JP6677977B2 - テーブル部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、テーブル部材の製造方法に関するものである。

従来、例えば自動車等の大型かつ高重量の構造物が載置された板状のテーブル部材を回転させたり、動揺させたりするテーブル装置がある。例えば、特許文献１には、設置面上に載置される支持手段と、該支持手段によって回動可能に支持される天板（請求項の「テーブル部材」に相当。）と、天板を回動させる駆動手段と、を備えたテーブル装置が記載されている。

特開２００８−２１３６５７号公報

ところで、一般にテーブル部材は、載置された構造物からの荷重を受けるため、高い強度を備える必要がある。また、テーブル部材は、回転時や動揺時の動作速度を確保するために、より軽量であることが望ましい。
上記要求に対し、例えば繊維強化プラスチックによりテーブル部材を形成し、強度の確保と軽量化を実現したものがある。繊維強化プラスチックは、繊維シートに樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂シートを硬化させることで得られる。

しかしながら、一般に繊維強化樹脂シートによりテーブル部材を形成する際には、成形型を用いる必要がある。成形型は、テーブル部材の製造コスト増加の要因となるとともに、成形型の制作に時間が必要となるのでテーブル部材の製造期間が長期化する。したがって、従来のテーブル部材にあっては、コストや製造期間等の観点から、成形型を用いることなく製造することが望まれていた。

そこで本発明は、成形型を用いずに高い強度を有する軽量なテーブル部材を製造できる、テーブル部材の製造方法を提供するものである。

本発明のテーブル部材の製造方法は、構造物が載置されるテーブル部材の製造方法であって、中空の第１部材を、シート状の第２部材により覆い、複数の芯部材を形成する芯部材形成工程と、予め強化繊維シートに樹脂材料を含浸させた第１繊維強化樹脂シートおよび第２繊維強化樹脂シートを所定の方向に並べて配置された前記複数の芯部材の周囲に配置して、テーブル部材の少なくとも一部の外形を形成する外形形成工程と、前記第１繊維強化樹脂シートおよび前記第２繊維強化樹脂シートを硬化させる硬化工程と、を有し、前記外形形成工程は、前記複数の芯部材のそれぞれに前記第１繊維強化樹脂シートを巻回する工程と、前記第１繊維強化樹脂シートが巻回された前記複数の芯部材を一体的に覆うように前記第２繊維強化樹脂シートを配置する工程と、を備える、ことを特徴とする。
上記のテーブル部材の製造方法において、前記第２部材は、炭素繊維またはガラス繊維により形成され、前記第１繊維強化樹脂シートに含まれる繊維の配列方向を前記第２部材に含まれる繊維の配列方向に対して交差させる、ことが望ましい。
本発明によれば、強化繊維シートに樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂シートによりテーブル部材の外形を形成するため、例えばテーブル部材が金属材料により形成された場合と比較して、高い強度を有する軽量なテーブル部材とすることができる。しかも、繊維強化樹脂シートを芯部材の周囲に配置することでテーブル部材の外形を形成するため、芯部材の形状および配置を適宜設定することで、成形型を使用することなくテーブル部材を任意の構造に形成することができる。
また、芯部材は、第２部材の内側に第１部材を備えることにより、構造物の荷重を第１部材で受けることができる。よって、第２部材の内部に第１部材が配置されていない場合と比較して、芯部材の強度を向上させることができる。さらに、第１部材が中空であるため、芯部材が中実に形成されている場合と比較して、芯部材を軽量化することができる。このため、テーブル部材の内部に芯部材を配置することで、テーブル部材の重量の増加を抑制しつつ、テーブル部材の強度を向上させることができる。したがって、成形型を用いずに高い強度を有する軽量なテーブル部材を製造できる。

上記のテーブル部材の製造方法において、前記強化繊維シートは、炭素繊維束を含む、ことが望ましい。
本発明によれば、炭素繊維は、比強度および比弾性率に優れているため、より高い強度を有し、かつより軽量なテーブル部材を製造できる。

上記のテーブル部材の製造方法において、前記硬化工程では、前記第１繊維強化樹脂シートおよび前記第２繊維強化樹脂シートを加圧しつつ加熱硬化させる、ことが望ましい。
本発明によれば、繊維強化樹脂シートを加圧しつつ加熱硬化させるため、繊維強化樹脂シートをより強固に硬化させることができる。したがって、テーブル部材をより高強度に形成することができる。
上記のテーブル部材の製造方法において、前記外形形成工程では、前記第１繊維強化樹脂シートが巻回された前記複数の芯部材を前記所定の方向に沿って隙間なく並べる、ことが望ましい。

本発明によれば、強化繊維シートに樹脂材料を含浸させた繊維強化樹脂シートによりテーブル部材の外形を形成するため、例えばテーブル部材が金属材料により形成された場合と比較して、高い強度を有する軽量なテーブル部材とすることができる。しかも、繊維強化樹脂シートを芯部材の周囲に配置することでテーブル部材の外形を形成するため、芯部材の形状および配置を適宜設定することで、成形型を使用することなくテーブル部材を任意の構造に形成することができる。
また、芯部材は、第２部材の内側に第１部材を備えることにより、構造物の荷重を第１部材で受けることができる。よって、第２部材の内部に第１部材が配置されていない場合と比較して、芯部材の強度を向上させることができる。さらに、第１部材が中空であるため、芯部材が中実に形成されている場合と比較して、芯部材を軽量化することができる。このため、テーブル部材の内部に芯部材を配置することで、テーブル部材の重量の増加を抑制しつつ、テーブル部材の強度を向上させることができる。したがって、成形型を用いずに高い強度を有する軽量なテーブル部材を製造できる。

テーブル部材の斜視図である。 荷重受部の断面図である。 中空部材の斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 テーブル部材の製造方法を示すフローチャートである。 テーブル部材の製造方法を示す工程図である。 テーブル部材の製造方法を示す工程図である。 テーブル部材の製造方法を示す工程図である。 テーブル部材の製造方法を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（テーブル部材の構成）
最初に、図１から図４に基づいて、テーブル部材の構成について説明する。
図１は、テーブル部材の斜視図である。
図１に示すように、テーブル部材１は、円板状に形成されている。テーブル部材１は、鉛直上方に面するように配置されるとともに構造物が載置される平面状の載置面１０と、載置面１０よりも下方に設けられ、構造物の荷重を受ける荷重受部２０と、荷重受部２０に連結される一対の補助テーブル４０と、を有する。

テーブル部材１は、載置面１０の法線方向（以下、単に「法線方向」という。）から見て、一対の平行かつ同じ長さの弦に相当する部分において３個に分割されている。テーブル部材１の分割された３つの部材うち、中央部分が荷重受部２０とされ、両端部分がそれぞれ補助テーブル４０とされている。なお、以下の説明では、載置面１０の面方向内において、荷重受部２０と補助テーブル４０との連結部分の延在方向を第１方向と定義して矢印Ｌ１を付す。また、載置面１０の面方向内において、第１方向に直交する方向を第２方向と定義して矢印Ｌ２を付す。さらに、法線方向には矢印Ｌ３を付す。

荷重受部２０は、第１方向Ｌ１に沿って延びる複数（本実施形態では１０個）の芯部材２１と、芯部材２１の周囲に配置された充填部材３１と、を備えている。
図２は、荷重受部を第１方向から見た断面図である。
図１および図２に示すように、芯部材２１は、第１方向Ｌ１に沿って延びる角柱状に形成されている。複数の芯部材２１は、第２方向Ｌ２に間隔をあけて配置されている。隣り合う芯部材２１同士の間隔は、略同一となっている。芯部材２１は、外殻を形成するシート部材２２（請求項の「第２部材」に相当。）と、シート部材２２の内側に配置された中空の中空部材２４（請求項の「第１部材」に相当。）と、を有する。

図３は、中空部材の斜視図である。
図３に示すように、中空部材２４は、例えばアルミニウム等の金属材料や、樹脂材料等により形成されている。中空部材２４は、法線方向Ｌ３に沿うように中心軸が配置された筒体２５が、第１方向Ｌ１および第２方向Ｌ２に沿うように（すなわち載置面１０の面方向に沿うように）複数配列されて形成された、いわゆるハニカム構造を有する。各筒体２５は、法線方向Ｌ３から見て正六角形状に形成されている。

図２に示すように、シート部材２２は、炭素繊維により形成されたシート状の部材等により形成されている。シート部材２２は、中空部材２４の第１方向Ｌ１における両端面を除く表面全体を覆うように配置されている。

充填部材３１は、炭素繊維強化プラスチックにより形成されている。充填部材３１は、テーブル部材１の外縁部に対応する部分を除いて、芯部材２１の表面全体を覆うように配置されている（図１参照）。充填部材３１は、法線方向Ｌ３における複数の芯部材２１の両側に配置された一対の平板部３２と、隣り合う芯部材２１同士の間に配置された複数のリブ３３と、を有する。リブ３３は、一対の平板部３２同士を接続している。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
ここで、図４に示すように、荷重受部２０には、隣り合うリブ３３同士の間隔が、他の領域よりも狭い領域Ｓが形成されている。具体的に、図１に示すように、複数の芯部材２１のうち、第２方向Ｌ２における中央部に位置する複数（本実施形態では４個）の芯部材２１Ａは、複数の芯部材２１Ａよりも第２方向Ｌ２の外側に位置する複数（本実施形態では６個）の芯部材２１Ｂよりも、第２方向Ｌ２における幅寸法が小さくなっている。これにより、荷重受部２０の第２方向Ｌ２における中央部では、荷重受部２０の第２方向Ｌ２における両端部よりも隣り合うリブ３３同士の間隔が狭くなっている。隣り合うリブ３３同士の間隔が他の領域よりも狭い領域Ｓは、リブ３３の密度が高くなることで強度が向上している。

図４に示すように、荷重受部２０の第２方向Ｌ２の両端縁には、載置面１０に沿って第２方向Ｌ２に向かって張り出した突出板部２０ａが形成されている。突出板部２０ａは、補助テーブル４０の後述する段差部４１に係合する。
また、図１に示すように、荷重受部２０の中心部には、荷重受部２０を法線方向Ｌ３に貫通する軸孔３７が形成されている。軸孔３７は、隣り合うリブ３３同士の間隔が他の領域よりも狭い領域Ｓに形成されている。軸孔３７には、図示しないテーブル駆動部が連結される。荷重受部２０は、補助テーブル４０とともに、テーブル駆動部により回転されたり動揺されたりする。

図４に示すように、補助テーブル４０は、例えば金属材料等により形成されている。補助テーブル４０の第２方向Ｌ２における内側の端縁には、荷重受部２０の突出板部２０ａと重なる段差部４１が形成されている。補助テーブル４０は、荷重受部２０に対して連結部材３により連結されている。

連結部材３は、テーブル部材１の載置面１０とは反対側の面（以下、「非載置面１１」という。）に配置されている。連結部材３は、例えばＴ形鋼等であり、第２方向Ｌ２に沿って延在している。連結部材３は、荷重受部２０および補助テーブル４０に対して、例えばボルト等の締結部材４により締結固定されている。
また、荷重受部２０の非載置面１１には、キャスター５が取り付けられている。キャスター５は、例えばテーブル部材１を床面上で移動させる際に用いられる。

（テーブル部材の製造方法）
次に、図５から図９に基づいて、テーブル部材１の製造方法について説明する。なお、以下の説明における各構成部品の符号については、図１から図４を参照されたい。
図５は、テーブル部材の製造方法を示すフローチャートである。図６から図９は、テーブル部材の製造方法を示す工程図であって、図１のＩＶ−ＩＶ線に相当する部分における拡大断面図である。

図５に示すように、本実施形態のテーブル部材の製造方法は、荷重受部２０を形成する荷重受部形成工程Ｓ１０と、荷重受部２０と補助テーブル４０とを連結する連結工程Ｓ２０と、を有する。

まず、荷重受部形成工程Ｓ１０を行う。荷重受部形成工程Ｓ１０は、芯部材２１を形成する芯部材形成工程Ｓ１１と、強化繊維シートに樹脂を含浸させたプリプレグ５１（請求項の「繊維強化樹脂シート」に相当。図９参照。）により荷重受部２０（テーブル部材１の一部）の外形を形成する外形形成工程Ｓ１３と、プリプレグ５１を硬化させる硬化工程Ｓ１５と、を有する。

荷重受部形成工程Ｓ１０では、最初に芯部材形成工程Ｓ１１を行う。図６に示すように、芯部材形成工程Ｓ１１では、中空部材２４の周囲をシート部材２２により覆い、芯部材２１を形成する。具体的には、例えば作業台に広げて配置されたシート部材２２上に、中空部材２４を載せる。次いで、中空部材２４の周囲のシート部材を、中空部材２４の上面に被せるように配置する。これにより、中空部材２４の周囲がシート部材２２により覆われる。以上で芯部材形成工程Ｓ１１が終了する。

続いて、外形形成工程Ｓ１３を行う。外形形成工程Ｓ１３では、炭素繊維束を含む強化繊維シートに、エポキシ樹脂等の樹脂材料を含浸させたプリプレグ５１（プリプレグ５１Ａ，５１Ｂ）を芯部材２１の周囲に配置して、荷重受部２０の外形を形成する。
具体的には、図７に示すように、まず各芯部材２１の周囲に、第１方向Ｌ１から見た芯部材２１の中心軸と同軸になるようにプリプレグ５１Ａを巻回する。各芯部材２１に巻回されるプリプレグ５１Ａの総厚は、完成した荷重受部２０のリブ３３の第２方向Ｌ２における厚さに応じて設定される（詳細は後述）。本実施形態では、各芯部材２１に巻回されたプリプレグ５１Ａの総厚がそれぞれ同等となるように、プリプレグ５１Ａを巻回する。この際、プリプレグ５１Ａに含まれる炭素繊維の配列方向を、シート部材２２に含まれる炭素繊維の配列方向に対して交差させることが望ましい。これにより、完成した荷重受部２０の複数の方向における曲げ強度を向上させることができる。

次いで、図８に示すように、プリプレグ５１Ａが巻回された各芯部材２１を、各芯部材２１の延在方向を第１方向Ｌ１と一致させた状態で、第２方向Ｌ２に沿って隙間なく並べる。このとき、隣り合う芯部材２１同士の間には、各芯部材２１に巻回されたプリプレグ５１Ａが各芯部材２１同士の間を埋めるように配置されている。各芯部材２１同士の間に配置されたプリプレグ５１Ａは、完成した荷重受部２０の充填部材３１のリブ３３となる。このため、リブ３３の厚さは、各芯部材２１に巻回されたプリプレグ５１Ａの総厚を合わせた厚さとなる。

次いで、図９に示すように、並べて配置された複数の芯部材２１を一体的に覆うように、プリプレグ５１Ｂを配置する。具体的に、複数の芯部材２１全体の周囲に、第１方向Ｌ１から見た芯部材２１の中心軸と同軸になるようにプリプレグ５１Ｂを巻回して、荷重受部２０の外形を形成する。複数の芯部材２１に巻回されるプリプレグ５１Ｂの総厚は、各芯部材２１に巻回されるプリプレグ５１Ａの総厚とともに、完成した荷重受部２０の平板部３２の法線方向Ｌ３における厚さに応じて設定される（詳細は後述）。この際、プリプレグ５１Ｂに含まれる炭素繊維の配列方向を、プリプレグ５１Ａに含まれる炭素繊維の配列方向と交差させることが望ましい。これにより、完成した荷重受部２０の複数の方向における曲げ強度を向上させることができる。

ここで、各芯部材２１の法線方向Ｌ３における両側に配置されたプリプレグ５１Ａ，５１Ｂは、完成した荷重受部２０の充填部材３１の平板部３２となる。このため、平板部３２の厚さは、各芯部材２１に巻回されたプリプレグ５１Ａの総厚と複数の芯部材２１に巻回されたプリプレグ５１Ｂの総厚とを合わせた厚さとなる。

続いて、硬化工程Ｓ１５を行う。硬化工程Ｓ１５では、プリプレグ５１を硬化させる。
具体的には、外形形成工程Ｓ１３で荷重受部２０の外形形状に形成されたプリプレグ５１Ａ，５１Ｂを、各芯部材２１を内包した状態で加熱硬化させる。この際、オートクレーブを用いてプリプレグ５１Ａ，５１Ｂを加圧しつつ加熱硬化させることで、プリプレグ５１Ａ，５１Ｂの各層を確実に密着させることができる。プリプレグ５１Ａ，５１Ｂを硬化させることで、荷重受部２０の充填部材３１が形成される。

次に、連結工程Ｓ２０を行う。連結工程Ｓ２０では、荷重受部形成工程Ｓ１０で形成された荷重受部２０と、別途形成された補助テーブル４０とを、連結部材３および締結部材４により固定する。
最後に、荷重受部２０に軸孔３７を形成するとともに、テーブル部材１の非載置面１１にキャスター５を取り付ける。
以上により、テーブル部材１の製造が完了する。

このように、本実施形態のテーブル部材１の製造方法は、中空の中空部材２４を、シート状のシート部材２２により覆い、芯部材２１を形成する芯部材形成工程Ｓ１１と、強化繊維シートに樹脂材料を含浸させたプリプレグ５１を芯部材２１の周囲に配置して荷重受部２０の外形を形成する外形形成工程Ｓ１３と、プリプレグ５１を硬化させる硬化工程Ｓ１５と、を有する。
この構成によれば、強化繊維シートに樹脂材料を含浸させたプリプレグ５１により荷重受部２０の外形を形成するため、例えばテーブル部材が金属材料により形成された場合と比較して、高い強度を有する軽量なテーブル部材１とすることができる。しかも、プリプレグ５１を芯部材２１の周囲に配置することで荷重受部２０の外形を形成するため、芯部材２１の形状および配置を適宜設定することで、成形型を使用することなくテーブル部材１を任意の構造に形成することができる。

また、芯部材２１は、シート部材２２の内側に中空部材２４を備えることにより、構造物の荷重を中空部材２４で受けることができる。よって、シート部材２２の内部に中空部材２４が配置されていない場合と比較して、芯部材２１の強度を向上させることができる。さらに、中空部材２４が中空であるため、芯部材２１が中実に形成されている場合と比較して、芯部材２１を軽量化することができる。このため、テーブル部材１の内部に芯部材２１を配置することで、テーブル部材１の重量の増加を抑制しつつ、テーブル部材１の強度を向上させることができる。したがって、成形型を用いずに高い強度を有する軽量なテーブル部材１を製造できる。

しかも、上記構成では、プリプレグ５１を芯部材２１の周囲に配置するため、芯部材２１の形状や配置、個数を適宜設定した上で、芯部材２１の周囲に配置するプリプレグ５１の密度を任意に設定することができる。このため、例えばテーブル部材１（荷重受部２０）の強度を向上させたい領域において、芯部材２１の周囲に巻回するプリプレグ５１を増やし、完成時のリブ３３の厚さを厚くする等して、テーブル部材１（荷重受部２０）を任意の位置において補強することができる。したがって、テーブル部材１に対する設計の自由度を向上させることができる。

また、炭素繊維は、比強度および比弾性率に優れているため、プリプレグ５１が炭素繊維束を含む強化繊維シートに形成されることで、より高い強度を有し、かつより軽量なテーブル部材１を製造できる。

また、硬化工程Ｓ１５では、プリプレグ５１を加圧しつつ加熱硬化させるため、プリプレグ５１をより強固に硬化させることができる。したがって、テーブル部材をより高強度に形成することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、外形形成工程Ｓ１３において、各芯部材２１に対して各別にプリプレグ５１Ａを巻回した後、各芯部材２１を一体的に覆うようにプリプレグ５１Ｂを巻回した。しかしながら、プリプレグの配置方法は上記形態に限定されるものではない。例えば、芯部材２１の周囲に配置されるプリプレグは、上記実施形態におけるプリプレグ５１Ｂを省略し、各芯部材２１に対して各別に巻回されたプリプレグ５１Ａのみであってもよい。

また、上記実施形態においては、プリプレグ５１は、炭素繊維束を含む強化繊維シートにより形成されていたが、これに限定されるものではない。プリプレグは、例えばガラス繊維やアラミド繊維等を含む強化繊維シートにより形成されてもよい。すなわち、充填部材は、ガラス繊維強化プラスチックやアラミド繊維強化プラスチック等の繊維強化プラスチックであってもよい。

また、上記実施形態においては、シート部材２２は、炭素繊維により形成されたシート状の部材により形成されていたが、これに限定されるものではない。シート部材は、例えばガラス繊維や、樹脂材料、金属材料等により形成されたシート状の部材等であってもよい。

また、上記実施形態においては、荷重受部２０と補助テーブル４０とが連結部材３により連結されていたが、これに限定されるものではない。荷重受部と補助テーブルとは、例えば嵌合や継合、接着等により連結されてもよい。

また、上記実施形態においては、中空部材２４は軸方向から見て正六角形状の筒体２５が複数配列された、いわゆるハニカム構造を有していたが、これに限定されるものではない。例えば、中空部材は、軸方向から見て円形状や三角形状、四角形状等の筒体が複数配列されて形成されていてもよい。また、中空部材は、立方体状の箱体が空間充填された構造や、１２面体状の箱体および１４面体状の箱体が空間充填された構造等であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…テーブル部材 ２１…芯部材 ２２…シート部材（第２部材） ２４…中空部材（第１部材） ５１…プリプレグ（繊維強化樹脂シート） Ｓ１１…芯部材形成工程 Ｓ１３…外形形成工程 Ｓ１５…硬化工程

Claims (5)

1. 構造物が載置されるテーブル部材の製造方法であって、
   中空の第１部材を、シート状の第２部材により覆い、複数の芯部材を形成する芯部材形成工程と、
   予め強化繊維シートに樹脂材料を含浸させた第１繊維強化樹脂シートおよび第２繊維強化樹脂シートを所定の方向に並べて配置された前記複数の芯部材の周囲に配置して、テーブル部材の少なくとも一部の外形を形成する外形形成工程と、
   前記第１繊維強化樹脂シートおよび前記第２繊維強化樹脂シートを硬化させる硬化工程と、
   を有し、
   前記外形形成工程は、
   前記複数の芯部材のそれぞれに前記第１繊維強化樹脂シートを巻回する工程と、
   前記第１繊維強化樹脂シートが巻回された前記複数の芯部材を一体的に覆うように前記第２繊維強化樹脂シートを配置する工程と、
   を備える、
   ことを特徴とするテーブル部材の製造方法。
2. 前記第２部材は、炭素繊維またはガラス繊維により形成され、
   前記第１繊維強化樹脂シートに含まれる繊維の配列方向を前記第２部材に含まれる繊維の配列方向に対して交差させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のテーブル部材の製造方法。
3. 前記強化繊維シートは、炭素繊維束を含む、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテーブル部材の製造方法。
4. 前記硬化工程では、前記第１繊維強化樹脂シートおよび前記第２繊維強化樹脂シートを加圧しつつ加熱硬化させる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のテーブル部材の製造方法。
5. 前記外形形成工程では、前記第１繊維強化樹脂シートが巻回された前記複数の芯部材を前記所定の方向に沿って隙間なく並べる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のテーブル部材の製造方法。

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