JP6580359B2 - 構造体製造方法および構造体 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂材料を炭素繊維により強化した炭素繊維複合材料を備える構造体を製造する構造体製造方法および構造体に関するものである。

航空機の主翼やインテグラルタンク等に用いられる機体材料には、軽量で強度が高く耐久性を備えた材料が求められている。機体材料として、例えば、アルミニウム合金等の軽量の金属材料が用いられる。また、近年これらの要求が強まるにつれて、機体材料として樹脂を炭素繊維で強化した炭素繊維複合材料が用いられるようになっている。

炭素繊維複合材料に他の部材を接着する場合、炭素繊維複合材料の表面の他の部材が接着される接着領域を研磨材により研磨して凹凸を少なくし、炭素繊維複合材料と他の部材の接着性を高めることが望ましい。この場合、他の部材が接着される接着領域の凹凸を確実に少なくするためには、接着領域よりも広範囲の領域を研磨する必要がある。

しかしながら、接着領域よりも広範囲の領域を研磨すると、他の部材を炭素繊維複合材料の表面に接着させた後に、研磨材により研磨された研磨領域の一部が炭素繊維複合材料の表面として露出する。
研磨材によって炭素繊維複合材料の表面が過度に研磨されると、炭素繊維複合材料の表面から炭素繊維の一部が露出してしまう。

この場合、炭素繊維複合材料に着雷すると炭素繊維複合材料の表面から露出した炭素繊維が絶縁破壊により放電し、火花（スパーク）を発生させる可能性がある（エッジグロー現象）。
そのため、炭素繊維複合材料の表面を研磨材により研磨する際には、炭素繊維複合材料の表面から炭素繊維が露出しないようにするのが望ましい。

特許文献１には、繊維強化樹脂複合材料の表面に形成される第１樹脂層の下層の第２樹脂層の色を第１樹脂層と異なる色で形成することが開示されている。特許文献１によれば、樹脂研磨粉の色の変化を目視で認識することで、繊維が研磨されるのを抑えることができる。

特開２００８−５５７７０号公報

しかしながら、特許文献１においては、目視による確認を確実に行わないと第２樹脂層を研磨して繊維を表面に露出させてしまう。
また、目視による確認を行ったとしても研磨作業をしている環境の照度等によって樹脂研磨粉の色の変化を認識することができず、第２樹脂層を研磨して繊維を表面に露出させてしまう可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、表面に炭素繊維を露出させることなく炭素繊維複合材料の表面を研磨する研磨作業を、作業環境等によらずに容易に行うことを可能にした構造体製造方法および構造体を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の一態様にかかる構造体製造方法は、炭素繊維複合材料を備える構造体を製造する構造体製造方法であって、前記炭素繊維複合材料を成形する成形工程と、前記成形工程により成形された前記炭素繊維複合材料の表面を所定硬度の研磨材により研磨する研磨工程と、前記研磨工程により研磨された領域の一部に接着剤を介して他の部材を接着させる接着工程と、を備え、前記炭素繊維複合材料は、硬化した樹脂材料の内部に前記炭素繊維が配置された炭素繊維層と、最表面に形成されるとともに前記所定硬度より硬度の低い研磨層と、前記研磨層の内側に形成されるとともに前記炭素繊維層を前記研磨材から保護する前記所定硬度よりも硬度の高い表面保護層と、を有し、前記研磨工程においては、前記研磨層の内側に形成された前記表面保護層の表面までが研磨される。

本発明の一態様にかかる構造体製造方法によれば、炭素繊維複合材料を成形する成形工程において、最表面に所定硬度よりも硬度の低い研磨層が形成され、その内側に炭素繊維複合材料を研磨材から保護する所定硬度よりも硬度の高い表面保護層が形成される。そのため、炭素繊維複合材料の表面の研磨領域を研磨する研磨工程において、作業環境によらず、研磨材により研磨領域の樹脂材料が研磨されて炭素繊維が炭素繊維複合材料の表面から露出しないように研磨層と表面保護層とによって適切に保護される。
このように、本発明の一態様にかかる構造体製造方法によれば、表面に炭素繊維を露出させることなく炭素繊維複合材料の表面を研磨する研磨作業を、作業環境等によらずに容易に行うことができる。
上記発明の一態様では、前記成形工程は、前記炭素繊維層を形成する工程において、炭素繊維に前記樹脂材料を含浸したプリプレグを積層させ、前記表面保護層を形成する工程において、前記積層された複数の前記プリプレグの最表面に、その内部に前記所定硬度よりも硬度の高い耐研磨部材を混入させたプリプレグを積層させ、前記研磨層を形成する工程において、前記表面保護層を形成する工程で積層された前記耐研磨部材が混入されたプリプレグの最表面に、樹脂フィルムを積層して積層体を形成し、前記積層体の加圧および加熱により、前記積層体の最表面に、前記耐研磨部材が内部に配置されておらず、前記所定硬度よりも硬度の低い研磨層を形成させるとともに、前記研磨層の内側に、前記炭素繊維複合材料を前記研磨材から保護する前記所定硬度よりも硬度の高い表面保護層を形成することができる。

本発明の一態様にかかる構造体製造方法において、前記表面保護層は、前記所定硬度よりも硬度の高い耐研磨部材を含んでもよい。
このようにすることで、炭素繊維複合材料の内部に耐研磨部材を配置して、炭素繊維複合材料の表面近傍を表面保護層とすることができる。

上記構成の構造体製造方法において、前記表面保護層は、粒状の前記耐研磨部材を含んでもよい。
このようにすることで、粒状の耐研磨部材により炭素繊維複合材料の内部に形成される表面保護層によって、炭素繊維が研磨工程において炭素繊維複合材料の表面から露出しないように保護することができる。

上記構成の構造体製造方法において、前記表面保護層は、複数の柱状の前記耐研磨部材を含んでもよい。
このようにすることで、炭素繊維の表面の複数箇所に配置される耐研磨部材により形成される表面保護層によって、炭素繊維が研磨工程において炭素繊維複合材料の表面から露出しないように保護することができる。

本発明の一態様にかかる構造体製造方法は、樹脂材料を炭素繊維により強化した炭素繊維複合材料を備える構造体を製造する構造体製造方法であって、前記炭素繊維に前記樹脂材料を含浸し、該樹脂材料を硬化させて前記炭素繊維複合材料を成形する成形工程と、前記成形工程により成形された前記炭素繊維複合材料の表面を所定硬度の研磨材により研磨する研磨工程と、前記研磨工程により研磨された領域の一部に接着剤を介して他の部材を接着させる接着工程と、前記成形工程は、前記研磨材で研磨されることから前記炭素繊維複合材料を保護する非導電層を前記炭素繊維複合材料の最表面に形成する工程を含み、前記研磨工程においては、前記非導電層までが研磨される。

本発明の一態様にかかる構造体製造方法によれば、炭素繊維複合材料を成形する成形工程において、最表面に炭素繊維複合材料を研磨材から保護する非導電層が形成される。そのため、炭素繊維複合材料の表面の研磨領域を研磨する研磨工程において、非導電層が残存する限りは研磨領域の樹脂材料が研磨されないため、炭素繊維が炭素繊維複合材料の表面から露出しないように適切に保護される。
上記発明の一態様では、前記成形工程において、炭素繊維に前記樹脂材料を含浸したプリプレグを積層させ、前記積層された複数の前記プリプレグの最表面に、その内部に非電導性部材を混入させたプリプレグを積層させて積層体を形成し、前記積層体の加圧および加熱により、前記積層体の最表面に前記炭素繊維複合材料を前記研磨材から保護する非導電層を形成することができる。

本発明の一態様にかかる構造体製造方法において、前記非導電層は、樹脂材料をガラス繊維により強化したガラス繊維複合材料により成形される層である。
このようにすることで、ガラス繊維により強化したガラス繊維複合材料を非導電層とし、炭素繊維が研磨工程において炭素繊維複合材料の表面から露出しないように保護することができる。

本発明の一態様にかかる構造体製造方法において、前記所定硬度は、前記成形工程により形成された前記炭素繊維複合材料に含まれる前記樹脂材料よりも高い硬度であってもよい。
このようにすることで、樹脂材料よりも硬度が高い研磨材によって炭素繊維複合材料の表面の樹脂材料部分が研磨されるようにしつつ、表面保護層によって炭素繊維が研磨工程において炭素繊維複合材料の表面から露出しないように保護することができる。

本発明の一態様にかかる炭素繊維材料は、所定硬度の研磨材により研磨される炭素繊維材料であって、硬化した樹脂材料の内部に炭素繊維が配置された炭素繊維層と、最表面に形成されるとともに前記所定硬度より硬度の低い研磨層と、前記研磨層の内側に形成されるとともに前記炭素繊維層を前記研磨材から保護する前記所定硬度よりも硬度の高い表面保護層と、を備える。
本発明の一態様にかかる炭素繊維材料によれば、表面に炭素繊維を露出させることなく炭素繊維複合材料の表面を研磨する研磨作業を、作業環境等によらずに容易に行うことを可能とした炭素繊維材料を提供することができる。
上記発明の一態様では、前記研磨層が前記研磨材に研磨される際には、前記研磨層の内側に形成された前記表面保護層の表面まで研磨されるとよい。

本発明によれば、表面に炭素繊維を露出させることなく炭素繊維複合材料の表面を研磨する研磨作業を、作業環境等によらずに容易に行うことを可能にした構造体製造方法および構造体を提供することができる。

炭素繊維複合材料を備える構造体を示す図であり（ａ）が平面図であり、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図を示す。 炭素繊維複合材料を備える構造体の製造工程を示すフローチャートである。 炭素繊維複合材料を示す断面図であり、（ａ）が加圧および加熱を行う前の状態を示し、（ｂ）が加圧および加熱を行った後の状態を示す。 炭素繊維複合材料の表面を示す図であり、（ａ）が研磨領域を示し、（ｂ）が接着領域を示す。 第１実施形態の炭素繊維複合材料の樹脂層を示す断面図である。 第２実施形態の炭素繊維複合材料の樹脂層を示す断面図である。 第３実施形態の炭素繊維複合材料の樹脂層およびガラス繊維複合材料を示す断面図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態にかかる構造体１００の製造方法について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の製造方法により製造される構造体１００は、板状に形成される炭素繊維複合材料１０と、炭素繊維複合材料１０の表面の研磨領域１０ｃに接着剤（図示略）を介して接着される支持部材２０（他の部材）とを備える。
図１（ｂ）に示すように、構造体１００の炭素繊維複合材料１０は、表面部分に配置される樹脂層１０ａと、樹脂材料の内部に炭素繊維が配置された炭素繊維層１０ｂとを備える。
また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持部材２０は、断面がＬ形に形成される部材となっている。

炭素繊維複合材料１０は、樹脂材料を炭素繊維により強化した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。樹脂材料として、例えば、不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
炭素繊維複合材料１０は、補強材として炭素繊維が用いられるため炭素繊維部分に導電性を有している。そのため、炭素繊維複合材料１０の表面から炭素繊維が露出している場合、炭素繊維複合材料１０に着雷した雷撃電流が炭素繊維を流れ、炭素繊維間または研磨の際に切断された炭素繊維の端部間での絶縁破壊により放電し、火花（スパーク）を発生させる可能性がある。
そこで、本実施形態の構造体１００の製造方法においては、炭素繊維複合材料１０の表面を研磨する研磨工程において、炭素繊維複合材料１０の表面から炭素繊維を露出させないようにしている。

構造体１００は、例えば、航空機の主翼と一体化し翼構造を液体燃料が漏れない液密構造とした燃料タンクであるインテグラルタンクとして用いられる。この場合、支持部材２０が炭素繊維複合材料１０を主翼の内部に支持する部材として用いられる。また、炭素繊維複合材料１０の樹脂層１０ａがインテグラルタンクにおいて液体燃料と接する部分となる。

次に、本実施形態の構造体１００の製造方法について説明する。
図２のフローチャートに示すように、本実施形態の構造体１００の製造方法は、炭素繊維複合材料１０を成形する成形工程（Ｓ２０１）と、成形工程（Ｓ２０１）により成形された炭素繊維複合材料１０の表面を研磨する研磨工程（Ｓ２０２）と、研磨工程（Ｓ２０２）により研磨された炭素繊維複合材料１０の表面に支持部材２０を接着させる接着工程（Ｓ２０３）とを備える。

成形工程（Ｓ２０１）は、炭素繊維に樹脂材料を含浸させたシート状のプリプレグを複数積層させ、これらを加圧および加熱することで複数のプリプレグを硬化させて一体化する工程である。
図３（ａ）は、成形工程において、炭素繊維に樹脂材料を含浸させたシート状のプリプレグ１１，１２，１３，１４，１５，１６を積層させた状態を示す断面図である。

図３（ｂ）は、成形工程において、シート状のプリプレグ１１，１２，１３，１４，１５，１６を積層させた状態で加圧および加熱を行った後の炭素繊維複合材料１０を示す断面図である。
図３（ｂ）において、樹脂層１０ａは、熱硬化性の樹脂材料を加圧および加熱して硬化させる際に、プリプレグ１１，１２，１３，１４，１５，１６から染み出した樹脂材料が積層したものである。一方、炭素繊維層１０ｂは、樹脂層１０ａとして染み出さずに炭素繊維の周囲に残存する樹脂材料が硬化して内部に炭素繊維が配置されたものである。
なお、樹脂層１０ａには、樹脂材料を加圧および加熱して硬化させる前にプリプレグ１１の上面に積層され、加熱によってプリプレグ１１と一体となった樹脂フィルム（図示略）が最表面に配置されている。

研磨工程（Ｓ２０２）は、成形工程（Ｓ２０１）により成形された炭素繊維複合材料１０の表面の研磨領域１０ｃを所定硬度の研磨材により研磨する工程である。
図４（ａ）は、炭素繊維複合材料１０の表面の研磨領域１０ｃを示している。研磨材は、所定硬度の砥粒を基材（例えば、紙、布、樹脂等）に接着させた各種のものを用いることができる。また、研磨材による研磨を行うために、ディスク状の研磨材を回転させるディスクグラインダ等の研磨機を用いることができる。
なお、研磨材の砥粒の硬度は、樹脂層１０ａの樹脂材料部分よりも硬度（モース硬度：３〜４）が高くなっている。そのため、樹脂層１０ａを研磨材で研磨することにより、樹脂層１０ａの樹脂材料部分が削られる。

接着工程（Ｓ２０３）は、研磨工程（Ｓ２０２）により研磨された炭素繊維複合材料１０の表面の研磨領域１０ｃの一部である接着領域１０ｄに接着剤を介して支持部材２０を接着させる工程である。
図４（ｂ）は、炭素繊維複合材料１０の表面の研磨領域１０ｃとその一部である接着領域１０ｄを示している。図４（ｂ）に示すように、研磨領域１０ｃは、接着領域１０ｄよりも大きくなっている。これは、支持部材２０が接着される接着領域１０ｄの凹凸を確実に少なくするためには、接着領域１０ｄよりも広範囲の研磨領域１０ｃを研磨する必要があるためである。

このように、炭素繊維複合材料１０の表面の研磨領域１０ｃは、支持部材２０が接着される接着領域１０ｄよりも広い領域となっている。そのため、図４（ｂ）に示すように、接着領域１０ｄに支持部材２０を接着させた構造体１００においては、研磨領域１０ｃの一部（支持部材２０が接着される領域を除く他の部分）が表面に露出した状態となる。

この表面に露出した研磨領域１０ｃが研磨工程により過度に研磨されて表面に炭素繊維が露出してしまうと、炭素繊維が絶縁破壊により放電し、火花（スパーク）を発生させる可能性がある。
そこで、本実施形態においては、研磨工程（Ｓ２０２）において研磨領域１０ｃが過度に研磨されて表面に炭素繊維が露出することがないように、炭素繊維複合材料１０の樹脂層１０ａに研磨材よりも硬度の高い保護フィラー１０ｅを配置するようにしている。

図５は、第１実施形態の炭素繊維複合材料１０の樹脂層１０ａおよび炭素繊維層１０ｂを示す断面図である。
図５に示すように、本実施形態の炭素繊維複合材料１０の樹脂層１０ａは、粒状の保護フィラー１０ｅ（耐研磨部材）が内部に配置されている表面保護層１０ｘと、保護フィラー１０ｅが内部に配置されていない研磨層１０ｙとによって形成されている。保護フィラー１０ｅは、研磨材の砥粒よりも硬度が高い粒子である。保護フィラー１０ｅの粒径は２０μｍ以上かつ４０μｍ以下とするのが好ましい。

例えば、研磨材の砥粒としてガラス（モース硬度：５〜６）を用いる場合、保護フィラー１０ｅとしてガラスよりも硬度が高い石英（モース硬度：７）、窒化アルミニウム（モース硬度：８）、炭化ケイ素（モース硬度：９．８）等を用いることができる。また、研磨材の砥粒として石英（モース硬度：７）を用いる場合、保護フィラー１０ｅとして石英よりも硬度が高い窒化アルミニウム（モース硬度：８）、炭化ケイ素（モース硬度：９．８）等を用いることができる。さらに、研磨材の砥粒として窒化アルミニウム（モース硬度：８）を用いる場合、保護フィラー１０ｅとして窒化アルミニウムよりも硬度が高い炭化ケイ素（モース硬度：９．８）等を用いることができる。

図５に示すような保護フィラー１０ｅが内部に配置された表面保護層１０ｘを形成するために、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱される前に積層されるプリプレグ１１として、炭素繊維に含浸させる樹脂材料に保護フィラー１０ｅが混入したものを用いる。
このようにすることで、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱されてプリプレグ１１から染み出した樹脂材料に保護フィラー１０ｅが混入し、その後に樹脂材料が硬化する。そのため、成形工程（Ｓ２０１）により成形される炭素繊維複合材料１０の樹脂層１０ａの内部に保護フィラー１０ｅが配置された表面保護層１０ｘが形成される。

さらに、最表面に研磨層１０ｙを形成するために、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱する前にプリプレグ１１の上面に樹脂フィルム（図示略）を積層する。
以上のように、成形工程（Ｓ２０１）は、接着性を高めるために研磨する研磨層１０ｙを最表面に形成し、研磨層１０ｙの内側に炭素繊維複合材料１０が研磨材から保護されるように研磨材の硬度よりも硬度の高い保護フィラー１０ｅが内部に配置された表面保護層１０ｘを形成する。

図５に示す樹脂層１０ａを備える炭素繊維複合材料１０は、研磨工程において保護フィラー１０ｅより硬度の低い研磨材により研磨されても、表面保護層１０ｘの内部に配置される保護フィラー１０ｅによって樹脂層１０ａが過度に研磨されることが抑制される。
例えば、図５に示すように表面Ｓ１に凹凸のある樹脂層１０ａを研磨材で研磨した場合、表面Ｓ２（表面保護層１０ｘの表面）まで研磨した時点で研磨材が保護フィラー１０ｅと接触する。これにより、更に樹脂層１０ａが過度に削られることが抑制される。

なお、以上の説明においては、炭素繊維複合材料１０の表面側（支持部材２０が接着される面側）に配置されるプリプレグ１１として、樹脂材料に保護フィラー１０ｅが混入したものを用いるものとしたが、他の態様であってもよい。プリプレグ１１およびプリプレグ１２として、樹脂材料に保護フィラー１０ｅが混入したものを用いるようにしてもよい。更に、プリプレグ１３，１４，１５，１６として、樹脂材料に保護フィラー１０ｅが混入したものを用いるようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の構造体１００の製造方法が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の構造体製造方法によれば、炭素繊維複合材料１０を成形する成形工程（Ｓ２０１）において、最表面に研磨材の硬度よりも硬度の低く内部に研磨層１０ｙが形成され、その内側に炭素繊維複合材料１０が研磨材から保護されるように研磨材の硬度よりも硬度の高い粒状の保護フィラー１０ｅ（耐研磨部材）が内部に配置される表面保護層１０ｘが形成される。

そのため、炭素繊維複合材料１０の表面の研磨領域１０ｃを研磨する研磨工程（Ｓ２０２）において、作業環境によらず、研磨材により研磨領域の樹脂材料が研磨されて炭素繊維が炭素繊維複合材料１０の表面から露出しないように研磨層１０ｙと表面保護層１０ｘとによって適切に保護される。
このように、本実施形態の構造体製造方法によれば、表面に炭素繊維を露出させることなく炭素繊維複合材料１０の表面を研磨する研磨作業を、作業環境等によらずに容易に行うことができる。

本実施形態の構造体製造方法において、成形工程（Ｓ２０１）は、粒状の保護フィラー１０ｅが混入した樹脂材料を含浸させたプリプレグ１１を硬化させて炭素繊維複合材料１０を成形する。
このようにすることで、粒状の保護フィラー１０ｅにより炭素繊維複合材料１０の内部に形成される表面保護層１０ｘによって、炭素繊維が研磨工程（Ｓ２０２）において炭素繊維複合材料１０の表面から露出しないように保護することができる。

本実施形態の構造体製造方法において、研磨材の硬度は、成形工程（Ｓ２０１）により形成された炭素繊維複合材料１０に含まれる樹脂材料よりも高い硬度である。
このようにすることで、樹脂材料よりも硬度が高い研磨材によって炭素繊維複合材料１０の表面の樹脂材料部分が研磨されるようにしつつ、表面保護層１０ｘによって炭素繊維が研磨工程（Ｓ２０２）において炭素繊維複合材料１０の表面から露出しないように保護することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態にかかる構造体製造方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態の構造体製造方法は、図２に示す成形工程（Ｓ２０１）が異なる点を除き第１実施形態の構造体製造方法と同様である。そのため、本実施形態の構造体製造方法は以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の構造体製造方法は、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱される前に積層されるプリプレグ１１として、炭素繊維に含浸させる樹脂材料に保護フィラー１０ｅが混入したものを用いるものであった。
それに対して、本実施形態の構造体製造方法は、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱される前に積層されるプリプレグ１１の表面の複数箇所に柱状の保護支柱を配置するものである。

図６は、本実施形態の炭素繊維複合材料１０’の樹脂層１０ａ’および炭素繊維層１０ｂ’を示す断面図である。
本実施形態の炭素繊維複合材料１０’の樹脂層１０ａ’は、保護支柱１０ｆ（耐研磨部材）が内部に配置されている表面保護層１０ｘ’と、保護支柱１０ｆが内部に配置されていない研磨層１０ｙ’とによって形成されている。

図６に示すように、本実施形態の炭素繊維複合材料１０’の表面保護層１０ｘ’の内部には、柱状の保護支柱１０ｆが樹脂層１０ａ’の厚さ方向（図６の上下方向）に延びるように配置されている。保護支柱１０ｆは、研磨材の砥粒よりも硬度が高い柱状（例えば、円柱状）の部材である。保護支柱１０ｆの直径は４０μｍ以下とするのが好ましい。
保護支柱１０ｆとして、第１実施形態の保護フィラー１０ｅと同様にガラス、石英、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等を用いることができる。

保護支柱１０ｆは、樹脂層１０ａ’の厚さ方向に延びており、樹脂層１０ａ’の厚さよりも短くなっている。すなわち、保護支柱１０ｆは、炭素繊維複合材料１０’の表面側の端部が樹脂層１０ａ’の内部に配置されるようになっている。

図６に示すような保護支柱１０ｆが内部に配置された樹脂層１０ａ’を形成するために、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱される前に積層させたプリプレグ１１の表面の複数箇所に保護支柱１０ｆを配置する。保護支柱１０ｆを配置する位置には、少なくとも研磨領域１０ｃ部分が含まれるものとする。
また、最表面に研磨層１０ｙ’を形成するために、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱する前にプリプレグ１１の上面に樹脂フィルム（図示略）を積層する。
このようにすることで、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱されてプリプレグ１１から染み出した樹脂材料により形成される樹脂層１０ａ’に複数の保護支柱１０ｆが配置された状態で樹脂層１０ａ’が硬化する。

そのため、成形工程（Ｓ２０１）により成形される炭素繊維複合材料１０の樹脂層１０ａ’の内部に保護支柱１０ｆが配置される。
以上のように、成形工程（Ｓ２０１）は、接着性を高めるために研磨する研磨層１０ｙ’を最表面に形成し、研磨層１０ｙ’の内側に炭素繊維複合材料１０が研磨材から保護されるように研磨材の硬度よりも硬度の高い保護支柱１０ｆが内部に配置された表面保護層１０ｘ’を形成する。

図６に示す樹脂層１０ａ’を備える炭素繊維複合材料１０’は、研磨工程において保護支柱１０ｆより硬度の低い研磨材により研磨されても、保護支柱１０ｆによって樹脂層１０ａ’が過度に研磨されることが抑制される。
例えば、図６に示すように表面Ｓ３に凹凸のある樹脂層１０ａ’を研磨材で研磨した場合、表面Ｓ４まで研磨した時点で研磨材が保護支柱１０ｆと接触する。これにより、更に樹脂層１０ａ’が過度に削られることが抑制される。

以上のように、本実施形態の構造体製造方法によれば、成形工程（Ｓ２０１）において、柱状の保護支柱１０ｆを研磨領域１０ｃに配置されるプリプレグ１１の表面の複数箇所に配置し、プリプレグ１１，１２，１３，１４，１５，１６を硬化させて炭素繊維複合材料１０’を形成する。
このようにすることで、炭素繊維複合材料１０の内部の複数箇所に配置される保護支柱１０ｆにより形成される表面保護層１０ｘ’によって、炭素繊維が研磨工程（Ｓ２０２）において炭素繊維複合材料１０’の表面から露出しないように保護することができる。

また、本実施形態の構造体製造方法において、保護支柱１０ｆの長さは、樹脂層１０ａ’の厚さよりも短い。
このようにすることで、柱状の保護支柱１０ｆによって炭素繊維が研磨されることを防止しつつ、柱状の耐研磨部材を樹脂層１０ａ’の厚さよりも短くして樹脂材料の一部が研磨されるようにすることができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態にかかる構造体製造方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態の構造体製造方法は、図２に示す成形工程（Ｓ２０１）が異なる点を除き第１実施形態の構造体製造方法と同様である。そのため、本実施形態の構造体製造方法は以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の構造体製造方法は、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱される前に積層されるプリプレグ１１として、炭素繊維に含浸させる樹脂材料に保護フィラー１０ｅが混入したものを用いるものであった。
それに対して、本実施形態の構造体製造方法は、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱される前に積層されるプリプレグ１１，１２，１３，１４，１５，１６の外側にガラス繊維に樹脂材料を含浸させたプリプレグ（図示略）を更に配置し、炭素繊維複合材料１０の外側の最表面に非導電性のガラス繊維複合材料３０（非導電層）を形成するものである。

図７は、本実施形態の炭素繊維複合材料１０”の樹脂層１０ａ”および炭素繊維層１０ｂ”を示す断面図である。
図７に示すように、本実施形態の炭素繊維複合材料１０”の樹脂層１０ａ”の外側には、ガラス繊維複合材料３０により形成される表面保護層が形成されている。

図７に示すように樹脂層１０ａ”の外側にガラス繊維複合材料３０を形成するために、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱される前に積層させたプリプレグ１１，１２，１３，１４，１５，１６の外側にガラス繊維に樹脂材料を含浸させたプリプレグ（図示略）を配置する。
このようにすることで、成形工程（Ｓ２０１）において加圧および加熱されてプリプレグ１１，１２，１３，１４，１５，１６から染み出した樹脂材料により形成される樹脂層１０ａ”の外側に炭素繊維複合材料１０”と一体となって硬化したガラス繊維複合材料３０が形成される。

そのため、成形工程（Ｓ２０１）により成形される炭素繊維複合材料１０”の樹脂層１０ａ”の外側にガラス繊維複合材料３０が配置される。
以上のように、成形工程（Ｓ２０１）は、炭素繊維複合材料１０”が研磨材から保護されるように非導電性のガラス繊維複合材料３０が外側に配置された樹脂層１０ａ”を形成する。

図７に示すガラス繊維複合材料３０は、研磨工程において研磨されても、ガラス繊維複合材料３０が残存する限りは樹脂層１０ａ”が研磨されないため、炭素繊維層１０ｂ”が露出することが抑制される。

以上のように、本実施形態の構造体製造方法によれば、成形工程（Ｓ２０１）において、ガラス繊維複合材料３０が樹脂層１０ａ”の外側に配置される。
このようにすることで、ガラス繊維複合材料３０によって、炭素繊維層１０ｂ”が研磨工程（Ｓ２０２）において炭素繊維複合材料１０”の表面から露出しないように保護することができる。

なお、第１実施形態から第３実施形態では、プリプレグを用いて繊維複合材料を成形することとしたが、積層した繊維織物に樹脂材料を含浸させて成形するＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ：真空樹脂含浸工法）などによって成形してもよい。

１０，１０’，１０” 炭素繊維複合材料
１０ａ，１０ａ’，１０ａ” 樹脂層
１０ｂ，１０ｂ’，１０ｂ” 炭素繊維層
１０ｃ 研磨領域
１０ｄ 接着領域
１０ｅ 保護フィラー（耐研磨部材）
１０ｆ 保護支柱（耐研磨部材）
１０ｘ 表面保護層
１０ｙ 研磨層
１１，１２，１３，１４，１５，１６ プリプレグ
２０ 支持部材（他の部材）
３０ ガラス繊維複合材料
１００ 構造体

Claims (10)

1. 炭素繊維複合材料を備える構造体を製造する構造体製造方法であって、
   前記炭素繊維複合材料を成形する成形工程と、
   前記成形工程により成形された前記炭素繊維複合材料の表面を所定硬度の研磨材により研磨する研磨工程と、
   前記研磨工程により研磨された領域の一部に接着剤を介して他の部材を接着させる接着工程と、を備え、
   前記炭素繊維複合材料は、硬化した樹脂材料の内部に炭素繊維が配置された炭素繊維層と、最表面に形成されるとともに前記所定硬度より硬度の低い研磨層と、前記研磨層の内側に形成されるとともに前記炭素繊維層を前記研磨材から保護する前記所定硬度よりも硬度の高い表面保護層と、を有し、
   前記研磨工程においては、前記研磨層の内側に形成された前記表面保護層の表面までが研磨される構造体製造方法。
2. 前記表面保護層は、前記所定硬度よりも硬度の高い耐研磨部材を含む請求項１に記載の構造体製造方法。
3. 前記表面保護層は、粒状の前記耐研磨部材を含む請求項２に記載の構造体製造方法。
4. 前記表面保護層は、複数の柱状の前記耐研磨部材を含む請求項２に記載の構造体製造方法。
5. 樹脂材料を炭素繊維により強化した炭素繊維複合材料を備える構造体を製造する構造体製造方法であって、
   前記炭素繊維に前記樹脂材料を含浸し、該樹脂材料を硬化させて前記炭素繊維複合材料を成形する成形工程と、
   前記成形工程により成形された前記炭素繊維複合材料の表面を所定硬度の研磨材により研磨する研磨工程と、
   前記研磨工程により研磨された領域の一部に接着剤を介して他の部材を接着させる接着工程と、
   前記成形工程は、前記研磨材で研磨されることから前記炭素繊維複合材料を保護する非導電層を前記炭素繊維複合材料の最表面に形成する工程を含み、
   前記研磨工程においては、前記非導電層までが研磨され、
   前記非導電層は、樹脂材料をガラス繊維により強化したガラス繊維複合材料により成形される層である構造体製造方法。
6. 前記所定硬度は、前記成形工程により形成された前記炭素繊維複合材料に含まれる前記樹脂材料よりも高い硬度である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の構造体製造方法。
7. 所定硬度の研磨材により研磨される炭素繊維材料であって、
   硬化した樹脂材料の内部に炭素繊維が配置された炭素繊維層と、
   最表面に形成されるとともに前記所定硬度より硬度の低い研磨層と、
   前記研磨層の内側に形成されるとともに前記炭素繊維層を前記研磨材から保護する前記所定硬度よりも硬度の高い表面保護層と、
   を備える炭素繊維材料。
8. 前記研磨層が前記研磨材に研磨される際には、前記研磨層の内側に形成された前記表面保護層の表面まで研磨される請求項７に記載の炭素繊維材料。
9. 前記成形工程は、
   前記炭素繊維層を形成する工程において、炭素繊維に前記樹脂材料を含浸したプリプレグを積層させ、
   前記表面保護層を形成する工程において、前記積層された複数の前記プリプレグの最表面に、その内部に前記所定硬度よりも硬度の高い耐研磨部材を混入させたプリプレグを積層させ、
   前記研磨層を形成する工程において、前記表面保護層を形成する工程で積層された前記耐研磨部材が混入されたプリプレグの最表面に、樹脂フィルムを積層して積層体を形成し、
   前記積層体の加圧および加熱により、前記積層体の最表面に、前記耐研磨部材が内部に配置されていない前記所定硬度よりも硬度の低い研磨層を形成させるとともに、該研磨層の内側に、前記表面保護層を形成する請求項１に記載の構造体製造方法。
10. 前記成形工程において、炭素繊維に前記樹脂材料を含浸したプリプレグを積層させ、
    前記積層させた複数の前記プリプレグの最表面に、その内部に非電導性部材を混入させたプリプレグを積層させて積層体を形成し、
    前記積層体の加圧および加熱により、前記積層体の最表面に前記炭素繊維複合材料を前記研磨材から保護する非導電層を形成する請求項５に記載の構造体製造方法。

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