(57)【要約】【課題】賦形複合構造部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】賦形構造部材は複合材料を含み、賦形構造は、複合材料を互いにチューブローリング（即ちロール巻付け）し、次いで必要であれば、これらの材料を結合し又は連結することによって形成できる。構造部材の外面には、製造プロセス中に多角形形状を形成できる。賦形工程及び外多角形形状により、本発明の構造部材の用途が拡がる。【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、
複合材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、及び
複合材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）を含み、
前記構造部材の外面は多角形形状を有する、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、前記複合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１に記載の構造部材において、前記構造部材の少なくとも一端には、少なくとも一つの開始端（１４）を有し、これは少なくとも一端の近くには配置されていない、構造部材。
【請求項９】
請求項１に記載の構造部材において、前記構造部材の前記外面の一部上に複合オーバーラップを更に含む、構造部材。
【請求項１０】
賦形構造部材（２）において、
複合材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）、
複合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賦形外層（８）の一部上の複合オーバーラップを含み、
前記構造部材の外面は多角形形状を有する、構造部材。
【請求項１１】
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）、及び
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）を含み、
前記構造部材の外面は多角形形状を有する、構造部材。
【請求項１２】
請求項１１に記載の構造部材において、前記構造部材の前記外面の一部上に複合オーバーラップを更に含む、構造部材。
【請求項１３】
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賦形外層（８）の一部上の複合オーバーラップを含み、
前記構造部材の外面は多角形形状を有する、構造部材。
【請求項１４】
請求項１３に記載の構造部材において、前記構造部材の前記外面の一部上に複合オーバーラップを更に含む、構造部材。
【請求項１５】
賦形構造部材（２）の製造方法において、
複合材料を含む少なくとも一つの賦形内層（４）を形成する工程、及び
複合材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）を前記少なくとも一つの賦形内層（４）上に形成する工程、
前記少なくとも一つの賦形外層（８）を前記少なくとも一つの賦形内層（４）に連結する工程、及び
前記構造部材の外面に多角形形状を形成する工程を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５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）上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）を形成する工程を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６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内層（４）上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）を形成する工程を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記基材（２０）を除去する工程を更に含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記基材（２０）を除去することによって形成された前記内部領域（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２０】
請求項１９に記載の方法において、少なくとも一つの外層（８）を拘束する工程、及び前記基材（２０）を除去する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２１】
請求項２０に記載の方法において、少なくとも一層の収縮包装材料（２２）を前記少なくとも一つの外層（８）上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）を拘束する工程を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、反応後、前記少なくとも一層の収縮包装材料（２２）を除去する工程を含む、方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載の方法において、前記少なくとも一つの外層（８）を拘束しながら、複数の圧力分配器（２６）を前記少なくとも一つの外層（８）上に形成する工程を更に含む、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記複数の圧力分配器（２６）は、多角形形状の外面を提供する、方法。
【請求項２５】
請求項１５に記載の方法において、前記少なくとも一つの外層（８）の一部の上にオーバーラップを形成する工程を更に含む、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、複合材料（５０）を前記部分上にロール巻付けすることによってオーバーラップを形成する工程を含む、方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法において、前記オーバーラップを含む部分に沿って前記構造部材を半径方向に切断する工程を更に含む、方法。
【請求項２８】
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）を形成する工程、
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内層（４）上に形成する工程、
前記少なくとも一つの外層（８）の一部上にオーバーラップを形成する工程、
前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの内層（４）に連結する工程、及び
前記構造部材の外面に多角形形状を形成する工程を含む方法。
【請求項２９】
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）上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内層（４）上にロール巻付けする工程、
オーバーラップを前記少なくとも一つの外層（８）の一部上にロール巻付けする工程、
前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの内層（４）に連結する工程、及び
前記構造部材の外面に多角形形状を形成する工程を含む方法。
【請求項３０】
賦形構造部材（２）において、
複合材料を含む少なくとも一つの内層（４）を形成する工程、
前記少なくとも一つの内層（４）上に複合材料を含む少なくとも一つの賦形外層（８）を形成する工程、
前記少なくとも一つの賦形外層（８）を前記少なくとも一つの内層（４）に連結する工程、及び
前記構造部材の外面に多角形形状を形成する工程を含む方法によって形成された、賦形構造部材（２）。
【請求項３１】
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、
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）を前記少なくとも一つの内層（４）上に形成する工程、
前記少なくとも一つの賦形外層（８）の一部上にオーバーラップを形成する工程、
前記少なくとも一つの賦形外層（８）を前記少なくとも一つの内層（４）に連結する工程、及び
前記構造部材の外面に多角形形状を形成する工程を含む方法によって形成された、賦形構造部材（２）。
【請求項３２】
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）を基材（２０）上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内層（４）上にロール巻付けする工程、
オーバーラップを前記少なくとも一つの外層（８）の一部上にロール巻付けする工程、
前記少なくとも一つの外層（８）を前記少なくとも一つの内層（４）に連結する工程、及び
前記構造部材の外面に多角形形状を形成する工程を含む方法によって形成された、賦形構造部材（２）。
【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、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】
構造強度が足りないにも拘わらず、幾つかの複合材料が車輛の製造で使用されてきた。例えば、上述の積層複合チューブが車輛並びに他の構造の構造部材として使用されてきた。代表的には、チューブは、その長さに亘って全体に直線状であり、例えばチューブの長さに沿って半径が一定のままである。同様に、これらのチューブは全体に円形断面である。例えば、米国特許第４，１２８，９６３号、米国特許第４，９４６，７２１号、米国特許第４，９６８，５４５号、米国特許第５，０６１，５３３号、米国再発行特許第Ｒｅ３５，０８１号、米国特許第５，３４８，０５２号、米国特許第５，４４７，７６５号、米国特許第５，４３７，４５０号、米国特許第５，４９９，６６１号、米国特許第５，５７９，８０９号、米国特許第５，６２４，１１５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。しかしながら、このような構造部材は、代表的には、上文中に説明した構造に限定され、そのため、それらの最終用途は極めて限られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、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、複合材料を含み、賦形構造は、複合材料を一緒にチューブローリング（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。構造部材の外面には、製造プロセス中に多角形形状を形成できる。賦形構造及び多角形の外側形状により、本発明の構造部材の用途が拡がる。
【００１０】
図１乃至図１６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、これらの特定の詳細を使用せずに本発明を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本発明を実施でき、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−実質的に円形断面のチューブ状部材−を示す。本発明において、「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分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有する。好ましくは、賦形構造部材は、以下に説明するように製造を容易にする表面等の閉じた表面形体を有する。本発明では、「閉じた」構造部材は、任意の形状、大きさ、又は形体を持つ部材であり、このような部材の表面（内面及び／又は外面）の少なくとも一部分が実質的に閉じているか或いは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、実質的に球形形体、多角形形体、円錐形形体、又は他の同様の形状、並びに本願に示し且つ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、又は球形といった円筒形以外の形体を備えていてもよい。本発明の構造部材は、更に、円形断面、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。これらもまた、非常に不規則で閉じていない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を備えていてもよいし賦形形状の組み合わせを備えていてもよい。
【００１４】
図１では、チューブ状構造部材２は、内区分又は内部分４、随意の中間部分又は中間区分６、外区分又は外部分８、及び随意のコア領域１０を含む。内部分４、外部分８、及び随意のコア領域１０は、以下に説明する任意の適当な複合材料で形成できる。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、ほぼ、構造部材の形成で使用される基材又はマンドレルの大きさである。コア領域１０は、主に、構造部材２の製造で使用される製造プロセスにおける取り外し自在のマンドレル、構造部材２の形体、及び構造部材２の所望の最終用途に応じて、任意の適当な大きさ、形状、又は形体にできる。
【００１５】
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、又は絶縁体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の形成後に加えてもよいし、構造と一体成形してもよい。コア材料が構造部材２の形成後に加えられる場合には、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に取り付けることができる。
【００１６】
内区分４、随意の中間区分６、及び外区分８用の材料は、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。好ましくは、内部分４、随意の中間部分６、及び外部分８は同じ材料でできている。本発明の一つの特徴では、内部分及び外部分用の材料は、任意の適当な強化樹脂マトリックス材料（ＲＲＭＭ）を含み、これは、連続した又は不連続の強化材料を樹脂マトリックスに埋め込んだ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る。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、フラン化合物、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有機繊維、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】
本発明の更に別の特徴では、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、科学物質、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有機繊維、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、カーボン繊維、ガラス繊維、又はアラミド繊維、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。繊維の容積が高い部品は剛性が高く、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、ポリエステルビニルエステル又はエポキシ樹脂を本発明のＳＭＣｓの樹脂として使用する。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の繊維として使用する。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ことができる。
【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】
本発明の一つの特徴では、内区分４、随意の中間区分６、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、複数の層を相補的配向で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、０°乃至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、随意の中間区分６、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、複合材料について使用される材料、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】
本発明の構造部材は、所望であれば、追加の層又は部分を外部分８の外側に備えていてもよい。一例では、金属層、絶縁体層、別の複合材料層、又はハニカムコア材料層を外部分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構成要素を構造部材２の端部に配置できる。
【００２８】
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。本発明の一つの特徴では、本発明の構造部材は当該技術分野で周知の任意の賦形形状を持つように形成できる。賦形形状には、内形状及び外形状、内側厚さ及び外側厚さ、及び内半径及び外半径の任意の組み合わせが含まれる。
【００２９】
本発明の好ましい特徴では、本発明の構造部材は、図１２に示す賦形形状を有する。好ましい賦形形状は、構造部材の長さに沿って規則的に又は不規則に変化する厚さ及び／又は半径を有する。例えば、図１２を参照すると、構造部材２は、第１直径の第１部分４１、第２直径の第２部分４２、及び第３直径の第３部分４３を含む。別の例として、図１３に示すように、構造部材２は、第１厚さの第１部分４６、第２厚さの第２部分４７、及び第３厚さの第３部分４８を含む。
【００３０】
本発明の別の好ましい特徴では、構造部材の形状は、実質的に円形以外の形状を有する。このような形状の例には、矩形、六角形、八角形、多角形、等が含まれる。チューブを六角形等の多角形形状に形成すると、構造部材の内面又は外面に幾つかの平らな表面が形成される。これは、構造部材の表面を金属製端部品等の他の部材に結合する場合に重要となる。他の部材（金属製端部品）と構造部材の表面との間に締め代が形成され、構造部材又は端部品のいずれかに荷重が加わったときに捩じり抵抗を提供する。締め代が大きければ大きい程、結合面が提供する抵抗とは別に、捩じりに対して更に多くの抵抗が提供される。締め代の量は捩じり抵抗と比例し、そのため、図１４に示すように、直径を増大するか或いは多角形の平面の数を減らすことによって捩じりに対する抵抗を増大する。
【００３１】
しかしながら、多角形形状を形成すると、構造部材に二次的荷重状態が発生する。この荷重状態は、通常は結合面近くに局限され、構造部材を内側から破裂させるのに十分に容易に大きくなってしまう。このような問題点から保護するため、構造部材２の上記領域に、構造部材の周囲に亘って配向された繊維からなる複合カラーを「オーバーラップさせる」。これにより、大きな重量を追加することなく、構造部材が破裂しないようにする。オーバーラップは、全接合領域に亘って配置され、接合部を越えて或る程度延び、応力集中を補助する。
【００３２】
多角形形状の側部の最適の数は、個々の設計で決まる。使用される側部の数が多くなれば多くなる程、締め代が減少し、捩じり抵抗が減少する。しかし、多角形の側部の数が増えると円形形状に近づく。そのため、最適の継手強度／重量比が低下すると、最適のチューブ強度／重量比が増大する。更に、オーバーラップで使用された複合プライの数は、設計、及び捩じりによる内部圧力及び内部圧力に対する抵抗で決まる。明らかに、厚いチューブは、通常は、更に大きな内部圧力に耐え、必要なオーバーラッププライの数が少ない。しかし、その場合には、大きな捩じり荷重によるかなり大きな内部圧力が加わる。全ての設計と同様に、最適の設計は、所与の強度及び剛性に対して最軽量のものである。
【００３３】
本発明の構造部材は、所望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５，８４８，７６５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。
【００３４】
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、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又はマンドレルアッセンブリを使用できる。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。
【００３５】
本発明の一つの特徴では、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、構造部材を製造するための加工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。マンドレル又は基材は、構造部材２の所望の形状（コア領域１０）と全体に一致する形状を備えていなければならず、例えばマンドレルの外面は、内部分４の内面と一致する形状を備えていなければならない。
【００３６】
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方向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、追加の金属層又は複合層等の追加の部分、構造、又は層を追加できる。
【００３７】
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別個のシート（又はプライ又は積層体）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シートを挟み込み、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。一枚以上のシート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、シートを手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。複合材料の繊維は所望の通りに配向される。内部分４の形成後、ロール巻付けプロセスを続行し、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、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」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。
【００３８】
所望であれば、追加の層又は材料を、上文中に説明したプロセスのうちの任意のプロセスを使用して外部分８に追加できる。追加の複合パイル即ち追加の複合材料をこの段階で追加することによって、図１２及び図１３に示す構造部材を形成できる。例えば、図１３に示す「ベース」構造部材は、上文中に説明したプロセスによって形成できる。次いで、所望の材料の追加のパイル（又はシート）を所望の領域に巻付けることによって追加し、追加の厚さを変化させることができる。同様に、追加のパイルを巻き付けて上文中に説明した「オーバーラップ」を形成できる。
【００３９】
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シート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ることができ及び／又はパターンにすることができる。好ましくは、任意の単一のシート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、隣接したシートの端部によって形成された突き合わせ継手から食い違っている。
【００４０】
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、又はこの逆が行われる。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付けて互いに硬化させてもよい。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。
【００４１】
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、手で又は機械的装置によって基材に付けることができる。
【００４２】
部分４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と重なった外部分８を有する。必要であれば、内部分４と外部分８と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できる。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。
【００４３】
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科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。
【００４４】
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、外径が少なくとも一つの比較的平らな領域を持つ場合、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る。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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、六角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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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ものから変更する。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。
【００５６】
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する。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。構造部材の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。構造部材を上述の方法で切断することによって得られた形状及び形体の幾つかの例を図１０に示す。
【００５７】
本発明の好ましい特徴では、及び図１５に示すように、外部分８の選択された部分にオーバーラップ６を設ける。オーバーラップは、当該技術分野で周知の任意の手段によって設けることができる。好ましくは、オーバーラップは、オーバーラップの形成に必要なプライ５０の所望の大きさ（及び厚さ）を選択し、次いでこれらのプライ５０を外部分８の選択された部分に巻き付けることによって設けられる。次いで構造部材をオーバーラップの中央で半径方向に切断することによって、オーバーラップ部分を一端又は両端に備えた二つ又はそれ以上の構造部材を提供できる。
【００５８】
本発明の構造部材の切断後、追加の構造構成要素を加えることができる。当該技術分野で周知の任意の構造構成要素を、ブラケット、ファスナ、継手、キャップ、等の変更した構造部材に加えることができる。本発明の好ましい特徴では、構造部材は、その一端に結合された金属製端部品を有し、これによってドライブシャフト、ハーフシャフト、等として使用できるトルク型の用途用の構造部品を形成する。
【００５９】
切断するだけでない別の変更を本発明の構造部材に行うことができる。構造構成要素の取り付け、表面特性の変更、又は同様の目的といった多くの理由のため、例えば、構造部材の内面又は外面にチャンネル、穴、パターン、及び同様の変更を施すことができる。
【００６０】
ロール巻付けが、本発明の構造部材を製造するための好ましい方法である。しかしながら、構造部材を製造するために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ることもできる。構造部材の製造は、本発明の一つの特徴では、様々な方法で別個の工程を実行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。
【００６１】
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。
【００６２】
例１
円形断面の外側及び六角形の内側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。幅が７．９３８ｍｍ（０．３１２５インチ）で長さが１４２．２４ｃｍ（５６インチ）の六個の等しい外側を持つ半径が７．９３８ｍｍ（０．３１２５インチ）のアルミニウム製六角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。
【００６３】
異方性カーボン繊維を含む９対のＢ段階プレプレグ積層体シート（１８枚の個々のシート）を幅が５．７１５ｃｍ乃至７．２１４ｃｍ（２．２５インチ乃至２．８４インチ）で長さが約１３２．０８ｃｍ（約５２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し、例えば、各層は、これらの層をマンドレルに巻き付けるときに密接した突き合わせ継手を形成する。次いで、個々の積層体シートを、連続したシートの繊維が対称であり且つ±４５°の角度でバランスするように重ねる。積み重ねたシート間の空気を、ローラー又は他の適当な装置を使用して取り除く。次いで、積み重ねたプレプレグシートを手でアルミニウムマンドレルの周囲に突き合わせ継手をなしてロール巻付けする。
【００６４】
異方性カーボン繊維を含む一方向テープの二枚のストリップからなる第１組を、長さが約２５．４ｃｍ（１０インチ）で幅が約２．５４ｃｍ（１インチ）の長さに切断する。異方性カーボン繊維を含む一方向テープの更に二枚のストリップからなる第２組を長さが約２５．４ｃｍ（１０インチ）で幅が約５．０８ｃｍ（２インチ）の長さに切断する。第１ストリップ組をプレプレグシートに巻付け、オーバーラップなしの約１．２７ｃｍ（約０．５インチ）を各端部に残し（例えば、オーバーラップの中央を端部から２．５４ｃｍ（１インチ）のところに配置して）、オーバーラップの外組を形成する。同様に、第２ストリップ組をプレプレグシートに巻付け、オーバーラップの中央が端部から約４４．４５ｃｍ（約１７．５インチ）のところにくるように配置されたオーバーラップの内組を形成する。マンドレル上でのオーバーラップの長さ及びプレプレグ層の外周が与えられた場合、オーバーラップの内組及び外組の両方は５つの層を含む。
【００６５】
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収縮包装テープを、ゲージ数１５０を使用する収縮包装機で、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収縮包装テープの別の層を、ゲージ数２００を使用する収縮包装機で、ロール巻付けする。
【００６６】
この包装プロセス後、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で除去する。
【００６７】
結果的に得られた構造部材の各端からの１．２７ｃｍ（半インチ）の区分（オーバーラップがない）を切除し、廃棄する。チューブの残りを、各端に２．５４ｃｍ（１インチ）幅のオーバーラップを持つ実質的に等しい三つの４３．１８ｃｍ（１７インチ）の区分に、厚さが３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）のダイヤモンド鋸を使用して切断する。かくして、１８枚の複合層（又はシート）、及び各端に設けられた５枚の複合層（又はシート）を含む２．５４ｃｍ　（１インチ）のオーバーラップを有する、内側が六角形で外側が円形の断面を持つという特徴を備えた三つの４３．１８ｃｍ（１７インチ）のトルクチューブを形成する。
【００６８】
次いで、同様のトルクチューブを形成する。第１群のトルクチューブを上文中に説明したプロセスと同様に形成する。しかし、複合シートの数は１８枚ではなく、１０枚、１２枚、１４枚、及び１６枚である。第２群のトルクチューブを上文中に説明したプロセスと同様に形成する。しかし、オーバーラップの複合層の数は５枚ではなく、３枚、１０枚、及び１５枚である。
【００６９】
トルクチューブには、以下のトルク試験が加えられる。第１に、側部の幅が７．９２ｍｍ（０．３１２インチ）の中実の等辺六角形の低炭素鋼シャフトを切断し、長さが２．５４ｃｍ（１インチ）の区分にする。区分の半分をアセトンで洗浄してオイル等の汚染物を除去し、サンドブラストを施し、次いで再びアセトンで洗浄する。次いで、鋼製シャフトの清浄な区分をハイゾールＥＡ９４３０接着剤を使用してトルクチューブに結合し、鋼製シャフトの約１．２７ｃｍ（約０．５インチ）の区分を露呈したままにする。次いで、トルクチューブ（鋼製シャフトが挿入してある）を９３．３℃（２０００Ｆ）で１時間に亘ってオーブン内で硬化させる。鋼製シャフトを挿入したトルクチューブをＣＤＩトルクレンチ（型番６００４ＣＦＩＩ）を使用して室温で試験する。このトルクレンチは、８．２９５３ｍ−ｋｇ乃至８２．９５３ｍ−ｋｇ（６０ｆｔ・ｌｂ乃至６００ｆｔ・ｌｂ）の最大トルクだけを±１％の精度で記録する。
【００７０】
試験結果を図１６に示す。この試験結果は、鋼製シャフトが、チューブの複合層の数及びオーバーラップの複合層の数に応じて様々な点で破断することを示す。表１に反映されていないけれども、一般的には、任意の複合シャフトのトルクは、使用された材料の種類、チューブの半径、多角形の形状及び大きさ、複合チューブの層の数、複合レイアップの形体、オーバーラップ層の数で決まる。
【００７１】
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。
【図１２】
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１３】
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１４】
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１５】
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１６】
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
【図１４】
2004502577.tif 000003
【図１６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2004502577.tif 000057