(57)【要約】  本発明に係る構造体は、樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体であって、樹脂の体積含有率が２．５体積％以上、８５体積％以下の範囲内にあり、強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上、５５体積％以下の範囲内にあり、空隙が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内の割合で構造体中に含有され、強化繊維の長さをＬｆ、構造体の断面方向における強化繊維の配向角度をθｆとしたとき、構造体の厚みＳｔが条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足し、構造体の曲げ弾性率をＥｃ、構造体の比重をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１として表される構造体の比曲げ弾性率が３以上、２０以下の範囲内にあり、且つ、構造体の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上である。
2017110528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体であって、
前記樹脂の体積含有率が２．５体積％以上、８５体積％以下の範囲内にあり、
前記強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上、５５体積％以下の範囲内にあり、
前記空隙が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内の割合で前記構造体中に含有され、
前記強化繊維の長さをＬｆ、前記構造体の断面方向における前記強化繊維の配向角度をθｆとしたとき、前記構造体の厚みＳｔが条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足し、
前記構造体の曲げ弾性率をＥｃ、前記構造体の比重をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１として表される前記構造体の比曲げ弾性率が３以上、２０以下の範囲内にあり、且つ、前記構造体の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上である
ことを特徴とする構造体。
【請求項２】
樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体であって、
前記樹脂の体積含有率が２．５体積％以上、８５体積％以下の範囲内にあり、
前記強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上、５５体積％以下の範囲内にあり、
前記空隙が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内の割合で前記構造体中に含有され、
前記強化繊維の長さをＬｆ、前記構造体の断面方向における前記強化繊維の配向角度をθｆとしたとき、前記構造体の厚みＳｔが条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足し、
前記構造体の曲げ弾性率をＥｃ、前記構造体の比重をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１により表される前記構造体の第１部分における比曲げ弾性率が１以上、３未満の範囲内にあり、前記構造体の前記第１部分と異なる第２部分における比曲げ弾性率が３以上、２０以下の範囲内にある
ことを特徴とする構造体。
【請求項３】
前記構造体の曲げ弾性率Ｅｃが６ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記構造体の前記第２部分の曲げ弾性率Ｅｃが６ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
【請求項５】
前記構造体の前記第１部分及び前記第２部分が前記構造体の厚み方向の異なる位置に存在することを特徴とする請求項２又は４に記載の構造体。
【請求項６】
前記構造体の前記第１部分及び前記第２部分が前記構造体の面方向の異なる位置に存在することを特徴とする請求項２又は４に記載の構造体。
【請求項７】
前記構造体の比重ρが０．９ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項８】
前記構造体の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分における空隙率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあり、残りの部分の空隙率が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項９】
前記強化繊維は前記樹脂に被覆されており、前記樹脂の厚みが１μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記強化繊維が、不連続であり、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項１１】
前記構造体中における前記強化繊維の配向角度θｆが３°以上であることを特徴とする請求項１〜１０のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項１２】
前記強化繊維の質量平均繊維長が１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜１１のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項１３】
前記強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜１２のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項１４】
前記樹脂が少なくとも１種類以上の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜１３のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【請求項１５】
前記樹脂が少なくとも１種類以上の熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜１３のうち、いずれか１項に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、航空機、スポーツ製品等の産業用製品については、剛性や軽量性の向上に対する市場要求が年々高まっている。このような要求に応えるべく、剛性や軽量性に優れる繊維強化樹脂が、各種産業用途に幅広く利用されている。具体的には、軽量性を満足させるために、軽量性を有するコア材を利用することが広く検討されている（特許文献１，２参照）。ところが、コア材は、単一材としての剛性では大きく劣る。このため、コア材を利用する場合には、コア材の外周に剛性の高い表皮層を配置する等の製品設計を行わなければならない。しかしながら、このように設計された製品では、質量が必然的に増加するか、厚みを大きくせざるを得ない。すなわち、結果として製品の軽量化を実現できたとしても、その寄与は非常に限定されてしまう。一方、空隙を有する構造体も、軽量性以外に断熱性、遮音性、エネルギー吸収性等の特性を有することから、各種産業用途に幅広く利用されている（特許文献３，４）。ところが、コア材と同様、空隙を有する構造体も剛性の点で他の構造体と比べて劣るため、構造体として単独で使用するには制約がある。以上のことから、剛性及び軽量性に優れる構造体を提供することが急務となっている。【０００３】
また、近年、自動車、航空機、スポーツ製品等の産業用製品については、軽量性の向上に対する市場要求が年々高まっている。このような要求に応えるべく、軽量であり、力学特性に優れる繊維強化樹脂が、各種産業用途に幅広く利用されている。具体的には、軽量性を満足させるために、空隙を有するコア材を利用することが広く検討されている（特許文献１参照）。ところが、空隙を有するコア材は、求められる力学特性に大きく劣る。このため、空隙を有するコア材を利用する場合には、不足した特性を補うために、コア材の外周に剛性の高い表皮層を配置する等の製品設計を行わなければならない。しかしながら、このように設計された製品では、重量が必然的に増加してしまう。すなわち、結果として製品の軽量化を実現できたとしても、その寄与は非常に限定されてしまう。一方、空隙や密度差を有する構造体も、軽量性以外に断熱性、遮音性、エネルギー吸収性等の特性を有することから、各種産業用途に幅広く利用されている（特許文献５，６）。ところが、コア材と同様に、空隙や密度差を有する構造体も力学特性の点で他の構造部材と比べて劣るため、構造体として単独で使用するには制約があった。以上のことから、軽量性及び力学特性に優れる構造体を提供することが急務となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１６２８７３号
【特許文献２】国際公開第２０１５／０２９６３４号
【特許文献３】特開２０１５−３９８４２号公報
【特許文献４】特開２０１５−３０７５５号公報
【特許文献５】特表２０１４−５０８０５５号公報
【特許文献６】特開平０６−３２０６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、剛性及び軽量性に優れる構造体を提供することにある。【０００６】
また、本発明の他の目的は、軽量性及び力学特性に優れる構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る構造体は、樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体であって、前記樹脂の体積含有率が２．５体積％以上、８５体積％以下の範囲内にあり、前記強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上、５５体積％以下の範囲内にあり、前記空隙が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内の割合で前記構造体中に含有され、前記強化繊維の長さをＬｆ、前記構造体の断面方向における前記強化繊維の配向角度をθｆとしたとき、前記構造体の厚みＳｔが条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足し、前記構造体の曲げ弾性率をＥｃ、前記構造体の比重をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１として表される前記構造体の比曲げ弾性率が３以上、２０以下の範囲内にあり、且つ、前記構造体の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上であることを特徴とする。【０００８】
本発明の第２の態様に係る構造体は、樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体であって、前記樹脂の体積含有率が２．５体積％以上、８５体積％以下の範囲内にあり、前記強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上、５５体積％以下の範囲内にあり、前記空隙が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内の割合で前記構造体中に含有され、前記強化繊維の長さをＬｆ、前記構造体の断面方向における前記強化繊維の配向角度をθｆとしたとき、前記構造体の厚みＳｔが条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足し、前記構造体の曲げ弾性率をＥｃ、前記構造体の比重をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１により表される前記構造体の第１部分における比曲げ弾性率が１以上、３未満の範囲内にあり、前記構造体の前記第１部分と異なる第２部分における比曲げ弾性率が３以上、２０以下の範囲内にあることを特徴とする。【０００９】
本発明の第１の態様に係る構造体は、上記発明において、前記構造体の曲げ弾性率Ｅｃが６ＧＰａ以上であることを特徴とする。【００１０】
本発明の第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記構造体の前記第２部分の曲げ弾性率Ｅｃが６ＧＰａ以上であることを特徴とする。【００１１】
本発明の第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記構造体の前記第１部分及び前記第２部分が前記構造体の厚み方向の異なる位置に存在することを特徴とする。【００１２】
本発明の第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記構造体の前記第１部分及び前記第２部分が前記構造体の面方向の異なる位置に存在することを特徴とする。【００１３】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記構造体の比重ρが０．９ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする。【００１４】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記構造体の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分における空隙率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあり、残りの部分の空隙率が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にあることを特徴とする。【００１５】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記強化繊維は前記樹脂に被覆されており、前記樹脂の厚みが１μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする。【００１６】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記強化繊維が、不連続であり、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることを特徴とする。【００１７】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記構造体中における前記強化繊維の配向角度θｆが３°以上であることを特徴とする。【００１８】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記強化繊維の質量平均繊維長が１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする。【００１９】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする。【００２０】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記樹脂が少なくとも１種類以上の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする。【００２１】
本発明の第１又は第２の態様に係る構造体は、上記発明において、前記樹脂が少なくとも１種類以上の熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る構造体によれば、剛性及び軽量性に優れる構造体を提供できる。また、本発明に係る構造体によれば、軽量性及び力学特性に優れる構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１及び第２の態様に係る構造体の断面構造を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明で用いる強化繊維マットにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の第１及び第２の態様に係る構造体の面方向及び厚み方向の断面構造の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、構造体の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分と残りの部分とを示す図である。
【図５】図５は、構造体の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分と残りの部分とを示す図である。
【図６】図６は、強化繊維マットの製造装置の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の第１及び第２の態様に係る構造体について説明する。
【００２５】
〔第１の態様〕
まず、本発明の第１の態様に係る構造体について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１及び第２の態様に係る構造体の断面構造を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第１の態様に係る構造体１は、樹脂２と強化繊維３と空隙４から構成されている。
【００２７】
ここで、樹脂２としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を例示できる。また、本発明においては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがブレンドされていてもよく、その場合は、樹脂を構成する成分のうち、５０質量％超える量を占める成分を樹脂の名称とする。
【００２８】
本発明における１つの形態において、樹脂２は、少なくとも１種類以上の熱可塑性樹脂を含むことが望ましい。熱可塑性樹脂としては、「ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等のポリアリーレンスルフィド、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）」等の結晶性樹脂、「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）」等の非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、さらにポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、及びアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体及び変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂を例示できる。中でも、得られる構造体の軽量性の観点からはポリオレフィンが望ましく、強度の観点からはポリアミドが望ましく、表面外観の観点からポリカーボネートやスチレン系樹脂のような非晶性樹脂が望ましく、耐熱性の観点からポリアリーレンスルフィドが望ましく、連続使用温度の観点からポリエーテルエーテルケトンが望ましく、さらに耐薬品性の観点からフッ素系樹脂が望ましく用いられる。
【００２９】
本発明における１つの形態において、樹脂２は、少なくとも１種類以上の熱硬化性樹脂を含むことが望ましい。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミド、これらの共重合体、変性体、及びこれらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を例示できる。また、本発明の目的を損なわない範囲で、本発明に係る構造体は、エラストマー又はゴム成分等の耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を含有してもよい。充填材や添加剤の例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、又は、カップリング剤を例示できる。
【００３０】
樹脂２の体積含有率は、２．５体積％以上、８５体積％以下の範囲内にある。樹脂２の体積含有率が２．５体積％未満である場合、構造体１中の強化繊維３同士を結着し、強化繊維３の補強効果を十分なものとすることができず、構造体の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できなくなるので望ましくない。一方、樹脂２の体積含有率が８５体積％より大きい場合には、樹脂量が多すぎることから、空隙構造をとることが困難となるので望ましくない。
【００３１】
強化繊維３としては、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維、ＰＡＮ系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス等の絶縁性繊維、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレン等の有機繊維、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド等の無機繊維を例示できる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理の他に、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理等がある。また、これらの繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維が望ましく用いられる。また、得られる構造体の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が望ましく用いられ、とりわけ力学特性と経済性とのバランスから炭素繊維とガラス繊維とを併用することが望ましい。さらに、得られる構造体の衝撃吸収性や賦形性を高める観点からは、アラミド繊維が望ましく用いられ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性とのバランスから炭素繊維とアラミド繊維とを併用することが望ましい。また、得られる構造体の導電性を高める観点からは、ニッケルや銅やイッテルビウム等の金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。これらの中で、強度と弾性率等の力学特性に優れるＰＡＮ系の炭素繊維をより望ましく用いることができる。
【００３２】
強化繊維３は、不連続であり、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることが望ましい。強化繊維３をかかる態様とすることで、シート状の構造体の前駆体ないし構造体を、外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦型が容易となる。また、強化繊維３をかかる態様とすることで、強化繊維３によって形成された空隙が緻密化し、構造体１中における強化繊維３の繊維束端における弱部が極小化できるため、優れた補強効率及び信頼性に加えて、等方性も付与される。ここで、略モノフィラメントとは、強化繊維単糸が５００本未満の細繊度ストランドにて存在することを指す。さらに望ましくは、モノフィラメント状に分散していることである。
【００３３】
ここで、略モノフィラメント状、又は、モノフィラメント状に分散しているとは、構造体１中にて任意に選択した強化繊維３について、その二次元接触角が１°以上である単繊維の割合（以下、繊維分散率とも称す）が８０％以上であることを指し、言い換えれば、構造体１中において単繊維の２本以上が接触して平行した束が２０％未満であることをいう。従って、ここでは、少なくとも強化繊維３におけるフィラメント数１００本以下の繊維束の質量分率が１００％に該当するものが特に好ましい。
【００３４】
二次元接触角とは、不連続な強化繊維の場合、単繊維とこの単繊維が接触する単繊維とで形成される角度のことであり、接触する単繊維同士が形成する角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。この二次元接触角について、図面を用いてさらに説明する。図２は、面方向（図２（ａ））及び厚み方向（図２（ｂ））から観察した時の強化繊維マットにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。単繊維１１ａを基準とすると、単繊維１１ａは図２（ａ）では単繊維１１ｂ〜１１ｆと交わって観察されるが、図２（ｂ）では単繊維１１ａは単繊維１１ｅ，１１ｆとは接触していない。この場合、基準となる単繊維１１ａについて、二次元接触角の評価対象となるのは単繊維１１ｂ〜１１ｄであり、接触する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０°以上９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度Ａである。
【００３５】
二次元接触角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば構造体１の表面から強化繊維３の配向を観察する方法を例示できる。この場合、構造体１の表面を研磨して強化繊維３を露出させることで、強化繊維３をより観察しやすくなる。また、Ｘ線ＣＴ透過観察を行って強化繊維３の配向画像を撮影する方法も例示できる。Ｘ線透過性の高い強化繊維３の場合には、強化繊維３にトレーサ用の繊維を混合しておく、又は、強化繊維３にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、強化繊維３を観察しやすくなるため望ましい。また、上記方法で測定が困難な場合には、加熱炉等により構造体１を高温下において樹脂成分を焼失させた後、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて取り出した強化繊維３から強化繊維３の配向を観察する方法を例示できる。
【００３６】
上述した観察方法に基づいて繊維分散率は次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維（図２における単繊維１１ａ）に対して接触している全ての単繊維（図２における単繊維１１ｂ〜１１ｄ）との二次元接触角を測定する。これを１００本の単繊維について行い、二次元接触角を測定した全ての単繊維の総本数と二次元接触角が１°以上である単繊維の本数との比率から割合を算出する。
【００３７】
さらに、強化繊維３はランダムに分散していることが、とりわけ望ましい。ここで、強化繊維３がランダムに分散しているとは、構造体１における任意に選択した強化繊維３の二次元配向角の算術平均値が３０°以上、６０°以下の範囲内にあることをいう。かかる二次元配向角とは、強化繊維３の単繊維とこの単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。
【００３８】
この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図２（ａ），（ｂ）において、単繊維１１ａを基準とすると、単繊維１１ａは他の単繊維１１ｂ〜１１ｆと交差している。ここで、交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維１１ａと単繊維１１ｂ〜１１ｆとが必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維１１ａについて見た場合、単繊維１１ｂ〜１１ｆの全てが二次元配向角の評価対象であり、図２（ａ）中において二次元配向角は交差する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度Ａである。
【００３９】
二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から強化繊維３の配向を観察する方法を例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段をとることができる。二次元配向角の平均値は、次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維（図２における単繊維１１ａ）に対して交差している全ての単繊維（図２における単繊維１１ｂ〜１１ｆ）との二次元配向角の平均値を測定する。例えば、ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に２０本選び測定した算術平均値を代用してもよい。この測定を別の単繊維を基準として合計５回繰り返し、その算術平均値を二次元配向角の算術平均値として算出する。
【００４０】
強化繊維３が略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることで、上述した略モノフィラメント状に分散した強化繊維３により与えられる性能を最大限まで高めることができる。また、構造体１において力学特性に等方性を付与できる。かかる観点から、強化繊維３の繊維分散率は９０％以上であることが望ましく、１００％に近づくほどより望ましい。また、強化繊維３の二次元配向角の算術平均値は、４０°以上、５０°以下の範囲内にあることが望ましく、理想的な角度である４５°に近づくほど望ましい。
【００４１】
一方、強化繊維３が不織布状の形態をとらない例としては、強化繊維３が一方向に配列されてなるシート基材、織物基材、及びノンクリンプ基材等がある。これらの形態は、強化繊維３が規則的に密に配置されるため、構造体１中の空隙４が少なくなってしまい、樹脂２の含浸が極めて困難となり、未含浸部を形成したり、含浸手段や樹脂種の選択肢を大きく制限したりする場合がある。
【００４２】
強化繊維３の形態としては、構造体１と同程度の長さの連続性強化繊維、又は、所定長に切断された有限長の不連続性強化繊維のいずれであってもよいが、樹脂２を容易に含浸させたり、その量を容易に調整できたりする観点からは、不連続性強化繊維であることが望ましい。
【００４３】
強化繊維３の体積含有率は、０．５体積％以上、５５体積％以下の範囲内にある。強化繊維３の体積含有率が０．５体積％未満である場合、強化繊維３に由来する補強効果を十分なものとすることができないので望ましくない。一方、強化繊維３の体積含有率が５５体積％より大きい場合には、強化繊維３に対する樹脂２の体積含有率が相対的に少なくなるため、構造体１中の強化繊維３同士を結着し、強化繊維３の補強効果を十分なものとすることができず、構造体１の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できなくなるので望ましくない。
【００４４】
強化繊維３は樹脂２に被覆されており、樹脂２の厚みが１μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内にあることが望ましい。樹脂２に被覆された強化繊維３の被覆状態は、少なくとも構造体１を構成する強化繊維３の単繊維同士の交差する点が被覆されていれば、構造体１の形状安定性や、厚み制御の容易さ及び自由度の観点から十分であるが、さらに望ましい態様とすれば、樹脂２は、強化繊維３の周囲に、上述の厚みで被覆された状態であることが望ましい。この状態は、強化繊維３の表面が樹脂２によって露出していない、言い換えれば、強化繊維３が樹脂２により電線状の皮膜を形成していることを意味する。このことにより、構造体１は、さらに、形状安定性を有すると共に、力学特性の発現を十分なものとする。また、樹脂２に被覆された強化繊維３の被覆状態は、その強化繊維３の全てにおいて被覆されている必要はなく、本発明に係る構造体１の形状安定性や、曲げ弾性率、曲げ強度を損なわない範囲内であればよい。
【００４５】
強化繊維３の質量平均繊維長が１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲内にあることが望ましい。これにより、強化繊維３の補強効率を高めることができ、構造体１に優れた力学特性を与えられる。強化繊維３の質量平均繊維長が１ｍｍ未満である場合、構造体１中の空隙４を効率よく形成できないため、比重が高くなる場合があり、言い換えれば、同一質量でありながら所望する厚さの構造体１を得ることが困難となるので望ましくない。一方、強化繊維３の質量平均繊維長が１５ｍｍより長い場合には、構造体１中で強化繊維３が、自重により屈曲しやすくなり、力学特性の発現を阻害する要因となるので望ましくない。質量平均繊維長は、構造体１の樹脂成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維３から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの平均長さとして算出できる。
【００４６】
本発明における空隙４とは、樹脂２により被覆された強化繊維３が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間のことを指す。例えば強化繊維３に樹脂２が予め含浸された構造体前駆体を加熱して構造体を得る場合、加熱に伴う樹脂２の溶融ないしは軟化により、強化繊維３が起毛することで空隙４が形成される。これは、構造体前駆体において、加圧により圧縮状態とされていた内部の強化繊維３が、その弾性率に由来する起毛力によって起毛する性質に基づく。また、構造体１中における空隙４の含有率は、１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にある。空隙４の含有率が１０体積％未満である場合、構造体１の比重が高くなるため軽量性を満足できないため望ましくない。一方、空隙４の含有率が９９体積％より大きい場合には、言い換えれば、強化繊維３の周囲に被覆された樹脂２の厚みが薄くなるため、構造体１中における強化繊維３同士の補強が十分に行われないために、力学特性が低くなるので望ましくない。空隙４の含有率の上限値は９７体積％であることが望ましい。本発明において、体積含有率は構造体１を構成する樹脂２と強化繊維３と空隙４のそれぞれの体積含有率の合計を１００体積％とする。
【００４７】
強化繊維３の長さをＬｆ、構造体１の断面方向における強化繊維３の配向角度をθｆとしたとき、構造体１の厚みＳｔは条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足する。構造体１の厚みＳｔが上記条件式を満足しない場合、構造体１中における強化繊維３が屈曲している、ないし、得たい厚みの構造体１と繊維長とのバランスが劣るということを示す。これにより、構造体１は、投入した強化繊維３の特徴を十分に発揮できないために厚み設計の自由度が劣ることを示し、さらには、構造体１の力学特性のうち、強化繊維３の引張強度や引張弾性率を利用する特性については、強化繊維３の直進性が失われていることにより、効率的な補強効果を得ることができないため望ましくない。上記条件式において、強化繊維３の長さとその配向角度が形成する構造体１の特性である曲げ弾性率と比曲げ弾性率とのバランスが得られることや、また、構造体１中の繊維長とその配向角度により、成形工程中の固化ないしは硬化以前の状態での変形がしやすく、所望する構造体１の成形が行いやすいことから、構造体１の厚みＳｔの２％以上、２０％以下の値の範囲内が好ましく、とりわけ５％以上、１８％以下の値の範囲内が好ましい。なお、条件式に使用する単位は、Ｓｔ［ｍｍ］、Ｌｆ［ｍｍ］、θｆ［°］である。
【００４８】
ここで、強化繊維３の長さＬｆは、構造体１の樹脂成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維３から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの長さから算出した質量平均繊維長として算出できる。また、構造体１の断面方向における強化繊維３の配向角度θｆとは、構造体１の断面方向に対する傾き度合いであって、言い換えれば、厚さ方向に対する強化繊維３の傾き度合いである。値が大きいほど厚み方向に立って傾いていることを示し、０°以上、９０°以下の範囲で与えられる。すなわち、強化繊維３の配向角度θｆをかかる範囲内とすることで、構造体１における補強機能をより効果的に発現できる。強化繊維３の配向角度θｆの上限値には特に制限はないが、構造体１とした際の曲げ弾性率の発現に鑑みて、６０°以下であることが望ましく、さらには４５°以下であることがより望ましい。また、強化繊維３の配向角度θｆが３°未満である場合、構造体１中の強化繊維３が平面状、言い換えれば二次元に配向した状態となるので、構造体１の厚みの自由度が減少し、軽量性を満足できないため望ましくない。そのため強化繊維３の配向角度θｆは３°以上であることが好ましい。
【００４９】
強化繊維３の配向角度θｆは、構造体１の面方向に対する垂直断面の観察に基づいて測定できる。図３は、本発明の第１及び第２の態様に係る構造体の面方向（図３（ａ））及び厚み方向（図３（ｂ））の断面構造の一例を示す模式図である。図３（ａ）において、強化繊維３ａ，３ｂの断面は、測定を簡便にするため楕円形状に近似されている。ここで、強化繊維３ａの断面は、楕円アスペクト比（＝楕円長軸／楕円短軸）が小さく見られ、対して強化繊維３ｂの断面は、楕円アスペクト比が大きく見られる。一方、図３（ｂ）によると、強化繊維３ａは、厚み方向Ｙに対してほぼ平行な傾きを持ち、強化繊維３ｂは、厚み方向Ｙに対して一定量の傾きを持っている。この場合、強化繊維３ｂについては、構造体１の面方向Ｘと繊維主軸（楕円における長軸方向）αとがなす角度θｘが、強化繊維３ｂの面外角度θｆとほぼ等しくなる。一方、強化繊維３ａについては、角度θｘと配向角度θｆの示す角度に大きな乖離があり、角度θｘが配向角度θｆを反映しているとはいえない。従って、構造体１の面方向に対する垂直断面から配向角度θｆを読み取る場合、繊維断面の楕円アスペクト比が一定値以上のものを抽出することで配向角度θｆの検出精度を高めることができる。
【００５０】
抽出対象となる楕円アスペクト比の指標としては、単繊維の断面形状が真円に近い、すなわち強化繊維３の長尺方向に垂直な断面における繊維アスペクト比が１．１以下である場合、楕円アスペクト比が２０以上の強化繊維３について面方向Ｘと繊維主軸αとのなす角度θｘを測定し、これを配向角度θｆとして採用する方法を利用できる。一方、単繊維の断面形状が楕円形や繭形等であり、繊維アスペクト比が１．１より大きい場合には、より大きな楕円アスペクト比を持つ強化繊維３に注目し、配向角度θｆを測定した方がよく、繊維アスペクト比が１．１以上、１．８未満の場合には楕円アスペクト比が３０以上、繊維アスペクト比が１．８以上、２．５未満の場合には楕円アスペクト比が４０以上、繊維アスペクト比が２．５以上の場合には楕円アスペクト比が５０以上の強化繊維３を選び、配向角度θｆを測定するとよい。
【００５１】
構造体１の曲げ弾性率をＥｃ、構造体１の比重をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１として表される構造体１の比曲げ弾性率は３以上、２０以下の範囲内にある。構造体１の比曲げ弾性率が３未満である場合、曲げ弾性率が高くとも、比重も高い状態であり、所望する軽量化効果が得られないので望ましくない。一方、構造体１の比曲げ弾性率が２０より大きい場合には、軽量化効果は十分であるものの、曲げ弾性率が低いことを指し示しており、構造体１として所望される形状を保持することが困難であることや、構造体１自身の曲げ弾性率が劣ることから望ましくない。一般的に鋼材やアルミニウムの比曲げ弾性率は１．５以下であり、これらの金属材料よりも極めて優れた比曲げ弾性率の領域となる。さらには、軽量化効果に着目される炭素繊維強化樹脂複合材料の一般的な比曲げ弾性率である２．３を超える３以上であること、さらに望ましくは５以上である。
【００５２】
構造体１の曲げ弾性率Ｅｃは、３ＧＰａ以上、望ましくは６ＧＰａ以上であるとよい。構造体１の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ未満である場合、構造体１として使用する範囲に制限が生じるため望ましくない。また、構造体１の設計を容易にするために、曲げ弾性率は等方性を有していることが望ましい。曲げ弾性率の上限については制限を設けないが、一般的に強化繊維と樹脂とからなる構造体では、その構成成分である強化繊維及び樹脂それぞれの弾性率から算出される値が上限となり得る。本発明に係る構造体においては、構造体を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合おいても、構造体自身の曲げ弾性率を用いて部材の設計を行い、実用に供するためには５ＧＰａもあれば十分である。
【００５３】
構造体１の比重ρは０．９ｇ／ｃｍ３以下であることが望ましい。構造体１の比重ρが０．９ｇ／ｃｍ３より大きい場合、構造体１とした場合の質量が増すことを意味し、結果、製品とした場合の質量の増加を招くこととなるので望ましくない。比重の下限については制限を設けないが、一般的に強化繊維と樹脂とからなる構造体では、その構成成分である強化繊維、樹脂、及び空隙それぞれの体積割合から算出される値が下限となり得る。本発明に係る構造体においては、構造体を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合おいても、構造体自身の比重は、使用する強化繊維や樹脂により異なるが、構造体の力学特性を保持するという観点から、０．０３ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましい。
【００５４】
構造体１の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分における空隙率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあり、残りの部分の空隙率が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にあることが望ましい。かかる空隙率は小さいほど力学特性に優れ、また、大きいほど軽量性に優れる。言い換えれば、構造体１が同一構成の材料からなる場合、構造体１の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分における空隙率が０体積％以上、１０体積％未満であることにより、構造体１の力学特性を担保し、残りの部分の空隙率が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にあることにより軽量特性を満足させることができるため望ましい。
【００５５】
本発明において構造体１の厚みは、厚みを求めたい表面上の１点とその裏側の表面とを結ぶ最短の距離から求めることができる。厚み方向の中点とは構造体１の厚みの中間点を意味する。構造体の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分とは、構造体１の表面とその厚み方向の中点までの距離を１００％とした際に、構造体１の表面から３０％の距離までを含めた部分のことを意味する。ここでの残りの部分とは、構造体１の一方の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分及び構造体１の他方の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分を除いた残りの部分を意味する。図４に示すように、構造体１の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分Ｒ１及び残りの部分Ｒ２は、構造体１の厚み方向の異なる位置に存在してもよいし、図５に示すように、面方向の異なる位置に存在してもよい。
【００５６】
本発明における強化繊維３は不織布状の形態をとることが、強化繊維３への樹脂２の含浸の容易さの観点から望ましい。さらに、強化繊維３が、不織布状の形態を有していることにより、不織布自体のハンドリング性の容易さに加え、一般的に高粘度とされる熱可塑性樹脂の場合においても含浸を容易なものとできるため望ましい。ここで、不織布状の形態とは、強化繊維３のストランド及び／又はモノフィラメントが規則性なく面状に分散した形態を指し、チョップドストランドマット、コンティニュアンスストランドマット、抄紙マット、カーディングマット、エアレイドマット等を例示できる（以下、これらをまとめて強化繊維マットと称す）。
【００５７】
構造体１を構成する強化繊維マットの製造方法としては、例えば強化繊維３を予めストランド及び／又は略モノフィラメント状に分散して強化繊維マットを製造する方法がある。強化繊維マットの製造方法としては、強化繊維３を空気流にて分散シート化するエアレイド法や、強化繊維３を機械的に櫛削りながら形状を整えシート化するカーディング法等の乾式プロセス、強化繊維３を水中にて攪拌して抄紙するラドライト法による湿式プロセスを公知技術として挙げることができる。強化繊維３をよりモノフィラメント状に近づける手段としては、乾式プロセスにおいては、開繊バーを設ける方法やさらに開繊バーを振動させる方法、さらにカードの目をファインにする方法や、カードの回転速度を調整する方法等を例示できる。湿式プロセスにおいては、強化繊維３の攪拌条件を調整する方法、分散液の強化繊維濃度を希薄化する方法、分散液の粘度を調整する方法、分散液を移送させる際に渦流を抑制する方法等を例示できる。特に、強化繊維マットは湿式プロセスで製造することが望ましく、投入繊維の濃度を増やしたり、分散液の流速（流量）とメッシュコンベアの速度を調整したりすることで強化繊維マットの強化繊維３の割合を容易に調整できる。例えば、分散液の流速に対してメッシュコンベアの速度を遅くすることで、得られる強化繊維マット中の繊維の配向が引き取り方向に向き難くなり、嵩高い強化繊維マットを製造可能である。強化繊維マットは、強化繊維３単体から構成されていてもよく、強化繊維３が粉末形状や繊維形状のマトリックス樹脂成分と混合されていたり、強化繊維３が有機化合物や無機化合物と混合されていたり、強化繊維３同士が樹脂成分で目留めされていてもよい。
【００５８】
さらに、強化繊維マットには予め樹脂２を含浸させておき、構造体前駆体としておくこともできる。本発明に係る構造体前駆体を製造する方法としては、強化繊維マットに樹脂２を溶融ないし軟化する温度以上に加熱された状態で圧力を付与し、強化繊維マットに含浸させる方法を用いることが、製造の容易さの観点から望ましい。具体的には、強化繊維マットの厚み方向の両側から樹脂２を配置した積層物を溶融含浸させる方法が望ましく例示できる。
【００５９】
上記各方法を実現するための設備としては、圧縮成形機やダブルベルトプレスを好適に用いることができる。バッチ式の場合は前者であり、加熱用と冷却用との２機以上を並列した間欠式プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。連続式の場合は後者であり、連続的な加工を容易に行うことができるので連続生産性に優れる。
【００６０】
本発明に係る構造体１を製造する際には、少なくとも以下の工程［１］及び［２］により製造される方法を採用することが、製造の容易さの観点から好ましい。
【００６１】
工程［１］：樹脂２が溶融ないし軟化する温度以上に加熱された状態で圧力を付与し、樹脂２を強化繊維マットに含浸せしめて構造体前駆体を作製する工程。
工程［２］：構造体前駆体を加熱された状態で厚み調整をすることにより膨張させる工程。
【００６２】
工程［２］は工程［１］にて得られた構造体前駆体を加熱された状態で厚み調整をすることにより膨張させる工程である。このとき加熱される温度は構造体１を構成する樹脂２が熱可塑性樹脂である場合、溶融ないし軟化せしめるのに十分な熱量を与えることが、製造される構造体１の厚み制御及び製造速度の観点から好ましく、具体的には、溶融温度に対し１０℃以上高く、且つ、熱可塑性樹脂が熱分解温度以下の温度を付与することが好ましい。また、樹脂２として熱硬化性樹脂を用いる場合、架橋構造を形成して硬化する前の熱硬化性樹脂原料を溶融ないし軟化せしめるのに十分な熱量を与えることが、製造される構造体１の厚み制御及び製造速度の観点から好ましい。
【００６３】
厚み制御を行う方法としては、加熱される構造体前駆体を目的の厚みに制御できれば方法によらないが、金属板等を用いて厚みを拘束する方法、構造体前駆体に付与する圧力により厚み制御する方法等が製造の簡便さの観点から好ましい方法として例示される。上記方法を実現するための設備としては、圧縮成形機やダブルベルトプレスを好適に用いることができる。バッチ式の場合は前者であり、加熱用と冷却用の２機以上を並列した間欠式プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。連続式の場合は後者であり、連続的な加工を容易に行うことができるため連続生産性に優れる。
【００６４】
強化繊維マットが不織布状の形態をとらない例としては、強化繊維３が一方向に配列されてなるシート基材、織物基材、及びノンクリンプ基材等がある。これらの形態は、強化繊維３が規則的に密に配置されるため、強化繊維マット中の空隙部が少なく、熱可塑性樹脂が十分なアンカリング構造を形成しないため、それをコア形成層にすると接合能力が低下する。また、樹脂２が熱可塑性樹脂の場合、含浸が極めて困難となり、未含浸部を形成したり、含浸手段や樹脂種の選択肢を大きく制限したりする。
【００６５】
本発明においては、本発明の特徴を損なわない範囲において、構造体１又は構造体前駆体をコア層に用い、且つ、連続した強化繊維３に樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いたサンドイッチ構造体とすることもできる。ここで、連続した強化繊維３とは、少なくとも一方向に１００ｍｍ以上の長さで連続したものであり、その多数本が一方向に配列した集合体、いわゆる強化繊維束は、サンドイッチ構造体の全長にわたり連続している。連続した強化繊維３からなるシート状中間基材の形態としては、多数本の連続した強化繊維３からなる強化繊維束から構成されたクロス、多数本の連続した強化繊維３が一方向に配列された強化繊維束（一方向性繊維束）、この一方向性繊維束から構成された一方向性クロス等である。強化繊維３は、同一の形態の複数本の繊維束から構成されていても、又は、異なる形態の複数本の繊維束から構成されていてもよい。一つの強化繊維束を構成する強化繊維数は、通常、３００〜４８，０００本であるが、プリプレグの製造やクロスの製造を考慮すると、望ましくは３００〜２４，０００本であり、より望ましくは１，０００〜１２，０００本である。
【００６６】
曲げ弾性率をコントロールするために、強化繊維３の方向を変えて積層する形態が望ましく用いられる。特に、サンドイッチ構造体の弾性率や強度を効率的に高める上で、繊維束を一方向に引きそろえた連続した強化繊維（ＵＤと称する）を使用することが望ましい。
【００６７】
構造体１は、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ＰＤＡ（電子手帳等の携帯情報端末）、ビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品等の筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケース」等の電気、電子機器部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジ等の、外板、又は、ボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツ等の外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュール等の内装部品」、又は、「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク」等の自動車、二輪車用構造部品、「バッテリートレイ、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ランプリフレクター、ランプハウジング、ノイズシールド、スペアタイヤカバー」等の自動車、二輪車用部品、「遮音壁、防音壁などの壁内部材」等の建材、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ、シート」等の航空機用部品が挙げられる。力学特性の観点からは、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体、建材に望ましく用いられる。なかでも、とりわけ複数の部品から構成されるモジュール部材に好適である。
【００６８】
［実施例］
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００６９】
（１）構造体における強化繊維の体積含有率Ｖｆ
構造体の質量Ｗｓを測定した後、構造体を空気中５００℃で３０分間加熱して樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量Ｗｆを測定し、次式により算出した。
【００７０】
Ｖｆ（体積％）＝（Ｗｆ／ρｆ）／｛Ｗｆ／ρｆ＋（Ｗｓ−Ｗｆ）／ρｒ｝×１００
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ρｒ：樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）
【００７１】
（２）構造体の曲げ試験
構造体から試験片を切り出し、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に従い曲げ弾性率を測定した。試験片は、任意の方向を０°方向とした場合に＋４５°、−４５°、９０°方向の４方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数ｎ＝５とし、算術平均値を曲げ弾性率Ｅｃとした。測定装置としては“インストロン（登録商標）”５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用した。得られた結果より次式により、構造体の比曲げ弾性率を算出した。
【００７２】
比曲げ弾性率＝Ｅｃ１／３／ρ
【００７３】
（３）構造体における強化繊維の配向角度θｆ
構造体から幅２５ｍｍの小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋した上で、シート厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。試料をレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で４００倍に拡大し、繊維断面形状の観察を行った。観察画像を汎用画像解析ソフトウェア上に展開し、ソフトウェアに組み込まれたプログラムを利用して観察画像中に見える個々の繊維断面を抽出し、繊維断面に内接する楕円を設け、繊維断面の形状を近似した（以降、繊維楕円と呼ぶ）。さらに、繊維楕円の長軸長さα／短軸長さβで表されるアスペクト比が２０以上の繊維楕円に対し、面方向Ｘと繊維楕円の長軸方向とのなす角を求めた。構造体の異なる部位から抽出した観察試料について上記操作を繰り返すことにより、計６００本の強化繊維について配向角度を測定し、その算術平均値を強化繊維の配向角度θｆとして求めた。
【００７４】
（４）構造体の比重ρ
構造体から試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｋ７２２２（２００５）を参考にして構造体の見かけ比重を測定した。試験片の寸法は縦１００ｍｍ、横１００ｍｍとした。試験片の縦、横、厚みをマイクロメーターで測定し、得られた値より試験片の体積Ｖを算出した。また、切り出した試験片の質量Ｍを電子天秤で測定した。得られた質量Ｍ及び体積Ｖを次式に代入することにより構造体の比重ρを算出した。
【００７５】
ρ［ｇ／ｃｍ３］＝１０３×Ｍ［ｇ］／Ｖ［ｍｍ３］
【００７６】
（５）構造体の空隙の体積含有率
構造体から縦１０ｍｍ、横１０ｍｍに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製  Ｓ−４８００型）により観察し、構造体の表面から、等間隔に１０箇所を１０００倍の倍率で撮影した。それぞれの画像について、画像内の空隙の面積Ａａを求めた。さらに、空隙の面積Ａａを画像全体の面積で除算することにより空隙率を算出した。構造体の空隙の体積含有率は、５枚の試験片でそれぞれ１０箇所ずつ撮影した合計５０箇所の空隙率から算術平均により求めた。なお、構造体において、表面から厚み方向の中点位置までの空隙率と残りの部分の空隙率とが異なる場合を判断するために、前記等間隔に撮影した１０箇所において、各々の空隙の体積含有率を算出し、空隙の体積含有率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあるものと、空隙の体積含有率が１０体積％以上、９９体積％以下のものとに分別して求めた。
【００７７】
（６）強化繊維を被覆した樹脂の厚み
構造体を縦１０ｍｍ、横１０ｍｍに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製  Ｓ−４８００型）により観察し、任意の１０箇所を３０００倍の倍率で撮影した。得られた画像の強化繊維の断面がカットされた任意の５０ヶ所から、強化繊維に被覆している樹脂の被覆厚さを測定した。強化繊維を被覆した樹脂の厚みとしては、かかる５０ヶ所の測定結果の算術平均値を用いた。
【００７８】
［炭素繊維１］
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数１２，０００本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
【００７９】
単繊維径：７μｍ
比重：１．８
引張強度：４６００ＭＰａ
引張弾性率：２２０ＧＰａ
【００８０】
［炭素繊維２］
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数１２，０００本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
【００８１】
単繊維径：７μｍ
比重：１．８
引張強度：４１００ＭＰａ
引張弾性率：４２０ＧＰａ
【００８２】
［ＰＰ樹脂］
未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０５Ｇ）８０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製“アドマー”ＱＢ５１０）２０質量％とからなる目付１００ｇ／ｍ２の樹脂シートを作製した。得られた樹脂シートの特性を表１に示す。
【００８３】
［ＰＡ樹脂］
ナイロン６樹脂（東レ（株）製“アミラン”（登録商標）ＣＭ１０２１Ｔ）からなる目付１２４ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂フィルムの特性を表１に示す。
【００８４】
［ＰＣ樹脂］
ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製“ユーピロン”（登録商標）Ｈ−４０００）からなる目付１３２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂フィルムの特性を表１に示す。
【００８５】
［ＰＰＳ樹脂］
ポリフェニレンサルファイド樹脂（東レ（株）製“トレリナ”（登録商標）Ｍ２８８８）からなる目付１４７ｇ／ｍ２の樹脂不織布を作製した。得られた樹脂不織布の特性を表１に示す。
【００８６】
［エポキシ樹脂］
エポキシ樹脂として、エポトートＹＤ１２８（東都化成（株）製）を４０質量部、エポトートＹＤ１２８Ｇ（東都化成（株）製）を２０質量部、エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン（株）製）を２０質量部、エピコート１００９（ジャパンエポキシレジン（株）製）を２０質量部、硬化剤としてＤＩＣＹ７（ジャパンエポキシレジン（株）製、ジシアンジアミド）４質量部、ＤＣＭＵ９９（保土ヶ谷化学（株）製、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア）３質量部、その他添加剤としてビニレックＫ（チッソ（株）製、ポリビニルホルマール）５質量部を配合した。これからナイフコーターを用いて目付１３２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂フィルムの特性を表１に示す。
【００８７】
［強化繊維マット１］
炭素繊維１を長さ５ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。チョップド炭素繊維を開綿機に投入して当初の太さの強化繊維束がほとんど存在しない、綿状の強化繊維集合体を得た。この強化繊維集合体を直径６００ｍｍのシリンダーロールを有するカーディング装置に投入し、強化繊維からなるシート状のウエブを形成した。このときのシリンダーロールの回転数は３２０ｒｐｍ、ドッファーの速度は１３ｍ／分であった。このウエブを重ねて強化繊維マット１を得た。得られた強化繊維マット１の特性を表２に示す。
【００８８】
［強化繊維マット２］
炭素繊維１をカートリッジカッターで３ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））とからなる濃度０．１質量％の分散液を作製し、この分散液とチョップド炭素繊維とを用いて図６に示す強化繊維マットの製造装置を用いて、強化繊維マットを製造した。図６に示す製造装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径１０００ｍｍの円筒形状の容器、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部（傾斜角３０°）を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維及び分散液（分散媒体）を投入可能である。抄紙槽が、底部に幅５００ｍｍの抄紙面を有するメッシュコンベアを備える槽である点、及び炭素繊維基材（抄紙基材）を運搬可能なコンベアをメッシュコンベアに接続している。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を０．０５質量％として行った。抄紙した炭素繊維基材は２００℃の乾燥炉で３０分間乾燥し、強化繊維マット２を得た。得られた目付は５０ｇ／ｍ２であった。得られた強化繊維マット２の特性を表２に示す。
【００８９】
［強化繊維マット３］
炭素繊維１をカートリッジカッターで６ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た以外は、強化繊維マット２と同様にして強化繊維マット３を得た。得られた強化繊維マット３の特性を表２に示す。
【００９０】
［強化繊維マット４］
炭素繊維１をカートリッジカッターで１２ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た以外は、強化繊維マット２と同様にして強化繊維マット４を得た。得られた強化繊維マット４の特性を表２に示す。
【００９１】
［強化繊維マット５］
炭素繊維１をカートリッジカッターで２５ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。得られたチョップド炭素繊維を８０ｃｍ高さから自由落下させて、チョップド炭素繊維がランダムに分布した強化繊維マット５を得た。得られた強化繊維マット５の特性を表２に示す。
【００９２】
［強化繊維マット６］
炭素繊維２をカートリッジカッターで６ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た以外は、強化繊維マット２と同様にして強化繊維マット６を得た。得られた強化繊維マット６の特性を表２に示す。
【００９３】
【表１】
2017110528.tif 000003
【表２】
2017110528.tif 000004
【００９４】
（実施例１）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（Ｖ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表３に示す。
【００９５】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（ＩＶ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（Ｖ）金型を開いて構造体を取り出す。
【００９６】
（実施例２）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【００９７】
（実施例３）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製し、工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから５．６ｍｍに代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【００９８】
（実施例４）
樹脂シートをＰＰ樹脂からＰＡ樹脂に代えて、工程（Ｉ）における予熱温度を２３０℃から２６０℃に代えた。他、工程（ＩＶ）におけるキャビティ温度を５０℃から６０℃に代え、工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから３．３ｍｍに代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【００９９】
（実施例５）
樹脂シートをＰＰ樹脂からＰＰＳ樹脂に代えて、工程（Ｉ）における予熱温度を２３０℃から３００℃に代えた。工程（ＩＶ）におけるキャビティ温度を５０℃から１５０℃に代え、工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから２．９ｍｍに代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１００】
（実施例６）
樹脂シートをＰＰ樹脂からＰＣ樹脂に代えて、工程（Ｉ）における予熱温度を２３０℃から３００℃に代えて、工程（ＩＶ）におけるキャビティ温度を５０℃から８０℃に代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０１】
（実施例７）
強化繊維マットを強化繊維マット３から強化繊維マット６に代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０２】
（実施例８）
樹脂シートをＰＰ樹脂からエポキシ樹脂に代えて、実施例１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（Ｖ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０３】
（Ｉ）積層物を１５０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、３ＭＰａの圧力を付与してさらに２０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが３．３ｍｍとなるように調整する。
（ＩＶ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を３０℃まで冷却する。
（Ｖ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１０４】
（実施例９）
強化繊維マットを強化繊維マット３から強化繊維マット２に代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０５】
（実施例１０）
強化繊維マットを強化繊維マット３から強化繊維マット４に代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０６】
（実施例１１）
強化繊維マットを強化繊維マット３から強化繊維マット１に代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０７】
（実施例１２）
工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから２０．２ｍｍに代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０８】
（実施例１３）
実施例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１０９】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが１．２ｍｍのスペーサーを挿入し、５秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１１０】
（実施例１４）
実施例１と同様の強化繊維マットおよび樹脂シートを用いて、実施例１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１１１】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが２．０ｍｍの金属スペーサーを挿入し、２０秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１１２】
（実施例１５）
実施例１と同様の強化繊維マットおよび樹脂シートを用いて、実施例１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表３に示す。
【０１１３】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端から中心にかけて等間隔に厚みが２．３ｍｍの金属スペーサーを挿入し、２０秒間保持した。
（ＩＶ）その後、金型キャビティを解放して、工程（ＩＩＩ）において、金属スペーサーの接触していない部分の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１１４】
（比較例１）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、実施例１における工程（ＩＩＩ）において金属スペーサーを用いなかった以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表４に示す。
【０１１５】
（比較例２）
強化繊維マット３を７０枚積み重ね、それをＰＰ樹脂にて挟み込んで積層物を作製した。次いで、実施例１における工程（ＩＩＩ）において、金属スペーサーを厚み３．４ｍｍから厚み３．２ｍｍに代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表４に示す。
【０１１６】
（比較例３）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、実施例１における工程（ＩＩＩ）において金属スペーサーを厚み３．４ｍｍから厚み１．４ｍｍに代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表４に示す。
【０１１７】
（比較例４）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、実施例１における工程（Ｉ）〜（Ｖ）を経ることにより構造体を得た以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表４に示す。
【０１１８】
（比較例５）
強化繊維マットとして強化繊維マット５を用いた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表４に示す。
【０１１９】
（比較例６）
実施例１における工程（Ｉ）、（ＩＩＩ）のみを経た成形体を金型から取り出して空冷することに代えた以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表４に示す。
【０１２０】
（比較例７）
実施例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体の特性を表４に示す。
【０１２１】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが１．８ｍｍのスペーサーを挿入し、２０秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１２２】
【表３】
2017110528.tif 000005
【表４】
2017110528.tif 000006
【０１２３】
〔検討〕
本実施例が、構造体の厚みＳｔが条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足することにより、比曲げ弾性率と曲げ弾性率の絶対値とのバランスに優れることが明確である。さらに、樹脂種を変更した実施例４、５、６、８についても同様のことが言える。一方、比較例１においては、強化繊維マットと樹脂を実施例１と同様にしたが、空隙が無いことにより、比曲げ弾性率を満足できなかった。比較例２においては、樹脂及び空隙の体積割合を調整したが、強化繊維マットの体積割合とのバランスが悪く、曲げ弾性率が低いものとなった。強化繊維の周囲への樹脂による被覆が形成されなかったためと推察する。比較例３においては、曲げ弾性率が低いものとなった。これは、略モノフィラメント状ではない強化繊維を使用したためであり、比較例４において構造体の厚みを変更したが改善されることはなかった。比較例５においては、強化繊維の繊維長を短くしたため、条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足できなかった。これにより、曲げ弾性率の絶対値を満足することができなかった。比較例６においては、強化繊維の周囲を樹脂が被覆せず、強化繊維の交差する点に樹脂が局在化したため、強化繊維、樹脂、及び空隙の含有量は満足したが、曲げ弾性率の絶対値が低く、結果として、比曲げ弾性率の値を満足できなかった。比較例７においては、表面に高い比重、中心部分に低い比重の領域を設け、その厚み割合は、両表面と中心とが１：１の関係となった。比較例７の曲げ特性を評価したが、構造体の表面の空隙を有する領域と中心の空隙を有する領域との厚み割合のバランスが悪いため、中心部分の高い空隙率を有する層の特性が支配的となり、所望の特性を得ることができなかった。
【０１２４】
〔第２の態様〕
次に、本発明の第２の態様に係る構造体について説明する。
【０１２５】
図１は、本発明の第１及び第２の態様に係る構造体の断面構造を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第２の態様に係る構造体１は、樹脂２と強化繊維３と空隙４から構成されている。
【０１２６】
ここで、樹脂２としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を例示できる。また、本発明においては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがブレンドされていてもよく、その場合は、樹脂を構成する成分のうち、５０質量％超える量を占める成分を樹脂の名称とする。
【０１２７】
本発明における１つの形態において、樹脂２は、少なくとも１種類以上の熱可塑性樹脂を含むことが望ましい。熱可塑性樹脂としては、「ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等のポリアリーレンスルフィド、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）」等の結晶性樹脂、「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）」等の非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、さらにポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、及びアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体及び変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂を例示できる。中でも、得られる構造体の軽量性の観点からはポリオレフィンが望ましく、強度の観点からはポリアミドが望ましく、表面外観の観点からポリカーボネートやスチレン系樹脂のような非晶性樹脂が望ましく、耐熱性の観点からポリアリーレンスルフィドが望ましく、連続使用温度の観点からポリエーテルエーテルケトンが望ましく、さらに耐薬品性の観点からフッ素系樹脂が望ましく用いられる。
【０１２８】
本発明における１つの形態において、樹脂２は、少なくとも１種類以上の熱硬化性樹脂を含むことが望ましい。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミド、これらの共重合体、変性体、及びこれらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を例示できる。また、本発明の目的を損なわない範囲で、本発明に係る構造体は、エラストマー又はゴム成分等の耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を含有してもよい。充填材や添加剤の例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、又は、カップリング剤を例示できる。
【０１２９】
樹脂２の体積含有率は、２．５体積％以上、８５体積％以下の範囲内にある。樹脂２の体積含有率が２．５体積％未満である場合、構造体１中の強化繊維３同士を結着し、強化繊維３の補強効果を十分なものとすることができず、構造体の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できなくなるので望ましくない。一方、樹脂２の体積含有率が８５体積％より大きい場合には、樹脂量が多すぎることから、空隙構造をとることが困難となるので望ましくない。
【０１３０】
強化繊維３としては、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維、ＰＡＮ系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス等の絶縁性繊維、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレン等の有機繊維、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド等の無機繊維を例示できる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理の他に、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理等がある。また、これらの繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維が望ましく用いられる。また、得られる構造体の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が望ましく用いられ、とりわけ力学特性と経済性とのバランスから炭素繊維とガラス繊維とを併用することが望ましい。さらに、得られる構造体の衝撃吸収性や賦形性を高める観点からは、アラミド繊維が望ましく用いられ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性とのバランスから炭素繊維とアラミド繊維とを併用することが望ましい。また、得られる構造体の導電性を高める観点からは、ニッケルや銅やイッテルビウム等の金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。これらの中で、強度と弾性率等の力学特性に優れるＰＡＮ系の炭素繊維をより望ましく用いることができる。
【０１３１】
強化繊維３は、不連続であり、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることが望ましい。強化繊維３をかかる態様とすることで、シート状の構造体の前駆体ないし構造体を、外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦型が容易となる。また、強化繊維３をかかる態様とすることで、強化繊維３によって形成された空隙が緻密化し、構造体１中における強化繊維３の繊維束端における弱部が極小化できるため、優れた補強効率及び信頼性に加えて、等方性も付与される。ここで、略モノフィラメントとは、強化繊維単糸が５００本未満の細繊度ストランドにて存在することを指す。さらに望ましくは、モノフィラメント状に分散していることである。
【０１３２】
ここで、略モノフィラメント状、又は、モノフィラメント状に分散しているとは、構造体１中にて任意に選択した強化繊維３について、その二次元接触角が１°以上である単繊維の割合（以下、繊維分散率とも称す）が８０％以上であることを指し、言い換えれば、構造体１中において単繊維の２本以上が接触して平行した束が２０％未満であることをいう。従って、ここでは、少なくとも強化繊維３におけるフィラメント数１００本以下の繊維束の質量分率が１００％に該当するものが特に好ましい。
【０１３３】
二次元接触角とは、不連続な強化繊維の場合、単繊維とこの単繊維が接触する単繊維とで形成される角度のことであり、接触する単繊維同士が形成する角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。この二次元接触角について、図面を用いてさらに説明する。図２は、面方向（図２（ａ））及び厚み方向（図２（ｂ））から観察した時の強化繊維マットにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。単繊維１１ａを基準とすると、単繊維１１ａは図２（ａ）では単繊維１１ｂ〜１１ｆと交わって観察されるが、図２（ｂ）では単繊維１１ａは単繊維１１ｅ，１１ｆとは接触していない。この場合、基準となる単繊維１１ａについて、二次元接触角の評価対象となるのは単繊維１１ｂ〜１１ｄであり、接触する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０°以上９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度Ａである。
【０１３４】
二次元接触角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば構造体１の表面から強化繊維３の配向を観察する方法を例示できる。この場合、構造体１の表面を研磨して強化繊維３を露出させることで、強化繊維３をより観察しやすくなる。また、Ｘ線ＣＴ透過観察を行って強化繊維３の配向画像を撮影する方法も例示できる。Ｘ線透過性の高い強化繊維３の場合には、強化繊維３にトレーサ用の繊維を混合しておく、又は、強化繊維３にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、強化繊維３を観察しやすくなるため望ましい。また、上記方法で測定が困難な場合には、加熱炉等により構造体１を高温下において樹脂成分を焼失させた後、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて取り出した強化繊維３から強化繊維３の配向を観察する方法を例示できる。
【０１３５】
上述した観察方法に基づいて繊維分散率は次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維（図２における単繊維１１ａ）に対して接触している全ての単繊維（図２における単繊維１１ｂ〜１１ｄ）との二次元接触角を測定する。これを１００本の単繊維について行い、二次元接触角を測定した全ての単繊維の総本数と二次元接触角が１°以上である単繊維の本数との比率から割合を算出する。
【０１３６】
さらに、強化繊維３はランダムに分散していることが、とりわけ望ましい。ここで、強化繊維３がランダムに分散しているとは、構造体１における任意に選択した強化繊維３の二次元配向角の算術平均値が３０°以上、６０°以下の範囲内にあることをいう。かかる二次元配向角とは、強化繊維３の単繊維とこの単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。
【０１３７】
この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図２（ａ），（ｂ）において、単繊維１１ａを基準とすると、単繊維１１ａは他の単繊維１１ｂ〜１１ｆと交差している。ここで、交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維１１ａと単繊維１１ｂ〜１１ｆとが必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維１１ａについて見た場合、単繊維１１ｂ〜１１ｆの全てが二次元配向角の評価対象であり、図２（ａ）中において二次元配向角は交差する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度Ａである。
【０１３８】
二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から強化繊維３の配向を観察する方法を例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段をとることができる。二次元配向角の平均値は、次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維（図２における単繊維１１ａ）に対して交差している全ての単繊維（図２における単繊維１１ｂ〜１１ｆ）との二次元配向角の平均値を測定する。例えば、ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に２０本選び測定した算術平均値を代用してもよい。この測定を別の単繊維を基準として合計５回繰り返し、その算術平均値を二次元配向角の算術平均値として算出する。
【０１３９】
強化繊維３が略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることで、上述した略モノフィラメント状に分散した強化繊維３により与えられる性能を最大限まで高めることができる。また、構造体１において力学特性に等方性を付与できる。かかる観点から、強化繊維３の繊維分散率は９０％以上であることが望ましく、１００％に近づくほどより望ましい。また、強化繊維３の二次元配向角の算術平均値は、４０°以上、５０°以下の範囲内にあることが望ましく、理想的な角度である４５°に近づくほど望ましい。
【０１４０】
一方、強化繊維３が不織布状の形態をとらない例としては、強化繊維３が一方向に配列されてなるシート基材、織物基材、及びノンクリンプ基材等がある。これらの形態は、強化繊維３が規則的に密に配置されるため、構造体１中の空隙４が少なくなってしまい、樹脂２の含浸が極めて困難となり、未含浸部を形成したり、含浸手段や樹脂種の選択肢を大きく制限したりする場合がある。
【０１４１】
強化繊維３の形態としては、構造体１と同程度の長さの連続性強化繊維、又は、所定長に切断された有限長の不連続性強化繊維のいずれであってもよいが、樹脂２を容易に含浸させたり、その量を容易に調整できたりする観点からは、不連続性強化繊維であることが望ましい。
【０１４２】
強化繊維３の体積含有率は、０．５体積％以上、５５体積％以下の範囲内にある。強化繊維３の体積含有率が０．５体積％未満である場合、強化繊維３に由来する補強効果を十分なものとすることができないので望ましくない。一方、強化繊維３の体積含有率が５５体積％より大きい場合には、強化繊維３に対する樹脂２の体積含有率が相対的に少なくなるため、構造体１中の強化繊維３同士を結着し、強化繊維３の補強効果を十分なものとすることができず、構造体１の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できなくなるので望ましくない。
【０１４３】
強化繊維３は樹脂２に被覆されており、樹脂２の厚みが１μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内にあることが望ましい。樹脂２に被覆された強化繊維３の被覆状態は、少なくとも構造体１を構成する強化繊維３の単繊維同士の交差する点が被覆されていれば、構造体１の形状安定性や、厚み制御の容易さ及び自由度の観点から十分であるが、さらに望ましい態様とすれば、樹脂２は、強化繊維３の周囲に、上述の厚みで被覆された状態であることが望ましい。この状態は、強化繊維３の表面が樹脂２によって露出していない、言い換えれば、強化繊維３が樹脂２により電線状の皮膜を形成していることを意味する。このことにより、構造体１は、さらに、形状安定性を有すると共に、力学特性の発現を十分なものとする。また、樹脂２に被覆された強化繊維３の被覆状態は、その強化繊維３の全てにおいて被覆されている必要はなく、本発明に係る構造体１の形状安定性や、曲げ弾性率、曲げ強度を損なわない範囲内であればよい。
【０１４４】
強化繊維３の質量平均繊維長が１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下の範囲内にあることが望ましい。これにより、強化繊維３の補強効率を高めることができ、構造体１に優れた力学特性を与えられる。強化繊維３の質量平均繊維長が１ｍｍ未満である場合、構造体１中の空隙４を効率よく形成できないため、比重が高くなる場合があり、言い換えれば、同一質量でありながら所望する厚さの構造体１を得ることが困難となるので望ましくない。一方、強化繊維３の質量平均繊維長が１５ｍｍより長い場合には、構造体１中で強化繊維３が、自重により屈曲しやすくなり、力学特性の発現を阻害する要因となるので望ましくない。質量平均繊維長は、構造体１の樹脂成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維３から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの平均長さとして算出できる。
【０１４５】
本発明における空隙４とは、樹脂２により被覆された強化繊維３が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間のことを指す。例えば強化繊維３に樹脂２が予め含浸された構造体前駆体を加熱して構造体を得る場合、加熱に伴う樹脂２の溶融ないしは軟化により、強化繊維３が起毛することで空隙４が形成される。これは、構造体前駆体において、加圧により圧縮状態とされていた内部の強化繊維３が、その弾性率に由来する起毛力によって起毛する性質に基づく。また、構造体１中における空隙４の含有率は、１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にある。空隙４の含有率が１０体積％未満である場合、構造体１の比重が高くなるため軽量性を満足できないため望ましくない。一方、空隙４の含有率が９９体積％より大きい場合には、言い換えれば、強化繊維３の周囲に被覆された樹脂２の厚みが薄くなるため、構造体１中における強化繊維３同士の補強が十分に行われないために、力学特性が低くなるので望ましくない。空隙４の含有率の上限値は９７体積％であることが望ましい。本発明において、体積含有率は構造体１を構成する樹脂２と強化繊維３と空隙４のそれぞれの体積含有率の合計を１００体積％とする。
【０１４６】
強化繊維３の長さをＬｆ、構造体１の断面方向における強化繊維３の配向角度をθｆとしたとき、構造体１の厚みＳｔは条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足する。構造体１の厚みＳｔが上記条件式を満足しない場合、構造体１中における強化繊維３が屈曲している、ないし、得たい厚みの構造体１と繊維長とのバランスが劣るということを示す。これにより、構造体１は、投入した強化繊維３の特徴を十分に発揮できないために厚み設計の自由度が劣ることを示し、さらには、構造体１の力学特性のうち、強化繊維３の引張強度や引張弾性率を利用する特性については、強化繊維３の直進性が失われていることにより、効率的な補強効果を得ることができないため望ましくない。上記条件式において、強化繊維３の長さとその配向角度が形成する構造体１の特性である曲げ弾性率と比曲げ弾性率とのバランスが得られることや、また、構造体１中の繊維長とその配向角度により、成形工程中の固化ないしは硬化以前の状態での変形がしやすく、所望する構造体１の成形が行いやすいことから、構造体１の厚みＳｔの２％以上、２０％以下の値の範囲内が好ましく、とりわけ５％以上、１８％以下の値の範囲内が好ましい。なお、条件式に使用する単位は、Ｓｔ［ｍｍ］、Ｌｆ［ｍｍ］、θｆ［°］である。
【０１４７】
ここで、強化繊維３の長さＬｆは、構造体１の樹脂成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維３から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの長さから算出した質量平均繊維長として算出できる。また、構造体１の断面方向における強化繊維３の配向角度θｆとは、構造体１の断面方向に対する傾き度合いであって、言い換えれば、厚さ方向に対する強化繊維３の傾き度合いである。値が大きいほど厚み方向に立って傾いていることを示し、０°以上、９０°以下の範囲で与えられる。すなわち、強化繊維３の配向角度θｆをかかる範囲内とすることで、構造体１における補強機能をより効果的に発現できる。強化繊維３の配向角度θｆの上限値には特に制限はないが、構造体１とした際の曲げ弾性率の発現に鑑みて、６０°以下であることが望ましく、さらには４５°以下であることがより望ましい。また、強化繊維３の配向角度θｆが３°未満である場合、構造体１中の強化繊維３が平面状、言い換えれば二次元に配向した状態となるので、構造体１の厚みの自由度が減少し、軽量性を満足できないため望ましくない。そのため強化繊維３の配向角度θｆは３°以上であることが好ましい。
【０１４８】
強化繊維３の配向角度θｆは、構造体１の面方向に対する垂直断面の観察に基づいて測定できる。図３は、本発明の第１及び第２の態様に係る構造体の面方向（図３（ａ））及び厚み方向（図３（ｂ））の断面構造の一例を示す模式図である。図３（ａ）において、強化繊維３ａ，３ｂの断面は、測定を簡便にするため楕円形状に近似されている。ここで、強化繊維３ａの断面は、楕円アスペクト比（＝楕円長軸／楕円短軸）が小さく見られ、対して強化繊維３ｂの断面は、楕円アスペクト比が大きく見られる。一方、図３（ｂ）によると、強化繊維３ａは、厚み方向Ｙに対してほぼ平行な傾きを持ち、強化繊維３ｂは、厚み方向Ｙに対して一定量の傾きを持っている。この場合、強化繊維３ｂについては、構造体１の面方向Ｘと繊維主軸（楕円における長軸方向）αとがなす角度θｘが、強化繊維３ｂの面外角度θｆとほぼ等しくなる。一方、強化繊維３ａについては、角度θｘと配向角度θｆの示す角度に大きな乖離があり、角度θｘが配向角度θｆを反映しているとはいえない。従って、構造体１の面方向に対する垂直断面から配向角度θｆを読み取る場合、繊維断面の楕円アスペクト比が一定値以上のものを抽出することで配向角度θｆの検出精度を高めることができる。
【０１４９】
抽出対象となる楕円アスペクト比の指標としては、単繊維の断面形状が真円に近い、すなわち強化繊維の長尺方向に垂直な断面における繊維アスペクト比が１．１以下である場合、楕円アスペクト比が２０以上の強化繊維３について面方向Ｘと繊維主軸αとのなす角度θｘを測定し、これを配向角度θｆとして採用する方法を利用できる。一方、単繊維の断面形状が楕円形や繭形等であり、繊維アスペクト比が１．１より大きい場合には、より大きな楕円アスペクト比を持つ強化繊維３に注目し、配向角度θｆを測定した方がよく、繊維アスペクト比が１．１以上、１．８未満の場合には楕円アスペクト比が３０以上、繊維アスペクト比が１．８以上、２．５未満の場合には楕円アスペクト比が４０以上、繊維アスペクト比が２．５以上の場合には楕円アスペクト比が５０以上の強化繊維３を選び、配向角度θｆを測定するとよい。
【０１５０】
構造体１の曲げ弾性率をＥｃ、構造体１の比重をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１により表される構造体１の第１部分における比曲げ弾性率は、１以上、３未満の範囲内にある。構造体１の第１部分における比曲げ弾性率が１未満である場合、構造体１の軽量化効果が失われていることとなるので望ましくない。一方、構造体１の第１部分における比曲げ弾性率が３より大きい場合には、構造体１が単一の組成からなる場合は、曲げ弾性率が低いことを意味するため望ましくない。より望ましくは、軽量化効果に着目される炭素繊維強化樹脂複合材料の一般的な比曲げ弾性率である２．３を超え、３未満である。
【０１５１】
構造体１の第１部分と異なる第２部分における比曲げ弾性率は、３以上、２０以下の範囲内にある。構造体１の第２部分における比曲げ弾性率が３未満である場合、曲げ弾性率が高くとも、比重も高い状態であり、所望する軽量化効果が得られないので望ましくない。一方、構造体１の第２部分における比曲げ弾性率が２０より大きい場合には、軽量化効果は十分であるものの、曲げ弾性率が低いことを指し示しており、構造体１として所望される形状を保持することが困難であることや、構造体１自身の曲げ弾性率が劣ることから望ましくない。一般的に鋼材やアルミニウムの比曲げ弾性率は１．５以下であり、これらの金属材料よりも極めて優れた比曲げ弾性率の領域となる。さらには、軽量化効果に着目される炭素繊維強化樹脂複合材料の一般的な比曲げ弾性率である２．３を超える３以上であること、さらに望ましくは５以上である。
【０１５２】
構造体１の第２部分の曲げ弾性率Ｅｃは６ＧＰａ以上であることが望ましい。曲げ弾性率の上限に制限は設けないが、一般的に６ＧＰａ以上あれば、構造体１を部材として設計する場合に曲げ弾性率が問題とならないため好ましく、さらには、実部材において設計の自由度の観点から曲げ弾性率は等方性を有していることが望ましい。一方、本発明の効果を損なわない限り、曲げ弾性率について上限は設けないが、本発明に係る構造体においては、強化繊維及び樹脂、並びに空隙の体積含有量と曲げ弾性率との関係から、３０ＧＰａ程度が上限となり得る。３０ＧＰａ以上の曲げ弾性率がある場合は、一般的に強化繊維の含有量が多く、且つ、空隙の体積含有量が少ない場合であり、結果として比重が高く、製品の重量増につながる場合がある。
【０１５３】
図４に示すように、構造体１の第１部分Ｒ１及び第２部分Ｒ２は、構造体１の厚み方向の異なる位置に存在してもよいし、図５に示すように、構造体１の第１部分Ｒ１及び第２部分Ｒ２が構造体の面方向の異なる位置に存在してもよい。図４に示すように、第１部分Ｒ１の比重が高い状態、言い換えると空隙が少ない場合は、いわゆる、サンドイッチ構造等に代表されるスキン層として機能する。すなわち、表皮たるスキン層が曲げ弾性率の向上に寄与することができる。さらには、第２部分Ｒ２の比重が低い状態、言い換えると空隙が多い場合は、いわゆる、サンドイッチ構造等に代表されるコア層として機能する。すなわち、芯材たるコア層は曲げ弾性率の向上に大きく寄与しないため、その比重のみ活用するばかりか、構造体１の曲げ剛性においては、厚みが大きく影響することから、軽量、且つ、高剛性な構造体とすることができる。図５においては、種々の荷重を受け持つ部分を高比重、すなわち、第１部分Ｒ１とし、荷重をほぼ受け持たない部分を第２部分Ｒ２とすることで、構造体の軽量性に効率的な設計をすることができる。さらには、第２部分Ｒ２の厚みを第１部分Ｒ１より厚くすることで、構造体全体の曲げ剛性の設計をすることができるため、製品とした場合の成形品の反りや捻れ等の変形を抑制することができる。さらには、本発明に係る構造体においては、図５及び図６に記載の形状を単一の組成、構造体の前駆体から得ることができるため、異種材料の複合化で問題となる線膨張係数を起因とする変形や接合不良を問題とすること必要がないため、望ましい態様といえる。
【０１５４】
さらに、構造体１の第１部分の空隙率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあり、残りの部分の空隙率が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にあることが望ましい。これにより、単一の組成においても、上述のように第１部分と第２部分とすることで、剛性に寄与する部分を第１部分として使用できるため、構造体の軽量性に効率的な設計をすることができる。さらには、第２部分の厚みを第１部分より厚くすることで、構造体全体の曲げ剛性の設計をすることができるため、部分的に軽量化を行うことが可能である。
【０１５５】
構造体１中における第１部分での強化繊維３の配向角度θｆが５°以上、１５°以下の範囲内にあり、それ以外の位置での強化繊維３の配向角度θｆが５°以上、４５°以下の範囲内にあることが望ましい。構造体を単一の組成から得る場合に限らず、第１部分の配向角度θｆが５°以上、１５°以下の範囲内にあるということは、強化繊維３が面内方向に配向していることを意味し、結果、強化繊維３が荷重を受け持つため、面内強度を高くすることができる。さらに、第２部分の配向角度θｆが５°以上、４５°以下の範囲内にあるということは、構造体において、空隙を効率よく形成できることとなり、結果として、軽量化が可能となる。望ましくは、構造体としたときの圧縮特性と軽量性とのバランスから、第１部分の配向角度は５°以上、１０°以下の範囲内、第２部分の配向角度は５°以上、３０°以下の範囲内である。
【０１５６】
構造体１の比重ρは０．９ｇ／ｃｍ３以下であることが望ましい。構造体１の比重ρが０．９ｇ／ｃｍ３より大きい場合、構造体１とした場合の質量が増すことを意味し、結果、製品とした場合の質量の増加を招くこととなるので望ましくない。比重の下限については制限を設けないが、一般的に強化繊維と樹脂とからなる構造体では、その構成成分である強化繊維、樹脂、及び空隙それぞれの体積割合から算出される値が下限となり得る。本発明に係る構造体においては、構造体を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合おいても、構造体自身の比重は、使用する強化繊維や樹脂により異なるが、構造体の力学特性を保持するという観点から、０．０３ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましい。
【０１５７】
本発明における強化繊維３は不織布状の形態をとることが、強化繊維３への樹脂２の含浸の容易さの観点から望ましい。さらに、強化繊維３が、不織布状の形態を有していることにより、不織布自体のハンドリング性の容易さに加え、一般的に高粘度とされる熱可塑性樹脂の場合においても含浸を容易なものとできるため望ましい。ここで、不織布状の形態とは、強化繊維３のストランド及び／又はモノフィラメントが規則性なく面状に分散した形態を指し、チョップドストランドマット、コンティニュアンスストランドマット、抄紙マット、カーディングマット、エアレイドマット等を例示できる（以下、これらをまとめて強化繊維マットと称す）。
【０１５８】
構造体１を構成する強化繊維マットの製造方法としては、例えば強化繊維３を予めストランド及び／又は略モノフィラメント状に分散して強化繊維マットを製造する方法がある。強化繊維マットの製造方法としては、強化繊維３を空気流にて分散シート化するエアレイド法や、強化繊維３を機械的に櫛削りながら形状を整えシート化するカーディング法等の乾式プロセス、強化繊維３を水中にて攪拌して抄紙するラドライト法による湿式プロセスを公知技術として挙げることができる。強化繊維３をよりモノフィラメント状に近づける手段としては、乾式プロセスにおいては、開繊バーを設ける方法やさらに開繊バーを振動させる方法、さらにカードの目をファインにする方法や、カードの回転速度を調整する方法等を例示できる。湿式プロセスにおいては、強化繊維３の攪拌条件を調整する方法、分散液の強化繊維濃度を希薄化する方法、分散液の粘度を調整する方法、分散液を移送させる際に渦流を抑制する方法等を例示できる。特に、強化繊維マットは湿式プロセスで製造することが望ましく、投入繊維の濃度を増やしたり、分散液の流速（流量）とメッシュコンベアの速度を調整したりすることで強化繊維マットの強化繊維３の割合を容易に調整できる。例えば、分散液の流速に対してメッシュコンベアの速度を遅くすることで、得られる強化繊維マット中の繊維の配向が引き取り方向に向き難くなり、嵩高い強化繊維マットを製造可能である。強化繊維マットは、強化繊維３単体から構成されていてもよく、強化繊維３が粉末形状や繊維形状のマトリックス樹脂成分と混合されていたり、強化繊維３が有機化合物や無機化合物と混合されていたり、強化繊維３同士が樹脂成分で目留めされていてもよい。
【０１５９】
さらに、強化繊維マットには予め樹脂２を含浸させておき、構造体前駆体としておくこともできる。本発明に係る構造体前駆体を製造する方法としては、強化繊維マットに樹脂２を溶融ないし軟化する温度以上に加熱された状態で圧力を付与し、強化繊維マットに含浸させる方法を用いることが、製造の容易さの観点から望ましい。具体的には、強化繊維マットの厚み方向の両側から樹脂２を配置した積層物を溶融含浸させる方法が望ましく例示できる。
【０１６０】
上記各方法を実現するための設備としては、圧縮成形機やダブルベルトプレスを好適に用いることができる。バッチ式の場合は前者であり、加熱用と冷却用との２機以上を並列した間欠式プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。連続式の場合は後者であり、連続的な加工を容易に行うことができるので連続生産性に優れる。
【０１６１】
本発明に係る構造体１を製造する際には、少なくとも以下の工程［１］及び［２］により製造される方法を採用することが、製造の容易さの観点から好ましい。
【０１６２】
工程［１］：樹脂２が溶融ないし軟化する温度以上に加熱された状態で圧力を付与し、樹脂２を強化繊維マットに含浸せしめて構造体前駆体を作製する工程。
工程［２］：構造体前駆体を加熱された状態で厚み調整をすることにより膨張させる工程。
【０１６３】
工程［２］は工程［１］にて得られた構造体前駆体を加熱された状態で厚み調整をすることにより膨張させる工程である。このとき加熱される温度は構造体１を構成する樹脂２が熱可塑性樹脂である場合、溶融ないし軟化せしめるのに十分な熱量を与えることが、製造される構造体１の厚み制御及び製造速度の観点から好ましく、具体的には、溶融温度に対し１０℃以上高く、且つ、熱可塑性樹脂が熱分解温度以下の温度を付与することが好ましい。また、樹脂２として熱硬化性樹脂を用いる場合、架橋構造を形成して硬化する前の熱硬化性樹脂原料を溶融ないし軟化せしめるのに十分な熱量を与えることが、製造される構造体１の厚み制御及び製造速度の観点から好ましい。
【０１６４】
厚み制御を行う方法としては、加熱される構造体前駆体を目的の厚みに制御できれば方法によらないが、金属板等を用いて厚みを拘束する方法、構造体前駆体に付与する圧力により厚み制御する方法等が製造の簡便さの観点から好ましい方法として例示される。上記方法を実現するための設備としては、圧縮成形機やダブルベルトプレスを好適に用いることができる。バッチ式の場合は前者であり、加熱用と冷却用の２機以上を並列した間欠式プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。連続式の場合は後者であり、連続的な加工を容易に行うことができるため連続生産性に優れる。
【０１６５】
強化繊維マットが不織布状の形態をとらない例としては、強化繊維３が一方向に配列されてなるシート基材、織物基材、及びノンクリンプ基材等がある。これらの形態は、強化繊維３が規則的に密に配置されるため、強化繊維マット中の空隙部が少なく、熱可塑性樹脂が十分なアンカリング構造を形成しないため、それをコア形成層にすると接合能力が低下する。また、樹脂２が熱可塑性樹脂の場合、含浸が極めて困難となり、未含浸部を形成したり、含浸手段や樹脂種の選択肢を大きく制限したりする。
【０１６６】
本発明においては、本発明の特徴を損なわない範囲において、構造体１又は構造体前駆体をコア層に用い、且つ、連続した強化繊維３に樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いたサンドイッチ構造体とすることもできる。ここで、連続した強化繊維３とは、少なくとも一方向に１００ｍｍ以上の長さで連続したものであり、その多数本が一方向に配列した集合体、いわゆる強化繊維束は、サンドイッチ構造体の全長にわたり連続している。連続した強化繊維３からなるシート状中間基材の形態としては、多数本の連続した強化繊維３からなる強化繊維束から構成されたクロス、多数本の連続した強化繊維３が一方向に配列された強化繊維束（一方向性繊維束）、この一方向性繊維束から構成された一方向性クロス等である。強化繊維３は、同一の形態の複数本の繊維束から構成されていても、又は、異なる形態の複数本の繊維束から構成されていてもよい。一つの強化繊維束を構成する強化繊維数は、通常、３００〜４８，０００本であるが、プリプレグの製造やクロスの製造を考慮すると、望ましくは３００〜２４，０００本であり、より望ましくは１，０００〜１２，０００本である。
【０１６７】
曲げ弾性率をコントロールするために、強化繊維３の方向を変えて積層する形態が望ましく用いられる。特に、サンドイッチ構造体の弾性率や強度を効率的に高める上で、繊維束を一方向に引きそろえた連続した強化繊維（ＵＤと称する）を使用することが望ましい。
【０１６８】
構造体１は、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ＰＤＡ（電子手帳等の携帯情報端末）、ビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品等の筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、又はそのケース」等の電気、電子機器部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジ等の、外板、又は、ボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツ等の外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュール等の内装部品」、又は、「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク」等の自動車、二輪車用構造部品、「バッテリートレイ、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ランプリフレクター、ランプハウジング、ノイズシールド、スペアタイヤカバー」等の自動車、二輪車用部品、「遮音壁、防音壁などの壁内部材」等の建材、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ、シート」等の航空機用部品が挙げられる。力学特性の観点からは、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体、建材に望ましく用いられる。なかでも、とりわけ複数の部品から構成されるモジュール部材に好適である。
【０１６９】
［実施例］
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【０１７０】
（１）構造体における強化繊維の体積含有率Ｖｆ
構造体の質量Ｗｓを測定した後、構造体を空気中５００℃で３０分間加熱して樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量Ｗｆを測定し、次式により算出した。
【０１７１】
Ｖｆ（体積％）＝（Ｗｆ／ρｆ）／｛Ｗｆ／ρｆ＋（Ｗｓ−Ｗｆ）／ρｒ｝×１００
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ρｒ：樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）
【０１７２】
（２）構造体の曲げ試験
構造体から試験片を切り出し、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に従い、構造体全体の曲げ弾性率を測定した。さらに、第１部分と第２部分については、カッターを用いて切り分け、各々についても、同様に曲げ弾性率を測定した。これらの試験片は、任意の方向を０°方向とした場合に＋４５°、−４５°、９０°方向の４方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数ｎ＝５とし、算術平均値を曲げ弾性率Ｅｃとした。測定装置としては“インストロン（登録商標）”５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用した。得られた結果より次式により、構造体の比曲げ弾性率を算出した。
【０１７３】
比曲げ弾性率＝Ｅｃ１／３／ρ
【０１７４】
（３）構造体における強化繊維の配向角度θｆ
構造体から幅２５ｍｍの小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋した上で、シート厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。試料をレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で４００倍に拡大し、繊維断面形状の観察を行った。観察画像を汎用画像解析ソフトウェア上に展開し、ソフトウェアに組み込まれたプログラムを利用して観察画像中に見える個々の繊維断面を抽出し、繊維断面に内接する楕円を設け、繊維断面の形状を近似した（以降、繊維楕円と呼ぶ）。さらに、繊維楕円の長軸長さα／短軸長さβで表されるアスペクト比が２０以上の繊維楕円に対し、面方向Ｘと繊維楕円の長軸方向とのなす角を求めた。構造体の異なる部位から抽出した観察試料について上記操作を繰り返すことにより、計６００本の強化繊維について配向角度を測定し、その算術平均値を強化繊維の配向角度θｆとして求めた。
【０１７５】
（４）構造体の比重ρ
構造体から試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｋ７２２２（２００５）を参考にして構造体の見かけ比重を測定した。試験片の寸法は縦１００ｍｍ、横１００ｍｍとした。試験片の縦、横、厚みをマイクロメーターで測定し、得られた値より試験片の体積Ｖを算出した。また、切り出した試験片の質量Ｍを電子天秤で測定した。得られた質量Ｍ及び体積Ｖを次式に代入することにより構造体の比重ρを算出した。
【０１７６】
ρ［ｇ／ｃｍ３］＝１０３×Ｍ［ｇ］／Ｖ［ｍｍ３］
【０１７７】
（５）構造体の空隙の体積含有率
構造体から縦１０ｍｍ、横１０ｍｍに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製  Ｓ−４８００型）により観察し、構造体の表面から、等間隔に１０箇所を１０００倍の倍率で撮影した。それぞれの画像について、画像内の空隙の面積Ａａを求めた。さらに、空隙の面積Ａａを画像全体の面積で除算することにより空隙率を算出した。構造体の空隙の体積含有率は、５枚の試験片でそれぞれ１０箇所ずつ撮影した合計５０箇所の空隙率から算術平均により求めた。
【０１７８】
（６）強化繊維を被覆した樹脂の厚み
構造体を縦１０ｍｍ、横１０ｍｍに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製  Ｓ−４８００型）により観察し、任意の１０箇所を３０００倍の倍率で撮影した。得られた画像の強化繊維の断面がカットされた任意の５０ヶ所から、強化繊維に被覆している樹脂の被覆厚さを測定した。強化繊維を被覆した樹脂の厚みとしては、かかる５０ヶ所の測定結果の算術平均値を用いた。
【０１７９】
［炭素繊維１］
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数１２，０００本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
【０１８０】
単繊維径：７μｍ
比重：１．８
引張強度：４６００ＭＰａ
引張弾性率：２２０ＧＰａ
【０１８１】
［ＰＰ樹脂］
未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０５Ｇ）８０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製“アドマー”ＱＢ５１０）２０質量％とからなる目付１００ｇ／ｍ２の樹脂シートを作製した。得られた樹脂シートの特性を表１に示す。
【０１８２】
［ＰＡ樹脂］
ナイロン６樹脂（東レ（株）製“アミラン”（登録商標）ＣＭ１０２１Ｔ）からなる目付１２４ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂フィルムの特性を表１に示す。
【０１８３】
［ＰＣ樹脂］
ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製“ユーピロン”（登録商標）Ｈ−４０００）からなる目付１３２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂フィルムの特性を表１に示す。
【０１８４】
［ＰＰＳ樹脂］
ポリフェニレンサルファイド樹脂（東レ（株）製“トレリナ”（登録商標）Ｍ２８８８）からなる目付１４７ｇ／ｍ２の樹脂不織布を作製した。得られた樹脂不織布の特性を表１に示す。
【０１８５】
［エポキシ樹脂］
エポキシ樹脂として、エポトートＹＤ１２８（東都化成（株）製）を４０質量部、エポトートＹＤ１２８Ｇ（東都化成（株）製）を２０質量部、エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン（株）製）を２０質量部、エピコート１００９（ジャパンエポキシレジン（株）製）を２０質量部、硬化剤としてＤＩＣＹ７（ジャパンエポキシレジン（株）製、ジシアンジアミド）４質量部、ＤＣＭＵ９９（保土ヶ谷化学（株）製、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア）３質量部、その他添加剤としてビニレックＫ（チッソ（株）製、ポリビニルホルマール）５質量部を配合した。これからナイフコーターを用いて目付１３２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂フィルムの特性を表１に示す。
【０１８６】
［強化繊維マット３］
炭素繊維１をカートリッジカッターで６ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））とからなる濃度０．１質量％の分散液を作製し、この分散液とチョップド炭素繊維とを用いて図６に示す強化繊維マットの製造装置を用いて、強化繊維マットを製造した。図６に示す製造装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径１０００ｍｍの円筒形状の容器、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部（傾斜角３０°）を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維及び分散液（分散媒体）を投入可能である。抄紙槽が、底部に幅５００ｍｍの抄紙面を有するメッシュコンベアを備える槽である点、及び炭素繊維基材（抄紙基材）を運搬可能なコンベアをメッシュコンベアに接続している。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を０．０５質量％として行った。抄紙した炭素繊維基材は２００℃の乾燥炉で３０分間乾燥し、強化繊維マット３を得た。得られた目付は５０ｇ／ｍ２であった。得られた強化繊維マット３の特性を表２に示す。
【０１８７】
［強化繊維マット５］
炭素繊維１をカートリッジカッターで２５ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。得られたチョップド炭素繊維を８０ｃｍ高さから自由落下させて、チョップド炭素繊維がランダムに分布した強化繊維マット５を得た。得られた強化繊維マット５の特性を表２に示す。
【０１８８】
（参考例１）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（Ｖ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０１８９】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（ＩＶ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（Ｖ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１９０】
（実施例２１）
参考例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、参考例１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０１９１】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが１．２ｍｍのスペーサーを挿入し、５秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１９２】
（実施例２２）
参考例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例２１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０１９３】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが２．０ｍｍの金属スペーサーを挿入し、２０秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１９４】
（実施例２３）
参考例１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例２１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０１９５】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端から中心にかけて等間隔に厚みが２．３ｍｍの金属スペーサーを挿入し、２０秒間保持した。
（ＩＶ）その後、金型キャビティを解放して、工程（ＩＩＩ）において、金属スペーサーの接触していない部分の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０１９６】
（実施例２４）
樹脂シートをＰＰ樹脂からＰＡ樹脂に代えて、工程（Ｉ）における予熱温度を２３０℃から２６０℃に代えた。他、工程（ＩＶ）におけるキャビティ温度を５０℃から６０℃に代え、工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを変更した以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０１９７】
（実施例２５）
樹脂シートをＰＰ樹脂からＰＰＳ樹脂に代えて、工程（Ｉ）における予熱温度を２３０℃から３００℃に代えた。工程（ＩＶ）におけるキャビティ温度を５０℃から１５０℃に代え、工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを変更した以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０１９８】
（実施例２６）
樹脂シートをＰＰ樹脂からＰＣ樹脂に代えて、工程（Ｉ）における予熱温度を２３０℃から３００℃に代えて、工程（ＩＶ）におけるキャビティ温度を５０℃から８０℃に代えた以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０１９９】
（実施例２７）
樹脂シートをＰＰ樹脂からエポキシ樹脂に代えて、実施例２１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表５に示す。
【０２００】
（Ｉ）積層物を１５０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、３ＭＰａの圧力を付与してさらに２０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが１．２ｍｍのスペーサーを挿入し、５秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０２０１】
（比較例１１）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、実施例２１における工程（ＩＩＩ）において金属スペーサーを用いなかった以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表６に示す。
【０２０２】
（比較例１２）
強化繊維マット３を７０枚積層積み重ね、それをＰＰ樹脂にて挟み込んで積層物を作製した。次いで、実施例２１における工程（ＩＩＩ）において、金属スペーサーを厚み３．４ｍｍから厚み３．２ｍｍに代えた以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表６に示す。
【０２０３】
（比較例１３）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、実施例２１における工程（ＩＩＩ）において金属スペーサーを厚み３．４ｍｍから厚み１．４ｍｍに代えた以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表６に示す。
【０２０４】
（比較例１４）
強化繊維マットとして強化繊維マット３、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、実施例２１における工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表６に示す。
【０２０５】
（比較例１５）
強化繊維マットとして強化繊維マット５を用いた以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表６に示す。
【０２０６】
（比較例１６）
実施例２１における工程（Ｉ）、（ＩＩＩ）のみを経た成形体を金型から取り出して空冷することに代えた以外は、実施例２１と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表６に示す。
【０２０７】
（比較例１７）
実施例２１と同様の強化繊維マット及び樹脂シートを用いて、実施例２１と同様に積層物を得た。次いで、以下の工程（Ｉ）〜（ＶＩ）を経ることにより構造体を得た。得られた構造体の特性を表６に示す。
【０２０８】
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、金型キャビティを開放し、その末端に厚みが１．８ｍｍのスペーサーを挿入し、２０秒間保持した。
（ＩＶ）その後、構造体を得る際の厚みが３．４ｍｍとなるように調整する。
（Ｖ）その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで冷却する。
（ＶＩ）金型を開いて構造体を取り出す。
【０２０９】
【表５】
2017110528.tif 000007
【表６】
2017110528.tif 000008
【０２１０】
〔検討〕
本実施例が、構造体の厚みＳｔが条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足することにより、比曲げ弾性率と曲げ弾性率の絶対値とのバランスに優れることが明確である。さらに、樹脂種を変更した実施例２４、２５、２６についても同様のことが言える。一方、比較例１１においては、強化繊維マットと樹脂を実施例２１と同様にしたが、空隙が無いことにより、比曲げ弾性率を満足できなかった。比較例１２においては、樹脂及び空隙の体積割合を調整したが、強化繊維マットの体積割合とのバランスが悪く、曲げ弾性率が低いものとなった。強化繊維の周囲への樹脂による被覆が形成されなかったためと推察する。比較例１３においては、曲げ弾性率が低いものとなった。これは、略モノフィラメント状ではない強化繊維を使用したためであり、比較例１４において構造体の厚みを変更したが改善されることはなかった。比較例１５においては、強化繊維の繊維長を短くしたため、条件式：Ｓｔ≧Ｌｆ２・（１−ｃｏｓ（θｆ））を満足できなかった。これにより、曲げ弾性率の絶対値を満足することができなかった。比較例１６においては、強化繊維の周囲を樹脂が被覆せず、強化繊維の交差する点に樹脂が局在化したため、強化繊維、樹脂、及び空隙の含有量は満足したが、曲げ弾性率の絶対値が低く、結果として、比曲げ弾性率の値を満足できなかった。比較例１７においては、表面に高い比重、中心部分に低い比重の領域を設け、その厚み割合は、両表面と中心とが１：１の関係となった。比較例１７の曲げ特性を評価したが、構造体の表面の空隙を有する領域と中心の空隙を有する領域との厚み割合のバランスが悪いため、中心部分の高い空隙率を有する層の特性が支配的となり、所望の特性を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０２１１】
本発明によれば、剛性及び軽量性に優れる構造体を提供することができる。また、本発明によれば、軽量性及び力学特性に優れる構造体を提供できる。
【符号の説明】
【０２１２】
１  構造体
２  樹脂
３  強化繊維
４  空隙
【図１】
2017110528.tif 000009
【図２】
2017110528.tif 000010
【図３】
2017110528.tif 000011
【図４】
2017110528.tif 000012
【図５】
2017110528.tif 000013
【図６】
2017110528.tif 000014
【国際調査報告】
2017110528.tif 000015
2017110528.tif 000016
2017110528.tif 000017
2017110528.tif 000018