(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面が軸方向に沿って略平行に延びる筒状領域を有するベース部材と、
拡幅されたテープ状部材としてのトウプリプレグが、前記ベース部材の径方向から視たときに、前記軸方向に対して交差する所定の方向に沿って、前記ベース部材の前記外周面を覆うように重なりながら巻回されてなる繊維強化樹脂層とを備え、
前記繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の幅の寸法は、前記繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の前記径方向における厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下であり、
前記繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材は、１本の繊維線を有し、
前記１本の繊維線が、前記所定の方向における前記繊維強化樹脂層の一部分において前記一部分が延在する方向に沿って延びている部分と、前記所定の方向における前記繊維強化樹脂層の他の一部分において前記他の一部分が延在する方向と交差する方向に沿って延在している部分とを有している、繊維強化部材。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂層は、前記ベース部材の径方向から視たときに、前記軸方向に対して第１角度で巻回される前記テープ状部材よりなる第１繊維強化樹脂層と、前記径方向から視たときに前記軸方向に対して前記第１角度とは角度が正負に異なる第２角度で巻回されるテープ状部材よりなる第２繊維強化樹脂層とよりなり、
前記第１繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材と前記第２繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材とは、前記ベース部材の径方向から視たときに、互いに交差しており、
前記第１繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材は、前記第１角度が示す方向と交差する方向に沿って延在している第１繊維線を有し、
前記第２繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材は、前記第２角度が示す方向と交差する方向に沿って延在している第２繊維線を有し、
前記第１繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の幅の寸法は、前記第１繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下であり、
前記第２繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の幅の寸法は、前記第２繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下である、請求項１に記載の繊維強化部材。
【請求項３】
前記第１繊維強化樹脂層および前記第２繊維強化樹脂層の樹脂含有量は、２９重量％以上３２重量％以下である、請求項２に記載の繊維強化部材。
【請求項４】
前記第１角度と前記第２角度は、絶対値が３０度以上８０度以下である、請求項２に記載の繊維強化部材。
【請求項５】
前記第１繊維強化樹脂層と前記第２繊維強化樹脂層とは、前記筒状領域の径方向において交互に積層するように形成されている、請求項２または３に記載の繊維強化部材。
【請求項６】
前記繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材は、前記軸方向に沿った方向に関して互いに隣り合うように巻回される１対のループのうちの一方が他方の少なくとも一部の上に重畳されるように巻回されている、請求項１に記載の繊維強化部材。
【請求項７】
前記ベース部材の径方向から視たときに、前記外周面上において前記軸方向に沿って延びる中心線に対して前記繊維強化樹脂層が成す第３角度は、３０°以上８０°以下である、請求項６に記載の繊維強化部材。
【請求項８】
前記ベース部材は、第３繊維強化樹脂層を含み、
前記第３繊維強化樹脂層は、第３繊維束を有し、
前記軸方向に対し前記第３繊維束の延在方向が成す第３角度は、前記第１角度と異なる、請求項２〜５のいずれか１項に記載の繊維強化部材。
【請求項９】
前記ベース部材は、中空状のタンク部材である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化部材。
【請求項１０】
前記ベース部材は、管状部材である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化部材およびその製造方法に関し、特に、中空の筒状領域を有する繊維強化部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−２３６５８７号公報には、樹脂を含浸したカーボン繊維をライナに巻き付けて形成したＦＲＰ（繊維強化樹脂）積層構造を有するＦＲＰ圧力容器が開示されている。該ＦＲＰ積層構造体は、軸方向に対し４５〜６０度の配向角を有するヘリカル巻層として構成されている。該ＦＲＰ積層構造体は、中空の筒状領域を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３６５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＦＲＰ圧力容器は、所定の値以上の内圧が印加されると、ＦＲＰ積層構造において層間剥離（デラミネーション）が発生して破壊される。また、中空の筒状領域を有する管状のＦＲＰ積層構造体は、外力が印加されると、圧縮破壊される。
【０００５】
発明者らは、従来のＦＲＰ圧力容器と比べて、層間剥離の発生が抑制されている繊維強化部材を実現した。また、発明者らは、従来の管状の繊維強化部材と比べて、圧縮破壊の発生が抑制されている繊維強化部材を実現した。つまり、本発明の主たる目的は、従来の繊維強化部材と比べて、高強度の繊維強化部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従った繊維強化部材は、外周面が軸方向に沿って略平行に延びる筒状領域を有するベース部材と、拡幅されたテープ状部材としてのトウプリプレグが、前記ベース部材の径方向から視たときに、前記軸方向に対して交差する所定の方向に沿って、前記ベース部材の前記外周面を覆うように重なりながら巻回されてなる繊維強化樹脂層とを備える。前記繊維強化樹脂層を構成する前記テープ状部材は、一部分に前記所定の方向と交差する方向に沿って延在している繊維線を有している。前記繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の幅の寸法は、前記繊維強化樹脂層を形成している前記テープ状部材の前記径方向における厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下である。
【０００７】
上記繊維強化部材において、繊維強化樹脂層は、ベース部材の径方向から視たときに、軸方向に対して第１角度で巻回されるテープ状部材よりなる第１繊維強化樹脂層と、径方向から視たときに軸方向に対して第１角度とは角度が正負に異なる第２角度で巻回されるテープ状部材よりなる第２繊維強化樹脂層とよりなる。第１繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材と第２繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材とは、ベース部材の径方向から視たときに、互いに交差している。第１繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材は、第１角度が示す方向と交差する方向に沿って延在している第１繊維線を有している。第２繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材は、第２角度が示す方向と交差する方向に沿って延在している第２繊維線を有している。第１繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材の幅の寸法は、第１繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材の厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下である。第２繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材の幅の寸法は、第２繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材の厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下である。
【０００８】
上記繊維強化部材は、第１繊維強化樹脂層および第２繊維強化樹脂層の樹脂含有量が、２９重量％以上３２重量％以下である。
【０００９】
上記第１角度と上記第２角度とは、絶対値が３０度以上８０度以下であるのが好ましい。
【００１０】
上記繊維強化部材は、第１繊維強化樹脂層と第２繊維強化樹脂層とは、筒状領域の径方向において交互に積層するように形成されているのが好ましい。
【００１１】
本発明の他の実施例に従った上記繊維強化部材において、繊維強化樹脂層を形成しているテープ状部材は、軸方向に沿った方向に関して互いに隣り合うように巻回される１対のループのうちの一方が他方の少なくとも一部の上に重畳されるように巻回されている。
【００１２】
上記繊維強化部材は、ベース部材の径方向から視たときに、外周面上において軸方向に沿って延びる中心線に対して第１繊維強化樹脂層が成す第３角度が３０°以上８０°以下であるのが好ましい。
【００１３】
上記繊維強化部材において、ベース部材は、第３繊維強化樹脂層を含むのが好ましい。第３繊維強化樹脂層は、第３繊維束を有し、軸方向に対し第３繊維束の延在方向が成す第３角度は、第１角度と異なる。
【００１４】
上記繊維強化部材は、ベース部材は、中空状のタンク部材である。
上記繊維強化部材は、ベース部材は、管状部材である。
【００１５】
本発明に従った繊維強化部材の製造方法は、外周面が軸方向に沿って略平行に延びる筒状領域を有するベース部材を準備する工程と、ベース部材の外周面上に拡幅されたテープ状部材としてのトウプリプレグを巻回する工程と、テープ状部材を熱硬化させる工程とを備える。上記巻回する工程において、テープ状部材は、テープ状部材の幅の寸法がテープ状部材のベース部材の径方向における厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下となるように、トウプリプレグが拡幅されることにより形成された後、ベース部材を径方向から視たときに、軸方向に対して交差する所定の方向に沿って、ベース部材の外周面を覆うように重なりながら巻回される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来の繊維強化部材と比べて、高強度の繊維強化部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る繊維強化部材を示す概略側面図である。
【図２】（ａ）実施の形態１に係る繊維強化部材の第１繊維強化樹脂層および第２繊維強化樹脂層において、巻回数が１〜２のトウプリプレグテープからなる第１繊維強化樹脂層および第２繊維強化樹脂層のみを示す概略平面図である。（ｂ）図２（ａ）中のＩＩ（ｂ）ＩＩ（ｂ）線に沿う部分の構成を示す概略断面図である。（ｃ）実施の形態１に係る繊維強化部材の第１繊維強化樹脂層および第２繊維強化樹脂層において、巻回数が１〜４のトウプリプレグテープからなる第１繊維強化樹脂層および第２繊維強化樹脂層を示す概略平面図である。（ｄ）図２（ｃ）中のＩＩ（ｃ）ＩＩ（ｃ）線に沿う部分の構成を示す概略断面図である。
【図３】実施の形態１に係る繊維強化部材を構成する拡幅されたトウプリプレグの一部分を示す概略平面図である。
【図４】図３中の領域ＩＶの拡大図である。
【図５】図３中のＶ−Ｖ線に沿う部分の構成を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態２の繊維強化部材２００の外観の一例を示す概略図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う部分の構成の第１例を示す概略断面図である。
【図８】図６のＡ−Ａ線に沿う部分の構成の第２例を示す概略断面図である。
【図９】図６のＡ−Ａ線に沿う部分の構成の第３例を示す概略断面図である。
【図１０】図６のＡ−Ａ線に沿う部分の構成の第４例を示す概略断面図である。
【図１１】図６のＡ−Ａ線に沿う部分の構成の第５例を示す概略断面図である。
【図１２】図７の第１例の構成における、図６のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分の構成を示す概略断面図である。
【図１３】第４ＦＲＰ層の外観を示す図である。
【図１４】実施の形態２の製造方法の第１工程としての、シートプリプレグの巻回方法を示す概略図である。
【図１５】実施の形態２の製造方法の第２工程としての、トウプリプレグテープの巻回方法を示す概略図である。
【図１６】図７に示す構成を有するシャフトの延在方向に沿う断面写真である。
【図１７】図１６中に点線で囲まれた領域ＸＶＩＩの構成を示す拡大写真である。
【図１８】図８に示す構成を有するシャフトの断面写真である。
【図１９】比較例における一工程としての、フィラメントの巻回方法を示す概略図である。
【図２０】実施の形態３の繊維強化部材３００の外観の一例を示す概略図である。
【図２１】図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う部分の構成を示す概略断面図である。
【図２２】図２０のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う部分の構成を示す概略断面図である。
【図２３】実施例１において、実施例としての試験片の作成に用いたトウプリプレグと同様の構成を有するトウプリプレグテープの拡大写真である。
【図２４】実施例１において、実施例としての試験片の作成に用いたトウプリプレグと同様の構成を有するトウプリプレグテープの拡大写真である。
【図２５】実施例２における３点曲げ試験の態様を示す概略図である。
【図２６】実施例２における、表１および表２に示す測定の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１９】
（実施の形態１）
＜繊維強化部材の構成＞
図１を参照して、実施の形態１に係る繊維強化部材１００について説明する。繊維強化部材１００は、圧力容器（タンク部材）である。繊維強化部材１００は、ベース部材１と、ベース部材１を囲むように形成された第１繊維強化樹脂層（第１ＦＲＰ層２ａ）および第２繊維強化樹脂層（第２ＦＲＰ層２ｂ）とを主に備える。
【００２０】
図１に示されるように、ベース部材１は、中空状のタンク部材であり、内部に貯留空間が形成されている。ベース部材１は、筒状領域を有している。ベース部材１の筒状領域は、軸Ｏを中心軸とし、その外周面が軸方向Ａ（軸Ｏが延在する方向）に沿って略平行に延びるように形成されている。ここで、略平行とは、軸方向Ａに対する配向角が±５度以内にある状態を指す。ここで配向角の正負は、軸方向Ａに対して時計回りの方向に成す角度を負（マイナス）、反時計回りの方向に成す角度を（プラス）とする。ベース部材１を構成する材料は、例えば、金属、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の一般樹脂、およびＦＲＰの群から選択される少なくとも１つである。ベース部材１が例えばトウプリプレグテープからなるＦＲＰ層の積層体として構成されている場合、該トウプリプレグテープの巻方向（軸方向Ａに対する角度）は、例えば後述する第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを構成するトウプリプレグテープの巻き方向と異なっており、例えばいわゆるフープ巻である。
【００２１】
図１に示されるように、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、ベース部材１の筒状領域の外周面上に形成されている。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、１本の拡幅されたトウプリプレグテープがベース部材１にヘリカル巻されてなるいわゆるヘリカル層において、ベース部材１に対し巻き回される方向が異なる一部分である。以下、第１ＦＲＰ層２ａの延在方向を第１方向、第２ＦＲＰ層２ｂの延在方向を第２方向とよぶ。トウプリプレグテープは、拡幅されたトウプリプレグよりなる細長いテープ状部材であり、樹脂が含浸された繊維材料である。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、ベース部材１の筒状領域上に螺旋状に形成されている。第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂとは、ベース部材１の筒状領域の径方向において交互に積層するように形成されている。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの各層数がｎの場合、すなわち第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの積層数が２ｎの場合はトウプリプレグテープの巻回数が２ｎであると定義し、このような巻回態様を２ｎ回巻きと呼ぶ。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの外形は、トウプリプレグテープの外形に由来するものであり、例えば任意の断面観察において確認することができる。
【００２２】
図１に示されるように、第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂとは、ベース部材１の径方向（以下、単に径方向という）から視たときに、互いに交差するように形成されている。異なる観点から言えば、ベース部材１の径方向から視たときに、外周面上において軸方向Ａに沿って延びる中心線（軸Ｏと重なる直線）上に第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂとの交点が形成されている。第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂは、当該交点よりも上記筒状領域の軸方向Ａにおける一方端１ａ側に位置する上記中心線の一部を、ベース部材１の周方向において挟むように形成されている。このとき、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、上記交点から上記一方端側に近づくにつれて、互いの間の周方向における距離が徐々に長くなるように形成されている。好ましくは、ベース部材１の径方向から視たときに軸Ｏと重なる位置に交点が形成されている第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂは、軸Ｏに対して互いに略鏡像の関係にある。
【００２３】
第１ＦＲＰ層２ａは、ベース部材１の径方向から視たときに、軸方向Ａに対して第１角度θ１を成すように形成されている。第２ＦＲＰ層２ｂは、ベース部材１の径方向から視たときに、軸方向Ａに対して第２角度θ２を成すように形成されている。第１角度θ１は、第１ＦＲＰ層２ａにおいて上記交点よりも一方端１ａ側に位置する部分と上記中心線の一部とが上記交点を挟んで成す角度である。第２角度θ２は、第２ＦＲＰ層２ｂにおいて上記交点よりも一方端１ａ側に位置する部分と上記中心線の一部とが上記交点を挟んで成す角度である。第１角度θ１および第２角度θ２は、それぞれ３０度以上８０度以下である。第１角度θ１および第２角度θ２は、当該数値範囲内において、第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂとが形成されている位置に応じて変化していてもよい。言い換えると、第１方向および第２方向とは、軸方向Ａに対する配向角度が変化していてもよい。例えば、ベース部材１の筒状領域上において軸方向Ａの両端部に近い領域上に形成されている第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、ベース部材１の筒状領域上において両端部以外の領域上に形成されている第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂと比べて、第１角度θ１および第２角度θ２が大きい。
【００２４】
図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、巻回数が１のトウプリプレグテープからなる第１ＦＲＰ層２ａ１と、巻回数が２のトウプリプレグテープからなる第２ＦＲＰ層２ｂ１を有している。図２（ｃ）および（ｄ）に示されるように、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、巻回数が３のトウプリプレグテープからなる第１ＦＲＰ層２ａ２と、巻回数が４のトウプリプレグテープからなる第２ＦＲＰ層２ｂ２を有している。ここで、巻回数は、トウプリプレグテープの巻方向が第１方向と第２方向とで切り替えられる回数をいう。第１ＦＲＰ層２ａ１は、ベース部材１上に第１方向に沿って最初に巻き回されたトウプリプレグテープからなる。第２ＦＲＰ層２ｂ１は、第１ＦＲＰ層２ａ１を構成するトウプリプレグテープが第１方向に巻き回された後、巻方向が切り替えられて第２方向に沿って最初に巻き回されたトウプリプレグテープからなる。第１ＦＲＰ層２ａ２は、第２ＦＲＰ層２ｂ１を構成するトウプリプレグテープが第２方向に巻き回された後、巻方向が切り替えられて第１方向に沿って２回目に巻き回されたトウプリプレグテープからなる。第２ＦＲＰ層２ｂ２は、第１ＦＲＰ層２ａ２を構成するトウプリプレグテープが第１方向に巻き回された後、巻方向が切り替えられて第２方向に２回目に巻き回されたトウプリプレグテープからなる。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｄ）に示されるように、第１ＦＲＰ層２ａまたは第２ＦＲＰ層２ｂの各々は、軸方向Ａにおける幅が等しい。さらに、軸方向Ａにおいて隣り合う第１ＦＲＰ層２ａ１間、第１ＦＲＰ層２ａ２間、第２ＦＲＰ層２ｂ１間、および第２ＦＲＰ層２ｂ２間の各間隔は、例えば等しい。第１ＦＲＰ層２ａ１間、第１ＦＲＰ層２ａ２間、第２ＦＲＰ層２ｂ１間、第２ＦＲＰ層２ｂ２間の各間隔は、例えばこれらの軸方向Ａにおける幅と等しい。図２（ｂ）に示されるように、第１ＦＲＰ層２ａ１と第２ＦＲＰ層２ｂ１とは、例えば径方向に沿った任意の断面において、軸方向Ａにおける両端が径方向において重なるように積層された部分を有している。同様に、図２（ｄ）に示されるように、第１ＦＲＰ層２ａ２と第２ＦＲＰ層２ｂ２とは、例えば径方向に沿った任意の断面において、軸方向Ａにおける各両端が径方向において重なるように積層された部分を有している。当該断面上において、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの径方向における厚みはいずれも最大値となる。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｄ）に示される第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの構成は、一例であり、これに限られるものでは無い。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂのうち、巻回数が同一のトウプリプレグテープからなる各層間（例えば第１ＦＲＰ層２ａ１間や第２ＦＲＰ層２ｂ２間など）の間隔は、例えば第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの上記幅と異なっていてもよい。この場合、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、第１ＦＲＰ層２ａ１と第１ＦＲＰ層２ａ２とが径方向において重なるように積層された部分と、第２ＦＲＰ層２ｂ１と第２ＦＲＰ層２ｂ２とが径方向において重なるように積層された部分とを有している。このような場合、径方向に沿った任意の断面上では、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの積層体の最表面は、径方向において凹凸を成すように形成されている。そのため、当該積層体全体の径方向における厚みは、最大値を示す部分と、最小値を示す部分とを有している。
【００２７】
図３および図４は、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成する前の拡幅されたテープ状部材の外観形状を示す部分平面図である。図５は、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成する前の拡幅されたテープ状部材の部分断面図である。図３〜図５を参照して、第１ＦＲＰ層２ａを形成する前の拡幅されたテープ状部材は、トウ繊維が拡幅されてなる第１繊維束１１ａと、第１繊維束１１ａに含浸された樹脂からなる第１樹脂部１２ａとを含む。第２ＦＲＰ層２ｂを形成する前の拡幅されたテープ状部材は、トウ繊維が拡幅されてなる第２繊維束１１ｂと、第２繊維束１１ｂに含浸された樹脂からなる第２樹脂部１２ｂとを含む。第１繊維束１１ａおよび第２繊維束１１ｂは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、およびバルカン繊維からなる群から選択される少なくとも１つの繊維により構成されているものであり、例えば炭素繊維により構成されている。第１樹脂部１２ａおよび第２樹脂部１２ｂを構成する材料は、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂あるいはフェノール樹脂などである。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂとなるべき拡幅されたテープ状部材の樹脂含有量は、例えば３０重量％以上３３重量％以下である。なお、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの樹脂含有量は、２９重量％以上３２重量％以下である。なお、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの樹脂含有量は、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂから第１樹脂部１２ａおよび第２樹脂部１２ｂのみを除去したときに、その前後での重量変化から算出され得る。
【００２８】
第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂにおいて、第１繊維束および第２繊維束は、図３〜図５に示される第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成する前の拡幅されたテープ状部材における第１繊維束および第２繊維束と同様の構成を有している。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂにおいて、第１繊維束および第２繊維束は、トウ繊維が拡幅された状態を有している。すなわち、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは以下のような特徴を有している。
【００２９】
図３および図４に示されるように、第１繊維束１１ａには、第１方向に延在している第１延在部１１ｃと、第１方向と交差する方向に延在している第１斜交部１１ｄとを有している。第１延在部１１ｃは、トウ繊維におけるフィラメント（複数の単繊維の束）間の結合が維持されている繊維小束により構成されている。第１斜交部１１ｄは、例えばトウ繊維におけるフィラメント間の結合が解かれた少なくとも１束の第１繊維線（１本のフィラメント）により構成されている。当該第１繊維線は、第１方向における一部分において第１方向に沿って延在して第１延在部１１ｃを構成しており、第１方向における他の一部分において第１方向に交差する方向に沿って延在して第１斜交部１１ｄを構成している。
【００３０】
図３および図４に示されるように、第２繊維束１１ｂは、第１繊維束と同様の構成を備えている。第２繊維束１１ｂには、第２方向に延在している第２延在部１１ｅと、第２方向と交差する方向に延在している第２斜交部１１ｆとを有している。第２延在部１１ｅは、トウ繊維におけるフィラメント間の結合が維持されている繊維小束により構成されている。第２斜交部１１ｆは、例えばトウ繊維における繊維間の結合が解かれた少なくとも１束の第２繊維線（１本のフィラメント）により構成されている。当該第２繊維線は、第２方向における一部分において第２方向に沿って延在して第２延在部１１ｅを構成しており、第２方向における他の一部分において第２方向に交差する方向に沿って延在して第２斜交部１１ｆを構成している。
【００３１】
第１斜交部１１ｄは、第１方向において、ある程度一定の頻度で第１ＦＲＰ層２ａ上に複数形成されている。第２斜交部１１ｆは、第２方向において、ある程度一定の頻度で第２ＦＲＰ層２ｂ上に形成されている。例えば、第１斜交部１１ｄおよび第２斜交部１１ｆは、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを光学顕微鏡（倍率５０倍）で観察することにより、例えば１００ｃｍ２の顕微鏡視野内に少なくとも１つ確認され得る。
【００３２】
第１ＦＲＰ層２ａを形成しているテープ状部材の第１方向に垂直な方向における幅（第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の第２方向に垂直な方向における幅）Ｗ１の寸法は、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の上記径方向における厚み（平均厚み）ｈ（図示しない）の寸法の１００倍以上４００倍以下である。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の幅Ｗ１とは、例えばベース部材１の筒状領域上に巻回されて熱硬化した後のテープ状部材の、軸方向Ａに沿った断面上での軸方向Ａにおける幅に、第１角度θ１の正弦ｓｉｎθ１を積した値として算出され得る。また、幅Ｗ１は、例えばベース部材１の筒状領域上に巻回されて熱硬化した後のテープ状部材の、軸方向Ａに沿った断面上での軸方向Ａにおける幅に、第２角度θ２の正弦ｓｉｎθ２を積した値として算出され得る。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の径方向における厚み（平均厚み）ｈとは、軸方向Ａに対し垂直な断面においてベース部材１の筒状領域上に巻回されて熱硬化した後のテープ状部材の積層体の厚みの最大値Ｈを、当該最大値Ｈの部分の積層数ｎで除することにより算出され得る。図２（ｄ）に示される構成例では、第１ＦＲＰ層２ａ１を形成しているテープ状部材の厚みと第２ＦＲＰ層２ｂ１を形成しているテープ状部材の厚みとがともに最大値となり、積層数ｎは２である。この場合の第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の径方向における厚み（平均厚み）ｈは、Ｈ／２となる。
【００３３】
なお、上述のように、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂのうち、巻回数が同一のトウプリプレグテープからなる各層間の間隔が、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの上記幅と等しくない場合には、第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂの積層体の径方向における厚みは、最大値を示す部分と、最小値を示す部分とを有している。この場合、径方向に沿った任意の断面において、予定されている積層数ｎの積層構造が確認された領域のうち最大の厚みとなる領域での当該積層構造の厚みを、テープ状部材の積層体の厚みの最大値Ｈとする。第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の径方向における厚み（平均厚み）ｈは、当該最大値Ｈを積層数ｎで除することにより算出され得る。
【００３４】
上記のような特徴を有する第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、例えば以下のようにして形成され得る。
【００３５】
まず、複数本の炭素繊維が束ねられたトウ繊維が準備される。次に、トウ繊維に対して任意の方法により接圧が加えられる。これにより、トウ繊維と当該トウ繊維に対して接圧を印加している部材（例えばロール）との間に摩擦力が発生し、トウ繊維内の炭素繊維間の結合が部分的に解かれ、トウ繊維が拡幅される。トウ繊維が拡幅されてなる繊維束には、繊維束の延在方向に沿って延在する部分（第１延在部１１ｃとなる部分）と、繊維束の延在方向に対して交差する方向に延在（斜交）する部分（第１斜交部１１ｄとなる部分）とが形成される。次に、拡幅された繊維束に樹脂が含浸される。このようにして、延在方向に垂直な断面形状が扁平であるテープ状部材としてのトウプリプレグ（トウプリプレグテープ）が形成される。次に、当該トウプリプレグが、ベース部材１の筒状領域上にヘリカル巻される。このとき、トウプリプレグは、まず延在方向が第１方向に沿うように引き伸ばされて所定の張力が印加された状態で螺旋状に巻き回される。続いて、トウプリプレグテープは、延在方向が第２方向に沿うように引き伸ばされて所定の張力が印加された状態で螺旋状に巻き回される。これを２ｎ回繰り返すことにより、ベース部材１の筒状領域上に、第１方向に沿って延在している層数ｎのトウプリプレグテープと第２方向に沿って延在している層数ｎのトウプリプレグとが交互に積層した積層体が形成される。次に、トウプリプレグテープの積層体に対し熱処理が行われ、トウプリプレグテープを構成する樹脂が熱硬化される。このようにして、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂが形成される。
【００３６】
なお、上記のような拡幅されたトウプリプレグテープは、トウ繊維に樹脂が含浸されてなるトウプリプレグテープに対して接圧が印加されることにより形成されていてもよい。すなわち、実施の形態１における第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、いわゆるドライ製法において上記のように拡幅されたトウプリプレグテープにより形成されていてもよい。
【００３７】
繊維強化部材１００の製造方法は、ベース部材１を準備する工程と、上記のようにしてトウプリプレグテープを形成する工程と、当該トウプリプレグテープをベース部材１の筒状領域上にヘリカル巻する工程とを主に備えている。このようにして、ベース部材１の筒状領域上に第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂが形成されている繊維強化部材１００が製造され得る。
【００３８】
第１斜交部１１ｄは、第１方向に垂直な幅方向において複数形成されていてもよい。第２斜交部１１ｆは、第２方向に垂直な幅方向において複数形成されていてもよい。また、第１斜交部１１ｄおよび第２斜交部１１ｆは、それぞれ複数束の第１繊維線（フィラメント）および第２繊維線（フィラメント）により構成されていてもよい。すなわち、第１斜交部１１ｄおよび第２斜交部１１ｆは、トウ繊維における繊維間の結合が維持されている繊維小束により構成されていてもよい。
【００３９】
また、繊維強化部材１００は、ヘリカル層としての第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂ上に、いわゆるフープ巻されたトウプリプレグテープよりなるフープ層（図示しない）をさらに備えていてもよい。当該フープ層は、ベース部材１の径方向から視たときに、軸方向Ａに対して第１角度θ１および第２角度θ２よりも大きい角度を成すように交差する方向に沿って延びるように形成されている。
【００４０】
＜作用効果＞
次に、繊維強化部材１００の作用効果について説明する。繊維強化部材１００は、外周面が軸方向Ａに沿って略平行に延びる筒状領域を有するベース部材１と、ベース部材１の外周面を覆うように巻回されたテープ状部材よりなる第１ＦＲＰ層２ａと、外周面を覆うように巻回されたテープ状部材よりなる第２ＦＲＰ層２ｂとを備える。第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂとは、ベース部材１の径方向から視たときに、互いに交差するように形成されている。第１ＦＲＰ層２ａは、ベース部材１の径方向から視たときに、軸方向Ａに対して第１角度θ１を成すように交差する第１方向に沿って延びるように形成されている。第２ＦＲＰ層２ｂは、径方向から視たときに軸方向Ａに対して第２角度θ２を成すように交差する第２方向に沿って延びるように形成されている。第１方向と第２方向とは、径方向から視たときにベース部材１の軸Ｏに対して互いに鏡像の関係である。第１角度θ１および第２角度θ２は、３０度以上８０度以下である。第１ＦＲＰ層２ａは、トウ繊維（第１トウ繊維）が拡幅された第１繊維束１１ａと、第１繊維束１１ａに含浸された第１樹脂部１２ａとを含む。第２ＦＲＰ層２ｂは、トゥ繊維が拡幅された第２繊維束１１ｂと、第２繊維束１１ｂに含浸された第２樹脂部１２ｂとを含む。第１繊維束１１ａは、第１方向における一部分が第１方向に沿って延在しており、かつ第１方向における他の一部分が第１方向と交差する方向に沿って延在している第１繊維線を有している。第２繊維束１１ｂは、第２方向における一部分が第２方向に沿って延在しており、かつ第２方向における他の一部分が第２方向と交差する方向に沿って延在している第２繊維線を有している。第１ＦＲＰ層２ａを形成しているテープ状部材の第１方向に垂直な方向における幅の寸法、および第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の第２方向に垂直な方向における幅の寸法のそれぞれは、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂを形成しているテープ状部材の平均厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下である。
【００４１】
本発明者らは、トウプリプレグテープよりなる繊維強化樹脂層の全体の厚みが等しい実施の形態１に係る繊維強化部材１００と従来の繊維強化部材との破壊強度の比較試験を行い、実施の形態１に係る繊維強化部材１００が従来の繊維強化部材と比べて破壊強度（破裂圧力）が大幅に向上されていることを確認した。詳細は、実施例において後述する。
【００４２】
繊維強化部材１００の破壊強度が大幅に向上された理由としては、例えば以下のようなことが考えられる。
【００４３】
第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、上記のような拡幅されたトウプリプレグで構成されているため、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの厚みは、延在方向に垂直な断面における繊維密度は同等であるが拡幅されていない従来のトウプリプレグで構成された繊維強化樹脂層の厚みと比べて、薄い。また、ＦＲＰ層全体を所定の厚みとすると、当該厚み中の第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの積層数は、当該従来の繊維強化樹脂層の積層数と比べて、多い。そのため、繊維強化部材１００に第１方向および第２方向に交差する方向に外力が負荷された場合、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの各々には例えば当該外力を積層数で除した分力が印加されるが、積層数が多いため当該分力は小さくなる。これにより、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、従来の繊維強化樹脂層と比べて、クラックの進展が抑制されている。
【００４４】
第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、第１繊維束の延在方向と第２繊維束の延在方向とが異なるため、隣接するＦＲＰ層間を伝ってクラックが進展することが抑制されている。さらに、従来の繊維強化樹脂層と比べて厚みが薄いため、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂ内においてこれらの積層方向にクラックが進展し得る距離が短い。そのため、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂは、応力集中が小さいため従来の繊維強化樹脂層と比べて、クラックの進展が抑制されている。
【００４５】
つまり、繊維強化部材１００によれば、従来の繊維強化部材と比べて、クラックの発生および進展が抑制されている。そのため、繊維強化部材１００は、従来の繊維強化部材ではクラックが伸展して層間剥離が引き起こされる程度の力が第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂに印加されても、層間剥離が引き起こされる程度にまでクラックが伸展することが抑制されている。つまり、繊維強化部材１００は、従来の繊維強化部材と比べて破壊強度が高められている。
【００４６】
繊維強化部材１００において、第１ＦＲＰ層２ａと第２ＦＲＰ層２ｂとは、筒状領域の径方向において交互に積層するように形成されている。そのため、繊維および樹脂の含有量は等しいが、上記のように拡幅された第１繊維束１１ａに樹脂が含浸されてなるトウプリプレグテープを用いて製造された繊維強化部材１００と、繊維束が拡幅されていないトウプリプレグテープを用いて製造された従来の繊維強化部材とを比較すると、ヘリカル層を所定の厚みとした場合に、繊維強化部材１００は従来の繊維強化部材と比べてヘリカル層を構成する第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの層数を増すことができる。そのため、繊維強化部材１００は、従来の繊維強化部材と比べて破壊強度が高められている。
【００４７】
本実施の形態に係る繊維強化部材の製造方法は、外周面が軸方向に沿って略平行に延びる筒状領域を有するベース部材１を準備する工程と、ベース部材１の外周面上に拡幅されたテープ状部材を巻回する工程と、テープ状部材を熱硬化させる工程とを備える。上記巻回する工程において、テープ状部材は、テープ状部材の幅の寸法がテープ状部材のベース部材の径方向における厚みの寸法の１００倍以上４００倍以下となるように、トウプリプレグが拡幅されることにより形成された後、ベース部材を径方向から視たときに、軸方向に対して交差する所定の方向に沿って、ベース部材の外周面を覆うように重なりながら巻回される。さらに、本実施の形態に係る繊維強化部材の製造方法の上記巻回する工程は、ベース部材を径方向から視たときに、軸方向に対して第１角度θ１でテープ状部材を巻回する工程と、軸方向に対して第１角度θ１とは角度が正負に異なる第２角度θ２でテープ状部材を巻回する工程とを含む。第１角度θ１および第２角度θ２の絶対値は、例えば、ベース部材１の径方向から視たときに、外周面上において軸方向Ａに沿って延びる中心線（軸Ｏと重なる直線）上に交点が形成されるテープ状部材の第１角度θ１および第２角度θ２は略等しく、好ましくは３０度以上８０度以下である。このようにすれば、本実施の形態に係る繊維強化部材１００を製造することができる。
【００４８】
繊維強化部材１００において、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの各々は、例えば他方を介さずに積層されていてもよい。例えば、トウプリプレグが巻回方向の切り替えが行われること無くベース部材１の筒状領域上に多重に巻き回されることにより、繊維強化部材１００は、第１ＦＲＰ層２ａのみ、または第２ＦＲＰ層２ｂのみからなる積層構造部を有していてもよい。
【００４９】
図２を参照して、ベース部材１の筒状領域は、金属や樹脂、あるいは第３繊維強化樹脂層（第３ＦＲＰ層３）により構成されていてもよい。ベース部材１を第３ＦＲＰ層３で構成する場合、第３ＦＲＰ層３は、例えばライナ（図示しない）に巻き回されたトウプリプレグまたはシートプリプレグにより形成されている。第３ＦＲＰ層３は、第３繊維束と、第３繊維束に含浸された第３樹脂部とを含んでいる。第３繊維束の延在方向は、第１方向および第２方向と交差する方向であるのが好ましい。異なる観点から言えば、軸方向Ａに対し第３繊維束の延在方向が成す角度（図示しない）は、第１角度θ１および第２角度θ２と異なる。このようにすれば、各繊維層中の繊維束の延在方向が異なるため、隣接する繊維層間を伝ってクラックが進展することを抑制できる。その結果、繊維強化部材１００の破壊強度をさらに高めることができる。
【００５０】
第３ＦＲＰ層３は、拡幅されたトウ繊維に樹脂が含浸されてなるトウプリプレグテープ、または拡幅されたトウプリプレグテープが、ライナ上に巻回（たとえば、いわゆるフープ巻）されることにより形成されていてもよい。
【００５１】
（実施の形態２）
＜筒状部材の構成＞
図６を参照して、本実施の形態の繊維強化部材２００は、たとえば炭素繊維と樹脂との複合材料により構成されたゴルフクラブシャフト、またはパイプである。すなわち、繊維強化部材２００は、実施の形態１に係る繊維強化部材１００と比べて、外径が小さい。繊維強化部材２００は、第１繊維強化樹脂層としての第４ＦＲＰ層４と、第４ＦＲＰ層の内周側に位置するベース部材の第３繊維強化樹脂層としての第５ＦＲＰ層５（図７参照）とを有している。第４ＦＲＰ層４は、外周側に位置し、トウプリプレグテープからなる。第５ＦＲＰ層５は、内周側に位置し、シートプリプレグテープからなる。なお第４および第５ＦＲＰ層は、上記の炭素繊維に限らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維、あるいはバルカン繊維と樹脂との複合材料により構成されてもよい。また、繊維強化部材２００のベース部材は、金属またはプラスチックなどで構成されていてもよい。
【００５２】
トウプリプレグテープは、トウプリプレグよりなる細長いテープ状部材であり、樹脂が含浸された繊維材料である。このトウプリプレグテープが、たとえば繊維強化部材２００の延在する方向（軸方向）に移動しながら、筒状部材の中心軸まわりに巻回されることにより第４ＦＲＰ層４としての態様を有している。具体的には、トウプリプレグテープはそのテープ状に延在する方向が、巻回されたトウプリプレグテープの周回方向に（後述するように完全一致はしないがほぼ）沿う方向となるように巻回されている。なお、後述する製造工程においてトウプリプレグテープなどを巻回するための芯材としてマンドレルなどの棒状部材を用いてもよい。
【００５３】
図７を参照して、図６に示す繊維強化部材２００の構成の第１例においては、トウプリプレグテープよりなる第４ＦＲＰ層４の内側にシートプリプレグよりなる第５ＦＲＰ層５が形成され、第５ＦＲＰ層５の内側にはさらに他のシートプリプレグよりなる第６ＦＲＰ層６が巻回されている。したがって図７においては、繊維強化部材２００は、各部材が巻回される方向に交差する方向である径方向に関する内側から外側へ、第６ＦＲＰ層６、第５ＦＲＰ層５、第４ＦＲＰ層４の順に積層された３層構造を有している。言い換えれば、シートプリプレグの、トウプリプレグテープが巻回された表面（外側）と反対側の裏面（内側）に接するように（シートプリプレグにより覆われるように）、シートプリプレグがさらに巻回されている。
【００５４】
なおトウプリプレグテープは、シートプリプレグよりも流動性のかなり高い樹脂材料が含浸されたものである。このためトウプリプレグテープは、シートプリプレグよりも変形量がかなり多く、樹脂粘性のために外力がないときは保形されているが、外力がかかると幅方向および厚み方向に変形しやすい。
【００５５】
図８を参照して、図６に示す繊維強化部材２００の構成の第２例においては、トウプリプレグテープの内側にシートプリプレグが巻回され、トウプリプレグテープの外側にシートプリプレグが巻回されている。したがって図８においては、繊維強化部材２００は、各部材が巻回される方向に交差する方向である径方向に関する内側から外側へ、第５ＦＲＰ層５、第４ＦＲＰ層４、第６ＦＲＰ層６の順に積層された３層構造を有している。言い換えれば、トウプリプレグテープの（外側の）表面を覆うようにシートプリプレグが巻回されている。
【００５６】
図９を参照して、図６に示す繊維強化部材２００の構成の第３例においては、トウプリプレグテープの内側にシートプリプレグが巻回されている。したがって図９においては、繊維強化部材２００は、各部材が巻回される方向に交差する方向である径方向に関する内側から外側へ、第５ＦＲＰ層５、第４ＦＲＰ層４の順に積層された２層構造を有している。
【００５７】
図１０を参照して、図６に示す繊維強化部材２００の構成の第４例においては、図７のシートプリプレグ、シートプリプレグ、トウプリプレグテープの３層構造のさらに外側にシートプリプレグが巻回されており、第６ＦＲＰ層６、第５ＦＲＰ層５、第４ＦＲＰ層４、第７ＦＲＰ層７の合計４層構造となっている。このように繊維強化部材２００は合計４層以上のＦＲＰ層が巻回された構成であってもよい。
【００５８】
図１１を参照して、図６に示す繊維強化部材２００の構成の第５例においては、図８と同様に内側から外側へシートプリプレグ、トウプリプレグテープ、シートプリプレグの順に積層されているが、もっとも外側のシートプリプレグは繊維強化部材２００の径方向に重なるように巻回された構成を有している。その結果、第５ＦＲＰ層５、第４ＦＲＰ層４、および２層の第６ＦＲＰ層６の合計４層構造となっている。このようにして合計４層以上のＦＲＰ層が巻回された構成であってもよい。
【００５９】
以上のように、シートプリプレグの層を複数備える場合、各シートプリプレグの層の繊維方向が任意の複数の方向となるように、互いに異なる方向に配向することができる。これにより、引張り強度の向上や、巻回される径方向の圧縮強度の向上、あるいはねじり強度の向上など、繊維強化部材２００に求められる所望の強度特性を任意に与えることができる。
【００６０】
これらのいずれの例においても、もっとも内側の層の内側は、繊維強化部材２００を形成するために用いられる芯材としてのマンドレルなどが抜き取られることにより中空となっており、シートプリプレグからなる第５ＦＲＰ層５および第６ＦＲＰ層６は筒状領域を有している。
【００６１】
また本実施の形態においては、トウプリプレグテープなどからなるＦＲＰ層が少なくとも２層以上積層されており、その中でも図７〜図９に示すように、トウプリプレグテープは、シートプリプレグの（外側の）表面を覆うように巻回されている。なお、図６においてはシートプリプレグは図示されていない。
【００６２】
図１２を参照して、たとえば図７に示す第１例の繊維強化部材２００では、図６に示す左右方向すなわち筒形状（たとえば円筒形状）の軸方向に沿った方向に関して、互いに隣り合うように巻回されるトウプリプレグテープの１対のループのうちの一方が他方の少なくとも一部の上に重畳されるように巻回されている。つまり図１２に示すトウプリプレグテープの１つのループからなる第４ＦＲＰ層４は、その左側の領域が、その左側に隣り合うトウプリプレグテープの１つのループからなる第４ＦＲＰ層４の一部の上に乗り上げるように配置されている。
【００６３】
図１２においては第４ＦＲＰ層４は２重に重畳（積層）される場合を示している。以下本実施の形態においては、第４ＦＲＰ層４の重畳数がｎの場合はトウプリプレグテープの巻回数がｎであると定義し、このような巻回態様をｎ回巻きと呼ぶこととする。たとえば図１２においては、トウプリプレグテープは「巻回数２」であり、巻回態様は「２回巻き」である。そしてトウプリプレグテープの（テープ自体の）延在する方向が、図１２の上下方向に沿う方向に対して（図の左上から右下に延びるように）傾いた方向となっている。なお、トウプリプレグテープの巻回数ｎは、３以上の多重巻きとしてもよい。
【００６４】
このため図６に示すように、トウプリプレグテープは、そのテープの延在方向が円筒形状の周回方向に完全に沿うわけではなく、巻回されながら円筒形状の軸方向に沿った方向に少しずつずれる分だけ、円筒形状の周回方向に対してやや傾いた方向に（テープ自体の延在方向が）延びるように巻回されている。その結果、トウプリプレグテープは、そのテープ自体の延在する方向に沿うように延びる複数の繊維線１１（図３参照）を有しているが、繊維線１１の延在する方向は、繊維強化部材２００の円筒形状の軸方向に沿った方向に対して斜め方向となるように巻回されている。
【００６５】
次に、トウプリプレグテープからなる第４ＦＲＰ層４の形状を説明する。まず、第４ＦＲＰ層４の厚みについて、図１２を用いて説明する。図１２は、繊維強化部材２００を当該繊維強化部材２００の中心軸に沿って切断して得られる切断面（以下、「軸方向切断面」という。）を表している。
【００６６】
図１２に示すように、２回巻きで第４ＦＲＰ層４を形成した場合、軸方向切断面の第４ＦＲＰ層４においては、トウプリプレグテープが２重に重畳された領域Ｗｓが繰り返し現れる。この重畳領域Ｗｓにおける第４ＦＲＰ層４の厚みの平均値を、第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈとすると、第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈは、軸方向切断面における第４ＦＲＰ層４の厚みの最大値Ｈを第４ＦＲＰ層４の積層数（トウプリプレグテープの巻回数ｎ）で除することにより算出することができる。
【００６７】
すなわち、第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈと、第４ＦＲＰ層４の厚みの最大値Ｈと、第４ＦＲＰ層４の積層数ｎとの間には、
ｈ＝Ｈ／ｎ・・・（１）
の関係が成立する。
【００６８】
次に、第４ＦＲＰ層４の幅について、図１２および図１３を用いて説明する。図１３は、トウプリプレグテープを２回巻きして得られる繊維強化部材２００の表面を表す図である。
【００６９】
図１２を参照して、軸方向切断面の第４ＦＲＰ層４においては、トウプリプレグテープの１ループ分の軸方向のテープ幅Ｗｖが現れる。ここで図１３に示すように、トウプリプレグテープが繊維強化部材２００の中心軸に対して角度θ３（第３角度）で巻回された場合、第４ＦＲＰ層４の軸方向幅Ｗｖと、実際の第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２すなわちトウプリプレグの延在方向に対して垂直な方向での幅Ｗ２との間には、
Ｗ２＝Ｗｖ×ｓｉｎθ３・・・（２）
の関係が成り立つ。
【００７０】
以上より、繊維強化部材２００の軸方向切断面より得られる第４ＦＲＰ層４の厚みの最大値Ｈと、第４ＦＲＰ層４の積層数（トウプリプレグテープの巻回数ｎ）とより、上記（１）式を用いて、第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈが得られる。また、繊維強化部材２００の軸方向切断面より得られる第４ＦＲＰ層４の軸方向幅Ｗｖと、トウプリプレグテープの巻回角度θ３とより、上記（２）式を用いて、第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２が得られる。そして、本発明品においては、繊維強化部材２００の第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２は、繊維強化部材２００の軸方向切断面において確認される第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈの寸法の１００倍以上４００倍以下となっている。
【００７１】
トウプリプレグテープは、繊維強化部材２００を構成するために巻回される際に強い張力を加えられるため厚み方向に押しつぶされながら、軸方向に広がっていく。つまり、巻回時にテープ平均厚みｈが小さくなるように力が加えられ、その結果、図１２に示す軸方向切断面における軸方向テープ幅Ｗｖは大きくなる。
【００７２】
ところで図１４に示すように、シートプリプレグ１６，１７は、細長いテープ状の部材が延びる方向に沿って周回されるトウプリプレグテープ１３（図１５参照）とは異なり、たとえばマンドレルとしての棒状部材８の軸方向であるＸ方向およびそれに直交するＹ方向に広がっているシート状の部材である。
【００７３】
シートプリプレグ１６，１７はたとえばシート状の樹脂と繊維との複合材料により形成されている。たとえばシートプリプレグ１６，１７は、複数の細い繊維線（たとえば炭素繊維のフィラメント）がシート状に並べられたものに樹脂が含浸され、シート状に成形された状態で半硬化されたものである。このシート状の部材がたとえばマンドレルの側面（表面）に巻回されることにより円筒形状を構成している。このため、複数のループにより巻回されるトウプリプレグテープ１３（図１５参照）とは異なり、シートプリプレグ１６，１７は、円筒形状の延在方向に関する全体を単一のシートが占めるように巻回している。したがってシートプリプレグ１６，１７は、円筒形状の延在方向に関して隣り合う複数のループを有さない。
【００７４】
次に、本実施の形態の繊維強化部材２００の製造方法について説明する。ここでは一例として、図７に示す第１例の繊維強化部材２００の製造方法について説明するが、図８〜図１１に示す第２例〜第５例の繊維強化部材２００の製造方法についても、基本的には第１例の繊維強化部材２００の製造方法と同様である。
【００７５】
図１４を参照して、まず形成しようとする繊維強化部材２００の内径に対応した太さを有する、たとえばマンドレルなどの金属（鉄など）製の芯材としての棒状部材８が準備される。この棒状部材８の長手方向の側面に、当該棒状部材８の長さに近い長さの幅を有するシート状のシートプリプレグ１７が巻回される。このときの巻回は、一般公知のシートワインディング法によりなされる。次に、同様の手順により、巻回されたシートプリプレグの表面を覆うように、シートプリプレグ１７と同様の大きさを有するシート状のシートプリプレグ１６が巻回される。以上により、棒状部材８の表面には、シートプリプレグ１７とシートプリプレグ１６とが互いに重なり合うように巻回される。
【００７６】
なお図１４の巻回時には、棒状部材８（に巻かれるシートプリプレグ１６，１７）の表面の全体に均一な力Ｆが加わることにより、当該シートプリプレグ１６，１７が棒状部材８の表面上に押しつけられるように巻回される。
【００７７】
図１５を参照して、次に棒状部材８に巻回された当該シートプリプレグ１６の（外側の）表面を覆うようにテープ状のトウプリプレグテープ１３が、図１５の棒状部材８の一方（たとえば図の左側）の端部から他方（右側）の端部側へ移動するように巻回される。このときトウプリプレグテープ１３には、その延在する方向に強い張力Ｔが加えられながら巻回される。
【００７８】
その時のトウプリプレグテープ１３の巻きつけ角度θ３は、２０°以上８０°以下であることが好ましい。ここで巻きつけ角度θ３とは、トウプリプレグテープ１３が巻回されるシートプリプレグ１６などの円筒形状の軸方向に沿う方向（図１５の左右方向に延びる点線の方向）に対するトウプリプレグテープ１３自体の延在する方向（図１５の斜め方向に延びる点線の方向）の角度を意味する。異なる観点から言えば、繊維強化部材２００を径方向から視たときに、繊維強化部材２００の外周面上において軸方向に沿って延びる中心線（図１３中の破線Ｂ）に対して第４ＦＲＰ層４が成す第３角度θ３は、３０°以上８０°以下である。
【００７９】
仮に上記巻きつけ角度θ３が８０°を上回り、たとえば９０°となれば、トウプリプレグテープ１３は円筒形状の軸方向に移動せずに同一箇所に繰り返し巻回されることになる。また仮に上記巻きつけ角度θ３が２０°を下回り、たとえば０°となれば、トウプリプレグテープ１３は円筒形状の軸方向に沿って延びる方向に巻回され、図１５に示すようにテープが円筒形状の円周方向に沿うように巻回することができなくなる。以上により、上記θ３を３０°以上８０°以下とすることが好ましく、このようにすれば、適切にトウプリプレグテープを巻回することができる。
【００８０】
またトウプリプレグテープ１３は、図１２に示すように円筒形状の軸方向に沿った方向に関して移動しながら複数回巻回される際に、直前に巻回されたループの一部の上に重畳されるように巻回される。この円筒形状の軸方向に関するトウプリプレグテープ１３の巻回ループのピッチ、および円筒形状の軸方向に関する重畳される領域の幅は必ずしも一定でなくてもよい。ただしたとえば棒状部材８の一対の端部において他の領域よりもピッチを狭くし、より多数回の巻回がなされるようにすることがより好ましい。このようにすれば、繊維強化部材２００の端部の強度を一層高めることができる。
【００８１】
トウプリプレグテープ１３（図１５参照）を構成する繊維束は、実施の形態１に係るトウプリプレグテープにおける第１繊維束および第２繊維束と同様に、トウ繊維が拡幅された状態を有している。
【００８２】
トウプリプレグテープは繊維線１１の束に樹脂１２が含浸された状態であって、樹脂１２が未硬化の状態で巻回されることが好ましい。このようにすれば、トウプリプレグテープは非常に柔軟に曲がることができ、滑らかに巻回させることができる。
【００８３】
さらに非常に多数（たとえば繊維の延在方向に交差する断面の直径が５μｍの短繊維を２４０００本集合させた束体）の繊維線１１がその延在する方向に交差する方向（図１２の左右方向）に複数並ぶように配置された状態で樹脂１２が含浸される。
【００８４】
このように拡幅されたトウプリプレグテープは、ほぼ一様に繊維方向が揃っているため、図１５のトウプリプレグテープ１３の巻回の際には、トウプリプレグテープ１３の延在する方向に関してこれを引っ張る方向に高い張力Ｔを加えながら巻回することができる。
【００８５】
この張力Ｔによりトウプリプレグテープは、巻回される前に比べて、図１２に示す軸方向テープ幅Ｗｖが大きく、第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈが小さくなるように押しつぶされた態様で巻回される。
【００８６】
第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈは、上述したようにその全体の厚みの最大値Ｈと第４ＦＲＰ層４の積層数（トウプリプレグテープの巻回数ｎ）との間に
ｈ＝Ｈ／ｎ・・・（１）
の関係がある。その結果、第４ＦＲＰ層４成形後のトウプリプレグテープは、幅Ｗ２が大きくテープ平均厚みｈが小さくなり、幅Ｗ２の寸法はテープ平均厚みｈの寸法の１００倍以上４００倍以下となる。
【００８７】
一例として、たとえば巻回される前の幅の初期値Ｗ0が１０ｍｍであり、厚みｈの初期値ｈ0が０．１５ｍｍであったトウプリプレグテープが、２回巻きで巻きつけ角度θ３が８０°、張力Ｔが９０Ｎの条件で巻回されることにより、幅Ｗｖが１６．２ｍｍで厚みの最大値Ｈが０．１ｍｍ（個々のトウプリプレグテープの平均厚みｈは０．０５ｍｍ）、また幅Ｗ２は１６ｍｍとなった。この場合、幅Ｗ２が厚みｈの３２０倍となる。またトウプリプレグテープの他の例として、巻回される前の幅の初期値Ｗ0が１０ｍｍ、厚みｈの初期値ｈ0が０．１５ｍｍであったトウプリプレグテープが、たとえば２回巻きで巻きつけ角度θ３が６０°、張力Ｔが９０Ｎの条件で巻回されることにより、幅Ｗｖが１４．４ｍｍ、幅Ｗ２が１２ｍｍで厚みの最大値Ｈが０．１５ｍｍとなった。この場合、個々のトウプリプレグテープの平均厚みｈは０．０７５ｍｍとなり、幅Ｗ２が厚みｈの１６０倍となる。
【００８８】
以上により、トウプリプレグテープの繊維束が拡幅されていること、棒状部材８への巻回時にトウプリプレグテープに加えられる張力Ｔとの双方により、第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２が大きく、平均厚みｈが小さくなり、その結果平均厚みｈと幅Ｗ２との比率が１６０以上３２０以下となるように押しつぶされるといえる。ただし張力Ｔの調整や樹脂の選定により上記比率を１００以上４００以下とすることができる。
【００８９】
図１５に示されるように、トウプリプレグテープ１３が棒状部材８の一方の端部から他方の端部まで巻回された後、硬化炉において熱処理される。その後、芯材として用いられた棒状部材８が抜き取られることにより、筒形状であり、第６ＦＲＰ層６、第５ＦＲＰ層５、第４ＦＲＰ層４の順に積層されるように巻回された構成の繊維強化部材２００が形成される。
【００９０】
＜筒状部材の変形例＞
次に、以上の製造方法を用いて形成された繊維強化部材２００の実施例の断面写真について説明する。
【００９１】
図１６および図１７を参照して、これらの写真は、繊維強化部材２００を軸方向に沿って切断した断面写真であり、図７のように第６ＦＲＰ層６、第５ＦＲＰ層５、第４ＦＲＰ層４が積層されるように巻回された構成をとっている。図１６および図１７における左右方向は繊維強化部材２００の延在方向（円筒形状の軸方向）に相当し、図１６における上下方向は繊維強化部材２００の円筒形状の径方向に相当する。なお図１６および図１７の写真のサンプルにおいては、繊維強化部材２００を断面観察するために、繊維強化部材２００の中空部分に断面観察用樹脂１０が充填されている。
【００９２】
図１６に示す筒状部材は、トウプリプレグテープを、巻回ピッチが６．４ｍｍで巻きつけ角度θ３が７０°の条件で２回巻きしており、軸方向切断面に現れる軸方向幅Ｗｖは１２．８ｍｍである。このため第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２は、上記（２）式より１２ｍｍであることがわかる。
【００９３】
図１７を参照して、部分的に互いに隣り合うトウプリプレグテープのループは、第１ループからなる第４ＦＲＰ層４ａの左側の領域上に第２ループからなる第４ＦＲＰ層４ｂが重畳するように巻回されていることがわかる。また、トウプリプレグテープにより成形された第４ＦＲＰ層４の厚みの最大値Ｈは０．１ｍｍとなっているので、第４ＦＲＰ層４の平均厚みｈは０．０５ｍｍとなっている。上記のように幅Ｗ２が１２ｍｍであることから、第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２と平均厚みｈとの比は２４０となる。
【００９４】
図１８を参照して、この写真は、図８のようにシートプリプレグの表面（外側）にトウプリプレグテープが、トウプリプレグテープの表面（外側）にシートプリプレグが積層されるように巻回された構成の繊維強化部材２００の断面写真である。この繊維強化部材２００においても第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２と平均厚みｈとの比が１００以上４００以下となっている。
【００９５】
＜筒状部材の作用効果＞
次に、図１９の比較例を参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。
【００９６】
図１９を参照して、比較例においては、その製造工程において棒状部材８の側面にたとえば炭素繊維からなるフィラメント９が巻回される。なおフィラメント９は複数本巻回されてもよい。
【００９７】
ところがフィラメント９は非常に細いため、高い張力を加えて巻回しようとすれば分断されるなどの不具合が生じ得る。このため張力を加えてフィラメント９を巻回することにより、フィラメント９を押しつぶされた態様とすることが困難であり、さらに個々のフィラメント９の間に隙間が形成されることが避け難い。隣接するループのフィラメント９の間に隙間が形成されれば、その隙間においてＦＲＰ層が配置されず樹脂層のみが存在することになるため、当該部分が衝撃力やせん断変形力に弱くなる。したがって、隙間が形成されないようにするためにはフィラメント９の巻回するピッチを狭くしたり、重ね巻き数を多くする必要が生じ、製造コストの高騰を招く。
【００９８】
次に、たとえば上記のシートプリプレグのみを用いて繊維強化部材２００を形成しようとする場合、巻き始めと巻き終わりの部分に継ぎ目が生じ、その部分はＦＲＰ層が配置されなくなる。この結果、繊維強化部材２００の領域間（継ぎ目とそれ以外の部分）での強度のばらつきが大きい。
【００９９】
そこで本実施の形態においては、拡幅されたトウプリプレグテープが用いられる。トウプリプレグテープは、繊維線１１がトウプリプレグテープの延在方向に揃っているため、非常に高い張力で巻回することができる。さらに、トウプリプレグテープの粘弾性により、トウプリプレグテープを高張力で巻回するとその厚みは薄くなり、かつ幅方向に押し広げられたようになる。そして本発明の発明者は鋭意研究の末、第４ＦＲＰ層４を成形した後の幅Ｗ２の寸法が、第４ＦＲＰ層４の軸方向切断面における１ループ分の平均厚みｈの１００倍以上４００倍以下となる程度に押しつぶされるように、トウプリプレグテープを巻回して第４ＦＲＰ層４を形成することにより、以下に述べるように、繊維強化部材２００の強度を非常に高くすることができることを見出した。
【０１００】
すなわち、第４ＦＲＰ層４の幅Ｗ２と平均厚みｈの寸法との比が１００≦Ｗ／ｈ≦４００の数値範囲に入るようにトウプリプレグテープを巻回することにより、第５ＦＲＰ層５と第４ＦＲＰ層４との密着性が連続的に高められるとともに、第５ＦＲＰ層５と第４ＦＲＰ層４との間の領域の空気層が減らされる。これにより、破壊源となる残留空気を極力なくすことができ、繊維強化部材２００の強度を確実に高めることができる。
【０１０１】
また、トウプリプレグテープを巻回する場合は、シートプリプレグなどのシート状部材を巻回する場合に比べて、材料となる繊維強化樹脂部材同士が重なり合う継ぎ目箇所を、繊維強化部材２００の全体で分散させることができる。このため繊維強化部材２００の各領域間の強度のばらつきを抑制することができ、繊維強化部材２００の局所的な変形や破損を抑制することができる。
【０１０２】
また第４ＦＲＰ層４の表面がその巻回される径方向に押さえつけられるように固定されるので、第４ＦＲＰ層４とその巻回される径方向に関してこれと隣接する第４ＦＲＰ層４とを互いに密着性良く接触させることができる。
【０１０３】
またトウプリプレグテープが幅方向などに広がるように押しつぶされる力を利用して、トウプリプレグテープと巻回方向に関してこれに隣接するたとえばシートプリプレグとの間の領域に残留している空気層をその巻回構造の外部に排出させることができる。上記の空気層はトウプリプレグテープとこれに隣接するＦＲＰ層との密着性を低下させ、各層の界面における層間剥離の原因となる。このため上記の構成により、繊維強化部材２００を構成する複数のＦＲＰ層のそれぞれの間に挟まれた領域に空気が滞留する可能性を低減し、各層間の密着性を向上させ、その信頼性を高めることができる。このことは、図１６〜図１８の写真により明らかであり、本発明に係る繊維強化部材２００においては、各ＦＲＰ層の間または各ＦＲＰ層内には残留する空気層がほとんど確認されない。
【０１０４】
また、幅Ｗ２と平均厚みｈとの比率が上記値となる程度に押しつぶされるようにトウプリプレグテープが高張力Ｔを加えられながら巻回されれば、その下側のシートプリプレグに高い圧力を加えることができる。また巻回される径方向に関する内側のＦＲＰ層内に残存する空気層を減らすことによって、各ＦＲＰ層の破壊源を減少させ、内側のＦＲＰ層と外側のＦＲＰ層との間の密着性を向上させることができる。さらに上記のように空気層の減少によりトウプリプレグテープとこれに隣接するＦＲＰ層との密着性を向上させ、その信頼性を高めることができる。
【０１０５】
図１５に示すようにトウプリプレグテープには、その延在する方向に強い張力Ｔが加えられながら巻回される。このような巻回方法においては、図１４のようにシートプリプレグの全体に力Ｆを加えながら巻回する方法に比べて、当該トウプリプレグテープの下側（内側）に滞留する空気が外部に逃げやすくなる。
【０１０６】
たとえば図１４の方法においては、全長が１２００ｍｍの棒状部材８の全体に２７００Ｎの力Ｆが加えられながらシートプリプレグが巻回される。このとき棒状部材８の単位長さ（１ｍｍ）当たりに加えられる力Ｆは平均して２．２５Ｎ／ｍｍとなる。これに対して図１５の方法においては、幅１０ｍｍのトウプリプレグテープが９０Ｎの張力Ｔにより巻回される。このときトウプリプレグテープの単位長さ（１ｍｍ）あたりに加えられる張力Ｔは平均して９Ｎ／ｍｍとなる。このことからも本実施の形態を用いれば、トウプリプレグテープはより強い力により巻回がされ、結果的に密着性などを向上させることができることがわかる。
【０１０７】
さらに、このため形成される繊維強化部材２００に、棒状部材８としてのマンドレルなどの高精度な円筒形状を転写する（繊維強化部材２００の内径の形状を保持する）ことができるとともに、たとえばトウプリプレグテープとシートプリプレグとの隙間、およびシートプリプレグとシートプリプレグとの隙間の形成を抑制することができる。したがって繊維強化部材２００の表面に段差などが形成される可能性を低減し、繊維強化部材２００の表面をより平坦に（滑らかに）仕上げることができる。
【０１０８】
さらに、形成時の拡幅、および巻回時の高張力Ｔの付加によりトウプリプレグテープが押し広げられることにより、巻回後の繊維強化部材２００においてトウプリプレグテープに含まれる複数の繊維線１１が、部分的に互いに交差するように、局所的に斜め方向に延在するようになる。つまり繊維線１１は、トウプリプレグテープの巻回される方向（周方向）に沿った方向に沿ってのみ延びるもののみならず、当該繊維線１１はところどころ交錯するように幅方向に広げられる。このように繊維線１１が局所的に絡み合うことにより、これがすべて一方向に延びる場合に比べてその全体の強度が大幅に向上する。
【０１０９】
また繊維線１１が斜め方向に延びるようにトウプリプレグテープが広がることにより、トウプリプレグテープが繊維強化部材２００の表面に対してより均一に圧力を加えながら巻回されることが可能となる。これにより、繊維強化部材２００の円筒形状の厚みのばらつきを低減し、その全体の厚みをより均一化することができる。
【０１１０】
次に、本実施の形態においては、トウプリプレグテープが円筒形状の軸方向に沿った方向に関して隣り合う１対のループのうちの一方が他方の少なくとも一部の上に重畳されるように巻回される。これにより、隣り合う１対のループの間に繊維線１１が通らず樹脂１２のみが配置された強度の弱い領域が形成されることが抑制され、繊維強化部材２００全体の強度を高めることができる。また当該繊維強化部材２００は、せん断破壊や衝撃破壊に対して強くなる。
【０１１１】
なおトウプリプレグテープは、複数層巻回されるＦＲＰ層のうち最下層（最も内側の層）として巻回されるよりも、当該最下層よりも上側の層（より外側の層）として巻回されることが好ましい。このようにすれば、トウプリプレグテープは、シートプリプレグまたはフィラメントワインディング法によるフィラメント９の層などを覆うように、強い張力で巻回されることになる。このようにシートプリプレグのシート間のつなぎ目やシート巻回始端、終端部、あるいはフィラメント間など強度の弱い部分を覆うようにトウプリプレグテープが巻回されれば、形成される繊維強化部材２００全体をいっそう補強することができる。これはトウプリプレグテープには強い張力Ｔ（図１５、図１１参照）が付加されるため、トウプリプレグテープが広がって薄くなり、シートプリプレグやフィラメント９などとの密着性が高くなることにもつながる。また上記のトウプリプレグテープは、シートプリプレグの継ぎ目を起点とする破壊の進展を抑制したりすることができる。
【０１１２】
（実施の形態３）
図２０〜図２２を参照して、本実施の形態の繊維強化部材３００は、基本的に実施の形態２の繊維強化部材２００と同様の構成を有しているが、以下の点において異なっている。つまり繊維強化部材３００は、たとえば実施の形態２の図９（第３例）と同様に、円筒形状のシートプリプレグの外側にトウプリプレグテープが巻回された構成を有している。しかし繊維強化部材３００は、シートプリプレグの表面の一部のみ（図２０における左側の領域のみ）を覆うようにシートプリプレグの表面上に巻回されている。すなわち本実施の形態においては、繊維強化部材３００の円筒形状の軸方向に沿った方向に関する全体ではなく、その一部分のみにトウプリプレグテープが巻回されている。
【０１１３】
この点において本実施の形態は、繊維強化部材３００の円筒形状の軸方向に沿った方向のほぼ全体にトウプリプレグテープが巻回される実施の形態２の繊維強化部材２００とは構成が異なっている。しかし他の点において、繊維強化部材３００は基本的に繊維強化部材２００（図９）と同様の構成であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【０１１４】
なお図２０〜図２２においては、実施の形態２の図９（第３例）のトウプリプレグテープがシートプリプレグの表面の一部のみを覆うように巻回された例が示されている。しかしこれに限らず、たとえば実施の形態２の図７，８（第１例、第２例）のトウプリプレグテープがシートプリプレグの表面の一部のみを覆うように巻回されてもよい。
【０１１５】
たとえば図２０の左側の領域のみを補強したい場合など、局所的にシャフトを補強したい場合などに本実施の形態の構成を適用することが好ましい。このようにすれば、全体にトウプリプレグテープを巻回する場合に比べてそのコストを低減しつつ、必要な箇所のみを高効率に補強することができる。
【０１１６】
なお図２０〜図２２においては、シートプリプレグの外側にトウプリプレグテープが巻回された２層構造が示されている。しかし本実施の形態においても部分的にたとえば図７，８のような３層構造が形成されてもよい。また本実施の形態においても部分的にたとえば図１０，６のような４層構造が形成されてもよく、あるいは５層以上の構造としてもよい。
【０１１７】
以上においては本発明の繊維強化部材２００，３００は主に管状部材、例えばゴルフクラブシャフトまたはパイプなどに適用されるものとして説明しているが、これに限らず、たとえば野球用バットの打撃部にも本発明のシャフトを適用可能である。さらに、たとえばピッキングアームロボットのアーム部など、産業用途にまで本発明のシャフトを適用することも考えられる。
【実施例１】
【０１１８】
本実施例においては、実施の形態１に係る繊維強化部材１００の試験片が形成され、その破壊強度等の測定がなされた。
＜試験片＞
実施の形態１を用いた試験片として、図１および図２に示す繊維強化部材１００と同様の構成を有する試験片（考案品）が準備された。具体的には、ポリエチレン製であって、軸方向における長さが６４１ｍｍ、軸方向の中央部の外径が３００ｍｍ、厚みが１０ｍｍであるライナが準備された。次に、繊維密度が１．８ｇ／ｃｍ２であり、外径が７μｍ以上１０μｍ以下であるＰＡＮ系の炭素繊維からなるフィラメントが３６０００本束ねられており、かつ予め樹脂（主剤：ＸＮＲ６８０５）を含浸させたトウプリプレグが準備された。次に、当該トウプリプレグに所定の接圧を印加することにより拡幅された繊維束が、延在方向において張力が印加された状態でライナ上に巻回された。初めに、いわゆるフープ巻により、上記繊維束がライナ上にライナの径方向から視たときにライナの軸方向に垂直な方向に巻回された。フープ巻による巻回数は、２４回とした。続いて、いわゆるヘリカル巻により、上記繊維束がライナ上にライナの径方向から視たときにライナの軸方向に対して略鏡像の関係となるように、かつ第１角度θ１および第２角度θ２がそれぞれ３０度以上６０度以下となるように、巻回された。なお、上記繊維束の巻回方向の切り替えは軸方向の両端部に近い領域上で行った。これにより当該領域上に巻回された繊維束は、第１角度θ１および第２角度θ２が８０度以下となるように巻回された。ヘリカル巻による巻回数は、第１方向に１６回、第２方向に１６回の合計３２回とした。その後、硬化炉において熱処理されて、成形された。熱処理は１３５℃を６時間保持することによりなされた。これにより、ベース部材１を構成する第３ＦＲＰ層と、第３ＦＲＰ層上に交互に積層された第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂとを備える繊維強化部材１００としての試験片（タンク）が形成された。当該試験片において第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの上記Ｗ／ｈ比は、１００であった。当該試験片は、軸方向における長さが８９５ｍｍ、軸方向の中央部の外径が３７０ｍｍであった。また、タンクの筒状領域上における各ＦＲＰ層の厚みは、第３ＦＲＰ層が２０ｍｍ、第１ＦＲＰ層２ａおよび第２ＦＲＰ層２ｂの合計の厚みが１５ｍｍであった。なお、タンクの軸方向における長さは、後述する破裂試験においてタンク内に試験液体を注入するための口金を含んでいる。また、筒状領域上の各ＦＲＰ層は、試験片上に形成された各ＦＲＰ層の厚みの最薄部とした。
【０１１９】
比較例の試験片として、従来のフィラメントワインディング法を用いて試験片（タンク）が形成された。比較例の試験片は、実施例の上記試験片を構成する各材料と基本的に同一材料を用いて形成された。比較例の試験片において、第３ＦＲＰ層、第１ＦＲＰ層および第２ＦＲＰ層は、準備されたトウプリプレグが拡幅されることなく、かつ実施例の試験片の寸法と同一寸法となるように、同等の張力が印加された状態で巻き回されて形成された。そのため、比較例の試験片の第３ＦＲＰ層の積層数、第１ＦＲＰ層および第２ＦＲＰ層の積層数は、いずれも実施例の試験片と比べて少なかった。当該試験片において第１ＦＲＰ層および第２ＦＲＰ層の上記Ｗ／ｈ比は、６０であった。
【０１２０】
なお、上記の実施例および比較例の第３ＦＲＰ層、第１ＦＲＰ層および第２ＦＲＰ層のエポキシ系樹脂の重量含有率は３０％±１％であった。
【０１２１】
＜試験内容＞
上記の各試験片に対し、高圧ガス保安協会の圧縮水素蓄圧器用複合圧力容器に関する技術文書ＫＨＫＴＤ５２０２（２０１４）規格に基づく破裂試験を行った。試験液体（腐食性及び危険性のない液体）は水とした。各試験片のタンクの内部に水を充満させた後、加圧装置を用いて均等な速度で徐々に圧力を加え、各試験片が破裂するまで昇圧した。昇圧速度は約０．１５ＭＰａとした。試験温度は常温とした。各試験片が破裂したときの圧力（破裂圧力）を測定した。
【０１２２】
＜結果＞
比較例の試験片の破裂圧力が２６９ＭＰａであった。これに対し、実施例の試験片の破裂圧力は２８５ＭＰａであった。実施例の試験片は、比較例の試験片と比べて、破裂圧力が大幅に向上していることが確認された。なお、各試験片は、いずれも第１ＦＲＰ層または第２ＦＲＰ層において層間剥離が確認された。
【０１２３】
図２３および図２４は、実施例の試験片において第１ＦＲＰ層および第２ＦＲＰ層の作成に用いたトウプリプレグテープと同様の構成を備えるトウプリプレグテープの外観を光学顕微鏡で観察したときの観察画像である。図２３は、倍率を５０倍としたときの観察画像であり、図２４は、倍率を１００倍としたときの観察画像である。図２３および図２４に示されるように、トウプリプレグテープは一部のフィラメントが他のフィラメントに対して斜交していることが確認された。
【実施例２】
【０１２４】
本実施例においては、パイプとしての繊維強化部材２００の試験片が形成され、その強度等の測定がなされた。
【０１２５】
＜試験片＞
実施の形態２を用いた試験片として、シートプリプレグからなる第６ＦＲＰ層６、第５ＦＲＰ層５と、その表面（外側）を覆うように形成されたトウプリプレグテープからなる第４ＦＲＰ層４とを備える、図７に示す繊維強化部材２００と同様の構成を有する試験片（考案品）が準備された。
【０１２６】
具体的には、考案品を形成するための芯材として、長さが７００ｍｍであり、断面が直径１２．８ｍｍの円形状を有する棒状部材８が用いられた。そしてその表面上に１層目（内側の層）として、繊維密度が１．８ｇ／ｃｍ２であり、外径が７μｍ以上１０μｍ以下である炭素繊維からなるフィラメントが３６０００本束ねられており、かつ予め樹脂（主剤：ＸＮＲ６８０５）を含浸させたシートプリプレグが巻回された。その巻回前の厚みは０．２ｍｍであり、そこに延びる繊維線の延在する方向が、棒状部材８の延在する方向に沿う方向に対してなす角度（図１５の巻きつけ角度θ３）が４５°となるように巻回された。
【０１２７】
またその１層目の上に、１層目を構成するトウプリプレグと同素材でありかつ同厚みであるシートプリプレグが巻回された。ただしこの２層目のシートプリプレグは、そこに延びる繊維線の延在する方向が、棒状部材８の延在する方向に沿う方向に対してなす角度（図１５の巻きつけ角度θ３）が−４５°（つまり１層目のシートプリプレグの繊維線の延在する方向に対してなす角度が９０°）となるように巻回された。なおシートプリプレグは２７００Ｎの力で押圧した。
【０１２８】
次に上記２層目のシートプリプレグの表面を覆うように３層目（外側の層）として、トウ繊維を拡幅させエポキシ系樹脂を含浸したトウプリプレグテープが巻回された。該トウ繊維は、繊維密度が１．８ｇ／ｃｍ２であり、外径が７μｍ以上１０μｍ以下であるＰＡＮ系の炭素繊維からなるフィラメントが３６０００本束ねられたものとした。巻回前のトウプリプレグテープ自体の延在方向に交差する幅は１０ｍｍであり、その巻回前の厚みは０．１５ｍｍであった。またトウプリプレグテープの繊維線の延在する方向が、棒状部材８の延在する方向に対してなす角度（図１５の巻きつけ角度θ３）が８０°となるように２回巻きにより巻回された。なおこのときのトウプリプレグテープの張力は９０Ｎであった。トウプリプレグテープが巻回される、円筒形状の軸方向に関して隣り合う１対のループ同士のピッチは８．０ｍｍであり、隣り合う１対のループ同士の（巻回後の）重ねしろは８ｍｍとなっている。巻回後のトウプリプレグテープ自体の延在方向に交差する幅は１６ｍｍとなった。
【０１２９】
以上のように形成された本考案品においては、軸方向テープ幅Ｗｖが１６．２ｍｍとなり、上記式（２）よりＷは１６ｍｍとなった。また個々のトウプリプレグテープの平均厚みｈは０．０５ｍｍ（第４ＦＲＰ層の厚みの最大値Ｈが０．１ｍｍ）となり、従って本考案品のＷ／ｈの値は３２０となった。
【０１３０】
一方、上記考案品に対する比較用の試験片（比較品）は以下のように、図７のトウプリプレグテープの代わりにシートプリプレグ（図示されず）が巻回されたような態様のものとして準備された。まず比較品を形成するための芯材として、長さが７００ｍｍであり、断面が直径１２．６ｍｍの円形状を有する棒状部材８が用いられた。そしてその表面上に１層目（内側の層）として、上記本考案品の１層目を構成するトウプリプレグと同等の構成を有するシートプリプレグが巻回された。その巻回前の厚みは０．２ｍｍであり、そこに延びる繊維線の延在する方向が、棒状部材８の延在する方向に対してなす角度（図１５の巻きつけ角度θ３）が４５°となるように巻回された。
【０１３１】
またその１層目の上に、１層目を構成するトウプリプレグと同素材でありかつ同厚みであるシートプリプレグが巻回された。ただしこの２層目のシートプリプレグは、そこに延びる繊維線の延在する方向が、棒状部材８の延在する方向に対してなす角度（図１５の巻きつけ角度θ３）が−４５°（つまり１層目のシートプリプレグの繊維線の延在する方向に対してなす角度が９０°）となるように巻回された。
【０１３２】
次に上記２層目のシートプリプレグの表面を覆うように３層目（外側の層）として、考案品の第３層を構成するトウプリプレグと同繊維で構成されたシートプリプレグ（図示なし）が巻回された。その巻回前の厚みは０．１５ｍｍであり、そこに延びる繊維線の延在する方向が、棒状部材８の延在する方向に沿う方向に対してなす角度（図１５の巻きつけ角度θ３）が９０°となるように２回巻きされた。なおシートプリプレグ、シートプリプレグおよびその外側のシートプリプレグ（図示なし）を２７００Ｎの力で押圧した。
【０１３３】
なお、上記の考案品および比較品を構成する１層目（内側の層）、２層目(中間の層）および３層目（外側の層）のいずれの繊維層についても、その繊維層に含まれるエポキシ系樹脂の重量含有率は３５％±５％であった。
【０１３４】
以上のように巻回された各試験片が、ポリプロピレンテープによるラッピング巻きがなされることによりその形状が保持された。このときの巻き張力は５０Ｎとした。その後、硬化炉において熱処理されることにより、成形された。熱処理は１３５℃を６時間保持することによりなされた。以上により試験片（考案品および比較品）が形成された。
【０１３５】
＜試験内容＞
次に上記の各試験片に対する強度の測定試験について説明する。強度の測定は、島津製作所製の３点曲げ試験機を用いてなされた。具体的には図２５を参照して、１対の支点Ｓの間の距離ａが６００ｍｍであり、１対の支点Ｓの中央に圧子Ａが設置された（つまり１対の支点Ｓのそれぞれから圧子Ａまでの距離ｂが３００ｍｍとなるように設置された）設備が準備された。その設備における１対の支点Ｓに支持されるように、試験片である繊維強化部材２００（考案品および比較品の双方を含む）がセットされた。
【０１３６】
圧子Ａから下向きに荷重Ｆが印加されることにより繊維強化部材２００が曲げ破壊を起こす。その破壊部の直径および内径をノギスで５か所ずつ測定し、その平均外径Ｄ、平均内径ｄ、最大破壊荷重Ｐ、最大破壊変位ｘから、材料力学の以下の数式を用いて、圧子Ａの直下における繊維強化部材２００の曲げ破壊応力σおよび破壊時の最大曲げ歪εが算出された。
【０１３７】
σ＝（ｂ＊Ｐ／２）／［（Ｄ4−ｄ4）＊π／Ｄ／３２］……（３）
ε＝（ｘ＊Ｄ）／（ｂ2＋ｘ2）……（４）
なお考案品、比較品ともにサンプルが３つずつ用意され、それぞれに対して同様の試験がなされた。その結果を以下の表１および表２、および図２６に示す。
【０１３８】
＜結果＞
【０１３９】
【表１】
0006757581.tif 000002
【０１４０】
【表２】
0006757581.tif 000003
【０１４１】
表１および表２、および図２６を参照して、これらのデータより、本実施の形態のトウプリプレグテープを適用した考案品の方が、これを適用しない比較品よりも、最大曲げ歪および曲げ破壊応力のいずれにおいても大きくなっており、強度が改善していることがわかった。
【０１４２】
なお比較品の厚みの平均は０．６１３ｍｍであるのに対し、考案品の厚みの平均は０．５１８ｍｍである。つまり考案品の厚みの平均は比較品の厚みの平均に比べて約０．１ｍｍ薄くなっている。これは考案品においてはトウプリプレグテープが大きな張力を加えることにより締め付けられるように巻回されたことに起因する。
【０１４３】
このように考案品の方が比較品よりも薄いにもかかわらず、考案品の方が比較品よりも強度が改善した。このことから、仮に考案品と比較品との厚みが同じであれば、考案品の方が比較品に比べて上記よりもさらに強度が向上するものと考えられる。
【０１４４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明は、中空の筒状領域を有する繊維強化部材に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【０１４６】
１  ベース部材、２，２ａ，２ｂ，３，４，４ａ，４ｂ，５，６，７  ＦＲＰ層、２ａ  第１ＦＲＰ層、２ｂ  第２ＦＲＰ層、３  第３ＦＲＰ層、４  第４ＦＲＰ層、５  第５ＦＲＰ層、６  第６ＦＲＰ層、７  第７ＦＲＰ層、８  棒状部材、９  フィラメント、１０  断面観察用樹脂、１１  繊維線、１１ａ  第１繊維束、１１ｂ  第２繊維束、１１ｃ  第１延在部、１１ｄ  第１斜交部、１１ｅ  第２延在部、１１ｆ  第２斜交部、１２  樹脂、１２ａ  第１樹脂部、１２ｂ  第２樹脂部、１３  トウプリプレグテープ（テープ状部材）、１６，１７  シートプリプレグ、１００，２００，３００  繊維強化部材。
【図１】
0006757581.tif 000004
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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