繊維強化プラスチックの製造方法
【課題】成形時において、良好な流動性および複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する繊維強化プラスチック、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】プリプレグ基材を一体化して積層体を作製し、該積層体を成形型に配置してプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも下記（１）〜（３）の工程を有する。（１）強化繊維が切断されている切込プリプレグ基材を、凹部と接する層１１が凹部５の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部１０を形成するように前記積層体を作製する積層工程（２）前記積層体の薄肉部を、型に沿わせて配置するセット工程（３）前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程
【解決手段】プリプレグ基材を一体化して積層体を作製し、該積層体を成形型に配置してプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも下記（１）〜（３）の工程を有する。（１）強化繊維が切断されている切込プリプレグ基材を、凹部と接する層１１が凹部５の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部１０を形成するように前記積層体を作製する積層工程（２）前記積層体の薄肉部を、型に沿わせて配置するセット工程（３）前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な流動性、成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する積層体をプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る、繊維強化プラスチックの製造方法に関する。かかる繊維強化プラスチックは、例えば自動車などの輸送機器、自転車などのスポーツ用具などの構造部材に特に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、その需要は年々高まりつつある。
【０００３】
高機能特性を有する繊維強化プラスチックの成形法としては、プリプレグと称される連続した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸せしめた半硬化状態の中間基材を積層し、高温高圧釜で加熱加圧することによりマトリックス樹脂を硬化させ繊維強化プラスチックを成形するオートクレーブ成形が最も一般的に行われている。また、前記プリプレグ基材の積層体を予備加熱して軟化状態にある該積層体を雌雄一対からなる金型間に供給し、次いで加圧することで所望の形状の成形体を得るプレス成形も広く行われている。特にプレス成形は、比較的均一な精度の製品を多量に生産できることが特徴であり、多量生産を行うために高速化、高精度化、品質の安定化などの要求が高く、それらを実現するために作業性、成型性の向上に関する市場の要求は非常に高い。
【０００４】
これらの成形法により得られた繊維強化プラスチックは、連続繊維で構成される所以、優れた力学物性を有する。また、連続繊維は規則的な配列であるため、基材の配置により必要とする力学物性に設計することが可能であり、力学物性のバラツキも小さい。しかしながら、一方で元来強化繊維自体の伸縮性が乏しいため、凹凸部や、ダブルコンター曲面等を有する複雑な三次元形状を形成することは困難である。このような連続繊維基材を賦形した場合には、形状表面を覆いきれない箇所で突っ張りが、基材が余った箇所でシワが発生するため、高品位な賦形が難しい。連続繊維基材であっても、織物基材のように面内でせん断変形が可能な場合は、かなり賦形し易くはなるものの、形状が複雑になれば、やはり繊維の突っ張りやシワが発生してしまう、という問題があり、したがって、現在は主として一次曲面や平面形状に近い部材に限られているのが実状である。
【０００５】
一方、ダブルコンター曲面や凹凸部等の複雑な三次元形状に適した成形法として、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）を用いたプレス成形がある。この成形法では、通常２５ｍｍ程度に切断したチョップドストランドに熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたＳＭＣシートを、プレス機を用いて加熱・加圧することにより成形を行う。多くの場合、加圧前にＳＭＣを成形体の形状より小さく切断して成形型上に配置し、加圧により成形体の形状に引き伸ばして（流動させて）成形を行う。そのため、その流動により凹凸部やダブルコンター曲面等の複雑な形状にも追従可能となる。しかしながら、ＳＭＣはそのシート化工程において、チョップドストランドの分布ムラ、配向ムラが必然的に生じてしまうため、力学特性が低下し、そのバラツキが大きくなる問題があった。さらには、特に薄物の部材ではソリ、ヒケ等が発生しやすくなり、構造材としては不適な場合が多い。
【０００６】
これに対して、上述のような材料の欠点を埋めるべく、連続繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグ基材に切り込みを入れることにより、流動可能で力学物性のバラツキも小さくなるとされる基材が開示されている（例えば特許文献１、２）。しかしながら、ＳＭＣと比較すると力学特性が大きく向上し、バラツキが小さくなるものの、構造材として適用するには十分な強度とは言えない。連続繊維基材と比較すると切り込みという欠陥を内包した構成であるために、応力集中点である切り込みが破壊の起点となり、特に引張強度、引張疲労強度が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開昭６３−２４７０１２号公報
【特許文献２】特開平９−２５４２２７号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術では複雑形状の形成と低バラツキ性、十分な強度、及び取扱いの両立が困難であった背景を鑑み、成形時において、良好な流動性および複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、繊維強化プラスチックおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。すなわち、
（Ｉ）一方向に配向した強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を、所定の形状に裁断した後、前記プリプレグ基材の繊維方向が少なくとも２方向以上に配向して一体化して積層体を作製し、さらに該積層体を、凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型に配置してプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも下記（１）〜（３）の工程を有する繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記プリプレグ基材の全面に切込を有し、実質的に全ての強化繊維が前記切込により切断されている切込プリプレグ基材を、少なくとも前記凹部と接する層が、前記凹部の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、かつ、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を作製する積層工程
（２）前記積層体を、前記積層体の薄肉部の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、型に沿わせて配置するセット工程
（３）前記成形型の一方の型上に配置した積層体を前記成形型のもう一方の型を押し当て加圧し、前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程。
【０００９】
（II）前記（１）の積層工程で用いられる切込プリプレグ基材が、前記切込により分断された強化繊維の繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内であり、繊維体積含有率Ｖｆが４５〜６５％の範囲内であり、かつ、前記切込が強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内であり、強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが０．１〜１．５ｍｍの範囲内である、（Ｉ）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１０】
（III）前記（１）の積層工程で得られる積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下となるように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を得る、（Ｉ）または（II）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１１】
（IV）前記（１）の積層工程において、前記積層体を作製する手段が、１つのカットパターンの端部の少なくとも一部において外縁に向かってオフセットした複数のカットパターンに従って前記プリプレグ基材を裁断し、得た複数の前記プリプレグ基材を積層して薄肉部を有する前記積層体を得る、（Ｉ）〜（III）いずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１２】
（Ｖ）前記（１）の積層工程において、前記積層体の両表層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンより、前記積層体の両表層以外の中央層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンを小さくして、前記プリプレグ基材を一体化して薄肉部を有する前記積層体を得る、（Ｉ）〜（III）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１３】
（VI）前記（３）のプレス工程において、前記積層体の外縁の少なくとも一部を伸張させ、立ち壁を有する繊維強化プラスチックを成形する、（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プレス成形する積層体が凹凸部やダブルコンター曲面等の複雑形状が形成可能な良好な流動性および複雑形状追従性を有しており、これを繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、繊維強化プラスチックを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明で用いられる積層体平面の概略拡大図である。図２は本発明における凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型の概略図であり、図２ａ）は成形型を横から見た断面図、図２ｂ）は成形型凹部を上から見た際の投影図である。図３は本発明における薄肉部を有する積層体の一例を示す概略図である。図４は前記薄肉部を有する積層体を前記成形型に配置した際の様子を示す概略図である。
【００１７】
本発明は、凹凸部やダブルコンター曲面等の複雑形状が形成可能な良好な流動性、および複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する繊維強化プラスチックを得るための製造方法について鋭意検討し、全面に渡って切込を挿入して強化繊維（本明細書中では、単に “繊維”と記述することがある）を特定の長さに切断した切込プリプレグ基材を、少なくとも成形型の凹部側と接する前記切込プリプレグ基材の面積が、該凹部の開口部の投影面積以上であるように裁断し、端部が外縁に向かって薄肉部を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して積層体を作製し、該積層体の薄肉部の少なくとも一部を成形型の端部の少なくとも一部において型に沿わせて配置してプレス成形することにより、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。なお、本発明において“ダブルコンター曲面”とは、２次曲面以上の複曲面を少なくとも一部に含む形状を指す。また、“薄肉部”とは、図３、図１５に示すように、積層体３１が複数種の寸法のカットパターンの切込プリプレグ基材２によって構成され、これによって、積層体３１の最厚部における切込プリプレグ基材の積層数に対して、積層数が実質的に少なくとも１層以上少なくなることにより形成される、最厚部の厚みよりも薄い領域１０のことである。また、薄肉部１０の厚みについて、積層体３１を成形型に配置する際、領域Ａや領域Ｂのような、型に沿わせる領域（１０’、１０”）における最厚部の厚み３２を“薄肉部の厚み”とする。
また、“成形型のキャビティの厚み”とは、図２ａ）に示すように、成形型の端部に形成される形状７の厚み８のことを指す。
【００１８】
本発明では、プリプレグ基材の全面に切込を有し、実質的に全ての強化繊維が前記切込により切断されている切込プリプレグ基材を、少なくとも前記凹部と接する層が、前記凹部の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部を形成するように積層して積層体を作製する積層工程を有する。本発明における積層体は、図１に示すように、強化繊維１が一方向に配列された一方向プリプレグ基材が、その繊維配向方向が少なくとも２方向以上に配向して一体化されているものからなり、また、該一方向プリプレグ基材には全面に渡って切込３が挿入され、実質的に全ての強化繊維が前記切込によって短繊維へと切断された切込プリプレグ基材２で構成される。
【００１９】
なお、本発明において、“実質的に全ての強化繊維が切込により切断され”とは、本発明の切込により切断されていない連続繊維が引き揃えられている面積が、プリプレグ基材面積に占める割合の５％より小さいことを示す。また、“短繊維”とは、繊維が繊維方向全長に渡って連続している連続繊維との対比において用いられる概念であり、繊維長さＬが１００ｍｍ以下のものを指す。本発明においては、前記短繊維により構成された切込プリプレグ基材を積層して得た積層体は、成型時に繊維が層内のいずれの方向にも流動可能となるので、ダブルコンター曲面や凹凸部などの複雑形状追従性に優れるのである。一方、前記切断を行わない場合、すなわち積層体の強化繊維が全て連続繊維で構成される場合、繊維方向にはほとんど流動せず、流動可能な方向に異方性があるため、凹凸部やダブルコンター曲面などの複雑形状を形成することは極めて難しい。
【００２０】
また、本発明において、強化繊維１の配向が異なる方向に積層することにより、繊維強化プラスチックとした場合の寸法安定性に優れる。さらに、前記切込３によって強化繊維１が切断された切込プリプレグ基材２は、成形時に繊維が流動するにあたり、繊維方向と繊維直交方向との流動に異方性を生じるため、効果的に繊維を流動させるためには、強化繊維の配向が異なる方向に積層することが重要となる。なかでも、［０／９０］ｎＳや［０／±６０］ｎＳ、［＋４５／０／−４５／９０］ｎＳといった等方積層で、かつ、対称積層であることが、成形時の流動の均質性、および繊維強化プラスチックとした場合のソリ低減等を考慮すると好ましい。ここで、本発明において“強化繊維の配向が異なる”とは、強化繊維の方向のなす角度の絶対値が１０〜１７０°であることを表す。
【００２１】
さらに本発明における前記積層体は、図３に示すように、少なくとも前記成形型の凹部と接する層１１が、図２ｂ）に示す該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有し、かつ、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部１０を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して作製する。なお、“成形型凹部の開口部の投影面積”とは、図２ｂ）に示す成形型凹部を上から見た場合の投影図において、斜線で示される開口部９の面積９’を指す。本発明において、このような薄肉部１０を有する積層体３１は、薄肉にした積層体３１の端部が容易に変形し、積層体３１を成形型に配置する際、図４に示すように、型に沿わせて配置することが容易となる。なお、図４ａ）は積層体３１を成形型の凹部に配置した様子を、図４ｂ）は積層体を成形型凸部に配置した様子を示している。さらに、少なくとも前記成形型の凹部と接する層１１が該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有することで、前記成形型の凹部の開口部全域を覆い、かつ該成形型凹部の端部に沿わせることが可能となる。
【００２２】
また、本発明は前記積層体を、前記積層体の薄肉部１０の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、型に沿わせて配置するセット工程、及び、前記成形型の一方の型上に配置した積層体を前記成形型のもう一方の型を押し当て加圧し、前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程を有する。本発明において、前記積層体を前記成形型に配置する際、図４に示すように、前記積層体の薄肉部１０の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、成形型に沿わせて配置することで、図５ａ）、ｂ）、ｃ）に示すように、プレス成形時に前記成形型の凹部と接する層１１に沿って積層体の他の層が流動するため、成形体の端部において、繊維配向や層構造１２の乱れが生じることなく繊維強化プラスチックを得ることができる。さらに、前記積層体を成形型に沿わせることで積層体の位置決めが可能となり、プレス時における積層体の位置ずれによって生じる品質のバラツキを小さくし、安定的に所望の品質の成形体を得ることができる。
【００２３】
なお、セット工程において、図４ａ）に示すように、前記成形型の凹部に前記積層体を配置して、もう一方の凸部で加圧・プレス成形しても、図４ｂに示すように前記成形型の凸部に前記積層体を配置して、もう一方の凹部で加圧・プレス成形しても、前記積層体の少なくとも前記凹部と接する層１１が該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有し、前記成形型に沿わせて配置していれば、前記成形型を型締めした際に成形型のキャビティに沿うようにして繊維の流動が起こるため、構わない。ここで、前記積層体の成形型凹部と接する層１１が、該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有していない場合、型に沿わせて配置する事ができないため、図６に示すように、前記積層体をプレスし、強化繊維を流動させても、前記凹部の端部の壁面で強化繊維の流動が乱れ、得られた強化繊維プラスチックの繊維配向や層構造の乱れ１３が生じ、表面品位の低下や、力学特性、寸法安定性にバラツキが生じる。
【００２４】
また、少なくとも前記凹部と接する層１１が、前記凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有するが、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部１０を形成しなかった場合、すなわち、前記積層体の厚みが全体に渡って実質的に均一な場合、前記積層体の厚みが前記成形型のキャビティ寸法の影響を強く受けることとなり、安定的に所望の繊維強化プラスチックを得ることが困難となる。ここで、“前記積層体の厚みが前記成形型のキャビティ寸法の影響を受ける”とは、前記積層体の厚みが前記成形型のキャビティの厚みより大きく、さらに積層体を成形型に沿わせるようにして配置するのが困難な程、積層体の厚みが厚い場合、プレス成形しても、図７ａ）に示すように、成形型の端部１４で強化繊維が突っ張り、成形品端部において樹脂溜まり１５が生じたり、形状が形成されない等の問題が生じることである。仮に積層体を成形型に沿わせるようにして配置できたとしても、図７ｂ）に示すように、型締めの際に成形型の端部１４が配置した積層体の端部１６に当たってしまうため、得られる繊維強化プラスチックの表面品位が著しく低下したり、層構造が乱れるなどの問題が生じる。なお、積層体の厚みが前記成形型のキャビティの厚みより小さい場合には、積層体の配置の仕方に関わらず、積層体と成形型との間に空間が生じてしまうため、十分に加圧することができず、所望の形状が得られない。
【００２５】
また、前記凹部と接する層１１が、前記凹部の開口部９の投影面積以上の面積を有しない場合、前記積層体の薄肉部の有無に関わらず、図６に示すように、前記積層体をプレスし、強化繊維を流動させても、前記凹部の端部壁面で強化繊維の流動が乱れ、得られた強化繊維プラスチックの繊維配向や層構造の乱れが生じ、力学特性や寸法安定性にバラツキが生じてしまう。
【００２６】
本発明における前記積層体を構成する前記切込プリプレグ基材について、図８に示すように、前記プリプレグ基材が前面に切込３を有し、実質的に全ての強化繊維１が前記切込３によって、強化繊維の繊維長さＬ（２１）が１０〜１００ｍｍの範囲内の短繊維へと切断されているのが好ましい。前述の通り、該短繊維により構成された切込プリプレグ基材２を積層して得た積層体は、成型時に繊維が層内のいずれの方向にも流動可能となるので、ダブルコンター曲面や凹凸部などの複雑形状追従性に優れるのである。ここで、繊維長さＬが１０ｍｍより小さい場合は、流動性が向上するものの繊維による補強効果が低下し、繊維強化プラスチックとしたときに十分な力学特性を得ることができないことがある。また、繊維長さＬが１００ｍｍより大きい場合は、成形時における繊維の流動が悪くなり複雑形状を形成するのが困難になる。成形性と物性の両特性を鑑みると、さらに好ましくは繊維長さＬが２０〜６０ｍｍの範囲内である。ただし、切断部の形状や、工業的プロセスによっては、前記切込プリプレグ基材の一部に１０ｍｍよりも短い繊維が混入してしまう恐れもあるが、実質的に全繊維量のうち９５％以上の繊維が１０〜１００ｍｍの範囲内に入っていれば成形性および物性での問題はない。
【００２７】
また、本発明における前記切込プリプレグ基材の強化繊維は、図９に示す切込３と繊維方向１７とのなす角度Θ（以下、切込角度と称することもある）の絶対値が２〜２５°の範囲内で切断されているのが好ましい。Θの絶対値が２５°より大きくても流動性は得ることができ、従来のＳＭＣ等と比較して高い力学特性は得ることができるが、特にΘの絶対値が２５°以下であることで力学特性の向上が著しい。一方、Θの絶対値は２°より小さいと流動性も力学特性も十分得ることが出来るが、切込を安定して入れることが難しくなる。すなわち、繊維に対して切込が寝てくると、切込を入れる際、繊維が刃から逃げやすく、プリプレグ基材中に存在する切断されていない繊維の割合が大きくなる。また、繊維長さＬを１００ｍｍ以下とするためには、Θの絶対値が２°より小さいと少なくとも切込同士の最短距離が０．９ｍｍより小さくなるなど、生産安定性に欠ける。また、このように切込同士の距離が小さいと積層時の取り扱い性が難しくなるという問題がある。切込の制御のしやすさと力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは５〜１５°の範囲内である。なお、本発明におけるΘとは、切込上の任意の点を点Ｘとしたとき、点Ｘにおける繊維長手方向と切込とのなす角をθ（Ｘ）とすれば、Θはθ（Ｘ）の切込上の平均値、すなわち（式１）によって与えられる値とする。ここで、図８に示すように、切込３の端点をそれぞれ点Ａ、点Ｂとし、点Ａと点Ｂを結び、切込に沿った曲線をＣとしており、また点Ｘにおける曲線Ｃの微小線分をｄｓとしている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
さらに、以下には以下、前記切込プリプレグ基材における好ましい切込パターンの一例を、図８、１０、１１を用いて説明する。
【００３０】
強化繊維１が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材上に制御されて整列した切込３を複数入れる。繊維配向方向の対になる切込３同士で繊維が分断され、その間隔２１を１０〜１００ｍｍとすることで、実質的に切込プリプレグ基材２上の強化繊維１すべてを繊維長さＬが１０〜１００ｍｍにすることができる。また、図９に示すように、切込３と強化繊維１となす角度１９をΘとするとΘの絶対値は全面で２〜２５°の範囲内である。図１０ａではΘの絶対値が９０°、ｂでは２５°を超えた例を示しているが、これらの例では本発明により得られうる高強度を発現することは出来ない。
【００３１】
図１１には、５つの異なる切込パターンを有するプリプレグ基材が示されている。図１１ａ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列された斜行した連続、直線状の切込３ｂを有する。図１１ｂ）の切込プリプレグ基材２は、２種類の間隔をもって配列された斜行した連続、直線状の切込３ｂを有する。図１１ｃ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列された連続、曲線（蛇行線）の切込３を有する。図１１ｄ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列され、かつ、２種類の異なる方向に斜行した断続的な直線状の切込３ａを有する。図１１ｅ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列された斜行した断続的な直線状の切込３ａを有する。切込は図１１ｃ）のように曲線でも構わないが図１１ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）のように直線状である方が流動性をコントロールしやすく好ましい。また、切込により分断される強化繊維の長さＬは、図１１ｂ）のように一定でなくてもよいが、繊維長さＬが全面で一定であると流動性をコントロールしやすく、強度ばらつきをさらに押さえることができるため好ましい。なお、ここで規定の直線状とは、幾何学上の直線の一部をなしている状態を意味するが、前記流動性のコントロールを容易にするという効果を損なわない限り、前記幾何学上の直線の一部をなしていない箇所があっても差支えが無く、その結果、繊維長さＬが全面で一定とはならない箇所があっても（この場合、繊維長さＬが実質的に全面で一定であると言えるので）差支えが無い。
【００３２】
さらに好ましい例［１］としては、図１１ａ）〜ｃ）のように、切込３が連続して入れられているのがよい。例［１］のパターンでは、切込３ｂが断続的でないため、切込端部付近での流動乱れが起きず、切込３ｂを入れた領域では、すべての繊維長さＬを一定とすることができ、流動が安定している。切込３ｂが連続的に入れられているため、切込プリプレグ基材２がばらばらになってしまうのを防ぐ目的で、切込プリプレグ基材２の周辺部に切込がつながっていない領域を設けたり、切込の入っていないシート状の離型紙やフィルムなどの支持体で把持したりすることで、取り扱い性を向上させることができる。
【００３３】
また、他の好ましい例［２］としては、図８のように、切込を強化繊維の垂直方向に投影した長さをＷｓ（２０）としたとき、Ｗｓが３０μｍ〜１００ｍｍの範囲内である断続的な切込３ａが切込プリプレグ基材２全面に設けられており、切込３ａ１と、該切込３ａ１に繊維配向方向で隣接した切込３ａ２の幾何形状が同一であるとよい。ここで、“切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ”とは図８に示す通り、プリプレグ層の面内において、切込を強化繊維の垂直方向（繊維直行方向１８）を投影面として、切込から該投影面に垂直（繊維配向方向１７）に投影した際の長さ２０を指す。Ｗｓが３０μｍ以下となると、切込の制御が難しく、切込プリプレグ基材全面に渡って繊維長さＬが１０〜１００ｍｍとなるよう、保障することが難しい。すなわち、切込により切断されていない繊維が存在すると基材の流動性は著しく低下し、余分に切断されているとＬが１０ｍｍを下回る部位が出てきてしまう、という問題点がある。逆にＷｓが１０ｍｍより大きいときにはほぼ強度が一定に落ち着く。すなわち、繊維束端部がある一定以上に大きくなると、破壊が始まる荷重がほぼ同等となる。図８では、ＬとＷｓがいずれも一種類である例を示している。いずれの切込３ａ（例えば３ａ１）も繊維方向に平行移動することで重なる他の切込３ａ（例えば３ａ２）がある。前記繊維方向の対になる切込３ａ同士により分断される繊維長さＬよりさらに短い繊維長さで隣接する切込により分断され繊維が分断される幅が存在することによって、安定的に繊維長さを１００ｍｍ以下で切込プリプレグ基材２を製造できる。例［２］のパターンでは、得られた切込プリプレグ基材２を積層する際、切込が断続的なため取り扱い性に優れる。図１１ｄ）、１１ｅ）にはその他のパターンも例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。
【００３４】
好ましい例［２］において、力学特性の観点から好ましくは、強化繊維の垂直方向に投影した長さＷｓが０．１〜１．５ｍｍの範囲内であるのが好ましい。Ｗｓを小さくすることにより、一つ一つの切込により分断される繊維量が減り、強度向上が見込まれる。特に、Ｗｓが１．５ｍｍ以下とすることで、大きな強度向上が見込まれる。また、切込長さが長ければ長いほど、積層作業時に基材の切込が開口し易くなり、基材の取り扱い性が大幅に低下する。切込が１．５ｍｍ以下であれば、積層作業時に切込が開口しにくく、基材の取り扱い性の良い切込プリプレグ基材となる。なお、本発明において、切込角度Θの絶対値が２〜２５°であることにより、切込長さに対して投影長さＷｓを小さくすることができる。そのため、Ｗｓが１．５ｍｍ以下という極小の切込であっても、工業的に安定して設けることが可能となる。また、プリプレグ基材への切込の挿入を、刃を押し当てて行おうとする場合、裁断時に強化繊維が繊維直行方向に蛇行し刃から逃げるために、繊維をうまく裁断できないことがある。このような繊維逃げの影響を小さくするためには、Ｗｓは０．１ｍｍ以上であることが好ましい。より好ましくはＷｓを０．２ｍｍ以上とすることで、より連続繊維を残すことなくプリプレグ基材に切込を挿入することが可能となる。
【００３５】
本発明に用いる切込プリプレグ基材の特徴を、図１２〜１４を用いて説明する。本発明の比較として図１２には、切込３が強化繊維１となす角度Θの絶対値が９０°である切込プリプレグ基材２を積層した積層体２２をａ）、その積層体２２を成形した繊維強化プラスチック２３をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材２由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。ａ）に示す通り、切込プリプレグ基材２は、繊維に垂直な切込を全面に設けられており、切込３は層の厚み方向を貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体２２より面積が伸長した繊維強化プラスチック２３を得ることができる（ただし、厚みは減る）。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック２３を得た際、切込プリプレグ基材２由来の短繊維層２４は、繊維直行方向に伸長すると共に、繊維が存在しない領域（切込開口部）２５が生成される。これは一般的に強化繊維が成形程度の圧力では伸長しないためであり、図１２のケースでは、伸張した長さ分だけ切込開口部２５が生成され、例えば２５０×２５０ｍｍの積層体２２から３００×３００ｍｍの繊維強化プラスチック２３を得た際には、３００×３００ｍｍの繊維強化プラスチック２３の表面積に対して、切込開口部２５の総面積は５０×３００ｍｍ、すなわち１／６（約１６．７％）が切込開口部となる計算である。この領域２５は断面図に示すとおり、隣接層２７が侵入してきて、樹脂リッチ部２８と隣接層２７が侵入している領域とで占められる。従って、切込プリプレグ基材２を用いた積層体２２を伸長して成形した場合、繊維束端部２６では層のうねり２９や樹脂リッチ部２８が発生し、これが力学特性の低下や表面品位の低下に影響を与える。また、繊維がある部位とない部位で剛性が異なるため、面内異方性の繊維強化プラスチック２３となり、ソリなどの問題から設計が難しい。また、強度の面では、荷重方向から±１０°以下程度に向いている繊維が大部分の荷重を伝達しているが、その繊維束端部２６では隣接層２７に荷重を再分配しなければならない。その際、図１２ｂ）のように、繊維束端部２６が荷重方向に垂直となっていると、応力集中が起きやすく、剥離も起こりやすい。そのため、強度向上はあまり期待できない。
【００３６】
一方で図１３には、本発明の好ましい例［１］の切込プリプレグ基材２を積層した積層体２２をａ）、その積層体２２を成形した繊維強化プラスチック２３をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材２由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材２は、繊維１となす角度Θの絶対値が２５°以下の連続した切込３ｂが全面に設けられており、切込３ｂは層の厚み方向を貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体２２より面積が伸長した繊維強化プラスチック２３を得ることが出来る。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック２３を得た際、切込プリプレグ基材２由来の短繊維層２４は、繊維直交方向に伸長すると共に、繊維１自体が回転３０して伸長領域の面積を稼ぐため、図１２のように繊維が存在しない領域（切込開口部）２５が実質的に生成せず、層表面に存在する切込開口部の面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内である。従って、断面図を見ても分かるとおり、隣接層２７が侵入することもなく、層のうねり２９や樹脂リッチ部２８のない高強度で品位の高い繊維強化プラスチック２３を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維１が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この繊維が回転して伸長し、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は、切込と強化繊維とのなす角度Θの絶対値が２５°以下であり、かつ、切込が連続して入れられていることで初めて得ることができる。また、強度の面では、前述と同様に荷重方向から±１０°以下程度に向いている繊維に注目すると、図１３ｂ）のように、繊維束端部２６が荷重方向に対して寝てきている様子がわかる。繊維束端部２６が層厚み方向に斜めとなっているため、荷重の伝達がスムーズであり、繊維束端部２６からの剥離も起こりにくい。従って、図１２に比べ格段の強度向上が見込まれる。この繊維束端部２６が層厚み方向に斜めとなるのは上述の繊維１が回転３０する際、上面と下面の摩擦により上面から下面で繊維１の回転３０になだらかな分布があるためで、そのため、層厚み方向に繊維１の存在分布が発生し、繊維束端部２６が層厚み方向に斜めとなったと考えられる。このような繊維強化プラスチック２３の層内で層厚み方向に斜めの繊維束端部を形成し、強度を著しく向上する画期的効果は切込３ｂの繊維１となす角度Θの絶対値が２５°以下であることで初めて得ることができる。
【００３７】
図１４には、本発明の好ましい例［２］の切込プリプレグ基材２を積層した積層体２２をａ）、その積層体２２を成形した繊維強化プラスチック２３をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材２由来の層をクローズアップした平面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材２は、繊維１となす角度Θの絶対値が２５°以下の断続的な切込３ａが全面に設けられており、切込３ａは層の厚み方向を貫いている。切込３ａにより繊維長さＬを切込プリプレグ基材２の全面で１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体２２より面積が伸長した繊維強化プラスチック２３を得ることができる。切込長さ、切込角度を小さくすることにより、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることができる。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック２３を得た際、切込プリプレグ基材２由来の短繊維層２４は、繊維垂直方向に伸長する際、繊維方向に繊維が伸張しないため、繊維が存在しない領域（切込開口部）２５が生成されるが、隣接する短繊維群が繊維直行方向に流動することで、切込開口部２５を埋め、切込開口部２５の面積が小さくなる。この傾向は特に、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで顕著となり、実質的に切込開口部２５が生成せず、層表面に存在する切込開口部の面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内とすることができる。従って、厚み方向に隣接層２７が侵入することもなく、層のうねり２９や樹脂リッチ部２８のない高強度で品位の高い繊維強化プラスチック２３を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維１が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この切込開口部を繊維直行方向の流動により埋め、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は切込角度Θの絶対値が２５°以下であり、かつ切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで初めて得ることができる。さらに好ましくはＷｓが１ｍｍ以下であることにより、より高強度、高品位とすることができる。
【００３８】
本発明において、繊維体積含有率Ｖｆは４５〜６５％の範囲内であることが好ましい。繊維体積含有率Ｖｆが６５％以下で十分な流動性を得ることができる。Ｖｆが低いほど流動性は向上するが、Ｖｆが４５％より小さくなると、構造材に必要な高力学特性は得られない場合がある。流動性と力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは５５〜６０％の範囲内である。
【００３９】
さらに本発明におけるプリプレグ基材を構成す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を繊維として用いた強化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。
【００４０】
また、本発明におけるプリプレグ基材に用いられるマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂であっても、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂であっても、それらの混合樹脂であっても構わない。ただし、積層時にプリプレグ基材を圧着する必要があることから、タック性に優れる半硬化状態の熱硬化性樹脂の方が適している。なかでも、かかる熱硬化性樹脂としては、貼り重ねる工程でのタック性、および繊維強化プラスチックとした時の力学特性を考慮するとエポキシ樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂を用いる場合はタック性を確保するために、予熱してから積層するのが好ましい。この場合の加熱温度は用いる熱可塑樹脂が一連の積層工程の中で半硬化状態を保てる温度にするのが好ましい。
【００４１】
本発明において、前記積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下となるように積層体を作製するのが好ましい。繊維の流動性を考慮すると、より好ましくは前記積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの６５〜７５％である。薄肉部の厚みが８０％より大きいと、前述の薄肉部を形成せず、前述の積層体全体の厚みを均一にした場合と同様、前記積層体の厚みが前記積層体のキャビティ寸法の影響を受けることとなり、その影響の効果は８０％を超えて大きくなるにつれて大きくなる。それに従い、成形型に沿わせて配置するのが困難であったり、型締めの際に加圧するもう一方の成形型が積層体端部に当たってしまうなどして、所望の形状が得られない、積層体の層構造が崩れて力学的物性が低下する、表面品位が著しく低下するといった問題が生じる。また、繊維を流動させても成形品の端部で繊維が充填されていない箇所が生じる可能性を考慮すると、薄肉部の厚みが６５％以上であることが好ましい。なお、積層体を配置する際、型に沿わせる薄肉部の長さについては特に制限はないが、プレス方向への長さは、目的の成形品の形状が深絞り形状である場合、繊維をかさ高い位置まで流動させる必要があることから、成形品の深絞り形状部の寸法の少なくとも２０％の長さにするのが好ましい。
【００４２】
本発明において、前記薄肉部を有する積層体を作製する手段は以下に示すいずれかの方法により行われるのが好ましい。
【００４３】
まず方法［１］としては、図３に示すように、１つのカットパターンの端部の少なくとも一部において外縁に向かってオフセットした複数のカットパターンに従って前記切込プリプレグ基材２を裁断し、得た数種の形状の切込プリプレグ基材２を積層して薄肉部１０を有する積層体３１を得るのが好ましい。ここで、“１つのカットパターンの端部の外縁に向かってオフセットしたカットパターン”とは、ある基準となるカットパターンに対して、薄肉部１０を形成しようとする積層体端部に対応する箇所の寸法を変え、プリプレグ基材の層によって積層体端部にテーパー形状や、段が形成されるようにしたカットパターンのことである。ここでは、この領域Ａが前記薄肉部１０に相当し、積層体３１を成形型に配置する際に型に沿わせる部位となる。ここで、前述の通り、この領域Ａにおける積層体薄肉部１０の厚み３２は、前記成形型のキャビティの厚み８の８０％以下であるのが好ましい。
【００４４】
この方法［１］で得られる積層体３１の好ましい形状の一例としては、前記成形型の凹部５と接する層１１の面積が、該凹部の開口部９の投影面積以上の面積を有し、かつ、前記積層体３１を構成する前記切込プリプレグ基材２の中で最大であり、一方の前記成形型の凸部４と接する層の面積が最小であるのがよい。ここで図３ａ）に示すように、積層体を構成する各層の面積を最大面積から最小面積まで各層ごとに徐変化させて薄肉部１０を形成してもよいし、図３ｂ）に示すように、数層が同一のカットパターン、すなわち同一の面積の切込プリプレグ基材２が積層されて積層体前駆体３３を形成し、ある積層体前駆体３３に対してオフセットした数種の積層体前駆体を積層して１つの薄肉部１０を有する積層体を形成してもよい。また、図３に示す領域Ａの幅Ｗａ（３４）については得に制限はないが、前述の通り、深絞り形状の成形を行う際には型に沿わせる薄肉部の寸法が成形品の深絞り形状部の寸法の少なくとも２０％の長さにするのが好ましく、それにしたがって領域Ａの幅Ｗａも深絞り形状部の寸法の２０％を超える長さにするのが好ましい。
【００４５】
次に方法［２］としては、図１５に示すように、前記積層体の最外層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンより、前記積層体の最外層以外の中央層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンを小さくして、前記プリプレグ基材を一体化して薄肉部を有する積層体３１を得るのが好ましい。ここで、“積層体の両表層”とはプレス成形時に前記成形型と接する層３７のことを指し、“両表層以外の中央層”とは、プレス成形時に成形型と接しない、積層体を構成する切込プリプレグ基材３８すべてを指す。この方法［２］では、両表層のカットパターンに対して、中央層のカットパターンを小さくすることで、積層体３１の端部の少なくとも一部において、図１５に示した領域Ｂ（１０”）のような薄肉部１０を形成するものである。本手法では、この領域Ｂが積層体３１を成形型に配置する際に型に沿わせる部位となる。ここで、前述の通り、この領域Ｂにおける積層体薄肉部の厚みは、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下であるのが好ましい。なお、本手法によって得られる形状において、薄肉部の厚みは、図１５に示すように、領域Ｂにおいて、両表層に向かって徐変化する箇所の最厚部の厚み（３６’、３６”）の和（３６）とする。本手法によって得られる薄肉部を有する積層体３１は、両表層３７が中央層３８の流動経路のガイドの役割を果たすため、方法［１］のような、片表層が成形型と接している形状とは異なり、成形型と流動する繊維との間に摩擦が存在せず、より高い流動性を確保することができる。
【００４６】
この方法［２］で得られる積層体の好ましい形状の一例としては、成形型と接する積層体の両表層３７が該積層体の凹部の開口部９の投影面積以上の面積を有し、かつ、前記積層体３１を構成する前記切込プリプレグ基材の中で最大であり、積層体の両表層以外の層、すなわち中央層３８が両表層の面積に対して小さいのがよい。ここで、図１５ａ）に示すように、中央層３８の面積が、両表層３７に対して徐々に小さくなるようにして薄肉部１０を形成してもよいし、各表層から数層の中央層が表層と等しい形状・面積を有する、つまり同一のカットパターンで積層体前駆体３３を形成し、他の中央層が両表層より小さなカットパターンで前記積層体前駆体３３よりも面積の小さな積層体前駆体３３’を形成し、図１５ｂ）に示すようなサンドイッチ形状を形成することで薄肉部を形成してもよい。また、図１５に示す領域Ｂの幅Ｗｂ（３５）について得に制限はないが、前述の通り、深絞り形状の成形を行う際にはキャビティとなる領域に折り込む薄肉部の寸法が成形品の深絞り形状部の寸法の少なくとも２０％の長さにするのが好ましく、それにしたがって領域Ｂの幅Ｗｂも深絞り形状部の寸法の２０％を超える長さにするのが好ましい。
【００４７】
本発明において、プレス工程において前記積層体の外縁の少なくとも一部を伸張させ、立ち壁を有する繊維強化プラスチックを成形することが出来る。ここで“立ち壁”とは、凹凸形状と区別して用いられる概念であり、形状がある面に対して９０°±１０°の範囲内で変化し、ある面からの高さが２０ｍｍ以上であるものを指す。ここで、立ち壁を成形する際の高さは特に制限はないが、高さが高すぎると、立ち壁の先端まで十分に繊維が流動せず、形状が出ないことがあるため、５０ｍｍ以下であるのが好ましい。更に好ましくは４０ｍｍ以下である。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、特にこれに限定されるものではない。
【００４９】
＜繊維強化プラスチック成形、および成形性の評価＞
本成形に用いる金型３９は、図１６に示すように、２００×１５０ｍｍの平板上に３箇所の凹凸４０を備えており、金型周囲４面には高さ４０ｍｍの立ち壁を成形するためのキャビティ４１が設けられている。なお、立ち壁となるキャビティの厚み寸法は２ｍｍである。本金型凹部の中央に切込プリプレグ基材によって構成される積層体を、凹部の周囲壁面に薄肉部を沿わせるようにして配置し、加熱型プレス成形機により、もう一方の金型凸部を押し当て６ＭＰａの加圧の元、１５０℃×３０分間の条件により硬化させた。これにより、繊維強化プラスチックの成形体を得た。
【００５０】
流動性に関しては、基材を伸長して成形するにあたり、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されており、所望の立ち壁が形成されるまで伸長している場合には流動性○、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されているものの、最表層に配された基材がほとんど伸長していない場合には流動性△、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されていない部位がある場合には流動性×、として評価した。
【００５１】
ソリに関しては、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台と全面で接触している場合にはソリ○、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台とが全面で接触しておらず、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と全面で接触する場合にはソリ△、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と接触していない部分がある場合にはソリ×と評価した。
【００５２】
さらに、立ち壁角部の断面観察を行い、層構造が保たれているかを確認し、層構造が保たれていれば層構造○、繊維の突っ張りや樹脂溜りが生じ、層構造の一部が保たれていない場合は層構造△、全く保たれていない場合には層構造×と評価した。
【００５３】
＜機械特性評価＞
前記手順により得られた繊維強化プラスチックの平板部より、長さ１８０±１ｍｍ、幅２５±０．２ｍｍに切り出し引張強度試験片を得た。試験は、掴み具間距離を１００ｍｍとし、クロスヘッド速度２．０ｍｍ／分で引張強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機としてインストロン（登録商標）万能試験機４２０８型を用いた。測定した試験片の数はｎ＝５とし、平均値を引張強度とした。さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数（ＣＶ値（％））を算出した。
【００５４】
（実施例１）［積層体形状：前記方法［１］式、切込形態：連続］
エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製“エピコート（登録商標）”８２８：３０重量部、“エピコート（登録商標）”１００１：３５重量部、“エピコート（登録商標）”１５４：３５重量部）に、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール（チッソ（株）製“ビニレック（登録商標）”Ｋ）５重量部をニーダーで加熱混練してポリビニルホルマールを均一に溶解させた後、硬化剤ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン（株）製ＤＩＣＹ７）３．５重量部と、硬化促進剤３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア（保土谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）４重量部を、ニーダーで混練して未硬化のエポキシ樹脂組成物を調整した。このエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを用いてシリコーンコーティング処理された厚さ１００μｍの離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。次に、一方向に配列させた炭素繊維（引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２３５ＧＰａ）の両面に樹脂フィルムをそれぞれ重ね、加熱・加圧することによって樹脂を含浸させ、単位面積あたりの炭素繊維重さ１２５ｇ／ｍ２、繊維体積含有率Ｖｆ５５％、厚み０．１２５ｍｍのプリプレグ基材を作製した
このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて、図１７に示すように、切込３と繊維方向とのなす角度が１０°の方向の直線的な切り込み３ｂを連続的に挿入し、強化繊維１が繊維方向への長さが３０ｍｍになるように切断した。この切込プリプレグ基材２を繊維配向方向（０°方向）と、繊維配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に、それぞれ２２４×１７４ｍｍ、２１６×１６６ｍｍ、２０８×１５８ｍｍ、１９５×１４５ｍｍの４種類の大きさに切り出し、等間隔で規則的な切り込みを有するプリプレグ基材を得た。ここで、各切込プリプレグ基材の周囲５ｍｍには切込を入れず、連続的な切込によりばらばらとならないようにした。なお、切込プリプレグ基材の切込の長さが長いため、積層工程において、基材の目ずれが起きるなどプリプレグ基材のハンドリング性に若干の難があった。
【００５５】
前記４種の大きさに切断した切込プリプレグ基材をそれぞれ４層ずつ積層して積層体前駆体３３を作製した後、得られた４種の積層体前駆体を面積の大きい順に積層して、図３ｂ）に示すような薄肉部を有する積層体３１を得た。この時、積層体の積層構成は［−４５／０／＋４５／９０］２Ｓとなるように１６層疑似等方に積層した。なお、本積層体の薄肉部の幅Ｗａは１２ｍｍ（立ち壁の高さの３０％分）であり、金型に沿わせる薄肉部１０の最も厚い部分の厚み３２は１．５ｍｍ（キャビティの厚みの７５％）である。
【００５６】
得られた切込プリプレグ基材２によって構成される積層体３１を、前記手法により成型し、凹凸部と立ち壁とを有する繊維強化プラスチックを得た。ここで、積層体３１を金型に設置する際、薄肉部が成形型凹部の壁面に沿って変形し、容易に配置・位置決めすることができた。
【００５７】
得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。得られた繊維強化プラスチックより切り出した平板部の引張弾性率は４６ＧＰａとほぼ理論値通り発現し、また、引張強度に関しても５９０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も５％ときわめてバラツキの小さい結果となった。これらの結果から構造材としての適用、外板部材への適用が可能な力学特性と品位が得られたことがわかった。
【００５８】
（実施例２）［積層体形状：前記方法［１］式、切込形態：断続］
図１８に示すように、切込の挿入の仕方を断続的にした以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。切込プリプレグ基材２の繊維長さＬ、切込と繊維方向とのなす角度Θ、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓは、それぞれＬ＝３０ｍｍ、Θ＝１０°、Ｗｓ＝０．５１ｍｍであった。なお、本手法によって得られた切込プリプレグ基材２は、実施例１に比べて切込の長さが短く、積層工程において基材が変形することもなく、容易に積層体を得ることが出来た。
【００５９】
得られた繊維強化プラスチックは実施例１と同等に良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。得られた繊維強化プラスチックより切り出した平板部の引張強度については、６５０ＭＰａと実施例１よりもさらに高い値が発現した。
【００６０】
（実施例３〜７）［繊維長さの比較（表１）］
切込の間隔を変えることにより繊維長さＬを変えた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。それぞれＬは、実施例３では７．５ｍｍ、実施例４では１０ｍｍ、実施例５では６０ｍｍ、実施例６では１００ｍｍ、実施例７では１２０ｍｍとした。
【００６１】
得られた繊維強化プラスチックは実施例６、７を除いて良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。実施例６、７については若干の繊維のうねりと金型との摩擦を受ける表面部で端部まで繊維が十分流動してない部位があった。また、立ち壁部の先端表層で繊維が充填されていない箇所が一部見られ、角部の層構造も一部乱れていた。実施例３を除いて、引張弾性率は４６〜４７ＧＰａ、引張強度は５２０〜６６０ＭＰａと高い値であり、引張強度のＣＶ値も４〜６％とバラツキの小さい結果であった。一方、実施例３については、実施例４、５と同様、良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。また、立ち壁角部についても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。しかし、引張強度が４４０ＭＰａと実施例１や実施例４〜７と比較して低い値であった。
【００６２】
（実施例８〜１３）［切込角度の比較（表２）］
切込と繊維方向とのなす角度を変えた以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。実施例８は切込角度Θが１°、実施例９は２°、実施例１０は５°、実施例１１は１５°、実施例１２は２５°、実施例１３は４５°の方向に連続的な切込を設けた。
【００６３】
得られた繊維強化プラスチックは実施例９〜１２については良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。引張弾性率は４６〜４７ＧＰａ、引張強度は４８０〜６６０ＭＰａと高い値であり、引張強度のＣＶ値は３〜６％とバラツキの小さい結果であった。特に切込角度の小さな実施例９、１０では６００ＭＰａ以上の引張強度を発現した。実施例８については、切込角度が小さいため、切込同士の間隔が０．５ｍｍ程度と小さく、安定的に基材の裁断を行うことが困難であり、引張強度のＣＶ値も１０％とばらつきも大きかったが、張弾性率は４６ＧＰａ、引張強度は６５０ＭＰａと高い値を示した。また、実施例１３は引張強度が３６０ＭＰａと少々低かったものの、引張弾性率は４５ＧＰａと他の実施例とほぼ同等の値を示し、繊維のうねりもなく、その端部まで繊維が均等に流動していた。
【００６４】
（実施例１４〜１８）［投影長さＷｓの比較（表３）］
実施例２の切込パターンにおいて、切込の長さと切込の間隔を変えた以外は、実施例２と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。実施例１４では投影長さＷｓと切込の間隔を共に０．０２ｍｍ、実施例１５では０．１７ｍｍ、実施例１６では１ｍｍ、実施例１７では２ｍｍ、実施例１８では１０ｍｍとした。なお実際の切込の長さはそれぞれ、実施例１４では０．１２ｍｍ、実施例１５では１ｍｍ、実施例１６では５．８ｍｍ、実施例１７では１１．５ｍｍ、実施例１８では５８ｍｍである。
【００６５】
得られた繊維強化プラスチックは実施例１４を除いていずれも良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。また、引張強度も５５０〜６８０ＭＰａと非常に高強度であった。また、特に投影長さＷｓ（切込長さ）が小さければ小さいほど高強度となるが、その傾向はＷｓが１．５ｍｍ以下の場合に顕著に現れることが確認できた。なお、実施例１４については、凹凸部の形状に繊維が沿っており、立ち壁角部の層構造も維持されていたものの、最表面の繊維の一部が繊維逃げによって切断されておらず、繊維がうねり、また立ち壁の先端部の一部に繊維が充填されていない箇所があった。また、ＣＶ値が１１％と若干高く、ばらつきが大きかったが、引張強度は６９０ＭＰａと最も高い値を示した。
【００６６】
（実施例１９〜２２）［繊維体積含有率の比較（表４）］
実施例１のプリプレグ基材の単位面積あたりの炭素繊維重さを変えることにより炭素繊維の体積含有率Ｖｆを変えた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。それぞれ実施例１９が単位面積あたりの炭素繊維重さが１５８ｇ／ｍ２、Ｖｆが７０％、実施例２０が１４６ｇ／ｍ２、Ｖｆが６５％、実施例２１が１０１ｇ／ｍ２、Ｖｆが４５％、実施例２２が９０ｇ／ｍ２、Ｖｆが４０％とした。
【００６７】
実施例２０では得られた繊維強化プラスチックは若干の繊維のうねりと金型との摩擦を受ける表面部で端部まで繊維が十分流動してない部位があった。また、立ち壁角部の層構造が、一部乱れていた。一方、実施例２１では得られた繊維強化プラスチックは繊維のうねりなく、その端部まで繊維が充分に流動していた。その他、どちらの繊維強化プラスチックもソリがなく、最外層の切り込み部においても、強化繊維が存在せずに樹脂リッチまたは隣接層の強化繊維がのぞいている部位はほとんどなく、良好な外観品位、平滑性を保っていた。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。引張弾性率は４０〜５３ＧＰａ、引張強度は４８０〜６２０ＭＰａと高い値であり、引張強度のＣＶ値も６〜７％とバラツキの小さい結果であった。一方、実施例１９で得られた繊維強化プラスチックは繊維がうねり、金型との摩擦を受ける表面部で端部まで繊維が流動していなかった。表面部には樹脂欠けがあり、外観品位は悪く、ソリも発生した。また立ち壁の先端で繊維が充填されていない箇所が存在し、角部の層構造も表層付近で一部乱れていた。ただし、引張強度は６４０ＭＰａ、弾性率は５４ＧＰａと非常に良好な物性を発現していた。また、実施例２２では、引張弾性率３７ＧＰａ、引張強度４５０ＭＰａと実施例１や実施例２０と比較してかなり低い値であったが、得られた繊維強化プラスチックはソリがなく、良好な外観品位、平滑性を保っていた。Ｖｆが大きくなるほど、引張弾性率も強度も向上するという結果となったが、あまりＶｆが大きいと流動性が落ちるという難点があった。
【００６８】
（実施例２３〜２５）［薄肉部厚みの比較（表５）］
４種類の大きさで切り出した切込プリプレグ基材の各寸法の積層数を変えることによって、積層体の薄肉部の厚みを変えた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。それぞれ実施例２７が２２４×１７４ｍｍの大きさの基材を３層、２１６×１６６ｍｍの大きさの基材を３層、２０８×１５８ｍｍの大きさの基材を２層、１９５×１４５ｍｍの大きさの基材を８層、実施例２８が２２４×１７４ｍｍを４層、２１６×１６６ｍｍを４層、２０８×１５８ｍｍを３層、１９５×１４５ｍｍの大きさの基材を５層、実施例２９が２２４×１７４ｍｍの大きさの基材を５層、２１６×１６６ｍｍの大きさの基材を４層、２０８×１５８ｍｍの大きさの基材を４層、１９５×１４５ｍｍの大きさの基材を３層とした。なお、薄肉部の厚みにすると、前述の通り、積層体の厚みが徐変化して薄肉部が形成されている場合は、薄肉部において、最も厚い部分の厚みを薄肉部の厚みとするので、実施例２７が１ｍｍ（キャビティ厚みの５０％）、実施例２８が１．３８ｍｍ（キャビティ厚みの６８．８％）、実施例２９が１．６２５ｍｍ（キャビティ厚みの８１．３％）である。
【００６９】
実施例２８では得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。一方実施例２７では、立ち壁角部の層構造は維持されていたものの、立ち壁先端部の表層において、一部繊維が充填されていない箇所が存在した。また、実施例２９では、金型に配置する際、薄肉部を曲げて金型に沿わせようとしたところ、金型凸部と接する側の表層の角部に皺が入り、立ち壁角部の層構造が一部乱れていた。また、成形時には同箇所で金型凸部と基材がこすれて表面の繊維配向が乱れた。しかしながらいずれも引張弾性率は４６〜４７ＧＰａ、引張強度は５７０〜５９０ＭＰａと実施例１とほぼ同等の値を示し、ＣＶ値も５〜６％と、ばらつきが小さかった。
【００７０】
（実施例２６）［薄肉部形成法の比較］
切り出した切込プリプレグ基材の寸法を２２４×１７４ｍｍ、１９５×１４５ｍｍの２種類とし、２２４×１７４ｍｍの寸法の基材を６層積層した積層体前駆体を２つ、１９５×１４５ｍｍの寸法の基材を４層積層した積層体前駆体３３を１つ作製し、図１５ｂ）に示すように、１９５×１４５ｍｍの寸法の基材を４層積層した積層体前駆体を２２４×１７４ｍｍの寸法の基材を６層積層した積層体前駆体で挟み込むようにして薄肉部を有する積層体を作製した以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。なお、本積層体の薄肉部の幅Ｗｂは１２ｍｍ（立ち壁他高さの３０％分）であり、キャビティとなる領域に織り込む薄肉部の最も厚い部分の厚みは１．５ｍｍ（キャビティの厚みの７５％）である。
【００７１】
得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。また引張弾性率は４６％、引張強度は５８０ＭＰａと実施例１とほぼ同等の値を示した。
【００７２】
（比較例１）［連続繊維プリプレグ基材との比較］
プリプレグ基材に切込を入れなかった以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００７３】
得られた繊維強化プラスチックは、凹凸部は形成しているものの、凹凸部に強化繊維およびマトリックス樹脂が引き込まれたため繊維強化プラスチックの端部が欠けており、凹凸部のエッジで繊維がブリッジングしたため該箇所では樹脂リッチとなっていた。さらに、平面部では皺が発生し、立ち壁部ではほとんど繊維が充填していなかったため、製品としての適用は不可能と思われた。
【００７４】
（比較例２）［ＳＭＣとの比較］
一方向プリプレグ基材を繊維長２５ｍｍ、幅５ｍｍに裁断してチョップド原料プリプレグとし、そのチョップド原料プリプレグをランダムに配向させながらニップロールで加圧してそれぞれを接着したものを用いた以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００７５】
得られた繊維強化プラスチックは、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していたが、流動状態が均一でないため線膨張係数の差異によりソリを生じた。また、引張強度は１９０ＭＰａと各実施例と比べて大幅に低く、ＣＶ値も１３％という値であり、バラツキが大きかった。
【００７６】
（比較例３）［薄肉部を有さない積層体との比較］
積層体作製の際に、２２４×１７４ｍｍの切込プリプレグ基材を［−４５／０／＋４５／９０］２Ｓとなるように１６層疑似等方に積層し、積層する切込プリプレグ基材を1種類として、厚みの均一な薄肉部を有さない積層体を用いた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００７７】
積層体を金型に配置する際、金型に沿わせようとしたが、積層体を折り曲げるのが困難であり、完全に沿わせることは出来なかった。また、折り曲げた際に金型凸部と接する側の表層の角部に皺が入り、成形時には同箇所で金型凸部と基材がこすれて表面の繊維配向が乱れた。更に型締め時に積層体端部に金型凸部が当たり、表層が若干剥がれたような状態になったため、製品としての適用は不可能と思われた。
【００７８】
（比較例４、５）［成形型凹部の開口部の投影面積以下の積層体との比較］
成形型凹部と接する層の面積が成形型凹部の開口部の投影面積以下である積層体を用いた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。比較例４では実施例１と同じ積層体を金型に配置する際、１９５×１４５ｍｍの表層が金型凹部に接するように配置した。この時端部の薄肉部は金型凹部に沿わせるように配置した。比較例５では１９５×１４５ｍｍの切込プリプレグ基材を［−４５／０／＋４５／９０］２Ｓとなるように１６層疑似等方に積層し、積層する切込プリプレグ基材を1種類として、厚みの均一な薄肉部を有さない積層体を配置した。
【００７９】
比較例４では、金型の平板部では良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。しかしながら、立ち壁部については、キャビティの先端まで繊維が充填していたものの、立ち壁角部周辺については繊維の流動が乱れ、層構造が崩れており、表層の繊維配向も乱れていた。また、比較例５では、金型の平板上では良好な表面平滑性を有し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかったが、立ち壁部のキャビティの先端で一部繊維が充填していない箇所が存在し、立ち壁角部については繊維の流動が乱れ、層構造が崩れており、表層の繊維配向も乱れていた。
【００８０】
（比較例６）［積層体を成形型に配置時、薄肉部を沿わせない場合との比較］
金型に積層体を配置する際、型に沿わせて配置せず、金型凹部の開口部を塞ぐように積層体を配置した以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００８１】
得られた繊維強化プラスチックは、金型の平板部では良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。しかしながら、立ち壁部については、プレス時に積層体に金型凸部が接触した際に若干位置がずれたため、一部キャビティの先端に繊維が充填されていない箇所が見られた。また、立ち壁の積層体の金型凹部と接する表層がプレス時に金型凹部にこすれて、表面の繊維配向が乱れていた。
【００８２】
【表１】
【００８３】
【表２】
【００８４】
【表３】
【００８５】
【表４】
【００８６】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の製造方法にて得られた積層体を用いて成形された繊維強化プラスチックの用途としては、強度、剛性、軽量性が要求される、自転車用品、ゴルフのシャフトやヘッド等のスポーツ部材、ドアやシートフレームなどの自動車部材、ロボットアームなどの機械部品、スチフナ部品などの航空機部材がある。なかでも、強度、軽量に加え、複雑な形状の成形追従性が要求されるシートパネルやシートフレーム等の自動車部品に好ましく適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明における積層体平面の概略拡大図である。
【図２】本発明における凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型の概略図である。
【図３】本発明における薄肉部を有する積層体の一例を示す概略図、及びその断面図である。
【図４】本発明における積層体の成形型への配置方法の一例を示す概略図である。
【図５】本発明における繊維の流動の様子を示す概略図である。
【図６】本発明における積層体の成形型への配置方法の一例（ａ）及び繊維の流動の様子（ｂ）を示す概略図である。
【図７】本発明における樹脂溜まりの様子（ａ）とプレス時の層構造の乱れ（ｂ）を示す概略図である。
【図８】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す概略平面図である
【図９】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す拡大平面図である。
【図１０】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す概略平面図である
【図１１】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す概略平面図である
【図１２】比較用の積層体、繊維強化プラスチックの一例を示す平面図および断面図である。
【図１３】本発明の積層基材、繊維強化プラスチックの一例を示す平面図および断面図である。
【図１４】本発明の積層基材、繊維強化プラスチックの一例を示す平面図である。
【図１５】本発明における薄肉部を有する積層体の一例を示す概略図、及びその断面図である。
【図１６】本発明の一実施態様に係る金型の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１７】本発明における切込プリプレグ基材の製造方法の一例を示す概略図である。
【図１８】本発明における切込プリプレグ基材の製造方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１：強化繊維
２：切込プリプレグ基材
３（３ａ、３ｂ）：切込
４：成型型凸部
５：成型型凹部
６：成型型の凸部と凹部の間に構成されるキャビティ
７：成型型端部で形成される形状（立ち壁）
８：キャビティの厚み
９：成型型凹部の開口部
９’：成型型凹部の開口部の投影面積
１０：薄肉部
１０’：領域Ａ（薄肉部）
１０”：領域Ｂ（薄肉部）
１１：積層体の成型型凹部と接する層
１２：層構造
１３：層構造の乱れ
１４：成型型の端部
１５：樹脂溜まり
１６：積層体の端部
１７：繊維配向方向
１８：繊維直交方向
１９：切込角度Θ
２０：切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ
２１：繊維長さＬ（切込同士の間隔）
２２：切込プリプレグ基材の積層体
２３：繊維強化プラスチック
２４：短繊維層
２５：切込開口部
２６：繊維束端部
２７：隣接層
２８：樹脂リッチ部
２９：層うねり
３０：強化繊維の回転
３１：薄肉部を有する積層体
３２：薄肉部の厚み
３３：積層体前駆体
３４：領域Ａの幅Ｗａ
３５：領域Ｂの幅Ｗｂ
３６：領域Ｂにおける最厚部の和
３６’、３６”：両表層に向かって徐変化する箇所の最厚部の厚み
３７：積層体の成形型と接する層（積層体両表層）
３８：積層体の中央層
３９：繊維強化プラスチック成形金型
４０：凹凸部
４１：立ち壁部
４２：上金型
４３：下金型
４４：回転刃ローラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な流動性、成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する積層体をプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る、繊維強化プラスチックの製造方法に関する。かかる繊維強化プラスチックは、例えば自動車などの輸送機器、自転車などのスポーツ用具などの構造部材に特に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、その需要は年々高まりつつある。
【０００３】
高機能特性を有する繊維強化プラスチックの成形法としては、プリプレグと称される連続した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸せしめた半硬化状態の中間基材を積層し、高温高圧釜で加熱加圧することによりマトリックス樹脂を硬化させ繊維強化プラスチックを成形するオートクレーブ成形が最も一般的に行われている。また、前記プリプレグ基材の積層体を予備加熱して軟化状態にある該積層体を雌雄一対からなる金型間に供給し、次いで加圧することで所望の形状の成形体を得るプレス成形も広く行われている。特にプレス成形は、比較的均一な精度の製品を多量に生産できることが特徴であり、多量生産を行うために高速化、高精度化、品質の安定化などの要求が高く、それらを実現するために作業性、成型性の向上に関する市場の要求は非常に高い。
【０００４】
これらの成形法により得られた繊維強化プラスチックは、連続繊維で構成される所以、優れた力学物性を有する。また、連続繊維は規則的な配列であるため、基材の配置により必要とする力学物性に設計することが可能であり、力学物性のバラツキも小さい。しかしながら、一方で元来強化繊維自体の伸縮性が乏しいため、凹凸部や、ダブルコンター曲面等を有する複雑な三次元形状を形成することは困難である。このような連続繊維基材を賦形した場合には、形状表面を覆いきれない箇所で突っ張りが、基材が余った箇所でシワが発生するため、高品位な賦形が難しい。連続繊維基材であっても、織物基材のように面内でせん断変形が可能な場合は、かなり賦形し易くはなるものの、形状が複雑になれば、やはり繊維の突っ張りやシワが発生してしまう、という問題があり、したがって、現在は主として一次曲面や平面形状に近い部材に限られているのが実状である。
【０００５】
一方、ダブルコンター曲面や凹凸部等の複雑な三次元形状に適した成形法として、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）を用いたプレス成形がある。この成形法では、通常２５ｍｍ程度に切断したチョップドストランドに熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたＳＭＣシートを、プレス機を用いて加熱・加圧することにより成形を行う。多くの場合、加圧前にＳＭＣを成形体の形状より小さく切断して成形型上に配置し、加圧により成形体の形状に引き伸ばして（流動させて）成形を行う。そのため、その流動により凹凸部やダブルコンター曲面等の複雑な形状にも追従可能となる。しかしながら、ＳＭＣはそのシート化工程において、チョップドストランドの分布ムラ、配向ムラが必然的に生じてしまうため、力学特性が低下し、そのバラツキが大きくなる問題があった。さらには、特に薄物の部材ではソリ、ヒケ等が発生しやすくなり、構造材としては不適な場合が多い。
【０００６】
これに対して、上述のような材料の欠点を埋めるべく、連続繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグ基材に切り込みを入れることにより、流動可能で力学物性のバラツキも小さくなるとされる基材が開示されている（例えば特許文献１、２）。しかしながら、ＳＭＣと比較すると力学特性が大きく向上し、バラツキが小さくなるものの、構造材として適用するには十分な強度とは言えない。連続繊維基材と比較すると切り込みという欠陥を内包した構成であるために、応力集中点である切り込みが破壊の起点となり、特に引張強度、引張疲労強度が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開昭６３−２４７０１２号公報
【特許文献２】特開平９−２５４２２７号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術では複雑形状の形成と低バラツキ性、十分な強度、及び取扱いの両立が困難であった背景を鑑み、成形時において、良好な流動性および複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、繊維強化プラスチックおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。すなわち、
（Ｉ）一方向に配向した強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を、所定の形状に裁断した後、前記プリプレグ基材の繊維方向が少なくとも２方向以上に配向して一体化して積層体を作製し、さらに該積層体を、凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型に配置してプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも下記（１）〜（３）の工程を有する繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記プリプレグ基材の全面に切込を有し、実質的に全ての強化繊維が前記切込により切断されている切込プリプレグ基材を、少なくとも前記凹部と接する層が、前記凹部の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、かつ、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を作製する積層工程
（２）前記積層体を、前記積層体の薄肉部の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、型に沿わせて配置するセット工程
（３）前記成形型の一方の型上に配置した積層体を前記成形型のもう一方の型を押し当て加圧し、前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程。
【０００９】
（II）前記（１）の積層工程で用いられる切込プリプレグ基材が、前記切込により分断された強化繊維の繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内であり、繊維体積含有率Ｖｆが４５〜６５％の範囲内であり、かつ、前記切込が強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内であり、強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが０．１〜１．５ｍｍの範囲内である、（Ｉ）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１０】
（III）前記（１）の積層工程で得られる積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下となるように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を得る、（Ｉ）または（II）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１１】
（IV）前記（１）の積層工程において、前記積層体を作製する手段が、１つのカットパターンの端部の少なくとも一部において外縁に向かってオフセットした複数のカットパターンに従って前記プリプレグ基材を裁断し、得た複数の前記プリプレグ基材を積層して薄肉部を有する前記積層体を得る、（Ｉ）〜（III）いずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１２】
（Ｖ）前記（１）の積層工程において、前記積層体の両表層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンより、前記積層体の両表層以外の中央層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンを小さくして、前記プリプレグ基材を一体化して薄肉部を有する前記積層体を得る、（Ｉ）〜（III）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１３】
（VI）前記（３）のプレス工程において、前記積層体の外縁の少なくとも一部を伸張させ、立ち壁を有する繊維強化プラスチックを成形する、（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プレス成形する積層体が凹凸部やダブルコンター曲面等の複雑形状が形成可能な良好な流動性および複雑形状追従性を有しており、これを繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、繊維強化プラスチックを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明で用いられる積層体平面の概略拡大図である。図２は本発明における凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型の概略図であり、図２ａ）は成形型を横から見た断面図、図２ｂ）は成形型凹部を上から見た際の投影図である。図３は本発明における薄肉部を有する積層体の一例を示す概略図である。図４は前記薄肉部を有する積層体を前記成形型に配置した際の様子を示す概略図である。
【００１７】
本発明は、凹凸部やダブルコンター曲面等の複雑形状が形成可能な良好な流動性、および複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する繊維強化プラスチックを得るための製造方法について鋭意検討し、全面に渡って切込を挿入して強化繊維（本明細書中では、単に “繊維”と記述することがある）を特定の長さに切断した切込プリプレグ基材を、少なくとも成形型の凹部側と接する前記切込プリプレグ基材の面積が、該凹部の開口部の投影面積以上であるように裁断し、端部が外縁に向かって薄肉部を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して積層体を作製し、該積層体の薄肉部の少なくとも一部を成形型の端部の少なくとも一部において型に沿わせて配置してプレス成形することにより、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。なお、本発明において“ダブルコンター曲面”とは、２次曲面以上の複曲面を少なくとも一部に含む形状を指す。また、“薄肉部”とは、図３、図１５に示すように、積層体３１が複数種の寸法のカットパターンの切込プリプレグ基材２によって構成され、これによって、積層体３１の最厚部における切込プリプレグ基材の積層数に対して、積層数が実質的に少なくとも１層以上少なくなることにより形成される、最厚部の厚みよりも薄い領域１０のことである。また、薄肉部１０の厚みについて、積層体３１を成形型に配置する際、領域Ａや領域Ｂのような、型に沿わせる領域（１０’、１０”）における最厚部の厚み３２を“薄肉部の厚み”とする。
また、“成形型のキャビティの厚み”とは、図２ａ）に示すように、成形型の端部に形成される形状７の厚み８のことを指す。
【００１８】
本発明では、プリプレグ基材の全面に切込を有し、実質的に全ての強化繊維が前記切込により切断されている切込プリプレグ基材を、少なくとも前記凹部と接する層が、前記凹部の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部を形成するように積層して積層体を作製する積層工程を有する。本発明における積層体は、図１に示すように、強化繊維１が一方向に配列された一方向プリプレグ基材が、その繊維配向方向が少なくとも２方向以上に配向して一体化されているものからなり、また、該一方向プリプレグ基材には全面に渡って切込３が挿入され、実質的に全ての強化繊維が前記切込によって短繊維へと切断された切込プリプレグ基材２で構成される。
【００１９】
なお、本発明において、“実質的に全ての強化繊維が切込により切断され”とは、本発明の切込により切断されていない連続繊維が引き揃えられている面積が、プリプレグ基材面積に占める割合の５％より小さいことを示す。また、“短繊維”とは、繊維が繊維方向全長に渡って連続している連続繊維との対比において用いられる概念であり、繊維長さＬが１００ｍｍ以下のものを指す。本発明においては、前記短繊維により構成された切込プリプレグ基材を積層して得た積層体は、成型時に繊維が層内のいずれの方向にも流動可能となるので、ダブルコンター曲面や凹凸部などの複雑形状追従性に優れるのである。一方、前記切断を行わない場合、すなわち積層体の強化繊維が全て連続繊維で構成される場合、繊維方向にはほとんど流動せず、流動可能な方向に異方性があるため、凹凸部やダブルコンター曲面などの複雑形状を形成することは極めて難しい。
【００２０】
また、本発明において、強化繊維１の配向が異なる方向に積層することにより、繊維強化プラスチックとした場合の寸法安定性に優れる。さらに、前記切込３によって強化繊維１が切断された切込プリプレグ基材２は、成形時に繊維が流動するにあたり、繊維方向と繊維直交方向との流動に異方性を生じるため、効果的に繊維を流動させるためには、強化繊維の配向が異なる方向に積層することが重要となる。なかでも、［０／９０］ｎＳや［０／±６０］ｎＳ、［＋４５／０／−４５／９０］ｎＳといった等方積層で、かつ、対称積層であることが、成形時の流動の均質性、および繊維強化プラスチックとした場合のソリ低減等を考慮すると好ましい。ここで、本発明において“強化繊維の配向が異なる”とは、強化繊維の方向のなす角度の絶対値が１０〜１７０°であることを表す。
【００２１】
さらに本発明における前記積層体は、図３に示すように、少なくとも前記成形型の凹部と接する層１１が、図２ｂ）に示す該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有し、かつ、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部１０を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して作製する。なお、“成形型凹部の開口部の投影面積”とは、図２ｂ）に示す成形型凹部を上から見た場合の投影図において、斜線で示される開口部９の面積９’を指す。本発明において、このような薄肉部１０を有する積層体３１は、薄肉にした積層体３１の端部が容易に変形し、積層体３１を成形型に配置する際、図４に示すように、型に沿わせて配置することが容易となる。なお、図４ａ）は積層体３１を成形型の凹部に配置した様子を、図４ｂ）は積層体を成形型凸部に配置した様子を示している。さらに、少なくとも前記成形型の凹部と接する層１１が該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有することで、前記成形型の凹部の開口部全域を覆い、かつ該成形型凹部の端部に沿わせることが可能となる。
【００２２】
また、本発明は前記積層体を、前記積層体の薄肉部１０の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、型に沿わせて配置するセット工程、及び、前記成形型の一方の型上に配置した積層体を前記成形型のもう一方の型を押し当て加圧し、前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程を有する。本発明において、前記積層体を前記成形型に配置する際、図４に示すように、前記積層体の薄肉部１０の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、成形型に沿わせて配置することで、図５ａ）、ｂ）、ｃ）に示すように、プレス成形時に前記成形型の凹部と接する層１１に沿って積層体の他の層が流動するため、成形体の端部において、繊維配向や層構造１２の乱れが生じることなく繊維強化プラスチックを得ることができる。さらに、前記積層体を成形型に沿わせることで積層体の位置決めが可能となり、プレス時における積層体の位置ずれによって生じる品質のバラツキを小さくし、安定的に所望の品質の成形体を得ることができる。
【００２３】
なお、セット工程において、図４ａ）に示すように、前記成形型の凹部に前記積層体を配置して、もう一方の凸部で加圧・プレス成形しても、図４ｂに示すように前記成形型の凸部に前記積層体を配置して、もう一方の凹部で加圧・プレス成形しても、前記積層体の少なくとも前記凹部と接する層１１が該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有し、前記成形型に沿わせて配置していれば、前記成形型を型締めした際に成形型のキャビティに沿うようにして繊維の流動が起こるため、構わない。ここで、前記積層体の成形型凹部と接する層１１が、該凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有していない場合、型に沿わせて配置する事ができないため、図６に示すように、前記積層体をプレスし、強化繊維を流動させても、前記凹部の端部の壁面で強化繊維の流動が乱れ、得られた強化繊維プラスチックの繊維配向や層構造の乱れ１３が生じ、表面品位の低下や、力学特性、寸法安定性にバラツキが生じる。
【００２４】
また、少なくとも前記凹部と接する層１１が、前記凹部の開口部９の投影面積９’以上の面積を有するが、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部１０を形成しなかった場合、すなわち、前記積層体の厚みが全体に渡って実質的に均一な場合、前記積層体の厚みが前記成形型のキャビティ寸法の影響を強く受けることとなり、安定的に所望の繊維強化プラスチックを得ることが困難となる。ここで、“前記積層体の厚みが前記成形型のキャビティ寸法の影響を受ける”とは、前記積層体の厚みが前記成形型のキャビティの厚みより大きく、さらに積層体を成形型に沿わせるようにして配置するのが困難な程、積層体の厚みが厚い場合、プレス成形しても、図７ａ）に示すように、成形型の端部１４で強化繊維が突っ張り、成形品端部において樹脂溜まり１５が生じたり、形状が形成されない等の問題が生じることである。仮に積層体を成形型に沿わせるようにして配置できたとしても、図７ｂ）に示すように、型締めの際に成形型の端部１４が配置した積層体の端部１６に当たってしまうため、得られる繊維強化プラスチックの表面品位が著しく低下したり、層構造が乱れるなどの問題が生じる。なお、積層体の厚みが前記成形型のキャビティの厚みより小さい場合には、積層体の配置の仕方に関わらず、積層体と成形型との間に空間が生じてしまうため、十分に加圧することができず、所望の形状が得られない。
【００２５】
また、前記凹部と接する層１１が、前記凹部の開口部９の投影面積以上の面積を有しない場合、前記積層体の薄肉部の有無に関わらず、図６に示すように、前記積層体をプレスし、強化繊維を流動させても、前記凹部の端部壁面で強化繊維の流動が乱れ、得られた強化繊維プラスチックの繊維配向や層構造の乱れが生じ、力学特性や寸法安定性にバラツキが生じてしまう。
【００２６】
本発明における前記積層体を構成する前記切込プリプレグ基材について、図８に示すように、前記プリプレグ基材が前面に切込３を有し、実質的に全ての強化繊維１が前記切込３によって、強化繊維の繊維長さＬ（２１）が１０〜１００ｍｍの範囲内の短繊維へと切断されているのが好ましい。前述の通り、該短繊維により構成された切込プリプレグ基材２を積層して得た積層体は、成型時に繊維が層内のいずれの方向にも流動可能となるので、ダブルコンター曲面や凹凸部などの複雑形状追従性に優れるのである。ここで、繊維長さＬが１０ｍｍより小さい場合は、流動性が向上するものの繊維による補強効果が低下し、繊維強化プラスチックとしたときに十分な力学特性を得ることができないことがある。また、繊維長さＬが１００ｍｍより大きい場合は、成形時における繊維の流動が悪くなり複雑形状を形成するのが困難になる。成形性と物性の両特性を鑑みると、さらに好ましくは繊維長さＬが２０〜６０ｍｍの範囲内である。ただし、切断部の形状や、工業的プロセスによっては、前記切込プリプレグ基材の一部に１０ｍｍよりも短い繊維が混入してしまう恐れもあるが、実質的に全繊維量のうち９５％以上の繊維が１０〜１００ｍｍの範囲内に入っていれば成形性および物性での問題はない。
【００２７】
また、本発明における前記切込プリプレグ基材の強化繊維は、図９に示す切込３と繊維方向１７とのなす角度Θ（以下、切込角度と称することもある）の絶対値が２〜２５°の範囲内で切断されているのが好ましい。Θの絶対値が２５°より大きくても流動性は得ることができ、従来のＳＭＣ等と比較して高い力学特性は得ることができるが、特にΘの絶対値が２５°以下であることで力学特性の向上が著しい。一方、Θの絶対値は２°より小さいと流動性も力学特性も十分得ることが出来るが、切込を安定して入れることが難しくなる。すなわち、繊維に対して切込が寝てくると、切込を入れる際、繊維が刃から逃げやすく、プリプレグ基材中に存在する切断されていない繊維の割合が大きくなる。また、繊維長さＬを１００ｍｍ以下とするためには、Θの絶対値が２°より小さいと少なくとも切込同士の最短距離が０．９ｍｍより小さくなるなど、生産安定性に欠ける。また、このように切込同士の距離が小さいと積層時の取り扱い性が難しくなるという問題がある。切込の制御のしやすさと力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは５〜１５°の範囲内である。なお、本発明におけるΘとは、切込上の任意の点を点Ｘとしたとき、点Ｘにおける繊維長手方向と切込とのなす角をθ（Ｘ）とすれば、Θはθ（Ｘ）の切込上の平均値、すなわち（式１）によって与えられる値とする。ここで、図８に示すように、切込３の端点をそれぞれ点Ａ、点Ｂとし、点Ａと点Ｂを結び、切込に沿った曲線をＣとしており、また点Ｘにおける曲線Ｃの微小線分をｄｓとしている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
さらに、以下には以下、前記切込プリプレグ基材における好ましい切込パターンの一例を、図８、１０、１１を用いて説明する。
【００３０】
強化繊維１が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材上に制御されて整列した切込３を複数入れる。繊維配向方向の対になる切込３同士で繊維が分断され、その間隔２１を１０〜１００ｍｍとすることで、実質的に切込プリプレグ基材２上の強化繊維１すべてを繊維長さＬが１０〜１００ｍｍにすることができる。また、図９に示すように、切込３と強化繊維１となす角度１９をΘとするとΘの絶対値は全面で２〜２５°の範囲内である。図１０ａではΘの絶対値が９０°、ｂでは２５°を超えた例を示しているが、これらの例では本発明により得られうる高強度を発現することは出来ない。
【００３１】
図１１には、５つの異なる切込パターンを有するプリプレグ基材が示されている。図１１ａ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列された斜行した連続、直線状の切込３ｂを有する。図１１ｂ）の切込プリプレグ基材２は、２種類の間隔をもって配列された斜行した連続、直線状の切込３ｂを有する。図１１ｃ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列された連続、曲線（蛇行線）の切込３を有する。図１１ｄ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列され、かつ、２種類の異なる方向に斜行した断続的な直線状の切込３ａを有する。図１１ｅ）の切込プリプレグ基材２は、等間隔をもって配列された斜行した断続的な直線状の切込３ａを有する。切込は図１１ｃ）のように曲線でも構わないが図１１ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）のように直線状である方が流動性をコントロールしやすく好ましい。また、切込により分断される強化繊維の長さＬは、図１１ｂ）のように一定でなくてもよいが、繊維長さＬが全面で一定であると流動性をコントロールしやすく、強度ばらつきをさらに押さえることができるため好ましい。なお、ここで規定の直線状とは、幾何学上の直線の一部をなしている状態を意味するが、前記流動性のコントロールを容易にするという効果を損なわない限り、前記幾何学上の直線の一部をなしていない箇所があっても差支えが無く、その結果、繊維長さＬが全面で一定とはならない箇所があっても（この場合、繊維長さＬが実質的に全面で一定であると言えるので）差支えが無い。
【００３２】
さらに好ましい例［１］としては、図１１ａ）〜ｃ）のように、切込３が連続して入れられているのがよい。例［１］のパターンでは、切込３ｂが断続的でないため、切込端部付近での流動乱れが起きず、切込３ｂを入れた領域では、すべての繊維長さＬを一定とすることができ、流動が安定している。切込３ｂが連続的に入れられているため、切込プリプレグ基材２がばらばらになってしまうのを防ぐ目的で、切込プリプレグ基材２の周辺部に切込がつながっていない領域を設けたり、切込の入っていないシート状の離型紙やフィルムなどの支持体で把持したりすることで、取り扱い性を向上させることができる。
【００３３】
また、他の好ましい例［２］としては、図８のように、切込を強化繊維の垂直方向に投影した長さをＷｓ（２０）としたとき、Ｗｓが３０μｍ〜１００ｍｍの範囲内である断続的な切込３ａが切込プリプレグ基材２全面に設けられており、切込３ａ１と、該切込３ａ１に繊維配向方向で隣接した切込３ａ２の幾何形状が同一であるとよい。ここで、“切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ”とは図８に示す通り、プリプレグ層の面内において、切込を強化繊維の垂直方向（繊維直行方向１８）を投影面として、切込から該投影面に垂直（繊維配向方向１７）に投影した際の長さ２０を指す。Ｗｓが３０μｍ以下となると、切込の制御が難しく、切込プリプレグ基材全面に渡って繊維長さＬが１０〜１００ｍｍとなるよう、保障することが難しい。すなわち、切込により切断されていない繊維が存在すると基材の流動性は著しく低下し、余分に切断されているとＬが１０ｍｍを下回る部位が出てきてしまう、という問題点がある。逆にＷｓが１０ｍｍより大きいときにはほぼ強度が一定に落ち着く。すなわち、繊維束端部がある一定以上に大きくなると、破壊が始まる荷重がほぼ同等となる。図８では、ＬとＷｓがいずれも一種類である例を示している。いずれの切込３ａ（例えば３ａ１）も繊維方向に平行移動することで重なる他の切込３ａ（例えば３ａ２）がある。前記繊維方向の対になる切込３ａ同士により分断される繊維長さＬよりさらに短い繊維長さで隣接する切込により分断され繊維が分断される幅が存在することによって、安定的に繊維長さを１００ｍｍ以下で切込プリプレグ基材２を製造できる。例［２］のパターンでは、得られた切込プリプレグ基材２を積層する際、切込が断続的なため取り扱い性に優れる。図１１ｄ）、１１ｅ）にはその他のパターンも例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。
【００３４】
好ましい例［２］において、力学特性の観点から好ましくは、強化繊維の垂直方向に投影した長さＷｓが０．１〜１．５ｍｍの範囲内であるのが好ましい。Ｗｓを小さくすることにより、一つ一つの切込により分断される繊維量が減り、強度向上が見込まれる。特に、Ｗｓが１．５ｍｍ以下とすることで、大きな強度向上が見込まれる。また、切込長さが長ければ長いほど、積層作業時に基材の切込が開口し易くなり、基材の取り扱い性が大幅に低下する。切込が１．５ｍｍ以下であれば、積層作業時に切込が開口しにくく、基材の取り扱い性の良い切込プリプレグ基材となる。なお、本発明において、切込角度Θの絶対値が２〜２５°であることにより、切込長さに対して投影長さＷｓを小さくすることができる。そのため、Ｗｓが１．５ｍｍ以下という極小の切込であっても、工業的に安定して設けることが可能となる。また、プリプレグ基材への切込の挿入を、刃を押し当てて行おうとする場合、裁断時に強化繊維が繊維直行方向に蛇行し刃から逃げるために、繊維をうまく裁断できないことがある。このような繊維逃げの影響を小さくするためには、Ｗｓは０．１ｍｍ以上であることが好ましい。より好ましくはＷｓを０．２ｍｍ以上とすることで、より連続繊維を残すことなくプリプレグ基材に切込を挿入することが可能となる。
【００３５】
本発明に用いる切込プリプレグ基材の特徴を、図１２〜１４を用いて説明する。本発明の比較として図１２には、切込３が強化繊維１となす角度Θの絶対値が９０°である切込プリプレグ基材２を積層した積層体２２をａ）、その積層体２２を成形した繊維強化プラスチック２３をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材２由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。ａ）に示す通り、切込プリプレグ基材２は、繊維に垂直な切込を全面に設けられており、切込３は層の厚み方向を貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体２２より面積が伸長した繊維強化プラスチック２３を得ることができる（ただし、厚みは減る）。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック２３を得た際、切込プリプレグ基材２由来の短繊維層２４は、繊維直行方向に伸長すると共に、繊維が存在しない領域（切込開口部）２５が生成される。これは一般的に強化繊維が成形程度の圧力では伸長しないためであり、図１２のケースでは、伸張した長さ分だけ切込開口部２５が生成され、例えば２５０×２５０ｍｍの積層体２２から３００×３００ｍｍの繊維強化プラスチック２３を得た際には、３００×３００ｍｍの繊維強化プラスチック２３の表面積に対して、切込開口部２５の総面積は５０×３００ｍｍ、すなわち１／６（約１６．７％）が切込開口部となる計算である。この領域２５は断面図に示すとおり、隣接層２７が侵入してきて、樹脂リッチ部２８と隣接層２７が侵入している領域とで占められる。従って、切込プリプレグ基材２を用いた積層体２２を伸長して成形した場合、繊維束端部２６では層のうねり２９や樹脂リッチ部２８が発生し、これが力学特性の低下や表面品位の低下に影響を与える。また、繊維がある部位とない部位で剛性が異なるため、面内異方性の繊維強化プラスチック２３となり、ソリなどの問題から設計が難しい。また、強度の面では、荷重方向から±１０°以下程度に向いている繊維が大部分の荷重を伝達しているが、その繊維束端部２６では隣接層２７に荷重を再分配しなければならない。その際、図１２ｂ）のように、繊維束端部２６が荷重方向に垂直となっていると、応力集中が起きやすく、剥離も起こりやすい。そのため、強度向上はあまり期待できない。
【００３６】
一方で図１３には、本発明の好ましい例［１］の切込プリプレグ基材２を積層した積層体２２をａ）、その積層体２２を成形した繊維強化プラスチック２３をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材２由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材２は、繊維１となす角度Θの絶対値が２５°以下の連続した切込３ｂが全面に設けられており、切込３ｂは層の厚み方向を貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体２２より面積が伸長した繊維強化プラスチック２３を得ることが出来る。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック２３を得た際、切込プリプレグ基材２由来の短繊維層２４は、繊維直交方向に伸長すると共に、繊維１自体が回転３０して伸長領域の面積を稼ぐため、図１２のように繊維が存在しない領域（切込開口部）２５が実質的に生成せず、層表面に存在する切込開口部の面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内である。従って、断面図を見ても分かるとおり、隣接層２７が侵入することもなく、層のうねり２９や樹脂リッチ部２８のない高強度で品位の高い繊維強化プラスチック２３を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維１が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この繊維が回転して伸長し、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は、切込と強化繊維とのなす角度Θの絶対値が２５°以下であり、かつ、切込が連続して入れられていることで初めて得ることができる。また、強度の面では、前述と同様に荷重方向から±１０°以下程度に向いている繊維に注目すると、図１３ｂ）のように、繊維束端部２６が荷重方向に対して寝てきている様子がわかる。繊維束端部２６が層厚み方向に斜めとなっているため、荷重の伝達がスムーズであり、繊維束端部２６からの剥離も起こりにくい。従って、図１２に比べ格段の強度向上が見込まれる。この繊維束端部２６が層厚み方向に斜めとなるのは上述の繊維１が回転３０する際、上面と下面の摩擦により上面から下面で繊維１の回転３０になだらかな分布があるためで、そのため、層厚み方向に繊維１の存在分布が発生し、繊維束端部２６が層厚み方向に斜めとなったと考えられる。このような繊維強化プラスチック２３の層内で層厚み方向に斜めの繊維束端部を形成し、強度を著しく向上する画期的効果は切込３ｂの繊維１となす角度Θの絶対値が２５°以下であることで初めて得ることができる。
【００３７】
図１４には、本発明の好ましい例［２］の切込プリプレグ基材２を積層した積層体２２をａ）、その積層体２２を成形した繊維強化プラスチック２３をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材２由来の層をクローズアップした平面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材２は、繊維１となす角度Θの絶対値が２５°以下の断続的な切込３ａが全面に設けられており、切込３ａは層の厚み方向を貫いている。切込３ａにより繊維長さＬを切込プリプレグ基材２の全面で１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体２２より面積が伸長した繊維強化プラスチック２３を得ることができる。切込長さ、切込角度を小さくすることにより、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることができる。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック２３を得た際、切込プリプレグ基材２由来の短繊維層２４は、繊維垂直方向に伸長する際、繊維方向に繊維が伸張しないため、繊維が存在しない領域（切込開口部）２５が生成されるが、隣接する短繊維群が繊維直行方向に流動することで、切込開口部２５を埋め、切込開口部２５の面積が小さくなる。この傾向は特に、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで顕著となり、実質的に切込開口部２５が生成せず、層表面に存在する切込開口部の面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内とすることができる。従って、厚み方向に隣接層２７が侵入することもなく、層のうねり２９や樹脂リッチ部２８のない高強度で品位の高い繊維強化プラスチック２３を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維１が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この切込開口部を繊維直行方向の流動により埋め、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は切込角度Θの絶対値が２５°以下であり、かつ切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで初めて得ることができる。さらに好ましくはＷｓが１ｍｍ以下であることにより、より高強度、高品位とすることができる。
【００３８】
本発明において、繊維体積含有率Ｖｆは４５〜６５％の範囲内であることが好ましい。繊維体積含有率Ｖｆが６５％以下で十分な流動性を得ることができる。Ｖｆが低いほど流動性は向上するが、Ｖｆが４５％より小さくなると、構造材に必要な高力学特性は得られない場合がある。流動性と力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは５５〜６０％の範囲内である。
【００３９】
さらに本発明におけるプリプレグ基材を構成す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を繊維として用いた強化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。
【００４０】
また、本発明におけるプリプレグ基材に用いられるマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂であっても、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂であっても、それらの混合樹脂であっても構わない。ただし、積層時にプリプレグ基材を圧着する必要があることから、タック性に優れる半硬化状態の熱硬化性樹脂の方が適している。なかでも、かかる熱硬化性樹脂としては、貼り重ねる工程でのタック性、および繊維強化プラスチックとした時の力学特性を考慮するとエポキシ樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂を用いる場合はタック性を確保するために、予熱してから積層するのが好ましい。この場合の加熱温度は用いる熱可塑樹脂が一連の積層工程の中で半硬化状態を保てる温度にするのが好ましい。
【００４１】
本発明において、前記積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下となるように積層体を作製するのが好ましい。繊維の流動性を考慮すると、より好ましくは前記積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの６５〜７５％である。薄肉部の厚みが８０％より大きいと、前述の薄肉部を形成せず、前述の積層体全体の厚みを均一にした場合と同様、前記積層体の厚みが前記積層体のキャビティ寸法の影響を受けることとなり、その影響の効果は８０％を超えて大きくなるにつれて大きくなる。それに従い、成形型に沿わせて配置するのが困難であったり、型締めの際に加圧するもう一方の成形型が積層体端部に当たってしまうなどして、所望の形状が得られない、積層体の層構造が崩れて力学的物性が低下する、表面品位が著しく低下するといった問題が生じる。また、繊維を流動させても成形品の端部で繊維が充填されていない箇所が生じる可能性を考慮すると、薄肉部の厚みが６５％以上であることが好ましい。なお、積層体を配置する際、型に沿わせる薄肉部の長さについては特に制限はないが、プレス方向への長さは、目的の成形品の形状が深絞り形状である場合、繊維をかさ高い位置まで流動させる必要があることから、成形品の深絞り形状部の寸法の少なくとも２０％の長さにするのが好ましい。
【００４２】
本発明において、前記薄肉部を有する積層体を作製する手段は以下に示すいずれかの方法により行われるのが好ましい。
【００４３】
まず方法［１］としては、図３に示すように、１つのカットパターンの端部の少なくとも一部において外縁に向かってオフセットした複数のカットパターンに従って前記切込プリプレグ基材２を裁断し、得た数種の形状の切込プリプレグ基材２を積層して薄肉部１０を有する積層体３１を得るのが好ましい。ここで、“１つのカットパターンの端部の外縁に向かってオフセットしたカットパターン”とは、ある基準となるカットパターンに対して、薄肉部１０を形成しようとする積層体端部に対応する箇所の寸法を変え、プリプレグ基材の層によって積層体端部にテーパー形状や、段が形成されるようにしたカットパターンのことである。ここでは、この領域Ａが前記薄肉部１０に相当し、積層体３１を成形型に配置する際に型に沿わせる部位となる。ここで、前述の通り、この領域Ａにおける積層体薄肉部１０の厚み３２は、前記成形型のキャビティの厚み８の８０％以下であるのが好ましい。
【００４４】
この方法［１］で得られる積層体３１の好ましい形状の一例としては、前記成形型の凹部５と接する層１１の面積が、該凹部の開口部９の投影面積以上の面積を有し、かつ、前記積層体３１を構成する前記切込プリプレグ基材２の中で最大であり、一方の前記成形型の凸部４と接する層の面積が最小であるのがよい。ここで図３ａ）に示すように、積層体を構成する各層の面積を最大面積から最小面積まで各層ごとに徐変化させて薄肉部１０を形成してもよいし、図３ｂ）に示すように、数層が同一のカットパターン、すなわち同一の面積の切込プリプレグ基材２が積層されて積層体前駆体３３を形成し、ある積層体前駆体３３に対してオフセットした数種の積層体前駆体を積層して１つの薄肉部１０を有する積層体を形成してもよい。また、図３に示す領域Ａの幅Ｗａ（３４）については得に制限はないが、前述の通り、深絞り形状の成形を行う際には型に沿わせる薄肉部の寸法が成形品の深絞り形状部の寸法の少なくとも２０％の長さにするのが好ましく、それにしたがって領域Ａの幅Ｗａも深絞り形状部の寸法の２０％を超える長さにするのが好ましい。
【００４５】
次に方法［２］としては、図１５に示すように、前記積層体の最外層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンより、前記積層体の最外層以外の中央層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンを小さくして、前記プリプレグ基材を一体化して薄肉部を有する積層体３１を得るのが好ましい。ここで、“積層体の両表層”とはプレス成形時に前記成形型と接する層３７のことを指し、“両表層以外の中央層”とは、プレス成形時に成形型と接しない、積層体を構成する切込プリプレグ基材３８すべてを指す。この方法［２］では、両表層のカットパターンに対して、中央層のカットパターンを小さくすることで、積層体３１の端部の少なくとも一部において、図１５に示した領域Ｂ（１０”）のような薄肉部１０を形成するものである。本手法では、この領域Ｂが積層体３１を成形型に配置する際に型に沿わせる部位となる。ここで、前述の通り、この領域Ｂにおける積層体薄肉部の厚みは、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下であるのが好ましい。なお、本手法によって得られる形状において、薄肉部の厚みは、図１５に示すように、領域Ｂにおいて、両表層に向かって徐変化する箇所の最厚部の厚み（３６’、３６”）の和（３６）とする。本手法によって得られる薄肉部を有する積層体３１は、両表層３７が中央層３８の流動経路のガイドの役割を果たすため、方法［１］のような、片表層が成形型と接している形状とは異なり、成形型と流動する繊維との間に摩擦が存在せず、より高い流動性を確保することができる。
【００４６】
この方法［２］で得られる積層体の好ましい形状の一例としては、成形型と接する積層体の両表層３７が該積層体の凹部の開口部９の投影面積以上の面積を有し、かつ、前記積層体３１を構成する前記切込プリプレグ基材の中で最大であり、積層体の両表層以外の層、すなわち中央層３８が両表層の面積に対して小さいのがよい。ここで、図１５ａ）に示すように、中央層３８の面積が、両表層３７に対して徐々に小さくなるようにして薄肉部１０を形成してもよいし、各表層から数層の中央層が表層と等しい形状・面積を有する、つまり同一のカットパターンで積層体前駆体３３を形成し、他の中央層が両表層より小さなカットパターンで前記積層体前駆体３３よりも面積の小さな積層体前駆体３３’を形成し、図１５ｂ）に示すようなサンドイッチ形状を形成することで薄肉部を形成してもよい。また、図１５に示す領域Ｂの幅Ｗｂ（３５）について得に制限はないが、前述の通り、深絞り形状の成形を行う際にはキャビティとなる領域に折り込む薄肉部の寸法が成形品の深絞り形状部の寸法の少なくとも２０％の長さにするのが好ましく、それにしたがって領域Ｂの幅Ｗｂも深絞り形状部の寸法の２０％を超える長さにするのが好ましい。
【００４７】
本発明において、プレス工程において前記積層体の外縁の少なくとも一部を伸張させ、立ち壁を有する繊維強化プラスチックを成形することが出来る。ここで“立ち壁”とは、凹凸形状と区別して用いられる概念であり、形状がある面に対して９０°±１０°の範囲内で変化し、ある面からの高さが２０ｍｍ以上であるものを指す。ここで、立ち壁を成形する際の高さは特に制限はないが、高さが高すぎると、立ち壁の先端まで十分に繊維が流動せず、形状が出ないことがあるため、５０ｍｍ以下であるのが好ましい。更に好ましくは４０ｍｍ以下である。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、特にこれに限定されるものではない。
【００４９】
＜繊維強化プラスチック成形、および成形性の評価＞
本成形に用いる金型３９は、図１６に示すように、２００×１５０ｍｍの平板上に３箇所の凹凸４０を備えており、金型周囲４面には高さ４０ｍｍの立ち壁を成形するためのキャビティ４１が設けられている。なお、立ち壁となるキャビティの厚み寸法は２ｍｍである。本金型凹部の中央に切込プリプレグ基材によって構成される積層体を、凹部の周囲壁面に薄肉部を沿わせるようにして配置し、加熱型プレス成形機により、もう一方の金型凸部を押し当て６ＭＰａの加圧の元、１５０℃×３０分間の条件により硬化させた。これにより、繊維強化プラスチックの成形体を得た。
【００５０】
流動性に関しては、基材を伸長して成形するにあたり、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されており、所望の立ち壁が形成されるまで伸長している場合には流動性○、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されているものの、最表層に配された基材がほとんど伸長していない場合には流動性△、金型キャビティ内に繊維強化プラスチックが充填されていない部位がある場合には流動性×、として評価した。
【００５１】
ソリに関しては、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台と全面で接触している場合にはソリ○、成形体を平らな試験台上に置いただけで成形体が試験台とが全面で接触しておらず、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と全面で接触する場合にはソリ△、指で成形体上面から試験台に成形体を押し付けた際、成形体が試験台と接触していない部分がある場合にはソリ×と評価した。
【００５２】
さらに、立ち壁角部の断面観察を行い、層構造が保たれているかを確認し、層構造が保たれていれば層構造○、繊維の突っ張りや樹脂溜りが生じ、層構造の一部が保たれていない場合は層構造△、全く保たれていない場合には層構造×と評価した。
【００５３】
＜機械特性評価＞
前記手順により得られた繊維強化プラスチックの平板部より、長さ１８０±１ｍｍ、幅２５±０．２ｍｍに切り出し引張強度試験片を得た。試験は、掴み具間距離を１００ｍｍとし、クロスヘッド速度２．０ｍｍ／分で引張強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機としてインストロン（登録商標）万能試験機４２０８型を用いた。測定した試験片の数はｎ＝５とし、平均値を引張強度とした。さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数（ＣＶ値（％））を算出した。
【００５４】
（実施例１）［積層体形状：前記方法［１］式、切込形態：連続］
エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製“エピコート（登録商標）”８２８：３０重量部、“エピコート（登録商標）”１００１：３５重量部、“エピコート（登録商標）”１５４：３５重量部）に、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール（チッソ（株）製“ビニレック（登録商標）”Ｋ）５重量部をニーダーで加熱混練してポリビニルホルマールを均一に溶解させた後、硬化剤ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン（株）製ＤＩＣＹ７）３．５重量部と、硬化促進剤３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア（保土谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）４重量部を、ニーダーで混練して未硬化のエポキシ樹脂組成物を調整した。このエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを用いてシリコーンコーティング処理された厚さ１００μｍの離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。次に、一方向に配列させた炭素繊維（引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２３５ＧＰａ）の両面に樹脂フィルムをそれぞれ重ね、加熱・加圧することによって樹脂を含浸させ、単位面積あたりの炭素繊維重さ１２５ｇ／ｍ２、繊維体積含有率Ｖｆ５５％、厚み０．１２５ｍｍのプリプレグ基材を作製した
このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて、図１７に示すように、切込３と繊維方向とのなす角度が１０°の方向の直線的な切り込み３ｂを連続的に挿入し、強化繊維１が繊維方向への長さが３０ｍｍになるように切断した。この切込プリプレグ基材２を繊維配向方向（０°方向）と、繊維配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に、それぞれ２２４×１７４ｍｍ、２１６×１６６ｍｍ、２０８×１５８ｍｍ、１９５×１４５ｍｍの４種類の大きさに切り出し、等間隔で規則的な切り込みを有するプリプレグ基材を得た。ここで、各切込プリプレグ基材の周囲５ｍｍには切込を入れず、連続的な切込によりばらばらとならないようにした。なお、切込プリプレグ基材の切込の長さが長いため、積層工程において、基材の目ずれが起きるなどプリプレグ基材のハンドリング性に若干の難があった。
【００５５】
前記４種の大きさに切断した切込プリプレグ基材をそれぞれ４層ずつ積層して積層体前駆体３３を作製した後、得られた４種の積層体前駆体を面積の大きい順に積層して、図３ｂ）に示すような薄肉部を有する積層体３１を得た。この時、積層体の積層構成は［−４５／０／＋４５／９０］２Ｓとなるように１６層疑似等方に積層した。なお、本積層体の薄肉部の幅Ｗａは１２ｍｍ（立ち壁の高さの３０％分）であり、金型に沿わせる薄肉部１０の最も厚い部分の厚み３２は１．５ｍｍ（キャビティの厚みの７５％）である。
【００５６】
得られた切込プリプレグ基材２によって構成される積層体３１を、前記手法により成型し、凹凸部と立ち壁とを有する繊維強化プラスチックを得た。ここで、積層体３１を金型に設置する際、薄肉部が成形型凹部の壁面に沿って変形し、容易に配置・位置決めすることができた。
【００５７】
得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。得られた繊維強化プラスチックより切り出した平板部の引張弾性率は４６ＧＰａとほぼ理論値通り発現し、また、引張強度に関しても５９０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も５％ときわめてバラツキの小さい結果となった。これらの結果から構造材としての適用、外板部材への適用が可能な力学特性と品位が得られたことがわかった。
【００５８】
（実施例２）［積層体形状：前記方法［１］式、切込形態：断続］
図１８に示すように、切込の挿入の仕方を断続的にした以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。切込プリプレグ基材２の繊維長さＬ、切込と繊維方向とのなす角度Θ、切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓは、それぞれＬ＝３０ｍｍ、Θ＝１０°、Ｗｓ＝０．５１ｍｍであった。なお、本手法によって得られた切込プリプレグ基材２は、実施例１に比べて切込の長さが短く、積層工程において基材が変形することもなく、容易に積層体を得ることが出来た。
【００５９】
得られた繊維強化プラスチックは実施例１と同等に良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。得られた繊維強化プラスチックより切り出した平板部の引張強度については、６５０ＭＰａと実施例１よりもさらに高い値が発現した。
【００６０】
（実施例３〜７）［繊維長さの比較（表１）］
切込の間隔を変えることにより繊維長さＬを変えた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。それぞれＬは、実施例３では７．５ｍｍ、実施例４では１０ｍｍ、実施例５では６０ｍｍ、実施例６では１００ｍｍ、実施例７では１２０ｍｍとした。
【００６１】
得られた繊維強化プラスチックは実施例６、７を除いて良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。実施例６、７については若干の繊維のうねりと金型との摩擦を受ける表面部で端部まで繊維が十分流動してない部位があった。また、立ち壁部の先端表層で繊維が充填されていない箇所が一部見られ、角部の層構造も一部乱れていた。実施例３を除いて、引張弾性率は４６〜４７ＧＰａ、引張強度は５２０〜６６０ＭＰａと高い値であり、引張強度のＣＶ値も４〜６％とバラツキの小さい結果であった。一方、実施例３については、実施例４、５と同様、良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。また、立ち壁角部についても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。しかし、引張強度が４４０ＭＰａと実施例１や実施例４〜７と比較して低い値であった。
【００６２】
（実施例８〜１３）［切込角度の比較（表２）］
切込と繊維方向とのなす角度を変えた以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。実施例８は切込角度Θが１°、実施例９は２°、実施例１０は５°、実施例１１は１５°、実施例１２は２５°、実施例１３は４５°の方向に連続的な切込を設けた。
【００６３】
得られた繊維強化プラスチックは実施例９〜１２については良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。引張弾性率は４６〜４７ＧＰａ、引張強度は４８０〜６６０ＭＰａと高い値であり、引張強度のＣＶ値は３〜６％とバラツキの小さい結果であった。特に切込角度の小さな実施例９、１０では６００ＭＰａ以上の引張強度を発現した。実施例８については、切込角度が小さいため、切込同士の間隔が０．５ｍｍ程度と小さく、安定的に基材の裁断を行うことが困難であり、引張強度のＣＶ値も１０％とばらつきも大きかったが、張弾性率は４６ＧＰａ、引張強度は６５０ＭＰａと高い値を示した。また、実施例１３は引張強度が３６０ＭＰａと少々低かったものの、引張弾性率は４５ＧＰａと他の実施例とほぼ同等の値を示し、繊維のうねりもなく、その端部まで繊維が均等に流動していた。
【００６４】
（実施例１４〜１８）［投影長さＷｓの比較（表３）］
実施例２の切込パターンにおいて、切込の長さと切込の間隔を変えた以外は、実施例２と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。実施例１４では投影長さＷｓと切込の間隔を共に０．０２ｍｍ、実施例１５では０．１７ｍｍ、実施例１６では１ｍｍ、実施例１７では２ｍｍ、実施例１８では１０ｍｍとした。なお実際の切込の長さはそれぞれ、実施例１４では０．１２ｍｍ、実施例１５では１ｍｍ、実施例１６では５．８ｍｍ、実施例１７では１１．５ｍｍ、実施例１８では５８ｍｍである。
【００６５】
得られた繊維強化プラスチックは実施例１４を除いていずれも良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。また、引張強度も５５０〜６８０ＭＰａと非常に高強度であった。また、特に投影長さＷｓ（切込長さ）が小さければ小さいほど高強度となるが、その傾向はＷｓが１．５ｍｍ以下の場合に顕著に現れることが確認できた。なお、実施例１４については、凹凸部の形状に繊維が沿っており、立ち壁角部の層構造も維持されていたものの、最表面の繊維の一部が繊維逃げによって切断されておらず、繊維がうねり、また立ち壁の先端部の一部に繊維が充填されていない箇所があった。また、ＣＶ値が１１％と若干高く、ばらつきが大きかったが、引張強度は６９０ＭＰａと最も高い値を示した。
【００６６】
（実施例１９〜２２）［繊維体積含有率の比較（表４）］
実施例１のプリプレグ基材の単位面積あたりの炭素繊維重さを変えることにより炭素繊維の体積含有率Ｖｆを変えた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。それぞれ実施例１９が単位面積あたりの炭素繊維重さが１５８ｇ／ｍ２、Ｖｆが７０％、実施例２０が１４６ｇ／ｍ２、Ｖｆが６５％、実施例２１が１０１ｇ／ｍ２、Ｖｆが４５％、実施例２２が９０ｇ／ｍ２、Ｖｆが４０％とした。
【００６７】
実施例２０では得られた繊維強化プラスチックは若干の繊維のうねりと金型との摩擦を受ける表面部で端部まで繊維が十分流動してない部位があった。また、立ち壁角部の層構造が、一部乱れていた。一方、実施例２１では得られた繊維強化プラスチックは繊維のうねりなく、その端部まで繊維が充分に流動していた。その他、どちらの繊維強化プラスチックもソリがなく、最外層の切り込み部においても、強化繊維が存在せずに樹脂リッチまたは隣接層の強化繊維がのぞいている部位はほとんどなく、良好な外観品位、平滑性を保っていた。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。引張弾性率は４０〜５３ＧＰａ、引張強度は４８０〜６２０ＭＰａと高い値であり、引張強度のＣＶ値も６〜７％とバラツキの小さい結果であった。一方、実施例１９で得られた繊維強化プラスチックは繊維がうねり、金型との摩擦を受ける表面部で端部まで繊維が流動していなかった。表面部には樹脂欠けがあり、外観品位は悪く、ソリも発生した。また立ち壁の先端で繊維が充填されていない箇所が存在し、角部の層構造も表層付近で一部乱れていた。ただし、引張強度は６４０ＭＰａ、弾性率は５４ＧＰａと非常に良好な物性を発現していた。また、実施例２２では、引張弾性率３７ＧＰａ、引張強度４５０ＭＰａと実施例１や実施例２０と比較してかなり低い値であったが、得られた繊維強化プラスチックはソリがなく、良好な外観品位、平滑性を保っていた。Ｖｆが大きくなるほど、引張弾性率も強度も向上するという結果となったが、あまりＶｆが大きいと流動性が落ちるという難点があった。
【００６８】
（実施例２３〜２５）［薄肉部厚みの比較（表５）］
４種類の大きさで切り出した切込プリプレグ基材の各寸法の積層数を変えることによって、積層体の薄肉部の厚みを変えた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。それぞれ実施例２７が２２４×１７４ｍｍの大きさの基材を３層、２１６×１６６ｍｍの大きさの基材を３層、２０８×１５８ｍｍの大きさの基材を２層、１９５×１４５ｍｍの大きさの基材を８層、実施例２８が２２４×１７４ｍｍを４層、２１６×１６６ｍｍを４層、２０８×１５８ｍｍを３層、１９５×１４５ｍｍの大きさの基材を５層、実施例２９が２２４×１７４ｍｍの大きさの基材を５層、２１６×１６６ｍｍの大きさの基材を４層、２０８×１５８ｍｍの大きさの基材を４層、１９５×１４５ｍｍの大きさの基材を３層とした。なお、薄肉部の厚みにすると、前述の通り、積層体の厚みが徐変化して薄肉部が形成されている場合は、薄肉部において、最も厚い部分の厚みを薄肉部の厚みとするので、実施例２７が１ｍｍ（キャビティ厚みの５０％）、実施例２８が１．３８ｍｍ（キャビティ厚みの６８．８％）、実施例２９が１．６２５ｍｍ（キャビティ厚みの８１．３％）である。
【００６９】
実施例２８では得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。一方実施例２７では、立ち壁角部の層構造は維持されていたものの、立ち壁先端部の表層において、一部繊維が充填されていない箇所が存在した。また、実施例２９では、金型に配置する際、薄肉部を曲げて金型に沿わせようとしたところ、金型凸部と接する側の表層の角部に皺が入り、立ち壁角部の層構造が一部乱れていた。また、成形時には同箇所で金型凸部と基材がこすれて表面の繊維配向が乱れた。しかしながらいずれも引張弾性率は４６〜４７ＧＰａ、引張強度は５７０〜５９０ＭＰａと実施例１とほぼ同等の値を示し、ＣＶ値も５〜６％と、ばらつきが小さかった。
【００７０】
（実施例２６）［薄肉部形成法の比較］
切り出した切込プリプレグ基材の寸法を２２４×１７４ｍｍ、１９５×１４５ｍｍの２種類とし、２２４×１７４ｍｍの寸法の基材を６層積層した積層体前駆体を２つ、１９５×１４５ｍｍの寸法の基材を４層積層した積層体前駆体３３を１つ作製し、図１５ｂ）に示すように、１９５×１４５ｍｍの寸法の基材を４層積層した積層体前駆体を２２４×１７４ｍｍの寸法の基材を６層積層した積層体前駆体で挟み込むようにして薄肉部を有する積層体を作製した以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。なお、本積層体の薄肉部の幅Ｗｂは１２ｍｍ（立ち壁他高さの３０％分）であり、キャビティとなる領域に織り込む薄肉部の最も厚い部分の厚みは１．５ｍｍ（キャビティの厚みの７５％）である。
【００７１】
得られた繊維強化プラスチックは良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。また、立ち壁部のキャビティの先端まで繊維が充填しており、所望の高さの立ち壁が形成されていた。繊維強化プラスチックの立ち壁部を切り出して断面を観察したところ、立ち壁角部においても層構造が維持されており、繊維の突っ張りなどは見られなかった。また、立ち壁先端までの層構造は連続しており、かつ、伸張方向と同方向に配列した繊維から構成される層も途切れることなく、均一の厚みを保っていた。また引張弾性率は４６％、引張強度は５８０ＭＰａと実施例１とほぼ同等の値を示した。
【００７２】
（比較例１）［連続繊維プリプレグ基材との比較］
プリプレグ基材に切込を入れなかった以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００７３】
得られた繊維強化プラスチックは、凹凸部は形成しているものの、凹凸部に強化繊維およびマトリックス樹脂が引き込まれたため繊維強化プラスチックの端部が欠けており、凹凸部のエッジで繊維がブリッジングしたため該箇所では樹脂リッチとなっていた。さらに、平面部では皺が発生し、立ち壁部ではほとんど繊維が充填していなかったため、製品としての適用は不可能と思われた。
【００７４】
（比較例２）［ＳＭＣとの比較］
一方向プリプレグ基材を繊維長２５ｍｍ、幅５ｍｍに裁断してチョップド原料プリプレグとし、そのチョップド原料プリプレグをランダムに配向させながらニップロールで加圧してそれぞれを接着したものを用いた以外は実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００７５】
得られた繊維強化プラスチックは、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなく、リブ部の先端まで繊維が充填していたが、流動状態が均一でないため線膨張係数の差異によりソリを生じた。また、引張強度は１９０ＭＰａと各実施例と比べて大幅に低く、ＣＶ値も１３％という値であり、バラツキが大きかった。
【００７６】
（比較例３）［薄肉部を有さない積層体との比較］
積層体作製の際に、２２４×１７４ｍｍの切込プリプレグ基材を［−４５／０／＋４５／９０］２Ｓとなるように１６層疑似等方に積層し、積層する切込プリプレグ基材を1種類として、厚みの均一な薄肉部を有さない積層体を用いた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００７７】
積層体を金型に配置する際、金型に沿わせようとしたが、積層体を折り曲げるのが困難であり、完全に沿わせることは出来なかった。また、折り曲げた際に金型凸部と接する側の表層の角部に皺が入り、成形時には同箇所で金型凸部と基材がこすれて表面の繊維配向が乱れた。更に型締め時に積層体端部に金型凸部が当たり、表層が若干剥がれたような状態になったため、製品としての適用は不可能と思われた。
【００７８】
（比較例４、５）［成形型凹部の開口部の投影面積以下の積層体との比較］
成形型凹部と接する層の面積が成形型凹部の開口部の投影面積以下である積層体を用いた以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。比較例４では実施例１と同じ積層体を金型に配置する際、１９５×１４５ｍｍの表層が金型凹部に接するように配置した。この時端部の薄肉部は金型凹部に沿わせるように配置した。比較例５では１９５×１４５ｍｍの切込プリプレグ基材を［−４５／０／＋４５／９０］２Ｓとなるように１６層疑似等方に積層し、積層する切込プリプレグ基材を1種類として、厚みの均一な薄肉部を有さない積層体を配置した。
【００７９】
比較例４では、金型の平板部では良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。しかしながら、立ち壁部については、キャビティの先端まで繊維が充填していたものの、立ち壁角部周辺については繊維の流動が乱れ、層構造が崩れており、表層の繊維配向も乱れていた。また、比較例５では、金型の平板上では良好な表面平滑性を有し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかったが、立ち壁部のキャビティの先端で一部繊維が充填していない箇所が存在し、立ち壁角部については繊維の流動が乱れ、層構造が崩れており、表層の繊維配向も乱れていた。
【００８０】
（比較例６）［積層体を成形型に配置時、薄肉部を沿わせない場合との比較］
金型に積層体を配置する際、型に沿わせて配置せず、金型凹部の開口部を塞ぐように積層体を配置した以外は、実施例１と同様にして凹凸部と立ち壁形状を有する繊維強化プラスチックを得た。
【００８１】
得られた繊維強化プラスチックは、金型の平板部では良好な表面平滑性を呈し、凹凸部の形状に繊維が沿っており、皺の発生もなかった。しかしながら、立ち壁部については、プレス時に積層体に金型凸部が接触した際に若干位置がずれたため、一部キャビティの先端に繊維が充填されていない箇所が見られた。また、立ち壁の積層体の金型凹部と接する表層がプレス時に金型凹部にこすれて、表面の繊維配向が乱れていた。
【００８２】
【表１】
【００８３】
【表２】
【００８４】
【表３】
【００８５】
【表４】
【００８６】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の製造方法にて得られた積層体を用いて成形された繊維強化プラスチックの用途としては、強度、剛性、軽量性が要求される、自転車用品、ゴルフのシャフトやヘッド等のスポーツ部材、ドアやシートフレームなどの自動車部材、ロボットアームなどの機械部品、スチフナ部品などの航空機部材がある。なかでも、強度、軽量に加え、複雑な形状の成形追従性が要求されるシートパネルやシートフレーム等の自動車部品に好ましく適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明における積層体平面の概略拡大図である。
【図２】本発明における凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型の概略図である。
【図３】本発明における薄肉部を有する積層体の一例を示す概略図、及びその断面図である。
【図４】本発明における積層体の成形型への配置方法の一例を示す概略図である。
【図５】本発明における繊維の流動の様子を示す概略図である。
【図６】本発明における積層体の成形型への配置方法の一例（ａ）及び繊維の流動の様子（ｂ）を示す概略図である。
【図７】本発明における樹脂溜まりの様子（ａ）とプレス時の層構造の乱れ（ｂ）を示す概略図である。
【図８】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す概略平面図である
【図９】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す拡大平面図である。
【図１０】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す概略平面図である
【図１１】本発明のプリプレグ積層基材に用いる切込プリプレグ基材の切込パターンの一例を示す概略平面図である
【図１２】比較用の積層体、繊維強化プラスチックの一例を示す平面図および断面図である。
【図１３】本発明の積層基材、繊維強化プラスチックの一例を示す平面図および断面図である。
【図１４】本発明の積層基材、繊維強化プラスチックの一例を示す平面図である。
【図１５】本発明における薄肉部を有する積層体の一例を示す概略図、及びその断面図である。
【図１６】本発明の一実施態様に係る金型の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１７】本発明における切込プリプレグ基材の製造方法の一例を示す概略図である。
【図１８】本発明における切込プリプレグ基材の製造方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１：強化繊維
２：切込プリプレグ基材
３（３ａ、３ｂ）：切込
４：成型型凸部
５：成型型凹部
６：成型型の凸部と凹部の間に構成されるキャビティ
７：成型型端部で形成される形状（立ち壁）
８：キャビティの厚み
９：成型型凹部の開口部
９’：成型型凹部の開口部の投影面積
１０：薄肉部
１０’：領域Ａ（薄肉部）
１０”：領域Ｂ（薄肉部）
１１：積層体の成型型凹部と接する層
１２：層構造
１３：層構造の乱れ
１４：成型型の端部
１５：樹脂溜まり
１６：積層体の端部
１７：繊維配向方向
１８：繊維直交方向
１９：切込角度Θ
２０：切込を強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ
２１：繊維長さＬ（切込同士の間隔）
２２：切込プリプレグ基材の積層体
２３：繊維強化プラスチック
２４：短繊維層
２５：切込開口部
２６：繊維束端部
２７：隣接層
２８：樹脂リッチ部
２９：層うねり
３０：強化繊維の回転
３１：薄肉部を有する積層体
３２：薄肉部の厚み
３３：積層体前駆体
３４：領域Ａの幅Ｗａ
３５：領域Ｂの幅Ｗｂ
３６：領域Ｂにおける最厚部の和
３６’、３６”：両表層に向かって徐変化する箇所の最厚部の厚み
３７：積層体の成形型と接する層（積層体両表層）
３８：積層体の中央層
３９：繊維強化プラスチック成形金型
４０：凹凸部
４１：立ち壁部
４２：上金型
４３：下金型
４４：回転刃ローラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配向した強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を、所定の形状に裁断した後、前記プリプレグ基材の繊維方向が少なくとも２方向以上に配向して一体化して積層体を作製し、さらに該積層体を、凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型に配置してプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも下記（１）〜（３）の工程を有する繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記プリプレグ基材の全面に切込を有し、実質的に全ての強化繊維が前記切込により切断されている切込プリプレグ基材を、少なくとも前記凹部と接する層が、前記凹部の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、かつ、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を作製する積層工程
（２）前記積層体を、前記積層体の薄肉部の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、型に沿わせて配置するセット工程
（３）前記成形型の一方の型上に配置した積層体を前記成形型のもう一方の型を押し当て加圧し、前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程
【請求項２】
前記（１）の積層工程で用いられる切込プリプレグ基材が、前記切込により分断された強化繊維の繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内であり、繊維体積含有率Ｖｆが４５〜６５％の範囲内であり、かつ、前記切込が強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内であり、強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが０．１〜１．５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記（１）の積層工程で得られる積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下となるように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を得る、請求項１または２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記（１）の積層工程において、前記積層体を作製する手段が、１つのカットパターンの端部の少なくとも一部において外縁に向かってオフセットした複数のカットパターンに従って前記プリプレグ基材を裁断し、得た複数の前記プリプレグ基材を積層して薄肉部を有する前記積層体を得る、請求項１〜３いずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
前記（１）の積層工程において、前記積層体の両表層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンより、前記積層体の両表層以外の中央層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンを小さくして、前記プリプレグ基材を一体化して薄肉部を有する前記積層体を得る、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
前記（３）のプレス工程において、前記積層体の外縁の少なくとも一部を伸張させ、立ち壁を有する繊維強化プラスチックを成形する、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１】
一方向に配向した強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材を、所定の形状に裁断した後、前記プリプレグ基材の繊維方向が少なくとも２方向以上に配向して一体化して積層体を作製し、さらに該積層体を、凹部と該凹部に対応する凸部を有し、前記凹部と前記凸部との間にキャビティが構成される成形型に配置してプレス成形し、繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも下記（１）〜（３）の工程を有する繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記プリプレグ基材の全面に切込を有し、実質的に全ての強化繊維が前記切込により切断されている切込プリプレグ基材を、少なくとも前記凹部と接する層が、前記凹部の開口部の投影面積以上の面積を有するように裁断し、かつ、前記積層体の端部の少なくとも一部において前記積層体の外縁に向かって前記積層体の厚みが薄くなる薄肉部を形成するように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を作製する積層工程
（２）前記積層体を、前記積層体の薄肉部の少なくとも一部を、前記成形型の端部の少なくとも一部において、型に沿わせて配置するセット工程
（３）前記成形型の一方の型上に配置した積層体を前記成形型のもう一方の型を押し当て加圧し、前記積層体を流動させてプレス成形するプレス工程
【請求項２】
前記（１）の積層工程で用いられる切込プリプレグ基材が、前記切込により分断された強化繊維の繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内であり、繊維体積含有率Ｖｆが４５〜６５％の範囲内であり、かつ、前記切込が強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内であり、強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが０．１〜１．５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記（１）の積層工程で得られる積層体の端部の薄肉部の厚みが、前記成形型のキャビティの厚みの８０％以下となるように前記切込プリプレグ基材を積層して前記積層体を得る、請求項１または２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記（１）の積層工程において、前記積層体を作製する手段が、１つのカットパターンの端部の少なくとも一部において外縁に向かってオフセットした複数のカットパターンに従って前記プリプレグ基材を裁断し、得た複数の前記プリプレグ基材を積層して薄肉部を有する前記積層体を得る、請求項１〜３いずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
前記（１）の積層工程において、前記積層体の両表層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンより、前記積層体の両表層以外の中央層を構成する前記プリプレグ基材のカットパターンを小さくして、前記プリプレグ基材を一体化して薄肉部を有する前記積層体を得る、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
前記（３）のプレス工程において、前記積層体の外縁の少なくとも一部を伸張させ、立ち壁を有する繊維強化プラスチックを成形する、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【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１７】
【図１８】
【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１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−３０１９３（Ｐ２０１０−３０１９３Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９５９１３（Ｐ２００８−１９５９１３）
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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