精密機器用構造体
【課題】本発明の課題は、軽量で、剛性が高く、さらに高速あるいは高加速度で移動した後の歪みの戻りが速いサンドイッチ構造の精密機器用構造体を提供することである。
【解決手段】本発明に係る精密機器用構造体は、コア材および板材を備える。コア材は、炭素繊維強化樹脂を主材料として形成される。炭素繊維強化樹脂は、６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の繊維含有率と、−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃の線膨張係数とを有する。板材は、コア材の両面に配設される。
【解決手段】本発明に係る精密機器用構造体は、コア材および板材を備える。コア材は、炭素繊維強化樹脂を主材料として形成される。炭素繊維強化樹脂は、６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の繊維含有率と、−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃の線膨張係数とを有する。板材は、コア材の両面に配設される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、人工衛星やロケット等に搭載される精密機器の部品等、産業用ロボットや露光装置の部品等に適するサンドイッチ構造の精密機器用構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置には、軽量かつ高強度・高剛性の精密機器用構造体が求められている。そして、そのような精密機器用構造体として、例えば、繊維強化複合材を主材料とする構造体が注目されている（例えば、特開平１１−１１６６９６号公報や、特開２００５−２８８６１９号公報、特開２００６−１２３２０９号公報等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８８６１９号公報
【特許文献２】特開平１１−１２４６９３号公報
【特許文献３】特開２００６−１２３２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、これまでに提案されている精密機器用構造体は、精密測定器や精密製造装置を従来の通りに動作させていれば何ら問題を生じることはないが、近年のさらなる高速化及び高スループット化の要求に対して満足できるレベルまで至っていないのが現状である。このため、航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置では、高速あるいは高加速度で移動した時の歪みが従来よりも小さく、特に歪んだ状態から元の状態までに戻るまでの戻り速度が従来よりも速い精密機器用構造体が待ち望まれている。
【０００５】
本発明の課題は、軽量で、剛性が高く、さらに高速あるいは高加速度で移動した後の歪みの戻りが速いサンドイッチ構造の精密機器用構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）
本発明に係る精密機器用構造体は、コア材および板材を備える。コア材は、炭素繊維強化樹脂を主材料として形成される。なお、コア材は、炭素繊維強化樹脂のみから形成されてもかまわない。炭素繊維強化樹脂は、６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の繊維含有率と、−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃の線膨張係数とを有する。板材は、コア材の両面に配設される。つまり、この精密機器用構造体は、サンドイッチ構造となっている。なお、この板材は、炭素繊維強化樹脂やセラミックス材等から形成される。また、この板材は、炭素繊維強化樹脂とセラミックス材とからなる複合材から形成されてもよい。軽量化の面では炭素繊維強化樹脂が好ましく、剛性の面からはセラミックスが好ましい。
【０００７】
なお、炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維とマトリックス樹脂とを複合成形することにより得ることができる。炭素繊維としては、特に限定されないが、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維などが好適に用いられる。また、マトリックス樹脂としては、特に限定されないが、例えば、シアネートエステル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が用いられる。
【０００８】
また、炭素繊維強化樹脂では、炭素繊維を任意の方向に配置することにより、機械強度の方向性を制御することができる。炭素繊維としては、特に限定されないが、例えば、一方向繊維束が用いられてもよいし、平織りや朱子織等の織物が用いられてもよい。
【０００９】
炭素繊維強化樹脂の線膨張係数が−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃であると、環境変化に対する寸法安定性が良く好ましい。なお、炭素繊維強化樹脂の線膨張係数は、−２×１０−６／℃から２×１０−６／℃であるのがより好ましく、−１×１０−６／℃から１×１０−６／℃であるのがさらに好ましい。
【００１０】
炭素繊維強化樹脂の繊維含有率Ｖｆが６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下であると、剛性が高くなり好ましい。なお、炭素繊維強化樹脂の繊維含有率Ｖｆは、６５ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下であるのがより好ましく、７０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下であるのがさらに好ましい。また、炭素繊維強化樹脂の繊維含有率Ｖｆは、実用上、６０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下であってよく、６１ｖｏｌ％以上６３ｖｏｌ％以下であってもよい。
【００１１】
（２）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、コア材はリブ構造体であるのが好ましい。リブ構造体は、平面視において、三角形の単位セルからなるのが好ましい。コア材に剛性を付与することができるからである。そして、この単位セルは、放射線状に配置される。なお、リブ構造体は、精密機器用構造体に強度や剛性を付与すると共にコア材を中空構造にして軽量化するのに好適である。リブ構造体では、リブの厚みや長さを調整することにより単位セルのサイズを自由にコントロールすることができる。ところで、リブ構造体を高速で動かす場合、リブ構造体には大きな加速度がかかり、リブが僅かに変形する。この変形の度合いは、リブの厚みを厚くしてリブ構造体自体の剛性を高めることにより抑制することができる。しかし、リブの厚みを厚くすることは軽量化の面で好ましくない。このため、リブの厚さは０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲とされるのが好ましい。なお、リブが炭素繊維強化樹脂で形成される場合、外周のリブを除き、リブの厚みが３ｍｍ未満であってもリブに割れ等が生じにくい。このため、リブが炭素繊維強化樹脂で形成される場合、リブの厚みは、外周のリブを除き、３ｍｍ未満であるのが好ましい。また、リブがセラミックスから形成される場合、リブの厚みが３ｍｍ以上でないとコア材の加工が難しくなる。このため、セラミックス製のリブは、軽量化の面から好ましくない。
【００１２】
また、かかる場合、単位セルには、二等辺三角形の第１単位セルと、逆二等辺三角形の第２単位セルとが存在するのが好ましい。なお、逆二等辺三角形とは、平面視において、二等辺三角形の底辺を対称軸として二等辺三角形と線対称の関係にある。また、この二等辺三角形には、正三角形が含まれる。そして、第１単位セルと第２単位セルとは、平面視において、同心多角形と、第１単位セルの二等辺三角形と相似関係にある大サイズの二等辺三角形とを形成する。
【００１３】
また、かかる場合、単位セルは、平面視において、面積が１０ｃｍ２以下であるのが好ましい。精密機器用構造体の剛性を高めることができるからである。なお、単位セルの面積は、５．０ｃｍ２以下であるのがより好ましく、４．０ｃｍ２以下であるのがさらに好ましい。なお、単位セルの面積は、軽量化を考慮すると、３．０ｃｍ２以上であるのが好ましい。
【００１４】
（３）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は吸水率が０．３ｗｔ％以下であるのが好ましい。炭素繊維強化樹脂の吸水率が０．３ｗｔ％以下であると、吸水や吸湿による寸法変化が生じにくいからである。また、炭素繊維強化樹脂の吸水率は０．２ｗｔ％以下であるのがより好ましく、０．１ｗｔ％以下であるのがさらに好ましい。
【００１５】
また、かかる場合、炭素繊維強化樹脂は炭素繊維と低吸水性樹脂との複合材であるのが好ましい。
【００１６】
また、かかる場合、低吸水性樹脂としては、吸水性の低い樹脂であれば特に限定はないが、炭素繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としての適性も併せて考慮すると、シアネートエステル樹脂やエポキシ樹脂（変性エポキシ樹脂を含む）が好ましい。
【００１７】
ところで、シアネートエステル樹脂は、加熱によってシアネート基が重合し架橋反応を起こす。また、シアネートエステル樹脂は、後硬化の際に２００℃以上の高温をかけると架橋密度が増大する。このため、マトリックス樹脂としてシアネートエステル樹脂を用いると、炭素繊維強化樹脂の剛性をより高めることができ、延いては、炭素繊維強化樹脂の歪み戻り速度をより速くすることができる。
【００１８】
（４）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、板材又は／及びコア材の少なくとも一部はセラミックス材であるのが好ましい。例えば、高速移動時に応力が集中する部分（板材表面あるいは全体、並びにコア材側面等）のみをセラミックス材で補強することにより、剛性の向上と軽量化の両立が可能となる。
【００１９】
また、かかる場合、炭素繊維強化樹脂の線膨張係数とセラミックス材の線膨張係数との差が３．０×１０−６／℃以内であるのが好ましい。炭素繊維強化樹脂の線膨張係数とセラミックス材の線膨張係数との差が３．０×１０−６／℃以内であると、接合面において炭素繊維強化樹脂またはセラミックス材が剥れたりズレたりしないため好ましい。また、炭素繊維強化樹脂の線膨張係数とセラミックス材の線膨張係数との差は２．０×１０−６／℃以内であるのがより好ましく、１．０×１０−６／℃以内であるのがより好ましく、０．５×１０−６／℃以内であるのがさらに好ましく、０．１×１０−６／℃以内であるのがさらに好ましい。
【００２０】
また、かかる場合、セラミックス材はコージェライトであるのが好ましい。コージェライトは、線膨張係数が低く、耐衝撃性に優れるからである。
【００２１】
コージェライトは、２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２の組成を有するセラミックスであって、１４５０℃以上に加熱すると、高温安定相である六方晶系すなわちα型に変化する。このα型のコージェライトは、熱膨張係数が非常に小さいので、耐熱衝撃性セラミックスとして用いられる。なお、このコージェライトから板材を作製するための方法としては、粉体原料を１４００℃以上の高温、５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上の高圧をかけて焼結する方法が挙げられる。この方法を利用すれば、線膨張係数が２．５×１０−６／℃以下、吸水率が０．１〜０．２％、熱伝導率が５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の緻密で剛性の高いコージェライト焼結板が得られる。
【００２２】
（５）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は、表面が防湿膜で覆われるのが好ましい。このようにすれば、吸湿により炭素繊維強化樹脂が膨張したり、炭素繊維強化樹脂の物性が低下したりすることを防止することができる。
【００２３】
なお、防湿膜としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などの無機材料膜や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などの有機材料膜が好適に用いられる。
【００２４】
（６）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は、紫外線吸収剤を含むのが好ましい。炭素繊維強化樹脂に紫外線吸収剤を添加することにより、紫外線による炭素繊維強化樹脂の強度劣化を防ぐことができる。
【００２５】
なお、紫外線吸収剤としては、特に限定されないが、例えば、ベンゾフェノン系化合物、トリアゾール系化合物、トリアジン系化合物が好適に用いられる。
【００２６】
（７）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は、歪み戻り指数が０％／秒以上０．０２％／秒以下であるのが好ましい。炭素繊維強化樹脂の歪み戻り指数が０％／秒以上０．０２％／秒以下であると、戻り速度が速くなる。なお、炭素繊維強化樹脂の歪み戻り指数は０％／秒以上０．０１５％／秒以下であるのがより好ましく、０％／秒以上０．０１％／秒以下であるのがさらに好ましい。
【００２７】
なお、歪み戻り指数とは、高速あるいは高加速度で移動した時の歪んだ状態から元の状態までに戻るまでの戻り速度を示す指標値であり、数値が小さいほど戻り速度が速いことを示す。そして、この歪み戻り指数は、試験片の破断時から一定時間経過後の単位時間当たりの歪み量の割合（破断時の歪み量を１００％とする）の変化率として求めることができる。ところで、炭素繊維強化樹脂に引張応力を加えた場合、破断時の歪み量が時間経過とともに０に近づいていく。このとき、破断から６秒経過後の単位時間（１秒間）当たりの歪み量の割合の変化率（傾き）が小さいほど歪み戻りが速いことになる。また、歪み戻り指数は、歪み量の割合から求めていることから、炭素繊維強化樹脂の破断応力に依存することなく、歪み戻りの速度をほぼ正確に評価することができる。
【００２８】
（８）
また、本発明に係る炭素繊維強化樹脂は、熱伝導性付与材を含有するのが好ましい。炭素繊維強化樹脂は繊維方向の熱伝導率は高いが、積層方向の熱伝導率は低いという特徴があり、局所的に熱がかかったときに、板材の面内で局所的な熱歪みが発生してしまうことを抑制することができるからである。このような熱伝導性付与材としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維チョップドファイバーやカーボンナノチューブ等が好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る精密機器用構造体は、軽量で、剛性が高く、高速あるいは高加速度で移動した後の歪みの戻りが速く、航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置の部品等として有用である。特に航空宇宙分野の人工衛星やロケット等に搭載される精密機器に大気圏突入時の衝撃が加わった場合や、産業機械分野の産業用ロボットや露光装置等に搭載される精密機器に高速化や高スループット化が求められる場合に、高速あるいは高加速度の移動や衝撃による応力が加わっても歪みによる影響を抑制することができる。このため、本発明に係る精密機器用構造体は、精密機器の信頼性や生産物の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例に係るサンドイッチ構造体（精密機器用構造体）の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係るコア材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００３２】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）にシアネートエステル樹脂（日石三菱株式会社製ＮＭ３１）が含浸されたプリプレグを、表面を離型処理した二等辺三角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして４周巻き付けた（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるようにプリプレグを巻き付けた）。次いで、そのプリプレグをバッギングした状態でオートクレーブ成形し、二等辺三角筒成形体Ａを得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１８０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１８０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を１４ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この二等辺三角筒成形体Ａの繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは６３ｖｏｌ％であった。また、二等辺三角筒成形体Ａは、二等辺三角形の底辺が５５．５ｍｍであり、二等辺三角形の高さが６７ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が０．３５ｍｍであった。
【００３３】
また、上記プリプレグを、表面を離型処理した別の二等辺三角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして６周巻き付けた後、先と同様に、そのプリプレグをバッギングした状態でオートクレーブ成形し、二等辺三角筒成形体Ｂを得た。なお、この二等辺三角筒成形体Ｂは、二等辺三角形の底辺が２８ｍｍであり、二等辺三角形の高さが３４ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が０．５ｍｍであった。
【００３４】
また、上記プリプレグを、表面を離型処理した八角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして２０周巻き付けた後、先と同様に、そのプリプレグをバッギングした状態でオートクレーブ成形し、正八角筒成形体Ｃを得た。なお、この正八角筒成形体Ｃは、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が１．５ｍｍであった。
【００３５】
そして、正八角筒成形体Ｃの中に、３２個の二等辺三角筒成形体Ａと３２個の二等辺三角筒成形体Ｂとをそれぞれ接着剤で貼り合わせながら配置して、平面視において二等辺三角形が放射状に配置されたコア材（図２参照）を得た。なお、このとき、二等辺三角筒成形体Ｂは側面が面接触するように配置され、二等辺三角筒成形体Ａは、二等辺三角筒成形体Ｂの中に、二等辺三角筒成形体Ｂとは逆方向を向いた状態で二等辺三角筒成形体Ｂの内面と接触するように配置された。また、単位セルの面積は４．７６ｃｍ２であった。
【００３６】
（２）板材の作製
顆粒状のコージェライトパウダー（丸ス釉薬合資会社製ＡＦ−２）を金型に充填し、そのコージェライトパウダーを５００ｋｇｆ／ｃｍ２のプレス機にて圧縮成形して予備成形体を作製した。その後、その予備成形体を電気炉にて１４４０℃まで加熱して焼結し、正八角形のコージェライト焼結板を得た。なお、このコージェライト焼結板は、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、厚みが１ｍｍであった。
【００３７】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚を接着剤にて貼り付けることにより、目的とするサンドイッチ構造体を得た。このサンドイッチ構造体の重量は０．８ｋｇであった。なお、このサンドイッチ構造体の分解斜視図を図１に示す。図１において、符号１はコア材を示し、符号２は板材を示し、符号３はサンドイッチ構造体を示す。
【００３８】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
線膨張係数は、超高精度熱膨張計ＤＩＬ４０２Ｃ（ＮＥＴＺＳＣＨ製）を用いて測定された。具体的には、上述のプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くように４８プライ積層した後（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるように積層した後）、その積層プリプレグを上述の成形方法により成形して、２５ｍｍ×６ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。次いで、両端面の平行度が０．０１ｍｍとなるようにその試験片（６ｍｍ×４ｍｍ面）を加工した後、その試験片の測定部分を高温乾燥させた。また、上述のコージェライトパウダーを上述の成形方法により成形して、２５ｍｍ×６ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。次いで、両端面の平行度が０．０１ｍｍとなるようにその試験片の両端面（６ｍｍ×４ｍｍ面）を加工した後、その試験片の測定部分を高温乾燥させた。そして、溶融シリカ（線膨張係数０．５５×１０−６／℃）からなる標準試験片の線膨張係数を測定した後、これらの試験片の線膨張係数を測定した。なお、線膨張係数の測定は０．１×１０−６／℃の精度で行われ、測定値は、標準試験片の測定値を用いて補正された。なお、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数は０．１×１０−６／℃であり、コージェライト焼結板（板材）の線膨張係数は１．７×１０−６／℃であった。また、これらの線膨張係数の差は、１．６×１０−６／℃であった。
【００３９】
（２）吸水率の測定
吸水率の測定は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて行った。
具体的には、上述のプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くように３６プライ積層した後（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるように積層した後）、その積層プリプレグを上述の成形方法により成形して、５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの試験片を作製した。また、上述のコージェライトパウダーを上述の成形方法により成形して、５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの試験片を作製した。そして、これらの試験片を５０℃で２４時間乾燥して室温まで冷却した後にその試験片の乾燥重量Ｗ１を測定した。また、これらの試験片を２３℃の水に２４時間浸漬した後に、各試験片の湿潤重量Ｗ２を測定した。そして、下記式（１）により、各試験片の吸水率Ｒｗを求めた。なお、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。また、本実施例に係るコージェライト焼結板（板材）の吸水率Ｒｗは０．１５ｗｔ％であった。
【数１】
【００４０】
（３）歪み戻り指数の測定
上述のプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くように２４プライ積層した後（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるように積層した後）、その積層プリプレグを上述の成形方法により成形して、板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂を作製した。次いで、その板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂から全長２００ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚み２ｍｍ，中央部長さ１０ｍｍ，中央部幅６．２５ｍｍのダンベル型試験片を作製した。続いて、その試験片の両面の同位置に歪みゲージを貼り付けた後、万能材料試験機５５Ｒ４５０５（ＩＮＳＴＲＯＮ製）を用いてその試験片を引張破断させた。そして、試験片が破断してから歪みが無くなり安定するまで（破断から８０秒経過まで）の歪み戻り量（μｍ）を経時的に測定した。続いて、破断時の歪み量の割合を１００％とし、歪みが無くなり安定した時の歪み量の割合を０％として、各時間における歪み量の割合（％）を算出した。そして、歪み量の割合（％）を縦軸とし、破断時からの経過時間（秒）を横軸としたグラフを作成した。また、試験片破断後６秒から８秒における歪み量の割合の変化率を下記式（２）により求め、その値を歪み戻り指数Ｉｅとした。なお、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．０１０％／秒であった。
【数２】
（なお、式中、Ｅ（８ｓ）は８秒経過時点での歪み量の割合であり、Ｅ（６ｓ）は６秒経過時点での歪み量の割合である。）
【００４１】
（４）歪み戻り速度の測定
本実施例に係るサンドイッチ構造体を加速移動器に搭載し、サンドイッチ構造体の横方向に向かってこのサンドイッチ構造体を４Ｇの加速度で移動させた時の歪みの戻り速度（以下「歪み戻り速度」という）を測定した。なお、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速かった。
【実施例２】
【００４２】
缶内圧力を１６ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００４３】
この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の繊維含有率は７１ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数は−０．１×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は１．８×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．００５％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら速かった。
【実施例３】
【００４４】
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）を引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＴ３００）に代え、シアネートエステル樹脂（日石三菱株式会社製ＮＭ３１）をエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）に代え、硬化温度を１２０℃に代え、缶内圧力を１２ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００４５】
この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の繊維含有率は６１ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数は２．９×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は１．２×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．０２０％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら速かった。なお、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
【実施例４】
【００４６】
コア材の側面を０．５ｍｍ厚みのコージェライト焼結板にて補強した以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に歪み戻り速度の測定を行った。
【００４７】
なお、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、実施例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもさらに速かった。
【実施例５】
【００４８】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
実施例１と同様にして、実施例１と同一のコア材を作製した。
【００４９】
（２）板材の作製
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）にシアネートエステル樹脂（日石三菱株式会社製ＮＭ３１）が含浸されたプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして１２枚積層した。次いで、その積層プリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂を得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１８０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１８０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を１４ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂の繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは６３ｖｏｌ％であった。なお、この板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂は、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、厚みが１ｍｍであった。
【００５０】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚をそれぞれ接着剤にて貼り付けることにより、コア材と板材の両方が炭素繊維強化シアネートエステル樹脂からなるサンドイッチ構造体を得た。
【００５１】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）および炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（板材）の線膨張係数を測定したところ、それらの線膨張係数は共に０．１×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数と炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（板材）の線膨張係数との差は０／℃であった。
【００５２】
（２）吸水率の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗを測定したところ、その吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。
【００５３】
（３）歪み戻り指数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅを測定したところ、その歪み戻り指数Ｉｅは０．０１０％／秒であった。
【００５４】
（４）歪み戻り速度の測定
実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体の歪み戻り速度を測定したところ、その歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら遅かった。
【実施例６】
【００５５】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
実施例３と同様にして、実施例３と同一のコア材を作製した。
【００５６】
（２）板材の作製
引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＴ３００）にエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）が含浸されたプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして１２枚積層した。次いで、その積層プリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂を得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１２０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１２０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を１４ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂の繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは６３ｖｏｌ％であった。なお、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂は、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、厚みが１ｍｍであった。
【００５７】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚をそれぞれ接着剤にて貼り付けることにより、コア材と板材の両方が炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるサンドイッチ構造体を得た。
【００５８】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）および炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数を測定したところ、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数は２．９×１０−６／℃であり、炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数は２．６×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数と炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数との差は０．３×１０−６／℃であった。
【００５９】
（２）吸水率の測定
本実施例では、吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
【００６０】
（３）歪み戻り指数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅを測定したところ、その歪み戻り指数Ｉｅは０．０２０％／秒であった。
【００６１】
（４）歪み戻り速度の測定
実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体の歪み戻り速度を測定したところ、その歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら遅かった。
【実施例７】
【００６２】
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）を引張弾性率８６０ＧＰａのピッチ系炭素繊維平織クロス（日本グラファイトファイバー製Ｇｒａｎｏｃ Ｙａｒｎ ＸＮ Ｓｅｒｉｅｓ ＸＮ−９０）に代え、缶内圧力を１６ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００６３】
この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の繊維含有率を７０ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数は−１．０×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は２．７×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。また、コージェライト焼結板（板材）の吸水率Ｒｗは０．１５ｗｔ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．００５％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもさらに速かった。
【実施例８】
【００６４】
缶内圧力を１７ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例３と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００６５】
この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の繊維含有率は７３ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数は２．１×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は０．４×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．０１３％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもさらに速かった。なお、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
（比較例１）
【００６６】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社トレカＴ３００）にエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）が含浸されたプリプレグを、表面を離型処理した四角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして４周巻き付けた（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるようにプリプレグを巻き付けた）。次いで、そのプリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、四角筒成形体Ａを得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１２０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１２０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を６ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この四角筒成形体Ａの繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは５３ｖｏｌ％であった。また、四角筒成形体Ａは、四角形の一辺が２５ｍｍであり、四角形のもう一辺が２５ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が０．３５ｍｍであった。
【００６７】
そして、１００個の四角筒成形体Ａを接着剤で貼り合わせて、平面視において四角形が碁盤目状に配置されたコア材を得た。また、単位セルの面積は６．２５ｃｍ2であった。
【００６８】
（２）板材の作製
引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社トレカＴ３００）にエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）が含浸されたプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして１２枚積層した。次いで、その積層プリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂を得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１２０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１２０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を６ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂の繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは５３ｖｏｌ％であった。なお、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂は、上面視において一辺の長さが２６２ｍｍの正四角形であり、厚みが１ｍｍであった。
【００６９】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚をそれぞれ接着剤にて貼り付けることにより、コア材と板材の両方が炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるサンドイッチ構造体を得た。
【００７０】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
実施例１と同様にして、本比較例に係る炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）および炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数を測定したところ、それらの線膨張係数は共に３．３×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数と炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数との差は０／℃であった。
【００７１】
（２）吸水率の測定
本比較例では、吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
【００７２】
（３）歪み戻り指数の測定
実施例１と同様にして、歪み戻り指数Ｉｅを測定したところ、その歪み戻り指数Ｉｅは０．０２５％／秒であった。
【００７３】
（４）歪み戻り速度の測定
実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体の歪み戻り速度を測定したところ、その歪み戻り速度は、実施例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもかなり遅かった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る精密機器用構造体は、高速あるいは高加速度の移動による応力を受けた時に歪んだ状態から元の状態までに戻るまでの戻り速度が高いため、例えば、航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置の部品等として、特に可動テーブルやステージ材として有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１ コア材
２ 板材
３ サンドイッチ構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、人工衛星やロケット等に搭載される精密機器の部品等、産業用ロボットや露光装置の部品等に適するサンドイッチ構造の精密機器用構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置には、軽量かつ高強度・高剛性の精密機器用構造体が求められている。そして、そのような精密機器用構造体として、例えば、繊維強化複合材を主材料とする構造体が注目されている（例えば、特開平１１−１１６６９６号公報や、特開２００５−２８８６１９号公報、特開２００６−１２３２０９号公報等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８８６１９号公報
【特許文献２】特開平１１−１２４６９３号公報
【特許文献３】特開２００６−１２３２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、これまでに提案されている精密機器用構造体は、精密測定器や精密製造装置を従来の通りに動作させていれば何ら問題を生じることはないが、近年のさらなる高速化及び高スループット化の要求に対して満足できるレベルまで至っていないのが現状である。このため、航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置では、高速あるいは高加速度で移動した時の歪みが従来よりも小さく、特に歪んだ状態から元の状態までに戻るまでの戻り速度が従来よりも速い精密機器用構造体が待ち望まれている。
【０００５】
本発明の課題は、軽量で、剛性が高く、さらに高速あるいは高加速度で移動した後の歪みの戻りが速いサンドイッチ構造の精密機器用構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）
本発明に係る精密機器用構造体は、コア材および板材を備える。コア材は、炭素繊維強化樹脂を主材料として形成される。なお、コア材は、炭素繊維強化樹脂のみから形成されてもかまわない。炭素繊維強化樹脂は、６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の繊維含有率と、−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃の線膨張係数とを有する。板材は、コア材の両面に配設される。つまり、この精密機器用構造体は、サンドイッチ構造となっている。なお、この板材は、炭素繊維強化樹脂やセラミックス材等から形成される。また、この板材は、炭素繊維強化樹脂とセラミックス材とからなる複合材から形成されてもよい。軽量化の面では炭素繊維強化樹脂が好ましく、剛性の面からはセラミックスが好ましい。
【０００７】
なお、炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維とマトリックス樹脂とを複合成形することにより得ることができる。炭素繊維としては、特に限定されないが、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維などが好適に用いられる。また、マトリックス樹脂としては、特に限定されないが、例えば、シアネートエステル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が用いられる。
【０００８】
また、炭素繊維強化樹脂では、炭素繊維を任意の方向に配置することにより、機械強度の方向性を制御することができる。炭素繊維としては、特に限定されないが、例えば、一方向繊維束が用いられてもよいし、平織りや朱子織等の織物が用いられてもよい。
【０００９】
炭素繊維強化樹脂の線膨張係数が−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃であると、環境変化に対する寸法安定性が良く好ましい。なお、炭素繊維強化樹脂の線膨張係数は、−２×１０−６／℃から２×１０−６／℃であるのがより好ましく、−１×１０−６／℃から１×１０−６／℃であるのがさらに好ましい。
【００１０】
炭素繊維強化樹脂の繊維含有率Ｖｆが６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下であると、剛性が高くなり好ましい。なお、炭素繊維強化樹脂の繊維含有率Ｖｆは、６５ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下であるのがより好ましく、７０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下であるのがさらに好ましい。また、炭素繊維強化樹脂の繊維含有率Ｖｆは、実用上、６０ｖｏｌ％以上６５ｖｏｌ％以下であってよく、６１ｖｏｌ％以上６３ｖｏｌ％以下であってもよい。
【００１１】
（２）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、コア材はリブ構造体であるのが好ましい。リブ構造体は、平面視において、三角形の単位セルからなるのが好ましい。コア材に剛性を付与することができるからである。そして、この単位セルは、放射線状に配置される。なお、リブ構造体は、精密機器用構造体に強度や剛性を付与すると共にコア材を中空構造にして軽量化するのに好適である。リブ構造体では、リブの厚みや長さを調整することにより単位セルのサイズを自由にコントロールすることができる。ところで、リブ構造体を高速で動かす場合、リブ構造体には大きな加速度がかかり、リブが僅かに変形する。この変形の度合いは、リブの厚みを厚くしてリブ構造体自体の剛性を高めることにより抑制することができる。しかし、リブの厚みを厚くすることは軽量化の面で好ましくない。このため、リブの厚さは０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲とされるのが好ましい。なお、リブが炭素繊維強化樹脂で形成される場合、外周のリブを除き、リブの厚みが３ｍｍ未満であってもリブに割れ等が生じにくい。このため、リブが炭素繊維強化樹脂で形成される場合、リブの厚みは、外周のリブを除き、３ｍｍ未満であるのが好ましい。また、リブがセラミックスから形成される場合、リブの厚みが３ｍｍ以上でないとコア材の加工が難しくなる。このため、セラミックス製のリブは、軽量化の面から好ましくない。
【００１２】
また、かかる場合、単位セルには、二等辺三角形の第１単位セルと、逆二等辺三角形の第２単位セルとが存在するのが好ましい。なお、逆二等辺三角形とは、平面視において、二等辺三角形の底辺を対称軸として二等辺三角形と線対称の関係にある。また、この二等辺三角形には、正三角形が含まれる。そして、第１単位セルと第２単位セルとは、平面視において、同心多角形と、第１単位セルの二等辺三角形と相似関係にある大サイズの二等辺三角形とを形成する。
【００１３】
また、かかる場合、単位セルは、平面視において、面積が１０ｃｍ２以下であるのが好ましい。精密機器用構造体の剛性を高めることができるからである。なお、単位セルの面積は、５．０ｃｍ２以下であるのがより好ましく、４．０ｃｍ２以下であるのがさらに好ましい。なお、単位セルの面積は、軽量化を考慮すると、３．０ｃｍ２以上であるのが好ましい。
【００１４】
（３）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は吸水率が０．３ｗｔ％以下であるのが好ましい。炭素繊維強化樹脂の吸水率が０．３ｗｔ％以下であると、吸水や吸湿による寸法変化が生じにくいからである。また、炭素繊維強化樹脂の吸水率は０．２ｗｔ％以下であるのがより好ましく、０．１ｗｔ％以下であるのがさらに好ましい。
【００１５】
また、かかる場合、炭素繊維強化樹脂は炭素繊維と低吸水性樹脂との複合材であるのが好ましい。
【００１６】
また、かかる場合、低吸水性樹脂としては、吸水性の低い樹脂であれば特に限定はないが、炭素繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としての適性も併せて考慮すると、シアネートエステル樹脂やエポキシ樹脂（変性エポキシ樹脂を含む）が好ましい。
【００１７】
ところで、シアネートエステル樹脂は、加熱によってシアネート基が重合し架橋反応を起こす。また、シアネートエステル樹脂は、後硬化の際に２００℃以上の高温をかけると架橋密度が増大する。このため、マトリックス樹脂としてシアネートエステル樹脂を用いると、炭素繊維強化樹脂の剛性をより高めることができ、延いては、炭素繊維強化樹脂の歪み戻り速度をより速くすることができる。
【００１８】
（４）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、板材又は／及びコア材の少なくとも一部はセラミックス材であるのが好ましい。例えば、高速移動時に応力が集中する部分（板材表面あるいは全体、並びにコア材側面等）のみをセラミックス材で補強することにより、剛性の向上と軽量化の両立が可能となる。
【００１９】
また、かかる場合、炭素繊維強化樹脂の線膨張係数とセラミックス材の線膨張係数との差が３．０×１０−６／℃以内であるのが好ましい。炭素繊維強化樹脂の線膨張係数とセラミックス材の線膨張係数との差が３．０×１０−６／℃以内であると、接合面において炭素繊維強化樹脂またはセラミックス材が剥れたりズレたりしないため好ましい。また、炭素繊維強化樹脂の線膨張係数とセラミックス材の線膨張係数との差は２．０×１０−６／℃以内であるのがより好ましく、１．０×１０−６／℃以内であるのがより好ましく、０．５×１０−６／℃以内であるのがさらに好ましく、０．１×１０−６／℃以内であるのがさらに好ましい。
【００２０】
また、かかる場合、セラミックス材はコージェライトであるのが好ましい。コージェライトは、線膨張係数が低く、耐衝撃性に優れるからである。
【００２１】
コージェライトは、２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２の組成を有するセラミックスであって、１４５０℃以上に加熱すると、高温安定相である六方晶系すなわちα型に変化する。このα型のコージェライトは、熱膨張係数が非常に小さいので、耐熱衝撃性セラミックスとして用いられる。なお、このコージェライトから板材を作製するための方法としては、粉体原料を１４００℃以上の高温、５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上の高圧をかけて焼結する方法が挙げられる。この方法を利用すれば、線膨張係数が２．５×１０−６／℃以下、吸水率が０．１〜０．２％、熱伝導率が５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の緻密で剛性の高いコージェライト焼結板が得られる。
【００２２】
（５）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は、表面が防湿膜で覆われるのが好ましい。このようにすれば、吸湿により炭素繊維強化樹脂が膨張したり、炭素繊維強化樹脂の物性が低下したりすることを防止することができる。
【００２３】
なお、防湿膜としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などの無機材料膜や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などの有機材料膜が好適に用いられる。
【００２４】
（６）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は、紫外線吸収剤を含むのが好ましい。炭素繊維強化樹脂に紫外線吸収剤を添加することにより、紫外線による炭素繊維強化樹脂の強度劣化を防ぐことができる。
【００２５】
なお、紫外線吸収剤としては、特に限定されないが、例えば、ベンゾフェノン系化合物、トリアゾール系化合物、トリアジン系化合物が好適に用いられる。
【００２６】
（７）
また、本発明に係る精密機器用構造体において、炭素繊維強化樹脂は、歪み戻り指数が０％／秒以上０．０２％／秒以下であるのが好ましい。炭素繊維強化樹脂の歪み戻り指数が０％／秒以上０．０２％／秒以下であると、戻り速度が速くなる。なお、炭素繊維強化樹脂の歪み戻り指数は０％／秒以上０．０１５％／秒以下であるのがより好ましく、０％／秒以上０．０１％／秒以下であるのがさらに好ましい。
【００２７】
なお、歪み戻り指数とは、高速あるいは高加速度で移動した時の歪んだ状態から元の状態までに戻るまでの戻り速度を示す指標値であり、数値が小さいほど戻り速度が速いことを示す。そして、この歪み戻り指数は、試験片の破断時から一定時間経過後の単位時間当たりの歪み量の割合（破断時の歪み量を１００％とする）の変化率として求めることができる。ところで、炭素繊維強化樹脂に引張応力を加えた場合、破断時の歪み量が時間経過とともに０に近づいていく。このとき、破断から６秒経過後の単位時間（１秒間）当たりの歪み量の割合の変化率（傾き）が小さいほど歪み戻りが速いことになる。また、歪み戻り指数は、歪み量の割合から求めていることから、炭素繊維強化樹脂の破断応力に依存することなく、歪み戻りの速度をほぼ正確に評価することができる。
【００２８】
（８）
また、本発明に係る炭素繊維強化樹脂は、熱伝導性付与材を含有するのが好ましい。炭素繊維強化樹脂は繊維方向の熱伝導率は高いが、積層方向の熱伝導率は低いという特徴があり、局所的に熱がかかったときに、板材の面内で局所的な熱歪みが発生してしまうことを抑制することができるからである。このような熱伝導性付与材としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維チョップドファイバーやカーボンナノチューブ等が好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る精密機器用構造体は、軽量で、剛性が高く、高速あるいは高加速度で移動した後の歪みの戻りが速く、航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置の部品等として有用である。特に航空宇宙分野の人工衛星やロケット等に搭載される精密機器に大気圏突入時の衝撃が加わった場合や、産業機械分野の産業用ロボットや露光装置等に搭載される精密機器に高速化や高スループット化が求められる場合に、高速あるいは高加速度の移動や衝撃による応力が加わっても歪みによる影響を抑制することができる。このため、本発明に係る精密機器用構造体は、精密機器の信頼性や生産物の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例に係るサンドイッチ構造体（精密機器用構造体）の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係るコア材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００３２】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）にシアネートエステル樹脂（日石三菱株式会社製ＮＭ３１）が含浸されたプリプレグを、表面を離型処理した二等辺三角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして４周巻き付けた（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるようにプリプレグを巻き付けた）。次いで、そのプリプレグをバッギングした状態でオートクレーブ成形し、二等辺三角筒成形体Ａを得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１８０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１８０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を１４ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この二等辺三角筒成形体Ａの繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは６３ｖｏｌ％であった。また、二等辺三角筒成形体Ａは、二等辺三角形の底辺が５５．５ｍｍであり、二等辺三角形の高さが６７ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が０．３５ｍｍであった。
【００３３】
また、上記プリプレグを、表面を離型処理した別の二等辺三角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして６周巻き付けた後、先と同様に、そのプリプレグをバッギングした状態でオートクレーブ成形し、二等辺三角筒成形体Ｂを得た。なお、この二等辺三角筒成形体Ｂは、二等辺三角形の底辺が２８ｍｍであり、二等辺三角形の高さが３４ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が０．５ｍｍであった。
【００３４】
また、上記プリプレグを、表面を離型処理した八角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして２０周巻き付けた後、先と同様に、そのプリプレグをバッギングした状態でオートクレーブ成形し、正八角筒成形体Ｃを得た。なお、この正八角筒成形体Ｃは、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が１．５ｍｍであった。
【００３５】
そして、正八角筒成形体Ｃの中に、３２個の二等辺三角筒成形体Ａと３２個の二等辺三角筒成形体Ｂとをそれぞれ接着剤で貼り合わせながら配置して、平面視において二等辺三角形が放射状に配置されたコア材（図２参照）を得た。なお、このとき、二等辺三角筒成形体Ｂは側面が面接触するように配置され、二等辺三角筒成形体Ａは、二等辺三角筒成形体Ｂの中に、二等辺三角筒成形体Ｂとは逆方向を向いた状態で二等辺三角筒成形体Ｂの内面と接触するように配置された。また、単位セルの面積は４．７６ｃｍ２であった。
【００３６】
（２）板材の作製
顆粒状のコージェライトパウダー（丸ス釉薬合資会社製ＡＦ−２）を金型に充填し、そのコージェライトパウダーを５００ｋｇｆ／ｃｍ２のプレス機にて圧縮成形して予備成形体を作製した。その後、その予備成形体を電気炉にて１４４０℃まで加熱して焼結し、正八角形のコージェライト焼結板を得た。なお、このコージェライト焼結板は、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、厚みが１ｍｍであった。
【００３７】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚を接着剤にて貼り付けることにより、目的とするサンドイッチ構造体を得た。このサンドイッチ構造体の重量は０．８ｋｇであった。なお、このサンドイッチ構造体の分解斜視図を図１に示す。図１において、符号１はコア材を示し、符号２は板材を示し、符号３はサンドイッチ構造体を示す。
【００３８】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
線膨張係数は、超高精度熱膨張計ＤＩＬ４０２Ｃ（ＮＥＴＺＳＣＨ製）を用いて測定された。具体的には、上述のプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くように４８プライ積層した後（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるように積層した後）、その積層プリプレグを上述の成形方法により成形して、２５ｍｍ×６ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。次いで、両端面の平行度が０．０１ｍｍとなるようにその試験片（６ｍｍ×４ｍｍ面）を加工した後、その試験片の測定部分を高温乾燥させた。また、上述のコージェライトパウダーを上述の成形方法により成形して、２５ｍｍ×６ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製した。次いで、両端面の平行度が０．０１ｍｍとなるようにその試験片の両端面（６ｍｍ×４ｍｍ面）を加工した後、その試験片の測定部分を高温乾燥させた。そして、溶融シリカ（線膨張係数０．５５×１０−６／℃）からなる標準試験片の線膨張係数を測定した後、これらの試験片の線膨張係数を測定した。なお、線膨張係数の測定は０．１×１０−６／℃の精度で行われ、測定値は、標準試験片の測定値を用いて補正された。なお、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数は０．１×１０−６／℃であり、コージェライト焼結板（板材）の線膨張係数は１．７×１０−６／℃であった。また、これらの線膨張係数の差は、１．６×１０−６／℃であった。
【００３９】
（２）吸水率の測定
吸水率の測定は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて行った。
具体的には、上述のプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くように３６プライ積層した後（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるように積層した後）、その積層プリプレグを上述の成形方法により成形して、５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの試験片を作製した。また、上述のコージェライトパウダーを上述の成形方法により成形して、５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの試験片を作製した。そして、これらの試験片を５０℃で２４時間乾燥して室温まで冷却した後にその試験片の乾燥重量Ｗ１を測定した。また、これらの試験片を２３℃の水に２４時間浸漬した後に、各試験片の湿潤重量Ｗ２を測定した。そして、下記式（１）により、各試験片の吸水率Ｒｗを求めた。なお、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。また、本実施例に係るコージェライト焼結板（板材）の吸水率Ｒｗは０．１５ｗｔ％であった。
【数１】
【００４０】
（３）歪み戻り指数の測定
上述のプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くように２４プライ積層した後（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるように積層した後）、その積層プリプレグを上述の成形方法により成形して、板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂を作製した。次いで、その板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂から全長２００ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚み２ｍｍ，中央部長さ１０ｍｍ，中央部幅６．２５ｍｍのダンベル型試験片を作製した。続いて、その試験片の両面の同位置に歪みゲージを貼り付けた後、万能材料試験機５５Ｒ４５０５（ＩＮＳＴＲＯＮ製）を用いてその試験片を引張破断させた。そして、試験片が破断してから歪みが無くなり安定するまで（破断から８０秒経過まで）の歪み戻り量（μｍ）を経時的に測定した。続いて、破断時の歪み量の割合を１００％とし、歪みが無くなり安定した時の歪み量の割合を０％として、各時間における歪み量の割合（％）を算出した。そして、歪み量の割合（％）を縦軸とし、破断時からの経過時間（秒）を横軸としたグラフを作成した。また、試験片破断後６秒から８秒における歪み量の割合の変化率を下記式（２）により求め、その値を歪み戻り指数Ｉｅとした。なお、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．０１０％／秒であった。
【数２】
（なお、式中、Ｅ（８ｓ）は８秒経過時点での歪み量の割合であり、Ｅ（６ｓ）は６秒経過時点での歪み量の割合である。）
【００４１】
（４）歪み戻り速度の測定
本実施例に係るサンドイッチ構造体を加速移動器に搭載し、サンドイッチ構造体の横方向に向かってこのサンドイッチ構造体を４Ｇの加速度で移動させた時の歪みの戻り速度（以下「歪み戻り速度」という）を測定した。なお、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速かった。
【実施例２】
【００４２】
缶内圧力を１６ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００４３】
この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の繊維含有率は７１ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数は−０．１×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は１．８×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．００５％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら速かった。
【実施例３】
【００４４】
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）を引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＴ３００）に代え、シアネートエステル樹脂（日石三菱株式会社製ＮＭ３１）をエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）に代え、硬化温度を１２０℃に代え、缶内圧力を１２ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００４５】
この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の繊維含有率は６１ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数は２．９×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は１．２×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．０２０％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら速かった。なお、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
【実施例４】
【００４６】
コア材の側面を０．５ｍｍ厚みのコージェライト焼結板にて補強した以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に歪み戻り速度の測定を行った。
【００４７】
なお、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、実施例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもさらに速かった。
【実施例５】
【００４８】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
実施例１と同様にして、実施例１と同一のコア材を作製した。
【００４９】
（２）板材の作製
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）にシアネートエステル樹脂（日石三菱株式会社製ＮＭ３１）が含浸されたプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして１２枚積層した。次いで、その積層プリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂を得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１８０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１８０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を１４ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂の繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは６３ｖｏｌ％であった。なお、この板状の炭素繊維強化シアネートエステル樹脂は、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、厚みが１ｍｍであった。
【００５０】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚をそれぞれ接着剤にて貼り付けることにより、コア材と板材の両方が炭素繊維強化シアネートエステル樹脂からなるサンドイッチ構造体を得た。
【００５１】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）および炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（板材）の線膨張係数を測定したところ、それらの線膨張係数は共に０．１×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数と炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（板材）の線膨張係数との差は０／℃であった。
【００５２】
（２）吸水率の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗを測定したところ、その吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。
【００５３】
（３）歪み戻り指数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅを測定したところ、その歪み戻り指数Ｉｅは０．０１０％／秒であった。
【００５４】
（４）歪み戻り速度の測定
実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体の歪み戻り速度を測定したところ、その歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら遅かった。
【実施例６】
【００５５】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
実施例３と同様にして、実施例３と同一のコア材を作製した。
【００５６】
（２）板材の作製
引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＴ３００）にエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）が含浸されたプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして１２枚積層した。次いで、その積層プリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂を得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１２０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１２０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を１４ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂の繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは６３ｖｏｌ％であった。なお、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂は、向かい合う辺の距離が２７６ｍｍであり、厚みが１ｍｍであった。
【００５７】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚をそれぞれ接着剤にて貼り付けることにより、コア材と板材の両方が炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるサンドイッチ構造体を得た。
【００５８】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）および炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数を測定したところ、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数は２．９×１０−６／℃であり、炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数は２．６×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数と炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数との差は０．３×１０−６／℃であった。
【００５９】
（２）吸水率の測定
本実施例では、吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
【００６０】
（３）歪み戻り指数の測定
実施例１と同様にして、本実施例に係る炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅを測定したところ、その歪み戻り指数Ｉｅは０．０２０％／秒であった。
【００６１】
（４）歪み戻り速度の測定
実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体の歪み戻り速度を測定したところ、その歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもわずかながら遅かった。
【実施例７】
【００６２】
引張弾性率５８８ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社製トレカＭ６０Ｊ）を引張弾性率８６０ＧＰａのピッチ系炭素繊維平織クロス（日本グラファイトファイバー製Ｇｒａｎｏｃ Ｙａｒｎ ＸＮ Ｓｅｒｉｅｓ ＸＮ−９０）に代え、缶内圧力を１６ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００６３】
この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の繊維含有率を７０ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数は−１．０×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は２．７×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗは０．２ｗｔ％であった。また、コージェライト焼結板（板材）の吸水率Ｒｗは０．１５ｗｔ％であった。また、この炭素繊維強化シアネートエステル樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．００５％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもさらに速かった。
【実施例８】
【００６４】
缶内圧力を１７ｋｇｆ／ｃｍ２に代えた以外は、実施例３と同様にして、サンドイッチ構造体を作製すると共に物性測定を行った。
【００６５】
この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の繊維含有率は７３ｖｏｌ％であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数は２．１×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数とコージェライト焼結板（板材）の線膨張係数との差は０．４×１０−６／℃であった。また、この炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の歪み戻り指数Ｉｅは０．０１３％／秒であった。また、このサンドイッチ構造体の歪み戻り速度は、後述の比較例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度と比較して非常に速く、実施例１に係るサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもさらに速かった。なお、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
（比較例１）
【００６６】
１．サンドイッチ構造体の作製
（１）コア材の作製
引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社トレカＴ３００）にエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）が含浸されたプリプレグを、表面を離型処理した四角柱状の金型の側面に、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして４周巻き付けた（つまり、０°／９０°，±４５°の疑似等方材となるようにプリプレグを巻き付けた）。次いで、そのプリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、四角筒成形体Ａを得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１２０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１２０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を６ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この四角筒成形体Ａの繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは５３ｖｏｌ％であった。また、四角筒成形体Ａは、四角形の一辺が２５ｍｍであり、四角形のもう一辺が２５ｍｍであり、柱高さが３６ｍｍであり、板厚が０．３５ｍｍであった。
【００６７】
そして、１００個の四角筒成形体Ａを接着剤で貼り合わせて、平面視において四角形が碁盤目状に配置されたコア材を得た。また、単位セルの面積は６．２５ｃｍ2であった。
【００６８】
（２）板材の作製
引張弾性率２３０ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維平織クロス（東レ株式会社トレカＴ３００）にエポキシ樹脂（東レ株式会社製１２０℃硬化型＃２５００）が含浸されたプリプレグを、繊維配向方向が交互に４５°傾くようにして１２枚積層した。次いで、その積層プリプレグをバッキングした状態でオートクレーブ成形し、板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂を得た。なお、このとき、缶内温度を室温から１２０℃まで段階的に（１．５℃／分で）昇温させた後に缶内温度を１２０℃で４時間保持するようにオートクレーブ硬化プログラムを設定した。また、このとき、缶内圧力を６ｋｇｆ／ｃｍ２に設定した。そして、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂の繊維含有率Ｖｆを測定したところ、その繊維含有率Ｖｆは５３ｖｏｌ％であった。なお、この板状の炭素繊維強化エポキシ樹脂は、上面視において一辺の長さが２６２ｍｍの正四角形であり、厚みが１ｍｍであった。
【００６９】
（３）サンドイッチ構造体の作製
（１）で得たコア材の両面に（２）で得た板材２枚をそれぞれ接着剤にて貼り付けることにより、コア材と板材の両方が炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるサンドイッチ構造体を得た。
【００７０】
２．物性測定
（１）線膨張係数の測定
実施例１と同様にして、本比較例に係る炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）および炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数を測定したところ、それらの線膨張係数は共に３．３×１０−６／℃であった。また、炭素繊維強化エポキシ樹脂（コア材）の線膨張係数と炭素繊維強化エポキシ樹脂（板材）の線膨張係数との差は０／℃であった。
【００７１】
（２）吸水率の測定
本比較例では、吸水率Ｒｗの測定は行われなかった。
【００７２】
（３）歪み戻り指数の測定
実施例１と同様にして、歪み戻り指数Ｉｅを測定したところ、その歪み戻り指数Ｉｅは０．０２５％／秒であった。
【００７３】
（４）歪み戻り速度の測定
実施例１と同様にして、サンドイッチ構造体の歪み戻り速度を測定したところ、その歪み戻り速度は、実施例１のサンドイッチ構造体の歪み戻り速度よりもかなり遅かった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る精密機器用構造体は、高速あるいは高加速度の移動による応力を受けた時に歪んだ状態から元の状態までに戻るまでの戻り速度が高いため、例えば、航空宇宙分野や産業機械分野における精密測定器や精密製造装置の部品等として、特に可動テーブルやステージ材として有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１ コア材
２ 板材
３ サンドイッチ構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の繊維含有率と、−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃の線膨張係数とを有する炭素繊維強化樹脂を主材料として形成されるコア材と、
前記コア材の両面に配設される板材と
を備える精密機器用構造体。
【請求項２】
前記コア材は、平面視において、放射線状に配置された三角形の単位セルからなるリブ構造体である
請求項１に記載の精密機器用構造体。
【請求項３】
前記単位セルには、二等辺三角形の第１単位セルと、前記二等辺三角形の底辺を対称軸として前記二等辺三角形と線対称の関係にある逆二等辺三角形の第２単位セルとが存在し、
前記第１単位セルと前記第２単位セルとは、平面視において、同心多角形と、前記二等辺三角形と相似関係にある大サイズの二等辺三角形とを形成する
請求項２に記載の精密機器用構造体。
【請求項４】
前記単位セルは、平面視において、面積が１０ｃｍ２以下である
請求項２または３に記載の精密機器用構造体。
【請求項５】
前記炭素繊維強化樹脂は、吸水率が０．３ｗｔ％以下である
請求項１から４のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項６】
前記炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維と低吸水性樹脂との複合材である
請求項５に記載の精密機器用構造体。
【請求項７】
前記低吸水性樹脂は、シアネートエステル樹脂又はエポキシ樹脂である
請求項６に記載の精密機器用構造体。
【請求項８】
前記板材又は／及び前記コア材の少なくとも一部は、セラミックス材である
請求項１から７のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項９】
前記炭素繊維強化樹脂の線膨張係数と前記セラミックス材の線膨張係数との差が３．０×１０−６／℃以内である
請求項８に記載の精密機器用構造体。
【請求項１０】
前記セラミックス材は、コージェライトである
請求項８又は９のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項１１】
前記炭素繊維強化樹脂は、表面が防湿膜で覆われる
請求項１から１０のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項１２】
前記炭素繊維強化樹脂は、紫外線吸収剤を含む
請求項１から１１のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項１３】
前記炭素繊維強化樹脂は、歪み戻り指数が０％／秒以上０．０２％／秒以下である
請求項１から１２のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項１】
６０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の繊維含有率と、−３×１０−６／℃から３×１０−６／℃の線膨張係数とを有する炭素繊維強化樹脂を主材料として形成されるコア材と、
前記コア材の両面に配設される板材と
を備える精密機器用構造体。
【請求項２】
前記コア材は、平面視において、放射線状に配置された三角形の単位セルからなるリブ構造体である
請求項１に記載の精密機器用構造体。
【請求項３】
前記単位セルには、二等辺三角形の第１単位セルと、前記二等辺三角形の底辺を対称軸として前記二等辺三角形と線対称の関係にある逆二等辺三角形の第２単位セルとが存在し、
前記第１単位セルと前記第２単位セルとは、平面視において、同心多角形と、前記二等辺三角形と相似関係にある大サイズの二等辺三角形とを形成する
請求項２に記載の精密機器用構造体。
【請求項４】
前記単位セルは、平面視において、面積が１０ｃｍ２以下である
請求項２または３に記載の精密機器用構造体。
【請求項５】
前記炭素繊維強化樹脂は、吸水率が０．３ｗｔ％以下である
請求項１から４のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項６】
前記炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維と低吸水性樹脂との複合材である
請求項５に記載の精密機器用構造体。
【請求項７】
前記低吸水性樹脂は、シアネートエステル樹脂又はエポキシ樹脂である
請求項６に記載の精密機器用構造体。
【請求項８】
前記板材又は／及び前記コア材の少なくとも一部は、セラミックス材である
請求項１から７のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項９】
前記炭素繊維強化樹脂の線膨張係数と前記セラミックス材の線膨張係数との差が３．０×１０−６／℃以内である
請求項８に記載の精密機器用構造体。
【請求項１０】
前記セラミックス材は、コージェライトである
請求項８又は９のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項１１】
前記炭素繊維強化樹脂は、表面が防湿膜で覆われる
請求項１から１０のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項１２】
前記炭素繊維強化樹脂は、紫外線吸収剤を含む
請求項１から１１のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【請求項１３】
前記炭素繊維強化樹脂は、歪み戻り指数が０％／秒以上０．０２％／秒以下である
請求項１から１２のいずれかに記載の精密機器用構造体。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−４６１９２（Ｐ２０１１−４６１９２Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６８４４１（Ｐ２０１０−１６８４４１）
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（３９１０５９３９９）株式会社アイ．エス．テイ (102)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（３９１０５９３９９）株式会社アイ．エス．テイ (102)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]