JP7191809B2 - 繊維強化複合材及び繊維強化複合材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化複合材及び繊維強化複合材の製造方法に関する。

特許文献１は、曲がりパイプの製造方法について記載している。
図２０に示すように、弾性を有する外層被覆材６１と、液相と固相とに相変化自在な内部充填材６２とで構成されたマンドレル６３を用いている。内部充填材６２が固相の状態で、マンドレル６３に対して糸状のプリプレグをブレイディング成形する。ブレイディング成形によって得られた成形体６４において、プリプレグは、パイプの軸方向に対して所定の傾斜角度となるように編み込まれる。

図２１に示すように、内部充填材６２を液相にしてマンドレル６３を任意の形状に変形可能にした後、マンドレル６３とともに成形体６４を曲線状の型溝が形成された金型６５内に配置して樹脂を硬化させる。

図２２に示すように、内部充填材を抜き取ってマンドレル６３を取り外すことにより、曲がりパイプ６０を製造している。

特開２００４－１７４１２号公報

特許文献１の曲がりパイプ（繊維強化複合材）６０の製造方法では、ブレイディング成形を行った後でマンドレル６３とともに成形体６４を曲げている。そのため、曲がりパイプ（繊維強化複合材）６０の外表面における局所的な位置である屈曲部の外側と内側とにおいて、曲がりパイプ（繊維強化複合材）６０の軸方向に対するプリプレグの傾斜角度が異なった状態となりやすい。

すなわち、図２に示すように、屈曲部以外の直線状の箇所におけるプリプレグ（以下、「第１ＵＤテープ」ともいう。）３０ａの傾斜角度α１に対して、図３に示すように、屈曲部の外側Ｐ１における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α２は小さくなりやすい。

また、図４に示すように、屈曲部の内側Ｐ２における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α３は、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１に比べて大きくなりやすい。
屈曲部の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおいて第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度が異なることにより、屈曲部の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおいて、弾性率や、強度等の特性に差が生じやすくなるという課題を有している。

また、特許文献１の曲がりパイプ（繊維強化複合材）６０の、ブレイディング成形によって得られた成形体６４において、成形体６４に用いられる樹脂が、仮に、熱可塑性樹脂であると、弾性を有する外層被覆材６１と、液相と固相とに相変化自在な内部充填材６２とで構成されたマンドレル６３の耐熱性にも課題を有する。仮に、熱可塑性樹脂として、３００℃を超える融点を有するＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）を用いた場合など、これに対応できるマンドレルは存在しない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、屈曲部を有する繊維強化複合材であって、局所的な特性の差が小さい繊維強化複合材及び繊維強化複合材の製造方法を提供することにある。

また、さらには、ＵＤテープの樹脂が熱可塑性樹脂であっても同様の効果を有する繊維強化複合材、及び、繊維強化複合材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための繊維強化複合材は、ＵＤテープが所定の傾斜角度で管状に編み込まれた状態で形成された繊維強化複合材であって、前記繊維強化複合材は、当該繊維強化複合材の軸方向に対して屈曲した屈曲部を備えており、前記繊維強化複合材の外表面における前記屈曲部の外側と内側とにおいて、前記傾斜角度は等しく構成されていることを要旨とする。

この構成によれば、繊維強化複合材の外表面における屈曲部の外側と内側とにおいて傾斜角度は等しく構成されている。そのため、屈曲部を有する繊維強化複合材において、局所的な特性の差を小さくすることができる。

上記繊維強化複合材について、前記傾斜角度は、３０～５０°の範囲内における±６°以内の角度であることが好ましい。この構成によれば、ＵＤテープの傾斜角度が、繊維強化複合材の特性を向上させるうえで好適なものとなる。

上記繊維強化複合材について、前記ＵＤテープに含浸された樹脂が熱可塑性樹脂であることが好ましい。この構成によれば、ＵＤテープに含浸された樹脂が熱硬化性樹脂である態様に比べて、ＵＤテープの成形性を向上させやすいため、繊維強化複合材の寸法精度を向上させることが容易になる。

上記課題を解決するための繊維強化複合材の製造方法は、ＵＤテープが所定の傾斜角度で管状に編み込まれた状態で形成され、軸方向に対して屈曲した屈曲部を備える繊維強化複合材であって、前記繊維強化複合材の外表面における前記屈曲部の外側と内側とにおいて、前記傾斜角度は等しく構成されている繊維強化複合材の製造方法であって、複数のマンドレル部材を連結して、複数の屈曲部と複数のテーパ部の少なくともいずれか一方を備えるマンドレルを組み立てるマンドレル組立工程と、前記マンドレル組立工程で得られたマンドレルに対してＵＤテープを用いてブレイディング成形を行うブレイディング成形工程と、前記ブレイディング成形工程で得られた成形体を切断する切断工程と、切断された成形体から前記マンドレルを引き抜く脱芯工程とを有することを要旨とする。

この構成によれば、複数の屈曲部を備えるマンドレルを用いてブレイディング成形を行うことにより、繊維強化複合材の外表面における屈曲部の外側と内側とにおいてＵＤテープの傾斜角度を等しくすることができる。そのため、屈曲部を有しつつ、局所的な特性の差が小さい繊維強化複合材を製造することができる。

上記繊維強化複合材の製造方法について、前記ブレイディング成形工程で得られた成形体の表面に樹脂フィルムを巻回し、さらに前記樹脂フィルムの表面に高収縮テープを巻回した後、加熱処理を行って前記樹脂フィルムを構成する樹脂を前記成形体に含浸する含浸工程を有することが好ましい。この構成によれば、成形体に含浸された樹脂によって、ＵＤテープ同士の接点をより好適に固定することができる。また、ＵＤテープが編組されることにより生じる編組隙間を樹脂フィルムを構成する樹脂で埋めることができるため、成形体の表面をより平滑にすることができる。

上記繊維強化複合材の製造方法について、前記ブレイディング成形工程において、ブレイディング成形を行う位置に前記マンドレルが常に位置するように、自動送り手段によって前記マンドレルを移動させることが好ましい。この構成によれば、手動でマンドレルを移動させる態様に比べて、より安定した状態でブレイディング成形を行うことができる。

本発明によれば、屈曲部を有する繊維強化複合材における局所的な特性の差を小さくすることができる。

第１実施形態の繊維強化複合材の斜視図。 第１実施形態の繊維強化複合材の直線状の箇所の平面図。 従来技術の繊維強化複合材における屈曲部外側の平面図。 従来技術の繊維強化複合材における屈曲部内側の平面図。 第１実施形態のマンドレル部材の斜視図。 第１実施形態のマンドレル部材の断面図。 第１実施形態の継手の斜視図。 第１実施形態の継手の断面図。 第１実施形態のマンドレルの断面図。 第１実施形態のマンドレルの側面図。 ブレイディング装置を側面視した模式図。 ブレイディング装置を平面視した模式図。 第２実施形態の繊維強化複合材の斜視図。 第２実施形態のマンドレル部材の斜視図。 第２実施形態のマンドレル部材の断面図。 第２実施形態の継手の斜視図。 第２実施形態の継手の断面図。 第２実施形態のマンドレルの断面図。 第２実施形態のマンドレルの側面図。 従来技術のブレイディング成形体の断面図。 従来技術の曲げ加工を行う金型の斜視図。 従来技術の曲げパイプの斜視図。 別の従来技術のマンドレル部材の斜視図。 別の従来技術のマンドレル部材の側面図。 別の従来技術のマンドレル部材を用いたブレイディング成形におけるマンドレル部材と成形体の断面図。

（第１実施形態）
繊維強化複合材の第１実施形態を説明する。
図１、２に示すように、繊維強化複合材１０はＵＤテープ３０が管状に編み込まれて形成されている。繊維強化複合材１０の軸方向に対して直交する横断面において、繊維強化複合材１０の外周形状は円形状であるとともに、内周形状も円形状で構成されている。

繊維強化複合材１０は、軸方向に対して屈曲した屈曲部２０を有している。屈曲部２０は、繊維強化複合材１０の長手方向における中央部に設けられている。屈曲部２０の屈曲角度βは、特に限定されないが、２～３０°であることが好ましく、３～２０°であることがより好ましい。ここで、屈曲角度βは、繊維強化複合材１０の一端側の端部１０ａから屈曲部２０に向かう軸方向である第１軸方向Ｄ１と、屈曲部２０から繊維強化複合材１０の他端側の端部１０ｂに向かう軸方向である第２軸方向Ｄ２とのなす角度を意味するものとする。言い換えれば、繊維強化複合材１０の第１軸方向Ｄ１と第２軸方向Ｄ２は、屈曲角度βだけ傾斜した状態で交差している。

ＵＤテープ３０は、繊維強化複合材１０の軸方向に対して所定の傾斜角度となるように配向した状態で編み込まれている。ここで、ＵＤテープ３０は、複数の繊維が一方向に配向した状態で樹脂が含浸されて形成されたテープを意味するものとする。

ＵＤテープ３０を構成する樹脂としては、特に限定されず、公知の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。ＵＤテープ３０を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂であると、熱硬化性樹脂に比べてＵＤテープ３０の成形性を向上させやすいため好ましい。

ＵＤテープ３０に用いられる熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。ＵＤテープ３０に用いられる熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂（以下、「ポリアミド樹脂」ともいう。）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂（以下、「ＡＢＳ樹脂」ともいう。）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（以下、「ＰＥＥＫ樹脂」ともいう。）等を用いることができる。その中でも、ポリアミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂は成形しやすいため好ましい。さらに、ＰＥＥＫ樹脂は、耐熱性に優れるためより好ましい。

ＵＤテープ３０において一方向に配向した繊維としては、特に限定されず、繊維強化複合材に用いられる公知の繊維を用いることができる。ＵＤテープ３０に用いられる繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維を挙げることができる。その中でも、炭素繊維は、引張弾性率、引張強度等の特性に優れるため好ましい。

ＵＤテープ３０の長さは、特に限定されず、２０ｍ以上であることが好ましく、３０～２００ｍであることがより好ましい。
ＵＤテープ３０の厚さは特に限定されず、０．１～０．５ｍｍであることが好ましく、０．１～０．３ｍｍであることがより好ましい。

ＵＤテープ３０の幅は、特に限定されず、１．０～１０ｍｍであることが好ましい。中でも、ＰＥＥＫ樹脂の場合は、１．５～３ｍｍであることがより好ましい。
ただし、ＵＤテープ３０は、一方向に配向した繊維が樹脂によって含浸されており、その形態は、幅５０～３００ｍｍのシート状のものをスリット加工を施すことによって、上記に示すＵＤテープ３０の幅を有するようにしてもよい。

図２に繊維強化複合材１０の平面図を示す。
図２において、左右方向が繊維強化複合材１０の軸方向とし、図２の左側を繊維強化複合材１０の一端側、右側を繊維強化複合材１０の他端側とする。繊維強化複合材１０の径方向の中央部Ｍを基準として、繊維強化複合材１０の他端側に向かう軸方向を０°とする。中央部Ｍから、繊維強化複合材１０の他端側に対して左側（図２の上側）の傾斜角度をプラスの角度で表し、繊維強化複合材１０の他端側に対して右側（図２の下側）の傾斜角度をマイナスの角度で表す。

図２に示すように、繊維強化複合材１０は、繊維強化複合材１０の軸方向に対して左側に傾斜角度α１で傾斜した第１ＵＤテープ３０ａと、繊維強化複合材１０の軸方向に対して右側に傾斜角度－α１で傾斜した第２ＵＤテープ３０ｂとを有している。第１ＵＤテープ３０ａと第２ＵＤテープ３０ｂは、後述のようにブレイディング成形されている。

なお、繊維強化複合材１０を平面視すると、第１ＵＤテープ３０ａと第２ＵＤテープ３０ｂは、繊維強化複合材１０の径方向外側ほど曲率が大きな曲線状に構成されているが、中央部Ｍから直線状に延びていると仮定して傾斜角度を決定するものとする。

第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１は、特に限定されないが、３０～５０°の範囲内であることが好ましく、３５～４５°の範囲内であることがより好ましい。
第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１は、上記第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１と正負が逆であることを除いて、同様に構成されていることが好ましい。

繊維強化複合材１０は、中央糸として繊維強化複合材１０の軸方向に沿って延びるＵＤテープ３０である第３ＵＤテープ（図示省略）、及び／又は、中央糸として繊維強化複合材の軸方向に沿って延びる金属繊維（図示省略）を有している。

金属繊維としては、特に限定されず、ステンレス製の繊維を用いることができる。
後述のように、第１ＵＤテープ３０ａと第２ＵＤテープ３０ｂが所定の傾斜角度α１、－α１となりつつ、第３ＵＤテープ、及び／又は、金属繊維が軸方向に沿って延びるようにブレイディング成形を行うことによって、第１ＵＤテープ３０ａ、第２ＵＤテープ３０ｂ、及び、中央糸は管状に編み込まれている。

図２に示すように、本実施形態の繊維強化複合材１０において、屈曲部２０以外の直線状の箇所における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１は、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおける第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度と等しく構成されている。また、屈曲部２０以外の直線状の箇所における第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１は、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおける第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度と等しく構成されている。

なお、図１に示すように、屈曲部２０の外側Ｐ１とは、繊維強化複合材１０の外表面における屈曲部２０の屈曲中心側とは反対側を意味するものとする。屈曲部２０の内側Ｐ２とは、繊維強化複合材１０の外表面における屈曲部２０の屈曲中心側を意味するものとする。

屈曲部２０以外の直線状の箇所における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１が、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおける第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度と等しく構成されるとは、屈曲部２０以外の直線状の箇所、屈曲部２０の外側Ｐ１、及び、屈曲部２０の内側Ｐ２において、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度が揃っていることを意味するものとする。

同様に、屈曲部２０以外の直線状の箇所における第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１が、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおける第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度と等しく構成されるとは、屈曲部２０以外の直線状の箇所、屈曲部２０の外側Ｐ１、及び、屈曲部２０の内側Ｐ２において、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度が揃っていることを意味するものとする。

言い換えれば、本実施形態の繊維強化複合材１０は、直線状の箇所、屈曲部２０の外側Ｐ１、及び、屈曲部２０の内側Ｐ２のいずれにおいても、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度は一定に構成され、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度は一定に構成されている。

第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度が揃っている状態としては、特に限定されないが、直線状の箇所、屈曲部２０の外側Ｐ１、及び、屈曲部２０の内側Ｐ２のいずれにおいても、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度の差（（α１－α２）、及び、（α１－α３））が、±３°以内であることが好ましく、±２°以内であることがより好ましい。第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１も同様に構成されていることが好ましい。

言い換えれば、直線状の箇所、屈曲部２０の外側Ｐ１、及び、屈曲部２０の内側Ｐ２のいずれにおいても、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１は、±６°以内の角度であることが好ましく、±４°以内の角度であることがより好ましい。

第１実施形態の繊維強化複合材１０の製造方法について説明する。
繊維強化複合材１０は、以下に記載するマンドレル組立工程、ブレイディング成形工程、含浸工程、切断工程、脱芯工程を順に経ることにより製造される。

（マンドレル組立工程）
マンドレル組立工程は、複数のマンドレル部材を連結して、複数の屈曲部を備えるマンドレルを組み立てる工程である。

図５、６に示すように、マンドレル部材４０は、円柱状に構成されている。マンドレル部材４０の両端部には、マンドレル部材４０の軸方向に直交する横断面に対して、傾斜面４０ａが形成されている。両傾斜面４０ａの中央には、継手が挿入される挿入孔４０ｂが軸方向に沿って設けられている。

ここで、傾斜面４０ａの傾斜角度は、図１に示される屈曲部２０の屈曲角度βに対して、β／２とする。
図７～９に示すように、複数のマンドレル部材４０は、挿入孔４０ｂに挿入された継手４１を介して連結される。継手４１は、円柱状に構成されており、軸方向の中央部に、屈曲部４１ａが設けられている。継手４１の屈曲部４１ａにおける屈曲角度γは、繊維強化複合材１０の屈曲部２０の屈曲角度βと等しく構成されている。

マンドレル部材４０の材質は特に限定されず、マンドレル４２に用いられる公知の材質を採用することができる。マンドレル部材４０の材質としては、主に鉄鋼で、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼等を用いることができる。継手４１の材質も特に限定されないが、マンドレル部材４０と同じ材質であることが好ましい。

図９に示すように、継手４１の一端側を一方のマンドレル部材４０の挿入孔４０ｂに挿入し、継手４１の他端側を他方のマンドレル部材４０の挿入孔４０ｂに挿入することにより、２つのマンドレル部材４０は連結される。２つのマンドレル部材４０は同一形状で構成されており、一方のマンドレル部材４０に対して、他方のマンドレル部材４０を周方向に１８０°回転させた状態で２つのマンドレル部材４０は連結される。

図１０に示すように、同様にして複数のマンドレル部材４０を連結することにより、複数の屈曲部４２ａを備えるマンドレル４２が組み立てられる。
（ブレイディング成形工程）
ブレイディング成形工程は、組立工程で得られたマンドレル４２に対してブレイディング装置５０を用いてＵＤテープ３０を管状に編み込む工程である。

図１１、１２に示すように、載置台５１には収容溝５１ａが設けられており、この収容溝５１ａに収容された状態でマンドレル４２を載置する。収容溝５１ａの幅は、マンドレル４２の幅方向の寸法よりも大きく構成されており、収容溝５１ａ内にマンドレル４２は遊嵌された状態で収容されている。

ここで、図１０に示すように、マンドレル４２の幅方向の寸法とは、マンドレル４２が延びる方向である長手方向に直交する方向の寸法であって、隣り合う屈曲部４２ａの頂点間の長さＴを意味するものとする。

図１１に示すように、収容溝５１ａ内におけるマンドレル４２の後端部には、マンドレル４２をブレイディング装置５０側へ移動させる押し棒５２が配置されている。載置台５１には、押し棒５２を所定の速度で移動させる駆動装置５４が取り付けられている。駆動装置５４で押し棒５２を移動させると、マンドレル４２の後端部が押されることにより、マンドレル４２はブレイディング装置５０に対して自動的に移動する。そのため、押し棒５２及び駆動装置５４は、マンドレル４２を自動的に移動させる自動送り装置として機能する。

図１１、１２に示すように、マンドレル４２を自動的に移動させてブレイディング装置５０を通過させながら、マンドレル４２に対して第１ＵＤテープ３０ａ、第２ＵＤテープ３０ｂ、中央糸としての第３ＵＤテープ３０ｃ、及び、中央糸としての金属繊維３１を用いてブレイディング成形を行う。

第１ＵＤテープ３０ａ、及び、第２ＵＤテープ３０ｂは、ブレイディング装置５０に設けられたボビン５０ａからキャリア５０ｂを通じて供給され、編組部Ａにおいて編み込まれる。

ブレイディング成形を行うと、第１ＵＤテープ３０ａ及び第２ＵＤテープ３０ｂからマンドレル４２に対して張力が加わる。この張力は、径方向外側からマンドレル４２の全周に略均等に加わる。

マンドレル４２は収容溝５１ａに遊嵌されているため、第１ＵＤテープ３０ａ及び第２ＵＤテープ３０ｂからの張力に応じて、マンドレル４２の長手方向の向きを変更することができるように構成されている。マンドレル４２におけるブレイディング成形が行われている編組部Ａでは、径方向外側から略均等に張力が加わることによって、マンドレル４２の軸方向がマンドレル４２の搬送方向に沿う状態となる。これにより、マンドレル４２の屈曲部４２ａにブレイディング成形を行う際にも、マンドレル４２の軸方向がマンドレル４２の搬送方向に沿う状態となる。言い換えれば、常に、マンドレル４２が芯出しされた状態で、ブレイディング成形が行われることになる。

ブレイディング成形によって得られる成形体５３は、成形体５３の搬送方向の前方に配置された把持装置５５において把持（チャック）される。把持装置５５は、移動ベルト５６上に取り付けられており、移動ベルト５６の移動に合わせて、搬送方向に移動することができるように構成されている。把持装置５５を移動させることによって、成形体５３を搬送方向に沿って引き出すことができるように構成されている。把持装置５５の移動速度は、マンドレル４２の後端部を押す押し棒５２の移動速度と略等しくなるように構成されている。

（含浸工程）
含浸工程は、ブレイディング成形工程で得られた成形体５３の表面に樹脂フィルムを巻回し、さらに樹脂フィルムの表面に高収縮テープを巻回した後、加熱処理を行って樹脂フィルムを構成する樹脂を成形体５３に含浸する工程である。

樹脂フィルムとしては、特に限定されず、公知の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂であると、熱硬化性樹脂に比べて含浸させやすいため好ましい。樹脂フィルムは、ＵＤテープ３０を構成する樹脂と同じ樹脂であると、成形体５３により均一に含浸させやすいため好ましい。

高収縮テープとしては、特に限定されず、公知の高収縮テープを用いることができる。高収縮テープとしては、加熱溶融しにくいポリイミド樹脂製であることが好ましく、例えば、ＤＵＮＳＴＯＮＥ社製の熱収縮フィルムである「ＨＩ－ＳＨＲＩＮＫＴＡＰＥ」を用いることが好ましい。

加熱処理の条件としては、ＵＤテープ３０に樹脂フィルムを構成する樹脂を含浸することができる条件を適宜選択することができる。加熱処理の条件としては、例えば、空気雰囲気中で、３８０～４５０℃で加熱することが好ましく、４００～４３０℃で加熱することがより好ましい。また、上記加熱温度で、１～４分間加熱することが好ましく、２～３分間加熱することがより好ましい。加熱処理を行った後、高収縮テープは剥がして除去する。

（切断工程）
切断工程は、ブレイディング成形工程で得られた成形体５３を所定の長さに切断する工程である。

図１０に示すように、マンドレル４２における矢印Ｃで示した箇所が切断箇所となるように、マンドレル部材４０を切断することなく、成形体５３のみを切断する。
（脱芯工程）
脱芯工程は、切断工程で切断された成形体から、マンドレル４２を引き抜く工程である。切断面における成形体及びマンドレル４２の一方の端部を把持した状態で、切断面における成形体及びマンドレル４２の他方の端部を引き抜くことにより、脱芯を行う。

以上の工程を順に経ることにより、本実施形態の繊維強化複合材１０を得ることができる。
繊維強化複合材１０の用途としては特に限定されず、屈曲部２０を有する繊維強化複合材１０が用いられる公知の用途に適宜用いることができる。屈曲部２０を有する繊維強化複合材１０の用途としては、例えば、骨髄腔に取り付けられるガンマー型ネイル装置が挙げられる。

第１実施形態の作用について説明する。
従来の製造方法で製造した繊維強化複合材１０は、ブレイディング成形を行った後に成形体６４を曲げている。

そのため、図３に示すように、屈曲部２０の外側Ｐ１における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α２、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α２は、屈曲部２０以外の直線状の箇所（図２参照）における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１に比べて小さくなりやすい。すなわち、屈曲部２０の外側Ｐ１は、軸方向に引っ張られるように力が加わるため、ＵＤテープ３０は繊維強化複合材１０の軸方向に沿って配向しやすくなる。

さらに、屈曲部２０の外側Ｐ１において、第３ＵＤテープ同士の間隔、及び／又は、金属繊維同士の間隔は大きくなりやすくなる。
また、図４に示すように、屈曲部２０の内側Ｐ２における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α３、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α３は、屈曲部２０以外の直線状の箇所（図２参照）における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１に比べて大きくなりやすい。すなわち、屈曲部２０の内側Ｐ２は、軸方向に圧縮されるように力が加わるため、ＵＤテープ３０は繊維強化複合材１０の径方向に沿って配向しやすくなる。

さらに、屈曲部２０の内側Ｐ２において、第３ＵＤテープ同士の間隔、及び／又は、金属繊維同士の間隔は小さくなりやすくなり、場合によっては蛇行することもある。
このように、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおいて、ＵＤテープ３０の傾斜角度が異なるとともに、中央糸の間隔が異なることにより、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおいて、弾性率や強度等の特性に差が生じやすくなる。

これに対し、図２に示すように、本実施形態の繊維強化複合材１０は、予め屈曲部４２ａを有するマンドレル４２を用いて、常に、マンドレル４２が芯出しされた状態でブレイディング成形を行っている。そのため、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおけるＵＤテープ３０の傾斜角度は、屈曲部２０以外の直線状の箇所のＵＤテープ３０の傾斜角度と等しくなっている。また、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおける中央糸の間隔も、屈曲部２０以外の直線状の箇所と等しくなっている。当然、中央糸の蛇行等も観察されない。

第１実施形態の効果について説明する。
（１）繊維強化複合材１０の外表面における屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおいて、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１は等しく構成され、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１は等しく構成されている。したがって、屈曲部２０を有する繊維強化複合材１０において、局所的な特性の差を小さくすることができる。

なお、局所的とは、繊維強化複合材１０の直線状の箇所、屈曲部２０の外側Ｐ１、屈曲部２０の内側Ｐ２等の範囲が限られた任意の領域を意味するものとする。また、局所的な特性としては、弾性率や強度等が挙げられる。強度としては、曲げ強度や圧縮強度等を意味するものとする。また、局所的な特性の差には、繊維強化複合材１０の形状自体に由来する特性の差は含まないものとする。

（２）第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１は、３０～５０°の範囲内における±６°以内の角度である。したがって、ＵＤテープ３０の傾斜角度が、繊維強化複合材１０の特性を向上させるうえで好適なものとなる。

（３）ＵＤテープ３０に含浸された樹脂が熱可塑性樹脂である。したがって、ＵＤテープ３０に含浸された樹脂が熱硬化性樹脂である態様に比べて、ＵＤテープ３０の成形性を向上させやすいため、繊維強化複合材１０の寸法精度を向上させることが容易になる。

（４）マンドレル４２が芯出しされた状態でブレイディング成形が行われる。
マンドレル４２の屈曲部４２ａに対しても、屈曲部２０の外側Ｐ１と内側Ｐ２とにおいてＵＤテープ３０の傾斜角度を等しくすることができる。したがって、局所的な特性の差が小さい繊維強化複合材１０を製造することができる。

（５）複数の屈曲部４２ａを備えるマンドレル４２を用いてブレイディング成形を行っている。そのため、従来技術のように、弾性を有する外層被覆材６１と、液相と固相とに相変化自在な内部充填材６２とで構成されたマンドレル６３を用いる必要がない。耐熱性の高いマンドレルを用いることが可能になるため、例えば、ＰＥＥＫ樹脂など、融点の高い熱可塑性樹脂を用いた場合においてもブレイディング成形を好適に行うことができる。

（６）ブレイディング成形工程で得られた成形体５３の表面に樹脂フィルムを巻回し、さらに樹脂フィルムの表面に高収縮テープを巻回した後、加熱処理を行って樹脂フィルムを構成する樹脂を成形体５３に含浸する含浸工程を有する。したがって、成形体５３に含浸された樹脂によって、ＵＤテープ３０同士の接点をより好適に固定することができる。さらに、ＵＤテープ３０が編組されることにより生じる編組隙間を樹脂フィルムを構成する樹脂で埋めることができるため、成形体５３の表面をより平滑にすることができる。

（７）ブレイディング成形工程において、ブレイディング成形を行う位置にマンドレル４２が常に位置するように、自動送り手段によってマンドレル４２を移動させる。したがって、手動でマンドレル４２を移動させる態様に比べて、より安定した状態でブレイディング成形を行うことができる。

（第２実施形態）
繊維強化複合材１０の第２実施形態を説明する。
図１３に示すように、第２実施形態の繊維強化複合材１０は、ＵＤテープが管状に編み込まれて形成されている。繊維強化複合材１０の軸方向に対して直交する横断面において、繊維強化複合材１０の外周形状は円形状であるとともに、内周形状も円形状で構成されている。繊維強化複合材１０は、軸方向に沿って外径が大きくなるテーパ部２１を備えている。具体的には、繊維強化複合材１０の軸方向における一端側の端部１０ａの直径Ｌ１は、繊維強化複合材１０の軸方向における他端側の端部１０ｂの直径Ｌ２よりも大きく構成されている。そして、繊維強化複合材１０の軸方向における全体において、他端側の端部から一端側の端部に向かって直径が徐々に大きくなるように構成されている。言い換えれば、繊維強化複合材１０の全体がテーパ形状となるように構成されている。

上記直径Ｌ１、直径Ｌ２、及び、テーパ部の長さＬ３は、特に限定されないが、テーパ率；（Ｌ１－Ｌ２）／Ｌ３の値が、０．００１～０．２００であることが好ましく、０．０３～０．１００であることがより好ましい。

繊維強化複合材１０の軸方向に沿うテーパ部２１の先端側Ｐ３と基端側Ｐ４とにおいて、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度は等しく構成されている。同様に、繊維強化複合材１０の軸方向に沿うテーパ部２１の先端側Ｐ３と基端側Ｐ４とにおいて、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度は等しく構成されている。

ここで、テーパ部２１の先端側Ｐ３は、繊維強化複合材１０の軸方向における中央部よりも一端側を意味し、テーパ部２１の基端側Ｐ４は、繊維強化複合材１０の軸方向における中央部よりも他端側を意味するものとする。

第２実施形態の繊維強化複合材１０の製造方法について説明する。
第２実施形態の製造方法は、第１実施形態の製造方法と比べて、マンドレルの形状が異なること以外は、同じ工程であるため、マンドレル組立工程以外の説明を省略する。

（マンドレル組立工程）
図１４、１５に示すように、マンドレル部材４３は、円柱状に構成されている。マンドレル部材４３の両端側は、マンドレル部材４３の中央部に対して外径が小さく構成されて先細形状となっている。言い換えれば、マンドレル部材４３の中央部から両端部側に向かって外径が小さくなるテーパ部４３ａが形成されている。マンドレル部材４３の両端部には、テーパ部４３ａよりも外径が小さく構成されるとともに、軸方向外側に突出した突出部４３ｂが形成されている。

図１６～１８に示すように、複数のマンドレル部材４３は、両端部に取り付けられた継手４４を介して連結される。継手４４は、円柱状に構成されており、軸方向の両端面に、軸方向に延びる孔部４４ａが形成されている。

図１８に示すように、継手４４の一端側の孔部４４ａに一方のマンドレル部材４３の他端側の突出部４３ｂを挿入するとともに、継手４４の他端側の孔部４４ａに他方のマンドレル部材４３の一端側の突出部４３ｂを挿入することによって、２つのマンドレル部材４３は連結される。

図１９に示すように、同様にして複数のマンドレル部材４３を連結することにより、複数のテーパ部４３ａを備えるマンドレル４５が組み立てられる。
なお、切断工程においては、図１９の矢印Ｃで示す箇所で成形体のみ切断し、その後、切断された成形体からマンドレルを引き抜く脱芯工程において、マンドレルを除去した後、得られた成形体を、図１９の矢印Ｃ’で示す箇所で切断することにより、テーパ部２１を備える繊維強化複合材１０が製造される。

第２実施形態の作用について説明する。
従来のテーパ部を有する繊維強化複合材の製造方法では、図２３、２４に示すように、一端側が太く、他端側に向かって外径が小さく構成されて先細形状となるテーパ部４３ａ’が形成されているマンドレル部材４３’が使用されている。

図２５に示すように、複数のマンドレル部材４３’を個別に用いてブレイディング成形を行い、直管テーパ状の成形体５３’を作製した後、図２５の矢印Ｃで成形体５３’を切断し、さらに、矢印Ｃ’で成形体のみ切断し、その後、脱芯工程を経て製造されていた。このような製造方法では、成形時の各成形体間の距離が相対的に大きくなりやすく、切断工程における材料ロスが多くなるという課題を有している。

これに対し、本実施形態の繊維強化複合材１０は、予め複数のテーパ部４３ａを有するマンドレル４５を用いてブレイディング成形を行っている。そのため、テーパ部４３ａにおける第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度は、直線状の箇所における第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１、及び、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１と等しくなる。

また、テーパ部４３ａ’を備えるマンドレル部材４３’を個別に用いてブレイディング成形を行う態様に比べて、第２実施形態の方が複数の成形体を相対的に近い距離で連続的に成形することができる。

第２実施形態によれば、上記第１実施形態の効果（２）～（７）に加えて、以下の効果を得ることができる。
（８）テーパ部２１の軸方向に沿う先端側Ｐ３と基端側Ｐ４とにおいて、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度は等しく構成され、第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度は等しく構成されている。したがって、テーパ部２１を有する繊維強化複合材１０において、局所的な特性の差を小さくすることができる。

（９）予め複数のテーパ部４３ａを有するマンドレル４５を用いてブレイディング成形を行っているため、テーパ部４３ａ’を備えるマンドレル部材４３’を個別に用いてブレイディング成形を行う態様に比べて、複数の成形体を相対的に近い距離で連続的に成形することができる。したがって、切断工程において生じる材料ロスを抑制することができる。

同様に、第１実施形態においても、複数の屈曲部４２ａを備えるマンドレル４２を用いてブレイディング成形を行っているため、屈曲部を備えるマンドレル部材を個別に用いてブレイディング成形を行う態様に比べて、切断工程において生じる材料ロスを抑制することができる。

第１実施形態及び第２実施形態は、以下のように変更して実施することができる。第１実施形態、第２実施形態、及び、以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・第１実施形態において、屈曲部２０は、繊維強化複合材１０の長手方向における中央部に設けられていたが、この態様に限定されない。屈曲部２０は、繊維強化複合材１０の長手方向における中央部よりも一端側、もしくは、中央部よりも他端側に設けられていてもよい。繊維強化複合材１０の長手方向の全体に湾曲した形状で設けられていてもよい。

・第２実施形態において、マンドレル部材４３の両端部にテーパ率が等しいテーパ部４３ａを設けていたが、一端側と他端側とで、テーパ部４３ａのテーパ率を異なるものとしてもよい。

・繊維強化複合材１０は、屈曲部２０とテーパ部２１の両方を備えていてもよい。例えば、マンドレル組立工程において、屈曲部４２ａとテーパ部４３ａを有するようにマンドレル部材４０、４３組み立てることにより、屈曲部２０とテーパ部２１の両方を備える繊維強化複合材１０を製造することができる。

・第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１は、３０～５０°に限定されない。繊維強化複合材１０を好適に用いることができる範囲において、第１ＵＤテープ３０ａの傾斜角度α１は適宜選択することができる。第２ＵＤテープ３０ｂの傾斜角度－α１も同様である。

・繊維強化複合材１０の軸方向に対して直交する横断面において、繊維強化複合材１０の内周形状は円形状で構成されていたが、円形状以外の形状で構成されていてもよい。例えば、繊維強化複合材１０の内周形状は、楕円形状、オーバル形状、四角形状、四角形状以外の多角形状であってもよい。マンドレル部材４０、４３として、横断面形状が円形状以外のものを用いることによって、繊維強化複合材１０の内周形状を変更することができる。

・ブレイディング成形を行う第１ＵＤテープ３０ａ、第２ＵＤテープ３０ｂ、第３ＵＤテープ、及び、金属繊維の本数は適宜変更することが可能である。また、第３ＵＤテープと金属繊維は、少なくともいずれか一方が省略されていてもよい。

・マンドレル組立工程において、マンドレル部材同士を連結する継手は省略されていてもよい。例えば、マンドレル部材同士が凹凸の関係で係合して連結されるように構成されていてもよい。

・ブレイディング成形工程において、自動送り手段はマンドレル４２を移動させるように構成されていたが、この態様に限定されない。マンドレル４２を移動させることに代えて、ブレイディング装置５０を自動送りするように構成されていてもよい。また、自動送り手段は、省略されており、手動で移動させるように構成されていてもよい。

・繊維強化複合材１０の製造方法において、含浸工程は省略されていてもよい。例えば、ブレイディング成形工程において、ＵＤテープ３０を構成する樹脂が十分に溶融してＵＤテープ３０同士の接点が好適に固定されていれば、含浸工程を省略することができる。

１０…繊維強化複合材、２０…屈曲部、２１…テーパ部、Ｐ１…屈曲部の外側、Ｐ２…屈曲部の内側、Ｐ３…テーパ部の先端側、Ｐ４…テーパ部の基端側。

Claims (6)

1. ＵＤテープが所定の傾斜角度で管状に編み込まれた状態で形成された繊維強化複合材であって、
   前記繊維強化複合材は、当該繊維強化複合材の軸方向に対して屈曲した屈曲部を備えており、
   前記繊維強化複合材の外表面における前記屈曲部の外側と内側とにおいて、前記傾斜角度は等しく構成されていることを特徴とする繊維強化複合材。
2. 前記傾斜角度は、３０～５０°の範囲内における±６°以内の角度である請求項１に記載の繊維強化複合材。
3. 前記ＵＤテープに含浸された樹脂が熱可塑性樹脂である請求項１又は２に記載の繊維強化複合材。
4. ＵＤテープが所定の傾斜角度で管状に編み込まれた状態で形成され、軸方向に対して屈曲した屈曲部を備える繊維強化複合材であって、前記繊維強化複合材の外表面における前記屈曲部の外側と内側とにおいて、前記傾斜角度は等しく構成されている繊維強化複合材の製造方法であって、
   複数のマンドレル部材を連結して、複数の屈曲部を備えるマンドレルを組み立てるマンドレル組立工程と、
   前記マンドレル組立工程で得られたマンドレルに対してＵＤテープを用いてブレイディング成形を行うブレイディング成形工程と、
   前記ブレイディング成形工程で得られた成形体を切断する切断工程と、
   切断された成形体から前記マンドレルを引き抜く脱芯工程とを有することを特徴とする繊維強化複合材の製造方法。
5. 前記ブレイディング成形工程で得られた成形体の表面に樹脂フィルムを巻回し、さらに前記樹脂フィルムの表面に高収縮テープを巻回した後、加熱処理を行って前記樹脂フィルムを構成する樹脂を前記成形体に含浸する含浸工程を有する請求項４に記載の繊維強化複合材の製造方法。
6. 前記ブレイディング成形工程において、ブレイディング成形を行う位置に前記マンドレルが常に位置するように、自動送り手段によって前記マンドレルを移動させる請求項４又は５に記載の繊維強化複合材の製造方法。

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