(57)【要約】【課題】熱膨張率の正確な調整が可能なグリッド構造とその作製方法を得る。【解決手段】ＦＲＰからなり、チューブ１ａが複数集積して格子状の構造を構成し、全体における熱膨張率が０±１×１０−７／℃のグリッド構造１。ａ）強化繊維に樹脂母材を含浸させたプリプレグを積層した試験片を作製し（ステップＳＴ１）、熱膨張率を測定（ステップＳＴ２）。ｂ）樹脂フィルムを適宜間に挟みながら修正試験片を作製し（ステップＳＴ３）、熱膨張率を測定（ステップＳＴ４）。ｃ）樹脂フィルムの条件を変えながら、目標値となるまでｂ）工程を繰り返す（ステップＳＴ４〜ステップＳＴ７）。以上の工程を含む熱膨張率調整工程と、最終時の修正試験片を用いてグリッド構造１を形成する本工程（ステップＳＴ８）とを含むグリッド構造１の作製方法。【選択図】　　　　図１
2004009453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチックからなるグリッド構造において、上記繊維強化プラスチックを構成する強化繊維と樹脂母材との間の熱歪みが釣り合っていることにより、全体における熱膨張率が０±１×１０−７／℃の範囲内であることを特徴とするグリッド構造。
【請求項２】
筒状の単位構造が複数集積して一つの網状の構造を構成することを特徴とする請求項１記載のグリッド構造。
【請求項３】
樹脂母材を含浸した、強化繊維が束ねられた単位強化繊維束が、一定の間隔を持って平行に配列された第一の繊維束群と、上記単位強化繊維束が該第一の繊維束群に対して一定の角度を持つ方向に、一定の間隔を持って平行に配列された第二の繊維束群とが、交互に積み重なって構成することを特徴とする請求項１記載のグリッド構造。
【請求項４】
強化繊維は、熱膨張率および剛性率が異なる二種類以上の強化繊維を組合せてなることを特徴とする請求項１記載のグリッド構造。
【請求項５】
グリッド構造の片側または両側表面を覆い、かつ上記グリッド構造と同じ熱膨張率を有する表皮を備えたことを特徴とする請求項１記載のグリッド構造。
【請求項６】
グリッド構造の片側または両側表面を覆い、かつ上記グリッド構造との間の熱歪みが釣り合っている表皮を備えたことを特徴とする請求項１記載のグリッド構造。
【請求項７】
表皮の表面に、該表皮との間の熱歪みが釣り合っている金属コーティング層を備えたことを特徴とする請求項５または請求項６記載のグリッド構造。
【請求項８】
ａ）強化繊維に半硬化の樹脂母材を含浸させたプリプレグを積層した試験片を作製し、該試験片の熱膨張率の測定を行う工程と、
ｂ）前工程の熱膨張率の測定値よりも所望の値に近づけるために、半硬化の樹脂フィルムを適宜間に挟みながら上記プリプレグを積層した修正試験片を作製し、該修正試験片の熱膨張率の測定を行う工程と、
ｃ）上記樹脂フィルムの厚さおよび積層数を変化させながら、上記所望の値となるまで上記ｂ）工程を繰り返す工程と
を含む熱膨張率調整工程と、
上記所望の値となったときの、上記修正試験片を用いて成形される筒状の単位構造を複数集積させてなる網状のグリッド構造を形成する本工程と
を含むことを特徴とするグリッド構造の作製方法。
【請求項９】
Ａ）強化繊維を束ねた強化繊維束を液状の樹脂母材が満たされ、かつ底部に絞り穴が設けられた容器に投入し、上記絞り穴から上記強化繊維束を引き出すことにより、上記強化繊維束に上記樹脂母材を浸した試料を作製し、該試料の熱膨張率の測定を行う工程と、
Ｂ）前工程の熱膨張率の測定値よりも所望の値に近づけるために、液状の樹脂母材が満たされ、かつ前工程の容器とは径の大きさを変化させた修正絞り穴を有する修正容器に上記強化繊維束を投入し、上記修正絞り穴から上記強化繊維束を引き出すことにより、前工程とは液状の樹脂母材の附着量を変化させた修正試料を作製し、該修正試料の熱膨張率の測定を行う工程と、
Ｃ）上記所望の値となるまで、上記Ｂ）工程を繰り返す工程と
を含む熱膨張率調整工程と、
上記所望の値となったときの上記修正容器を用いて、上記強化繊維束に上記樹脂母材を浸すことにより単位強化繊維束を多数作製し、該単位強化繊維束を一定の間隔を持って平行に配列させた第一の繊維束群と、上記単位強化繊維束を、上記第一の繊維束群に対して一定の角度を持つ方向に、一定の間隔を持って平行に配列させた第二の繊維束群とを、交互に積み重ねていくことにより、網状のグリッド構造を形成する本工程と
を含むことを特徴とするグリッド構造の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空宇宙用の材料に適用される軽量で強度・剛性が高く熱膨張率が低い構造物であるグリッド構造とその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空宇宙用の材料に適用される構造物においては、軽量でしかも強度・剛性が高いものが求められており、ハニカムサンドイッチパネル等、様々な形態の構造が提案されている。その一つとして、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いたグリッド構造が近年注目されている。
グリッド構造は、同形状の単位構造が複数集積してなる網状の構造であり、熱膨張率の調節が可能であるという物理的特性を有することから、熱的寸法安定性が重要視される。例えば光学機器用の構造への適用が進められつつある。
【０００３】
図８は文献１（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　Ｎｅａｒ−Ｚｅｒｏ　Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ＡＩＡＡ−２０００−１４７６）に開示されている従来のグリッド構造の説明図である。
図において、４１はグリッド構造である。４２は炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる四角形チューブである。４３は第一のリブであり、４３ａは第一のリブの上側と、それに対向する下側部分に設けられたスリットである。４４は第二のリブであり、４４ａは第二のリブ４４の第一のリブ４３と同様の位置に設けられたスリットである。第一のリブ４３および第二のリブ４４は、互いに直交する方向に、スリット４３ａおよび４４ａ部分において嵌め込まれ、格子状の構造が形成されている。四角形チューブ４２は、格子状の構造の四方を壁に囲まれる四角の部分の各内壁に接着され嵌め込まれている。
【０００４】
次にグリッド構造４１の作製方法について説明する。
１．第一のリブ４３と第二のリブ４４をＣＦＲＰの板材から切り出す。
２．ＣＦＲＰからなる四角形チューブ４２を形成する。
ＦＲＰは繊維の走る方向と、その直交する方向とで熱膨張率が異なるため、これを利用して、四角形チューブ４２の持つ熱膨張率が所望の値となるように炭素繊維の配向角を調整して四角形チューブ４２を形成する。
３．第一のリブ４３に第二のリブ４４を嵌め込み、格子状の構造を形成する。
４．格子状の構造の内壁に四角形のチューブ４２を嵌め込み、接着する。
【０００５】
以上のようにして作製されたグリッド構造４１は、四角形チューブ４２の熱膨張率をゼロに近くなるように調整することができるため、構造全体の熱膨張率もゼロに近い値にできるという特徴がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のグリッド構造は、上述したように熱膨張率の制御はＦＲＰの強化繊維の配向角の調整に依存しているため、正確な調整は難しく、熱膨張率の調整誤差が１×１０−７／℃〜１×１０−６／℃程度となる。この場合、熱的寸法安定性が重要視される光学機器等への適用が難しいという課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、熱膨張率の正確な調整が可能なグリッド構造を得ることを目的とする。
また、そのようなグリッド構造の作製方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るグリッド構造は、繊維強化プラスチックを構成する強化繊維と樹脂母材との間の熱歪みが釣り合っていることにより、全体における熱膨張率が０±１×１０−７／℃の範囲内となるようにしたものである。
【０００９】
この発明に係るグリッド構造は、筒状の単位構造が複数集積して一つの網状の構造を構成しているものである。
【００１０】
この発明に係るグリッド構造は、樹脂母材を浸した強化繊維が束ねられた単位強化繊維束が、一定の間隔を持って平行に配列された第一の繊維束群と、単位強化繊維束が第一の繊維束群に対して一定の角度を持つ方向に、一定の間隔を持って平行に配列された第二の繊維束群とが、交互に積み重なって構成されるものである。
【００１１】
この発明に係るグリッド構造は、強化繊維を、熱膨張率および剛性率が異なる二種類以上の強化繊維を組合せてなるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係るグリッド構造は、グリッド構造の片側または両側表面を覆い、かつグリッド構造と同じ熱膨張率を有する表皮を備えるようにしたものである。
【００１３】
この発明に係るグリッド構造は、グリッド構造の片側または両側表面を覆い、かつグリッド構造との間の熱歪みが釣り合っている表皮を備えるようにしたものである。
【００１４】
この発明に係るグリッド構造は、表皮の表面に、この表皮との間の熱歪みが釣り合っている金属コーティング層を備えるようにしたものである。
【００１５】
この発明に係るグリッド構造の作製方法は、ａ）強化繊維に半硬化の樹脂母材を含浸させたプリプレグを積層した試験片を作製し、この試験片の熱膨張率の測定を行う。ｂ）前工程の熱膨張率の測定値よりも所望の値に近づけるために、半硬化の樹脂フィルムを適宜間に挟みながら上記プリプレグを積層した修正試験片を作製し、この修正試験片の熱膨張率の測定を行う。ｃ）樹脂フィルムの厚さおよび積層数を変化させながら、所望の値となるまでｂ）工程を繰り返す、という、ａ）〜ｃ）の工程を含む熱膨張率調整工程と、所望の値となったときの修正試験片を用いて成形される筒状の単位構造を複数集積させてなる網状のグリッド構造を形成する本工程とを含むようにしたものである。
【００１６】
この発明に係るグリッド構造の作製方法は、Ａ）強化繊維を束ねた強化繊維束を液状の樹脂母材が満たされ、かつ底部に絞り穴が設けられた容器に投入し、絞り穴から上記強化繊維束を引き出すことにより、強化繊維束に上記樹脂母材を浸した試料を作製し、この試料の熱膨張率の測定を行う。Ｂ）前工程の熱膨張率の測定値よりも所望の値に近づけるために、液状の樹脂母材が満たされ、かつ前工程の容器とは径の大きさを変化させた修正絞り穴を有する修正容器に強化繊維束を投入し、修正絞り穴から強化繊維束を引き出すことにより、前工程とは液状の樹脂母材の附着量を変化させた修正試料を作製し、この修正試料の熱膨張率の測定を行う。Ｃ）所望の値となるまでＢ）工程を繰り返す、という、Ａ）〜Ｃ）の工程を含む熱膨張率調整工程と、所望の値となったときの上記修正容器を用いて、強化繊維束に樹脂母材を浸すことにより単位強化繊維束を多数作製し、この単位強化繊維束を一定の間隔を持って平行に配列させた第一の繊維束群と、単位強化繊維束を、第一の繊維束群に対して一定の角度を持つ方向に、一定の間隔を持って平行に配列させた第二の繊維束群とを、交互に積み重ねていくことにより、網状のグリッド構造を形成する本工程とを含むようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるグリッド構造の構成を説明するための概略的な斜視図である。図２はこの発明の実施の形態１によるグリッド構造の作製方法の手順を示すフロー図である。図において、１は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなり、全体の熱膨張率が０±１×１０−７／℃の範囲内であるグリッド構造である。ここでは炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）からなるものとした。１ａはグリッド構造１を構成する一つの単位構造となるチューブ（単位構造）である。チューブ１ａはここでは四角の筒状であり、このチューブ１ａが複数集積して格子状のグリッド構造１を構成している。また、隣り合うチューブ１ａの外壁は接着されている。ステップＳＴ１〜ステップＳＴ８は工程１〜８を示す。
【００１８】
グリッド構造１の全体の熱膨張率が安定して０±１×１０−７／℃の範囲内を示すのは、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維（強化繊維）と樹脂母材との間の熱歪みを釣り合わせることで、成形品のグリッド構造の熱膨張率の制御を行うことによる。熱歪みを釣り合わせるというのは、温度変化が生じたときに、強化繊維と樹脂母材との双方に生じる歪みのバランスをとる（歪みの大きさが均等になるようにする）ということである。熱歪みの釣り合わせについては後述する。
【００１９】
次に、実施の形態１のグリッド構造１の作製方法について説明をする。
１．熱膨張率調整工程（ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７）
▲１▼プリプレグの材料と半硬化の樹脂フィルムを用意し、強化繊維と樹脂（樹脂母材）との間の熱歪みを釣り合うようにプリプレグを作製する（ステップＳＴ１）。
プリプレグは、強化繊維に半硬化の樹脂母材を浸透させたシート状の素材で、これを所望の形状に積み重ねて加熱し、硬化させることにより繊維強化プラスチックの成形品が得られるものである。ここでは、強化繊維としてＹＳＨ−６０Ａ（Ｎｉｐｐｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｆｉｂｅｒ社製）を用い、樹脂母材として熱硬化性シアネートエステル樹脂ＥＸ１５１５（Ｂｒｙｔｅ　Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ社製）を用いるものとする。半硬化の樹脂フィルムは、プリプレグと共に加熱・硬化させることができるものであればどんなものでも良い。ここでは、プリプレグに含まれるものと同じ熱硬化性シアネートエステル樹脂ＥＸ１５１５をフィルム状にしたものを用いる。
【００２０】
強化繊維ＹＳＨ−６０Ａの繊維が走る方向の熱膨張率は約−１．４×１０−６／℃であり、樹脂ＥＸ１５１５の熱膨張率は３４×１０−６／℃であるので、両者の熱歪みを釣り合わせることで、成形品の熱膨張率を制御することができる。具体的に、ここでは強化繊維の体積含有率を調整することにより上述の熱歪みの釣り合わせを行う。
【００２１】
▲２▼グリッド構造１の所望の熱膨張率から、強化繊維の体積含有率を求める。
樹脂母材の熱膨張率をαｍ　、弾性率をＥｍ　とし、炭素繊維の熱膨張率をαｆ　、弾性率をＥｆ　、体積含有率をＶｆ　とすると、グリッド構造１の熱膨張率αｇ　は、（１）式により概算することができる。
【数１】
2004009453.tif 000003
【００２２】
ここでは成形時のグリッド構造１の熱膨張率をゼロに設定したので、式（１）でαｇ　をゼロとして炭素繊維の体積含有率Ｖｆ　を求める。実施の形態１の強化繊維および樹脂の組み合わせの場合、Ｖｆ　の値はおよそ６０％である。ここで求めたＶｆ　の値よりも、実際には５％〜１０％程度高めになるように、したがって炭素繊維の体積含有率が６５％〜７０％となるように、樹脂母材と炭素繊維を混合してプリプレグを作製する。
【００２３】
▲３▼試験片を作製する（ステップＳＴ２）。
その後、このプリプレグを積層して加熱・硬化させ、熱膨張率を測定するための試験片を作製する。
▲４▼試験片の熱膨張率の測定を行い、目標値（所望の値）と比較する（ステップＳＴ３）。
試験片の熱膨張率の測定を、例えばレーザー熱干渉型熱膨張測定装置ＬＩＸ−１（真空理工社製）を用いて行う。これは、１×１０−８／℃の精度で熱膨張率を測定することができる装置である。上述したように、試験片のＶｆ　の値は高めになっているため、熱膨張率が負である炭素繊維の効果が強く出て、ここで得られる熱膨張率の値は目標値（ここではゼロ）よりも若干低くなっている。
【００２４】
▲５▼修正試験片を作製する（ステップＳＴ４）。
試験片の熱膨張率の測定結果を鑑み、修正試験片を作製する。具体的には、試験片と比較してＶｆ　の値が低くなるように、最初に用意した半硬化の樹脂フィルムをプリプレグの間に適宜挟みながら積層していく。その後、積層したプリプレグを加熱・硬化させ、修正試験片を作製する。
▲６▼修正試験片の熱膨張率を測定する（ステップＳＴ５）。
修正試験片の熱膨張率を上述の測定装置を用いて行い、目標値と比較する。そして、測定値が目標値と比較して、その差が十分に小さい場合は後述する本工程に移り、グリッド構造１を作製する（ステップＳＴ６）。
【００２５】
▲７▼修正試験片の熱膨張率の測定値が目標値と比較して十分に小さくない場合は、プリプレグの間に挟みこむ樹脂フィルムの厚さを調整したり、プリプレグの層数（積層する枚数）と樹脂フィルムの層数を調整したりしながら（ステップＳＴ７）、修正試験片の熱膨張率が目標の数値になるまでステップＳＴ４〜ステップＳＴ６に示す工程を繰り返し、最適なフィルムの厚さとフィルムの層数とを決定する。ここでは、実際に０±２×１０−８／℃になるまで作業を繰り返した。
【００２６】
以上のステップＳＴ１〜ステップＳＴ７の熱膨張率調整工程により、ＣＦＲＰ中の強化繊維と樹脂（樹脂母材）との間の熱歪みを釣り合わせることができ、したがって熱膨張率を調整することができる。
【００２７】
２．本工程（ステップＳＴ８）
▲１▼チューブ（単位構造）を作製する。
熱膨張率調整工程により最終的に作製された修正試験片にしたがって、これと同様に作製された積層済みのプリプレグを、例えば四角柱状の型に巻きつけ、それを所望の幅に切断することにより、チューブ１ａを形成する。
【００２８】
▲２▼チューブ（単位構造）を複数集積させてグリッド構造１を作製する。
隣り合うチューブ１ａ同士の外壁を互いに接着し、格子状のグリッド構造１を作製する。
【００２９】
以上の方法で製作されたグリッド構造１の構造全体の熱膨張率を測定したところ、０±１×１０−７／℃の範囲内の値であった。
【００３０】
以上のように、この実施の形態１によれば、全体の熱膨張率の値が０±１×１０−７／℃の範囲内であるため、光学機器等、高い熱的寸法安定性が求められる光学機器への適用が可能であるという効果が得られる。
また、この実施の形態１によれば、熱膨張率調整工程により、積層済みのプリプレグを試験片として熱膨張率の微調整を行った後、本工程に移りグリッド構造を作製するので、従来の方法と比較してより高い精度で熱膨張率が調整でき、全体の熱膨張率の値を安定して０±１×１０−７／℃の範囲内とすることができるという効果が得られる。
【００３１】
なお、ここでは熱膨張率がゼロになるように調整した例を挙げたが、構造に対する要求に応じて熱膨張率がゼロ以外の特定の値となるように調整することも可能である。
また、ここでは強化繊維の体積含有率を調整することのみにより、強化繊維と樹脂（樹脂母材）との間の熱歪みを釣り合わせたが、グリッド構造１の面内方向と厚さ方向のそれぞれに配向している強化繊維の量を変化させた上で、強化繊維と樹脂との混合比を調整して、方向毎に異なる熱膨張率を持つように調整することも可能である。
【００３２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるグリッド構造の構成を説明するための概略的な分解斜視図である。図４はこの発明の実施の形態２によるグリッド構造の作製方法を説明するための概略図である。図において、２はＣＦＲＰ（ＦＲＰ）からなり、熱膨張率が０±１×１０−７／℃の範囲内であるグリッド構造である。２ａは強化繊維を束にしたものを樹脂母材に含浸した単位強化繊維束である。２ｂは単位強化繊維束２ａを一定の間隔で平行に配列した第一の強化繊維束群である。２ｃは単位強化繊維束２ａが第一の強化繊維束群２ｂに直交する方向に一定の間隔で平行に配列された第二の強化繊維束群である。
【００３３】
グリッド構造２は、第一の強化繊維束群２ｂと第二の強化繊維束群２ｃが互い違いに積み重ねられて構成されており、全体として格子状の形状となっている。強化繊維束群を積み重ねる方法としては、例えば文献２（Ｃｏｎｔｉｎｏｕｓ　Ｆｉｌａｍｅｎｔ　Ｗｏｕｎｄ　Ｉｓｏｇｒｉｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｆｏｒ　Ｓｐａｃｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ；１９９９３　ＡＳＭ　Ｃｏｎｆ　Ｐｒｏｃ）に開示されているフィラメントワインディング（円筒状の型の上に繊維束を巻いて成形体を製作する方法）、あるいはファイバープレースメント（面上に繊維束を順次置いていく方法）等の方法が挙げられる。
【００３４】
３は後述する液状の樹脂母材４が満たされた容器であり、３ａは容器３の底部に設けられた絞り穴である。４は容器３内に入っている液状の樹脂母材である。この容器３の上側から強化繊維の束を投入し、液状の樹脂母材４をくぐらせて絞り穴３ａから引き出すことにより、樹脂母材４を含浸した単位強化繊維束２ａが得られる。強化繊維の束に含ませる樹脂母材４の量は、絞り穴３ａの径に依存する。
【００３５】
次に、実施の形態２のグリッド構造２の作製方法について説明をする。
１．熱膨張率調整工程
▲１▼強化繊維を束にしたものと、液状の樹脂母材４を用意し、試料を作製する。
ここでは、強化繊維としてＹＳＨ−６０Ａ（Ｎｉｐｐｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｆｉｂｅｒ社製）を用い、樹脂母材４として熱硬化性シアネートエステル樹脂ＥＸ１５１５（Ｂｒｙｔｅ　Ｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を用いる。実施の形態１と同様に、強化繊維の体積含有率を調整することにより強化繊維と樹脂との間の熱歪みの釣り合わせを行う。
▲２▼グリッド構造２の所望の熱膨張率から、強化繊維の体積含有率を求める。
成形時のグリッド構造２の熱膨張率の所望の値をゼロに設定し、式（１）により強化繊維（ここでは炭素繊維）の体積含有率Ｖｆ　の値を求める。実施の形態２の強化繊維および樹脂の組合せの場合、Ｖｆ　の値はおよそ６０％である。
▲３▼試料を作製する。
まず、容器３の上側から強化繊維の束を投入し、これを液状の樹脂母材４にくぐらせて絞り穴３ａから引き出すことにより樹脂母材４に浸した強化繊維の束を作製する。これを加熱・硬化させたものを熱膨張率を測定するための試料とする。
▲４▼試料の熱膨張率の測定を行い、目標値（所望の値）と比較する。
試料の熱膨張率の測定を、例えばレーザー熱干渉型熱膨張測定装置ＬＩＸ−１（真空理工社製）を用いて行う。
【００３６】
▲５▼修正試料を作製する。
試料の熱膨張率の測定結果を鑑み、修正試料を作製する。具体的には、試料と比較して修正試料の熱膨張率の値が目標値に近づくように、絞り穴３ａの径の大きさを変えた容器３を用意する。例えば、熱膨張率の値が負であれば強化繊維の束に含ませる樹脂母材４の量を増やすために径を大きくした修正絞り穴を有する修正容器を用意し、これを用いて試料と同様の方法で修正試料を作製する。
▲６▼修正試料の熱膨張率を測定する。
修正試料の熱膨張率を例えば上述の測定装置を用いて行い、目標値と比較する。そして、測定値が目標値と比較して、その差が十分に小さい場合は、後述する本工程に移り、グリッド構造２を作成する。
【００３７】
▲７▼修正試料の熱膨張率の測定値が目標値と比較して十分に小さくない場合は、上述の▲５▼〜▲６▼の工程を、修正試料の熱膨張率の測定値が目標の値となるまで繰り返し、このときの修正絞り穴の径を求め、この径の修正絞り穴を有する修正容器を実際にグリッド構造２を作製するときの本工程で用いる容器３として採用する。ここでは、試料の熱膨張率の測定値が実際に０±２×１０−８／℃になるまで作業を繰り返した。
【００３８】
以上の熱膨張率調整工程による作業でＣＦＲＰ中の炭素繊維の体積含有率が調整できたことになり、したがって強化繊維と樹脂母材との間の熱歪みを釣り合わせることができたことになる。
【００３９】
２．本工程
熱膨張率調整工程により求められた大きさの径を有する修正絞り穴を持つ修正容器を用いて、樹脂母材４が満たされたこの修正容器に強化繊維束を投入して樹脂母材４にくぐらせ、修正絞り穴より強化繊維束を引き脱すことにより、単位強化繊維束２ａを作製する。この単位強化繊維束２ａを一定の間隔を持って平行に配列した強化繊維束群２ｂと、これに直交する方向に単位強化繊維束２ａを一定の間隔を持って平行に配列した強化繊維束群２ｃとを交互に積み重ね、格子状のグリッド構造２を作製する。
【００４０】
以上の方法で製作されたグリッド構造２の構造全体の熱膨張率を測定したところ、０±５×１０−８／℃の範囲内の値であった。
【００４１】
以上のように、この実施の形態２よれば、熱膨張率の値が０±１×１０−７／℃の範囲内であるため、光学機器等、高い熱的寸法安定性が求められる光学機器への適用が可能であるという効果が得られる。
また、この実施の形態２によれば、熱膨張率調整工程により、グリッド構造２を構成するＦＲＰの中間素材である強化繊維の束の熱膨張率の微調整を行った後、本工程に移りグリッド構造を作製するので、従来の方法と比較してより高い精度で熱膨張率が調整できるという効果が得られる。
【００４２】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３によるグリッド構造について説明する。実施の形態３のグリッド構造は、二種の異なる炭素繊維（強化繊維）を含むＣＦＲＰ（ＦＲＰ）からなり、全体の熱膨張率が０±１×１０−７／℃の範囲内であるグリッド構造である。
【００４３】
グリッド構造に含まれる二種の異なる炭素繊維は、ここではＸＮ−８０Ａ（Ｎｉｐｐｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｆｉｂｅｒ社製）と、Ｍ４０Ｊ（東レ製）とした。また、樹脂母材としてシアネートエステル樹脂ＲＳ−３（ＹＬＡ社製）を用いた。ＸＮ−８０Ａはピッチ系の炭素繊維であり、繊維が走る方向の熱膨張率は−１．４×１０−６／℃、弾性率が７８５ＧＰａである。また、Ｍ４０ＪはＰＡＮ系の炭素繊維であり、繊維が走る方向の熱膨張率は−１．２×１０−６／℃、弾性率が３７８ＧＰａである。また、ＲＳ−３の熱膨張率は６０×１０−６／℃、弾性率は３ＧＰａである。
【００４４】
以上の二種類の炭素繊維と樹脂母材を用いて、例えば実施の形態１のグリッド構造の作製方法によりグリッド構造１を作製し、全体の熱膨張率を測定したところ、０±１×１０−７／℃の範囲内の値であった。また、機械特性試験（引っ張りおよび圧縮試験）を行ったところ、実施の形態１のグリッド構造１と比較して、剛性の向上が確認された。
【００４５】
以上のように、この実施の形態３のグリッド構造によれば、熱膨張率の値が０±１×１０−７／℃の範囲内であるため、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、実施の形態３のグリッド構造によれば、熱膨張率および合成の異なる二種類の炭素繊維と、樹脂母材とからなるため、熱膨張率を所望の値に調整しながらも、様々な弾性率を有する構造を実現することが可能であり、構造の設計の自由度を大きくすることができるという効果が得られる。
【００４６】
なお、ここではピッチ系炭素繊維とＰＡＮ系炭素繊維の二種類の炭素繊維を組み合わせたが、アラミド繊維等の他の熱膨張率の低い繊維を用いても同様の効果が得られる。また、これらのどの繊維を組み合わせても良いし、二種類以上であれば最適な種類の繊維の組み合わせを採用することができる。
また、ここでは実施の形態１のグリッド構造１に適用した例を示したが、実施の形態２のグリッド構造２に適用することもできる。
また、格子状のグリッド構造に限らず、実施の形態１および実施の形態２に示されたグリッド構造の作製方法により作製された他の形状のグリッド構造においても適用できる。
【００４７】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４によるグリッド構造の説明図であり、図５（ａ）はグリッド構造の概略的な分解斜視図、図５（ｂ）はグリッド構造をグリッド構造１におけるチューブ１ａが配列されたある一列において、壁面に直交する方向で切った断面図である。図において、１１は後述する表皮１１ａを備えたグリッド構造である。１１ａは、グリッド構造１の片側表面を覆い、かつグリッド構造１と同じ熱膨張率を有する表皮である。
すでに述べてあるように、グリッド構造１の熱膨張率は、実施の形態１のグリッド構造１の作製方法により０±１×１０−７／℃の範囲内に調整することが可能である。また、表皮となるＦＲＰ板の熱膨張率は、一般的に知られる種々の方法での作製により１×１０−７／℃の精度で調整が可能であるため、グリッド構造１１全体としての熱膨張率の値を０±１×１０−７／℃の範囲内にすることができる。
【００４８】
以上のように、この実施の形態４のグリッド構造１１によれば、構造全体の熱膨張率の値が０±１×１０−７／℃の範囲内であるため、光学機器等、高い熱的寸法安定性が求められる光学機器への適用が可能であるという効果が得られる。
また、表皮１１ａでグリッド構造１の表面を覆っているため、グリッド構造１が補強された形となり、構造全体の強度や剛性が向上する上に、表皮１１ａを反射鏡や機器を搭載するための面として使用可能になり、利用範囲が広くなるという効果が得られる。
【００４９】
なお、実施の形態４では表皮１１ａがグリッド構造１の片側のみに設けられた例を示したが、使用目的により両側表面を覆うサンドイッチ構造にしても良い。
また、グリッド構造１１はグリッド構造１を表皮１１ａで覆った例につき示したが、グリッド構造２に適用することもできる。また、実施の形態１および実施の形態２に示されたグリッド構造の作製方法により作製された他の形状のグリッド構造に適用することもできる。
【００５０】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５によるグリッド構造の説明図であり、図６（ａ）はグリッド構造の概略的な分解斜視図、図６（ｂ）はグリッド構造をグリッド構造１におけるチューブ１ａが配列されたある一列において、壁面に直交する方向で切った断面図である。図において、２１はグリッド構造１の両側表面を覆う、後述する表皮２１ａを備えたグリッド構造である。２１ａは、グリッド構造１の両側表面を覆い、かつグリッド構造１との間の熱歪みが釣り合っている表皮である。
【００５１】
グリッド構造２１は、温度変化が生じたときにグリッド構造１に生じる熱歪みと、表皮２１ａに生じる熱歪みとのバランスが取れるように調整してある。具体的には、例えば以下のｉ）〜ｉｉｉ）の方法により、両者の熱歪みを釣り合わせる。
ｉ）実施の形態１のグリッド構造の作製方法によりグリッド構造１を作製してグリッド構造１および表皮２１ａの間の熱膨張率および剛性の調整をする。
ｉｉ）機械加工によりグリッド構造１の厚さを調整する。
ｉｉｉ）上記のｉ）およびｉｉ）の方法の中から複数の方法を用いて、グリッド構造の熱膨張率、剛性、厚さのいずれか、あるいはそのうちの二つ、またはいずれも調整する。
【００５２】
以下、グリッド構造１と表皮２１ａとの間の熱歪みを釣り合わせる方法の一例を示す。
例えば、グリッド構造１の強化繊維としてＸＮ−８０Ａ（Ｎｉｐｐｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｆｉｂｅｒ社製）を用い、表皮２１ａの強化繊維としてＭ４０Ｊ（東レ製）を用い、樹脂母材としてシアネートエステル樹脂ＥＸ１５１５を用いるとする。グリッド構造１および表皮２１ａの双方の強化繊維の体積含有率を約６０％とすれば、グリッド構造１の熱膨張率の値は負となり、表皮２１ａの熱膨張率の値は正となる。そこで、グリッド構造１の厚さと熱膨張率の値とを、実施の形態１のグリッド構造の作製方法により調整する。その後、完成したグリッド構造１と表皮２１ａとを貼り合わせ、グリッド構造２１を作製する。
このような方法により作製されたグリッド構造２１全体の熱膨張率を測定したところ、０±１×１０−７／℃の範囲内であることが確認された。
【００５３】
以上のように、この実施の形態５のグリッド構造２１によれば、構造全体の熱膨張率の値が０±１×１０−７／℃の範囲内である。また、グリッド構造２１によれば、表皮２１ａでグリッド構造１の表面を覆っている。したがって、実施の形態４と同様の効果が得られる。
【００５４】
なお、実施の形態５では表皮２１ａがグリッド構造１の両側表面を覆うサンドイッチ構造とした例を示したが、表皮２１ａはその目的により片側のみに設けても良い。
また、グリッド構造２１はグリッド構造１を表皮２１ａで覆った例につき示したが、グリッド構造２に適用することも、実施の形態１および実施の形態２に示されたグリッド構造の作製方法により作製された他の形状のグリッド構造に適用することもできる。
【００５５】
実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６によるグリッド構造の説明図であり、図７（ａ）はグリッド構造の概略的な分解斜視図、図７（ｂ）はグリッド構造を、グリッド構造１におけるチューブ１ａが配列されたある一列において、壁面に直交する方向で切った断面図である。図において、３１は後述する表皮３１ａ、および表皮３１ａを覆う金属コーティング層３１ｂを備えたグリッド構造である。３１ａはグリッド構造１の両側表面を覆う表皮であり、３１ｂは表皮３１ａのそれぞれを覆う金属コーティング層である。
【００５６】
グリッド構造３１は、温度変化が生じたときにグリッド構造１に生じる熱歪みと、表皮３１ａに生じる熱歪みと、金属コーティング層３１ｂに生じる熱歪みとのバランスが取れるように調整してある。具体的には、例えば以下のア）〜エ）の方法により、三者の熱歪みを釣り合わせる。
ア）実施の形態１のグリッド構造の作製方法によりグリッド構造１を作製してグリッド構造１および表皮３１ａとの間の熱膨張率および剛性の調整をする。
イ）機械加工によりグリッド構造１の厚さを調整する。
ウ）機械加工、または化学的な処理により金属コーティング層３１ｂの厚さを調整する。
エ）上記のア）〜ウ）の方法の中から複数の方法を用いて、グリッド構造３１の熱膨張率、剛性、厚さ、金属コーティング層の厚さのいずれか、あるいは二種類以上のいずれか、あるいはいずれも調整する。
【００５７】
ここでは、グリッド構造１の強化繊維としてＸＮ−８０Ａ（Ｎｉｐｐｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｆｉｂｅｒ社製）を用い、表皮３１ａの強化繊維としてＭ４０Ｊ（東レ製）を用い、樹脂母材としてシアネートエステル樹脂ＥＸ１５１５を用い、金属コーティング層３１ｂの材料としてニッケルを用い、三者の熱歪みの調整を上述の方法を用いて行った。その後、完成したグリッド構造１と金属コーティング層３１ｂを設けた表皮３１ａとを貼り合わせ、グリッド構造３１を作製する。
このような方法により作製されたグリッド構造３１全体の熱膨張率を測定したところ、０±１×１０−７／℃の範囲内であり、光学反射鏡として十分に使用可能であることが確認された。
【００５８】
以上のように、この実施の形態６のグリッド構造３１によれば、構造全体の熱膨張率の値が０±１×１０−７／℃の範囲内である。したがって、実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、金属コーティング層３１ｂを設けた表皮３１ａでグリッド構造１の表面を覆っている。したがって、実施の形態４と同様の効果が得られる。
また、金属コーティング層３１ｂで表皮３１ａの表面を覆っているため、熱的寸法安定性に優れた光学反射鏡として使用することができる。
【００５９】
なお、実施の形態６では表皮３１ａおよび金属コーティング層３１ｂがグリッド構造１の両側表面を覆うサンドイッチ構造とした例を示したが、表皮３１ａおよび金属コーティング層３１ｂは目的により片側のみに設けても良い。
また、グリッド構造３１はグリッド構造１を表皮３１および金属コーティング層３１ｂで覆った例につき示したが、グリッド構造２を覆う場合に適用することも、実施の形態１および実施の形態２に示されたグリッド構造の作製方法により作製された他の形状のグリッド構造に適用することもできる。
【００６０】
なお、実施の形態１および実施の形態３〜６では、チューブ（単位構造）１ａの形状は、その断面形状が四角形である場合について説明したが、単位構造の形状はこれに限らず、同一の単位構造を複数集積することが可能な形状であれば良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、繊維強化プラスチックを構成する強化繊維と樹脂母材との間の熱歪みが釣り合っていることにより、全体における熱膨張率が０±１×１０−７／℃の範囲内となるようにグリッド構造を構成したので、光学機器等、高い熱的寸法安定性が求められる光学機器への適用が可能であるという効果がある。
【００６２】
この発明によれば、ａ）強化繊維に半硬化の樹脂母材を含浸させたプリプレグを積層した試験片を作製し、この試験片の熱膨張率の測定を行う。ｂ）前工程の熱膨張率の測定値よりも所望の値に近づけるために、半硬化の樹脂フィルムを適宜間に挟みながら上記プリプレグを積層した修正試験片を作製し、この修正試験片の熱膨張率の測定を行う。ｃ）樹脂フィルムの厚さおよび積層数を変化させながら、所望の値となるまでｂ）工程を繰り返す、という、ａ）〜ｃ）の工程を含む熱膨張率調整工程と、所望の値となったときの修正試験片を用いて成形される、筒状の単位構造を複数集積させてなる網状のグリッド構造を形成する本工程とを含むようにグリッド構造の作製方法を構成したので、従来の方法と比較してより高い精度で熱膨張率が調整でき、全体の熱膨張率の値を安定して０±１×１０−７／℃の範囲内とすることができるという効果がある。
【００６３】
この発明によれば、Ａ）強化繊維を束ねた強化繊維束を、液状の樹脂母材が満たされ、かつ底部に絞り穴が設けられた容器に投入し、絞り穴から上記強化繊維束を引き出すことにより、強化繊維束に上記樹脂母材を浸した試料を作製し、この試料の熱膨張率の測定を行う。Ｂ）前工程の熱膨張率の測定値よりも所望の値に近づけるために、液状の樹脂母材が満たされ、かつ前工程の容器とは径の大きさを変化させた修正絞り穴を有する修正容器に強化繊維束を投入し、修正絞り穴から強化繊維束を引き出すことにより、前工程とは液状の樹脂母材の附着量を変化させた修正試料を作製し、この修正試料の熱膨張率の測定を行う。Ｃ）所望の値となるまで、Ｂ）工程を繰り返す、という、Ａ）〜Ｃ）の工程を含む熱膨張率調整工程と、所望の値となったときの上記修正容器を用いて、強化繊維束に樹脂母材を浸すことにより単位強化繊維束を多数作製し、この単位強化繊維束を一定の間隔を持って平行に配列させた第一の繊維束群と、単位強化繊維束を、第一の繊維束群に対して一定の角度を持つ方向に、一定の間隔を持って平行に配列させた第二の繊維束群とを、交互に積み重ねていくことにより、網状のグリッド構造を形成する本工程とを含むようにグリッド構造の作製方法を構成したので、従来の方法と比較してより高い精度で熱膨張率が調整でき、全体の熱膨張率の値を安定して０±１×１０−７／℃の範囲内とすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるグリッド構造の構成を説明するための概略的な斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるグリッド構造の作製方法の手順を示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるグリッド構造の構成を説明するための概略的な分解斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるグリッド構造の作製方法を説明するための概略図である。
【図５】この発明の実施の形態４によるグリッド構造の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態５によるグリッド構造の説明図である。
【図７】この発明の実施の形態６によるグリッド構造の説明図である。
【図８】従来のグリッド構造の構成を示す概略的な説明図である。
【符号の説明】
１，２，１１，２１，３１　グリッド構造、１ａ　チューブ（単位構造）、２ａ　単位強化繊維束、２ｂ　第一の強化繊維束群、２ｃ　第二の強化繊維束群、３　容器、３ａ　絞り穴、４　樹脂母材、１１ａ，２１ａ，３１ａ　表皮、３１ｂ　金属コーティング層。
【図１】
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【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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【図８】
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