JP5012602B2 - 管状積層構造体 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置や半導体製造工程などにおいて、液晶基板や透明ガラス基板などの基板を搬送する際に用いられるロボットや搬送装置の一部として、被搬送体を支持するための管状積層構造体に関する。

液晶表示装置や半導体製造工程においては、液晶基板や透明ガラス基板などの基板を加工する際に、ロボットや搬送装置を用いて搬送することが行われている。基板を搬送する際に、基板を支持する部材としてフォーク状の複数の構造体が使用されるが、従来はアルミによる構造が一般的であった。近年は基板の大型化に伴い、フォーク状構造体の長尺化が進むとともに、基板を収納するカセッテに多数の基板を収納して生産効率を向上させる目的から、フォーク状構造体の自重たわみおよび基板を支持した際の基板重量による荷重たわみを低減したいという要求が大きい。そこで、従来のアルミに替わって繊維強化プラスチック（以下、「ＦＲＰ」と呼称する場合がある）、中でも比強度、比弾性率の大きな炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と呼称する場合がある）を用いて、フォーク状構造体を製作することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、繊維強化プラスチックを用いることで、たわみを低減させるのに十分な軽量性、強度、剛性を備えたフォーク状構造体を得ることができる。

その一方、フォーク状構造体には制振性が必要である。これはフォーク状構造体の振動が完全に収まっていない状態では、ロボットや搬送装置が基板を取りに行けないことや、搬送中の基板をカセッテに収納できないことが問題となるが、制振性を向上させることによって、待ち時間が減少し、実質的に搬送に要する時間の短縮化を図ることが可能となる。また、制振性を向上させることによって、ロボットや搬送装置が停止した際に、ロボットや搬送装置に取り付けられたセンサの位置検出などを応答よく行うことが可能となる。例えば、制振性を向上させるために、炭素繊維積層材の層間の少なくとも一部に粘弾性プラスチックフィルムを介在させる構造体が提案されているが（例えば、特許文献２参照）、フォーク状構造体として一般的に使用される管状構造体においては、外殻を形成する炭素繊維積層材層間の粘弾性プラスチックに十分なせん断変形が生じず、制振性を向上させるには限界がある。
特許第３６３２８４１号公報 特開２００５−１５０５１０号公報

本発明の目的は、かかる従来技術の現状に鑑み、ＦＲＰやＣＦＲＰを用いたフォーク部材の軽量性、高強度や高剛性の利点を維持しながら制振性を向上させる構造、特に従来は十分な制振性を得られにくい管状構造において顕著な制振性向上が可能な管状積層構造体を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明によれば次の手段を採用するものである。すなわち、
（１）管状積層構造体であって、部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層を少なくとも２層以上含む繊維強化プラスチックから構成され、前記繊維強化プラスチックよりも損失係数が大きい粘弾性部材層が、前記強化繊維層間のうち少なくとも１箇所の層間の一部に、前記強化繊維の末端部の少なくとも一部と接するよう配置されたことを特徴とする管状積層構造体。
（２）前記部分的に不連続な強化繊維が、６〜５００ｍｍの範囲の長さであってかつ管状積層構造体の全長の１／４を超えない長さを有する強化繊維であることを特徴とする、（１）に記載の管状積層構造体。
（３）前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層において、強化繊維の末端部が、隣り合う強化繊維同士で連続的に配置された境界線状をなし、該境界線の長さが、５〜１００ｍｍの範囲内でありかつ管状積層構造体の最大外周長の１／３を超えないことを特徴とする（１）または（２）に記載の管状積層構造体。
（４）前記境界線が、強化繊維の繊維長方向に対して３０°から１５０°の範囲の角度にある直線状をなすことを特徴とする（３）に記載の管状積層構造体。
（５）前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層において、管状積層構造体を強化繊維層の厚み方向に投影した際に、複数の強化繊維層の境界線同士が少なくとも１箇所は互いに重ならないように配置されていることを特徴とする（３）または（４）に記載の管状積層構造体。
（６）前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層において、管状積層構造体を強化繊維層の厚み方向に投影した際に、複数の強化繊維層の境界線同士が少なくとも１箇所は交差しないように配置されていることを特徴とする（３）〜（５）のいずれかに記載の管状積層構造体。
（７）前記管状積層構造体において、管の軸方向に直角な断面の外形形状が、矩形状であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の管状積層構造体。
（８）前記管状積層構造体において、管の軸方向に直角な断面の外形形状が、楕円を含む円形状を含むことを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の管状積層構造体。
（９）前記管状積層構造体の管の軸方向に直角な断面の外周長が、管の軸方向に沿って滑らかに変化する領域を備えることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の管状積層構造体。
（１０）前記管状積層構造体を構成する強化繊維の少なくとも５０重量％以上が炭素繊維であることを特徴する（１）〜（９）のいずれかに記載の管状積層構造体。
（１１）前記繊維強化プラスチックよりも損失係数が大きい粘弾性部材層が熱可塑性樹脂組成物であることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれかに記載の管状積層構造体。
（１２）前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層が、管の軸方向への曲げ変形の中立面と平行で、かつ前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層中に曲げ変形の中立面を含まないことを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の管状積層構造体。
（１３）被搬送体を片持ち支持で保持する構造によって、搬送装置の一部に使用されることを特徴とする（１）〜（１２）のいずれかに記載の管状積層構造体。

本発明による管状積層構造体は、軽量、高剛性に加えて、管状積層構造体として優れた制振性を有している。すなわち、上述のように各層の強化繊維が繊維長方向に所定の間隔で、部分的に不連続となっていることで、管状積層構造体が変形した際に、各層間に配置された粘弾性部材にせん断変形が生じるため、効率良く振動が減衰する。そのため、本発明による管状積層構造体を例えばロボットの構造部材として用いたときには、実質的な搬送時間の短縮化に寄与することが可能となる。

以下に、本発明の好ましい実施態様例について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態である管状積層構造体の断面形状を模式的に表した図であり、図２は、従来技術による代表的な繊維強化プラスチック積層材のみから構成される管状積層構造体の断面形状を示した模式図であり、管状積層構造の外殻が繊維強化プラスチック１からなる中空構造となっている。

ここで管状とは、軸方向に直角な方向の断面形状が硬質材料で外殻を形成しており、内部が空洞あるいは気泡を含んだ材料の充填あるいはハニカムなどの低密度材料を充填した構造を意味する。

本発明による管状積層構造体は、部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層２、２’を少なくとも２層以上含む繊維強化プラスチック１から構成されることが重要であり、さらに前記繊維強化プラスチックよりも損失係数が大きい粘弾性部材層３が、図３に示すように、前記強化繊維層２、２’間のうち少なくとも１箇所の層間の一部に、前記強化繊維の末端部４の少なくとも一部と接するよう配置されていることが重要である。

繊維強化プラスチックの強化繊維層の層間に粘弾性部材層を設けることで、制振性を上げることできる。これは、繊維強化プラスチック部材に曲げモーメントが作用する場合、強化繊維層の各層間にせん断応力が生じるため、層間の粘弾性部材層のせん断変形により効果的に振動を吸収するものである。層間に生じるせん断応力は曲げ変形の中立面において最大、中立面から最も遠い位置で０となる。管状積層構造体の場合、中空形状であるため粘弾性部材層を中立面から遠い位置に配置せざるを得ず、したがって層間に粘弾性部材層を設けても大きな制振性の向上を得ることが困難である。そこで、強化繊維を部分的に分割し、その繊維の境界に接する粘弾性部材に意図的にせん断変形を生じさせることで、大きな制振性の向上が得られる。また、連続繊維の場合では制振性がほとんど得られない引っ張り圧縮変形においても、強化繊維を部分的に分割することにより繊維境界にせん断変形が生じるため大きな制振性が得られる。なお、上記粘弾性部材層３は必ずしも該管状積層構造体の全長にわたって存在しなくても良い。

前記強化繊維層は、管状積層構造体を成形自体が可能となるよう厚みが３０ｍｍ以下であることが好ましい。厚みを３０ｍｍ以上積層すると、管状積層構造体に加工するために適切な加圧・加熱を行えず、所望の管状積層構造体が成形できなくなるか、成形を複数回に分けて行わなくてはならない恐れがある。

該管状積層構造体における前記強化繊維層と前記粘弾性部材層の割合は積層数対比で、１０：１以上１０：７以下が好ましい。１０：１を下回ると、制振性を得るための有効な強化繊維層を有した管状積層構造体を形成することが極めて困難となり、１０：７を超えると、形成された管状積層構造体の剛性が著しく低下するおそれがある。

また、部分的に不連続な強化繊維は、６〜５００ｍｍの長さであって、かつ管状積層構造体の全長の１／４を超えない長さであることが好ましい。管状積層構造体を構成する強化繊維層の強化繊維が６ｍｍを下回る場合、形成された管状積層構造体の剛性が著しく低下するおそれがあり、５００ｍｍを超える場合、顕著な制振性を得ることが困難となる可能性があるとともに、管状積層構造体の全長の１／４を超える長さの強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層の場合は、制振性を得るための有効な強化繊維層を有した管状積層構造体を形成することが極めて困難となる。また、形成された管状積層構造体の著しい剛性低下のおそれがあるため、強化繊維層の強化繊維は、管状積層構造体の全長の１／２００より長いことが好ましい。

さらに、前記繊維強化プラスチックよりも損失係数が大きい粘弾性部材層３が、前記強化繊維層２、２’間のうち少なくとも１箇所の層間の一部に、前記強化繊維層２、２’を構成する強化繊維の末端部４の少なくとも一部と接するよう配置されていなければ、粘弾性部材層３に大きなせん断変形を生じさせることが非常に困難となる。

ここで損失係数とは、Ｔａｎδとも呼ばれ、引張、せん断、圧縮、または縦圧縮において測定した損失弾性率の貯蔵弾性率に対する比を意味し、ＪＩＳ Ｋ６９００（１９９４）による定義である。また、粘弾性とは、弾性固体と流動性の粘性流体の組合せであるかのように挙動する材料の時間、温度、荷重および荷重速度に依存する応力の応答を意味し、ＪＩＳ Ｋ６９００（１９９４）による定義である。

前記粘弾性部材の損失係数としては、２５℃において０．０４〜１０であることが好ましく、前記繊維強化プラスチックの損失係数としては、０．００１〜０．００５であることが好ましい。

また、前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層２において、強化繊維の末端部４が、隣り合う強化繊維同士で連続的に配置された境界線状をなし、該境界線６の長さが、５〜１００ｍｍの範囲内であり、かつ管状積層構造体の最大外周長の１／３を超えないことが好ましい。

前記境界線の長さが５ｍｍを下回る場合、粘弾性部材層３に十分なせん断変形が生じにくくなり、顕著な制振性を得ることが困難となる可能性がある。また、１００ｍｍを超える場合、形成された管状積層構造体の剛性が著しく低下するおそれがあるとともに、管状積層構造体の最大外周長の１／３を超える長さの場合は、制振性を得るための有効な強化繊維層を有した管状積層構造体を形成することが極めて困難となる。ここで、外周長とは管状積層構造体の繊維長方向と直交する断面の周長を示している。

さらには、前記境界線が、生産性の観点から直線状をなすことが好ましい。また、境界線は、繊維長方向に対して、３０°〜１５０°の範囲にあることが好ましい。前記境界線が、繊維長方向に対して３０°未満もしくは１５０°を越える角度にある場合、一方向に引き揃えられた強化繊維と境界線とが平行に近くなり、強化繊維を不連続に分割した効果が小さくなるため、十分な制振性を得ることができない。

さらに制振性の観点からは、境界線を繊維長方向と７０°〜１１０°の範囲の角度にある直線状とするのが好ましい。例えば、好ましい一実施形態として、図４（ａ）のような繊維長方向と９０°の角度にある強化繊維層が挙げられる。

一般に、強化繊維樹脂成形体において、過大な荷重が加わったときに、連続的に並んだ強化繊維の境界から破壊する傾向がある。本発明の管状積層構造体を例えば片持ち梁として使用した場合、固定端付近において最大応力が発生するため、固定端近傍にある強化繊維の境界位置が破壊の起点となる可能性が高い。特に、強化繊維の境界線が、管状積層構造体の端部から同じ距離であって繊維長方向と９０°の角度をなす位置に設けられた場合、応力が最大値をとる主応力面と強化繊維の境界線が一致するため、境界線端部から徐々に亀裂（強化繊維の断裂）が起こり、亀裂が進行すると強化繊維層全体が断裂する恐れが生じる。

そこで、管状積層構造体に強度を求める場合には、前記境界線を、繊維長方向と３０°〜７０°または１１０°〜１５０°の範囲の角度にある直線状とすることによって、境界線が７０°〜１１０°の範囲の角度にある場合と比較して制振性の低下を十分小さく抑える一方で、主応力面と境界線にある程度角度をもたせることにより、強度低下を抑えることが可能である。例えば、好ましい一実施形態として、図４（ｃ）のような繊維長方向と４５°の角度にある強化繊維層が挙げられる。

本発明は特にこれに限定されるものではない。ここで、図４（ａ）の強化繊維層の配列に垂直な方向の断面が、図１である。さらに、図４（ａ）と図４（ｃ）のように、異なる角度の境界線を有する強化繊維層を組み合わせることも好ましい。

ここで境界線の角度は、図４（ｃ）で示したように、繊維長方向に対して反時計回りに測定したものである。なお、強化繊維層に表裏がない場合には、裏返すことで異なる境界線の角度を得ることができる（例えば６０°と１２０°の場合等）。

そして、前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層において、管状積層構造体を強化繊維層の厚み方向に投影した際に、複数の強化繊維層の境界線同士が少なくとも１箇所は互いに重ならないように配置されていることが好ましい。例えば、一実施形態として、図４（ａ）に示した強化繊維層を図４（ｂ）の強化繊維層に積層するなど、強化繊維層の厚み方向における境界線同士の位置関係において少なくとも１箇所は互いに重ならないように配置されることが好ましいが、本発明は特にこれに限定されるものではない。上述の強化繊維の条件あるいは強化繊維層の積層関係を満足しない管状積層構造体の場合、厚み方向に境界線が重なることになり、管状積層構造体の剛性と強度が著しく低下する可能性がある。また、図４（ａ）の強化繊維層に図４（ｃ）の強化繊維層を積層し、強化繊維層の厚み方向における境界線同士の少なくとも１箇所は交差しないように配置されることも好ましい。繊維長方向に対する境界線の角度が異なる強化繊維層を重ねることにより、剛性の低下を抑え、一部の強化繊維層で境界線から亀裂が生じた場合であっても、角度の異なる強化繊維層によって強度を維持できることが可能になる。

なお、図４（ａ）〜（ｄ）において、一つの境界線６の長さがスリット長であって、一つの境界線６と隣接する次の境界線６との長さが強化繊維層中の６〜５００ｍｍの範囲の長さであってかつ管状積層構造体の全長の１／４を超えない長さである。

また、図４（ａ）〜（ｄ）のような表層および内層の強化繊維にスリット加工をして境界線を入れる方法としては、予め同じ大きさの短冊状にカットしたプリプレグに、それぞれ図４（ａ）〜（ｄ）それぞれのバターンのスリット加工を施したプリプレグを、所望の構成に従って順次積層することによって得ることができる。ここで、スリット加工方法は特に限定されるものではなく、刃物が設定した軌跡を移動するカッティングプロッタ装置を使用したり、あらかじめ所定の間隔にスリット用の刃を複数配置した治具を作成してもよいし、強化繊維層を移動させながらパンチング等によってスリットを形成してもよい。

前記管状積層構造体の管の軸方向に直角な断面の外形形状は、矩形状であることが好ましい。同一重量の管状積層構造体の場合、矩形状が最も剛性に有利である。または、隣り合う辺と辺とが必ずしも角をなさず曲面を有した多角形状であってもよい。例えば、三角形の１つの角が丸みを帯びていてもよい。さらには、楕円を含む円形状であってもよい。他の部材と干渉し合うなどの外的要因によっては、剛性に不利な円形状の場合もあり得る。

前記管状積層構造体は、管の軸方向に直角な断面の外周長が、管の軸方向に沿って滑らかに変化する領域を備えていてもよい。具体的には、管状積層構造体の一部が管の軸方向に沿ってテーパ形状を有していてもよい。被搬送体が収納されるカセッテの収容スペースによっては、同一断面形状を有した管状積層構造体ではカセッテの最奥まで挿入できないこともあり得る。

本発明の管状積層構造体の繊維強化プラスチック層における強化繊維全体の比率は、繊維強化プラスチック層１００重量％中、１０〜９０重量％が好ましく、３０〜９０重量％がより好ましく、５０〜９０重量％の範囲がさらに好ましい。強化繊維の量が１０重量％未満であると強化繊維の剛性が充分生かされないため好ましくなく、９０重量％を超えると材料中にボイドなどの欠陥が発生しやすくなるため好ましくない。

また、前記管状積層構造体を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機高弾性率繊維（例えば、米国デュポン（株）社製のポリアラミド繊維“ケブラー”（登録商標））、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などの高強度、高弾性率繊維などが挙げられるが、高い剛性を持った管状積層構造体とするため、少なくとも５０重量％以上が炭素繊維であることが好ましい。さらに、これらの繊維を単独あるいは２種類以上を組み合わせて用いることもでき、例えば目的に応じて、管状積層構造体を構成する強化繊維としてガラス繊維と炭素繊維を組み合わせて使用することもできる。

また、繊維強化プラスチック層を構成するマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂などが挙げられるが、高い剛性と強度を実現するには熱硬化性樹脂がより好ましい。例えば、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂などの硬化物を挙げることができるが、特に接着性や機械特性に優れるエポキシ樹脂の使用が好ましい。 本発明に用いるエポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を有するものであれば特に限定されず、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエステル系樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ジアリールスルホン型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂及びそれらの変性物などが挙げられ、これらを単独または複数組み合わせて用いることができる。

管状積層構造体を構成する繊維強化プラスチックよりも損失係数が大きい粘弾性部材層は、熱硬化性樹脂組成物や熱可塑性樹脂組成物などが考えられるが、一般的により大きい粘弾性を有する熱可塑性樹脂組成物であることが好ましい。ここで、熱可塑性樹脂組成物としては、熱可塑性ポリエーテルポリウレタン、ポリアミド樹脂、変性フェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＨＩＰＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂などのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などのアクリル樹脂、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、さらにはエチレン／プロピレン共重合体、エチレン／１‐ブテン共重合体、エチレン／プロピレン／ジエン共重合体、エチレン／一酸化炭素／ジエン共重合体、エチレン／（メタ）アクリル酸グリシジル、エチレン／酢酸ビニル／（メタ）アクリル酸グリシジル共重合体、ポリエーテルエステルエラストマー、ポリエーテルエーテルエラストマー、ポリエーテルエステルアミドエラストマー、ポリエステルアミドエラストマー、ポリエステルエステルエラストマーなどの各種エラストマー類などが挙げられるが、中でも特に２５℃における損失係数が０．０４〜１０の範囲にあり、効果的に振動エネルギーを熱エネルギーに変換できる部材としては、フィルムを作製する際に延伸処理を施さない熱可塑性エラストマーフィルムである熱可塑性ポリエーテルポリウレタンフィルムが好適である。

管状積層構造体を構成する前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層は、管の軸方向への曲げ変形の中立面と平行でかつ部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層中に曲げ変形の中立面を含まないことを特徴とする管状積層構造体であってもよい。例えば、管の軸方向に直角な方向の断面の外形形状が矩形状である管状積層構造体の両側面を構成する強化繊維が、該管状積層構造体の全長にわたって連続した繊維であって、上下面を構成する強化繊維のみが不連続となるよう、前記境界線が配置された強化繊維層を配置した構造であってもよい。

ここで中立面とは、部材に曲げモーメントが作用したときに、伸びも縮みもしない面を意味する。

上述の管状積層構造体は高い剛性を実現しながらも制振性に優れているので、例えば、被搬送体を片持ち支持で保持する構造として、搬送装置やロボットアームなどが好適と考えられるが、被搬送体を片持ち支持で保持する支持部品に特に限定されるものではない。

本発明にかかる実施例と比較例について、制振特性の比較試験を行ったので、以下にこの比較試験について説明する。
（１）評価法
管状積層構造体を片持ち支持として所定の振動を付与して振動特性、剛性、強度、重量を評価した。具体的には、図５に示すように、最大外周長が１１６．２ｍｍの管状積層構造体を、電子ばかりで重量を計測し比較した。管状積層構造体の片端支持部を除いて長さ７００ｍｍとなるよう一端のみを拘束し、その他端を自由端として自由端近傍に１ｋｇの重りを吊るした。重りを載せる前後で、自由端側の先端の高さをレーザー変位計で計測し、その差を重りによるたわみとして剛性を比較した。重りを除いたときの自由端の振幅をレーザー変位計７で読取った。読取った変位は、コンピュータのディスプレイ８に減衰波形として表示され、その波形から半減期を計算し、制振効果を比較した。なお、繊維強化プラスチックの損失係数は０．００１である。さらに、管状積層体が破壊するまで、自由端近傍に１ｋｇの重りを追加していき、破壊に至ったときの重りの合計重量を破壊荷重として強度を比較した。
（２）材料
実施例および比較例に用いた材料は以下の通りである。

・引張弾性率が２３０ＧＰａの連続炭素繊維（東レ（株）製“トレカ”（登録商標）Ｔ７００ＳＣ）を一方向にシート状に引き揃え、エポキシ樹脂を含浸した炭素繊維目付１５０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率６７重量％のＵＤプリプレグ：Ｐ３０５２Ｓ−１５（以下、本プリプレグをＰＰとする）を用意した。

・また、本発明の条件を満たす前記プリプレグに配置される境界線は、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４(ｃ) 、図４(ｄ)に示される形態のものとし、具体的には前記プリプレグにスリット加工を施すことで得られた。ここで、図４（ａ）、図４（ｂ）において、スリット加工により形成される境界線の長さは１２．５ｍｍ、境界線によって形成される強化繊維の長さは２５．４ｍｍである。また、図４(ｃ) 、図４(ｄ)において、スリットは繊維方向(図の長手方向)に対して４５°をなし、その境界線の長さは１７．７ｍｍ、境界線によって形成される強化繊維の長さは２５．４ｍｍである。図４(ｄ)の境界線は図４（ｃ）に対して、繊維方向に沿って１２．７ｍｍずれた場所に位置している。

以下、図４（ａ）のスリットパターンを施したプリプレグをＰＰ（１）、図４（ｂ）のスリットパターンを施したプリプレグをＰＰ（２）、図４（ｃ）のスリットパターンを施したプリプレグをＰＰ（３）、図４（ｄ）のスリットパターンを施したプリプレグをＰＰ（４）とする。これらのＰＰは裏返しても使用可能である。スリット加工は、刃物が設定した軌跡を移動するカッティングプロッタ装置を用いた。

・熱可塑性ポリエーテルポリウレタンフィルムであるモビロン（登録商標）：ＭＦ５０Ｔ（日清紡績株式会社製）（以下、本モビロンをＭとする）を粘弾性部材として用意した。損失係数は、０．０４３である。
（３）成形法
実施例および比較例に供した管状積層構造体は、後述する所定の積層構成にて０．３ＭＰａの圧力で、１３５℃で２時間加熱して成形された。

（実施例１）
ＰＰ（１）、ＰＰ（２）およびＭを用いて、管状積層構造体内側から、［ＰＰ（２）３層／Ｍ１層／ＰＰ（１）２層／Ｍ１層／ＰＰ（２）２層／Ｍ１層／ＰＰ（１）３層］とする積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状となる管状積層構造体を成形した。

（実施例２）
実施例１と同様の積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状であり、管の軸方向に沿って高さが滑らかに変化する形態となる管状積層構造体を成形した。

（実施例３）
ＰＰ(３)、ＰＰ(４)およびＭを用いて、管状積層構造体内側から、［ＰＰ(３)３層／Ｍ１層／ＰＰ(４)２層／Ｍ１層／ＰＰ(３)２層／Ｍ１層／ＰＰ(４)３層］とする積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状となる管状積層構造体を成形した。

（実施例４）
ＰＰ(１)、ＰＰ(３)およびＭを用いて、管状積層構造体内側から、［ＰＰ(１)３層／Ｍ１層／ＰＰ(３)２層／Ｍ１層／ＰＰ(１)２層／Ｍ１層／ＰＰ(３)３層］とする積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状となる管状積層構造体を成形した。

（比較例１）
ＰＰのみを用いて、管状積層構造体内側から、［ＰＰ１０層］とする積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状となる管状積層構造体を成形した。

（比較例２）
ＰＰ（１）およびＰＰ（２）を用いて、管状積層構造体内側から、［ＰＰ（２）３層／ＰＰ（１）２層／ＰＰ（２）２層／ＰＰ（１）３層］とする積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状となる管状積層構造体を成形した。

（比較例３）
ＰＰとＭを用いて、管状積層構造体内側から、［ＰＰ３層／Ｍ１層／ＰＰ２層／Ｍ１層／ＰＰ２層／Ｍ１層／ＰＰ３層］とする積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状となる管状積層構造体を成形した。

（比較例４）
スリットの角度が２５°（裏返して使用した場合には１５５°）である以外は、実施例３と同様の積層構成にて、管の軸方向に直角な断面の外形形状が矩形状となる管状積層構造体を成形した。なお、境界線の長さは２９．６ｍｍであった。

図６に、横軸が時間、縦軸が振幅を表す実施例１の得られた振動減衰波形を示す。また図７に、横軸が時間、縦軸が振幅を表す比較例１の得られた振動減衰波形を示す。両図の比較から、本発明による管状積層構造体の振動特性が顕著に向上することが明らかである。
各実施例および各比較例の評価試験結果をまとめて表１に示す。

評価結果から、スリット加工を施していないＰＰを用いた比較例１や比較例３に対して、スリット加工を施した実施例１〜４は、剛性や強度はほぼ同程度を維持しながら、半減期を少なくとも約２０％以上低減させることが可能となった。

以上より、本発明にかかる制振性管状積層構造体は、プリプレグにスリット加工を施し、かつ繊維強化プラスチック層間に粘弾性部材を配置することによって、曲げ変形の中立面に最も大きく生じるせん断応力を、中立面から離れた場所でも大きく発現可能にしたため、効果的に制振性を発揮できた。これにより、従来技術による代表的な繊維強化プラスチックで構成された管状積層構造体と同等に軽量かつ高剛性で、さらには高い制振性を有する管状積層構造体を提供することができ、液晶表示装置や半導体製造工程などにおいて、液晶基板や透明ガラス基板などの基板を搬送する際に用いられるロボットや搬送装置の一部として用いた場合、生産能力に大きく貢献できる。

本発明の一実施形態における管状積層構造体の管の軸方向に直角な断面の模式図である。 従来技術による代表的な管状積層構造体の管の軸方向に直角な断面の模式図である。 本発明の一実施形態における強化繊維層と粘弾性部材層との積層状態を示す模式図である。 （ａ）はプリプレグに施すスリット加工の実施形態を示す強化繊維層の断面図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はプリプレグに施すスリット加工の他の実施形態を示す繊維強化層の断面図である。 管状積層構造体の制振特性評価試験法の概要を説明した図である。 図５に示した評価試験の結果、得られた実施例１の振動特性を示す図である。 図５に示した評価試験の結果、得られた比較例１の振動特性を示す図である。

符号の説明

１：繊維強化プラスチック
２、２’：強化繊維層
３：粘弾性部材層
４：強化繊維の末端部
５：強化繊維
６：境界線
７：レーザー変位計
８：コンピュータのディスプレイ

Claims (13)

1. 管状積層構造体であって、部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層を少なくとも２層以上含む繊維強化プラスチックから構成され、前記繊維強化プラスチックよりも損失係数が大きい粘弾性部材層が、前記強化繊維層間のうち少なくとも１箇所の層間の一部に、前記強化繊維の末端部の少なくとも一部と接するよう配置されたことを特徴とする管状積層構造体。
2. 前記部分的に不連続な強化繊維が、６〜５００ｍｍの範囲の長さであってかつ管状積層構造体の全長の１／４を超えない長さを有する強化繊維であることを特徴とする、請求項１に記載の管状積層構造体。
3. 前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層において、強化繊維の末端部が、隣り合う強化繊維同士で連続的に配置された境界線状をなし、該境界線の長さが、５〜１００ｍｍの範囲内でありかつ管状積層構造体の最大外周長の１／３を超えないことを特徴とする請求項１または２に記載の管状積層構造体。
4. 前記境界線が、強化繊維の繊維長方向に対して３０°から１５０°の範囲の角度にある直線状をなすことを特徴とする請求項３に記載の管状積層構造体。
5. 前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層において、管状積層構造体を強化繊維層の厚み方向に投影した際に、複数の強化繊維層の境界線同士が少なくとも１箇所は互いに重ならないように配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の管状積層構造体。
6. 前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層において、管状積層構造体を強化繊維層の厚み方向に投影した際に、複数の強化繊維層の境界線同士が少なくとも１箇所は交差しないように配置されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の管状積層構造体。
7. 前記管状積層構造体において、管の軸方向に直角な断面の外形形状が、矩形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の管状積層構造体。
8. 前記管状積層構造体において、管の軸方向に直角な断面の外形形状が、楕円を含む円形状を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の管状積層構造体。
9. 前記管状積層構造体の管の軸方向に直角な断面の外周長が、管の軸方向に沿って滑らかに変化する領域を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の管状積層構造体。
10. 前記管状積層構造体を構成する強化繊維の少なくとも５０重量％以上が炭素繊維であることを特徴する請求項１〜９のいずれかに記載の管状積層構造体。
11. 前記繊維強化プラスチックよりも損失係数が大きい粘弾性部材層が熱可塑性樹脂組成物であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の管状積層構造体。
12. 前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層が、管の軸方向の曲げ変形の中立面と平行で、かつ前記部分的に不連続な強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維層中に該中立面を含まないことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の管状積層構造体。
13. 被搬送体を片持ち支持で保持する構造によって、搬送装置の一部に使用されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の管状積層構造体。

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