(57)【要約】  繊維強化樹脂成形品の作製における廃棄部分が少なく、補強用強化繊維基材の位置ズレが少ないシート状強化繊維基材、プリフォーム、および繊維強化樹脂成形品を提供する。強化繊維束をその長手方向が一方向となるように引き揃えて配置し、隣接する強化繊維束同士の位置を互いに拘束させてシート状の形態を保持させたシート状強化繊維基材であって、前記シート状強化繊維基材内において、強化繊維の配置量が部分的に増量され、単位面積あたりの強化繊維配置重量が非一様であることを特徴とする、シート状強化繊維基材である。
2016147646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂成形品を生成するためのシート状強化繊維基材であって、
長手方向が略同一となるように配された複数の強化繊維束であって、隣接する前記強化繊維束が少なくとも一部において互いに拘束されている複数の強化繊維束を含む第１の層を備え、
前記第１の層は、
複数の前記強化繊維束を含む第１の部分と、
複数の前記強化繊維束を含み、単位面積あたりの強化繊維の重量が前記第１の部分よりも多い第２の部分と、を有する、シート状強化繊維基材。
【請求項２】
請求項１記載のシート状強化繊維基材であって、さらに、
長手方向が略同一となるように配された複数の強化繊維束であって、隣接する強化繊維束が少なくとも一部において互いに拘束されている複数の強化繊維束を含む第２の層を備え、
前記第１と第２の層は、それぞれが含む複数の強化繊維束の長手方向が互いに異なるように積層されており、
前記第２の層に含まれる少なくとも一部の強化繊維束は、少なくとも一部において、前記第１の層に含まれる強化繊維束に拘束されており、
前記第２の層は、
少なくとも一部が前記第１の部分と重なる位置に配され、複数の前記強化繊維束を含む第３の部分と、
少なくとも一部が前記第２の部分と重なる位置に配され、複数の前記強化繊維束を含み、単位面積あたりの前記強化繊維の重量が前記第３の部分よりも多い第４の部分と、を有する、シート状強化繊維基材。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記第１の層は、さらに、
前記第１の部分と前記第２の部分に設けられており、単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である、第１の部分層と、
前記第１の部分には設けられておらず、前記第２の部分に設けられており、単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である、第２の部分層と、を含む、シート状強化繊維基材。
【請求項４】
請求項１または２に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記第２の部分における前記強化繊維束は、前記第１の部分における前記強化繊維束よりも太い、シート状強化繊維基材。
【請求項５】
請求項１または２に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記第２の部分における前記複数の強化繊維束は、前記第１の部分における前記複数の強化繊維束の間隔よりも狭い間隔で配されている、シート状強化繊維基材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記シート状強化繊維基材は、前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って決定される外周形状を有しており、
前記第１および第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品の設計要件に従って決定されている、シート状強化繊維基材。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品において、前記第１の部分が構成する部位よりも強度と剛性の少なくとも一方がより大きい部位を構成する部分である、シート状強化繊維基材。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記シート状強化繊維基材は、前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って決定される外周形状を有しており、
前記第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品の形状に応じて前記シート状強化繊維基材を賦形する際に、前記シート状強化繊維基材の変形に従って単位面積当たりの強化繊維の重量が低減する部位である、シート状強化繊維基材。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品において、前記第１の部分が構成する部位の曲率よりも大きい曲率を有する部位を構成する部分である、シート状強化繊維基材。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のシート状強化繊維基材であって、
隣接する前記強化繊維束は、樹脂バインダーによって互いに拘束されている、シート状強化繊維基材。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載のシート状強化繊維基材であって、
隣接する前記強化繊維束は、補助糸によって縫合されている、シート状強化繊維基材。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のシート状強化繊維基材であって、
前記強化繊維束は、炭素繊維で構成される、シート状強化繊維基材。
【請求項１３】
プリフォームであって、
請求項１から１２のいずれか１項に記載されたシート状強化繊維基材を含む２枚以上の強化繊維基材であって、立体形状に賦形され形状固着されている２枚以上の強化繊維基材を含む、プリフォーム。
【請求項１４】
繊維強化樹脂成形品であって、
硬化されたマトリクス樹脂が含浸されている、請求項１３に記載のプリフォームを含む、繊維強化樹脂成形品。
【請求項１５】
シート状強化繊維基材を用いて繊維強化樹脂成形品を生産する方法であって、
単位層を形成する工程であって、
長手方向が略同一となるように複数の強化繊維束を配する工程と、
隣接する前記強化繊維束を少なくとも一部において互いに拘束させる工程と、を備える単位層を形成する工程を備え、
前記複数の強化繊維束を配する工程は、
複数の前記強化繊維束を含む第１の部分と、
複数の前記強化繊維束を含み、単位面積あたりの強化繊維の重量が前記第１の部分よりも多い第２の部分と、を形成する工程を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、さらに、
前記単位層を形成する工程を繰り返して、互いに重なる複数の前記単位層を形成する工程であって、互いの前記複数の強化繊維束の長手方向が異なる複数の単位層を形成する工程と、
前記複数の単位層のうちの一つの単位層に含まれる少なくとも一部の強化繊維束と、前記複数の単位層のうちの他の一つの単位層に含まれる少なくとも一部の強化繊維束とを、少なくとも一部において互いに拘束させる工程と、を備え、
前記複数の単位層のうちの少なくとも二つの単位層において、
それぞれの前記第１の部分は互いに少なくとも一部が重なり、
それぞれの前記第２の部分は互いに少なくとも一部が重なる、方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の方法であって、
前記単位層を形成する工程は、
単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である第１の部分層を、前記第１の部分と前記第２の部分に設ける工程と、
単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である第２の部分層を、前記第１の部分には設けず、前記第２の部分に設ける工程と、を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載の方法であって、
前記第２の部分を形成する工程は、前記第１の部分を形成する前記強化繊維束よりも太い前記強化繊維束を使用して、前記第２の部分を形成する工程を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１５または１６に記載の方法であって、
前記第２の部分を形成する工程は、前記第１の部分を形成する前記複数の強化繊維束よりもの間隔よりも狭い間隔で前記複数の強化繊維束を配する工程を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、
前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って前記シート状強化繊維基材の外形形状を決定する工程と、
前記繊維強化樹脂成形品の設計要件に従って前記第１および第２の部分を決定する工程と、を備える、方法。
【請求項２１】
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、
前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って前記シート状強化繊維基材の外形形状を決定する工程と、
前記繊維強化樹脂成形品の形状に応じて前記シート状強化繊維基材を賦形する際に、前記シート状強化繊維基材の変形に従って単位面積当たりの強化繊維の重量が低減する部位を特定し、前記特定された部位を前記第２の部分として決定する工程と、を備える、方法。
【請求項２２】
請求項１５から２１のいずれか１項に記載の方法であって、
隣接する前記強化繊維束の拘束は、樹脂バインダーによって行われる、方法。
【請求項２３】
請求項１５から２１のいずれか１項に記載の方法であって、
隣接する前記強化繊維束の拘束は、補助糸による縫合によって行われる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形品の基材となるシート状強化繊維基材、そのシート状強化繊維基材を用いたプリフォーム、および、繊維強化樹脂成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、繊維強化樹脂（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ：ＦＲＰ）、その中でも炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ：ＣＦＲＰ）は、軽量で強度や剛性などの機械特性に優れる。このため、繊維強化樹脂部材の輸送用機器への適用が進んでいる。【０００３】
繊維強化樹脂成形品の製造方法としては、レジン・トランスファー・モールディング（ＲＴＭ）法が注目され、適用が進んでいる。ＲＴＭ法においては、強化繊維を連続した繊維の形態で使用することができるため、製造される繊維強化樹脂成形品の機械的特性、たとえば、剛性や強度が高い。また、ＲＴＭ法は、従来のオートクレーブを用いた繊維強化樹脂部材の成形方法に比べて、短いサイクルタイムで繊維強化樹脂成形品を成形でき、生産性に優れる。【０００４】
ＲＴＭ法においては、一般的に、（ｉ）強化繊維束を平織や綾織などの形態で製織した織物基材、あるいは（ｉｉ）平行に揃えて配置した強化繊維束を、補助糸を用いてステッチングなどの方法で係合し、形態保持させたノンクリンプ基材を、用いる。これらの織物基材やノンクリンプ基材は、いずれも、予め作製された、一定の幅および目付（単位面積当たりの重量）で長手方向に連続した強化繊維基材の形態を有する。【０００５】
そして、所望の繊維強化樹脂成形品の形状や物性に応じて、いくつかの種類のカットパターンで、強化繊維基材から裁断基材が切出される。カットパターンは、基本的に成形される繊維強化樹脂成形品の形状を平面に展開して得られる形状を有する。それぞれの裁断基材の強化繊維の配向があらかじめ定められた向きとなり、かつ、強化繊維の配置量があらかじめ定められた量となるとなるように、複数枚の裁断基材を配して、積層する。【０００６】
所望の繊維強化樹脂成形品が立体的な形状である場合は、賦形用の型を用いて、繊維強化樹脂成形品と略同一の形状に積層体を賦形する。この際、強化繊維基材上のバインダーなどを使用して形状を固着させて、プリフォームを生成する。さらに、そのプリフォームを成形型内に配置し、成形型を閉じた後に、エポキシ樹脂などの液状樹脂を成形型内に注入してプリフォームに含浸させ、樹脂を硬化させる。その結果、繊維強化樹脂成形品が完成する。【０００７】
こうした方法では、一定の幅を有し、長手方向に連続した強化繊維基材から、所定のカットパターン形状を有する裁断基材が切出される。このため、カットパターンの外側にある不要部分の強化繊維基材は、成形部材とはならない。従って、カットパターンの形状が強化繊維基材から裁断基材が効率よく切り出すことができない形状である場合には、不要部分の割合が多くなる。その結果、材料の歩留りが著しく低下し、部材の製造コストが高くなる。【０００８】
このような課題を解決するため、例えば特許文献１の技術では、シート状ベース基材上の所定の形状（カットパターンの形状に相当）を有する領域に複数の強化繊維束を並べて配置し、接着して、その領域の形状を有するプリフォーム作製用基材を製造する。特許文献１の技術においては、予め設けられた強化繊維基材から、所定のカットパターンで裁断基材を切出すのではなく、裁断基材に相当する形状を有する強化繊維基材を、強化繊維を使用して直接作製する。このため、特許文献１の技術においては、裁断基材を切出す工程が存在せず、材料の廃棄量を削減できる。【０００９】
一方、軽量かつ機械特性に優れるという繊維強化樹脂成形品の特性をより有効に活用するために、繊維強化樹脂成形品の要求特性に従って強度や剛性を部分的に向上させる場合がある。具体的には、繊維強化樹脂成形品の一部において、強化繊維の量が増やされる。このような場合、通常は、あらかじめ生成された一定の幅および目付を有する強化繊維基材から、補強する部位の形状を有する補強用の裁断基材を切出し、裁断基材に追加的に積層する方法をとることが多い。【００１０】
繊維強化樹脂成形品における適切な補強を実現するために、補強用裁断基材を強化繊維基材積層体の内層に配置することが求められる場合がある。こうした方法で補強を行う場合には、あらかじめ生成された強化繊維基材から補強用の裁断基材を切出すため、裁断基材以外の部分が不要となり、その結果、材料歩留りが悪化する。特に、補強用の裁断基材は、一般に、繊維強化樹脂成形品全体に対して小さい形状であることが多い。このため、繊維強化樹脂成形品の形状を平面に展開した形状を有する裁断基材の積層の際に、小さな補強用裁断基材を追加する作業は、煩雑で生産性が悪くなる。さらに、部分的に配置する補強用裁断基材が賦形時にズレやすく、安定した品質での生産が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１４−１５９０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、（ｉ）繊維強化樹脂成形品を作製するにあたって、廃棄部分が多くなり材料歩留りが悪化することがないシート状強化繊維基材が求められている。（ｉｉ）繊維強化樹脂成形品の機械的特性を部分的に向上させるための補強をする際に、補強用強化繊維基材を切出すために材料歩留りを悪化させることがないシート状強化繊維基材が求められている。（ｉｉｉ）補強用強化繊維基材が位置ズレなく必要な位置に配置されている状態を容易に実現することができるシート状強化繊維基材が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）強化繊維束をその長手方向が一方向となるように引き揃えて配置し、隣接する強化繊維束同士の位置を互いに拘束させてシート状の形態を保持させたシート状強化繊維基材であって、前記シート状強化繊維基材内において、強化繊維の配置量が部分的に増量され、単位面積あたりの強化繊維配置重量が非一様であることを特徴とする、シート状強化繊維基材。【００１４】
（２）強化繊維束をその長手方向が一方向となるように引き揃えて配置した層を、強化繊維束の長手方向が異なるように２層以上積層し、隣接する強化繊維束同士の位置を互いに拘束させてシート状の形態を保持させたシート状強化繊維基材であって、前記シート状強化繊維基材内において、強化繊維の配置量が部分的に増量され、単位面積当たりの強化繊維配置重量が非一様であることを特徴とする、シート状強化繊維基材。【００１５】
（３）前記シート状強化繊維基材は、その外周形状が、前記シート状強化繊維基材を強化繊維として用いてなる繊維強化樹脂成形品の形状に従って決定される任意の形状を呈しており、前記強化繊維配置重量が非一様である部位が、前記繊維強化樹脂成形品の設計要件に従って決定される、（１）または（２）に記載のシート状強化繊維基材。【００１６】
（４）前記シート状強化繊維基材は、その外周形状が、前記シート状強化繊維基材を強化繊維として用いてなる立体形状を有する繊維強化樹脂成形品の形状に従って決定される任意の形状を呈しており、前記強化繊維配置重量が非一様である部位が、前記繊維強化樹脂成形品の形状に沿ってシート状強化繊維基材を賦形する際に、その変形に従って強化繊維配置重量が低減する部位である、（１）または（２）に記載のシート状強化繊維基材。【００１７】
（５）隣接する前記強化繊維束同士の位置を互いに拘束させる手段が樹脂成分バインダーである、（１）から（４）のいずれかに記載のシート状強化繊維基材。【００１８】
（６）隣接する前記強化繊維束同士の位置を互いに拘束させる手段が補助糸によるステッチである、（１）から（４）のいずれかに記載のシート状強化繊維基材。【００１９】
（７）（１）から（６）のいずれかに記載されたシート状強化繊維基材を少なくとも１枚以上含む２枚以上の強化繊維基材を用い、立体形状に賦形し、形状固着させてなる、強化繊維の配置量が部分的に増量された、強化繊維基材プリフォーム。【００２０】
（８）（７）に記載の、強化繊維の配置量が部分的に増量された強化繊維基材プリフォームに、マトリクス樹脂を含浸させ、硬化させてなる、繊維強化樹脂成形品。【００２１】
また、本発明は、以下の形態として実現することも可能である。
（１）本発明の一形態によれば、繊維強化樹脂成形品を生成するためのシート状強化繊維基材が提供される。このシート状強化繊維基材は、長手方向が略同一となるように配された複数の強化繊維束であって、隣接する前記強化繊維束が少なくとも一部において互いに拘束されている複数の強化繊維束を含む第１の層を備える。前記第１の層は：複数の前記強化繊維束を含む第１の部分と；複数の前記強化繊維束を含み、単位面積あたりの強化繊維の重量が前記第１の部分よりも多い第２の部分と、を有する。
このような態様によれば、切り出し工程を経ずに、あらかじめ強化繊維の重量が多い部分を含んで構成されているシート状強化繊維基材を使用して、繊維強化樹脂成形品を生成することができる。このため、繊維強化樹脂成形品を作製する際に廃棄される材料を削減することができる。また、廃棄される材料を増やすことなく、繊維強化樹脂成形品の補強を実現することができる。さらに、繊維強化樹脂成形品の成形に際して、正確な位置を補強することができる。【００２２】
（２）上記形態のシート状強化繊維基材において、さらに、長手方向が略同一となるように配された複数の強化繊維束であって、隣接する強化繊維束が少なくとも一部において互いに拘束されている複数の強化繊維束を含む第２の層を備え；前記第１と第２の層は、それぞれが含む複数の強化繊維束の長手方向が互いに異なるように積層されており；前記第２の層に含まれる少なくとも一部の強化繊維束は、少なくとも一部において、前記第１の層に含まれる強化繊維束に拘束されており；前記第２の層は：少なくとも一部が前記第１の部分と重なる位置に配され、複数の前記強化繊維束を含む第３の部分と；少なくとも一部が前記第２の部分と重なる位置に配され、複数の前記強化繊維束を含み、単位面積あたりの前記強化繊維の重量が前記第３の部分よりも多い第４の部分と、を有する、態様とすることができる。
このような態様においては、シート状強化繊維基材が複数層を含んで構成される。このため、繊維強化樹脂成形品を生成するためにシート状強化繊維基材を積層する際の工程の数を減らすことができる。【００２３】
（３）上記形態のシート状強化繊維基材において、前記第１の層は、さらに：前記第１の部分と前記第２の部分に設けられており、単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である、第１の部分層と；前記第１の部分には設けられておらず、前記第２の部分に設けられており、単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である、第２の部分層と、を含む、態様とすることができる。
このような態様とすれば、同一の強化繊維束を使用した作業を複数回、行うことにより、シート状強化繊維基材において、第１の部分と第２の部分とを生成することができる。このため、第１の部分と第２の部分の生成が容易である。【００２４】
（４）上記形態のシート状強化繊維基材において、前記第２の部分における前記強化繊維束は、前記第１の部分における前記強化繊維束よりも太い、態様とすることができる。
このような態様としても、シート状強化繊維基材の一部について、強化繊維の量を多くすることができる。【００２５】
（５）上記形態のシート状強化繊維基材において、前記第２の部分における前記複数の強化繊維束は、前記第１の部分における前記複数の強化繊維束の間隔よりも狭い間隔で配されている、態様とすることができる。
このような態様とすれば、同一の強化繊維束を使用しつつ、強化繊維束の配置間隔を変えることにより、シート状強化繊維基材において、第１の部分と第２の部分とを生成することができる。このため、第１の部分と第２の部分の生成が容易である。【００２６】
（６）上記形態のシート状強化繊維基材において；前記シート状強化繊維基材は、前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って決定される外周形状を有しており；前記第１および第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品の設計要件に従って決定されている、態様とすることができる。
このような態様とすれば、繊維強化樹脂成形品の設計要件に応じて、シート状強化繊維基材の一部について、強化繊維の量を多くすることができる。【００２７】
（７）上記形態のシート状強化繊維基材において、前記第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品において、前記第１の部分が構成する部位よりも強度と剛性の少なくとも一方がより大きい部位を構成する部分である、態様とすることができる。
このような態様とすれば、繊維強化樹脂成形品において、高い強度や高い剛性を求められる部位に対応する部分について、シート状強化繊維基材の強化繊維の量を多くすることができる。【００２８】
（８）上記形態のシート状強化繊維基材において；前記シート状強化繊維基材は、前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って決定される外周形状を有しており；前記第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品の形状に応じて前記シート状強化繊維基材を賦形する際に、前記シート状強化繊維基材の変形に従って単位面積当たりの強化繊維の重量が低減する部位である、態様とすることができる。
このような態様とすれば、シート状強化繊維基材の変形に従って単位面積当たりの強化繊維の重量が低減する部位において、他の部位に比べて大きく単位面積当たりの強化繊維の重量が低減しないように、あらかじめシート状強化繊維基材を生成する際に、対応する部位において強化繊維の量を多くすることができる。【００２９】
（９）上記形態のシート状強化繊維基材において、前記第２の部分は、前記繊維強化樹脂成形品において、前記第１の部分が構成する部位の曲率よりも大きい曲率を有する部位を構成する部分である、態様とすることができる。
繊維強化樹脂成形品において曲率が大きい部位は、繊維強化樹脂成形品の生成に当たって大きく変形および伸長することが予想される部位である。上記のような態様とすれば、そのような部位において、他の部位に比べて大きく単位面積当たりの強化繊維の重量が低減しないように、あらかじめシート状強化繊維基材を生成する際に、対応する部位において強化繊維の量を多くすることができる。【００３０】
（１０）上記形態のシート状強化繊維基材において、隣接する前記強化繊維束は、樹脂バインダーによって互いに拘束されている、態様とすることができる。
このような態様とすれば、シート状強化繊維基材内の任意の方向について近接している強化繊維束を、容易に拘束することができる。【００３１】
（１１）上記形態のシート状強化繊維基材において、隣接する前記強化繊維束は、補助糸によって縫合されている、態様とすることができる。
このような態様とすれば、縫合の手法を適切に設定することにより、シート状強化繊維基材内の任意の方向について近接している強化繊維束を、拘束することができる。【００３２】
（１２）上記形態のシート状強化繊維基材において、前記強化繊維束は、炭素繊維で構成される、態様とすることができる。
このような態様のシート状強化繊維基材によれば、軽量の繊維強化樹脂成形品を生成することができる。【００３３】
（１３）本発明の他の形態によれば、プリフォームが提供される。このプリフォームは、上記形態のシート状強化繊維基材を含む２枚以上の強化繊維基材であって、立体形状に賦形され形状固着されている２枚以上の強化繊維基材を含む。
このような態様においては、強化繊維基材が複数のシート状強化繊維基材を含んで構成される。このため、繊維強化樹脂成形品を生成するために強化繊維基材を積層する際の工程の数を減らすことができる。【００３４】
（１４）本発明の他の形態によれば、繊維強化樹脂成形品が提供される。この繊維強化樹脂成形品は、硬化されたマトリクス樹脂が含浸されている、上記形態のプリフォームを含む。
このような態様とすれば、強化繊維の量が増やされている部位が高精度に設けられている繊維強化樹脂成形品を得ることができる。【００３５】
（１５）本発明の他の形態によれば、シート状強化繊維基材を用いて繊維強化樹脂成形品を生産する方法が提供される。この方法は、単位層を形成する工程であって：長手方向が略同一となるように複数の強化繊維束を配する工程と；隣接する前記強化繊維束を少なくとも一部において互いに拘束させる工程と、を備える単位層を形成する工程を備える。前記複数の強化繊維束を配する工程は：複数の前記強化繊維束を含む第１の部分と；複数の前記強化繊維束を含み、単位面積あたりの強化繊維の重量が前記第１の部分よりも多い第２の部分と、を形成する工程を含む。
このような態様によれば、切り出し工程を経ずに、あらかじめ強化繊維の重量が多い部分を含んで構成されているシート状強化繊維基材を使用して、繊維強化樹脂成形品を生成することができる。このため、繊維強化樹脂成形品を作製する際に廃棄される材料を削減することができる。また、廃棄される材料を増やすことなく、繊維強化樹脂成形品の補強を実現することができる。さらに、繊維強化樹脂成形品の成形に際して、正確な位置を補強することができる。【００３６】
（１６）上記形態の方法において、さらに：前記単位層を形成する工程を繰り返して、互いに重なる複数の前記単位層を形成する工程であって、互いの前記複数の強化繊維束の長手方向が異なる複数の単位層を形成する工程と；前記複数の単位層のうちの一つの単位層に含まれる少なくとも一部の強化繊維束と、前記複数の単位層のうちの他の一つの単位層に含まれる少なくとも一部の強化繊維束とを、少なくとも一部において互いに拘束させる工程と、を備え；前記複数の単位層のうちの少なくとも二つの単位層において；それぞれの前記第１の部分は互いに少なくとも一部が重なり；それぞれの前記第２の部分は互いに少なくとも一部が重なる、態様とすることができる。
このような態様においては、シート状強化繊維基材が複数層を含んで構成される。このため、繊維強化樹脂成形品を生成するためにシート状強化繊維基材を積層する際の工程の数を減らすことができる。【００３７】
（１７）上記形態の方法において、前記単位層を形成する工程は：単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である第１の部分層を、前記第１の部分と前記第２の部分に設ける工程と；単位面積あたりの前記強化繊維の重量が一定である第２の部分層を、前記第１の部分には設けず、前記第２の部分に設ける工程と、を含む、態様とすることができる。【００３８】
（１８）上記形態の方法において、前記第２の部分を形成する工程は、前記第１の部分を形成する前記強化繊維束よりも太い前記強化繊維束を使用して、前記第２の部分を形成する工程を含む、態様とすることができる。【００３９】
（１９）上記形態の方法において、前記第２の部分を形成する工程は、前記第１の部分を形成する前記複数の強化繊維束よりもの間隔よりも狭い間隔で前記複数の強化繊維束を配する工程を含む、態様とすることができる。【００４０】
（２０）上記形態の方法において、さらに：前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って前記シート状強化繊維基材の外形形状を決定する工程と；前記繊維強化樹脂成形品の設計要件に従って前記第１および第２の部分を決定する工程と、を備える、態様とすることができる。【００４１】
なお、上記形態の方法において、さらに、前記繊維強化樹脂成形品において、前記第１の部分が構成する部位よりも強度と剛性の少なくとも一方がより大きい部位を構成する部分を、前記第２の部分として決定する工程を含む、態様とすることができる。【００４２】
（２１）上記形態の方法において、さらに：前記繊維強化樹脂成形品の形状に従って前記シート状強化繊維基材の外形形状を決定する工程と；前記繊維強化樹脂成形品の形状に応じて前記シート状強化繊維基材を賦形する際に、前記シート状強化繊維基材の変形に従って単位面積当たりの強化繊維の重量が低減する部位を特定し、前記特定された部位を前記第２の部分として決定する工程と、を備える、態様とすることができる。【００４３】
なお、上記形態の方法において、さらに、前記繊維強化樹脂成形品において、前記第１の部分が構成する部位の曲率よりも大きい曲率を有する部位を構成する部分を、前記第２の部分として決定する工程を含む、態様とすることができる。【００４４】
（２２）上記形態の方法において、隣接する前記強化繊維束の拘束は、樹脂バインダーによって行われる、態様とすることができる。【００４５】
（２３）上記形態の方法において、隣接する前記強化繊維束の拘束は、補助糸による縫合によって行われる、態様とすることができる。
【発明の効果】
【００４６】
このように、本発明に係るシート状強化繊維基材によれば、予め強化繊維の配置量が必要部分において増量または減量されているため、単位面積当たりの強化繊維配置重量が非一様となり、補強部材を別途作製して積層構成に配置することなく、部分的に補強した繊維強化樹脂成形品を簡便に作製することができる。【００４７】
また、外周形状が繊維強化樹脂成形品の形状に従って決定される任意の形状であるために、強化繊維基材の切出しによる材料歩留りの低下を回避することが可能となる。【００４８】
さらには、繊維強化樹脂成形品の形状に従って強化繊維基材を賦形した場合に、平面の基材が立体形状に変形するために、変形後に部分的に強化繊維束の配置量が少なくなる部位が生じる場合に、その部位に予め強化繊維束の配置量を多く設定しておくことで、変形後においても、強化繊維が必要量配置されている繊維強化樹脂成形品を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施態様に係るシート状強化繊維基材１ａを示す平面図である。
【図２】シート状強化繊維基材１ａを作製する強化繊維束配置装置２００の一例を示す斜視図である。
【図３Ａ】シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させる方法の一態様を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。
【図４Ａ】シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させる方法の別の態様を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。
【図５Ａ】シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させるさらに方法の別の態様を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。
【図６Ａ】シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させる方法のさらに別の態様を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。
【図７】シート状強化繊維基材の強化繊維の量を部分的に増やす方法の一態様を示す断面図である。
【図８】シート状強化繊維基材の強化繊維の量を部分的に増やす方法の別の態様を示す断面図である。
【図９】シート状強化繊維基材の強化繊維の量を部分的に増やす方法のさらに別の態様を示す断面図である。
【図１０】繊維強化樹脂成形品を製造する際の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施態様に係るシート状強化繊維基材１ｂを示す平面図である。
【図１２】本発明の一実施態様に係るシート状強化繊維基材１ｃを示す平面図である。
【図１３】強化繊維基材を積層して、強化繊維基材積層体６を生成する処理を示す概念図である。
【図１４】強化繊維基材積層体６を示す斜視図である。
【図１５】比較例における強化繊維基材積層体６Ｃの生成方法を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
Ａ．シート状強化繊維基材の構成：
図１は、本発明の一実施態様に係るシート状強化繊維基材１ａを示している。本発明の実施形態のシート状強化繊維基材１ａにおいては、長手方向Ｌｄが概ね同一方向となるように強化繊維束２が揃えて配置されている。その結果、シート状強化繊維基材１ａは、揃えて配された強化繊維束２によってシート状に形成されている。
【００５１】
使用される強化繊維束２は、繊維強化樹脂の強化繊維として用いることのできるものであれば、特に限定されない。たとえば、強化繊維束２としては、炭素繊維やガラス繊維などを用いることができる。特に炭素繊維を用いた場合は、軽量かつ機械特性に優れる繊維強化樹脂部材を得ることができて好ましい。また、材質や品種が異なる数種類の強化繊維束を組み合わせて使用することもできる。
【００５２】
図２は、シート状強化繊維基材１ａを作製する強化繊維束配置装置２００の一例を示す斜視図である。強化繊維束配置装置２００は、Ｘ軸方向に移動可能であり強化繊維束を支持する配置台２０５と、強化繊維束を配置台２０５上に配置するヘッド２１０と、を備える。ヘッド２１０は、配置台２０５に対してＹ軸方向およびＺ軸方向に移動可能である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向は、互いに直交する。
【００５３】
このような構成により、ヘッド２１０は、配置台２０５上の任意の位置に強化繊維束を送出することができ、かつ、配置台２０５上の任意の位置で送出している強化繊維束を切断することができる。なお、Ｙ軸方向は強化繊維束の送出方向と一致する。その結果、配置台２０５上において、Ｙ軸方向に強化繊維束が並べて配されることとなる。
【００５４】
強化繊維束２は、例えば図２に示すような、強化繊維束２を一方向に引出し、配置台２０５上に配置していく強化繊維束配置装置２００によって、シート状に配列される。図２では、強化繊維束２を一方向に揃えて配置することができる装置を例示している。しかし、任意の方向に強化繊維束を配置することができる装置を用いることもできる。低コストでシート状強化繊維基材を作製するためには、単純な構造をもった低廉かつ高速な設備を用いることが望ましい。また、複数本の強化繊維束２を同時に引出して配置すると、より効率的にシート状強化繊維基材を作製することができる。
【００５５】
配列されたそれぞれの強化繊維束２の各端部が所定の位置でカットされる。その結果、配列された強化繊維束２は、全体として、外周が所定形状を有するシート状になる。この外周形状は、対象とする繊維強化樹脂成形品の形状に応じて決定される。配列された強化繊維束２の外周形状は、原則として、立体形状を有する繊維強化樹脂成形品の形状を平面に展開した形状である。ただし、シート状強化繊維基材を立体形状に変形させる際のシートの各部の挙動を考慮して、単純に平面に展開した形状に対して若干の修正をした形状とすることが、製品品位や材料歩留り向上の観点から望ましい。
【００５６】
配列された強化繊維束２は、少なくとも隣接する強化繊維束２同士が互いに位置を拘束しあうことで、シート状の形態を保持する。強化繊維束２の拘束方法は限定されないが、樹脂成分のバインダーによる接着を用いることができる。なお、本明細書でいう「拘束」は、互いの位置の変位をほとんど許容しない態様と、所定範囲内における互いの位置の変位を許容する態様とを含む。
【００５７】
図３Ａは、シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させる方法の一態様を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。なお、図３Ａ〜図６Ｂにおいては、図１に示すシート状強化繊維基材１ａに限らず、様々なシート状強化繊維基材に適用される構造を例示する。このため、図３Ａ〜図６Ｂにおいては、シート状強化繊維基材を符号「１」で示す。
【００５８】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、強化繊維束２を揃えて配置させ、粉体状の樹脂バインダー８を散布し、その後、熱をかけて粉体を溶融させ、冷却固化させる。その結果、隣接する強化繊維束２の一部を互いに接着することができる。
【００５９】
なお、図３Ｂにおいて、強化繊維束２ｂは、他の強化繊維束２よりも狭い間隔で配され、その結果、他の強化繊維束２の断面形状よりも幅が狭く厚みが厚い断面形状を有することとなった強化繊維束である。図４Ｂ、図５Ｂおよび図６Ｂにおいて同様である。なお、本明細書において、強化繊維束２は、強化繊維束２ｂよりも幅が広く厚みが薄い断面形状を有する強化繊維束だけでなく、強化繊維束２ｂを含む強化繊維束全体を表す。
【００６０】
図４Ａは、シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させる方法の別の態様を示す平面図である。図４Ｂは、図４Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、強化繊維束２を揃えて配置させ、溶融樹脂を散布し、その後、冷却して、繊維状の形態で固化させることによっても、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束することができる。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、繊維状の形態で固化された樹脂を符号９で示す。
【００６１】
さらには、予め表面に樹脂成分を付与した強化繊維束２を揃えて配置し、樹脂成分を溶融させ、その後、固化させることによっても、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束することができる。
【００６２】
図５Ａは、シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させるさらに方法の別の態様を示す平面図である。図５Ｂは、図５Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。図５Ａおよび図５Ｂのシート状強化繊維基材１は、第１の層１Ｌａの上に第２の層１Ｌｂが形成された２層構造を有している。このような構成とすることにより、繊維強化樹脂成形品を生成するために多数のシート状強化繊維基材１を積層する際の工程を減らすことができる。また、シート状強化繊維基材１を生成する際の層の数は、シート状強化繊維基材１を積層する際のシート状強化繊維基材１の数よりも一般に少ない。このため、シート状強化繊維基材１内の層同士の位置あわせは、高精度に行うことができる。よって、シート状強化繊維基材を上記の項な構成とすることにより、生成される繊維強化樹脂成形品内の層同士の位置の精度を高くすることができる。
【００６３】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、揃えて配置されている強化繊維束２を、補助糸１０を用いて縫うことによって、係合することもできる。補助糸１０の素材は、限定されないが、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などを用いることができる。隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束することができるものであれば、糸の種類、係合方法などは限定されない。
【００６４】
こうした縫合により強化繊維束２を係合する方法は、図５Ｂに示すように、強化繊維を２層以上積層する場合に、特に有効である。図５Ｂの構成は、強化繊維の長手方向Ｌｄが一方向となるように揃えて配置した層を、強化繊維束２の長手方向Ｌｄが互いに異なる方向となるように２層以上積層して、隣接する強化繊維束２同士および重なりあった強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させることにより、実現される。
【００６５】
このように、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させて形態を保持したシート状強化繊維基材１を生成することにより、シート状強化繊維基材１を搬送し積層するときに形態が変化してしまう可能性を低減ができる。また、繊維強化樹脂成形品の形状に基材１を賦形する際に、各強化繊維束２がバラバラに動いて基材１が分解してしまう可能性を低減ができる。すなわち、取扱い性と賦形性を両立したシート状強化繊維基材１が得られる。
【００６６】
なお、強化繊維束２同士の拘束力が弱すぎると取扱い性が悪化する。一方、強化繊維束２同士の拘束力が強すぎる場合は、シート状強化繊維基材１を賦形する際のシート状強化繊維基材１の変形に悪影響があり、好ましくない。このため、拘束力が適度となる拘束形態と条件が好ましい。
【００６７】
なお、図５Ｂの例においては、第１の層１Ｌａの第２の部分３における強化繊維の量は、第１の部分４における強化繊維の量と等しい。しかし、第１の層１Ｌａにおいても、第２の部分３における強化繊維の量が第１の部分４における強化繊維の量よりも多くなるように、強化繊維束を配することも好ましい。そのような態様における第１の層１Ｌａの第１の部分４および第２の部分３と、第２の層１Ｌｂの第１の部分４および第２の部分３とを、区別するため、本明細書においては、第２の層１Ｌｂの第１の部分と第２の部分を、それぞれ「第３の部分」、「第４の部分」と呼ぶことがある。第２の層１Ｌｂの第３の部分は、第１の層１Ｌａの第１の部分４と重なる範囲に設けられる。第２の層１Ｌｂの第４の部分は、第１の層１Ｌａの第２の部分３と重なる範囲に設けられる。
【００６８】
図６Ａは、シート状強化繊維基材１において、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させる方法のさらに別の態様を示す平面図である。図６Ｂは、図６Ａの拘束方法で拘束されたシート状強化繊維基材１の構造を示す断面図である。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、配置された強化繊維束２と布状物やメッシュ状物を貼り合わせることで、強化繊維束２同士の拘束力を発生させる方法がある。ここでは、強化繊維束２に布状物１１を貼付する。
【００６９】
布状物１１としては、例えば、不織布や、織物、編物などを用いることができる。強化繊維束２に貼る物は、２次元方向に所定の大きさ（面積）を持っており、配列された強化繊維束２と接着することができるものであればよい。布状物やメッシュ状物の材質は特に限定されるものではない。布状物やメッシュ状物の材質として、熱可塑性樹脂材料を用いる場合は、樹脂を軟化あるいは溶融させることで、拘束力を発生させることができる。あるいは、接着剤を用いて、布状物やメッシュ状物を強化繊維束２に貼ることもできる。布状物やメッシュ状物は、目付が小さい方が繊維強化樹脂成形品の物性への影響が少ない。また、変形性に優れたものが、シート状強化繊維基材１の賦形性を阻害しにくいため、好ましい。
【００７０】
樹脂成分のバインダーによって強化繊維束２同士を拘束する方法を用いる場合（図３Ａ〜図４Ｂ参照）や、熱可塑性の布状物やメッシュ状物を用いて強化繊維束２同士を拘束する場合（図６Ａ、図６Ｂ参照）には、積層したシート状強化繊維基材１を部材形状に賦形したときに、樹脂成分のバインダーや熱可塑性の布状物やメッシュ状物が、その形状を保持するための層間バインダーとしても機能する。
【００７１】
本発明の実施形態のシート状強化繊維基材１では、強化繊維の配置量が部分的に増量されることが好ましい。部分的に増量される部位３は、繊維強化樹脂部材の設計要件において、強度や剛性などの機械特性を補強するべき部位に対応して、設定される。強化繊維の配置量が部分的に増量される場合の一態様を図１に示す。図１において、シート状強化繊維基材１ａのうち、単位面積当たりの強化繊維の重量が小さい部分を、第１の部分４として示し、単位面積当たりの強化繊維の重量が第１の部分４よりも大きい部分を、第２の部分３として示す。
【００７２】
ただし、強化繊維の配置量が部分的に増量される態様は、図１の態様に限らない。シート状強化繊維基材１ａにおいて補強するべき部位は、部材の設計要件において決まるものであり、周辺部、中央部、局所的など各種態様がある。たとえば、繊維強化樹脂成形品において、シート状強化繊維基材１ａの第１の部分４が構成する部位よりも強度がより大きい部位を構成する部分を、シート状強化繊維基材１ａの第２の部分３とすることができる。また、繊維強化樹脂成形品において、シート状強化繊維基材１ａの第１の部分４が構成する部位よりも剛性がより大きい部位を構成する部分を、シート状強化繊維基材１ａの第２の部分３とすることができる。なお、「強度」は、繊維強化樹脂成形品の対象部分に同一条件下で荷重を加え、荷重を徐々に大きくしていった際に、対象部分が破壊された際の荷重の大きさで評価する。また、「剛性」は、繊維強化樹脂成形品の対象部分に同一条件下で荷重を加えた際の、対象部分の歪み量で評価する。
【００７３】
また、繊維強化樹脂成形品において、シート状強化繊維基材１ａの第１の部分４が構成する部位の曲率よりも大きい曲率を有する部位を構成する部分を、シート状強化繊維基材１ａの第２の部分３とすることができる。シート状強化繊維基材１ａから立体的な繊維強化樹脂成形品を形成する場合、曲率が大きい部分ほど、成形の際に大きく変形（伸長）される可能性が高い。このため、そのような部分において、強化繊維の密度が低下する可能性がある。上記のような処理を行うことにより、曲率が大きい部分において強化繊維の密度が低下する可能性を低減できる。
【００７４】
なお、補強部位がシート状強化繊維の大部分に及ぶこともある。そうした場合は、シート状強化繊維基材において、強化繊維の配置量が部分的に、すなわち、第１の部分４において減量されている、ととらえることもできる。
【００７５】
図７は、シート状強化繊維基材の強化繊維の量を部分的に増やす方法の一態様を示す断面図である。図７においては、図１のＡ−Ａ断面に対応する断面の構造を概念的に示す。なお、図７〜図９は、各部の寸法を正確に反映するものではない。図７〜図９においても、図１に示すシート状強化繊維基材１ａに限らず、様々なシート状強化繊維基材に適用される構造を例示する。このため、図７〜図９においても、シート状強化繊維基材を符号「１」で示す。
【００７６】
強化繊維の配置量を部分的に増量させる方法としては、図７に示すように、強化繊維を増量させる第２の部分３において、強化繊維束２ｂを配置するピッチを狭くする方法を採用しうる。図７の態様においては、第２の部分３においては、強化繊維束２ｂの間隔が小さいために、強化繊維束２ｂの断面形状が、第１の部分４の強化繊維束２の断面形状よりも、幅が狭く厚みが厚い形状となっている。
【００７７】
図８は、シート状強化繊維基材の強化繊維の量を部分的に増やす方法の別の態様を示す断面図である。図８においては、図１のＡ−Ａ断面に対応する断面の構造を概念的に示す。図８に示すように、強化繊維を増量させる第２の部分３において、強化繊維束２を重ねて配置するなどにより、強化繊維束２の配置密度を高くする方法も採用しうる。その結果、シート状強化繊維基材１は、第１の部分４と第２の部分３に設けられている第１の部分層ＳＬ１と、第１の部分４には設けられておらず第２の部分３に設けられている第２の部分層ＳＬ２，ＳＬ２と、を備える。第１の部分層ＳＬ１と第２の部分層ＳＬ２とは、同じ強化繊維束２で形成されているため、単位面積あたりの強化繊維の重量はいずれも一定であり、等しい値である。
【００７８】
あるいは、第１の部分４へ強化繊維束２を配置するピッチを広くしたり、配置をやめることで、相対的に強化繊維の配置量を部分的に増量された状態とする方法がある。
【００７９】
図９は、シート状強化繊維基材の強化繊維の量を部分的に増やす方法のさらに別の態様を示す断面図である。図９においては、図１のＡ−Ａ断面に対応する断面の構造を概念的に示す。図９に示すように、第２の部分３に配置する強化繊維束２ｃとして、第１の部分４に配置する強化繊維束２よりも、強化繊維束を構成する単糸数が多いいわゆる太物糸を用いる方法を採用しうる。
【００８０】
なお、逆に、第１の部分４に配置する強化繊維束として、第２の部分３に配置する強化繊維束よりも強化繊維束を構成する単糸数がすくない細物糸を用いる方法も、採用しうる。また、図７〜図９を参照して説明した以上の方法のうち２以上の方法を併用することもできる。
【００８１】
Ｂ．シート状強化繊維基材の製造：
本発明の実施形態のシート状強化繊維基材を生成する際には、図３Ａ〜図４Ｂ、および図７〜図９のように、強化繊維の長手方向Ｌｄが一方向となるように引き揃えて配置し、強化繊維同士を拘束することによって、シート状強化繊維基材１を生成することができる。このようなシート状強化繊維基材は、１層の強化繊維１Ｌａを含む。
【００８２】
一方、本発明の実施形態のシート状強化繊維基材を生成する際には、（ｉ）強化繊維の長手方向Ｌｄが一方向となるように引き揃えて配置した層を、強化繊維束２の長手方向Ｌｄが互いに異なる方向となるように２層以上積層して、（ｉｉ）隣接する強化繊維束２同士および重なりあった強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させることもできる。たとえば、図５Ａおよび図５Ｂにおいて、強化繊維束２の向きＬｄが異なる第１の層１Ｌａと第２の層１Ｌｂを示す。
【００８３】
ここで「隣接する」とは、同一シート状強化繊維基材における強化繊維束２が略平行に並べられ隣り合う状態を指すだけでなく、シート状強化繊維基材を積層した際における、互いに接する二つのシート状強化繊維基材（図５Ｂの１Ｌａ，１Ｌｂ）を構成する強化繊維束同士が隣り合う（積層方向において隣り合う）状態を含むものである。すなわち、強化繊維束が「隣接する」とは、二つの強化繊維束の関係であって、それらの二つの強化繊維束の間に他の強化繊維束が存在しない関係を表す。
【００８４】
また、「重なりあった強化繊維束」とは、積層方向に隣接する二つの強化繊維束の関係に限らず、積層方向に隣接する強化繊維束の集合で構成される３以上の強化繊維束のグループの関係をも表す。
【００８５】
この場合、隣接する強化繊維束同士および重なりあった強化繊維束同士の位置を互いに拘束させる手段としては、上記と同様に樹脂バインダーによる方法（図３Ａ〜図４Ｂ参照）や、補助糸を用いたステッチによる方法（図５Ａ、図５Ｂ参照）などを用いることができる。
【００８６】
一つのシート状強化繊維基材を、強化繊維束２の長手方向が互いに異なる方向となる２層以上の層が積層された構造（図５Ａ、図５Ｂ参照）とすることにより、以下のような効果が得られる。すなわち、複数のシート状強化繊維基材を積層して強化繊維基材を生成し、さらに強化繊維基材を積層する際の、積層作業の回数を少なくすることができる。また、一つのシート状強化繊維基材内において、異なる２方向の強化繊維束２が互いに拘束されているために、強化繊維基材を成形してプリフォームを得る際に、シート状強化繊維基材がほつれたり、強化繊維束２の位置がずれたりする可能性を低減できる、その結果、より安定して強化繊維基材の形態を保持できる。
【００８７】
こうした多層構造を有するシート状強化繊維基材の作製は、以下のような態様で実現することができる。第１の態様においては、強化繊維束２を一方向に揃えて配置し、次いでその上に別の方向となるように強化繊維束２を引き揃えて配置する。その後、強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させる。
【００８８】
第２の態様においては、強化繊維束２を一方向に揃えて配置して、隣接する強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させた状態の中間品を用意する。そして、そのような中間品を２層以上重ねてから、バインダーあるいはステッチなどで、重なりあった強化繊維束２同士の位置を互いに拘束させて、多層構造を有するシート状強化繊維基材を得る。
【００８９】
なお、繊維強化樹脂成形品の設計においては、以下のような処理を行うことも好ましい。すなわち、繊維強化樹脂成形品の形状に沿って賦形する際に、平面形状から立体形状へと変形させるためにシート状強化繊維基材を構成している強化繊維束２の位置がずれるために、結果として強化繊維の配置量が少なくなってしまうことがある。強化繊維基材において、そのような事態が予想される部分を、あらかじめ特定する。そして、強化繊維基材のそのような箇所に対応するシート状強化繊維基材の箇所に、予め他の箇所よりも強化繊維の配置量を多くしておく（図７〜図９参照）。
【００９０】
凹凸が大きい形状に強化繊維基材を賦形すると、賦形の結果、強化繊維基材の一部において強化繊維の配置量が少なくなってしまい、結果として設計通りの機械特性を得ることができなくなる場合がある。しかし、上記のような処理を行うことによって、賦形後にも必要量の強化繊維配置量が保たれるために、設計通りの機械特性を発現できる。
【００９１】
このようなシート状強化繊維基材を少なくとも１枚含む２枚以上のシート状強化繊維基材を積層して、強化繊維基材を形成し、繊維強化樹脂成形品と略同一形状に賦形して、形状固着させることにより、プリフォームを作製することができる。
【００９２】
このような処理を行うことにより、積層体内に補強部材を高い位置精度で配置しなくても、必要な部位に必要な量の強化繊維が配置されているプリフォームを、簡便に作製することができる。
【００９３】
本発明の実施形態の繊維強化樹脂成形品は、これらのシート状強化繊維基材や、プリフォームを用いて成形される。
以下では、図面を参照しつつ、具体的な繊維強化樹脂成形品の生産方法について説明する。
【００９４】
図１０は、繊維強化樹脂成形品を製造する際の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１０においては、シート状強化繊維基材が生成される。具体的には、ステップＳ１２において、図２に示した強化繊維束配置装置２００を使用して、強化繊維束を長手方向Ｌｄが略一致するように並べて配する。その際、図７〜図９を参照して説明した方法のうち１以上の方法で、第２の部分３における強化繊維の量が第１の部分４における強化繊維の量よりも多くなるように、強化繊維束が配される（図１も参照）。
【００９５】
そして、ステップＳ１２において、図３Ａ〜図６Ｂを参照して説明した方法のうち１以上の方法で、隣接する強化繊維束を互いに拘束させる。その結果、たとえば、図１に示すシート状強化繊維基材１ａを構成する単位層１Ｌａが形成される。
【００９６】
図１０のステップＳ１０においては、単位層の形成（ステップＳ１２）は、１回以上実施される。単位層の形成が２回以上実施される場合には、すでに形成されている単位層１Ｌａと重なる領域に、新たな１以上の単位層が形成される。たとえば、すでに形成されている単位層１Ｌａの領域と一致する領域に、新たな１以上の単位層が形成される。新たに形成される単位層のうち少なくとも一つは、すでに形成されている単位層１Ｌａの強化繊維束２の配置（すなわち長手方向Ｌｄの向き）とは、配置が異なる強化繊維束２を含む。なお、ステップＳ１０で形成される複数の単位層は、強化繊維束の配置が互いに同じである２以上の単位層を含むことができる。
【００９７】
ただし、単位層の形成（ステップＳ１２）が繰り返されることにより生成される複数の単位層のうち、少なくとも２以上の単位層において、強化繊維の量が多い第２の部分３は、互いに少なくとも一部が重なる位置にある。また、少なくとも２以上の単位層において、強化繊維の量が少ない第１の部分４は、互いに少なくとも一部が重なる位置にある。第１の部分４と第２の部分３とを有する複数の単位層について、積層方向に投影した際に、各単位層の第１の部分４と第２の部分３とはそれぞれ一致することが好ましい。
【００９８】
そして、ステップＳ１０において、形成された複数の単位層のうちの一つの単位層１Ｌａに含まれる少なくとも一部の強化繊維束と、他の一つの単位層１Ｌｂに含まれる少なくとも一部の強化繊維束とが、少なくとも一部において互いに拘束される（たとえば、図５Ａおよび図５Ｂ参照）。このようにして、単位層を１以上含むシート状強化繊維基材１が形成される。
【００９９】
図１０のステップＳ１０は、１回以上実施される。ステップＳ１０が２回以上実施される場合には、新たに形成されるシート状強化繊維基材のうち少なくとも一つは、すでに形成されているシート状強化繊維基材の強化繊維束の配置（すなわち長手方向Ｌｄの向き）とは、配置が異なる強化繊維束を含む。なお、ステップＳ１０で形成される複数のシート状強化繊維基材は、強化繊維束の配置が互いに同じである２以上のシート状強化繊維基材を含むことができる。
【０１００】
ただし、ステップＳ１０が繰り返されることにより生成される複数のシート状強化繊維基材（図１、図１１、および図１２参照）のうち、少なくとも２以上のシート状強化繊維基材において、強化繊維の量が多い第２の部分３は、それらのシート状強化繊維基材が積層された際に、互いに少なくとも一部が重なる位置にある。また、少なくとも２以上のシート状強化繊維基材において、強化繊維の量が少ない第１の部分４は、それらのシート状強化繊維基材が積層された際に、互いに少なくとも一部が重なる位置にある。
【０１０１】
図１１は、本発明の一実施態様に係るシート状強化繊維基材１ｂを示す平面図である。図１２は、本発明の一実施態様に係るシート状強化繊維基材１ｃを示す平面図である。シート状強化繊維基材１ｂ，１ｃは、図１に示すシート状強化繊維基材１ａとは、強化繊維束２の向きが異なる。シート状強化繊維基材１ｂ，１ｃの他の点は、シート状強化繊維基材１ａと同じである。シート状強化繊維基材１ａ〜１ｃの断面構造は、図８に示すとおりである。なお、図１１および図１２において、図１に示した構成と対応する構成は、同一の符号を付して示す。シート状強化繊維基材１ａ〜１ｃの第１の部分４と第２の部分３とは、積層方向に投影した際に、それぞれ一致する。
【０１０２】
図１０のステップＳ２０においては、ステップＳ１０において生成されたシート状強化繊維基材（図１、図１１、および図１２参照）が積層される。その結果、強化繊維基材が生成される。なお、シート状強化繊維基材１ｄは、シート状強化繊維基材１ａ〜１ｃとは、強化繊維束２の向きが異なる。シート状強化繊維基材１ｄの他の点は、シート状強化繊維基材１ａと同じである。シート状強化繊維基材１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおいて、第２の部分３が互いに重複する位置に配されている。このため、強化繊維基材において、それら第２の部分３に対応する特定の部位が、他の部位に比べて多くの強化繊維を含む。
【０１０３】
なお、ステップＳ１０が１回だけ実施される場合には、ステップＳ２０で生成される強化繊維基材は、ステップＳ１０で生成されるシート状強化繊維基材と等しい。すなわち、そのような場合には、ステップＳ２０においては、処理は行われない。
【０１０４】
図１０のステップＳ１０とステップＳ２０の組み合わせは、１回以上実施される。その結果、１以上の強化繊維基材が生成される。
【０１０５】
図１３は、強化繊維基材を積層して、強化繊維基材積層体６を生成する処理を示す概念図である。ここでは、図１０のステップＳ２０で生成される強化繊維基材は、シート状強化繊維基材１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのいずれかである態様、すなわち、ステップＳ２０においてシート状強化繊維基材の積層が実施されない場合の例を示している。
【０１０６】
図１０のステップＳ３０においては、図１３に示すように、ステップＳ２０において生成された強化繊維基材（シート状強化繊維基材１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）が積層される。その結果、強化繊維基材積層体６が生成される。
【０１０７】
図１４は、強化繊維基材積層体６を示す斜視図である。強化繊維基材としてのシート状強化繊維基材１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおいて、第２の部分３が互いに重複する位置に配されている。このため、強化繊維基材積層体６において、それら第２の部分３に対応する特定の部位が、他の部位に比べて多くの強化繊維を含む。
【０１０８】
図１０のステップＳ３０においては、さらに、強化繊維基材積層体６が型を用いて賦形される。すなわち、強化繊維基材積層体６が、切断等の除去加工を行われることなく、平面形状から３次元形状に成形される。そして、強化繊維基材積層体６の形状が、バインダーによって、その形状に固定される。その結果、プリフォームが形成される。
【０１０９】
ステップＳ４０においては、プリフォームが成形型内に配置される。そして、成形型が閉じられた後に、エポキシ樹脂などの液状の樹脂が成形型内に注入される。この樹脂は、完成品の繊維強化樹脂成形品におけるマトリクス樹脂として機能する。
【０１１０】
ステップＳ５０においては、プリフォームに含浸された樹脂が硬化される。その結果、繊維強化樹脂成形品が生成される。繊維強化樹脂成形品内において、強化繊維の相対位置を固定している樹脂を、本明細書において、「マトリクス樹脂」と呼ぶ。マトリクス樹脂は、図１０のＳ５０で使用される樹脂のほか、図１０のＳ１０，Ｓ２０，Ｓ４０で使用される樹脂をも含む。
【０１１１】
図１５は、比較例における強化繊維基材積層体６Ｃの生成方法を示す概念図である。比較例においては、略同一の外形形状を有する裁断基材１ｐ，１ｑ，１ｒ，１ｓを積層する。そして、完成品としての繊維強化樹脂成形品の一部を補強するため、補強用の裁断基材１２ｐ〜１２ｔを、補強する部位の形状に応じて、さらに積層する。補強用の裁断基材１２ｐ〜１２ｔは、あらかじめ生成された一定の幅および目付を有する強化繊維基材から切り出されて生成される。
【０１１２】
このような態様においては、あらかじめ生成された一定の幅および目付を有する強化繊維基材から補強用の裁断基材１２ｐ〜１２ｔが切り出される。このため、使用されない基材が発生し、材料の歩留りが低い。
【０１１３】
しかし、本実施形態のシート状強化繊維基材においては、繊維強化樹脂成形品の形状に応じて外形を定められているシート状強化繊維基材の層も、補強のために配されている構造も、いずれも切り出し工程を経ずに形成される（図２参照）。このため、（ｉ）繊維強化樹脂成形品を作製する際に廃棄される材料を削減することができる。（ｉｉ）廃棄される材料を増やすことなく、繊維強化樹脂成形品の補強を実現することができる。
【０１１４】
また、第１の部分と第２の部分とを備える層構造を形成した後、外形形状が略一致しているそれらの層構造を積層する（図１３参照）。このため、（ｉｉｉ）繊維強化樹脂成形品の成形に際して、補強用の強化繊維基材が位置ズレを起こす可能性を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明の実施形態に係るシート状強化繊維基材は、軽量かつ機械特性に優れる繊維強化樹脂成形品を、効率よくかつ高品質で製造するために、好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…シート状強化繊維基材
１Ｌａ…単位層（第１の層）
１Ｌｂ…単位層（第２の層）
１ｐ，１ｑ，１ｒ，１ｓ…裁断基材
２，２ｂ，２c…強化繊維束
３…第２の部分
４…第１の部分
６…強化繊維基材積層体
６Ｃ…強化繊維基材積層体
８…樹脂バインダー
９…繊維状樹脂
１０…補助糸
１１…布状物
１２ｐ〜１２ｔ…裁断基材
２００…強化繊維束配置装置
２０５…配置台
２１０…ヘッド
Ｌｄ…強化繊維の長手方向
ＳＬ１…第１の部分層
ＳＬ２…第２の部分層
【図１】
2016147646.tif 000003
【図２】
2016147646.tif 000004
【図３Ａ】
2016147646.tif 000005
【図３Ｂ】
2016147646.tif 000006
【図４Ａ】
2016147646.tif 000007
【図４Ｂ】
2016147646.tif 000008
【図５Ａ】
2016147646.tif 000009
【図５Ｂ】
2016147646.tif 000010
【図６Ａ】
2016147646.tif 000011
【図６Ｂ】
2016147646.tif 000012
【図７】
2016147646.tif 000013
【図８】
2016147646.tif 000014
【図９】
2016147646.tif 000015
【図１０】
2016147646.tif 000016
【図１１】
2016147646.tif 000017
【図１２】
2016147646.tif 000018
【図１３】
2016147646.tif 000019
【図１４】
2016147646.tif 000020
【図１５】
2016147646.tif 000021
【国際調査報告】
2016147646.tif 000022
2016147646.tif 000023
2016147646.tif 000024
2016147646.tif 000025