中空成形体およびその製造方法
【課題】ＦＲＰからなる第１の部材と、第２の部材とを強固に一体化することにより、軽量で力学特性に優れ、複雑形状の成形性と生産性を両立させることができる中空成形体を提供する。
【解決手段】第１の部材１１と第２の部材１２を一体化した中空成形体であって、少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群１４で強化された熱硬化性樹脂１６を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層１３を有しており、熱可塑性樹脂層が強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなることを特徴とする中空成形体、または、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化した中空成形体であって、第１の部材が面形状であり、成形体の少なくとも一つの面を形成し、第２の部材が第１の部材に対向する面を形成してなることを特徴とする中空成形体、およびそれらの製造方法。
【解決手段】第１の部材１１と第２の部材１２を一体化した中空成形体であって、少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群１４で強化された熱硬化性樹脂１６を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層１３を有しており、熱可塑性樹脂層が強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなることを特徴とする中空成形体、または、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化した中空成形体であって、第１の部材が面形状であり、成形体の少なくとも一つの面を形成し、第２の部材が第１の部材に対向する面を形成してなることを特徴とする中空成形体、およびそれらの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材を一体化することで中空形状を形成した中空成形体およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、連続した強化繊維群で強化された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を強固に一体化することで、軽量性、力学特性に優れ、かつ複雑形状の成形性と、生産性を両立させた中空成形品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続した強化繊維群で強化された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、航空機、自動車、二輪車、自転車などの輸送機器用途、テニス、ゴルフ、釣り竿などのスポーツ用途、耐震補強材などの建設構造物など、軽量性と力学特性が要求される構造体の材料として、頻繁に使用されている。
【０００３】
とりわけＦＲＰの中空成形体は、航空機構造体、車輌構造体、自動車部材、自転車クランク、気体や液体などを貯蔵あるいは搬送するためのタンクやパイプ、ゴルフシャフト、釣り竿、風車ブレードなど適用用途は非常に広い。
【０００４】
ここで、中空成形体の中でも、例えばゴルフシャフトや圧力容器のように単純な形状で、開口部が比較的小さい中空成形体は、回転するライナーに、樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付けた後に硬化させる、いわゆる強化繊維ワインディング法にて好適に製造できる。この製法は、比較的安価で生産性は高いものの、対象が回転体形状に限定されており、複雑な形状の用途に適用することは困難である。
【０００５】
また、中空成形体の中でも、例えば自動車モノコックボディや、航空機構造材のようにある程度複雑な形状で大型の中空成形品は、繊維基材を金型に賦形して未硬化の樹脂を注入し、基材に含浸させた後に硬化させる、いわゆるレジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）成形法などで製造できる。特許文献１には、中子を使用して非円形断面形状の中空体を製造する方法が開示されている。しかしながら、この方法は大型成形品を少量製造するには適しているが、成形品を大量製造するには生産性が課題となる。
【０００６】
そこで、非中空のＦＲＰ成形品や、開口部が比較的大きな中空のＦＲＰ成形品を複数接合して複雑形状の中空成形品を製造することも可能であるが、一般に公知の接着剤を使用すると、接着工程に要する工数とリードタイムがコストの増大と生産性低下に繋がり、何より接着強度が十分に発現できず、高強度・高剛性というＦＲＰの特徴を損なうことが問題である。また、ボルト、ネジなどの機械接合法では、別途機械加工工程が必要であるだけでなく、デザイン上の制約があり適用が限定されること、何より軽量性というＦＲＰの特徴を損なうことが問題である。
【特許文献１】国際公開第２０００／１８５６６号パンフレット（第３９頁、第２２行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、かかる従来技術に鑑み、ＦＲＰからなる第１の部材と、第２の部材とを強固に一体化することにより、軽量かつ力学特性に優れた中空成形体を提供することにある。さらには、接合強度に優れ、複雑形状の成形性と生産性とを両立できる接合方法を提供することをも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る中空成形体は、少なくとも第１の部材と第２の部材の２つの部材を一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、前記部材のうち少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、前記熱可塑性樹脂層が前記強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなることを特徴とするものからなる（以下、第１発明と言うこともある）。
【０００９】
また、本発明に係る中空成形体は、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、該第１の部材が面形状であり、成形体の少なくとも一つの面を形成し、該第２の部材が該第１の部材に対向する面を形成してなることを特徴とするものからなる（以下、第２発明と言うこともある）。
【００１０】
さらに、本発明に係る中空成形体の製造方法は、上記のような中空成形体を製造するに際し、第１の部材と第２の部材とを、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、インサート射出成形、アウトサート射出成形から選択される少なくとも１つの方法にて一体化する方法からなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る中空成形体は、ＦＲＰの成形体からなる第１の部材を、第２の部材と強固に一体化でき、それによって優れた軽量性、力学特性を備えることができる。また、複雑な形状にあっても、安価な方法で、生産性よく製造することができる。したがってこれら中空成形体は、タンク、パイプ、風車ブレード、自動車部材、自転車クランクなどの用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の中空成形体およびその製造方法について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明の中空成形体とは、中空形状をなす構造体である。中空形状とは、殻形状、鼓形状、筒形状のような、実質的に内部空間を有する形状を意味する。その内部空間の形状には特に制限はなく、例えば内部にリブや、ボスなどがあってもよく、さらに間仕切りなどでいくつかの空間に分けられていてもよく、内部空間と外部空間を繋ぐ開口部を設けていてもよい。開口部は、人や人の手が出入りしたり、荷物を出し入れしたり、穀物や液体、気体などを内部に収納するための出入口などに利用することができる。
【００１３】
内部空間の大きさについても特に制限はないが、内容物の収納や移動、また内部空間を意図的に有効機能させたり、成形品の比重を低減するために厚肉化する観点から、中空成形体における中空部の最大厚みは１０ｍｍ以上が好ましく、２０ｍｍ以上がさらに好ましい。ここで、中空部の厚みとは、第１の部材と第２の部材によって形成される内部空間のうち、成形品の形状を代表する最大面と、該面に対向するように配置されてなる面で挟まれてた高さを意味する。これは、成形品の厚みから、それぞれの部材の厚みを差し引くことで確認してもよい。また複数の空間高さを有する場合は、空間高さの最大となる長さを、最大厚みと定義する。
【００１４】
本発明の中空成形体の外形にも特に制限はないが、回転体形状よりも、非回転体形状である方が、より多様な用途に適用できる点で好ましい。なお、ここでの非回転体形状とは左右対称、上下対称のものも含まれる。
【００１５】
本発明の中空成形体は、少なくとも２つの部材を一体化することで、上記中空形状を形成させるものである。中空形状の形成方式については特に制限はなく、例えば、上下もしくは左右に２つのコの字部材を合わせてもよいし、平面部材および曲面部材を複数個繋ぎあわせてもよいし、中空形状内部に梁を形成させてもよいし、また箱状部材に天蓋を形成させてもよい。
【００１６】
さらには、内部空間に、ウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、フェノールフォーム、ユリアフォーム、ポリ塩化ビニルフォーム、シリコンフォーム、エポキシフォーム、ポリイミドフォーム、ポリエステルフォーム、メラミンフォーム、繊維状物質からなる発泡構造体などの軽量発泡材を配置してもよい。
【００１７】
ここで本発明に係る中空成形体の一実施態様を、図１を用いて説明する。中空成形体は、第１の部材１と第２の部材２から構成されている。
【００１８】
本第１発明の中空成形体は、該部材のうち少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、該熱可塑性樹脂層が該強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなる中空成形体である。図２に、第１の部材３と第２の部材４との接合部分の例を、断面を拡大した図として示す。図２は、走査型電子顕微鏡写真を用いて撮影して得られた写真に基づき作成された図である。図２において、第１の部材３は、多数の連続した強化繊維５ａ、５ｂと、熱硬化性樹脂６が主成分である。そして第２の部材４との接合部分において熱可塑性樹脂層７を有しており、この熱可塑性樹脂層７が一群の（一部の）強化繊維５ｂを包含している。ここで、熱可塑性樹脂層７は、熱硬化性樹脂６とその界面で凸凹形状を有して一体化していることが好ましい。
【００１９】
本第２発明の中空成形体は、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化することで中空形状を形成した中空成形体である。第２の部材が熱可塑性樹脂で構成されることで、加熱溶着が可能であるだけでなく、ボス、ヒンジや嵌合部など接合するための構造が容易に成形、加工できる。この第１の部材を面形状とし、成形体の少なくとも一つの面を形成させ、第２の部材が第１の部材に対向する面を形成させることで、中空成形体を一体化する上で生産性よく製造することができる。
【００２０】
本第２発明の中空成形体は、前記第１の部材と、前記第２の部材とが、その接合面で接着されていることが、その実用上好ましい。接着の方法は、一般的な熱可塑性もしくは熱硬化性の接着剤を使用してもよいが、より好ましい接合形態としては、前記第１の部材が、前記第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、該熱可塑性樹脂層が前記連続した強化繊維群の一部の強化繊維を包含することにより接着されていることである。これらのさらに好ましい接合部分の態様は、前記図２に記載されているものと同様である。
【００２１】
本発明の中空成形体において、図２に示されるような第１の部材３の構造は、多数本の連続した強化繊維５ａ、５ｂからなる強化繊維群８に、硬化前の熱硬化性樹脂が含浸せしめられてなるプリプレグもしくはプリプレグ積層物に、熱可塑性樹脂を加工してなる基材を配置し、熱硬化性樹脂の硬化反応時に、もしくは、硬化反応前の予熱時に、基材の熱可塑性樹脂を強化繊維群８に含浸せしめることにより形成することができる。さらに、熱硬化性樹脂６は熱硬化性樹脂層を形成し、熱可塑性樹脂は熱可塑性樹脂層７を形成する。熱可塑性樹脂の強化繊維群８への含浸、すなわち、強化繊維群８を形成している多数本の強化繊維５ｂの間への熱可塑性樹脂の浸透により、熱硬化性樹脂６の層と熱可塑性樹脂層７との間の界面の凹凸形状が形成される。
【００２２】
上記プリプレグとして、必要に応じ、複数の強化繊維群８からなり、これらの強化繊維群が、プリプレグの幅方向に配列され、あるいは、プリプレグの厚さ方向に積層されているプリプレグが用いられる。図２においては、プリプレグにおいて最外層に位置し、第２の部材４との接合面に最も近い強化繊維群８が示されている。
【００２３】
ここで、強化繊維群は、少なくとも一方向に、１０ｍｍ以上の長さにわたり連続した多数本の強化繊維から構成されている。強化繊維群は、第１の部材の長さ方向の全長にわたり、あるいは、第１の部材の幅方向の全幅にわたり、連続している必要はなく、途中で分断されていてもよい。
【００２４】
強化繊維群は、多数本の強化繊維からなる強化繊維束、この繊維束から構成されたクロス、多数本の強化繊維が一方向に配列された強化繊維束（一方向性繊維束）、この一方向性繊維束から構成された一方向性クロスなどである。なかでもプリプレグや部材の生産性の観点から、クロス、一方向性繊維束が好ましい。強化繊維群は、同一の形態の複数本の繊維束から構成されていてもよく、あるいは、異なる形態の複数本の繊維束から構成されていてもよい。一つの強化繊維群を構成する強化繊維数は、通常、３００〜４８，０００であるが、プリプレグの製造や、クロスの製造を考慮すると、好ましくは、３００〜２４，０００であり、より好ましくは、１，０００〜１２，０００である。
【００２５】
また、第１の部材の好ましい態様としては、繊維束が何層にも積層された積層体である。強化繊維群の配向方向を変えて積層することにより、部材全体の力学特性をコントロールすることができる。また、必要に応じ、積層された強化繊維群の積層間に、他の基材が積層されてなるサンドイッチ形態も用いられる。
【００２６】
本発明の中空成形体における第１の部材の構造は、たとえば以下の方法で検証できる。 まず第１の試験方法は、部材接合部の表層部分断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察に基づく。断面の観察は、必要に応じ、撮影した断面写真に基づいて行なわれてもよい。観察する試験片は、部材から切り出した表層部分を用いて作成された薄肉切片である。この作成に当たり、強化繊維群の強化繊維の一部が脱落する場合があるが、観察に影響がない範囲であれば、問題はない。試験片は、観察のコントラストを調整するために、必要に応じ、染色されてもよい。
【００２７】
強化繊維群を構成する強化繊維は、通常、円形断面として観察される。強化繊維が脱落している場合は、通常、円形の脱落跡として観察される。強化繊維群を構成する強化繊維が位置する部分以外の部分において、熱硬化性樹脂層と熱可塑性樹脂層とは、コントラストの異なる２つの領域として観察される。
【００２８】
この第１の方法による観察結果の例が、図３に示される。図３は、第１の部材１１と第２の部材１２が一体化してなる中空成形体の接合面の断面を拡大して示したものである。熱可塑性樹脂層１３の樹脂が、強化繊維群１４を構成する多数本の強化繊維１５ａ、１５ｂ間の間隙の中まで進入している状態が示され、更に、熱硬化性樹脂１６の層と熱可塑性樹脂層１３との界面１７が凸凹形状を有している状態が示される。
【００２９】
第２の試験方法は、部材接合部の表層部分の熱可塑性樹脂を溶媒で抽出除去した状態の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察に基づく。断面の観察は、必要に応じ、断面写真に基づいて行われてもよい。部材を長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ程度にカットして試験片とする。この試験片において、熱可塑性樹脂層を、それを構成している樹脂の良溶媒で十分に洗浄し、熱可塑性樹脂を除去して、観察用の試験片が作成される。作成された試験片の断面をＳＥＭ（あるいは、ＴＥＭ）を用いて観察する。
【００３０】
この第２の方法による観察結果の例が、図４に示される。図４は、第１の部材１８と第２の部材１９が一体化してなる中空成形体から、第２の部材と熱可塑性樹脂層を除去した状態での接合面の断面を拡大して示したものである。図４において、熱硬化性樹脂２０は、強化繊維群２１を構成する強化繊維２２ａを有して存在するが、熱硬化性樹脂２０と凹凸形状の界面２３を有して存在していた熱可塑性樹脂層は、試験片の作成時に溶媒により除去されているため、存在しない。界面２３の凹凸形状が観察されるとともに、熱可塑性樹脂層が存在していた位置に、強化繊維群２１を構成する強化繊維２２ｂが観察され、これらの強化繊維の間に、空隙２４が観察される。これにより、熱可塑性樹脂層に、強化繊維群２１を構成する強化繊維２２ｂが包含されていたことが証明される。
【００３１】
なお、第１の方法および第２の方法において、一体化した中空成形体から部材接合部を観察するに際し、熱可塑性樹脂層の樹脂が可塑化する温度まで加熱して接合部を剥離させるか、第２の部材を機械的に除去するなどの方法で処理してもよい。
【００３２】
第３の試験方法は、一体化された成形品において、一方から他方を強制的に剥離したときに得られる状態の観察に基づく。この試験方法は、一体化成形品を、第１の部材と第２の部材との間で破壊するように、室温にて強制的に剥離させることにより行なわれる。剥離した第２の部材には、第１の部材表層の一部が残査として付着する場合がある。この残査が、顕微鏡で観察される。
【００３３】
第３の試験方法を実施して得られた試験片の状態の一例が、図５に示される。図５において、第２の部材２５に、第１の部材の表面が接合されていた接合部分２６が示され、この接合部分２６の一部に第１の部材表層部の一部が残査２７として観察される。この残査２７には、第１の部材の表層に位置していた強化繊維群から脱落した複数の強化繊維が存在していることが観察される。
【００３４】
本発明の中空成形体の構造的特徴は、上記の少なくとも１つの試験方法で検証することができる。
【００３５】
本発明の中空成形体における第１の部材は、第２の部材との接着強度を高める目的で、図２に示される熱可塑性樹脂層７において、連続した強化繊維５ｂが存在している領域の最大厚みＴｐｆ−ｍａｘが、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましく、４０μｍ以上であることが更に好ましい。この最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは、熱可塑性樹脂層７の厚さ方向において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番外側（接合側）の強化繊維５ｂ−ｏｕｔと、熱可塑性樹脂層７の樹脂の表面からの入り込み厚さが最も大きい部位において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番内側の強化繊維５ｂ−ｉｎ−ｍａｘとの間の距離（Ｔｐｆ−ｍａｘ）と定義される。最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは、第１の試験方法や第２の試験方法により得られるＳＥＭあるいはＴＥＭ写真において、測定することができる。最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは、最大で、１，０００μｍあれば、本発明の効果が十分に達成される。
【００３６】
最小厚みＴｐｆ−ｍｉｎは、熱可塑性樹脂層７の厚さ方向において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番外側（表面側）の強化繊維５ａ−ｏｕｔと、熱可塑性樹脂層７の樹脂の表面からの入り込み厚さが最も小さい部位において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番内側の強化繊維５ｂ−ｉｎ−ｍｉｎとの間の距離（Ｔｐｆ−ｍｉｎ）と定義される。
【００３７】
第１の部材において、熱硬化性樹脂６と熱可塑性樹脂層７との界面９は、図２に示されるように、一方向に引き揃えられた多数本の強化繊維５ａ、５ｂからなる強化繊維群１３の中に存在することが好ましい。第１の部材において、強化繊維群１３が、厚み方向に複数積層存在する積層板の場合、界面９は、最外層の強化繊維群の中にのみ存在することがより好ましい。
【００３８】
本発明の中空成形体は、第２の部材と接合し一体化成形品とする際に、優れた接着効果を得るためには、第１の部材の表面に設けられている前記熱可塑性樹脂層において第２の部材と接合されることが必要である。第１の部材の表面に設けられる熱可塑性樹脂層の面積Ｓは、接合が予定される第２の部材との接合力が確保可能な面積に応じて、適宜決められる。
【００３９】
すなわち、本発明の中空成形体は、前記熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂組成物からなる被膜を介して、第１の部材と第２の部材が接着されていることが好ましい。第１の部材に形成される被膜の平均厚みは、０．０１〜１，０００μｍであることが好ましく、０．１〜２００μｍであることがより好ましく、１〜５０μｍであることが更に好ましい。被膜の平均厚みＴｐは、図２に示される熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番外側（接合側）の強化繊維５ｂ−ｏｕｔと、第１の部材３と第２の部材４との接合界面１０との距離で定義される。被膜の厚みが一定でない場合は、任意の数点において測定し、得られた測定値の平均値を被膜の厚みとする。平均厚みが、上記の好ましい範囲にあると、第１の部材と第２の部材がより確実に接合される。
【００４０】
本発明の中空成形体において、使用される強化繊維群および／または強化繊維の繊維素材としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、玄武岩繊維がある。これらは、単独または２種以上併用して用いられる。これらの繊維素材は、表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、金属の被着処理、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などがある。これらの繊維素材の中には、導電性を有する繊維素材も含まれている。繊維素材としては、比重が小さく、高強度、高弾性率である炭素繊維が、好ましく使用される。
【００４１】
本発明の中空成形体において、第１の部材に使用される熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノール（レゾール型）、ユリア・メラミン、ポリイミド、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂がある。耐衝撃性向上のために、熱硬化性樹脂には、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよい。特に、エポキシ樹脂は、第１の部材における力学特性の観点から好ましい。
【００４２】
本発明の中空成形体において、第１の部材に使用される熱可塑性樹脂層を形成する熱可塑性樹脂としては、溶解度パラメーターδ（ＳＰ値）が９〜１６であることが好ましく、より好ましくは１０〜１５、とりわけ好ましくは１１〜１４である。上記範囲内とすることにより、熱可塑性樹脂の凝集力が大きく、本発明の目的の１つである接着強度を高める上で有効である。
【００４３】
かかる溶解度パラメーターδを達成しうる熱可塑性樹脂としては例えば、アミド結合、エステル結合、ウレタン結合、エーテル結合、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、酸無水物基、スルホン酸基、芳香環、イミド環などの炭化水素骨格よりも極性の高い結合、官能基あるいは構造を持つものを挙げることができる。
【００４４】
また、熱可塑性樹脂の重量平均分子量としては、２，０００〜２００，０００が好ましく、５，０００〜１５０，０００がより好ましく、１０，０００〜１００，０００が更に好ましい。上記範囲内とすることにより、分子間力や分子鎖の絡み合いが多くなり、熱可塑性樹脂自体の強度が大きくなるため、容易に熱可塑性樹脂自体が破壊しにくくなり、同時に熱可塑性樹脂が十分に強化繊維群へ含浸でき、繊維群を包含することで強固な接着力を発現することができる。
【００４５】
さらに、本発明の中空成形体において、第１の部材に使用される熱可塑性樹脂層を形成する熱可塑性樹脂としては、カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、エポキシ基、水酸基から選択される少なくとも１種の官能基を含有することにより、熱可塑性樹脂の反応性を高め、本発明の目的の１つである接着強度を高める上で有効である。中でも、酸無水物基、アミノ基、エポキシ基がより好ましく選択される。ここで、熱可塑性樹脂の官能基量は、１×１０-5モル／ｇ以上が好ましく、１×１０-4モル／ｇ以上がより好ましく、１×１０-3モル／ｇ以上がさらに好ましい。官能基量は、特に限定されることなく、一般的な化学分析法で測定できる。例えば、ＩＲ（赤外線吸収スペクトル測定）により成分の同定を行い、ＮＭＲ（核磁気共鳴スペクトル測定）により分子構造を同定し、ＧＰＣ（ゲルパーミレーションクロマトグラフィ）により分子量を特定する。得られた結果から、高分子鎖単位重量あたりの、官能基のモル数が計算できる。
【００４６】
以上より、本発明の中空成形体において、第１の部材に用いられる熱可塑性樹脂組成物として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、変性ポリエチレン（ＰＥ）、変性ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等の変性ポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を用いることができる。中でも、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂が、生産性と経済性の観点から好ましく用いられる。
【００４７】
熱可塑性樹脂には、耐衝撃性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよいし、機能性を高める観点から、充填材や添加剤が添加されていてもよい。例えば、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤である。とりわけ、無機物を添加する場合には、その分散サイズが小さい方が、強化繊維群への含浸の観点からより好ましい。特にナノオーダーの分散サイズを有するものは、少量添加で効果を発現できる点からさらに好ましい。
【００４８】
本第１発明の中空成形体において、第２の部材としては、第１の部材との接合部において、熱接着性を有する素材からなるものであれば特に制限はない。
【００４９】
例えば、第２の部材が、第１の部材と実質的に同一の構成を有する部材で、接合部に熱可塑性樹脂層が配置されたものは力学特性に優れた中空成形体を製造する観点から好ましい。
【００５０】
また、第２の部材が、熱可塑性樹脂組成物から構成された部材であれば、より複雑な形状を成形できる観点から好ましい。使用される熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、これは本第２発明の中空成形体において、第２の部材に使用される熱可塑性樹脂としても同様に例示できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂には、耐衝撃性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよい。とりわけ、耐熱性、耐薬品性の観点からＰＰＳ樹脂が、成形品外観、寸法安定性の観点からポリカーボネート樹脂やスチレン系樹脂が、成形品の強度、耐衝撃性の観点からポリアミド樹脂が、経済性の観点からポリオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。
【００５１】
本発明に用いられる第２の部材については、中空成形体の強度、剛性、寸法安定性の観点から、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有されていることが好ましい。かかる強化繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、アルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、シリコンカーバイト繊維、シリコンナイトライド繊維などの無機繊維がある。強化繊維の繊維長は特に制限はないが、数平均繊維長で０．１〜６０ｍｍの範囲内が好ましく、０．３〜３０ｍｍの範囲内がより好ましく、１〜２０ｍｍの範囲内がとりわけ好ましい。また、強化繊維の含有量にも特に制限はなく、１〜９０重量％の範囲内が好ましく、１０〜７０重量％の範囲内がより好ましく、２０〜６０重量％の範囲内がとりわけ好ましい。
【００５２】
これら繊維長や繊維含有量は、一般公知の方法で測定できる。例えば、第２の部材から長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍの大きさで試験片を切り出す。作成された試験片を、熱可塑性樹脂が可溶な溶剤に２４時間浸漬し、樹脂成分を溶解させる。樹脂成分が溶解された試験片から強化繊維分を抽出する。得られた、強化繊維を顕微鏡にて観察し、強化繊維の無作為抽出したＮ本について、繊維長を測定する。Ｎ数は４００本以上であれば特に制限はない。個々の繊維長をＬｉとすると、数平均繊維長は次の式に基づき、算出する。
数平均繊維長＝（ΣＬｉ）／（Ｎ）
【００５３】
また、抽出された強化繊維の重量と、試験片の重量からその含有量が測定できる。なお、熱可塑性樹脂が溶媒に難溶性または不溶性の場合には、熱可塑性樹脂を加熱除去して強化繊維を抽出する方法を用いてもよい。
【００５４】
さらに、熱可塑性樹脂には機能性を高める観点から、充填材や添加剤が添加されていてもよい。例えば、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤である。
【００５５】
前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材料には特に制限はなく、射出成形用のペレット、スタンパブルシート、高圧成形用の熱可塑性シートが例示できる。中でも、強化繊維の繊維長を１ｍｍ以上に維持する観点から、長繊維ペレットや熱可塑性シート材料がより好ましく用いられる。
【００５６】
さらに、第２の部材が、金属材料からなる部材であれば、堅牢性を高める観点から好ましい。金属材料としては、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金等に、熱接着性の表面処理を施した金属材料であってもよい。
【００５７】
本発明の中空成形体において、一体化成形後や使用環境によって、成形品の寸法変化やソリの発生を抑える観点から、前記第２の部材の面方向の最大線膨張係数ＣIImaxが４×１０-5以下であることが好ましく、より好ましくは１×１０-5以下である。同様に、成形品のネジレを抑える観点から、前記第２の部材の、面方向の最大線膨張係数ＣIImaxと、最小線膨張係数ＣIIminとの比、ＣIImax／ＣIIminが１．８以下であることが好ましく、より好ましくは１．５以下である。
【００５８】
線膨張係数はＩＳＯ １１３５９−２に基づいて測定することができる。成形品から無作為に選定した部位について、部材の長手方向を基準にして、０度、４５度、９０度、１３５度のように、異なる角度において切り出した、４本の試験片を用意する。試験片の切り出し位置は、リブ部、ヒンジ部、凹凸部などの形状が意図的に付されている部分は極力避け、上記部位を含む場合は、これらを切削除去して試験に供する。これらの試験片において、その最大値を最大線膨張係数ＣIimax、最小値を最小線膨張係数ＣIiminと定義する。なお、測定温度範囲は特に制限はないが、成形品が使用される環境の観点から、３０〜２００℃が好ましい範囲として例示できる。
【００５９】
さらに、中空成形品の剛性および寸法安定性の観点で、前記第２の部材のＩＳＯ １７９に基づく曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１２ＧＰａ以上である。曲げ弾性率の測定には、成形品の平面部から、部材の長手方向を基準にして、０度、４５度、９０度、１３５度のように、異なる角度において切り出した、４本の試験片を用意する。試験片の切り出しは、リブ部、ヒンジ部、凹凸部など意図的に形状が付されている部位を避けて行われるのが好ましい。試験片にこれらの意図的な形状部位が含まれている場合、試験片の厚みの測定は、この部位を除いて行われる。これらの試験片において得られる曲げ弾性率の内の最小値を、曲げ弾性率として定義する。
【００６０】
本発明の中空成形体の一体化方法としては、特に制限されない。例えば、その製造方法は、第１の部材を構成している熱可塑性樹脂層あるいは被膜の融点または軟化点以上の温度で、第２の部材を接合させ、貼り付け、次いで冷却することからなる。
【００６１】
その接合における手順は、特に限定されない。例えば、（ｉ）第１の部材を予め成形しておき、第２の部材の成形と同時に、両者を接合し、一体化させる手法、（ii）第２の部材を予め成形しておき、第１の部材の成形と同時に、両者を接合し、一体化させる手法、あるいは、（iii）第１の部材と第２の部材とをそれぞれ別々に予め成形しておき、両者を接合し、一体化させる手法を適用できる。
【００６２】
一体化の手法として、第１の部材と第２の部材とを、機械的に嵌合させ、一体化する手法、両者をボルト、ネジなどの機械的結合手段を用いて一体化する手法、両者を接着剤などの化学的結合手段を用いて一体化する手法もある。これらの一体化する手法は、必要に応じて、併用されてもよい。
【００６３】
前記一体化手法（ｉ）の具体例としては、第１の部材をプレス成形し、必要に応じ所定のサイズに加工あるいは後処理し、次いで射出成形金型にインサートし、その後、第２の部材を形成する材料を金型に射出成形する手法がある。
【００６４】
前記一体化手法（ii）の具体例としては、第２の部材をプレス成形もしくは射出成形し、必要に応じ所定のサイズに加工あるいは後処理し、次いでプレス金型にインサートし、その後、プレス金型を所定のプロセス温度として、第１の部材を形成する未硬化の熱硬化性樹脂と多数本の連続した強化繊維群からなるプリプレグの表面に熱可塑性樹脂層が形成された基材をレイアップし、次いで熱可塑性樹脂の融点以上の温度で成形する手法がある。
【００６５】
前記一体化手法（iii）の具体例としては、第１の部材をプレス成形し、必要に応じ所定のサイズに加工あるいは後処理して用意し、別途、第２の部材を予め成形しておき、それぞれを熱溶着、振動溶着、超音波溶着などで前記一体化手法（ii）と同様にして一体化させる方法がある。また、いずれかの部材がレーザー透過性を有すると、レーザー溶着にて一体化することもできる。
【００６６】
上記のような一体化手法の中でも、中空成形体の量産性の観点から、前記一体化手法（ｉ）におけるインサート射出成形やアウトサート射出成形が好ましく使用される。とりわけ、中空形状を形成するためにブロー成形を適用することが好ましい。形状安定性や接着部分の精密性の観点から、前記一体化手法（iii）が好ましく使用され、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着が好ましく使用できる。
【００６７】
また、本発明の中空成形体の製造する上で、一体化を効率的に行うと同時に、形状の自由度を高める観点から、前記第１の部材が、曲率半径が１０００ｍ以内の曲面を形成していてもよい。より好ましくは５００ｍ以内であり、これらの曲面は断続的、間欠的に、成形品の一つの面内に複数個形成されていてもよい。さらに、これらの面内に、曲率半径が５ｍｍ以上の絞りが形成されていてもよい。
【００６８】
その一方で、第２の部材には、その厚み方向に三次元形状を形成されていてもよく、例えば、機能面から凹凸を有する構造や、意匠面から凹凸を有する構造や、機械接合を補助するためのボス、リブ、ヒンジ、嵌合構造などが形成されていてもよい。
【００６９】
本発明の中空成形体の用途としては、軽量で力学特性が要求される分野における製品がある。例えば、タンク、インテークマニホールドなどのパイプ、ポンプ、インパネ、内装材、スポイラー、ピラー、ドアパネル、ボンネット、エンジンカバー、各種ビームや衝撃吸収材などの自動車部材、風車ブレードなどの構造体、カウル、自転車クランクなどの二輪車、自転車の部材、ランディングギアポッド、モノコック、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブなどの航空機関連部品、パラボラアンテナ、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、ＰＤＡ、ポータブルＭＤ、プラズマディスプレーなどの電気または電子機器の部品、部材および筐体、電話、ファクシミリ、ＶＴＲ、コピー機、テレビ、アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器、電子レンジ、音響機器、掃除機、トイレタリー用品、レーザーディスク、コンパクトディスク、照明、冷蔵庫、エアコン、タイプライター、ワードプロセッサーなどに代表される家庭または事務製品部品、部材および筐体、パチンコ、スロットマシン、ゲーム機などの遊技または娯楽製品部品、部材および筐体、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などの光学機器、精密機械関連部品、部材および筐体、Ｘ線カセッテなどの医療用途、テニスラケット、ゴルフクラブヘッド、ボード、ヨットなどのスポーツ関連部品、建材用の部品やパネルなどが挙げられる。
【００７０】
上記の中でも、タンク、パイプ、風車ブレード、自転車クランク、ゴルフクラブヘッド、ノートパソコン筐体、Ｘ線カセッテ、自動車部材、建材パネルにおいて、軽量と高剛性の要求が強く、好適に使用される。
【実施例】
【００７１】
実施例に基づき、本発明が更に具体的に説明される。実施例中に示される配合割合（％）は、別途特定している場合を除き、全て重量％に基づく値である。本発明の実施例に使用した成分を以下に示す。
【００７２】
参考例１
３元共重合ポリアミド樹脂（東レ（株）製、３元共重合ポリアミド樹脂ＣＭ４０００、ポリアミド６／６６／６１０、融点１５０℃、溶解度パラメーターδ（ＳＰ値）１３．３）のペレットを、幅１０ｍｍ、目付８０ｇ／ｍ2の不織布状テープに加工した。
【００７３】
参考例２
ポリアミド６（東レ（株）製、ポリアミド６樹脂ＣＭ１００１）を粒子径１０〜１０００μｍのパウダーに加工し、チョップド炭素繊維（東レ（株）製トレカＴＷ１２、繊維長６ｍｍ）とをドライで混合した。混合物を８０℃で３時間真空乾燥後、２５０℃でプレス成形を行い、炭素繊維含量３０重量％のシート状成形体を得た。該成形体の最大線膨張係数は１．２×１０-5であり、最小線膨張係数は０．９×１０-5であった。また、曲げ弾性率は１６ＧＰａであった。
【００７４】
実施例１
図６を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
エポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）が、一方向に配列された炭素繊維群に含浸したプリプレグ（東レ（株）製トレカプリプレグＰ６０５３−１２）から、所定の形状のプリプレグシートを１０枚切り出した。図６のように、これら１０枚のシートを、成形品長手方向を基準に［０°／９０°］５ｓとなるように順次雌金型２９に沿うように積層し（プリプレグ積層体３０）、さらに参考例１で調製した不織布状テープ２８を、幅１０ｍｍの接合部分に配置した（配置された不織布状テープ３１）。
【００７５】
次に、雄金型（図示せず）をセットして、プレス成形を行った。プレス成形機にて、１６０℃で５分間予熱し、５ＭＰａの圧力をかけながら、１５０℃で３０分間加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。硬化終了後、室温で冷却し、脱型して、厚み１．２ｍｍの積層体からなる第１の部材３２を成形した。成形された第１の部材３２の、上記不織布状テープ３１を配置した部位は、第２の部材との接合部分３３に形成される。
【００７６】
得られた積層体からなる第１の部材３２を射出成形金型にインサートし、長繊維ペレット（東レ（株）製ＴＬＰ１１４６Ｓ、炭素繊維含量２０wt％、ポリアミド樹脂マトリックス）を用いて、インサートされている積層体に対し、天蓋部分３６ａ、開口部分３６ｂ、把持部分３６ｃを成形し、図６に示される、開口部分を有する中空成形体３４を製造した。中空成形体３４の部位３５が上記第１の部材である。射出成形は、日本製鋼所（株）製Ｊ３５０ＥIII射出成形機を用いて行い、シリンダー温度は２８０℃とした。
【００７７】
得られた一体化成形品３４は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分３３で接しており、強固に一体化した。この一体化成形品から、接合部分を切り出し、蟻酸に１２時間溶解させて熱可塑性樹脂部分を除去し、断面観察用試験片とした。試験片を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したところ、炭素繊維群がむき出されている状態が観察された。さらには、積層体３２の接合面方向に空隙を有する炭素繊維群と、その反対方向に空隙を有しない炭素繊維群の二層構造が観察され、図４に示されているように、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。炭素繊維群の空隙部分が、熱可塑性樹脂層の強化繊維が包含されている領域であり、この最大厚みＴｐｆと最小厚みＴｐｆ−ｍｉｎとを測定したところ、最小厚みＴｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００７８】
また、前記積層体３２の接合部分の断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【００７９】
実施例２
図７を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
実施例１と同様の方法で、風車ブレードの表裏を構成する２つの積層体３７、３８（第２の部材３７、第１の部材３８）を製造する。図７に示すように、少なくとも接合部分で、１８０℃にて１０分間熱圧着を行い、中空成形体を製造した。得られた一体化成形品は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分３９で接しており、強固に一体化した。
【００８０】
同様に、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。Ｔｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００８１】
また、前記積層体３８の接合部分断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【００８２】
実施例３
第２の部材３７を、参考例２で調整した熱可塑性シート状成形体を再度プレス成形で製造する。成形体を２５０℃で１０分間、熱風乾燥機で予熱した後、１２０℃の金型にて５ＭＰａの圧力で成形した。得られた部材を、実施例２と同様の方法で一体化した。
【００８３】
実施例４
図８を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
実施例１と同様の方法で、プリプレグを雌金型に積層し、不織布状テープを幅１０ｍｍの接合部分４２に配置した。次いで、真空バッグ成形し、１６０℃で５分間予熱し、１５０℃で３０分間加熱して熱硬化性樹脂を硬化させ、２つの第１の積層体（第１の部材）４０ａ、４０ｂを製造した。同様に、２つの第２の積層体（第２の部材）４１ａ、４１ｂをプレス成形にて製造した。
【００８４】
次に、図８に示すように、第１の積層体と第２の積層体を配置し、熱圧着して中空成形体を製造した。得られた一体化成形品は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分４２で接しており、強固に一体化した。同様に、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。Ｔｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００８５】
また、前記積層体４０ａの断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【００８６】
実施例５
図９を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
実施例１と同様の方法で、自転車用クランクの表裏を構成する２つの積層体４３、４４（第１の部材４３、第２の部材４４）を製造する。図９に示すように、少なくとも接合部分に、１８０℃で１０分間熱圧着を行い、中空成形体を製造した。得られた一体化成形品は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分４５で接しており、強固に一体化した。同様に、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。Ｔｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００８７】
また、前記積層体４４の断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施態様に係る中空成形体の断面図である。
【図２】本発明の中空成形体における、接合部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の中空成形体を、第１の試験方法によって観察した結果を示す断面図である。
【図４】本発明の中空成形体を、第２の試験方法によって観察した結果を示す断面図である。
【図５】本発明の中空成形体を、第３の試験方法によって観察した結果を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例１の工程および中空成形体組立を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例２の工程および中空成形体組立を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例４の中空成形体組立を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例５の中空成形体組立を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 第１の部材
２ 第２の部材
３ 第１の部材
４ 第２の部材
５ａ、５ｂ 強化繊維
６ 熱硬化性樹脂
７ 熱可塑性樹脂層
８ 強化繊維群
９ 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂層との界面
１０ 第１の部材と第２の部材との界面
１１ 第１の部材
１２ 第２の部材
１３ 熱可塑性樹脂層
１４ 強化繊維群
１５ａ、１５ｂ 強化繊維
１６ 熱硬化性樹脂
１７ 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂層との界面
１８ 第１の部材
１９ 第２の部材
２０ 熱硬化性樹脂
２１ 強化繊維群
２２ａ、２２ｂ 強化繊維
２３ 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂層との界面
２４ 熱可塑性樹脂層が存在していた空隙
２５ 第２の部材
２６ 第１の部材との接合部分
２７ 残査
２８ 不織布状テープ
２９ 雌金型
３０ プリプレグ積層体
３１ 不織布状テープ
３２ 第１の部材
３３ 第１の部材と第２の部材との接合部分
３４ 中空成形体
３５ 第１の部材
３６ａ 第２の部材天蓋部
３６ｂ 第２の部材開口部
３６ｃ 第２の部材把持部
３７ 第２の部材
３８ 第１の部材
３９ 第１の部材と第２の部材との接合部分
４０ａ、４０ｂ 第１の部材
４１ａ、４１ｂ 第２の部材
４２ 第１の部材と第２の部材との接合部分
４３ 第１の部材
４４ 第２の部材
４５ 第１の部材と第２の部材との接合部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材を一体化することで中空形状を形成した中空成形体およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、連続した強化繊維群で強化された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を強固に一体化することで、軽量性、力学特性に優れ、かつ複雑形状の成形性と、生産性を両立させた中空成形品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続した強化繊維群で強化された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、航空機、自動車、二輪車、自転車などの輸送機器用途、テニス、ゴルフ、釣り竿などのスポーツ用途、耐震補強材などの建設構造物など、軽量性と力学特性が要求される構造体の材料として、頻繁に使用されている。
【０００３】
とりわけＦＲＰの中空成形体は、航空機構造体、車輌構造体、自動車部材、自転車クランク、気体や液体などを貯蔵あるいは搬送するためのタンクやパイプ、ゴルフシャフト、釣り竿、風車ブレードなど適用用途は非常に広い。
【０００４】
ここで、中空成形体の中でも、例えばゴルフシャフトや圧力容器のように単純な形状で、開口部が比較的小さい中空成形体は、回転するライナーに、樹脂を含浸した強化繊維束を巻き付けた後に硬化させる、いわゆる強化繊維ワインディング法にて好適に製造できる。この製法は、比較的安価で生産性は高いものの、対象が回転体形状に限定されており、複雑な形状の用途に適用することは困難である。
【０００５】
また、中空成形体の中でも、例えば自動車モノコックボディや、航空機構造材のようにある程度複雑な形状で大型の中空成形品は、繊維基材を金型に賦形して未硬化の樹脂を注入し、基材に含浸させた後に硬化させる、いわゆるレジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）成形法などで製造できる。特許文献１には、中子を使用して非円形断面形状の中空体を製造する方法が開示されている。しかしながら、この方法は大型成形品を少量製造するには適しているが、成形品を大量製造するには生産性が課題となる。
【０００６】
そこで、非中空のＦＲＰ成形品や、開口部が比較的大きな中空のＦＲＰ成形品を複数接合して複雑形状の中空成形品を製造することも可能であるが、一般に公知の接着剤を使用すると、接着工程に要する工数とリードタイムがコストの増大と生産性低下に繋がり、何より接着強度が十分に発現できず、高強度・高剛性というＦＲＰの特徴を損なうことが問題である。また、ボルト、ネジなどの機械接合法では、別途機械加工工程が必要であるだけでなく、デザイン上の制約があり適用が限定されること、何より軽量性というＦＲＰの特徴を損なうことが問題である。
【特許文献１】国際公開第２０００／１８５６６号パンフレット（第３９頁、第２２行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、かかる従来技術に鑑み、ＦＲＰからなる第１の部材と、第２の部材とを強固に一体化することにより、軽量かつ力学特性に優れた中空成形体を提供することにある。さらには、接合強度に優れ、複雑形状の成形性と生産性とを両立できる接合方法を提供することをも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る中空成形体は、少なくとも第１の部材と第２の部材の２つの部材を一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、前記部材のうち少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、前記熱可塑性樹脂層が前記強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなることを特徴とするものからなる（以下、第１発明と言うこともある）。
【０００９】
また、本発明に係る中空成形体は、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、該第１の部材が面形状であり、成形体の少なくとも一つの面を形成し、該第２の部材が該第１の部材に対向する面を形成してなることを特徴とするものからなる（以下、第２発明と言うこともある）。
【００１０】
さらに、本発明に係る中空成形体の製造方法は、上記のような中空成形体を製造するに際し、第１の部材と第２の部材とを、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、インサート射出成形、アウトサート射出成形から選択される少なくとも１つの方法にて一体化する方法からなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る中空成形体は、ＦＲＰの成形体からなる第１の部材を、第２の部材と強固に一体化でき、それによって優れた軽量性、力学特性を備えることができる。また、複雑な形状にあっても、安価な方法で、生産性よく製造することができる。したがってこれら中空成形体は、タンク、パイプ、風車ブレード、自動車部材、自転車クランクなどの用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の中空成形体およびその製造方法について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明の中空成形体とは、中空形状をなす構造体である。中空形状とは、殻形状、鼓形状、筒形状のような、実質的に内部空間を有する形状を意味する。その内部空間の形状には特に制限はなく、例えば内部にリブや、ボスなどがあってもよく、さらに間仕切りなどでいくつかの空間に分けられていてもよく、内部空間と外部空間を繋ぐ開口部を設けていてもよい。開口部は、人や人の手が出入りしたり、荷物を出し入れしたり、穀物や液体、気体などを内部に収納するための出入口などに利用することができる。
【００１３】
内部空間の大きさについても特に制限はないが、内容物の収納や移動、また内部空間を意図的に有効機能させたり、成形品の比重を低減するために厚肉化する観点から、中空成形体における中空部の最大厚みは１０ｍｍ以上が好ましく、２０ｍｍ以上がさらに好ましい。ここで、中空部の厚みとは、第１の部材と第２の部材によって形成される内部空間のうち、成形品の形状を代表する最大面と、該面に対向するように配置されてなる面で挟まれてた高さを意味する。これは、成形品の厚みから、それぞれの部材の厚みを差し引くことで確認してもよい。また複数の空間高さを有する場合は、空間高さの最大となる長さを、最大厚みと定義する。
【００１４】
本発明の中空成形体の外形にも特に制限はないが、回転体形状よりも、非回転体形状である方が、より多様な用途に適用できる点で好ましい。なお、ここでの非回転体形状とは左右対称、上下対称のものも含まれる。
【００１５】
本発明の中空成形体は、少なくとも２つの部材を一体化することで、上記中空形状を形成させるものである。中空形状の形成方式については特に制限はなく、例えば、上下もしくは左右に２つのコの字部材を合わせてもよいし、平面部材および曲面部材を複数個繋ぎあわせてもよいし、中空形状内部に梁を形成させてもよいし、また箱状部材に天蓋を形成させてもよい。
【００１６】
さらには、内部空間に、ウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリプロピレンフォーム、フェノールフォーム、ユリアフォーム、ポリ塩化ビニルフォーム、シリコンフォーム、エポキシフォーム、ポリイミドフォーム、ポリエステルフォーム、メラミンフォーム、繊維状物質からなる発泡構造体などの軽量発泡材を配置してもよい。
【００１７】
ここで本発明に係る中空成形体の一実施態様を、図１を用いて説明する。中空成形体は、第１の部材１と第２の部材２から構成されている。
【００１８】
本第１発明の中空成形体は、該部材のうち少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、該熱可塑性樹脂層が該強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなる中空成形体である。図２に、第１の部材３と第２の部材４との接合部分の例を、断面を拡大した図として示す。図２は、走査型電子顕微鏡写真を用いて撮影して得られた写真に基づき作成された図である。図２において、第１の部材３は、多数の連続した強化繊維５ａ、５ｂと、熱硬化性樹脂６が主成分である。そして第２の部材４との接合部分において熱可塑性樹脂層７を有しており、この熱可塑性樹脂層７が一群の（一部の）強化繊維５ｂを包含している。ここで、熱可塑性樹脂層７は、熱硬化性樹脂６とその界面で凸凹形状を有して一体化していることが好ましい。
【００１９】
本第２発明の中空成形体は、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化することで中空形状を形成した中空成形体である。第２の部材が熱可塑性樹脂で構成されることで、加熱溶着が可能であるだけでなく、ボス、ヒンジや嵌合部など接合するための構造が容易に成形、加工できる。この第１の部材を面形状とし、成形体の少なくとも一つの面を形成させ、第２の部材が第１の部材に対向する面を形成させることで、中空成形体を一体化する上で生産性よく製造することができる。
【００２０】
本第２発明の中空成形体は、前記第１の部材と、前記第２の部材とが、その接合面で接着されていることが、その実用上好ましい。接着の方法は、一般的な熱可塑性もしくは熱硬化性の接着剤を使用してもよいが、より好ましい接合形態としては、前記第１の部材が、前記第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、該熱可塑性樹脂層が前記連続した強化繊維群の一部の強化繊維を包含することにより接着されていることである。これらのさらに好ましい接合部分の態様は、前記図２に記載されているものと同様である。
【００２１】
本発明の中空成形体において、図２に示されるような第１の部材３の構造は、多数本の連続した強化繊維５ａ、５ｂからなる強化繊維群８に、硬化前の熱硬化性樹脂が含浸せしめられてなるプリプレグもしくはプリプレグ積層物に、熱可塑性樹脂を加工してなる基材を配置し、熱硬化性樹脂の硬化反応時に、もしくは、硬化反応前の予熱時に、基材の熱可塑性樹脂を強化繊維群８に含浸せしめることにより形成することができる。さらに、熱硬化性樹脂６は熱硬化性樹脂層を形成し、熱可塑性樹脂は熱可塑性樹脂層７を形成する。熱可塑性樹脂の強化繊維群８への含浸、すなわち、強化繊維群８を形成している多数本の強化繊維５ｂの間への熱可塑性樹脂の浸透により、熱硬化性樹脂６の層と熱可塑性樹脂層７との間の界面の凹凸形状が形成される。
【００２２】
上記プリプレグとして、必要に応じ、複数の強化繊維群８からなり、これらの強化繊維群が、プリプレグの幅方向に配列され、あるいは、プリプレグの厚さ方向に積層されているプリプレグが用いられる。図２においては、プリプレグにおいて最外層に位置し、第２の部材４との接合面に最も近い強化繊維群８が示されている。
【００２３】
ここで、強化繊維群は、少なくとも一方向に、１０ｍｍ以上の長さにわたり連続した多数本の強化繊維から構成されている。強化繊維群は、第１の部材の長さ方向の全長にわたり、あるいは、第１の部材の幅方向の全幅にわたり、連続している必要はなく、途中で分断されていてもよい。
【００２４】
強化繊維群は、多数本の強化繊維からなる強化繊維束、この繊維束から構成されたクロス、多数本の強化繊維が一方向に配列された強化繊維束（一方向性繊維束）、この一方向性繊維束から構成された一方向性クロスなどである。なかでもプリプレグや部材の生産性の観点から、クロス、一方向性繊維束が好ましい。強化繊維群は、同一の形態の複数本の繊維束から構成されていてもよく、あるいは、異なる形態の複数本の繊維束から構成されていてもよい。一つの強化繊維群を構成する強化繊維数は、通常、３００〜４８，０００であるが、プリプレグの製造や、クロスの製造を考慮すると、好ましくは、３００〜２４，０００であり、より好ましくは、１，０００〜１２，０００である。
【００２５】
また、第１の部材の好ましい態様としては、繊維束が何層にも積層された積層体である。強化繊維群の配向方向を変えて積層することにより、部材全体の力学特性をコントロールすることができる。また、必要に応じ、積層された強化繊維群の積層間に、他の基材が積層されてなるサンドイッチ形態も用いられる。
【００２６】
本発明の中空成形体における第１の部材の構造は、たとえば以下の方法で検証できる。 まず第１の試験方法は、部材接合部の表層部分断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察に基づく。断面の観察は、必要に応じ、撮影した断面写真に基づいて行なわれてもよい。観察する試験片は、部材から切り出した表層部分を用いて作成された薄肉切片である。この作成に当たり、強化繊維群の強化繊維の一部が脱落する場合があるが、観察に影響がない範囲であれば、問題はない。試験片は、観察のコントラストを調整するために、必要に応じ、染色されてもよい。
【００２７】
強化繊維群を構成する強化繊維は、通常、円形断面として観察される。強化繊維が脱落している場合は、通常、円形の脱落跡として観察される。強化繊維群を構成する強化繊維が位置する部分以外の部分において、熱硬化性樹脂層と熱可塑性樹脂層とは、コントラストの異なる２つの領域として観察される。
【００２８】
この第１の方法による観察結果の例が、図３に示される。図３は、第１の部材１１と第２の部材１２が一体化してなる中空成形体の接合面の断面を拡大して示したものである。熱可塑性樹脂層１３の樹脂が、強化繊維群１４を構成する多数本の強化繊維１５ａ、１５ｂ間の間隙の中まで進入している状態が示され、更に、熱硬化性樹脂１６の層と熱可塑性樹脂層１３との界面１７が凸凹形状を有している状態が示される。
【００２９】
第２の試験方法は、部材接合部の表層部分の熱可塑性樹脂を溶媒で抽出除去した状態の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）あるいは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察に基づく。断面の観察は、必要に応じ、断面写真に基づいて行われてもよい。部材を長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ程度にカットして試験片とする。この試験片において、熱可塑性樹脂層を、それを構成している樹脂の良溶媒で十分に洗浄し、熱可塑性樹脂を除去して、観察用の試験片が作成される。作成された試験片の断面をＳＥＭ（あるいは、ＴＥＭ）を用いて観察する。
【００３０】
この第２の方法による観察結果の例が、図４に示される。図４は、第１の部材１８と第２の部材１９が一体化してなる中空成形体から、第２の部材と熱可塑性樹脂層を除去した状態での接合面の断面を拡大して示したものである。図４において、熱硬化性樹脂２０は、強化繊維群２１を構成する強化繊維２２ａを有して存在するが、熱硬化性樹脂２０と凹凸形状の界面２３を有して存在していた熱可塑性樹脂層は、試験片の作成時に溶媒により除去されているため、存在しない。界面２３の凹凸形状が観察されるとともに、熱可塑性樹脂層が存在していた位置に、強化繊維群２１を構成する強化繊維２２ｂが観察され、これらの強化繊維の間に、空隙２４が観察される。これにより、熱可塑性樹脂層に、強化繊維群２１を構成する強化繊維２２ｂが包含されていたことが証明される。
【００３１】
なお、第１の方法および第２の方法において、一体化した中空成形体から部材接合部を観察するに際し、熱可塑性樹脂層の樹脂が可塑化する温度まで加熱して接合部を剥離させるか、第２の部材を機械的に除去するなどの方法で処理してもよい。
【００３２】
第３の試験方法は、一体化された成形品において、一方から他方を強制的に剥離したときに得られる状態の観察に基づく。この試験方法は、一体化成形品を、第１の部材と第２の部材との間で破壊するように、室温にて強制的に剥離させることにより行なわれる。剥離した第２の部材には、第１の部材表層の一部が残査として付着する場合がある。この残査が、顕微鏡で観察される。
【００３３】
第３の試験方法を実施して得られた試験片の状態の一例が、図５に示される。図５において、第２の部材２５に、第１の部材の表面が接合されていた接合部分２６が示され、この接合部分２６の一部に第１の部材表層部の一部が残査２７として観察される。この残査２７には、第１の部材の表層に位置していた強化繊維群から脱落した複数の強化繊維が存在していることが観察される。
【００３４】
本発明の中空成形体の構造的特徴は、上記の少なくとも１つの試験方法で検証することができる。
【００３５】
本発明の中空成形体における第１の部材は、第２の部材との接着強度を高める目的で、図２に示される熱可塑性樹脂層７において、連続した強化繊維５ｂが存在している領域の最大厚みＴｐｆ−ｍａｘが、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましく、４０μｍ以上であることが更に好ましい。この最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは、熱可塑性樹脂層７の厚さ方向において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番外側（接合側）の強化繊維５ｂ−ｏｕｔと、熱可塑性樹脂層７の樹脂の表面からの入り込み厚さが最も大きい部位において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番内側の強化繊維５ｂ−ｉｎ−ｍａｘとの間の距離（Ｔｐｆ−ｍａｘ）と定義される。最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは、第１の試験方法や第２の試験方法により得られるＳＥＭあるいはＴＥＭ写真において、測定することができる。最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは、最大で、１，０００μｍあれば、本発明の効果が十分に達成される。
【００３６】
最小厚みＴｐｆ−ｍｉｎは、熱可塑性樹脂層７の厚さ方向において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番外側（表面側）の強化繊維５ａ−ｏｕｔと、熱可塑性樹脂層７の樹脂の表面からの入り込み厚さが最も小さい部位において、熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番内側の強化繊維５ｂ−ｉｎ−ｍｉｎとの間の距離（Ｔｐｆ−ｍｉｎ）と定義される。
【００３７】
第１の部材において、熱硬化性樹脂６と熱可塑性樹脂層７との界面９は、図２に示されるように、一方向に引き揃えられた多数本の強化繊維５ａ、５ｂからなる強化繊維群１３の中に存在することが好ましい。第１の部材において、強化繊維群１３が、厚み方向に複数積層存在する積層板の場合、界面９は、最外層の強化繊維群の中にのみ存在することがより好ましい。
【００３８】
本発明の中空成形体は、第２の部材と接合し一体化成形品とする際に、優れた接着効果を得るためには、第１の部材の表面に設けられている前記熱可塑性樹脂層において第２の部材と接合されることが必要である。第１の部材の表面に設けられる熱可塑性樹脂層の面積Ｓは、接合が予定される第２の部材との接合力が確保可能な面積に応じて、適宜決められる。
【００３９】
すなわち、本発明の中空成形体は、前記熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂組成物からなる被膜を介して、第１の部材と第２の部材が接着されていることが好ましい。第１の部材に形成される被膜の平均厚みは、０．０１〜１，０００μｍであることが好ましく、０．１〜２００μｍであることがより好ましく、１〜５０μｍであることが更に好ましい。被膜の平均厚みＴｐは、図２に示される熱可塑性樹脂層７の樹脂に接している一番外側（接合側）の強化繊維５ｂ−ｏｕｔと、第１の部材３と第２の部材４との接合界面１０との距離で定義される。被膜の厚みが一定でない場合は、任意の数点において測定し、得られた測定値の平均値を被膜の厚みとする。平均厚みが、上記の好ましい範囲にあると、第１の部材と第２の部材がより確実に接合される。
【００４０】
本発明の中空成形体において、使用される強化繊維群および／または強化繊維の繊維素材としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、玄武岩繊維がある。これらは、単独または２種以上併用して用いられる。これらの繊維素材は、表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、金属の被着処理、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などがある。これらの繊維素材の中には、導電性を有する繊維素材も含まれている。繊維素材としては、比重が小さく、高強度、高弾性率である炭素繊維が、好ましく使用される。
【００４１】
本発明の中空成形体において、第１の部材に使用される熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノール（レゾール型）、ユリア・メラミン、ポリイミド、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂がある。耐衝撃性向上のために、熱硬化性樹脂には、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよい。特に、エポキシ樹脂は、第１の部材における力学特性の観点から好ましい。
【００４２】
本発明の中空成形体において、第１の部材に使用される熱可塑性樹脂層を形成する熱可塑性樹脂としては、溶解度パラメーターδ（ＳＰ値）が９〜１６であることが好ましく、より好ましくは１０〜１５、とりわけ好ましくは１１〜１４である。上記範囲内とすることにより、熱可塑性樹脂の凝集力が大きく、本発明の目的の１つである接着強度を高める上で有効である。
【００４３】
かかる溶解度パラメーターδを達成しうる熱可塑性樹脂としては例えば、アミド結合、エステル結合、ウレタン結合、エーテル結合、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、酸無水物基、スルホン酸基、芳香環、イミド環などの炭化水素骨格よりも極性の高い結合、官能基あるいは構造を持つものを挙げることができる。
【００４４】
また、熱可塑性樹脂の重量平均分子量としては、２，０００〜２００，０００が好ましく、５，０００〜１５０，０００がより好ましく、１０，０００〜１００，０００が更に好ましい。上記範囲内とすることにより、分子間力や分子鎖の絡み合いが多くなり、熱可塑性樹脂自体の強度が大きくなるため、容易に熱可塑性樹脂自体が破壊しにくくなり、同時に熱可塑性樹脂が十分に強化繊維群へ含浸でき、繊維群を包含することで強固な接着力を発現することができる。
【００４５】
さらに、本発明の中空成形体において、第１の部材に使用される熱可塑性樹脂層を形成する熱可塑性樹脂としては、カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、エポキシ基、水酸基から選択される少なくとも１種の官能基を含有することにより、熱可塑性樹脂の反応性を高め、本発明の目的の１つである接着強度を高める上で有効である。中でも、酸無水物基、アミノ基、エポキシ基がより好ましく選択される。ここで、熱可塑性樹脂の官能基量は、１×１０-5モル／ｇ以上が好ましく、１×１０-4モル／ｇ以上がより好ましく、１×１０-3モル／ｇ以上がさらに好ましい。官能基量は、特に限定されることなく、一般的な化学分析法で測定できる。例えば、ＩＲ（赤外線吸収スペクトル測定）により成分の同定を行い、ＮＭＲ（核磁気共鳴スペクトル測定）により分子構造を同定し、ＧＰＣ（ゲルパーミレーションクロマトグラフィ）により分子量を特定する。得られた結果から、高分子鎖単位重量あたりの、官能基のモル数が計算できる。
【００４６】
以上より、本発明の中空成形体において、第１の部材に用いられる熱可塑性樹脂組成物として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、変性ポリエチレン（ＰＥ）、変性ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等の変性ポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を用いることができる。中でも、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂が、生産性と経済性の観点から好ましく用いられる。
【００４７】
熱可塑性樹脂には、耐衝撃性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよいし、機能性を高める観点から、充填材や添加剤が添加されていてもよい。例えば、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤である。とりわけ、無機物を添加する場合には、その分散サイズが小さい方が、強化繊維群への含浸の観点からより好ましい。特にナノオーダーの分散サイズを有するものは、少量添加で効果を発現できる点からさらに好ましい。
【００４８】
本第１発明の中空成形体において、第２の部材としては、第１の部材との接合部において、熱接着性を有する素材からなるものであれば特に制限はない。
【００４９】
例えば、第２の部材が、第１の部材と実質的に同一の構成を有する部材で、接合部に熱可塑性樹脂層が配置されたものは力学特性に優れた中空成形体を製造する観点から好ましい。
【００５０】
また、第２の部材が、熱可塑性樹脂組成物から構成された部材であれば、より複雑な形状を成形できる観点から好ましい。使用される熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、これは本第２発明の中空成形体において、第２の部材に使用される熱可塑性樹脂としても同様に例示できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂には、耐衝撃性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよい。とりわけ、耐熱性、耐薬品性の観点からＰＰＳ樹脂が、成形品外観、寸法安定性の観点からポリカーボネート樹脂やスチレン系樹脂が、成形品の強度、耐衝撃性の観点からポリアミド樹脂が、経済性の観点からポリオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。
【００５１】
本発明に用いられる第２の部材については、中空成形体の強度、剛性、寸法安定性の観点から、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有されていることが好ましい。かかる強化繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、アルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、シリコンカーバイト繊維、シリコンナイトライド繊維などの無機繊維がある。強化繊維の繊維長は特に制限はないが、数平均繊維長で０．１〜６０ｍｍの範囲内が好ましく、０．３〜３０ｍｍの範囲内がより好ましく、１〜２０ｍｍの範囲内がとりわけ好ましい。また、強化繊維の含有量にも特に制限はなく、１〜９０重量％の範囲内が好ましく、１０〜７０重量％の範囲内がより好ましく、２０〜６０重量％の範囲内がとりわけ好ましい。
【００５２】
これら繊維長や繊維含有量は、一般公知の方法で測定できる。例えば、第２の部材から長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍの大きさで試験片を切り出す。作成された試験片を、熱可塑性樹脂が可溶な溶剤に２４時間浸漬し、樹脂成分を溶解させる。樹脂成分が溶解された試験片から強化繊維分を抽出する。得られた、強化繊維を顕微鏡にて観察し、強化繊維の無作為抽出したＮ本について、繊維長を測定する。Ｎ数は４００本以上であれば特に制限はない。個々の繊維長をＬｉとすると、数平均繊維長は次の式に基づき、算出する。
数平均繊維長＝（ΣＬｉ）／（Ｎ）
【００５３】
また、抽出された強化繊維の重量と、試験片の重量からその含有量が測定できる。なお、熱可塑性樹脂が溶媒に難溶性または不溶性の場合には、熱可塑性樹脂を加熱除去して強化繊維を抽出する方法を用いてもよい。
【００５４】
さらに、熱可塑性樹脂には機能性を高める観点から、充填材や添加剤が添加されていてもよい。例えば、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤である。
【００５５】
前記熱可塑性樹脂を主成分とする成形材料には特に制限はなく、射出成形用のペレット、スタンパブルシート、高圧成形用の熱可塑性シートが例示できる。中でも、強化繊維の繊維長を１ｍｍ以上に維持する観点から、長繊維ペレットや熱可塑性シート材料がより好ましく用いられる。
【００５６】
さらに、第２の部材が、金属材料からなる部材であれば、堅牢性を高める観点から好ましい。金属材料としては、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金等に、熱接着性の表面処理を施した金属材料であってもよい。
【００５７】
本発明の中空成形体において、一体化成形後や使用環境によって、成形品の寸法変化やソリの発生を抑える観点から、前記第２の部材の面方向の最大線膨張係数ＣIImaxが４×１０-5以下であることが好ましく、より好ましくは１×１０-5以下である。同様に、成形品のネジレを抑える観点から、前記第２の部材の、面方向の最大線膨張係数ＣIImaxと、最小線膨張係数ＣIIminとの比、ＣIImax／ＣIIminが１．８以下であることが好ましく、より好ましくは１．５以下である。
【００５８】
線膨張係数はＩＳＯ １１３５９−２に基づいて測定することができる。成形品から無作為に選定した部位について、部材の長手方向を基準にして、０度、４５度、９０度、１３５度のように、異なる角度において切り出した、４本の試験片を用意する。試験片の切り出し位置は、リブ部、ヒンジ部、凹凸部などの形状が意図的に付されている部分は極力避け、上記部位を含む場合は、これらを切削除去して試験に供する。これらの試験片において、その最大値を最大線膨張係数ＣIimax、最小値を最小線膨張係数ＣIiminと定義する。なお、測定温度範囲は特に制限はないが、成形品が使用される環境の観点から、３０〜２００℃が好ましい範囲として例示できる。
【００５９】
さらに、中空成形品の剛性および寸法安定性の観点で、前記第２の部材のＩＳＯ １７９に基づく曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１２ＧＰａ以上である。曲げ弾性率の測定には、成形品の平面部から、部材の長手方向を基準にして、０度、４５度、９０度、１３５度のように、異なる角度において切り出した、４本の試験片を用意する。試験片の切り出しは、リブ部、ヒンジ部、凹凸部など意図的に形状が付されている部位を避けて行われるのが好ましい。試験片にこれらの意図的な形状部位が含まれている場合、試験片の厚みの測定は、この部位を除いて行われる。これらの試験片において得られる曲げ弾性率の内の最小値を、曲げ弾性率として定義する。
【００６０】
本発明の中空成形体の一体化方法としては、特に制限されない。例えば、その製造方法は、第１の部材を構成している熱可塑性樹脂層あるいは被膜の融点または軟化点以上の温度で、第２の部材を接合させ、貼り付け、次いで冷却することからなる。
【００６１】
その接合における手順は、特に限定されない。例えば、（ｉ）第１の部材を予め成形しておき、第２の部材の成形と同時に、両者を接合し、一体化させる手法、（ii）第２の部材を予め成形しておき、第１の部材の成形と同時に、両者を接合し、一体化させる手法、あるいは、（iii）第１の部材と第２の部材とをそれぞれ別々に予め成形しておき、両者を接合し、一体化させる手法を適用できる。
【００６２】
一体化の手法として、第１の部材と第２の部材とを、機械的に嵌合させ、一体化する手法、両者をボルト、ネジなどの機械的結合手段を用いて一体化する手法、両者を接着剤などの化学的結合手段を用いて一体化する手法もある。これらの一体化する手法は、必要に応じて、併用されてもよい。
【００６３】
前記一体化手法（ｉ）の具体例としては、第１の部材をプレス成形し、必要に応じ所定のサイズに加工あるいは後処理し、次いで射出成形金型にインサートし、その後、第２の部材を形成する材料を金型に射出成形する手法がある。
【００６４】
前記一体化手法（ii）の具体例としては、第２の部材をプレス成形もしくは射出成形し、必要に応じ所定のサイズに加工あるいは後処理し、次いでプレス金型にインサートし、その後、プレス金型を所定のプロセス温度として、第１の部材を形成する未硬化の熱硬化性樹脂と多数本の連続した強化繊維群からなるプリプレグの表面に熱可塑性樹脂層が形成された基材をレイアップし、次いで熱可塑性樹脂の融点以上の温度で成形する手法がある。
【００６５】
前記一体化手法（iii）の具体例としては、第１の部材をプレス成形し、必要に応じ所定のサイズに加工あるいは後処理して用意し、別途、第２の部材を予め成形しておき、それぞれを熱溶着、振動溶着、超音波溶着などで前記一体化手法（ii）と同様にして一体化させる方法がある。また、いずれかの部材がレーザー透過性を有すると、レーザー溶着にて一体化することもできる。
【００６６】
上記のような一体化手法の中でも、中空成形体の量産性の観点から、前記一体化手法（ｉ）におけるインサート射出成形やアウトサート射出成形が好ましく使用される。とりわけ、中空形状を形成するためにブロー成形を適用することが好ましい。形状安定性や接着部分の精密性の観点から、前記一体化手法（iii）が好ましく使用され、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着が好ましく使用できる。
【００６７】
また、本発明の中空成形体の製造する上で、一体化を効率的に行うと同時に、形状の自由度を高める観点から、前記第１の部材が、曲率半径が１０００ｍ以内の曲面を形成していてもよい。より好ましくは５００ｍ以内であり、これらの曲面は断続的、間欠的に、成形品の一つの面内に複数個形成されていてもよい。さらに、これらの面内に、曲率半径が５ｍｍ以上の絞りが形成されていてもよい。
【００６８】
その一方で、第２の部材には、その厚み方向に三次元形状を形成されていてもよく、例えば、機能面から凹凸を有する構造や、意匠面から凹凸を有する構造や、機械接合を補助するためのボス、リブ、ヒンジ、嵌合構造などが形成されていてもよい。
【００６９】
本発明の中空成形体の用途としては、軽量で力学特性が要求される分野における製品がある。例えば、タンク、インテークマニホールドなどのパイプ、ポンプ、インパネ、内装材、スポイラー、ピラー、ドアパネル、ボンネット、エンジンカバー、各種ビームや衝撃吸収材などの自動車部材、風車ブレードなどの構造体、カウル、自転車クランクなどの二輪車、自転車の部材、ランディングギアポッド、モノコック、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブなどの航空機関連部品、パラボラアンテナ、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、ＰＤＡ、ポータブルＭＤ、プラズマディスプレーなどの電気または電子機器の部品、部材および筐体、電話、ファクシミリ、ＶＴＲ、コピー機、テレビ、アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器、電子レンジ、音響機器、掃除機、トイレタリー用品、レーザーディスク、コンパクトディスク、照明、冷蔵庫、エアコン、タイプライター、ワードプロセッサーなどに代表される家庭または事務製品部品、部材および筐体、パチンコ、スロットマシン、ゲーム機などの遊技または娯楽製品部品、部材および筐体、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などの光学機器、精密機械関連部品、部材および筐体、Ｘ線カセッテなどの医療用途、テニスラケット、ゴルフクラブヘッド、ボード、ヨットなどのスポーツ関連部品、建材用の部品やパネルなどが挙げられる。
【００７０】
上記の中でも、タンク、パイプ、風車ブレード、自転車クランク、ゴルフクラブヘッド、ノートパソコン筐体、Ｘ線カセッテ、自動車部材、建材パネルにおいて、軽量と高剛性の要求が強く、好適に使用される。
【実施例】
【００７１】
実施例に基づき、本発明が更に具体的に説明される。実施例中に示される配合割合（％）は、別途特定している場合を除き、全て重量％に基づく値である。本発明の実施例に使用した成分を以下に示す。
【００７２】
参考例１
３元共重合ポリアミド樹脂（東レ（株）製、３元共重合ポリアミド樹脂ＣＭ４０００、ポリアミド６／６６／６１０、融点１５０℃、溶解度パラメーターδ（ＳＰ値）１３．３）のペレットを、幅１０ｍｍ、目付８０ｇ／ｍ2の不織布状テープに加工した。
【００７３】
参考例２
ポリアミド６（東レ（株）製、ポリアミド６樹脂ＣＭ１００１）を粒子径１０〜１０００μｍのパウダーに加工し、チョップド炭素繊維（東レ（株）製トレカＴＷ１２、繊維長６ｍｍ）とをドライで混合した。混合物を８０℃で３時間真空乾燥後、２５０℃でプレス成形を行い、炭素繊維含量３０重量％のシート状成形体を得た。該成形体の最大線膨張係数は１．２×１０-5であり、最小線膨張係数は０．９×１０-5であった。また、曲げ弾性率は１６ＧＰａであった。
【００７４】
実施例１
図６を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
エポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）が、一方向に配列された炭素繊維群に含浸したプリプレグ（東レ（株）製トレカプリプレグＰ６０５３−１２）から、所定の形状のプリプレグシートを１０枚切り出した。図６のように、これら１０枚のシートを、成形品長手方向を基準に［０°／９０°］５ｓとなるように順次雌金型２９に沿うように積層し（プリプレグ積層体３０）、さらに参考例１で調製した不織布状テープ２８を、幅１０ｍｍの接合部分に配置した（配置された不織布状テープ３１）。
【００７５】
次に、雄金型（図示せず）をセットして、プレス成形を行った。プレス成形機にて、１６０℃で５分間予熱し、５ＭＰａの圧力をかけながら、１５０℃で３０分間加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。硬化終了後、室温で冷却し、脱型して、厚み１．２ｍｍの積層体からなる第１の部材３２を成形した。成形された第１の部材３２の、上記不織布状テープ３１を配置した部位は、第２の部材との接合部分３３に形成される。
【００７６】
得られた積層体からなる第１の部材３２を射出成形金型にインサートし、長繊維ペレット（東レ（株）製ＴＬＰ１１４６Ｓ、炭素繊維含量２０wt％、ポリアミド樹脂マトリックス）を用いて、インサートされている積層体に対し、天蓋部分３６ａ、開口部分３６ｂ、把持部分３６ｃを成形し、図６に示される、開口部分を有する中空成形体３４を製造した。中空成形体３４の部位３５が上記第１の部材である。射出成形は、日本製鋼所（株）製Ｊ３５０ＥIII射出成形機を用いて行い、シリンダー温度は２８０℃とした。
【００７７】
得られた一体化成形品３４は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分３３で接しており、強固に一体化した。この一体化成形品から、接合部分を切り出し、蟻酸に１２時間溶解させて熱可塑性樹脂部分を除去し、断面観察用試験片とした。試験片を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したところ、炭素繊維群がむき出されている状態が観察された。さらには、積層体３２の接合面方向に空隙を有する炭素繊維群と、その反対方向に空隙を有しない炭素繊維群の二層構造が観察され、図４に示されているように、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。炭素繊維群の空隙部分が、熱可塑性樹脂層の強化繊維が包含されている領域であり、この最大厚みＴｐｆと最小厚みＴｐｆ−ｍｉｎとを測定したところ、最小厚みＴｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００７８】
また、前記積層体３２の接合部分の断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【００７９】
実施例２
図７を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
実施例１と同様の方法で、風車ブレードの表裏を構成する２つの積層体３７、３８（第２の部材３７、第１の部材３８）を製造する。図７に示すように、少なくとも接合部分で、１８０℃にて１０分間熱圧着を行い、中空成形体を製造した。得られた一体化成形品は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分３９で接しており、強固に一体化した。
【００８０】
同様に、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。Ｔｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００８１】
また、前記積層体３８の接合部分断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【００８２】
実施例３
第２の部材３７を、参考例２で調整した熱可塑性シート状成形体を再度プレス成形で製造する。成形体を２５０℃で１０分間、熱風乾燥機で予熱した後、１２０℃の金型にて５ＭＰａの圧力で成形した。得られた部材を、実施例２と同様の方法で一体化した。
【００８３】
実施例４
図８を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
実施例１と同様の方法で、プリプレグを雌金型に積層し、不織布状テープを幅１０ｍｍの接合部分４２に配置した。次いで、真空バッグ成形し、１６０℃で５分間予熱し、１５０℃で３０分間加熱して熱硬化性樹脂を硬化させ、２つの第１の積層体（第１の部材）４０ａ、４０ｂを製造した。同様に、２つの第２の積層体（第２の部材）４１ａ、４１ｂをプレス成形にて製造した。
【００８４】
次に、図８に示すように、第１の積層体と第２の積層体を配置し、熱圧着して中空成形体を製造した。得られた一体化成形品は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分４２で接しており、強固に一体化した。同様に、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。Ｔｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００８５】
また、前記積層体４０ａの断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【００８６】
実施例５
図９を用いて説明することで、本実施例をより明確に説明できる。
実施例１と同様の方法で、自転車用クランクの表裏を構成する２つの積層体４３、４４（第１の部材４３、第２の部材４４）を製造する。図９に示すように、少なくとも接合部分に、１８０℃で１０分間熱圧着を行い、中空成形体を製造した。得られた一体化成形品は、少なくとも前記不織布状テープを配置した接合部分４５で接しており、強固に一体化した。同様に、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂層との界面は、凸凹形状を有していることが認められた。Ｔｐｆ−ｍｉｎは３０μｍ、最大厚みＴｐｆ−ｍａｘは６０μｍであった。
【００８７】
また、前記積層体４４の断面をＳＥＭ観察すると、表面には、熱可塑性樹脂が溶融して被膜状に付着しており、その膜厚は１０μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施態様に係る中空成形体の断面図である。
【図２】本発明の中空成形体における、接合部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の中空成形体を、第１の試験方法によって観察した結果を示す断面図である。
【図４】本発明の中空成形体を、第２の試験方法によって観察した結果を示す断面図である。
【図５】本発明の中空成形体を、第３の試験方法によって観察した結果を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例１の工程および中空成形体組立を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例２の工程および中空成形体組立を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例４の中空成形体組立を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例５の中空成形体組立を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 第１の部材
２ 第２の部材
３ 第１の部材
４ 第２の部材
５ａ、５ｂ 強化繊維
６ 熱硬化性樹脂
７ 熱可塑性樹脂層
８ 強化繊維群
９ 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂層との界面
１０ 第１の部材と第２の部材との界面
１１ 第１の部材
１２ 第２の部材
１３ 熱可塑性樹脂層
１４ 強化繊維群
１５ａ、１５ｂ 強化繊維
１６ 熱硬化性樹脂
１７ 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂層との界面
１８ 第１の部材
１９ 第２の部材
２０ 熱硬化性樹脂
２１ 強化繊維群
２２ａ、２２ｂ 強化繊維
２３ 熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂層との界面
２４ 熱可塑性樹脂層が存在していた空隙
２５ 第２の部材
２６ 第１の部材との接合部分
２７ 残査
２８ 不織布状テープ
２９ 雌金型
３０ プリプレグ積層体
３１ 不織布状テープ
３２ 第１の部材
３３ 第１の部材と第２の部材との接合部分
３４ 中空成形体
３５ 第１の部材
３６ａ 第２の部材天蓋部
３６ｂ 第２の部材開口部
３６ｃ 第２の部材把持部
３７ 第２の部材
３８ 第１の部材
３９ 第１の部材と第２の部材との接合部分
４０ａ、４０ｂ 第１の部材
４１ａ、４１ｂ 第２の部材
４２ 第１の部材と第２の部材との接合部分
４３ 第１の部材
４４ 第２の部材
４５ 第１の部材と第２の部材との接合部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の部材と第２の部材の２つの部材を一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、前記部材のうち少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、前記熱可塑性樹脂層が前記強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなることを特徴とする中空成形体。
【請求項２】
前記第２の部材が、前記第１の部材と実質的に同一構成の部材、または金属材料からなる部材である、請求項１に記載の中空成形体。
【請求項３】
連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、該第１の部材が面形状であり、成形体の少なくとも一つの面を形成し、該第２の部材が該第１の部材に対向する面を形成してなることを特徴とする中空成形体。
【請求項４】
前記第２の部材が、数平均繊維長０．１〜６０ｍｍの強化繊維を含有してなる、請求項３に記載の中空成形体。
【請求項５】
前記第１の部材と、前記第２の部材とが、その接合面で接着されてなる、請求項３または４に記載の中空成形体。
【請求項６】
前記第１の部材が、前記第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、該熱可塑性樹脂層が前記連続した強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなる、請求項３〜５のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂層が、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂の層と、その界面において、凸凹形状を有して一体化されている、請求項１または６に記載の中空成形体。
【請求項８】
前記熱可塑性樹脂層において、前記強化繊維が包含されている領域の最大厚みが１０μｍ以上である、請求項１、６、７のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項９】
前記最大厚みが１，０００μｍ以下である、請求項８に記載の中空成形体。
【請求項１０】
前記熱可塑性樹脂層の樹脂が、第２の部材との接合部分に被膜状に介在してなる、請求項１、６〜９のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１１】
前記被膜の平均厚みが０．０１〜１０００μｍの範囲にある、請求項１０に記載の中空成形体。
【請求項１２】
前記第１の部材が積層体である、請求項１〜１１のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１３】
前記第１の部材に用いられる強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜１２のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１４】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂を主成分とする樹脂である、請求項１〜１３のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１５】
前記第１の部材に用いられる熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂から選択される少なくとも１種である、請求項１〜１４のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１６】
前記第２の部材の、面方向の最大線膨張係数最大線膨張係数ＣIImaxが４×１０-5以下である、請求項１〜１５のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１７】
前記第２の部材の、面方向の最大線膨張係数ＣIImaxと、最小線膨張係数ＣIIminとの比、ＣIImax／ＣIIminが１．８以下である、請求項１〜１６のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１８】
前記第２の部材の、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である、請求項１〜１７のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１９】
前記中空成形体が、殻形状、鼓形状、筒形状のいずれかの形態を有している、請求項１〜１８のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２０】
前記中空成形体における、中空部の最大厚みが１０ｍｍ以上である、請求項１〜１９のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２１】
前記第１の部材が、曲率半径が１０００ｍ以内の略曲面を形成してなる、請求項１〜２０のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２２】
前記第１の部材が、その面内に曲率半径が５ｍｍ以上の絞りを形成してなる、請求項１〜２１のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２３】
前記第２の部材が、その厚み方向に三次元形状を形成してなる、請求項１〜２２のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２４】
前記中空成形体が、タンク、パイプ、風車ブレード、または、自動車、二輪車、自転車、航空機、建材用の部品、部材またはパネルである、請求項１〜２３のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２５】
前記第１の部材と第２の部材とを、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、インサート射出成形、アウトサート射出成形から選択される少なくとも１つの方法にて一体化する、請求項１〜２４のいずれかに記載の中空成形体の製造方法。
【請求項１】
少なくとも第１の部材と第２の部材の２つの部材を一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、前記部材のうち少なくとも第１の部材は連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とし、第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、前記熱可塑性樹脂層が前記強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなることを特徴とする中空成形体。
【請求項２】
前記第２の部材が、前記第１の部材と実質的に同一構成の部材、または金属材料からなる部材である、請求項１に記載の中空成形体。
【請求項３】
連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂を主成分とする第１の部材と、熱可塑性樹脂を主成分とする第２の部材とを一体化することで中空形状を形成した中空成形体であって、該第１の部材が面形状であり、成形体の少なくとも一つの面を形成し、該第２の部材が該第１の部材に対向する面を形成してなることを特徴とする中空成形体。
【請求項４】
前記第２の部材が、数平均繊維長０．１〜６０ｍｍの強化繊維を含有してなる、請求項３に記載の中空成形体。
【請求項５】
前記第１の部材と、前記第２の部材とが、その接合面で接着されてなる、請求項３または４に記載の中空成形体。
【請求項６】
前記第１の部材が、前記第２の部材との接合部分において熱可塑性樹脂層を有しており、該熱可塑性樹脂層が前記連続した強化繊維群の一部の強化繊維を包含してなる、請求項３〜５のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂層が、連続した強化繊維群で強化された熱硬化性樹脂の層と、その界面において、凸凹形状を有して一体化されている、請求項１または６に記載の中空成形体。
【請求項８】
前記熱可塑性樹脂層において、前記強化繊維が包含されている領域の最大厚みが１０μｍ以上である、請求項１、６、７のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項９】
前記最大厚みが１，０００μｍ以下である、請求項８に記載の中空成形体。
【請求項１０】
前記熱可塑性樹脂層の樹脂が、第２の部材との接合部分に被膜状に介在してなる、請求項１、６〜９のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１１】
前記被膜の平均厚みが０．０１〜１０００μｍの範囲にある、請求項１０に記載の中空成形体。
【請求項１２】
前記第１の部材が積層体である、請求項１〜１１のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１３】
前記第１の部材に用いられる強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜１２のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１４】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂を主成分とする樹脂である、請求項１〜１３のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１５】
前記第１の部材に用いられる熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂から選択される少なくとも１種である、請求項１〜１４のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１６】
前記第２の部材の、面方向の最大線膨張係数最大線膨張係数ＣIImaxが４×１０-5以下である、請求項１〜１５のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１７】
前記第２の部材の、面方向の最大線膨張係数ＣIImaxと、最小線膨張係数ＣIIminとの比、ＣIImax／ＣIIminが１．８以下である、請求項１〜１６のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１８】
前記第２の部材の、曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上である、請求項１〜１７のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項１９】
前記中空成形体が、殻形状、鼓形状、筒形状のいずれかの形態を有している、請求項１〜１８のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２０】
前記中空成形体における、中空部の最大厚みが１０ｍｍ以上である、請求項１〜１９のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２１】
前記第１の部材が、曲率半径が１０００ｍ以内の略曲面を形成してなる、請求項１〜２０のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２２】
前記第１の部材が、その面内に曲率半径が５ｍｍ以上の絞りを形成してなる、請求項１〜２１のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２３】
前記第２の部材が、その厚み方向に三次元形状を形成してなる、請求項１〜２２のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２４】
前記中空成形体が、タンク、パイプ、風車ブレード、または、自動車、二輪車、自転車、航空機、建材用の部品、部材またはパネルである、請求項１〜２３のいずれかに記載の中空成形体。
【請求項２５】
前記第１の部材と第２の部材とを、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、インサート射出成形、アウトサート射出成形から選択される少なくとも１つの方法にて一体化する、請求項１〜２４のいずれかに記載の中空成形体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−４４２６２（Ｐ２００６−４４２６２Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９９９６４（Ｐ２００５−１９９９６４）
【出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．レーザーディスク
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月８日（２００５．７．８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．レーザーディスク
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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