(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも凸部を有する凸型と、凹部と非凹部を有する凹型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、凸型と凹型の間に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置し、凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めを行うコールドプレス成形による、前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有し、井戸状部に不規則形状箇所が無く、井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無い繊維強化複合材料成形体の製造方法であって、
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の凹型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たし、
板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑは、板状成形材料Ｑの少なくとも一部が板状成形材料Ｐと重なり、かつ、板状成形材料Ｐが凹型側、板状成形材料Ｑが凸型側となるよう凸型と凹型の間に配置され、
板状成形材料Ｑの量は、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量であり、
板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍である、製造方法。
【請求項２】
成形型の凸型が上型であり、成形型の凹型が下型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは成形型の下型に、少なくともその一部が非凹部に接するよう配置され、板状成形材料Ｑは、下型の凹部の上方にて板状成形材料Ｐと少なくとも一部が重なるように配置される、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
板状成形材料Ｐが、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものである請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
成形型の凸型が下型であり、成形型の凹型が上型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され、
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは、その少なくとも一部が板状成形材料Ｑと重なるように、板状成形材料Ｑに載置されることにより下型の凸部の上方に配置され、
板状成形材料Ｑは、下型の凸部に、板状成形材料Ｐとその少なくとも一部が重なるように配置される、請求項１記載の製造方法。
【請求項５】
板状成形材料Ｐが、上型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものである請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖが１０５〜４００％である請求項１〜５のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項７】
板状成形材料Ｐが孔、切れ込み、またはその両方を有するものであり、その板状成形材料Ｐを、成形型を型締めした時に、板状成形材料Ｐの孔、切れ込み、またはその両方が凹型の凹部に接するように成形型に配置する請求項１〜６のいずれか１つに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形体に関わるものである。本発明の繊維強化複合材料成形体は、自動車の構造部材等に好適に使用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、機械分野において、熱可塑性樹脂と、炭素繊維などの不連続強化繊維を含む成形体が注目されている。これら成形体は成形体内である程度の繊維長の不連続強化繊維が分散されているため、引張弾性率や引張強度、耐衝撃性などに優れており、自動車等の構造部材などに検討されている。これら成形体の製造方法としては、熱可塑性樹脂と不連続強化繊維を含む成形材料（以下、ＦＲＴＰ成形材料と略する場合がある）をその軟化温度以上の温度にしてから、当該軟化温度未満の温度にされた成形型に配置してプレス成形する、いわゆるコールドプレス成形が、生産性に優れ好ましい。
【０００３】
自動車構造部材などには、中空で底付きの、比較的深めの凹状部（井戸状部、または深絞り部などと称される）を有するものもある。そのような井戸状部を有する部材の製造方法としては、成形しやすい形状の構成部位毎に成形した後、それら構成部位を接合して目的の部材とする方法が挙げられる。しかし、この方法では、構成部位を接合した箇所がウェルド部となり、当該箇所の強度が低めにならざるを得ない。そのような課題に対して、１枚の成形材料をプレスし、その一部分を深めの成形型キャビティに押し込み、井戸状部を有する成形体を得る深絞り加工が好ましい方法として知られている。特に、金属材料の深絞り加工については、既に技術が確立され実用化に至っていると言える。
金属材料の深絞り加工に倣い、ＦＲＴＰ成形材料をプレス成形することにより、井戸状部を有する成形体を製造することが試みられてきた。
【０００４】
一般的に、ＦＲＴＰ成形材料は、常温〜溶融温度時の引張破断伸度が小さいため、井戸状部などを有する成形体をコールドプレス成形により作成する際、ＦＲＴＰ成形材料が引き込まれる事により皺が発生する傾向にある。更に、発生した皺をコールドプレス成形する際に潰そうとしても、ＦＲＴＰ成形材料にかかる圧力が均一にならないために、得られる成形体に厚みムラや、ボイド等の欠陥などが発生する傾向にある。上記の、ＦＲＴＰ成形材料をプレス成形して井戸状部を有する成形体を得る場合の皺や厚みムラ、ボイドの問題は、強化繊維を含まない、ニートの熱可塑性樹脂で同様の成形を行う場合よりも極めて顕著に発生する。
【０００５】
上記ＦＲＴＰ成形材料は、主に板状の形態にてプレス成形に用いられる、井戸状部等の凹凸を有した成形品を製造する場合、上記皺の発生部位では製品肉厚が厚くなり、凹み部では材料自体が引伸ばされ薄くなるため、成形品全ての部位について設計値から許容差内の肉厚の成形品を得ることはできなかった。特に、ＦＲＴＰ成形材料をプレス成形して、井戸状部の肉厚が設計値から許容差内の成形体を得ることは極めて困難であった。
上記のような、ＦＲＴＰ成形材料から、井戸状部を有する成形体を製造する際の問題を解決する方法についても検討が行われている。
【０００６】
特許文献１には、炭素繊維間の空隙によるボイドの発生を防止して、物性低下や表面凹凸のない繊維強化樹脂成形体を製造する方法が示されており、当該方法により、原料シートからの変形が著しいコーナー部分等の表面性も良好な深絞り樹脂成形体が得られるとされている。
特許文献２には、角度９０度以下の頂部を有する深絞り形状の繊維強化プラスチックの成形品をプレス成形により良外観かつ高い生産性の下に得る方法が示されている。
特許文献３には、熱可塑性樹脂被覆補強繊維束をクロス、あるいは組布の形態にした後、クロスあるいは組布の樹脂の被覆は残し補強繊維束をのみを切断することによって、含浸性に優れ、しかも強度があり、複雑な形状や深絞りの必要な形状の成型体を製造することができる熱可塑性樹脂成形材料が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２３０５７９号公報
【特許文献２】特開２０１３−３１９９８号公報
【特許文献３】特開平１１−１８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１に記載の成形方法では、繊維層と熱可塑性樹脂層が別々に設けられているため、最初から炭素繊維と熱可塑性樹脂が複合した材料に用いる事はできず、作業効率が低下し、汎用性に劣る。特許文献２に記載の方法では、特殊な成形型を用いる必要性があり、成形型を自由に設計できない。特に、特許文献２の成形方法は、成形体の井戸状部だけでなく、井戸状部の開口部周辺の縁部（面状部）の寸法まで限定されているに等しく、需要に応じた様々な形状の成形体を提供できる方法とは言い難い。特許文献３に記載の繊維の切断方法では、繊維の分布ムラの低減が目的であり、成形時の皺の発生による欠陥の改善は十分でない。
【０００９】
井戸状部と面状部を有する成形体については、コストダウンや要求特性等の為に、面状部と、井戸状部を別の熱可塑性樹脂系材料からなるものにしたい場合があるが、上記の従来技術には、そのような需要は考慮されていない。
【００１０】
更に、本発明者らは、井戸状部と面状部を有する成形体は、それら井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無いものであると、多くの用途において充分な強度を有するものとなり好ましいことを見出した。しかし、井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無い繊維強化複合材料成形体であって、強化繊維が不連続強化繊維であるものについて、従来技術では着目されていなかった。ウェルド部（ウェルドライン、ウェルド痕とも言われる）とは、樹脂を成形する際、成形型キャビティ―内にて溶融樹脂の複数の流れが起こり、その流れが合流することにより、得られる成形体に生じる、強度が局所的に低い線状の痕跡である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料からなる部位を有する繊維強化複合材料成形体（以下、ＦＲＣＭ成形体と略することがある）であって、外観や強度において優れ、井戸状部と面状部とを有するＦＲＣＭ成形体、および当該ＦＲＣＭ成形体を高い生産性にて製造する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
〔１〕
少なくとも凸部を有する凸型と、凹部と非凹部を有する凹型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、凸型と凹型の間に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置し、凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めを行うコールドプレス成形による、前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有し、井戸状部に不規則形状箇所が無く、井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無い繊維強化複合材料成形体の製造方法であって、
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の凹型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たし、
板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑは、板状成形材料Ｑの少なくとも一部が板状成形材料Ｐと重なり、かつ、板状成形材料Ｐが凹型側、板状成形材料Ｑが凸型側となるよう凸型と凹型の間に配置され、
板状成形材料Ｑの量は、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量であり、
板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍である、製造方法。
〔２〕
成形型の凸型が上型であり、成形型の凹型が下型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは成形型の下型に、少なくともその一部が非凹部に接するよう配置され、板状成形材料Ｑは、下型の凹部の上方にて板状成形材料Ｐと少なくとも一部が重なるよう
に配置される、〔１〕記載の製造方法。
〔３〕
板状成形材料Ｐが、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものである〔２〕に記載の製造方法。
〔４〕
成形型の凸型が下型であり、成形型の凹型が上型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され、
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは、その少なくとも一部が板状成形材料Ｑと重なるように、板状成形材料Ｑに載置されることにより下型の凸部の上方に配置され、
板状成形材料Ｑは、下型の凸部に、板状成形材料Ｐとその少なくとも一部が重なるように配置される、〔１〕記載の製造方法。
〔５〕
板状成形材料Ｐが、上型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものである〔４〕に記載の製造方法。
〔６〕
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖが１０５〜４００％である〔１〕〜〔５〕のいずれか１つに記載の製造方法。
〔７〕
板状成形材料Ｐが孔、切れ込み、またはその両方を有するものであり、その板状成形材料Ｐを、成形型を型締めした時に、板状成形材料Ｐの孔、切れ込み、またはその両方が凹型の凹部に接するように成形型に配置する〔１〕〜〔６〕のいずれか１つに記載の製造方法。
本発明は上記〔１〕〜〔７〕に関するものであるが、本明細書にはその他の事項についても参考のため記載した。
【００１３】
１．  井戸状部と面状部とを有する繊維強化複合材料成形体であって、
井戸状部は、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなり、面状部は熱可塑性樹脂系材料からなり、井戸状部に不規則形状箇所が無く、井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無い繊維強化複合材料成形体。
２．  前記井戸状部は空洞を有し、前記面状部は該空洞に連なる開口部を有する上記１．に記載の繊維強化複合材料成形体。
３．  前記面状部において、前記境界辺の近傍に、前記井戸状部から前記繊維強化複合材料Ｃが層状に延在している上記１．または２．に記載の繊維強化複合材料成形体。
４．  前記面状部において、前記境界辺の近傍に、前記井戸状部から前記繊維強化複合材料Ｃが、前記境界辺からの長さＫにわたって層状に延在しており、該長さＫが前記境界辺の近傍の面状部厚みｔに対し３倍以上１００倍以下である上記１．〜３．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
５．  前記面状部の開口部の孔面積と同じ面積の円の直径φ／２≦前記井戸状部の空洞の深さＥである上記２．〜４．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
６．  井戸状部の外表面積が６００ｍｍ２以上である上記１．〜５．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
７．  前記境界辺の近傍の面状部厚みｔに対する井戸状部の肉厚ｔ’の比ｔ’／ｔが０．２〜８．０の範囲にある上記１．〜６．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
８．  不連続強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、玄武岩繊維からなる群より選ばれる１つ以上の強化繊維で重量平均繊維長１００ｍｍ以下のものである上記１．〜７．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
９．  井戸状部の引張破断伸度εｖ（％）と、井戸状部の開口部の出口端の開口距離Ｌ’と、該開口距離間の井戸状部の外沿面長Ｄ’とが、Ｄ’−Ｌ’×εｖ／１００＞０を満たす、上記１．〜８．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
１０．  井戸状部の引張破断伸度εｖが１０５〜４００％である、上記１．〜９．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
１１．  少なくとも凸部を有する凸型と、凹部と非凹部を有する凹型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、
凸型と凹型の間に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置し、
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして型締めを行い、
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の凹型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たし、
板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑは、板状成形材料Ｑの少なくとも一部が板状成形材料Ｐと重なり、かつ、板状成形材料Ｐが凹型側、板状成形材料Ｑが凸型側となるよう凸型と凹型の間に配置され、
板状成形材料Ｑの量は、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量であり、
板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍である、コールドプレス成形により得られたものである上記１．〜１０．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
１２．  少なくとも凸部を有する凸型と、凹部と非凹部を有する凹型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、凸型と凹型の間に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置し、凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めを行うコールドプレス成形による、上記１．〜１１．のいずれか１項に記載の前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有する繊維強化複合材料成形体の製造方法であって、
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の凹型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たし、
板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑは、板状成形材料Ｑの少なくとも一部が板状成形材料Ｐと重なり、かつ、板状成形材料Ｐが凹型側、板状成形材料Ｑが凸型側となるよう凸型と凹型の間に配置され、
板状成形材料Ｑの量は、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量であり、
板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍である、製造方法。
１３．  成形型の凸型が上型であり、成形型の凹型が下型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され、
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは成形型の下型に、少なくともその一部が非凹部に接するよう配置され、
板状成形材料Ｑは、下型の凹部の上方にて板状成形材料Ｐと少なくとも一部が重なるように配置される、上記１２．記載の製造方法。
１４．  板状成形材料Ｐが、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものである上記１３．に記載の製造方法。
１５．  成形型の凸型が下型であり、成形型の凹型が上型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され、
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは、その少なくとも一部が板状成形材料Ｑと重なるように、板状成形材料Ｑに載置されることにより下型の凸部の上方に配置され、
板状成形材料Ｑは、下型の凸部に、板状成形材料Ｐとその少なくとも一部が重なるように配置される、上記１２．記載の製造方法。
１６．  板状成形材料Ｐが、上型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものである上記１５．に記載の製造方法。
１７．  板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖが１０５〜４００％である上記１２．〜１６．のいずれか１つに記載の製造方法。
１８．  板状成形材料Ｐが孔、切れ込み、またはその両方を有するものであり、その板状成形材料Ｐを、成形型を型締めした時に、板状成形材料Ｐの孔、切れ込み、またはその両方が凹型の凹部に接するように成形型に配置する上記１２．〜１７．のいずれか１つに記載の製造方法。
【００１４】
参考の為、ここに、
少なくとも凸部を有する上型と、凹部と非凹部を有する下型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、下型に、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置した後に、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作を行いコールドプレス成形するにおいて、以下ｉ’’）〜ｉｉ’’）
ｉ’’）  板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、下型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の下型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たす
ｉｉ’’）  板状成形材料Ｑが、コールドプレス成形の際に成形型と接触することにより生じる張力を緩和する構造（張力緩和構造）を有する。
の条件を満たすことを特徴とする、前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と、同じ繊維強化複合材料Ｃである熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有する、言い換えるなら、井戸状部および面状部のいずれもが前記繊維強化複合材料Ｃからなるものである上記１．〜１１．のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料成形体の製造方法の発明も開示される。
【００１５】
更に、参考の為、ここに
上型と、下型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置した後に、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作を行いコールドプレス成形して繊維強化複合材料成形体を製造するにおいて、板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑの一部を、材料Ｐと材料Ｑとの重なり長さ／得られる繊維強化複合材料成形体における重なり部の厚み≧３となるよう重ねて成形型に配置する、繊維強化複合材料成形体の製造方法の発明も開示される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の繊維強化複合材料成形体は、外観や強度において優れ、同じ寸法・形状の金属成形体よりも極めて軽量であり、形状や材料の自由度が高く、低コストで製造可能であり、各種の部材、部品、自動車構造部材に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
各図面において、説明のために、便宜上、手前と奥が開放された成形型のように描かれているものがあるが、対向成形型（図面の場合は上型）が合わさった際には、成形型が密閉可能なキャビティとなっていても良い。
【図１】本発明の井戸状部と面状部とを有するＦＲＣＭ成形体の一例を示す概略図である。
【図２】図２Ａは本発明の井戸状と面状部を有するＦＲＣＭ成形体の一例を示す概略図である。図２Ｂは、本発明の井戸状部と面状部を有するＦＲＣＭ成形体の一例を示す断面図である。図２Ｃは本発明における井戸状部の投影面積（井戸状部の底面方向へ投影したもの）を模式的に表した図である。
【図３】本発明の井戸状部と面状部を有するＦＲＣＭ成形体の一例を示す平面図である。
【図４】図３における、α−α’方向の断面方向から見た、本発明の井戸状部と面状部を有する成形体の一例を示す側面図である。
【図５】図５Ａ１〜図５Ａ５は、コールドプレス成形における型締め操作とそれにより得られる成形体の一例を示す概略図である。図５Ｂ、図５Ｃは、図５Ａ２の点線部分の拡大図であり、成形材料に切れ込みを入れた一例を示す概略図である。
【図６】図６Ａ、図６Ｃは、孔を有する板状成形材料を用いて行うプレス成形の模式図である。図６Ｂおよび図６Ｄは、それぞれ、図６Ａ及び図６Ｃで示されるプレス成形で用いられる、孔を有する板状成形材料の概略図である。図６Ｅは孔を有する板状成形材料と、別の板状成形材料とを積層して行うプレス成形の模式図である。図６Ｆは、図６Ｅで示されるプレス成形で用いられる、円形の孔を有する板状成形材料である。
【図７】図７Ａ、図７Ｂは引張破断伸度εｖの測定を表す模式図である。
【図８】開口部が２段となった成形体の一例を示す側面図である。
【図９】図９Ａはコールドプレス成形に関して、２枚の板状成形材料の一部を重ねて用いる場合の、それら板状成形材料の重なり長さを示す模式図であり、その図９Ａと、そのコールドプレス成形にて得られた成形体において、板状成形材料の重なり長さに相当する箇所を示す模式図が図９Ｂである。
【図１０】本発明における製造方法を用いて得られた成形体（一例）の断面図であって、開口部の出口端の投影距離Ｌと、該投影距離間の沿面長Ｄとの関係を示した模式図である。
【図１１】本発明における製造方法を用いて得られた成形体（一例）の断面図であって、開口部の出口端の投影距離Ｌと、該投影距離間の沿面長Ｄとの関係を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。
［１］井戸状部と面状部とを有する繊維強化複合材料成形体
本発明は、井戸状部と面状部とを有する繊維強化複合材料成形体であって、
井戸状部は、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなり、面状部は熱可塑性樹脂系材料からなり、井戸状部に不規則形状箇所が無く、井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無い繊維強化複合材料成形体である。
【００１９】
［井戸状部］
本発明における井戸状部とは、ＦＲＣＭ成形体において、深絞り形状などに代表される凹及び／又は凸形状の部位であり、井戸状部が突き出る向きや個数については、成形体の用途に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。
図２Ｂの１３に例示される井戸状部の底面は、円や多角形の平面状、半球状、錐状、多角形状などを用いる事ができるが、これらに限らず、任意の複雑形状でもよい。井戸状部の壁面は平行であっても非平行であってもよい。立面は垂直でも斜めでも良い。底面に穴があっても良い。多段形状でも良い。図２Ｃの１２に例示される、井戸状部の投影形状は、円形、楕円系、三角形、四角形、多角形などを用いる事ができるが、これらに限らず任意の複雑形状でもよい。凸形状の部位でも良いと記載したとおり、井戸状部といっても、成形体の使用時の形態等において、必ずしも下方向に突き出ているとは限らず、上方向や横方向に突き出ていてもよい。上方向に突き出ている井戸状部は塔状部とも言え、上記にて井戸状部の底面と述べたものは塔状部の天面ということもできる。
【００２０】
本発明のＦＲＣＭ成形体における井戸状部は、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃ（以下、材料Ｃと略記する場合がある）からなる。これら不連続強化繊維、および熱可塑性樹脂として好ましいものについては後に述べる。当該材料Ｃにおける、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂の組成についても、強化繊維体積割合として後に述べる。当該材料Ｃは、後記の“その他の剤”を含むものであってもよい。
本発明のＦＲＣＭ成形体における井戸状部は、外表面積が６００ｍｍ２以上であると多くの用途で有用な場合が多いので好ましく、２０００ｍｍ２以上であるとより好ましく、５０００ｍｍ２以上であるとより一層好ましい。井戸状部は、外表面積の上限値に特に制限は無いが、１５００００ｍｍ２以下であると好ましく、８００００ｍｍ２以下であるとより好ましく、２００００ｍｍ２以下であるとより一層好ましい。ここで言う井戸状部の外表面積とは、井戸状部をその突き出ている側から見た外表面の面積を言い、井戸状部を空洞側から見た内表面の面積は含まない。
【００２１】
［面状部］
本発明における面状部とは、ＦＲＣＭ成形体において、井戸状部に続く面状の部分であり、例えば、井戸状部の開口部周辺の縁部とそこから広がる部分であり、ただし、別の井戸状部とはなっていない部分である。面状部は、平面状に限らず、曲面状や波面状などでもよく、斜面や段差を有するものであってもよく、薄板状でも、厚い塊状でもよく、シボやリブ、穴等の装飾があっても良い。
【００２２】
本発明のＦＲＣＭ成形体における面状部は、熱可塑性樹脂系材料からなる。これら熱可塑性樹脂系材料にふくまれる熱可塑性樹脂として好ましいものについては後に述べる。熱可塑性樹脂系材料は、強化材を含まない熱可塑性樹脂そのもの、いわゆるニート樹脂であっても良いが、各種の強化材を含むものであってよく、強化材として無機繊維、有機繊維、またはこれらの混合物である強化繊維を含むものであっても良く、それら強化繊維は、不連続強化繊維、連続繊維が一方向に引き揃えられたもの、織物、編み物、またはこれらの組み合わせであってもよい。つまり、熱可塑性樹脂系材料は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料であってもよく、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料であってもよく、材料Ｃと同じものであっても良い。面状部を構成している熱可塑性樹脂系材料が、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料である場合、それらの好ましい種類や組成などは、井戸状部を構成している材料Ｃについて記載しているものと同様である。
本発明のＦＲＣＭ成形体における面状部は、一部がニート樹脂で他の部分が繊維強化複合材料であってもよく、一部がある繊維強化複合材料であって他の部分が別の種類の繊維強化複合材料であっても良い。
熱可塑性樹脂系材料は、後記の“その他の剤”を含むものであってもよい。
【００２３】
［不規則形状箇所］
本発明における不規則形状箇所とは、不規則な皺、凹凸、湾曲、裂け目、穴、ウェルド痕、厚み変化、強化繊維の突出など、設計にはない意図しない形状を指し、いわゆる成形不良個所である。成形型面転写の低下による成形体表面の部分的な異質化、つまりがさつきや質感の違い、などは、不規則形状箇所に準ずるものであり、本発明のＦＲＣＭ成形体では許容される場合もあるが、不規則形状とみなされるべきものもあり、当然無い方が好ましい。ここでいう不規則形状には、上記のような成形体の外観観察によるものだけでなく、成形体断面の顕微鏡観察で確認される多数のボイドや井戸状部と面状部の境界辺におけるウェルド痕等も含む。本発明のＦＲＣＭ成形体に関して、断面観察で確認されるボイドが不規則形状を見なされない程度としては、ボイド率が３０％以下であると好ましく、７％以下であるとより好ましく、１％以下であると更に好ましい。このボイド率は、ＦＲＣＭ成形体の断面を光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察し、ボイドの存在面積を試料の断面の観察部分面積で除した値を百文率にて表したものが好ましい。ボイド率を求める手順として好ましい一例を以下に示す。
【００２４】
・  １つのＦＲＣＭ成形体を、井戸状部を中心に略線対称となるよう２つにカットし、いずれか一方を試料とする。
・  その試料の断面の井戸状部から重なり部にかけての箇所を、電子顕微鏡にて不作為に適当な点数観察して、ボイドがあったならその面積を求める。
・  試料断面の観察箇所の面積を求め、１００×ボイド面積／試料断面の観察箇所の面積を算出する。
【００２５】
上記の重なり部とは、ＦＲＣＭ成形体の成形時に、金型において板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑとが重なっていた部分に起因する、層状構造が確認される部分を言う。
ＦＲＣＭ成形体の断面を顕微鏡観察する際、予め断面をサンドペーパーで研磨し、更にバフ研磨して鏡面仕上げすることが好ましい。断面を顕微鏡観察する際、倍率は適宜設定してよく、一例として１００倍が挙げられる。
【００２６】
ボイド率の測定に関して、勿論、試料断面の全面を顕微鏡で観察し、全てのボイドの面積を求め合計して計算に用いるのが好ましいが、上記のように適当な点数、例えば２０以上の箇所を観察しても好ましい。例えば、試料断面に関し２０箇所を顕微鏡観察および写真測定し、その写真２０枚からボイド率を求める場合、ボイド率＝１００×（写真２０枚で観察されたボイドの面積合計／写真２０枚で試料断面が写っている面積合計）との式にて当該試料のボイド率を計算することができる。
上記のボイド率は、測定方法から明らかなように面積ボイド率であるが、本発明に関してはボイド率として体積ボイド率を用いても良い。
本発明のＦＲＣＭ成形体は、井戸状部に不規則形状箇所が無いものであるが、勿論、面状部にも不規則形状箇所が無いものが好ましい。
【００２７】
［井戸状部と面状部の関係］
本発明のＦＲＣＭ成形体は、井戸状部と面状部との境界辺にウェルド部が無いことを特徴とする。井戸状部と面状部との境界辺とは、井戸状部と面状部とが交わっている辺部である。
本発明のＦＲＣＭ成形体の井戸状部は空洞を有するものであると好ましく、更に、本発明のＦＲＣＭ成形体は、井戸状部は空洞を有し、面状部は該空洞に連なる開口部を有するものであると好ましい。井戸状部が有する空洞とは、図２Ｂの断面図に例示されるとおり、井戸状の形状により形成される空間を言い、つまり、成形板へインサート射出成形により設けた凸部のように突き出た部分全体が充填されたものでは無いことを言う。
【００２８】
本発明のＦＲＣＭ成形体は、面状部において、境界辺の近傍に、井戸状部から繊維強化複合材料Ｃが層状に延在している、つまり面状部を構成している熱可塑性樹脂系材料に対し、井戸状部から繊維強化複合材料Ｃが延在して積層構造を形成しているものであると、製造し易くかつ強度に優れたものとなり好ましい。積層構造は、熱可塑性樹脂系材料の層繊維強化複合材料Ｃの層それぞれが少なくとも１層あればよいが、いずれか、または両方の層が複数あってもよい。
【００２９】
本発明のＦＲＣＭ成形体は、面状部において、境界辺の近傍に、井戸状部から材料Ｃが、境界辺からの長さＫにわたって層状に延在している、つまり面状部を構成している熱可塑性樹脂系材料に対し、井戸状部から材料Ｃが、境界辺からの長さＫにわたって延在して積層構造を形成しており、該長さＫが境界辺の近傍の面状部厚みｔに対し３倍以上１００倍以下であると更に強度が優れたものとなり好ましい。このＫ／ｔの値は５倍以上１００倍以下であるとより好ましく、８倍以上１００倍以下であるとより一層好ましく、１０倍以上１００倍以下であると更に好ましい。上記Ｋ／ｔ値範囲の上限は７５倍以下であるとより好ましく、５０倍以下であるとより一層好ましく、４０倍以下であると特に好ましい。
【００３０】
本発明のＦＲＣＭ成形体は、面状部の開口部の孔面積と同じ面積の円の直径φ／２≦前記井戸状部の空洞の深さＥであるものであると、美観に優れ、多くの用途で有用な場合が多く好ましい。ここで言う“面状部の開口部の孔面積”とは、開口部を井戸状部の底面方向に投影した場合の投影面積であってよい。例えば、図２Ｃの符号１２で示される開口部の投影面積を孔面積とすることができる。
本発明のＦＲＣＭ成形体は、境界辺の近傍の面状部厚みｔに対する井戸状部の肉厚ｔ’の比ｔ’／ｔが０．２〜８．０の範囲にあると、美観に優れ、多くの用途で有用な場合が多く好ましい。
【００３１】
本発明のＦＲＣＭ成形体は、井戸状部の引張破断伸度、つまりは井戸状部を成す
強化複合材料Ｃの引張破断伸度εｖ（％）と、井戸状部の開口部の出口端の開口距離Ｌ’と、該開口距離間の井戸状部の外沿面長Ｄ’とが、Ｄ’−Ｌ’×εｖ／１００＞０を満たすものであると、再成形して別の形状の成形体にする際などに好ましい。開口部が楕円状や多角形状である、又は井戸状部の深さが均一でない等、上記開口距離Ｌ’や外沿面長Ｄ’として複数の値が存在しうるＦＲＣＭ成形体の場合は、外沿面長Ｄ’が最大値となるＦＲＣＭ成形体断面に関し上記不等式の関係が成り立つことが好ましい。
【００３２】
本発明のＦＲＣＭ成形体は、井戸状部の引張破断伸度、つまりは井戸状部を成す強化複合材料Ｃの引張破断伸度εｖ（％）が１０５〜４００％であると、再成形して別の形状の成形体にする際などに好ましい。引張破断伸度の定義や算出方法については、成形材料の引張破断伸度について後で述べるとおりである。本発明に関し、ある成形材料を用いて成形を行い得られた成形体において、当該成形材料のみから生じた部位の引張破断伸度は、当該成形材料の引張破断伸度と同じと見做すことができる。
【００３３】
本発明のＦＲＣＭ成形体としては、前述したような、井戸状部と面状部とを有し、井戸状部は、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなり、面状部は熱可塑性樹脂系材料からなり、井戸状部に不規則形状箇所が無く、井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無いＦＲＣＭ成形体であって、
少なくとも凸部を有する凸型と、凹部と非凹部を有する凹型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、
凸型と凹型の間に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置し、
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして型締めを行い、
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の下型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たし、
板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑは、板状成形材料Ｑの少なくとも一部が板状成形材料Ｐと重なり、かつ、板状成形材料Ｐが凹型側、板状成形材料Ｑが凸型側となるよう凸型と凹型の間に配置され、
板状成形材料Ｑの量は、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量であり、
板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍である、コールドプレス成形により得られたＦＲＣＭ成形体であると好ましい。
【００３４】
上記の、引張破断伸度εｖ、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌ、下型内沿面長Ｄは本発明のＦＲＣＭ成形体の製造方法に関して後述されているとおりである。
上記の、板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の下型内沿面長Ｄとの関係式については、
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）を、井戸状部を成す繊維強化複合材料Ｃの引張破断伸度εｖ％に、
凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌを、ＦＲＣＭ成形体の開口部の出口端の開口距離Ｌ’に、
凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌ間の下型内沿面長Ｄを、ＦＲＣＭ成形体の開口部の出口端の開口距離Ｌ’間の、井戸状部の外沿面長Ｄ’にそれぞれ置き換え、Ｄ’−Ｌ’×εｖ／１００＞０とすることもできる。
【００３５】
［強化繊維］
（強化繊維の種類）
本発明に用いられる強化繊維の種類は、熱可塑性樹脂の種類や複合材料の用途等に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。このため、本発明に用いられる強化繊維としては、無機繊維又は有機繊維のいずれであっても好適に用いることができる。
【００３６】
上記無機繊維としては、例えば、炭素繊維、活性炭繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、タングステンカーバイド繊維、シリコンカーバイド繊維（炭化ケイ素繊維）、セラミックス繊維、アルミナ繊維、天然鉱物繊維（玄武岩繊維など）、ボロン繊維、窒化ホウ素繊維、炭化ホウ素繊維、及び金属繊維等を挙げることができる。
上記金属繊維としては、例えば、アルミニウム繊維、銅繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維、スチール繊維を挙げることができる。
上記ガラス繊維としては、Ｅガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、Ｔガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等からなる繊維を挙げることができる。
上記有機繊維としては、例えば、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート等からなる繊維を挙げることができる。
【００３７】
本発明においては、２種類以上の強化繊維を併用してもよい。この場合、複数種の無機繊維を併用してもよく、複数種の有機繊維を併用してもよく、無機繊維と有機繊維とを併用してもよい。複数種の無機繊維を併用する態様としては、例えば、炭素繊維と金属繊維とを併用する態様、炭素繊維とガラス繊維を併用する態様等を挙げることができる。一方、複数種の有機繊維を併用する態様としては、例えば、アラミド繊維と他の有機材料からなる繊維とを併用する態様等を挙げることができる。さらに、無機繊維と有機繊維を併用する態様としては、例えば、炭素繊維とアラミド繊維とを併用する態様を挙げることができる。
【００３８】
（炭素繊維）
本発明においては、上記強化繊維として炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維は、軽量でありながら強度に優れた複合材料を得ることができるからである。
上記炭素繊維としては、一般的にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、石油ピッチ系炭素繊維、石炭ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、気相成長系炭素繊維などが知られているが、本発明においてはこれらのいずれの炭素繊維であっても好適に用いることができる。
【００３９】
中でも、本発明においては引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いることが好ましい。強化繊維としてＰＡＮ系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は１００〜６００ＧＰａの範囲内であることが好ましく、２００〜５００ＧＰａの範囲内であることがより好ましく、２３０〜４５０ＧＰａの範囲内であることがさらに好ましい。ＰＡＮ系炭素繊維の引張強度は２０００〜１００００ＭＰａの範囲内であることが好ましく、３０００〜８０００ＭＰａの範囲内であることがより好ましい。
【００４０】
（強化繊維の繊維長）
本発明に用いられる強化繊維の繊維長に特に限定はなく、連続繊維や不連続強化繊維をもちいる事が出来るが、本発明のＦＲＣＭ成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃに含まれる強化繊維は、不連続強化繊維であることが肝要である。
不連続強化繊維としては、重量平均繊維長が１００ｍｍ以下のものであると好ましく、１〜１００ｍｍのものであるとより好ましく、３〜８０ｍｍのものであるとより一層好ましく、５〜６０ｍｍであるとさらに好ましい。強化繊維の重量平均繊維長が１００ｍｍ以下であると、強化繊維を含む成形材料の流動性が良好で、プレス成形等により所望の成形体形状を得易い。一方、重量平均繊維長が１ｍｍ以上であると、強化繊維を含む成形材料が良好な機械強度を有することが多い。上記のそれぞれの不連続強化繊維の重量平均繊維長の範囲の下限は、１０ｍｍ超であるとより好ましい。上記の、それぞれの重量平均繊維長の範囲を満たす強化繊維は炭素繊維であると更に好ましい。
【００４１】
本発明において用いられる不連続強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、玄武岩繊維からなる群より選ばれる１つ以上の強化繊維で重量平均繊維長１００ｍｍ以下のものであると好ましく、当該強化繊維で、前記の重量平均繊維長の範囲にあるものであると更に好ましい。
本発明においては繊維長が互いに異なる強化繊維を併用してもよい。換言すると、本発明に用いられる強化繊維は、重量平均繊維長の分布に単一のピークを有するものであってもよく、あるいは複数のピークを有するものであってもよい。
【００４２】
強化繊維の平均繊維長は、例えば、成形材料から無作為に抽出した１００本の繊維の繊維長を、ノギス等を用いて１ｍｍ単位まで測定し、下記式（ｆ）に基づいて求めることができる。平均繊維長の測定は、重量平均繊維長（Ｌｗ）で測定する。個々の炭素繊維の繊維長をＬｉ、測定本数をｊとすると、数平均繊維長（Ｌｎ）と重量平均繊維長（Ｌｗ）とは、以下の式（ｅ）、（ｆ）により求められる。
Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｊ  ・・・式（ｅ）
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２）／（ΣＬｉ）  ・・・式（ｆ）
強化繊維の繊維長が一定長の場合は数平均繊維長と重量平均繊維長は同じ値になるので、数平均繊維長を測定、算出して得られた値を重量平均繊維長と見做すことができる。
成形体や成形材料からの強化繊維の抽出は、例えば、加熱炉を用いて、成形体（成形材料）に対し、５００℃×１時間程度の加熱処理を施し、炉内にて樹脂を除去することによって行うことができる。
【００４３】
（強化繊維の単繊維径）
本発明に用いられる強化繊維の単繊維径は、強化繊維の種類に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。例えば、強化繊維として炭素繊維が用いられる場合、平均単繊維径は、通常、３μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、４μｍ〜１２μｍの範囲内であることがより好ましく、５μｍ〜８μｍの範囲内であることがさらに好ましい。
一方、強化繊維としてガラス繊維を用いる場合、平均単繊維径は、通常、３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。ここで、上記平均単繊維径とは、強化繊維を構成する単繊維の直径を指す。
強化繊維の平均単繊維径は、例えば、ＪＩＳ  Ｒ７６０７（２０００）に記載された方法によって測定することができる。
【００４４】
（強化繊維の形態）
本発明に用いられる強化繊維は、その種類に関わらず、１本の単繊維からなる単繊維状であってもよく、複数の単繊維からなる単繊維束状であってもよい。本発明のＦＲＣＭ成形体に含まれる強化繊維は、単繊維状のもののみであってもよく、単繊維束状のもののみであってもよく、両者の混合物であってもよい。ここで示す単繊維束とは２本以上の単繊維が集束剤や静電気力等により近接している事を示す。単繊維状のものを用いる場合、各単繊維束を構成する単繊維数は、各単繊維束においてほぼ均一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。
商業的に製造および売買されている強化繊維の多くは、単繊維が束状になった構造をしたものであり、それらの単繊維数は様々だが、１０００本〜１０万本の範囲内であることが多い。例えば、炭素繊維は、一般的に、数千〜数万本の炭素単繊維が集合した束状となっている。
【００４５】
複合材料の製造に強化繊維を用いる場合に、強化繊維を拡幅したり開繊したりすることなく使用すると、強化繊維の交絡部が局部的に厚くなり薄肉の複合材料を得ることが困難になる場合がある。このため、強化繊維は、拡幅や開繊をされて複合材料に使用されることが好ましい。
強化繊維を開繊して用いる場合、開繊程度は特に限定されるものではないが、強化繊維の開繊程度を制御し、ある特定本数以上の強化単繊維からなる強化繊維と、当該特定本数未満の強化単繊維からなる強化繊維又は単繊維状のもの、つまり遊離強化単繊維を含むことが好ましい。
【００４６】
上記強化繊維の形態としては、具体的には、米国特許第８９４６３４２号に記載のランダムマットにおける強化繊維の形態であれば好ましく、例えば、下記式（１）で定義される臨界単繊維数以上の本数の強化単繊維で構成される、簡便の為、臨界単繊維数以上で構成されると記されることがある、強化繊維（Ａ）と、それ以外の強化繊維（Ｂ）との混合物であると好ましい。この強化繊維（Ｂ）は臨界単繊維数未満の本数の強化単繊維で構成される強化繊維、遊離強化単繊維、およびそれらの混合物であってよい。下記式（１）で定義される臨界単繊維数未満の本数の強化単繊維で構成される強化繊維を、簡便の為、臨界単繊維数未満で構成される強化繊維と称することがある。本発明において強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維である場合、上記の強化繊維（Ａ）を炭素繊維（Ａ）、ガラス繊維（Ａ）のように称することがある。
臨界単繊維数＝６００／ｄ        （１）
（ここでｄは強化繊維の平均単繊維径（μｍ）である）
具体的には、成形体を構成する強化繊維の平均単繊維径が５〜７μｍの場合、式（１）で定義される臨界単繊維数は８６〜１２０本となる。
【００４７】
本発明の繊維強化複合材料成形体や、その製造に用いられる繊維強化複合材料が含有する強化繊維としては、上記のとおり強化繊維（Ａ）と、それ以外の強化繊維（Ｂ）との混合物であると好ましく、強化繊維（Ａ）、強化繊維（Ｂ）、またはその両方が、強化単繊維数が異なる強化繊維の混合物であると好ましい。
【００４８】
さらに、本発明においては、複合材料中の強化繊維全量に対する強化繊維（Ａ）の割合が０Ｖｏｌ％超９９Ｖｏｌ％未満であることが好ましく、２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ未満であることがより好ましく、３０Ｖｏｌ％以上９５Ｖｏｌ％未満であることがさらに好ましく、５０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であることが最も好ましい。このように特定本数以上の強化単繊維からなる強化繊維と、それ以外の強化繊維を特定の比率で共存させることで、複合材料中の強化繊維の存在量、すなわち強化繊維体積割合（Ｖｆ）を高めることが可能となるからである。
【００４９】
本発明において、上記強化繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は本発明の目的を損なわない範囲で適宜決定することができるものであり、特に限定されるものではない。
汎用の強化繊維の場合、上記Ｎは通常１＜Ｎ＜１２０００の範囲内のものが多く、下記式（２）を満たすことがより好ましい。
０．６×１０４／ｄ２＜Ｎ＜１．０×１０５／ｄ２      （２）
（ここでｄは強化繊維の平均単繊維径（μｍ）である）
【００５０】
そして、強化繊維が平均単繊維径５μｍの炭素繊維の場合、上記式（２）で定義される強化繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）の範囲は２４０本超過かつ４０００本未満の範囲となる。平均単繊維数（Ｎ）の範囲は３００本以上かつ２５００本以下であると好ましく、より好ましくは４００本以上かつ１６００本以下である。強化繊維が平均単繊維径７μｍの炭素繊維の場合、上記式（２）で定義される強化繊維（Ａ）中の平均単繊維数は１２２本超過かつ２０４１本未満の範囲となる。この平均単繊維数（Ｎ）の範囲は１５０本以上かつ１５００本以下であることが好ましく、より好ましくは２００本以上かつ８００本以下である。
【００５１】
（強化繊維の配向状態）
本発明のＦＲＣＭ成形体、特にその井戸状部における材料Ｃ中の強化繊維の配向状態としては、目的に応じた種々のものであってよいが、材料Ｃの面内方向において不連続強化繊維が特定方向に配列していないが、厚み方向を向いているものが極めて少ない、いわゆる２次元ランダム配向であると好ましく、特に、米国特許第８９４６３４２号に記載のランダムマット等における炭素繊維の状態が好適である。
【００５２】
［熱可塑性樹脂］
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、所望の強度を有するＦＲＣＭ成形体を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、適宜選択される。
熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン樹脂）、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂、ビニル系樹脂等を挙げることができる。
【００５３】
上記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等を挙げることができる。
上記ビニル系樹脂としては、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を挙げることができる。
上記ポリスチレン樹脂としては、例えば、アタクチックポリスチレン樹脂、アイソタクチックポリスチレン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）等を挙げることができる。
上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド６樹脂（ナイロン６）、ポリアミド１１樹脂（ナイロン１１）、ポリアミド１２樹脂（ナイロン１２）、ポリアミド４６樹脂（ナイロン４６）、ポリアミド６６樹脂（ナイロン６６）、ポリアミド６１０樹脂（ナイロン６１０）等を挙げることができる。
【００５４】
上記ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等を挙げることができる。上記（メタ）アクリル樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレートを挙げることができる。上記変性ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。
上記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を挙げることができる。
上記ポリスルホン樹脂としては、例えば、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
上記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂を挙げることができる。
上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００５５】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は共重体や変性体であってもよく、１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。２種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化温度、本発明に関しては融点やガラス転移温度、が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。
【００５６】
（強化繊維体積割合（Ｖｆ））
本発明における製造方法で作成される成形体の強化繊維体積割合（以下、単に「Ｖｆ」ということがある）に特に限定は無いが、いずれも、含有する強化繊維及び熱可塑性樹脂について、下記式（ｂ）で定義される繊維体積割合（Ｖｆ）が５〜８０％であることが好ましく、Ｖｆが２０〜６０％であることがより好ましい。
Ｖｆ＝１００×強化繊維体積／（強化繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）    式（ｂ）
成形体のＶｆが５％より高いと、補強効果が十分に発現し、かつ、Ｖｆが８０％以下であると、得られる成形体中にボイドが発生しにくくなり、成形体の物性が低下するおそれが少なくなる。
【００５７】
（強化繊維の目付と厚み）
成形材料における強化繊維の目付量は、特に限定されるものではないが、通常、２５ｇ／ｍ２以上１００００ｇ／ｍ２以下が好ましいとされる。
本発明に用いられる成形材料の厚みは特に限定されるものではないが、通常、０．０１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内が好ましく、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍがより好ましく、０．１〜５ｍｍが更に好ましく、０．３ｍｍ〜３ｍｍがより一層好ましい。
本発明に用いられる成形材料（例えば成形材料Ｐや成形材料Ｑ）が複数の層が積層され一体化された構成を有する場合、上記厚みは各層の厚みを指すのではなく、各層の厚みを合計した複合材料全体の厚みを指すものとする。
【００５８】
（積層状態）
本発明に用いられる板状成形材料ＰおよびＱなどの成形材料は、単一の層からなる単層構造を有するものであってもよく、又は複数層が積層され一体化された積層構造を有するものであってもよい。
成形材料が上記積層構造を有する態様としては、同一の組成を有する複数の層が積層された態様であってもよく、又は互いに異なる組成を有する複数の層が積層された態様であってもよい。成形材料が強化繊維を含む複合材料である場合に、複合材料が上記積層構造を有する態様としては、相互に強化繊維の配列状態が異なる層が積層された態様であってもよい。このような態様としては、例えば、強化繊維が一方向配列している層と、２次元ランダム配列している層を積層する態様を挙げることができる。３層以上が積層される場合には、任意のコア層と、当該コア層の表裏面上に積層されたスキン層とからなるサンドイッチ構造としてもよい。
【００５９】
（その他の剤）
本発明で用いる成形材料は、本発明の目的を損なわない範囲で、有機繊維または無機繊維の各種繊維状または非繊維状のフィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。
【００６０】
［成形材料の製造方法］
本発明に用いられる複合材料は、一般的に公知の方法を用いて製造することができ、例えば２次元ランダム配向マット（以下、ランダムマットと呼ぶ）およびその製造法については、米国特許第８９４６３４２号、米国特許公開公報第２０１５／０２５８７６２号に詳しく記載されている。
上述のようなランダムマットを使用した成形体は、その面内において、炭素繊維が特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。すなわち、この様な成形体は面内等方性の材料である。
【００６１】
［２］ＦＲＣＭ成形体の製造方法
本発明には、井戸状部と面状部とを有する繊維強化複合材料成形体であって、井戸状部は、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなり、面状部は熱可塑性樹脂系材料からなり、井戸状部に不規則形状箇所が無く、井戸状部と面状部の境界辺にウェルド部が無い繊維強化複合材料成形体を製造する方法に関する以下の発明も包含される。井戸状部と面状部とを有するＦＲＣＭ成形体をプレス成形にて製造するにおいて、複数の板状成形材料を、金型の凹部、つまり、成形体の井戸状部に相当する箇所の近傍に配置して型締めすると、板状成形材料同士の位置関係や大きさの比率によっては、得られるＦＲＣＭ成形体の表面や内部に不規則形状箇所が生じることがある。
【００６２】
［基本製造方法］
前述の本発明の繊維強化複合材料成形体を製造する方法としては、
少なくとも凸部を有する凸型と、凹部と非凹部を有する凹型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、凸型と凹型の間に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置し、凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めを行うコールドプレス成形による、前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有する繊維強化複合材料成形体の製造方法であって、
板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の下型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たし、
板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑは、板状成形材料Ｑの少なくとも一部が板状成形材料Ｐと重なり、かつ、板状成形材料Ｐが凹型側、板状成形材料Ｑが凸型側となるよう凸型と凹型の間に配置され、
板状成形材料Ｑの量は、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量であり、
板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍である、製造方法が好ましい。この製造方法を本明細書において基礎製造方法と称する。
【００６３】
［製造方法１］
本発明の繊維強化複合材料成形体の製造方法としては、上記の基本製造方法において、
成形型の凸型が上型であり、成形型の凹型が下型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは成形型の下型に、少なくともその一部が非凹部に接するよう配置され、
板状成形材料Ｑは、下型の凹部の上方にて板状成形材料Ｐと少なくとも一部が重なるように配置される製造方法がより好ましい。この製造方法を本明細書において製造方法１と称する。
【００６４】
製造方法１を、別の表現を用いて、
少なくとも凸部を有する上型と、凹部と非凹部を有する下型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、下型に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置した後に、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作を行いコールドプレス成形するにおいて、以下ｉ）〜ｉｖ）の条件を満たすことを特徴とする、前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と、熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有する繊維強化複合材料成形体の製造方法、
と定義することもできる。
【００６５】
ｉ）  板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、下型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の下型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たす。
ｉｉ）  板状成形材料Ｐ：下型に、少なくとも一部が非凹部に接するよう配置される。
ｉｉｉ）  板状成形材料Ｑ：下型の凹部の上方に、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量にて、かつ、板状成形材料Ｐと少なくとも一部が重なるように配置される。
ｉｖ）  板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍である。
【００６６】
［製造方法２］
本発明の繊維強化複合材料成形体の製造方法としては、上記の基本製造方法において、
成形型の凸型が下型であり、成形型の凹型が上型であり、
下型に、板状成形材料Ｐおよび板状成形材料Ｑが配置され、
凸型または凹型の少なくともいずれかを動かして行われる型締めが、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作であり、
板状成形材料Ｐは、その少なくとも一部が板状成形材料Ｑと重なるように、板状成形材料Ｑに載置されることにより下型の凸部の上方に配置され、
板状成形材料Ｑは、下型の凸部に、板状成形材料Ｐとその少なくとも一部が重なるように配置される製造方法もより好ましい。この製造方法を本明細書において製造方法２と称する。
【００６７】
製造方法２を、別の表現を用いて、少なくとも凸部を有する下型と、凹部と非凹部を有する上型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、下型に、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置した後に、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作を行い、コールドプレス成形するにおいて、以下ｉ’）〜ｉｖ’）の条件を満たすことを特徴とする、前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と、熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有する繊維強化複合材料成形体の製造方法。
と定義することもできる。
【００６８】
ｉ’）  板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、上型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の上型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たす。
ｉｉ’）  板状成形材料Ｐ：板状成形材料Ｐの少なくとも一部が板状成形材料Ｑと重なるように、板状成形材料Ｑに載置されることにより下型の凸部の上方に配置される。
ｉｉｉ’）  板状成形材料Ｑ：下型の凸部に、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量にて、かつ、板状成形材料Ｐと少なくとも一部が重なるように配置される。
ｉｖ’）  板状成形材料Ｐと，板状成形材料Ｑが重なる長さが、板状成形材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍の長さである。
【００６９】
［製造方法３］
少なくとも凸部を有する上型と、凹部と非凹部を有する下型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、下型に、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置した後に、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作を行いコールドプレス成形するにおいて、以下ｉ’’）〜ｉｉ’’）の条件を満たすことを特徴とする、前記繊維強化複合材料Ｃからなる井戸状部と、同じ繊維強化複合材料Ｃである熱可塑性樹脂系材料からなる面状部とを有する、言い換えるなら、井戸状部および面状部のいずれもが前記繊維強化複合材料Ｃからなるものである繊維強化複合材料成形体の製造方法の発明もここに開示される。この製造方法を本明細書において製造方法３と称する。
【００７０】
ｉ’’）  板状成形材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）と、下型の凹部の出口端の開口距離Ｌと、該開口距離間の下型内沿面長Ｄとが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たす
ｉｉ’’）  板状成形材料Ｑが、コールドプレス成形の際に成形型と接触することにより生じる張力を緩和する構造（張力緩和構造）を有する。
【００７１】
［成形型］
成形型は大きく２種類に分類され、１つは鋳造、射出成形やプレス成形などに使用される密閉成形型であり、もう１つは折曲成形、深絞成形や鍛造などに使用される開放成形型である。密閉成形型は主に内部に材料を流し込んで成形する方法に適し、開放成形型は主に材料を流動させずに変形させて成形する方法に適している。
【００７２】
本発明の一実施形態で用いられる成形型としては、密閉成形型、開放成形型のいずれでも使用できるが、少なくとも凸部を有する上型と、凹部と非凹部を有する下型とによって成形キャビティが形成される成形型、つまりはプレス成形型が好ましい。成形型の形状、材質などは、成形条件や目的とする成形体の形状に応じて適宜選択される。ここで、成形型が有する凹部や凸部とは、目的のＦＲＣＭ成形体が有する井戸状部に対応する形状の部分である。
【００７３】
［成形材料］
本発明の一実施形態で用いられる成形材料としては、板状成形材料であると好ましい。ここで、板状とは、粉状や粒状でなく、長さ方向の長手方向の長さ、及びそれに垂直な幅方向の長さが短手方向長さ（厚み）より長めの形状をいう。
熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐとしては、ＦＲＣＭ成形体の面状部を構成するものとして例示された熱可塑性樹脂系材料からなるものが好ましく、ＦＲＣＭ成形体の井戸状部を構成するものとして例示された材料Ｃであるとより好ましい。
【００７４】
板状成形材料Ｑ（以下、材料Ｑと略称する場合がある）としては、ＦＲＣＭ成形体の井戸状部を構成するものとして例示された、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなるものであることが肝要である。
材料Ｑや板状成形材料Ｐ（以下、材料Ｐと略称する場合がある）としては、特に、米国特許第７７５４３２３号に記載のシート状成形材料、米国特許第８９４６３４２号に記載のランダムマット、米国特許公開公報第２０１５／０００５４３４号に記載の方法により得られた複合材料等が好ましい。いずれの板状成形材料も、熱可塑性樹脂と強化繊維とが混合された状態で、単層または複数積層して加熱加圧され、強化繊維間に熱可塑性樹脂が含浸されているものであると好ましい。材料Ｐは、前記製造方法１において、成形型の下型に、少なくとも一部が非凹部に接するよう配置され（例：図６Ｅの４１）、前記製造方法２においては、少なくとも一部が材料Ｑと重なるように、材料Ｑに載置されることにより下型の凸部の上方に配置される。
【００７５】
材料Ｑは、前記製造方法１において、下型の凹部の上方に、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量にて、かつ、材料Ｐと少なくとも一部が重なるように配置される。
前記製造方法２において、材料Ｑは、下型の凸部に、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、６０〜４００ｖｏｌ％に相当する量
にて、かつ、板状成形材料Ｐと少なくとも一部が重なるように配置される。
前記製造方法１〜２において、材料Ｐと材料Ｑが重なる長さは、材料Ｐの厚みに対し３〜４０倍であると好ましく、５〜２５倍であるとより好ましい。重なっている部分の長さが、材料Ｐの厚みの３倍以上であれば、重ね合せ部での機械的強度の著しい低下が発生し難く、４０倍を超えない場合、重なっている部分で成形材料の容量が過剰とならず、設計厚みを得られない問題の発生が抑制される。
【００７６】
材料Ｑとともに前記の基本製造方法、製造方法１または２の方法でプレス成形される材料Ｐとしては、成形型を型締めした時に、凹型の凹部に接する箇所に孔を有するものであるか、または成形型を型締めした時に、凹型の凹部に接する箇所に切れ込みを有するものであると好ましい。言い換えると、前記の基本製造方法、製造方法１、または製造方法２においては、板状成形材料Ｐが孔、切れ込み、またはその両方を有するものであり、その板状成形材料Ｐを、成形型を型締めした時に、板状成形材料Ｐの孔、切れ込み、またはその両方が凹型の凹部に接するように成形型に配置することが好ましい。材料Ｐにある孔や切れ込みの数、深さ、大きさ、形状に特に制限はない。
【００７７】
板状成形材料Ｐが有する孔は、その配置される凹型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔であると好ましい。前記製造方法１に関しては、板状成形材料Ｐが、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものであると好ましい。前記製造方法２に関しては板状成形材料Ｐが、上型の凹部の底面方向への投影面積に対し５〜１５０％の範囲にある大きさの孔を有するものであると、成形時の不規則形状発生がより起き難くなり、成形条件の設定がより容易となり好ましい。板状成形材料Ｐが有する孔の大きさについての上記範囲は、１０〜１５０％であることが好ましく、より好ましくは１０〜８０％である。
【００７８】
材料Ｐが上記の孔を有する場合、材料Ｑの体積は、材料Ｐに設けた孔体積の０．４倍以上であると好ましく、０．４〜５倍がより好ましく、１〜１．５倍がより一層好ましい。材料Ｑの体積が、材料Ｐに設けた孔体積の０．４倍以上であれば、成形材料が不足することが少なくなり、５倍以下であれば材料過多とならず、設計厚みを達成しやすい。得られるＦＲＣＭ成形体の体積の観点からは、材料Ｑの体積は、製造目的のＦＲＣＭ成形体の井戸状部の体積（井戸状部の壁面（図１の４）、底面（図１の３）の体積のこと、以下「井戸状部の体積」と略する場合がある）の設計値に対し、好ましくは１〜１．５倍、より好ましくは１〜１．２倍である。
【００７９】
前記製造方法１において、１回コールドプレス成形を行ってから、成形型を開き、１回目と同じまたは別の種類の材料Ｑを、下型の凹部の上方に、１回目のコールドプレス成形で得られた成形体の面状部と少なくとも一部が重なるように配置して、再度コールドプレス成形を行っても良い。このような製造方法は、壁面部が多段となっている井戸状部を有するＦＲＣＭ成形体（例：図８）の製造などにおいて特に好適である。
【００８０】
［コールドプレス成形］
本発明の一実施形態であるＦＲＣＭ成形体の製造方法としては、前記の基本製造方法や製造方法１〜３のように、コールドプレス成形を含む製造方法が好ましい。コールドプレス成形とは、加熱されて軟化温度以上の状態にある成形材料を、当該成形材料の軟化温度未満の温度にあるプレス成形型に配置して、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作により型締めを行い、所望の形状の成形体を得る手法である。
本発明の製造方法における、当該材料Ｐや材料Ｑのコールドプレス成形では、それら成形材料が、それらの軟化温度以上、かつ、それらの成形材料のマトリクスである熱可塑性樹脂の大気中の熱分解温度未満の温度に加熱された状態でプレス成形型に配置され、型締めが行われると好ましい。
【００８１】
材料Ｐや材料Ｑの軟化温度としては、それらのマトリクスである熱可塑性樹脂が結晶性の場合はその融点、非晶性の場合はそのガラス転移温度であれば好ましい。成形材料が配置される際のプレス成形型の温度は、当該成形材料の軟化温度未満であり、軟化温度−１０℃以下と好ましく、軟化温度−２０℃以下であるとより好ましく、軟化温度−１０℃以下かつ軟化温度−２００℃以上であると更に好ましく、軟化温度−２０℃以下かつ軟化温度−２００℃以上であるとより一層好ましい。
本発明において、コールドプレス成形のプレス圧は、０．１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であると好ましく、０．２ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下であるとより好ましく、０．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であるとより好ましい。
【００８２】
［引張破断伸度εｖ］
材料Ｑの引張破断伸度εｖ（％）は、材料Ｑがコールドプレス成形可能な温度、つまり可塑状態となる温度で、引張速度２０ｍｍ／ｓｅｃで伸長させた時の材料Ｑの伸びであり、下記式（ａ）で表される。
εｖ＝１００×板状材料Ｑの伸長後の長さ（ｙ）／板状成形材料Ｑの伸長前の長さ（ｘ）        式（ａ）
【００８３】
具体的には、材料Ｑをコールドプレス成形可能な温度まで昇温して、図７に示す引張破断伸度εｖ測定用のプレス用成形型の上に配置し、成形型締め付け速度２０ｍｍ／ｓｅｃで、材料Ｑが破断するまで成形型を閉じた後、材料Ｑを取り出して材料Ｑが伸長した長さ（図７Ｂのｙ）を測定し、材料Ｑの伸長前の長さ（図７Ａのｘ）で除算して計算される。コールドプレス成形可能な温度とは、材料Ｑに含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上であり、好ましくは軟化温度〜軟化温度＋７０℃、より好ましくは、軟化温度＋２０〜軟化温度＋６０℃である。
材料Ｑの引張破断伸度εｖは強化繊維の含有量、繊維長、単繊維径、およびマトリクスである熱可塑性樹脂の溶融粘度などに影響されるので、これらを適宜調整して所定の引張破断伸度εｖを示す材料Ｑを得ることができる。
【００８４】
［引張破断伸度εｖと、開口部の形状］
本発明の一実施形態であるＦＲＣＭ成形体の製造方法において、成形材料Ｑの引張破断伸度をεｖ（％）、前記の製造方法１における下型の凹部、または前記製造方法２における上型の凹部の開口部の出口端の投影距離Ｌ、凹部が単一断面形状の場合は該投影距離間の沿面長（場所によって凹部の断面の形状及び沿面長が異なる場合は、最大沿面長）Ｄが、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＞０を満たさない場合、プレス成形の際に、材料Ｑが張力を受け、皺や破れが生じ、得られるＦＲＣＭ成形体は井戸状部に不規則形状箇所を有するものになる恐れがある。
【００８５】
成形材料Ｑの引張破断伸度εｖは、好ましくは１０５〜４００％である。
すなわち引張破断伸度εｖが１０５〜４００％である材料Ｑは、図１に示すような井戸状部と面状部とを有するＦＲＣＭ成形体を作成する場合に、成形型の凹部内に引き込まれやすく、ＦＲＣＭ成形体の井戸状部の形成に適している。
材料Ｑの引張破断伸度εｖは、より好ましくは１０５％〜２６０％であり、更に好ましくは１１０％〜２３０％である。
【００８６】
［製造方法３における張力緩和構造］
前記の製造方法３に関して、材料Ｑが張力緩和構造を有する箇所としては、コールドプレス成形の際に、材料Ｑが成形型と接触することにより生じる張力が材料Ｑに作用する箇所であると好ましい。
材料Ｑが張力を受ける箇所とは、例えば図５Ｂと図５Ｃに示されるような、図５Ｂの３１と３３との間、図５Ｂの３４と３５との間、又は図５Ｂの３３と３４との間にある箇所である。
【００８７】
このような張力を受ける箇所では、成形型を型締めする過程において成形材料に皺などの不規則形状が発生しやすい。皺が発生した箇所は、皺が発生しない箇所よりも厚みが大きくなるため、皺の発生部分を圧縮するのには、皺が発生しない部位よりも大きな圧力を必要とする。そのため、皺が発生しない部位にはコールドプレス成形する際のプレス圧力がかかりにくくなり、厚みムラや型面の転写不良発生するようになったり、ボイド等の不規則形状箇所が発生したりする。
本前記製造方法３では、上型が材料Ｑに接触した際など、材料Ｑが成形型と接触することにより、材料Ｑが２方向以上に張力を受ける箇所へ、張力緩和構造を設ける事で、不規則形状箇所の発生を抑制でき、外観の良好な成形体が得られる。
【００８８】
（張力緩和構造の例）
製造方法３における材料Ｑが有する張力緩和構造に特に制限は無いが、切れ込み（図５Ｂの３５、図５Ｃの３５）や、孔（図６Ｄ）などがあり、特に孔が、作業工程上簡便であり好ましい。
材料Ｑの張力緩和構造である孔の形状や大きさに特に限定は無いが、材料Ｑにおいて、材料Ｑをプレス成形によりＦＲＣＭ成形体とする場合に成形型の凹部の開口部の略周縁部に接する箇所に設けられた切れ込み（図６Ｂ）や、材料Ｑが成形型の凹部の開口部に略接する箇所に設けられた孔（図６Ｄ）であると良い。
材料Ｑの張力緩和構造である孔の面積については、開口部の投影面積（図２Ｃの１２）の５〜１５０％であることが好ましい。孔の面積５％以上の場合、張力の緩和手段としての効果を十分に発揮できる。反対に、１５０％以下であると、材料Ｑの量が不十分となりにくく、成形体井戸状部の容積不足が発生しにくくなる。孔の面積は開口部の投影面積に対し１０〜１５０％であることが好ましく、より好ましくは１０〜８０％である。
【００８９】
図３に示すように複数の井戸状部を有するＦＲＣＭ成形体を得る場合などは、材料Ｑを成形型下型に設置し、成形型の上型を成形材料に接触させ、材料Ｑのゆがみ具合などから張力の発生および皺などの不規則形状箇所の発生の可能性を確認し、張力緩和構造として適切な各孔の形状及び面積などを設計するとより外観などが優れたＦＲＣＭ成形体が得られる材料Ｑとなり好ましい。
製造方法３によって、開口部の深さＥや沿面長Ｄの長さが長めのＦＲＣＭ成形体を製造する場合、張力緩和構造を有する材料Ｑを使って製造方法３を行っても、井戸状部の肉厚が薄めのＦＲＣＭ成形体になってしまったり、厚み内部にボイドを内包した成形体になってしまったりしてしまう場合がある。
【００９０】
（圧力条件）
本発明の一態様であるＦＲＣＭ成形体の製造方法では、成形材料への不規則形状箇所の発生が抑制されるため、前述の好ましいプレス圧の範囲において低い成形圧力で目的の成形体を得ることが可能である。成形における具体的な加圧条件としては０．１〜２０ＭＰａが好ましく、０．２〜１５ＭＰａであるとより好ましく、０．５〜１０ＭＰａの成形圧力であるとより一層好ましい。成形圧力が０．１ＭＰａ以上の場合、成形材料を十分に押し切れるようになり、スプリングバックなどが発生しても素材強度が低下することがなく好ましい。成形圧力が２０ＭＰａ以下であれば、例えば成形材料が大きい場合でも、大きなプレス機が必要なく、経済的に好ましい。上記条件は特に製造方法３において好適である。
【００９１】
（成形時の成形型温度条件）
本発明の一態様であるＦＲＣＭ成形体の製造方法では、成形時の成形型の温度としては、熱可塑性樹脂の種類によるが、溶融した熱可塑性樹脂が冷却されて固化し、成形体が得られればよく、前述のとおり成形材料に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度より２０℃以下の温度であることが好ましい。例えばナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０などの場合には、通常１２０〜１８０℃であり、好ましくは１２５〜１７０℃であり、さらにより好ましくは１３０〜１６０℃である。上記条件は特に製造方法３において好適である。
【００９２】
［成形する成形体の形状］
本発明のＦＲＣＭ成形体は井戸状部と面状部を有していれば、特に形状の限定はなく、例えば図１に示すような複数の井戸状部を有する成形体が挙げられる。
【実施例】
【００９３】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
以下の製造例、実施例、比較例において用いられた強化繊維はいずれも炭素繊維であり、簡便のため、強化繊維目付けが炭素繊維目付け、強化繊維体積割合が炭素繊維体積割合、全強化繊維量が全炭素繊維量のように表記されていることがある。
【００９４】
（１）炭素繊維の平均繊維長の測定は、１００ｍｍ平方の大きさの成形材料を５００℃に加熱し樹脂を除去して残ったマット状の炭素繊維構造物から無作為に抽出した３００本の炭素繊維の繊維長をノギスにより１ｍｍ単位まで測定し、その平均を求めた。以下の製造例、実施例において、炭素繊維は一定長にカットされて用いられているので、炭素繊維の数平均繊維長を算出し、得られた値を重量平均繊維長と見做した。炭素繊維の平均厚み、重量平均繊維幅は、上記炭素繊維構造物から無作為に抽出した３００本の炭素繊維の厚み、幅、重量をノギスにより１ｍｍ単位まで測定し求めた。
【００９５】
（２）成形材料における炭素繊維の単繊維数に関する分析・測定は、米国特許第８９４６３４２号に記載の方法に準じた方法で、１００ｍｍ平方の大きさの成形材料試料から３００本の炭素繊維を採取して行った。
【００９６】
（３）ＦＲＣＭ成形体の評価として、目視による外観確認、および成形体を、その面状部および井戸状部を含む断面となるようにカットし、生じた断面を研磨して、その断面の観察によるボイドの有無の確認を行った。
断面観察についてより具体的な手順は以下のとおりである：成形体断面を粗さ＃６００、＃８００、＃１０００、＃２０００のサンドペーパーにて研磨後、超音波洗浄にて洗浄したのち、バフ研磨にて鏡面に仕上げた後、断面の井戸状部から重なり部を電子顕微鏡にて倍率１００倍で、不作為で２０点を観察した。ここで、重なり部とは、ＦＲＣＭ成形体の成形時に、金型において板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑとが重なっていた部分に起因する、層状構造が確認される部分を言う。
各実施例、比較例で得られたＦＲＣＭ成形体の評価結果を表１に示す。表１において評価結果が良好とあるのは、得られたＦＲＣＭ成形体が、外観にシワ、大きな厚みムラ、型面転写不良、穴やウェルド痕等の不規則形状箇所がみられない表面状態の良好なもので、井戸状部〜面状部の断面観察においても、多数のボイドや井戸状部と面状部の境界辺におけるウェルド痕等の不規則形状箇所はみられず、井戸状部から面状部にかけて繊維強化複合材料が、層状に延在している事が確認されたことを意味する。
以下記載の実施例のＦＲＣＭ成形体の断面の観察においては、ボイドは全く確認されなかった。
【００９７】
（４）引張破断伸度εｖの評価
引張破断伸度の評価を、製造例１〜２については以下の当初評価方法により、製造例３〜７については、以下の簡易評価方法により行った。
【００９８】
（４−１）当初評価方法
後述する各種の成形材料を、長さ２００ｍｍ×幅２５ｍｍにカットし、１２０℃の熱風乾燥機で４時間乾燥した後、赤外線加熱機により３００℃まで昇温した。
次に、図７Ａに示す、深さ（図７の５１）２００ｍｍ、開口部長さ５０ｍｍ、上下型のクリアランスが３．０ｍｍの成形型を準備して１４０℃に設定し、この上に上記のとおりカットされ加熱された状態の成形材料を開口部にかかるように配置し、株式会社放電精密加工研究所製２００トンサーボプレス機を用いて型締め付け速度２０ｍｍ／ｓｅｃで成形型を閉じた。成形材料を破断させるまで成形型を閉じた後、成形材料を取り出して成形材料の伸長した長さ（ｙ）を測定し、この測定値を伸長前の成形材料長さ（ｘ）で除し、更に１００を乗して引張破断伸度εｖ（％）を算出した。伸長前の成形材料長さ（ｘ）は開口部長さ５０ｍｍとした。
製造例１〜２において、カットおよび３００℃に加熱された成形材料が成形型に配置された際、製造例１では２６０℃まで、製造例２では２８０℃まで成形材の温度は低下していたが、いずれも成形材料はコールドプレス成形可能な状態であった。
【００９９】
（４−２）簡易評価方法
成形材料を長さ１２０ｍｍ×幅２０ｍｍにカットし、１２０℃の熱風乾燥機で４時間乾燥して得られた成形材料試料に、タブとして両端部に耐熱テープ（日本バルカー工業社製のバルフロン粘着テープ）を２重に巻き付け、７０ｍｍのタブ間距離を持つ試験片を作成した。
この試験片に温度測定用の熱電対を貼り付け、熱風循環式オーブンにて所定のコールドプレス可能な温度まで加熱した。コールドプレス可能な温度まで加熱された試験片をオーブンより取り出し、コールドプレスが可能でない温度まで試験片が冷却してしまう前に、以下の一連の操作を迅速に行い、引張破断伸度εｖ（％）を求めた：
・加熱された試験片から熱電対を剥がしたのち、試験片の一端のタブ部を、定規が配置されたクランプ状固定治具にて固定した。
・一端が固定された試験片のもう一端のタブ部を幅２０ｍｍのペンチ状工具でつかみ、１ｓｅｃのメトロノームに合わせて定規の目盛を見ながら、かつ、ストップウォッチで経過時間を計測しながら、２０ｍｍ／ｓｅｃの速さで手動にて、試験片を破断するまで引っ張り、破断が起きた時点での試験片におけるタブ間距離（ｙ）を測定した。
・破断が起きた時点での試験片におけるタブ間距離（ｙ）を、引っ張り前のタブ間距離（ｘ）、つまり７０ｍｍで除した値に、更に１００を掛けて引張破断伸度εｖ（％）を算出した。
製造例３〜７におけるコールドプレス可能な温度は、それぞれ２６０℃、２４０℃、２８０℃、２６０℃、２３５℃である。
この簡易評価法で、小さい成形材料や、ＦＲＣＭ成形体の井戸状部の引張破断伸度を求める場合、上記のような長さ１２０ｍｍ×幅２０ｍｍの試料をそれらから切り出すのが困難であれば、長さ６０ｍｍ×幅１０ｍｍなど、長さと幅との比がそれと同等のより小さい試料片を切り出して測定に用いても良い。
【０１００】
（５）成形型
以下に記載の実施例で井戸状部と面状部とを有するＦＲＣＭ成形体を得るにおいて、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形形状の中心部に、目的とするＦＲＣＭ成形体の井戸状部形状｛逆円錐台形状で空洞を有し、連なる面状部の開口部（図２Ｂの１１）が円形で直径６０ｍｍ、開口部の底面（図２Ｂの１３）が円形で直径３０ｍｍ、井戸状部の深さ（図２ＢのＥ）が６０ｍｍ、外表面積が９４５０ｍｍ２｝に対応する凹部（出口端の開口距離Ｌは６０ｍｍ、沿面長Ｄは１５４ｍｍ）および非凹部を有する下型と、当該井戸状部形状に対応する凸部を有する上型からなり、上型と下型のクリアランス、つまり成形キャビティの厚みが２．５ｍｍに設計された成形型を用いた。成形キャビティを型締め方向から見た際の成形キャビティの外周は、前記から明らかなとおり１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形形状である。この成形型には加熱・冷却用の水管が配置されており、加圧水型成形型温調機を用いて、コールドプレス成形に適した温度に調整可能であった。
【０１０１】
（６）成形機および成形条件
以下に記載の実施例で井戸状部と面状部とを有するＦＲＣＭ成形体を得るにおいて、２００トンの型締め力を有する株式会社放電精密加工研究所製２００トンサーボプレス機である。当該サーボプレス機に、上記の成形型（上型および下型）を取り付けて当該成形型を１５０℃に維持し、その下型に所定の成形材料を配置し、上型を下降させ、成形材料に掛る圧力が１５ＭＰａとなる型締め圧にて３０秒保持することによりプレス成形を行った。プレス成形の際の上型下降速度は１０ｍｍ／ｍｉｎ、昇圧速度１ｓｅｃであった。
【０１０２】
［製造例１］
強化繊維として、重量平均繊維長２０ｍｍにカットした東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４Ｋ（平均単繊維径７μｍ、単繊維数２４０００本、密度１．７５ｇ／ｃｍ３）を使用し、マトリクスである熱可塑性樹脂として、ユニチカ社製のナイロン６樹脂（結晶性樹脂、融点２２５℃、大気中の熱分解温度３００℃、密度１．１４ｇ／ｃｍ３）Ａ１０３０を用いて、米国特許第８９４６３４２号に記載された方法に基づき、炭素繊維目付け１５９３ｇ／ｍ２、ナイロン６樹脂目付け１９２６ｇ／ｍ２である二次元ランダムに炭素繊維が配向した炭素繊維およびナイロン６樹脂の混合マットを作成した。
得られたマットを金型温度２６０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、平均厚み２．６ｍｍの、繊維強化複合材料Ｃからなる成形材料Ｃ１を得た。
得られた成形材料Ｃ１について、それに含まれる炭素繊維の解析を行ったところ、前記式（ａ）で定義される臨界単繊維数は８６本、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は８２０本であり、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）の割合は全炭素繊維量の８０Ｖｏｌ％であり、炭素繊維（Ａ）以外に臨界単繊維数未満で構成される炭素繊維や単繊維状炭素繊維もあり、炭素繊維（Ａ）および臨界単繊維数未満の炭素繊維のいずれも単繊維数が異なるものの混合物であった。炭素繊維体積割合は３５％であった。成形材料Ｃ１の引張破断伸度εｖは１１７％であった。
【０１０３】
［製造例２］
混合マット製造時の炭素繊維とナイロン６樹脂の供給比を変え、かつ炭素繊維の開繊の程度を適宜調整して炭素繊維目付け９８０ｇ／ｍ２、ナイロン６樹脂目付け１１８５ｇ／ｍ２で、炭素繊維（Ａ）の割合が少なく、遊離炭素単繊維の割合が多い炭素繊維を含む混合マットとしたこと以外は製造例１と同様に操作を行い、平均厚み１．６ｍｍの、繊維強化複合材料Ｃからなる成形材料Ｃ２を製造した。
得られた成形材料Ｃ２について、それに含まれる炭素繊維の解析を行ったところ、前記式（１）で定義される臨界単繊維数は８６本、炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は４２０本であり、炭素繊維（Ａ）の割合は全炭素繊維量の３０Ｖｏｌ％であり、炭素繊維（Ａ）以外に臨界単繊維数未満で構成される炭素繊維や単繊維状炭素繊維もあり、炭素繊維（Ａ）および臨界単繊維数未満の炭素繊維のいずれも単繊維数が異なるものの混合物であった。炭素繊維体積割合は３５％であった。成形材料Ｃ２の引張破断伸度εｖは１６５％であった。
【０１０４】
［製造例３］
ナイロン６樹脂として、宇部興産社製の“ＵＢＥナイロン”（登録商標）１０１５Ｂを用い、混合マット製造時の炭素繊維とナイロン６樹脂の供給比を変え、かつ炭素繊維の開繊の程度を適宜調整して炭素繊維目付け１５３０ｇ／ｍ２、ナイロン６樹脂目付け１８５３ｇ／ｍ２の混合マットとした以外は製造例１と同様に操作を行い、平均厚み２．５ｍｍの、繊維強化複合材料Ｃからなる成形材料Ｃ３を得た。
得られた成形材料Ｃ３について、それに含まれる炭素繊維の解析を行ったところ、前記式（１）で定義される臨界単繊維数は８６本、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は４０本であり、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）の割合は全炭素繊維量の４５Ｖｏｌ％であり、炭素繊維（Ａ）以外に臨界単繊維数未満で構成される炭素繊維や単繊維状炭素繊維もあり、炭素繊維（Ａ）および臨界単繊維数未満の炭素繊維のいずれも単繊維数が異なる炭素繊維を含む混合物であった。炭素繊維体積割合（強化繊維体積割合）は３５％であった。成形材料Ｃ３の引張破断伸度εｖは２４６％であった。
【０１０５】
［製造例４］
混合マット製造時の炭素繊維とナイロン６樹脂の供給比を変え、かつ炭素繊維の開繊の程度を適宜調整して炭素繊維目付（強化繊維目付け）１０５０ｇ／ｍ２、ナイロン６樹脂目付け１５９６ｇ／ｍ２の混合マットとした以外は製造例１と同様に操作を行い、平均厚み２．０ｍｍの、繊維強化複合材料Ｃからなる成形材料Ｃ４を得た。
得られた成形材料Ｃ４について、それに含まれる炭素繊維の解析を行ったところ、前記式（１）で定義される臨界単繊維数は８６本、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は５０本であり、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）の割合は全炭素繊維量の６０Ｖｏｌ％であり、炭素繊維（Ａ）以外に臨界単繊維数未満で構成される炭素繊維や単繊維状炭素繊維もあり、炭素繊維（Ａ）および臨界単繊維数未満の炭素繊維のいずれも単繊維数が異なる炭素繊維を含む混合物であった。炭素繊維体積割合は３０％であった。成形材料Ｃ４の引張破断伸度εｖは２９４％であった。
【０１０６】
［製造例５］
マトリクスである熱可塑性樹脂として、ポリカーボネート樹脂（非晶性樹脂、ガラス転移温度１４５〜１５０℃、大気中の熱分解温度３５０℃、密度１．２０ｇ／ｃｍ３）帝人株式会社製“パンライト”（登録商標）Ｌ−１２２５Ｌペレットを冷凍粉砕し、２０メッシュ及び１００メッシュにて分級した平均粒径約７１０μｍのものを用い、炭素繊維と熱可塑性樹脂の供給比を変え、かつ炭素繊維の開繊の程度を適宜調整して炭素繊維目付け１２２５ｇ／ｍ２、ポリカーボネート樹脂目付け１５６０ｇ／ｍ２の混合マットとし、プレス装置の金型温度を２８０℃とした以外は製造例１と同様に操作を行い、平均厚み２．０ｍｍの、繊維強化複合材料Ｃからなる成形材料Ｃ５を得た。
得られた成形材料Ｃ５について、それに含まれる炭素繊維の解析を行ったところ、前記式（ａ）で定義される臨界単繊維数は８６本、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は４００本であり、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）の割合は全炭素繊維量の５０Ｖｏｌ％であり、炭素繊維（Ａ）以外に臨界単繊維数未満で構成される炭素繊維や単繊維状炭素繊維もあり、炭素繊維（Ａ）および臨界単繊維数未満の炭素繊維のいずれも単繊維数が異なる炭素繊維を含む混合物であった。炭素繊維体積割合は３５％であった。成形材料Ｃ５の引張破断伸度εｖは２１７％であった。
【０１０７】
［製造例６］
混合マット製造時の炭素繊維とナイロン６樹脂の供給比を変え、かつ炭素繊維の開繊の程度を適宜調整して、炭素繊維目付け１４００ｇ／ｍ２、ナイロン６樹脂目付け１３６８ｇ／ｍ２の混合マットとした以外は製造例１と同様に操作を行い、平均厚み２．０ｍｍの、繊維強化複合材料Ｃからなる成形材料Ｃ６を得た。
得られた成形材料Ｃ６について、それに含まれる炭素繊維の解析を行ったところ、前記式（１）で定義される臨界単繊維数は８６本、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は７８０本であり、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）の割合は全炭素繊維量の８０Ｖｏｌ％であり、炭素繊維（Ａ）以外に臨界単繊維数未満で構成される炭素繊維や単繊維状炭素繊維もあり、炭素繊維（Ａ）および臨界単繊維数未満の炭素繊維のいずれも単繊維数が異なる炭素繊維を含む混合物であった。炭素繊維体積割合は３０％であった。成形材料Ｃ６の引張破断伸度εｖは１１７％であった。
【０１０８】
［製造例７］
製造例３で得られた成形材料Ｃ３を切断機にて平均寸法６ｍｍ×６ｍｍ×２ｍｍのフレーク状に切断したものと宇部興産社製のナイロン６樹脂“ＵＢＥナイロン”（登録商標）１０１５Ｂペレットとを溶融混練し、直径２ｍｍ×長さ３ｍｍの略円筒形状の繊維強化樹脂ペレットを作成した。
この繊維強化樹脂ペレットを、平板作成用金型（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×３ｍｍ、金型温度９０℃）が取り付けられた射出成形機（日本製鋼社製  ＪＳＷ１８０Ｈ）を用いて射出成形し、繊維強化複合材料からなる平均厚み３．０ｍｍの平板状の成形材料Ｃ７を作製した。
この成形材料Ｃ７中の炭素繊維の重量平均繊維長は０．３ｍｍであり、炭素繊維堆積含有量は１５％であり、前記式（１）で定義される臨界単繊維数は８６本、臨界単繊維数以上で構成される炭素繊維（Ａ）は存在しなかった。成形材料Ｃ７の引張破断伸度εｖは５４０％であった。
【０１０９】
［実施例１］
製造例１で得られた成形材料Ｃ１から、板状成形材料Ｐおよび板状成形材Ｑ（以下、それぞれ材料Ｐ、材料Ｑのように略記することがある）を得てそれらをコールドプレス成形して、井戸状部と面状部とを有するＦＲＣＭ成形体を製造した。
具体的には、まず、成形材料Ｃ１を、１４５ｍｍ×１４５ｍｍに切り出し、その成形材料Ｃ１切り出し物の、目的とするＦＲＣＭ成形体の井戸状部の開口部に相当する箇所に直径３０ｍｍの孔を設け、これを板状成形材料Ｐ（図６Ｅ、図６Ｆの４１’）として１２０℃の熱風乾燥機で４時間乾燥した後、赤外線加熱機により３００℃まで昇温した。
上記操作と並行して、成形材料Ｃ１から図６Ｅの４２に例示される直径９０ｍｍの円盤形状物を切り出し、これを板状成形材料Ｑとして、板状成形材料Ｐと同様に加熱した。板状成形材料Ｑは、繊維強化複合材料成形体の井戸状部を構成する繊維強化複合材料Ｃの設計体積に対し、７４％に相当する体積を有する。
【０１１０】
上記のとおり加熱され、軟化温度以上の状態にある材料Ｐおよび材料Ｑを、軟化温度未満の状態になることがないよう迅速に以下のとおり成形型に配置し、コールドプレス成形を行った。
１）  材料Ｐを、その孔の円の中心が、成形型の下型の凹部の円形の底面の中心と一致するよう成形型の下型の非凹部に、配置する。
２）  更に、材料Ｑを、その円形面の中心が、上記のとおり配置された材料Ｐの孔の中心と、一致するよう、材料Ｐ上に配置する。材料Ｐと材料Ｑが重なる長さは、材料Ｐの厚みに対し約１２倍とする。
【０１１１】
上記のようにコールドプレス成形を行うことにより、井戸状部と面状部の境界辺に、井戸状部から、板状成形材料Ｑに由来する繊維強化複合材料Ｃが層状に延在しているＦＲＣＭ成形体が得られた。このＦＲＣＭ成形体の評価結果などについて表１に示す。
前記のとおり、成形材料Ｃ１から得られた材料Ｑのεｖは１１７％、成形型に関し下型の凹部の出口端の開口距離Ｌ＝６０ｍｍ、該開口距離間の下型内沿面長Ｄは１５４ｍｍなので、Ｄ−Ｌ×εｖ／１００＝１５４−６０×１１７／１００＝８３．８＞０となり、本実施例においてはＤ−Ｌ×εｖ／１００＞０の関係が満たされている。
【０１１２】
本実施例において、板状成形材料Ｐは、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し、２５％の大きさの孔を有するものであった。計算式は以下のとおりである：
１００×板状成形材料Ｐが有する孔の大きさ（面積）／下型の凹部の投影面積（凹部の
底面方向）＝１００×｛π／４×（３０ｍｍ）２｝／｛π／４×（６０ｍｍ）２｝＝１００×（３０ｍｍ／６０ｍｍ）２＝２５［％］
本実施例のＦＲＣＭ成形体は、金型に関する記載より明らかなとおり、面状部の開口部（図２Ｂの１１）が円形で直径６０ｍｍであり、井戸状部の空洞の深さＥ（図２ＢのＥ）は６０ｍｍであり“面状部の開口部の孔面積と同じ面積の円の直径φ／２≦前記井戸状部の空洞の深さＥ”の式を満たす。
本実施例で得られたＦＲＣＭ成形体について、面状部と井戸状部の境界辺の近傍の面状部厚みｔに対する井戸状部の肉厚ｔ’の比ｔ’／ｔは、２．５ｍｍ／２．５ｍｍ＝１．０であった。
【０１１３】
［実施例２］
材料Ｐの孔の大きさを直径６０ｍｍ、材料Ｑの直径を９０ｍｍにし、材料Ｐと材料Ｑが、成形型に配置された際に重なる長さを、材料Ｐの厚みに対し約６倍にしてコールドプレス成形を行ったこと以外は実施例１と同様に操作を行った。本実施例において、材料Ｐは、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し、１００％の大きさの孔を有するものであった。得られたＦＲＣＭ成形体は、井戸状部と面状部の境界辺に、井戸状部から、材料Ｑに由来する繊維強化複合材料Ｃが層状に延在しているものであった。結果を表１に示す。
【０１１４】
［実施例３］
材料Ｑの直径を１４０ｍｍにし、材料Ｐと、材料Ｑが成形型に配置された際に重なる長さを、材料Ｐの厚みに対し約２１倍にしてコールドプレス成形を行ったこと以外は実施例１と同様に操作を行った。本実施例において、材料Ｐは、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し、２５％の大きさの孔を有するものであった。得られたＦＲＣＭ成形体は、井戸状部と面状部の境界辺に、井戸状部から、材料Ｑに由来する繊維強化複合材料Ｃが層状に延在しているものであった。結果を表１に示す。
【０１１５】
［比較例１］
板状成形材料Ｐを得るために成形材料Ｃ１を切り出す大きさを３５０ｍｍ×３５０ｍｍとし、材料Ｐの孔の大きさを直径１０ｍｍ、材料Ｑの直径を３１０ｍｍにし、材料Ｐと、材料Ｑが成形型に配置された際に重なる長さを、材料Ｐの厚みに対し約５７倍にしてコールドプレス成形を行ったこと以外は実施例１と同様に操作を行った。本実施例において、材料Ｐは、その配置される下型の凹部の底面方向への投影面積に対し、２．８％の大きさの孔を有するものであった。結果を表１に示す。
【０１１６】
［比較例２］
材料Ｐの孔の大きさを直径３０ｍｍ、材料Ｑの直径を４０ｍｍにし、材料Ｐと、材料Ｑが成形型に配置された際に重なる長さを、材料Ｐの厚みに対し約０．２倍にしてコールドプレス成形を行ったこと以外は実施例１と同様に操作を行った。結果を表１に示す。
【０１１７】
［比較例３］
材料Ｐの孔の大きさを直径２０ｍｍとし、材料Ｑを使用せず材料Ｐだけを用いてコールドプレス成形を行ったこと以外は実施例１と同様に操作を行った。結果を表１に示す。
【０１１８】
［比較例４］
材料Ｑを使用せず、成形材料Ｃ１切り出し物に孔ではなく５０ｍｍ長さの十字状切れ込みを入れて得られた材料Ｐだけを、コールドプレス成形に用いたこと以外は実施例１と同様に操作を行った。結果を表１に示す。
【０１１９】
［比較例５］
材料Ｑを使用せず、成形材料Ｃ１切り出し物をそのまま材料Ｐとして、つまり孔も切れ込みも有さない材料Ｐだけを用いて、コールドプレス成形を行ったこと以外は実施例１と同様に操作を行った。結果を表１に示す。
【０１２０】
［実施例４］
製造例１で得られた成形材料Ｃ１からではなく、製造例３で得られた成形材料Ｃ３から板状成形材料Ｐおよび板状成形材Ｑを得て、それらをコールドプレス成形に用いた以外は実施例１と同様に操作を行った。成形体の評価結果などについて表１に示す。
【０１２１】
［実施例５］
製造例１で得られた成形材料Ｃ１からではなく、製造例４で得られた成形材料Ｃ４から材料Ｐおよび材料Ｑを得て、材料Ｐの孔の大きさを直径６０ｍｍにし、材料Ｐと材料Ｑが成形型に配置された際に重なる長さを、材料Ｐの厚み２ｍｍに対して７．５倍となる１５ｍｍにしたこと以外は実施例１と同様に操作を行った。成形体の評価結果などについて表１に示す。
【０１２２】
［実施例６］
製造例１で得られた成形材料Ｃ１からではなく、製造例５で得られた成形材料Ｃ５から材料Ｐおよび材料Ｑを得て、それらをコールドプレス成形に用い、材料Ｐの厚みが２ｍｍなので、材料Ｐと材料Ｑが成形型に配置された際に重なる長さ３０ｍｍが材料Ｐの厚みに対して１５倍となった以外は実施例１と同様に操作を行った。成形体の評価結果などについて表１に示す。
【０１２３】
［実施例７］
製造例１で得られた成形材料Ｃ１からではなく、製造例６で得られた成形材料Ｃ６から材料Ｐおよび材料Ｑを得て、材料Ｐの孔の大きさを直径６０ｍｍにし、材料Ｐと材料Ｑが成形型に配置された際に重なる長さを、材料Ｐの厚み２ｍｍに対して７．５倍となる１５ｍｍにしたこと以外は実施例１と同様に操作を行った。成形体の評価結果などについて表１に示す。
【０１２４】
［比較例６］
材料Ｑを使用せず、製造例１で得られる成形材料Ｃ１ではなく製造例７にて得られる成形材料Ｃ６の切り出し物をそのまま、孔や切れ込みを設けることなく材料Ｐとして用いてコールドプレス成形を行う以外は実施例１と同様に操作を行う。得られる成形体は、外観にシワ、大きな厚みムラ、型面転写不良、穴等の不規則形状箇所はみられず表面状態の良好なものである。成形体の井戸状部〜面状部の断面観察においても、ボイドや井戸状部と面状部の境界辺におけるウェルド痕等の不規則形状箇所はみられない。成形体の井戸状部から面状部にかけての部位において、井戸状部から面状部に延びる繊維強化複合材料層と、面状部から井戸状部に延びる繊維強化複合材料層の積層構造は観察されず、強化繊維が一様に分散している。得られた成形体の井戸状部の引張破断伸度εｖは、成形材料Ｃ７の引張破断伸度εｖと同じ５４０％である。
【０１２５】
比較例で得られる成形体は、含有する炭素繊維の重量平均繊維長が０．３ｍｍと短い。そのため、実施例１に示すような方法で得られる、この比較例と同形状で、炭素繊維と熱可塑性樹脂の組成は同じで、含有する炭素繊維の重量平均繊維長が数十ｍｍと長めの成形体と比べると、この比較例の成形体は強度などが相当に劣るものとなる。
【０１２６】
【表１】
0006782582.tif 000002
【０１２７】
［参考例１〜８］重なり長さの評価
材料Ｐと材料Ｑとの重なり長さによるＦＲＣＭ成形体強度への影響の評価として、繊維強化複合材料Ｃを用いて材料Ｐ，材料Ｑ相当の板状成形材料Ｐ’、板状成形材料Ｑ’をそれぞれ作製し、さらにこれらを用いて重なり部を有するコールドプレス成形によって作製し、得られた平板に重ねあわせ部がある場合、重なり部が長さ方向の中央にくるように（図９の６２の方向が長さ方向となるように）長さ：１００ｍｍ、幅：１５ｍｍの曲げ試験片を切出し、ＪＩＳ７０７４（１９８８）のＡ法に準じて曲げ物性を評価した。使用した材料の厚みとその重ねあわせ量及び曲げ試験の結果を表２に示す。参考例１〜６においては前記製造例１で得られた成形材料Ｃ１から、参考例７〜８においては前記製造例２で得られた成形材料Ｃ２から、板状成形材料Ｐ’および板状成形材料Ｑ’を作成した。
【０１２８】
【表２】
0006782582.tif 000003
【０１２９】
上記のとおり、板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑの一部を重ねてコールドプレス成形して繊維強化複合材料成形体を得るにおいて、“コールドプレス成形時の材料Ｐと材料Ｑとの重なり長さ／得られる成形体における重なり部の厚み”が３以上であると、曲げ強度に優れた成形体が得られ好ましく、４以上であるとより好ましく、８以上であると更に好ましい。得られるＦＲＣＭ成形体における重なり部の厚みとは、ＦＲＣＭ成形体における、コールドプレス成形時の材料Ｐと材料Ｑとの重なり部分に相当する箇所の設計値ということもできる。
つまり、本発明には、以下のＦＲＣＭ成形体の製造方法４の発明も包含されている。
【０１３０】
［製造方法４］
上型と、下型とによって成形キャビティが形成される成形型を用い、熱可塑性樹脂系材料からなる板状成形材料Ｐ、および不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなる板状成形材料Ｑを配置した後に、上型の降下または下型の上昇の少なくともいずれかの操作を行いコールドプレス成形して繊維強化複合材料成形体を製造するにおいて、板状成形材料Ｐと板状成形材料Ｑの一部を、材料Ｐと材料Ｑとの重なり長さ／得られる繊維強化複合材料成形体における重なり部の厚み≧３となるよう重ねて成形型に配置する、繊維強化複合材料成形体の製造方法。
【０１３１】
上記製造方法４において、板状成形材料Ｐも、不連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料Ｃからなるものであると好ましく、板状成形材料Ｑと同じ繊維強化複合材料Ｃからなるものであるとより好ましい。不連続強化繊維および熱可塑性樹脂として好ましいものは、ＦＲＣＭ成形体について前記したとおりである。
上記製造方法４において、“材料Ｐと材料Ｑとの重なり長さ／得られる繊維強化複合材料成形体における重なり部の厚み”は３以上であると好ましく、４以上であるとより好ましく、８以上であると更に好ましい。
上記製造方法４において、材料Ｐ、材料Ｑについて、コールドプレス成形時に重ね合わせられる部分の厚みの両者の平均値が、得られる繊維強化複合材料成形体における重なり部の厚みに対して０．２倍以上５倍以下であると好ましく、０．７倍以上２倍以下であるとより好ましく、０．８倍以上１．５倍以下であると更に好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明の繊維強化複合材料成形体は、自動車等の構造部品等に用いることが可能であり、車体の軽量化などを確実なものとする。
【符号の説明】
【０１３３】
１  井戸状部および面状部を有する繊維強化複合材料成形体の例
２  面状部
３  井戸状部の底面部
４  井戸状部の壁面部
５  井戸状部
１１  開口部
１２  開口部の投影形状、開口部の投影面積
１３  井戸状部の底面部
Ｅ  井戸状部の深さ
Ｌ  凹型の凹部の出口端の開口距離
Ｌ’  ＦＲＣＭ成形体の井戸状部の開口部の出口端の開口距離
Ｄ  凹型の凹部の出口端の開口距離Ｌ間の凹型内沿面長
Ｄ’  ＦＲＣＭ成形体の井戸状部の開口部の出口端の開口距離Ｌ’間の井戸状部の外沿面長
３１、３２  成形材料と下型の接触点
３３、３４  成形材料と上型の接触点
３５  張力緩和構造の一例である切れ込み
４１  孔を有する板状成形材料
４１’  板状成形材料Ｐ
４２  板状成形材料Ｑ
５１  引張破断伸度εｖの評価に用いられる一例の成形型の下型の深さ
６１  重なり長さ
６２  成形体から曲げ試験用の試験片を採取する際に、試験片の長手方向とする方向
（ｘ）  引張破断伸度εｖの評価における板状成形材料Ｑの伸長前の長さ
（ｙ）  引張破断伸度εｖの評価における板状成形材料Ｑの伸長後の長さ
【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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