(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料を成形するときに使用される強化基材であって、
繊維方向が一方向に配列された強化繊維を含む第１の領域と、
前記繊維方向と同一方向に配列された前記強化繊維を含み、前記第１の領域よりも厚みが薄い第２の領域と、を有し、
前記第１の領域および前記第２の領域は、前記繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べられ、
前記繊維方向に対して交差する方向に沿うように前記強化繊維に積層され、前記強化繊維の少なくとも一部に接合されて、前記強化繊維を保持する補助繊維をさらに有する、
複合材料用強化基材。
【請求項２】
前記第１の領域は、前記強化繊維が複数本束ねられた第１の繊維束を含み、
前記第２の領域は、前記第１の繊維束よりも少ない本数の前記強化繊維が束ねられた第２の繊維束を含む、請求項１に記載の複合材料用強化基材。
【請求項３】
前記第１の領域および前記第２の領域は、厚み方向に直交する面のうち一方の面を同じ平面に揃えてなる、請求項１または請求項２に記載の複合材料用強化基材。
【請求項４】
前記強化繊維と前記補助繊維とを縫合して接合するステッチ糸をさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材。
【請求項５】
前記補助繊維は、前記強化繊維よりも弾性係数が低い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材。
【請求項６】
前記補助繊維は、前記強化繊維よりも引張破断伸びが大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材。
【請求項７】
強化基材に樹脂が配置されてなる複合材料であって、
繊維方向が一方向に配列された強化繊維を含む第１の領域と、
前記繊維方向と同一方向に配列された前記強化繊維を含み、前記第１の領域よりも厚みが薄い第２の領域と、
前記第２の領域と厚み方向に重なり合うように形成され、前記樹脂の体積含有率が前記第２の領域よりも高い第３の領域と、を有し、
前記第１の領域および前記第２の領域は、前記繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べられてなる、複合材料。
【請求項８】
前記第１の領域は、前記強化繊維が複数本束ねられた第１の繊維束を含み、
前記第２の領域は、前記第１の繊維束よりも少ない本数の前記強化繊維が束ねられた第２の繊維束を含む、請求項７に記載の複合材料。
【請求項９】
前記第１の領域および前記第２の領域は、厚み方向に直交する面のうち一方の面を同じ平面に揃えてなる、請求項７または請求項８に記載の複合材料。
【請求項１０】
前記繊維方向に対して交差する方向に沿うように前記強化繊維に積層され、前記強化繊維の少なくとも一部に接合されて、前記強化繊維を保持する補助繊維をさらに有する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１１】
前記強化繊維と前記補助繊維とを縫合して接合するステッチ糸をさらに有する、請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１２】
前記補助繊維は、前記強化繊維よりも弾性係数が低い、請求項１０または請求項１１に記載の複合材料。
【請求項１３】
前記補助繊維は、前記強化繊維よりも引張破断伸びが大きい、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１４】
繊維方向が一方向に配列された強化繊維を含む第１の領域と、前記繊維方向と同一方向に配列された前記強化繊維を含み、前記第１の領域の厚みよりも厚みが薄い第２の領域とを形成するように前記強化繊維を配置し、
前記繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べるように前記第１の領域および前記第２の領域を配置し、
前記繊維方向に対して交差する方向に沿うように補助繊維を前記強化繊維に積層し、
前記強化繊維の少なくとも一部を前記補助繊維に接合して保持する、複合材料用強化基材の製造方法。
【請求項１５】
前記強化繊維を配置する際に、前記強化繊維が複数本束ねられた第１の繊維束を前記第１の領域に配置し、前記第１の繊維束よりも少ない本数の前記強化繊維が束ねられた第２の繊維束を前記第２の領域に配置する、請求項１４に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の領域および前記第２の領域を配置する際に、前記第１の領域および前記第２の領域の厚み方向に直交する面のうち一方の面が同じ平面に揃うように配置する、請求項１４または請求項１５に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
【請求項１７】
前記強化繊維と前記補助繊維とをステッチ糸によって縫合して接合する、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の領域および前記第２の領域における前記強化繊維の配置を基に、前記補助繊維の配置および前記ステッチ糸によって縫合する位置を制御する、請求項１７に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、自動車の車体軽量化のために強化基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として広く用いられている。複合材料の製造方法として、例えば、下記特許文献１には、樹脂が含浸されていないドライ基材を強化基材として使用する方法が開示されている。ドライ基材は、強化基材に樹脂が含浸されたプリプレグに比べて製造コストが低い。このため、強化基材としてドライ基材を使用することによって、複合材料を安価に製造することができる。【０００３】  下記特許文献１に開示された方法では、ドライ基材として、縦糸と横糸を織り込んで織物とするクロス基材を使用している。クロス基材は、縦糸と横糸が交差して編み込まれることによって繊維が屈曲した部分（クリンプ）が形成される。屈曲した繊維は、直線状に延びた繊維に比べて強度が低下することが知られている。このため、クロス基材は、繊維が一方向に配列された基材に比べて強度が低下してしまう。この問題を解決するために、例えば、下記特許文献２や下記特許文献３では、繊維が一方向に配列されてクリンプを形成しないＮＣＦ（ノンクリンプファブリック）基材を使用した複合材料の製造方法が開示されている。【０００４】  ＮＣＦ基材は、クリンプが形成されないため、クロス基材に比べて複合材料の強度を向上させることができる。また、ＮＣＦ基材は、縦糸と横糸を織り込む工程が不要なため、クロス基材に比べて生産性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５５６４２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４５５４７号公報
【特許文献３】特開２００８−１３２７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところで、強化基材に含浸された樹脂は、硬化する際に収縮する。また、ＮＣＦ基材は、繊維方向が一方向に配列されているため、繊維方向における強化基材の強度は、繊維方向に交差する方向よりも高くなる。このため、強化基材が樹脂の収縮に対して抗う力は、繊維方向に交差する方向よりも繊維方向の方が高くなる。【０００７】  したがって、樹脂の収縮に伴う複合材料の収縮率は、繊維方向に交差する方向よりも繊維方向の方が低くなる。繊維方向と繊維方向に交差する方向における複合材料の収縮率の違いによって、複合材料に反りが生じる虞がある。【０００８】  そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、樹脂の収縮によって生じる複合材料の反りを抑制することができる複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法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】
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係る複合材料用強化基材は、複合材料を成形するときに使用される強化基材である。該複合材料用強化基材は、繊維方向が一方向に配列された強化繊維を含む第１の領域と、前記繊維方向と同一方向に配列された前記強化繊維を含み、前記第１の領域よりも厚みが薄い第２の領域と、を有する。前記第１の領域および前記第２の領域は、前記繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べられてなる。また、該複合材料用強化基材は、前記繊維方向に対して交差する方向に沿うように前記強化繊維に積層され、前記強化繊維の少なくとも一部に接合されて、前記強化繊維を保持する補助繊維をさらに有する。
【００１０】
上記目的を達成する本発明に係る複合材料用強化基材の製造方法は、繊維方向が一方向に配列された強化繊維を含む第１の領域と、前記繊維方向と同一方向に配列された前記強化繊維を含み、前記第１の領域よりも厚みが薄い第２の領域とを形成するように前記強化繊維を配置する。さらに、前記繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べるように前記第１の領域および前記第２の領域を配置する。さらに、前記繊維方向に対して交差する方向に沿うように補助繊維を前記強化繊維に積層し、前記強化繊維の少なくとも一部を前記補助繊維に接合して保持する。
【００１１】  上記目的を達成する本発明に係る複合材料用強化基材の製造方法は、繊維方向が一方向に配列された強化繊維を含む第１の領域と、前記繊維方向と同一方向に配列された前記強化繊維を含み、前記第１の領域よりも厚みが薄い第２の領域とを形成するように前記強化繊維を配置する。さらに、前記繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べるように前記第１の領域および前記第２の領域を配置する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】強化基材の種類と製造コストとの関係を示す系統図である。
【図２Ａ】本実施形態に係る強化基材を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本実施形態に係る複合材料の一例を示す概略断面図である。
【図４】強化基材の製造装置を示す概略図である。
【図５】強化基材の製造装置のボビンの配置を示す概略図である。
【図６】複合材料の成形装置を示す概略図である。
【図７Ａ】強化基材の製造方法を示すフローチャートである。
【図７Ｂ】複合材料の成形方法を示すフローチャートである。
【図８Ａ】強化基材の製造装置を用いて強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。
【図８Ｂ】強化基材の製造装置を用いて強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。
【図８Ｃ】強化基材の製造装置を用いて強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。
【図９】対比例に係る強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。
【図１０】本実施形態に係る強化基材を積層した積層体を示す概略断面図である。
【図１１】対比例に係る強化基材を積層した積層体を示す概略断面図である。
【図１２Ａ】反りが発生するメカニズムを説明するための図であって、強化繊維を一方向に配向した強化基材を使用した複合材料の平面図である。
【図１２Ｂ】反りが発生するメカニズムを説明するための図であって、図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線に沿う断面図である。
【図１３】反りを抑制するメカニズムを説明するための図であって、本実施形態に係る複合材料を示す概略断面図である。
【図１４Ａ】反りが発生する前の複合材料を示す概略図である。
【図１４Ｂ】反りが発生した後の複合材料を示す概略図である。
【図１５】第１の領域が占める割合（横軸）に対する複合材料の収縮率（縦軸）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  発明の理解を容易にするために、図１を参照して本発明の実施形態の位置づけを説明する。本実施形態では、より製造コストの低い強化基材として、ラージトゥを用いたＮＣＦ（ノンクリンプファブリック）基材を使用することを特徴としている。以下、図１を参照して、強化基材の種類と製造コストとの関係を説明する。
【００１４】  図１は、製造コストの観点から、複合材料用の強化基材の種類を分類した系統図である。図１中の左から右に向かって製造コストが低くなることを示している。
【００１５】  系統図の上位から説明すると、まず、強化基材は、樹脂が強化基材に含浸されたプリプレグ基材と、樹脂が含浸されていないドライ基材の２つに大きく分類される。プリプレグ基材は、強化基材に樹脂を含浸させるために製造コストがかかる。このため、ドライ基材は、プリプレグ基材に比べて製造コストが低くなる。
【００１６】  一般的に、ドライ基材は、強化繊維が複数本束ねられた繊維束から形成される。繊維束は、強化繊維の本数によって、強化繊維の本数が比較的多いラージトゥと、強化繊維の本数が比較的少ないレギュラートゥに区分される。ここで、ラージトゥの強化繊維の本数は、例えば、４０，０００本以上、レギュラートゥの繊維の本数は、例えば、２４，０００本以下とすることができる。
【００１７】  強化繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維が広く一般に用いられている。ＰＡＮ系炭素繊維は、所定の本数が束ねられたＰＡＮ繊維の繊維束を繊維方向に送る製造ラインによって、耐炎化工程、炭素化工程、黒鉛化工程、表面処理工程、サイジング処理工程を経て連続的に製造される。この際、繊維束の強化繊維の本数が多い程、同じサイクルタイムで製造できる強化繊維の量が増加する。このため、繊維束は、束ねられる強化繊維の本数が多い程、製造コストが低くなる。つまり、ラージトゥを使用した基材は、レギュラートゥを使用した基材に比べて製造コストが低くなる。
【００１８】  また、ドライ基材としては、縦糸と横糸を織り込んで織物とするクロス基材や、強化繊維が一方向に配列されたＮＣＦ基材が一般的に用いられる。
【００１９】  クロス基材は、縦糸と横糸が交差して編み込まれることによって、強化繊維が屈曲したクリンプが形成されており、ラージトゥを使用するとクリンプによる強化繊維の屈曲が大きくなり過ぎてしまう。屈曲した強化繊維は、直線状に延びた強化繊維に比べて強度が低下する。よって、ラージトゥを用いてクロス基材を製造すると強度が極端に低下する虞がある。このため、クロス基材は、レギュラートゥを用いて製造していた。しかしながら、レギュラートゥは、ラージトゥに比べて製造コストが高く、幅が細いため、製造に長い時間を要し、生産性が悪いという課題があった。
【００２０】  これに対して、ＮＣＦ基材は、繊維方向が一方向に配向されているため、クロス基材のようなクリンプが形成されない。このため、強化基材にラージトゥを使用することができる。強化基材にラージトゥを使用することによって、レギュラートゥのみを使用する場合に比べて製造コストを大幅に低減することができ、生産性も高くなる。さらに、ＮＣＦ基材は、縦糸と横糸を織り込む工程が不要なため、クロス基材に比べて生産性が高い。
【００２１】  ＮＣＦ基材としては、一般的に、一方向に配列された強化繊維を２方向以上に配向して積層し、交差する強化繊維同士を縫合（ステッチ）して固定する「多軸基材」が用いられている。しかしながら、多軸基材は、複数の方向に配向された強化繊維が縫合して固定されることによって、クロス基材に比べて、伸びが少なく、賦形性が悪くなってしまう場合がある。
【００２２】  そこで、本発明の実施形態に係るＮＣＦ基材では、図２Ａに示すように、強化繊維を多軸化することなく、一方向に配向した「一方向基材」を用いる。これにより、強化繊維を縫合して拘束する方向が少なくなるため、強化基材の伸びを向上することができ、賦形性を向上することができる。さらに、ＮＣＦ基材にラージトゥを用いることによって製造コストを大幅に低減することができる。
【００２３】  しかしながら、一方向基材は、一方向の強化繊維の目付量（単位面積あたりの繊維重量（ｇ／ｍ２））が大きくなるため、多軸方向に強化繊維を配向した多軸基材に比べて、同じ板厚、同じ方向に積層した場合、反りが発生しやすくなる。本発明の実施形態は、反りの発生を抑制するために、図２Ｂに示すように、強化繊維の厚みが異なる部分を設けたことを特徴としている。
【００２４】  以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００２５】  複合材料１０は、強化基材１００と、樹脂２００とを有している。周知のように、樹脂２００を強化基材１００と組み合わせることによって、樹脂２００単体に比べて高い強度および剛性を備える複合材料１０となる。複合材料１０は、例えば、自動車の車体の骨格部品や外板部品に適用することができる。複合材料１０は、鉄鋼材料よりも軽量なため、鉄鋼材料からなる部品を組み付けて構成した車体と比べて、車体の軽量化を図ることができる。
【００２６】  図３は、複合材料１０を後述する強化繊維１１０の繊維方向に対して交差する断面において見た図を示している。複合材料１０は、強化繊維１１０を含む第１の領域１１（図３中の破線で囲まれた領域）と、強化繊維１１０を含み、第１の領域１１の厚みＨ３よりも薄い厚みＨ４を備える第２の領域１２（図３中の一点鎖線で囲まれた領域）と、第２の領域１２と厚み方向に重なり合うように形成される第３の領域１３（図３中の二点鎖線で囲まれた領域）とを有している。第３の領域１３は、樹脂２００の体積含有率が第２の領域１２よりも高くなるように形成されている。ここで、樹脂２００の体積含有率とは、複合材料１０に含まれる樹脂２００の割合を意味し、単位体積中に含まれる樹脂２００の体積で表される。すなわち、第３の領域１３は、強化繊維１１０の体積含有率が第２の領域１２よりも低くなるように形成されている。なお、強化繊維１１０の体積含有率が低いとは、強化繊維１１０の体積含有率がゼロの場合も含むものとする。
【００２７】  本実施形態では、第３の領域１３の厚みと、第２の領域１２の厚みＨ４との合計は、第１の領域１１の厚みＨ３とほぼ等しくなるように形成されている。これにより、複合材料１０の表面は略平面状に形成されている。なお、第３の領域１３の厚みと、第２の領域１２の厚みＨ４との合計は、第１の領域１１の厚みＨ３よりも大きく、あるいは、第１の領域１１の厚みＨ３よりも小さく形成してもよい。
【００２８】  樹脂２００は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂やポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。本実施形態においては、機械的特性、寸法安定性に優れたエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂は２液タイプが主流であり、主剤および硬化剤を混合して使用する。主剤はビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、硬化剤はアミン系のものが一般的に用いられるが、特にこれに限定されるものではなく、所望の材料特性に合わせて適宜選択できる。
【００２９】  また、樹脂２００には、複合材料１０を成形した後の脱型を容易に行い得るように、離型剤を含ませてもよい。離型剤の種類は、特に限定されず、公知のものを使用することができる。
【００３０】  強化基材１００は、図２Ａに示すように、繊維方向が一方向に配列された強化繊維１１０と、強化繊維１１０に積層される補助繊維１２０と、強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合（ステッチ）して接合するステッチ糸１３０とを有している。
【００３１】  図２Ｂは、強化基材１００を強化繊維１１０の繊維方向に対して交差する断面において見た図を示している。強化基材１００は、強化繊維１１０を含む第１の領域１１１（図２Ｂ中の破線で囲まれた領域）と、強化繊維１１０を含み、第１の領域１１１の厚みＨ１よりも薄い厚みＨ２を備える第２の領域１１２（図２Ｂ中の一点鎖線で囲まれた領域）と、を有している。第１の領域１１１および第２の領域１１２は、繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べられている。また、第１の領域１１１および第２の領域１１２は、厚み方向に直交する面のうち一方の面１１１ｓ、１１２ｓを同じ平面に揃えて配置されている。これにより、強化基材１００には、第２の領域１１２が第１の領域１１１に対して凹んだ凹部１００ａが形成される。
【００３２】  複合材料１０を成形する際に、強化基材１００に樹脂２００を含浸させると、凹部１００ａに樹脂２００が充填される。これにより、図３に示すように、強化基材１００の繊維方向に対して交差する断面において、樹脂２００の体積含有率が第１の領域１１および第２の領域１２よりも高い第３の領域１３が形成される。
【００３３】  また、本実施形態では、強化基材１００の第１の領域１１１および第２の領域１１２は、複合材料１０においても同様の形状を維持するものとする。したがって、強化基材１００の第１の領域１１１および第２の領域１１２は、複合材料１０の第１の領域１１および第２の領域１２にそれぞれ対応する。
【００３４】  強化繊維１１０は、強化繊維１１０が複数本束ねられたラージトゥ（第１の繊維束に相当）１１３と、ラージトゥ１１３よりも少ない本数の強化繊維１１０が束ねられたレギュラートゥ（第２の繊維束に相当）１１４とを有している。ラージトゥ１１３は、束ねられた強化繊維１１０の本数が４０，０００本以上であることが好ましく、本実施形態では、約５０，０００本とする。レギュラートゥ１１４は、束ねられた繊維の本数が１２，０００〜２４，０００本であることが好ましく、本実施形態では、約２４，０００本とする。
【００３５】  強化基材１００の第１の領域１１１は、ラージトゥ１１３を含み、第２の領域１１２は、レギュラートゥ１１４を含んでいる。図２Ｂに示すように、ラージトゥ１１３およびレギュラートゥ１１４は、第１の領域１１１の面１１１ｓおよび第２の領域１１２の面１１２ｓに沿うように配置されている。すなわち、ラージトゥ１１３およびレギュラートゥ１１４は、一方の面を同じ平面に揃えて配置されている。
【００３６】  強化繊維１１０を構成する材料は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアミド（ＰＡ）繊維、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維、アクリル繊維等が挙げられる。本実施形態では、強化繊維１１０として炭素繊維を使用した例を説明する。炭素繊維は、熱膨張係数が小さく、寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ないという特徴があるため、自動車の車体等の複合材料の強化基材として好適に使用することができる。
【００３７】  強化繊維１１０の目付量は、例えば、５０〜４００ｇ／ｍ２とすることができ、より好ましくは、３００ｇ／ｍ２である。強化繊維１１０の目付量を３００ｇ／ｍ２程度にすることによって、製造コストを低減することができるとともに、製品設計に応じた寸法を柔軟に選択することができる。
【００３８】  補助繊維１２０は、ステッチ糸１３０によって強化繊維１１０の少なくとも一部に接合されて、ラージトゥ１１３およびレギュラートゥ１１４を保持する。補助繊維１２０は、強化繊維１１０の繊維方向に対して交差する方向に沿うように強化繊維１１０に積層されている。本実施形態では、補助繊維１２０は、強化繊維１１０の繊維方向に対して直交する方向に配置されている。補助繊維１２０は、図２Ａに示すように、一方向に配向される構成に限定されず、図８Ｃに示すように、メッシュ状に構成してもよい。
【００３９】  補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも弾性係数が低く、引張破断伸びが大きい材料を使用することが好ましい。これにより、補助繊維１２０は、強化基材１００を賦形する際の変形に伴って柔軟に変形し、破断することなく強化繊維１１０を確実に保持することができる。
【００４０】  補助繊維１２０を構成する材料は、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン（ＰＥ）繊維等が挙げられる。本実施形態では、強化繊維１１０に炭素繊維を使用しているため、炭素繊維よりも弾性係数が低く、引張破断伸びが大きい、ガラス繊維を使用する。ガラス繊維は、強度が比較的高く、材料コストが低いため、補助繊維１２０として好適に使用することができる。
【００４１】  本実施形態では、補助繊維１２０を強化繊維１１０に交差するように積層して、補助繊維１２０と強化繊維１１０とが交差した点をステッチ糸１３０によって固定する。このため、強化繊維１１０がばらけることを防止でき、強化基材１００の運搬・切断・賦形・成形を行う過程において、強化基材１００の取り扱いが容易となる。また、補助繊維１２０およびステッチ糸１３０によって、ラージトゥ１１３とレギュラートゥ１１４の配置を固定することができる。
【００４２】  （強化基材の製造装置）  図４を参照して、強化基材１００の製造装置３００について説明する。
【００４３】  製造装置３００は、複数のボビン３１０と、配向部３２０と、積層部３３０と、ステッチ部３４０と、ベルトコンベア３５０と、巻き取りローラ３６０とを有している。
【００４４】  複数のボビン３１０は、強化繊維１１０および補助繊維１２０を巻回した状態で、引き出し可能に保持している。ボビン３１０は、ラージトゥ１１３を巻回した第１のボビン３１１と、レギュラートゥ１１４を巻回した第２のボビン３１２と、補助繊維１２０を巻回した第３のボビン３１３とを備えている。第１のボビン３１１および第２のボビン３１２は、図５に示すように、ラージトゥ１１３とレギュラートゥ１１４が強化繊維１１０の繊維方向に交差する方向に沿って平面的に交互に並べられるように配置されている。
【００４５】  配向部３２０は、強化繊維１１０を所定の繊維方向に配向して配置する。積層部３３０は、配置された強化繊維１１０に補助繊維１２０を積層する。
【００４６】  ステッチ部３４０は、強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合して強化基材１００を形成する。図８Ａ〜図８Ｃに示すように、ステッチ部３４０は、強化繊維１１０と補助繊維１２０とをステッチ糸１３０によって縫合するための編み針３４１を備えている。
【００４７】  ベルトコンベア３５０は、強化繊維１１０および補助繊維１２０を連続的に搬送する。なお、強化繊維１１０および補助繊維１２０を搬送する構成は、ベルトコンベア３５０に限定されず、例えば、搬送用ロボットによって搬送してもよい。
【００４８】  巻き取りローラ３６０は、強化基材１００を巻き取って、ロール状に保持する。
【００４９】  なお、製造装置３００の作動は、制御部５００によって制御する。制御部５００の構成は、後述において詳細に説明する。
【００５０】  （複合材料の成形装置）  図６を参照して、複合材料１０の成形装置４００について説明する。
【００５１】  複合材料１０の成形装置４００は、強化基材１００、１０１、１０２が複数枚積層された積層体１４０（図１０を参照）が配置されるキャビティ４１４を形成する開閉自在な成形型４１０と、成形型４１０に型締圧力を負荷するプレス部４２０と、キャビティ４１４内に樹脂２００を注入する樹脂注入部４３０と、を有している。
【００５２】  成形型４１０は、開閉可能な一対の上型４１１および下型４１２と、キャビティ４１４内に樹脂２００を注入する注入口４１５と、を有している。
【００５３】  注入口４１５は、キャビティ４１４と樹脂注入部４３０とを連通可能に設けられている。樹脂注入部４３０から注入された樹脂２００は、積層体１４０の表面から内部に含浸する。なお、成形型４１０にキャビティ４１４内を真空引きして空気を吸引する吸引口を別途設けてもよい。
【００５４】  プレス部４２０は、例えば、油圧等の流体圧を用いたシリンダー４２１を備え、油圧等を制御することによって成形型４１０に付与する型締圧力を調整自在なプレス機によって構成することができる。
【００５５】  樹脂注入部４３０は、主剤タンク４３１から供給される主剤と、硬化剤タンク４３２から供給される硬化剤とを循環させつつ、成形型４１０へ供給可能な公知の循環式のポンプ機構により構成することができる。樹脂注入部４３０は、注入口４１５に連通してキャビティ４１４内に樹脂２００を注入する。
【００５６】  制御部５００は、製造装置３００および成形装置４００の各部の作動を制御する。図４、図６を参照して、制御部５００は、記憶部５１０と、演算部５２０と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部５３０と、を有している。入出力部５３０は、ボビン３１０、配向部３２０、積層部３３０、ステッチ部３４０、ベルトコンベア３５０、巻き取りローラ３６０、プレス部４２０、樹脂注入部４３０等の装置各部に電気的に接続している。
【００５７】  記憶部５１０は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、ラージトゥ１１３およびレギュラートゥ１１４の配列や、強化繊維１１０、補助繊維１２０およびステッチ糸１３０の配置等のデータを記憶する。演算部５２０は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部５３０を介して強化繊維１１０および補助繊維１２０の配置等のデータを受信する。演算部５２０は、記憶部５１０から読み出したデータおよび入出力部５３０から受信したデータに基づいて、補助繊維１２０の配置やステッチ糸１３０を縫合する位置等を算出する。算出したデータに基づく制御信号は、入出力部５３０を介してボビン３１０、配向部３２０、積層部３３０、ステッチ部３４０、ベルトコンベア３５０、巻き取りローラ３６０、プレス部４２０、樹脂注入部４３０等の装置各部へ送信する。このようにして、制御部５００は、ラージトゥ１１３およびレギュラートゥ１１４の配列や強化基材１００における強化繊維１１０、補助繊維１２０およびステッチ糸１３０の配置等を制御する。
【００５８】  （強化基材の製造方法）  次に、実施形態に係る強化基材１００、１０１、１０２の製造方法を説明する。
【００５９】  本実施形態では、強化繊維１１０の繊維方向θが＋４５°の強化基材１００（図２Ａ、図８Ａを参照）、繊維方向θが−４５°の強化基材１０１（図８Ｂを参照）および、繊維方向θが０°の強化基材１０２（図８Ｃを参照）の３種類の強化基材１００、１０１、１０２を製造する。強化基材１０１は、強化基材１００と同様に第１の領域１１１および第２の領域１１２を有する。強化基材１０２は、ラージトゥ１１３のみを使用して、強化繊維１１０をほぼ均一に配置する。なお、図４、図８Ａ〜図８Ｃ、図９中の矢印は、強化繊維１１０の搬送方向を示し、搬送方向に対する強化繊維１１０の配向角度を繊維方向θ（図４を参照）としている。
【００６０】  強化基材１００、１０１の製造方法は、図７Ａに示すように、強化繊維１１０を配置する工程（ステップＳ１０）と、補助繊維１２０を積層する工程（ステップＳ２０）と、強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合する工程（ステップＳ３０）とを有している。以下、各工程について説明する。
【００６１】  まず、図５に示すように、複数の第１のボビン３１１および複数の第２のボビン３１２を交互にセットする。
【００６２】  次に、ステップＳ１０として、図４に示すように、配向部３２０によって、第１のボビン３１１からラージトゥ１１３を引き出し、第２のボビン３１２からレギュラートゥ１１４を引き出す。ラージトゥ１１３およびレギュラートゥ１１４を、強化繊維１１０の繊維方向θが一方向になるように配置する。この際、ラージトゥ１１３およびレギュラートゥ１１４が、繊維方向θに交差する方向に沿って平面的に交互に並ぶように配列する。配置された強化繊維１１０は、ベルトコンベア３５０によって積層部３３０へ搬送される。
【００６３】  次に、ステップＳ２０として、積層部３３０によって、強化繊維１１０に補助繊維１２０を積層する。この際、繊維方向θに対して交差する方向に沿うように補助繊維１２０を強化繊維１１０に積層する。本実施形態では、補助繊維１２０を繊維方向θに対して直交する方向に配置する。
【００６４】  次に、ステップＳ３０として、ステッチ部３４０の編み針３４１によって、強化繊維１１０と補助繊維１２０をステッチ糸１３０によって縫合して接合する。図８Ａには、繊維方向θが＋４５°の強化繊維１１０を縫合する様子を示す。図８Ｂには、繊維方向θが−４５°の強化繊維１１０を縫合する様子を示す。これにより、繊維方向θが±４５°のシート状の強化基材１００、１０１が完成する。
【００６５】  なお、ステップＳ２０、Ｓ３０では、強化繊維１１０の第１の領域１１１および第２の領域１１２の配置を基に、補助繊維１２０の配置およびステッチ糸１３０によって縫合する位置を制御する。本実施形態では、制御部５００によって、配向部３２０、積層部３３０およびステッチ部３４０の作動を同期させて各工程の動作を行う。これにより、互いに交差する強化繊維１１０と補助繊維１２０を確実にステッチ糸１３０によって縫合することができる。
【００６６】  その後、巻き取りローラ３６０によって、強化基材１００、１０１を巻き取ってロール状に保持する。
【００６７】  繊維方向θが０°の強化基材１０２は、図８Ｃに示すように、繊維方向θが±４５°の強化基材１００、１０１と同様に、補助繊維１２０を積層し、強化繊維１１０と補助繊維１２０とをステッチ糸１３０によって縫合する。強化基材１０２では、強化繊維１１０にラージトゥ１１３のみを使用している。これにより、レギュラートゥ１１４のみを使用する場合に比べて、強化基材１０２の製造コストを大幅に低減することができる。また、補助繊維１２０は、メッシュ状に形成している。これにより、強化繊維１１０をより確実に保持することができる。
【００６８】  仮に、強化基材が多軸基材の場合、図９に示すように、一方向に配列された強化繊維１１０を２方向以上に配向して積層し、交差する強化繊維１１０同士をステッチ糸１３０によって縫合する。このため、強化繊維１１０が変形し難くなり、賦形性が大幅に低下してしまう。本実施形態に係る強化基材１００、１０１、１０２は、一方向に配列された強化繊維１１０を用いた一方向基材である。このため、強化基材１００、１０１、１０２は、多軸基材に比べて大幅に賦形性を向上させることができる。
【００６９】  （複合材料の成形方法）  次に、実施形態に係る複合材料１０の成形方法を説明する。複合材料１０の成形方法は、生産性が高く量産に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法を用いる。ＲＴＭ成形法にあっては、強化基材１００を成形型４１０（図６を参照）に配置し、樹脂２００を含浸させて硬化させることによって複合材料１０を成形する。
【００７０】  複合材料１０の製造方法は、図７Ｂに示すように、積層体１４０を形成する工程（ステップＳ１１０）と、積層体１４０に樹脂２００を含浸する工程（ステップＳ１２０）と、複合材料１０を脱型する工程（ステップＳ１３０）とを有している。以下、各工程について説明する。
【００７１】  まず、巻き取りローラ３６０に巻回された強化基材１００、１０１、１０２を引き出して所定の大きさにカットしたものを準備する。
【００７２】  次に、ステップＳ１１０として、強化基材１００、１０１、１０２を所定の積層構成に積層して積層体１４０を形成する。本実施形態では、図１０に示すように、強化基材１０２を強化基材１００、１０２によって両側から挟み込むように積層する。これにより、積層構成は、＋４５°／０°／−４５°となり、アシンメトリーに積層される。ここで、アシンメトリーとは、積層方向において積層体１４０の中央となる面を基準として繊維方向が非対称に積層されていることを意味する。なお、積層構成は、これに限定されず、成形品である複合材料１０に求められる材料特性によって適宜選択できる。
【００７３】  一般的に、積層体は、図１１に示すように、積層構成を±４５°／０°／０°／±４５°として、シンメトリーに積層することによって、積層間の反りを打ち消すように構成されている。ここで、シンメトリーとは、積層方向において積層体の中央となる面を基準として繊維方向が対称に積層されていることを意味する。本実施形態のように、ラージトゥ１１３を用いた強化基材１００、１０１、１０２では、目付量が大きいため、シンメトリーに積層を行うと、複合材料１０の厚さが不必要に大きくなってしまう。これにより、複合材料を所望の厚さに設計することが困難になってしまう。このため、本実施形態では、図１０のようにアシンメトリーに積層を構成する。これにより、複合材料１０の厚さが不必要に大きくなることを抑制することができる。
【００７４】  本実施形態のように強化基材１００に第１の領域１１１および第２の領域１１２を形成することによって、反りに対する反力を形成することができる。このため、図１０に示すように、積層構成がアシンメトリーの場合でも、第１の領域１１１と第２の領域１１２の割合を調整することによって、積層体１４０の反りを打ち消すように反力を形成することができる。これにより、複合材料１０の厚さを抑えることができるとともに、複合材料１０の反りの発生を抑制することができる。
【００７５】  次に、ステップＳ１２０として、成形型４１０のキャビティ４１４内に樹脂２００を注入して積層体１４０に樹脂２００を含浸させる。その後、成形型４１０の温度を徐々に樹脂２００の硬化温度まで加熱して、樹脂２００を硬化させる。なお、樹脂２００が熱可塑性樹脂の場合は、成形型４１０を冷却して硬化させてもよい。樹脂２００は、強化基材１００に含浸するとともに、強化基材１００の凹部１００ａに充填される。これにより、図３に示すように、強化基材１００の繊維方向に対して交差する断面において、樹脂２００の体積含有率が第１の領域１１および第２の領域１２よりも高い第３の領域１３が形成される。
【００７６】  次に、ステップＳ１３０として、樹脂２００が硬化した後、成形型４１０を開いて、複合材料１０を脱型して、成形が完了する。
【００７７】  以下、図１２Ａ〜図１３を参照して、複合材料１０の反りを抑制するメカニズムについて説明する。
【００７８】  強化基材１００に樹脂２００を含浸させて硬化させる際、樹脂２００は収縮する。図１２Ａに示すように、強化繊維１１０を一方向に配向した強化基材に樹脂２００を含浸させた複合材料の場合、強化基材１００が樹脂２００の収縮に対して抗う力は、繊維方向に交差する方向よりも繊維方向の方が高くなる。特に、繊維方向に直交する方向では、強化基材１００が樹脂２００の収縮に対して抗う力が非常に小さくなる。このため、繊維方向における樹脂２００の収縮に伴う複合材料の収縮率は、繊維方向に交差する方向よりも低くなる。したがって、繊維方向と繊維方向に交差する方向における複合材料の収縮率の違いによって、図１２Ｂに示すように、複合材料に図１２Ｂ中に矢印で示す方向に反りが発生する。
【００７９】  本実施形態では図２Ｂに示すように、強化基材１００は、強化繊維１１０を含む第１の領域１１１と、強化繊維１１０を含み、第１の領域１１１の厚みＨ１よりも薄い厚みＨ２を備える第２の領域１１２と、を有している。強化基材１００に樹脂２００を充填すると、図３に示すように第１の領域１１と、第１の領域１１の厚みＨ３よりも薄い厚みＨ４を備える第２の領域１２と、第２の領域１２と厚み方向に重なり合うように形成される第３の領域１３が形成される。ここで、第３の領域１３は、樹脂２００の体積含有率が第２の領域１２よりも高くなるように形成されている。
【００８０】  図１３に示すように、複合材料１０を第２の領域１２と第３の領域１３との境界面（厚み方向に交差する面）を基準に２つに分割する。ここで、強化基材１００のうち、強化繊維１１０が全体に配置された側を「繊維層」と称し、第１の領域１１と第３の領域１３が交互に配列された側を「反力層」と称する。
【００８１】  繊維層では、図１２Ａ、図１２Ｂに示す一方向に配向した強化基材と同じように、繊維方向に直交する方向に反りが発生する。ここで、複合材料１０に反りを発生する力を「反り力」と称する。
【００８２】  反力層では、図１３に示すように、強化繊維１１０の繊維方向に交差する方向に沿って、第１の領域１１と第３の領域１３とが交互に配置されている。繊維方向における樹脂２００の収縮は、第１の領域１１に含まれる強化繊維１１０によって抑制される。また、第３の領域１３では、樹脂２００の体積含有率が第２の領域１２よりも高いため、繊維層の第２の領域１２に比べて樹脂２００の収縮に伴う複合材料１０の収縮率が高くなる。第３の領域１３において繊維方向に交差する方向に働く樹脂２００の収縮力によって、反り力に対して反対方向に反力を形成することができる。この反力によって複合材料１０の反りを抑制することができる。
【００８３】  上記説明では、１枚の強化基材１００を用いた複合材料１０の反りが抑制されるメカニズムについて説明したが、強化基材１００を複数枚積層した積層体１４０（図１０を参照）においても同様のメカニズムによって反りの発生を抑制することができる。
【００８４】  以上説明したように、本実施形態の強化基材１００は、繊維方向が一方向に配列された強化繊維１１０を含む第１の領域１１１と、繊維方向と同一方向に配列された強化繊維１１０を含み、第１の領域１１１の厚みＨ１よりも薄い厚みＨ２を備える第２の領域１１２と、を有している。第１の領域１１１および第２の領域１１２は、繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べられてなる。
【００８５】  このように構成した強化基材１００および強化基材１００を備える複合材料１０によれば、強化基材１００の第２の領域１１２は第１の領域１１１の厚みＨ１よりも薄い厚みＨ２を備えるので、第２の領域１１２には、強化繊維１１０を含まない凹部１００ａが厚み方向に重なり合うように形成される。強化基材１００に樹脂を含浸させて複合材料１０を成形する際に、凹部１００ａに樹脂２００が充填される。これにより、成形された複合材料１０を、強化繊維１１０の繊維方向に対して交差する断面において見て、強化繊維１１０の体積含有率が高い部分と低い部分（体積含有率がゼロの場合を含む）とが第２の領域１１２の厚み方向に形成される。強化繊維１１０の体積含有率が低い部分は、強化繊維１１０の体積含有率が高い部分に対して相対的に樹脂２００の体積含有率が高まる。樹脂２００の体積含有率が高い部分では、樹脂２００の体積含有率が低い部分に比べて、樹脂２００の収縮に伴う複合材料１０の収縮率が高くなる。その結果、樹脂２００の収縮によって生じる複合材料１０の反り力に対して反対方向に反力を形成することができる。これによって、複合材料１０に生じる反りを抑制することができる。
【００８６】  また、第１の領域１１、１１１は、強化繊維１１０が複数本束ねられたラージトゥ（第１の繊維束）１１３を含んでいる。第２の領域１２、１１２は、ラージトゥ１１３よりも少ない本数の繊維が束ねられたレギュラートゥ（第２の繊維束）１１４を含んでいる。ラージトゥ１１３を強化繊維１１０として使用することによって、レギュラートゥ１１４のみを使用した場合に比べて生産性を向上し、製造コストを低減することができる。また、ラージトゥ１１３を第１の領域１１１に配置し、レギュラートゥ１１４を第２の領域１１２に配置することによって、強化繊維１１０の体積含有率が高い部分と小さい部分を確実に形成することができる。これにより、複合材料１０に生じる反りを抑制することができる。
【００８７】  また、第１の領域１１、１１１および前記第２の領域１２、１１２は、厚み方向に直交する面のうち一方の面１１１ｓ、１１２ｓを同じ平面に揃えて形成されている。一枚の強化基材１００を用いた複合材料１０を強化繊維１１０の繊維方向に対して交差する断面において見て、一方側に凹部１００ａを形成することができる。これにより、一枚の強化基材１００においても、複合材料１０に反りを発生する反り力に対して反対方向に反力を形成することができる。したがって、複合材料１０に生じる反りをより確実に抑制することができる。
【００８８】  また、強化基材１００は、繊維方向に対して交差する方向に沿うように強化繊維１１０に配置され、強化繊維１１０の少なくとも一部に接合されて、強化繊維１１０を保持する補助繊維１２０をさらに有している。これにより、強化基材１００を用いた複合材料１０の成形において、強化繊維１１０がばらつくことを抑制し、強化基材１００の第１の領域１１１および第２の領域１１２を確実に維持することができる。この結果、複合材料１０に生じる反りをより確実に抑制することができる。
【００８９】  また、強化基材１００は、強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合するステッチ糸１３０をさらに有している。これにより、強化基材１００の第１の領域１１１および第２の領域１１２をより一層確実に維持することができる。
【００９０】  また、補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも弾性係数が低い。これにより、補助繊維１２０は、強化基材１００を賦形する際の変形に伴って柔軟に変形して、破断することなく強化繊維１１０を確実に保持することができる。
【００９１】  また、補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きい。これにより、補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも破断し難くなるため、強化繊維１１０を確実に保持することができる。
【００９２】  本実施形態の複合材料１０は、繊維方向が一方向に配列された強化繊維１１０を含む第１の領域１１と、繊維方向と同一方向に配列された強化繊維１１０を含み、第１の領域１１の厚みＨ３よりも薄い厚みＨ４を備える第２の領域１２と、第２の領域１２と厚み方向に重なり合うように形成され、樹脂２００の体積含有率が第２の領域１２よりも高い第３の領域１３とを有している。第１の領域１１および第２の領域１２は、繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べられてなる。
【００９３】  このように構成した複合材料１０によれば、樹脂２００の体積含有率が高い第３の領域１３では、樹脂２００の体積含有率が低い第２の領域１２に比べて、樹脂２００の収縮に伴う複合材料１０の収縮率が高くなる。その結果、樹脂２００の収縮によって生じる複合材料１０の反り力に対して反対方向に反力を形成することができる。これによって、複合材料１０に生じる反りを抑制することができる。
【００９４】  本実施形態の強化基材１００の製造方法は、繊維方向が一方向に配列された強化繊維１１０を含む第１の領域１１１と、繊維方向と同一方向に配列された強化繊維１１０を含み、第１の領域１１１の厚みＨ１よりも薄い厚みＨ２を備える第２の領域１１２とを形成するように強化繊維１１０を配置する。さらに、繊維方向に対して交差する方向に沿って平面的に交互に並べるように第１の領域１１１および第２の領域１１２を配置する。
【００９５】  このように構成した強化基材１００の製造方法によれば、強化基材１００の第２の領域１１２は第１の領域１１１の厚みＨ１よりも薄い厚みＨ２を備えるので、第２の領域１１２には、強化繊維１１０を含まない凹部１００ａが厚み方向に重なり合うように形成される。複合材料１０を成形する際に、樹脂２００を含浸する工程においては、強化基材１００の凹部１００ａに樹脂２００が充填される。これにより、成形された複合材料１０を、強化繊維１１０の繊維方向に対して交差する断面において見て、強化繊維１１０の体積含有率が高い部分と低い部分（体積含有率がゼロの場合を含む）とが第２の領域１１２の厚み方向に形成される。強化繊維１１０の体積含有率が低い部分は、強化繊維１１０の体積含有率が高い部分に対して相対的に樹脂２００の体積含有率が高まる。樹脂２００の体積含有率が高い部分では、樹脂２００の体積含有率が低い部分に比べて、樹脂２００の収縮に伴う複合材料の収縮率が高くなる。その結果、繊維方向に対して交差する方向に交互に収縮率の異なる部分が配置されることによって、樹脂２００の収縮によって生じる複合材料１０の反り力に対して反対方向に反力を形成することができる。これによって、複合材料１０に生じる反りを抑制することができる。
【００９６】  また、強化繊維１１０を配置する際に、強化繊維１１０が複数本束ねられたラージトゥ１１３を第１の領域１１１に配置し、ラージトゥ１１３よりも少ない本数の強化繊維１１０が束ねられたレギュラートゥ１１４を第２の領域１１２に配置する。ラージトゥ１１３を強化繊維１１０として使用することによって、レギュラートゥ１１４のみを使用した場合に比べて生産性を向上し、製造コストを低減することができる。また、ラージトゥ１１３を第１の領域１１１に配置し、レギュラートゥ１１４を第２の領域１１２に配置することによって、強化基材１００において、第２の領域１１２の厚みＨ２が第１の領域１１１の厚みＨ１よりも薄くなるように形成することができる。これにより、複合材料１０に生じる反りを抑制することができる。
【００９７】  また、第１の領域１１１および第２の領域１１２を配置する際に、第１の領域１１１および第２の領域１１２の厚み方向に直交する面のうち一方の面１１１ｓ、１１２ｓが同じ平面に揃うように配置する。このため、一枚の強化基材１００においても、複合材料１０に反りを発生する反り力に対して反対方向に反力を形成することができる。これにより、複合材料１０に生じる反りをより確実に抑制することができる。
【００９８】  また、繊維方向に対して交差する方向に沿うように補助繊維１２０を強化繊維１１０に積層し、強化繊維１１０の少なくとも一部を補助繊維１２０と接合して保持する。これにより、強化基材１００を用いた複合材料１０の成形において、強化繊維１１０がばらつくことを抑制し、強化基材１００の第１の領域１１１および第２の領域１１２を確実に維持することができる。この結果、複合材料１０に生じる反りをより確実に抑制することができる。
【００９９】  また、強化繊維１１０と補助繊維１２０とをステッチ糸１３０によって縫合して接合する。これにより、強化基材１００の第１の領域１１１および第２の領域１１２をより一層確実に維持することができる。
【０１００】  また、第１の領域１１１および第２の領域１１２における強化繊維１１０の配置を基に、補助繊維１２０の配置およびステッチ糸１３０によって縫合する位置を制御する。これにより、互いに交差する強化繊維１１０と補助繊維１２０とを確実にステッチ糸１３０によって縫合することができる。この結果、強化基材１００の第１の領域１１１および第２の領域１１２を確実に維持することができる。
【実施例】
【０１０１】  本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。【０１０２】  図１４Ａに示すように、強化基材を複数枚積層して形成した積層体に樹脂を含浸させた複合材料を成形し、樹脂２００を硬化させる際に生じる複合材料の反りによる変形量Ｄを測定した。図１４Ｂに示すように、複合材料の一端に対する他端の相対的な変形量を、反りによる変形量Ｄとした。【０１０３】  強化繊維１１０には、炭素繊維を使用し、補助繊維１２０には、ガラス繊維を使用した。樹脂２００には、エポキシ樹脂を使用した。また、反りが発生する前の複合材料の寸法は、図１４Ａを参照して、長さ（Ｌ）２６０［ｍｍ］、幅（Ｗ）２２０［ｍｍ］、厚さ（Ｈ）２［ｍｍ］とした。【０１０４】  実施例では、図１０に示すように、強化基材１００、１０１、１０２を＋４５°／０°／−４５°としてアシンメトリーに積層を構成した積層体１４０を使用した。【０１０５】  また、複合材料１０の第１の領域１１および第２の領域１２を合計した領域に対して第１の領域１１が占める割合は、複合材料１０における第１の領域１１の体積Ｖ１および第２の領域１２の体積Ｖ２を用いて下記式で表される。【０１０６】
【数１】
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【０１０７】  （実施例１）  第１の領域１１１および第２の領域１１２を合計した領域に対して第１の領域１１１が占める割合を７０％とした。【０１０８】  （実施例２）  第１の領域１１１および第２の領域１１２を合計した領域に対して第１の領域１１１が占める割合を３０％とした。【０１０９】  （比較例）  第１の領域１１１および第２の領域１１２を合計した強化繊維１１０全体に対して第１の領域１１１が占める割合を０％とした。すなわち、強化繊維１１０をレギュラートゥ１１４のみで構成した。【０１１０】  ［複合材料の収縮率］  硬化に伴う樹脂２００の収縮率を４％として繊維層（図１３を参照）における強化繊維１１０の体積含有率を５０％とする場合は、理論上、繊維層において最大２％程度の複合材料の収縮が発生することが分かった。一方、反力層では、第１の領域１１１および第２の領域１１２を合計した領域に対して第１の領域１１１が占める割合によって複合材料の収縮率が変化することが分かった。【０１１１】  図１５には、第１の領域１１１および第２の領域１１２を合計した領域に対して第１の領域１１１が占める割合を横軸として、理論上の複合材料の収縮率を縦軸に示した。第１の領域１１１が占める割合が０％から７５％付近までは、第１の領域１１１が占める割合の増加に伴い、反力層の収縮率（反力）の絶対値は増加した。３５％付近から繊維層の収縮率（そり力）の絶対値よりも反力層の収縮率（反力）の絶対値が増加し、７５％付近において反力層の収縮率（反力）の絶対値が最大となった。７５％以上では、第１の領域１１１が占める割合が増えても、反力層内における樹脂２００の割合が減少するため、収縮率は低下した。さらに、１００％では、反力層において強化繊維１１０の体積含有率に差がなくなるため、反力が０になった。【０１１２】  繊維層の収縮率（そり力）と反力層の収縮率（反力）の合計である収縮率の合計は、第１の領域１１１が占める割合が０％から７５％付近までは、第１の領域１１１が占める割合の増加に伴って低下した。３５％付近と９２％付近において、収縮率の合計は０になった。７５％付近において収縮率の合計は最小値になった。【０１１３】  以上のことから、第１の領域１１１および第２の領域１１２を備える強化基材１００を使用することによって複合材料１０の反りを抑制することができることが確認できた。また、第１の領域１１１および第２の領域１１２を合計した領域に対して第１の領域１１１が占める割合は、３５〜９２％であることが好ましいことが分かった。さらに、収縮率の合計が０％に近づく３５％または９２％がより好ましく、ラージトゥ１１３の割合をできるだけ多くしてコストを低減する観点から、９２％がさらに好ましいことが分かった。【０１１４】
【表１】
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【０１１５】  また、表１の結果から、本実施例１の強化基材１００を使用した複合材料１０では、比較例に比して、変形量Ｄを約１／１７に抑えられることを確認できた。また、本実施例２の強化基材１００を使用した複合材料１０では、比較例に比して、変形量Ｄを約１／６に抑えられることを確認できた。【０１１６】  以上、実施形態を通じて複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。【０１１７】  例えば、強化基材の第１の領域および第２の領域は、複合材料の第１の領域および第２の領域に対応し、複合材料の第３の領域は、樹脂のみを含む形態について説明したが、第３の領域における樹脂の体積含有率が第２の領域よりも高い限りにおいて前述した実施形態に限定されない。例えば、複合材料を成形する際に、第２の領域に含まれる強化繊維が第３の領域に入り込むことによって、第３の領域は強化繊維を含むように形成されていてもよい。【０１１８】  また、第１の領域に配置されるラージトゥの個数は１つに限定されず複数のラージトゥが連続的に配列されていてもよい。同様に、第２の領域に配置されるレギュラートゥの個数は１つに限定されず複数のラージトゥが連続的に配列されていてもよい。【０１１９】  また、ラージトゥおよびレギュラートゥの形状は、前述した実施形態に限定されない。【０１２０】  また、複合材料用強化基材の製造方法において、強化繊維と補助繊維を接合する方法は、ステッチ糸によって縫合する方法に限定されず、例えば、接着等の公知の接合方法を用いることができる。縫合以外の接合方法を使用する場合、複合材料用強化基材および複合材料は、ステッチ糸を備える構成に限定されない。【０１２１】  また、複合材料の成形方法は、ＲＴＭ成形法に限定されず、例えば、オートクレーブ成形法等の公知の成形法を適宜選択することができる。
【符号の説明】
【０１２２】１０  複合材料、１１  第１の領域、１２  第２の領域、１３  第３の領域、１００、１０１、１０２  強化基材（複合材料用強化基材）、１１０  強化繊維、１１１  第１の領域、１１２  第２の領域、１１３  ラージトゥ（第１の繊維束）、１１４  レギュラートゥ（第２の繊維束）、１２０  補助繊維、１３０  ステッチ糸、１４０  積層体、２００  樹脂、３００  強化基材の製造装置、３１０  ボビン、３２０  配向部、３３０  積層部、３４０  ステッチ部、３４１  編み針、３５０  ベルトコンベア、３６０  巻き取りローラ、４１０  成形型、４２０  プレス部、４３０  樹脂注入部、５００  制御部、Ｈ１    強化基材の第１の領域の厚み、Ｈ２    強化基材の第２の領域の厚み、Ｈ３    複合材料の第１の領域の厚み、Ｈ４    複合材料の第２の領域の厚み。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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