シートモールディングコンパウンド
【課題】優れた機械特性を有する成形物を容易に製作可能なシートモールディングコンパウンドを提供する。
【解決手段】本発明のシートモールディングコンパウンド１は、平面Ｐを形成する幅Ｗおよび長さＬと、幅Ｗおよび長さＬに比べると極めて薄い厚さＴとを有しており、繊維片５とポリマー材料のマトリックス６とで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが前記平面Ｐにおいてランダムに分布している第一群の集合体３、および繊維片５とポリマー材料のマトリックス６とで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが、前記平面Ｐにおける所定の方向ＦＢに沿って主に分布している少なくとも１つの第二群の集合体３を含む。前記少なくとも１つの第二群の集合体４は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が第一群の集合体３と異なっている。
【解決手段】本発明のシートモールディングコンパウンド１は、平面Ｐを形成する幅Ｗおよび長さＬと、幅Ｗおよび長さＬに比べると極めて薄い厚さＴとを有しており、繊維片５とポリマー材料のマトリックス６とで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが前記平面Ｐにおいてランダムに分布している第一群の集合体３、および繊維片５とポリマー材料のマトリックス６とで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが、前記平面Ｐにおける所定の方向ＦＢに沿って主に分布している少なくとも１つの第二群の集合体３を含む。前記少なくとも１つの第二群の集合体４は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が第一群の集合体３と異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートコンパウンドの分野に関する。このような材料は、当該技術分野ではシートモールディングコンパウンドとして一般的に知られている。
【背景技術】
【０００２】
この用語には限定的な定義が与えられる場合があるが、本明細書および添付の特許請求の範囲に記載の「シートモールディングコンパウンド」は広義であり、一方向の寸法が他の二方向の寸法よりも極めて短く、後述する様々な種類の強化繊維と、後述する少なくとも１種のポリマー材料のマトリックスとを含む材料のことをいう。すなわち、この用語は、特定の繊維や特定のマトリックス用樹脂を含むものとして限定的に解釈されたり、フィラー（例えば、樹脂系フィラー、バインダーおよび他の添加剤など）または異なる組成物の支持体もしくは層を必ず必要とするものとして、または排除するものとして解釈されたりすべきでない。
【０００３】
モールディングコンパウンドは、構造繊維（例えばカーボン）をポリマー材料のマトリックス内に含むものが知られている。
【０００４】
一方向繊維または織り繊維を含むシートモールディングコンパウンドは、成形物の重要な方向に沿った機械強度特性を、良好に制御することができるが、鋳型への充填性が良好でない。他方、遊離繊維（ルーズファイバ）を含むモールディングコンパウンドは、鋳型への充填性は良好であるが、繊維の局所密度および成形物における繊維の分布方向を良好に制御することができない。
【０００５】
この点を克服するために、繊維片の集合体、例えば繊維片の実質上２次元のパッチまたは３次元の小片を含んだモールディングコンパウンドが知られている。この集合体の繊維片は、通常、互いに並行に配置されるか、または織り構造で配置される。
【０００６】
繊維片の集合体を含むモールディングコンパウンドは、圧縮成形に特に適している。なぜなら、この種のモールディングコンパウンドおよびその繊維片は、ポリマー材料のマトリックスが粘性のある時に鋳型内を流動可能なので、成形物が複雑な形状である場合にも、鋳型への充填性が向上するからである。集合体の形状および寸法は、製作する物品の形状および寸法に応じて選択されるので、繊維の方向、つまり、機械強度特性を、様々な方向に沿って適宜制御することが可能である。
【０００７】
特許文献１には、一方向繊維のパッチを１つ以上の所望の方向に分布させることが可能な、３次元の棒状のモールディングコンパウンドが開示されている。しかし、このようなコンパウンドから得られる物品の表面仕上がりは、パッチの３次元流動に由来する層間剥離が生じて極めて粗末になることに出願人は気付いた。さらに、パッチの３次元の分布方向の制御が実際には困難であることに出願人は気付いた。また、成形時の流動により、当初の繊維の分布方向が無駄になってしまうので、明確な機械特性を持たない成形物が仕上がることになる。
【０００８】
特許文献２には、一方向繊維のパッチがランダムに配置されるか、またはシート平面のほぼ同一の方向に配置された、シートモールディングコンパウンドが開示されている。
【０００９】
特許文献３には、一方向繊維のパッチが相互侵入層を形成するように配置されたシートモールディングコンパウンドが開示されている。当該特許文献によると、様々な形状および寸法のパッチが表面においてランダムに分布した成形物、または局所異方性などの特定の強度特性を有する局所領域が得られるように、特定の形状または寸法のパッチが特定の箇所において配置または方向付された成形物を製作することができる。出願人は、当該特許文献の教示内容に従って成形物を製作するのは極めて厄介であることに気付いた。なぜなら、異方性領域を設ける位置の精密な制御が必要であり、かつ、このような位置はパッチの流動によって変化してしまい、期待の機械特性を得ることが困難だからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願第０９１６４７７号明細書
【特許文献２】欧州特許出願第０４１５４３６号明細書
【特許文献３】国際公開第２００４／０３０９０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、優れた機械特性を有する成形物を容易に製作可能なシートモールディングコンパウンドが必要とされている。
【００１２】
詳細には、本発明の基本的な技術的課題は、目的の成形物が複雑な形状な場合でも鋳型への充填性が良好であり、かつ、全方向において機械的な引張強度を十分に有するシートモールディングコンパウンドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の構成は、幾何平面を形成する幅および長さと、幅および長さに比べると極めて薄い厚さとを有するシートモールディングコンパウンドに関するものである。このシートモールディングコンパウンドは、繊維片とポリマー材料のマトリックスとで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向が、前記幾何平面においてランダムに分布している第一群の集合体、および繊維片とポリマー材料のマトリックスとで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向が、前記幾何平面における所定の方向に沿って主に分布している少なくとも１つの第二群の集合体を含み、前記少なくとも１つの第二群の集合体は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が第一群の集合体と異なっている。
【００１４】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「幅および長さ」という用語は、シートモールディングコンパウンドの正方形状を排除するような限定的な意味で解釈されるべきでない。しかしながら、好ましくは、シートモールディングコンパウンドは直方形状であり、より好ましくは、巻取り可能な帯状である。
【００１５】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「主な分布方向」または「分布方向が主に分布」とは、第二群の集合体の各集合体の最大の引張強度の方向が（製造公差からの逸脱したものは定義に含めない）、所定の方向を中心とした所定の角度範囲内に含まれる方向の１つに該当することを指す。前記の所定の角度範囲としては、好ましくは±４０°であり、より好ましくは±３０°である。
【００１６】
集合体に基づく構造により、本発明のシートモールディングコンパウンドは、鋳型に対する良好な充填性を有する。第一群の集合体により、本発明のシートモールディングコンパウンドは、当該シートモールディングコンパウンドの平面の全方向における機械引張強度がゼロでない。他方、第二群の集合体により、本発明のシートモールディングコンパウンドは、主な分布方向において高い機械的な引張強度を有する。したがって、本発明のシートモールディングコンパウンドは、主な分布方向の荷重にさらされる成形物を製作するのに特に適している。というのも、出願人は、このような成形物では、通常、主な荷重は他の方向の小さい荷重成分に分割されるため、これら他の方向においても最小限かつ一定の強度を有する必要があることに気付いた。さらに、本発明のシートモールディングコンパウンドが成形物を製作するのに特に適している理由は他にもある。このような成形物が実際に使用されると、通常は理論的な公称荷重のみを単に考慮するだけの設計時には想定されなかった、応力の局所的な集中が起きるからである。
【００１７】
集合体は織り繊維を含むものであってもよいが、好ましくは、互いに並行な繊維片を含むものである。というのも、出願人は、互いに並行な繊維片を含む集合体の形態の方が、鋳型への充填性が良好であることに気付いた。
【００１８】
好ましくは、第一群の集合体と第二群の集合体とを異ならせる、第二群の集合体の前記少なくとも１つの特性は、繊維片の種類；集合体の形状；集合体の寸法；集合体内における繊維片の配置形態；および集合体が前記幾何平面に対して平行な、互いに異なる層に配置されていること；で構成されるグループから選択される。
【００１９】
好ましくは、第一群の集合体の密度は、第二群の集合体の密度よりも大きく、より好ましくは、第一群の集合体の密度は、第二群の集合体の密度の２倍である。
【００２０】
後述するように、第一群の集合体と第二群の集合体とは、積層構造に配置されてもよく、すなわち、第一群の集合体と第二群の集合体とを隔てる平面が存在してもよい。しかしながら、好ましくは、第一群の集合体と第二群の集合体とは、相互侵入層の形態で配置される。
【００２１】
集合体は、小さい３次元体であってもよいが、好ましくは厚さが極めて薄いので、実質上の２次元体として扱えるものである。
【００２２】
集合体はどんな形状であってもよいが、好ましくは実質上直方形状である。
【００２３】
好ましくは、前記第一群は比較的短い集合体を含み、前記第二群は比較的長い集合体を含む。
【００２４】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、量、パラメータおよび百分率などを示す全ての数値は、特記しない限り、その数値の前に「約」を付けて解釈されるべきである。また、全ての数値範囲は、以後特記しない限り、最大値、最小値、および最大値と最小値との間に介在する全数値を含むものとする。
【００２５】
好ましくは、第一群の集合体の長さ／幅の比率は６．５以下、より好ましくは５以下である。
【００２６】
好ましくは、第二群の集合体の長さ／幅の比率は２０以下、より好ましくは１２．５以下である。
【００２７】
好ましくは、第一群の集合体の長さは０．５〜１１０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは０．５〜５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは３０〜４５ミリメートル（ｍｍ）である。
【００２８】
好ましくは、第二群の集合体の長さは３０〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは１００〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは１０５〜１２０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００２９】
好ましくは、第一群と第二群の集合体の幅は２〜５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは５〜２０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００３０】
好ましくは、本発明のシートモールディングコンパウンドは、さらに、繊維片とポリマー材料のマトリックスとで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向が前記幾何平面においてランダムに分布する、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が第一群の集合体と異なっている第三群の集合体を含む。
【００３１】
好ましくは、第三群の集合体の長さ／幅の比率は２以下、より好ましくは１である。
【００３２】
好ましくは、第三群の集合体の長さおよび幅は２〜４０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００３３】
本発明の第２の構成は、上述のシートモールディングコンパウンドから成形された成形物に関する。
【００３４】
好ましくは、この成形物は一方向に長い形状であり、かつ、第二群の集合体の各集合体の最大の引張強度の分布方向が当該成形物の長手方向に沿って主に分布している。
【００３５】
好ましくは、この成形物は自転車部品である。
【００３６】
好ましくは、この成形物は自転車のクランクである。
【００３７】
本発明の第３の構成は、シートモールディングコンパウンドを製造する方法に関する。このシートモールディングコンパウンド製造方法は、ａ）繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を準備する工程と、ｂ）前記少なくとも１つの基材から、第一群の集合体および少なくとも１つの第二群の集合体を切断する工程と、ｃ）第一群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布するようにして配置させ、前記少なくとも１つの第二群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向が所定の方向に沿って主に分布するように配置させる工程とを含む。
【００３８】
好ましくは、前記ａ）工程は、一方向繊維およびポリマー材料のマトリックスを含む基材で構成される少なくとも１つのシートを準備することを含む。
【００３９】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、ｄ）前記基材の少なくとも１つのシートから第三群の集合体を準備する工程と、ｅ）第三群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布するようにして配置する工程とを含む。
【００４０】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記ｂ）切断工程よりも前に、タック性がほぼ消えるまで前記基材を冷却する工程を含む。
【００４１】
好ましくは、この冷却工程は、０℃以下、より好ましくは−１０℃以下、さらに好ましくは−１５℃以下の温度Ｔまで冷却することを含む。
【００４２】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記ｂ）切断工程よりも前に、前記基材から支持シートを取り外す工程を含む。
【００４３】
好ましくは、上記製造方法は、蓄積した過剰な水分を取り除くために、集合体の配置構造体を乾燥させる工程をさらに含む。
【００４４】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、集合体の配置構造体に少なくとも１つの付加層を積層する工程を含む。
【００４５】
好ましくは、この積層工程における前記少なくとも１つの付加層は、一方向繊維の材料およびポリマー材料のマトリックスを含む層、およびポリマー材料のみ（好ましくは、前記集合体のマトリックスのポリマー材料と同じ材料）を含む層で構成されるグループから選択される。
【００４６】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、集合体の配置構造体に圧力を加えて、集合体を所定の厚さにまで圧縮する工程を含む。
【００４７】
好ましくは、圧力を加える上記工程は、さらに加熱することを含む。
【００４８】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、シートモールディングコンパウンドの縁部を長手方向に切断する工程を含む。
【００４９】
好ましくは、上記製造方法は、保存のためにシートモールディングコンパウンドをロール状に巻く工程を含む。
【００５０】
変形例として、上記製造方法は、さらに、積み重ねて保存できるシートモールディングコンパウンドのシートを得るために当該シートモールディングコンパウンドに対して横方向の切断を行う工程を含むものであってもよい。
【００５１】
好ましくは、上記製造方法は、ポリマー材料のマトリックスの早期硬化を防止するために、集合体の配置構造体を室温よりも低い温度に冷却する工程をさらに含む。
【００５２】
好ましくは、前記ｂ）切断工程は、長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、前記集合体を得るためにこの長細体に対して横方向の切断を行なうこととを含む。
【００５３】
好ましくは、前記ｂ）切断工程は、長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、前記第一群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、第一群の集合体および第二群の集合体を得ることとを含む。
【００５４】
好ましくは、前記ｂ）切断工程において、前記第１の距離は前記第２の距離よりも短い。
【００５５】
好ましくは、前記ｂ）切断工程における各周期が、前記第１の距離のところに対する２回の切断、および前記第２の距離のところに対する１回の切断を含む。
【００５６】
好ましくは、前記ｃ）配置工程は、集合体を、前記平面に向かって、少なくとも１つの落下の高さから可動の支持部へと落下させることを含む。
【００５７】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記落下の高さを調整する工程を含む。
【００５８】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記可動の支持部の移動速度を調整する工程を含む。
【００５９】
本発明の第４の構成は、シートモールディングコンパウンドを製造する製造装置に関する。このシートモールディングコンパウンド製造装置は、繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を供給する供給ステーションと、前記少なくとも１つの基材を切断して、少なくとも１つの第一群の集合体および第二群の集合体を形成するように構成された切断ステーションと、この切断ステーションから落下の高さ分下方に離れた位置に設けられた少なくとも１つの可動面体とを備えている。前記切断ステーションおよび前記少なくとも１つの可動面体は、第一群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向が前記少なくとも１つの可動面体においてランダムに分布するようにして配置し、前記少なくとも１つの第二群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向が、前記少なくとも１つの可動面体において所定の方向に沿って主に分布するように配置する。
【００６０】
好ましくは、切断ステーションは、長細体を得るために前記基材の第１の切断を行う複数の第１のブレードと、前記第一群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、第一群の集合体および第二群の集合体を得るための少なくとも１つの第２のブレードとを備えている。
【００６１】
好ましくは、前記第２のブレードは、前記横方向の第２の切断を、前記第２の距離よりも短い第１の距離のところに対して行うように制御されている。
【００６２】
より好ましくは、前記第２のブレードは、前記第１の距離のところに対する２回の切断、および前記第２の距離のところに対する１回の切断で各周期が構成される複数の切断周期を行うように制御されている。
【００６３】
また、好ましくは、前記少なくとも１つの可動面体が、前記切断ステーションから第１の落下の高さ分下方に離れた位置に設けられた第１の搬送ベルトと、この第１の搬送ベルトから第２の落下の高さ分下方に離れた位置に設けられた第２の搬送ベルトとを含む。
【００６４】
好ましくは、前記第１の落下の高さは１００センチメートル（ｃｍ）以下である。
【００６５】
また、好ましくは、前記第２の落下の高さは５〜５０センチメートル（ｃｍ）である。
【００６６】
好ましくは、これら落下の高さを調整するために、上記製造装置において前記第１の搬送ベルトが調整可能な高さで支持される。
【００６７】
より好ましくは、上記製造装置において前記第１の搬送ベルトは調整可能なスロープ部に支持されている。
【００６８】
また、好ましくは、前記搬送ベルトの少なくとも一方の速度が調整可能である。
【００６９】
前記搬送ベルトの少なくとも一方が、さらに、往復運動可能であってもよい。
【００７０】
上記製造装置は、前記切断ステーションよりも上流側に、冷却ステーションをさらに備えてもよい。
【００７１】
好ましくは、この冷却ステーションは、０℃以下、より好ましくは−１０℃以下、さらに好ましくは−１５℃以下の温度Ｔまで冷却するように構成されている。
【００７２】
好ましくは、上記製造装置は乾燥機をさらに備える。
【００７３】
好ましくは、上記製造装置はカレンダーをさらに備える。
【００７４】
また、このカレンダーは一般に加熱されている。
【００７５】
上記製造装置は、さらに、前記集合体の配置構造体に少なくとも１つの付加層を積層する積層ステーションを備えていてもよい。
【００７６】
上記製造装置は、さらに、平面への集合体の充填を制御する装置を備えていてもよい。
【００７７】
好ましくは、この制御装置は、前記少なくとも１つの可動面体を横切るように配置された光電セルのアレイ、および／またはロードセルのアレイを有するものであってもよい。
【００７８】
典型的に、上記製造装置は、シートモールディングコンパウンドの長手方向の縁部を切断する仕上げ加工ステーションを備え、この長手方向の縁部を定寸に切断してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のシートモールディングコンパウンドを示す斜視図である。
【図２】図１のシートモールディングコンパウンドの材料を構成する集合体を示す概略図である。
【図３】同材料を構成する集合体の変形例を示す概略図である。
【図４】同材料を構成する集合体の他の変形例を示す概略図である。
【図５】同材料を構成する集合体のさらなる他の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のシートモールディングコンパウンドの詳細を示す平面図である。
【図７】図２の材料の長手方向断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のシートモールディングコンパウンドを示す平面図である。
【図９】図８の材料の長手方向断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態のシートモールディングコンパウンドを示す平面図である。
【図１１】図１０の材料の長手方向断面図である。
【図１２】本発明の材料を製造する方法にかかるフローチャートである。
【図１３】本発明の材料を製造する方法を詳細に示したフローチャートである。
【図１４】本発明の材料を製造する製造装置を示す概略図である。
【図１５】本発明の材料から成形された自転車部品の斜視図である。
【図１６】図１５の部品の部分断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を用いた、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。
【００８１】
図１には、本発明のシートモールディングコンパウンド１が示されている。
【００８２】
図１に示された実施形態のシートモールディングコンパウンド１は、長さＬおよび幅Ｗを有する１枚毎のシート状である。しかしながら、連続したバンド状のシートモールディングコンパウンドも本発明の範囲に含まれる。また、幅Ｗおよび長さＬの寸法は平均値とする。というのも、後述するように、シートモールディングコンパウンドの縁部は、切断処理を施していない状態では、きちんと整っていないからである。
【００８３】
シートモールディングコンパウンド１は有限の厚さＴを有しており、この厚さＴは、幅Ｗおよび長さＬの寸法と比べると無視可能な極めて小さい寸法である。したがって、以後、シートモールディングコンパウンド１の説明は、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐを参照しながら行う。平面Ｐとは、幅Ｗおよび長さＬによって形成される幾何平面のことをいう。例えば、厚さＴは０．５〜５ミリメートル（ｍｍ）であってもよく、他方、幅Ｗは１００〜１０００ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。
【００８４】
シートモールディングコンパウンド１は、複数の集合体２を備える。各集合体２は、構造繊維の繊維片、およびポリマー材料のマトリックスを含む。
【００８５】
図２に示されているように、好ましくは、各集合体２の形状は平坦であり、かつ、構造繊維の繊維片５がポリマー材料のマトリックス６内においてほぼ一方向に配置されている。
【００８６】
しかしながら、各集合体２は、繊維片の複数の層を備える３次元の形状、例えば、円筒状、直方体状、平行六面体状、または立方体状であってもよく、その繊維片には、一方向繊維の繊維片が含まれ、任意で、互いに平行でない複数の繊維片も含まれてよい。それでも、出願人によると、ほぼ平坦である集合体２の方が、複雑な形状の鋳型に適合し易いことが認められた。
【００８７】
他の変形例として、各集合体２は、二方向の織り繊維、すなわち、縦繊維および横繊維を有する織り繊維、または複数方向の織り繊維、すなわち、３つ以上の方向に対して平行になるように配置された繊維を有する織り繊維を含むものであってもよい。
【００８８】
好ましくは、構造繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維およびこれらの組合せで構成されるグループから選択される。炭素繊維が特に好ましい。
【００８９】
好ましくは、集合体２のポリマーマトリックス材料は熱硬化性のものであり、より好ましくは、エポキシ樹脂を含む。好ましくは、このエポキシ樹脂は、部分硬化の状態である。しかしながら、隣り合う集合体のマトリックスが溶融によって互いに接合し再凝固する熱可塑性のポリマーマトリックス材料も本発明の範囲に含まれる。
【００９０】
好ましくは、集合体２は、図２に示されているように、直方形状であり、特に好ましくは、正方形状である。
【００９１】
しかしながら、集合体２は直方形状でなくともよい。図３〜図５には、幾つかの形状が一例として示されており、これらの形状には、直方形状または正方形状の場合と同じく、一方向繊維または織り繊維とポリマーマトリックス材料とで構成されるシートを複数回切断することにより、材料を無駄にすることなく製造できるという利点がある。
【００９２】
図２、図６および図７に示すように、本発明の第１の実施形態のシートモールディングコンパウンド１は、第一群の集合体３および第二群の集合体４を含む。
【００９３】
第一群の集合体３と第二群の集合体４とは、ともに直方形状であるが、その長さが異なる。一方向繊維で構成されている場合は、これら集合体３，４の長さは各々の繊維片５の長さに一致する。第一群の集合体３は、第二群の集合体４よりも短い。
【００９４】
好ましくは、第一群の集合体３の長さＬ３は、０．５〜１１０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは０．５〜５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは３０〜４５ミリメートル（ｍｍ）である。
【００９５】
他方、好ましくは、第二群の集合体４の長さＬ４は、３０〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは１００〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは１０５〜１２０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００９６】
好ましくは、集合体３の幅Ｗ３および集合体４の幅Ｗ４は同一であり、かつ、２〜５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは５〜２０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００９７】
長さと幅との比率に関しては、好ましくは、第一群の集合体３の長さ／幅の比率Ｌ３／Ｗ３は６．５以下、より好ましくは５以下である。他方、好ましくは、第二群の集合体４の長さ／幅の比率Ｌ４／Ｗ４は２０以下、より好ましくは１２．５以下である。
【００９８】
シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐにおいて、第一群の集合体３の配置形態と第二群の集合体４の配置形態とは異なっている。
【００９９】
第一群の各集合体３の分布方向はほぼランダムである。
【０１００】
第一群の集合体３は、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐにおいて各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布しているので、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐの全方向に対して、比較的小さいが無視できない程度の機械的な引張強度を付与する。
【０１０１】
他方、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、所定の方向ＦＢに沿って主に分布している。すなわち、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、所定の方向ＦＢを中心とした所定の角度範囲±α内に含まれる方向に向いている。好ましくは、この所定の角度範囲±αは±４０°、より好ましくは±３０°である。実際には、第二群の集合体４のうちの幾つかの集合体の分布方向が、この所定の角度範囲±α内に向いていない場合があることを理解されたい。このような場合も、本発明の保護の範囲に含まれるものとする。
【０１０２】
一方向繊維の場合、最大の引張強度の分布方向ＦＲは当該一方向繊維の方向に該当し、図２〜図５の場合でいうと、シートモールディングコンパウンド１の長さＬの方向に一致する。
【０１０３】
織り繊維の場合、最大の引張強度の分布方向ＦＲは、集合体の切断形態に加えて、その織り方にも依存する。各集合体は、最大の引張強度の分布方向ＦＲを複数有することがある。この場合、本発明によると、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向のうちの１つの主な分布方向は所定の方向ＦＢに沿って分布し、最大の引張強度の主な分布方向のうちのもう１つまたは他の分布方向は第２の方向に沿って分布する。
【０１０４】
第二群の集合体４は、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐにおいて主な分布を有するように分布しているので、所定の方向ＦＢ、好ましくは、シートモールディングコンパウンド１の長さＬの方向に沿って延びる所定の方向ＦＢの全体において高い機械強度を提供する。また、所定の角度範囲±αの数値次第では、所定の方向ＦＢに垂直な方向ＦＳ、好ましくは、シートモールディングコンパウンド１の幅Ｗの方向に沿って延びる方向ＦＳにおいてもある程度の機械強度を提供可能である。
【０１０５】
これにより、図６のシートモールディングコンパウンド１は全体において異方性を有しており、所定の方向ＦＢにおいて高い機械的な引張強度を有するだけでなく、方向ＦＳにおいても優れた機械的な引張強度を有する。
【０１０６】
第二群の集合体４の長さが第一群の集合体３の長さに比べて大きいことにより、さらなる異方性を提供できるが、２つの群の集合体３，４の長さは同一であってもよい。
【０１０７】
２つの群の集合体３，４は、長さＬ３および幅Ｗ３の寸法と長さＬ４および幅Ｗ４の寸法との違いに代えて、またはこれに加えて、１つ以上の他の特性が互いに異なっていてもよい。詳細には、集合体３，４は繊維の種類が異なっていてもよい。例えば、集合体３が炭素繊維を含み、集合体４がガラス繊維を含むものであってもよく、または集合体３がガラス繊維を含み、集合体４が炭素繊維を含むものであってもよい。さらに、集合体３，４は形状が異なっていてもよく、直方形状、図３〜図５に示された形状、およびその他の形状などで異なっていてもよい。また、集合体３，４は、当該集合体３，４内の繊維片の配置形態が異なっていてもよい。例えば、集合体３は織り繊維を含み、集合体４は一方向繊維を含んでいてもよく、または集合体３が一方向繊維を含み、集合体４が織り繊維を含むものであってもよい。
【０１０８】
さらに、集合体３，４は、シートモールディングコンパウンド１における密度が異なっていてもよい。好ましくは、図６および図７に示されているように、第一群の集合体３の密度は、第二群の集合体４の密度よりも大きく、より好ましくは、第一群の集合体３の密度は、第二群の集合体４の密度の２倍である。
【０１０９】
集合体３，４は、それらに含まれるポリマーマトリックス材料の種類が異なっていてもよい。ただし、それら異なるポリマーマトリックス材料の硬化プロファイルの相性が良く、互いに網目結合可能であることを前提とする。
【０１１０】
図７では、第一群の集合体３と第二群の集合体４とが、相互侵入層を形成するように配置されており、すなわち、第一群の集合体３と第二群の集合体４とを隔てるような平面が存在せず、第一群の集合体３と第二群の集合体４とが実質上単一の層を形成していることに留意されたい。この配置構成には、本発明のシートモールディングコンパウンド１からの成形物に、優れた耐層間剥離性を付与できるというさらなる利点がある。
【０１１１】
しかしながら、図８および図９に示された本発明の第２の実施形態のシートモールディングコンパウンド１においても、優れた異方性と全方向における良好な強度との組合せは得られる。この実施形態は、第一群の集合体３と第二群の集合体４とが積層構造に配置されている点で、上述した実施形態と異なる。すなわち、第一群の集合体３と第二群の集合体４とを隔てる平面が存在しているのである。この場合、２つの群の集合体３，４は、主な分布方向が異なることを除けば、属する平面が違うだけである。この実施形態には、後述する製造方法の説明から分かるように、簡単に製作できるという利点がある。
【０１１２】
図１０および図１１には、本発明の第３の実施形態のシートモールディングコンパウンド１が示されている。前述の実施形態の説明をそのまま適用する集合体３，４に加えて、シートモールディングコンパウンド１は、ほぼランダムに配置された第三群の集合体１２をさらに含む。第三群の集合体１２は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性、例えば、第一群の集合体３と第二群の集合体４との間で異なると前述した特性が、第一群の集合体３と異なる。また、第一群の集合体３と第三群の集合体１２とは、幾何平面Ｐに対して平行な、互いに異なる層に配置されていてもよい。図２に示されているように、好ましくは、第三群の集合体１２は一方向繊維を含む。また、好ましくは、第三群の集合体１２はほぼ正方形状、すなわち、第三群の集合体１２のアスペクト比、つまり、長さ／幅の比率Ｌ１２／Ｗ１２は２以下であり、より好ましくは、長さ／幅の比率Ｌ１２／Ｗ１２は１である。詳細には、第三群の集合体１２の長さＬ１２および幅Ｗ１２は、好ましくは２〜４０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【０１１３】
３つの群の集合体３，４，１２を使用した場合でも、所定の方向ＦＢにおける引張強度は方向ＦＳにおける引張強度と異なる（所定の方向ＦＢにおける引張強度と方向ＦＳにおける引張強度の比率は変化するかもしれないが）。詳細には、所定の方向ＦＢにおける引張強度が方向ＦＳにおける引張強度よりも大きい。
【０１１４】
出願人は、集合体の形状が正方形に近いほど、集合体をシートモールディングコンパウンド１の平面においてランダムに配置し易いことに気付いた。というのも、集合体の形状が正方形に近いほど、集合体を攪拌機に投入するか、または集合体を所定の高さから落下させるだけで、当該集合体は平面の全ての方向においても同じ分布度合で配置されるからである。反対に、集合体が一方向に長い形状であるほど、後述するように、ある方向に方向付するように配置させ易くなる。
【０１１５】
本発明のシートモールディングコンパウンド１の図示しない他の実施形態には、各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが、第二群の集合体４の主な分布方向ＦＲとは異なる方向に沿って分布した、一群以上のさらなる群の集合体が配置されていてもよい。このようなシートモールディングコンパウンド１は異方性を有しており、優れた機械的な引張強度を全方向において有しつつも、高い機械的な引張強度を２つ以上の方向において有する。
【０１１６】
図１２には、本発明のシートモールディングコンパウンド１を製造する方法にかかるフローチャートが示されている。この製造方法は、一方向繊維（または織り繊維）およびポリマー材料のマトリックスを含む基材で構成される少なくとも１つのシートを準備する第一の工程３０を有する。基材の上記シートのタック性はほぼゼロの状態である。または、基材の上記シートは、ともかく切断が可能な状態である。「タック性」とは、基材のシートが自身または他の物品に引っ付くことを可能にする、ポリマーマトリックス材料の粘着性のことをいう。タック性は、ポリマーマトリックス材料の粘度に反比例し、タック性剤（粘着付与剤）を用いて化学的に導入することができ、ガラス転移温度より高い温度で生じる。
【０１１７】
上記製造方法は、さらに、基材の上記少なくとも１つのシートを切断する工程３２を有しており、第一群の集合体３および第二群の集合体４を得ることができ、必要に応じて、第三群の集合体１２またはさらなる群の集合体を得ることができる。これらの集合体は、形状および／または寸法のみが互いに異なる場合、基材の同一のシートから切断してもよい。他方、繊維の種類が異なる場合または繊維の配置形態が異なる場合には、それぞれ対応する基材のシートから切断される。
【０１１８】
上記製造方法は、さらに、第一群の集合体３をランダムに配置し、第二群の集合体４を、各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが所定の方向ＦＢに沿って主に分布するように、すなわち、所定の方向ＦＢを中心とした角度範囲±α内で分布するように配置し、必要に応じて、第三群の集合体１２および／または１つ以上のさらなる群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが所定の方向ＦＢとは異なる方向に沿って主に分布するように配置させる工程３４を有しており、これにより、本発明のシートモールディングコンパウンド１が得られる。
【０１１９】
図１３には、本発明のシートモールディングコンパウンド１を製造する方法にかかる詳細なフローチャートが示されている。このフローチャートは、分かり易くするために、シートモールディングコンパウンド１を、形状および／または寸法のみが異なり基材の同一のシートから切断可能な２つの群の集合体３，４だけを備えるものとする。当業者であれば、異なる基材シートから切断された集合体の場合、繊維の種類が異なる集合体の場合や繊維の配置形態が異なる集合体の場合、および集合体の群が３群以上の場合における製造方法の変更点を容易に理解できるであろう。
【０１２０】
図１３に示された製造方法は、一方向繊維（または織り繊維）、および室温でタック性を有するポリマー材料のマトリックスを備えて支持シート（例えば、シリコン加工された紙）に支持された、基材のシートを準備する工程４０を有する。好ましくは、基材のシートのマトリックスは、部分硬化状態の少なくとも１種のエポキシ樹脂を含む。
【０１２１】
次の工程４２において、支持シートは基材から取り外される。
【０１２２】
次の工程４４は、基材のシートを、タック性がほぼ無くなるまで冷却する。
【０１２３】
次の工程４６は、第一群の集合体３および第二群の集合体４の形状および寸法、ならびにこれらの所望の個数比に従い、基材のシートを切断する。
【０１２４】
次の工程４８は、第一群の集合体３をランダムに配置し、第二群の集合体４を、各集合体の最大強度の分布方向ＦＲが所定の方向ＦＢに沿って主に分布するようにして配置する。
【０１２５】
必ずしも必要ではないが、好ましくは、図１３に示された製造方法は、さらに、蓄積した過剰な水分を取り除くために集合体３，４の配置構造体を乾燥させる工程５０を有する。
【０１２６】
任意で行ってもよい工程５２では、１つ以上の付加層、例えば、一方向繊維およびポリマー材料のマトリックスを含むか、またはポリマー材料のみ（好ましくは、集合体３，４のマトリックスのポリマー材料と同じ材料）を含む１つ以上の付加層が、集合体３，４の配置構造体の上に設けられる。
【０１２７】
次の工程５４では、例えば熱カレンダーを用いて、集合体３，４の配置構造体に（もし設けられていれば、付加層にも）圧力を加える。これにより、集合体３，４は共に圧縮され、所望の厚さＴが得られる。
【０１２８】
上記工程５４が完了すると、シートモールディングコンパウンド１の集合体３，４の配置構造体は、当該配置構造体がタック性を有する室温にされる。
【０１２９】
さらに、シートモールディングコンパウンド１の整った縁部を得るために当該縁部を長手方向に切断し、必要であれば、さらに、所望の長さＬのシートを得るために横方向の切断を行う工程５６を設けてもよい。当該工程における切断を容易に行うために、冷却されたブレードを使用してもよいし、必要に応じて、シートモールディングコンパウンド１を冷却してもよい。
【０１３０】
この後、シートモールディングコンパウンド１は、所定の長さＬのシートの積み重ねた形態、またはロールの形態で保存されてもよい。好ましくは、シートモールディングコンパウンド１は、ポリマーマトリックス材料の早期硬化を防止するために、室温よりも低い温度による冷却状態で保存される。
【０１３１】
図１４には、本発明のシートモールディングコンパウンド１を製造する製造装置６０が示されている。この製造装置６０は、分かり易くするために、形状および／または寸法のみが異なり基材の同一のシートから切断可能な２つの群の集合体３，４だけを備えるシートモールディングコンパウンド１を製造するものとする。当業者であれば、異なる基材シートから切断された集合体の場合、繊維の種類が異なる集合体の場合や繊維の配置形態が異なる集合体の場合、および集合体の群が３群以上の場合における製造方法の変更点を容易に理解できるであろう。
【０１３２】
製造装置６０は、ポリマー材料のマトリックスに一方向繊維または織り繊維を配置した基材のシート６２を巻き出す巻出しローラ６１を備えている。巻出しローラ６１から巻き出される前の基材のシート６２は、シリコン紙の支持シート６３に支持されており、かつ、室温でタック性を有する。基材のシート６２および支持シート６３は分離され、基材のシート６２のみが製造装置６０を進み、バッファステーション６４に進入する。バッファステーション６４では、基材のシート６２はコイル状に巻かれ、これにより、巻出しローラ６１の交換時において最小の加工量に確実にすることができる。すなわち、製造装置６０において、基材のシート６２の巻出しローラ６１、支持シート６３およびバッファステーション６４は、基材を後続の処理へと供給する「供給ステーション」と見なすことができる。
【０１３３】
バッファステーション６４を抜けると、基材のシート６２は冷却ステーション６５に進入する。冷却ステーション６５では、基材のシート６２は、ポリマーマトリックス材料のタック性がほぼ消えるまで、または少なくとも当該基材のシートが切断可能な十分に低い温度になるまで冷却される。好ましくは、基材のシート６２の温度Ｔは、０℃以下になるまで、より好ましくは−１０℃以下になるまで、さらに好ましくは−１５℃以下になるまで冷却される。
【０１３４】
この後、基材のシート６２は切断ステーション６６に進入する。切断ステーション６６において、基材のシート６２は、第１の切断を受けることにより基材の長細体を形成する。好ましくは、基材のシート６２は垂直位置に保持された状態で、第１の切断、好ましくは、長手方向における切断を、例えば複数の第１のブレードによって受ける。一方向繊維の場合、好ましくは、第１の切断の方向は繊維の方向と平行であり、かつ、切断間隔は、集合体３，４の幅Ｗ３，Ｗ４に等しい。このようにして、集合体３，４の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、集合体３，４の長手方向に一致することになる。
【０１３５】
切断ステーション６６において、上記長細体は、横方向の第２の切断および横方向の第３の切断が周期的にされる。第２の切断は、その時点で自由端である端部から長さＬ３離れた距離（第１の距離）のところに対して行われ、これにより、第一群の集合体３が得られる。第３の切断は、その時点で自由端である端部から長さＬ４離れた距離（第２の距離）のところに対して行われ、これにより、第二群の集合体４が得られる。これら第２の切断および第３の切断は、例えば、少なくとも１つの第２のブレードによって行われてもよい。この少なくとも１つの第２のブレードは、横方向の第２の切断を、上記第２の距離よりも短い第１の距離のところに対して行うように制御してもよい。この代わりに、またはこれに加えて、少なくとも１つの第２のブレードは、第１の距離のところに対する２回の切断、および第２の距離のところに対する１回の切断で各周期が構成される複数の切断周期を行うように制御してもよい。
【０１３６】
好ましくは、切断ステーション６６での切断周期において、所望の長さＬ４を有する第二群の集合体４を得る横方向の第３の切断が１回行われた後、所望の長さＬ３を有する第一群の集合体３を得る横方向の第２の切断が２回行われる。このようにして、第一群の集合体３は、第二群の集合体４と比べて２倍の個数が得られる。
【０１３７】
偏菱形状または菱形状の集合体（図３）を得るために、第２の切断および第３の切断を、第１の切断に対して傾いた方向で行ってもよいし、または他の形状の集合体、例えば、図４および図５に示された集合体を得るための形状加工を用いてもよい。少なくとも１つの基材を切断して少なくとも１つの第一群の集合体３および第二群の集合体４を形成してもよい。
【０１３８】
集合体３，４の両方の群は、所定の高さＨ１から第１の可動面体６７、例えば、可動の支持部（この例では、搬送ベルト）に自由落下する。好ましくは、高さＨ１は１００センチメートル（ｃｍ）以下である。この自由落下では、長さＬ３，Ｌ４の影響により、第一群の集合体３はほぼランダムに配置され、他方、第二群の集合体４は、長さが大きいので、十分な落下時間がなく、全方向に方向付できない。このため、第二の集合体４の長さＬ４の方向、すなわち各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、所定の方向ＦＢに沿って主に分布することになる。
【０１３９】
第１の搬送ベルト６７に対する上記所定の方向ＦＢは、一つは第１の切断の方向によって、もう一つは基材のバンド、すなわち基材のシート６２と第１の搬送ベルト６７との相対方向によって決まる。図１４に示された、切断ステーション６６における基材の長手方向の第１の切断および基材のシート６２に垂直な第１の搬送ベルト６７の摺動方向の場合、上記所定の方向ＦＢは、第１の搬送ベルト６７の長手方向に相当する。
【０１４０】
出願人は、切断ステーション６６から第１の搬送ベルト６７への落下の高さＨ１が低いほど、第１の搬送ベルト６７における集合体４の主な分布方向の程度が高くなること、すなわち、所定の方向ＦＢを中心とした角度範囲±αが狭くなることに気付いた。
【０１４１】
第１の搬送ベルト６７は、集合体３，４を第２の落下の高さＨ２まで搬送し、この高さＨ２から第２の可動面体６８、例えば、可動の支持部（この例では、搬送ベルト）へと集合体３，４を落下させる。好ましくは、第２の落下の高さＨ２は、５〜５０センチメートル（ｃｍ）である。
【０１４２】
第１の落下の高さＨ１および／または第２の落下の高さＨ２を調整できるように、好ましくは、第１の搬送ベルト６７は調整可能なスロープ部にヒンジ接続されており、切断ステーション６６に対して水平方向に移動可能に構成されていてもよい。変形例として、第１の搬送ベルト６７は水平であって、切断ステーション６６の出口と第２の搬送ベルト６８との間において調整可能な高さで支持されており、例えば、垂直方向のレールに支持されている。
【０１４３】
好ましくは、第２の搬送ベルト６８は、第１の搬送ベルト６７よりも低速である。これにより、集合体３，４を相互侵入層状（図７）に配置するのに十分な時間を確保でき、実質的に孔のないシートモールディングコンパウンド１を形成することができる。
【０１４４】
第１の搬送ベルト６７の速度および／または第２の搬送ベルト６８の速度、ならびに切断ステーション６６に進入する基材のシート６２の供給速度を調整することにより、シートモールディングコンパウンド１の厚さＴを調整することができる。
【０１４５】
調整ベルト６７，６８の互いに異なる速度の代わりに、またはこれに加えて、第１の搬送ベルト６７および第２の搬送ベルト６８の一方を往復運動可能とし、集合体を複数の層にわたって配置できるようにしてもよい。
【０１４６】
第一群の集合体３の層および第二群の集合体４の層の相互侵入を容易に行うために、切断ステーション６６を、同一の基材の異なるシート、または異なる基材の異なるシートを並行して切断できるように構成してもよい。
【０１４７】
この場合、および／または第２の搬送ベルト６８が往復運動可能な場合、第１の搬送ベルト６７を省略してもよいことを理解されたい。
【０１４８】
また、形状および寸法が同じ場合には、第一群の集合体３を第二群の集合体４よりも軽い繊維で作製することにより、２つの異なる配向を有する配置構造体を得ることができる。
【０１４９】
さらに、形状、寸法および重量が同じ場合には、第一群の集合体３を第二群の集合体４よりも高い位置から落下させることにより、２つの異なる配向を有する配置構造体を得ることができる。
【０１５０】
製造装置６０は、孔の存在、すなわち、集合体３，４が存在しない箇所、または少なくとも所定の最大限サイズよりも大きい孔の存在を検査する検査装置６９を備えていてもよい。このような検査装置６９は、例えば、第２の搬送ベルト６８を横切るように配置された光電セルのアレイ、および／またはロードセルのアレイを有するものであってもよい。
【０１５１】
検査装置６９は、所定の最大限サイズよりも大きい孔が見つかった場合に、第１の搬送ベルト６７および／または第２の搬送ベルト６８の速度および／または運動方向を制御するものであってもよいし、または製造を中断したり、アラームを作動させたり、廃棄する材料箇所に印を付ける（例えば、ペイントなどを用いて）ためのステーションを制御したりするものであってもよい。
【０１５２】
第２の搬送ベルト６８は、集合体３，４の所望の密度が得られると、過剰な水分を取り除くための乾燥機７０へと進む。
【０１５３】
乾燥機７０を出たところには、パッチを圧縮してシートモールディングコンパウンド１の厚さＴを設定する熱カレンダー７２が設けられている。
【０１５４】
このようにして出来上がったシートモールディングコンパウンド１は、この後、巻取りステーション７３に設けられた巻取りローラに巻き取られる。
【０１５５】
乾燥機７０と熱カレンダー７２との間には、付加層、例えば、一方向繊維の材料およびポリマー材料のマトリックス、またはポリマー材料のみを配置するステーション７１を設けてもよい。好ましくは、当該ポリマー材料は、集合体３，４のマトリックスのポリマー材料と同じものである。
【０１５６】
さらに、熱カレンダー７２と巻取りステーション７３との間には、シートモールディングコンパウンド１の縁部を長手方向に沿って切断するように構成された、仕上げ加工ステーション（図示せず）を設けてもよい。
【０１５７】
仕上げ加工ステーションは、所定の長さＬを有するシートを得るための横方向の切断を行うように構成されてもよい。この場合、巻取りステーション７３は、積み重なったシートを回収する回収ステーションに置き換えられる。
【０１５８】
残留タックを考慮に入れて、好ましくは、このような仕上げ加工ステーションは、冷却されたブレード、またはシートモールディングコンパウンド１の局所冷却装置を使用する。
【０１５９】
図１５には、本発明のシートモールディングコンパウンド１から成形された、一方向に長い形状の成形物（この特定の例では、自転車のクランク８０）が示されている。つまり、この成形物は第二群の集合体４を有しており、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが、当該成形物の長手方向に沿って主に分布している。クランク８０は、シートモールディングコンパウンド１の所定の方向ＦＢが最大の引張応力の方向である当該クランク８０の長手方向に合致するようにして、シートモールディングコンパウンド１の複数の層を配置することにより製作される。第二群の集合体４により、このような長手方向に沿ったクランク８０の機械的な引張強度は特に高くなる。しかしながら、クランク８０の機械的な引張強度は、その中央平面の全方向において優れている。というのも、第一群の集合体３により、当該クランク８０を横切る方向ＦＳにおける最小の機械強度はゼロでないからである。
【０１６０】
クランク８０の機械特性をさらに向上させるために、シートモールディングコンパウンド１を鋳型においてロール状に配置してもよく、好ましくは、シートモールディングコンパウンド１はコア（中心部）を中心としてロール状に配置される。図１６に示されているように、この場合、シートモールディング１の面がコアを中心として回転状に配置されることにより、クランク８０は、クランク８０を横切る平面の全方向において優れた強度を有する。
【０１６１】
クランク８０の軽量化するために、好ましくは、コアは取り除き可能である。これにより、クランク８０に空洞８１を設けることができる。
【０１６２】
本発明は、ギアシフト部品、リム、フレーム要素、制御レバーなどの他の自転車部品に用いられる複合材料のうちの一層、またはこれら自転車部品の成形物として、特に有利に適用することができる。
【０１６３】
いずれにせよ、本発明は、コンパウンドを用いる全ての分野において、有利に適用することができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１ シートモールディングコンパウンド
３ 第一群の集合体
４ 第二群の集合体
５ 繊維片
６ ポリマー材料のマトリックス
６０ シートモールディングコンパウンド製造装置
６１〜６４ 供給ステーション
６６ 切断ステーション
６７，６８ 可動面体
８０ 成形物
ＦＢ 所定の方向
ＦＲ 集合体の最大の引張強度の分布方向
Ｈ１，Ｈ２ 落下の高さ
Ｌ シートモールディングコンパウンドの長さ
Ｐ 幾何平面
Ｔ シートモールディングコンパウンドの厚さ
Ｗ シートモールディングコンパウンドの幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートコンパウンドの分野に関する。このような材料は、当該技術分野ではシートモールディングコンパウンドとして一般的に知られている。
【背景技術】
【０００２】
この用語には限定的な定義が与えられる場合があるが、本明細書および添付の特許請求の範囲に記載の「シートモールディングコンパウンド」は広義であり、一方向の寸法が他の二方向の寸法よりも極めて短く、後述する様々な種類の強化繊維と、後述する少なくとも１種のポリマー材料のマトリックスとを含む材料のことをいう。すなわち、この用語は、特定の繊維や特定のマトリックス用樹脂を含むものとして限定的に解釈されたり、フィラー（例えば、樹脂系フィラー、バインダーおよび他の添加剤など）または異なる組成物の支持体もしくは層を必ず必要とするものとして、または排除するものとして解釈されたりすべきでない。
【０００３】
モールディングコンパウンドは、構造繊維（例えばカーボン）をポリマー材料のマトリックス内に含むものが知られている。
【０００４】
一方向繊維または織り繊維を含むシートモールディングコンパウンドは、成形物の重要な方向に沿った機械強度特性を、良好に制御することができるが、鋳型への充填性が良好でない。他方、遊離繊維（ルーズファイバ）を含むモールディングコンパウンドは、鋳型への充填性は良好であるが、繊維の局所密度および成形物における繊維の分布方向を良好に制御することができない。
【０００５】
この点を克服するために、繊維片の集合体、例えば繊維片の実質上２次元のパッチまたは３次元の小片を含んだモールディングコンパウンドが知られている。この集合体の繊維片は、通常、互いに並行に配置されるか、または織り構造で配置される。
【０００６】
繊維片の集合体を含むモールディングコンパウンドは、圧縮成形に特に適している。なぜなら、この種のモールディングコンパウンドおよびその繊維片は、ポリマー材料のマトリックスが粘性のある時に鋳型内を流動可能なので、成形物が複雑な形状である場合にも、鋳型への充填性が向上するからである。集合体の形状および寸法は、製作する物品の形状および寸法に応じて選択されるので、繊維の方向、つまり、機械強度特性を、様々な方向に沿って適宜制御することが可能である。
【０００７】
特許文献１には、一方向繊維のパッチを１つ以上の所望の方向に分布させることが可能な、３次元の棒状のモールディングコンパウンドが開示されている。しかし、このようなコンパウンドから得られる物品の表面仕上がりは、パッチの３次元流動に由来する層間剥離が生じて極めて粗末になることに出願人は気付いた。さらに、パッチの３次元の分布方向の制御が実際には困難であることに出願人は気付いた。また、成形時の流動により、当初の繊維の分布方向が無駄になってしまうので、明確な機械特性を持たない成形物が仕上がることになる。
【０００８】
特許文献２には、一方向繊維のパッチがランダムに配置されるか、またはシート平面のほぼ同一の方向に配置された、シートモールディングコンパウンドが開示されている。
【０００９】
特許文献３には、一方向繊維のパッチが相互侵入層を形成するように配置されたシートモールディングコンパウンドが開示されている。当該特許文献によると、様々な形状および寸法のパッチが表面においてランダムに分布した成形物、または局所異方性などの特定の強度特性を有する局所領域が得られるように、特定の形状または寸法のパッチが特定の箇所において配置または方向付された成形物を製作することができる。出願人は、当該特許文献の教示内容に従って成形物を製作するのは極めて厄介であることに気付いた。なぜなら、異方性領域を設ける位置の精密な制御が必要であり、かつ、このような位置はパッチの流動によって変化してしまい、期待の機械特性を得ることが困難だからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願第０９１６４７７号明細書
【特許文献２】欧州特許出願第０４１５４３６号明細書
【特許文献３】国際公開第２００４／０３０９０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、優れた機械特性を有する成形物を容易に製作可能なシートモールディングコンパウンドが必要とされている。
【００１２】
詳細には、本発明の基本的な技術的課題は、目的の成形物が複雑な形状な場合でも鋳型への充填性が良好であり、かつ、全方向において機械的な引張強度を十分に有するシートモールディングコンパウンドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の構成は、幾何平面を形成する幅および長さと、幅および長さに比べると極めて薄い厚さとを有するシートモールディングコンパウンドに関するものである。このシートモールディングコンパウンドは、繊維片とポリマー材料のマトリックスとで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向が、前記幾何平面においてランダムに分布している第一群の集合体、および繊維片とポリマー材料のマトリックスとで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向が、前記幾何平面における所定の方向に沿って主に分布している少なくとも１つの第二群の集合体を含み、前記少なくとも１つの第二群の集合体は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が第一群の集合体と異なっている。
【００１４】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「幅および長さ」という用語は、シートモールディングコンパウンドの正方形状を排除するような限定的な意味で解釈されるべきでない。しかしながら、好ましくは、シートモールディングコンパウンドは直方形状であり、より好ましくは、巻取り可能な帯状である。
【００１５】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、「主な分布方向」または「分布方向が主に分布」とは、第二群の集合体の各集合体の最大の引張強度の方向が（製造公差からの逸脱したものは定義に含めない）、所定の方向を中心とした所定の角度範囲内に含まれる方向の１つに該当することを指す。前記の所定の角度範囲としては、好ましくは±４０°であり、より好ましくは±３０°である。
【００１６】
集合体に基づく構造により、本発明のシートモールディングコンパウンドは、鋳型に対する良好な充填性を有する。第一群の集合体により、本発明のシートモールディングコンパウンドは、当該シートモールディングコンパウンドの平面の全方向における機械引張強度がゼロでない。他方、第二群の集合体により、本発明のシートモールディングコンパウンドは、主な分布方向において高い機械的な引張強度を有する。したがって、本発明のシートモールディングコンパウンドは、主な分布方向の荷重にさらされる成形物を製作するのに特に適している。というのも、出願人は、このような成形物では、通常、主な荷重は他の方向の小さい荷重成分に分割されるため、これら他の方向においても最小限かつ一定の強度を有する必要があることに気付いた。さらに、本発明のシートモールディングコンパウンドが成形物を製作するのに特に適している理由は他にもある。このような成形物が実際に使用されると、通常は理論的な公称荷重のみを単に考慮するだけの設計時には想定されなかった、応力の局所的な集中が起きるからである。
【００１７】
集合体は織り繊維を含むものであってもよいが、好ましくは、互いに並行な繊維片を含むものである。というのも、出願人は、互いに並行な繊維片を含む集合体の形態の方が、鋳型への充填性が良好であることに気付いた。
【００１８】
好ましくは、第一群の集合体と第二群の集合体とを異ならせる、第二群の集合体の前記少なくとも１つの特性は、繊維片の種類；集合体の形状；集合体の寸法；集合体内における繊維片の配置形態；および集合体が前記幾何平面に対して平行な、互いに異なる層に配置されていること；で構成されるグループから選択される。
【００１９】
好ましくは、第一群の集合体の密度は、第二群の集合体の密度よりも大きく、より好ましくは、第一群の集合体の密度は、第二群の集合体の密度の２倍である。
【００２０】
後述するように、第一群の集合体と第二群の集合体とは、積層構造に配置されてもよく、すなわち、第一群の集合体と第二群の集合体とを隔てる平面が存在してもよい。しかしながら、好ましくは、第一群の集合体と第二群の集合体とは、相互侵入層の形態で配置される。
【００２１】
集合体は、小さい３次元体であってもよいが、好ましくは厚さが極めて薄いので、実質上の２次元体として扱えるものである。
【００２２】
集合体はどんな形状であってもよいが、好ましくは実質上直方形状である。
【００２３】
好ましくは、前記第一群は比較的短い集合体を含み、前記第二群は比較的長い集合体を含む。
【００２４】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、量、パラメータおよび百分率などを示す全ての数値は、特記しない限り、その数値の前に「約」を付けて解釈されるべきである。また、全ての数値範囲は、以後特記しない限り、最大値、最小値、および最大値と最小値との間に介在する全数値を含むものとする。
【００２５】
好ましくは、第一群の集合体の長さ／幅の比率は６．５以下、より好ましくは５以下である。
【００２６】
好ましくは、第二群の集合体の長さ／幅の比率は２０以下、より好ましくは１２．５以下である。
【００２７】
好ましくは、第一群の集合体の長さは０．５〜１１０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは０．５〜５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは３０〜４５ミリメートル（ｍｍ）である。
【００２８】
好ましくは、第二群の集合体の長さは３０〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは１００〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは１０５〜１２０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００２９】
好ましくは、第一群と第二群の集合体の幅は２〜５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは５〜２０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００３０】
好ましくは、本発明のシートモールディングコンパウンドは、さらに、繊維片とポリマー材料のマトリックスとで構成され各集合体の最大の引張強度の分布方向が前記幾何平面においてランダムに分布する、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が第一群の集合体と異なっている第三群の集合体を含む。
【００３１】
好ましくは、第三群の集合体の長さ／幅の比率は２以下、より好ましくは１である。
【００３２】
好ましくは、第三群の集合体の長さおよび幅は２〜４０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００３３】
本発明の第２の構成は、上述のシートモールディングコンパウンドから成形された成形物に関する。
【００３４】
好ましくは、この成形物は一方向に長い形状であり、かつ、第二群の集合体の各集合体の最大の引張強度の分布方向が当該成形物の長手方向に沿って主に分布している。
【００３５】
好ましくは、この成形物は自転車部品である。
【００３６】
好ましくは、この成形物は自転車のクランクである。
【００３７】
本発明の第３の構成は、シートモールディングコンパウンドを製造する方法に関する。このシートモールディングコンパウンド製造方法は、ａ）繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を準備する工程と、ｂ）前記少なくとも１つの基材から、第一群の集合体および少なくとも１つの第二群の集合体を切断する工程と、ｃ）第一群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布するようにして配置させ、前記少なくとも１つの第二群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向が所定の方向に沿って主に分布するように配置させる工程とを含む。
【００３８】
好ましくは、前記ａ）工程は、一方向繊維およびポリマー材料のマトリックスを含む基材で構成される少なくとも１つのシートを準備することを含む。
【００３９】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、ｄ）前記基材の少なくとも１つのシートから第三群の集合体を準備する工程と、ｅ）第三群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布するようにして配置する工程とを含む。
【００４０】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記ｂ）切断工程よりも前に、タック性がほぼ消えるまで前記基材を冷却する工程を含む。
【００４１】
好ましくは、この冷却工程は、０℃以下、より好ましくは−１０℃以下、さらに好ましくは−１５℃以下の温度Ｔまで冷却することを含む。
【００４２】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記ｂ）切断工程よりも前に、前記基材から支持シートを取り外す工程を含む。
【００４３】
好ましくは、上記製造方法は、蓄積した過剰な水分を取り除くために、集合体の配置構造体を乾燥させる工程をさらに含む。
【００４４】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、集合体の配置構造体に少なくとも１つの付加層を積層する工程を含む。
【００４５】
好ましくは、この積層工程における前記少なくとも１つの付加層は、一方向繊維の材料およびポリマー材料のマトリックスを含む層、およびポリマー材料のみ（好ましくは、前記集合体のマトリックスのポリマー材料と同じ材料）を含む層で構成されるグループから選択される。
【００４６】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、集合体の配置構造体に圧力を加えて、集合体を所定の厚さにまで圧縮する工程を含む。
【００４７】
好ましくは、圧力を加える上記工程は、さらに加熱することを含む。
【００４８】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、シートモールディングコンパウンドの縁部を長手方向に切断する工程を含む。
【００４９】
好ましくは、上記製造方法は、保存のためにシートモールディングコンパウンドをロール状に巻く工程を含む。
【００５０】
変形例として、上記製造方法は、さらに、積み重ねて保存できるシートモールディングコンパウンドのシートを得るために当該シートモールディングコンパウンドに対して横方向の切断を行う工程を含むものであってもよい。
【００５１】
好ましくは、上記製造方法は、ポリマー材料のマトリックスの早期硬化を防止するために、集合体の配置構造体を室温よりも低い温度に冷却する工程をさらに含む。
【００５２】
好ましくは、前記ｂ）切断工程は、長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、前記集合体を得るためにこの長細体に対して横方向の切断を行なうこととを含む。
【００５３】
好ましくは、前記ｂ）切断工程は、長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、前記第一群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、第一群の集合体および第二群の集合体を得ることとを含む。
【００５４】
好ましくは、前記ｂ）切断工程において、前記第１の距離は前記第２の距離よりも短い。
【００５５】
好ましくは、前記ｂ）切断工程における各周期が、前記第１の距離のところに対する２回の切断、および前記第２の距離のところに対する１回の切断を含む。
【００５６】
好ましくは、前記ｃ）配置工程は、集合体を、前記平面に向かって、少なくとも１つの落下の高さから可動の支持部へと落下させることを含む。
【００５７】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記落下の高さを調整する工程を含む。
【００５８】
好ましくは、上記製造方法は、さらに、前記可動の支持部の移動速度を調整する工程を含む。
【００５９】
本発明の第４の構成は、シートモールディングコンパウンドを製造する製造装置に関する。このシートモールディングコンパウンド製造装置は、繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を供給する供給ステーションと、前記少なくとも１つの基材を切断して、少なくとも１つの第一群の集合体および第二群の集合体を形成するように構成された切断ステーションと、この切断ステーションから落下の高さ分下方に離れた位置に設けられた少なくとも１つの可動面体とを備えている。前記切断ステーションおよび前記少なくとも１つの可動面体は、第一群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向が前記少なくとも１つの可動面体においてランダムに分布するようにして配置し、前記少なくとも１つの第二群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向が、前記少なくとも１つの可動面体において所定の方向に沿って主に分布するように配置する。
【００６０】
好ましくは、切断ステーションは、長細体を得るために前記基材の第１の切断を行う複数の第１のブレードと、前記第一群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、第一群の集合体および第二群の集合体を得るための少なくとも１つの第２のブレードとを備えている。
【００６１】
好ましくは、前記第２のブレードは、前記横方向の第２の切断を、前記第２の距離よりも短い第１の距離のところに対して行うように制御されている。
【００６２】
より好ましくは、前記第２のブレードは、前記第１の距離のところに対する２回の切断、および前記第２の距離のところに対する１回の切断で各周期が構成される複数の切断周期を行うように制御されている。
【００６３】
また、好ましくは、前記少なくとも１つの可動面体が、前記切断ステーションから第１の落下の高さ分下方に離れた位置に設けられた第１の搬送ベルトと、この第１の搬送ベルトから第２の落下の高さ分下方に離れた位置に設けられた第２の搬送ベルトとを含む。
【００６４】
好ましくは、前記第１の落下の高さは１００センチメートル（ｃｍ）以下である。
【００６５】
また、好ましくは、前記第２の落下の高さは５〜５０センチメートル（ｃｍ）である。
【００６６】
好ましくは、これら落下の高さを調整するために、上記製造装置において前記第１の搬送ベルトが調整可能な高さで支持される。
【００６７】
より好ましくは、上記製造装置において前記第１の搬送ベルトは調整可能なスロープ部に支持されている。
【００６８】
また、好ましくは、前記搬送ベルトの少なくとも一方の速度が調整可能である。
【００６９】
前記搬送ベルトの少なくとも一方が、さらに、往復運動可能であってもよい。
【００７０】
上記製造装置は、前記切断ステーションよりも上流側に、冷却ステーションをさらに備えてもよい。
【００７１】
好ましくは、この冷却ステーションは、０℃以下、より好ましくは−１０℃以下、さらに好ましくは−１５℃以下の温度Ｔまで冷却するように構成されている。
【００７２】
好ましくは、上記製造装置は乾燥機をさらに備える。
【００７３】
好ましくは、上記製造装置はカレンダーをさらに備える。
【００７４】
また、このカレンダーは一般に加熱されている。
【００７５】
上記製造装置は、さらに、前記集合体の配置構造体に少なくとも１つの付加層を積層する積層ステーションを備えていてもよい。
【００７６】
上記製造装置は、さらに、平面への集合体の充填を制御する装置を備えていてもよい。
【００７７】
好ましくは、この制御装置は、前記少なくとも１つの可動面体を横切るように配置された光電セルのアレイ、および／またはロードセルのアレイを有するものであってもよい。
【００７８】
典型的に、上記製造装置は、シートモールディングコンパウンドの長手方向の縁部を切断する仕上げ加工ステーションを備え、この長手方向の縁部を定寸に切断してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のシートモールディングコンパウンドを示す斜視図である。
【図２】図１のシートモールディングコンパウンドの材料を構成する集合体を示す概略図である。
【図３】同材料を構成する集合体の変形例を示す概略図である。
【図４】同材料を構成する集合体の他の変形例を示す概略図である。
【図５】同材料を構成する集合体のさらなる他の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のシートモールディングコンパウンドの詳細を示す平面図である。
【図７】図２の材料の長手方向断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のシートモールディングコンパウンドを示す平面図である。
【図９】図８の材料の長手方向断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態のシートモールディングコンパウンドを示す平面図である。
【図１１】図１０の材料の長手方向断面図である。
【図１２】本発明の材料を製造する方法にかかるフローチャートである。
【図１３】本発明の材料を製造する方法を詳細に示したフローチャートである。
【図１４】本発明の材料を製造する製造装置を示す概略図である。
【図１５】本発明の材料から成形された自転車部品の斜視図である。
【図１６】図１５の部品の部分断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を用いた、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。
【００８１】
図１には、本発明のシートモールディングコンパウンド１が示されている。
【００８２】
図１に示された実施形態のシートモールディングコンパウンド１は、長さＬおよび幅Ｗを有する１枚毎のシート状である。しかしながら、連続したバンド状のシートモールディングコンパウンドも本発明の範囲に含まれる。また、幅Ｗおよび長さＬの寸法は平均値とする。というのも、後述するように、シートモールディングコンパウンドの縁部は、切断処理を施していない状態では、きちんと整っていないからである。
【００８３】
シートモールディングコンパウンド１は有限の厚さＴを有しており、この厚さＴは、幅Ｗおよび長さＬの寸法と比べると無視可能な極めて小さい寸法である。したがって、以後、シートモールディングコンパウンド１の説明は、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐを参照しながら行う。平面Ｐとは、幅Ｗおよび長さＬによって形成される幾何平面のことをいう。例えば、厚さＴは０．５〜５ミリメートル（ｍｍ）であってもよく、他方、幅Ｗは１００〜１０００ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。
【００８４】
シートモールディングコンパウンド１は、複数の集合体２を備える。各集合体２は、構造繊維の繊維片、およびポリマー材料のマトリックスを含む。
【００８５】
図２に示されているように、好ましくは、各集合体２の形状は平坦であり、かつ、構造繊維の繊維片５がポリマー材料のマトリックス６内においてほぼ一方向に配置されている。
【００８６】
しかしながら、各集合体２は、繊維片の複数の層を備える３次元の形状、例えば、円筒状、直方体状、平行六面体状、または立方体状であってもよく、その繊維片には、一方向繊維の繊維片が含まれ、任意で、互いに平行でない複数の繊維片も含まれてよい。それでも、出願人によると、ほぼ平坦である集合体２の方が、複雑な形状の鋳型に適合し易いことが認められた。
【００８７】
他の変形例として、各集合体２は、二方向の織り繊維、すなわち、縦繊維および横繊維を有する織り繊維、または複数方向の織り繊維、すなわち、３つ以上の方向に対して平行になるように配置された繊維を有する織り繊維を含むものであってもよい。
【００８８】
好ましくは、構造繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、ボロン繊維およびこれらの組合せで構成されるグループから選択される。炭素繊維が特に好ましい。
【００８９】
好ましくは、集合体２のポリマーマトリックス材料は熱硬化性のものであり、より好ましくは、エポキシ樹脂を含む。好ましくは、このエポキシ樹脂は、部分硬化の状態である。しかしながら、隣り合う集合体のマトリックスが溶融によって互いに接合し再凝固する熱可塑性のポリマーマトリックス材料も本発明の範囲に含まれる。
【００９０】
好ましくは、集合体２は、図２に示されているように、直方形状であり、特に好ましくは、正方形状である。
【００９１】
しかしながら、集合体２は直方形状でなくともよい。図３〜図５には、幾つかの形状が一例として示されており、これらの形状には、直方形状または正方形状の場合と同じく、一方向繊維または織り繊維とポリマーマトリックス材料とで構成されるシートを複数回切断することにより、材料を無駄にすることなく製造できるという利点がある。
【００９２】
図２、図６および図７に示すように、本発明の第１の実施形態のシートモールディングコンパウンド１は、第一群の集合体３および第二群の集合体４を含む。
【００９３】
第一群の集合体３と第二群の集合体４とは、ともに直方形状であるが、その長さが異なる。一方向繊維で構成されている場合は、これら集合体３，４の長さは各々の繊維片５の長さに一致する。第一群の集合体３は、第二群の集合体４よりも短い。
【００９４】
好ましくは、第一群の集合体３の長さＬ３は、０．５〜１１０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは０．５〜５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは３０〜４５ミリメートル（ｍｍ）である。
【００９５】
他方、好ましくは、第二群の集合体４の長さＬ４は、３０〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは１００〜１５０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは１０５〜１２０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００９６】
好ましくは、集合体３の幅Ｗ３および集合体４の幅Ｗ４は同一であり、かつ、２〜５０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは５〜２０ミリメートル（ｍｍ）、さらに好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【００９７】
長さと幅との比率に関しては、好ましくは、第一群の集合体３の長さ／幅の比率Ｌ３／Ｗ３は６．５以下、より好ましくは５以下である。他方、好ましくは、第二群の集合体４の長さ／幅の比率Ｌ４／Ｗ４は２０以下、より好ましくは１２．５以下である。
【００９８】
シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐにおいて、第一群の集合体３の配置形態と第二群の集合体４の配置形態とは異なっている。
【００９９】
第一群の各集合体３の分布方向はほぼランダムである。
【０１００】
第一群の集合体３は、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐにおいて各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布しているので、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐの全方向に対して、比較的小さいが無視できない程度の機械的な引張強度を付与する。
【０１０１】
他方、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、所定の方向ＦＢに沿って主に分布している。すなわち、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、所定の方向ＦＢを中心とした所定の角度範囲±α内に含まれる方向に向いている。好ましくは、この所定の角度範囲±αは±４０°、より好ましくは±３０°である。実際には、第二群の集合体４のうちの幾つかの集合体の分布方向が、この所定の角度範囲±α内に向いていない場合があることを理解されたい。このような場合も、本発明の保護の範囲に含まれるものとする。
【０１０２】
一方向繊維の場合、最大の引張強度の分布方向ＦＲは当該一方向繊維の方向に該当し、図２〜図５の場合でいうと、シートモールディングコンパウンド１の長さＬの方向に一致する。
【０１０３】
織り繊維の場合、最大の引張強度の分布方向ＦＲは、集合体の切断形態に加えて、その織り方にも依存する。各集合体は、最大の引張強度の分布方向ＦＲを複数有することがある。この場合、本発明によると、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向のうちの１つの主な分布方向は所定の方向ＦＢに沿って分布し、最大の引張強度の主な分布方向のうちのもう１つまたは他の分布方向は第２の方向に沿って分布する。
【０１０４】
第二群の集合体４は、シートモールディングコンパウンド１の平面Ｐにおいて主な分布を有するように分布しているので、所定の方向ＦＢ、好ましくは、シートモールディングコンパウンド１の長さＬの方向に沿って延びる所定の方向ＦＢの全体において高い機械強度を提供する。また、所定の角度範囲±αの数値次第では、所定の方向ＦＢに垂直な方向ＦＳ、好ましくは、シートモールディングコンパウンド１の幅Ｗの方向に沿って延びる方向ＦＳにおいてもある程度の機械強度を提供可能である。
【０１０５】
これにより、図６のシートモールディングコンパウンド１は全体において異方性を有しており、所定の方向ＦＢにおいて高い機械的な引張強度を有するだけでなく、方向ＦＳにおいても優れた機械的な引張強度を有する。
【０１０６】
第二群の集合体４の長さが第一群の集合体３の長さに比べて大きいことにより、さらなる異方性を提供できるが、２つの群の集合体３，４の長さは同一であってもよい。
【０１０７】
２つの群の集合体３，４は、長さＬ３および幅Ｗ３の寸法と長さＬ４および幅Ｗ４の寸法との違いに代えて、またはこれに加えて、１つ以上の他の特性が互いに異なっていてもよい。詳細には、集合体３，４は繊維の種類が異なっていてもよい。例えば、集合体３が炭素繊維を含み、集合体４がガラス繊維を含むものであってもよく、または集合体３がガラス繊維を含み、集合体４が炭素繊維を含むものであってもよい。さらに、集合体３，４は形状が異なっていてもよく、直方形状、図３〜図５に示された形状、およびその他の形状などで異なっていてもよい。また、集合体３，４は、当該集合体３，４内の繊維片の配置形態が異なっていてもよい。例えば、集合体３は織り繊維を含み、集合体４は一方向繊維を含んでいてもよく、または集合体３が一方向繊維を含み、集合体４が織り繊維を含むものであってもよい。
【０１０８】
さらに、集合体３，４は、シートモールディングコンパウンド１における密度が異なっていてもよい。好ましくは、図６および図７に示されているように、第一群の集合体３の密度は、第二群の集合体４の密度よりも大きく、より好ましくは、第一群の集合体３の密度は、第二群の集合体４の密度の２倍である。
【０１０９】
集合体３，４は、それらに含まれるポリマーマトリックス材料の種類が異なっていてもよい。ただし、それら異なるポリマーマトリックス材料の硬化プロファイルの相性が良く、互いに網目結合可能であることを前提とする。
【０１１０】
図７では、第一群の集合体３と第二群の集合体４とが、相互侵入層を形成するように配置されており、すなわち、第一群の集合体３と第二群の集合体４とを隔てるような平面が存在せず、第一群の集合体３と第二群の集合体４とが実質上単一の層を形成していることに留意されたい。この配置構成には、本発明のシートモールディングコンパウンド１からの成形物に、優れた耐層間剥離性を付与できるというさらなる利点がある。
【０１１１】
しかしながら、図８および図９に示された本発明の第２の実施形態のシートモールディングコンパウンド１においても、優れた異方性と全方向における良好な強度との組合せは得られる。この実施形態は、第一群の集合体３と第二群の集合体４とが積層構造に配置されている点で、上述した実施形態と異なる。すなわち、第一群の集合体３と第二群の集合体４とを隔てる平面が存在しているのである。この場合、２つの群の集合体３，４は、主な分布方向が異なることを除けば、属する平面が違うだけである。この実施形態には、後述する製造方法の説明から分かるように、簡単に製作できるという利点がある。
【０１１２】
図１０および図１１には、本発明の第３の実施形態のシートモールディングコンパウンド１が示されている。前述の実施形態の説明をそのまま適用する集合体３，４に加えて、シートモールディングコンパウンド１は、ほぼランダムに配置された第三群の集合体１２をさらに含む。第三群の集合体１２は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性、例えば、第一群の集合体３と第二群の集合体４との間で異なると前述した特性が、第一群の集合体３と異なる。また、第一群の集合体３と第三群の集合体１２とは、幾何平面Ｐに対して平行な、互いに異なる層に配置されていてもよい。図２に示されているように、好ましくは、第三群の集合体１２は一方向繊維を含む。また、好ましくは、第三群の集合体１２はほぼ正方形状、すなわち、第三群の集合体１２のアスペクト比、つまり、長さ／幅の比率Ｌ１２／Ｗ１２は２以下であり、より好ましくは、長さ／幅の比率Ｌ１２／Ｗ１２は１である。詳細には、第三群の集合体１２の長さＬ１２および幅Ｗ１２は、好ましくは２〜４０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは６〜１０ミリメートル（ｍｍ）である。
【０１１３】
３つの群の集合体３，４，１２を使用した場合でも、所定の方向ＦＢにおける引張強度は方向ＦＳにおける引張強度と異なる（所定の方向ＦＢにおける引張強度と方向ＦＳにおける引張強度の比率は変化するかもしれないが）。詳細には、所定の方向ＦＢにおける引張強度が方向ＦＳにおける引張強度よりも大きい。
【０１１４】
出願人は、集合体の形状が正方形に近いほど、集合体をシートモールディングコンパウンド１の平面においてランダムに配置し易いことに気付いた。というのも、集合体の形状が正方形に近いほど、集合体を攪拌機に投入するか、または集合体を所定の高さから落下させるだけで、当該集合体は平面の全ての方向においても同じ分布度合で配置されるからである。反対に、集合体が一方向に長い形状であるほど、後述するように、ある方向に方向付するように配置させ易くなる。
【０１１５】
本発明のシートモールディングコンパウンド１の図示しない他の実施形態には、各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが、第二群の集合体４の主な分布方向ＦＲとは異なる方向に沿って分布した、一群以上のさらなる群の集合体が配置されていてもよい。このようなシートモールディングコンパウンド１は異方性を有しており、優れた機械的な引張強度を全方向において有しつつも、高い機械的な引張強度を２つ以上の方向において有する。
【０１１６】
図１２には、本発明のシートモールディングコンパウンド１を製造する方法にかかるフローチャートが示されている。この製造方法は、一方向繊維（または織り繊維）およびポリマー材料のマトリックスを含む基材で構成される少なくとも１つのシートを準備する第一の工程３０を有する。基材の上記シートのタック性はほぼゼロの状態である。または、基材の上記シートは、ともかく切断が可能な状態である。「タック性」とは、基材のシートが自身または他の物品に引っ付くことを可能にする、ポリマーマトリックス材料の粘着性のことをいう。タック性は、ポリマーマトリックス材料の粘度に反比例し、タック性剤（粘着付与剤）を用いて化学的に導入することができ、ガラス転移温度より高い温度で生じる。
【０１１７】
上記製造方法は、さらに、基材の上記少なくとも１つのシートを切断する工程３２を有しており、第一群の集合体３および第二群の集合体４を得ることができ、必要に応じて、第三群の集合体１２またはさらなる群の集合体を得ることができる。これらの集合体は、形状および／または寸法のみが互いに異なる場合、基材の同一のシートから切断してもよい。他方、繊維の種類が異なる場合または繊維の配置形態が異なる場合には、それぞれ対応する基材のシートから切断される。
【０１１８】
上記製造方法は、さらに、第一群の集合体３をランダムに配置し、第二群の集合体４を、各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが所定の方向ＦＢに沿って主に分布するように、すなわち、所定の方向ＦＢを中心とした角度範囲±α内で分布するように配置し、必要に応じて、第三群の集合体１２および／または１つ以上のさらなる群の集合体を、各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが所定の方向ＦＢとは異なる方向に沿って主に分布するように配置させる工程３４を有しており、これにより、本発明のシートモールディングコンパウンド１が得られる。
【０１１９】
図１３には、本発明のシートモールディングコンパウンド１を製造する方法にかかる詳細なフローチャートが示されている。このフローチャートは、分かり易くするために、シートモールディングコンパウンド１を、形状および／または寸法のみが異なり基材の同一のシートから切断可能な２つの群の集合体３，４だけを備えるものとする。当業者であれば、異なる基材シートから切断された集合体の場合、繊維の種類が異なる集合体の場合や繊維の配置形態が異なる集合体の場合、および集合体の群が３群以上の場合における製造方法の変更点を容易に理解できるであろう。
【０１２０】
図１３に示された製造方法は、一方向繊維（または織り繊維）、および室温でタック性を有するポリマー材料のマトリックスを備えて支持シート（例えば、シリコン加工された紙）に支持された、基材のシートを準備する工程４０を有する。好ましくは、基材のシートのマトリックスは、部分硬化状態の少なくとも１種のエポキシ樹脂を含む。
【０１２１】
次の工程４２において、支持シートは基材から取り外される。
【０１２２】
次の工程４４は、基材のシートを、タック性がほぼ無くなるまで冷却する。
【０１２３】
次の工程４６は、第一群の集合体３および第二群の集合体４の形状および寸法、ならびにこれらの所望の個数比に従い、基材のシートを切断する。
【０１２４】
次の工程４８は、第一群の集合体３をランダムに配置し、第二群の集合体４を、各集合体の最大強度の分布方向ＦＲが所定の方向ＦＢに沿って主に分布するようにして配置する。
【０１２５】
必ずしも必要ではないが、好ましくは、図１３に示された製造方法は、さらに、蓄積した過剰な水分を取り除くために集合体３，４の配置構造体を乾燥させる工程５０を有する。
【０１２６】
任意で行ってもよい工程５２では、１つ以上の付加層、例えば、一方向繊維およびポリマー材料のマトリックスを含むか、またはポリマー材料のみ（好ましくは、集合体３，４のマトリックスのポリマー材料と同じ材料）を含む１つ以上の付加層が、集合体３，４の配置構造体の上に設けられる。
【０１２７】
次の工程５４では、例えば熱カレンダーを用いて、集合体３，４の配置構造体に（もし設けられていれば、付加層にも）圧力を加える。これにより、集合体３，４は共に圧縮され、所望の厚さＴが得られる。
【０１２８】
上記工程５４が完了すると、シートモールディングコンパウンド１の集合体３，４の配置構造体は、当該配置構造体がタック性を有する室温にされる。
【０１２９】
さらに、シートモールディングコンパウンド１の整った縁部を得るために当該縁部を長手方向に切断し、必要であれば、さらに、所望の長さＬのシートを得るために横方向の切断を行う工程５６を設けてもよい。当該工程における切断を容易に行うために、冷却されたブレードを使用してもよいし、必要に応じて、シートモールディングコンパウンド１を冷却してもよい。
【０１３０】
この後、シートモールディングコンパウンド１は、所定の長さＬのシートの積み重ねた形態、またはロールの形態で保存されてもよい。好ましくは、シートモールディングコンパウンド１は、ポリマーマトリックス材料の早期硬化を防止するために、室温よりも低い温度による冷却状態で保存される。
【０１３１】
図１４には、本発明のシートモールディングコンパウンド１を製造する製造装置６０が示されている。この製造装置６０は、分かり易くするために、形状および／または寸法のみが異なり基材の同一のシートから切断可能な２つの群の集合体３，４だけを備えるシートモールディングコンパウンド１を製造するものとする。当業者であれば、異なる基材シートから切断された集合体の場合、繊維の種類が異なる集合体の場合や繊維の配置形態が異なる集合体の場合、および集合体の群が３群以上の場合における製造方法の変更点を容易に理解できるであろう。
【０１３２】
製造装置６０は、ポリマー材料のマトリックスに一方向繊維または織り繊維を配置した基材のシート６２を巻き出す巻出しローラ６１を備えている。巻出しローラ６１から巻き出される前の基材のシート６２は、シリコン紙の支持シート６３に支持されており、かつ、室温でタック性を有する。基材のシート６２および支持シート６３は分離され、基材のシート６２のみが製造装置６０を進み、バッファステーション６４に進入する。バッファステーション６４では、基材のシート６２はコイル状に巻かれ、これにより、巻出しローラ６１の交換時において最小の加工量に確実にすることができる。すなわち、製造装置６０において、基材のシート６２の巻出しローラ６１、支持シート６３およびバッファステーション６４は、基材を後続の処理へと供給する「供給ステーション」と見なすことができる。
【０１３３】
バッファステーション６４を抜けると、基材のシート６２は冷却ステーション６５に進入する。冷却ステーション６５では、基材のシート６２は、ポリマーマトリックス材料のタック性がほぼ消えるまで、または少なくとも当該基材のシートが切断可能な十分に低い温度になるまで冷却される。好ましくは、基材のシート６２の温度Ｔは、０℃以下になるまで、より好ましくは−１０℃以下になるまで、さらに好ましくは−１５℃以下になるまで冷却される。
【０１３４】
この後、基材のシート６２は切断ステーション６６に進入する。切断ステーション６６において、基材のシート６２は、第１の切断を受けることにより基材の長細体を形成する。好ましくは、基材のシート６２は垂直位置に保持された状態で、第１の切断、好ましくは、長手方向における切断を、例えば複数の第１のブレードによって受ける。一方向繊維の場合、好ましくは、第１の切断の方向は繊維の方向と平行であり、かつ、切断間隔は、集合体３，４の幅Ｗ３，Ｗ４に等しい。このようにして、集合体３，４の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、集合体３，４の長手方向に一致することになる。
【０１３５】
切断ステーション６６において、上記長細体は、横方向の第２の切断および横方向の第３の切断が周期的にされる。第２の切断は、その時点で自由端である端部から長さＬ３離れた距離（第１の距離）のところに対して行われ、これにより、第一群の集合体３が得られる。第３の切断は、その時点で自由端である端部から長さＬ４離れた距離（第２の距離）のところに対して行われ、これにより、第二群の集合体４が得られる。これら第２の切断および第３の切断は、例えば、少なくとも１つの第２のブレードによって行われてもよい。この少なくとも１つの第２のブレードは、横方向の第２の切断を、上記第２の距離よりも短い第１の距離のところに対して行うように制御してもよい。この代わりに、またはこれに加えて、少なくとも１つの第２のブレードは、第１の距離のところに対する２回の切断、および第２の距離のところに対する１回の切断で各周期が構成される複数の切断周期を行うように制御してもよい。
【０１３６】
好ましくは、切断ステーション６６での切断周期において、所望の長さＬ４を有する第二群の集合体４を得る横方向の第３の切断が１回行われた後、所望の長さＬ３を有する第一群の集合体３を得る横方向の第２の切断が２回行われる。このようにして、第一群の集合体３は、第二群の集合体４と比べて２倍の個数が得られる。
【０１３７】
偏菱形状または菱形状の集合体（図３）を得るために、第２の切断および第３の切断を、第１の切断に対して傾いた方向で行ってもよいし、または他の形状の集合体、例えば、図４および図５に示された集合体を得るための形状加工を用いてもよい。少なくとも１つの基材を切断して少なくとも１つの第一群の集合体３および第二群の集合体４を形成してもよい。
【０１３８】
集合体３，４の両方の群は、所定の高さＨ１から第１の可動面体６７、例えば、可動の支持部（この例では、搬送ベルト）に自由落下する。好ましくは、高さＨ１は１００センチメートル（ｃｍ）以下である。この自由落下では、長さＬ３，Ｌ４の影響により、第一群の集合体３はほぼランダムに配置され、他方、第二群の集合体４は、長さが大きいので、十分な落下時間がなく、全方向に方向付できない。このため、第二の集合体４の長さＬ４の方向、すなわち各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲは、所定の方向ＦＢに沿って主に分布することになる。
【０１３９】
第１の搬送ベルト６７に対する上記所定の方向ＦＢは、一つは第１の切断の方向によって、もう一つは基材のバンド、すなわち基材のシート６２と第１の搬送ベルト６７との相対方向によって決まる。図１４に示された、切断ステーション６６における基材の長手方向の第１の切断および基材のシート６２に垂直な第１の搬送ベルト６７の摺動方向の場合、上記所定の方向ＦＢは、第１の搬送ベルト６７の長手方向に相当する。
【０１４０】
出願人は、切断ステーション６６から第１の搬送ベルト６７への落下の高さＨ１が低いほど、第１の搬送ベルト６７における集合体４の主な分布方向の程度が高くなること、すなわち、所定の方向ＦＢを中心とした角度範囲±αが狭くなることに気付いた。
【０１４１】
第１の搬送ベルト６７は、集合体３，４を第２の落下の高さＨ２まで搬送し、この高さＨ２から第２の可動面体６８、例えば、可動の支持部（この例では、搬送ベルト）へと集合体３，４を落下させる。好ましくは、第２の落下の高さＨ２は、５〜５０センチメートル（ｃｍ）である。
【０１４２】
第１の落下の高さＨ１および／または第２の落下の高さＨ２を調整できるように、好ましくは、第１の搬送ベルト６７は調整可能なスロープ部にヒンジ接続されており、切断ステーション６６に対して水平方向に移動可能に構成されていてもよい。変形例として、第１の搬送ベルト６７は水平であって、切断ステーション６６の出口と第２の搬送ベルト６８との間において調整可能な高さで支持されており、例えば、垂直方向のレールに支持されている。
【０１４３】
好ましくは、第２の搬送ベルト６８は、第１の搬送ベルト６７よりも低速である。これにより、集合体３，４を相互侵入層状（図７）に配置するのに十分な時間を確保でき、実質的に孔のないシートモールディングコンパウンド１を形成することができる。
【０１４４】
第１の搬送ベルト６７の速度および／または第２の搬送ベルト６８の速度、ならびに切断ステーション６６に進入する基材のシート６２の供給速度を調整することにより、シートモールディングコンパウンド１の厚さＴを調整することができる。
【０１４５】
調整ベルト６７，６８の互いに異なる速度の代わりに、またはこれに加えて、第１の搬送ベルト６７および第２の搬送ベルト６８の一方を往復運動可能とし、集合体を複数の層にわたって配置できるようにしてもよい。
【０１４６】
第一群の集合体３の層および第二群の集合体４の層の相互侵入を容易に行うために、切断ステーション６６を、同一の基材の異なるシート、または異なる基材の異なるシートを並行して切断できるように構成してもよい。
【０１４７】
この場合、および／または第２の搬送ベルト６８が往復運動可能な場合、第１の搬送ベルト６７を省略してもよいことを理解されたい。
【０１４８】
また、形状および寸法が同じ場合には、第一群の集合体３を第二群の集合体４よりも軽い繊維で作製することにより、２つの異なる配向を有する配置構造体を得ることができる。
【０１４９】
さらに、形状、寸法および重量が同じ場合には、第一群の集合体３を第二群の集合体４よりも高い位置から落下させることにより、２つの異なる配向を有する配置構造体を得ることができる。
【０１５０】
製造装置６０は、孔の存在、すなわち、集合体３，４が存在しない箇所、または少なくとも所定の最大限サイズよりも大きい孔の存在を検査する検査装置６９を備えていてもよい。このような検査装置６９は、例えば、第２の搬送ベルト６８を横切るように配置された光電セルのアレイ、および／またはロードセルのアレイを有するものであってもよい。
【０１５１】
検査装置６９は、所定の最大限サイズよりも大きい孔が見つかった場合に、第１の搬送ベルト６７および／または第２の搬送ベルト６８の速度および／または運動方向を制御するものであってもよいし、または製造を中断したり、アラームを作動させたり、廃棄する材料箇所に印を付ける（例えば、ペイントなどを用いて）ためのステーションを制御したりするものであってもよい。
【０１５２】
第２の搬送ベルト６８は、集合体３，４の所望の密度が得られると、過剰な水分を取り除くための乾燥機７０へと進む。
【０１５３】
乾燥機７０を出たところには、パッチを圧縮してシートモールディングコンパウンド１の厚さＴを設定する熱カレンダー７２が設けられている。
【０１５４】
このようにして出来上がったシートモールディングコンパウンド１は、この後、巻取りステーション７３に設けられた巻取りローラに巻き取られる。
【０１５５】
乾燥機７０と熱カレンダー７２との間には、付加層、例えば、一方向繊維の材料およびポリマー材料のマトリックス、またはポリマー材料のみを配置するステーション７１を設けてもよい。好ましくは、当該ポリマー材料は、集合体３，４のマトリックスのポリマー材料と同じものである。
【０１５６】
さらに、熱カレンダー７２と巻取りステーション７３との間には、シートモールディングコンパウンド１の縁部を長手方向に沿って切断するように構成された、仕上げ加工ステーション（図示せず）を設けてもよい。
【０１５７】
仕上げ加工ステーションは、所定の長さＬを有するシートを得るための横方向の切断を行うように構成されてもよい。この場合、巻取りステーション７３は、積み重なったシートを回収する回収ステーションに置き換えられる。
【０１５８】
残留タックを考慮に入れて、好ましくは、このような仕上げ加工ステーションは、冷却されたブレード、またはシートモールディングコンパウンド１の局所冷却装置を使用する。
【０１５９】
図１５には、本発明のシートモールディングコンパウンド１から成形された、一方向に長い形状の成形物（この特定の例では、自転車のクランク８０）が示されている。つまり、この成形物は第二群の集合体４を有しており、第二群の集合体４の各集合体の最大の引張強度の分布方向ＦＲが、当該成形物の長手方向に沿って主に分布している。クランク８０は、シートモールディングコンパウンド１の所定の方向ＦＢが最大の引張応力の方向である当該クランク８０の長手方向に合致するようにして、シートモールディングコンパウンド１の複数の層を配置することにより製作される。第二群の集合体４により、このような長手方向に沿ったクランク８０の機械的な引張強度は特に高くなる。しかしながら、クランク８０の機械的な引張強度は、その中央平面の全方向において優れている。というのも、第一群の集合体３により、当該クランク８０を横切る方向ＦＳにおける最小の機械強度はゼロでないからである。
【０１６０】
クランク８０の機械特性をさらに向上させるために、シートモールディングコンパウンド１を鋳型においてロール状に配置してもよく、好ましくは、シートモールディングコンパウンド１はコア（中心部）を中心としてロール状に配置される。図１６に示されているように、この場合、シートモールディング１の面がコアを中心として回転状に配置されることにより、クランク８０は、クランク８０を横切る平面の全方向において優れた強度を有する。
【０１６１】
クランク８０の軽量化するために、好ましくは、コアは取り除き可能である。これにより、クランク８０に空洞８１を設けることができる。
【０１６２】
本発明は、ギアシフト部品、リム、フレーム要素、制御レバーなどの他の自転車部品に用いられる複合材料のうちの一層、またはこれら自転車部品の成形物として、特に有利に適用することができる。
【０１６３】
いずれにせよ、本発明は、コンパウンドを用いる全ての分野において、有利に適用することができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１ シートモールディングコンパウンド
３ 第一群の集合体
４ 第二群の集合体
５ 繊維片
６ ポリマー材料のマトリックス
６０ シートモールディングコンパウンド製造装置
６１〜６４ 供給ステーション
６６ 切断ステーション
６７，６８ 可動面体
８０ 成形物
ＦＢ 所定の方向
ＦＲ 集合体の最大の引張強度の分布方向
Ｈ１，Ｈ２ 落下の高さ
Ｌ シートモールディングコンパウンドの長さ
Ｐ 幾何平面
Ｔ シートモールディングコンパウンドの厚さ
Ｗ シートモールディングコンパウンドの幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幾何平面（Ｐ）を形成する幅（Ｗ）および長さ（Ｌ）と、前記幅（Ｗ）および前記長さ（Ｌ）に比べると極めて薄い厚さ（Ｔ）とを有するシートモールディングコンパウンド（１）であって、
繊維片（５）とポリマー材料のマトリックス（６）とで構成され、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が、前記幾何平面（Ｐ）においてランダムに分布している第一群の集合体（３）、および
繊維片（５）とポリマー材料のマトリックス（６）とで構成され、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が、前記幾何平面（Ｐ）における所定の方向（ＦＢ）に沿って主に分布している、少なくとも１つの第二群の集合体（４）、
を含み、
前記少なくとも１つの第二群の集合体（４）は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が前記第一群の集合体（３）と異なる、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項２】
請求項１において、前記集合体（３，４）が、互いに並行な繊維片（５）を含んでいるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第一群の集合体（３）と前記第二群の集合体（４）とを異ならせる、前記第二群の集合体（４）の前記少なくとも１つの特性が、
前記繊維片（５）の種類、
前記集合体（３，４）の形状、
前記集合体（３，４）の寸法、
前記集合体（３，４）内における前記繊維片（５）の配置形態、および
前記集合体（３，４）が、前記幾何平面（Ｐ）に対して平行な、互いに異なる層に配置されていること、
で構成されるグループから選択される、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、前記第一群の集合体（３）の密度が、前記第二群の集合体（４）の密度よりも大きいシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記第一群の集合体（３）と前記第二群の集合体（４）とが、相互侵入層の形態で配置されている、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項６】
請求項１において、前記集合体（３，４）が、直方形状であるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項７】
請求項１において、前記第一群は比較的短い集合体（３）を含み、前記第二群は比較的長い集合体（４）を含む、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項８】
請求項１において、前記第一群の集合体（３）の長さ／幅の比率（Ｌ３／Ｗ３）が６．５以下であり、前記第二群の集合体（４）の長さ／幅の比率（Ｌ４／Ｗ４）が２０以下であるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項９】
請求項１において、前記第一群の集合体（３）の長さ（Ｌ３）が０．５〜１１０ミリメートルであり、前記第二群の集合体の長さ（Ｌ４）が３０〜１５０ミリメートルであるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項１０】
請求項１において、前記集合体（３，４）の幅が２〜５０ミリメートルであるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項１１】
請求項１において、さらに、
繊維片（５）とポリマー材料のマトリックス（６）とで構成され、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が前記幾何平面（Ｐ）においてランダムに分布しており、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が前記第一群の集合体（３）と異なる第三群の集合体（１２）を含んでおり、
この第三群の集合体（１２）の長さ／幅の比率（Ｌ１２／Ｗ１２）が１である、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のシートモールディングコンパウンド（１）から成形された成形物（８０）であって、
一方向に長い形状であり、前記第二群の集合体（４）の各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が当該成形物（８０）の長手方向に沿って主に分布している成形物（８０）。
【請求項１３】
自転車のクランク（８０）であることを特徴とする請求項１２に記載の成形物（８０）。
【請求項１４】
シートモールディングコンパウンド（１）を製造する方法であって、
ａ）繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を準備する工程（３０，４０）と、
ｂ）前記少なくとも１つの基材から、第一群の集合体（３）および少なくとも１つの第二群の集合体（４）を切断する工程（３２，４６）と、
ｃ）前記第一群の集合体（３）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が平面（Ｐ）においてランダムに分布するように配置させ、前記少なくとも１つの第二群の集合体（４）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が前記平面（Ｐ）における所定の方向（ＦＢ）に沿って主に分布するように配置させる工程（３４，４８）と、
を含むシートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記ａ）工程が、一方向繊維およびポリマー材料のマトリックスを含む基材で構成される少なくとも１つのシートを準備することを含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１６】
請求項１５において、さらに、
ｄ）前記基材の少なくとも１つのシートから第三群の集合体（１２）を準備する工程（３２，４６）と、
ｅ）前記第三群の集合体（１２）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布するようにして配置する工程（３４，４８）と、
を含むシートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか一項において、前記ｂ）切断工程が、長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、前記集合体（３，４，１２）を得るために前記長細体に対して横方向の切断を行なうこととを含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれか一項において、前記ｂ）切断工程が、
長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、
前記第一群の集合体（３）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離（Ｌ３）のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体（４）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離（Ｌ４）のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、前記第一群の集合体（３）および前記第二群の集合体（４）を得ることと、
を含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１９】
請求項１８において、前記ｂ）切断工程において、前記第１の距離（Ｌ３）が前記第２の距離（Ｌ４）よりも短い、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項２０】
請求項１８または１９において、前記ｂ）切断工程における各周期が、前記第１の距離（Ｌ３）のところに対する２回の切断、および前記第２の距離（Ｌ４）のところに対する１回の切断を含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項２１】
請求項１４から２０のいずれか一項において、前記ｃ）配置工程が、前記集合体（３，４）を、前記平面（Ｐ）に向かって、少なくとも１つの落下の高さ（Ｈ１，Ｈ２）から可動の支持部（６７，６８）へと落下させることを含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項２２】
シートモールディングコンパウンド（１）を製造する製造装置（６０）であって、
繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を供給する供給ステーション（６１〜６４）と、
前記少なくとも１つの基材を切断して、少なくとも１つの第一群の集合体（３）および第二群の集合体（４）を形成するように構成された切断ステーション（６６）と、
前記切断ステーション（６６）から落下の高さ（Ｈ１，Ｈ２）分下方に離れた位置に設けられた少なくとも１つの可動面体（６７，６８）と、
を備えており、
前記第一群の集合体（３）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）においてランダムに分布するようにして配置し、前記少なくとも１つの第二群の集合体（４）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が、前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）において所定の方向（ＦＢ）に沿って主に分布するようにして配置するように、前記切断ステーション（６６）および前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）が構成されている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２３】
請求項２２において、前記切断ステーション（６６）が、長細体を得るために前記基材の第１の切断を行う複数の第１のブレードと、前記第一群の集合体（３）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離（Ｌ３）のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体（４）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離（Ｌ４）のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、前記第一群の集合体（３）および前記第二群の集合体（４）を得るための少なくとも１つの第２のブレードとを備えている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２４】
請求項２３において、前記第２のブレードが、前記横方向の第２の切断を、前記第２の距離（Ｌ４）よりも短い第１の距離（Ｌ３）のところに対して行うように制御されている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２５】
請求項２３または２４において、前記第２のブレードが、前記第１の距離（Ｌ３）のところに対する２回の切断、および前記第２の距離（Ｌ４）のところに対する１回の切断で各周期が構成される複数の切断周期を行うように制御されている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２６】
請求項２２から２４のいずれか一項において、前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）が、前記切断ステーション（６６）から第１の落下の高さ（Ｈ１）分下方に離れた位置に設けられた第１の搬送ベルト（６７）と、前記第１の搬送ベルト（６７）から第２の落下の高さ（Ｈ２）分下方に離れた位置に設けられた第２の搬送ベルト（６８）とを含む、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項１】
幾何平面（Ｐ）を形成する幅（Ｗ）および長さ（Ｌ）と、前記幅（Ｗ）および前記長さ（Ｌ）に比べると極めて薄い厚さ（Ｔ）とを有するシートモールディングコンパウンド（１）であって、
繊維片（５）とポリマー材料のマトリックス（６）とで構成され、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が、前記幾何平面（Ｐ）においてランダムに分布している第一群の集合体（３）、および
繊維片（５）とポリマー材料のマトリックス（６）とで構成され、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が、前記幾何平面（Ｐ）における所定の方向（ＦＢ）に沿って主に分布している、少なくとも１つの第二群の集合体（４）、
を含み、
前記少なくとも１つの第二群の集合体（４）は、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が前記第一群の集合体（３）と異なる、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項２】
請求項１において、前記集合体（３，４）が、互いに並行な繊維片（５）を含んでいるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第一群の集合体（３）と前記第二群の集合体（４）とを異ならせる、前記第二群の集合体（４）の前記少なくとも１つの特性が、
前記繊維片（５）の種類、
前記集合体（３，４）の形状、
前記集合体（３，４）の寸法、
前記集合体（３，４）内における前記繊維片（５）の配置形態、および
前記集合体（３，４）が、前記幾何平面（Ｐ）に対して平行な、互いに異なる層に配置されていること、
で構成されるグループから選択される、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項において、前記第一群の集合体（３）の密度が、前記第二群の集合体（４）の密度よりも大きいシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記第一群の集合体（３）と前記第二群の集合体（４）とが、相互侵入層の形態で配置されている、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項６】
請求項１において、前記集合体（３，４）が、直方形状であるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項７】
請求項１において、前記第一群は比較的短い集合体（３）を含み、前記第二群は比較的長い集合体（４）を含む、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項８】
請求項１において、前記第一群の集合体（３）の長さ／幅の比率（Ｌ３／Ｗ３）が６．５以下であり、前記第二群の集合体（４）の長さ／幅の比率（Ｌ４／Ｗ４）が２０以下であるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項９】
請求項１において、前記第一群の集合体（３）の長さ（Ｌ３）が０．５〜１１０ミリメートルであり、前記第二群の集合体の長さ（Ｌ４）が３０〜１５０ミリメートルであるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項１０】
請求項１において、前記集合体（３，４）の幅が２〜５０ミリメートルであるシートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項１１】
請求項１において、さらに、
繊維片（５）とポリマー材料のマトリックス（６）とで構成され、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が前記幾何平面（Ｐ）においてランダムに分布しており、最大の引張強度の分布方向以外の少なくとも１つの特性が前記第一群の集合体（３）と異なる第三群の集合体（１２）を含んでおり、
この第三群の集合体（１２）の長さ／幅の比率（Ｌ１２／Ｗ１２）が１である、シートモールディングコンパウンド（１）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のシートモールディングコンパウンド（１）から成形された成形物（８０）であって、
一方向に長い形状であり、前記第二群の集合体（４）の各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が当該成形物（８０）の長手方向に沿って主に分布している成形物（８０）。
【請求項１３】
自転車のクランク（８０）であることを特徴とする請求項１２に記載の成形物（８０）。
【請求項１４】
シートモールディングコンパウンド（１）を製造する方法であって、
ａ）繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を準備する工程（３０，４０）と、
ｂ）前記少なくとも１つの基材から、第一群の集合体（３）および少なくとも１つの第二群の集合体（４）を切断する工程（３２，４６）と、
ｃ）前記第一群の集合体（３）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が平面（Ｐ）においてランダムに分布するように配置させ、前記少なくとも１つの第二群の集合体（４）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が前記平面（Ｐ）における所定の方向（ＦＢ）に沿って主に分布するように配置させる工程（３４，４８）と、
を含むシートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記ａ）工程が、一方向繊維およびポリマー材料のマトリックスを含む基材で構成される少なくとも１つのシートを準備することを含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１６】
請求項１５において、さらに、
ｄ）前記基材の少なくとも１つのシートから第三群の集合体（１２）を準備する工程（３２，４６）と、
ｅ）前記第三群の集合体（１２）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向がランダムに分布するようにして配置する工程（３４，４８）と、
を含むシートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか一項において、前記ｂ）切断工程が、長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、前記集合体（３，４，１２）を得るために前記長細体に対して横方向の切断を行なうこととを含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれか一項において、前記ｂ）切断工程が、
長細体を得るために長手方向の第１の切断を行うことと、
前記第一群の集合体（３）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離（Ｌ３）のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体（４）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離（Ｌ４）のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、前記第一群の集合体（３）および前記第二群の集合体（４）を得ることと、
を含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項１９】
請求項１８において、前記ｂ）切断工程において、前記第１の距離（Ｌ３）が前記第２の距離（Ｌ４）よりも短い、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項２０】
請求項１８または１９において、前記ｂ）切断工程における各周期が、前記第１の距離（Ｌ３）のところに対する２回の切断、および前記第２の距離（Ｌ４）のところに対する１回の切断を含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項２１】
請求項１４から２０のいずれか一項において、前記ｃ）配置工程が、前記集合体（３，４）を、前記平面（Ｐ）に向かって、少なくとも１つの落下の高さ（Ｈ１，Ｈ２）から可動の支持部（６７，６８）へと落下させることを含む、シートモールディングコンパウンド製造方法。
【請求項２２】
シートモールディングコンパウンド（１）を製造する製造装置（６０）であって、
繊維片およびポリマー材料のマトリックスを含む少なくとも１つの基材を供給する供給ステーション（６１〜６４）と、
前記少なくとも１つの基材を切断して、少なくとも１つの第一群の集合体（３）および第二群の集合体（４）を形成するように構成された切断ステーション（６６）と、
前記切断ステーション（６６）から落下の高さ（Ｈ１，Ｈ２）分下方に離れた位置に設けられた少なくとも１つの可動面体（６７，６８）と、
を備えており、
前記第一群の集合体（３）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）においてランダムに分布するようにして配置し、前記少なくとも１つの第二群の集合体（４）を、各集合体の最大の引張強度の分布方向（ＦＲ）が、前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）において所定の方向（ＦＢ）に沿って主に分布するようにして配置するように、前記切断ステーション（６６）および前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）が構成されている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２３】
請求項２２において、前記切断ステーション（６６）が、長細体を得るために前記基材の第１の切断を行う複数の第１のブレードと、前記第一群の集合体（３）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第１の距離（Ｌ３）のところに対する横方向の第２の切断、および前記第二群の集合体（４）の、その時点で自由端である前記長細体の端部から第２の距離（Ｌ４）のところに対する横方向の第３の切断を周期的に行い、それぞれ、前記第一群の集合体（３）および前記第二群の集合体（４）を得るための少なくとも１つの第２のブレードとを備えている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２４】
請求項２３において、前記第２のブレードが、前記横方向の第２の切断を、前記第２の距離（Ｌ４）よりも短い第１の距離（Ｌ３）のところに対して行うように制御されている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２５】
請求項２３または２４において、前記第２のブレードが、前記第１の距離（Ｌ３）のところに対する２回の切断、および前記第２の距離（Ｌ４）のところに対する１回の切断で各周期が構成される複数の切断周期を行うように制御されている、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【請求項２６】
請求項２２から２４のいずれか一項において、前記少なくとも１つの可動面体（６７，６８）が、前記切断ステーション（６６）から第１の落下の高さ（Ｈ１）分下方に離れた位置に設けられた第１の搬送ベルト（６７）と、前記第１の搬送ベルト（６７）から第２の落下の高さ（Ｈ２）分下方に離れた位置に設けられた第２の搬送ベルト（６８）とを含む、シートモールディングコンパウンド製造装置（６０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１００８５１（Ｐ２０１０−１００８５１Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４１９５５（Ｐ２００９−２４１９５５）
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（５９２０７２１８２）カンパニョーロ・ソシエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ (94)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＭＰＡＧＮＯＬＯ ＳＯＣＩＥＴＡ Ａ ＲＥＳＰＯＮＳＡＢＩＬＩＴＡ ＬＩＭＩＴＡＴＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２１日（２００９．１０．２１）
【出願人】（５９２０７２１８２）カンパニョーロ・ソシエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ (94)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＭＰＡＧＮＯＬＯ ＳＯＣＩＥＴＡ Ａ ＲＥＳＰＯＮＳＡＢＩＬＩＴＡ ＬＩＭＩＴＡＴＡ
【Ｆターム（参考）】
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