(57)【要約】【課題】コア入り賦形複合構造部材（２）及びその製造方法を提供する。【解決手段】構造部材（２）は、賦形構造であり、内材料（４）及び外材料（８）を含み、中間支持構造即ち安定化構造（６）を備えている。構造部材（２）の賦形構造は、内複合材料（４）及び外複合材料（８）、及び中間支持構造（６）を互いにチューブロールし、即ちロール巻付けし、その後、必要であればこれらを結合即ち連結することによって形成できる。全体に平らでない賦形構造については、本発明の構造部材（２）の用途は、ほぼ無限である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
賦形構造部材（２）において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）、及び
前記少なくとも一つの内層（４）と前記少なくとも一つの外層（８）とを連結する、リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を含む、構造部材。
【請求項２】
請求項１に記載の構造部材において、前記構造部材は閉じた形体を有する、構造部材。
【請求項３】
請求項２に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの内層（４）の内面によって画成された内部領域（１０）を更に含む、構造部材。
【請求項４】
請求項３に記載の構造部材において、前記内部領域（１０）は、中空であるか、部分的に充填されているか、又は完全に充填されている、構造部材。
【請求項５】
請求項３に記載の構造部材において、前記強化樹脂マトリックス材料の少なくとも一つがプレプレグ材料から形成されている、構造部材。
【請求項６】
請求項５に記載の構造部材において、前記プレプレグ材料は複数の層を含む、構造部材。
【請求項７】
請求項６に記載の構造部材において、前記複数の層は、０°乃至９０°の範囲で配向された複数の繊維を含む、構造部材。
【請求項８】
請求項５に記載の構造部材において、前記プレプレグ材料は、アラミド繊維を含有するエポキシを基材とする樹脂を含む、構造部材。
【請求項９】
請求項１に記載の構造部材において、前記強化樹脂マトリックス材料の少なくとも一つはシート形成コンパウンドである、構造部材。
【請求項１０】
請求項７に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの中間層の前記リブ構造は、ハニカム構造を含む、構造部材。
【請求項１１】
請求項７に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの外層（８）の少なくとも一部をカバーする少なくとも一つの層又は部分を更に含む、構造部材。
【請求項１２】
賦形構造部材（２）において、
プレプレグ材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
プレプレグ材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）、及び
前記少なくとも一つの内層（４）と前記少なくとも一つの外層（８）とを連結する、リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を含む、構造部材。
【請求項１３】
請求項１２に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの中間層（６）の前記リブ構造は、ハニカム構造を含む、構造部材。
【請求項１４】
賦形構造部材（２）において、
シート成形コンパウンド材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
シート成形コンパウンド材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）、及び
前記少なくとも一つの内層（４）と前記少なくとも一つの外層（８）とを連結する、リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を含む、構造部材。
【請求項１５】
請求項１４に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの中間層（６）の前記リブ構造は、ハニカム構造を含む、構造部材。
【請求項１６】
賦形構造部材（２）において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）、及び
前記少なくとも一つの内層（４）と前記少なくとも一つの外層（８）とを連結するハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を含む、構造部材。
【請求項１７】
請求項１６に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの内層（４）の内面が画成する内部領域（１）を更に含む、構造部材。
【請求項１８】
賦形構造部材（２）において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）、
前記少なくとも一つの内層（６）と前記少なくとも一つの外層（８）とを連結するハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）、及び
前記少なくとも一つの内層（４）の内面が画成する内部領域（１０）を含む、構造部材。
【請求項１９】
閉じた賦形構造部材（２）において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）、
前記少なくとも一つの内層（４）と前記少なくとも一つの外層（８）とを連結するハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）、及び
前記少なくとも一つの内層の内面が画成する内部領域（１０）を含む、構造部材。
【請求項２０】
閉じた賦形構造部材（２）において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）、
前記少なくとも一つの内層（４）と前記少なくとも一つの外層（８）に実質的に接触したハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）、及び
前記少なくとも一つの内層の内面が画成する内部領域（１０）を含む、構造部材。
【請求項２１】
賦形構造部材の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層（４）を設ける工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を前記少なくとも一つの内層（４）にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に設ける工程、及び
前記少なくとも一つの内層（４）及び前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に連結する工程を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
前記少なくとも一つの内層（４）を基材（２０）にロール巻付けすることによって前記少なくとも一つの内層（４）を設ける工程を含む、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）にロール巻付けすることによって前記少なくとも一つの外層（８）を設ける工程を含む、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記基材（２０）を取り外す工程を更に含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、前記基材（２０）を取り外すことによって形成された内部（１０）を部分的に又は完全に充填する工程を含む、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、前記少なくとも一つの外層（８）を拘束し、前記基材（２０）を取り外す前に前記少なくとも一つの内層（４）又は前記少なくとも一つの外層（８）の反応性材料を反応させる工程を更に含む、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、少なくとも一つの収縮包装材料層（２２）を前記少なくとも一つの外層（８）にロール巻付けすることによって前記少なくとも一つの外層を拘束する工程を含む、方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法において、前記少なくとも一つの収縮包装材料層（２２）を反応後に取り外す工程を含む、方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法において、少なくとも一つの圧力分配器（２６）を前記少なくとも一つの外層（８）上に設ける工程を更に含む、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、複数の収縮包装材料層（２２）に、少なくとも一つの圧力分配器（２６）を、これらの層のうちの二つの層の間に設ける工程を含む、方法。
【請求項３１】
賦形構造部材（２）の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層（４）を基材（２０）にロール巻付けする工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を前記少なくとも一つの内層（４）にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）にロール巻付けしてこれを覆う工程、
前記少なくとも一つの内層（４）及び前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に連結する工程、及び
前記基材（２０）を取り外す工程を含む、方法。
【請求項３２】
賦形構造部材（２）の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層（４）を基材（２０）にロール巻付けする工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を前記少なくとも一つの内層（４）にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）にロール巻付けしてこれを覆う工程、
前記少なくとも一つの外層（８）を収縮包装材料（２２）で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層（４）及び前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に連結する工程、及び
前記収縮包装材料（２２）及び前記基材（２０）を取り外す工程を含む、方法。
【請求項３３】
賦形構造部材（２）の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層（４）を基材（２０）にロール巻付けする工程、
ハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を前記少なくとも一つの内層（４）に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
前記少なくとも一つの外層（８）を収縮包装材料（２２）で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層（４）及び前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に連結する工程、及び
前記収縮包装材料（２２）及び前記基材（２０）を取り外す工程を含む、方法。
【請求項３４】
賦形構造部材（２）において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層（４）を形成する工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を前記少なくとも一つの内層（４）にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）上に形成する工程、
前記少なくとも一つの内層（４）及び前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に連結する工程を含む方法によって製造された、賦形構造部材。
【請求項３５】
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層（４）を基材（２０）にロール巻付けする工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を前記少なくとも一つの内層（４）にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）にロール巻付けしてこれを覆う工程、
前記少なくとも一つの外層（８）を収縮包装材料（２２）で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層（４）及び前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に連結する工程、及び
前記収縮包装材料（２２）及び前記基材（２０）を取り外す工程を含む方法によって製造された、賦形構造部材。
【請求項３６】
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層（４）を基材（２０）にロール巻付けする工程、
ハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層（６）を前記少なくとも一つの内層（４）に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
前記少なくとも一つの外層（８）を収縮包装材料で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層（４）及び前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの中間層（６）に連結する工程、及び
前記収縮包装材料（２２）及び前記基材（２０）を取り外す工程を含む方法によって製造された、賦形構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願は、米国仮特許出願第６０／２１６，６３６号の優先権を主張するものである。同特許出願に触れたことにより、この特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【０００２】
本発明は、構造部材及びその製造方法に関する。詳細には、本発明は、コア入り賦形複合部品及びその製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、軽量の複合材料を使用することが強調されることが多くなってきている。このような複合材料の一つの用途は、自動車の効率を向上することである。その目的のため、米国政府、及びダイムラー・クライスラー、フォード、及びゼネラルモーターズを代表する米国自動車研究委員会（ＵＳＣＡＲ）がパートナーを組み、新世代車輛（ＰＮＧＶ）についてのパートナーシップを結んだ。ＰＮＧＶの一つの到達点は、複合技術等の技術を開発することであり、これは、今日の入手容易性、性能、及び安全性を提供しつつ、燃料効率が最大３倍の環境に優しい車輛を製造するのに使用できる。例えば、ＰＮＧＶには、今日の車輛の燃料効率を約１１．９０ｋｍ／ｌ（２８ｍｐｇ）から約３５．２９ｋｍ／ｌ（８３ｍｐｇ）まで改善し、現在の車輛全備重量（１．４７ｔ（３２００ポンド））を４０％乃至６０％減少することが求められる。
【０００４】
燃料効率を改善するための一つの方法は、今日の車輛の重量を軽減し、軽量の材料を使用することである。今日の車輛で使用されている鋼やアルミニウム等の材料は、複合材料と比較すると極めて重いが、引張強度、圧縮強度、撓み強度、層間剪断強度、及び平面内剪断強度、及び車輛の設計上の必要条件を満たすための他の機械的特性及び材料特性を含む十分な構造特性を提供する上で必要であった。
【０００５】
軽量複合材料の多くの他の用途は、鋼、鋳鉄、及びアルミニウム等の構造材料を使用することを補助するため、又はこれらの材料に代わって使用するための用途である。これらの用途には、建物、橋梁、娯楽用車輛、航空宇宙、防衛、及びスポーツ用品、並びに多くの他の用途が含まれる。
【０００６】
複合材料は、巨視的には、最終状態が固体で互いに非相溶性で化学的性質が異なる一つ又はそれ以上の材料の混合物又は組み合わせである。複合材料の種類には、層状、粒状、繊維状、フレーク状、及び充填複合材料が含まれる。しかしながら、複合材料は、多くの場合、上文中に言及した構造特性及び／又はこれらが自動車産業及び他の用途で広範に使用されるようになる上で必要な低価格の組み合わせを備えていない。
【０００７】
複合材料の構造特性を向上するため、特に捩じり強度又は撓み強度を向上するための一つの方法は、複合材料を構造的に更に効率的な形態にすることである。構造的効率が高い一つの形態では、複合材料を、ハニカムやフォーム構造等の支持構造を複合材料のパネル間に挟むことによって組み合わせることである。このような組み合わせの例は、米国特許第５，００６，３９１号、米国特許第５，１９５，７７９号、米国特許第５，６５２，０３９号、米国特許第５，８３４，０８２号、米国特許第５，８４８，７６７号、米国特許第５，８４９，１２２号、及び米国特許第５，８７５，６０９号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。しかしながら、このような組み合わせは、一般的には、全体に平らな構造に限定され、そのため、このような材料の使用は極めて限られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コア入り賦形複合構造部材及びその製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
賦形構造部材は、支持体即ち安定化構造を挟む複合材料を含む。賦形構造は、複合材料及び支持構造を一緒にチューブロール（即ちロール巻付け）した後、必要であれば、これらの材料を結合するか或いは連結することによって提供できる。賦形された全体に平らでない構造では、本発明の構造部材の用途にはほぼ制限がない。
【００１０】
図１乃至図１１は、構造部材及びその製造方法の全部ではないが特定の部分だけを以下の説明と関連して示す。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下の説明は、本発明を完全に理解するための特定の詳細を提供する。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細を使用せずに実施できるということは当業者には理解されよう。確かに、本発明は、例示の構造部材及び方法を変更することによって実施でき、当該産業で従来使用された装置及び技術と関連して使用できる。
【００１２】
図１は、本発明による一つの賦形構造部材、即ち実質的に円形の断面を持つチューブ状部材を示す。本発明の説明において、「賦形」構造部材は、任意の形状、大きさ、又は形体であり、このような部材の外周又は内周の少なくとも一部が実質的に平らでなく、湾曲、幾何学的形状、又は不規則な形状を含む。好ましくは、賦形構造部材は、これらの賦形構造部材を以下に説明するように製造するのを容易にする表面等の閉じた表面形体を有する。本発明の説明において、「閉じた」構造部材は、任意の形状、大きさ、及び形体を持つ構造部材であり、このような部材の表面（内面及び／又は外面）の少なくとも一部が実質的に閉じており、即ち実質的に連続している。閉じた形体の例には、チューブ状形体、球形形体、多角形形体、円錐形形体、又は他の同様の形状、並びに図示し且つ以下に説明する形体が含まれる。
【００１３】
本発明の構造部材は、円筒形、又は円錐形、四角錐、ポッド状、半球形、又は球形等の非円筒形形体を備えていてもよい。本発明の構造部材は、更に、円形、又は矩形、正方形、六角形、八角形等の非円形断面を備えていてもよい。本発明の構造部材は、更に、非常に不規則で閉じておらず実質的に平らな表面を備えていてもよい。確かに、本発明の構造部材は、任意の複雑な賦形形状又は賦形形状の組み合わせを含んでもよい。本発明の構造部材は、これらが実質的に平らでないということを特徴とし、これにより周知のシート状コア入り複合材料と区別される。
【００１４】
図１では、チューブ状構造部材２は、内区分即ち内部分４、中間区分即ち中間部分６、及び外区分即ち外部分８を含む。内部分４及び外部分８、及び随意のコア領域１０は、任意の適当な複合材料で以下に説明するように形成される。中間部分６は、コア入り構造であり、内部分及び外部分に取り付けられ、支持し、及び／又は安定化させる。
【００１５】
コア領域１０は構造部材２の内区分内に配置されており、以下に説明するように、構造部材の形成で使用される基材又はマンドレルとほぼ同じ大きさである。コア領域１０は、主として、構造部材２の形成で使用された製造プロセスにおける取り外し自在のマンドレル、及び構造部材２の形体、及び構造部材２の所望の最終用途で決まる、任意の適当な大きさ、形状、又は形体であるのがよい。コア領域１０は中空であってもよいが、随意であるが、フォーム、プラスチック、導電体、絶縁体、金属等の任意の所望のコア材料で部分的に又は完全に充填されていてもよい。コア材料を含むコア領域１０は、構造エレメントであってもよい。コア材料は、構造部材２の形成後に加えられてもよいし、構造と一体成形されてもよい。コア材料１２が構造部材２の形成後に追加される場合には、接着剤又は当該技術分野で周知の他の適当な結合手段を使用して構造部材２に取り付けられてもよい。
【００１６】
内区分４及び外区分８用の材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。好ましくは、内部分４及び外部分８は同じ材料でできている。適当な材料には、任意の強化樹脂マトリックス材料（ＰＰＭＭ）が含まれる。この材料は、連続した又は不連続の強化材料が埋め込まれた樹脂マトリックス材料（ＲＭＭ）である。本発明の一つの特徴では、ＲＭＭは有機樹脂マトリックス材料（ＯＲＭＭ）である。例えば、米国特許第５，７２５，９２０号及び米国特許第５，３０９，６２０号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００１７】
本発明の一つの特徴では、ＯＲＭＭは熱硬化性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂は、加熱されたときに不可逆的に硬化するポリマー材料である。熱硬化性樹脂の例には、エポキシ、ビスメレイミド（ｂｉｓｍｅｌｅｉｍｉｄｅ）、ポリエステル、フェノール樹脂、ポリイミド、メラミン、キシレン、ウレタン、フェノール樹脂、フラン樹脂、シリコーン、ビニルエステル、及びアルキド樹脂、又はこれらの組み合わせが含まれる。熱硬化性樹脂は、架橋剤、硬化剤、充填剤、バインダー、又は紫外線抑制剤等の当該技術分野で周知の様々な添加剤を含有できる。本発明では、好ましくは、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、又はポリエステル樹脂を熱硬化性樹脂として使用する。
【００１８】
本発明の別の特徴では、ＯＲＭＭは、熱可塑性樹脂マトリックス材料であってもよい。熱可塑性樹脂は、加熱されたときに不可逆的に硬化しないポリマー材料であり、例えば、熱に露呈されると軟化し、次いで冷却されるとその元の状態に戻る。熱可塑性樹脂の例には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド（ナイロン）、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＢＴ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）及びそのアロイ、及びポリビニル樹脂、又はこれらの組み合わせが含まれる。熱可塑性樹脂は、架橋剤、硬化剤、充填剤、バインダー、又は紫外線抑制剤等の当該技術分野で周知の様々な添加剤を含有できる。本発明では、好ましくは、ポリアミド（ナイロン）樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリプロピレン樹脂が熱可塑性樹脂として使用される。
【００１９】
本発明のＲＭＭを強化するために使用される材料は、樹脂マトリックスを強化する任意の形体であるのがよい。強化材の形体の例には、一方向テープ、多方向テープ、織布、ロービング布、マット布、予備成形物、繊維、フィラメント、ホイスカー、及びこれらの組み合わせが含まれる。ＲＭＭの強化に使用される材料の種類は、このような強化機能を果たす任意の種類であるのがよい。好ましくは、樹脂マトリックス用の強化材料の形体は、連続した又は不連続の繊維等の繊維質材料である。本発明で使用できる材料の例には、ガラス−ｓ、ガラス−ｅ、アラミド、グラファイト、カーボン、超高分子量ポリエチレン、硼素、炭化珪素、セラミック、水晶、金属、等方性金属（アルミニウム、マグネシウム、及びチタニウム）、金属でコーティングした複合材料、ＣＡＭＰ、これらの繊維の組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第６，１１７，５３４号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００２０】
本発明の一つの特徴では、非硬化の又は部分硬化の複合材料を内区分及び／又は外区分用の材料として使用する。複合材料は、巨視的には、最終的な状態が固体の非相溶性で化学的性質が異なる二つ又はそれ以上の材料の混合物又は組み合わせである。本発明では、層状、粒状、繊維状、フレーク状、及び充填された複合材料等の当該技術分野で周知の任意の複合材料を使用できる。非硬化の又は部分硬化の複合材料は、連続的な繊維で強化したＯＲＭＭ（熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂）である。
【００２１】
内区分４及び外区分８に使用される好ましい複合材料には、代表的にはシート又は積層体の形態のＢ段階プレプレグ材料が含まれ、これは、複数の繊維強化トウに所定配合の樹脂を含浸させることによって形成できる。Ｂ段階プレプレグシートの製造方法及びこれらのシート自体は周知である。例えば、米国特許第４，４９５，０１７号に記載されたシートを参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。プレプレグ材料は、硬化させた場合には、全体に金属よりも強く且つ剛性であり、疲労、化学物質、磨耗、及び腐蝕に対して大きな抵抗を示す。プレプレグ用の好ましい強化材には、アラミド、ガラス材料、炭化ニッケル、セラミック、カーボン、及び超高分子量ポリエチレン、又はこれらの組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第４，９６８，５４５号、米国特許第５，１０２，７２３号、米国特許第５，４９９，６６１号、米国特許第５，５７９，６０９号、及び米国特許第５，７２５，９２０号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。カーボン、ガラス、金属、及び特にアルミニウム、マグネシウム、及びチタニウム等の等方性金属、金属でコーティングした複合材料、及びアラミド繊維、又はこれらの組み合わせも、繊維として使用できる。例えば、米国特許第５，６０１，８９２号及び米国特許第５，６２４，１１５号を参照されたい。これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。本発明では、好ましくは、アラミド繊維、及び更に好ましくはケブラー２９又は４９繊維が使用される。
【００２２】
プレプレグ中の繊維の容積は、機械的特性、電気的特性、及び熱的特性を最大にするように変化させることができる。例えば、米国特許第５，８４８，７６７号に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。繊維の容積が高いと剛性になり、伝熱性繊維の場合には、部品の熱伝導性が高くなる。本発明での繊維の容積は、約５％乃至約９５％の範囲内にあり、好ましくは約５０％乃至約６５％の範囲内にある。プレプレグの繊維は、プレプレグ材料内で、任意の所望の方向に当該技術分野で周知のように、約０°乃至９０°で配向でき、同数の繊維が両方向で均衡している。例えば、米国特許第４，９２６，７２１号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００２３】
本発明の更に別の特徴では、シート成形コンパウンド（ＳＭＣｓ）を内部分又は外部分用の材料として使用できる。ＳＭＣｓ領域シートは、不連続な繊維で強化されたＢ段階熱硬化性樹脂でできている。ＳＭＣｓは、代表的にはシート、プライ、又は積層体に形成された不連続繊維強化材料を含む、完全に配合されたＯＲＭＭコンパウンドであり、これ以上の準備を要しない。例えば、米国特許第６，１０３，０３２号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。本発明のＳＭＣｓで使用できる樹脂には、上掲の熱硬化性樹脂のうちの任意の樹脂が含まれる。好ましくは、ポリエステル樹脂又はビニルエステルが本発明のＳＭＣｓの樹脂として使用される。本発明のＳＭＣｓで使用できる繊維には、上掲の繊維のうちの任意の繊維が含まれる。好ましくは、ガラス繊維、カーボン繊維、又はアラミド繊維、好ましくはケブラー２９又は４９繊維をＳＭＣｓの繊維として使用できる。ＳＭＣの繊維容積もまた、機械的特性及び熱的特性を最大にするように変化させるてもよい。
【００２４】
不飽和樹脂系をその基材とする場合、ＳＭＣｓには、所望の加工性及び成形性、及び機械的強度、耐衝撃性、剛性、及び寸法安定性等の最適の物理的及び機械的性質を得るため、他の材料が組み込まれる。組み込まれる材料には、ポリマー、強化用繊維、樹脂、充填材、重合を促進する開始剤、粘度剤、潤滑剤、離型剤、触媒、増粘剤、顔料、ポリエチレン粉体、難燃剤、紫外線吸収剤、及び他の添加剤が含まれる。これらの添加剤の各々は、加工工程中又は型成形工程中のいずれかで、又は完成した部品においてＳＭＣに重要な特性を与え、本発明のＳＭＣｓに組み込むことができる。
【００２５】
内区分４及び外区分８は、このようなＯＲＭＭ材料を少なくとも一層含む。内区分又は外区分の夫々を形成するため、及び構造部材２に対して所望の構造特性を提供する上で一つの層で十分である。追加の層を加えることにより、構造部材２の強度、剛性、又は他の物理的性質を改良できる。相補的配向の繊維を含む単一の層を使用することができる。しかしながら、以下に説明するようにＢ段階材料を完全に硬化させたときに得られる区分を構成する層の固有応力のバランスをとるため、相補的配向の複数の層を使用するのが好ましい。相補的であるようにするため、連続した層の繊維は、図２に示すように対称であり且つバランスがとれていなければならない（これは、例えば、互いに重なった層の繊維をシートの軸線から等しく且つ逆の量だけずらすことによって行われる）。繊維は、更に、これらの繊維が組み込まれた構成要素の設計パラメータと合致するように、例えば予想荷重に対する構造強度を最適化するように配向できる。繊維は、±１５°、±３０°、±４５°、±６０°、及び±７５°を含む、約０°乃至約９０°の範囲の任意の適当な角度で、又は当該技術分野で周知のように配向できる。例えば、米国再発行特許第Ｒｅ．３５，０８１号及び米国特許第５，０６１，５８３号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００２６】
内部分４及び外部分８の形体は、構造部材２内で変化させることができる。例えば、使用された材料（繊維及び樹脂の両方）、繊維の配向、及び内部分及び／又は外部分（４、８）の湾曲、厚さ、形状、及び他の特徴は、構造部材２の長さ及び幅に沿って異なっていてもよい。例えば、米国特許第５，７１８，２１２号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００２７】
本発明の構造部材２の中間部分６は、内部分４及び外部分８を離間し及び／又は支持し、並びにこれらの間に配置したときにこれらの２つの部分の構造特性を向上する任意の構造を有する。更に、中間区分６は、内部分４を外部分８に関して分離し、支持し、安定させ、連結し、及び取り付ける任意の適当な材料で形成されているのがよい。中間区分６を内区分４と外区分８との間に配置することにより、構造特性を、機械工学の周知の原理に従って改善し、構造部材２の機械工学的構造特性を、互いに結合したほぼ同じ形状の内区分４及び外区分８だけからなる部材の特性よりも高くする。好ましくは、図１に示すように、中間部分は、内区分４の外面及び外区分８の内面と実質的に接触しており、例えば中間区分６は、その表面の大部分（全部ではない）に亘って内区分４及び／又は外区分８と別個の箇所で接触する。
【００２８】
本発明の一つの特徴では、中間部分６は、リブ構造（ＲＳ）、又は構造の任意の単一の部材（リブ）が内（又は外）部分と近接した箇所から外（又は内）部分と近接した箇所まで連続的に延びる構造を有する。本発明の別の特徴では、ＲＳは、リブの一端が少なくとも一つの内（又は外）層と近接した位置に連結されており且つ他端が別のリブと当接しているか或いは連結した構造である。これらのＲＳｓの例には、波形材料、ポスト、湾曲材料、ハニカムコーン等が含まれる。これらの構造並びに他のＲＳを図３に示す。
【００２９】
ＲＳは、加えられる追加の重量ＮＩＴＵＩＴＥ、構造部材の構造特性が、多くの場合、大幅に向上するため、有利である。ＲＳは、「リブ」及び空所からなる大きな容積を含む。ＲＳの「リブ」は構造部材の構造特性を高め、このとき、ＲＳの重量を最小にするために空所が設けられる。本発明で使用されたＲＳに存在するリブ及び空所の夫々の量は、選択されたＲＳの形体、例えば、図３に示す形体から選択された形体で決まる。好ましくは、ＲＳ又は構造部材の必要な（又は所望の）構造強度が得られるのであれば、空所の量を最大にし、リブの量を最小にすることによって最小重量で最大強度を提供しなければならない。
【００３０】
本発明で使用されたＲＳは、構造部材に任意の適当な方法で組み込むことができる。本発明の一つの特徴では、ＲＳは、図３に示す形体のように、少なくとも一つの内層から少なくとも一つの外層まで延びる独立型「リブ」として組み込むことができる。本発明の別の特徴では、リブを支持シート又は他のリブに連結でき、この場合、シート又は他のリブ自体が少なくとも一つの内層及び外層に連結される。
【００３１】
所望であれば、追加の材料をリブ構造に組み込むことができる。ＲＳに組み込んで充填できる追加の材料の例には、空気以外に、樹脂、フォーム、絶縁体、又はＮＶＨ（ノイズ、振動、又は粗さ）減少材料等の材料が含まれる。
【００３２】
ＲＳは、構造部材で必ずしも均等でなくてよい。本実施例の一つの特徴では、ＲＳのリブの種類は、位置毎に変化してもよい。更に、多数の種類のＲＳを少なくとも一つの中間層に組み込むことができる。本発明の別の特徴では、リブの周期性及び／又は厚さを、少なくとも一つの中間層の異なる領域で変えることができる。本発明の別の特徴では、リブの強度及び他の物理的特性を位置によって変えることができる。
【００３３】
ＲＳのリブは、所望の構造的特性を示す任意の適当な材料で形成できる。このような機能を提供する当該技術分野で周知の任意の材料には、ビード等の個々の隔室を持つ材料、波形材料、熱可塑性成形材料、ハニカム材料、木材（バルサ）、及び剛性発泡プラスチックフォーム、ポリマーフォーム、金属製構成要素、又はこれらの材料の任意の組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第５，３４４，０３８号、米国特許第４，５７３，７０７号、米国特許第５，５６２，９８１号、米国特許第４，１２８，９６３号、米国特許第４，９６８，５４５号、及び米国特許第５，８９４，０５４号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００３４】
好ましい中間部分６は、ハニカム材料を使用して形成できる（ハニカムコアとして周知である）これらの材料は、通常は、様々なランダムな又幾何学的隔室形体に形成された紙やアルミニウム箔等の材料の一つ又はそれ以上の薄いシートでできている。米国特許第５，８７６，６５４号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。幾何学的隔室形体を持つハニカムコアは、比較的高密度の多くのフォーム又は中実コアよりも構造特性即ち特徴が優れているということが周知である。ハニカムコアは様々な形状で、アルミニウム、コレックス（コレックス（Ｋｏｒｅｘ）は登録商標である）等のアラミド材料、ノメックス（ノメックス（Ｎｏｍｅｘ）は登録商標である）等のナイロン材料、プラスチック、強化フェノール樹脂、カーボン、ガラス繊維、又はこれらの材料の組み合わせ等の材料で形成できる。好ましくは、ノメックス製のハニカムは、中間部分６用の材料として使用される。
【００３５】
隔室の材料及び形体（幅、長さ、及び幾何学的形状）は、内部分及び外部分に対して所望の支持及び／又は安定性を提供するために最適化できる。例えば、隔室の大きさは、約３．１７５ｍｍ乃至約１９．０５ｍｍ（約１／８インチ乃至約３／４インチ）の範囲内にあり、好ましくは約４．７６３ｍｍ（約３／１６インチ）である。
【００３６】
ハニカムコアの隔室は、樹脂、絶縁体、又はＮＶＨ（ノイズ、振動、又は粗さ）減少材料等の空気以外の材料で充填できる。中間部分６について使用された材料の種類、厚さ、隔室形体、及び「充填材料」は、構造部材２の長さに沿って変化させることができる。
【００３７】
本発明の構造部材は、所望であれば、外部分８の外側上に追加の層又は部分を含む。一例では、一層の金属材料、絶縁体、追加の複合材料、又はハニカムコア材料を外部分８上に配置してもよい。同様の又は異なる複合材料を含む多くの追加の部分又は層を同様の方法で追加できる。更に、ブラケット、継手、キャップ等の少なくとも一つの構造的構成要素を構造部材２の端部に配置できる。
【００３８】
本発明の構造部材は、実質的に平らでない任意の輪郭又は形体を備えている。図４は、このような形体の幾つかを例示する。図４に示す構造部材は、チューブの断面が実質的に円形でないという点で図１に示す構造部材と異なっている。
【００３９】
本発明は、構造部材２の構造を提供する任意の適当なプロセスによって形成できる。複合層を形成するための適当なプロセスには、米国特許第５，２２５，０１６号、米国特許第５，１９２，３８４号、米国特許第５，５６９，５０８号、米国特許第４，３６５，９５２号、米国特許第５，２２５，０１６号、米国特許第５，６２４，５１９号、米国特許第５，５６７，４９９号、及び米国特許第５，８５１，３３６号に記載されているように、熱成形、袋又は樹脂トランスファー成形、又は膨張可能なマンドレルプロセス等の当該技術分野で周知の任意のプロセスが含まれる。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。別の適当なプロセスは、米国特許第５，８４８，７６７号に記載された真空バッギングプロセスである。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。他の適当なプロセスは、フィラメントワインディングプロセス、又はシート又はチューブロール（ロール巻付けとしても周知である）である。例えば、米国特許第５，６３２，９４０号、米国特許第５，４３７，４５０号、米国特許第４，３６５，９５２号、米国特許第５，６２４，５２９号、米国特許第５，７５５，５５８号、米国特許第４，８８５，８６５号、米国特許第５，３３２，６０６号、米国特許第５，５４０，８７７号、米国特許第５，８４０，３４７号、及び米国特許第５，９１４，１６３号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００４０】
フィラメントワインディングプロセスでは、所望材料のフィラメントをバインダー材料のマトリックスに分散し、構造部材２の所望形状（コア領域１０）と全体に対応する形状のマンドレルアッセンブリ等の任意の適当な基材に巻き付ける。本発明では、米国特許第５，７９５，５２４号、米国特許第５，６４５，６６８号、米国特許第５，１９２，３８４号、米国特許第５，７８０，０７５号、米国特許第５，６３２，９４０号、米国特許第５，８１７，２０３号、及び米国特許第５，９１４，１６３号に記載された任意の適当なマンドレルを使用できる。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。基材又はマンドレルは、十分な強度及び所望の形状を備えていなければならず、及び構造部材を製造するためのプロセス条件に耐えることができなければならない。適当なマンドレルには、鋼やアルミニウム等の金属、ポリカーボネート、熱可塑性樹脂、又はＲＲＭＭ材料で形成されたマンドレルが含まれる。マンドレルは、中実であってもよいし中空であってもよい。
【００４１】
フィラメントをマンドレルに巻付け、マンドレルの長さ方向軸線即ち巻付け軸線に沿ってマンドレルに対して往復動で変位させ、部分４を形成する。上文中に説明したように、又は当該技術分野で周知のように、追加の金属層や複合層等の追加の部分、構造、又は層を追加できる。
【００４２】
好ましくは、本発明は、本発明の構造部材を製造するため、チューブロール（ロール巻付けとしても周知である）プロセスを使用する。一つの例示のチューブロールプロセスを図５に示す。チューブロールプロセスは、フィラメントでなく、所望の複合材料の又はポリマー材料の別個のプライ又は積層体を使用する。少なくとも一つのマンドレル２０等のマンドレルアッセンブリにプライ又は積層体を交互に重ね、巻付け、又はロール状にする。所望であれば、マンドレルに材料を巻き付ける前に剥離フィルムをマンドレルに付けることができる。一枚以上の積層体を使用する場合には、巻付けプロセス前又は巻付けプロセス中、積層体を、繊維を所望の通りに配向して、手作業で又は任意の適当な機械装置によって、図２に示すように重ねることができる。内部分４の形成後、中間部分６を構成する材料が、好ましくは巻付け又はロール巻付けによって、任意の適当な人間によって、又は機械装置によって内部分４上に置かれる。次いでロール巻付けプロセスを再開し、外部分８の材料を付ける。ロール巻付けプロセスについてのこれ以上の詳細は、１９８７年に刊行されたＡＳＭインターナショナルの「工業材料ハンドブック」の第１巻の「複合材料」の第５６９頁乃至第５７４頁に記載されている。同文献に触れたことにより、この文献に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。所望であれば、追加の層又は材料を外部分８上に当該技術分野で周知の方法と同様の方法で加えることができる。
【００４３】
個々の部分（内部分、中間部分、及び外部分）の層は、ロール巻付けを行うときに個々のプライの端部が実質的に当接し、これによって突き合わせ継手３０を形成するように切断され及び／又はパターンにされなければならない。好ましくは、任意の単一のプライの端部によって形成された突き合わせ継手は、図６に示すように、隣接したプライの端部が形成する突き合わせ継手から食い違っている。
【００４４】
内部分４及び外部分８は、異なる方法を使用して形成してもよい。例えば、内部分４は、フィラメント巻付けによって形成でき、外部分８はロール巻付けによって形成でき、又はこの逆を行ってもよい。本発明のこの特徴では、中間部分６を付ける前に内部分４を完全に硬化させてもよい。同様に、外部分８を付ける前に内部分４及び中間部分６を互いに貼り合わせて硬化させてもよい。上文中に説明したような当該技術分野で周知の他の方法をロール巻付けと組み合わせ、別個の工程を異なる方法で実施することによって、構造部材を形成できる。例えば、内部分４は、フィラメント巻付けプロセスを使用して形成でき、中間部分６及び外部分８は、ロール巻付けプロセスを使用して形成でき、この場合、中間構造は減圧バッグプロセスを使用して拘束される。
【００４５】
所望であれば、部分４及び／又は８の連続した層間に結合剤を配置できる。結合剤は、選択された領域だけに置くことができ、又は行及び／又は列といったパターンをなして置くことができ、又は層／部分の全領域に亘って置くことができる。層の結合を補助し且つ構造部材２の製造に使用される全てのプロセスと適合する任意の適当な結合剤を使用でき、こうした結合剤には、糊、硬化剤、接着剤、又はこれらの組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第５，６３５，３０６号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。結合剤は、夫々の部分の組み立て前に、組み立て中に、組み立て後に、手作業で又は機械的装置によって基材に付けることができる。
【００４６】
部分４、６、及び８が未硬化状態（例えばＢ段階状態）で連続的に積層される場合には、構造は、マンドレルに重ねられた内部分４、この内部分４に重ねられた中間部分６、及びこの中間部分６に重ねられた外部分８を有する。必要であれば、内部分４、中間部分６、及び外部分８を互いに良好に結合し且つ連結するのが必要である場合には、これらの部分によって形成された中間構造を拘束してもよい。中間構造は、適当な圧縮力を加えることによって拘束できる。これは、圧縮ダイ又は金型、減圧バッグを含む任意の適当な手段を使用して、又は適当な拘束手段を使用することによって、例えばプラスチック又は金属の金型に置くことによって、又は適当な収縮包装テープ２２、又はナイロン、シリコーン、又はポリプロピレン製のチューブを付けることによって行うことができる。以下に説明する硬化プロセス中、構造部材２の材料が互いに接触するように、圧縮手段（例えば収縮包装テープ又はチューブ）が物理的又は化学的変化によって適当な圧縮力を加える。本発明の内部分／外部分でＲＭＭを使用する場合には、この硬化プロセス中に余分な樹脂が圧縮力により絞り出される。例えば、米国特許第５，６００，９１２号及び米国特許第５，６９８，０５５号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００４７】
更に、中間構造で材料を良好に結合し接触するのが必要である場合には、これらの材料に適当な化学反応を加えることができる。例えば、内部分４及び／又は外部分８が硬化性材料（例えばＢ段階エポキシプレプレグ）を含む場合、熱及び／又は圧力を加えることによるオーブン硬化又は紫外線硬化又はマイクロウェーブ硬化等の任意の適当な手段２４によって中間構造を硬化させることができる。必要な熱及び／又は圧力は、マンドレルアッセンブリの大きさ及び構造部材２で使用された材料で決まる。硬化プロセス中、収縮包装テープ又はチューブが適当な圧縮力を加える。本発明の内部分／外部分でＲＭＭを使用する場合、この硬化プロセス中に余分な樹脂が圧縮力により絞り出される。
【００４８】
上文中に説明したプロセスは、湾曲の程度が構造部材２の他の表面と大幅に異なる少なくとも一つの平坦部が外径に設けられた、断面が実質的に円形でない構造部材について変更できる。このような構造部材の例を図４に示す。図７に示すように、少なくとも一つの比較的平らな領域が外径に設けられている持つ場合、中間構造に付けられた収縮包装材料（及びこれに伴う圧縮力）が均等でなくてもよい。かくして、材料の互いに対する結合及び連結は均等でなく、及び従って、構造部材２の一体性が損なわれてしまう。このような材料を更に均等に結合し且つ連結するため、収縮包装材料を付ける前に少なくとも一つの圧力分配器２６を外部分８の比較的平らな領域に置く。これらの圧力分配器は、加えられた圧縮力をこのような平らな領域に更に均等に「分配」し、中間構造の全ての領域に圧縮力を更に均等に加えることができる。
【００４９】
本発明では、加えられた圧縮力を中間構造に均等に分配する圧力分配器の任意の適当な形状を使用できる。圧力分配器の例示の形状には実質的に半円形の形状（この形状は、実質的に円形の外面を提供する）、及び「Ｔ」の平らな端部が中間構造の平らな領域に当接し（そして大きさが適合する）、「Ｔ」の長い端部が外方に延びるＴ形状分配器が含まれる。圧縮力を平らな領域に亘って均等に分配するのであれば、複数の構成要素でなく単一の構成要素を含むこの他の形状及び形体を使用することもできる。図４に示す構造部材等の構造部材２については、実質的に半円形の圧力分配器２６が図７に示してある。本発明の圧力分配器は、圧縮力が加わったときにその形状を維持するアルミニウム、鋼、及びシリコーン等の任意の適当な材料で形成できる。好ましくは、圧力分配器用の材料としてアルミニウムが使用される。
【００５０】
収縮包装材料は、圧力分配器の上及び／又は下に置くことができる。圧力分配器の下に置いた収縮包装材料は、隅部を加圧し、並びに圧力分配器が中間構造にくっつかないようにする。圧力分配器の上にある収縮包装材料は、平らな領域を加圧する。
【００５１】
以上のプロセスは、内部分及び外部分の形状が異なる図１１に示すような構造部材について変更することもできる。本発明では、形状が異なる内部分及び外部分を製造する任意の適当なプロセス変更を使用できる。上述のプロセスに対する以下の二つの変更は、この考えを具体的に説明する。以下に具体的に説明しないけれども、この他の変更も考えられる。
【００５２】
第１に、内部分が実質的に円形の断面を備え、外部分が非円形断面を備えていてもよい。このような場合、図８に示すように、円形形状の構造部材を形成するためのプロセスを上文中に説明したように行う。外部分の形状を変更するため、拘束工程及び硬化工程の前に多くの圧力分配器を円形形状の外部分上に置く。使用される圧力分配器の数は、平らな側部の所望の数と一致し、例えば、正方形については四個、六角形については六個である。次いで、拘束工程及び硬化工程を行うために上述のプロセスを続行する。拘束工程及び硬化工程中、圧力分配器を介して圧力を及ぼすことによって円形の外形状を変化させ、所望の多角形形状の平らな側部にする。
【００５３】
第２に、内部分が実質的に多角形形状（即ち六角形）を備え、外部分が実質的に円形形状を備えていてもよい。本発明のこの特徴では、図９に示すように、正方形形状の構造部材を形成するための方法を上文中に説明したように行う。外部分の形状を変化させるために、通常は拘束工程及び硬化工程前に外部分上に置かれる圧力分配器がなくなる。かくして、正方形形状の外部分は、拘束手段で包装されるに過ぎない。次いで、拘束工程及び硬化工程を行うためにこのプロセスを上文中に説明したように続行する。拘束工程中及び硬化工程中、拘束手段を介して及ぼされた圧力によって外側形状を実質的に円形形状に変更する。
【００５４】
使用されたとき、拘束手段は、次いで、中間構造から取り外される。プラスチック又は金属の金型については、金型を開放し、取り出す。収縮包装テープ又はチューブは硬化プロセス中に反応し、薄いシェルを形成し、所望であれば、手作業で又は機械装置によって取り外すことができる。使用されたとき、圧力分配器もまた取り外される。
【００５５】
本発明の別の特徴では、拘束手段を外部分に一時的に又は永久的に残すことができる。例えば、収縮包装テープを輸送中の保護の目的で薄いシェルの形態で構造部材上に残すことができ、次いで、後に除去される。別の例では、収縮包装テープを保護コーティングとして構造部材に永久的に残すことができる。
【００５６】
上文中に説明した拘束工程中及び硬化工程中、内部分及び外部分を中間部分に化学的に取り付け及び／又は連結する。好ましくは、内部分及び外部分の両方の材料を中間部分の材料に化学的に結合し、かくして実質的に永久的な物理的結合を形成する。
【００５７】
次に、基材又はマンドレルを構造部材２から取り外し、コア領域１０を形成する。マンドレルは、米国特許第５，９００，１９４号及び米国特許第５，３０６，３７１号に開示されているような、構造部材２に悪影響を及ぼすことなくマンドレルを安全に取り外す当該技術分野で周知の任意のプロセスを含む任意の適当なプロセスによって取り外すことができる。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。所望であれば、コア領域１０は、当該技術分野で周知の任意の所望の材料によって充填できる。
【００５８】
マンドレルは、取り外し自在のマンドレルであってもよいし、一体のマンドレルであってもよい。取り外し自在のマンドレルは、上文中に説明したように、ロール巻付けプロセスで使用され、次いで取り外されて内部１０を形成する。一体のマンドレルは、構造部材２の部分となるマンドレルであり、取り外されない。かくして、マンドレルはコア領域１０にとどまり、構造部材２の部分となる。
【００５９】
一体のマンドレルを使用する場合には、構造部材２及び構造部材の製造プロセスを上文中に説明したプロセスから変更する。本発明のこの特徴では、中間部分が一体のマンドレル上に設けられ、次いで外部分が中間部分上に設けられる。この場合、構造部材は、一体のマンドレルが取り外されていないことを除き、上文中に説明したように加工される。かくして、一体のマンドレルが内部分として役立つ。所望であれば、一体のマンドレル上に内部分を更に設け、一体のマンドレル、内部分、中間部分、及び外部分を持つ構造部材を提供してもよい。
【００６０】
形成後、本発明の構造部材を任意の所望の使用のために変更でき、又は切断できる。例えば、図５、図７、図８、及び図９に示す構造部材をその長さに沿って半分に切断し、二つの構造部材を提供した。同様に、構造部材をその長さに沿って切断し、所望の長さの任意の数の部材を提供できる。構造部材を任意の寸法に沿って切断することによって、特に本発明のプロセスの広範な特徴と組み合わせた場合、多くの形状及び形体を形成できる。このような形状及び形体の幾つかの例を図１０に示す。所望であれば、ブラケット、ファスナ、継手、キャップ等の少なくとも一つの構造構成要素を構造部材２に、例えば構造部材の一端に設けることができる。
【００６１】
本発明の構造部材を形成するための好ましい方法はロール巻付けである。しかしながら、上文中に説明した他の方法をロール巻付けと組み合わせて構造部材の製造に使用できる。これは、本発明の一つの特徴では、様々な方法によって別個の工程を実施することによって行われる。例えば、内部分４は、フィラメント巻付けプロセスを使用して形成でき、中間部分６及び外部分８はロール巻付けプロセスを使用して形成できる。この場合、中間構造は減圧バッグプロセスを使用して拘束できる。
【００６２】
本発明の構造部材には、タイロッド、トーションバー、チューブ、ビーム、コラム、シリンダ等の多くの用途があり、多くの産業で使用できる。主に、構造部材は、軽量で強い円筒形の物体が必要とされている全ての用途で使用できる。本発明の構造部材は、自動車、輸送、航空宇宙、及び防衛産業において、航空機の構成要素、トラック等の車輛の構成要素、列車、輸送用コンテナ、防衛と関連した用途、バイク、セールのマスト、ゴルフクラブのシャフト、及びラケット等の娯楽の用途、橋梁や建物等の商業的用途等の用途で使用できる。
【００６３】
例１
円形断面を持つ円筒形中空構造部材を以下のプロセスに従って製造する。円形の外径が６．０９６ｃｍ（２．４インチ）で長さが１２１．９２ｃｍ（４８インチ）のアルミニウム製円筒形マンドレルに剥離材（フレコート７００ＮＣ又はアクセルＥＭ６０６ＳＬ／ＳＰ）の薄いコーティングを付ける。
【００６４】
エポキシを基材としたＢ段階樹脂中に異方性ガラス繊維を含む８枚のＢ段階プレプレグ積層体シートを、幅が１９．０５ｃｍ乃至２１．８４４ｃｍ（７．５インチ乃至８．６インチ）で長さが約１２１．９２ｃｍ（４８インチ）の長さに切断する。これらのシートの各々は、マンドレルに積層する上でのそれらの位置に従って異なる幅を有する。各層は、層をマンドレルに巻付けたときに密接した突き合わせ継手を形成するのに十分な幅を持つのが好ましい。
【００６５】
次いで、４枚の個々の積層体シートを、連続したシートの繊維がマンドレルの長さ方向軸線方向から±１５°の角度をなして対称であり且つ均衡するように、及び連続した層の突き合わせ継手が重ならないように、プライ上に重ねる。積み重ねたシート間の空気は、ローラー又は他の適当な装置を使用することによって除去される。次いで、積み重ねたプレプレグシートを、手作業で、アルミニウムマンドレルに突き合わせ継手をなしてロール巻付けし、内部分４を形成する。
【００６６】
次に、六角形形状の隔室を持つ厚さが約３．８１ｍｍ（約０．１５インチ）のヘクセル・ノメックス（ヘクセル・ノメックス（Ｈｅｘｃｅｌ　Ｎｏｍｅｘ）は登録商標である）コアのハニカムを含む中間部分６を計測し、約２０．３２ｃｍ（約８インチ）×約１２１．９２ｃｍ（約４８インチ）の寸法に切断する。次いで、このハニカムコアを、手作業で、積み重ねたプレプレグシート（内部分４）の第１組上にロール巻付けする。残りの４枚のプレプレグシートをハニカムコア上に上文中に説明したように積み重ね、次いでロール巻付けし、外部分８を形成する。
【００６７】
次に、結果的に得られた中間未硬化構造を収縮包装する。ポリエチレンを基材とした、幅が約２．５４ｃｍ（約１インチ）の一層の１５０ゲージの収縮包装テープを収縮包装機でロール巻付けする。次いで、ナイロンを基材とした２００ゲージの収縮包装テープを含む追加の層を収縮包装機でロール巻付けする。
【００６８】
巻付けプロセスの後、最終構造に約１２１．１℃（約２５００Ｆ）で硬化プロセスを約１２０分間に亘って加える。このとき、収縮包装テープが、硬化するときに、中間構造に圧縮圧力を加える。この硬化プロセス後、シェル（硬化プロセス中に収縮包装テープによって形成される）を、手作業で、ナイフを用いて除去する。次いでマンドレルをチューブの中央から手作業で除去し、チューブを所望の長さに切断する。
【００６９】
例２
断面が正方形形状の円筒形中空構造部材を以下のプロセスに従って製造する。一辺が７．６４ｃｍ（３．０インチ）で長さが１８２．８８ｃｍ（７２インチ）の正方形形状のアルミニウム製マンドレルに剥離材（フレコート７００ＮＣ又はアクセルＥＭ６０６ＳＬ／ＳＰ）の薄いコーティングを付ける。
【００７０】
エポキシを基材としたＢ段階樹脂中に異方性ガラス繊維を含む８枚のＢ段階プレプレグ積層体シート（８枚の個々のシート）を、幅が３０．４８ｃｍ（約１２インチ）で長さが約１６２．５６ｃｍ（約６４インチ）の長さに切断する。次いで、個々の積層体シート即ちプライのうちの４枚を、連続したシートの繊維がマンドレルの長さ方向軸線方向から±１５°の角度をなして対称であり且つ均衡するように、及び連続した層の突き合わせ継手が重ならないように重ねる。積み重ねたシート間の空気は、ローラー又は他の適当な装置を使用することによって除去される。次いで、積み重ねたプレプレグシートを、手作業で、アルミニウムマンドレルに突き合わせ継手をなしてロール巻付けし、内部分４を形成する。
【００７１】
次に、六角形形状の隔室を持つ厚さが約５．０８ｍｍ（約０．２インチ）のヘクセル（ヘクセル（Ｈｅｘｃｅｌ）は登録商標である）ノメックス（ノメックス（Ｎｏｍｅｘ）は登録商標である）コアのハニカムを含む中間部分６を計測し、約３０．４８ｃｍ（約１２インチ）×約１６２．５６ｃｍ（約６４インチ）の寸法に切断する。次いで、このハニカムコアを、手作業で、積み重ねたプレプレグシート（内部分４）の第１組にロール巻付けする。残りの４枚のプレプレグシートをハニカムコア上に上文中に説明したように積み重ね、次いでロール巻付けし、外部分８を形成する。
【００７２】
次に、結果的に得られた中間構造を収縮包装する。ポリエチレンを基材とした一層の１５０ゲージの収縮包装テープを、収縮包装機で、結果的に得られた構造にロール巻付けする。次いで、ナイロンを基材とした２００ゲージの収縮包装テープを含む追加の層を収縮包装機でロール巻付けする。直径が１０．１６ｃｍ（４インチ）の４個のアルミニウム製半円形圧力分配器を、結果的に得られた装置の四つの側部に配置する。次いで、ナイロンを基材とした２００ゲージの収縮包装テープを含む外層を収縮包装機で圧力分配器にロール巻付けする。
【００７３】
この巻付けプロセスの後、最終構造に約１２１．１℃（約２５００Ｆ）で硬化プロセスを約１２０分間に亘って加える。このとき、収縮包装テープは、その硬化時に、中間構造に圧縮圧力を加える。この硬化プロセス後、外シェル（硬化プロセス中に収縮包装テープによって形成される）、圧力分配器、及び内シェル（硬化プロセス中に「内側の」収縮包装テープによって形成される）を手作業でナイフを用いて除去する。次いでマンドレルをチューブの中央から手作業で除去し、チューブを所望の長さに切断する。
【００７４】
本発明の好ましい実施例を説明したが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明は、以上の説明に記載された特定の詳細に限定されず、その精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことができることは明らかであるということは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図２】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図３】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図４】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図５】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図６】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図７】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図８】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図９】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図１０】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図１１】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【符号の説明】
２　チューブ状構造部材
４　内区分又は内部分
６　中間部分又は中間区分
８　外区分又は外部分
１０　コア領域
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004502573.tif 000050