JP6049552B2 - サンドイッチ構造体、エレベータ用床およびサンドイッチ構造体の製造方法。 - Google Patents

Description

この発明は、第１繊維強化プラスチックと第２繊維強化プラスチックとの間に中間部材が設けられたサンドイッチ構造体、サンドイッチ構造体を用いたエレベータ用床およびサンドイッチ構造体の製造方法に関する。

軽量で高強度な素材である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）が、衛星構体、航空機、通信機器（アンテナ、レドーム）、船体などの各種産業分野で用いられている。

従来、繊維強化プラスチックから構成され、互いに対向するように離れて配置された一対のスキン材と、ウレタンから構成され、一対のスキン材の間の全領域に渡って設けられたコア材とを備えたレドームが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１４２９１７号公報

しかしながら、コア材が一対のスキン材の間の全領域に渡って設けられているので、電波の透過率損失が大きくなってしまうという問題点があった。

この発明は、電波の透過率損失を小さくすることができるサンドイッチ構造体を提供するものである。

この発明に係るサンドイッチ構造体は、第１繊維織物と第１繊維織物に含浸された第１繊維織物用樹脂とを有した第１繊維強化プラスチックと、第２繊維織物と第２繊維織物に含浸された第２繊維織物用樹脂とを有し、第１繊維強化プラスチックから離れて配置された第２繊維強化プラスチックと、樹脂から構成され、第１繊維強化プラスチックと第２繊維強化プラスチックとに渡って設けられ、第１繊維強化プラスチックおよび第２繊維強化プラスチックに一体に形成されたリブと、第２繊維強化プラスチックの表面に形成された凹部に設けられた導体パターンとを備えている。

この発明に係るサンドイッチ構造体によれば、第１繊維織物と第１繊維織物に含浸された第１繊維織物用樹脂とを有した第１繊維強化プラスチックと、第２繊維織物と第２繊維織物に含浸された第２繊維織物用樹脂とを有し、第１繊維強化プラスチックから離れて配置された第２繊維強化プラスチックと、樹脂から構成され、第１繊維強化プラスチックと第２繊維強化プラスチックとに渡って設けられ、第１繊維強化プラスチックおよび第２繊維強化プラスチックに一体に形成されたリブとを備えているので、第１繊維強化プラスチックと第２繊維強化プラスチックとの間の領域の一部が樹脂によって覆われなくなる。その結果、サンドイッチ構造体における電波の透過率損失を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１に係るサンドイッチ構造体を示す断面図である。 図１のサンドイッチ構造体の製造に用いられるコア材を示す断面図である。 図１のサンドイッチ構造体の製造方法を示す模式図である。 図３のピールプライ、フローメディアおよびバギングフィルムを示す拡大図である。 この発明の実施の形態２に係るサンドイッチ構造体を示す斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。 図５のサンドイッチ構造体の製造に用いられる成形型を示す側面図である。 図５のサンドイッチ構造体の製造方法を示す模式図である。 図８の成形型、第２繊維織物およびコア材を示す拡大図である。 図８のバギングフィルムと成形型との間の密閉空間に樹脂が注入されている状態を示す断面図である。 図１０の第１繊維強化プラスチック、第２繊維強化プラスチックおよび貫通孔に樹脂が充填されたコア材を示す断面図である。 図１１の凹部に導体パターンを形成する手順を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係るサンドイッチ構造体の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るサンドイッチ構造体の他の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るエレベータ用床を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るサンドイッチ構造体を示す断面図である。図において、サンドイッチ構造体１Ａは、第１繊維強化プラスチック２と、第１繊維強化プラスチック２に対向するように、第１繊維強化プラスチック２から離れて設けられた第２繊維強化プラスチック３と、第１繊維強化プラスチック２と第２繊維強化プラスチック３とに渡って設けられ、第１繊維強化プラスチック２および第２繊維強化プラスチック３に一体に形成された複数のリブ４とを備えている。第１繊維強化プラスチック２と第２繊維強化プラスチック３との間には、第１繊維強化プラスチック２、第２繊維強化プラスチック３および複数のリブ４によって囲まれた複数の空間１１が形成されている。それぞれの空間１１には、空気１２が満たされている。

第１繊維強化プラスチック２は、２枚の第１繊維織物２１と、それぞれの第１繊維織物２１に含浸された樹脂２２とを有している。第２繊維強化プラスチック３は、第１繊維強化プラスチック２と同様に、２枚の第２繊維織物３１と、それぞれの第２繊維織物３１に含浸された樹脂３２とを有している。第１繊維織物２１および第２繊維織物３１のそれぞれの枚数は、２枚に限らず、１枚または３枚以上であってもよい。

第１繊維織物２１および第２繊維織物３１は、同一の材料から構成されている。第１繊維織物２１および第２繊維織物３１を構成する材料としては、炭素繊維、ガラス繊維、石英繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維などが挙げられる。また、第１繊維織物２１および第２繊維織物３１を構成する材料としては、サンドイッチ構造体１Ａがレドームを構成する場合に、絶縁性を有し、低誘電率、低誘電正接の石英繊維が望ましい。

リブ４は、樹脂から構成されている。リブ４を構成する樹脂は、樹脂２２および樹脂３２と同一の樹脂から構成されている。つまり、第１繊維強化プラスチック２の樹脂２２、第２繊維強化プラスチック３の樹脂３２およびリブ４を構成する樹脂のそれぞれは、同一の材料から構成されている。第１繊維強化プラスチック２の樹脂２２、第２繊維強化プラスチック３の樹脂３２およびリブ４を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネートエステル樹脂などの低粘度の熱硬化性樹脂が挙げられる。第１繊維強化プラスチック２の樹脂２２、第２繊維強化プラスチック３の樹脂３２およびリブ４を構成する樹脂としては、低誘電率、低誘電正接で、常温で硬化するビニルエステル樹脂が望ましい。

次に、サンドイッチ構造体１Ａの製造方法について説明する。図２は図１のサンドイッチ構造体１Ａの製造に用いられるコア材を示す断面図である。コア材（リブ形成用コア）５には、複数の貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１の形状としては、円柱、立方体、直方体などが挙げられる。サンドイッチ構造体１Ａは、貫通孔５１の体積が増加するにつれてリブ４の体積が増加するので、高剛性化する。一方、サンドイッチ構造体１Ａは、貫通孔５１の体積が減少するにつれてリブ４の体積が減少するので、剛性が低下するものの、厚さ方向（積層方向）についての電気特性が向上し、かつ、軽量となる。

コア材５を構成する材料としては、第１繊維強化プラスチック２の樹脂２２、第２繊維強化プラスチック３の樹脂３２およびリブ４を構成する樹脂のガラス転移点よりも低い温度で溶融する熱可塑性樹脂、ワックスもしくは金属が挙げられる。また、コア材５を構成する材料としては、第１繊維強化プラスチック２の樹脂２２、第２繊維強化プラスチック３の樹脂３２およびリブ４を構成する樹脂に侵されずに水に溶解する熱可塑性樹脂が挙げられる。また、コア材５を構成する材料としては、無機塩、石鹸などの脂肪酸のアルカリ塩などが挙げられる。

図３は図１のサンドイッチ構造体１Ａの製造方法を示す模式図である。まず、テフロン（登録商標）コーティングで離型された成形型６１Ａの上にフローメディア６２を重ね、さらに、フローメディア６２の上にピールプライ６３を重ねる。

その後、ピールプライ６３の上に２枚の第１繊維織物２１を重ね、２枚の第１繊維織物２１の上にコア材５を重ね、さらに、コア材５に２枚の第２繊維織物３１を重ねる（積層工程）。このとき、コア材５は、貫通孔５１が積層方向に延びるように配置する。つまり、第１繊維織物２１、コア材５および第２繊維織物３１を、貫通孔５１が積層方向を向くように順に積層する。

その後、２枚の第２繊維織物３１の上にピールプライ６４を重ね、さらに、ピールプライ６４の上にフローメディア６５を重ねる。

その後、樹脂タンクの樹脂注入口６６と真空ポンプの空気吸引口６７とを成形型６１Ａに取り付ける。樹脂注入口６６および空気吸引口６７のそれぞれには、それぞれの流路を開閉するバルブ（図示せず）が設けられている。樹脂注入口６６および空気吸引口６７のそれぞれは、テフロン（登録商標）チューブから構成されている。

その後、フローメディア６２、ピールプライ６３、第１繊維織物２１、コア材５、第２繊維織物３１、ピールプライ６４およびフローメディア６５をバギングフィルム６８が成形型６１Ａとともに覆い、シーラント６９を用いて、バギングフィルム６８と成形型６１Ａとの間を密閉する。このとき、樹脂注入口６６および空気吸引口６７のそれぞれの先端部を、バギングフィルム６８と成形型６１Ａとの間の密閉空間の内側に配置する。

図４は図３のピールプライ６４、フローメディア６５およびバギングフィルム６８を示す拡大図である。バギングフィルム６８と成形型６１Ａとの間を密閉した後、真空ポンプを駆動させ、空気吸引口６７の流路が開くようにバルブを動作させて、バギングフィルム６８と成形型６１Ａとの間の密閉空間を減圧する。その後、樹脂注入口６６の流路が開くようにバルブを動作させて、液状の樹脂をバギングフィルム６８と成形型６１Ａとの間の密閉空間に注入する。このとき、フローメディア６５は、第２繊維織物３１よりも目が粗く、内部に空間６５１が形成されているので、樹脂がフローメディア６５の面内に広がりつつ第２繊維織物３１に含浸する（樹脂含浸工程）。図示していないが、フローメディア６２についても、第１繊維織物２１よりも目が粗く、内部に空間が形成されているので、樹脂がフローメディア６２の面内に広がりつつ第１繊維織物２１に含浸する（樹脂含浸工程）。第１繊維織物２１および第２繊維織物３１を通過した樹脂は、それぞれの貫通孔５１に充填される。

樹脂が空気吸引口６７（図３）に達すると、樹脂注入口６６の流路が閉じられるようにバルブを動作させる。

その後、第１繊維織物２１に含浸した樹脂、第２繊維織物３１に含浸した樹脂および貫通孔５１に充填された樹脂を硬化させる（樹脂硬化工程）。これにより、第１繊維強化プラスチック２、第２繊維強化プラスチック３および複数のリブ４が一体に形成される。

その後、真空ポンプの空気吸引口６７および樹脂タンクの樹脂注入口６６を成形型６１Ａから取り外し、ピールプライ６３と第１繊維強化プラスチック２とを分離し、ピールプライ６４と第２繊維強化プラスチック３とを分離して、第１繊維強化プラスチック２、コア材５、貫通孔５１に充填された樹脂および第２繊維強化プラスチック３から構成されるコア材付サンドイッチ構造体を製造する。

最後に、コア材付サンドイッチ構造体からコア材５を除去する（リブ形成工程）。コア材５を除去する方法としては、コア材５の材質にロストワックス（蝋材、水溶性樹脂等）を選択することによって、熱、または、水（温水）などで除去することが挙げられる。以上により、サンドイッチ構造体１Ａが製造される。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るサンドイッチ構造体１Ａによれば、第１繊維織物２１と第１繊維織物２１に含浸された樹脂２２とを有した第１繊維強化プラスチック２と、第２繊維織物３１と第２繊維織物３１に含浸された樹脂３２とを有し、第１繊維強化プラスチック２から離れて配置された第２繊維強化プラスチック３と、樹脂から構成され、第１繊維強化プラスチック２と第２繊維強化プラスチック３とに渡って設けられ、第１繊維強化プラスチック２および第２繊維強化プラスチック３に一体に形成されたリブ４とを備えているので、第１繊維強化プラスチック２と第２繊維強化プラスチック３との間の領域の一部が樹脂によって覆われなくなる。その結果、サンドイッチ構造体１Ａにおける電波の透過率損失を小さくすることができる。また、リブ４の体積を調節することによって、サンドイッチ構造体１Ａの強度、剛性、電気特性を考慮しつつ、自由にサンドイッチ構造体１Ａを設計することができる。また、サンドイッチ構造体１Ａは、樹脂成形を一度だけ行うことによって製造することができ、サンドイッチ構造体１Ａの製造効率を向上させることができる。

また、この発明の実施の形態１に係るサンドイッチ構造体１Ａの製造方法によれば、第１繊維織物２１、貫通孔５１が形成されたコア材５および第２繊維織物３１を、貫通孔５１が積層方向を向くように順に積層する積層工程と、積層工程の後、第１繊維織物２１および第２繊維織物３１に樹脂を含浸させるとともに、貫通孔５１に樹脂を充填する樹脂含浸工程と、樹脂含浸工程の後、樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、樹脂硬化工程の後、コア材５を除去するリブ形成工程とを備えているので、製造されたサンドイッチ構造体１Ａは、第１繊維強化プラスチック２と第２繊維強化プラスチック３との間の領域の一部が樹脂によって覆われなくなる。その結果、サンドイッチ構造体１Ａにおける電波の透過率損失を小さくすることができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係るサンドイッチ構造体を示す斜視図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。図において、サンドイッチ構造体１Ｂは、複数の導体パターン７をさらに備えている。第２繊維強化プラスチック３の表面３３（第２繊維強化プラスチック３における第１繊維強化プラスチック２側とは反対側の面）には、導体パターン７が配置された複数の凹部３４が形成されている。凹部３４とリブ４との相対位置は、予め設定された相対位置となっている。具体的には、リブ４に沿ってサンドイッチ構造体１Ｂを見た場合に凹部３４とリブ４とがずれて配置されるように、凹部３４とリブ４との相対位置が予め設定されている。これにより、導体パターン７とリブ４との相対位置は、予め設定された相対位置となる。導体パターン７を構成する材料としては、特に限定されるものではないが、樹脂と銀コート銅と溶剤とから構成され、圧力を加えることなく導電性が発現するものが望ましい。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

次に、サンドイッチ構造体１Ｂの製造方法について説明する。図７は図５のサンドイッチ構造体１Ｂの製造に用いられる成形型６１Ｂを示す側面図である。実施の形態１に記載の成形型６１Ａと異なり、成形型６１Ｂは、成形型本体６１１と、成形型本体６１１の表面に形成された複数の突起６１２とを有している。突起６１２は、予め設定された位置に形成されている。

図８は図５のサンドイッチ構造体１Ｂの製造方法を示す模式図である。まず、成形型６１Ｂの上に、２枚の第２繊維織物３１を重ね、２枚の第２繊維織物３１の上にコア材５を重ね、さらに、コア材５の上に２枚の第１繊維織物２１を重ねる（積層工程）。つまり、実施の形態１と異なり、成形型６１Ｂとコア材５との間には、フローメディア６２およびピールプライ６３が配置されていない。このとき、突起６１２と貫通孔５１との相対位置が予め設定された相対位置となるように、ピン（図示せず）などを用いて成形型６１Ｂとコア材５とを位置決めする。

図９は図８の成形型６１Ｂ、第２繊維織物３１およびコア材５を示す拡大図、図１０は図８のバギングフィルム６８と成形型６１Ｂとの間の密閉空間に樹脂が注入されている状態を示す断面図である。実施の形態１と異なり、成形型６１Ｂとコア材５との間には、フローメディア６２およびピールプライ６３が配置されていないが、隣り合う突起６１２の間に形成された空間６１３が樹脂流路となって、樹脂１００が成形型６１Ｂの上面において面内に広がりつつ、第２繊維織物３１に含浸する（樹脂含浸工程）。

その後、バギングフィルム６８と成形型６１Ｂとの間の密閉空間に注入された樹脂１００を硬化させ（樹脂硬化工程）、さらに、真空ポンプの空気吸引口６７および樹脂タンクの樹脂注入口６６を成形型６１Ｂ取り外し、ピールプライ６４と第１繊維強化プラスチック２とを分離して、第１繊維強化プラスチック２、コア材５、貫通孔５１に充填された樹脂および第２繊維強化プラスチック３から構成されるコア材付サンドイッチ構造体を製造する。

図１１は図１０の第１繊維強化プラスチック２、第２繊維強化プラスチック３および貫通孔５１に樹脂が充填されたコア材５を示す断面図、図１２は図１１の凹部３４に導体パターン７を形成する手順を示す模式図である。コア材付サンドイッチ構造体からコア材５を除去し（リブ形成工程）、さらに、凹部３４に導電性ペースト８が充填されるように、第２繊維強化プラスチック３の表面３３の全面に導電性ペースト８を塗布し、さらに、導電性ペースト８を研磨して、凹部３４に導体パターン７を形成する。以上により、サンドイッチ構造体１Ｂが製造される。導電性ペースト８は、導体パターン７と同じ材料から構成されている。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るサンドイッチ構造体１Ｂによれば、第２繊維強化プラスチック３の表面３３に形成された凹部３４に設けられた導体パターン７を備えているので、凹部３４とリブ４との相対位置を予め設定した相対位置とすることで、導体パターン７とリブ４との相対位置を予め設定した相対位置とすることができる。

また、導体パターン７は、凹部３４に導電性ペースト８を充填することによって形成されているので、導体パターン７を容易に形成することができる。

また、リブ４および導体パターン７の相対位置は、予め設定された相対位置であるので、サンドイッチ構造体１Ｂの電気特性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態２では、第２繊維強化プラスチック３の表面３３にのみ導体パターン７が配置された構成について説明したが、図１３に示すように、第１繊維強化プラスチック２の表面２３（第１繊維強化プラスチック２における第２繊維強化プラスチック３側とは反対側の面）に導電性ペーストを全面塗布して、導体パターン９を形成する構成として、地導体を形成してもよい。

また、上記実施の形態２では、第１繊維織物２１と第２繊維織物３１とが同一の材料から構成されたサンドイッチ構造体１Ｂについて説明したが、図１４に示すように、第１繊維織物２１を第２繊維織物３１とは異なり導電性の炭素繊維（ＣＦＲＰ）から構成して、地導体を形成してもよい。

実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３に係るエレベータ用床を示す斜視図である。エレベータのかごには、エレベータ用床２００が取り付けられている。エレベータ用床２００は、サンドイッチ構造体１Ａから構成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、その他の構成は、実施の形態２と同様であってもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係るエレベータ用床２００によれば、サンドイッチ構造体１Ａから構成されているので、安価に製造することができる。また、エレベータ用床２００は、サンドイッチ構造体１Ａから構成されているので、エレベータの内部から外部へ、または、エレベータの外部から内部へ透過する電波を選択し、設計することができる。

１Ａ、１Ｂ サンドイッチ構造体、２ 第１繊維強化プラスチック、３ 第２繊維強化プラスチック、４ リブ、５ コア材（リブ形成用コア）、７ 導電パターン、８ 導電性ペースト、９ 導体パターン、１１ 空間、１２ 空気、２１ 第１繊維織物、２２ 樹脂、２３ 表面、３１ 第２繊維織物、３２ 樹脂、３３ 表面、３４ 凹部、５１ 貫通孔、６１Ａ、６１Ｂ 成形型、６２ フローメディア、６３ ピールプライ、６４ ピールプライ、６５ フローメディア、６６ 樹脂注入口、６７ 空気吸引口、６８ バギングフィルム、６９ シーラント、１００ 樹脂、６１１ 成形型本体、６１２ 突起、６１３ 空間、６５１ 空間。

Claims (4)

1. 第１繊維織物と前記第１繊維織物に含浸された第１繊維織物用樹脂とを有した第１繊維強化プラスチックと、
   第２繊維織物と前記第２繊維織物に含浸された第２繊維織物用樹脂とを有し、前記第１繊維強化プラスチックから離れて配置された第２繊維強化プラスチックと、
   樹脂から構成され、前記第１繊維強化プラスチックと前記第２繊維強化プラスチックとに渡って設けられ、前記第１繊維強化プラスチックおよび前記第２繊維強化プラスチックに一体に形成されたリブと、
   前記第２繊維強化プラスチックの表面に形成された凹部に設けられた導体パターンと
   を備えたことを特徴とするサンドイッチ構造体。
2. 前記導体パターンは、前記凹部に導電性ペーストを充填することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサンドイッチ構造体。
3. 前記リブおよび前記導体パターンの相対位置は、予め設定された相対位置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサンドイッチ構造体。
4. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のサンドイッチ構造体から構成されていることを特徴とするエレベータ用床。

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