(57)【要約】【課題】  十分な曲げ剛性を担保しつつも、温度変化によるそり変形が抑制された積層体を提供すること。【解決手段】  互いに対向する一対の第１の辺及び互いに対向する一対の第２の辺によって画成される第１の面を有する基材と、前記第１の面の面上に接合されている第１〜第３の補強板とを備えた積層体であって、第１の面の中心を含む中心部に、第１の補強板が接合されており、第１の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板と離間させて、一対の第２の補強板が接合されており、第２の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板及び第２の補強板と離間させて、一対の第３の補強板が接合されている、ことを特徴とする積層体。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の第１の辺及び互いに対向する一対の第２の辺によって画成される第１の面を有する基材と、前記第１の面の面上に接合されている第１〜第３の補強板とを備えた積層体であって、
第１の面の中心を含む中心部に、第１の補強板が接合されており、
第１の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板と離間させて、一対の第２の補強板が接合されており、
第２の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板及び第２の補強板と離間させて、一対の第３の補強板が接合されている、
ことを特徴とする積層体。
【請求項２】
第１の辺の長さをＬ１とし、第２の辺の長さをＬ２とする場合に、
第１の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ１１は０．３７×Ｌ１〜０．４４×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ１２は０．４６×Ｌ２〜０．５９×Ｌ２であり、
第２の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ２１は０．０３４×Ｌ１〜０．２９×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ２２は０．０１×Ｌ２〜０．０４５×Ｌ２であり、
第３の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ３１は０．１４×Ｌ１〜０．１７×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ３２は０．５３×Ｌ２〜０．６６×Ｌ２であり、
第１の補強板の外縁と第３の補強板の外縁との最短距離Ｄ１は０．１１×Ｌ１〜０．１７５×Ｌ１であり、
第１の補強板の外縁と第２の補強板の外縁との最短距離Ｄ２は０．１６×Ｌ２〜０．２６×Ｌ２である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
第１の面の面積に対する第１〜３の補強板の合計面積の比率（第１〜３の補強板の合計面積／第１の面の面積）が０．３〜０．４７であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の積層体。
【請求項４】
第２の補強板及び第３の補強板に対向する第１の補強板の４つの角部、第１の補強板に対向する第２の補強板の２つの角部、並びに第１の補強板に対向する第３の補強板の２つの角部が、円弧状をなしていることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体に関し、より詳しくは、基材と前記基材の表面上に接合された補強板とを備えた積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、船舶等の部材として、また土木及び建築物における構造材として、基材と補強板とからなる積層体が、その曲げ剛性等の強度特性の高さから普及している。例えば、特開２０１０−１４３００９号公報（特許文献１）には、自動車部材等の用途に適用される、金属材料の表面に接着剤層を介して繊維強化プラスチック材料が接合している板状複合材料が開示されている。また、国際公開第９９／１０１６８号（特許文献２）には、土木及び建築物等において有用な、軽金属材の表面に接着剤層を介して炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ材）を接着した構造材が開示されている。さらに、特開平３−１５０１５５号公報（特許文献３）には、アルマイト処理されたアルミニウムの表面に、接着剤を塗布した炭素繊維プリプレグを接合させ常温で硬化させることによる、複合材の製造方法が開示されている。また、特開平２−６０７４２号公報（特許文献４）には、金属板に熱硬化性樹脂を塗布し、繊維強化熱硬化性樹脂と積層した後に、加熱硬化し、一体化させることにより、パラボナアンテナ等に用いられる金属複合シートを製造する方法が開示されている。さらに、特開２０１０−２５４２７６号公報（特許文献５）には、炭素繊維強化層と熱可塑樹脂層とを有する自動車外装用の積層体が開示されている。
【０００３】
しかしながら、これらの用途において、積層体は、低温と高温に繰り返し曝される環境下で使用されることが多い。また、その製造の際にも、加熱プレス成形等において急速な加熱冷却に曝されることになる。そして、基材と補強板とは材質が通常異なるため、このような温度変化によって、材質間の収縮の違いによるそり変形が大きく生じることとなる。
【０００４】
そのため、十分な曲げ剛性を担保しつつも、温度変化によるそり変形が抑制された積層体が求められており、かかる要望に対して、様々な試みがなされている。例えば、特許文献１には、板状複合材料において、金属材と繊維強化材との熱膨張係数の大きな差に起因する材料変形や層間剥離を、金属材及び接着剤層の厚み等を調整することによって抑制することが開示されている。また、特許文献３には、複合材の製造において、炭素繊維プリプレグの硬化の際に発生する変形力よりも大きな接着力を有する常温硬化型接着材を用いることによって、層間剥離を抑制することが開示されている。さらに、特許文献５には、炭素繊維強化層と熱可塑樹脂層との線膨張係数の差を抑え、またこれら層からなる積層体の線膨張係数を調整することによって、積層体全体のそり変形を生じ難くすることが開示されている。
【０００５】
しかしながら、これら文献においては、温度変化による変形を抑制するために、積層体を構成する層の厚みや、構成する材質の組み合わせにおいて、所定の条件を課するという点で未だ十分なものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４３００９号公報
【特許文献２】国際公開第９９／１０１６８号
【特許文献３】特開平３−１５０１５５号公報
【特許文献４】特開平２−６０７４２号公報
【特許文献５】特開２０１０−２５４２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、十分な曲げ剛性を担保しつつも、温度変化によるそり変形が抑制された積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、基材と補強板とを備えた積層体において、基材表面の中心部と、基材外縁を構成する各辺の中心を含む基材表面の端部とに、複数の補強板を各々が互いに接することなく、間隔を空けて接合することによって、温度変化によるそり変形が低減される一方で、面外荷重に対しては十分な曲げ剛性は担保できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の積層体は、互いに対向する一対の第１の辺及び互いに対向する一対の第２の辺によって画成される第１の面を有する基材と、前記第１の面の面上に接合されている第１〜第３の補強板とを備えた積層体であって、
第１の面の中心を含む中心部に、第１の補強板が接合されており、
第１の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板と離間させて、一対の第２の補強板が接合されており、
第２の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板及び第２の補強板と離間させて、第３の補強板が接合されている、
ことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の積層体において、第１の辺の長さをＬ１とし、第２の辺の長さをＬ２とする場合に、
第１の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ１１は０．３７×Ｌ１〜０．４４×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ１２は０．４６×Ｌ２〜０．５９×Ｌ２であり、
第２の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ２１は０．０３４×Ｌ１〜０．２９×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ２２は０．０１×Ｌ２〜０．０４５×Ｌ２であり、
第３の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ３１は０．１４×Ｌ１〜０．１７×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ３２は０．５３×Ｌ２〜０．６６×Ｌ２であり、
第１の補強板の外縁と第２の補強板の外縁との最短距離Ｄ２は０．１６×Ｌ２〜０．２６×Ｌ２であり、
第１の補強板の外縁と第３の補強板の外縁との最短距離Ｄ１は０．１１×Ｌ１〜０．１７５×Ｌ１であることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の積層体において、第１の面の面積に対する第１〜３の補強板の合計面積の比率（第１〜３の補強板の合計面積／第１の面の面積）が０．３〜０．４７であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の積層体において、第２の補強板及び第３の補強板に対向する第１の補強板の４つの角部、第１の補強板に対向する第２の補強板の２つの角部、並びに第１の補強板に対向する第３の補強板の２つの角部は、円弧状をなしていることが好ましい。
【００１３】
なお、本発明の積層体において、温度変化によるそり変形が抑制される一方で、面外荷重に対して十分な曲げ剛性が担保される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、線膨張係数において異なる基材と補強板とを備えた積層体において、基材の外縁全体が補強板によって拘束されていると、熱膨張又は熱収縮の結果として積層体内部に熱ひずみが生じることになる。そこで、基材表面において変形を大きく拘束している部分の補強板を外すことにより、基材と補強板との線膨張係数の差に起因するそり変形が生じ難くなる。その一方で、かかる補強板の接合は、積層体の面外方向にかかる荷重を分散させるため、十分な曲げ剛性を担保することが可能になると推察される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、十分な曲げ剛性を担保しつつも、温度変化によるそり変形が抑制された積層体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の積層体の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】本発明の積層体の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図３】本発明の積層体の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図４】本発明の積層体の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図５】本発明の積層体の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図６】本発明の積層体の一実施形態を示す概略平面図と、Ａ１−Ａ１線に沿って切断した場合の切断面を示す概略断面図である。
【図７】本発明の積層体の他の実施形態を示す概略平面図と、Ａ１−Ａ１線に沿って切断した場合の切断面を示す概略断面図である。
【図８】炭素長繊維とポリフェニレンスルフィドとを含む繊維強化樹脂板において、温度変化によって発生するひずみエネルギーの分布を、有限要素解析法により解析した結果を示す図である。
【図９】実施例１及び２、並びに比較例２にて設計した積層体と、比較例１にて設計した基材について、最大ひずみエネルギーを解析した結果を示すグラフである。
【図１０】実施例１及び２、並びに比較例２にて設計した積層体と、比較例１にて設計した基材について、最大変形量を解析した結果を示すグラフである。
【図１１】実施例３及び比較例３にて調製した積層体について、そり変形量を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の積層体は、互いに対向する一対の第１の辺及び互いに対向する一対の第２の辺によって画成される第１の面を有する基材と、前記第１の面の面上に接合されている第１〜第３の補強板とを備えた積層体であって、
第１の面の中心を含む中心部に、第１の補強板が接合されており、
第１の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板と離間させて、一対の第２の補強板が接合されており、
第２の辺の中心を含む第１の面の両端部に、第１の補強板及び第２の補強板と離間させて、第３の補強板が接合されている、
ことを特徴とするものである。
【００１７】
以下、本発明の積層体について、図面を参照しながら、その形状に関する好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１〜５は、各々本発明の積層体の一実施形態を示す概略平面図である。また、図６及び７においては、本発明の積層体の一実施形態を示す概略断面図も示す。さらに、これらの図中において、斜線部は本発明にかかる補強板を示す。
【００１８】
本発明にかかる基材は、図１〜５において示すように、互いに対向する一対の第１の辺１ａ及び１ｂと、互いに対向する一対の第２の辺２ａ及び２ｂとによって画成される第１の面３を有する。
【００１９】
第１の辺１ａと１ｂとの位置関係及び第２の辺２ａと２ｂとの位置関係は、各々互いに対向する位置関係であれば特に制限はなく、図１〜５において示すように平行であってもよいが、非平行であってもよい。さらに、図１〜５において、第１の辺１ａ及び１ｂ、並びに第１の辺２ａ及び２ｂの形状は、全て直線状にて示されているが、特に制限されるわけではなく、例えば、略直線状であってもよい。
【００２０】
第１の辺１ａ及び１ｂと第２の辺２ａ及び２ｂとによって画成される第１の面３の形状は、図１〜５において、矩形にて示されているが、特に制限されるわけではなく、例えば、略矩形、正方形であってもよい。また、第１の面３の角部は、図１〜５において、全て直角となっているが、特に制限されるわけではなく、例えば、角部が切り落された角切り欠き状であってもよく、多角形状であってもよく、また円弧状であってもよい。
【００２１】
本発明の積層体は、図１〜５において示すように、第１の面３の中心を含む中心部に、第１の補強板４が接合されており、第１の辺１ａ及び１ｂの中心を含む第１の面３の両端部に、一対の第２の補強板５ａ及び５ｂが接合されており、第２の辺２ａ及び２ｂの中心を含む第１の面３の両端部に、一対の第３の補強板６ａ及び６ｂが接合されている。
【００２２】
本発明の積層体において、第１の補強板４と、第２の補強板５ａ及び５ｂと、第３の補強板６ａ及び６ｂとは、離間して、第１の面３の面上に接合されていればよいが、本発明の積層体において、十分な曲げ剛性をより担保し易く、また温度変化によるそり変形をより抑制し易くなるという観点から、第１の辺の長さをＬ１とし、第２の辺の長さをＬ２とする場合に、第１の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ１１は、好ましくは０．１７×Ｌ１〜０．５１×Ｌ１であり、より好ましくは０．３７×Ｌ１〜０．４４×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ１２は、好ましくは０．１９×Ｌ２〜０．６４×Ｌ２であり、より好ましくは０．４６×Ｌ２〜０．５９×Ｌ２である。また、第２の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ２１は、好ましくは０．０３４×Ｌ１〜０．３７×Ｌ１であり、より好ましくは０．０３４×Ｌ１〜０．２９×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ２２は、好ましくは０．０１×Ｌ２〜０．０５×Ｌ２であり、より好ましくは０．０１×Ｌ２〜０．０４５×Ｌ２である。さらに、第３の補強板の第１の辺方向に沿った長さＬ３１は、好ましくは０．０８５×Ｌ１〜０．１８５×Ｌ１であり、より好ましくは０．１４×Ｌ１〜０．１７×Ｌ１であり、かつ、第２の辺方向に沿った長さＬ３２は、好ましくは０．３８×Ｌ２〜０．６９×Ｌ２であり、より好ましくは０．５３×Ｌ２〜０．６６×Ｌ２である。また同観点から、第１の補強板の外縁と第２の補強板の外縁との最短距離Ｄ２は、好ましくは０．１３×Ｌ２〜０．３９５×Ｌ２であり、より好ましくは０．１６×Ｌ２〜０．２６×Ｌ２であり、第１の補強板の外縁と第３の補強板の外縁との最短距離Ｄ１は、好ましくは０．０６×Ｌ１〜０．３３×Ｌ１であり、より好ましくは０．１１×Ｌ１〜０．１７５×Ｌ１である。
【００２３】
なお、第２の辺２ａと２ｂとが平行になっていない場合には、第１の辺の長さＬ１は、第２の辺２ａの真ん中と第２の辺２ｂの真ん中とを結んでなる中心線の長さとする。また同様に、第１の辺１ａと１ｂとが平行になっていない場合には、第２の辺の長さＬ２は、第１の辺１ａの真ん中と第１の辺１ｂの真ん中とを結んでなる中心線の長さとする。さらに、補強板の形状が後述の略矩形等である場合には、第１又は第２の辺方向に沿った長さは、図２〜５に示すように、各補強板における第１又は第２の辺方向に沿った長さの最大値をとるものとする。
【００２４】
本発明にかかる補強板の形状としては特に制限はなく、例えば、図１に示すような矩形であってもよく、図２に示すような角部が切り落された角切り欠き状の略矩形であってもよく、角部が多角形状となっているものでもよく、図３〜５に示すような角部が円弧状の略矩形であってもよいが、これらの中では、本発明の積層体における温度変化によるそり変形をより抑制し易くなるという観点から、好ましくは、角部が円弧状の略矩形であり、より好ましくは、第１の補強板４に関しては、第２の補強板及び第３の補強板に対向する４つの角部が円弧状をなしている略矩形であり、第２の補強板５ａ及び５ｂに関しては、第１の補強板に対向する２つの角部が円弧状をなしている略矩形であり、第３の補強板６ａ及び６ｂに関しては、第１の補強板に対向する２つの角部が円弧状をなしている略矩形であり、さらに好ましくは、第１の補強板４に関しては、第２の補強板及び第３の補強板に対向する４つの角部が、円弧状をなし、曲率半径Ｒ１を０．１８５×Ｌ１〜０．２２×Ｌ１とする略矩形であり、第２の補強板５ａ及び５ｂに関しては、第１の補強板に対向する２つの角部が、円弧状をなし、曲率半径Ｒ２を０．０１×Ｌ２〜０．０４５×Ｌ２とする略矩形であり、第３の補強板６ａ及び６ｂに関しては、第１の補強板に対向する２つの角部が、円弧状をなし、角部における曲率半径Ｒ３を０．１４×Ｌ１〜０．１７×Ｌ１とする略矩形である。
【００２５】
また、本発明にかかる第１〜第３の補強板は、図１〜４に示すように、各々１枚の板によって構成されるものであってもよく、また例えば図５に示すように、各々複数枚の板に分割されていてもよいが、本発明にかかる補強板が分割されて第１の面上に接合されていると、本発明の積層体において、面外方向にかかる荷重への補強効果が弱くなり、十分な曲げ剛性を担保しにくくなる傾向にあるため、本発明にかかる第１〜第３の補強板は各々一枚の板によって構成されていることが好ましい。
【００２６】
さらに、図１〜４において、第２の補強板５ａ及び５ｂ、並びに第３の補強板６ａ及び６ｂは、互いに同じ大きさ、同じ形状にて示されているが、特に制限されることなく、本発明にかかる第２及び第３の補強板の形状及び大きさは、各々同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００２７】
また、本発明の積層体において、第１の面の面積に対する第１〜３の補強板の合計面積の比率（第１〜３の補強板の合計面積／第１の面の面積）が０．０９〜０．５７であることが好ましく、０．３〜０．４７であることがより好ましい。前記比率が前記下限未満では本発明の積層体において、面外方向にかかる荷重への補強効果が弱くなり、十分な曲げ剛性を担保しにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると本発明の積層体における温度変化によるそり変形が抑制しにくくなる傾向にある。
【００２８】
さらに、本発明の積層体においては、後述のとおり、第１の面と各補強板とが直接接合していてもよく、また接着剤層を介して間接的に接合していてもよい。また、かかる接合については、特に制限はなく、図６に示すように、補強板が基材に埋め込まれて接合していてもよく、図７に示すように、補強板が基材に埋め込まれることなく接合されていてもよい。
【００２９】
また、本発明の積層体の第１の面の形状は、図６及び７に示すように、平面状又は略平面状であるが、リブを任意に備えてもよい。さらに、本発明の積層体において、第１の面に対する裏面及び側面の形状については、特に制限はなく、各々平面状又は略平面状であってもよく、任意のリブ形状であってもよい。
【００３０】
さらに、本発明の積層体における、基材及び補強板の厚みは、特に制限されるわけではない。また、補強板の厚みと前記補強板の厚みとの比率（補強板の厚み／前記補強板の厚み）は、両板の線膨張係数の違いに応じて０．１〜０．５であることが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の積層体について、その材質に関する好適な実施形態について説明する。
【００３２】
本発明にかかる補強板の材質としては、特に制限はないが、金属材又は繊維強化樹脂材であることが好ましい。
【００３３】
本発明にかかる金属材は、金属を主成分とするものであり、また金属材に含まれる金属は１種類であってもよく、２種類以上含まれていてもよい。本発明にかかる金属材としては、アルミニウム、マグネシウム及び鉄からなる群から選択される少なくとも１種を主成分として含むものが好ましい。
【００３４】
また、本発明にかかる補強板として金属材を用いる場合には、本発明にかかる補強板との接合性が良くなるような表面処理が、該補強板の本発明にかかる基材に対する接合面に施されていることが好ましい。かかる表面処理としては、例えば、研磨剤を用いたサンドブラストによる表面処理、サンドペーパーを用いた鑢がけによる表面処理等の機械的な表面処理、重クロム酸と硫酸との混合水溶液を用いた陽極酸化による表面処理、硫酸とシュウ酸との混合水溶液を用いた陽極酸化による表面処理、シランカップリング剤を用いた表面処理等が挙げられる。
【００３５】
本発明にかかる繊維強化樹脂材は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のマトリックス樹脂と繊維強化材とを含むものである。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。さらに、繊維強化材としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維が挙げられる。また、本発明にかかる繊維強化樹脂材における繊維強化材の形態としては特に制限はなく、前記繊維を経糸及び／又は緯糸として使用した織物の形状であってもよく、前記繊維からなる連続繊維又は平行に引き揃えた前記繊維束（長繊維束）の織物であってもよい。また、本発明にかかる繊維強化樹脂材においては、かかる織物状の繊維強化材を複数枚貼り合わせて一体化し、積層体として用いてもよい。
【００３６】
また、かかる繊維強化樹脂材の製造方法として特に制限はなく、例えば、前記繊維強化材に予め前記マトリックス樹脂を含浸させた成形中間基材であるプリプレグを用いて、オートクレーブ等で硬化することにより製造する方法、前記繊維強化材を予め所望の形状に賦形したプリフォームを、成形型に配置し、型内に前記マトリックス樹脂を注入、含浸せしめて硬化する方法が挙げられる。
【００３７】
また、本発明にかかる補強板として繊維強化樹脂材を用いる場合には、面外荷重に対する十分な曲げ剛性を担保する観点から、炭素繊維又はガラス繊維からなる連続繊維又は長繊維束からなる織物を積層してなる繊維強化材に、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含浸し、硬化せしめてなる繊維強化樹脂材を用いることが好ましい。
【００３８】
また、本発明にかかる基材の材質としては、特に制限はないが、前述の繊維強化樹脂材が好ましく、炭素繊維からなる繊維強化材と熱可塑性樹脂材とを含む繊維強化樹脂材がより好ましい。
【００３９】
さらに、本発明にかかる補強材と基材との線膨張係数の比率（補強板の線膨張係数／基材の線膨張係数）としては、特に制限はないが、温度変化による変形がより抑制し易くなるという観点から、０．６〜１．６であることが好ましい。
【００４０】
次に、本発明の積層体の製造方法の好適な実施形態について説明する。本発明の積層体の製造方法としては特に制限はなく、例えば、基材が繊維強化樹脂材である場合には、予め上述の形状になるように各々成形した第１〜第３の補強板を、成形型に配置し、前記繊維強化樹脂材を該補強板の表面に直接射出し、プレスすることによって、本発明の積層体は製造することができる。また、予め上述の形状になるように各々成形した第１〜第３の補強板の表面に接着剤を塗布し、本発明にかかる基材の第１の面上の上記所定の位置に接着させることによっても、本発明の積層体は製造することができる。このような接着剤としては、本発明にかかる基材と補強板とを接着できるものであれば特に制限はなく、例えば、上述の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる接着剤が挙げられる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４２】
先ず、本発明者らは、有限要素解析ソフトウェアＡＮＳＹＳ（ＡＮＳＹＳ社製）を使用して、ＰＰＳ樹脂と炭素長繊維と含む繊維強化樹脂板（炭素長繊維含有率：３０％、線膨張係数：１．５×１０−５ｍｍ／℃（２０〜１００℃）、長辺の長さ：５８０ｍｍ、短辺の長さ：２９５ｍｍ、厚み：１０ｍｍ、以下、この繊維強化樹脂を「ＰＰＳ−ＣＦ３０」とも称する）において発生する、温度変化によるひずみエネルギーを解析した。得られた結果を図８に示す。
【００４３】
得られた図８に示す結果に基づき、基材において、ひずみエネルギーが発生している領域にかからないように、かつ曲げ剛性を維持できるように、補強板を配置することを検討した。その結果、図４に示す積層体を設計するに至った。
【００４４】
なお、このようにして得られた積層体（実施例１）において、Ｌ１は２９５ｍｍであり、Ｌ２は５８０ｍｍであり、Ｌ１１は０．４４×Ｌ１であり、Ｌ１２は０．５９×Ｌ２であり、Ｌ２１は０．２９×Ｌ１であり、Ｌ２２は０．０４５×Ｌ２であり、Ｌ３１は０．１７×Ｌ１であり、Ｌ３２は０．６６×Ｌ２であり、Ｄ１は０．１１×Ｌ１であり、Ｄ２は０．１６×Ｌ２である。第１の補強板４の角部における曲率半径Ｒ１は０．２２×Ｌ１であり、第２の補強板５ａ及び５ｂの角部における曲率半径Ｒ２は０．０４５×Ｌ２であり、第３の補強板６ａ及び６ｂの角部における曲率半径Ｒ３は０．１７×Ｌ１である。また、第１〜３の補強板の面積と基材の面積との比率は０．４７である。さらに、基材の厚みは１０ｍｍであり、補強板の厚みは１ｍｍであり、補強板の厚みと前記補強板の厚みとの比率は０．１である。また、実施例１において、基材の材質は、前記ＰＰＳ−ＣＦ３０とし、補強板の材質はアルミニウム（線膨張係数：２．４×１０−５ｍｍ／℃（２０〜１００℃）とした。
【００４５】
さらに、図５に示すように、第１の補強板４、並びに第３の補強板６ａ及び６ｂを、各々２つに分割して基材表面に配置した以外は、実施例１と同様にして積層体（実施例２）を設計した。
【００４６】
そして、このようにして設計した積層体について、温度を２０〜１００℃まで変化させた時の熱膨張により生じる最大ひずみエネルギーを有限要素解析ソフトウェアＡＮＳＹＳ（ＡＮＳＹＳ社製）を用いて求めた。また、対照として、実施例１の基材のみ（比較例１）及び実施例１の基材に前記アルミニウムからなる補強板を全面に接合した積層体（比較例２）についても、前記最大ひずみエネルギーを求めた。得られた結果を図９に示す。
【００４７】
さらに、実施例１及び２、並びに比較例１及び２において、各々４つの角部を拘束し、平面全体に約４０ｋｇの等分布荷重をかけた時の、Ｚ軸方向における最大変形量（最大たわみ量）を有限要素解析ソフトウェアＡＮＳＹＳ（ＡＮＳＹＳ社製）を用いて求めた。得られた結果を図１０に示す。
【００４８】
図９に示した結果から明らかなように、本発明の積層体（実施例１及び２）は、補強板を基材の全面に接合した積層体（比較例２）と比較して、最大ひずみエネルギーが約８５％も低減し、補強板を全く配置していない基材のみ（比較例１）のそれと同程度に抑えることができた。
【００４９】
その一方で、図１０に示した結果から明らかなように、本発明の積層体（実施例１及び２）の最大たわみ量は、補強板を全く接合していない基材のみ（比較例１）よりも低く、また補強板を基材の全面に接合した積層体（比較例２）と比較しても同程度であった。
【００５０】
したがって、本発明によれば、基材と補強板とを備えた積層体において、基材表面の中心部と各辺の中心を含む基材表面の端部との面上に、複数の補強板を各々が互いに接することなく、間隔を空けて接合することによって、温度変化によるそり変形が低減される一方で、面外荷重に対しては十分な曲げ剛性は担保できることが明らかになった。
【００５１】
次に、以下に示す方法にて、射出プレス成形により積層体を実際に調製し、成形型からとり出した後のそり変形量（長辺のそり高さ）を計測した。得られた結果を図１１に示す。
【００５２】
（実施例３及び比較例３の調製方法）
実施例１及び比較例１において、基材を、ＰＰＳ−ＣＦ３０から、ポリアミド樹脂６と炭素長繊維と含む繊維強化樹脂板（炭素長繊維含有率：３０％、線膨張係数：１．５×１０−５ｍｍ／℃（２０〜１００℃）、以下、この繊維強化樹脂を「ＰＡ６−ＣＦ３０」とも称する））に変更した以外は、以下に示す方法にて各々積層体（実施例３及び比較例３）を調製した。
【００５３】
先ず、市販のアルミ板（厚さ：１ｍｍ）を、レーザー加工にて上記所定の形状になるよう切断した。次いで、切り出した所定の形状のアルミ板を、下記基材との接着性を良くするため、アルマイト（陽極酸化）処理を施した。次に、これら補強板を成形型に配置し、成形機（佐藤鉄工所製、製品名：ＳＬＩＭ４０４５）を用い、被アルマイト処理面に直接ＰＡ６−ＣＦ３０を射出し、プレス成形を行なった。なお、射出プレス成形の条件は、以下のとおりである。樹脂温度：２８０℃、成形型（金型）の温度：８０℃、加圧時間：９０秒、加圧力：３００ｔｏｎ。
【００５４】
（そり変形量の測定方法）
前記方法により調製した積層体（成形品）を室温（２５℃）にて数日間放置して、十分に安定させた後、成形品の中央において長辺方向に金尺を当て、成形品と金尺との最大の隙間を、そり変形量として測定した。そして、比較例３におけるそり変形量を１として規格化した実施例３におけるそれを算出した。
【００５５】
図１１に示した結果から明らかなように、本発明の積層体（実施例３）は、補強板を基材の全面に接合した積層体（比較例３）と比較して、射出プレス成形後の温度変化（２８０〜２５℃）におけるそり変形量を、７５％も低減できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、十分な曲げ剛性を担保しつつも、温度変化によるそり変形が抑制された積層体を提供することが可能となる。したがって、本発明の積層体は、自動車、船舶等の部材として、また土木及び建築物における構造材等として有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１a…第１の辺、１ｂ…第１の辺、２a…第２の辺、２ｂ…第２の辺、、３…第１の面、４…第１の補強板、５a…第２の補強板、５ｂ…第２の補強板、６a…第３の補強板、６ｂ…第３の補強板、Ｌ１…第１の辺の長さ、Ｌ２…第２の辺の長さ、Ｌ１１…第１の補強板材の第１の辺方向に沿った長さ、Ｌ１２…第１の補強板材の第２の辺方向に沿った長さ、Ｌ２１…第２の補強板材の第１の辺方向に沿った長さ、Ｌ２２…第２の補強板材の第２の辺方向に沿った長さ、Ｌ３１…第３の補強板材の第１の辺方向に沿った長さ、Ｌ３２…第３の補強板材の第２の辺方向に沿った長さ、Ｄ１…第１の補強板の外縁と第３の補強板の外縁との最短距離、Ｄ２…第１の補強板の外縁と第２の補強板の外縁との最短距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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