(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１強化繊維と第１マトリックス樹脂とを含有する第１繊維強化樹脂材料からなり開断面形状を有する第１成形体と、第２強化繊維と第２マトリックス樹脂とを含有する第２繊維強化樹脂材料からなり開断面形状を有する第２成形体とが、前記開断面形状の開口部側が互いに向き合うように組み合わされて接合された中空構造を有する中空構造体であって、
前記中空構造の軸方向に対して垂直方向の任意の断面において、前記第１成形体の構造の圧縮強度Ｓｃ及び前記第２成形体の構造の引張強度Ｓｔとの比Ｓｃ／Ｓｔが以下の式（１）を満たすことを特徴とする中空構造体。
（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）＜（Ｓｃ／Ｓｔ）＜（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）
（１）
ここで、前記式（１）における各記号は次の通りである。Ｈｃ＝第１成形体の高さ、Ｈｔ＝第２成形体の高さ、σｃ＝第１繊維強化樹脂材料の前記軸方向における圧縮強度、σｔ＝第２繊維強化樹脂材料の前記軸方向における引張強度、Ａｃ＝第１成形体の前記断面における断面積、Ａｔ＝第２成形体の前記断面における断面積、Ｓｃ＝σｃ×Ａｃ、Ｓｔ＝σｔ×Ａｔ。また、前記Ｈｃ、Ｈｔはそれぞれ第１成形体及び第２成形体の境界面に対して垂直方向であり、かつ第１成形体及び第２成形体のそれぞれまでの距離のうち最長距離を意味する。
【請求項２】
前記第１成形体の高さＨｃと、前記第２成形体の高さＨｔとが同一の場合に、前記式（１）を満たす前記断面において、以下の式（２）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の中空構造体。
（σｃ／σｔ）＜（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）＜（σｔ／σｃ）    （２）
ここで、前記式（２）における各記号は以下の通りである。Ｔｃ＝第１成形体の前記断面における平均厚み、Ｔｔ＝第２成形体の前記断面における平均厚み。
【請求項３】
前記第１強化繊維及び前記第２強化繊維が２次元ランダム配列していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の中空構造体。
【請求項４】
前記比Ｓｃ／Ｓｔが１．０４×（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）≦（Ｓｃ／Ｓｔ）≦０．９６×（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）であることを特徴とする、請求項３に記載の中空構造体。
【請求項５】
前記第１繊維強化樹脂材料における前記第１強化繊維の体積含有率Ｖｆｃと、前記第２繊維強化樹脂材料における前記第２強化繊維の体積含有率Ｖｆｔとが、Ｖｆｃ＞Ｖｆｔを満たすことを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の中空構造体。
【請求項６】
前記第１強化繊維の平均繊維長Ｌｃと、前記第２強化繊維の平均繊維長Ｌｔとが、Ｌｃ＞Ｌｔを満たすことを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の中空構造体。
【請求項７】
前記第１強化繊維の平均繊維径Ｄｃと、前記第２強化繊維の平均繊維径Ｄｔとが、Ｄｃ＜Ｄｔを満たすことを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の中空構造体。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の中空構造体が用いられたことを特徴とする、車両用部品。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含有する繊維強化樹脂材料から構成された中空構造体に関するものであり、より詳しくは所定の強度を最小限の繊維強化樹脂材料の使用量で達成可能な中空構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の開発の進行に伴い、燃費向上等を目的として車両構造に対してもさらなる軽量化が望まれており、従来の鉄材に代表される金属材料に代えて、樹脂材料を用いることが検討されている。なかでも、繊維強化樹脂材料は、軽量かつ強度に優れることから、金属材料に代替する材料として多方面への採用が検討されている。【０００３】
上記繊維強化樹脂材料を用いて、車両骨格の側面フレーム構造のような曲げ部材を製造する場合、所望の性能指標（例えば、強度や剛性、エネルギー吸収特性等）と軽量化とを両立するために中空構造とする場合が一般的である。例えば、特許文献１には、繊維強化樹脂材料を用いて中空構造とされた車両用エネルギー吸収部品が開示されている。このような従来の中空構造体は、各成形品の厚みや形状が同一であるものが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２００６−２７４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したように繊維強化樹脂材料は軽量でありながら優れた強度を備えているため、金属材料の代替材料として検討されているが、その物性には金属材料にはない繊維強化樹脂材料に特有の性質がある。すなわち、繊維強化樹脂材料は優れた引張強度を備えるが、その一方で圧縮強度は相対的に弱いという面があり、圧縮強度と引張強度に顕著な差があるという特性を有している。【０００６】
このような繊維強化樹脂材料の特性から、上述したような従来の中空構造体では、軽量でありながら優れた強度を備えるという繊維強化樹脂材料の特性を十分に発揮できていないという問題点があった。すなわち、例えば、厚み及び形状が同一である２つの繊維強化樹脂材料からなる成形品を組み合わせて得られる中空構造体においては、当該中空構造体に任意の１方向から圧縮外力が付加された場合、圧縮を受ける側に配置された成形品には圧縮応力がかかり、他方の成形品には引張応力がかかることになる。このとき、上述した繊維強化樹脂材料の特性に起因して、圧縮を受ける側に配置された成形品の圧縮強度が、他方の成形品の引張強度よりも低くなる場合が多かった。そして、この場合、当該中空構造体の全体的な強度は、圧縮を受ける側に配置された成形品の圧縮強度に支配されることになってしまうことから、繊維強化樹脂材料の優れた引張強度を十分に発揮することができないという問題点があった。これに加えて、上述した繊維強化樹脂材料の特性から、厚み及び形状が同一である２つの繊維強化樹脂材料からなる成形品を組み合わせて得られる中空構造体においては、引張応力を受ける側の成形品の厚みが過剰になってしまうことから、十分な軽量化を図ることができないという問題点があった。【０００７】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、繊維強化樹脂材料からなり、軽量化と優れた強度とを両立することが可能な中空構造体を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、第１強化繊維と第１マトリックス樹脂とを含有する第１繊維強化樹脂材料からなり開断面形状を有する第１成形体と、第２強化繊維と第２マトリックス樹脂とを含有する第２繊維強化樹脂材料からなり開断面形状を有する第２成形体とが、前記開断面形状の開口部側が互いに向き合うように組み合わされて接合された中空構造を有する中空構造体であって、上記中空構造の軸方向に対して垂直方向の任意の断面において、上記第１成形体の構造の圧縮強度Ｓｃ及び上記第２成形体の構造の引張強度Ｓｔとの比Ｓｃ／Ｓｔが、以下の式（１）を満たすことを特徴とする中空構造体を提供する。
（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）＜（Ｓｃ／Ｓｔ）＜（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）
（１）
ここで、上記式（１）における各記号は次の通りである。
Ｈｃ＝第１成形体の高さ
Ｈｔ＝第２成形体の高さ
σｃ＝第１繊維強化樹脂材料の上記軸方向における圧縮強度
σｔ＝第２繊維強化樹脂材料の上記軸方向における引張強度
Ａｃ＝第１成形体の上記断面における断面積
Ａｔ＝第２成形体の上記断面における断面積
Ｓｃ＝σｃ×Ａｃ、第１成形体の構造の圧縮強度
Ｓｔ＝σｔ×Ａｔ、第２成形体の構造の圧縮強度
また、前記Ｈｃ、Ｈｔはそれぞれ第１成形体及び第２成形体の境界面に対して垂直方向であり、かつ第１成形体及び第２成形体のそれぞれまでの距離のうち最長距離を意味する。
【０００９】
本発明においては、上記第１成形体の高さＨｃと、上記第２成形体の高さＨｔとが同一の場合に、上記式（１）を満たす上記断面において、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
（σｃ／σｔ）＜（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）＜（σｔ／σｃ）    （２）
ここで、上記式（２）における各記号は以下の通りである。
Ｔｃ＝第１成形体の上記断面における平均厚み
Ｔｔ＝第２成形体の上記断面における平均厚み【００１０】
本発明の中空構造体においては、上記第１強化繊維及び上記第２強化繊維が２次元ランダム配列していることが好ましい。また、この場合は上記比Ｓｃ／Ｓｔが、１．０４×（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）≦（Ｓｃ／Ｓｔ）≦０．９６×（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）であることが好ましい。
さらに、本発明の中空構造体においては、上記第１繊維強化樹脂材料における上記第１強化繊維の体積含有率Ｖｆｃと上記第２繊維強化樹脂材料における上記第２強化繊維の体積含有率ＶｆｔとがＶｆｃ＞Ｖｆｔを満たすことが好ましく、上記第１強化繊維の平均繊維長Ｌｃと上記第２強化繊維の平均繊維長ＬｔとがＬｃ＞Ｌｔを満たすことが好ましく、また上記第１強化繊維の平均繊維径Ｄｃと上記第２強化繊維の平均繊維径ＤｔとがＤｃ＜Ｄｔを満たすことが好ましい。
また本発明は、上記本発明に係る中空構造体が用いられたことを特徴とする車両用部品を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の中空構造体は、所定の強度を最小限の繊維強化樹脂材料の使用量で達成することにより、強度と軽量化とを両立できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の中空構造体の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の中空構造体の他の例を示す概略図である。
【図３】中空構造体の曲げ強度の評価方法を説明する説明図である。
【図４】各実施例及び比較例における中空構造体の形状を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の中空構造体及び車両用部品について説明する。
【００１４】
第１  中空構造体
まず、本発明の中空構造体について説明する。上述した通り本発明の中空構造体は、第１強化繊維と第１マトリックス樹脂とを含有する第１繊維強化樹脂材料からなる第１成形体と、第２強化繊維と第２マトリックス樹脂とを含有する第２繊維強化樹脂材料からなる第２成形体とが組み合わされて中空構造を有するものであり、上記中空構造の軸方向に対して垂直方向の任意の断面において、上記第１成形体の構造の圧縮強度Ｓｃ及び上記第２成形体の構造の引張強度Ｓｔとの比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）を満たすことを特徴とするものである。
【００１５】
このような本発明の中空構造体について図を参照しながら説明する。図１は、本発明の中空構造体の一例を示す概略図である。図１に例示するように、本発明の中空構造体１０は、第１成形体１１と第２成形体１２とが組み合わされることによって、中空構造とされたものである。ここで、上記第１成形体１１は、第１強化繊維と第１マトリックス樹脂とを含有する第１繊維強化樹脂材料からなるものであり、上記第２成形体１２は、第２強化繊維と第２マトリックス樹脂とを含有する第２繊維強化樹脂材料からなるものである。
また、図１に例示するように、本発明の中空構造体１０の上記中空構造の軸方向Ｘに垂直方向の断面は、第１成形体１１及び第２成形体１２が組み合わされることによって閉断面とされているところ、本発明の中空構造体１０は、当該断面において、第１成形体１１の構造の圧縮強度Ｓｃ及び上記第２成形体１２の構造の引張強度Ｓｔとの比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）を満たすことを特徴とするものである。
なお、上記図１中、Ｙは、第１成形体１１及び第２成形体１２の境界面を示すものである。また、同図中のＴｃ、Ｔｔはそれぞれ第１成形体１１、及び第２成形体１２の厚みを示し、Ｈｃ、Ｈｔはそれぞれ第１成形体１１、及び第２成形体１２の高さを示す。
【００１６】
本発明において「中空構造の軸方向」とは、上記図１中にＸで示したように、中空構造体の中空部の中心線方向を意味するものである。
なお、図１は本発明の中空構造体の一例として、上記中空構造の軸方向において断面形状が一様である例を示したが、勿論、本発明の中空構造体はこのような例に限定されるものではなく、中空構造の軸方向において断面形状が変化している態様も含まれるものである。そして、このように中空構造の軸方向において断面形状が変化している態様の場合、上記比Ｓｃ／Ｓｔは、全て断面において上記式（１）を満たすことを必要とするものではなく、任意の一つの断面において上記式（１）を満たせばよいものである。
【００１７】
また、上記式（１）は、第１成形体の高さＨｃ及び第２成形体の高さＨｔを含むが、これらはそれぞれ、第１成形体及び第２成形体の境界面に対して垂直方向であり、かつ第１成形体、及び第２成形体のそれぞれまでの距離のうち最長距離を意味するものである。このことを図１で説明すると、本発明の中空構造体１０において、上記第１成形体１１の高さＨｃ及び第２成形体１２の高さＨｔは、それぞれ第１成形体１１及び第２成形体１２の境界面Ｙを基準として、それぞれ図１中のＨｔ、Ｈｃで表される距離となる。
【００１８】
本発明の中空構造体は、上記第１成形体の構造の圧縮強度Ｓｃ及び上記第２成形体の構造の引張強度Ｓｔとの比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）を満たすことにより、上記第１成形体側から本発明の中空構造体に外力が加わった際に、上記第１成形体が上記第２成形体よりも先に破壊することを抑制できる。
また、本発明の中空構造体は、上記式（１）を満たすことにより、所望の強度を達成するために繊維強化樹脂材料を過剰に使用することを抑制し、最小限の繊維強化樹脂材料の使用量で中空構造体全体としての所望の強度を達成することができる。
このようなことから、本発明の中空構造体は、所定の強度を最小限の繊維強化樹脂材料の使用量で達成することにより、強度と軽量化とを両立できるという効果を奏することができる。
【００１９】
なお、本発明の中空構造体は、上記式（１）を満たすことにより、通常、中立面が第１成形体と第２成形体の境界面の近くに位置することになる。
上述した通り、本発明の中空構造体は上記式（１）を満たすことにより、上記第１成形体側から本発明の中空構造体に外力が加わった際に、上記第１成形体が先に破壊することを抑制できるものである。したがって、本発明の中空構造体は、第１成形体側から圧縮応力が負荷される用途に用いられることにより、優れた強度を示すものである。
【００２０】
本発明の中空構造体は、上記比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）を満たすことを特徴とするものである。ここで、上記式（１）は、以下の式（３）から導出されるものである。
（Ｓｃ／Ｓｔ）＝ｋ（Ｈｃ／Ｈｔ）    （３）
この上記式（３）は以下の考え方に基づいて導出されたものである。すなわち、本発明の中空構造体を構成する第１成形体の構造の圧縮強度と第２成形体の構造の引張強度の比（Ｓｃ／Ｓｔ）が成形体の形状パラメータ（Ｈｃ／Ｈｔ）として、上記式（３）の関係を満足すれば、中空構造体を構成する第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度と第２繊維強化樹脂材料の引張強度の両方を中空構造体の構造強度の発現に活用でき、このように設計・製造された繊維強化樹脂材料の中空構造体は所定強度を満足する上、最もよい軽量化効果を達成することができる。
ここで、上記式（３）における記号ｋは係数であり、理想としてはｋ＝１である。また、ｋは下記式（４）に示す範囲内であることにより軽量化効果が得られるものである。
（σｃ／σｔ）＜ｋ＜（σｔ／σｃ）    （４）
このようなことから、上記式（１）は、上記式（４）を上記式（３）に代入することによって導出されたものである。
【００２１】
なお、第１成形体と第２成形体との境界面と、中空構造体の中立面とが一致しない場合、上記（３）式は、厳密には以下のように記載されるものである。
（Ｓｃ／Ｓｔ）＝ｋ（（Ｈｃ＋Ｅ）／（Ｈｔ−Ｅ））        （３’）
ここで、上記Ｅは、第１成形体及び第２成形体の境界面と中空構造体の中立面との間の距離である。上記式（３）は、上記Ｅが無視できるほど小さい場合が多いことを考慮して、Ｅの記載を省略したものである。なお、上記（３’）式においてＥは、中立面が第１成形体と第２成形体との境界面よりも第２成形体側（引張側）にある場合に、“＋”となり、第１成形体側（圧縮側）にある場合に、“−”となる。
【００２２】
本発明の中空構造体は、上記中空構造の軸方向に対して垂直方向の任意の断面において、上記比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）を満たす範囲内であることを特徴とするものである。本発明において、上記比Ｓｃ／Ｓｔを上記式（１）の範囲内としているのは、上記比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）の範囲外であると、中空構造体の第１成形体の構造の圧縮強度と第２成形体の構造の引張強度のバランスが極端に悪くなるため、第１成形体側から圧縮応力が加わった際に、常に第１成形体又は第２成形体のいずれか一方が先に破壊されてしまうおそれがあるからである。例えば、（Ｓｃ／Ｓｔ）≦（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）の場合は、第１成形体が先に破壊されてしてしまう傾向があるのに対し、（Ｓｃ／Ｓｔ）≧（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）の場合は、第２成形体が先に破壊されてしまう傾向があるからである。
【００２３】
また、第１成形体の構造の圧縮強度と第２成形体の構造の引張強度のバランスが悪く、いずれか一方の強度が過剰であるということは、第１成形体及び第２成形体の材料が同一であることを前提とすると、強度が過剰である方の成形体の重量が過剰であることと同義である。したがって、上記比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）の範囲外であるということは、中空構造体に所望の強度を発現させるために、繊維強化樹脂材料が余剰に使用されていることと同義であり、十分な軽量化効果を得ることができないからである。
【００２４】
本発明における上記比Ｓｃ／Ｓｔは、上記式（１）を満たす範囲内であれば特に限定されるものではないが、なかでも１．０４×（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）≦（Ｓｃ／Ｓｔ）≦０．９６×（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）の範囲内であることがより好ましい。特に本発明においては、後述する第１強化繊維及び第２強化繊維が２次元ランダム配列して存在している場合には、上記比Ｓｃ／Ｓｔが１．０４×（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）≦（Ｓｃ／Ｓｔ）≦０．９６×（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）であることが好ましい。上記比Ｓｃ／Ｓｔがこのような範囲内であることにより、中空構造体全体として、所望の強度をさらに軽量で達成することができるからである。
【００２５】
なお、本発明においては上記第１繊維強化樹脂材料として圧縮強度は２５０ＭＰａ程度のものが用いられ、かつ上記第２繊維強化樹脂材料として引張強度は３５０ＭＰａ程度のものが用いられる場合、上記比Ｓｃ／Ｓｔは、０．７４×（Ｈｃ／Ｈｔ）≦（Ｓｃ／Ｓｔ）≦１．３４×（Ｈｃ／Ｈｔ）の範囲内であることが好ましい。上記比Ｓｃ／Ｓｔがこのような範囲内であることにより、上記第１繊維強化樹脂材料、及び上記第２繊維強化樹脂材料が用いられた場合に、中空構造体全体として、所望の強度をさらに軽量で達成することができるからである。
【００２６】
また、本発明の中空構造体は、上記中空構造の軸方向に対して垂直方向の任意の断面において、上記比Ｓｃ／Ｓｔが上記式（１）を満たすことを特徴とするものである。したがって、本発明の中空構造体においては、上記式（１）を満たす上記断面が一箇所でも存在すればよく、上記式（１）を満たさない断面を有していてもよいものである。本発明の中空構造体において、上記式（１）を満たす断面の存在割合は、本発明の中空構造体の用途に応じて適宜決定することができるものであり、特に限定されるものではない。しかしながら、上述した通り、本発明の中空構造体は第１成形体に圧縮負荷がかかるような用途に適していることから、用途に応じて上記成形体の圧縮負荷がかかる範囲の上記断面においては上記式（１）を満たすことが好ましい。もっとも、優れた強度と軽量化とを両立するという本発明の目的を十分に達成するには、上記中空構造の軸方向の全範囲において、上記式（１）を満たしていることが最も好ましい。
【００２７】
１  第１成形体及び第２成形体
本発明に用いられる第１成形体及び第２成形体は、両者が組み合わされることによって中空構造を形成するものである。以下、このような第１成形体及び第２成形体について説明する。なお、第１成形体及び第２成形体を構成する上記第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料については後述する。
【００２８】
本発明に用いられる第１成形体及び第２成形体は、両者が組み合わされることによって中空構造を形成できる形状を有するものであれば特に限定されるものではない。なかでも本発明においては、上記第１成形体の高さＨｃと第２成形体の高さＨｔとが同一の場合に、上記式（１）を満たす断面において、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
（σｃ／σｔ）＜（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）＜（σｔ／σｃ）    （２）
これにより上記第１成形体の平均厚みＴｃと第２成形体の平均厚みＴｔを調整することのみで、より軽量で所望の構造強度を達成することができるからである。
なお、上記式（２）において、Ｔｃ、Ｔｔはそれぞれは第１成形体及び第２成形体の上記式（２）を満たす断面における平均厚みである。
【００２９】
本発明において、上記比（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）を上記式（２）の範囲内とする場合は、１．０４×（σｃ／σｔ）≦（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）≦０．９６×（σｔ／σｃ）であることがより好ましく、（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）＝１であることがさらに好ましい。上記比（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）がこのような範囲内であることにより、所望の中空構造体の強度を、さらに軽量で達成することができるからである。
【００３０】
なお、本発明においては上記第１繊維強化樹脂材料として圧縮強度は２５０ＭＰａ程度のものが用いられ、かつ上記第２繊維強化樹脂材料として引張強度は３５０ＭＰａ程度のものが用いられる場合は、０．７４≦（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）≦１．３４であることが好ましく、（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）＝１であることが好ましい。上記比（Ｔｃ×σｃ）／（Ｔｔ×σｔ）がこのような範囲内であることにより、上記第１繊維強化樹脂材料、及び上記第２繊維強化樹脂材料が用いられた場合に、所望の中空構造体の強度を、さらに軽量で達成することができるからである。
【００３１】
本発明に用いられる第１成形体及び第２成形体の形状は、両者が組み合わされることにより中空構造を形成でき、かつ上記式（１）を満たすことができる形状であれば特に限定されるものではない。したがって、上記第１成形体及び第２成形体のそれぞれの形状は、本発明の中空構造体の用途や上記第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料の組成等に応じて適宜決定することができるが、なかでも開断面を有する形状であることが好ましい。これにより、第１成形体及び第２成形体を、それぞれが有する開断面の開口部側が互いに向き合うように組み合わせることによって、容易に中空構造を形成することができるからである。
【００３２】
本発明に用いられる第１成形体及び第２成形体の形状が開断面を有するものである態様としては、第１成形体及び第２成形体を組み合わせることによって中空構造を形成することができ、かつ上記式（１）を満たすことができる態様であれば特に限定されるものではない。このような態様としては、例えば、第１成形体及び第２成形体の形状が、底面部、天面部、及び当該底面部及び天面部を接続する立面部を有するハット形状、半円状の凹部を有する形状等を挙げることができる。本発明に用いられる第１成形体及び第２成形体の形状は、これらのいずれの形状であっても好適に用いることができるものであり、本発明の中空構造体の用途等に応じて適宜適切な形状を選択することができるものである。また、本発明においては上記第１成形体及び第２成形体の形状が同一であってもよく、又は互いに異なっていてもよいものである。
【００３３】
本発明においては上記第１成形体及び第２成形体が、共に上記ハット形状であることが好ましい。第１成形体及び第２成形体としてハット形状を有するものを用いることにより、本発明の中空構造体の断面二次モーメントを向上させることができるため、材料を有効活用できるからである。
【００３４】
第１成形体及び第２成形体が共に上記ハット形状である態様について図を参照しながら説明する。図２は、本発明の中空構造体において、上記第１成形体及び上記第２成形体がハット形状を有する場合の一例を示す概略図である。図２に例示するように、本発明の中空構造体１０は、上記第１成形体１１及び上記第２成形体１２が、それぞれ底面部１１ａ、１２ａ、天面部１１ｂ、１２ｂ、立面部１１ｃ、１２ｃを有するハット形状であることが好ましい。この場合、本発明の中空構造体１０は、上記第１成形体１１の底面部１１ａと、上記第２成形体１２の底面部１２ａが接するように組み合わされた中空構造を有するものとなる。また、上記第１成形体１１の高さＨｃ及び第２成形体１２の高さＨｔは、それぞれ、第１成形体及び第２成形体の境界面Ｙを基準とした、図２中に示す距離となる。
【００３５】
本発明に用いられる第１成形体及び第２成形体が共に上記ハット形状を有するものである場合、第１成形体の高さＨｃと第２成形体の高さＨｔとの関係は、Ｈｔ≧Ｈｃであることが好ましい。これにより、本発明の中空構造体において上記式（１）を充足させることが容易になる結果、本発明の中空構造体の用途にかかわらず高強度と軽量化との両立を十分に図ることが容易になるからである。
【００３６】
２  第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料
次に、本発明に用いられる第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料について説明する。本発明に用いられる第１繊維強化樹脂材料は、第１強化繊維と第１マトリックス樹脂とを含有するものであり、本発明に用いられる第２繊維強化樹脂材料は、第２強化繊維と、第２マトリックス樹脂とを含有するものである。
以下、本発明に用いられる第１繊維強化樹脂材料、及び第２繊維強化樹脂材料のそれぞれについて説明する。
なお、以下の説明においては、第１繊維強化樹脂材料と第２繊維強化樹脂材料とを合わせて「繊維強化樹脂材料」と称する場合があり、第１強化繊維と第２強化繊維とを合わせて「強化繊維」と称する場合があり、第１マトリックス樹脂と第２マトリックス樹脂とを合わせて「マトリックス樹脂」と称する場合がある。
【００３７】
（１）強化繊維
本発明に用いられる強化繊維は、繊維強化樹脂材料の圧縮強度及び引張強度を所望の範囲内にすることができ、かつ上記式（１）を満たすことができるものであれば特に限定されるものではない。このため、本発明に用いられる強化繊維としては無機繊維又は有機繊維のいずれであっても好適に用いることができる。
【００３８】
上記無機繊維としては、例えば、炭素繊維、活性炭繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、タングステンカーバイド繊維、シリコンカーバイド繊維（炭化ケイ素繊維）、セラミックス繊維、アルミナ繊維、天然繊維、玄武岩などの鉱物繊維、ボロン繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ホウ素繊維、及び金属繊維等を挙げることができる。上記金属繊維としては、例えば、アルミニウム繊維、銅繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維、スチール繊維を挙げることができる。上記ガラス繊維としては、Ｅガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、Ｔガラス、石英ガラス繊維、ホウケイ酸ガラス繊維等からなるものを挙げることができる。
上記有機繊維としては、例えば、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）等のポリベンザゾール、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート等の樹脂材料からなる繊維を挙げることができる。
【００３９】
本発明における繊維強化樹脂材料に用いられる強化繊維は１種類であってもよく、又は２種類以上であってもよい。繊維強化樹脂材料において２種類以上の強化繊維を用いる場合は、複数種の無機繊維を併用してもよく、複数種の有機繊維を併用してもよく、無機繊維と有機繊維とを併用してもよい。複数種の無機繊維を併用する態様としては、例えば、炭素繊維と金属繊維とを併用する態様、炭素繊維とガラス繊維を併用する態様等を挙げることができる。一方、複数種の有機繊維を併用する態様としては、例えば、アラミド繊維と他の有機材料からなる繊維とを併用する態様等を挙げることができる。さらに、無機繊維と有機繊維を併用する態様としては、例えば、炭素繊維とアラミド繊維とを併用する態様を挙げることができる。
【００４０】
本発明においては、上記強化繊維として炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維は、軽量でありながら強度に優れた繊維強化樹脂材料を得ることができるからである。上記炭素繊維としては、一般的にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、石油・石炭ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、気相成長系炭素繊維などが知られているが、本発明においてはこれらのいずれの炭素繊維であっても好適に用いることができる。
【００４１】
本発明に用いられる強化繊維は、表面にサイジング剤が付着しているものであってもよい。サイジング剤が付着している強化繊維を用いる場合、当該サイジング剤の種類は、強化繊維及びマトリックス樹脂の種類に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。
【００４２】
本発明に用いられる強化繊維の平均繊維長は特に限定されるものではないが、１〜１００ｍｍの範囲内であることが好ましく、５〜７５ｍｍの範囲内であることがより好ましく、１０〜５０ｍｍの範囲内であることがさらに好ましい。
【００４３】
本発明における平均繊維長は、数平均繊維長であっても、重量平均繊維長であってもよいが、繊維長の長いものを重視するように計算した重量平均繊維長で測定することが好ましい。ここで、個々の炭素繊維の繊維長をＬｉ、測定本数をｊとすると、数平均繊維長（Ｌｎ）と重量平均繊維長（Ｌｗ）とは、以下の式（ａ），（ｂ）により求められる。
Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｊ  ・・・（ａ）
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２）／（ΣＬｉ）  ・・・（ｂ）
なお、強化繊維をロータリーカッターで切断した場合など、繊維長が一定長の場合は数平均繊維長と重量平均繊維長は同じ値になる。
【００４４】
なお、本発明に用いられる強化繊維の平均繊維長が複数のピーク値を有する場合は、少なくともピーク値のいずれか１つが上述した範囲内であることが好ましい。
【００４５】
本発明に用いられる第１強化繊維の平均繊維長Ｌｃと、第２強化繊維の平均繊維長Ｌｔとの関係は両者が同一であってもよく、又は異なっていてもよい。両者が異なる場合、その大小関係は特に限定されるものではないが、なかでも本発明においては、Ｌｃ＞Ｌｔを満たすことが好ましい。Ｌｃ＞Ｌｔであることにより、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度をより高く、第２繊維強化樹脂材料の引張強度をより低く調整することが可能になるため、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度と第２繊維強化樹脂材料の引張強度との差をより小さくすること可能になる。これによって、第１成形体の構造の圧縮強度と第２成形体の構造の引張強度との均衡を図ることが容易になるため、本発明の中空構造体をより軽量で優れた構造強度を有するものにできるからである。
【００４６】
本発明に用いられる強化繊維の平均繊維径は、強化繊維の種類等に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。例えば、強化繊維として炭素繊維が用いられる場合、平均繊維径は、通常、３μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、４μｍ〜１２μｍの範囲内であることがより好ましく、５μｍ〜８μｍの範囲内であることがさらに好ましい。一方、強化繊維としてガラス繊維を用いる場合、平均繊維径は、通常、３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。ここで、上記平均繊維径は、強化繊維の単糸の直径を指すものとする。したがって、強化繊維が繊維束状である場合は、繊維束の径ではなく、繊維束を構成する強化繊維（単糸）の直径を指すことになる。強化繊維の平均繊維径は、例えば、ＪＩＳ  Ｒ７６０７：２０００に記載された方法によって測定することができる。尚、ＪＩＳ  Ｒ７６０７：２０００の内容はここに参照として取り込まれる。
【００４７】
本発明に用いられる第１強化繊維の平均繊維径Ｄｃと、第２強化繊維の平均繊維径Ｄｔとの関係は両者が同一であってもよく、又は異なっていてもよい。両者が異なる場合、その大小関係は特に限定されるものではないが、なかでも本発明においては、Ｄｃ＜Ｄｔを満たすことが好ましい。一般的に強化繊維の繊維径が太くなるにつれ、繊維強化樹脂材料の強度が低下することが知られている。したがって、Ｄｃ＜Ｄｔであることにより、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度をより高く、第２繊維強化樹脂材料の引張強度をより低く調整することが可能になるため、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度と第２繊維強化樹脂材料の引張強度との差をより小さくすること可能になる。これによって、第１成形体の構造の圧縮強度と第２成形体の構造の引張強度との均衡を図ることが容易になるため、本発明の中空構造体をより軽量で優れた強度を有するものにできるからである。
【００４８】
本発明に用いられる強化繊維は、その種類に関わらず単糸からなる単糸状であってもよく、複数の単糸からなる繊維束状であってもよい。また、本発明に用いられる強化繊維は、単糸状のもののみであってもよく、繊維束状のもののみであってもよく、両者が混在していてもよい。繊維束状のものを用いる場合、各繊維束を構成する単糸の数は、各繊維束においてほぼ均一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。本発明に用いられる強化繊維が繊維束状である場合、各繊維束を構成する単糸の数は特に限定されるものではないが、通常、１０００本〜１０万本の範囲内とされる。
【００４９】
一般的に、炭素繊維は、数千〜数万本のフィラメント（単糸）が集合した繊維束状となっている。強化繊維として炭素繊維を用いる場合に、炭素繊維をこのまま使用すると、繊維束の交絡部が局部的に厚くなり薄肉の繊維強化材料を得ることが困難になる場合がある。このため、強化繊維として炭素繊維を用いる場合は、繊維束を拡幅したり、又は開繊したりして使用するのが通常である。
【００５０】
炭素繊維束を開繊して用いる場合、開繊後の炭素繊維束の開繊程度は特に限定されるものではないが、繊維束の開繊程度を制御し、特定本数以上の炭素繊維からなる炭素繊維束と、それ未満の炭素繊維（単糸）又は炭素繊維束を含むことが好ましい。この場合、具体的には、下記式（ｉ）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）と、それ以外の開繊された炭素繊維、すなわち単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束とからなることが好ましい。
臨界単糸数＝６００／Ｄ  （ｉ）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００５１】
さらに、本発明においては繊維強化樹脂材料中の炭素繊維全量に対する炭素繊維束（Ａ）の割合が、０Ｖｏｌ％超９９Ｖｏｌ％未満であることが好ましく、２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ未満であることがより好ましく、３０Ｖｏｌ％以上９５Ｖｏｌ％未満であることがさらに好ましく、５０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であることが最も好ましい。このように特定本数以上の炭素繊維からなる炭素繊維束と、それ以外の開繊された炭素繊維又は炭素繊維束を特定の比率で共存させることで、繊維強化樹脂材料中の炭素繊維の存在量、すなわち繊維体積含有率（Ｖｆ）を高めることが可能となるからである。
【００５２】
炭素繊維の開繊程度は、繊維束の開繊条件を調整することにより目的の範囲内とすることができる。例えば、繊維束に空気を吹き付けて繊維束を開繊する場合は、繊維束に吹き付ける空気の圧力等をコントロールすることにより開繊程度を調整することができる。この場合、空気の圧力を強くすることにより、開繊程度が高く（各繊維束を構成する単糸数が少なく）なり、空気の圧力を弱くすることより開繊程度が低く（各繊維束を構成する単糸数が多く）なる傾向がある。
【００５３】
本発明において強化繊維として炭素繊維を用いる場合、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は本発明の目的を損なわない範囲で適宜決定することができるものであり、特に限定されるものではない。炭素繊維の場合、上記Ｎは通常１＜Ｎ＜１２０００の範囲内でとされるが、下記式（ｉｉ）を満たすことがより好ましい。
０．６×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２  （ｉｉ）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００５４】
（２）マトリックス樹脂
次に、本発明に用いられるマトリックス樹脂について説明する。本発明に用いられるマトリックス樹脂としては、上記式（１）を満たす繊維強化樹脂材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、強化繊維の種類等に応じて適宜選択して用いることができる。したがって、本発明に用いられるマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いてもよく、熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００５５】
（熱可塑性樹脂）
本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン樹脂）、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂等を挙げることができる。
上記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を挙げることができる。
【００５６】
上記ポリスチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）等を挙げることができる。上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド６樹脂（ナイロン６）、ポリアミド１１樹脂（ナイロン１１）、ポリアミド１２樹脂（ナイロン１２）、ポリアミド４６樹脂（ナイロン４６）、ポリアミド６６樹脂（ナイロン６６）、ポリアミド６１０樹脂（ナイロン６１０）等を挙げることができる。上記ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等を挙げることができる。上記（メタ）アクリル樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレートを挙げることができる。上記変性ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。上記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を挙げることができる。上記ポリスルホン樹脂としては、例えば、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。上記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂を挙げることができる。上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００５７】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。したがって、第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化複合材料のそれぞれにおいて、熱可塑性樹脂が１種類のみ用いられてもよく、２種類以上が用いられてもよい。２種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化点又は融点が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。
【００５８】
（熱硬化性樹脂）
本発明に用いられる熱硬化性樹脂の例としては、例えば、熱硬化性樹脂の場合、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂などの硬化物及びこれらの変性体を挙げることができる。上記エポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を有するものであれば特に限定されず、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエステル系樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ジアリールスルホン型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂及びそれらの変性物などが挙げることができる。なお、熱可塑性樹脂の場合と同様に、本発明に用いられる熱硬化性樹脂は、第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化複合材料のそれぞれにおいて１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。
【００５９】
（３）繊維強化樹脂材料
上述した通り、本発明に用いられる繊維強化樹脂材料は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含有するものであるが、本発明においては上記マトリックス樹脂として、熱可塑性樹脂が用いられることが好ましい。上記マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂が用いられることにより、例えば、第１成形体及び第２成形体をプレス成形によって製造する場合に、成形時間を短くすることができる等の利点があるからである。また、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることにより、第１成形体及び第２成形体をリサイクル又はリユースすることができる場合があるからである。
【００６０】
本発明における第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度σｃは、上記式（１）を満たす範囲内であれば特に限定されるものではないが、なかでも１５０ＭＰａ以上であることが好ましく、２００ＭＰａ以上であることがより好ましく、２５０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度σｃを上記範囲内にするには、例えば、第１繊維強化樹脂材料中の第１強化繊維の含有率を調整したり、平均繊維長を調整したり、また、第１強化繊維または／及び第１マトリックス樹脂の種類を変更する等の方法により達成される。より具体的には、第１強化繊維の含有率を上げる、平均繊維長を長くする、また、より圧縮強度の大きい第１強化繊維または／及び第１マトリックス樹脂を用いることで、圧縮強度を大きくすることができる。
【００６１】
本発明における第２繊維強化樹脂材料の引張強度σｔについても、上記式（１）を満たす範囲内であれば特に限定されるものではないが、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度σｃとの差が小さい程好ましく、特にσｔ＝σｃであることが好ましい。
第２繊維強化樹脂材料の引張強度σｔを上記範囲内にするには、例えば、第２繊維強化樹脂材料中の第２強化繊維の含有率を調整したり、平均繊維長を調整したり、また、第２強化繊維または／及び第２マトリックス樹脂の種類を変更する等の方法により達成される。より具体的には、第２強化繊維の含有率を上げる、平均繊維長を長くする、また、より引張強度の大きい第２強化繊維または／及び第２マトリックス樹脂を用いることで、引張強度を大きくすることができる。逆に、第２強化繊維の含有率を下げる、平均繊維長を短くする、繊維の径を太くする、また、より引張強度の小さい第２強化繊維または／及び第２マトリックス樹脂を用いることで、その引張強度を、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度に近付くように、小さくすることができる。
【００６２】
なお、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度σｃは、例えば、ＪＩＳ  Ｋ７０７６：１９９１に記載された方法によって測定することができる。また、第２繊維強化樹脂材料の引張強度σｔは、例えば、ＪＩＳ  Ｋ７１６４：２００５に記載された方法によって測定することができる。尚、ＪＩＳ  Ｋ７０７６：１９９１及びＪＩＳ  Ｋ７１６４：２００５の内容はここに参照として取り込まれる。
【００６３】
上述したように、本発明に用いられる繊維強化樹脂材料は少なくとも強化繊維とマトリックス樹脂とを含むものであるが、本発明の目的を損なわない範囲内であれば、必要に応じて各種添加剤を含んでもよい。上記各種添加剤は、繊維強化樹脂材料に所望の機能又は性質等を付与できるものであれば特に限定されるものではない。本発明に用いられる各種添加剤としては、例えば、溶融粘度低下剤、帯電防止剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤、導電性粒子、フィラー、カーボンブラック、カップリング剤、発泡剤、滑剤、腐食防止剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、着色防止剤、酸化防止剤、難燃剤、難燃助剤、滴下防止剤、滑剤、蛍光増白剤、蓄光顔料、蛍光染料、流動改質剤、無機および有機の抗菌剤、防虫剤、光触媒系防汚剤、赤外線吸収剤、フォトクロミック剤等を挙げることができる。
【００６４】
また、本発明に用いられる繊維強化樹脂材料には、上記各種添加剤として、繊維長が短い短繊維が含まれていてもよい。ここで用いられる短繊維とは、上述した強化繊維よりも平均繊維長（重量平均繊維長、数平均繊維長）が短いこと以外は、上述した強化繊維と同様のものを用いることができる。当該短繊維は、上述した強化繊維よりも繊維長が短いものであり、例えば、平均繊維長（重量平均繊維長、数平均繊維長）が、１ｍｍ以下のものを例示することができる。
【００６５】
本発明に用いられる繊維強化樹脂材料中におけるマトリックス樹脂の存在量は、マトリックス樹脂の種類や強化繊維の種類等に応じて適宜決定することができるものであり、特に限定されるものではないが、通常、強化繊維１００質量部に対して３質量部〜１０００質量部の範囲内とされる。
【００６６】
本発明に用いられる繊維強化樹脂材料中における強化繊維の体積含有率（Ｖｆ）は、１０〜７０Ｖｏｌ％であることが好ましい。繊維強化樹脂材料中における強化繊維の体積含有率が１０Ｖｏｌ％未満の場合、所望の圧縮強度又は引張強度が得られず、第１成形体及び第２成形体並びに中空構造体の構造強度が不十分になってしまう場合があるからである。一方、７０Ｖｏｌ％を超える場合、繊維強化樹脂材料の流動性が低下してしまい、成形時に所望の形状を得ることが困難になる場合があるからである。繊維強化樹脂材料中における強化繊維の体積含有率のより好ましい範囲は２０〜６０Ｖｏｌ％であり、さらに好ましい範囲は３０〜５０Ｖｏｌ％である。
【００６７】
ここで、第１繊維強化樹脂材料における第１強化繊維の体積含有率Ｖｆｃと、第２繊維強化樹脂材料における前記第２強化繊維の体積含有率Ｖｆｔとの関係は、両者が同一であってもよく、又は異なっていてもよい。両者が異なる場合、その大小関係は特に限定されるものではないが、なかでも本発明においては、Ｖｆｃ＞Ｖｆｔを満たすことが好ましい。Ｖｆｃ＞Ｖｆｔであることにより、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度をより高く、第２繊維強化樹脂材料の引張強度をより低く調整することが可能になるため、第１繊維強化樹脂材料の圧縮強度と第２繊維強化樹脂材料の引張強度との差をより小さくすることが可能になる。これによって、第１成形体の構造の圧縮強度と第２成形体の構造の引張強度との均衡を図ることが容易になるため、本発明の中空構造体をより軽量で優れた構造強度を有するものにできるからである。
【００６８】
また、繊維強化樹脂材料中の強化繊維の存在状態は特に限定されるものではなく、例えば、一方向に配列した状態であってもよく、又はランダムに配列した状態であってもよい。なかでも本発明においては、中空構造体の形状剛性や強度の均一性の観点から、強化繊維の長軸方向が繊維強化樹脂材料の面内方向においてランダムに配列した、２次元ランダム配列の状態であることが好ましい。ここで、繊維強化樹脂材料内における強化繊維の２次元ランダム配列は、例えば、繊維強化樹脂材料の任意の方向、及びこれと直交する方向を基準とする引張試験を行い、引張弾性率を測定した後、測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）を測定することで確認できる。弾性率の比が２未満である場合に、炭素繊維が２次元ランダム配列していると評価でき、弾性率の比が１．３未満の場合には、優れた２次元ランダム配列と評価される。
【００６９】
（繊維強化樹脂材料の製造方法）
次に本発明に用いられる繊維強化樹脂材料の製造方法について説明する。本発明に用いられる繊維強化樹脂材料は、一般的に公知の方法を用いて製造することができる。例えば、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合、１．強化繊維をカットする工程、２．カットされた強化繊維を開繊させる工程、３．開繊させた強化繊維と繊維状又は粒子状のマトリックス樹脂を混合した後、加熱圧縮する方法を挙げることができる。
一方、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、例えば、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、加圧して一体化する方法を挙げることができる。
【００７０】
３  中空構造体の製造方法
次に本発明の中空構造体の製造方法について説明する。本発明の中空構造体は、まず第１成形体及び第２成形体を製造した後、両者を組み合わせて接合して中空構造体とすることによって製造することができる。
【００７１】
第１成形体及び第２成形体を製造する方法としては、第１マトリックス樹脂及び第２マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合は、例えば、第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料を、予め軟化点以上の温度に加熱し、第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料を構成する熱可塑性樹脂の軟化点未満の温度を有する金型でコールドプレスする方法によって製造することができる。また、第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料を、熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度を有する金型内に投入してプレスした後に、熱可塑性樹脂の軟化点未満の温度まで冷却するホットプレス法によっても製造することができる。
【００７２】
一方、上記第１マトリックス樹脂及び第２マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、例えば、第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料を金型内に配置し、加熱することにより熱硬化性樹脂を硬化させると共に成形することにより製造することができる。
次いで、上記第１成形体及び第２成形体を組み合わせて接合する方法としては、例えば、振動溶着方法、超音波溶着方法、通電溶着方法等の溶着方法や、接着剤を用いる接着法や、ボルトナットとを用いる機械締結方法等の一般的に公知の方法を用いることができる。
【００７３】
４  中空構造体の用途
上述した通り、本発明の中空構造体は上記式（１）を満たすことにより、上記第１成形体側から本発明の中空構造体に外力が加わった際に、上記第１成形体が先に破壊することを抑制できるものである。したがって、本発明の中空構造体は、第１成形体側から圧縮応力が負荷される用途に用いられることにより、優れた強度を示すという効果を奏することができるものである。このような本発明の中空構造体の用途としては、例えば、フレーム、ビーム等のような曲げ部材等を挙げることができるが、これに限られるものではない。
【００７４】
第２  車両用部品
次に、本発明の車両用部品について説明する。上述した通り、本発明の車両用部品は上記本発明に係る中空構造体が用いられたことを特徴とするものである。本発明の車両用部品としては、本発明の中空構造体が用いられているものであれば特に限定されるものではないが、例えば、フロントバンパー、リアバンパー、各ピラー、サイドシル、フロアークロスメンバー等が挙げられる。
【００７５】
また、本発明の車両用部品は上述した本発明の中空構造体が用いられていればよいものであるため、例えば、本発明の中空構造体のみからなるものであってもよく、或いは本発明の中空構造体と他の部品とが組み合わされたものであってもよい。なお、当該他の部品は、本発明の車両用部品の用途に応じて適宜決定されるものであり特に限定されるものではない。また、当該他の部品を構成する材料についても、本発明の車両用部品の用途に応じて適宜決定すればよく、任意の樹脂材料或いは任意の金属材料を用いることができる。
【００７６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる態様であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明についてさらに具体的に説明する。【００７８】
各実施例及び比較例における各値は、以下の方法に従って求める。
（１）各繊維強化樹脂材料中の強化繊維の平均繊維長
各繊維強化樹脂材料中の強化繊維の平均繊維長は、繊維強化樹脂材料を５００℃の炉内にて１時間加熱して、熱可塑性樹脂を除去した後、無作為に抽出した強化繊維１００本の長さをノギスで１ｍｍ単位まで測定し、その平均値とする。平均繊維長が１ｍｍを下回る場合は、光学顕微鏡下で０．１ｍｍ単位まで測定する。
なお、本実施例においては、一定のカット長を用いているので、数平均繊維長と重量平均繊維長は一致する。
（２）各繊維強化樹脂材料中の強化繊維の体積含有率
各繊維強化樹脂材料中の強化繊維の体積含有率は、水中置換法により繊維強化樹脂材料の密度を求め、予め測定した強化繊維単独の密度と樹脂単独の密度との関係から、強化繊維の体積含有率を算出する。
（３）各繊維強化樹脂材料の引張強度及び圧縮強度
各繊維強化樹脂材料の引張強度及び圧縮強度は、事前に８０℃真空下で２４時間乾燥させた試験片をそれぞれＪＩＳ  Ｋ７１６４：２００５とＪＩＳ  Ｋ７０７６：１９９１に準拠して測定する。
（４）中空構造体の構造強度評価
各実施例及び比較例の中空構造体の構造強度は、図３に示すような三点曲げ試験を利用して評価する。３点曲げ試験を実施する際、中空構造体をその第１成形体の天面側に垂直に外力Ｐを直接に与えるように３点曲げ試験装置にセットし、第１成形体又は第２成形体のどちらかが先に破壊した時の外力の大きさを中空構造体の曲げ強度とする。図３中、ＬはＬ＝５００．０ｍｍである。【００７９】
［参考例１］
強化繊維として、平均繊維長２０ｍｍにカットした東邦テナックス社製のＰＡＮ系炭素繊維「テナックス（登録商標）」ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ、密度は約１７５０ｋｇ／ｍ３）を使用し、熱可塑性樹脂としてユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０（密度は約１１３０ｋｇ／ｍ３）を使用して、２８０℃に加熱したプレス装置にて、圧力２．０ＭＰａで５分間加熱圧縮することで面内方向に炭素繊維が２次元ランダム配向した繊維強化樹脂材料１を作製した。
得られた繊維強化樹脂材料１の強化繊維の体積含有率は約３０Ｖｆ％、平均繊維長は約２０ｍｍ、引張強度は３５０ＭＰａ、圧縮強度は２５０ＭＰａとなり、密度は１３４０ｋｇ／ｍ３となった。【００８０】
［参考例２］
参考例１と同じ強化繊維及び熱可塑性樹脂を用い、かつ参考例１と同一の方法により、面内方向に炭素繊維が２次元ランダム配向した、強化繊維の体積含有率が２２Ｖｆ％の繊維強化樹脂材料２を作製した。
得られた繊維強化樹脂材料２の強化繊維の平均繊維長は約２０ｍｍ、引張強度は２５５ＭＰａ、圧縮強度は１５４ＭＰａとなり、密度は１２８０ｋｇ／ｍ３となった。【００８１】
＜繊維強化樹脂材料中空構造体の形状＞
以下の各実施例及び比較例の中空構造体の主な寸法を示す各値（Ｗ１、Ｗ２、Ｗｃ、Ｈｃ、Ｈｔ、Ｔｃ、Ｔｔ）は、図４に示す通りである。また、各実施例及び比較例における中空構造体の長さは一律に６００．０ｍｍとした。【００８２】
［実施例１］
第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料として、参考例１の繊維強化樹脂材料１用い、これを２８０℃にし、１０ＭＰａの圧力で６０秒間のコールドプレス成形によってハット形状の第１成形体及び第２成形体とし、第１成形体及び第２成形体をその底面部を向き合わせ振動溶着で接合させて閉じた断面を有する中空構造体とした。このとき、中空断面の主な寸法は、Ｗ１＝１５０．０ｍｍ、Ｗ２＝１２０．０ｍｍ、Ｗｃ＝１００．０ｍｍ、Ｈｃ＝５５ｍｍ、Ｈｔ＝５３．６ｍｍ、Ｔｃ＝５．０ｍｍ、Ｔｔ＝３．６ｍｍ、Ａｃ＝１１４６．０ｍｍ２、Ａｔ＝８２５．０ｍｍ２とした。構造体としての重量は１５８５ｇとなった。また、本実施例の中空構造体の比（Ｓｃ／Ｓｔ）＝（Ａｃ×σｃ）／（Ａｔ×σｔ）≒１．０となった。
実施例１の中空構造体の曲げ強度を上述した３点曲げ試験で評価すると、第１成形体と第２成形体とがほぼ同時に破壊した。また、中空構造体の曲げ強度は２９．７ｋＮとなった。【００８３】
［実施例２］
第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料として、参考例１の繊維強化樹脂材料１用い、これを２８０℃にし、実施例１と同じ方法により閉じた断面を有する中空構造体とした。各部の寸法は、Ｗ１＝１５０．０ｍｍ、Ｗ２＝１２０．０ｍｍ、Ｗｃ＝１００．０ｍｍ、Ｈｃ＝５４．２ｍｍ、Ｈｔ＝７０ｍｍ、Ｔｃ＝４．８ｍｍ、Ｔｔ＝３．２ｍｍ、Ａｃ＝１１１３．０ｍｍ２、Ａｔ＝８２０．０ｍｍ２とした。構造体としての重量は１５４７ｇとなった。また、本実施例の中空構造体は、（Ｓｃ／Ｓｔ）＝０．９７となった。
実施例２の中空構造体の曲げ強度を、３点曲げ試験で評価すると、第１成形体と第２成形体とがほぼ同時に破壊した。また、中空構造体の曲げ強度は３１．４ｋＮとなった。【００８４】
［実施例３］
第１繊維強化樹脂材料として上記繊維強化樹脂材料１を用い、これを２８０℃にし、実施例１と同条件でのコールドプレス成形によってハット形状の第１成形体とし、第２繊維強化樹脂材料として上記繊維強化樹脂材料２を用い、これを２８０℃として上記と同様な条件でのコールドプレス成形によりハット形状の第２成形体として、第１成形体１と第２成形体２をその底面部を向き合わせ振動溶着で接合させて閉じた断面を有する中空構造体とした。各部の寸法は、Ｗ１＝１５０．０ｍｍ、Ｗ２＝１２０．０ｍｍ、Ｗｃ＝１００．０ｍｍ、Ｈｃ＝５５．０ｍｍ、Ｈｔ＝５５．０ｍｍ、Ｔｃ＝５．０ｍｍ、Ｔｔ＝４．９ｍｍ、Ａｃ＝１１４６．０ｍｍ２、Ａｔ＝１１２３．０ｍｍ２とした。中空構造体としての重量は１８０２ｇとなった。また、本実施例の中空構造体は、（Ｓｃ／Ｓｔ）＝１．０となった。
実施例３の中空構造体の曲げ強度を３点曲げ試験で評価すると、第１成形体と第２成形体とが同時に破壊した。また、中空構造体の曲げ強度は３０．３ｋＮとなった。【００８５】
［比較例１］
第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料として、参考例１の繊維強化樹脂材料１用い、これを２８０℃にし、実施例１と同じ成形と振動溶着条件で閉じた断面を有する中空構造体とした。各部の寸法は、Ｗ１＝１５０．０ｍｍ、Ｗ２＝１２０．０ｍｍ、Ｗｃ＝１００．０ｍｍ、Ｈｃ＝５５．０ｍｍ、Ｈｔ＝５５．０ｍｍ、Ｔｃ＝５．０ｍｍ、Ｔｔ＝５．０ｍｍ、Ａｃ＝１１４６．０ｍｍ２、Ａｔ＝１１４６．０ｍｍ２とした。中空構造体の重量は１８４３ｇとなった。また、本比較例の中空構造体は（Ｓｃ／Ｓｔ）＝０．７１となった。
比較例１の中空構造体の曲げ強度を３点曲げ試験で評価すると、外力が約３０．５ｋＮになった時点で中空構造体の第１成形体が先に破壊し、第２成形体は破壊されなかった。当該中空構造体の曲げ強度は３０．５ｋＮとなった。【００８６】
［比較例２］
第１繊維強化樹脂材料及び第２繊維強化樹脂材料として参考例１の繊維強化樹脂材料１用い、これを２８０℃にし、実施例１と同じ方法により閉じた断面を有する中空構造体とした。各部の寸法は、Ｗ１＝１５０．０ｍｍ、Ｗ２＝１２０．０ｍｍ、Ｗｃ＝１００．０ｍｍ、Ｈｃ＝５３．６ｍｍ、Ｈｔ＝５６．４ｍｍ、Ｔｃ＝６．４ｍｍ、Ｔｔ＝３．３ｍｍ、Ａｃ＝１４７７．０ｍｍ２、Ａｔ＝７５３．０ｍｍ２とした。中空構造体としての重量は１７９５ｇとなった。また、本比較例の中空構造体は、（Ｓｃ／Ｓｔ）＝１．３９となった。
比較例２の中空構造体の曲げ強度を、３点曲げ試験で評価すると、外力が約３１．４ｋＮになった時点で引張側の第２成形体が先に破壊し、圧縮側の第１成形体は破壊されなかった。当該中空構造体の曲げ強度は３１．４ｋＮとなった。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の中空構造体は、第１成形体が圧縮応力を受ける側に配置される用途に好適に用いることができる。このような用途としては、例えば、車両用部品等を挙げることができる。【００８８】
以上本発明の実施形態、実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。本出願は、２０１４年３月１８日出願の日本特許出願（特願２０１４−０５４９６２）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００８９】
１０  中空構造体
１１  第１成形体
１２  第２成形体
１１ａ、１２ａ  底面部
１１ｂ、１２ｂ  天面部
１１ｃ、１２ｃ  立面部
Ｘ  中空構造の軸方向
Ｙ  第１成形体と第２成形体との境界面
【要約】
繊維強化樹脂材料からなり、軽量化と優れた強度を両立することが可能な中空構造体を提供する。第１強化繊維と第１マトリックス樹脂とを含有する第１繊維強化樹脂材料からなる第１成形体と、第２強化繊維と第２マトリックス樹脂とを含有する第２繊維強化樹脂材料からなる第２成形体とが組み合わされてなり、中空構造を有する中空構造体であって、前記中空構造の軸方向に対して垂直方向の任意の断面において、前記第１成形体の構造の圧縮強度Ｓｃ及び前記第２成形体の構造の引張強度Ｓｔとの比Ｓｃ／Ｓｔが以下の式（１）を満たすことを特徴とする中空構造体。（σｃ／σｔ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）＜（Ｓｃ／Ｓｔ）＜（σｔ／σｃ）×（Ｈｃ／Ｈｔ）  （１）【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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