(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生分解性ポリマーからなる球状体の外周面に未硬化樹脂を含浸させた補強繊維を巻装し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、
前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填し、前記未硬化樹脂を硬化し、前記補強繊維球状体相互を結合させる第２の工程と、
前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第３の工程と、
からなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法。
【請求項２】
生分解性ポリマーからなる球状体の外周面に補強繊維を巻装し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、
前記補強繊維球状体の補強繊維に未硬化樹脂または溶融樹脂を塗布する第２の工程と、
前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填し、前記未硬化樹脂を硬化し、前記補強繊維球状体相互を結合させる第３の工程と、
前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第４の工程と、
からなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法。
【請求項３】
生分解性ポリマーからなる球状体の外周面にプリプレグを巻装して積層し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、
前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填した後、加熱してプリプレグ中の樹脂を硬化し、前記補強繊維球状体相互を結合させる第２の工程と、
前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第３の工程と、
からなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法。
【請求項４】
生分解性ポリマーからなる球状体の外周面にプリプレグを巻装して積層し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、
前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填した後、加熱してプリプレグ中の樹脂を膨張させ、隣接する補強繊維球状体が不規則多面形状で補強繊維球状体相互を密に結合硬化させる第２の工程と、
前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第３の工程と、
からなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、補強繊維で強化された複合材製品のコア材として利用できる多孔質構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軽量化並びに高強度化などの要請で、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂をマトリックスとしカーボン繊維やアラミド繊維或いはガラス繊維等の強化材を加えたプリプレグの開発がめざましく、これらプリプレグを用いた各種製品のニーズが非常に高まって来ている。
【０００３】
これに加えて、最近では、ナイロンやポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹脂をマトリックスとした複合材製品のニーズも高まって来ている。
【０００４】
特に、この種のプリプレグは軽量で高強度の構造体製品を製作できる優れた特性を持つ素材であるから、航空宇宙分野等の極限的条件で用いられる各種部材としては複合材が大きな力を発揮すると考えられる。
【０００５】
複合材構造体で用いられるハニカム構造のコアとして熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をマトリクスとし、補強繊維として長繊維の炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰという）やガラス繊維強化プラスチック（以下、ＧＦＲＰという）を用いる場合、従来は台形状の凹凸のある型にプリプレグを積層してオートクレーブまたはプレス機などで硬化させる必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補強繊維として長繊維のＣＦＲＰやＧＦＲＰをコア材とすれば、強度、剛性の高いハニカム板ができることは既知のことであるが、このコア材を作るための波板の成形における型への仕込みまたは積層作業に手間がかかるという問題があった。また、ハニカム板は２次元的な構造であるため、ハニカム板を構成する縦板方向の荷重に対しては高い強度を有するが、縦板に対して垂直方向の荷重に対して強度が落ちるという問題がある。
【０００７】
また、従来から知られているハニカム構造で、航空機の翼を製造する場合、図７に示すように、翼１の本体の部分はなるべく密度が低い、つまりセルサイズの大きい（６角形の１辺の長さが長い）ハニカムコア２を使用する方が翼１を軽量化できる。一方、翼１の外表面は滑らかにしたり、物体が衝突したときの強度をある程度大きくしたい場合には、密度の高い、つまりセルサイズの小さい（６角形の１辺の長さが短い）ハニカムコア３を使用する方がよい。
【０００８】
このため、セルサイズの大きいハニカムコア２とセルサイズの小さいハニカムコア３とのプリプレグ４を介して二層構造とすることが試みられているが、製造に手間が掛かり、複雑な３次元曲面を製造することが困難で実用的ではない。すなわち、ハニカムコアを高温でプリフォームすることもできるが、プリフォームするためには大型の耐熱型が必要があり、コストアップの原因となる。
【０００９】
また、ハニカムコアを用いて３次元曲面を製造する場合、図８（ａ）に示すように、コア材５を矩形ブロック形状から３次元曲面になるように切削加工するか、同図（ｂ）に示すように、３次元曲面用のハニカムコア材６を用いるしかないが、いずれもコストアップの原因となっている。
【００１０】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、３次元的構造で、上下方向及び横方向からの荷重に十分な強度を有し、また軽量の多孔質構造体を容易に製造できる多孔質構造体の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、生分解性ポリマーからなる球状体の外周面に未硬化樹脂を含浸させた補強繊維を巻装し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填し、前記未硬化樹脂を硬化し、前記補強繊維球状体相互を結合させる第２の工程と、前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第３の工程とからなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法にある。
【００１２】
請求項２は、生分解性ポリマーからなる球状体の外周面に補強繊維を巻装し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、前記補強繊維球状体の補強繊維に未硬化樹脂または溶融樹脂を塗布する第２の工程と、前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填し、前記未硬化樹脂を硬化し、前記補強繊維球状体相互を結合させる第３の工程と、前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第４の工程とからなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法にある。
【００１３】
請求項３は、生分解性ポリマーからなる球状体の外周面にプリプレグを巻装して積層し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填した後、加熱してプリプレグ中の樹脂を硬化し、前記補強繊維球状体相互を結合させる第２の工程と、前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第３の工程とからなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法にある。
【００１４】
請求項４は、生分解性ポリマーからなる球状体の外周面にプリプレグを巻装して積層し、多数の補強繊維球状体を形成する第１の工程と、前記多数の補強繊維球状体を成形型の内部に密集状態に充填した後、加熱してプリプレグ中の樹脂を膨張させ、隣接する補強繊維球状体が不規則多面形状で補強繊維球状体相互を密に結合硬化させる第２の工程と、前記生分解性ポリマーからなる球状体に生化学活性物質を導入して分解する第３の工程とからなることを特徴とする多孔質構造体の製造方法にある。
【００１５】
球状体を生分解性ポリマーによって製作することにより、この球状体に未硬化樹脂を含浸した補強繊維を巻装し、未硬化樹脂を硬化した後、バクテリア、酵素などの生化学活性物質の作用によって球状体を分解することができ、補強繊維球状体からなる多孔質構造体を形成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は第１の実施形態を示し、中空構造物として容器を製造する方法を示す。図１（ａ）における１１は中空の球状体であり、これは生分解性ポリマー、例えば微生物系のバイオポール（モンサルト社商品名）で、組成はヒドロキシブチレートとバリレートの共重合体、あるいは化学合成系のビオノーレ（昭和高分子社商品名）で、組成は脂肪族ポリエステル、コハク酸とブタンジオール／エチレングリコールのポリエステル等からなり、バクテリア、酵素などの生化学活性物質の作用によって分解するポリマーである。この球状体１１はブロー成形、射出成形等によって成形され、球状体本体１１ａの一部には開口部１１ｂを有している。球状体本体１１ａの球径は、数ｍｍ〜数十ｍｍであり、同一球径に限らず、大小異なる球径のものを混合して用いることが好ましい。
【００１７】
前記球状体１１の外周面にＣＦＲＰまたはＧＦＲＰの樹脂層を形成するが、この樹脂層を形成する手段として、まず、同図（ｂ）に示すように、球状体１１の外周面に例えば不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の未硬化樹脂１２を含浸させた炭素繊維またはガラス繊維からなる補強繊維１３を略均一に目が透く程度（あまり密巻過ぎると、バクテリア、酵素などの生化学活性物質が侵入しにくくなるため、粗巻き）に巻装し、補強繊維球状体１４を形成する  （第１の工程）。
【００１８】
次に、同図（ｃ）に示すように、上型１５ａと下型１５ｂからなる成形型１６のキャビティ１７に前記多数の補強繊維球状体１４を密集状態に充填し、補強繊維球状体１４を常温または加熱して未硬化樹脂１２を硬化させると、補強繊維球状体１４相互は未硬化樹脂１２の硬化とともに一体に結合する（第２の工程）。この場合、同一球径の補強繊維球状体１４を密集状態に充填してもよいが、例えば球径の小さい補強繊維球状体１４ａをキャビティ１７の外周部に配置し、球径の大きい補強繊維球状体１４ｂをキャビティ１７の中央部に配置すると、外層は補強繊維球状体１４が高密度となり、内層は低密度となる。
【００１９】
このようにして多数の補強繊維球状体１４からなる球状体集合体１８が成形された後、成形型１６から球状体集合体１８を取り出し、同図（ｄ）に示すように、バクテリア、酵素などの生化学活性物質１９、具体的には微生物を含む泥水を収容した槽２０に入れて球状体集合体１８を生化学活性物質１９を浸漬し、数日から数週間放置すると、生化学活性物質１９が補強繊維球状体１４を透過して内部の生分解性ポリマーからなる球状体１１に導入し、球状体１１が分解（主として二酸化炭素と水）する（第３の工程）。
【００２０】
球状体１１が分解した後、その残滓を排出することにより、同図（ｅ）に示すように、補強繊維１３と樹脂とからなる多孔質構造体２１が得られ、これをコア材として表層に表層板２２を施すことにより、複合材からなる航空機の翼等を形成することができる。
【００２１】
図２は第２の実施形態を示し、第１の実施形態とは樹脂層の形成方法が異なる。すなわち、図２（ａ）に示すように、生分解性ポリマーからなる球状体１１に炭素繊維またはガラス繊維からなる補強繊維１３を略均一に目が透く程度に巻装（第１の工程）した後、補強繊維１３に触媒を添加し、次に、同図（ｂ）に示すように、補強繊維１３に不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の未硬化樹脂または溶融樹脂２３を塗布する（第２の工程）。溶融樹脂２３を添加する手段としては、トレイ２４に収容されている未硬化樹脂または溶融樹脂２３をローラ２５に付着させ、補強繊維１３上に塗布してもよく、図示しないが溶融樹脂槽中に球状体１１とともに浸漬してもよい。なお、第３の工程は第１の実施形態と同様である。
【００２２】
図３は第３の実施形態を示し、第１及び第２の実施形態とは樹脂層の形成方法が異なる。すなわち、図３（ａ）に示すように、生分解性ポリマーからなる球状体１１の外周面にプリプレグ２６を巻装（第１の工程）した後、同図（ｂ）に示すように、プリプレグ２６を巻装した球状体１１、すなわち多数の補強繊維球状体２７を上型１５ａと下型１５ｂからなる成形型１６のキャビティ１７に密集状態に充填し、補強繊維球状体２７を加熱してプリプレグ２６中の樹脂を硬化させると、補強繊維球状体２７相互は樹脂の硬化とともに一体に結合する（第２の工程）。なお、第３の工程は第１の実施形態と同様である。
【００２３】
図４は第４の実施形態を示し、第１〜第３の実施形態とは補強繊維球状体２７の加熱硬化方法が異なる。すなわち、図４（ａ）に示すように、生分解性ポリマーからなる球状体１１の外周面にプリプレグ２６を巻装（第１の工程）した後、同図（ｂ）に示すように、プリプレグ２６を巻装した球状体１１、すなわち多数の補強繊維球状体２７を上型１５ａと下型１５ｂからなる成形型１６のキャビティ１７に密集状態に充填し、補強繊維球状体２７を加熱すると、プリプレグ２６中の樹脂が膨張し、結果的に隣接する補強繊維球状体２７相互が押し合って隙間を埋め、補強繊維球状体２７は断面が６角形、８角形等の多角形となり、不規則多面形状となって硬化するとともに、補強繊維球状体２７相互は樹脂の硬化とともに一体に結合する（第２の工程）。なお、第３の工程は第１の実施形態と同様である。
【００２４】
なお、成形型１６のキャビティ１７に密集状態に充填した補強繊維球状体２７を加熱すると同時に成形型１６の周囲から真空吸引すると、樹脂の熱膨張を助長させることができ、また補強繊維球状体２７相互の密着度が増すという効果がある。また、球状体１１を中空構造とし、この中に空気または揮発性の液体などを予め封入しておくことにより、加熱時にこれらの流体が膨張し、結果として球状体１１の膨張を助けたり内圧を高めたりする効果によって、補強繊維球状体２７相互の密着度を増加させることができる。
【００２５】
図５は第５の実施形態を示し、第１の実施形態の中空構造物の製造方法に加え、強度的に最も必要とする部分に別の補強材２８を追加したものであり、成形型１６のキャビティ１７に補強繊維球状体１４を充填する際に、キャビティ１７に補強材２８をセットすることにより、強度的に優れた中空構造物を製造できる。
【００２６】
図６は第６の実施形態を示し、第１の実施形態の中空構造物の製造方法に加え、断熱性に優れた中空構造物を製造する場合に多数の例えば球状断熱材２９ａを充填して断熱層２９を構成したものである。この場合、球状断熱材２９ａの周囲には球状体１１の周囲に施したものと同様な方法による補強繊維層を形成しておく。
【００２７】
そして、成形型１６のキャビティ１７に補強繊維球状体１４を充填する際に、キャビティ１７に多数の球状断熱材２９ａを層状に充填した後、加熱して補強繊維球状体１４と球状断熱材２９ａを結合することにより断熱性に優れた中空構造物を製造できる。なお、ここでは断熱材を入れる場合について説明したが、構造体に吸音特性や遮音特性を持たせたい場合には、球状断熱材２９ａの代りに球状に加工した吸音材を用いることによって前述と同様な方法によって吸音特性に優れた多孔質構造体を用いた構造を得ることができる。
【００２８】
なお、従来のハニカムサンドイッチ板で断熱層を形成しようとした場合、ハニカムコアは厚さ方向に仕切りがないので断熱材を充填した場合、厚さ方向全体に断熱材が入り、仕切られた断熱層を形成することができないが、第６の実施形態を採用することにより、使用目的に応じて任意の厚さの断熱層を形成することができる。
【００２９】
なお、前記各実施形態においては、球状体はブロー成形、射出成形等によって成形し、真球の球状体を用いているが、必ずしも真球である必要はなく、角部に丸みを付けた立方体、断面が楕円形状でもよい。
【００３０】
さらに、前記各実施形態においては、独立した球状の中空部を有する複合成形品、航空機の翼のコア材の製造方法について説明したが、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、船舶構造物、建築構造物、美術品等の製造にも適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、球状体を生分解性ポリマーによって形成することにより、バクテリア、酵素などの生化学活性物質の作用によって球状体を分解することができ、補強繊維球状体からなる多孔質構造体を形成できる。したがって、３次元的構造で、上下方向及び横方向からの荷重に十分な強度を有し、また軽量の多孔質構造体を容易に製造できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す多孔質構造体の製造方法を示す説明図。
【図２】この発明の第２の実施形態を示す多孔質構造体の製造方法を示す説明図。
【図３】この発明の第３の実施形態を示す多孔質構造体の製造方法を示す説明図。
【図４】この発明の第４の実施形態を示す多孔質構造体の製造方法を示す説明図。
【図５】この発明の第５の実施形態を示す多孔質構造体の製造方法を示す説明図。
【図６】この発明の第６の実施形態を示す多孔質構造体の製造方法を示す説明図。
【図７】従来のハニカムコアを示す縦断側面図。
【図８】従来のハニカムコアを用いて３次元曲面を製造する場合の説明図。
【符号の説明】
１１…球状体
１２…未硬化樹脂
１３…補強繊維
１４…補強繊維球状体
１６…成形型
１９…生化学活性物質
【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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