JP2011251444A - 連続繊維複合材料構造体およびその製造方法ならびにそれを用いた複合成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】強度および剛性の高い複合材料構造体を精度良く高い生産性で提供する。
【解決手段】互いに実質的に平行に配列した連続繊維束と熱可塑性樹脂とからなる特定の曲率を有する構造体であって、連続繊維束は座屈する事無く、連続繊維束の配向方向に直行する方向における構造体の幅方向の中心部を結んだ骨格線について、下記（Ａ）および（Ｂ）
（Ａ）１／（２０×ｄ）（ｒａｄ／ｍｍ）以上の曲率を有する部分を含み、
（Ｂ）１／（２０×ｄ）（ｒａｄ／ｍｍ）以上の曲率を有する部分の中心角の合計が３０度以上である
（ｄは曲げを付与する前の、連続繊維の配向方向に直行する方向における構造体の幅、ｍｍ）
を満足することを特徴とする記載の連続繊維複合材料構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は連続繊維複合材料構造体およびその製造方法、ならびにそれを用いた複合成形体に関するものである。

近年、車両用パネルを含む多くの場面で軽量化の観点から樹脂製パネルが多く提案されている。樹脂製パネルの剛性を高める為の手段として樹脂を肉厚にしたり強化材を大量に用いたりすることは本来の目的である軽量化を損なう。軽量化を維持しながら剛性を高めるために炭素繊維などの強化繊維を強化材として利用した繊維複合材料を補強構造体に用いる場合、最小限の補強で最大限の効果を発揮するために樹脂パネルの形状に合わせて湾曲した構造材が要求される。

この様な形状の繊維複合材料の製造方法として、従来は円弧を多角形で近似し、各部位に切り込みを入れ湾曲した複合材料を成形する方法（例えば特許文献１参照）や、湾曲した型に強化繊維を巻きつけて成形する方法(例えば特許文献２参照)が用いられている。しかし、これらの方法では強化繊維の不連続または繊維配列の乱れが生じ、強度および剛性が低下する。

また、マトリクスが熱硬化樹脂であって、ドライファイバーを湾曲したモールドの周方向に連続して配置してドライプリフォームを作製し、レジン・トランスファー・モールディング（ＲＴＭ）法などにより樹脂含浸を行い成形する方法（例えば特許文献３参照）が提案されている。同様に熱硬化樹脂をマトリクスに用いて曲率を持った構造材の成形法方として特許文献４が挙げられる。ただし、これらの熱硬化樹脂を用いた構造材は製造時間に難点があり、工業的な量産には不向きであった。

特開２００３−２５１７０２号公報 特開２００６−５６０２２号公報 特許第４３０９７４８号公報 国際公開第２００８／１１６５６０号パンフレット

本発明の目的は連続繊維と熱可塑性樹脂からなる複合材料構造体であって、繊維配向方向に特定の曲率を持ち、強度および剛性の高い複合材料構造体を精度良く高い生産性で提供することにある。本発明のほかの目的として、特定の曲率形状を有する複合材料構造体を補強構造体として、樹脂成型体と複合することにより、軽量化及び剛性に優れた複合成形体を提供することがある。

本発明は特定の曲率を持った連続繊維複合材料構造体を実現するものである。
すなわち、本発明は互いに実質的に平行に配列した連続繊維束と熱可塑性樹脂とからなる特定の曲率を有する構造体であって、連続繊維束は座屈する事無く、連続繊維束の配向方向に直行する方向における構造体の幅方向の中心部を結んだ骨格線について、下記（Ａ）および（Ｂ）
（Ａ）１／（２０×ｄ）以上の曲率（ｒａｄ／ｍｍ）を有する部分を含み、
（Ｂ）１／（２０×ｄ）以上の曲率（ｒａｄ／ｍｍ）を有する部分の中心角の合計が３０度以上である
（ｄは曲げを付与する前の、連続繊維の配向方向に直行する方向における構造体の幅、ｍｍ）
を満足することを特徴とする連続繊維複合材料構造体である。
さらには特定の曲率を有する連続繊維複合材料構造体、およびその製造方法、該連続繊維複合材料構造体を補強構造体として複合してなる複合成形体である。

本発明により繊維方向に特定の曲率を持った強度および剛性の高い連続繊維と熱可塑性樹脂からなる複合材料構造体が精度良く経済的に提供できる。また、該複合材料構造体を用いることで軽量化及び剛性に優れた複合成形体を提供でき、バックドア、サイドドア、フェンダー、フロントフード、ルーフ、またはフロアパン等の特定の曲率形状を有し軽量化及び剛性に優れた車両用パネルが提供できる。また、これらの構造体は熱可塑性樹脂から成るため、高い生産性で製造することが出来る。

特定の曲率を有する構造体例の概略図 本発明の製造方法において曲げを付与する機構の一例を示す概略図 骨格線の分割及び各角度を示す図 曲げ付与工程の各手順を示す簡易モデル図 複合成形体の一例（実施例３）を示す概略図

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は連続繊維と熱可塑性樹脂からなる、特定の曲率を持った複合材料構造体ならびにその製造法及びそれを用いた軽量化及び合成に優れた複合成形体に関するものである。

[連続繊維複合材料構造体]
本発明は、互いに実質的に平行に配列した連続繊維と熱可塑性樹脂からなり、特定の曲率を有する構造体である。
連続繊維束は座屈する事無く、構造体の幅方向の中心部を結んだ骨格線は特定の曲率を有する部分を含むことを特徴とする。特定の曲率とは、下記（Ａ）および（Ｂ）
（Ａ）１／（２０×ｄ）以上の曲率（ｒａｄ／ｍｍ）を有する部分を含み、
（Ｂ）１／（２０×ｄ）以上の曲率（ｒａｄ／ｍｍ）を有する部分の中心角の合計が３０度以上である
を満足する。ここで構造体の幅、すなわち曲げを付与する前の、連続繊維束の配向方向に対して垂直方向の構造体の幅をｄ（単位ｍｍ）で表すが、構造体の幅が変化する場合には構造体の長手方向に渡って幅を平均したものをｄとする。

本発明において、連続繊維が互いに実質的に平行とは構造体を構成する連続繊維の９０％以上が構造体の骨格線に対して４５度以下の角度で配置されていることを言う。
本発明における座屈とは構造体が局所的に不連続に折れ曲がったり、皺になったりしている状態である。

本発明における特定の曲率を有する連続繊維複合材料構造体の模式図を図１に示す。曲率は１／（２０×ｄ）（ｒａｄ／ｍｍ）以上であり、構造体全体における曲率を有する部分の中心角の合計が３０度以上であることを特徴とする。曲率の範囲の制限は特にないが、具体的には１／（２０×ｄ）以上、１／（０．０１×ｄ）以下である。曲率はより好ましくは１／（２０×ｄ）以上、１／（０．１×ｄ）以下である。

曲率を有する部分の中心角の合計範囲の制限は特にないが、具体的には３０度以上７２０度以下である。より好ましくは３０度以上３６０度以下である。１つの曲率を有する部分の中心角は好ましくは３０〜１２０度、より好ましくは３０〜９０度である。連続繊維複合材料構造体中の特定の曲率を有する部位の個数は好ましくは１〜６、より好ましくは１〜４である。
本発明の複合材料構造体の幅と長さは後述するような各種用途に合わせて適宜選択される。

[連続繊維について]
本発明における連続繊維として、天然繊維もしくは化学繊維を用いる事が出来る。具体的には、綿、麻、ジュート、ウール、絹、ポリ乳酸繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、アクリル繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ボロン繊維、アゾール繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、炭素繊維などが挙げられる。
連続繊維束は比弾性率２．５×１０⁸ｃｍ以上の繊維からなることが好ましい。さらには比弾性率５．０×１０⁸ｃｍ以上の繊維からなることが好ましい。
連続繊維束の繊維径についてとくに制限はないが、好ましくは１μｍ〜２０μｍである。
連続繊維複合材料構造体中、末端を除き連続繊維は切断されることなく複合されている。

[マトリクス樹脂について]
連続繊維複合材料構造体を構成するマトリクスとしては、熱可塑性樹脂およびそれらの組成物である。具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリ乳酸、ポリアミド樹脂、ＡＳＡ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。なかでも好ましくは、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂である。
該連続繊維複合材料構造体中の連続繊維の含有量は、樹脂１００体積部に対し１０〜３００体積部が好ましい。さらには４０〜１５０体積部が好ましい。

[連続繊維複合材料構造体の製造方法]
本発明の連続繊維複合材料構造体の好ましい製造方法について述べる。本発明は該製造方法も包含する。本発明方法により、精度良く、効率的に、安定して製造することが可能である。

本発明方法は（１）個別の繊維巻き出し装置から、熱可塑性樹脂を含浸した繊維もしくは熱可塑性樹脂と連続繊維が混合された繊維、を複数本引き出して平行に引き揃えて繊維束を得る工程と、（２）引きそろえた繊維束を、それと垂直方向に把持する繊維束把持機構により把持する工程と、（３）繊維束を把持した状態で繊維束把持機構を、一定量並進移動させ、かつ設定された面内回転させることで繊維束内の繊維各部の経路長を調整する曲げ工程と、（４）繊維束把持機構が繊維束を把持する部分で、繊維束を幅方向に固定する工程と、（５）固定した繊維束を加圧し所定の幅の構造体に成形する工程を有する連続繊維複合材料構造体の製造方法である。

以下各工程について述べる。工程（１）は個別の繊維巻き出し装置から熱可塑性樹脂を含浸した連続繊維束、もしくは熱可塑性樹脂と連続繊維が混合された繊維束を複数本を引き出して平行に引き揃える工程である。ここで熱可塑性樹脂を含浸した連続繊維束を用いる場合、上述したとおりの複合材料構造体中の連続繊維の好ましい含有量を満たすように含浸させた連続繊維束を用いる。
熱可塑性樹脂と連続繊維が混合された繊維束を用いる場合も同様に、複合材料構造体中の連続繊維の好ましい含有量を満たすよう混合した繊維束を用いる。

工程（２）は引きそろえた繊維束をそれと直行する方向に把持する繊維束把持機構を用いた把持工程である。ここで用いられる繊維把持機構はゴム板など摩擦係数の大きく柔軟性を持つ素材で形成される事が好ましい。把持部での繊維のすべり及び繊維の損傷を防ぐ事が出来るからである。

工程（３）は繊維束を把持した状態で繊維束把持機構を、一定量並進移動させ、かつ設定された面内回転させることで繊維束内の繊維各部の経路長を調整し曲げを付与する工程である。ここで用いられる機構の一例を図２に示す。

工程（４）は繊維束把持機構が繊維束を把持する部分で、繊維束を幅方向に固定する工程である。ここで用いられる繊維束を幅方向に固定する方法としては、熱溶着、超音波溶着、ホットメルト接着剤などの接着剤を用いての接着などが挙げられる。

工程（５）は固定した繊維束を加圧し所定の幅の構造体に成形する工程である。加圧し、成形する方法としてホットプレス、加熱ローラーを用いたプレス、加熱機構とローラーによるプレスが挙げられる。

以下、前記工程（３）と（４）について好ましい手順（ａ）〜（ｅ）について述べる。
手順（ａ）では形成しようとする連続繊維複合材料構造体の幅方向の中心線を結んだ曲線上に、ｄ／１０より短い間隔で分割する点を設け、構造体の一端末から別の端末に向かって０から順番に番号をつける。このとき末端にある点の番号をNとする。分割する間隔の制限は特にないが、具体的にはｄ／１０００より長く、ｄ／１０より短いことが好ましい。より好ましくはｄ／５００より長く、ｄ／１０より短い間隔とする。また、均等に分割しても良いし、直線を大きく分割しても良い。

手順（ｂ）では第ｋ-1番目の点と第k番目の点を結んだ線分をＡ_ｋとしその長さをＢ（ｋ）とし、形成しようとする連続繊維複合材料構造体に関し、線分Ａ_ｋ＋１と線分Ａ_ｋのなす角度をＴ（ｋ）とする。図３に詳細を示す。

曲げ付与工程の各手順を図４中に示す簡易モデルを挙げて説明する。手順（ｃ）では繊維束把持位置で繊維束を繊維束把持機構で把持し（Ｉ）、まずB（１）の長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ（II）、繊維束中点を中心として繊維束面内で、繊維束把持機構を角度Ｔ（１）／２だけ回転させたのち（III）、繊維束を幅方向に固定する（IV）。

手順（ｄ）では繊維束把持機構から繊維束を解放し、繊維束把持機構を繊維把持位置に戻し、その位置で新たに繊維束を把持し（Ｖ）、Ｂ（２）の長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、繊維束中点を中心として繊維束面内で、繊維束把持機構を角度（Ｔ（１）＋Ｔ（２））／２だけ回転させたのち、繊維束を幅方向に固定する。

手順（ｅ）では手順（ｄ） と同様の操作をさらにＮ−２回繰り返す。但し（ｄ）の操作の後のｍ回目の操作においては、繊維束把持機構から繊維束を解放し、繊維束把持機構を繊維把持位置に戻し、その位置で新たに繊維束を把持し、Ｂ（ｍ＋２）の長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、繊維束中点を中心として繊維束面内で、繊維束把持機構を角度（Ｔ（ｍ＋１）＋Ｔ（ｍ＋２））／２だけ回転させたのち、繊維束を幅方向に固定するものとする。

また本発明において骨格線が閉曲線である場合、末端同士で継ぎ目が発生する。継ぎ目が負荷応力の大きい場所に発生しないようにすると共に、多層積層する場合は剛性低下防止のために継ぎ目をずらすように構造体を製造するか、または末端Ｎで切断せずに再度末端０から上記手順を繰り返して積層を行うことが好ましい。

[複合成形体]
本発明の複合材料構造体を補強構造体として、樹脂成型体と複合することにより、複合成形体とすることができる。本発明は連続繊維複合材料構造体を補強構造体ととして、樹脂成型体と複合してなる複合成形体も包含する。

本発明の複合成形体に用いられる樹脂成形体を構成する樹脂は、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であり、好ましくは熱可塑性樹脂及びそれらの組成物である。具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリ乳酸、ポリアミド樹脂、ＡＳＡ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂の組成物、ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂との組成物、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂の組成物、ポリアミド樹脂とＡＢＳ樹脂の組成物、ポリエステル樹脂とポリアミド樹脂の組成物、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられるが特に制限はない。

該樹脂成型体は射出成型、ブロー成型、ホットプレス・コールドプレスを含む圧縮成型、真空成型、圧空成型などで成型することができる。
複合材料構造体と樹脂成形体との複合方法としては、インサート工法、アウトサート工法、接着剤による接合、機械的な接合、嵌め合い、フック、ファスナーなどの方法が挙げられる。

本発明の複合成形体において、樹脂成形体は強化繊維を含有していても良い。強化繊維として、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ボロン繊維、アゾール繊維、アルミナ繊維が挙げられるが特に制限はない。
強化繊維を含有する場合、強化繊維の含有量は、樹脂１００体積部に対し１０〜１００体積部が好ましい。さらには樹脂１００体積部に対し１０〜５０体積部が好ましい。

該繊維強化樹脂成形体中の強化繊維は、その形態は問わない。短繊維でも、長繊維でも、連続繊維でも良い。短繊維とは繊維長が０．１〜１０ｍｍ、長繊維とは繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍ、連続繊維とは繊維長が１００ｍｍ以上のものである。短繊維や長繊維の場合は、チョップドストランド等を用いて抄紙されたペーパーであってもよい。連続繊維の場合は、織編物、ストランドの一方方向配列シート状物及び多軸織物等のシート状、または不織布状でマトリックス樹脂中に含有されていることも好ましい。なお、多軸織物とは、一般に、一方向に引き揃えた繊維強化材の束をシート状にして角度を変えて積層したもの（多軸織物基材）を、ポリアミド糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等のステッチ糸で、この積層体を厚さ方向に貫通して、積層体の表面と裏面の間を表面方向に沿って往復しステッチした織物をいう。該繊維強化樹脂成形体を構成する繊維強化材料は、強化繊維がランダムに分散したものあるいは特定の繊維配向をしたものでもよく、繊維が面配向したものあるいは一軸配向したもの、あるいはそれらの組み合わせ、あるいはそれらの積層体であることが好ましい。

樹脂成形体中の強化繊維が不連続のフィラー繊維であっても、また強化繊維の含有量が少ない場合でも、本発明の複合成形体とすることで、曲げ剛性およびねじり剛性の改善された樹脂製の車両用パネル部品を提供することができる。したがってフィラー繊維の含有量が少ない場合ほど、本発明の効果がより発現する。この観点から、不連続フィラー繊維の含有量は好ましくは樹脂１００体積部に対し、１０〜３０体積部である。
該繊維強化樹脂成型体は射出成型、ブロー成型、ホットプレス・コールドプレスを含む圧縮成型、真空成型、圧空成型などで成型することができる。

本発明の複合材料構造体を補強構造体として、複合成形体とするとき、以下の（ｉ）および（ii）を満たすことが好ましい。
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したときの、全構造体の投射面積をＳ１とし、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投射面積をＳ２とするとき
０．６０>Ｓ２／Ｓ１>０．０４ （ｉ）
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したとき、全構造体の投影図の図心に関する極二次モーメントをＪ１、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投影図の全構造体の図心に関する極二次モーメントをＪ２としたとき
０．９５>Ｊ２／Ｊ１>０．１５ （ii）
極二次モーメントは二次極モーメントともいい次式（iii）に示すように図心からの距離の二乗（ｒ^２）を対象の全面積に渡って積分したものである。
Ｉｐ＝∫（ｒ^２×ｄＡ） ・・・（iii）
（Ｉｐは極二次モーメント、ｒは微小面積（ｄＡ）と図心との距離）
実際の計算においては（iii）は差分化により求めてもよい。

補強構造体が複数の分離した補強構造体の集合である場合、全ての補強構造体の投影面積を合算したものをＳ２、また全ての補強構造体の全構造体の図心に関する極二次モーメントを合算したものをＪ２とする。

式（ｉ）においてＳ２／Ｓ１が０．６０以上の場合は補強繊維の使用量が多大となり経済性および軽量性が損なわれる。またＳ２／Ｓ１が０．０４以下の場合は垂直パネル部品の剛性が不足する。Ｓ２/Ｓ１は、好ましくは０．２〜０．６、より好ましくは０．３〜０．５である。
樹脂成形体がフィラー繊維を含有しない場合は
０．６０＞Ｓ２／Ｓ１＞０．０５ （ｉ）’
とすることが好ましい。
樹脂成形体が樹脂１００体積部に対し、１０〜３０体積部の不連続フィラー繊維を含有している場合は
０．５５＞Ｓ２／Ｓ１＞０．０４ （ｉ）”
とすることが好ましい。

式（ii）においてＪ２／Ｊ１が０．９５以上の場合は、式（ｉ）のＳ２／Ｓ１が６未満であっても強化繊維が過剰に使用されており経済性において好ましくなく、Ｊ２／Ｊ１が０．１５以下では、Ｓ２／Ｓ１が０．０５より大きい場合であっても、車両用パネル部品の剛性が不足する。Ｊ２／Ｊ１は、好ましくは０．２５〜０．９５、より好ましくは０．３〜０．９である。
樹脂成形体がフィラー繊維を含有しない場合は
０．９５＞Ｊ２／Ｊ１＞０．２０ （ii）’
とすることが好ましい。
樹脂成形体が樹脂１００体積部に対し、１０〜３０体積部の不連続フィラー繊維を含有している場合は
０．９０＞Ｊ２／Ｊ１＞０．１５ （ii）”
とすることが好ましい。
補強構造体の強化繊維が炭素繊維の場合、上記Ｊ２／Ｊ１が０．３０以上０．９０以下であることが好ましい。

[車両用パネル]
本発明の複合成形体よりバックドア、サイドドア、フェンダー、フロントフード、ルーフ、およびフロアパンからなる群から選ばれる特定の曲率を有する車両用パネルが提供できる。

本発明の車両用パネル部品は窓部などのガラス部分を有していても良く、パネルにおける窓部の占める割合および形状は問わない。本発明の車両用パネル部品の投影面積は窓部を含めたものとする。窓部が可動式の場合は窓を完全に閉めた状態、あるいはそれに準ずる状態における形態とする。
また車両用パネル部品は樹脂成形体に固定された金属などの部品を有していても良い。この場合、金属部品が車両用パネル部品のアウトラインよりはみ出ていたら投射面積は金属部品のはみ出た部分も含める。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何等限定を受けるものでは無い。

[実施例１]
形成しようとする曲率を有する連続繊維複合材料構造体は、幅２０ｍｍ、厚み１．０ｍｍ、曲率は０．００４０ｒａｄ／ｍｍ、曲率を有する部分の中心角は２３０度、長さは１０００ｍｍである。幅方向の中心線を結んだ曲線上に２ｍｍ間隔で分割する点を設け、構造体の一端末から別の端末に向かって０から４９９までの番号をつけた。この時、線分の長さＢ（ｋ）は２ｍｍであり、線分のなす角度Ｔ（ｋ）は０．４６度であった。
個別の繊維巻き出し装置から、連続繊維の含有量が樹脂１００体積部に対して５０体積部となるように熱可塑性樹脂を含浸した繊維束２０本を引き出して平行に引き揃えた。連続繊維として東邦テナックス（株）製テナックスＳＴＳ４０（登録商標）、熱可塑性樹脂としてナイロン６樹脂を用いた。引きそろえた複合繊維束を図２に示す製造装置を用いて繊維束把持機構により把持した。

次いで２ｍｍだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、次に繊維束中点を中心として繊維束面内で繊維束把持機構を角度０．２３度だけ回転させたのち、超音波溶着機を用いて繊維束を幅方向に固定した。（α）繊維束把持機構から繊維束を解放し、繊維束把持機構を繊維把持位置に戻し、その位置で新たに繊維束を把持し、２ｍｍの長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、次に繊維束中点を中心として繊維束面内で角度０．４６度だけ回転させたのち、超音波溶着機を用いて繊維束を幅方向に固定した。（α）と同様の操作を４９７回繰り返すことで所定の構造をもつ連続繊維複合材料構造体を製造した。
成形した特定の曲率を有する構造体は座屈する事無く精度良く製造する事が出来、剛性的にも問題ない事を確認した。

[実施例２]
形成しようとする曲率を有する連続繊維複合材料構造体は、幅５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、曲率は０．００６３ｒａｄ／ｍｍ、曲率を有する部分の中心角は１８０度、長さは５００ｍｍである。幅方向の中心線を結んだ曲線上に２ｍｍ間隔で分割する点を設け、構造体の一端末から別の端末に向かって０から２４９までの番号をつけた。この時、線分の長さＢ（ｋ）は２ｍｍであり、線分のなす角度Ｔ（ｋ）は０．７２度であった。
実施例１と同様の使用材料および作製方法により構造体を得た。成形した特定の曲率を有する構造体は座屈する事無く精度良く製造する事が出来、剛性的にも問題ない事を確認した。

[実施例３]
図５に示す窓部を有し、曲率を有する角部を含む自動車のバックドアを作製した。樹脂成形体（１４）としてポリプロプレン（（株）プライムポリマー製プライムポリプロ（登録商標）Ｊ１０５Ｇ）を用いた。
補強構造体（１６）は図２に概略を示す製造装置を用い、連続繊維として炭素繊維（東邦テナックス（株）製、テナックスＳＴＳ４０（登録商標）、比弾性率１４×１０^８ｃｍ）の一方向材とし、炭素繊維１００体積部に対してナイロン６（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製、ノバミッド（登録商標）１０１０Ｃ２）１００体積部で、図５に示すように配置した。幅は２０ｍｍ、厚みは１．０ｍｍ、曲率は０．００４ｒａｄ／ｍｍ、曲率を有する部分の中心角はそれぞれ９０度、曲率を有する部分の中心角の合計は３６０度、長さは３５６８ｍｍとする曲率を有する連続繊維複合材料構造体を用いた。
連続繊維複合材料構造体の作製手順は以下の通りであった。幅方向の中心線を結んだ曲線上に、２ｍｍの間隔で分割する点を設け、構造体の一端末から別の端末に向かって０から１７８３までの番号をつけた。この時、０から２５０まで、４４６から６９６まで、８９２から１１４２まで及び１３３８から１５８８までの線分の長さは２ｍｍであり、線分のなす角度は０度であった。また、２５０から４４６まで、６９６から８９２まで、１１４２から１３３８まで及び１５８８から１７８３までの線分の長さは２ｍｍであり、線分のなす角度は０．４６度であった。

引きそろえた複合繊維束を図２に示す製造装置を用いて繊維束把持機構により把持した。次いで２ｍｍだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、次に繊維束中点を中心として繊維束面内で繊維束把持機構を角度０．２３度だけ回転させたのち、超音波溶着機を用いて繊維束を幅方向に固定した。（α）繊維束把持機構から繊維束を解放し、繊維束把持機構を繊維把持位置に戻し、その位置で新たに繊維束を把持し、２ｍｍの長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、次に繊維束中点を中心として繊維束面内で繊維束把持機構を番号に応じた所定の角度（０または０．４６度）だけ回転させたのち、超音波溶着機を用いて繊維束を幅方向に固定した。（α）と同様の操作を１７８１回繰り返すことで所定の構造をもつ連続繊維複合材料構造体を製造した。成形した特定の曲率を有する構造体は座屈する事無く精度良く製造することが出来、剛性的にも問題ないことを確認した。
樹脂成形体（１４）と補強構造体（１６）の境界には弾性層としてウレタン系弾性接着剤（Ｓｉｋａｆｌｅｘ（登録商標）−２５５Ｅｘｔｒａ、弾性率０．００３ＧＰａ）を厚み２ｍｍで全面に配置した。
全構造体の投射面積をＳ１とし、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投射面積をＳ２とするときＳ２／Ｓ１の値は０．３であった。全構造体の投影図の図心に関する極二次モーメントをＪ１、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投影図の全構造体の図心に関する極二次モーメントをＪ２としたとき、Ｊ２／Ｊ１の値は０．４であった。作製したバックドアは、同形状の鋼製のバックドア（下記比較例１）と窓部を除いた重量比較で、５０％の軽量化を達成した。作製したバックドアのねじり剛性および曲げ剛性を測定した。結果を表１に示す。

[比較例１]
実施例３と同形状の鋼製のバックドアのねじり剛性および曲げ剛性を測定した。結果を表１に示す。

[比較例２]
補強構造体（１６）を配置しない以外は実施例３と同じバックドアパネルのねじり剛性および曲げ剛性を測定した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように本発明の複合成形体の車両用パネル部品は、同形状の鋼製パネルにはやや劣るが十分なねじり剛性および曲げ剛性を有する。

１ 連続繊維の配向方向
２ 複合材料構造体
３ 構造体の幅ｄ
４ 骨格線
５ 曲率半径
６ 曲率を有する部分の中心角
１１ａ 繊維束把持機構
１１ｂ 繊維束把持機構
１２ 曲げ付与用繊維把持機構移動シリンダ
１３ 繊維束固定機構
１４ 樹脂成形体
１５ 窓部
１６ 連続繊維複合材料構造体

Claims (10)

1. 互いに実質的に平行に配列した連続繊維束と熱可塑性樹脂とからなる特定の曲率を有する構造体であって、連続繊維束は座屈する事無く、連続繊維束の配向方向に直行する方向における構造体の幅方向の中心部を結んだ骨格線について、下記（Ａ）および（Ｂ）
   （Ａ）１／（２０×ｄ）以上の曲率（ｒａｄ／ｍｍ）を有する部分を含み、
   （Ｂ）１／（２０×ｄ）以上の曲率（ｒａｄ／ｍｍ）を有する部分の中心角の合計が３０度以上である
   （ｄは曲げを付与する前の、連続繊維の配向方向に直行する方向における構造体の幅、ｍｍ）
   を満足することを特徴とする連続繊維複合材料構造体。
2. 連続繊維が比弾性率２．５×１０^８ｃｍ以上の繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の連続繊維複合材料構造体。
3. （１）個別の繊維巻き出し装置から、熱可塑性樹脂を含浸した繊維もしくは熱可塑性樹脂と連続繊維が混合された繊維を複数本引き出して平行に引き揃えて繊維束を得る工程と、（２）引きそろえた繊維束を、それと垂直方向に把持する繊維束把持機構により把持する工程と、（３）繊維束を把持した状態で繊維束把持機構を、一定量並進移動させ、かつ設定された面内回転させることで繊維束内の繊維各部の経路長を調整する曲げ工程と、（４）繊維束把持機構が繊維束を把持する部分で、繊維束を幅方向に固定する工程と、（５）固定した繊維束を加圧し所定の幅の構造体に成形する工程
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の連続繊維複合材料構造体の製造方法。
4. （３）と（４）の工程において、以下の（ａ）〜（ｅ）の手順によって行うことを特徴とする請求項３に記載の連続繊維複合材料構造体の製造方法。
   （ａ）形成しようとする連続繊維複合材料構造体の幅方向の中心線を結んだ曲線上に、ｄ／１０より短い間隔で分割する点を設け、構造体の一端末から別の端末に向かって０から順番にまで番号をつけ、このとき末端にある点の番号をＮとする、
   （ｂ）第ｋ−１番目の点と第ｋ番目の点を結んだ線分をＡ_ｋとしその長さをＢ（ｋ）とし、形成しようとする連続繊維複合材料構造体に関し、線分Ａ_ｋ＋１と線分Ａ_ｋのなす角度をＴ（ｋ）とする、
   （ｃ）引きそろえた繊維の繊維方向と直交する方向を「把持方向」、繊維束把持部における繊維束の幅方向の中央部を「繊維束中点」、繊維方向と把持方向を含む面を「繊維束面」とするとき、繊維束把持位置で繊維束を繊維束把持機構で把持し、まずＢ（１）の長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、繊維束中点を中心として繊維束面内で、繊維束把持機構を角度Ｔ（１）／２だけ回転させたのち、繊維束を幅方向に固定する、
   （ｄ）繊維束把持機構から繊維束を解放し、繊維束把持機構を繊維把持位置に戻し、その位置で新たに繊維束を把持し、Ｂ（２）の長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、繊維束中点を中心として繊維束面内で、繊維束把持機構を角度（Ｔ（１）＋Ｔ（２））／２だけ回転させたのち、繊維束を幅方向に固定する、
   （ｅ）（ｄ）と同様の操作をさらにＮ−２回繰り返す。但し（ｄ）の操作の後のｍ回目の操作においては、繊維束把持機構から繊維束を解放し、繊維束把持機構を繊維把持位置に戻し、その位置で新たに繊維束を把持し、Ｂ（ｍ＋２）の長さだけ繊維束把持位置から繊維把持機構を並進移動させ、繊維束中点を中心として繊維束面内で、繊維束把持機構を角度（Ｔ（ｍ＋１）＋Ｔ（ｍ＋２））／２だけ回転させたのち、繊維束を幅方向に固定する。
5. 樹脂成型体と、請求項１または２に記載の連続繊維複合材料構造体からなる補強構造体とを複合してなる複合成形体。
6. 樹脂成形体が、強化繊維を含有することを特徴とする請求項５に記載の複合成形体。
7. 以下の（ｉ）、および（ii）を同時に満たすことを特徴とする請求項５または６に記載の複合成形体。
   樹脂成形体の投影面積が最大となる投射角で投影したときの、複合成型体の投射面積をＳ１とし、同じ投射角で投影したときの連続繊維補強構造体のみの投射面積をＳ２とするとき
   ０．６０＞Ｓ２／Ｓ１＞０．０４ （ｉ）
   樹脂成形体の投影面積が最大となる投射角で投影したとき、複合成型体の投影図の図心に関する極二次モーメントをＪ１、同じ投射角で投影したときの連続繊維補強構造体のみの投影図の全構造体の図心に関する極二次モーメントをＪ２とするとき
   ０．９５＞Ｊ２／Ｊ１＞０．１５ （ii）
8. 補強構造体の強化繊維が炭素繊維であって、上記Ｊ２／Ｊ１が０．３０以上０．９０以下である請求項７に記載の複合成形体。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載の複合成形体を用いた車両用パネル。
10. バックドア、サイドドア、フェンダー、フロントフード、ルーフ、またはフロアパンである請求項９に記載の車両用パネル。