JP2009191186A - 一体化構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による反りや変形が小さい、ＣＦＲＰ部材と該ＣＦＲＰとは異なる素材からなる部材とを結合した一体化結合体を提供する。
【解決手段】炭素繊維強化樹脂製の第１部材と、炭素繊維強化樹脂とは異なる、特定方向における線膨張係数αが ５×１０^−６ Ｋ^−１ を超え、３０×１０^−６ Ｋ^−１未満である第２部材が結合面を形成して結合し、第１部材は、前記特定方向を0°として、炭素繊維が、−５°〜＋５°の角度で配列した第１層と、４０°〜５０°に配列した第２層と、−５０°〜−４０°に配列した第３層と、８５°〜９５°に配列した第４層が、前記結合面に対して並行して積層されてなるとともに、第１層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、第２層と第３層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、第４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％が、特定の関係式を満たす一体化構造体。
【選択図】図１

Description

この発明は、炭素繊維強化樹脂製の部材と、炭素繊維強化樹脂とは異なる素材製の部材を結合した、温度変化による反り等の変形が少ない一体化構造体に関する。

炭素繊維強化樹脂(以下ＣＦＲＰと略記)は、金属等の素材と比較して比重が小さく、比強度、比剛性に優れるため、軽量化が求められる航空機、自動車、産業用機器、情報機器等の構成材料として広く使われている。

ＣＦＲＰは炭素繊維に樹脂を含浸したプリプレグと呼ばれる中間基材を複数層積み重ねて加熱加圧硬化させるオートクレーブ成形法やプレス成形法、連続的に炭素繊維に樹脂を含浸させながら加熱硬化させる引抜成形法、樹脂を含浸させながら型に炭素繊維を巻き付けるフィラメントワインディング法、型内に納めた炭素繊維に樹脂を注入し硬化させるＲＴＭ法などの成形法があるが、いずれの成形法においても複雑形状の成形が難しく、通常、単純形状で成形して他の部材と組み合わせられる。比較的複雑形状が成形可能な成形法として、炭素繊維の短繊維を熱可塑性樹脂とともに射出成形によって成形する方法があるが、繊維含有率が低く、強化繊維が短繊維であるため他の成形法と比較して強度や剛性が劣るのが実状である。そのため、ＣＦＲＰが製品を構成する単独の材料として用いられることは少なく、ＣＦＲＰ製の部材と、金属や樹脂等のＣＦＲＰとは異なる素材製の部材とを組み合わせて、製品を構成するのが一般的である。

また、ＣＦＲＰ製部材は高い寸法精度(たとえば平面度０．０１、表面粗さＲａ１．６)での成形が困難であり、また成形後に機械加工することで精度は向上するが、それでもなお金属材料等と比較して劣るのが実情である。そこで、高い寸法精度が求められる個所には、ＣＦＲＰにアルミニウムなどの金属部品を結合した後、金属表面を機械加工することが行われる。

ＣＦＲＰ製の部材とＣＦＲＰ以外の素材製の部材を結合する方法としては、ボルト、リベットなどによる機械的な結合や、接着剤による結合、機械的な結合と接着剤による結合を併用した方法、ＣＦＲＰ部材の成形時にＣＦＲＰ内部に部材を鋳込む方法などがある。

ＣＦＲＰでは、強度を発現させたい方向に炭素繊維が配向されているが、ＣＦＲＰは、線膨張係数がおよそ−１×１０^-６Ｋ^-1 〜１×１０^-６Ｋ^-1の範囲の炭素繊維と、およそ５０×１０^-６Ｋ^-1 〜１００×１０^-６Ｋ^-1の範囲の樹脂を組み合わせてなるため、炭素繊維に沿う方向は、線膨張係数が−２×１０^-６Ｋ^-1 〜２×１０^-６Ｋ^-1と金属や樹脂と比較して非常に小さく、温度変化に対して寸法安定性が良いが、ＣＦＲＰ製部材を、ＣＦＲＰと異なる材料製の部材を結合した一体化構造体においては、二つの部材の線膨張係数に大きな差があるため、バイメタルと同様の作用により、温度変化によって一体化構造体は反りや変形を生じる。特に寸法が大きな一体化構造体においては、温度変化による変形は顕著である。

金属の中にはインバー合金などＣＦＲＰの強化繊維に沿う方向の線膨張係数に近い線膨張係数をもつものがあり、そのような金属とＣＦＲＰを接合した一体化構造体では、比較的温度変化による変形を生じにくいが、材料上用途や強度・比重・コストなどに自ずと制約がある。

温度変化による一体化構造体の反りや変形が問題となる場合は、雰囲気が一定の温度になるよう調節された環境下で一体化構造体を使用する必要がある。

上記のような問題に鑑み、長手方向の炭素繊維の体積含有率と、長手方向以外の補強繊維の体積含有率をある範囲に調整することによって、金属やコンクリートと、線膨張係数にミスマッチがないＦＲＰ形材を実現することが、特許文献１に開示されている。しかし、１０μｍオーダーの変形を抑制する必要があるような分野に対しては、長手方向と長手方向以外の繊維方向の組み合わせによる積層設計では不十分で、より厳密な積層方向と繊維含有量の定義が求められる。
特許第３８０２１３８号公報

そこで本発明の課題は、かかる従来技術の問題点を解消し、温度変化による変形が小さい、ＣＦＲＰ製部材と、ＣＦＲＰとは異なる素材で作製された部材との一体化構造体を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る一体化構造体は、次の構成を有する。すなわち、炭素繊維強化樹脂製の第１部材と、炭素繊維強化樹脂とは異なる、特定方向における線膨張係数αが ５×１０^-6 Ｋ^-1 を超え、３０×１０^-6Ｋ^-1未満である第２部材が結合面を形成して結合し、第１部材は、前記特定方向を０°として、炭素繊維が、−５°〜＋５°の角度で配列した第１層と、＋４０°〜＋５０°に配列した第２層と、-５０°〜−４０°に配列した第３層と、８５°〜９５°に配列した第４層が、前記結合面に対して並行して積層されてなるとともに、第１層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、第２層と第３層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、第４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄが、次式(Ａ)および(Ｂ)を満たす一体化構造体である。

（Ａ） ａ ／ ｄ ≦ ０．８ ｃ ／ ｄ − ０．０８
（Ｂ） ｂ ／ ｄ ≧ −１．８ ｃ ／ ｄ ＋ １．０８

本発明によれば、温度変化による反りや変形が小さい、ＣＦＲＰ製部材と、ＣＦＲＰとは異なる素材で作製された部材とを結合した一体化結合体を提供できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施態様に係る一体化構造部材を示している。図１において、ＣＦＲＰ製の第１部材１は複数のＣＦＲＰ層を積層してなり、ＣＦＲＰとは異なる素材で作製された第２部材２と結合面を形成して結合している。第２部材は特定方向（矢印３の方向）の線膨張係数αが５×１０^-6 Ｋ^-1を超え３０×１０^-6Ｋ^-1未満である。

第１部材を構成する炭素繊維の形態としては、炭素繊維を一方向に引きそろえた一方向性シートや織物、あるいはこれらの混合形態が使用できる。

第１部材を構成する樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂があり、力学的特性では熱硬化性樹脂の使用が望ましい。熱硬化性樹脂としては不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノールなどが挙げられ、中でもエポキシ樹脂を使用することが第１部材の力学的特性を向上させる観点から望ましい。

第２部材を構成する素材には例えば鉄、ステンレス合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタニウム合金などの金属が例示される。線膨張係数は熱機械分析装置を用いて測定できる。

図２は図１に示す一体化構造部材の矢印３の方向での断面図を示している。図２において、第１部材４はそれぞれ繊維の方向が異なるＣＦＲＰ層６ａ〜６ｄを、第１部材４と第２部材５の接合面を示す面７に対して並行に積層してなるものである。

ＣＦＲＰは、２５〜１００℃の範囲で線膨張係数がおよそ−１×１０^-６Ｋ^-1 〜１×１０^-６Ｋ^-1の範囲の炭素繊維と、およそ５０×１０^-６Ｋ^-1〜１００×１０^-６Ｋ^-1の範囲の樹脂を組み合わせてなり、ＣＦＲＰの繊維方向の線膨張係数はおおむね−２×１０^-6Ｋ^-1〜２×１０^-6Ｋ^-1、繊維方向と直交する方向の線膨張係数はおおむね３０×１０^-6Ｋ^-1〜４０×１０^-6Ｋ^-1の間である。よって部材に含まれる炭素繊維の方向を調整することで、部材の特定方向の線膨張係数を−２×１０^-6Ｋ^-1〜４０×１０^-6Ｋ^-1の間に調整することが可能である。

そこで、図１における矢印３の方向を０°として、炭素繊維の方向を−５°〜＋５°の角度で配列した第１層と、４０°〜５０°に配列した第２層と、−５０°〜−４０°に配列した第３層と、８５°〜９５°に配列した第４層を含み、第１層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、第２層と第３層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、第４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％が次式(Ａ)及び(Ｂ)を満たすように配置することで、第１部材と第２部材で前記特定方向における線膨張係数をおおむね等しくすることができ、一体化構造体の０°方向のそりを防止することができる。

（Ａ） ａ ／ ｄ ≦ ０．８ ｃ ／ ｄ − ０．０８
（Ｂ） ｂ ／ ｄ ≧ −１．８ ｃ ／ ｄ ＋ １．０８
ここで、第１部材における第１層に含まれる炭素繊維の体積含有率とは第１部材の全体積中に第１層に含まれる炭素繊維が占める体積の割合を表す。体積含有率は、単繊維の断面積(単繊維径から計算できる)に繊維本数を乗じて計算で求めたり、顕微鏡などによる断面観察により求めた炭素繊維の占める断面積を、第１部材の断面積で除して求めたりすることで測定することができる。

ＣＦＲＰの成形方法としては、オートクレーブ成形法やプレス成形法、引抜成形法、フィラメントワインディング法、ＲＴＭ法などの成形法があるが、炭素繊維の体積含有率を一定にし、繊維の方向を正確に配置することによって、所望の線膨張係数を有するＣＦＲＰが得られるため、第１部材は、オートクレーブ成形法やプレス成形法を用いて作製するのが良い。あらかじめ炭素繊維を一方向にそろえたシートや織物に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを製品形状に合わせて裁断して準備し、特定方向を０°として、炭素繊維が、−５°〜＋５°の角度で配列したプリプレグと、４０°〜５０°に配列したプリプレグと、−５０°〜−４０°に配列したプリプレグと、８５°〜９５°に配列したプリプレグを、下型に積層して、上型を載せ積層体を得る。オートクレーブ法では、このような積層体をフィルムでラップし袋状にした後、真空ポンプで内部の空気を抜き、フィルムを積層体に十分密着させ、オートクレーブ内で、所定の圧力・温度をかけ熱硬化性樹脂を硬化させる。プレス成形法では、積層体を加熱プレスによって所定の圧力・温度をかけ熱硬化性樹脂を硬化させる。
第１部材及び第２部材の形状や、第１部材に対する第２部材の配置については、適宜任意に設定することができる。１個の第１部材に対し、第２部材を複数個配置することもでき、逆に１個の第２部材に対し第１部材を複数個配置することもできる。また、複数個の第１部材と複数個の第２部材を配置することもできる。

第２部材が複数の素材で構成されていても、第２部材全体の特定方向の線膨張係数が５×１０^-6 Ｋ^-1を越え、３０×１０^-6Ｋ^-1未満であればかまわない。

本発明においては、第１部材と第２部材の結合は、ボルトやリベットなどを用いて機械的に結合したり、接着剤を用いて接合したり、その両方を用いて接合することができる。

第１部材においては、ＣＦＲＰとは異なる層を含んでいてもよい。かかる層は、例えばガラス繊維強化樹脂やナイロンの不織布に樹脂を含浸させてなるものなどがある。

第１部材を構成するＣＦＲＰ層の炭素繊維の方向とその順序（以下、積層構成）としては、部材の中心に対して対称に配置すれば、部材単体でも温度変化による変形を生じにくいため、さらに効果的である。

第１部材と第２部材は全面結合していなくてもよく、例えば第１部材から第２部材がはみ出していてもよく、また、第１部材に切り欠きや穴があってもよい。

第１部材と第２部材の結合面は、大きな曲率を持つ曲面であってもよい。

第１部材を他の材料と結合し、さらに第２部材と結合してもよい。例えば、一体化構造部材の長手方向での断面図である図３に示すように１０ａ、１０ｃで示される第１部材２枚の間に、１０ｂで示される発泡材など第１部材に対して十分剛性の低い部材を介在させた一体化部材に対して、第２部材と結合することができる。

第１部材の０°方向に直動ガイドの長手方向を揃えて結合した場合には、直動ガイドの長手方向の反りや変形が非常に小さいため、直動ガイドに取り付けられた部材が精度良く動作することができる。なお、直動ガイドとは、主に炭素鋼からなるレールに、同じく主に炭素鋼からなるブロックを精度良く勘合し、ブロックがレールの上を正確に直線運動するための機械要素部品である。工作機械や産業用ロボットなど高精度な動作を求められる製品に多用されている。また、炭素鋼は、鉄と炭素の合金であり比較的強度が高いため一般的な機械構造部品に用いられる。

本発明を、実施例を用いて、より具体的に説明する。なお、本実施例において、各種特性は次のようにして測定した。
［線膨張係数］
部材の線膨張係数は、熱機械分析装置を用いて計測した。熱機械分析装置とは、装置内部にプローブを取り付けた試料を置き、雰囲気温度を例えば常温から１００℃まで上昇させながら、試料を膨張もしくは収縮させ、プローブの変位を差動トランス等で検出する。検出された変位δを試料長さＬ及び、温度差ΔＴで除して、線膨張係数α=δ／Ｌ／ΔＴが得られる。

第１部材の線膨張係数を測定するには、第１部材より３ｍｍ四方の試験片を作成し、熱機械分析装置を用いて測定する。第１部材における各層の線膨張係数を測定するには、測定対象とする層と同様の積層構成の板材を作成し、それから３ｍｍ四方の試験片を作成し、熱機械分析装置を用いて測定する。
［一体化構造体の温度変化による変形度］
一体化構造体を気温２５℃の室内に１日間置いた後、第２部材面上の平面度Ｘを３次元測定器で測定する。さらに、その一体化構造体を気温３０℃の室内に１日間置いた後、同様に平面度Ｙを測定する。平面度Ｘと平面度Ｙの差である反りを温度変化による変形度とした。なお、本実施例では、３次元測定器として、(株)ミツトヨ製３次元測定器ＢＲＴ−Ａ７０７を使用した。

また、本実施例では、次のプリプレグを用いて実験を行った。
プリプレグＡ：東レ(株)製プリプレグＦ６３４３Ｂ−０５Ｐ（炭素繊維として東レ(株)製Ｔ３００を用いた平織りの織物。炭素繊維が０°と９０°に配向している。厚み：０．２ｍｍ）
プリプレグＢ：東レ(株)製プリプレグＰ７０５１ＳＦ−３００（炭素繊維である東レ(株)製Ｔ７００ＳＣが一方向に配向した一方向シート。厚み：０．３１ｍｍ）
（実施例１)
プリプレグＡおよびプリプレグＢを所定の大きさに裁断して、型の基準となる方向を０°として、上から、プリプレグＡ（０°，９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＡ（０°，９０°）を一組として８回繰り返して８０枚のプリプレグを積層した後、プレス成形を行い、平均厚み２３．２ｍｍの板材を得、この板材を、０°方向を長手方向として長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍへ切断して第１部材を得た。得られた第１部材は、０°方向の線膨張係数が０ 〜 １００℃の範囲で９．６×１０^-６Ｋ^-1であった。なお、炭素繊維が０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、炭素繊維が±４５°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、炭素繊維が９０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％、およびそれらの関係を表１に示した。

第２部材として、ステンレス合金ＳＵＳ４３０（線膨張係数：２５〜１００℃の範囲で１１×１０^-６Ｋ^-1）を素材とした金属板（長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍ、厚み４ｍｍ）を用意した。

第２部材と第１部材とを、それらの長手方向を一致させ長手方向および幅方向にずれないように２液混合エポキシ系接着剤で結合後、さらにＭ４ボルトにて結合し一体化構造体を得た。この一体化構造体の温度変化による変形度を測定したところ、３〜６μｍの非常に小さな反りしか生じなかった。
（実施例２)
第２部材の素材をステンレス合金ＳＵＳ４３０から炭素鋼Ｓ５５Ｃ（線膨張係数：２５〜１００℃の範囲で１２．５×１０^-６Ｋ^-1）に変更した以外は、実施例１と同様にして一体化構造体を得た。なお、炭素繊維が０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、炭素繊維が±４５°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、炭素繊維が９０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％、およびそれらの関係を表１に示した。

この一体化構造体の温度変化による変形度を測定したところ、１５μｍの反りしか生じなかった。
（実施例３)
プリプレグＢを所定の大きさに裁断して、型の基準となる方向を０°として、上から、プリプレグＢ（０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（０°）を一組として２回繰り返し２０枚のプリプレグを積層した後、プレス成形を行い、平均厚み６．２ｍｍの板材を得、この板材を、０°方向を長手方向として長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍへ切断して第１部材を得る。得られる第１部材は、０°方向の線膨張係数が２５〜１００℃の範囲で９．４×１０^-６Ｋ^-1である。なお、炭素繊維が０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、炭素繊維が±４５°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、炭素繊維が９０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％、およびそれらの関係を表１に示した。

第２部材として、ステンレス合金ＳＵＳ４３０（線膨張係数：２５〜１００℃の範囲で１１×１０^-６Ｋ^-1）の金属板（長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍ、厚み６ｍｍ）を用意する。

第２部材と第１部材とを、それらの長手方向を一致させ長手方向および幅方向にずれないように２液混合エポキシ系接着剤で結合後、さらにＭ４ボルトにて結合し一体化構造体を得る。この一体化構造体の温度変化による変形度を測定すると、９μｍの反りしか生じない。
（比較例１)
プリプレグＢを所定の大きさに裁断して、型の基準となる方向を０°として、上から、プリプレグＢ（０°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（０°）を一組として２回繰り返し２０枚のプリプレグを積層した後、プレス成形を行い、平均厚み６．２ｍｍの板材を得、この板材を、０°方向を長手方向として長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍへ切断して第１部材を得る。得られる第１部材は、０°方向の線膨張係数が２５〜１００℃の範囲で１．１×１０^-６Ｋ^-1である。なお、炭素繊維が０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、炭素繊維が±４５°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、炭素繊維が９０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％、およびそれらの関係を表１に示した。

実施例３において第１部材を上記のようにして得た第１部材に変更した以外は、実施例３と同様にして一体化構造体を得る。この一体化構造体の温度変化による変形度を測定すると、２６０μｍの反りとなる。
（比較例２)
プリプレグＢを所定の大きさに裁断して、型の基準となる方向を０°として、上から、プリプレグＢ（０°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（０°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（０°）を一組として２回繰り返し２０枚のプリプレグを積層した後、プレス成形を行い、平均厚み６．２ｍｍの板材を得、この板材を、０°方向を長手方向として長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍへ切断して第１部材を得る。得られる第１部材は、０°方向の線膨張係数が２５〜１００℃の範囲で２．６×１０^-６Ｋ^-1である。なお、炭素繊維が０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、炭素繊維が±４５°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、炭素繊維が９０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％、およびそれらの関係を表１に示した。

第２部材として、アルミニウム合金Ａ２０１７（線膨張係数：２５〜１００℃の範囲で２３×１０^-６Ｋ^-1）の金属板（長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍ、厚み６ｍｍ）を用意する。

第２部材と第１部材とを、それらの長手方向を一致させ長手方向および幅方向にずれないように２液混合エポキシ系接着剤で結合後、さらにＭ４ボルトにて結合し一体化構造体を得る。この一体化構造体の温度変化による変形度を測定すると、６７０μｍの反りとなる。
（実施例４)
プリプレグＢを所定の大きさに裁断して、型の基準となる方向を０°として、上から、プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（−４５°）／プリプレグＢ（＋４５°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）／プリプレグＢ（９０°）と２０枚のプリプレグを積層した後、プレス成形を行い、平均厚み６．２ｍｍの板材を得、この板材を、０°方向を長手方向として長さ６００ｍｍ、幅３５ｍｍへ切断して第１部材を得る。得られる第１部材は、０°方向の線膨張係数が２５〜１００℃の範囲で２１×１０^-６Ｋ^-1である。なお、炭素繊維が０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、炭素繊維が±４５°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、炭素繊維が９０°に配列した層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％、およびそれらの関係を表１に示した。

比較例２において第１部材を上記のようにして得た第１部材に変更した以外は、比較例２と同様にして一体化構造体を得る。この一体化構造体の温度変化による変形度を測定すると、１４μｍの反りとなる。

本発明の一体化構造体は、温度変化による反り等の変形が少ないため、ＣＦＲＰとＣＦＲＰ以外の素材が結合される各種部材へ展開が可能である。

本発明の一体化構造部材の一例を示す斜視模式図である。 本発明の一体化構造部材の一例を示す断面模式図である。 本発明の一体化構造部材の他の一例を示す断面模式図である。

符号の説明

１，４： 第１部材
２，５，９： 第２部材
３： ０°方向
６ａ： 第１部材の第１層
６ｂ： 第１部材の第２層
６ｃ： 第１部材の第３層
６ｄ： 第１部材の第４層
７： 第１部材と第２部材の接合面
８： 発泡材をＣＦＲＰ板ではさんでなる第１部材
１０ａ，１０ｃ： ＣＦＲＰ板
１０ｂ： 発泡材

Claims (5)

1. 炭素繊維強化樹脂製の第１部材と、炭素繊維強化樹脂とは異なる、特定方向における線膨張係数αが ５×１０^-6 Ｋ^-1 を超え、３０×１０^-6Ｋ^-1未満である第２部材が結合面を形成して結合し、第１部材は、前記特定方向を０°として、炭素繊維が、−５°〜＋５°の角度で配列した第１層と、＋４０°〜＋５０°に配列した第２層と、-５０°〜−４０°に配列した第３層と、８５°〜９５°に配列した第４層が、前記結合面に対して並行して積層されてなるとともに、第１層に含まれる炭素繊維の体積含有率ａ％、第２層と第３層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｂ％、第４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｃ％、および第１〜４層に含まれる炭素繊維の体積含有率ｄ％が、次式(Ａ)および(Ｂ)を満たす一体化構造体。
   （Ａ） ａ ／ ｄ ≦ ０．８ ｃ ／ ｄ − ０．０８
   （Ｂ） ｂ ／ ｄ ≧ −１．８ ｃ ／ ｄ ＋ １．０８
2. 第１部材を構成する炭素繊維が、一方向に引きそろえた一方向性シートもしくは織物の形態を有する請求項１に記載の一体化構造体。
3. 第１〜４層はいずれも、連続した炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸されてなるプリプレグが硬化してなる請求項１または２のいずれかに記載の一体化構造体。
4. 第２部材が金属製である請求項１から３のいずれかに記載の一体化構造体。
5. 第２部材が炭素鋼製の直動ガイドであって、前記特定方向が第２部材の長手方向である請求項１から３のいずれかに記載の一体化構造体。

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