(57)【要約】【課題】各種の基礎構造物のための構造体であって、軽量化を図りつつ剛性並びに圧縮強度のある基礎構造材としてのＦＲＰハニカム構造体を提供すること。【解決手段】横断面が同一形状でなる複数個のＦＲＰコアユニットＣＵを、該各ＦＲＰコアユニットにおける各外側面１１を突き合わせ状に集合して、樹脂材により硬化処理してなるＦＲＰハニカム構造体であり、且つ、横断面多角形形状の芯部材のまわりにＦＲＰ組物層を組織し、樹脂材を含浸硬化してコアユニットを成形するコアユニット成形工程と、前記コアユニットの各外側面を突き合わせ状に集合させ、樹脂材を含浸硬化してハニカム構造体を成形するハニカム構造体成形工程とからなるＦＲＰハニカム構造体の製造方法である。【選択図】図３
2006247867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面が同一形状でなる複数個のＦＲＰコアユニットを、該各ＦＲＰコアユニットにおける各外側面を突き合わせ状に集合して、樹脂材により硬化処理してなることを特徴とするＦＲＰハニカム構造体。
【請求項２】
前記各ＦＲＰコアユニットが、それぞれ異なる構成要素を含むものからなり、該各ＦＲＰコアユニットにおける各外側面を突き合わせ状に集合して、樹脂材により硬化処理することにより、横断面面内でのハイブリッド構造としたことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰハニカム構造体。
【請求項３】
前記各ＦＲＰコアユニットの横断面形状が、三角形、四角形、六角形あるいは八角形などの多角形形状のものであることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のＦＲＰハニカム構造体。
【請求項４】
横断面多角形形状の芯部材のまわりにＦＲＰ組物層を組織し、樹脂材を含浸硬化してコアユニットを成形するコアユニット成形工程と、前記コアユニットの各外側面を突き合わせ状に集合させ、樹脂材を含浸硬化してハニカム構造体を成形するハニカム構造体成形工程とからなることを特徴とするＦＲＰハニカム構造体の製造方法。
【請求項５】
前記芯部材の横断面形状が、三角形形状、四角形形状、六角形形状あるいは八角形形状のものからなることを特徴とする請求項４に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法。
【請求項６】
前記コアユニット成形工程が、組角度が±θ°の組糸と、０°の中央糸とを選択的に組み合わせて、ブレイダー装置によって、組成の芯部材となるマンドレル上に組物層を組成してなることを特徴とする請求項４あるいは請求項５に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法。
【請求項７】
前記コアユニット成形工程が、シート状の繊維一方向材（ＵＤシート）あるいはクロス材を芯部材のまわりに巻き付けて、樹脂材を含浸硬化して成形したものからなることを特徴とする請求項４あるいは請求項５に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法。
【請求項８】
前記コアユニット成形工程が、シート状の繊維一方向材（ＵＤシート）あるいはクロス材を所望の幅寸法にスリットして帯状体に形成し、この帯状体を前記芯部材の各外側面に重ね合わせて、樹脂材を含浸硬化して成形したものからなることを特徴とする請求項４あるいは請求項５に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法。
【請求項９】
ブレイディング糸の種類、糸の量、糸の太さ、組物層の組織、樹脂の種類および樹脂の量などの異なる複数種類のコアユニットを予め準備しておき、これらを集合して樹脂材処理することによりハニカム構造体を成形するようにしたことを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれかに記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記ハニカム構造体成形工程が、コアユニットの集合によって形成されるハニカム構造体同士を各側面を突き合わせ状に結合してハニカム複合体を形成する工程を含むものからなることを特徴とする請求項４〜請求項９のいずれかに記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭素繊維等のＦＲＰ用繊維素材をブレイディング処理してなる繊維強化プラスチック(fiber reinforced plastics：以下、ＦＲＰという）製のハニカム構造体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、複合材を適応する上で、軽量化を図りながら、剛性並びに圧縮強度を得るためにハニカム構造化したハニカム構造体が利用されている。従来のハニカム構造体としては、例えば、特許文献１に開示されているもののように、ＦＲＰ板をサンドイッチ構造に構成したものが知られている。
【０００３】
このような構造体におけるＦＲＰは、炭素繊維あるいはガラス繊維などの繊維素材を種々のプラスチックのマトリックスでかためて成形した複合材料であり、軽量で且つ強度が高いという特性を有するＦＲＰ組成物構造材として開発されており、多産業分野において利用されてきている。このＦＲＰ組成物は、炭素繊維あるいはガラス繊維などの繊維素材をブレイダー装置にセットし、ブレイディング処理によってマンドレルのまわりに複数層の組織体として組成される。この複数層に組成されたＦＲＰ組織体によってプリフォームを成形する場合、当該ＦＲＰ組織体に樹脂材を含浸ないしは付着させた後、加熱加圧処理によって硬化、成形を行う。その後、マンドレルを抜き取って、成形品を得ている。
【０００４】
従来の例になるＦＲＰハニカム構造体は、特許文献１における図１並びに図２に示されるもののように、ＦＲＰ製の母材シート９を、ギヤ１２およびラック１３からなるコルゲート成形装置１０に導入して波板１１を形成し、この波板１１と平板１４とを交互に重ね合わせ状に接合してハニカム構造体に仕上げるというものであった。
【０００５】
この重ね合わせ接合によるハニカム構造体の製造方法のものでは、母材シート９の幅寸法によって規定されるハニカム構造体における高さ寸法Ｔに設計上の制限があること、コアの素材が均一であり、面内での最適な設計ができないこと、ハニカムコアの多くが横断面正六角形形状であって、多様的でないことなど多くの問題点を有するものであった。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５２４５９号公報（要約、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明は、各種の基礎構造物のための構造体であって、軽量化を図りつつ、剛性並びに圧縮強度のある基礎構造材としてのＦＲＰハニカム構造体を供するものであり、特に、当該ハニカム構造体における高さ方向Ｔの制限をなくして、ハニカム構造体における横断面面内に異なる構成要素のコアユニットを選択的に複合して、多様な設計に適応し得るようになしたＦＲＰハニカム構造体およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体的には、横断面が同一形状でなる複数個のＦＲＰコアユニットを、該各ＦＲＰコアユニットにおける各外側面を突き合わせ状に集合して、樹脂材により硬化処理してなることを特徴とするＦＲＰハニカム構造体を構成するものである。
【０００９】
さらに、この発明において請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＦＲＰハニカム構造体であって、前記各ＦＲＰコアユニットが、それぞれ異なる構成要素を含むものからなり、該各ＦＲＰコアユニットにおける各外側面を突き合わせ状に集合して、樹脂材により硬化処理することにより、横断面面内でのハイブリッド構造としたことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、この発明において請求項３に記載の発明は、請求項１あるいは請求項２に記載のＦＲＰハニカム構造体であって、前記各ＦＲＰコアユニットの横断面形状が、三角形、四角形、六角形あるいは八角形などの多角形形状のものであることを特徴とするものである。
【００１１】
さらにまた、この発明において請求項４に記載の発明は、ＦＲＰハニカム構造体の製造方法に係るものであって、横断面多角形形状の芯部材のまわりにＦＲＰ組物層を組織し、樹脂材を含浸硬化してコアユニットを成形するコアユニット成形工程と、前記コアユニットの各外側面を突き合わせ状に集合させ、樹脂材を含浸硬化してハニカム構造体を成形するハニカム構造体成形工程とからなることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、この発明において請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法であって、前記芯部材の横断面形状が、三角形形状、四角形形状、六角形形状あるいは八角形形状のものからなることを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、この発明において請求項６に記載の発明は、請求項４あるいは請求項５に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法であって、前記コアユニット成形工程が、組角度が±θ°の組糸と、０°の中央糸とを選択的に組み合わせて、ブレイダー装置によって、組成の芯部材となるマンドレル上に組物層を組成してなることを特徴とするものである。
【００１４】
さらにまた、この発明において請求項７に記載の発明は、請求項４あるいは請求項５に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法であって、前記コアユニット成形工程が、シート状の繊維一方向材（ＵＤシート）あるいはクロス材を芯部材のまわりに巻き付けて、樹脂材を含浸硬化して成形したものからなることを特徴とするものである。
【００１５】
さらにまた、この発明において請求項８に記載の発明は、請求項４あるいは請求項５に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法であって、前記コアユニット成形工程が、シート状の繊維一方向材（ＵＤシート）あるいはクロス材を所望の幅寸法にスリットして帯状体に形成し、この帯状体を前記芯部材の各外側面に重ね合わせて、樹脂材を含浸硬化して成形したものからなることを特徴とするものである。
【００１６】
さらにまた、この発明において請求項９に記載の発明は、請求項４〜請求項８に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法であって、ブレイディング糸の種類、糸の量、糸の太さ、組物層の組織、樹脂の種類および樹脂の量などの異なる複数種類のコアユニットを予め準備しておき、これらを集合して樹脂材処理することによりハニカム構造体を成形するようにしたことを特徴とするものである。
【００１７】
さらにまた、この発明において請求項１０に記載の発明は、請求項４〜請求項９に記載のＦＲＰハニカム構造体の製造方法であって、前記ハニカム構造体成形工程が、コアユニットの集合によって形成されるハニカム構造体同士を各側面を突き合わせ状に結合してハニカム複合体を形成する工程を含むものからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明になるＦＲＰハニカム構造体は、横断面が同一形状でなる複数個のＦＲＰコアユニットを予め成形しておき、このＦＲＰコアユニットを、各外側面を突き合わせ状に集合して、樹脂材により硬化処理してＦＲＰハニカム構造体とするものであり、ハニカム構造体における高さ寸法Ｔについての設計上の制限が取り除かれ、高さ寸法Ｔの大きなハニカム構造体を提供することができる点において極めて有効に作用するものといえる。
【００１９】
さらに、この発明になるＦＲＰハニカム構造体は、各ＦＲＰコアユニットが、それぞれ異なる構成要素を含む組織体により構成されており、その各外側面を突き合わせ状に集合して、樹脂材により硬化処理してＦＲＰハニカム構造体とするものであり、当該ＦＲＰハニカム構造体における横断面面内でのハイブリッド構造とすることができる点において極めて有効に作用するものといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明になるＦＲＰハニカム構造体およびその製造方法について、図面に示す具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、ブレイディング処理によるブレイディング組成基材の基本構成を説明するための概略的な斜視図である。一方、図２は、この発明になるＦＲＰハニカム構造体の基本構成を示す概略的な斜視図である。図３は、この発明になるＦＲＰハニカム構造体の製造過程を説明するためのものであって、図３Ａは、コアユニットの一例を示す概略的な斜視図、図３Ｂは、ｎ個のコアユニットを集合成形してなるハニカム構造体の概略的な斜視図である。図４は、Ｎ個のハニカム構造体を集合成形してなるハニカム複合体の概略的な斜視図である。
【００２１】
一方、図５は、コアユニットの成形手順と、コアユニットを集合してハニカム構造体を成形する手順とを工程順に示すフローチャート図である。図６は、ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な正面図であり、図７は、図６に示すブレイダー装置の概略的な側断面図である。
【００２２】
この発明は、各種の基礎構造物のための構造体を構成するにあたって、軽量化を図りつつ、剛性並びに圧縮強度のある基礎構造材としてのＦＲＰハニカム構造体を供するべく、当該ＦＲＰハニカム構造体の製造に関して、ブレイディング技術を適用するものである。このブレイディング技術は、図５および図６に示すようなブレイダー装置を用いて、図１に示すようなブレイディング組成基材を作るものであり、例えば、炭素繊維などを用いて、マンドレルの軸線に対する組角度が±θ°（ただし、組角度θは、０°＜θ°＜９０°）の一対の組糸Ｙ、Ｙ（４、４）と、軸線に対する角度が０°の中央糸ｙ（５）とにより、それぞれがブレイダー装置にセットされ、ブレイディングによってマンドレルのまわりにチューブ状のＦＲＰ組織体を組成する。
【００２３】
まず、図５にもとづき、ブレイダーの一構成例について説明する。図５および図６において、ブレイダーＢＲは、ブレイダー本体Ｂｂとマンドレル装置Ｂｍから構成されている。
【００２４】
ブレイダーＢＲにおけるブレイダー本体Ｂｂは、軸線が水平で一側に開口ｅを有するほぼ円筒状の機台Ｆｂ内に配置された曲率半径Ｒの曲面状の上板Ｕと、上板Ｕの周方向に穿設された軌道に沿って走行するボビンキャリアーＣと、ボビンキャリアーＣを軌道に沿って走行させるための駆動装置Ｄと、糸条案内装置Ｇを有している。
【００２５】
そして、ボビンキャリアーＣに載置されたボビンからボビンの軸線方向に引き出される糸条Ｙが上板Ｕのほぼ中心に集合し、また、マンドレル装置Ｂｍに取り付けられたマンドレルｍの位置は、マンドレルｍ上に形成される組物の組み上げ点Ｐが上板Ｕの中心に位置するようになっている。マンドレル装置Ｂｍは、マンドレルｍを一次元、二次元あるいは三次元的に位置制御することができる。
【００２６】
こうして、ボビンキャリアーＣが駆動装置Ｄによって軌道に沿って走行させられるとともに、マンドレルｍの位置がマンドレル装置Ｂｍによって制御され、その結果、多数の糸条Ｙが交錯し、また、必要に応じて、機台ＦｂのフレームＦｂ’にほぼ水平に配置されたボビンキャリアーＣから中糸用糸条ｙが、軌道に沿って走行するボビンキャリアーＣから巻き戻され組み上げられる糸条Ｙに交絡することにより、ブレイディングが行われて種々の形状のマンドレルｍ上に組物層が組み上げられる。この発明によれば、前記組物層を積層状に複数層形成してしあげられるものである。
【００２７】
次いで、この発明になるＦＲＰハニカム構造体の基礎となるＦＲＰ組成物の組成構造について、図１に示す基本的な構成例にもとづいて詳細に説明する。図１に示すＦＲＰ組成物の積層構造体１は、円筒状（パイプ状）組成体を、例えば、内側の組物層２と外側の組物層３とによって組成した典型例を示すものであって、当該組物層は、単層であってもよいし、あるいは、複数層積層状に組織して組成したものであってもよい。
【００２８】
図１に示す例において、前記内側の組物層２は、軸線に対する組角度が±θ°の組糸４、４と、軸線に対する角度が０°の中央糸５によって組織されるものであり、軸方向の弾性率が高い層構造でなる組成層を形成するものである。一方、前記外側の組物層３は、軸線に対する組角度が±θ°の組糸６、６のみによって組織されるもので、軸線に対する角度が０°の中央糸を有しておらず、軸方向の弾性率が低く、破断歪の大きい層構造でなる組成層を形成するものである。
【００２９】
次いで、この発明になるＦＲＰハニカム構造体の基本構成並びにＦＲＰハニカム構造体の製造方法について、図２〜図５に示す具体的な一実施例にもとづいて詳細に説明する。この発明になるＦＲＰハニカム構造体の製造方法は、基本的に、横断面多角形形状の芯部材のまわりにＦＲＰ組物層を組織し、樹脂材を含浸硬化してコアユニットＣＵを成形するコアユニット成形工程と、このコアユニットＣＵの各外側面１１を突き合わせ状に集合させ、樹脂材を含浸硬化してハニカム構造体ＨＡを成形するハニカム構造体成形工程とからなっている。
【００３０】
まず、この発明では、図３Ａに示すコアユニットＣＵが、図５Ａに示すコアユニット成形手順に沿って製造され、準備される。この発明において、コアユニットＣＵの成形方法としては、(1) ブレイダー装置による組成方法、(2) 繊維一方向材（ＵＤシート）あるいはクロス材の巻き付けによる方法、(3) 繊維一方向材（ＵＤシート）あるいはクロス材を帯状に形成した帯体の貼付け接合による方法などがある。
【００３１】
(1) ブレイダー装置による組成方法では、横断面六角形形状のマンドレルｍを準備しておき、当該マンドレルｍをブレイダー装置にセットし、当該マンドレルｍのまわりに組角度±θ°の組糸と、０°の中央糸とを選択的に組み合わせて、組物層を組成し、樹脂を含浸硬化してＦＲＰコアユニットＣＵを成形する。
【００３２】
(2) 繊維一方向材あるいはクロス材の巻き付けによる方法では、例えば、ブレイダー装置により組成された筒状のブレイディング材を一母線に沿って切り開いてシート状になしたブレイディングシートを準備しておき、このブレイディングシートを横断面六角形形状の芯部材のまわりに巻付け、樹脂を含浸硬化してＦＲＰコアユニットＣＵを成形する。
【００３３】
(3) 繊維一方向材あるいはクロス材を帯状に形成した帯体の貼付け接合による方法では、例えば、ブレイダー装置により組成された筒状のブレイディング材を一母線に沿って切り開いてシート状になし、該ブレイディングシートを所望の幅寸法にスリットして帯状になしたブレイディング帯体を準備しておき、このブレイディング帯体を横断面六角形形状の芯部材の各外側面に軸方向に沿わせて貼付け接合し、樹脂を含浸硬化してＦＲＰコアユニットＣＵを成形する。
【００３４】
このような方法のいずれかによってコアユニットＣＵが組成成形され、準備される。このコアユニットＣＵは、ブレイディング糸の種類、糸の量、糸の太さ、組物層の組織、樹脂の種類および樹脂の量などにより、機械的特性並びに物理的特性の異なる複数種類のコアユニットＣＵを準備することができる。
【００３５】
この発明では、上記するようにして成形されたＦＲＰコアユニットＣＵを、その各外側面１１を突き合わせ状に集合させ、樹脂材を含浸硬化して、ハニカム構造体ＨＡを成形する。この場合、前記各ＦＲＰコアユニットＣＵが、それぞれ異なる構成要素を含むものからなっていれば、当該ハニカム構造体ＨＡは、横断面面内でのハイブリッド構造とすることができる。
【００３６】
さらに、この発明では、図３Ｂに示すように、ｎ個（図３Ｂに概略的に示す実施例では１９個）のＦＲＰコアユニットＣＵの集合によってハニカム構造体ＨＡを成形し、さらに、このハニカム構造体ＨＡをＮ個（図４に概略的に示す実施例では３個）準備して、これらのハニカム構造体同士を、その各外側面１２を突き合わせ状に結合し、樹脂材を含浸硬化することによって、ハニカム複合体ＨＢを成形することもできる。このようにして成形されるハニカム複合体ＨＢは、横断面面内でのハイブリット構造を、より高度化することができる。
【００３７】
この発明では、ｎ個のＦＲＰコアユニットＣＵを集合し、樹脂処理してＦＲＰハニカム構造体ＨＡを成形する場合、並びにＮ個のＦＲＰハニカム構造体ＨＡを集合し、樹脂処理してＦＲＰハニカム複合体ＨＢを成形する場合、いずれも各コアユニットＣＵ内に芯部材をセットしたままの状態で、加熱加圧し、吸引処理してハニカム構造を確実に成形することができるようになっている。
【００３８】
この発明では、上記するようにハニカム構造体ＨＡあるいはハニカム複合体ＨＢに成形した後に、芯部材を抜き取る芯部材抜取り工程を経て、ハニカム構造体ＨＡあるいはハニカム複合体ＨＢに仕上げられる。
【００３９】
この発明になるＦＲＰハニカム構造体ＨＡは、当該ハニカム構造体ＨＡにおける高さ寸法Ｔについての設計上の制限が取り除かれ、高さ寸法Ｔの大きなハニカム構造体を供し得るものであり、且つ、各ＦＲＰコアユニットＣＵが、それぞれ異なる構成要素を含む組物体により構成されており、ＦＲＰハニカム構造体における横断面面内での高いハイブリッド構造体を供し得るものである。
【００４０】
このような構造でなるＦＲＰハニカム構造体ＨＡあるいはＦＲＰハニカム複合体ＨＢは、精密定盤、ロボットハンド、飛行機などのフロア材、自動車などのボディ材、さらには、当該ＦＲＰハニカム構造体ＨＡを立体化加工することによってゴルフクラブヘッドなどの立体構造物を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、ブレイディング処理によるブレイディング組成基材の基本構成を説明するための概略的な斜視図である。
【図２】図２は、この発明になるＦＲＰハニカム構造体ＨＡの基本構成を示す概略的な斜視図である。
【図３】図３は、この発明になるＦＲＰハニカム構造体ＨＡの製造過程を説明するためのものであって、図３Ａは、コアユニットＣＵの一例を示す概略的な斜視図、図３Ｂは、ｎ個のコアユニットを集合成形してなるハニカム構造体の概略的な斜視図である。
【図４】図４は、Ｎ個のハニカム構造体を集合成形してなるハニカム複合体の概略的な斜視図である。
【図５】図５は、コアユニットの成形手順と、コアユニットを集合してハニカム構造体を成形する手順とを工程順に示すフローチャート図である。
【図６】図６は、ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な正面図である。
【図７】図７は、図６に示すブレイダー装置の概略的な側断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ＦＲＰ組成物の積層構造体
２  内側の組物層
３  外側の組物層
４、４  軸線に対する組角度が±θ°の組糸
５  軸線に対する角度が０°の中央糸
６、６  外側の組物層の組糸
ＣＵ  ＦＲＰコアユニット
ＨＡ  ＦＲＰハニカム構造体
ＨＢ  ＦＲＰハニカム複合体
１１  ＦＲＰコアユニットの各外側面
１２  ＦＲＰハニカム構造体の各外側面
ＢＲ  ブレイダー
Ｂｂ  ブレイダー本体
Ｙ  組糸
ｙ  中央糸
ｍ  マンドレル
【図１】
2006247867.tif 000003
【図２】
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【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】
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