構成していた熱可塑性樹脂）は、プレス金型３３内で冷却されることによって固化する。これにより、被成形体３６は、プレス金型３３の凹部３４Ａおよび凹部３５Ａと芯材２３の外周面２３Ａに沿って成形され、略円筒状のパイプ１０が形成される。この状態で、先ほど溶解した熱可塑性樹脂繊維２６は、繊維状になっておらず、全体として略円筒状の熱可塑性樹脂２８をなしている。この状態で、パイプ１０は、端部１０Ａおよび１０Ｂにおいて金属円環１６の外周面１６Ａに対して外嵌（詳しくは、後述するように外嵌固定）されている。
【００４０】
次に、プレス金型３３の第１金型３４と第２金型３５とを図６の上下に開きパイプ１０および芯材２３をプレス金型３３から取り出す。
次に、芯材２３のうちマンドレル２４だけをパイプ１０から引き抜く。前述したように、マンドレル２４の外周面２４Ａには、離形処理が施されているため、熱可塑性樹脂２８は、プレス成形工程後にマンドレル２４の外周面２４Ａに接着していない。そのため、マンドレル２４を容易に引き抜くことができる。このとき、マンドレル２４を、さらに円滑に引き抜くために、冷却によって収縮させてもよい。その場合、マンドレル２４をパイプ１０から引き抜く際に必要な力がより一層低減される。
【００４１】
図７は、図６の次の工程を示す模式的な断面図である。
図７を参照して、マンドレル２４がパイプ１０から引き抜かれた状態では、各金属円環１６が、パイプ１０の端部１０Ａおよび端部１０Ｂにおいて対応する方に対して内嵌された状態になっている。また、各金属円環１６は、その一部（たとえば、軸方向Ｘにおける端部の２ｍｍ程度）がパイプ１０の端部１０Ａおよび端部１０Ｂから軸方向Ｘにおける外側へはみ出すようにしておくと好ましい。そのためには、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を芯材２３の外周面２３Ａに巻き付ける工程において、各金属円環１６の当該一部には、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を巻き付けないようにすればよい。
【００４２】
次に、金属円環１６の内周面１６Ｂに雌ねじ部１９を形成する。雌ねじ部１９は、内周面１６Ｂの全域に亘って形成されている。
図８は、図７の次の工程を示す模式的な断面図である。
図８を参照して、第１金属部品１７の小径部２１の外周面には、雄ねじ部２０が設けられている。第１金属部品１７の雄ねじ部２０には、左側の金属円環１６の雌ねじ部１９がねじ締結される。これにより、第１金属部品１７は、この金属円環１６の内周面１６Ｂとねじ締結され、この金属円環１６を介してパイプ１０の端部１０Ａに締結された状態になる。
【００４３】
一方、第２金属部品１８の小径部２１の外周面にも、雄ねじ部２０が設けられている。第２金属部品１８の雄ねじ部２０には、右側の金属円環１６の雌ねじ部１９がねじ締結される。これにより、第２金属部品１８は、この金属円環１６の内周面１６Ｂとねじ締結され、この金属円環１６を介してパイプ１０の端部１０Ｂに締結された状態になる。
以上により、パイプ１０は、軸方向Ｘにおける両端部１０Ａおよび１０Ｂにおいて、第１金属部品１７および第２金属部品１８に締結された状態になり、バー状部品２２の製造が完了する。
【００４４】
完成したバー状部品２２において、金属円環１６の一部は、前述したように、パイプ１０から軸方向Ｘにおける外側へはみ出している。そのため、パイプ１０が第１金属部品１７および第２金属部品１８に対して曲がろうとしたときに、第１金属部品１７および第２金属部品１８は、パイプ１０ではなく金属円環１６に接触することになるので、パイプ１０の端部１０Ａおよび１０Ｂのそれぞれが第１金属部品１７および第２金属部品１８において対応する方に接触することを防止できる。これにより、第１金属部品１７および第２金属部品１８との接触によるパイプ１０の破損を防止することができる。
【００４５】
図９は、図８において一点鎖線で囲んだ部分を拡大した図である。
図９を参照して、炭素繊維２５の直径ｄ１および熱可塑性樹脂繊維２６の直径（図示しない）は、金属円環１６の外周面１６Ａの凹凸部２７の凹部２９の軸方向Ｘにおける幅Ｗおよび、凹凸部２７の凸部３８の高さＨ（凹部２９の深さ）よりも小さい。そのため、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６は、芯材２３の外周面２３Ａに巻き付けられることにより、途中で切断されることなく金属円環１６の外周面１６Ａの凹部２９に進入する。次に、プレス成形工程において加圧しながら加熱されることで、より多くの炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６が凹部２９に進入する。熱可塑性樹脂繊維２６における熱可塑性樹脂は、加熱後に冷却されることで、金属円環１６の外周面１６Ａの凹凸部２７に沿った形状で固化する。そのため、パイプ１０の端部１０Ａおよび１０Ｂは、金属円環１６の外周面１６Ａに対して密着することができる。また、金属円環１６の外周面１６Ａの凹部２９に進入した炭素繊維２５が抜け止めとして機能するため、パイプ１０と金属円環１６とが強固に接続される。
【００４６】
このように、パイプ１０は、対応する金属円環１６の外周面１６Ａに対して、外嵌固定（抜け止め）されている。なお、この状態の金属円環１６は、パイプ１０の端部１０Ａおよび１０Ｂに対して軸方向Ｘにずれないし、周方向にもずれないように位置決めされている。
そして、第１金属部品１７および第２金属部品１８と金属円環１６とは、ねじ締結されているため、金属円環１６に余計な力を加えることなく、パイプ１０の端部１０Ａおよび１０Ｂと第１金属部品１７および第２金属部品１８とを確実かつ強固に締結させることができる。そのため、第１金属部品１７および第２金属部品１８が金属円環１６に圧入される場合とは異なり、金属円環１６の外周面１６Ａがパイプ１０に食い込むことがないことから、パイプ１０における炭素繊維２５は切断されることはないので、パイプ１０の強度は、低減されない。
【００４７】
ちなみに、このように熱可塑性樹脂繊維２６を用いてパイプ１０を形成するのに要する時間は、熱硬化性樹脂を用いてパイプ１０を形成する際に必要な硬化時間よりも短い。
具体的には、一般的な炭素繊維強化性樹脂製（いわゆるＣＦＲＰ製）のパイプを形成する工程において熱硬化性樹脂の硬化に要する時間は、熱硬化性樹脂の流動化に要する時間および熱硬化性樹脂の昇温に要する時間を含め５時間以上であり、自動車部品製造のサイクルタイムとしては非常に長く、製造コスト増大の要因となっている。一方、本実施形態のように、ＣＦＲＴＰ製のパイプ１０をプレス成形工程によって形成するために要する時間、すなわち熱可塑性樹脂繊維２６が充分流動化し炭素繊維２５内に均一に含浸されるまでの時間は、１分から１５分である。そのため、ＣＦＲＴＰ製のパイプ１０は、ＣＦＲＰ製のパイプと比較して短時間（低サイクルタイム）で製造することができる。
【００４８】
このように、パイプ１０の形成に熱可塑性樹脂繊維２６を用いることで、加工に要する時間を短縮することができ、結果として製造コストの低減を図ることができる。
以上の結果、ＣＦＲＴＰ製のパイプ１０と第１金属部品１７および第２金属部品１８とを連結することでバー状部品２２を構成する場合において、バー状部品２２の製造コストの低減を図りつつ、強度を向上させることができる。
【００４９】
なお、パイプ１０内に含まれる炭素繊維２５の充填量（パイプ１０の体積に対する炭素繊維２５の体積の割合）は、３５％〜７０％が望ましい。充填量が３５％を下回ると、ラックバー８に必要な強度および剛性を確保できない。一方、充填量が７０％を上回ると、プレス成形工程において、熱可塑性樹脂が炭素繊維２５内に充分かつ均一に含浸しない。
ここで、樹脂を芯材２３等に巻き付ける方法としては、本実施形態で用いた繊維状の樹脂を用いるフィラメントワインディング法以外にもシート状の樹脂を用いるシートワインディング法等がある。
【００５０】
熱可塑性樹脂は、一般的に粘度が高いため炭素繊維内に含浸しにくい。しかし、本実施形態のように、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６をフィラメントワインディング法によって芯材２３の外周面２３Ａに巻き付ける場合は、各炭素繊維２５と各熱可塑性樹脂繊維２６とが近接している。そのため、溶融した各熱可塑性樹脂繊維２６（熱可塑性樹脂繊維２６を構成していた熱可塑性樹脂）が各炭素繊維２５内および各炭素繊維２５間に含浸されやすい。
【００５１】
またフィラメントワインディング法では、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を芯材２３の外周面２３Ａへ巻き付ける速度をそれぞれ調節することによって、炭素繊維２５の充填量を調節することができる。
一方、シート状の炭素繊維およびシート状の熱可塑性樹脂をシートワインディング法によって芯材２３の外周面２３Ａに交互に巻き付ける場合は、各シート状の炭素繊維およびシート状の熱可塑性樹脂の表面部分においてしか炭素繊維と熱可塑性樹脂が近接しない。そのため、溶融した熱可塑性樹脂は、シート状の炭素繊維の表面部分にしか含浸しない。
【００５２】
このように、フィラメントワインディング法を用いた場合は、シートワインディング法を用いた場合よりも熱可塑性樹脂２８が炭素繊維２５内および各炭素繊維２５間に隙間なく入り込むことができるため、シートワインディング法を用いた場合よりも高い充填量を達成することができる。
さらに、シート状の熱可塑性樹脂は、常温では硬く曲げられないため、そもそもシートワインディング法を用いることは困難である。そのため、２枚のシート状の熱可塑性樹脂を円弧形状にプレスし端部同士を溶着することも考え得るが非常に手間がかかる。
【００５３】
また、従来の方法として、シートワインディング法によってシート状の炭素繊維を芯材２３の外周面２３Ａに巻き付けた後に、射出成形によって外周面２３Ａに巻き付けられたシート状の炭素繊維に熱可塑性樹脂を流し込み、シート状の炭素繊維の層の間を接着する方法もある。本実施形態のように、プレス成形のみでパイプ１０が形成される場合は、射出成形が不要であるため、射出成形を用いる従来の手法よりも成形に要する時間を短縮することができる。
【００５４】
次に、本発明の第１変形例について説明する。
図１０は、図９に第１変形例を適用した図である。また、図１０において、上記に説明した部材と同様の部材には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する（以下で説明する図１１〜図１３において同じ）。
図１０を参照して、第１変形例における金属円環１６の外周面１６Ａには、凹凸部２７に沿うように熱接着フィルム３０が設けられている。熱接着フィルム３０は、金属円環１６がマンドレル２４に対して外嵌される前に粗面加工が施された外周面１６Ａに取り付けられてもよいし、金属円環１６がマンドレル２４に対して外嵌された後に粗面加工が施された外周面１６Ａに取り付けられてもよい。これにより、パイプ１０と金属円環１６とがより一層強固に接続される。
【００５５】
次に、本発明の第２変形例について説明する。
図１１は、第２変形例の組紐３７を示した図である。
図１１を参照して、第２変形例の炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を芯材２３の外周面２３Ａに巻き付ける工程は、組紐３７を芯材２３の外周面２３Ａに巻き付ける工程を含んでいる。組紐３７は、ドライの炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を捩じり合わせるように組み合わせて構成されている。
【００５６】
炭素繊維２５と熱可塑性樹脂繊維２６とを別々に外周面２３Ａに巻き付けるのではなく、組紐３７のみを用いることで、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を軸方向Ｘにおいて均一に芯材２３の外周面２３Ａに巻き付けることができる。これにより、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６のそれぞれの割合が均一なパイプ１０を得ることができる。
【００５７】
また、図１１では、２本の熱可塑性樹脂繊維２６と１本の炭素繊維２５とが組紐３７を形成しているが、組紐３７は、３本以上の繊維で構成されていてもよいし、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６の構成比率は、任意に変更することが可能である。組紐３７における炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６の割合を調節することで、炭素繊維２５の充填量を調節することができる。
【００５８】
次に、本発明の第３変形例について説明する。
図１２は、第３変形例の織物シート４０を示した図である。
図１２を参照して、第３変形例の炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を芯材２３の外周面２３Ａに巻き付ける工程は、織物シート４０を芯材２３の外周面２３Ａに巻き付ける工程を含んでいる。織物シート４０は、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を互いに組み合わされた織物状のシートである。
【００５９】
詳しくは、第３変形例の織物シート４０は、束状のドライの炭素繊維２５である炭素繊維トウ４１と、束状の熱可塑性樹脂繊維２６である熱可塑性樹脂繊維トウ４２とが織物形状に賦形されたものである。織物シート４０は、所定方向に直線状に延びる炭素繊維トウ４１と、炭素繊維トウ４１と交差する方向に延びる熱可塑性樹脂繊維トウ４２とが平織りによって互いに織り合わされている。
【００６０】
ここで、パイプ１０に発生する引張・圧縮応力（軸方向Ｘの応力）に対して強度を高くするためには、炭素繊維２５は、軸方向Ｘに延びている（軸方向Ｘに配向されている）ことが望ましい。
前述したように、本実施形態では、フィラメントワインディング法を用いており、炭素繊維２５がフープ巻きで外周面２３Ａに巻き付けられる。そのため、本実施形態では、軸方向Ｘに沿って炭素繊維２５を配向させることができない。その結果、パイプ１０の強度の向上を図るには、パイプ１０の肉厚を増大させることが必要となり、結果としてラックバー８の軽量化効果が低減する虞がある。
【００６１】
一方、第３変形例では、織物シート４０は、シートワインディング法によって芯材２３の外周面２３Ａ巻き付けられる。織物シート４０の巻き付ける方向を制御することができるため、炭素繊維２５をパイプ１０の軸方向Ｘに配向させた状態で、織物シート４０を外周面２３Ａに巻き付けることができる。これにより、軸方向Ｘの応力に対するパイプ１０の強度の向上を図ることができる。
【００６２】
また、このようにパイプ１０の強度が向上することから、織物シート４０を芯材２３の外周面２３Ａに対する巻き付ける回数を低減してパイプ１０を細くことができる。このように、織物シート４０の積層枚数を制御することで、ラックバー８の軽量化を図ることができる。
また、第３変形例においても、本実施形態と同様に射出成形が不要であるため、射出成形を用いる場合と比較して、成形時間を短縮することができる。
【００６３】
また、織物シート４０は、炭素繊維トウ４１および熱可塑性樹脂繊維トウ４２の幅を調節することで炭素繊維２５の充填量を調節することができる。
また、織物シート４０の織り方は、平織りに限定されず、綾織り、朱子織り、多軸織り等の一般的な織り方を適用することが可能である。
次に、本発明の第４変形例について説明する。
【００６４】
図１３は、第４変形例のラックバー８およびその周辺を示した図である。
図１３を参照して、第４変形例のラックバー８では、パイプ１０が、ラック１５を有している。第４変形例の場合、ラック１５は、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を加圧する工程（プレス成形工程）で形成される。具体的には、第１金型３４または第２金型３５にラック１５を成形することができるラック成形部（図示しない）を設けておく（図３も参照）。プレス成形工程において、第１金型３４および第２金型３５のいずれかにラック成形部を設けたプレス金型３３を用いることで、熱可塑性樹脂繊維２６がプレス金型３３内で溶融、固化され、パイプ１０の外周面１０Ｄにラック１５が形成される（図３も参照）。一方、第４変形例の第２金属部品１８には、ラック１５は形成されておらず、第２金属部品１８は、右方Ｘ２の継手１１に隣接する部分のみに配置されている。このように、熱可塑性樹脂繊維２６は、プレス成形工程における高温での熱プレスによって、パイプ１０の成形と同時にラック１５の成形することができる。
【００６５】
これにより、ラックバー８に占めるパイプ１０の割合を増大させることができるため、ラックバー８の軽量化を図ることができる。また、ラック１５は、パイプ１０を切削することで形成されるのではなく、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を加圧する際に形成されることから、炭素繊維２５が切断されることはないので、バー状部品２２の強度を向上させることができる。
【００６６】
ただし、パイプ１０に成形したラック１５は、第２金属部品１８に切削加工によって成形したラック１５と比較して寸法精度は劣る。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、本実施形態では、プレス成形工程において、熱可塑性樹脂繊維２６を加圧しながら加熱したが、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６を加熱してから加圧しても、本実施形態と同様にバー状部品２２の製造コストの低減を図りつつ、強度を向上させることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、第１金属部品１７および第２金属部品１８に設けられた雄ねじ部２０にねじ締結される雌ねじ部１９を金属円環１６の内周面１６Ｂに設ける工程は、マンドレル２４からパイプ１０が引き抜かれた後に行われているが、当該工程は、金属円環１６がマンドレル２４に外嵌される前に行われてもよい。
また、前述した実施形態のバー状部品２２は、パイプ１０の両端部（端部１０Ａおよび端部１０Ｂの両方）に金属部品（第１金属部品１７および第２金属部品１８）を締結する構成であったが、当該両端部の一方だけに金属部品が締結される構成でも構わない。
【００６８】
また、前述した実施形態のバー状部品２２は、ラックバー８であったが、ラックバー８以外のバー状部品（たとえば各種シャフト、ロッド、パイプ状部品）として構成してもよい。
また、本実施形態において、炭素繊維２５および熱可塑性樹脂繊維２６の代わりに、炭素繊維トウ４１および熱可塑性樹脂繊維トウ４２を芯材２３の外周面２３Ａに巻き付けてもよい。
【００６９】
また、織物シート４０は、組紐３７が組み合わされて構成された織物状であってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１…ステアリング装置、８…ラックバー、１０…パイプ、１０Ａ…端部、１０Ｂ…端部、１５…ラック、１６…金属円環、１６Ａ…外周面、１６Ｂ…内周面、１７…第１金属部品、１８…第２金属部品、１９…雌ねじ部、２０…雄ねじ部、２２…バー状部品、２３…芯材、２３Ａ…外周面、２４…マンドレル、２５…炭素繊維、２６…熱可塑性樹脂繊維、３７…組紐、４０…織物シート、Ｘ…軸方向
【図１】
2015131423.tif 000003
【図２】
2015131423.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015131423.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015131423.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2015131423.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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