(57)【要約】  曲げ剛性及び軽量性および形状賦形性に優れる複合構造体およびその製造方法を提供すること。本発明に係る複合構造体は、第１の強化繊維と第１の樹脂から構成される構造体の少なくとも一方の表面に、第２の強化繊維と第２樹脂から構成される層を複数有する積層体が配置された複合構造体であって、前記第１の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が５〜６０°の範囲内であり、前記第２の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が０〜５°の範囲内であり、前記構造体の密度が０．０１〜１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、前記積層体の強化繊維量の体積含有率の変動率が０〜１０％の範囲内であり、前記積層体の前記構造体と接する面と対向する面に突出部を有する複合構造体である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強化繊維と第１の樹脂から構成される構造体の少なくとも一方の表面に、第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される層を複数有する積層体が配置され、一体化された複合構造体であって、
前記第１の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が５〜６０°の範囲内であって、
前記第２の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が０〜５°の範囲内であって、
前記構造体の密度が０．０１〜１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
前記積層体中の第２の強化繊維の体積含有率の変動率が０〜１０％の範囲内であり、
前記積層体の前記構造体と接する面と対向する面に突出部を有する、複合構造体。
【請求項２】
前記複合構造体の、前記突出部を有する面（投影面という）の投影面積（Ａｐ）と、前記投影面の実測面積（Ａｓ）の比（Ａｓ）／（Ａｐ）が、１を超え、２．５以下の範囲内である、請求項１に記載の複合構造体。
【請求項３】
前記突出部が、リブ及び／又はボスである、請求項１又は２に記載の複合構造体。
【請求項４】
前記突出部は、８０体積％以上１００体積％以下の割合の前記積層体を含有してなる、請求項１〜３のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項５】
前記第２の強化繊維の質量平均繊維長さをＬｓとし、前記第１の強化繊維の質量平均繊維長さをＬｃとしたときに、比Ｌｓ／Ｌｃが、１〜５０の範囲内である、請求項１〜４のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項６】
前記積層体中の各層は、実質的にすべての第２の強化繊維が切り込みにより分断され、前記切り込みにより分断された第２の強化繊維の質量平均繊維長さＬｓが１０〜１００ｍｍの範囲内である、請求項１〜５のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項７】
前記積層体中の１つの層の第２の強化繊維の配向方向と、その層と隣り合う層の第２の強化繊維の配向方向とで形成される角度が、４°以上９０°以下の範囲内である、請求項１〜６のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項８】
前記積層体中の各層は、前記切り込みと前記第２の強化繊維とのなす角度θの絶対値が２〜２５°である、請求項６又は７に記載の複合構造体。
【請求項９】
前記積層体中の各層は、前記第２の強化繊維の繊維体積含有率Ｖｆが４５〜６５％の範囲内である、請求項１〜８のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１０】
前記積層体中の各層は、第２の強化繊維が炭素繊維であり、第２の樹脂が熱硬化性樹脂である、請求項１〜９のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１１】
前記構造体中の第１の強化繊維は、質量平均繊維長さが１〜１５ｍｍである、請求項１〜１０のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１２】
前記構造体が空隙を有し、
前記構造体において、前記第１の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、前記第１の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、前記空隙の体積含有率が１０体積％以上９７体積％以下の範囲内にある、請求項１〜１１のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１３】
前記構造体は、曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１として表される比曲げ剛性が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、請求項１〜１２のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１４】
前記構造体は、前記第１の強化繊維が炭素繊維であり、前記第１の樹脂が熱可塑性樹脂である、請求項１〜１３のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１５】
少なくとも以下の工程１、工程２、工程３をこの順に有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の複合構造体の製造方法。
工程１：第１の樹脂である熱可塑性樹脂及び第１の強化繊維を有し、実質的に空隙を有さない、構造体前駆体の少なくとも一方の面に、第２の樹脂である熱硬化性樹脂及び第２の強化繊維を有する積層体前駆体を積層して、積層構造体とする積層工程
工程２：前記積層構造体を、少なくとも前記積層構造体の積層方向に屈曲形状、凹凸形状、又はリブ形状を有する金型に配置し、加熱および加圧により、積層体前駆体を形状に賦形しつつ、前記熱硬化性樹脂を硬化せしめる工程
工程３：前記熱可塑性樹脂を溶融ないし軟化せしめた状態で、厚み調整をすることにより前記構造体前駆体を膨張させて構造体とする工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維と樹脂から構成される構造体の少なくとも一方の表面に、強化繊維と樹脂から構成される層を複数有する積層体が配置された複合構造体およびその製造方法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、剛性を満足させるために、軽量性を有する繊維強化基材をサンドイッチ構造体のコア材として利用することが検討されている（特許文献１参照）。一方、形状賦形性を考慮した繊維強化樹脂積層体に関する技術として、充填剤を配合した樹脂シート材の表面に、連続した強化繊維と樹脂からなる、いわゆるプリプレグを用いた技術が開示されている（特許文献２参照）。さらに、複雑な形状への賦形性を向上させる技術として、強化繊維と熱可塑性樹脂を含むプリプレグの少なくとも一方の表面に、空隙を有するシート状物を積層する積層基材が開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０２９６３４号
【特許文献２】国際公開第２０１５／０８３７０７号
【特許文献３】国際公開第２０１５／０８３８２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし特許文献１に記載の方法では、種々の製品に対応するためには複雑、複数ある形状に賦形させなければならないため、スキン材の形状賦形性を考慮する必要がある。また特許文献２に記載の方法では、プリプレグに切り込みを設けることで、成型工程にて樹脂シート材の流動とともに賦形される技術であるが、樹脂シートは力学特性を担保するために、密度が高い無機物の充填剤を配合する必要があるため軽量化には寄与しない。さらに特許文献３に記載の方法は、積層基材を成形品に成形する際に空隙は消滅してしまうため、軽量化は達成されていない。【０００５】
以上のことから、剛性及び軽量性を満足しつつも製品化を考慮すると形状賦形性に優れる複合構造体を提供することが急務となっている。そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、曲げ剛性及び軽量性および形状賦形性に優れる複合構造体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】
【０００６】
前記課題を解決するための本発明は、以下である。
第１の強化繊維と第１の樹脂から構成される構造体の少なくとも一方の表面に、第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される層を複数有する積層体が配置され、一体化された複合構造体であって、
前記第１の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が５〜６０°の範囲内であり、
前記第２の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が０〜５°の範囲内であり、
前記構造体の密度が０．０１〜１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
前記積層体の第２の強化繊維の体積含有率の変動率が０〜１０％の範囲内であり、
前記積層体の前記構造体と接する面と対向する面に突出部を有する、複合構造体。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、剛性、軽量性および形状賦形性に優れる複合構造体およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる複合構造体の断面構造を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の変形例１にかかる複合構造体の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態の変形例２にかかる複合構造体の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の複合構造体の厚み方向の断面構造の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の複合構造体および複合構造体の製造方法について説明する。
【００１０】
本発明は、第１の強化繊維と第１の樹脂から構成される構造体の少なくとも一方の表面に、第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される層を複数有する積層体が配置され、一体化された複合構造体である。
【００１１】
複合構造体中の積層体と構造体の配置関係について、本発明においては、構造体の少なくとも一方の面に積層体が配置されてさえすれば特に制限は設けないが、一般的に、構造体の一方の表面側に積層体を配置するカナッペ構造や、構造体を積層体で挟み込む構造であるサンドイッチ構造を採用することができる。力学特性の保持の観点からは、サンドイッチ構造が好ましく、必要最低限の力学特性を確保しつつ、軽量性を達成する観点からはカナッペ構造が好ましい。
【００１２】
複合構造体は、積層体の構造体と接する面と対向する面に、当該面から突出する突出部を有している。突出部とは、複合構造体の平面ないしは曲面部分から面外方向に突出した部分を指す。積層体上に突出部が配置されることにより、前述の力学特性の確保に加え、製品化時の構造設計の拡充ができる。突出部を有さない場合、すなわち複合構造体が、平板形状、半球形状のみで構成される場合は、曲げ剛性に設計上の制限を設けることとなる。
【００１３】
さらに突出部は、複合構造体の形状賦形性、形状賦形した後の複合構造体の力学特性の観点から、リブ及び／又はボスであることが好ましい。複合構造体において、リブ及び／又はボスを設けることにより、曲げ剛性に形状による剛性向上効果を付与できるため好ましい。すなわち、構造体や積層体に由来する曲げ剛性以上の曲げ剛性を発現させることができる。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる複合構造体１の断面構造を示す模式図である。複合構造体１は、第１の樹脂２と、第１の強化繊維３と、空隙４からなる構造体５の表面側および裏面側に、積層体６−１、６−２がそれぞれ配置され、表面側の積層体６−１の構造体５Ｂと接する面と対向する平面ｆ１に、平面ｆ１から突出するリブ７が設けられている。リブ７は、本発明における突出部に相当する。なお、図１では、積層体６−１、６−２を構成する第２の樹脂、および第２の強化繊維の図示を省略している。リブ７は、積層体６−１の平面ｆ１の中央部に、長さ方向の全長にわたって（一端部から他端まで）設けられるが、長さ方向の一部に設けられるものであってもよい。また、リブ７は直線状をなしているが、これに限定するものではなく、ジグザグ状、波状であってもよい。さらに、リブ７を複数本平行に設けてもよく、さらにまた、リブを格子状に設けていてもよい。また、複合構造体を半球状とした場合、リブを中心から放射状に設けることもできる。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態の変形例１にかかる複合構造体１Ａの斜視図である。複合構造体１Ａは、構造体５の表面側および裏面側に、積層体６−１Ａ、６−２がそれぞれ配置され、表面側の積層体６−１Ａの構造体５と接する面と対向する平面ｆ１に、平面ｆ１から突出するボス７Ａが複数設けられている。ボス７Ａは突出部に相当する。ボス７Ａは円柱状をなしているが、これに限定するものではなく、六角柱状等の角柱状でもよく、内部は空洞状としてもよい。
【００１６】
図３は、本発明の実施の形態の変形例２にかかる複合構造体１Ｂの斜視図である。複合構造体１Ｂは、構造体５の表面側および裏面側に、積層体６−１Ｂ、６−２がそれぞれ配置され、表面側の積層体６−１Ｂの構造体５と接する面と対向する平面ｆ１に、突出部７Ｂが形成されている。突出部７Ｂは、略直角に屈曲する屈曲部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄにより形成されている。変形例２では、屈曲部は略直角に屈曲し、積層体の面外に突出部を突出させているが、屈曲角度は鋭角または鈍角であってもよく、屈曲の方向は積層体の内部方向であってもよい。突出部は、図３に示すような矩形状のほか、ハットや波板形状であってもよい。上記したリブ、ボス、および突出部は、例えば、補強部として機能するほか、ネジなどの機能部品を収納、設置する箇所に相当する。
【００１７】
さらに本発明では、突出部の８０体積％以上１００体積％以下が、積層体を含有することが好ましい。突出部が８０体積％以上１００体積％以下の積層体を含有することにより、力学特性、とりわけ曲げ剛性に寄与する曲げ弾性率を好ましく発現させることができる。上述の観点から、さらに好ましい突出部中の積層体の体積含有率は、９０体積％以上１００体積％以下、とりわけ好ましくは１００体積％である。
【００１８】
本発明の複合構造体は、複合構造体の突出部を有する面（投影面という）の投影面積（Ａｐ）と、前記投影面における実測面積（Ａｓ）の比（Ａｓ）／（Ａｐ）が、１を超え、２．５以下の範囲内の面積比であることが、複合構造体の作製の容易さの観点や、複合構造体の曲げ剛性を十分な値とする観点から好ましい。例えば、図２の複合構造体１Ａでは、投影面積（Ａｐ）は積層体６−１Ａの平面ｆ１の面積であり、実測面積（Ａｓ）は、ボス７Ａの側面積の合計と、積層体６−１Ａの平面ｆ１の面積の和となる。かかる比（Ａｓ）／（Ａｐ）が１を超えることは、複合構造体が平板形状以外の突出部を作製することができるということであり、製品設計の範囲を広くすることが可能となるため好ましい。上述の観点から、比（Ａｓ）／（Ａｐ）はより好ましくは、１を超え１．５以下の範囲内である。比（Ａｓ）／（Ａｐ）が１を超え、２．５以下の範囲内とすることにより、積層体と構造体からなる複合構造体が高い賦形性能を有するという格別の効果を有する。
【００１９】
さらに、複合構造体において、積層体を構成する第２の強化繊維の質量平均繊維長さをＬｓとし、構造体を構成する第１の強化繊維の質量平均繊維長さをＬｃとしたときに、比Ｌｓ／Ｌｃが、１〜５０の範囲内であることが、複合構造体の形状賦形性に優れるため好ましい。かかる範囲とすることにより積層体中の第２の強化繊維と、構造体中の第１の強化繊維の長さに大きな差異がないことで積層体が製品形状に追随しやすくなる。比Ｌｓ／Ｌｃを上記の範囲とすることにより、積層体中の第２の強化繊維が第２の樹脂を伴って突出部の形状に変形する際、積層体の変形に対して構造体中の第１の強化繊維による阻害を小さくすることができる。すなわち、突出部に配置される積層体を押しのけて、構造体が突出部（例えば、矩形形状部）へ侵入することを防ぐことができる。上述の観点から、好ましいＬｓ／Ｌｃの比は１〜３０であり、とりわけ好ましくは１〜１５である。
【００２０】
〔積層体〕
本発明の複合構造体を構成する積層体は、第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される層を複数有する。そして、積層体中の層の数は、複数、つまり２以上であれば特に限定されない。なお、積層体中の層が１層のみの場合には、複合構造体を作製する際、積層体の賦形性に乏しく所望の形状を得ることが困難となるため、積層体中の層の数は複数である。
【００２１】
積層体中の層の数は、２層以上であれば特に限定されないが、好ましくは、曲げ剛性に寄与する曲げ弾性率の均質化の観点から、積層体中の層が擬似等方に積層されていることが好ましい。具体的には、高い曲げ剛性を均質に得るためには、積層体中の層は、［０／９０］、［＋４５／０／−４５／９０］、［０／±６０］を単位とした直交積層や等方積層であることが好ましい。
【００２２】
本発明の複合構造体を構成する積層体の第２の強化繊維は、不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が０°〜５°の範囲内である。第２の強化繊維が不連続繊維であることにより、積層体に外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦形が容易となる。さらに、第２の強化繊維は、積層体の厚み方向への平均繊維配向角が０°〜５°の範囲内であることにより、積層体自身の力学特性、とりわけ曲げ特性に優れる。５°を上回る場合は、第２の強化繊維が厚み方向に配向が過多になることにより、曲げ特性を満足することができなくなる場合がある。第２の強化繊維の平均繊維配向角は、力学特性をさらに満足させる観点から、３°以下が好ましい。
【００２３】
ここで、第２の強化繊維の厚み方向の平均繊維配向角は、積層体の断面方向（厚み方向）における第２の強化繊維の配向角度を求めることにより得られる。平均繊維配向角とは、積層体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、第２の強化繊維の厚み方向の平均繊維配向角を０°〜５°の範囲内とすることで、積層体における補強機能をより効果的に発現できる。第２の強化繊維の厚み方向の平均繊維配向角は、積層体とした際の曲げ剛性の発現に鑑みて、５°以下である。さらには３°以下であることがより好ましい。
【００２４】
積層体中の第２の強化繊維の平均繊維配向角は、積層体の面方向に対する垂直断面（厚み方向）の観察に基づいて測定できる。図４は、本発明に係る積層体の、厚み方向及び繊維長尺方向で形成される面（図４（ａ））、及び、厚み方向及び繊維長尺方向に垂直な方向で形成される面（図４（ｂ））の断面構造の一例を示す模式図である。図４（ａ）において、第２の強化繊維９ａ、９ｂ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、第２の強化繊維９ａの断面は、楕円アスペクト比（＝楕円長軸α／楕円短軸β）が小さく見られ、対して第２の強化繊維９ｂの断面は、楕円アスペクト比が大きく見られる。一方、図４（ｂ）によると、第２の強化繊維９ａは、平面方向（繊維長尺方向に垂直な方向）Ｙに対してほぼ平行な傾きを持ち、第２の強化繊維９ｂは、平面方向（繊維長尺方向）Ｙに対して一定量の傾きを持っている。この場合、第２の強化繊維９ｂについては、構造体の平面方向（繊維長尺方向）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、第２の強化繊維９ｂの厚み方向の配向角度θｆとほぼ等しくなる。一方、第２の強化繊維９ａ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、構造体の平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。
【００２５】
本発明において、複合構造体として構造体と一体化された積層体中の第２の強化繊維の体積含有率の変動率は、０〜１０％の範囲内である。かかる様態とすることにより、曲げ弾性率に代表される力学特性が均質なものとなる。さらに、第２の強化繊維の体積含有率の変動率が０〜１０％とは、複合構造体としたときに測定箇所による第２の強化繊維の体積含有率のバラツキが少ないということであり、言い換えると最終製品の設計のしやすさや形状の安定性に好ましい結果を示す。上述の観点から、積層体中の第２強化繊維の体積含有率は、好ましくは５％以下であり、より好ましくは０％である。
【００２６】
ここで、第２の強化繊維の体積含有率の変動率は、既知の方法により得ることができる。例えば、予め複合構造体から取り出した積層体の密度を水中置換法で求め、測定された体積含有率の平均値、測定数、標準偏差からバラツキの指標である変動係数（ＣＶ値（％））を算出して、それを体積含有率の変動率として採用できる。
【００２７】
本発明における積層体中の各層は、実質的にすべての第２の強化繊維が切り込みにより分断され、前記切り込みにより分断された第２の強化繊維の質量平均繊維長さＬｓが１０〜１００ｍｍの範囲内であることが好ましい。第２の強化繊維が切り込みにより分断されていることにより、複合構造体を得るときに積層体中の第２の強化繊維が第２の樹脂を伴い、変形することが容易となるため、賦形性が向上する。積層体の各層は、優れた曲げ剛性、突出部への積層体の体積含有率の変動率や賦形性に、優れた効果を発現するため、一方向に引き揃えられた第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される一方向性プリプレグや、縦糸と横糸からなる織物プリプレグに、切り込みを入れたものであることが好ましい。
【００２８】
なお、“実質的にすべての第２の強化繊維が切り込みにより分断され”とは、積層体を構成する各層中の第２の強化繊維に関して、切り込みにより分断されていない第２の強化繊維の面積が、当該層の面積の占める割合の５％より小さいことを示す。
【００２９】
切り込みにより分断された第２の強化繊維の質量平均繊維長さＬｓは、１０〜１００ｍｍの範囲内であることが、賦形性と力学特性とのバランスから好ましく、さらに好ましくは２０〜６０ｍｍの範囲内である。積層体においては、質量平均繊維長さＬｓより短い第２の強化繊維も存在することがあるが、１０ｍｍ未満又は１００ｍｍを超える長さの第２の強化繊維は少なければ少ないほどよく、１０ｍｍ未満又は１００ｍｍを超える長さの第２の強化繊維が存在する面積は、第２の強化繊維が存在する層の面積に占める割合の５％より小さいことが好ましい。
【００３０】
また、積層体を形成する各層の厚みは３０〜３００μｍの範囲内が好ましい。本発明の積層体の各層は、切り込みを有するため、分断される層の厚みが大きければ生産性が低下する傾向がある。そのため、各層の厚みは、３００μｍ以下とすることが好ましい。一方、各層の厚みが３０μｍより小さくても問題は無いが、極めて薄い層を安定的に製造するのは非常に困難である。そのため生産性の観点から、３０μｍ以上であることが好ましい。さらに好ましくは、生産性の観点から、各層の厚みは５０〜１５０μｍである。
【００３１】
本発明の積層体は、前述のとおり第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される層を複数有する積層体である。そして積層体は、積層体中のうちの１つの層の第２の強化繊維の配向方向と、その層と隣り合う層の強化繊維の配向方向とで形成される角度が、４°以上９０°以下の範囲内であることが、積層体の曲げ剛性に優れるために好ましい。積層体が曲げ剛性に優れる結果、複合構造体の曲げ剛性を向上させることができるため好ましい。
【００３２】
積層体中の各層は、切り込みと第２の強化繊維とのなす角度θの絶対値が２〜２５°であることが、賦形性の観点から好ましい。２５°以下であることにより力学特性の向上に好ましい効果を発現する。一方、角度θの絶対値は２°より小さいと流動性も力学特性も得ることができるが、切り込みを安定して入れることが難しくなることがある。これは、第２の強化繊維に対して切り込みが鋭角すぎると、切り込みを入れる際、第２の強化繊維と刃の接触が安定しないためである。また、第２の強化繊維の質量平均繊維長さＬｓを１０〜１００ｍｍとするためには、角度θの絶対値が２°より小さいと、少なくとも切り込み同士の距離が小さくなりすぎ、生産安定性に欠ける。また、切り込み同士の距離が小さいと積層体の取り扱い性が難しくなるという問題がある。そのため、積層体中の各層は、切り込みと第２の強化繊維とのなす角度θの絶対値が２〜２５°であることが好ましく、切り込みの制御のしやすさと曲げ剛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。
【００３３】
さらに、積層体を構成する各層は、第２の強化繊維の繊維体積含有率が４５〜６５％の範囲内であることが曲げ剛性の発現の観点から好ましい。第２の強化繊維の繊維体積含有率が４５％を下回ると、積層体の曲げ剛性を発現するために必要な第２の強化繊維の量が少ないため、曲げ剛性に劣る。一方、６５％を上回ると、積層体を製造する際の第２の強化繊維への第２の樹脂の含浸が困難となるため好ましくない。
【００３４】
本発明の積層体に切り込みを挿入する方法としては、まず、一方向に引き揃えられた連続した第２の強化繊維に第２の樹脂を含浸させた積層体前駆体（いわゆるプリプレグ基材）を作製する。その後カッターを用いての手作業や裁断機によりプリプレグ基材に切り込みを入れる方法、所定の位置に刃を配置した回転ローラーをプリプレグ基材に連続的に押し当てる方法が例示できる。また、プリプレグ基材は、テープ状のプリプレグ基材を完全に分断した後に、所望する構成に再配列したり、一定の高さから自由落下させランダムに配置させたりしてもよい。他方、第２の強化繊維に切り込みを入れた後に第２の樹脂を含浸させてもよい。
【００３５】
なお、本発明の積層体中の各層は、第２の強化繊維が炭素繊維であり、第２の樹脂が、熱硬化性樹脂であることが好ましい。第２の強化繊維として炭素繊維を用いることで、曲げ弾性率と密度のバランスに優れた積層体とすることができる観点から好ましい。また、第２の樹脂として熱硬化性樹脂を用いることで、得られる積層体の力学特性の信頼性の観点や積層体の作製の容易さから好ましい。
【００３６】
〔構造体〕
本発明における構造体の密度は、０．０１〜１ｇ／ｃｍ３の範囲内である。構造体の密度ρが１ｇ／ｃｍ３より大きい場合、構造体の質量が増すことを意味し、結果、複合構造体とした場合の質量の増加を招くこととなるので好ましくない。密度の下限値である０．０１ｇ／ｃｍ３を下回る場合、構造体自身の密度には優れるが、構造体中の第１の強化繊維と第１の樹脂の体積割合が少なくなりすぎるため、力学特性の保持が困難となる。構造体の力学特性を保持するという観点から、構造体の密度は０．０３ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、更に、密度と力学特性のバランスを考慮すると、構造体の密度は０．１ｇ／ｃｍ３以上が好ましい。
【００３７】
構造体中の第１の強化繊維は、不連続繊維であり、質量平均繊維長さが、１〜１５ｍｍであることが、構造体への第１の強化繊維の補強効率を高めることができ、構造体に優れた力学特性を与えられるため好ましい。第１の強化繊維の質量平均繊維長さが１ｍｍ以上であることにより、構造体中の空隙を効率よく形成できるため、密度を低くすることができ、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を得ることが容易となるので好ましい。一方、第１の強化繊維の質量平均繊維長さが１５ｍｍ以下の場合には、構造体中で第１の強化繊維が、自重により屈曲しにくく、力学特性の発現を阻害しないため好ましい。第１の強化繊維の質量平均繊維長さは、第２の強化繊維の質量平均繊維長さと同様に測定することができる。
【００３８】
本発明では、構造体の密度を０．０１〜１ｇ／ｃｍ３の範囲内に制御するためにも、構造体が空隙を有することが好ましい。
【００３９】
ここで、空隙とは、第１の樹脂により被覆された第１の強化繊維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。例えば第１の強化繊維に第１の樹脂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、加熱に伴う第１の樹脂の溶融又は軟化により、第１の強化繊維が起毛することで空隙が形成される。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第１の強化繊維が、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。
【００４０】
さらに空隙を有する構造体は、第１の強化繊維、第１の樹脂、及び空隙の合計の体積を１００体積％とすると、第１の強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上５５体積％以下、第１の樹脂の体積含有率が２．５体積％以上８５体積％以下、空隙の体積含有率が１０体積％以上９７体積％以下であることが好ましい。これについて説明する。
【００４１】
構造体において、第１の強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上５５体積％以下の範囲内にあることが、構造体における第１の強化繊維の補強効果や軽量性を満足する観点から好ましい。第１の強化繊維の体積含有率が０．５体積％以上であると、第１の強化繊維に由来する補強効果を十分なものとすることができるので好ましい。一方、第１の強化繊維の体積含有率が５５体積％以下の場合には、第１の強化繊維に対する第１の樹脂の体積含有率が相対的に多くなり、構造体中の第１の強化繊維同士を結着し、第１の強化繊維の補強効果を十分なものとできるため、構造体の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できるので好ましい。
【００４２】
また、構造体における第１の樹脂の体積含有率は、２．５体積％以上８５体積％以下の範囲内にあることが好ましい。第１の樹脂の体積含有率が２．５体積％以上である場合、構造体中の第１の強化繊維同士を結着し、第１の強化繊維の補強効果を十分なものとすることができ、構造体の力学特性、とりわけ曲げ弾性率を満足できるので好ましい。一方、第１の樹脂の体積含有率が８５体積％以下であることにより、空隙の形成を阻害しないため好ましい。
【００４３】
さらに、構造体中における空隙の体積含有率は、１０体積％以上９７体積％以下の範囲内であることが好ましい。空隙の体積含有率が１０体積％以上であることにより、構造体の密度が小さくなるため軽量性を満足でき好ましい。一方、空隙の体積含有率が９７体積％以下の場合には、第１の強化繊維の周囲を被覆する第１の樹脂の厚みが十分となり、構造体中における第１の強化繊維同士の補強を十分に行うことができ、力学特性が高くなるので好ましい。
【００４４】
本発明の構造体は、曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１として表される比曲げ剛性が３以上、２０以下の範囲内、且つ、構造体の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上であることが、複合構造体としたときの曲げ剛性と軽量性のバランスの観点から好ましい。構造体の比曲げ剛性が３未満である場合、曲げ弾性率が高くとも、密度も高い状態であり、所望する軽量化効果が得られないことがある。一方、構造体の比曲げ剛性が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、構造体自身の曲げ弾性率が劣ることがある。一般的に鋼材やアルミニウムの比曲げ剛性は１．５以下であり、本発明の複合構造体中の構造体の比曲げ剛性は、これらの金属材料よりも極めて優れた比曲げ剛性を有するものとなる。本発明の複合構造体中の構造体の比曲げ剛性は、軽量化効果と比曲げ剛性のバランスから好ましくは４以上であり、さらに好ましくは５以上である。
【００４５】
さらに、構造体の曲げ弾性率Ｅｃは、３ＧＰａ以上であることが好ましく、６ＧＰａ以上であるとより好ましい。構造体の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ未満である場合、複合構造体として使用する範囲に制限が生じることがある。また、複合構造体の設計を容易にするために、構造体の曲げ弾性率は等方性を有していることが好ましい。曲げ弾性率の上限については制限を設けないが、一般的に第１の強化繊維と第１の樹脂とからなる構造体では、その構成成分である第１の強化繊維及び第１の樹脂のそれぞれの弾性率から算出される値が上限となり得る。本発明にかかる構造体においては、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。
【００４６】
本発明における第１の強化繊維は、不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が５°〜６０°の範囲内である。第１の強化繊維が不連続繊維であることにより、構造体に外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦形が容易となる。さらに、第１の強化繊維の厚み方向の平均繊維配向角を５°〜６０°の範囲内とすることで、第１の強化繊維によって形成された空隙が緻密化するとともに、効率よく空隙を生成でき、構造体の密度を制御することが容易となる。すなわち、構造体において、第１の強化繊維が不連続繊維かつ、特定範囲内の平均繊維配向角を有することで、構造体中の第１の強化繊維の繊維束端で発生しうる力学的な弱部を極小化できるため、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。
【００４７】
構造体中の第１の強化繊維の繊維配向角は、積層体中の第２の強化繊維の繊維配向角と同様の方法で測定できる。
【００４８】
さらに、第１の強化繊維は、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、構造体を均質化でき、曲げ剛性の安定性を確保できるため好ましい。ここで、略モノフィラメント状とは、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。さらに好ましくは、モノフィラメント状に分散していることである。
【００４９】
本発明における第１の強化繊維は不織布状の形態をとることが、第１の強化繊維の周囲への第１の樹脂の含浸の容易さの観点から好ましい。さらに、第１の強化繊維が、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、第１の樹脂として、一般的に高粘度とされる熱可塑性樹脂を使用する場合においても含浸を容易なものとできるため好ましい。ここで、不織布状の形態とは、第１の強化繊維のストランド及び／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）。
【００５０】
構造体を構成する強化繊維マットの製造方法としては、例えば第１の強化繊維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、第１の強化繊維を空気流にて分散シート化するエアレイド法や、第１の強化繊維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、第１の強化繊維を水中にて攪拌して抄紙する湿式プロセスを公知技術として挙げることができる。第１の強化繊維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、第１の強化繊維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好ましく、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第１の強化繊維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、第１の強化繊維単体から構成されていてもよく、第１の強化繊維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、第１の強化繊維が有機化合物や無機化合物と混合されていたり、第１の強化繊維同士が樹脂成分で目留めされていてもよい。
【００５１】
さらに、強化繊維マットには予め第１の樹脂を含浸させておき、構造体前駆体としておくこともできる。かかる構造体前駆体を製造する方法としては、強化繊維マットに第１の樹脂を溶融又は軟化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好ましい。具体的には、強化繊維マットの厚み方向の両側から第１の樹脂を配置した積層物とし、第１の樹脂を強化繊維マットに溶融含浸させる方法が好ましく例示できる。
【００５２】
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。
【００５３】
なお、本発明の構造体は、第１の強化繊維が炭素繊維であり、第１の樹脂が熱可塑性樹脂であることが好ましい。第１の強化繊維として炭素繊維を用いることで、力学特性と軽量性のバランスに優れた構造体とすることができるため好ましい。また、第１の樹脂として熱可塑性樹脂を用いることで、構造体の製造の容易さ、複合構造体としたときの厚み調整の容易さの観点から好ましい。
【００５４】
〔第１の強化繊維および第２の強化繊維〕
本発明の複合構造体における構造体を構成する第１の強化繊維、及び積層体を構成する第２の強化繊維としては、アルミニウム、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好ましく用いられる。また、得られる構造体の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が好ましく用いられ、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好ましい。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、アラミド繊維が好ましく用いられ、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好ましい。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好ましく用いることができる。
【００５５】
〔第１の樹脂および第２の樹脂〕
本発明の複合構造体における、構造体を構成する第１の樹脂、及び積層体を構成する第２の樹脂としては、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、第１の樹脂または第２の樹脂をそれぞれ構成する成分のうち、５０質量％を超える量を占める成分を樹脂の名称とする。なお、第１の樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合には、構造体中の熱硬化性樹脂はその硬化物を意味し、同様に、第２の樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合には、積層体中の熱硬化性樹脂はその硬化物を意味する。
【００５６】
本発明における第１の樹脂および第２の樹脂は、少なくとも１種類以上の熱可塑性樹脂を含むことができる。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、得られる複合構造体の軽量性の観点からはポリオレフィンが好ましく、強度の観点からはポリアミドが好ましく、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好ましく、耐熱性の観点からポリアリーレンスルフィドが好ましく、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好ましく、さらに耐薬品性の観点からフッ素系樹脂が好ましく用いられる。
【００５７】
本発明における第１の樹脂および第２の樹脂は、少なくとも１種類以上の熱硬化性樹脂を含むことができる。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。得られる複合構造体の力学特性の観点からエポキシ樹脂を好ましく用いることができる。また、表面意匠の観点から、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂を好ましく用いることができる。難燃性の観点からは、フェノール樹脂を好ましく用いることができる。
【００５８】
また、本発明の目的を損なわない範囲で、第１の樹脂および第２の樹脂には、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。
【００５９】
さらに、本発明における構造体を構成する第１の樹脂は、熱可塑性樹脂とすることが形状賦形性、構造体の作製のしやすさの観点から好ましい。一方、積層体を構成する第２の樹脂は、熱硬化性樹脂であることが、力学特性の安定性、信頼性、賦形性の観点から好ましい。
【００６０】
〔複合構造体の製造方法〕
本発明における複合構造体は、少なくとも以下の工程１、工程２、工程３をこの順に行う製造方法を採用することが、製造の容易さや製造される複合構造体の厚み制御及び製造速度の観点から好ましい。
工程１：第１の樹脂である熱可塑性樹脂及び第１の強化繊維を有し、実質的に空隙を有さない構造体前駆体の少なくとも一方の面に、第２の樹脂である熱硬化性樹脂及び第２の強化繊維を有する積層体前駆体を積層して、積層構造体とする積層工程
工程２：前記積層構造体を、少なくとも前記積層構造体の積層方向に屈曲形状、凹凸形状（ボス等）、又はリブ形状を有する金型に配置し、加熱および加圧により、前記積層構造体を前記金型の形状に賦形しつつ、前記熱硬化性樹脂を硬化せしめる工程
工程３：前記熱可塑性樹脂を溶融ないし軟化せしめた状態で、厚み調整をすることにより前記構造体前駆体を膨張させて構造体とし、複合構造体を得る工程
【００６１】
なお、工程１で用いられる構造体前駆体が“実質的に空隙を有さない”とは、構造体前駆体中の空隙の体積含有率が５体積％以下を指す。空隙の体積含有率が５体積％以下であれば、工程１において、構造体前駆体の厚みが薄い場合においても曲げ弾性率が十分となることから、取り扱い性を満足する。
【００６２】
また、工程１で用いられる積層体前駆体中の熱硬化性樹脂は、未硬化の熱硬化性樹脂であり、工程２にて硬化される。
【００６３】
工程１は、構造体前駆体と積層体前駆体とを積層した積層構造体を得る工程であり、工程２は工程１にて得た積層構造体を用いて、屈曲形状、ボス等の凹凸形状や、リブ形状などの補強または機能部材形状を有する雄雌１対からなる金型に、積層構造体を配置し、加熱加圧により形状賦形する。工程２において、積層体を構成する熱硬化性樹脂が、架橋構造を形成して硬化するに十分な熱量を与えることが好ましい。工程２の圧力は、積層構造体、好ましくは積層前駆体が突出部へ流れ込む程度の圧力で十分であり、０．３〜１０ＭＰａもあれば充分である。
【００６４】
工程３は、工程２にて得られた複合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、構造体前駆体を膨張させて、空隙を有する構造体とし、複合構造体を得る工程である。このとき加熱される温度は構造体を構成する熱可塑性樹脂が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、製造される複合構造体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、熱可塑性樹脂（第１の樹脂）の溶融温度に対し１０℃以上高く、且つ、熱可塑性樹脂（第１の樹脂）の熱分解温度以下の温度を付与することが好ましい。また、圧力は、厚み制御時に金型が開放されてしまうことを防ぐ程度の圧力で十分であり、３〜１０ＭＰａもあれば充分である。
【００６５】
工程２および工程３を行う方法としては、加熱により積層体前駆体中の熱硬化性樹脂を架橋構造を形成して硬化し、構造体前駆体中の熱可塑性樹脂を膨張させて複合構造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、複合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。
【００６６】
本発明の複合構造体は、曲げ剛性や複雑形状への賦形性の観点から、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、輸送用箱体に好ましく用いられる。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。
【実施例】
【００６７】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。【００６８】
（１）複合構造体における第１の強化繊維および第２の強化繊維の平均繊維配向角
実施例、比較例により作製した複合構造体から積層体および構造体を研削により取り出し、幅２５ｍｍの小片を切り出した。
切り出した積層体と構造体をそれぞれ断面観察することにより、第１の強化繊維および第２の強化繊維の平均繊維配向角を測定した。なお、小片はエポキシ樹脂に包埋した上で、厚み方向に平行な断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。観察はレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で試料を４００倍に拡大した。
なお積層体の平均繊維配向角は、試料において最も構造体に近い側の層が、第２の強化繊維の繊維長尺方向となるように観察した。繊維配向角の測定は、積層体と構造体との境界面を基準（０°）として、抽出した観察試料について基準と第２の強化繊維のなす角を計４００本の第２の強化繊維について測定し、その算術平均値を第２の強化繊維の平均繊維配向角として求めた。
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、繊維楕円の長軸方向とのなす角を求めた。
また構造体についても、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４００本の第１の強化繊維について配向角度を測定し、その算術平均値を第１の強化繊維の平均繊維配向角として求めた。【００６９】
（２）複合構造体の突出部を有する面（投影面という）の投影面積（Ａｐ）と、投影面における実測面積（Ａｓ）の比（Ａｓ）／（Ａｐ）
実施例、比較例により作製した複合構造体について、複合構造体の表面部分に対して垂直方向のデジタルカメラにより画像を取得した。取得した画像の縮尺から面積を算出し、投影面積（Ａｐ）とした。次いで、ノギスを用いて、投影面における形状（突出部）の長さ、深さ、厚みについて測定し、その測定結果から各形状の面積を計算することで、投影面における実測面積（Ａｓ）とした。投影面積（Ａｐ）と投影面における実測面積（Ａｓ）の比は、（Ａｓ）／（Ａｐ）にて算出した。【００７０】
（３）突出部における積層体の体積含有率
複合構造体から突出部のみを切断により取り除いた。次いで、切断部を５等分となるように小片に切り出した。この断面観察により、突出部における積層体の体積含有率を測定した。予め、小片における厚み方向に平行な面（観察面）に対して直角方向の長さ（Ｌ１）をマイクロメーターにより測定した。その後、小片はエポキシ樹脂に包埋した上で、厚み方向に平行な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２００倍に拡大し、断面の観察を行い、取得し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突出部全体の面積（Ｓ１）を求めた。
その後、観察画像から確認できるコントラストにより、積層体部分を抽出し、上記と同様に汎用画像解析ソフトウェア上のプログラムを利用して積層体部分の面積（Ｓ２）を求めた。それぞれ求めた面積を下式に代入し、突出部における積層体の体積含有率として算出し、測定数の算術平均値により算出した。
突出部における積層体の体積含有率＝１００−（（Ｓ１−Ｓ２）×Ｌ１）／（Ｓ１×Ｌ１））×１００【００７１】
（４）積層体の第２の強化繊維の体積含有率の変動率
複合構造体から積層体を研削により取り出し、その後、突出部と突出部以外とに切断することで切り分けた。次いで、突出部については４等分になるように切断した。また、突出部以外の部分は、縦横２５ｍｍの小片に切り出した。なお、突出部以外の部分が２５ｍｍに満たない場合は、面積が４等分となるように小片に切り出した。切り出しの寸法以外は（３）と同様の方法にて第２の強化繊維の体積含有率を算出した。さらに、第２の強化繊維の体積含有率の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、体積含有率の変動率とした。【００７２】
（５）積層体中の第２の強化繊維の質量平均繊維長さ（Ｌｓ）と構造体中の第１の強化繊維の質量平均繊維長さ（Ｌｃ）の比
複合構造体から積層体および構造体を研削により取り出した。次いで各々を空気中５００℃で３０分間加熱して樹脂成分を焼き飛ばした。残った強化繊維を濾紙上に散布して試料とした。試料をレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で２００倍に拡大し、繊維長さの測定を行った。得られた測定結果から次式により質量平均繊維長（Ｌｓ）および（Ｌｃ）を求め、その比を次式により算出した。
第２の強化繊維と第１の強化繊維の質量平均繊維長さの比＝（Ｌｓ）／（Ｌｃ）
第１の強化繊維の質量平均繊維長さ（Ｌｃ）および第２の強化繊維の質量平均繊維長さ（Ｌｓ）
質量平均繊維長＝Σ（Ｌｉ×Ｗｉ／１００）
Ｌｉ：測定した繊維長さ（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ）
Ｗｉ：繊維長さＬｉの繊維の質量分率（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ）【００７３】
（６）構造体における第１の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、残った第１の強化繊維の質量Ｗｆを測定し、次式により算出した。
第１の強化繊維の体積含有率Ｖｆ（体積％）＝（Ｗｆ／ρｆ）／｛Ｗｆ／ρｆ＋（Ｗｓ−Ｗｆ）／ρｒ｝×１００
ρｆ：第１の強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ρｒ：第１の樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）【００７４】
（７）構造体における空隙の体積含有率
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。【００７５】
（８）構造体における第１の樹脂の体積含有率
（６）、（７）より求めた構造体における第１の強化繊維の体積含有率と空隙の体積含有率の値を用いて、下式により第１の樹脂の体積含有率を求めた。
第１の樹脂の体積含有率Ｖｒ（体積％）＝１００−（Ｖｆ＋Ｖａ）
Ｖｆ：第１の強化繊維の体積含有率（体積％）
Ｖａ：空隙の体積含有率（体積％）【００７６】
（９）構造体の曲げ弾性率および比曲げ剛性
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。
密度は、前記試験片を用い、ＪＩＳ  Ｋ７２２２（２００５）を参考にして見かけ密度を測定した。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、測定に用いた試験片の質量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密度ρを算出した。
ρ［ｇ／ｃｍ３］＝１０３×Ｍ［ｇ］／Ｖ［ｍｍ３］
上記より得られた曲げ弾性率Ｅｃと密度ρを次式に代入し、構造体の比曲げ剛性を算出した。なお、曲げ弾性率および密度は、測定数により算術平均することで、代表値として用いた。
比曲げ剛性＝Ｅｃ１／３／ρ【００７７】
下記の実施例および比較例において、以下の材料を使用した。
［炭素繊維］
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。
単繊維径：７μｍ
密度：１．８
引張強度：４６００ＭＰａ
引張弾性率：２２０ＧＰａ【００７８】
［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。【００７９】
［ＰＡ６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。【００８０】
［ＰＥｓ樹脂］
ポリエステル樹脂（東レ（株）製“ハイトレル”（登録商標）ＳＢ７５４）からなる目付１２１ｇ／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。【００８１】
［エポキシ樹脂］
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質量部、“エピコート（登録商標）”１００１：３５質量部、“エピコート（登録商標）”１５４：３５質量部）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質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質量部と、硬化促進剤４，４−メチレンビス（フェニルジメチルウレア）（ピイ・ティ・アイジャパン（株）“オミキュア”（登録商標）５２）７質量部を、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。【００８２】
［構造体Ａ］
第１の強化繊維として炭素繊維を用い、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、強化繊維マットを製造した。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。抄紙槽は、底部に幅５００ｍｍの抄紙面を有するメッシュコンベアを備え、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、強化繊維マットを得た。得られた目付は５０ｇ／ｍ２であった。【００８３】
強化繊維マットと第１の樹脂としてＰＰ樹脂を、［第１の樹脂／強化繊維マット／第１の樹脂／強化繊維マット／第１の樹脂／強化繊維マット／第１の樹脂／強化繊維マット／強化繊維マット／第１の樹脂／強化繊維マット／第１の樹脂／強化繊維マット／第１の樹脂／強化繊維マット／第１の樹脂］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Ａを得た。特性を表２に示す。
（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。【００８４】
［構造体Ｂ］
第１の樹脂をＰＰ樹脂からＰＡ６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、工程（ＩＶ）におけるキャビティ温度を５０℃から６０℃に代えた以外は、構造体Ａと同様にして構造体Ｂを得た。特性を表２に示す。【００８５】
［構造体Ｃ］
第１の樹脂をＰＰ樹脂からＰＥｓ樹脂に代えて、工程（Ｉ）における予熱温度を２３０℃から２００℃に代えた以外は、構造体Ａと同様にして構造体Ｃを得た。特性を表２に示す。【００８６】
［構造体Ｄ］
第１の樹脂をＰＰ樹脂からエポキシ樹脂に代えて、構造体Ａ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Ｄを得た。特性を表２に示す。
（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、１ＭＰａ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となるように調整した後、１ＭＰａの圧力を保持しながら３０分間圧力を保つ。
（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。【００８７】
［構造体Ｅ］
構造体Ａを製造する工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから６．８ｍｍに代えた以外は、構造体Ａと同様にして構造体Ｅを得た。特性を表２に示す。【００８８】
［構造体Ｆ］
第１の強化繊維として炭素繊維を用い、これをカートリッジカッターで１５ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た以外は、構造体Ａに用いた強化繊維マットと同様にして強化繊維マットを得た。次いで、工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから１．１ｍｍに代えた以外は、構造体Ａと同様にして構造体Ｆを得た。特性を表２に示す。【００８９】
［構造体Ｇ］
第１の強化繊維として炭素繊維を用い、これをカートリッジカッターで０．５ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た以外は、構造体Ａに用いた強化繊維マットと同様にして強化繊維マットを得た。次いで、工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから１．７ｍｍに代えた以外は、構造体Ａと同様にして構造体Ｇを得た。特性を表２に示す。【００９０】
［構造体Ｈ］
構造体Ａを製造する工程（ＩＩＩ）における金属スペーサーの厚みを３．４ｍｍから１．０ｍｍに代えた以外は、構造体Ａと同様にして構造体Ｈを得た。特性を表２に示す。【００９１】
［積層体Ａ］
第２の樹脂として前述のエポキシ樹脂フィルムを用い、次に、第２の強化繊維として、一方向に配列させた炭素繊維の両面にエポキシ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エポキシ樹脂を含浸させ、単位面積あたりの炭素繊維重さ１２５ｇ／ｍ２、繊維体積含有率Ｖｆ６０％、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、自動裁断機にて炭素繊維の配向方向から１５°の方向の直線的な切り込みを連続的に挿入した後、３００×３００ｍｍ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。３００×３００ｍｍの大きさのプリプレグ基材の周囲５ｍｍには切り込みを入れず、連続的な切り込みによりばらばらとならないようにした（２９０×２９０ｍｍの範囲に切り込みを入れた）。切り込みにより分断された繊維長さは５０ｍｍである。切り出した切込プリプレグ基材を、第２の炭素繊維の配向方向を０°方向、第２の炭素繊維の配向方向から右に９０度ずらした方向を９０°方向として、４層を［０°／９０°／９０°／０°］に積層することで、積層体Ａを得た。特性を表３に示す。【００９２】
［積層体Ｂ］  
切り込みによる繊維長さを１０ｍｍとし、切込プリプレグ基材を４層［０°／−４５°／９０°／４５°］に積層した以外は、積層体Ａと同様にして積層体Ｂを得た。特性を表３に示す。【００９３】
［積層体Ｃ］
切り込みを挿入しなかった以外は、積層体Ａと同様にして積層体Ｃを得た。特性を表３に示す。【００９４】
［積層体Ｄ］
切り込み角度を３０°とし、切込プリプレグ基材を４層［０°／−４５°／９０°／４５°］ｓに積層した以外は、積層体Ａと同様にして積層体Ｄを得た。特性を表３に示す。【００９５】
［積層体Ｅ］
繊維体積含有率Ｖｆを７０％とした以外は、積層体Ａと同様にして積層体Ｅを得た。特性を表３に示す。【００９６】
［積層体Ｆ］
積層体の切り込み長さを１５０ｍｍとし、繊維体積含有率Ｖｆを４５％とし、切込プリプレグ基材を４層［０°／０°／０°／０°］に積層した以外は、積層体Ａと同様にして積層体Ｆを得た。特性を表３に示す。【００９７】
（実施例１）
複合構造体を成形する金型は、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍの平板形状の面方向の中心において、その横方向に、幅３００ｍｍ、厚み２ｍｍ、高さ２０ｍｍの一文字形状のリブが形成されるように加工されており、金型の端部はシアエッジ構造となっている。
工程１：構造体として構造体Ａの前駆体を用い、積層体として積層体Ａを用いた。これを［積層体Ａ／構造体Ａの前駆体／積層体Ａ］と積層し、積層構造体を得た。次いで、積層構造体を、１５０℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置した。
工程２：次いで、金型を閉じ、１ＭＰａの圧力を付与してさらに１０分間、加圧しながら保持した。
工程３：金型キャビティを２２０℃まで温度上昇させた後、金型を開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体の厚みが３．４ｍｍとなるように調整した。
工程４：その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を３ＭＰａにて保持した状態でキャビティ温度を５０℃まで急速冷却した。
工程５：金型を開いて複合構造体を取り出した。
上記工程により得た複合構造体は、平板形状から突出部（リブ形状）が突出し、その先端まで積層体由来の第２の強化繊維が充填されていた。また、構造体Ａの前駆体は工程４により厚みが調整され、構造体Ａ（表）と同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。得られた複合構造体の特性を表４に示す。【００９８】
（実施例２）
構造体として構造体Ｃの前駆体を用い、工程３を２００℃とし、積層構造体を［積層体Ａ／構造体Ｃ］の順番に積層した以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表４に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｃと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【００９９】
（実施例３）
金型として、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍの平板形状の面方向の中心部に、φ１００ｍｍ、厚み２ｍｍ、高さ２ｍｍの突起形状であるボスが形成されるように加工されている金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｂの前駆体と積層体Ｄを用い、工程３を２４０℃とした以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表４に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｂと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１００】
（実施例４）
金型として、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍの平板形状の４辺に厚み１ｍｍ、高さ４０ｍｍの立ち壁形状が全周に形成されるように加工されている箱形金型を用いた。積層構造体として、構造体Ａの前駆体と積層体Ｂを用いた以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表４に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ａと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０１】
（実施例５）
金型として、直径１５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの半球形状をベースとし、その頂点から端部に向かって均等間隔に４方向、幅１００ｍｍ、厚み２ｍｍ、高さ５ｍｍのリブ形状が形成されるように加工されている金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｅの前駆体と積層体Ｂを用いた以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表４に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｅと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０２】
（実施例６）
金型として、実施例４で使用した金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｇの前駆体と積層体Ｅを用いた以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表４に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｇと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０３】
（実施例７）
金型として、実施例１で使用した金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｄの前駆体と積層体Ｄを用い、工程３を１５０℃とした以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表５に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｄと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０４】
（実施例８）
金型として、実施例１で使用した金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｆの前駆体と積層体Ｂを用いた以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表５に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｆと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０５】
（比較例１）
金型として、実施例１で使用した金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｈの前駆体と積層体Ｃを用い、実施例１における工程３を経ず複合構造体を得た以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表５に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｈと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０６】
（比較例２）
金型として、実施例３で使用した金型を用いた。積層構造体として、構造体Ａの前駆体と積層体Ｃを用いた以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表５に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ａと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０７】
（比較例３）
金型として、実施例１で使用した金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｆの前駆体と積層体Ｆを用いた以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表５に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｆと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０８】
（比較例４）
金型として、実施例１で使用した金型を用いた。積層構造体として、構造体Ｅの前駆体と積層体Ｅを用いた以外は、実施例１と同様に複合構造体を得た。得られた複合構造体の特性を表５に示す。なお、得られた複合構造体中の構造体は、構造体Ｅと同様の特性（密度、構造体中の各要素の体積含有率、曲げ弾性率、非曲げ剛性）を得ていた。【０１０９】
〔検討〕
本実施例により、第１の強化繊維と第１の樹脂から構成される構造体の少なくとも一方の表面に、第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される層を複数有する積層体が配置された複合構造体を用い、さらに、構造体を構成する第１の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向への平均繊維配向角が５〜６０°の範囲内であって、積層体を構成する第２の強化繊維が不連続繊維であり、かつ厚み方向への平均繊維配向角が０〜５°の範囲内であることにより、作製した複合構造体は、いずれも形状賦形性に優れた結果となったことは明確である。また、実施例１、２、３、７から、構造体における第１の樹脂の種類を変更してもその効果に影響を及ぼさないことは明確である。さらに、作製した複合構造体は、いずれも形状賦形性に優れた結果となることは明確である。また、各実施例にて得られた複合構造体は、使用した構造体の密度が０．０１〜１ｇ／ｃｍ３の範囲内であることから軽量性に優れるばかりか、積層体の強化繊維量の体積含有率の変動率が０〜１０％の範囲内であることから、製品の特性バラツキが少ないものであった。さらに、各実施例により得られた複合構造体の形状は、少なくとも１つの突出部を有していることで、機能性を有する部品を具備できることも明確であるとともに、突出部であるリブ、ボス、立ち壁には、積層体由来の第２の強化繊維と第２の樹脂が充填されていることから、力学特性とりわけ曲げ弾性率に優れ、各構造体の密度と相まって複合構造体の比曲げ剛性は優れたものである。【０１１０】
一方、比較例１においては、実施例１における工程３を経ることなく複合構造体を得たため、構造体部分に空隙を発生させることができなかったため、複合構造体の体積に対して質量の大きい複合構造体となった。さらに、比較例１および比較例２では、積層体が切り込みのない連続繊維であったため、突出部における積層体の体積含有率が低くなり、突出部による補強効果を得ることができなかった。また、比較例３においては、積層体への切り込みはあるものの、［０°］方向にしか積層しなかったため、プレス成形の圧力により連続繊維が押さえ込まれることで形状賦形できなくなり、樹脂のみが流出した。これにより、積層体における第２の強化繊維の厚み方向の変動率が大きいものとなった。比較例４においては積層体における樹脂の体積含有率が高かったため、複合構造体の表面にカスレなどの成型不良が散見されるとともに、積層体中の第２の強化繊維の体積含有率の変動率が高くなった。これは成型不良が要因と考えられ、所望の特性を得ることができなかった。【０１１１】
【表１】
2018117181.tif 000003
【０１１２】
【表２】
2018117181.tif 000004
【０１１３】
【表３】
2018117181.tif 000005
【０１１４】
【表４】
2018117181.tif 000006
【０１１５】
【表５】
2018117181.tif 000007
なお、表の「複合構造体の配置」欄において、「積」とは積層体を意味し、「構」とは構造体を意味する。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明によれば、賦形性および軽量性に優れ、且つ曲げ剛性にも優れる複合構造体を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１、１Ａ、１Ｂ  複合構造体
２  第１の樹脂
３  第１の強化繊維
４  空隙
５、５Ｂ  構造体
６−１、６−２  積層体（強化繊維は図示せず）
７  リブ（突出部）
７Ａ  ボス（突出部）
７Ｂ  突出部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  屈曲部
【図１】
2018117181.tif 000008
【図２】
2018117181.tif 000009
【図３】
2018117181.tif 000010
【図４】
2018117181.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月5日(2018.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強化繊維と第１の樹脂から構成される構造体の少なくとも一方の表面に、第２の強化繊維と第２の樹脂から構成される層を複数有する積層体が配置され、一体化された複合構造体であって、
前記第１の強化繊維が質量平均繊維長さＬｃが１〜１５ｍｍである不連続繊維であり、かつ厚み方向の平均繊維配向角が５〜６０°の範囲内であって、
前記第２の強化繊維が不連続繊維であり、かつ最も構造体に近い側の層における厚み方向の平均繊維配向角が０〜５°の範囲内であって、
前記構造体の密度が０．０１〜１ｇ／ｃｍ３の範囲内であり、
前記積層体中の第２の強化繊維の体積含有率の変動率が０〜１０％の範囲内であり、
前記積層体の前記構造体と接する面と対向する面から前記積層体が突出した突出部を有し、
前記積層体中の各層は、前記第２の強化繊維の繊維体積含有率Ｖｆが４５〜７０％の範囲内である、複合構造体。
【請求項２】
前記複合構造体の、前記突出部を有する面（投影面という）の投影面積（Ａｐ）と、前記投影面の実測面積（Ａｓ）の比（Ａｓ）／（Ａｐ）が、１を超え、２．５以下の範囲内である、請求項１に記載の複合構造体。
【請求項３】
前記突出部が、リブ及び／又はボスである、請求項１又は２に記載の複合構造体。
【請求項４】
前記突出部は、８０体積％以上１００体積％以下の割合の前記積層体を含有してなる、請求項１〜３のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項５】
前記第２の強化繊維は、質量平均繊維長さＬｓが１０〜１００ｍｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項６】
前記第２の強化繊維の質量平均繊維長さＬｓと前記第１の強化繊維の質量平均繊維長さＬｃとの比Ｌｓ／Ｌｃが、１〜５０の範囲内である、請求項１〜５のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項７】
前記積層体中の各層は、実質的にすべての第２の強化繊維が切り込みにより分断され、前記切り込みにより分断された第２の強化繊維の質量平均繊維長さＬｓが１０〜１００ｍｍの範囲内である、請求項１〜６のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項８】
前記積層体中の１つの層の第２の強化繊維の配向方向と、その層と隣り合う層の第２の強化繊維の配向方向とで形成される角度が、４°以上９０°以下の範囲内である、請求項１〜７のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項９】
前記積層体中の各層は、前記切り込みと前記第２の強化繊維とのなす角度θの絶対値が２〜２５°である、請求項７または８に記載の複合構造体。
【請求項１０】
前記積層体中の各層は、第２の強化繊維が炭素繊維であり、第２の樹脂が熱硬化性樹脂である、請求項１〜９のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１１】
前記構造体が空隙を有し、
前記構造体において、前記第１の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、前記第１の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、前記空隙の体積含有率が１０体積％以上９７体積％以下の範囲内にある、請求項１〜１０のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１２】
前記構造体は、曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ−１として表される比曲げ剛性が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、請求項１〜１１のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１３】
前記構造体は、前記第１の強化繊維が炭素繊維であり、前記第１の樹脂が熱可塑性樹脂である、請求項１〜１２のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１４】
前記積層体を形成する各層の厚みは、３０〜３００μｍである、請求項１〜１３のいずれかに記載の複合構造体。
【請求項１５】
少なくとも以下の工程１、工程２、工程３をこの順に有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の複合構造体の製造方法。
工程１：第１の樹脂である熱可塑性樹脂及び第１の強化繊維を有し、実質的に空隙を有さない、構造体前駆体の少なくとも一方の面に、第２の樹脂である熱硬化性樹脂及び第２の強化繊維を有する積層体前駆体を積層して、積層構造体とする積層工程
工程２：前記積層構造体を、少なくとも前記積層構造体の積層方向に屈曲形状、凹凸形状、又はリブ形状を有する金型に配置し、加熱および加圧により、積層体前駆体を形状に賦形しつつ、前記熱硬化性樹脂を硬化せしめる工程
工程３：前記熱可塑性樹脂を溶融ないし軟化せしめた状態で、厚み調整をすることにより前記構造体前駆体を膨張させて構造体とする工程
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる複合構造体１の断面構造を示す模式図である。複合構造体１は、第１の樹脂２と、第１の強化繊維３と、空隙４からなる構造体５の表面側および裏面側に、積層体６−１、６−２がそれぞれ配置され、表面側の積層体６−１の構造体５と接する面と対向する平面ｆ１に、平面ｆ１から突出するリブ７が設けられている。リブ７は、本発明における突出部に相当する。なお、図１では、積層体６−１、６−２を構成する第２の樹脂、および第２の強化繊維の図示を省略している。リブ７は、積層体６−１の平面ｆ１の中央部に、長さ方向の全長にわたって（一端部から他端まで）設けられるが、長さ方向の一部に設けられるものであってもよい。また、リブ７は直線状をなしているが、これに限定するものではなく、ジグザグ状、波状であってもよい。さらに、リブ７を複数本平行に設けてもよく、さらにまた、リブを格子状に設けていてもよい。また、複合構造体を半球状とした場合、リブを中心から放射状に設けることもできる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図３は、本発明の実施の形態の変形例２にかかる複合構造体１Ｂの斜視図である。複合構造体１Ｂは、構造体５Ｂの表面側および裏面側に、積層体６−１Ｂ、６−２がそれぞれ配置され、表面側の積層体６−１Ｂの構造体５Ｂと接する面と対向する平面ｆ１に、突出部７Ｂが形成されている。突出部７Ｂは、略直角に屈曲する屈曲部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄにより形成されている。変形例２では、屈曲部は略直角に屈曲し、積層体の面外に突出部を突出させているが、屈曲角度は鋭角または鈍角であってもよく、屈曲の方向は積層体の内部方向であってもよい。突出部は、図３に示すような矩形状のほか、ハットや波板形状であってもよい。上記したリブ、ボス、および突出部は、例えば、補強部として機能するほか、ネジなどの機能部品を収納、設置する箇所に相当する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の複合構造体を構成する積層体の第２の強化繊維は、不連続繊維であり、かつ最も構造体に近い側の層における厚み方向の平均繊維配向角が０°〜５°の範囲内である。第２の強化繊維が不連続繊維であることにより、積層体に外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦形が容易となる。さらに、第２の強化繊維は、積層体の最も構造体に近い側の層における厚み方向への平均繊維配向角が０°〜５°の範囲内であることにより、積層体自身の力学特性、とりわけ曲げ特性に優れる。５°を上回る場合は、第２の強化繊維が厚み方向に配向が過多になることにより、曲げ特性を満足することができなくなる場合がある。第２の強化繊維の最も構造体に近い側の層における平均繊維配向角は、力学特性をさらに満足させる観点から、３°以下が好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
ここで、第２の強化繊維の最も構造体に近い側の層における厚み方向の平均繊維配向角は、積層体の断面方向（厚み方向）における第２の強化繊維の最も構造体に近い側の層における配向角度を求めることにより得られる。平均繊維配向角とは、積層体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、第２の強化繊維の厚み方向の最も構造体に近い側の層における平均繊維配向角を０°〜５°の範囲内とすることで、積層体における補強機能をより効果的に発現できる。第２の強化繊維の最も構造体に近い側の層における厚み方向の平均繊維配向角は、積層体とした際の曲げ剛性の発現に鑑みて、５°以下である。さらには３°以下であることがより好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
（１）複合構造体における第１の強化繊維および第２の強化繊維の平均繊維配向角
実施例、比較例により作製した複合構造体から積層体および構造体を研削により取り出し、幅２５ｍｍの小片を切り出した。
切り出した積層体と構造体をそれぞれ断面観察することにより、第１の強化繊維および第２の強化繊維の平均繊維配向角を測定した。なお、小片はエポキシ樹脂に包埋した上で、厚み方向に平行な断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。観察はレーザー顕微鏡（キーエンス（株）製、ＶＫ−９５１０）で試料を４００倍に拡大した。
なお積層体の平均繊維配向角は、試料において最も構造体に近い側の層が、第２の強化繊維の繊維長尺方向となるように観察した。繊維配向角の測定は、積層体と構造体との境界面を基準（０°）として、抽出した観察試料について基準と第２の強化繊維のなす角を計４００本の第２の強化繊維について測定し、その算術平均値を第２の強化繊維の平均繊維配向角として求めた。
【国際調査報告】
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