(57)【要約】【課題】低コストであるにもかかわらず、高い形状精度及び強度を有する構造体の製造方法及び構造体を提供する。【解決手段】構造体の製造方法は、強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシートを複数枚、マンドレルＭＤの周囲に巻き付けて筒状の積層体ＬＭを形成する第１工程と、前記積層体ＬＭの全周を、テープＴＰにより圧迫する第２工程と、前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体ＬＭを加熱する第３工程と、前記積層体ＬＭより前記マンドレルＭＤを抜き出す第４工程と、前記テープＴＰを巻き付けた前記積層体ＬＭを、成形型ＵＤ，ＬＤ内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体ＬＭを加熱する第５工程と、前記成形型ＵＤ，ＬＤから前記積層体ＬＭを取り出して、前記テープＴＰを剥がす第６工程と、を有する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成する第１工程と、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫する第２工程と、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱する第３工程と、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出す第４工程と、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱する第５工程と、を有する、
構造体の製造方法。
【請求項２】
前記成形型から前記積層体を取り出して、前記テープまたはフィルムを剥がす第６工程を更に有する、
請求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項３】
前記シートは、前記強化繊維に前記熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグである、
請求項１又は２に記載の構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程において、前記マンドレルを回転させながら、所定の張力を付与しつつ前記積層体の周囲にテープを巻き付ける、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程において、前記積層体の周囲に熱収縮フィルムからなるチューブを配置して、前記熱収縮フィルムを加熱する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程において、前記熱硬化性樹脂の硬化度が３０％〜９０％の範囲になるよう、前記積層体を加熱する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項７】
前記第５工程で、前記積層体の内部に空間を設けるように前記成形型内で加圧する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第５工程で、前記積層体の内部に空間を設けないように前記成形型内で加圧する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項９】
強化繊維に含浸させた熱硬化性樹脂から形成され、法線方向が互いに異なる第１の面と第２の面とを持つ構造体であって、
前記第１の面と前記第２の面との交差部は、曲率が一定もしくは徐々に変化する曲面を持ち、前記交差部を通過する前記強化繊維が折れることなく連続している、
構造体。
【請求項１０】
前記構造体は板状であって、内部に空間を有しない、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１１】
前記構造体は筒状であって、他部品と連結するための取付部材と接合されており、前記取付部材に係合する凹状もしくは凸状の係合部を内部に有する、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１２】
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成し、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫し、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱し、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出し、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱することにより形成される、
構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体の製造方法及び構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品軽量化の観点から、金属製の構造体を、例えばカーボンファイバー等の強化繊維を樹脂で固めたＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の構造体へと置換する試みがある。ここで、ＦＲＰ製の構造体としては、例えば自転車のフレームなどに既に用いられている中空円筒部材が知られている。
【０００３】
しかるに、自転車のフレームは、元々金属製の丸パイプをつなぎ合わせたものであるから、これをＦＲＰ製の中空円筒部材に置換することは、接合部の問題などを除けば比較的容易である。一方、例えば車両に使用される構造体は、その設置スペースが限られるため、中空円筒部材のままでは使用しにくいという問題がある。そこで、構造体として広範囲の使用を可能にすべく、ＦＲＰ製の構造体を、板状或いは非円形中空断面形状（例えば角筒状）に形成したいという要請がある。
【０００４】
板状のＦＲＰ製の構造体を形成する一案としては、プリプレグを平面上で複数枚積層して互いに接着し、完全硬化させる手法がある。プリプレグとは、強化繊維にエポキシなどの熱硬化性樹脂を均等に含浸させ、加熱または乾燥して半硬化状態にしたシート状の強化プラスチック成形品である。
しかしながら、このようにして形成されたＦＲＰ製の構造体は、硬化過程でひずみが生じやすく、精度良い平板形状を得られないという問題がある。
【０００５】
また、このように積層して形成された板状のＦＲＰ製の構造体の両端に、ねじりトルクが繰り返し付与された場合、上面側のシートと下面側のシートとの間に相対移動が生じる。このため、構造体の中央幅方向の両縁でシートの接着が剥がれて繊維がはがれやすく、強度低下を招くという問題がある。
【０００６】
一方、非円形中空断面形状のＦＲＰ製の構造体を形成する一案としては、積層したプリプレグなどを外周に配置した可撓性の中空中子を成形型内に配置し、加圧により中空中子を膨張させつつ加熱することによって、プリプレグの外表面を型に倣わせて成形する手法がある。しかしながら、このような製法で成形を行うと、成形時の加圧・加熱工程において生じるプリプレグの肉厚変化時に、型に倣った形状変化に追従できない強化繊維を起因としたシワ、ボイド、樹脂リッチが発生する虞れがある。これにより、ＦＲＰ製の構造体における製品品質や製品強度の低下を招くこととなる。
【０００７】
これに対し、非円形中空断面形状を持つＦＲＰ製の構造体を形成する技術として、特許文献１に示すものが開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、外周に強化繊維基材を配置した中空中子を成形型のキャビティ内に配設し、型締めした後、中子内を加圧しながら成形型内に樹脂を注入して、ＦＲＰ中空構造体を成形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１５９４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の技術によれば、成形型内に配置した中空中子を加圧しながら成形型内に樹脂を注入することによって、ＦＲＰ中空構造体にシワやボイドなどの不具合が生じないようにできるとされている。しかしながら、かかる技術では成形型内に樹脂を注入するための樹脂流路などの大掛かり設備が必要になり、コストがかかるという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、低コストであるにもかかわらず、高い形状精度及び強度を有する構造体の製造方法及び構造体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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明による構造体の製造方法は、
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成する第１工程と、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫する第２工程と、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱する第３工程と、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出す第４工程と、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱する第５工程と、を有する。
【００１２】
本発明による構造体は、強化繊維に含浸させた熱硬化性樹脂から形成され、法線方向が互いに異なる第１の面と第２の面とを持つ構造体であって、前記第１の面と前記第２の面との交差部は、曲率が一定もしくは徐々に変化する曲面を持ち、前記交差部を通過する前記強化繊維が折れることなく連続している。
【００１３】
本発明による構造体は、
前記構造体は筒状であって、他部品と連結するための取付部材と接合されており、前記取付部材に係合する凹状もしくは凸状の係合部を内部に有する。
【００１４】
本発明による構造体は、
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成し、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫し、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱し、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出し、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱することにより形成される。
なお、本発明による構造体は、その構造又は特性により直接的に特定することが困難であるため、その構造体の製造方法によって、構造体自体を特定したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低コストであるにもかかわらず、高い形状精度及び強度を有する構造体の製造方法及び構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態にかかる構造体の本製造方法の第１工程を示す図であり、プリプレグとマンドレルを平面的に図示している。
【図２】図２は、本実施形態にかかる構造体の本製造方法の第２工程を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態にかかる構造体の本製造方法の第３工程を示す図である。
【図４】図４は、未硬化の熱硬化性樹脂にかかるＤＳＣ曲線の一例を示す図であり、縦軸に熱流、横軸に温度を取って示す。
【図５】図５は、完全硬化後の熱硬化性樹脂にかかるＤＳＣ曲線の一例を示す図であり、縦軸に熱流、横軸に温度を取って示す。
【図６】図６は、本実施形態にかかる構造体の本製造方法の第４工程を示す図であり、積層体からマンドレルを抜き出す状態を示す。
【図７】図７は、本実施形態にかかる構造体の本製造方法の第５工程の一部を示す図であり、積層体にゴム体を挿入する状態を示す。
【図８】図８は、本実施形態にかかる構造体の本製造方法の第５工程の一部を示す断面図であり、積層体の軸線方向に見た型締め前の状態を示す。
【図９】図９は、本実施形態にかかる構造体の本製造方法の第５工程の一部を示す断面図であり、型締めして加熱した状態を示す。
【図１０】図１０は、本実施形態にかかる製造方法により製造された構造体の斜視図である。
【図１１】図１１は、構造体に取付部材を取り付ける状態を示す断面図である。
【図１２】図１２は、取付部材を取り付けた構造体を示す斜視図であり、一部積層体を透視して示している。
【図１３】図１３は、別な実施形態にかかる構造体の本製造方法の第５工程の一部を示す断面図であり、積層体の軸線方向に見た型締め前の状態を示す。
【図１４】図１４は、別な実施形態にかかる構造体の本製造方法の第５工程の一部を示す断面図であり、型締めして加熱した状態を示す。
【図１５】図１５は、別な実施形態にかかる製造方法により製造された構造体の斜視図である。
【図１６】図１６は、別な実施形態にかかる製造方法により製造された構造体の平面図であり、強化繊維と共に示している。
【図１７】図１７は、変形例の構造体の断面図である。
【図１８】図１８は、変形例の構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明にかかる実施の形態を説明する。
なお、本明細書中、「強化繊維」は、炭素(カーボン)繊維、ガラス繊維、アラミド繊維に代表される有機繊維、シリコンカーバイド繊維、金属繊維などであると好ましい。さらに、「熱硬化性樹脂」は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂などであると好ましい。
【００１８】
「筒状の積層体」は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、加熱または乾燥して半硬化状態にしたプリプレグのシートを、シートワインディング製法を用いて巻くことで形成でき、またプリプレグのテープを、テープワインディング製法を用いて巻くことで形成できる。
あるいは、ロービンク繊維に樹脂を含浸しながら巻き付けるフィラメントワインディング製法で巻くことによっても、筒状の積層体を形成できる。ただし、シートワインディング製法やテープワインディング製法であれば、樹脂と強化繊維の比率が管理され安定したプリプレグを用いることができるので、より好ましい。
プリプレグとしては、例えば東レ株式会社製のトレカ（登録商標）を好適に用いることができる。
【００１９】
「マンドレル」の材質は金属、樹脂、セラミックスなどいずれでも良いが、コストや耐久性の観点からは金属を用いることが好ましい。また、マンドレルの形状は、中実円筒状、或いは中空円筒状であると好ましく、単一ではなく分割可能な形状であってよい。
【００２０】
本明細書中、「テープ又はフィルム」は、素材を問わない薄肉状部材を指すものとする。ただし、使いやすさの観点からテープを用いると好ましい。テープは、樹脂製、金属製いずれのものでも良いが作業性の良い樹脂性のものを用いることが好ましい。また、樹脂製テープを用いる場合、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、セロファン、テフロン（登録商標）、ポリイミドなどいずれでも良いが、テープ性状のバランスの良さから、ポリプロピレン、ポリエステルを使用することが好ましい。
【００２１】
［第１の実施形態］
第１の実施形態にかかる構造体の製造方法について説明する。図１は、第１工程を模式的に示す図である。図１に示すように、マンドレルＭＤおよび各種プリプレグシートＰＳ１〜ＰＳ６を準備する。
【００２２】
マンドレルＭＤの外径は、最終的に形成する構造体の外周長に対し、外側に巻き付ける積層体の厚みを考慮して、若干短めに設定する。すなわち、マンドレルＭＤに複数枚のプリプレグシートを巻き付けた状態における外径を、最終的に形成する構造体の外周長の設計値と略一致させることが望ましい。
【００２３】
プリプレグシートＰＳ１〜ＰＳ６は、ここではカーボン繊維をエポキシ樹脂の原料に含浸させたシートを用いる。各プリプレグシートでは、カーボン繊維が規則性を持って配向されており、図１中の実線は、そのカーボン繊維の配向方向を示している。以下、カーボン繊維の配向方向は、プリプレグシートを展開した状態でいうものとする。
【００２４】
（第１工程）
本製造方法の第１工程について説明する。プリプレグシートＰＳ１は、カーボン繊維の配向方向がマンドレルＭＤの軸線に対し＋４５度方向のシートと、−４５度方向のシートを２層に重ねて張り合わせて１枚のプリプレグシートとしたものであり、構造体が受けるねじれ応力に抗する作用を持つ。このプリプレグシートＰＳ１を、必要に応じて外周に剥離処理を施したマンドレルＭＤの外周に巻き付ける。
【００２５】
プリプレグシートＰＳ２、ＰＳ３及びＰＳ４は、それぞれカーボン繊維の配向方向がマンドレルＭＤの軸線に平行であり、構造体が受ける引っ張り応力に抗する作用を持つ。このプリプレグシートＰＳ２、ＰＳ３及びＰＳ４を、プリプレグシートＰＳ１上に順次巻き付けてゆく。
【００２６】
プリプレグシートＰＳ５は、カーボン繊維の配向方向がマンドレルＭＤの軸線に対し直交しており、構造体が圧縮応力を受けた際の膨張に抗する作用を持つ。このプリプレグシートＰＳ５を、プリプレグシートＰＳ４に巻き付ける。
【００２７】
一対のプリプレグシートＰＳ６は、カーボン繊維の配向方向がマンドレルＭＤの軸線に対し直交しており、台形状を持つ。このプリプレグシートＰＳ６を、プリプレグシートＰＳ５の両端に巻き付ける。
【００２８】
本実施形態の構造体は、その両端部に取付部材（後述）などを取り付けることができるため、最外周のプリプレグシートＰＳ６を両端部にのみ巻き付けることで、補強効果を図っている。プリプレグシートの枚数やカーボン繊維の配向方向は、所望する構造体の機械的強度に合わせて適宜変更可能である。
【００２９】
このようにして、マンドレルＭＤ上に複数のプリプレグシートを巻き付けてなる筒状の積層体ＬＭ（図２）が形成される。
【００３０】
（第２工程）
本製造方法の第２工程について説明する。図２は、第２工程を模式的に示す図である。図２において、積層体ＬＭを巻き付けたマンドレルＭＤの一端を、モータ回転軸などの回転駆動体ＲＤに連結し、薄いテープＴＰ（ここでは透明とする）の一端を積層体ＬＭの外周に張り付ける。
【００３１】
かかる状態から、回転駆動体ＲＤと共にマンドレルＭＤを回転させ、所定の張力を付与しつつテープＴＰを積層体ＬＭの外周に巻き付ける。所定の張力は、積層体ＬＭの外径などの条件によって異なるが、１〜５ｋｇｆの範囲であると好ましい。これにより積層したプリプレグシートＰＳ１〜ＰＳ６を圧迫加圧することにより、プリプレグシート間の空隙等を排除して積層体ＬＭの緻密化を図ることができる。
【００３２】
さらにテープＴＰをマンドレルＭＤの軸線Ｏの方向に沿って相対移動させることで、テープＴＰが積層体ＬＭの軸線Ｏの方向全体にわたって巻きつき、略均一な厚さの薄い層を形成する。
【００３３】
ただし、マンドレルＭＤに巻き付けた積層体ＬＭを加圧する手段としては、テープに限らない。例えば、熱収縮フィルムからなるチューブなどを積層体ＬＭの周囲に配置して、加熱により熱収縮フィルムを収縮させて積層体ＬＭを圧迫しても良い。
【００３４】
あるいはゴムテープや、ゴムフィルムをチューブ化したもの（ゴムチューブ）を積層体ＬＭの周囲に配置して、その弾性力で積層体ＬＭを圧迫することもできる。これにより、マンドレルＭＤを回転させる回転駆動体が不要になり、設備コストが低減される。
【００３５】
（第３工程）
本製造方法の第３工程について説明する。図３は、第３工程を模式的に示す図である。テープＴＰを巻いた積層体ＬＭを、マンドレルＭＤとともにオーブンＯＶ内に配置する。オーブンＯＶ中で加熱して、積層体ＬＭのプリプレグシートの樹脂を完全硬化前の状態まで加熱する。より具体的には、積層体ＬＭの熱硬化性樹脂の硬化度を、３０〜９０％になるように加熱する。
【００３６】
ここで、熱硬化性樹脂の硬化度について説明する。例えば未硬化のエポキシ樹脂を、室温から２００℃まで５℃／ｍｉｎの速度で加熱していったとき、ＤＳＣ（示差走査熱量測定法）を用いて熱流（発熱又は吸熱）を測定すると、熱硬化性樹脂に特有の現象が生じることがわかる。
具体的には、図４に示すＤＳＣ曲線のように、約１０３℃付近から急激な発熱が生じ、１１０．７℃で発熱ピークが生じ、以降、急激に発熱が減少する。この発熱は、エポキシ樹脂の昇温加熱により重合（硬化）が生じたことを表す。ここで、１１０．７℃を、このエポキシ樹脂の最大発熱温度という。
【００３７】
このエポキシ樹脂を、再度室温まで冷やし、再び２００℃まで５℃／ｍｉｎの速度で加熱していくと、図５に示すＤＳＣ曲線のように、発熱ピークは現れず、むしろ吸熱が生じ、１１６。１℃にガラス転移が生じることがわかる。これは、エポキシ樹脂が既に完全硬化しているために生じる現象である。（「エポキシ樹脂の硬化温度・ガラス転移温度調査」、ＭＳＴ技術資料：Ｎｏ．Ｃ０２２０，掲載日：２０１１／１０／２０、財団法人：材料科学技術振興財団）
【００３８】
一方、エポキシ樹脂を完全硬化させる前に加熱を中断すると、発熱ピークは１１０．７℃を下回るＸ℃となる（図４）。これは、エポキシ樹脂が更に重合できる余地があることを示し、すなわちエポキシ樹脂は完全硬化前の状態となる。
換言すれば、熱硬化性樹脂を加熱していった時の発熱ピークを随時測定し、最大発熱温度未満のＸ℃となったときに加熱を中断することで、熱硬化性樹脂を完全に硬化する前の状態にとどめることができる。
【００３９】
図４において、完全硬化時のＤＳＣ曲線とベースラインＢＳとで囲む面積（発熱ピーク面積という）をＳ１とし、発熱ピークがＸ℃であるＤＳＣ曲線とベースラインＢＳとで囲む面積Ｓ２としたときに、（Ｓ２／Ｓ１）×１００％を熱硬化性樹脂の硬化度と定義する。
【００４０】
本発明者らは、この熱硬化性樹脂の熱特性を利用して、熱硬化性樹脂が完全に硬化する前、例えば３０〜９０％の硬化度で積層体ＬＭの加熱を中断することによって、積層体ＬＭの成形性を向上させることを見出した。３０〜９０％の硬化度に対応する発熱ピークＸ℃は、実験やシミュレーションで求めることができる。積層体ＬＭの成形性の向上効果については、第５工程に関連して後述する。
【００４１】
（第４工程）
本製造方法の第４工程について説明する。図６は、第４工程を模式的に示す図である。テープＴＰを巻いた積層体ＬＭをオーブンＯＶから取り出して、図６に示すようにマンドレルＭＤを引き抜く。積層体ＬＭの外周にテープＴＰが所定の張力で巻かれており、また第３工程にて積層体ＬＭの熱硬化性樹脂が３０％以上の硬化度で加熱されているので、積層体ＬＭは、マンドレルＭＤを引き抜いても筒形状を維持できる剛性を持つ。この筒形状をプリフォーム体という。
【００４２】
未加熱の積層体ＬＭは、樹脂材料の劣化を防ぐべく、冷蔵庫や冷凍庫での保存が必要である。一方、第４工程を経て形成されたプリフォーム体は、樹脂材料の硬化度が調整されたものであり、常温で保管しても樹脂材料の劣化が殆どない。したがって、プリフォーム体を量産して保存しておくことで、急な需要にも対応して製品の供給が可能になる。
【００４３】
また、１種類のプリフォーム体から複数種類の構造体を形成できるため、製造コスト低減を図れる。
【００４４】
（第５工程）
本製造方法の第５工程について説明する。図７〜９は、第５工程を模式的に示す図である。まず、図７に示すように、マンドレルＭＤを引き抜いた積層体ＬＭ内に、円筒状のゴム体ＧＭを挿入する。マンドレルＭＤとほぼ同径の円筒状であるゴム体ＧＭは、加熱すると膨張する特性を有する。
【００４５】
更に、図８に示すように、ゴム体ＧＭを内挿した積層体ＬＭを、板状の上型ＵＤと、樋状の下型ＬＤとの間に配置する。上型ＵＤと下型ＬＤとで成形型を構成する。
ここで、下型ＬＤにおける樋底面の幅をＷとし、樋内壁の高さをＨとし、テープＴＰを巻いた積層体ＬＭの外径をＤとしたときに、πＤ≒２（Ｗ＋Ｈ）であると、型の内周長と、最終の構造体の外周長とを略一致させることができ、それにより安定した形状を持つ構造体を得られる。
【００４６】
その後、図９に示すように、上型ＵＤと下型ＬＤとを相対接近させて型締めを行う。このとき、先の第３工程で積層体ＬＭの熱硬化性樹脂が９０％以下の硬化度で加熱されているので、上型ＵＤと下型ＬＤとで形成される内壁形状に倣うように、積層体ＬＭを変形させることができる。一方、所定の張力でテープＴＰを巻いているので、積層体ＬＭが上型ＵＤと下型ＬＤの圧力でつぶれることはない。
【００４７】
更に、不図示のヒータを用いて上型ＵＤと下型ＬＤの内部を加熱することにより、ゴム体ＧＭが膨張し、それにより積層体ＬＭの内圧が高まる。これにより、積層体ＬＭは、上型ＵＤと下型ＬＤとの内壁面に向かって押圧され、特に上型ＵＤと下型ＬＤとの内壁形状の角部ＣＲと、積層体ＬＭとの間隙が詰まり、積層体ＬＭを角筒状とするよう精度よく変形させることができる。また、積層体ＬＭを加熱することにより、完全に硬化させることができる。
【００４８】
このとき、内圧を受けた積層体ＬＭの周囲に摺動性が高いテープＴＰが巻かれているので、ゴム体ＧＭの膨張に伴って、積層体ＬＭの外表面と成形型の内壁面との間に相対変位が生じた場合にも、両者間に殆ど抵抗なく滑りを生じさせることができる。これにより積層体ＬＭの型馴染み性が向上し、安定した製品形状を得られる。また、仮に積層体ＬＭと上型ＵＤあるいは下型ＬＤとの間に隙間が生じたとしても、積層体ＬＭの外周に巻かれたテープＴＰがゴム体ＧＭの内圧受けることができるため、特に角部ＣＲの近傍において生じることが多い、積層体ＬＭのシワやボイド、樹脂リッチなどの不具合を効果的に抑制できる。
【００４９】
一方、積層体ＬＭの型馴染み性が向上することで、成形型の圧力を小さくできるとともに、型の強度や剛性を下げることができるから、使用可能な型材料の選択自由度が広がる。また成形型を駆動する設備も簡素化できるので、設備コスト低減を図れる。
【００５０】
またテープＴＰが持つ形状保持機能によって、直角の角部ＣＲに強く押し付けることで形成される積層体ＬＭの側面（第１の面）と上下面（第１の面とは法線方向が異なる第２の面）との交差部が、その曲率が一定もしくは徐々に変化する曲面を持つ（すなわち交差部にエッジが形成されない）。また、その交差部における強化繊維が折れずに曲がる（繊維の連続性が維持される）ことで、構造体の強度を確保できる。
【００５１】
（第６工程）
その後、加熱を中止し上型ＵＤと下型ＬＤとを離間させて、各筒状に変形した積層体ＬＭを取り出す。ゴム体ＧＭは、冷えると収縮するので、硬化した積層体ＬＭから容易に抜き出すことができる。さらに積層体ＬＭからテープＴＰを剥がすことで、図１０に一部を示すごとき構造体ＳＴ１が完成する。
なお、ゴム体ＧＭの代わりに、空気などを注入することで膨らむエアバッグなどを用いてもよい。
【００５２】
（変形例）
以上のようにして形成した構造体ＳＴ１に、取付部材を取り付けることで、他部品との連結が可能になる。図１１は、変形例にかかる第５工程を模式的に示す図である。ここでは、予め金属製などの取付部材ＡＴを準備する。
【００５３】
取付部材ＡＴは、リング状の頭部ＲＧに、先細形状の板部ＰＴが一体的に接合した形状を有する。板部ＰＴの上下面には、それぞれ溝ＧＶが形成されている。
【００５４】
図７を参照して、ゴム体を介装することなく積層体ＬＭを上型ＵＤと下型ＬＤとの間に配置する際に、その両端に取付部材ＡＴの板部ＰＴを対向させ（図１１（ａ））、板部ＰＴを積層体ＬＭに差し入れる（図１１（ｂ））。
【００５５】
その後、図９に示すように、上型と下型との型締めを行って、加熱しながら積層体ＬＭを板部ＰＴに密着させると、まだ比較的柔らかい積層体ＬＭの内周面の一部が突起ＰＪとなって、板部ＰＴの溝ＧＶ内に進入し、その状態で固化する。突起ＰＪが係合部を構成する（図１１（ｃ））。
【００５６】
これにより、取付部材ＡＴは積層体ＬＭに対して抜けなくなる。その後は、第６工程でテープを剥がすことで、図１２に示すようなビーム状の構造体ＳＴ１を得ることができる。
【００５７】
図１２に示す構造体ＳＴ１は、取付部材ＡＴの頭部ＲＧと、不図示の他部品とをボルト締結を行うことで、設置が可能になる。
【００５８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態にかかる構造体の製造方法について説明する。図１３、１４は、第２実施形態にかかる第５工程を模式的に示す図である。第２の実施形態においては、第１工程〜第４工程までは、第１の実施形態と同様である。つまり、第１工程〜第４工程で形成したプリフォーム体を共通に用いることができる。
【００５９】
（第５工程）
第４工程で形成され、マンドレルＭＤを引き抜いたプリフォーム体である積層体ＬＭを、ゴム体など挿入することなく、図１３に示すように、板状の上型ＵＤと板状の下型ＬＤとの間に配置する。
【００６０】
その後、上型ＵＤと下型ＬＤとを平行状態のまま相対接近させて型締めを行う。積層体ＬＭの内部は空洞になっているので、図１４に示すように、上型ＵＤの下平面と下型ＬＤの上平面とに押しつぶされ、積層体ＬＭは板状となって、内部の空洞はなくなる。
【００６１】
このとき、先の第３工程で積層体ＬＭの熱硬化性樹脂が９０％以下の硬化度で加熱されているので、積層体ＬＭが平板状に押しつぶされるような大きな変形も許容される。
【００６２】
またテープＴＰが持つ形状保持機能によって、積層体ＬＭが平板状に押しつぶされても、積層体ＬＭの上面（第１の面）と下面（第１の面とは法線方向が異なる第２の面）の交差部となる積層体ＬＭの両縁ＥＤの外表面は、曲率が一定もしくは徐々に変化する曲面を持つ。このため、構造体の外観品質、及び曲げやねじれに対する強度を向上できる。また、両縁ＥＤを通る強化繊維も折れずに曲がる（繊維の連続性が維持される）ことで、更に高い強度を確保できる。
【００６３】
（第６工程）
その後、上型ＵＤと下型ＬＤとを離間させて、板状に変形した積層体ＬＭを取り出し、さらに積層体ＬＭからテープＴＰを剥がすことで、図１５に一部を示すごとき構造体ＳＴ２が完成する。構造体ＳＴ２は、その両端近傍に穴をあけて、他部品にボルト締結することができる。
【００６４】
図１６は、構造体ＳＴ２の上面図であって、１本の連続する強化繊維ＦＢを、表面側を通過するものを実線で、裏面側を通過するものを点線で示している。本実施形態では円筒状の積層体ＬＭを押しつぶすことで、構造体ＳＴ２を形成している。したがって、円筒状の積層体ＬＭの周囲に螺旋状に巻き付けられた強化繊維ＦＢは、いずれの位置で押しつぶされても、幾何学的関係より、図１６に示すように表面側の強化繊維ＦＢの傾斜角θ１と、裏面側の強化繊維ＦＢの傾斜角θ２は等しくなる。これにより、構造体ＳＴ２のゆがみが抑制され、精度良い平板形状を維持できる。
【００６５】
（変形例）
図１７、１８は、第２の実施形態の変形例を示す断面図である。筒状の積層体ＬＭを押しつぶす成形型の形状を変えることで、図１７に示すように、断面がＬ字状の構造体ＳＴ２を形成したり、図１８に示すように、断面がＣ字形状の構造体ＳＴ２を形成できる。
【００６６】
本発明は、以上の実施形態に限られることはない。例えば構造体に取り付ける取付部材には、溝以外に孔やディンプルなど任意の凹凸形状を設け、構造体には凹凸形状に係合する凹状または凸状の係合部を設けることができる。
【符号の説明】
【００６７】
ＰＳ１〜ＰＳ６      プリプレグシート
ＭＤ  マンドレル
ＴＰ  テープ
ＯＶ  オーブン
ＲＤ  回転駆動体
ＧＭ  ゴム体
ＵＤ  上型
ＬＤ  下型
ＡＴ  取付部材
ＳＴ１，ＳＴ２  構造体
【図１】
2020124810.tif 000003
【図２】
2020124810.tif 000004
【図３】
2020124810.tif 000005
【図４】
2020124810.tif 000006
【図５】
2020124810.tif 000007
【図６】
2020124810.tif 000008
【図７】
2020124810.tif 000009
【図８】
2020124810.tif 000010
【図９】
2020124810.tif 000011
【図１０】
2020124810.tif 000012
【図１１】
2020124810.tif 000013
【図１２】
2020124810.tif 000014
【図１３】
2020124810.tif 000015
【図１４】
2020124810.tif 000016
【図１５】
2020124810.tif 000017
【図１６】
2020124810.tif 000018
【図１７】
2020124810.tif 000019
【図１８】
2020124810.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月30日(2020.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成する第１工程と、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫する第２工程と、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱する第３工程と、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出す第４工程と、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱する第５工程と、を有する、
構造体の製造方法。
【請求項２】
前記成形型から前記積層体を取り出して、前記テープまたはフィルムを剥がす第６工程を更に有する、
請求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項３】
前記シートは、前記強化繊維に前記熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグである、
請求項１又は２に記載の構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程において、前記マンドレルを回転させながら、所定の張力を付与しつつ前記積層体の周囲にテープを巻き付ける、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程において、前記積層体の周囲に熱収縮フィルムからなるチューブを配置して、前記熱収縮フィルムを加熱する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程において、前記熱硬化性樹脂の硬化度が３０％〜９０％の範囲になるよう、前記積層体を加熱する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項７】
前記第５工程で、前記積層体の内部に空間を設けるように前記成形型内で加圧する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第５工程で、前記積層体の内部に空間を設けないように前記成形型内で加圧する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項９】
強化繊維に含浸させた熱硬化性樹脂から形成され、法線方向が互いに異なる第１の面と第２の面とを持つ構造体であって、
前記第１の面と前記第２の面との交差部は、曲率が一定もしくは徐々に変化する曲面を持ち、前記交差部を通過する前記強化繊維が折れることなく連続している、
構造体。
【請求項１０】
前記構造体は板状であって、内部に空間を有しない、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１１】
前記構造体は筒状であって、他部品と連結するための取付部材と接合されており、前記取付部材に係合する凹状もしくは凸状の係合部を内部に有する、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１２】
筒状の前記熱硬化性樹脂の内部に挿入された別部材の外表面に、前記熱硬化性樹脂が密着している、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１３】
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成し、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫し、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱し、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出し、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱することにより形成される、
構造体。
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月25日(2020.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成する第１工程と、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫する第２工程と、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱する第３工程と、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出す第４工程と、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱する第５工程と、を有する、
構造体の製造方法。
【請求項２】
前記成形型から前記積層体を取り出して、前記テープまたはフィルムを剥がす第６工程を更に有する、
請求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項３】
前記シートは、前記強化繊維に前記熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレグである、
請求項１又は２に記載の構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程において、前記マンドレルを回転させながら、所定の張力を付与しつつ前記積層体の周囲にテープを巻き付ける、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程において、前記積層体の周囲に熱収縮フィルムからなるチューブを配置して、前記熱収縮フィルムを加熱する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程において、前記熱硬化性樹脂の硬化度が３０％〜９０％の範囲になるよう、前記積層体を加熱する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項７】
前記第５工程で、前記積層体の内部に空間を設けるように前記成形型内で加圧する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第５工程で、前記積層体の内部に空間を設けないように前記成形型内で加圧する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項９】
強化繊維に含浸させた熱硬化性樹脂から形成され、第１の平面と第２の平面とを外表面に持ち、前記構造体の軸線に直交する断面において、前記第１の平面から外方に延在する法線と、前記第２の平面から外方に延在する法線とが異なる方向を向いた構造体であって、
前記第１の平面と前記第２の平面との交差部は、曲率が一定もしくは徐々に変化する曲面を持ち、前記交差部を通過する前記強化繊維が折れることなく連続している、
構造体。
【請求項１０】
前記構造体は板状であって、内部に空間を有しない、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１１】
前記構造体は筒状であって、他部品と連結するための取付部材と接合されており、前記取付部材に係合する凹状もしくは凸状の係合部を内部に有する、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１２】
筒状の前記熱硬化性樹脂の内部に挿入された別部材の外表面に、前記熱硬化性樹脂が密着している、
請求項９に記載の構造体。
【請求項１３】
強化繊維と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含むシート及び／又はテープを複数枚、マンドレルの周囲に巻き付けて筒状の積層体を形成し、
前記積層体の全周を、テープまたはフィルムにより圧迫し、
前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前の状態まで、前記積層体を加熱し、
前記積層体より前記マンドレルを抜き出し、
前記テープまたはフィルムを巻き付けた前記積層体を、成形型内に配置して加圧し、前記熱硬化性樹脂が完全硬化するまで前記積層体を加熱することにより形成される、
構造体。