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JP2015131423A - Method of manufacturing bar-like component - Google Patents

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JP2015131423A
JP2015131423A JP2014003627A JP2014003627A JP2015131423A JP 2015131423 A JP2015131423 A JP 2015131423A JP 2014003627 A JP2014003627 A JP 2014003627A JP 2014003627 A JP2014003627 A JP 2014003627A JP 2015131423 A JP2015131423 A JP 2015131423A
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Japan
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thermoplastic resin
peripheral surface
bar
outer peripheral
pipe
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JP2014003627A
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国島 武史
Takeshi Kunishima
武史 国島
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JTEKT Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a bar-like component, which is capable of improving strength of the bar-like component while reducing a manufacturing cost of the bar-like component in the case of constituting the bar-like component by connecting a pipe made of carbon fiber-reinforced resin with a metal component.SOLUTION: A bar-like component 22 includes a pipe 10 and metal components 17, 18. A method of manufacturing the bar-like component 22 includes: a process of winding a carbon fiber 25 and a thermoplastic resin fiber 26 round a core material including a metal ring 16 which has an outer peripheral surface 16A to which surface roughening work is applied; a process of melting the thermoplastic resin fiber 26 by heating the thermoplastic resin fiber 26 wound round the outer peripheral surface of the core material while pressurizing the fiber 26; a process of forming the pipe 10 in which end parts 10A, 10B are externally fitted to the outer peripheral surface 16A, by cooling thermoplastic resin which is melted and impregnated into the carbon fiber 25; and a process of screw-fastening the metal components 17, 18 and the metal ring 16.

Description

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。   The present invention relates to a method for manufacturing a bar-shaped component that constitutes, for example, a vehicle steering apparatus.

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。   In the propeller shaft of Patent Document 1 below, a thin metal ring that is substantially equal to the inner diameter of the main body cylinder is attached to the inside of the end of the FRP (fiber reinforced plastic) main body cylinder. It is manufactured by press fitting a metal joint having an outer diameter larger than the inner diameter of the ring. During the press-fitting, the hard particles arranged on the outer peripheral surface of the thin ring bite into the inner surface of the FRP main body cylinder. As an application example of fiber reinforced plastic, as shown in Patent Document 2 below, a prepreg is wound around a metal core and laminated to form a carbon fiber reinforced plastic outer shell. A rack in which a rack tooth portion is formed by cutting the outer diameter surface is exemplified.

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。   On the other hand, in the rack manufacturing method of Patent Document 3 below, a filament bundle made of organic fibers is wound around a metal core while impregnating the liquid thermosetting resin, and then heated at the curing temperature of the thermosetting resin. And the cylindrical body joined to the outer periphery of a metal core is obtained by hardening thermosetting resin. A rack is manufactured by forming gear teeth on the cylindrical body.

特開平7−91433号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-91433 特開2012−153314号公報JP 2012-153314 A 特開2010−89524号公報JP 2010-89524 A

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。   In the propeller shaft of Patent Document 1, since the outer peripheral surface of the thin ring bites into the inner surface of the fiber reinforced plastic main body cylinder due to the press-fitting of the thin ring and the joint, the fibers in the fiber reinforced plastic in the main body cylinder may be cut. is there. If the fiber is cut, the strength of the connecting portion between the main body tube and the joint may be reduced. Moreover, since the carbon fiber is cut when the outer diameter surface of the carbon fiber reinforced plastic outer shell is cut as in Patent Document 2, the strength of the rack may be reduced.

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。
On the other hand, shortening of manufacturing time is always required in order to reduce manufacturing cost. However, in order to obtain a cylindrical body from a thermosetting resin like patent document 3, since a long time is required for hardening, there exists a possibility that manufacturing cost may increase.
The present invention has been made under such a background, and in the case of forming a bar-shaped part by connecting a pipe made of carbon fiber reinforced resin and a metal part, the manufacturing cost of the bar-shaped part can be reduced. It aims at providing the manufacturing method of the bar-shaped components which can improve intensity | strength, aiming.

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。   The invention according to claim 1 is a carbon fiber reinforced thermoplastic resin pipe (10), and metal parts (17, 18) fastened to ends (10A, 10B) in the axial direction (X) of the pipe. A metal ring (16) having an outer peripheral surface (16A) subjected to roughening with respect to the metal mandrel (24) extending in the axial direction. ) To prepare a core material (23) including the mandrel and the metal ring, and each of the carbon fiber (25) and the thermoplastic resin fiber (26) is arranged on the outer periphery of the core material. A step of winding around the surface (23A), a step of melting the thermoplastic resin fiber by heating the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber wound around the outer peripheral surface of the core material, and Carbon fiber Cooling the impregnated thermoplastic resin to form the pipe with the end portion fitted and fixed to the outer peripheral surface of the metal ring; and only the mandrel of the core material from the pipe A method for manufacturing a bar-shaped part, comprising: a step of pulling out and a step of screwing the metal part and an inner peripheral surface (16B) of the metal ring.

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。   The invention according to claim 2 includes a pipe (10) made of carbon fiber reinforced thermoplastic resin, and metal parts (17, 18) fastened to ends (10A, 10B) in the axial direction (X) of the pipe. A metal ring (16) having an outer peripheral surface (16A) subjected to roughening with respect to the metal mandrel (24) extending in the axial direction. ) To prepare a core material (23) including the mandrel and the metal ring, and each of the carbon fiber (25) and the thermoplastic resin fiber (26) is arranged on the outer periphery of the core material. A step of winding around the surface (23A), a step of melting the thermoplastic resin fiber by heating and pressurizing the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber wound around the outer peripheral surface of the core material, Carbon fiber Cooling the impregnated thermoplastic resin to form the pipe with the end portion fitted and fixed to the outer peripheral surface of the metal ring; and only the mandrel of the core material from the pipe A method for manufacturing a bar-shaped part, comprising: a step of pulling out and a step of screwing the metal part and an inner peripheral surface (16B) of the metal ring.

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。
According to a third aspect of the present invention, in the step of winding the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core material, a woven fabric sheet configured by combining the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber with each other The method of manufacturing a bar-shaped part according to claim 1, comprising a step of winding (40) around the outer peripheral surface of the core member.
According to a fourth aspect of the present invention, in the step of winding the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core material, the braid (37) configured by combining the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber is used as the braid (37). It is a manufacturing method of the bar-shaped component in any one of Claims 1-3 including the process wound around the outer peripheral surface of a core material.

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。
Invention of Claim 5 includes the process of forming in the internal peripheral surface of the said metal ring the internal thread part (19) screw-fastened by the external thread part (20) provided in the said metal component, It is characterized by the above-mentioned. The method for manufacturing a bar-shaped part according to any one of claims 1 to 4.
The invention according to claim 6 is characterized in that the bar-shaped part constitutes a rack bar (8) included in a rack-and-pinion type steering device (1). It is a manufacturing method of the bar-shaped component described in the above.

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。
The invention according to claim 7 is characterized in that the pipe has a rack (15), and the rack is formed in a step of pressurizing the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber. It is a manufacturing method of described bar-shaped components.
The invention according to claim 8 is the method for producing a bar-shaped part according to claim 6, characterized in that the metal part has a rack (15).

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。   In addition, in the above, the numbers in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.

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。   According to the first aspect of the present invention, the bar-shaped part includes a pipe made of carbon fiber reinforced thermoplastic resin and a metal part fastened to an end portion in the axial direction of the pipe. Moreover, the core material prepared in the production of the bar-shaped part includes a mandrel extending in the axial direction, and a metal ring that is subjected to rough surface processing (unevenness processing) on the outer peripheral surface and is fitted on the mandrel. It is out. The carbon fiber and the thermoplastic resin fiber enter the concave portion of the outer peripheral surface of the metal ring without being cut halfway by being wound around the outer peripheral surface of the core material. Next, more carbon fibers and thermoplastic resin fibers enter the recesses by being heated while being pressurized. The thermoplastic resin in the thermoplastic resin fibers is solidified in a shape along the irregularities on the outer peripheral surface of the metal ring by being cooled after heating. Therefore, the end of the pipe can be in close contact with the outer peripheral surface of the metal ring. In addition, since the carbon fiber that has entered the recesses on the outer peripheral surface of the metal ring functions as a retaining ring, the pipe and the metal ring are firmly connected.

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。   Thereafter, only the mandrel of the core material is pulled out from the pipe, and a metal ring is fitted into the end of the pipe. Since the metal part and the metal ring are screw-fastened, the end of the pipe and the metal part can be securely and firmly fastened without applying extra force to the metal ring. Therefore, unlike the case where the metal part is press-fitted into the metal ring, since the outer peripheral surface of the metal ring does not bite into the pipe, the carbon fiber in the pipe is not cut, so the strength of the pipe is Not reduced.

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。
Thus, the time required to form the pipe using the thermoplastic resin fibers is shorter than the curing time required when forming the pipe using the thermosetting resin. Therefore, the time required for processing can be shortened, and as a result, the manufacturing cost can be reduced.
As a result, when a bar-shaped part is configured by connecting a pipe made of carbon fiber reinforced resin and a metal part, the strength can be improved while reducing the manufacturing cost of the bar-shaped part.

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。
Even in the case where the thermoplastic fiber is melted by heating and pressurizing the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber as in the second aspect of the invention, the production of the bar-shaped part is performed in the same manner as in the first aspect. The strength can be improved while reducing the cost.
According to the invention described in claim 3, as the step of winding the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core material, a woven sheet formed by combining the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber with each other is used as the outer peripheral surface of the core material. Wrap around. Thereby, since the carbon fiber can be oriented in the axial direction of the pipe, the strength of the pipe against the stress in the axial direction can be improved. And since the pipe | tube can be made thin by reducing the frequency | count of winding a textile sheet around the outer peripheral surface of a core material by the part which can improve the intensity | strength of a pipe in this way, the weight reduction of bar-shaped components can be achieved.

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。   According to invention of Claim 4, as a process of winding carbon fiber and thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of a core material, the braid formed by combining carbon fiber and thermoplastic resin fiber is wound around the outer peripheral surface of the core material. . Thereby, since carbon fiber and a thermoplastic resin fiber can be uniformly wound around the outer peripheral surface of a core material, a pipe with each uniform ratio of a carbon fiber and a thermoplastic resin fiber can be obtained.

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。
According to the invention described in claim 5, regarding the screw fastening between the metal part and the inner peripheral surface of the metal ring, the male screw part provided on the metal part is connected to the female screw part formed on the inner peripheral surface of the metal ring. Screwed. The step of forming the female thread portion on the inner peripheral surface of the metal ring may be performed before the metal ring is fitted on the mandrel, or may be performed after the mandrel is pulled out from the pipe.
As in the sixth aspect of the invention, the bar-like component may constitute a rack bar included in a rack and pinion type steering device.

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。   According to invention of Claim 7, the pipe has a rack. Thereby, since the ratio of the pipe made of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin in the rack bar can be increased, the weight of the rack bar can be reduced. In addition, the rack is not formed by cutting the pipe, but is formed when the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber are pressed. The strength of can be improved.

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。   As in the invention described in claim 8, the metal component may have a rack.

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。FIG. 1 is a schematic front view of a steering apparatus 1 including a bar-like component 22 according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the bar-shaped component 22. 図3は、図2の次の工程を模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the next step of FIG. 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。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the core member 23 and the molded body 36 after the step of FIG. 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。FIG. 5 is an enlarged view of a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 図6は、図3の次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 図7は、図6の次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 図8は、図7の次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 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。FIG. 9 is an enlarged view of a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 図10は、図9に第1変形例を適用した図である。FIG. 10 is a diagram in which the first modification is applied to FIG. 図11は、第2変形例の組紐37を示した図である。FIG. 11 is a view showing a braid 37 of the second modification. 図12は、第3変形例の織物シート40を示した図である。FIG. 12 is a view showing a fabric sheet 40 of a third modification. 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。FIG. 13 is a view showing the rack bar 8 of the fourth modified example and its periphery.

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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic front view of a steering apparatus 1 including a bar-like component 22 according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, steering device 1 mainly includes a steering member 2, a steering shaft 3, an intermediate shaft 5, a pinion shaft 7, a rack bar 8, and a housing 9.

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。
For example, a steering wheel can be used as the steering member 2. One end of a steering shaft 3 is connected to the steering member 2. The other end of the steering shaft 3 and one end of the intermediate shaft 5 are connected by a universal joint 4. Further, the other end of the intermediate shaft 5 and one end of the pinion shaft 7 are connected by a universal joint 6.
A pinion 14 is integrally provided on the outer peripheral surface of the other end of the pinion shaft 7. The rack bar 8 has a substantially cylindrical shape extending in the width direction of the vehicle (the left-right direction in FIG. 1). Here, the direction in which the rack bar 8 extends is defined as the axial direction X. The axial direction X is the same as the vehicle width direction (left-right direction in FIG. 1). With reference to the attitude of the steering device 1 in FIG. 1, a sign “X1” is attached to the left side in the axial direction X, and a sign “X2” is attached to the right side in the axial direction X.

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。
A rack 15 that meshes with the pinion 14 is formed at one place on the circumference of the outer peripheral surface of the rack bar 8. The pinion 14 of the pinion shaft 7 and the rack 15 of the rack bar 8 mesh with each other to form a rack-and-pinion type steering mechanism A.
The rack bar 8 is accommodated in the housing 9. The housing 9 is a substantially cylindrical body fixed to the vehicle body. Both end portions of the rack bar 8 protrude to both sides of the housing 9, and tie rods 12 are coupled to the respective end portions via joints 11. Each tie rod 12 is connected to a corresponding steered wheel 13 via a corresponding knuckle arm (not shown).

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。
When the steering member 2 is operated and the steering shaft 3 is rotated, this rotation is converted into a linear motion of the rack bar 8 along the axial direction X by the pinion 14 and the rack 15. Thereby, the turning of the steered wheel 13 is achieved.
The rack bar 8 mainly includes a pipe 10, a metal ring 16, and cylindrical first metal parts 17 and second metal parts 18 which are two metal parts. Since the first metal part 17 and the second metal part 18 constitute the rack bar 8, strength and rigidity are required, so carbon steel such as S45C is used as a material. The second metal part 18 has a rack 15. The rack 15 is formed by cutting the second metal component 18.

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。
The pipe 10 is made of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin (so-called CFRTP) using a thermoplastic resin as a matrix resin, and has a substantially cylindrical shape extending in the axial direction X. The pipe 10 is provided, for example, on the left X1 of the rack bar 8 relative to the rack 15, and is disposed between the first metal component 17 and the second metal component 18 in the axial direction X.
The metal ring 16 is an annular shape extending in the axial direction X. The metal ring 16 is provided one by one (a total of two) according to the end 10A on the left X1 side and the end 10B on the right X2 side of the pipe 10, and the end of the end 10A and the end 10B. One is inserted through each (internal fitting). In other words, the end 10 </ b> A and the end 10 </ b> B of the pipe 10 are externally fitted to the outer peripheral surface 16 </ b> A of the metal ring 16. In the end portion 10 </ b> A and the end portion 10 </ b> B, the inner peripheral surface 10 </ b> C is expanded in diameter to substantially the same size as the outer peripheral surface 16 </ b> A of the metal ring 16. The diameter of the inner peripheral surface 16B of the metal ring 16 is substantially equal to the diameter of the inner peripheral surface 10C of the pipe 10 in the region between the end portions 10A and 10B.

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。   The first metal component 17 is adjacent to the joint 11 on the left side X1 as an end of the rack bar 8 on the left side X1 side. The first metal component 17 is adjacent to the end 10A of the pipe 10 from the left side. A small-diameter portion 21 is integrally provided at the end portion on the right X2 side of the first metal component 17. The small diameter portion 21 has a cylindrical shape extending in the axial direction X toward the right side X2. The small diameter portion 21 has a smaller diameter than the first metal component 17 (a portion other than the small diameter portion 21).

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。   In order to prevent the rack 15 from being worn, the second metal part 18 is subjected to a quenching process such as a carburizing quenching process or an induction quenching process. The second metal part 18 is adjacent to the end 10 </ b> B of the pipe 10 from the right side of the rack bar 8. The small diameter portion 21 described above is also provided integrally with the end portion of the second metal component 18 on the left X1 side. The small diameter portion 21 of the second metal part 18 has a cylindrical shape extending in the axial direction X toward the left X1. However, the small diameter portion 21 of the first metal component 17 and the small diameter portion 21 of the second metal component 18 may have different dimensions (diameter and length in the axial direction X). As will be described in detail later, the first metal component 17 and the second metal component 18 are fastened to the end portion (end portion 10A or 10B) of the pipe 10 at each small diameter portion 21. The connected pipe 10, the first metal part 17, and the second metal part 18 constitute a bar-like part 22 that extends in the axial direction X as a whole. This bar-shaped component 22 constitutes the rack bar 8. Since a part of the rack bar 8 is composed of the CFRTP pipe 10, the rack bar 8 is lighter than a case where the entire rack bar 8 is composed of a metal such as steel. CFRTP is also excellent in strength and rigidity. Therefore, the steering device 1 can be significantly reduced in weight while maintaining necessary strength and rigidity.

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。
Next, a method for manufacturing such a bar-shaped part 22 will be described.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the bar-shaped component 22. The posture of each member in FIG. 2 is the same as that in FIG. 1 (the same applies to FIGS. 3 to 10 and 13 described later).
With reference to FIG. 2, a core material 23 is prepared as an initial stage of manufacturing the bar-shaped part 22. The core material 23 is a member necessary for forming the cylindrical pipe 10. The core material 23 includes a mandrel 24 and the metal ring 16 described above. The mandrel 24 is made of metal and has a cylindrical shape extending in the axial direction X. The outer peripheral surface 24A of the mandrel 24 is subjected to a release process in advance. The outer peripheral surface 16A of the metal ring 16 is roughened in advance. Therefore, the outer peripheral surface 16 </ b> A has a large number of uneven portions 27. Examples of the rough surface processing here include iris knurl processing, key groove processing, spline processing, shot blast processing, acid etching, laser etching, and the like.

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。
In the preparation step shown in FIG. 2, the core member 23 is prepared by fitting the metal ring 16 to the end portions on both sides in the axial direction X of the mandrel 24. The outer peripheral surface 23 </ b> A of the core member 23 includes an outer peripheral surface 16 </ b> A of each metal ring 16 and a portion of the outer surface 24 </ b> A of the mandrel 24 that protrudes from the metal ring 16.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG.

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。
Referring to FIG. 3, the material of pipe 10 described above uses carbon fiber 25 that is not impregnated with resin (so-called dry) and thermoplastic resin fiber 26.
As the carbon fiber 25, any carbon fiber typified by “Torayca” (registered trademark) T300 and “Torayca” (registered trademark) T700 can be used. It is also possible to replace part of the carbon fibers 25 with glass fibers or aramid fibers.

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。   As the thermoplastic resin fiber 26, any thermoplastic resin such as nylon 6, nylon 66, aromatic polyamide resin, polyphenylene sulfide resin, polyether ether ketone resin, polycarbonate resin, polypropylene resin, polyacetal resin, or the like can be used. it can. Since the rack bar 8 is used in the engine room of the vehicle and sometimes reaches a temperature close to 150 ° C., the thermoplastic resin fiber 26 has heat resistance that can be used even under such circumstances. It is desirable to use nylon 66 or polyetheretherketone resin that is easy to fiberize.

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。   Each of the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 is prepared in a state of being wound around a cylindrical material supply member 31 such as a bobbin and a material supply member 32. The carbon fiber 25 is wound around the material supply member 31, and the thermoplastic resin fiber 26 is wound around the material supply member 32. The material supply members 31 and 32 are rotatably installed in the respective circumferential directions. By pulling the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 from the material supply members 31 and 32, the material supply members 31 and 32 rotate in the respective circumferential directions, and the filamentous carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are drawn out. .

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。   In the process shown in FIG. 3, each of the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 is wound around the entire outer peripheral surface 23A of the core member 23 by, for example, a filament winding method. Specifically, the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 drawn from the material supply members 31 and 32 are simultaneously supplied to approximately the same position in the axial direction X on the outer peripheral surface 23A. The carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are wound around the outer peripheral surface 23A by a winding method (so-called hoop winding) along the circumferential direction of the core member 23 or a direction inclined in the axial direction X with respect to the circumferential direction.

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。
When the step of winding the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 around the outer peripheral surface 23 </ b> A shown in FIG. 3 is finished, the outer peripheral surface 23 </ b> A of the core material 23 is substantially carbon fiber in the axial direction X and the entire circumferential direction of the core material 23. 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are wound up to a predetermined thickness.
Here, the entire carbon fiber 25 and thermoplastic resin fiber 26 wound around the outer peripheral surface 23 </ b> A of the core material 23 until a predetermined thickness is referred to as a molded body 36.

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。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the core member 23 and the molded body 36 after the step of FIG.
Referring to FIG. 4, molded object 36 is substantially cylindrical because it surrounds core member 23 in close contact with outer peripheral surface 24 </ b> A of mandrel 24 and outer peripheral surface 16 </ b> A of metal ring 16. Both ends in the axial direction X of the molded body 36 have a larger diameter than the portions other than both ends in the axial direction X of the molded body 36 by the thickness of the metal ring 16. On the other hand, the inner diameter of the molded body 36 in the portion is substantially equal to the inner diameter of each metal ring 16.

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。
FIG. 5 is an enlarged view of a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
Referring to FIG. 5, carbon fiber 25 or thermoplastic resin fiber 26 overlaps the same position in the axial direction X of outer peripheral surface 23 </ b> A of core material 23. The carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 are preferably arranged alternately in each of the axial direction X and the radial direction of the core material 23.

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。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG.
In the step shown in FIG. 6, the pipe 10 is formed by a press forming step.
Next, referring to FIG. 6, the object 36 is placed in the press mold 33 together with the core material 23. The press die 33 includes a lower first die 34 in FIG. 6 and an upper second die 35 in FIG. On the upper surface of the first mold 34 in FIG. 6, a concave portion 34 </ b> A having a substantially semicircular arc shape when viewed from the axial direction X is formed. On the lower surface of the second mold 35 in FIG. 6, a concave portion 35 </ b> A having a substantially semicircular arc shape when viewed from the axial direction X is formed. Both ends of the recesses 34A and 35A in the axial direction X have a larger diameter than the portions other than both ends of the recesses 34A and 35A in the axial direction X by the thickness of the metal ring 16. Therefore, the molded body 36 can be disposed in the press die 33 so as to fit into the recesses 34A and 35A.

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。
After the molding 36 is placed in the press mold 33, the molding 36 is heated to near the melting point of the thermoplastic resin fiber 26 while being pressurized. The thermoplastic resin fiber 26 is melted by the pressurization and heating. The melted thermoplastic resin fiber 26 is impregnated in the adjacent carbon fibers 25 and between the adjacent carbon fibers 25.
Next, by cooling the press mold 33, the molded body 36 and the core material 23 arranged in the press mold 33 are cooled. The thermoplastic resin fiber 26 melted and impregnated in the carbon fiber 25 (the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fiber 26) is solidified by being cooled in the press mold 33. Thereby, the to-be-molded body 36 is shape | molded along the outer peripheral surface 23A of the recessed part 34A and recessed part 35A of the press metal mold | die 33, and the core material 23, and the substantially cylindrical pipe 10 is formed. In this state, the thermoplastic resin fiber 26 previously dissolved is not in the form of a fiber, but forms a substantially cylindrical thermoplastic resin 28 as a whole. In this state, the pipe 10 is externally fitted to the outer peripheral surface 16A of the metal ring 16 at the ends 10A and 10B (specifically, externally fixed as described later).

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。
Next, the first mold 34 and the second mold 35 of the press mold 33 are opened up and down in FIG. 6, and the pipe 10 and the core material 23 are taken out from the press mold 33.
Next, only the mandrel 24 of the core material 23 is pulled out from the pipe 10. As described above, since the outer peripheral surface 24A of the mandrel 24 has been subjected to a release treatment, the thermoplastic resin 28 is not bonded to the outer peripheral surface 24A of the mandrel 24 after the press molding process. Therefore, the mandrel 24 can be easily pulled out. At this time, in order to pull out the mandrel 24 more smoothly, it may be contracted by cooling. In that case, the force required to pull out the mandrel 24 from the pipe 10 is further reduced.

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。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG.
Referring to FIG. 7, in a state where mandrel 24 is pulled out from pipe 10, each metal ring 16 is in a state of being internally fitted to the corresponding one at end 10 </ b> A and end 10 </ b> B of pipe 10. ing. Moreover, it is preferable that a part of each metal ring 16 (for example, about 2 mm at the end in the axial direction X) protrudes outward from the end 10A and the end 10B of the pipe 10 in the axial direction X. . For this purpose, in the step of winding the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 around the outer peripheral surface 23A of the core member 23, the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are not wound around the part of each metal ring 16. What should I do?

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。
Next, the female thread portion 19 is formed on the inner peripheral surface 16 </ b> B of the metal ring 16. The female screw portion 19 is formed over the entire inner peripheral surface 16B.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG.
Referring to FIG. 8, a male screw portion 20 is provided on the outer peripheral surface of the small diameter portion 21 of the first metal component 17. The female screw part 19 of the left metal ring 16 is screwed to the male screw part 20 of the first metal part 17. Thus, the first metal component 17 is screwed to the inner peripheral surface 16B of the metal ring 16 and is fastened to the end portion 10A of the pipe 10 via the metal ring 16.

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。
On the other hand, a male screw portion 20 is also provided on the outer peripheral surface of the small diameter portion 21 of the second metal component 18. The female screw part 19 of the right metal ring 16 is screwed to the male screw part 20 of the second metal part 18. Thereby, the second metal component 18 is screwed to the inner peripheral surface 16B of the metal ring 16 and is fastened to the end portion 10B of the pipe 10 via the metal ring 16.
Thus, the pipe 10 is in a state of being fastened to the first metal part 17 and the second metal part 18 at both end portions 10A and 10B in the axial direction X, and the manufacture of the bar-shaped part 22 is completed.

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。   In the completed bar-shaped part 22, a part of the metal ring 16 protrudes outward from the pipe 10 in the axial direction X as described above. Therefore, when the pipe 10 is about to bend with respect to the first metal part 17 and the second metal part 18, the first metal part 17 and the second metal part 18 come into contact with the metal ring 16 instead of the pipe 10. Therefore, it is possible to prevent the end portions 10A and 10B of the pipe 10 from contacting the corresponding ones in the first metal part 17 and the second metal part 18, respectively. Thereby, damage to the pipe 10 due to contact with the first metal component 17 and the second metal component 18 can be prevented.

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。
FIG. 9 is an enlarged view of a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
Referring to FIG. 9, the diameter d1 of the carbon fiber 25 and the diameter (not shown) of the thermoplastic resin fiber 26 are the width W in the axial direction X of the concave portion 29 of the concave and convex portion 27 of the outer peripheral surface 16A of the metal ring 16 and The height H of the convex portion 38 of the concave and convex portion 27 (depth of the concave portion 29) is smaller. Therefore, the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are wound around the outer peripheral surface 23 </ b> A of the core member 23, thereby entering the concave portion 29 of the outer peripheral surface 16 </ b> A of the metal ring 16 without being cut halfway. Next, more carbon fibers 25 and thermoplastic resin fibers 26 enter the recesses 29 by being heated while being pressurized in the press molding step. The thermoplastic resin in the thermoplastic resin fiber 26 is solidified in a shape along the uneven portion 27 of the outer peripheral surface 16A of the metal ring 16 by being cooled after heating. Therefore, the end portions 10 </ b> A and 10 </ b> B of the pipe 10 can be in close contact with the outer peripheral surface 16 </ b> A of the metal ring 16. In addition, since the carbon fiber 25 that has entered the recess 29 on the outer peripheral surface 16A of the metal ring 16 functions as a retainer, the pipe 10 and the metal ring 16 are firmly connected.

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。
Thus, the pipe 10 is externally fitted and fixed (prevented from falling out) to the outer peripheral surface 16A of the corresponding metal ring 16. In addition, the metal ring 16 in this state is positioned so as not to be displaced in the axial direction X with respect to the end portions 10A and 10B of the pipe 10 or in the circumferential direction.
Since the first metal part 17 and the second metal part 18 and the metal ring 16 are screw-fastened, the end parts 10A and 10B of the pipe 10 can be connected to the metal ring 16 without applying extra force. The first metal part 17 and the second metal part 18 can be securely and firmly fastened. Therefore, unlike the case where the first metal part 17 and the second metal part 18 are press-fitted into the metal ring 16, the outer peripheral surface 16 </ b> A of the metal ring 16 does not bite into the pipe 10. Since the fibers 25 are not cut, the strength of the pipe 10 is not reduced.

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。
Incidentally, the time required to form the pipe 10 using the thermoplastic resin fibers 26 in this way is shorter than the curing time required to form the pipe 10 using the thermosetting resin.
Specifically, the time required for curing the thermosetting resin in the process of forming a pipe made of a general carbon fiber reinforced resin (so-called CFRP) is the time required for fluidizing the thermosetting resin and the thermosetting. It takes 5 hours or more including the time required to raise the temperature of the functional resin, and the cycle time for manufacturing automobile parts is very long, which causes an increase in manufacturing cost. On the other hand, as in this embodiment, the time required for forming the CFRTP pipe 10 by the press molding process, that is, the time until the thermoplastic resin fiber 26 is sufficiently fluidized and uniformly impregnated in the carbon fiber 25 is as follows. 1 to 15 minutes. Therefore, the CFRTP pipe 10 can be manufactured in a shorter time (low cycle time) than the CFRP pipe.

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。
Thus, by using the thermoplastic resin fiber 26 for forming the pipe 10, the time required for processing can be shortened, and as a result, the manufacturing cost can be reduced.
As a result, in the case where the bar-shaped part 22 is configured by connecting the CFRTP pipe 10 and the first metal part 17 and the second metal part 18, while reducing the manufacturing cost of the bar-shaped part 22, Strength can be improved.

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。
In addition, as for the filling amount (ratio of the volume of the carbon fiber 25 with respect to the volume of the pipe 10) of the carbon fiber 25 contained in the pipe 10, 35%-70% is desirable. If the filling amount is less than 35%, the strength and rigidity necessary for the rack bar 8 cannot be secured. On the other hand, when the filling amount exceeds 70%, the carbon fiber 25 is not sufficiently and uniformly impregnated with the thermoplastic resin in the press molding process.
Here, as a method of winding the resin around the core member 23 or the like, there is a sheet winding method using a sheet-like resin or the like in addition to the filament winding method using the fibrous resin used in the present embodiment.

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。   Thermoplastic resins are generally difficult to impregnate carbon fibers due to their high viscosity. However, when the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 are wound around the outer peripheral surface 23A of the core member 23 by the filament winding method as in the present embodiment, the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 are close to each other. ing. Therefore, the melted thermoplastic resin fibers 26 (the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fibers 26) are easily impregnated in the carbon fibers 25 and between the carbon fibers 25.

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。
In the filament winding method, the filling amount of the carbon fibers 25 can be adjusted by adjusting the speed at which the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 are wound around the outer peripheral surface 23 </ b> A of the core member 23.
On the other hand, when the sheet-like carbon fiber and the sheet-like thermoplastic resin are alternately wound around the outer peripheral surface 23A of the core member 23 by the sheet winding method, in the surface portions of the respective sheet-like carbon fibers and the sheet-like thermoplastic resin. However, the carbon fiber and the thermoplastic resin are not close to each other. Therefore, the molten thermoplastic resin impregnates only the surface portion of the sheet-like carbon fiber.

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。
As described above, when the filament winding method is used, the thermoplastic resin 28 can enter the carbon fibers 25 and between the carbon fibers 25 without gaps, compared with the case where the sheet winding method is used. Higher loadings can be achieved than when used.
Furthermore, since a sheet-like thermoplastic resin is hard and not bent at room temperature, it is difficult to use the sheet winding method in the first place. For this reason, it can be considered that the two sheet-like thermoplastic resins are pressed into an arc shape and the ends are welded to each other, but this is very laborious.

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。   Further, as a conventional method, after sheet-like carbon fibers are wound around the outer peripheral surface 23A of the core member 23 by a sheet winding method, a thermoplastic resin is poured into the sheet-like carbon fibers wound around the outer peripheral surface 23A by injection molding. There is also a method of bonding between layers of sheet-like carbon fibers. When the pipe 10 is formed only by press molding as in the present embodiment, injection molding is not necessary, so that the time required for molding can be shortened compared to the conventional method using injection molding.

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。
Next, a first modification of the present invention will be described.
FIG. 10 is a diagram in which the first modification is applied to FIG. In FIG. 10, the same members as those described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted (the same applies to FIGS. 11 to 13 described below).
Referring to FIG. 10, a thermal adhesive film 30 is provided along the concavo-convex portion 27 on the outer peripheral surface 16 </ b> A of the metal ring 16 in the first modification. The heat bonding film 30 may be attached to the outer peripheral surface 16 </ b> A that has been roughened before the metal ring 16 is fitted onto the mandrel 24, or the metal ring 16 is attached to the mandrel 24. You may attach to 16 A of outer peripheral surfaces by which the roughening process was given after being externally fitted. Thereby, the pipe 10 and the metal ring 16 are more firmly connected.

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。
Next, a second modification of the present invention will be described.
FIG. 11 is a view showing a braid 37 of the second modification.
Referring to FIG. 11, the step of winding carbon fiber 25 and thermoplastic resin fiber 26 of the second modification around outer peripheral surface 23 </ b> A of core material 23 includes the step of winding braid 37 around outer peripheral surface 23 </ b> A of core material 23. Yes. The braid 37 is configured by combining dry carbon fibers 25 and thermoplastic resin fibers 26 so as to twist them together.

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。   Rather than separately winding the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 around the outer peripheral surface 23A, the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are uniformly distributed in the axial direction X by using only the braid 37. It can be wound around the outer peripheral surface 23A. Thereby, the pipe 10 with which the ratio of each of the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 is uniform can be obtained.

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。   Further, in FIG. 11, two thermoplastic resin fibers 26 and one carbon fiber 25 form a braid 37, but the braid 37 may be composed of three or more fibers, The composition ratio of the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 can be arbitrarily changed. By adjusting the ratio of the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 in the braid 37, the filling amount of the carbon fibers 25 can be adjusted.

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。
Next, a third modification of the present invention will be described.
FIG. 12 is a view showing a fabric sheet 40 of a third modification.
Referring to FIG. 12, the step of winding the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 of the third modified example around the outer peripheral surface 23 </ b> A of the core member 23 includes the step of winding the woven sheet 40 around the outer peripheral surface 23 </ b> A of the core member 23. It is out. The woven sheet 40 is a woven sheet in which the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 are combined with each other.

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。   Specifically, the fabric sheet 40 of the third modified example has a carbon fiber tow 41 that is a bundle of dry carbon fibers 25 and a thermoplastic resin fiber tow 42 that is a bundle of thermoplastic resin fibers 26 in a fabric shape. It is shaped. In the woven fabric sheet 40, carbon fiber tows 41 extending linearly in a predetermined direction and thermoplastic resin fiber tows 42 extending in a direction intersecting the carbon fiber tows 41 are woven together by plain weaving.

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。
Here, in order to increase the strength against the tensile / compressive stress (stress in the axial direction X) generated in the pipe 10, the carbon fiber 25 extends in the axial direction X (orientated in the axial direction X). Is desirable).
As described above, in this embodiment, the filament winding method is used, and the carbon fiber 25 is wound around the outer peripheral surface 23A by hoop winding. Therefore, in the present embodiment, the carbon fibers 25 cannot be oriented along the axial direction X. As a result, in order to improve the strength of the pipe 10, it is necessary to increase the thickness of the pipe 10, and as a result, the weight reduction effect of the rack bar 8 may be reduced.

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。   On the other hand, in the third modification, the fabric sheet 40 is wound around the outer peripheral surface 23A of the core member 23 by a sheet winding method. Since the direction in which the fabric sheet 40 is wound can be controlled, the fabric sheet 40 can be wound around the outer peripheral surface 23 </ b> A with the carbon fibers 25 oriented in the axial direction X of the pipe 10. Thereby, the strength of the pipe 10 against the stress in the axial direction X can be improved.

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。
In addition, since the strength of the pipe 10 is improved in this way, the number of times the woven fabric sheet 40 is wound around the outer peripheral surface 23A of the core member 23 can be reduced and the pipe 10 can be made thinner. In this way, the rack bar 8 can be reduced in weight by controlling the number of laminated fabric sheets 40.
Also in the third modified example, injection molding is unnecessary as in the present embodiment, so that the molding time can be shortened compared to the case of using injection molding.

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。
Moreover, the woven sheet 40 can adjust the filling amount of the carbon fiber 25 by adjusting the width of the carbon fiber tow 41 and the thermoplastic resin fiber tow 42.
Further, the weaving method of the fabric sheet 40 is not limited to plain weaving, and general weaving methods such as twill weaving, satin weaving, and multiaxial weaving can be applied.
Next, a fourth modification of the present invention will be described.

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。
FIG. 13 is a view showing the rack bar 8 of the fourth modified example and its periphery.
Referring to FIG. 13, in the rack bar 8 of the fourth modified example, the pipe 10 has a rack 15. In the case of the fourth modification, the rack 15 is formed in a step of pressing the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26 (press forming step). Specifically, a rack forming portion (not shown) capable of forming the rack 15 is provided in the first mold 34 or the second mold 35 (see also FIG. 3). In the press molding process, the thermoplastic resin fiber 26 is melted and solidified in the press mold 33 by using the press mold 33 provided with the rack molding portion in either the first mold 34 or the second mold 35. Then, the rack 15 is formed on the outer peripheral surface 10D of the pipe 10 (see also FIG. 3). On the other hand, the rack 15 is not formed in the second metal part 18 of the fourth modification example, and the second metal part 18 is disposed only in a portion adjacent to the joint 11 on the right side X2. Thus, the thermoplastic resin fiber 26 can be molded into the rack 15 simultaneously with the molding of the pipe 10 by hot pressing at a high temperature in the press molding process.

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。   Thereby, since the ratio of the pipe 10 to the rack bar 8 can be increased, the weight of the rack bar 8 can be reduced. Further, the rack 15 is not formed by cutting the pipe 10, but is formed when the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are pressed, so that the carbon fiber 25 is not cut. Therefore, the strength of the bar-shaped part 22 can be improved.

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。
However, the dimensional accuracy of the rack 15 formed on the pipe 10 is inferior to that of the rack 15 formed on the second metal part 18 by cutting.
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made within the scope of the claims.
For example, in the present embodiment, in the press molding process, the thermoplastic resin fiber 26 is heated while being pressurized. However, even if the carbon fiber 25 and the thermoplastic resin fiber 26 are heated and then pressurized, the same as in the present embodiment. The strength can be improved while reducing the manufacturing cost of the bar-shaped component 22.

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。
Further, in the present embodiment, the step of providing the female screw portion 19 screwed to the male screw portion 20 provided in the first metal component 17 and the second metal component 18 on the inner peripheral surface 16B of the metal ring 16 is performed by the mandrel 24. However, this step may be performed before the metal ring 16 is fitted onto the mandrel 24.
Further, the bar-shaped component 22 of the above-described embodiment is configured to fasten metal components (the first metal component 17 and the second metal component 18) to both end portions (both the end portion 10A and the end portion 10B) of the pipe 10. However, a configuration in which the metal part is fastened to only one of the both end portions may be employed.

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。
Further, the bar-shaped component 22 of the above-described embodiment is the rack bar 8, but may be configured as a bar-shaped component other than the rack bar 8 (for example, various shafts, rods, pipe-shaped components).
In this embodiment, instead of the carbon fibers 25 and the thermoplastic resin fibers 26, the carbon fiber tows 41 and the thermoplastic resin fiber tows 42 may be wound around the outer peripheral surface 23 </ b> A of the core member 23.

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。   Further, the fabric sheet 40 may have a fabric shape configured by combining braids 37.

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   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering device, 8 ... Rack bar, 10 ... Pipe, 10A ... End part, 10B ... End part, 15 ... Rack, 16 ... Metal ring, 16A ... Outer peripheral surface, 16B ... Inner peripheral surface, 17 ... First metal Part 18: Second metal part 19 ... Female thread part 20 ... Male thread part 22 22 Bar-shaped part 23 23 Core material 23A Peripheral surface 24 Mandrel 25 Carbon fiber 26 Thermoplastic resin fiber 37 ... Braid, 40 ... Woven sheet, X ... Axial direction

Claims (8)

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。
A method of manufacturing a bar-shaped part including a pipe made of carbon fiber reinforced thermoplastic resin and a metal part fastened to an end portion in the axial direction of the pipe,
A step of preparing a core material including the mandrel and the metal ring by externally fitting a metal ring having an outer peripheral surface subjected to a rough surface to the metal mandrel extending in the axial direction. When,
Winding each of the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core;
Melting the thermoplastic resin fiber by heating while pressing the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber wound around the outer peripheral surface of the core material;
Cooling the thermoplastic resin impregnated in the carbon fiber and forming the pipe with the end portion fitted and fixed to the outer peripheral surface of the metal ring; and
Extracting only the mandrel from the pipe from the core;
Screwing the metal part and the inner peripheral surface of the metal ring;
The manufacturing method of bar-shaped components characterized by including these.
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。
A method of manufacturing a bar-shaped part including a pipe made of carbon fiber reinforced thermoplastic resin and a metal part fastened to an end portion in the axial direction of the pipe,
A step of preparing a core material including the mandrel and the metal ring by externally fitting a metal ring having an outer peripheral surface subjected to a rough surface to the metal mandrel extending in the axial direction. When,
Winding each of the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core;
A step of melting the thermoplastic resin fibers by heating and then pressurizing the carbon fibers and the thermoplastic resin fibers wound around the outer peripheral surface of the core material;
Cooling the thermoplastic resin impregnated in the carbon fiber and forming the pipe with the end portion fitted and fixed to the outer peripheral surface of the metal ring; and
Extracting only the mandrel from the pipe from the core;
Screwing the metal part and the inner peripheral surface of the metal ring;
The manufacturing method of bar-shaped components characterized by including these.
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。   The step of winding the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core material includes the step of winding a woven sheet formed by combining the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core material. The method for manufacturing a bar-shaped part according to claim 1, comprising: a bar-shaped part. 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。   The step of winding the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core material includes the step of winding a braid formed by combining the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber around the outer peripheral surface of the core material. The manufacturing method of the bar-shaped component in any one of Claims 1-3 characterized by these. 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。   The bar according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of forming a female screw portion screwed to a male screw portion provided in the metal part on an inner peripheral surface of the metal ring. Method for manufacturing a shaped part. 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。   The method of manufacturing a bar-shaped part according to claim 1, wherein the bar-shaped part constitutes a rack bar included in a rack-and-pinion type steering device. 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。
The pipe has a rack;
The method of manufacturing a bar-shaped part according to claim 6, wherein the rack is formed in a step of pressurizing the carbon fiber and the thermoplastic resin fiber.
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。   The method of manufacturing a bar-shaped part according to claim 6, wherein the metal part has a rack.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017154384A (en) * 2016-03-02 2017-09-07 三豊化成株式会社 Method for producing molded article

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