JP7118312B1 - 積層体、積層体製造方法、及び宇宙構造物 - Google Patents

Abstract

積層体（１）は、対象方向において平面視で３つ以上に分割されていることにより３つ以上の領域を有する層である分割層（１２）を備える。分割層（１２）が有する領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の対象方向における熱膨張率は、分割層（１２）が有する他の領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の対象方向における熱膨張率と異なる。

Description

本開示は、積層体、積層体製造方法、及び宇宙構造物に関する。

光学観測衛星では、判読性に優れ、かつ、画質が安定した高分解能画像を撮影することが望まれている。そのため、光学観測衛星には、安定した光学観測性能を長期に渡って軌道上で維持可能であることが求められる。そのような光学観測衛星を実現するためには、寸法安定性が高い支持構造体が必要である。
従来、寸法安定性の高い材料として、スーパーインバー等の低熱膨張金属が存在する。しかしながら、低熱膨張金属の比重は大きい。そのため、重量の増加がコスト及び性能に大きく影響する光学観測衛星において、特に大型の支持構造体に対して低熱膨張金属を適用することは困難であるという課題があった。
そこで、支持構造体の材料としては炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＣＦＲＰ）等の繊維強化プラスチックが使用されている。ＣＦＲＰを始めとする繊維強化プラスチックは、強化繊維と母材樹脂とから成る積層体である。繊維強化プラスチックは、母材がプラスチックであるために金属材料と比較して比重が１／４程度と金属材料よりも軽量である。また、繊維強化プラスチックでは、使用する強化繊維と母材樹脂との組合せ及びその比率、並びに層毎の繊維配向等を適宜設計することにより極めて小さい熱膨張率を達成することができる。
特許文献１は、低線膨張係数繊維強化樹脂複合材料を開示している。当該低線膨張係数繊維強化樹脂複合材料において、少なくとも１つの負の線膨張係数を有する２種類以上の強化繊維を組み合わせることにより、それらから成るプリプレグシートを積層して面内疑似等方性板が形成される。

国際公開第２０００／０６４６６８号パンフレット

特許文献１が開示する技術では、正の線熱膨張係数を有する層と負の線熱膨張係数を有する層とが、それぞれの熱膨張及び熱収縮を打ち消しあう構成である。そのため、繊維強化プラスチック全体としての線熱膨張係数を極めて小さな値にすることができる。
しかしながら、特許文献１が開示する低線膨張係数繊維強化樹脂複合材料には、層毎の熱膨張及び熱収縮を打ち消しあうために複数の層が必要であるという課題がある。また、当該低線膨張係数繊維強化樹脂複合材料には、他部材との関係を考慮した場合に要求される熱膨張率を有する積層体であって、繊維強化プラスチックから成る積層体を柔軟に実現することができないという課題もある。

本開示は、層毎の熱膨張及び熱収縮を打ち消しあうために複数の層が必要ではなく、また、他部材との関係を考慮した場合に要求される熱膨張率を有する積層体であって、繊維強化プラスチックから成る積層体を柔軟に実現することを目的とする。

本開示に係る積層体は、
対象方向において平面視で３つ以上に分割されていることにより３つ以上の領域を有する層である分割層を備える積層体であって、
前記分割層が有する領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の前記対象方向における熱膨張率は、前記分割層が有する他の領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の前記対象方向における熱膨張率と異なる。

本開示によれば、積層体が３つ以上の領域を有する層である分割層を備える。そして、分割層が有する領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の対象方向における熱膨張率は、分割層が有する他の領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の対象方向における熱膨張率と異なる。そのため、１層の分割層により対象方向における熱膨張率を制御することができる。従って、本開示によれば、層毎の熱膨張及び熱収縮を打ち消しあうために複数の層が必要ではなく、また、他部材との関係を考慮した場合に要求される熱膨張率を有する積層体であって、繊維強化プラスチックから成る積層体を柔軟に実現することができる。

実施の形態１に係る積層体１の構成例を示す斜視図。 実施の形態１に係る分割層１２の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。 実施の形態１に係る各分割領域構成材料２１の繊維配向が一定ではない場合について説明する平面図。 実施の形態１に係る各分割領域構成材料２１が同一の繊維配向を有する場合について説明する平面図。 実施の形態２に係る分割層１２の構成例を示す平面図。 実施の形態３に係る分割層１２の構成例を示す側面図。 実施の形態４に係る積層体１の構成例を示す側面図。 実施の形態５に係る積層体１の製造方法を示すフロー図。 実施の形態５に係る積層体１の製造方法を示す説明図であり、（ａ）は非分割中間体３１を示す図、（ｂ）はＮ層の非分割中間体３１を示す図、（ｃ）は分割中間体３２を示す図、（ｄ）は分割中間体３２がフィルム３３上に配置された様子を示す図、（ｅ）は分割中間体３２が積層された様子を示す図、（ｆ）は分割中間体３２が積層された様子を示す図、（ｇ）は集合体３４の構成例を示す図。 実施の形態６に係る宇宙構造物１０１を示す概略図。 実施の形態６に係る望遠鏡１１４の内部を示す概略図。

以下、本開示を実施するための積層体１、積層体１の製造方法、及び積層体１を適用した宇宙構造物１０１を、図面を用いて説明する。なお、図面の説明において、同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

実施の形態１．
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、実施の形態１に係る積層体１の構成例を示す斜視図である。積層体１は、複数の層で構成されている。積層体１を構成する層の半分以上は繊維強化プラスチックから成るが、他の層は繊維強化プラスチック以外の材料から成ってもよい。繊維強化プラスチックは、強化繊維と母材のプラスチックとで構成されている。積層体１は繊維強化プラスチック積層体とも呼ばれる。また、積層体１を構成する層には、非分割層１１と、分割層１２とがある。非分割層１１は、単一の部材から成る層であり、また、層内で分割されていない層とも呼ばれる。分割層１２は、複数の部材から成る層であり、また、層内で分割された層とも呼ばれる。分割層１２を構成する複数の部材の各部材は領域を構成する。即ち、分割層１２には複数の領域がある。なお、非分割層１１と分割層１２との各々は複数層存在してもよい。

図２は、実施の形態１に係る積層体１を構成する層のうち、分割層１２の構成例を示している。ここで、図２の（ａ）は平面図であり、図２の（ｂ）は側面図である。分割層１２は、積層体１の長手方向、短手方向、又はその両方に、少なくとも３つの領域を構成するように分割されている。以下では、各分割層１２が分割されている方向を各分割層１２における分割方向と呼ぶ。具体例として、図２では分割層１２が長手方向に３つに分割されており、当該分割層１２における分割方向は長手方向である。長手方向と短手方向との両方向に分割層１２が分割されている場合、当該分割層１２における分割方向は長手方向と短手方向との両方向である。分割方向は対象方向とも呼ばれる。即ち、分割層１２は、対象方向において平面視で３つ以上に分割されていることにより３つ以上の領域を有する層である。なお、分割層１２は、平面視において対象方向に直交する境界によって分割されていなくてもよい。また、分割層１２の境界は、平面視において、分割層１２の一方の端から他方の端まで伸びていなくてもよい。
分割層１２において、複数の分割領域構成材料２１のうち少なくとも１つと、複数の分割領域構成材料２１のうち他の少なくとも１つとで、分割方向における熱膨張率が異なる。即ち、分割層１２が有する領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の対象方向における熱膨張率は、分割層１２が有する他の領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の対象方向における熱膨張率と異なる。ここで、分割領域構成材料２１は、分割層１２が有する領域の各領域を構成する材料である。
図２では、分割領域構成材料２１ｂの熱膨張率は、分割領域構成材料２１ａ及び分割領域構成材料２１ｃの各々の熱膨張率と異なる。各分割領域構成材料２１は、各分割領域構成材料２１に隣接する分割領域構成材料２１と突き合わされた状態で配置されている。そのため、各分割層１２において、隣接する分割領域構成材料２１間に隙間はない。

前述の構成によれば、分割方向における熱膨張率が互いに異なる材料を分割層１２が有することにより、分割層１２全体の熱膨張率として、分割層１２を構成する各材料の熱膨張率とは異なる熱膨張率を得ることができる。また、分割層１２の各領域を構成する材料が分割方向において占める割合を制御することにより、分割層１２の厚みを増すことなく、所定の範囲内において適切な熱膨張率を有する分割層１２及び積層体１を得ることができる。

以下、分割層１２の分割方向において複数種類の熱膨張率を得る手法の具体例を説明する。
図３は、分割層１２における分割領域構成材料２１が１種類の繊維強化プラスチックから成る場合であって、分割領域を構成する繊維強化プラスチックの繊維配向が分割方向において複数存在する場合における分割層１２の構成例を示す平面図である。図３において、分割層１２が有する領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の平面視における繊維配向は、分割層１２が有する他の領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料の平面視における繊維配向と異なる。分割方向における繊維配向を複数種類用意することにより、分割方向において複数種類の熱膨張率を得ることができる。図３では、分割層１２が長手方向において３つの領域に分割されている。また、分割層１２の長手方向における左端に位置する分割領域構成材料２１ａと当該長手方向における右端に位置する分割領域構成材料２１ｃと、当該長手方向において中央に位置する分割領域構成材料２１ｂとの間で繊維配向が異なる。
ここでは一例として、ある分割層１２において、炭素繊維Ｔ８００Ｓ（東レ（株）製）とエポキシ樹脂とから成る繊維強化プラスチックを使用した場合について説明する。当該ある分割層１２において、各分割領域構成材料２１の分割方向における長さをＬ：Ｌ：Ｌ、即ち分割方向における長さの比を１：１：１とし、各分割領域構成材料２１の繊維配向を０°：９０°：０°とした場合を考える。この場合において、当該ある分割層１２全体の分割方向における熱膨張率は、１２．２×１０^－６／℃となる。ここで、繊維配向０°は長手方向を示し、繊維配向９０°は短手方向を示し、図３において各分割領域構成材料２１の繊維配向を線で示している。なお、当該繊維強化プラスチックを使用した場合において１つの層内で材料を分割せずに前述の熱膨張率を達成するためには、最低でも４層の繊維強化プラスチック層が必要である。一方、本例では１層の繊維強化プラスチック層のみで十分である。そのため、繊維強化プラスチック層を分割しない場合における繊維強化プラスチック層の厚さの合計は、本例に係る繊維強化プラスチック層の厚さと比較して４倍以上となる。

図４は、分割層１２の分割領域構成材料２１が同一の繊維配向を有する２種類の繊維強化プラスチックから構成される場合における分割層１２の構成例を示す平面図である。図４において、分割層１２が有する領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料と、分割層１２が有する他の領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料とで、繊維及び母材樹脂の少なくとも一方が異なる。図４では、分割層１２が長手方向において３つの領域に分割されている。また、分割層１２の長手方向において左端に位置する分割領域構成材料２１ａと当該長手方向において右端に位置する分割領域構成材料ｃと、当該長手方向において中央に位置する分割領域構成材料２１ｂとで材料が異なる。
ここでは一例として、ある分割層１２において、分割領域構成材料２１ａ及び分割領域構成材料ｃとして炭素繊維Ｔ８００Ｓ（東レ（株）製）とエポキシ樹脂とから成る繊維強化プラスチックを使用し、分割領域構成材料２１ｂとして炭素繊維Ｋ１３Ｃ（三菱ケミカル（株）製）とエポキシ樹脂とから成る繊維強化プラスチックを使用した場合について説明する。当該ある分割層１２において、各分割領域構成材料２１の分割方向における長さをＬ：Ｌ：Ｌ、即ち分割方向における長さの比を１：１：１とし、各分割領域構成材料２１の繊維配向を０°：０°：０°とした場合を考える。この場合において、当該ある分割層１２全体の分割方向における熱膨張率は０．５×１０^－６／℃となる。本例において、各分割領域構成材料２１における繊維配向を同一にすることにより連続的に応力伝達することができる。

なお、分割層１２において分割領域構成材料２１の分割方向における熱膨張率が２種類である場合について説明したが、分割方向における熱膨張率が所望の値になるように制御することができれば、分割方向における熱膨張率は３種類以上であってもよい。
また、本実施の形態では、繊維強化プラスチックの強化繊維として炭素繊維、母材樹脂としてエポキシ樹脂を使用した場合について説明したが、所望の熱膨張率になるよう他の強化繊維及び母材樹脂を使用してもよい。強化繊維としては、具体例として、ガラス繊維、酸化アルミニウム繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アラミド繊維、ケブラー（登録商標）繊維、ダイニーマ（登録商標）繊維、ザイロン（登録商標）繊維、又は麻類繊維等を用いてもよい。また、繊維の形態は、短繊維若しくは長繊維、又はそれらを用いた織物若しくは組物等いずれの形態であってもよい。母材樹脂としては、具体例として、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、ポリアセターアル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、又はポリエーテルイミド等を用いてもよい。
また、分割層１２を構成する材料として繊維強化プラスチックを使用した場合について説明したが、当該材料は繊維強化プラスチックでなくてもよい。当該材料としては、具体例として、ゴム、樹脂、金属、セラミック等、又はそれらの組合せを使用してもよい。
また、分割領域構成材料２１の繊維配向の角度が０°と９０°とのいずれかである場合について説明したが、分割領域構成材料２１の繊維配向の角度は任意であってよい。繊維配向の角度としては、具体例として、０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、又は９０°等を使用してよい。
また、分割層１２全体の分割方向における熱膨張率を制御する手法として、複数種類の材料を用いる手法と、繊維強化プラスチックの繊維配向を複数種類用意する手法とを別々に説明したが、これらの手法を併用してもよく、また、これらの手法の少なくともいずれかとその他の手法とを併用してもよい。その他の手法としては、具体例として、分割領域構成材料２１の分割方向における長さの比を変えることが挙げられる。具体例として、分割層１２を分割方向に３分割した場合において、分割された各領域を構成する分割領域構成材料２１の分割方向における長さの比を１０：１：１０、５：１：５、３：１：３、２：１：２、１：２：１、１：３：１、１：５：１、又は１：１０：１等にしてもよい。
また、分割方向が長手方向である場合について説明したが、分割方向は長手方向、短手方向、又はその両方向であってもよい。また、分割数が３である場合について説明したが、分割数を３に限る必要はなく、具体例として２、４、５、又は１０個の領域等に分割層１２が分割されていてもよい。長手方向及び短手方向の両方向に分割層１２を分割する場合において、各方向における分割数は一致しなくてもよい。
また、分割層１２を矩形に分割する手法について説明したが、同一層内において隣接する分割領域構成材料２１を比較的容易に隙間なく配置することができる形状であれば分割層１２を矩形以外の形状に分割してもよい。当該形状は、具体例として、六角形、台形、又はひし形等である。同一層内において分割領域構成材料２１の形状が複数種類あってもよい。
また、積層体１の形状が平板である場合を説明したが、積層体１の断面の形状は、円筒、角筒、Ｔ型、又はＩ型等であってもよい。断面の形状がＴ型又はＩ型等である場合において、分割層１２は、分割層１２を構成する辺の少なくともいずれかにおいて、長手方向及び短手方向の少なくともいずれかの方向において分割されていればよい。

＊＊＊実施の形態１の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、積層体１が備える繊維強化プラスチック層の特性を柔軟に設計することができる。

実施の形態２．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図５は、実施の形態２に係る分割層１２の構成例を示す平面図である。図５において、各分割領域構成材料２１は、平面視において、構成材料及び寸法に関して各分割方向において対称状に配置されている。各分割領域構成材料２１は、構成材料及び寸法に関して各分割方向において厳密に対称に配置されていなくてもよい。図５において、分割方向は長手方向及び短手方向であり、分割領域構成材料２１ａ及び分割領域構成材料２１ｂを使用した具体例が示されている。分割層１２は、長手方向において５分割されており、短手方向において３分割されている。分割領域構成材料２１ａ及び分割領域構成材料２１ｂは、平面視において千鳥状に配置されている。分割領域構成材料２１ａ及び分割領域構成材料２１ｂは、長手方向及び短手方向の各々における熱膨張率が互いに異なる。
なお、分割領域構成材料２１が平面視において千鳥状に配置されている場合を説明したが、平面視において、分割層１２の分割方向における対称性が保たれていれば各分割領域構成材料２１は分割層１２においてどのように配置されていてもよい。そのため、分割領域構成材料２１は、具体例として平面視において格子状等に配置されていてもよい。

＊＊＊実施の形態２の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、分割層１２が分割方向において対称な構成を有することにより、積層体１の成形時及び使用時に生じる熱変形に起因する反りを抑制することができる。また、本実施の形態によれば、分割層１２内での材料特性のばらつきを抑制することができる。

実施の形態３．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図６は、実施の形態３に係る分割層１２の構成例を示す側面図である。図６において、積層体１は連続する複数の分割層１２を有しており、隣接する２つの分割層１２間で、各分割層１２を構成する材料の分割位置が一致しない。即ち、隣接する２つの分割層１２間で、隣接する２つの分割層１２の各分割層１２が有する領域間の境界の位置が異なる。ここでは、一例として、積層体１が有する層のうち連続する３層が分割層１２であり、各分割層１２は分割領域構成材料２１ａ及び分割領域構成材料２１ｂから成る場合について説明する。ここで、３層の分割層１２のうち、最も下に位置する層を最下層１２ａと呼び、中間に位置する層を中間層１２ｂと呼び、最も上に位置する層を最上層１２ｃと呼ぶ。最下層１２ａにおける分割領域構成材料２１間の境界の位置は、中間層１２ｂにおける分割領域構成材料２１間の境界の位置と一致しないように設計されている。また、同様に、中間層１２ｂにおける分割領域構成材料２１間の境界の位置は、最上層１２ｃにおける分割領域構成材料２１間の境界の分割位置と一致しないように設計されている。

＊＊＊実施の形態３の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、隣接する分割層１２間で分割箇所を一致させないことにより、積層体１において強度が低い箇所が分散する。そのため、本実施の形態によれば、積層体１の強度の低下を抑制することができる。また、本実施の形態によれば、積層体１の機械特性が向上する。

実施の形態４．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図７は、実施の形態４に係る積層体１の構成例を示す側面図である。積層体１は、分割層１２に加え、少なくとも１つの樹脂層２２を有する。積層体１の最下面及び最上面の各々は、繊維強化プラスチックから成り、また、分割層１２ではない、即ち非分割層１１である。図７は、２層の分割層１２の間に樹脂層２２が存在する具体例を示している。樹脂層２２の片面のみに分割層１２が隣接していてもよい。

樹脂層２２の厚みは、樹脂層２２に隣接する分割層１２を構成する分割領域構成材料２１のうち、最も厚い分割領域構成材料２１の厚みと最も薄い分割領域構成材料２１の厚みとの差以上であることが好ましい。また、樹脂層２２は、分割されていてもよいが、分割されていない方が好ましい。
樹脂層２２としては、具体例として、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、又はシアネートエステル樹脂等が用いられる。なお、樹脂層２２に隣接する層が繊維強化プラスチックから成る場合、当該繊維強化プラスチックを構成する母材樹脂と同じ又は類似する樹脂を樹脂層２２に使用することが好ましい。

＊＊＊実施の形態４の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、分割層１２を構成する分割領域構成材料２１の厚みが複数種類ある場合において、樹脂層２２を用いて分割領域構成材料２１間の厚みの差を吸収することができる。そのため、本実施の形態によれば、積層体１の表面平滑性が保たれる。
また、本実施の形態によれば、積層体１の表層が分割層１２ではないことにより、同様に積層体１の表面平滑性が保たれる。

実施の形態５．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
本開示に係る積層体１を製造する方法の具体例について、図８及び図９を参照して説明する。当該製造方法は積層体製造方法に当たる。図８は、実施の形態５に係る積層体１の製造方法の一例を示すフロー図である。また、図９は、実施の形態５に係る積層体１の製造方法の具体例を示す説明図である。
ステップＳ１からステップＳ５により、積層体１を構成する層のうち少なくとも１層において、層内に少なくとも３つの領域が存在する積層体１が作製される。ここでは、作製された積層体１において、層の総数は２Ｎ＋１であり、第Ｎ＋１層は分割層１２であり、他の層は非分割層１１である場合について説明する。また、第Ｎ＋１層を構成する材料は繊維強化プラスチックであるものとする。

（ステップＳ１）
まず、ステップＳ１がＮ回繰り返される。その結果、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、非分割中間体３１をＮ回積層することにより、Ｎ層の非分割中間体３１が作製される。ここで、非分割中間体３１は、非分割層１１となる材料であり、また、分割されていない繊維強化プラスチック中間体とも呼ばれる。非分割中間体３１としては、具体例として、炭素繊維とＢステージ状のエポキシ樹脂とから成るプリプレグが使用される。
なお、本ステップは、対象方向において分割されていない層であって、繊維強化プラスチックから成る層である非分割中間体層を積層するステップに当たる。

（ステップＳ２）
ここでは、図９の（ｃ）に示すように、積層体１の長手方向、短手方向、又はその両方に適宜並べて配置される少なくとも３つの分割中間体３２が作製される。ここで、分割中間体３２は、分割領域構成材料２１となる材料であり、また、分割された繊維強化プラスチック中間体とも呼ばれる。分割中間体３２の内少なくとも１つの分割方向における熱膨張率は、他の少なくとも１つの分割方向における熱膨張率と異なる。図９では、分割中間体３２ａ及び分割中間体３２ｃと、分割中間体３２ｂとの間で、分割方向における熱膨張率が異なる。各分割中間体３２は、全ての分割中間体３２が一体化して積層体１の層を構成する際に所望の特性を発揮するように作製される。分割中間体３２としては、具体例として、炭素繊維とＢステージ状のエポキシ樹脂とから成るプリプレグが使用される。
なお、本ステップは、分割層１２が有する３つ以上の領域の各領域を構成する材料を形成するステップに当たる。

（ステップＳ３）
ここでは、図９の（ｄ）に示すように、ステップＳ２で作製された分割中間体３２がフィルム３３上に配置される。フィルム３３は、具体例として離型フィルムである。分割中間体３２としてプリプレグを使用する場合、プリプレグのタック性により分割中間体３２はフィルム３３上に保持される。少なくとも３つの分割中間体３２は、分割方向において隙間なく配置され、また、一体で取り扱える形態であるものとする。なお、少なくとも３つの分割中間体３２は、分割層１２において、３つ以上の領域の各領域を構成する材料のうち少なくとも１つの対象方向における熱膨張率が、３つ以上の領域の各領域を構成する他の材料のうち少なくとも１つの対象方向における熱膨張率と異なるように配置される。
本ステップは、３つ以上の領域の各領域を構成する材料をフィルム３３上に配置し、３つ以上の領域の各領域を構成する材料を一体化することにより分割層１２となる分割中間体層を形成するステップに当たる。

（ステップＳ４）
ここでは、図９の（ｅ）に示すように、Ｎ層の非分割中間体３１のうち最も上に位置する非分割中間体３１上にステップＳ３で一体化された分割中間体３２が積層される。分割中間体３２が配置されているフィルム３３が積層体１を構成しない場合、図９の（ｆ）に示すように、分割中間体３２が積層された後にフィルム３３が除去される。なお、本ステップは、分割層１２を、非分割中間体層の上に積層するステップに当たる。
その後、図９の（ｇ）に示すように、ステップＳ１をＮ回繰り返すことにより、Ｎ＋２層から２Ｎ＋１層の各々として非分割中間体３１が積層される。その結果、２Ｎ＋１層積層された集合体３４が作成される。集合体３４は繊維強化プラスチック中間体の集合体とも呼ばれる。

（ステップＳ５）
ここでは、２Ｎ＋１層積層された集合体３４が成形される。集合体３４を成形する方法としては、具体例としてオートクレーブ法がある。オートクレーブ法を用いる場合、２Ｎ＋１層積層された集合体３４をバギングフィルムで覆った後、内部を真空引きし、外部から加圧及び加熱する。加圧及び加熱方法としては、具体例として３気圧下で１２０℃の温度を３時間保持する方法が挙げられる。
なお、本ステップは、非分割中間体層の母材樹脂を成形するステップに当たる。

前述の工程により作製された積層体１は、前述の実施の形態に係る積層体１と同様に、分割領域を構成する材料の分割方向における割合を制御することにより、厚みを増すことなく、分割方向において所望の熱膨張率を有することができる。

なお、分割された層の数が１つである場合について説明したが、分割された層の数は２つ以上であってもよい。分割された層が連続する場合、ステップＳ４が実行された後、ステップＳ２からステップＳ４が必要な回数だけ繰り返し実行される。分割された層が連続しない場合、ステップＳ４が実行された後にステップＳ１が必要な回数実行されることにより分割されていない層が必要に応じて積層され、その後、ステップＳ２からステップＳ４が実施される。
また、非分割中間体３１及び分割中間体３２の各々としてプリプレグを使用した場合について説明したが、集合体３４の成形後に繊維強化プラスチックとなれば非分割中間体３１及び分割中間体３２として他の材料を用いてもよい。そのため、非分割中間体３１及び分割中間体３２の各々として、具体例として、熱可塑性樹脂を使用したセミプレグ、繊維、繊維クロス、又はブレード等を用いてもよい。
また、分割中間体３２が繊維強化プラスチックから成る場合について説明したが、分割中間体３２は繊維強化プラスチックから成らなくてもよい。分割中間体３２は、具体例として、ゴム、樹脂、金属、セラミック等、又はそれらの組合せから成ってもよい。
また、フィルム３３として離型フィルムを単体で使用する場合について説明したが、ステップＳ４において少なくとも３つの分割中間体３２を一体化した状態で取り扱うことができればフィルム３３は他の形態であってもよい。フィルム３３は、具体例として、離型フィルム上に粘着剤を塗布したもの、又は、積層体１を構成する母材樹脂から成るフィルムであってもよい。母材樹脂から成るフィルム３３を使用する場合、分割中間体３２を積層した後にフィルム３３は除去されない。なお、分割中間体３２としてタック性がない材料を使用する場合、分割中間体３２を積層した後における位置ずれを抑制し、かつそのまま成形するために、積層体１を構成する母材樹脂から成るフィルム３３を使用することが好ましい。また、フィルム３３に分割中間体３２のガイドとなる線を引いてもよい。
また、オートクレーブ法により集合体３４を成形する方法を説明したが、積層体１を構成する樹脂が適切に成形されればどのような方法を用いて集合体３４を成形してもよい。集合体３４を成形する方法としては、具体例として、ハンドレイアップ法、プレス成形法、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法、又はＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法等を用いてもよい。なお、加圧方法及び加熱方法は使用する母材樹脂に応じて異なる。

＊＊＊実施の形態５の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、少なくとも３つの分割中間体３２から成る層を比較的容易に積層することができる。

実施の形態６．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
実施の形態１から４に係る積層体１を適用した光学支持構造を備える宇宙構造物１０１について、図１０及び図１１を参照して説明する。以下、実施の形態１から４と同様である点の説明を適宜省略し、実施の形態１から４と異なる点を主に説明する。

図１０は、実施の形態６に係る宇宙構造物１０１の具体例を示す概略図である。宇宙構造物１０１は積層体１を備える。図１０は、宇宙構造物１０１が人工衛星である場合を示している。図１０に示すように、宇宙構造物１０１は、構造物本体１１１と、太陽光発電パネル１１２と、アンテナ１１３とを備える。
構造物本体１１１は、具体例として衛星構造体である。構造物本体１１１は、人工衛星の各ミッションを達成するための機器を搭載している。当該機器は、具体例として望遠鏡１１４である。積層体１は、具体例として望遠鏡１１４の部材として使用される。
太陽光発電パネル１１２は、具体例として構造物本体１１１の両側に接続されている。
アンテナ１１３は、具体例として構造物本体１１１の上面及び正面に取り付けられている。

図１１は、実施の形態６に係る望遠鏡１１４の内部を示す概略図である。望遠鏡１１４は、複数の反射鏡１２１と、複数の反射鏡１２１を支える支持構造１２２等から構成される。望遠鏡１１４の観測精度を維持するため、支持構造１２２には宇宙空間において生じる温度変化に対して極めて高い寸法安定性が求められる。一方、支持構造１２２には、宇宙構造物１０１の打上げコストを低減するために軽量及び薄肉化も求められる。支持構造１２２において実施の形態１から４のいずれかに係る積層体１を使うことにより、支持構造１２２の重量及び容積の増加を抑制しつつ熱変化に対する寸法安定性を維持することができる。そのため、望遠鏡１１４の光学性能の維持向上が可能となる。
なお、宇宙構造物１０１が人工衛星である具体例について説明したが、宇宙構造物１０１は宇宙空間に存在する構造物であればよい。そのため、宇宙構造物１０１は、具体例として、宇宙ステーション、探査機、又は宇宙太陽光発電システム等であってもよい。
また、積層体１の適用例として人工衛星が搭載している望遠鏡１１４の支持構造１２２を説明したが、積層体１を他の構造に適用してもよい。具体例として、積層体１をアンテナ１１３又は太陽光発電パネル１１２等に適用してもよい。

＊＊＊実施の形態６の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、宇宙構造物１０１の重量の増加を抑制しつつ、宇宙構造物１０１を高機能化することができる。

＊＊＊他の実施の形態＊＊＊
前述した各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
また、実施の形態は、実施の形態１から６で示したものに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜変更されてもよい。

１ 積層体、１１ 非分割層、１２ 分割層、１２ａ 最下層、１２ｂ 中間層、１２ｃ 最上層、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 分割領域構成材料、２２ 樹脂層、３１ 非分割中間体、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 分割中間体、３３ フィルム、３４ 集合体、１０１ 宇宙構造物、１１１ 構造物本体、１１２ 太陽光発電パネル、１１３ アンテナ、１１４ 望遠鏡、１２１ 反射鏡、１２２ 支持構造。

Claims (11)

1. 各々が対象方向において３つ以上に分割されていることにより３つ以上の領域を有する層である少なくとも１つの分割層を備える積層体であって、
   前記積層体において、前記少なくとも１つの分割層に含まれている複数の分割層が隣接して積層されていることと、前記少なくとも１つの分割層に含まれている分割層と分割されていない層である非分割層とが隣接して積層されていることとの少なくとも一方が成り立っており、
   前記積層体は、２層以上の繊維強化プラスチック積層体であり、
   前記少なくとも１つの分割層のうち１つ以上の分割層において、前記分割層を構成する分割領域構成材料の厚みが複数種類あり、
   前記積層体は、前記分割領域構成材料の厚みが複数種類ある分割層に隣接する樹脂層を備える 積層体。
2. 前記樹脂層は、前記分割領域構成材料の厚みが複数種類ある分割層である第１分割層と、前記分割領域構成材料の厚みが複数種類ある分割層である第２分割層との間に存在する請求項１に記載の積層体。
3. 前記樹脂層の厚みは、前記樹脂層に隣接する分割層を構成する分割領域構成材料のうち、最も厚い前記分割領域構成材料の厚みと、最も薄い前記分割領域構成材料の厚みとの差以上である請求項１又は２に記載の積層体。
4. 前記少なくとも１つの分割層の各分割層が有する領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料と、前記少なくとも１つの分割層の各分割層が有する他の領域のうち少なくとも１つの領域を構成する材料とで、繊維及び母材樹脂の少なくとも一方が異なる請求項１から３のいずれか１項に記載の積層体。
5. 前記積層体の形状は、前記積層体の積層方向に直交する長手方向と、前記積層方向に直交し、前記長手方向に直交する短手方向とに広がる平板である請求項１から４のいずれか１項に記載の積層体。
6. 前記積層体の最下面及び最上面の各々は前記非分割層である請求項１から５のいずれか１項に記載の積層体。
7. 前記少なくとも１つの分割層の各分割層が有する領域の各領域を構成する材料が、平面視において、材料及び寸法に関して前記対象方向において対称状に配置されている請求項１から６のいずれか１項に記載の積層体。
8. 前記少なくとも１つの分割層の各分割層が有する領域の各領域を構成する材料が、平面視において、千鳥状又は格子状に配置されている請求項７に記載の積層体。
9. 前記積層体は、隣接する２つの分割層を備え、
   前記隣接する２つの分割層間で、前記隣接する２つの分割層の各分割層が有する領域間の境界の位置が異なる請求項１から８のいずれか１項に記載の積層体。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の積層体を備える宇宙構造物。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の積層体を製造する積層体製造方法であって、
    前記対象方向において分割されていない層であって、繊維強化プラスチックから成る層である非分割中間体層を積層するステップと、
    前記３つ以上の領域の各領域を構成する材料を形成するステップと、
    前記３つ以上の領域の各領域を構成する材料をフィルム上に配置し、前記３つ以上の領域の各領域を構成する材料を一体化することにより前記少なくとも１つの分割層の各分割層となる層である分割中間体層を形成するステップと、
    前記分割中間体層を、前記非分割中間体層の上に積層するステップと、
    前記非分割中間体層の母材樹脂を成形するステップと
    を備える積層体製造方法。

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