WO2022209454A1 - 扁平軽量部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

端部の機械特性やコアとスキンの接着性に優れつつ、外観品位が良好で、生産性にも優れる扁平軽量部材を提供するため、扁平軽量部材であって、前記扁平軽量部材の両表面に配置されたスキン層と、前記扁平軽量部材の端部において前記両表面のスキン層の両内表面に接触するように配置された端部補強層と、前記スキン層と前記端部補強層とで囲まれた空間に、前記スキン層の内表面と直接接触するように配置されたコア層とを有し、前記スキン層は一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなる層を１層以上含み、前記端部補強層は繊維強化樹脂シートを含み、前記コア層は熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂とを含むことを特徴とする、扁平軽量部材とする。

Description

扁平軽量部材およびその製造方法

　本発明は、プロペラブレードとして用い得る、表面のスキン層と内部のコア層からなる扁平軽量部材（繊維強化樹脂成形品）およびその製造方法に関する。具体的には、端部の機械特性やコア層とスキン層との接着性に優れつつ、外観品位が良好で、生産性にも優れる繊維強化樹脂からなる扁平軽量部材およびその製造方法に関する。

　繊維強化樹脂は、軽量かつ高強度、高剛性であるため、産業の幅広い分野で用いられている。特に、強化繊維等の長繊維からなる繊維補強材に樹脂を含浸した中間材料であるプリプレグを使用した成形品が好適に利用されている。また、スキン層が繊維強化樹脂、コア層が多孔質であるサンドイッチ構造材料は、その軽量性と強靭性のため、航空機、自動車、船舶等の輸送機関や、スポーツ・レジャー分野において、効果的に利用されている。このようなサンドイッチ構造を有する繊維強化樹脂成形品としては、繊維強化基材からなるスキン層と、軽量粒子およびマトリックス樹脂からなるコア層からなる扁平軽量部材が知られている。ここで、扁平軽量部材とは、長手方向に向かって周長や断面形状が変化する構造であり、主にプロペラブレードとして用い得る部材を意味する。

　このような扁平軽量部材として、端部で上面用プリプレグと下面用プリプレグが厚み方向に積層接着されてなるプロペラブレードが知られている。この扁平軽量部材は、一方の割り型に上面用プリプレグを、他方の割り型に下面用プリプレグをそれぞれ積層し、型を合わせた時に両プリプレグで形成される空間内に発泡剤を配置することで得られる。（例えば特許文献１）

　また、同様の扁平軽量部材として、主要部をスキン層とコア層と分離層とで構成し、周縁部（扁平軽量部材を最も投影面積が大きくなる方向から見た場合の、該扁平軽量部材の外周の部分）をスキン層とコア層とで構成し、さらにプロペラブレードとして使用する場合にリーディングエッジとトレーリングエッジに相当する部位に補強用の強化繊維を追加で配置した扁平軽量部材が知られている。この扁平軽量部材は、コア層とスキン層の間に軽量粒子の通過を抑制する分離層を配置しているが、分離層により、コア層を構成する軽量粒子とマトリックス樹脂のうち、軽量粒子を分離し、マトリックス樹脂のみをスキン層を構成するドライの強化繊維基材に含浸せしめて、スキン層を形成する（例えば特許文献２）。

　さらに、扁平軽量部材の均一な力学特性と優れた寸法安定性を得るために、面内全域にわたって切込みが規則的な分布で設けられたプリプレグや、それを積層したプリフォームを使用する技術が知られている（例えば特許文献３）。

特開２０２０－１５１８７６号公報 特開平８－２７６４４１号公報 特許第５２７２４１８号公報

　ところが、上記したような、端部で上面用プリプレグと下面用プリプレグが厚み方向に積層接着されてなる扁平軽量部材は、端部に両プリプレグを積層接着するための領域が必要である。そのため、本来は軽量なコア層で形成すべき領域にまで、比重の大きなプリプレグを配置する必要が生じ、扁平軽量部材の重量が増加する問題があった。また、同様の理由から、このような構成を適用可能な扁平軽量部材の形状が限定される場合があった。一方で、単にプリプレグの端部同士を突き合せたのみの構造とすると、接合部強度が低下すると共に、コア層を形成する軽量粒子やマトリックス樹脂が扁平軽量部材外部に漏出して外観品位を損なう問題があった。

　また、主要部をスキン層とコア層と分離層とで構成し、周縁部をスキン層とコア層とで構成し、さらに上記したようなリーディングエッジとトレーリングエッジに相当する部位に補強用の強化繊維を追加で配置した従来の扁平軽量部材は、分離層の配置位置が適切でない場合、長期にわたって使用すると分離層近傍で剥離を生じる可能性があり、コア層とスキン層を強固に一体化できない問題があった。

　さらに、一方の割り型に上面用プリプレグを、他方の割り型に下面用プリプレグをそれぞれ積層し、型を合わせた時に両プリプレグで形成される空間内に発泡剤を配置する従来の扁平軽量部材の製造方法は、三次元形状を有する型の表面に室温でプリプレグを積層した後に型を加熱してプリプレグを硬化させる必要があり、積層工程に多大な労力や特殊な技術・装置を要するばかりか、型の昇降温に多くの時間を要するため、生産性に問題があった。

　加えて、コア層を構成するためのマトリックス樹脂の一部を、分離層を通過させてドライの強化繊維基材に含浸・硬化させてスキン層を形成する従来の扁平軽量部材の製造方法は、扁平軽量部材が単なる平板ではなく三次元形状を有する場合に、上下個別に配置した分離層が成形時にずれるなどするため、精度のよい、ばらつきの小さい扁平軽量部材を得ることが困難であった。また、補強用の強化繊維を配置するにあたっては位置決めが難しく、繊維強化樹脂成形中にもずれやすいため、扁平軽量部材の重心が変化してしまう場合があった。さらに、マトリックス樹脂が強化繊維に含浸する過程でボイドと呼ばれる気泡が端部に発生し、機械特性の低下や外観品を損なう場合があった。

　このように、上記のような従来技術では、端部の機械特性やコア層とスキン層の接着性に優れ、かつ、外観品位が良好な扁平軽量部材を得ることは極めて困難であった。

　そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、端部の機械特性やコア層とスキン層の接着性に優れつつ、外観品位が良好で、生産性にも優れる扁平軽量部材、およびその製造方法を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明では以下のいずれかの構成を採用する。
（１）扁平軽量部材であって、前記扁平軽量部材の両表面に配置されたスキン層と、前記扁平軽量部材の端部において前記両表面のスキン層の両内表面に接触するように配置された端部補強層と、前記スキン層と前記端部補強層とで囲まれた空間に、前記スキン層の内表面と直接接触するように配置されたコア層とを有し、前記スキン層は一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなる層を１層以上含み、前記端部補強層は繊維強化樹脂シートを含み、前記コア層は熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂とを含むことを特徴とする、扁平軽量部材。
（２）前記繊維強化樹脂シートが一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂であることを特徴とする、前記（１）に記載の扁平軽量部材。
（３）前記繊維強化樹脂シートが強化繊維を含む繊維強化フォームであることを特徴とする、前記（１）に記載の扁平軽量部材。
（４）前記スキン層から起毛した強化繊維が前記コア層に侵入していることを特徴とする、前記（１）から（３）のいずれかに記載の扁平軽量部材。
（５）前記端部補強層から起毛した強化繊維が前記コア層に侵入していることを特徴とする、前記（１）から（４）のいずれかに記載の扁平軽量部材。
（６）前記スキン層と前記端部補強層で囲まれた空間が閉空間であることを特徴とする、前記（１）から（５）のいずれかに記載の扁平軽量部材。
（７）前記端部補強層において、前記繊維強化樹脂シートが巻物構造または折畳構造を有することを特徴とする、前記（１）から（６）のいずれかに記載の扁平軽量部材。
（８）上型と下型からなる両面型を用いた扁平軽量部材の製造方法であって、
一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグを用いて、一方のスキン層と他方のスキン層とを準備するとともに、繊維強化樹脂シートを用いて端部補強層を準備する準備工程と、
前記一方のスキン層を成形温度に加熱した前記下型に配置し、前記端部補強層を前記一方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に載置する第１配置工程と、
熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物を前記一方のスキン層上に載置する投入工程と、
前記他方のスキン層を前記一方のスキン層の上面にさらに配置して前記端部補強層を前記他方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に接触させる第２配置工程と、
成形温度に加熱した前記上型を閉じる型閉じ工程と、を有し、
さらに、前記熱膨張性粒子を体積膨張させてコア層とする工程を有することを特徴とする、扁平軽量部材の製造方法。
（９）上型と下型からなる両面型を用いた扁平軽量部材の製造方法であって、
繊維強化樹脂シートからなる端部補強層を、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグからなる一方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に接着し、端部補強層付きスキン層を準備するとともに、前記プリプレグからなる他方のスキン層を準備する準備工程と、
前記端部補強層付きスキン層を成形温度に加熱した前記下型に配置する第１配置工程と、
熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物を前記一方のスキン層上に載置する投入工程と、
前記他方のスキン層を前記端部補強層付きスキン層の上面にさらに配置して前記端部補強層を前記他方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に接触させる第２配置工程と、
成形温度に加熱した前記上型を閉じる型閉じ工程と、を有し、
さらに、前記熱膨張性粒子を体積膨張させてコア層とする工程を有することを特徴とする、扁平軽量部材の製造方法。
（１０）前記強化繊維樹脂シートが、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグであることを特徴とする、前記（８）または（９）に記載の扁平軽量部材の製造方法。
（１１）前記強化繊維樹脂シートが、強化繊維を含む繊維強化フォームであることを特徴とする、前記（８）または（９）に記載の扁平軽量部材の製造方法。
（１２）前記プリプレグとして、切込プリプレグを用いることを特徴とする、前記（８）から（１１）のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
（１３）少なくとも前記一方のスキン層の、扁平軽量部材における内表面に相当する部位を、前記型閉じ工程の完了までに起毛させることを特徴とする、前記（８）から（１２）のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
（１４）前記端部補強層の、扁平軽量部材における内表面に相当する部位を、前記型閉じ工程の完了までに起毛させることを特徴とする、前記（８）から（１３）のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。

　本発明に係る扁平軽量部材およびその製造方法によれば、端部の機械特性やコア層とスキン層との接着性に優れつつ、外観品位が良好で、生産性にも優れる扁平軽量部材を得ることができる。

本発明の扁平軽量部材の例における、上面図（ａ）、および、Ａ－Ａ´における断面図（ｂ）である。 本発明扁平軽量部材の例における、起毛したスキン層の例を示す断面図（ａ）、および、起毛したスキン層の例を示す拡大図である。 本発明の扁平軽量部材における、スキン層と端部補強層とコア層との位置関係の例を示す断面図である。 本発明の扁平軽量部材における、スキン層と端部補強層で囲まれた閉空間の例を示す透視上面図である。 本発明の扁平軽量部材における、巻物構造または折畳構造を持つ端部補強層の例である。 本発明の扁平軽量部材の製造方法における、各工程を示す図である。 本発明の扁平軽量部材の別の製造方法における、各工程を示す図である。

　以下に、本発明について、実施の形態とともに、図面を参照しながら詳細に説明する。

　本発明に係る扁平軽量部材は、両表面に配置されたスキン層と、前記扁平軽量部材の端部において前記両表面のスキン層の両内表面に接触するように配置された端部補強層と、前記スキン層と前記端部補強層とで囲まれた空間に、前記スキン層の内表面に直接接触するように配置されたコア層とを有する。前記スキン層は、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグを１層以上用いて形成され、強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなる層を一層以上含んでいる。また、前記端部補強層は繊維強化樹脂シートを含み、前記コア層は軽量粒子としての熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂とを含んでいる。

　図１は、プロペラブレードとして用いられる本発明の扁平軽量部材の一実施態様を示している。図１（ａ）は扁平軽量部材１の上面図を示しており、紙面右側が先端部ａ、紙面左側が根元部ｂである。この扁平軽量部材１のＡ－Ａ´断面（すなわち扁平軽量部材１の長手方向に直交する方向の断面）が図１（ｂ）に示される。この扁平軽量部材１は、主にスキン層２１、２２と、コア層３０と、端部補強層４０、４１とからなる。スキン層２１、２２は、扁平軽量部材１の両表面に配置され、端部補強層４０、４１は、両表面のスキン層２１、２２の両内表面に接触するように、端部（プロペラブレードのリーディングエッジとトレーリングエッジに相当する部位）に配置され、コア層３０はスキン層２１、２２と端部補強層４０、４１で囲まれた空間に、スキン層に直接接触するように配置されている。

　［スキン層］
　本発明におけるスキン層は、主に、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグを用いて形成され、強化繊維と第１のマトリックス樹脂とを含む層を１層以上含む。

　ここで、スキン層の内表面とは、スキン層において扁平軽量部材の内面側に位置する表面である。なお、以降、特に断りが無ければ「表面」は扁平軽量部材の外表面を意味する。

　本発明においては、扁平軽量部材の一方の表面を構成するスキン層の最も肉厚の部分が、２層以上のプリプレグから形成されることが好ましく、４層以上のプリプレグを有していることがより好ましい。すなわち、かかる部分は、強化繊維と第１のマトリックス樹脂とを含む層を２層以上有することが好ましく、４層以上有することがより好ましい。

　本発明のスキン層の厚みは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．４ｍｍ以上２ｍｍ以下である。厚みが上記好ましい範囲内にあることにより、成形時に積層体内部にまで均一に熱を伝えることが容易となり、引いては外観に優れる扁平軽量部材が得られるようになる。

　スキン層は、２種類以上の配向方向を持つプリプレグ、より好ましくは３種類以上の配向方向を持つプリプレグを用いて形成することも好ましい。これにより、スキン層として２種類以上、より好ましくは３種類以上の配向方向を有するものとなる。このようなプリプレグは、強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグを複数用意し、それらを強化繊維の配向方向がずれるように積層することで得られる。扁平軽量部材の長手方向を０度方向としたとき、例えば、好ましい積層構成として、０度と９０度の２種類を含む積層構成や、０度と±４５度の３種類を含む積層構成や、０度と±３０度の３種類を含む積層構成や、０度と±４５度と９０度の４種類を含む積層構成が好ましい態様として例示される。

　また、スキン層は、強化繊維が一方向に引き揃えられた形態のプリプレグである一方向プリプレグを１層以上用い、さらに、連続繊維が織られた形態のプリプレグである織物プリプレグを１層以上用いることが、衝撃特性と剛性の両立の観点から好ましい。特に、扁平軽量部材の最表面に織物プリプレグを配し、その内側に一方向プリプレグを、繊維方向が扁平軽量部材の長手方向となるように配することで、最表面に強化繊維の織物基材、内側に一方向に配列された強化繊維を有するスキン層を備えた扁平軽量部材とすることは、好ましい態様である。このような構成とすることで、プロペラブレードとして用いられる場合に、飛来物の衝突による扁平軽量部材の破断を織物プリプレグ由来の織物基材が抑制しつつ、一方向プリプレグ由来の強化繊維が扁平軽量部材の長手方向に負荷する引張応力を受け持つことが可能となる。

　［端部補強層］
　本発明における端部補強層は、扁平軽量部材の周縁部に配置される。本発明でいう扁平軽量部材の周縁部とは、扁平軽量部材を上部から投影した時の周囲部分（すなわち、扁平軽量部材を最も投影面積が大きくなる方向から見た場合の、該扁平軽量部材の外周の部分）を意味する。また、端部補強層の内表面とは、端部補強層において扁平軽量部材の内面側に位置する表面である。

　本発明における端部補強層は、繊維強化樹脂シートを含む。

　繊維強化樹脂シートは、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグで構成されることが好ましい。そして該繊維強化樹脂シートは、２層以上のプリプレグで構成されることが好ましく、４層以上のプリプレグで構成されることがより好ましい。このような繊維強化樹脂シートにより、端部補強層は、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなる層を１層以上含むものとなる。

　一方、端部補強層の繊維強化樹脂シートは、強化繊維を含む繊維強化フォーム（多孔質体）であることも好ましい。この様な繊維強化フォームの例として、サンドイッチ構造体（例えば国際公開第１４／１６２８７３号に記載）や、一方の面に熱可塑性樹脂が含浸し、かつ、もう一方の面から強化繊維が露出した不織布（例えば特開２０１４－１７２２０１号公報に記載）を例示することができる。

　扁平軽量部材の寸法にもよるが、周縁部の輪郭方向に直交する断面において、本発明の端部補強層の断面積は１ｍｍ^２以上１２００ｍｍ^２以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ^２以上５００ｍｍ^２以下である。かかる断面積を有するような厚みとすることにより、積層体内部にまで（すなわち、端部補強層の全厚みに亘って）均一に熱を伝えることが容易となり、引いては外観に優れる扁平軽量部材が得られるようになる。

　本発明の端部補強層は、周縁部の輪郭に沿った方向の繊維配向を有することが好ましい。例えば、繊維強化樹脂シートを用いて強化繊維が長手方向に配向した細長い積層体を作製した後、所望する扁平軽量部材の周縁部の輪郭に沿って該積層体を配置することで、扁平軽量部材の周縁部の輪郭に沿った方向の繊維配向とすることができる。

　［コア層］
　本発明におけるコア層は、スキン層とコア層との間に分離層を有する従来の扁平軽量部材とは異なり、スキン層に直接接触している。このような構成とすることで、コア層とスキン層を強固に一体化できるため、長期にわたって使用しても分離層近傍で剥離を生じにくい。

　本発明におけるコア層は、軽量樹脂と第２のマトリックス樹脂とから形成されたものである。コア層における軽量粒子（熱膨張性粒子）と第２のマトリックスの重量割合は、第２のマトリックス樹脂の重量を１００％とした場合に、軽量粒子を５％以上１００％以下の範囲とすることが好ましく、１０％以上４０％以下の範囲とすることがより好ましい。軽量粒子の重量を５％以上とすることで、コア層の比重が小さくなり軽量性を発揮しやすい。また、１０％以上とすることで、第２のマトリックス樹脂が軽量粒子と分離して生じる部分的な“樹脂リッチ”を減少させることができるため、コア層がより均質な構造を有することとなり、重心のばらつきを低減できる。一方、１００％以下とすることで、軽量粒子間に第２のマトリックス樹脂を存在させて軽量粒子同士を架橋させ、コア層が剛直になって形状を保つことができる。なお、１００％よりも大きい場合は、軽量粒子同士の架橋が不十分となることでコア層が脆くなり、形状が崩れやすくなる。さらに、４０％以下とすることで、軽量粒子周囲を第２のマトリックス樹脂が覆うことができるため、コア層におけるクラックの発生が抑制され、長期間にわたってコア層の機械特性を良好に保つことができる。

　［繊維強化樹脂シート］
　本発明で使用される繊維強化樹脂シートは、主に、強化繊維と第１のマトリックス樹脂からなる。

　繊維強化樹脂シートの強化繊維は、連続状の繊維であっても不連続状の繊維であってもよい。繊維強化樹脂シートの形態に特に限定はないが、機械特性の観点からは、繊維強化樹脂シートとしてプリプレグを用いることが好ましい。また、軽量性の観点からは、繊維強化樹脂シートとして繊維強化樹脂フォームを用いることが好ましい。

　［プリプレグ］
　本発明で使用されるプリプレグは、主に、強化繊維と第１のマトリックス樹脂から構成される。

　プリプレグとして好ましい強化繊維の体積含有率は、好ましくは４０％以上８０％以下であり、より好ましくは４５％以上７５％以下であり、さらに好ましくは５０％以上７０％以下である。

　プリプレグに含まれる強化繊維の量は、シート状物とした場合における強化繊維の目付け量として、５０ｇ／ｍ^２以上１０００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。目付け量が小さすぎると、プリプレグの面内に強化繊維が存在しない空孔を生じる場合がある。目付けを上記好ましい範囲の下限値以上とすることにより破壊起点となる空孔を排除することができるようになる。また、目付けが上記好ましい範囲の上限以下であれば、成形の予熱において内部へ熱を均一に伝えることができるようになる。目付けは、構造としての均一性と伝熱の均一性を両立させる上で、より好ましくは１００ｇ／ｍ^２以上６００ｇ／ｍ^２以下であり、さらに好ましくは１５０ｇ／ｍ^２以上４００ｇ／ｍ^２以下である。

　強化繊維の目付け量の測定は、強化繊維のシート状物から１０ｃｍ角の領域を切り出し、その質量を測り、面積で除することで実施する。測定は強化繊維のシート状物の異なる部位について１０回行い、その平均値を強化繊維の目付け量として採用する。

　［強化繊維］
　本発明において、繊維強化樹脂シート、プリプレグ、および繊維強化フォームに用いられる強化繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などが挙げられる。その中でも特に炭素繊維は、これら強化繊維の中でも軽量であり、しかも比強度および比弾性率において特に優れた性質を有しており、さらに耐熱性や耐薬品性にも優れていることから、軽量化が望まれる自動車パネルや航空機推進装置用の羽などの部材に好適である。なかでも、高強度の炭素繊維が得られやすいＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。

　［マトリックス樹脂］
　本発明の扁平軽量部材において、第１のマトリックス樹脂と第２のマトリックス樹脂は硬化した状態にある。

　本発明におけるプリプレグに用いられる第１のマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、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、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリスルフォン樹脂、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、液晶ポリマー、塩化ビニール、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの中でも特に熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。第１のマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、プリプレグは室温においてタック性を有するため、スキン層を複数のプリプレグから構成する場合であっても、それら層が粘着により一体化され、意図したとおりの積層構成を保ったままで成形することができる。

　本発明におけるコア層に用いられる第２のマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、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、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリスルフォン樹脂、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、液晶ポリマー、塩化ビニール、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。また、これらの中でも特に熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。第２のマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、コア層の軽量粒子の周囲を硬化したマトリックス樹脂が覆って多孔質構造を形成するため、扁平軽量部材に熱が加わった場合もコア層の変形や膨張を防ぐことができる。

　本発明における第１のマトリックス樹脂と第２のマトリックス樹脂において、第１のマトリックス樹脂のガラス転移温度が第２のマトリックス樹脂のガラス転移温度よりも高いことが好ましい。

　［軽量粒子］
　本発明の扁平軽量部材に係る軽量粒子は、成形時に加熱昇温することにより体積膨脹を起こす熱膨脹性樹脂粒子、および、すでに熱膨脹した状態にあるが加圧により圧縮され得る熱膨張性粒子を意味する。

　熱膨張性粒子は、第２のマトリックス樹脂と混合して加熱すると体積膨張を生じ、第２のマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の場合は熱硬化性樹脂の硬化によって、軽量な多孔質構造のコア層を形成する。また、第２のマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合は冷却時に溶融した熱可塑性樹脂が固化することで、もしくは軟化した熱可塑性樹脂が結着することで軽量な多孔質構造のコア層を形成する。

　熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂の混合物の体積膨張率α（％）は、混合物の膨張前の体積をＶ_１（ｃｍ^３）、膨張後の体積をＶ_２（ｃｍ^３）としたときに、次式（１）であらわされる。
α＝１００×（Ｖ_２－Ｖ_１）÷Ｖ_１・・・（１）

　コア層において、熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂との重量割合や成形時の加熱条件によって異なるが、体積膨張率αは３０％以上２０００％以下の範囲であることが好ましい。

　熱膨張性粒子としては、ポリアクリロニトリル系共重合体、ポリメタクリロニトリル系共重合体、ポリ塩化ビニリデン系共重合体、ポリスチレンまたはポリスチレン系共重合体、ポリオレフィン、ポリフェニレンオキサイド系共重合体等が挙げられ、内部に熱膨張性ガスを内包するカプセル状の粒子であることが好ましい。特に、低沸点の炭化水素類を熱膨張性ガスとした熱膨張性粒子は、体積膨張率が大きくコア層を軽量に成形できるため好ましい。

　熱膨脹性粒子の大きさは、体積膨脹前の平均粒径が１μｍ～１ｍｍの範囲であることが好ましい。平均粒径を１μｍ以上とすることで、成形時の樹脂流動による熱膨張性粒子の扁平軽量部材表面への漏出を抑制することができる。また、１ｍｍ以下とすることで、コア層の薄肉部まで熱膨張性粒子が侵入するため、コア層を軽量にできるほか、コア層における熱膨張粒子と第２のマトリックス樹脂の密度ムラを軽減できる。

　このような熱膨張性粒子として、松本油脂製薬（株）製「マツモトマイクロスフェアー」（登録商標）、ノーベル（株）製「エクスパンセル」（登録商標）、積水化学工業（株）製「エスレンビーズ」等が挙げられるが、本発明はこれらの製品に限定されるものではない。

　本発明においては、軽量粒子として１種類の熱膨張性粒子のみを用いてもよいし、複数種類の熱膨張性粒子を混合して使用してもよい。また、熱膨張性粒子は単独で使用してもよいし、例えばガラスビーズなどの熱膨張しない粒子と混合して使用することもできる。

　［本発明のさらに好ましい態様］
　本発明における扁平軽量部材においては、スキン層から起毛した強化繊維がコア層に侵入してなることが好ましい。

　図２は、本発明の扁平軽量部材の一実施態様であり、図２（ａ）に扁平軽量部材１の起毛したスキン層の例を示す断面図、図２（ｂ）に、その扁平軽量部材１における起毛したスキン層の一例の拡大図が示される。図２（ｂ）において、スキン層２２と起毛した強化繊維２００、コア層３０、および起毛した強化繊維が侵入して部分的に強化されたコア層の繊維強化部３００が示される。

　ここで強化繊維が起毛した状態とは、繊維強化樹脂シート、プリプレグ、または繊維強化フォームの表面（最も表面積の大きい面）から面外方向に１本以上の強化繊維が飛び出している状態を意味する。飛び出している強化繊維の長さの下限は０．１ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上がさらに好ましい。下限値を下回った場合、コア層に侵入した強化繊維が抜けてしまう懸念がある。また、飛び出している強化繊維の長さの上限は１００ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以下がより好ましく、１０ｍｍ以下がさらに好ましい。上限値を上回った場合、起毛時、強化繊維が折損してしまう可能性がある。ここで、起毛した強化繊維の長さは、図２（ｂ）のようなスキン層とコア層の境界部分を含む領域を包埋、研磨した後、断面観察によりコア層に侵入している強化繊維の長さを測定することで求められる。起毛した強化繊維はスキン層からコア層にかけて連続して繋がっていることが好ましく、このような構成とすることでスキン層とコア層との接着を強固にできる。

　また、本発明の扁平軽量部材においては、端部補強層から起毛した強化繊維がコア層に侵入してなることも好ましい。

　起毛した強化繊維は、端部補強層からコア層にかけて連続して繋がっていることが好ましく、このような構成とすることで端部補強層とコア層との接着を強固にできる。

　このように強化繊維を起毛する方法については、後述する。

　本発明における平軽量部材においては、スキン層と端部補強層で囲まれた空間が閉空間であることが好ましい。すなわち、コア層の周囲がスキン層と端部補強層とで覆われていることが好ましい。

　図３は、本発明の扁平軽量部材の断面（図１に示すＡ－Ａ´断面と同様の方向の断面）の例を示している。図３（ａ）においては、スキン層２１、２２が扁平軽量部材の両端ｃ、ｄに完全に到達し、扁平軽量部材の表面全体がスキン層２１、２２で覆われている。また、図３（ｂ）においては、端部補強層４０、４１が扁平軽量部材の表面に露出している。さらに、図３（ｃ）においては、扁平軽量部材の一方の端部ｃがスキン層２３で覆われ、もう一方の端部ｄにおいては端部補強層４１が扁平軽量部材の表面に露出している。加えて、図３（ｄ）においては、スキン層２１、２２が扁平軽量部材の両端に完全に到達し、さらに、スキン層２１、２２が扁平軽量部材の両端間（前記一方の端部ｃと前記他方の端部ｄとの間）で合一して内部補強層２５を形成している。この内部補強層２５は、スキン層の厚みを部分的に厚くすることで形成できるほか、スキン層とは別のプリプレグ積層体をスキン層２１、２２の間に配置する方法や、端部補強層と同様の構成の強化繊維をスキン層２１、２２の間に配置する方法や、中子の周囲にプリプレグなどの強化繊維を配置して内部補強層の形状とした部品を、スキン層２１、２２の間に配置する方法などによって形成できる。この様な内部補強層を配置した断面は、断面にかかるせん断荷重を多く受け持つことができるため、機械特性に優れる好適な態様である。ここで、図３（ａ）から（ｄ）のいずれにおいても、扁平軽量部材の表面全体がスキン層２１、２２と端部補強層４０、４１で覆われており、スキン層２１、２２と端部補強層４０、４１で囲まれた領域が閉じていることが分かる。また、スキン層と端部補強層とで、図３（ａ）から（ｃ）では１個、図３（ｄ）では２個の閉じた領域が形成されている。

　図４は、本発明の扁平軽量部材の透視上面図の例であり、本発明におけるコア層が配置される閉空間５０とその輪郭５００が図示される。閉空間５０は扁平軽量部材１の表面よりも内側に存在し、図４の先端部ａから根元部ｂへ向かって、図３で説明した閉じた領域で構成される。さらに、先端部ａと根本部ｂとにおいては、スキン層と端部補強層とによって、あるいは、スキン層とは別のプリプレグの積層体とスキン層とによって、閉空間５０が閉じられる。したがって、閉空間５０に配置される本発明のコア層は扁平軽量部材１の表面に露出しない。

　図４（ａ）は、本発明の扁平軽量部材が１つの閉空間を有する場合を例示する。図４（ｂ）は、本発明の扁平軽量部材が先端部ａから根元部ｂに向かって平行な２つの閉空間を有する場合を例示する。図４（ｃ）は、本発明の扁平軽量部材が先端部ａから根元部ｂに向かって不連続に３つの閉空間を有する場合を例示する。図４（ｂ）、（ｃ）において複数の閉空間の間はスキン層が合一した内部補強層であり、スキン層の厚みを部分的に厚くすることで形成できるほか、スキン層とは別のプリプレグ積層体をスキン層２１、２２の間に配置する方法や、端部補強層と同様の構成の強化繊維をスキン層２１、２２の間に配置する方法や、中子の周囲にプリプレグなどの強化繊維を配置して内部補強層の形状とした部品をスキン層２１、２２の間に配置する方法などによって形成できる。

　本発明における扁平軽量部材においては、周縁部の全部に端部補強層が配置されていることが好ましい。この様な構成とすることで、扁平軽量部材の端部における機械特性が向上すると共に、コア層を形成する軽量粒子や第２のマトリックスが扁平軽量部材の表面へ漏出すること抑制できる。

　本発明における扁平軽量部材においては、上記したように、スキン層や端部補強層から起毛した強化繊維が、コア層に侵入した形態をなっていることが好ましい。かかる形態とするためには、スキン層や端部補強層を構成するために用いるプリプレグの少なくとも一部として切込プリプレグを用いることが好ましい。特に、扁平軽量部材が厚み変化や複雑な三次元形状を有する場合に好適である。

　切込プリプレグは、面内全域にわたって規則的に分布する切り込みを有するプリプレグであり、プリプレグを構成する連続強化繊維が切り込みの存在部位で切断されている。このような規則的に分布する切り込みは、例えば前述の特許文献３に記載されている方法で設けることができる。

　切込プリプレグは、強化繊維を連続繊維としただけの、切り込みのはいっていない通常のプリプレグと併用して、スキン層や端部補強層に使用することができる。

　切込プリプレグによると、切込挿入箇所に開口、ずれが生じやすくなり、プリプレグの強化繊維方向への伸張性が向上する。また、圧縮成形時の流動で切込挿入箇所が開放して強化繊維の繊維束同士が離反することで、プリプレグとして柔軟性を示すようになり、流動性が高まる。このようにしてプリプレグが流動できる構成とすることで、端部にまで強化繊維が到達し、樹脂過多となる領域が減じられ、機械特性と外観に優れた扁平軽量部材を得ることができる。なお、流動性の点から、切り込みは、プリプレグの厚み方向に亘って全域に入れることが好ましい。

　スキン層に切込プリプレグを使用することは、強化繊維の起毛を生じやすく、コア層に侵入して強固な接着面を形成できるため好ましい。また、起毛した強化繊維の端部をコア層に侵入させることができるため、コア層の深くまで起毛した強化繊維を侵入させることができ、コア層とスキン層との接着を強化することができる。

　スキン層として、切込のないプリプレグと切込プリプレグの一体化積層体を用いてもよい。このとき、コア層との接触面に切込プリプレグを配置することが好ましい。この様な態様は、切込のないプリプレグが優れた機械特性を発現しつつ、切込プリプレグによってコア層とスキン層との接着を強固にできる、好ましい態様である。

　端部補強層に切込プリプレグを使用することは、コア層の膨張に伴って端部補強層が扁平軽量部材の端部輪郭へと押し付けられて変形する際、繊維方向のつっぱりを抑制できることから“樹脂リッチ”やボイドの発生が抑制され、端部における外観品位や機械特性が向上されやすい点で好ましい。端部補強層の強化繊維の繊維方向は、扁平軽量部材の端部輪郭に沿った方向であることが好ましい。

　本発明における扁平軽量部材は、端部補強層において繊維強化樹脂シートが巻物構造または折畳構造を有することが好ましい。

　図５（ａ）に巻物構造の例を、図５（ｂ）に折畳構造の例を示す。巻物構造を有する端部補強層は、プリプレグなどの繊維強化樹脂シートを巻き上げる量を調整することで厚みや断面積を容易に調整でき、しかも製造も容易であることから、扁平軽量部材の端部が丸みを帯びた形状である場合に特に好適に使用できる。一方、折畳構造を有する端部補強層は、プリプレグなどの繊維強化樹脂シートを折り畳む幅の調整や折り畳む回数の調整によって厚みを変化させたり、巻物構造よりも厚みを薄く調整しやすいことから、扁平軽量部材の端部がシャープな形状である場合に特に好適に使用できる。すなわち、図３（ａ）～（ｄ）においては、端部補強層４０は巻物構造を有することが好ましく、端部補強層４１は折畳構造を有することが好ましい。

　［製造方法］
　本発明に係る扁平軽量部材の製造方法は、上型と下型からなる両面型を用いた扁平軽量部材の製造方法であって、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグを用いて、一方のスキン層と他方のスキン層とを準備するとともに、繊維強化樹脂シートを用いて端部補強層を準備する準備工程と、前記一方のスキン層を成形温度に加熱した前記下型に配置し、前記端部補強層を前記一方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に載置させる第１配置工程と、軽量粒子（熱膨張性粒子）と第２のマトリックス樹脂との混合物を前記一方のスキン層内表面上（最終的に得られる扁平軽量部材における、スキン層の内側面）に載置させる投入工程と、前記他方のスキン層を前記一方のスキン層の上面にさらに配置して前記端部補強層を前記他方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に接触させる第２配置工程と、成形温度に加熱した前記上型を閉じる型閉じ工程と、を有し、さらに、前記軽量粒子を体積膨張させてコア層とする工程を有することを特徴とするものである。

　図６は、本発明の扁平軽量部材の製造方法における各工程を示しており、上型と下型の合わせ面に扁平軽量部材の形状であるキャビティが形成された両面型を用いて扁平軽量部材を成形する。

　図６（ａ）は準備工程であり、一方のスキン層２２と他方のスキン層２１と端部補強層４０、４１とが準備される工程である。

　スキン層２１、２２は、例えば、シート状のプリプレグから所望形状と所望の繊維配向とを有するプリプレグ裁断体を裁断した後、プリプレグ裁断体を必要に応じて積層して作製することができる。また例えば、シート状のプリプレグを所望の繊維配向に積層した後、所望形状に裁断して作製することができる。

　端部補強層は、例えば繊維強化樹脂シートを所定の厚みまで積層した後に所定幅に細長く裁断して製作したり、引抜成形や押出成形によって細長い紐状の部材として製作することができる。

　端部補強層が巻物構造を有する場合は、例えば１枚の繊維強化樹脂シートを端部から順に巻いて作製することで得られる。さらに例えば、１枚の繊維強化樹脂シートを折畳んだ後に巻いて製作することもできる。また別に、繊維強化樹脂シートを複数枚積層したものからも、同様の手順で巻物構造を得ることができる。

　端部補強層が折畳構造を有する場合は、例えば１枚の繊維強化樹脂シートを二つ折りや三つ折りし、それをさらに折畳むことで作製される。さらに例えば、１枚の繊維強化樹脂シートから断面形状が扁平な厚みの薄い巻物構造を作製した後、折畳んで製作することもできる。また別に、繊維強化樹脂シートを複数枚積層したものからも、同様の手順で折畳構造を得ることができる。

　繊維強化シートとしてプリプレグを用いる場合は、細長く裁断したシート状のプリプレグや、テープ状のプリプレグスリットテープを積層して製作することができる。また、繊維強化シートとして繊維強化フォームを用いる場合は、シート状の繊維強化フォームを細長く裁断して製作することができる。

　次に、図６（ｂ）に第１配置工程を示す。この工程では、一方のスキン層２２を、成形温度に加熱した下型８２に配置し、端部補強層４０、４１を一方のスキン層２２の周縁部の少なくとも一部に載置する。下型の温度として設定する成形温度は、第１のマトリックス樹脂と第２のマトリックス樹脂の種類にもよるが、熱硬化性樹脂を用いる場合は８０℃以上２３０℃以下の温度範囲とすることが好ましい。８０℃以上とすることでマトリックス樹脂の反応を促進でき、２３０℃以下とすることでマトリックス樹脂の分解を抑制することができる。また、本発明の製造方法によれば、金型を昇降温する必要が無いため、金型を昇降温させる従来の方法よりも製造時間を短縮することができる。

　第１配置工程において、一方のスキン層は平面状態のまま下型に配置してもよいし、予め三次元形状に賦形した後に下型に配置してもよい。また、直線状の端部補強層を一方のスキン層の周縁部に沿って曲げながら配置してもよいし、予め周縁部の形状に沿って曲げておいたものを配置してもよい。特に第１のマトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、プリプレグのタックによりスキン層と端部補強層が一体化されるため端部補強層の位置決めが容易で好ましい。

　続いて、図６（ｃ）に投入工程を示す。この工程は、軽量粒子（熱膨張性粒子）と第２のマトリックス樹脂との混合物９０を一方のスキン層２２の内表面上に載置する工程である。投入工程においては、軽量粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物が端部補強層を越えて一方のスキン層の外部に流出しないよう留意する必要がある。したがって、端部補強層において、他方のスキン層が接触する位置に混合物が付着しないことが好ましい。軽量粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物を周縁部よりも内側に投入し、周縁部よりも内側に留めることで、端部補強層とスキン層との間から軽量粒子が扁平軽量部材の表面に流出することを防止できる。また、軽量粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物は一方のスキン層の内表面の全面に塗布するように投入すると、均質なコア層を得られるため好ましい。

　投入工程において、軽量粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物を予熱することが好ましい。この様な方法を用いることで、軽量粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物の粘度が低下するため、投入時間を短縮できるほか、投入量の調整が容易になる。軽量粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物は、オーブンや電子レンジを用いて予熱することができる。

　さらに、図６（ｄ）に第２配置工程を示す。この工程では、他方のスキン層２１を一方のスキン層２２の上面にさらに配置して、端部補強層４０、４１を他方のスキン層２２の周縁部の少なくとも一部に接触させる。第２配置工程において、他方のスキン層は平面状態のまま下型に配置してもよいし、予め三次元形状に賦形した後に下型に配置してもよい。特に第１のマトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合は、プリプレグのタックによりスキン層と端部補強層が一体化されるため端部補強層の位置決めが容易で好ましい。

　そして、図６（ｅ）は型閉じ工程であり、成形温度に加熱した上型８１を閉じる工程である。型閉じ工程において一方のスキン層と端部補強層と他方のスキン層とが押圧され、一体化される。上型の温度は下型の温度と同じ温度に設定することが好ましいが、本発明の扁平軽量部材の製造方法においてはこれに限定されるものではない。また、型閉じ工程中にキャビティ内を真空引きすることができる。このような方法を用いることで、スキン層や端部補強層におけるボイドを軽減して扁平軽量部材の機械特性が向上するほか、表面の気泡発生を防止できるため外観品位に優れた扁平軽量部材を得ることができ好ましい。型閉じ工程は、上型と下型からなる両面型が完全に閉じたときに完了する。

　熱膨張性粒子である軽量粒子は、図６（ｆ）に示すように、所定温度に到達した後に体積膨張を開始し、コア層を形成する。軽量粒子の膨張により、スキン層と端部補強層がコア層によって金型キャビティに押しつけられ、加圧される。その後、図６（ｇ）に示すように硬化・脱型することで、優れた品質の扁平軽量部材を得ることができる。

　本発明に係る扁平軽量部材の製造方法は、上型と下型からなる両面型を用いた扁平軽量部材の製造方法であって、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグを用いて、端部補強層を一方のスキン層の周縁部に接着した端部補強層付きスキン層と、他方のスキン層とを準備する準備工程と、前記端部補強層付きスキン層を、成形温度に加熱した前記下型に配置する第１配置工程と、軽量粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物を前記一方のスキン層内表面上に載置する投入工程と、前記他方のスキン層を前記下型内にさらに配置して前記端部補強層を前記一方のスキン層の周縁部に接触させる第２配置工程と、成形温度に加熱した前記上型を閉じる型閉じ工程を有し、さらに、前記軽量粒子を体積膨張させてコア層とすることを特徴とするものである。

　図７は、より詳細に各工程を示すが、この方法においても、上型と下型の合わせ面に扁平軽量部材の形状であるキャビティが形成される両面型を用いて、繊維強化樹脂を成形する。

　図７（ａ）は準備工程であり、繊維強化樹脂シートからなる端部補強層４０、４１を、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグからなる一方のスキン層２２の周縁部の少なくとも一部に接着した端部補強層付きスキン層と、プリプレグからなる他方のスキン層２１とを準備する工程である。

　スキン層と端部補強層はそれぞれ前述の方法により製作することができる。端部補強層付きスキン層は、端部補強層を一方のスキン層の周縁部に接着することで製造できる。第１のマトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合は、プリプレグのタックによりスキン層と端部補強層を接着することができる。また、第１のマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合は、熱可塑性樹脂の溶融温度まで端部補強層と一方のスキン層を加熱して押圧し、冷却することで接着することができる。その他、樹脂接着剤や樹脂接着フィルムを用いて端部補強層を一方のスキン層に接着することができる。

　そして、図７（ｂ）には第１配置工程が、図７（ｃ）には投入工程が、図７（ｄ）には第２配置工程が、図７（ｅ）には型閉じ工程が示される。これら工程は、前述の図６による説明と同様の方法によって実施すればよく、かかる工程を経ることで、優れた品質の扁平軽量部材を得ることができる。

　本発明に係る扁平軽量部材の製造方法においては、前記プリプレグとして、切込プリプレグを用いることが好ましい。スキン層に切込プリプレグを使用することは、強化繊維の起毛を生じやすく、起毛した強化繊維がコア層の奥深くまで侵入して強固な接着面を形成できるため好ましい。スキン層として、切込のないプリプレグと切込プリプレグの一体化積層体を用いてもよい。このとき、コア層との接触面側に切込プリプレグを配置することが好ましい。この様な態様は、切込のないプリプレグが優れた機械特性を発現しつつ、切込プリプレグによってコア層とスキン層との接着を強固にできるため、好ましい態様である。

　端部補強層に切込プリプレグを使用することは、コア層の膨張に伴って端部補強層が扁平軽量部材の端部輪郭へと押し付けられて変形する際、繊維方向のつっぱりを抑制できることから“樹脂リッチ”やボイドの発生が抑制され、端部における外観品位や機械特性を向上できる点で好ましい。端部補強層の強化繊維の繊維方向は、扁平軽量部材の端部輪郭に沿った方向であることが好ましい。

　本発明に係る扁平軽量部材の製造方法においては、型閉じ工程の完了までに少なくとも一方のスキン層の内表面を起毛させることが好ましい。特に、投入工程において、少なくとも一方のスキン層の内表面の強化繊維を起毛させることが好ましい態様である。軽量粒子と第２のマトリックス樹脂の混合物を、スパチュラなどを用いて一方のスキン層の内表面の全面に塗布するように投入することで、スキン層の内表面の強化繊維を起毛させることができる。また、軽量粒子と第２のマトリックス樹脂の混合物を、一方のスキン層の高部から低部へと重力によって流動させながら塗布することで、スキン層の内表面の強化繊維を起毛させることができる。軽量粒子と第２のマトリックス樹脂の混合物を予熱すると、重力による流動を有効に活用でき好ましい。予熱温度は、成形温度と軽量粒子の膨張開始温度にもよるが、４０℃以上１８０℃以下であることが好ましく、７０℃以上１３０℃以下であることがより好ましい。好ましい範囲の下限以上とすることで、第２のマトリックス樹脂の粘度が低下して樹脂が流動できるようになり、上限以下とすることで軽量粒子の熱膨張が抑制されるため、投入工程において十分な時間をかけて樹脂を塗布することができる。

　本発明に係る扁平軽量部材の製造方法は、型閉じ工程の完了までに端部補強層の内表面の強化繊維を起毛させることが好ましい。特に、端部補強層として繊維強化フォームを使用すると、金型内で繊維強化フォームが加熱されることで繊維強化フォームに含まれる強化繊維のスプリングバックによって該強化繊維が起毛し、コア層に侵入することで、コア層と端部補強層とが強固に一体化される。

　本発明に係る扁平軽量部材の製造方法は、あらゆる扁平軽量部材の製造に適用でき、得られた扁平軽量部材は、例えば航空機、自動車、船舶等の輸送機関や、スポーツ・レジャー分野におけるプロペラブレード構造として好適に利用される

１　　　　　　扁平軽量部材
２１、２２、２３　　スキン層
２００　　　　スキン層の起毛した強化繊維
３０　　　　　コア層　　
３００　　　　スキン層の起毛した強化繊維が部分的に侵入したコア層の繊維強化部
４０、４１　　端部補強層
５０　　　　　閉空間
５００　　　　閉空間の輪郭
８１　　　　　上型
８２　　　　　下型
９０　　　　　混合物

Claims (14)

1. 扁平軽量部材であって、前記扁平軽量部材の両表面に配置されたスキン層と、前記扁平軽量部材の端部において前記両表面のスキン層の両内表面に接触するように配置された端部補強層と、前記スキン層と前記端部補強層とで囲まれた空間に、前記スキン層の内表面と直接接触するように配置されたコア層とを有し、前記スキン層は一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなる層を１層以上含み、前記端部補強層は繊維強化樹脂シートを含み、前記コア層は熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂とを含むことを特徴とする、扁平軽量部材。
2. 前記繊維強化樹脂シートが一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の扁平軽量部材。
3. 前記繊維強化樹脂シートが強化繊維を含む繊維強化フォームであることを特徴とする、請求項１に記載の扁平軽量部材。
4. 前記スキン層から起毛した強化繊維が前記コア層に侵入していることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の扁平軽量部材。
5. 前記端部補強層から起毛した強化繊維が前記コア層に侵入していることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の扁平軽量部材。
6. 前記スキン層と前記端部補強層で囲まれた空間が閉空間であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の扁平軽量部材。
7. 前記端部補強層において、前記繊維強化樹脂シートが巻物構造または折畳構造を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の扁平軽量部材。
8. 上型と下型からなる両面型を用いた扁平軽量部材の製造方法であって、
   一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグを用いて、一方のスキン層と他方のスキン層とを準備するとともに、繊維強化樹脂シートを用いて端部補強層を準備する準備工程と、
   前記一方のスキン層を成形温度に加熱した前記下型に配置し、前記端部補強層を前記一方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に載置する第１配置工程と、
   熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物を前記一方のスキン層上に載置する投入工程と、
   前記他方のスキン層を前記一方のスキン層の上面にさらに配置して前記端部補強層を前記他方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に接触させる第２配置工程と、
   成形温度に加熱した前記上型を閉じる型閉じ工程と、を有し、
   さらに、前記熱膨張性粒子を体積膨張させてコア層とする工程を有することを特徴とする、扁平軽量部材の製造方法。
9. 上型と下型からなる両面型を用いた扁平軽量部材の製造方法であって、
   繊維強化樹脂シートからなる端部補強層を、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグからなる一方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に接着し、端部補強層付きスキン層を準備するとともに、前記プリプレグからなる他方のスキン層を準備する準備工程と、
   前記端部補強層付きスキン層を成形温度に加熱した前記下型に配置する第１配置工程と、
   熱膨張性粒子と第２のマトリックス樹脂との混合物を前記一方のスキン層上に載置する投入工程と、
   前記他方のスキン層を前記端部補強層付きスキン層の上面にさらに配置して前記端部補強層を前記他方のスキン層の周縁部の少なくとも一部に接触させる第２配置工程と、
   成形温度に加熱した前記上型を閉じる型閉じ工程と、を有し、
   さらに、前記熱膨張性粒子を体積膨張させてコア層とする工程を有することを特徴とする、扁平軽量部材の製造方法。
10. 前記強化繊維樹脂シートが、一方向に引き揃えられた強化繊維と第１のマトリックス樹脂とからなるプリプレグであることを特徴とする、請求項８または９に記載の扁平軽量部材の製造方法。
11. 前記強化繊維樹脂シートが、強化繊維を含む繊維強化フォームであることを特徴とする、請求項８または９に記載の扁平軽量部材の製造方法。
12. 前記プリプレグとして、切込プリプレグを用いることを特徴とする、請求項８から１１のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
13. 少なくとも前記一方のスキン層の、扁平軽量部材における内表面に相当する部位を、前記型閉じ工程の完了までに起毛させることを特徴とする、請求項８から１２のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。
14. 前記端部補強層の、扁平軽量部材における内表面に相当する部位を、前記型閉じ工程の完了までに起毛させることを特徴とする、請求項８から１３のいずれかに記載の扁平軽量部材の製造方法。

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