特開 2022-174120 熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022174120

(43)【公開日】2022-11-22

(54)【発明の名称】熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/68 20060101AFI20221115BHJP

   D06M 15/55 20060101ALI20221115BHJP

   B29C 70/20 20060101ALI20221115BHJP

   B29K 101/12 20060101ALN20221115BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20221115BHJP

【ＦＩ】

B29C70/68

D06M15/55

B29C70/20

B29K101:12

B29K105:08

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135317

(22)【出願日】2022-08-26

(62)【分割の表示】P 2018203843の分割

【原出願日】2018-10-30

(71)【出願人】

【識別番号】000119232

【氏名又は名称】株式会社イノアックコーポレーション

(72)【発明者】

【氏名】大藪 淳

(72)【発明者】

【氏名】田辺 尚幸

(57)【要約】      （修正有）

【課題】必要剛性を保って品質良好な曲げ加工品を作ることができる熱収縮チューブ付き複合強化棒を提供する。
【解決手段】強化繊維の各構成繊維糸２１を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材２が、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂３に埋設されて一体化している複合強化棒１と、該複合強化棒１よりも短尺の筒状体で、且つその筒内径５１ｄが前記複合強化棒１の棒径１Ｄよりも大にして、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する熱収縮チューブ５と、を具備し、該熱収縮チューブ５が、前記複合強化棒１に遊嵌されて、該複合強化棒１の曲げ加工部位１４に配設されるようにした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化繊維の各構成繊維糸を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材が、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂に埋設されて一体化している複合強化棒と、 該複合強化棒よりも短尺の筒状体で、且つその筒内径が前記複合強化棒の棒径よりも大にして、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する熱収縮チューブと、を具備し、 該熱収縮チューブが、前記複合強化棒に遊嵌されて、該複合強化棒の曲げ加工部位に配設されるようにしたことを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化棒。

【請求項2】

前記複合強化棒に遊嵌されてその曲げ加工部位に配置された前記熱収縮チューブが、加熱により前記マトリックス樹脂の軟化点よりも低い温度で収縮して前記複合強化棒に密着保持されている請求項１記載の熱収縮チューブ付き複合強化棒。

【請求項3】

前記芯材が炭素繊維のトウで形成された請求項１又は２に記載の熱収縮チューブ付き複合強化棒。

【請求項4】

前記マトリックス樹脂が現場重合型熱可塑エポキシ樹脂からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱収縮チューブ付き複合強化棒。

【請求項5】

棒方向に強化繊維の各構成繊維糸を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材を、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の溶融マトリックス樹脂に含浸させた後、硬化一体化させた複合強化棒を作製し、続いて、該複合強化棒を、その棒径よりも筒内径が大の筒状体にして且つ該複合強化棒よりも短尺の熱収縮チューブに挿通して、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する該熱収縮チューブを前記複合強化棒の曲げ加工部位に配設するようにしたことを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法。

【請求項6】

前記複合強化棒を熱収縮チューブに挿通して、前記複合強化棒の曲げ加工部位に該熱収縮チューブを配設し、その後、熱を加えて、前記マトリックス樹脂の軟化点よりも低い温度で該熱収縮チューブを収縮させ、前記複合強化棒に密着保持させるようにした請求項５記載の熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法。

【請求項7】

前記芯材を炭素繊維のトウで形成し、且つ前記マトリックス樹脂を現場重合型熱可塑エポキシ樹脂とした請求項５又は６に記載の熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は曲げ加工等の二次成形用に好適な熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、炭素繊維は軽量,耐食性等に優れることから、クリールに巻かれた炭素繊維を引き出して熱硬化性樹脂を含浸させた後、加熱した金型を通過させて、熱硬化性樹脂を硬化，成形した引抜成形品が提供されている。さらに、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を用いた成形品にして、一旦成形した製品を購入者が曲げ加工品として活用できる発明品も提案されている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１０－５１３７５１号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかるに、特許文献１は、請求項１の「複合材料強化棒構造において、…前記棒は、扁平な横断面形状を有する、複合材料強化棒構造。」とし、請求項２に記載の「…前記棒は、らせん状のねじりを有する、構造」の発明にとどまる。段落０００７で、「…都合良く曲げることができる性能は、横断面の形状及び縦横比と棒に与えられたねじりとによって補助されている。」とするが、その曲げには限界がある。 特許文献１をはじめとする従来の棒状体は、二次加工により曲げ加工しようとすると支障をきたすケースがある。炭素繊維糸には直径数ミクロンのフィラメントが用いられており、曲げ加工を行おうとすると、不具合を招く。前記棒状体中の炭素繊維は極度に伸び難い特性から、曲げ外側の炭素繊維長で曲げ半径が決まる。その内側に在る炭素繊維糸は、特許文献１のごとくねじっていても、曲げに伴う余剰長さ分が変形して棒状体７の形状を保てなくなる。 例えば、図６のように紙面垂直方向に走る支柱６に、所定温度にした棒状体７の曲げ加工部位７４を当てて、その両側に下方向の外力を加えて曲げようとすると、図７のように変形してしまう場合がある。図７（イ）で、支柱６に近い最下側繊維糸８１４は、曲げに伴う糸長の余剰分がシワになって、支柱６から遠のく最上側繊維糸８１１の方へ近づく。さらには、曲げ加工部位７４では、マトリックス樹脂９の下面側が上面側に近づいて扁平化し、芯材８はその上部の繊維糸８１から下部の繊維糸８１が剥離し、シワが発生する。図７（ロ）のごとく、曲げ半径を決める最上繊維糸８１１が中心ライン上に位置して、両外側に中心軸寄り繊維糸８１２、下側寄り繊維糸８１３、最下側繊維糸８１４と、最上繊維糸よりも下方の各炭素繊維糸が水平横方向に広がって、バラけてしまう外観不良を招く。棒状体を曲げた時の外周と内周との間に距離差が生じ、曲げ加工を行う軟化状態にあるマトリックス樹脂９中で、炭素繊維が剥離し、さらに行き場のなくなった炭素繊維があばれて変形を引き起こす。シワが発生し大きく変形してしまうと、外観品質の問題にとどまらず、構造体としての剛性を保つことができず、二次加工の恩恵を受けることができなくなる。

【0005】

本発明は、上記問題を解決するもので、必要剛性を保って品質良好な曲げ加工品を作ることができる熱収縮チューブ付き複合強化棒を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明の要旨は、強化繊維の各構成繊維糸を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材が、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂に埋設されて一体化している複合強化棒と、該複合強化棒よりも短尺の筒状体で、且つその筒内径が前記複合強化棒の棒径よりも大にして、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する熱収縮チューブと、を具備し、該熱収縮チューブが、前記複合強化棒に遊嵌されて、該複合強化棒の曲げ加工部位に配設されるようにしたことを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化棒にある。請求項２の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒は、請求項１で、複合強化棒に遊嵌されてその曲げ加工部位に配置された前記熱収縮チューブが、加熱により前記マトリックス樹脂の軟化点よりも低い温度で収縮して前記複合強化棒に密着保持されていることを特徴とする。請求項３の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒は、請求項１又は２で、芯材が炭素繊維のトウで形成されたことを特徴とする。請求項４の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒は、請求項１～３で、マトリックス樹脂が現場重合型熱可塑エポキシ樹脂からなることを特徴とする。 請求項５に記載の発明の要旨は、棒方向に強化繊維の各構成繊維糸を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材を、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の溶融マトリックス樹脂に含浸させた後、硬化一体化させた複合強化棒を作製し、続いて、該複合強化棒を、その棒径よりも筒内径が大の筒状体にして且つ該複合強化棒よりも短尺の熱収縮チューブに挿通して、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する該熱収縮チューブを前記複合強化棒の曲げ加工部位に配設するようにしたことを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法にある。請求項６の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法は、請求項５で、複合強化棒を熱収縮チューブに挿通して、前記複合強化棒の曲げ加工部位に該熱収縮チューブを配設し、その後、熱を加えて、前記マトリックス樹脂の軟化点よりも低い温度で該熱収縮チューブを収縮させ、前記複合強化棒に密着保持させるようにしたことを特徴とする。請求項７の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法は、請求項５又は６で、芯材を炭素繊維のトウで形成し、且つ前記マトリックス樹脂を現場重合型熱可塑エポキシ樹脂としたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法は、曲げ加工時に芯材の構成繊維糸がバラけようとしても、曲げ加工部位の周面を熱収縮チューブが覆って密着しているので、熱収縮チューブで各構成繊維糸がバラけるのを効果的に押しとどめることができ、外観品質だけでなく必要剛性も維持できるなど優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法の一形態で、（イ）が熱収縮チューブが複合強化棒に遊嵌されている斜視図、（ロ）が（イ）のI-I線断面図である。

【図2】（イ）が図１の熱収縮チューブが収縮し複合強化棒に密着している斜視図、（ロ）が（イ）のII-II線断面図である。

【図3】支柱を支点にして、図２の熱収縮チューブ付き複合強化棒を曲げようとする説明断面図である。

【図4】図３の状態から熱収縮チューブ付き複合強化棒を曲げ終えた説明図である。

【図5】複合強化棒を造る概略製造工程図である。

【図6】図３に対応させて、複合強化棒だけを曲げようとする説明断面図である。

【図7】(イ)が図４に対応させて、複合強化棒だけを用いた説明断面図、(ロ)が(イ)の説明平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明に係る熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法について詳述する。図１～図６は本発明の熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法の一形態で、図１は複合強化棒に熱収縮チューブが遊嵌した斜視図、図２は図１の熱収縮チューブが収縮し複合強化棒に密着した斜視図、図３は図２の熱収縮チューブ付き複合強化棒を曲げようとする断面図、図４は熱収縮チューブ付き複合強化棒を曲げ終えた説明図、図５は複合強化棒の製造工程図、図６,図７は図３,図４に対応させた複合強化棒だけの説明図を示す。各図は発明要部を強調図示し、また本発明と直接関係しない部分を簡略化又は省略する。

【0010】

（１）熱収縮チューブ付き複合強化棒 熱収縮チューブ付き複合強化棒は、複合強化棒１と熱収縮チューブ５とを具備する(図１,図２)。 複合強化棒１は、強化繊維の各構成繊維糸２１を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材２が、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂３に埋設されて一体化している棒状体である。棒状になるよう、強化繊維の各構成繊維糸２１が糸長方向に揃えて束ねられた芯材２を、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の液状マトリックス樹脂３Ａに含浸、硬化させて、芯材２とマトリックス樹脂３とが一体化している。強化繊維とは、複合強化棒１の機械的強度を高めるためのマトリックス樹脂強化用の繊維をいう。例えば無機繊維としてガラス繊維，炭素繊維等があり、有機繊維としてはアラミド繊維等がある。

【0011】

前記芯材２は、構成する各フィラメント間にマトリックス樹脂３が浸透し、双方が図１(ロ)のように一体化している。芯材２を判り易く説明するため、図１（イ）は左端に便宜的に芯材２の部分のみを露出させている。ここでは、強化繊維として炭素繊維を用い、その各構成繊維糸２１たる長繊維(フィラメント)糸を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材２とする。図１では、芯材２をつくるフィラメント糸２１の本数を極端に減らして図示するが、実際は例えば3000本(3kと呼ぶ)とか12,000本(12k)といった極めて多数の炭素繊維のフィラメント糸２１(直径２１Ｄが数μm)で長繊維束にして撚りのないトウ２Ａで形成される。尚、図１で、複合強化棒１の左端から突き出したトウ２Ａのみの部分は、出荷前にカッターＣＴ等で適宜、切断除去される。

【0012】

図１,図２の芯材２は、炭素繊維フィラメント糸２１で長繊維束にして撚りのない一本のトウ２Ａで形成しているが、後述する表１に掲載した「紐集合体」の欄で、左端側に在るストレートの「模式図」にあるように、複数本のトウ２Ａをストレート状態で束ねた芯材２とすることができる。また左側から二列目のように組み紐の「模式図」にある筒状の芯材２としてもよく、左から三列目のように「模式図」にある撚り紐のごとく撚り合わせた芯材２とすることもできる。さらに、図示を省略するが、短繊維(ステーブル)として製造し、紡績工程を経て、強化繊維の構成繊維糸２１としてもよい。

【0013】

マトリックス樹脂３は、強化繊維が組み込まれる母材で、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂からなる。熱可塑性樹脂は、成形後に、再度熱をかけることで、軟化させて二次成形できる長所を有する。熱可塑性樹脂にはＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ（ナイロン）、ＰＣ（ポリカーボネート）等がある。熱可塑性樹脂ではないが、現場重合型熱可塑エポキシ樹脂も本発明のマトリックス樹脂３とする。現場重合型熱可塑エポキシ樹脂は、重合前状態であれば、常温で液状にして粘度を低い状態で維持できる。加熱すれば架橋反応で硬化し、強固な成形品が得られる。そして、一旦硬化した後も、再加熱すると「熱可塑性樹脂」と同様の形相を示し、軟化，二次成形が可能になっている。

【0014】

このマトリックス樹脂３に前記芯材２を埋設一体化しているプラスチック複合棒状材が複合強化棒１になる。本実施形態は、強化繊維として炭素繊維を用いた熱可塑性プラスチック複合棒状材になっ
ている。炭素繊維の直径２１Ｄが数μのフィラメントを数千～数万本を束ねたトウ２Ａで形成された芯材２を、クリールから引き出し、マトリックス樹脂３として例えば現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の溶融母材３Ａに含浸後、硬化させて、図１のような棒状品に成形した複合強化棒１である。該棒状品を必要長さにカットし、複合強化棒１としている。

【0015】

熱収縮チューブ５は、プラスチックの形状記憶特性を応用したもので、加熱することによって長さの変化が少なく、径が大きく収縮するチューブである。複合強化棒１よりも短尺の筒状体で、且つその筒内径５１ｄが前記複合強化棒１の棒径１Ｄよりも大にして、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する熱収縮チューブ５とする。熱収縮チューブ５の材質は、ポリオレフィン,塩化ビニル,エチレンプロピレン,シリコーンゴム,フッ素系ポリマー,熱可塑性エラストマー等である。

【0016】

熱収縮チューブ５は一般に電線の絶縁保護等として利用される。しかるに、本発明では、複合強化棒１を曲げる際にその曲げ加工部位１４における強化繊維の剥離を押しとどめて、複合強化棒１の必要剛性を保って品質良好な曲げ加工を円滑になす役目を担う熱収縮チューブ５となっている。 詳しくは、可撓性を有する熱収縮チューブ５は、そのチューブ内径５１ｄを複合強化棒１の棒径１Ｄよりも若干大きめにして、該熱収縮チューブ５が複合強化棒１の曲げ加工部位１４に遊嵌される。加温下又は加温した後の曲げ加工時に、曲げ加工部位１４に係る複合強化棒１の周面１ａを熱収縮チューブ５が包み込んだまま撓み且つ加温に伴う熱収縮により曲げ加工部位１４に当接し、曲げ加工で発生する繊維剥離を抑制する。より好ましくは、加熱により前記マトリックス樹脂３の軟化点よりも低い温度で径方向に収縮する熱収縮チューブ５とする。加温により、マトリックス樹脂３の軟化点に達する前に複合強化棒１に係る曲げ加工部位１４の周面１４ａに、熱収縮チューブ５が図２のごとく収縮,密着して、収縮力を伴って強化繊維の繊維剥離を効果的に抑制できるからである。 本実施形態は、複合強化棒１のマトリックス樹脂３として、再加熱してその二次成形開始可能温度が90～150℃ほどの現場重合型熱可塑エポキシ樹脂を用いる一方、熱収縮チューブ５に、株式会社オーム電機の「収縮チューブ 6.0K」、型番DZ-TR60/Kを用いる。熱収縮チューブ５の材質がポリオレフィンで、その収縮開始温度は、上記マトリックス樹脂３の二次成形開始温度よりも低い70℃になっている。

【0017】

熱収縮チューブ付き複合強化棒は、熱収縮チューブ５が、別体の複合強化棒１に遊嵌されて、該複合強化棒１の曲げ加工部位１４に配設されるようにした図１ごとくの組合せセット品とする。販売用の本発明品は、複合強化棒１に熱収縮チューブ５が横並びに添えられ、セットにして包装された製品であってもよい。 また、複合強化棒１に遊嵌され、その曲げ加工部位１４にかぶさって配置された熱収縮チューブ５が、加熱により収縮して複合強化棒１に密着保持されている図２ごとくの、複合強化棒１に熱収縮チューブ５が一体の熱収縮チューブ付き複合強化棒とすることもできる。曲げ加工部位１４の部分を加熱して、速やかに曲げ加工作業ができ、作業性を向上させ、使い勝手に優れた所望の熱収縮チューブ付き複合強化棒となる。 符号３ａは複合強化棒１の樹脂マトリックス表面、符号５ａは熱収縮チューブ５の外面、符号５１Ｄは熱収縮チューブ５の当初外径、符号５５Ｄは熱収縮チューブ５の熱収縮後の外径を示す。

【0018】

（２）熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法とその一使用方法 熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法は、例えば以下のようにして造られる。まず、（１）熱収縮チューブ付き複合強化棒で述べた前記複合強化棒１を、図５のようにして造る。クリールＣＲから強化繊維の各構成繊維糸２１を糸長方向に揃えて棒状に束ねられた芯材２を引き出す。この芯材２に、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の液状マトリックス樹脂３Ａを含浸させた後、棒状に硬化一体化させた複合強化棒１を作製する。 芯材２に係る各構成繊維糸２１の繊維内部にマトリックス樹脂３を含浸させるべく、該マトリックス樹脂３を溶融温度以上に加熱し、溶融マトリックス樹脂(溶融母材)３Ａの状態に保たれた槽４中に、芯材２を通過させる。そうして、芯材２に係る各構成繊維糸２１の内部及び芯材２の表層部にマトリックス樹脂３が含浸、着層した後、該マトリックス樹脂３付き芯材２を金型Ｔ、後硬化炉Ｈに通して、強固な成形品の複合強化棒１とする。

【0019】

具体的には、二液配合タイプの現場重合型熱可塑エポキシ樹脂(ナガセケムテックス株式会社製)を用いて、主剤を100℃付近まで加熱する。その後、主剤との配合比を100：2にした硬化促進剤を添加し、撹拌混合した液状状態下の現場重合型熱可塑エポキシ樹脂を、直径が７μmほどの炭素繊維フィラメント糸を多数束ねて長繊維束(トウ２Ａ)にした芯材２に含浸させる。続いて、この芯材２に現場重合型熱可塑エポキシ樹脂を含浸させたものを金型Ｔに通し、目的の棒状形状に加工する。しかる後、後硬化炉Ｈの約140℃に加熱した温度で架橋反応によって硬化させ、直径約5mmφの強固な棒状品を引き出し、棒状品を連続成形する。ここでの複合強化棒１は、上述したごとく炭素繊維を一方向に配列したトウ２Ａからなる芯材２２に、現場重合型熱可塑エポキシ樹脂を含浸させて、棒状に連続成形し硬化したもので、その後、裁断機ＣＴで所定長さにカットする。図５中、符号Ｒはローラを示す。

【0020】

次いで、前記複合強化棒１を前記熱収縮チューブ５に挿通する。熱収縮チューブ５は、複合強化棒１よりも短尺にして、その筒内径５１ｄが該複合強化棒１の棒径１Ｄよりも大の筒状体とする(図１のロ)。熱収縮チューブ５を複合強化棒１よりも短い長さ５Ｌとするのは、曲げ加工部位１４にあてがえれば足りるからである。 続いて、複合強化棒１に挿通させた熱収縮チューブ５をずらしたり位置調整したりして、曲げ加工部位１４の棒周面１４ａに熱収縮チューブ５を被せる(図１のイ)。この段階では、熱収縮チューブ５は複合強化棒１に遊嵌状態にあり、曲げ加工部位１４に配設された該熱収縮チューブ５の位置を微調整できる。

【0021】

斯かる状態でも熱収縮チューブ付き複合強化棒となるが、さらに必要に応じて、その後、複合強化棒１をまっすぐに保ったまま加熱処理して、熱収縮チューブ５を曲げ加工部位１４に密着させる。複合強化棒１に遊嵌され、配設調整を終えた熱収縮チューブ５に熱を加え、熱収縮チューブ内面５ｂが曲げ加工部位１４の周面１４ａに密着するよう該熱収縮チューブ５を収縮させる。熱収縮チューブ５を収縮させて複合強化棒１に嵌った状態で密着保持させ、図２のような所望の熱収縮チューブ付き複合強化棒が造られる。熱収縮チューブ５が一体の複合強化棒１が造られる。他の構成は、（１）熱収縮チューブ付き複合強化棒と同様で、その説明を省く。（１）熱収縮チューブ付き複合強化棒と同一符号は同一又は相当部分を示す。

【0022】

（３）熱収縮チューブ付き複合強化棒の一加工例 次に、こうして得た熱収縮チューブ付き複合強化棒に曲げ加工を施す一加工方法を作用とともに説明する。 熱収縮チューブ５は前述した株式会社オーム電機の「収縮チューブ 6.0K」、型番DZ-TR60/Kを用い、チューブ内径が6mmφのものである。複合強化棒１は炭素繊維フィラメント糸のトウ２Ａにして長繊維束の芯材２が、現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の溶融樹脂槽４を通過して、長繊維束のフィラメント糸２１間に溶融状態にある現場重合型熱可塑エポキシ樹脂が含浸し、硬化一体化している複合強化棒１とする(図５)。この複合強化棒１の棒径は約5mmφである。 ここでは、上記熱収縮チューブ５が上記複合強化棒１に僅かの隙間εを確保して遊嵌され、該複合強化棒１の曲げ加工部位１４に熱収縮チューブ５を被せた図１ごとくの熱収縮チューブ付き複合強化棒を用いる。

【0023】

まず熱収縮チューブ付き複合強化棒を炉内で加温する。加温により70℃付近に達すると、熱収縮チューブ５の収縮開始温度70℃になり、炉内で熱収縮チューブ５が収縮し図２のように曲げ加工部位１４の複合強化棒周面１ａに密着する。さらに炉内で150℃程度まで加温する。複合強化棒１を構成する現場重合型熱可塑エポキシ樹脂が軟化し、二次成形が可能な状態となる。

【0024】

その後、炉の外へ熱収縮チューブ付き複合強化棒１を取り出し、温度が90℃以下にまで冷めないうちに曲げ加工を行う。図３のごとく紙面垂直方向に起立する支柱６へ曲げ加工部位１４を当て、曲げ加工部位１４の両外方に伸びた複合強化棒１の部分を手に持って、矢印方向に曲げる。曲げ作業に伴い、軟化状態にある現場重合型熱可塑エポキシ樹脂中で、従来は図７(ロ)のように曲げ外力を受けてバラけ、剥離していた芯材２の各構成繊維糸２１（フィラメント糸）が、熱収縮し且つ曲げ加工部位１４に密着した熱収縮チューブ５の規制を受けて押しとどめられる。熱収縮チューブ５のない従来品７であると、図７のごとく曲げ加工部位７４で芯材８の構成繊維糸８１がバラけて剥離状態になるのを、本発明では、熱収縮チューブ５が曲げ加工部位１４の周面１４ａに密着して取り巻き、剥離状態になるのを阻止する。軟化状態にある現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の扁平化も、熱収縮チューブが押しとどめる。図４のごとく複合強化棒１の断面形状をほぼ保形しながら曲げ加工部位１４が綺麗な形で曲がる。 さらにいえば、図３で複合強化棒１を矢印方向に曲げる際、ねじりながら曲げるとより好ましくなる。曲げ加工部位１４における支柱６に近い構成繊維糸２１と支柱６から離れた構成繊維糸２１との距離を少なくできるからである。 かくして、芯材２の構成繊維糸２１を剥離させることなく、曲げ等の二次成形加工が円滑に進み、外観品質や必要強度を確保した曲げ加工が完了する。曲げ加工後は、熱収縮チューブ５は付けたままでもよいが、刃具等で簡単に切れるので、曲げ加工部位１４から該熱収縮チューブ５を取り外して外観向上を図ることもできる。

【0025】

また、表１に、従来の複合強化棒単独の場合と熱収縮チューブ付き複合強化棒との対比試験結果を示す。熱収縮チューブ５の厚みは1.5mmとして、曲げ加工部位１４(ここでは「曲げ部」という。)で最小となった厚みや、曲げ部の外観について調べた。

【0026】

表１

【0027】

表１は、左半分の三つの欄が複合強化棒単独(従来品７)の場合を示す。模式図にあるようなストレート、組み紐、さらに撚り紐の各紐集合体をそれぞれ炭素繊維で形成して、該紐集合体が現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂３に埋設一体化されている複合強化棒である。右半分の三つの欄は、左半分の各複合強化棒１にそれぞれ熱収縮チューブ５を遊嵌し、加温して各複合強化棒に熱収縮チューブ５を被着一体化させた熱収縮チューブ付き複合強化棒の場合を示す。曲げ加工を終えた後の総合判定で、ストレート、組み紐、さらに撚り紐の各紐集合体について、いずれも本発明の熱収縮チューブ付き複合強化棒の方に、曲げ加工部位１４の外観品質に良好な結果を得た。

【0028】

（４）効果 このように構成した熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法によれば、マトリックス樹脂３に熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂を用いるので、棒状に成形された複合強化棒であっても、再度熱をかけて軟化させることができる。この軟化状態下で、曲げ加工等の二次成形が行えるので、幅広い分野で使用可能な汎用性の高い複合強化棒１になる。そして、棒状の複合強化棒１であると、一定断面の成形品にして成形容易で、且つ剛性が最も高い棒状方向に炭素繊維等の強化繊維の各構成繊維糸２１を簡単に配設できるので、安価でしかも強固な複合強化棒１の成形品を得ることができる。

【0029】

また、複合強化棒１よりも短尺の筒状体で、且つその筒内径５１ｄが複合強化棒１の棒径１Ｄよりも大の熱収縮チューブ５が複合強化棒１に遊嵌され、曲げ加工部位１４に配設されると、複合強化棒１を加温して曲げ
加工を行う時に、構成繊維糸２１が図７(ロ)のようにバラけてしまうのを該熱収縮チューブ５で押しとどめることができる。曲げ加工部位１４での複合強化棒１の曲げ作業時には、マトリックス樹脂３が軟化状態にあり、曲げ度合が進むにつれ、強化繊維の例えば炭素繊維の構成繊維糸２１は曲げ力を受けてバラけて剥離し易くなるが、複合強化棒１に係る曲げ加工部位１４の周面１４ａに熱収縮チューブ５が当接してこれを抑制する。 加えて、複合強化棒１の曲げ加工部位１４に遊嵌配置された熱収縮チューブ５が、加熱によりマトリックス樹脂３の軟化点よりも低い温度で収縮すると、曲げ加工時には、複合強化棒１の曲げ加工周面１４ａに熱収縮チューブ５が収縮力を伴って密着するので、前記炭素繊維が曲げ力を受けてバラけて剥離するのを、より効果的に抑え込むことができる。熱収縮チューブ５を曲げ加工部位１４に密着保持させることで、複合強化棒だけを用いていた従来法と比較して、表１からも明らかに曲げ加工部位１４での外観品質を良好に保ち、さらに曲げ加工部位１４での強度不足も解消している。

【0030】

さらにいえば、芯材２が炭素繊維のトウ２Ａで形成されると、構造が単純になり複合強化棒１を低コスト生産できる。マトリックス樹脂３が現場重合型熱可塑エポキシ樹脂からなると、これを再加熱すれば、熱可塑性樹脂と同様に軟化し二次成形が可能になるだけでなく、重合前状態が常温で液状にして低粘度で維持できることから、使い勝手,生産性,品質向上等に優れ、曲げ加工がし易い複合強化棒１を提供できる。 かくのごとく、本熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法は、上述した種々の優れた効果を発揮し、極めて有益である。

【0031】

尚、本発明においては前記実施形態に示すものに限られず、目的,用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。複合強化棒１,芯材２,樹脂マトリックス３,熱収縮チューブ５等の形状,大きさ,個数,材質等は用途に合わせて適宜選択できる。例えば、曲げ加工部位への熱収縮チューブの安定固定を図るべく、実施形態の熱収縮チューブ５の内面に接着剤が付与された熱収縮チューブとすることもできる。

【符号の説明】

【0032】

１ 複合強化棒 １Ｄ 棒径 ２ 芯材 ２Ａ トウ ２１ 構成繊維糸（フィラメント糸） ３ 樹脂マトリックス ５ 熱収縮チューブ ５１ｄ 熱収縮チューブの当初の内径（当初の筒内径）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2022-09-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱収縮チューブと、繊維糸を束ねた芯材が熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂に埋設されている複合強化体と、を具備し、前記熱収縮チューブが前記複合強化体に遊嵌されていることを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化体。

【請求項2】

熱収縮チューブと、繊維糸を束ねた芯材が熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂に埋設されている複合強化体と、を具備し、前記複合強化体は前記熱収縮チューブ内に配置され、前記複合強化体は前記熱収縮チューブに密着していることを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化体。

【請求項3】

前記芯材が筒状である請求項１又は２に記載の熱収縮チューブ付き複合強化体。

【請求項4】

前記繊維糸が組み紐又は撚り紐である請求項１又は２に記載の熱収縮チューブ付き複合強化体。

【請求項5】

繊維糸を束ねた筒状の芯材が熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂に埋設されている複合強化体。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

上記目的を達成すべく、第1の発明の要旨は、強化繊維の各構成繊維糸を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材が、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂に埋設されて一体化している複合強化棒と、該複合強化棒よりも短尺の筒状体で、且つその筒内径が前記複合強化棒の棒径よりも大にして、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する熱収縮チューブと、を具備し、該熱収縮チューブが、前記複合強化棒に遊嵌されて、該複合強化棒の曲げ加工部位に配設されるようにしたことを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化棒にある。第２の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒は、第1の発明で、複合強化棒に遊嵌されてその曲げ加工部位に配置された前記熱収縮チューブが、加熱により前記マトリックス樹脂の軟化点よりも低い温度で収縮して前記複合強化棒に密着保持されていることを特徴とする。第３の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒は、第１又は２の発明で、芯材が炭素繊維のトウで形成されたことを特徴とする。第４の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒は、第１～３の発明で、マトリックス樹脂が現場重合型熱可塑エポキシ樹脂からなることを特徴とする。
第５の発明の要旨は、棒方向に強化繊維の各構成繊維糸を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材を、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の溶融マトリックス樹脂に含浸させた後、硬化一体化させた複合強化棒を作製し、続いて、該複合強化棒を、その棒径よりも筒内径が大の筒状体にして且つ該複合強化棒よりも短尺の熱収縮チューブに挿通して、加熱により長さ方向よりも径方向に大きく収縮する該熱収縮チューブを前記複合強化棒の曲げ加工部位に配設するようにしたことを特徴とする熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法にある。第６の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法は、第５の発明で、複合強化棒を熱収縮チューブに挿通して、前記複合強化棒の曲げ加工部位に該熱収縮チューブを配設し、その後、熱を加えて、前記マトリックス樹脂の軟化点よりも低い温度で該熱収縮チューブを収縮させ、前記複合強化棒に密着保持させるようにしたことを特徴とする。第７の発明たる熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法は、第５又は６の発明で、芯材を炭素繊維のトウで形成し、且つ前記マトリックス樹脂を現場重合型熱可塑エポキシ樹脂としたことを特徴とする。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

（１）熱収縮チューブ付き複合強化棒
熱収縮チューブ付き複合強化棒は、複合強化棒１と熱収縮チューブ５とを具備する(図１,図２)。
複合強化棒１は、強化繊維の各構成繊維糸２１を糸長方向に揃えて棒状に束ねた芯材２が、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂のマトリックス樹脂３に埋設されて一体化している棒状体である。棒状になるよう、強化繊維の各構成繊維糸２１が糸長方向に揃えて束ねられた芯材２を、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の液状マトリックス樹脂３Ａに含浸、硬化させて、芯材２とマトリックス樹脂３とが一体化している。強化繊維とは、複合強化棒１の機械的強度を高めるためのマトリックス樹脂強化用の繊維をいう。例えば無機繊維としてガラス繊維，炭素繊維等があり、有機繊維としてはアラミド繊維等がある。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0018】

（２）熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法とその一使用方法
熱収縮チューブ付き複合強化棒の製造方法は、例えば以下のようにして造られる。まず、（１）熱収縮チューブ付き複合強化棒で述べた前記複合強化棒１を、図５のようにして造る。クリールＣＲから強化繊維の各構成繊維糸２１を糸長方向に揃えて棒状に束ねられた芯材２を引き出す。この芯材２に、熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の液状マトリックス樹脂３Ａを含浸させた後、棒状に硬化一体化させた複合強化棒１を作製する。
芯材２に係る各構成繊維糸２１の繊維内部にマトリックス樹脂３を含浸させるべく、該マトリックス樹脂３を溶融温度以上に加熱し、溶融マトリックス樹脂(溶融母材)３Ａの状態に保たれた槽４中に、芯材２を通過させる。そうして、芯材２に係る各構成繊維糸２１の内部及び芯材２の表層部にマトリックス樹脂３が含浸、着層した後、該マトリックス樹脂３付き芯材２を金型Ｔ、後硬化炉Ｈに通して、強固な成形品の複合強化棒１とする。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0022】

（３）熱収縮チューブ付き複合強化棒の一加工例
次に、こうして得た熱収縮チューブ付き複合強化棒に曲げ加工を施す一加工方法を作用とともに説明する。
熱収縮チューブ５は前述した株式会社オーム電機の「収縮チューブ 6.0K」、型番DZ-TR60/Kを用い、チューブ内径が6mmφのものである。複合強化棒１は炭素繊維フィラメント糸のトウ２Ａにして長繊維束の芯材２が、現場重合型熱可塑エポキシ樹脂の溶融樹脂槽４を通過して、長繊維束のフィラメント糸２１間に溶融状態にある現場重合型熱可塑エポキシ樹脂が含浸し、硬化一体化している複合強化棒１とする(図５)。この複合強化棒１の棒径は約5mmφである。
ここでは、上記熱収縮チューブ５が上記複合強化棒１に僅かの隙間εを確保して遊嵌され、該複合強化棒１の曲げ加工部位１４に熱収縮チューブ５を被せた図１ごとくの熱収縮チューブ付き複合強化棒を用いる。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0028】

（４）効果
このように構成した熱収縮チューブ付き複合強化棒及びその製造方法によれば、マトリックス樹脂３に熱可塑性樹脂又は現場重合型熱可塑エポキシ樹脂を用いるので、棒状に成形された複合強化棒であっても、再度熱をかけて軟化させることができる。この軟化状態下で、曲げ加工等の二次成形が行えるので、幅広い分野で使用可能な汎用性の高い複合強化棒１になる。そして、棒状の複合強化棒１であると、一定断面の成形品にして成形容易で、且つ剛性が最も高い棒状方向に炭素繊維等の強化繊維の各構成繊維糸２１を簡単に配設できるので、安価でしかも強固な複合強化棒１の成形品を得ることができる。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0032】

１ 複合強化棒
１Ｄ 棒径
２ 芯材
２Ａ トウ
２１ 構成繊維糸（フィラメント糸）
３ 樹脂マトリックス
５ 熱収縮チューブ
５１ｄ 熱収縮チューブの当初の内径（当初の筒内径）