JP5725192B2 - 繊維強化複合材料構造体を用いた複合材料成形体、ならびにその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軽量性、薄肉性、及び剛性に優れた繊維強化複合材料構造体に関する。詳しくは、本発明の繊維強化複合材料構造体は、連続した強化繊維とマトリックス樹脂から形成される薄板の片面に連続した強化繊維とマトリックス樹脂から形成される表面材が接合されてなり、特に軽量性と薄肉性に優れた特性を有する。
本願は、２０１２年７月１８日に、日本に出願された特願２０１２−１５９５５３号及び２０１３年４月９日に、日本に出願された特願２０１３−０８１０１９号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

繊維強化樹脂複合材料（以下「ＦＲＰ」という。）は、軽量でかつ高強度及び高剛性であるため、スポーツ、又はレジャー用途から、自動車又は航空機等の産業用途まで、幅広く用いられている。

ＦＲＰはパーソナルコンピューターなどの電気電子機器、家電機器、および医療機器の筐体にも用いられる。パーソナルコンピューターおよび電話などの電気電子機器はモバイル化により、これらの機器を構成する部品が、小型、軽量、および薄肉である必要がある。特に、これらの機器の筐体については、外部から荷重がかかった場合に、筐体の一部が撓んで、内部部品と接触し内部部品が破損したり、筐体自体が破壊したりすることがないように高強度、および高剛性などである必要がある。

特許文献１には、ハニカム構造、島状構造、または、表面と平行方向に貫通した空隙部位を有する構造のうちの少なくとも１つの構造を形成する芯材（Ｉ）と、前記芯材（Ｉ）の両面に配置された、連続した強化繊維とマトリックス樹脂で構成される繊維強化材（ＩＩ）から形成されるサンドイッチ構造体（ＩＩＩ）が開示されている。この構造体は軽量性、薄肉性、および量産性に優れた構造部材として有用であるとされているが、芯材（Ｉ）の両面に繊維強化材（ＩＩ）を配置するため、軽量性、薄肉性、および量産性を妨げる要因となっている。

また、特許文献１には、サンドイッチ構造体（ＩＩＩ）の外周に、ボスリブ部、およびヒンジ部を有するフレームとして樹脂構造体（熱可塑性樹脂組成物）を形成するために、サンドイッチ構造体（ＩＩＩ）の最表層に熱可塑性樹脂層を設けて、アウトサート射出成形を行うことが開示されている。特許文献１では、熱可塑性樹脂層を配置した部分を約５ｍｍのオーバーラップ長で接合することで強固に一体化される利点があると開示されている。しかしながら、特許文献１に開示された構造体においては、サンドイッチ構造体（ＩＩＩ）と樹脂構造体との接合部が、樹脂構造体の上面に位置している。すなわち、サンドイッチ構造体（ＩＩＩ）と、樹脂構造体とが上下に重なり合って接合部が形成されているため、この重なり合った接合部におけるサンドイッチ構造体（ＩＩＩ）の厚みが、筐体の薄肉化を妨げる要因となっている。

また、サンドイッチ構造体（ＩＩＩ）が、樹脂構造体の上面に位置するため、サンドイッチ構造体（ＩＩＩ）の側端面が製品外観面に位置して形成されているので、製品外観を良くするのに限界がある。

特許文献２では、板状部材と樹脂構造体とからなり、前記板状部材は、上面側と下面側とに位置する表層基材と前記上面側の基材と前記下面側の基材との両表層基材の間に位置するコア層基材とから形成されることが開示されている。特許文献２において、前記各表層基材は、繊維強化樹脂から形成され、前記コア層基材は、前記各表層基材を形成する前記繊維強化樹脂よりも軟質の軟質材料から形成されている複合成形品が開示されている。特許文献２においては、この複合成形品は軽量性、薄肉性に優れた複合成形品として有用であると開示されているが、表層基材の間に軟質材料から形成されているコア層基材を配置するため、軽量性、および薄肉性を妨げる要因となっている。

また、特許文献２では、前記板状部材と前記樹脂構造体とが互いに向かい合う側端面において接合された接合面を有し、前記接合面の少なくとも一部の接合面は、前記各表層基材の側端面と前記樹脂構造体の側端面とが凹凸形状を有して接合された凹凸形状接合面であり、かつ、前記凹凸形状接合面において、前記樹脂構造体の先端部が前記両表層基材の間に嵌入している樹脂構造体嵌入先端部を有する複合成形品が開示されている。特許文献２においては、これらの接合面は十分な接合強度を得られることができると開示されている。射出成形時の樹脂の流動性が低い場合、又は射出圧力を高くできない場合などには、樹脂構造体のコア層基材への凸形状の侵入が充分ではなく、板状部材と樹脂構造体との十分な接合強度を妨げる要因となっている。

日本国特開２００８−２３０２３５号公報 国際公開ＷＯ２００９／０３４９０６号パンフレット

本発明の目的は従来技術の問題点に鑑み、軽量性および薄肉性に優れた繊維強化複合材料構造体を提供することにある。

本発明の第二態様にかかる複合材料成形体は、第一面と、頂面を有するとともに前記第一面上に突出し規則的に配置された複数の凸部とを有する薄板と、第二面を有し、前記第二面で前記頂面と接合されている表面材と、を備えた第一態様の繊維強化複合材料構造体と、前記薄板の端部と前記表面材の端部との間に形成される空間に充填された接合部と、前記接合部によって前記繊維強化複合材料構造体と接合される樹脂構造体と、を備え、前記第一面上に突出し、前記複数の凸部を囲むように連続して配置される凸条をさらに備え、前記凸条と、前記薄板の前記端部と、前記表面材の前記端部とで囲まれる空間に、前記接合部が充填されている。
前記複数の凸部のうち一つの凸部において、前記凸部の頂面の形状及び前記凸部と前記第一面との境界線で囲まれる第１領域の形状が、正方形、長方形、菱形、三角形、五角形、六角形、円形、楕円形、丸角正方形、丸角長方形、丸角菱形、丸角三角形、丸角五角形、及び丸角六角形から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
前記複数の凸部は、一つの第１凸部と、前記第１凸部に隣り合う第２凸部とを有し、前記第一面と垂直な方向における前記第１凸部の中心軸と、前記第２凸部の中心軸との間隔によって凸部ピッチが規定され、前記凸部ピッチが前記第１領域の最小径の１．６〜２．４倍であることが好ましい。
前記複数の凸部が規則的に設けられた第２領域において、前記第２領域の面積がαで定義され、前記複数の凸部の前記頂面の面積の合計がβで定義され、比β／αが５％以上４０％未満であることが好ましい。
前記複数の凸部のうち一つの凸部において、前記凸部の頂面の面積が前記薄板の板厚の２乗の５倍以上〜５００倍未満であることが好ましい。
前記複数の凸部の高さが前記薄板の板厚の０．５倍以上１０倍未満であることが好ましい。
前記薄板は強化繊維を含み、前記複数の凸部の配列が、前記強化繊維における繊維の長さ方向に対して０°および９０°方向に配列する正方配列ならびに長方配列、または前記複数の凸部の配列方向が前記繊維の長さ方向に対して角度をなす千鳥配列から選択される少なくとも１種の配列を含むことが好ましい。
前記複数の凸部の各々において、前記頂面に平行な方向の断面における最小値フェレ径が、前記薄板の板厚の３倍以上３０倍未満であることが好ましい。
前記複数の凸部の各々の先端部に凹状の窪みを有することが好ましい。
本発明の第二態様の複合材料成形体においては、前記第一態様の繊維強化複合材料構造体と前記樹脂構造体との接合界面に設けられた接着剤層を有することが好ましい。
前記樹脂構造体が熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
前記樹脂構造体がさらにガラス繊維を含むことが好ましい。
本発明の第三態様にかかる複合材料成形体の製造方法は、強化繊維と熱硬化性樹脂組成物とを含むプリプレグ積層体を準備し、突起または窪みを有する型を用いて前記プリプレグ積層体を加熱加圧して、複数の凸部を有する薄板を作製し、前記薄板の前記凸部の頂面に表面材を接合することで繊維強化複合材料構造体を作製し、樹脂材料を前記薄板と前記表面材との間に注入射出して、前記樹脂材料を含む樹脂構造体と前記繊維強化複合材料構造体とを接合する。

本発明の第一態様にかかる繊維強化複合材料構造体は、薄板の凸部の頂面に表面材を接着接合する接着剤の量を減少させつつ、十分な剛性を保ちつつ、薄肉化および軽量化できる。更に、本発明の第一態様にかかる繊維強化複合材料構造体は、樹脂構造体との接合強度に優れた、本発明の第二態様にかかる複合材料成形体を提供できる。本発明の第二態様にかかる複合材料成形体はパーソナルコンピューターなどの電気電子機器の筐体として好適に用いることが出来る。また、軽量化が要求される航空機部品、自動車部品、建材、家電機器、および医療機器などにも適用できる。
また、本発明の第三態様は、このような複合材料成形体の製造方法である。

本発明の実施形態にかかる複合材料成形体の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板を成形するための突起を有する型の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる図２に示した型を用いて成形される薄板の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の横断面形状の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の横断面形状の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の横断面形状の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の横断面形状の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部が凸条である一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部が格子状の凸条である一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状において、複数の形又はサイズが混合されている一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部が枠状の凸条である一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる複合材料成形体の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の横断面形状の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の横断面形状の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価方法の一例を示す斜視図である。 本発明の実施例で評価される薄板の形状の一例を示す斜視図である。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態にかかる薄板の凸部の形状と配列の一例を示す上面図である。 本発明の実施例にかかる複合材料成形体の剛性評価結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態にかかる凸条のピッチについて示す図である。

以下に、本発明の第１実施形態にかかる繊維強化複合材料構造体、および、これを用いた複合材料成形体について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は、図面に記載の発明に限定されない。

図１及び図１１は本発明の第１実施形態にかかる複合材料成形体７の一例を示す図である。この複合材料成形体７は、繊維強化複合材料構造体６（以下、複合材料構造体６と呼ぶことがある）と樹脂構造体４とを含む。繊維強化複合材料構造体６は、強化繊維とマトリクス樹脂（熱硬化性樹脂等）とを含み、複数の凸部１１を有する薄板２の凸側面（複数の凸部１１の複数の頂面１２）に、強化繊維とマトリックス樹脂（熱硬化性樹脂等）とで構成された表面材１が、接着剤３で接着接合された構造となっている。樹脂構造体４の繊維強化複合材料構造体６の近傍に位置する端部（樹脂構造体４の接合部５）は、繊維強化複合材料構造体６の端部において薄板２と表面材１の間に嵌入して、繊維強化複合材料構造体６に接合されている。
なお、表面材１および薄板２の作製に用いるマトリクス樹脂として、熱可塑性樹脂を用いた場合には、接着剤３を用いて表面材１と薄板２とを接着接合する代わりに、表面材１と薄板２とを融着接合することも可能である。

薄板２は、マトリックス樹脂を強化繊維で補強した材料である。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、および熱可塑性樹脂が挙げられ、中でも剛性の点で、熱硬化性樹脂が好適に用いられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、又はフェノール樹脂等が挙げられる。補強繊維として炭素繊維を用いる場合は、炭素繊維との接着性の点で、エポキシ樹脂又はビニルエステル樹脂が好適に用いられる。

表面材１は、マトリックス樹脂を強化繊維で補強した材料である。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、および熱可塑性樹脂が挙げられ、中でも剛性の点で、熱硬化性樹脂が好適に用いられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、又はフェノール樹脂等が挙げられる。補強繊維として炭素繊維を用いる場合は、炭素繊維との接着性の点で、エポキシ樹脂又はビニルエステル樹脂が好適に用いられる。

薄板２と表面材１に用いる強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、高強度ポリエチレン、ＰＢＯ繊維、又はステンレススチール繊維などが挙げられ、中でも軽量化と剛性の点で、炭素繊維が好適に用いられる。また、補強繊維の形態としては、長繊維および短繊維が挙げられ、中でも剛性の点で、長繊維が好適に用いられる。

長繊維の形態としては、多数の長繊維を一方向に揃えて並べてシート状とした材料（一方向性シート、以下、ＵＤシートと呼ぶ）、又は長繊維から形成される織物などが挙げられる。特に、剛性に優れる点で、長繊維が０°および９０゜に配向するように、ＵＤシートを積層した形態、または長繊維から形成される織物を積層した形態が好ましい。

薄板２と表面材１の製造方法には特に制限はないが、例えば、熱硬化性樹脂を用いたプレス成形法、ハンドレイアップ成形法、スプレーアップ成形法、真空バッグ成形法、オートクレーブ成形法、またはレジントランスファー成形法を用いることができる。とりわけ、量産性の観点から、プレス成形法が好適に用いられる。

繊維強化複合材料構造体６と樹脂構造体４とを接合し、一体化する際に、繊維強化複合材料構造体６と樹脂構造体４との両者の間の接合界面に優れた接着性を有する接着剤層（接着剤３の層）を設けてもよい。接着剤層を構成する接着剤としては、アクリル系、エポキシ系、又はスチレン系などの良く知られている接着剤を用いることができ、例えば、エポキシ樹脂接着剤、ウレタン接着剤、又はゴム強化メチルメタクリレートなどを好ましく用いることができる。
なお、表面材１および薄板２の作製に用いるマトリクス樹脂として、熱可塑性樹脂を用いた場合には、接着剤３を用いて表面材１と薄板２とを接着接合する代わりに、表面材１と薄板２とを融着接合してもよい。

樹脂構造体４に使用される樹脂としては、特に制限はないが、射出成形などを用いた接合形状作製の観点からは、熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。

樹脂構造体４に熱可塑性樹脂を用いる場合には、特に制限はないが、耐熱性、および耐薬品性の観点からポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）が、成形品外観および寸法安定性の観点からポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、またはスチレン系樹脂が、成形品の強度および耐衝撃性の観点から、ポリアミド（ＰＡ）がより好ましく用いられる。

複合材料成形体７の高強度、高剛性化を実現するために、樹脂構造体４の樹脂として、強化繊維が含有された樹脂を用いることも好ましい。強化繊維としては、上述の強化繊維が例示される。樹脂構造体４が電波透過性を必要とする場合には、強化繊維として、ガラス繊維を用いることが好ましい。

図３〜９，図１２，図１３Ａ，および図１３Ｂは本発明の第１実施形態にかかる薄板２に形成される複数の凸部の形状の一例を示す図である。
本発明の第１実施形態にかかる薄板２は、ベース部１４（薄板２において、基底面である第一面を有する基底部）と１つ以上の凸部１１を含む。凸部１１は、頂面部（頂面）１２、および頂面部１２とベース部１４とをつなぐ接続面１３（凸部１１の側面）から形成される。なお、前記第一面は、薄板２において、凸部１１が形成された側のベース部１４の一面を意味する。また、表面材において、前記頂面部（頂面）１２と接合する側の面を第二面と呼ぶ。
本発明の第１実施形態にかかる薄板２に形成する複数の凸部１１の頂面部１２の形状は特に限定されず、正方形、長方形、菱形、三角形、円形、楕円形、五角形、および六角形などを用いることができる。正方形、長方形、菱形、三角形、五角形、および六角形においては、これらの角の少なくとも１つが丸角であってもよい。これらの形状から選択される１種類の形でもよく、複数の形又はサイズが混合してもよい。

前述の凸部１１頂面部１２の断面形状において、成形性および接着面積確保のため、三角形、五角形、および六角形においては、各角の角度が４５°以上であることが望ましい。また、楕円形については、長径と短径の比が１．５以下であることが望ましい。

凸部１１の配列方向は特に限定されないが、構造体全体として安定した剛性を得るためには規則的な配列が効果的である。凸部１１の頂面部１２が同じ形状を有し、規則的な配列を有する場合に、構造体全体として安定した剛性が得られる。特に、薄板２を構成する強化繊維において繊維の長さ方向に対して０°方向（繊維０°積層方向）Ａおよび９０°方向（繊維９０°積層方向）Ｂに配列する正方配列（図１９）または長方配列（図３５）、凸部１１の配列方向が繊維の長さ配向に対して角度±θをなす千鳥配列（図２０）が望ましい。

凸部１１のピッチＰ（図３７）は特に限定されないが、凸部１１のサイズＷ１に対して凸部１１のピッチＰが大きいほど成形性は良好となる一方で、構造体としての剛性は低下する。薄板２における凸部１１のピッチＰは、一定であってもよく、徐々に変化していてもよい。例えば、凸部１１のピッチＰは、薄板２の中央部においてピッチＰが狭い領域を有していてもよく（凸部１１が密に形成されている場合でもよく）、薄板２の外縁部においてピッチＰが広い領域を有していてもよい。
なお、凸部１１のピッチＰは、薄板２のベース部１４（薄板２の第一面を有する基底部）と垂直な方向における凸部１１（第１凸部）の中心軸Ｇ１（第１凸部の重心の位置）と、前記凸部１１（第１凸部）に隣り合う凸部１１（第２凸部）の中心軸Ｇ２（第２凸部の重心の位置）との間隔として規定される（図３７）。第１凸部に隣り合う凸部１１（第２凸部）とは、第１凸部以外の凸部１１であって、その中心軸（該凸部１１の重心の位置）と中心軸Ｇ１（第１凸部の中心軸）との距離が最も短い凸部１１を意味する。

凸部１１のサイズＷ１は、以下のように規定される。
凸部１１のサイズＷ１は、凸部１１の底面（頂面の反対に位置する凸部の底面としての仮想面である第１領域、凸部とベース部１４（薄板２の第一面を有する基底部）との境界線で囲まれる第１領域）の径で規定できる。この場合における凸部１１のサイズＷ１は、凸部１１の底面（第１領域）が円形の場合には、底面の直径として規定される。例えば、凸部１１の底面（第１領域）が円形である場合には、凸部１１のサイズＷ１は、凸部１１と薄板２のベース部１４（薄板２の第一面を有する基底部）との境界線で囲まれる領域である底面（第１領域）の最小径（直径）として規定される。
凸部１１の底面（第１領域）が楕円形の場合には長径と短径の平均値として規定される。凸部１１の底面（第１領域）が正方形および長方形の場合には、対角線の長さとして規定される。凸部１１の底面（第１領域）が菱形の場合には２つの対角線の長さの平均値として規定される。凸部１１の底面（第１領域）が三角形、五角形、および六角形の場合には最小外接円の直径として規定される。

凸部１１のピッチＰは、良好な剛性を有する複合材料構造体６を得るためには、凸部１１のサイズＷ１の１．６〜２．４倍であることが望ましい。凸部１１のサイズが１．６倍未満である場合、及び２．４倍より大きい場合には、複合材料構造体６の剛性が低くなる。ただし、凸部１１の形状又は配列により、凸部１１のピッチＰの好ましい範囲はこの限りではない。

凸部１１の頂面部１２とベース部１４をつなぐ接続面１３の形状は特に限定されず、頂面部１２とベース部１４を垂直に交わる法面（図４Ｄ）、ベース部１４と角度γを有する傾斜面（図４Ａ）、または曲面形状（図４Ｂ、図４Ｃ）でもよい。法面形状に対して傾斜面形成では成形性は向上するが、ベース部１４との角度γが鋭角になるほど剛性が低下するため、ベース部１４に対する斜面の角度γは４５°〜９０°が望ましい。

接続面１３がベース部１４に対して角度γを有する斜面とした場合においても、凸部１１のピッチＰは、良好な剛性を有する複合材料構造体６を得るためには、凸部１１のサイズＷ１の１．６〜２．４倍であることが望ましい。凸部１１のサイズＷ１が１．６倍未満である場合、及び２．４倍より大きい場合には、複合材料構造体６の剛性が低くなる。ただし、凸部１１のピッチＰの好ましい範囲は、凸部１１の形状又は配列によって異なり、上記に示した範囲の限りではない。
この場合における凸部１１のピッチＰも、薄板２のベース部１４（薄板２における第一面を有する基底部）と垂直な方向における凸部１１の中心軸（第１凸部の中心軸）と、前記凸部１１に隣り合う凸部１１の中心軸（第２凸部の中心軸）との間隔として規定される。

正方配列および千鳥配列においては、凸部１１のピッチＰを、凸部１１一個分含む等しい大きさのひし形に分割したときのひし形の１辺の長さとする。この場合、良好な剛性を有する複合材料構造体６を得るためには、凸部１１のピッチＰは凸部１１のサイズＷ１の１．６倍以上２．４倍以下であることが望ましい。凸部１１のピッチＰが凸部１１のサイズＷ１の１．６倍未満である場合、２．４倍より大きい場合には、構造体の剛性が低下する。

長方配列においては、良好な剛性を有する複合材料構造体６を得るためには、凸部１１一個分含む等しい大きさの長方形に分割したときの長方形の長辺および短辺が、凸部１１のサイズＷ１の１．６倍以上２．４倍以下であり、さらに、前記短辺と前記長辺の比率が１以上１．２５以下であることが望ましい。凸部１１のピッチＰが凸部１１のサイズＷ１の１．６倍未満である場合、２．４倍より大きい場合には、複合材料構造体６の剛性が低下する。また、前記短辺と、前記長辺との比率が１未満、１．２５以上である場合には、複合材料構造体６の剛性が低下する。

個々の凸部１１の頂面部１２の面積Ｓは特に制限されず、接着剤を塗布して表面材１を凸部１１の頂面部１２に接着するのに十分な大きさがあれば良い。また、凸部１１は、凸部１１の頂面部１２が接着剤を塗布するのに十分な幅を有していれば、直線状又は曲線状に連続して形成される又は枠状ないし格子状に形成される凸条１５（上面１６と側面１７を有する）であってもよい。更に凸部１１の先端部１８に凹状の窪み１９を有していることが好ましい（図１１、１２、１３Ａ、及び１３Ｂ）。また、凸条の先端部２０にも、凹状の窪み２１を有していてもよい（図１１、１２、１３Ａ、及び１３Ｂ）。

薄板２の面積に対する凸部１１の頂面部１２の面積Ｓ及び凸条１５の上面１６の面積の合計の割合は５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることが更に好ましく、２０％以下であることが特に好ましい。５０％を超えると、実質的に表面材１と薄板２の単なる貼り合わせとなり、複合材料構造体６の剛性が低下する。また、前記面積の合計の割合は、５％以上であることが好ましい。前記面積の合計の割合が５％未満では、複合材料構造体６の剛性が低下し、撓みが増大する。

薄板２において、薄板２のベース部１４が２次元状に延在した平面領域である第１Ｃ領域（ベース部１４、複数の凸部１１の底面（第１領域）、および複数の凸条の底部（仮想面である第１Ｄ領域）から構成される第一面上の平面領域）の面積で定義されるＥと、複数の第１領域および複数の第１Ｄ領域の面積の合計で定義されるＦとの比であるＦ／Ｅが５０％以下であることが好ましい。面積比Ｆ／Ｅは、３０％以下であることが更に好ましく、２０％以下であることが特に好ましい。また、面積比Ｆ／Ｅは、５％以上であることが好ましい。面積比Ｆ／Ｅが５０％を超えると、実質的に表面材１と薄板２の単なる貼り合わせとなり、複合材料構造体６の剛性が低下する。前記面積の合計の割合が５％未満では、複合材料構造体６の剛性が低下し、撓みが増大する。

薄板２において良好な剛性を得るためには、凸部１１が規則的に設けられた領域（第２領域と呼ぶ。ベース部１４が２次元状に延在した平面領域であって、凸条１５が設けられた領域を除き、ベース部１４と、複数の第１領域（複数の凸部の底部である仮想面）と、で構成される平面領域である。）においては、前記凸部１１が規則的に設けられた領域（第２領域）の面積として定義されるαと、複数の凸部１１の頂面部１２の面積の合計として定義されるβとの比であるβ／αが５％以上４０％未満であることが好ましい。前記β／αが４０％以上では、実質的に表面材１と薄板２の単なる貼り合わせとなり、複合材料構造体６の剛性向上効果が得られない。前記β／αが５％未満では、凸部１１のサイズＷ１が大きくなった際に複合材料構造体６の剛性が低下し、撓みが増大する。

また、薄板２において良好な剛性を得るためには、前記第２領域の面積として定義されるαと、複数の凸部の底面（第１領域）の面積の合計として定義されるＪとの比であるＪ／αが５％以上４０％未満であることが好ましい。前記Ｊ／αが４０％以上では、実質的に表面材１と薄板２の単なる貼り合わせとなり、複合材料構造体６の剛性向上効果が得られない。前記Ｊ／αが５％未満では、凸部１１のサイズＷ１が大きくなった際に複合材料構造体６の剛性が低下し、撓みが増大する。

薄板２において良好な剛性を得るためには、凸部１１の頂面部１２の面積Ｓが薄板２の板厚の２乗の５倍以上〜５００倍未満であることが好ましい。凸部１１の頂面部１２の面積が薄板２の板厚の２乗の５倍未満では、複合材料構造体６の剛性が低下する。凸部１１の頂面部１２の面積Ｓが薄板２の板厚の２乗の５００倍以上である場合にも、複合材料構造体６の剛性が低下する。

薄板２において良好な剛性を得るためには、凸部１１の底面（第１領域）の面積が薄板２の板厚の２乗の５倍以上〜５００倍未満であることが好ましい。凸部１１の底面（第１領域）の面積が薄板２の板厚の２乗の５倍未満では、複合材料構造体６の剛性が低下する。凸部１１の底面（第１領域）の面積が薄板２の板厚の２乗の５００倍以上である場合にも、複合材料構造体６の剛性が低下する。

凸部１１の高さＨは薄板２の厚さの０．５倍以上１０．０倍未満であることが好ましい。凸部の高さＨが薄板２の厚さの０．５倍未満であると、表面材１と薄板２の単なる貼り合わせに比べ複合材料構造体６の剛性の向上が小さく、軽量化の効果が得られない。凸部の高さＨは薄板２の厚さの１０．０倍以上の形状であるときは成形が困難となる。凸部の高さＨが薄板２の厚さの１．５倍以上４．０倍未満がさらに好ましい。凸部の高さＨが薄板２の厚さの２．０倍以上４．０倍未満が特に好ましい。それぞれの凸部１１の高さＨは揃っていることが好ましいが、表面材１が接着接合可能な限りで違いが有っても良い。表面材１に接着接合していない凸部１１は、複合材料構造体６の剛性の向上への寄与が小さい。

前記凸部１１において、前記頂面１２に平行な方向の断面における最小値フェレ径が、前記薄板２の板厚の３倍以上３０倍未満である場合には、複合材料構造体６の剛性が良好である。前記凸部１１において、前記頂面１２に平行な方向の断面における最小値フェレ径が、前記薄板の板厚の３倍未満３０倍以上である場合には、複合材料構造体６の剛性が低下する。

また、凸部１１は薄板２の全面に分布することが望ましい。凸部１１の分布が偏ると複合材料構造体６の剛性として必要な剛性を発現しない。薄板２の端部に、複合材料構造体６とした後に樹脂構造体４を注入射出する部分（樹脂構造体の接合部５を設ける部分の周辺）には凸部を設けないことが好ましい。

本発明の実施形態では、複合材料構造体６を作製した後、複合材料構造体６に所望量の樹脂構造体４（接合部５）が射出注入できるように、薄板２の端部から所定の位置に凸条１５が設けられることが特に好ましい。この場合、接合部５は表面材１の端部と薄板２の端部と凸条１５とで囲まれた空間に充填される。この構造により、射出成形によって樹脂構造体４を成形する際に、凸条１５（凸条１５の側面１７）が樹脂構造体４形成時のガイドとして機能するため、樹脂を注入射出する部分の深さを精密に制御することができる。

次にこの複合材料成形体７（図１および図１１）の製造方法の一例について説明する。
＜薄板の成形＞
まず、強化繊維に熱硬化性樹脂組成物を含浸したプリプレグの積層体を、薄板用の下型８表面に配置する。薄板用の下型８は薄板２の凸部１１または凸条１５となる部分が突起９、および１０（図２）または窪み（図示しない）を有している。
突起を有する下型８を用いる場合には、プレス成形法の上型は、薄板２の凸部１１または凸条１５となる部分が凹形状となっている型を用いることができる。また、窪みを有する下型８を用いる場合には、プレス成形法の上型には、薄板２の凸部１１または凸条１５となる部分が凸形状となっている型を用いることもできる。圧縮により下型８の突起または窪みに沿って凹形状または凸形状となる軟質材料を用いる場合には、上型の成型面に凸形状または凹形状を設ける必要はない。なお、真空バッグ成形法の場合は上型を用いない。

次いで、プレス成形法では金型を閉じ下型８および上型によってプリプレグの積層体を加圧しながら、真空バッグ成形法ではバッグをかけて真空圧によりプリプレグの積層体を加圧しながら、加熱成形する。成形後に、硬化したプリプレグの積層体を脱型し複数の凸部１１が形成された薄板２（図３および図１２）が得られる。なお、プリプレグ積層体を成形して得られた薄板２において、成形により変形して得られた各部位は、薄板２の基底面（第一面）を有するベース部１４、ベース部１４に対して突出した凸部１１と呼ぶ。また、凸部１１は、頂面部（頂面）１２、および頂面部１２とベース部１４とをつなぐ接続面１３（凸部１１の側面）から構成される（図１）。

＜表面材の成形＞
薄板２の成形と同様にして、表面材１を得る。但し表面材は平面ないしは単純な曲面であるので表面材用の下型８は平面形状ないし単純な曲面の形状である。なお、表面材１の形状は、ＰＣ筐体のデザイン等に応じ、ロゴの凹みなどの段差や角（稜線）を有する形状も可能であり、用途に応じて選択してもよい。さらに、表面材１の形状に応じて、薄板２の形状を決定してもよい。
表面材１と薄板２については、表面材１と薄板２とをそれぞれ成形した後に接合するため、反り防止のために対称構成としなくともよい。表面材１のみには、織布など加飾材を使用することができる。また、表面材１および薄板２には、適宜、難燃性樹脂材料を使用してもよい。

＜薄板と表面材の接合＞
薄板２の凸部１１の頂面部１２及び凸条１５の上面１６、又は凸部１１の先端部（頂面）１８の凹状の窪み１９及び凸条の先端（上面）２０の窪み２１に接着剤３を塗布し、薄板２と表面材１とを合わせた後に接着剤３を硬化して、繊維強化複合材料構造体６を得る。

得られた繊維強化複合材料構造体６を射出成形金型内にセットし、型締めを行った後、樹脂構造体４を形成する熱可塑樹脂組成物を射出成形して、図１および図１１に示す、繊維強化複合材料構造体６を形成する薄板２と表面材１の端面に樹脂構造体４を接合させるとともに、薄板２の側端面と表面材１の側端面との間に樹脂材料を射出注入することで複合材料成形体７（図１および図１１）を製造した。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は実施例によって制限されない。
（実施例１）
本実施例においては、一方向プリプレグとして、三菱レイヨン（株）製、製品名：ＴＲ３９０Ｅ１２５Ｓ（熱硬化性樹脂：エポキシ樹脂＃３９０（三菱レイヨン（株）製）、強化繊維：炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、製品名：ＴＲ５０Ｓ））を用いた。

まず、薄板２の凸部１１を形成する突起を有する薄板用下型８の表面に、一方向プリプレグ（一方向性シート）を［０°／９０°／９０°／０°］となるように４層積層した積層体を配置した。次いで、下型８の突起に対応する窪みを有する上型によって金型を閉じ、下型８および上型によってプリプレグの積層体を１４０℃で加熱しながら８ＭＰａの圧力で５分間プレスして、プリプレグの積層体を一体硬化させた。圧縮成形後、金型を開き、図１１に示す形状を有する、厚さ０．４４ｍｍの薄板状の薄板２を得た。なお、円錐台状の凸部１１の頂面１２の形状は、直径１０．０ｍｍの円形で、凸部１１の高さＨは１．０ｍｍであり、凸部１１の間隔は１０．０ｍｍであり、凸部１１の先端部１８の凹状の窪み１９の形状は直径９ｍｍの円形で、凹状の窪み１９の深さは０．１ｍｍであった。直線状の凸条１５の上面１６の幅は１０．０ｍｍで、凸条１５の高さＨは１．０ｍｍであった。
なお、上記０°とは、表面材１または薄板２が長方形の場合、それぞれの短辺方向を０°方向と定義した場合を意味する。
上記９０°とは、上記０°方向と直交した表面材１または薄板の長辺方向（９０°方向）を意味する。
表面材１または薄板２が長方形以外の場合は、最小値フェレ径方向を０°方向と定義し、９０°方向は当該０°方向と直交した方向を意味する。

これとは別に、表面材用下型の表面に一方向プリプレグを用いて、［０°／９０°／９０°／０°］の配置となるように４層積層した。次いで、金型を閉じ、下型および上型によってプリプレグの積層体を１４０℃で加熱しながら８ＭＰａの圧力で５分間プレスして、プリプレグの積層体を一体硬化させた。圧縮成形後、金型を開き、厚さ０．４４ｍｍの薄板状の表面材１を得た。

得られた薄板２の凸部１１の先端部１８の凹状の窪み１９に、主剤（チバガイギ社製、製品名：アラルダイトＡＷ１０６）と硬化剤（チバガイギ社製、製品名：ハードナーＨＶ９５３Ｕ）とを質量比１００：６０で混合した樹脂接着剤３を塗布した。そして、接着剤３を塗布した薄板２の凸側面（複数の凸部１１の複数の頂面１２）に表面材１を配置し、７０℃で５０分間保持して、薄板２の片面に表面材１を接着剤３で接着し、厚みが１．９０ｍｍの繊維強化複合材料構造体６を得た。繊維強化複合材料構造体６は非常に高い剛性を有し、軽量性、及び薄肉性に優れた繊維強化複合材料構造体６であった。

得られた繊維強化複合材料構造体６を射出成形金型内にセットし、型締めを行った後、樹脂構造体４を形成する樹脂であるガラス繊維強化ポリアミド樹脂（東洋紡績(株)製、製品名：グラマイドＴＹ７９１ＧＴ、ガラス繊維含有量５５質量％）を射出成形して、図１に示す複合材料成形体７（図１）を製造した。繊維強化複合材料構造体６と樹脂構造体４とは強固に一体化していた。
（実施例２）

以降の実施例においては、実施例１の結果を参考に、シミュレーション実験を行った。
シミュレーションソフトとして、Ｆｅｍａｐ ｗｉｔｈ ＮＸ Ｎａｓｔｒａｎを使用し、支持条件は単純支持として実施した。
本実施例の薄板２および表面材１は、一方向プリプレグ 三菱レイヨン（株）製、製品名：ＴＲ３９０Ｅ１２５Ｓ（熱硬化性樹脂：エポキシ樹脂＃３９０（三菱レイヨン（株）製）、強化繊維：炭素繊維（三菱レイヨン（株）製、製品名：ＴＲ５０Ｓ））を［０°／９０°／０°］の配置となるように３層積層し、積層体を１４０℃で加熱しながら８ＭＰａの圧力で５分間プレスして硬化することで成形される。

薄板２としては、直径５．０ｍｍの円柱形の凸部１１が、隣り合う凸部１１の円柱中心軸の間隔（凸部ピッチＰ）が縦横１０ｍｍで規則的に配列され、縦幅２００ｍｍ，横幅３００ｍｍの成形板を用いる。表面材１としては、縦幅と横幅とが、前記薄板２と同等の成形板を用いる。評価には、前記薄板２の凸部１１頂面１２と、前記表面材１とが接合された繊維強化複合材料構造体６を用いる。

本実施例の構造体の厚みは、凸部１１の高さＨ、前述の薄板２および表面材１の積層厚み、接着剤３の厚みの和によって決まる。積層体を形成する各層の厚みは均等であり、（比較例１）のサンドイッチ構造体と、本実施例の構造体との厚みと重量とが同等になるよう決定する。円柱形の凸部１１の高さＨを０．６０２ｍｍ，積層を構成する１層の厚みを０．１２５ｍｍ，接着剤３の厚みを０．１ｍｍとすることで、厚さ１．４５ｍｍ、質量７７.９ｇの構造体を得る。

凸部１１を有する薄板２と表面材１とが、薄板２の凸部１１頂面部１２で接着剤３によって接合されることによって得られる繊維強化複合材料構造体６の剛性を評価する。評価方法は板の曲げ試験であり、支持条件を４辺単純支持とし（支持台Ｙを用いて）、荷重条件を表面材１上の中央部に集中荷重Ｚを加え、中央部の撓み量で評価する（図２６）。支持間距離は縦長さ１６０ｍｍ、横長さ２６０ｍｍであり、荷重値は５ｋｇｆとする。撓み量は、構造体下面（薄板２側）の中央部における最大撓み量を計測する。

曲げ試験による構造体の最大撓み量は、２．４６ｍｍとなる。比較例１よりも撓み量が低く、高い剛性を有していた。構造体の重量は同じであり、薄板２と表面材１の積層厚みを低減させることにより、サンドイッチ構造体と同等の剛性かつ軽量化が期待できる。
（実施例３）

比較例２のサンドイッチ構造体と、本実施例の構造体との厚み及び重量とが同等になるように決定する。実施例２と同様の方法を用いて、円柱形の凸部１１の高さＨを０．５３５ｍｍ，積層体を構成する１層の厚みを０．１１９ｍｍとすることで，厚さ１．３５ｍｍ、質量７４.４ｇの構造体を得る。

実施例２と同様の構造体の曲げ試験により、最大撓み量は２．９８ｍｍとなる。比較例２と同等の撓み量であり、同等の剛性を有する。
（実施例４）

比較例３のサンドイッチ構造体と、本実施例の構造体との厚みと重量とが同等になるよう決定した。実施例２と同様の方法を用いて、円柱形の凸部１１の高さＨを０．４６８ｍｍ，積層体を構成する１層の厚みを０．１１４ｍｍとしたことで，厚さ１．２５ｍｍ、質量７１.０ｇの構造体を得る。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は３．６６ｍｍとなる。
（比較例１）

比較例には、先行文献１をはじめ、実用化されている構造体として、構造体を形成する芯材（Ｉ）と、前記芯材（Ｉ）の両面に配置され、連続した強化繊維とマトリックス樹脂で構成された繊維強化材（ＩＩ）から形成されるサンドイッチ構造体（ＩＩＩ）について検討した。

繊維強化材（ＩＩ）は実施例２と同じ材料を使用する。両面とも２層の積層体であり、積層体は上面の積層体を［０°／９０°］、下面の積層体を［９０°／０°］となるように配置し、芯材（Ｉ）をはさんで上面の積層体と下面の積層体とを対称となるように構成する。芯材（Ｉ）には、発砲ポリプロピレン（弾性率０．６５ＧＰａ）を用いる。

本比較例の構造体の厚みは、芯材（Ｉ）と、その両面に配置される繊維強化材（ＩＩ）の積層体（上面の積層体及び下面の積層体）の厚みの和によって決まる。芯材の厚みを１．０５ｍｍ，積層体を形成する１層の厚みを０．１ｍｍとすることで，厚み１．４５ｍｍ、質量７７.９ｇの構造体を得る。

実施例２と同様の曲げ試験により、構造体の撓み量は２．５６ｍｍとなる。
（比較例２）

比較例１のサンドイッチ構造体において、芯材の厚みを０．９５ｍｍとすることで，厚さ１．３５ｍｍ、質量７４.４ｇの構造体を得る。

実施例２と同様の曲げ試験により、構造体の撓み量は２．９９ｍｍとなる。
（比較例３）

比較例１のサンドイッチ構造体において、芯材の厚みを０．８５ｍｍとすることで，厚さ１．２５ｍｍ、質量７１．０ｇの構造体を得る。

実施例２と同様の曲げ試験により、構造体の撓み量は３．５４ｍｍである。

実施例２〜４および比較例１〜３の結果を図２８に示す。本発明の実施例２〜４として複合材料構造体を用いた場合には、複合材料構造体の厚みが厚いほど複合材料構造体の撓み量が少なくなり、従来技術であるサンドイッチ構造体（比較例１〜３の構造体）に対する剛性優位性が高くなることが判断できる。

凸部１１を有する薄板２と表面材１とを含む構造体が接着剤３で接着される繊維強化複合材料構造体６として有効的な形状を検討するため、凸部１１の形状最適化を検討する。実施例５〜２６では、凸部１１の配列と凸部１１のピッチＰ（第１凸部１１の中心軸Ｇ１と隣り合う第２凸部１１の中心軸Ｇ２との間の距離）について検討する。
（実施例５）

実施例４において、薄板２および表面材１を構成する繊維強化複合材料積層の１層の厚みを０．１ｍｍ、凸部１１の高さＨを０．５５ｍｍ、凸部ピッチＰを６ｍｍとし、厚み１．２５ｍｍの構造体を得た場合について検討する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は５．４０ｍｍとなる。
（実施例６）

実施例５において、凸部ピッチＰを８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．１２ｍｍとなる。
（実施例７）

実施例５において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．０５ｍｍとなる。
（実施例８）

実施例５において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．３３ｍｍとなる。
（実施例９）

実施例５において、凸部ピッチＰを１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．８３ｍｍとなる。
（実施例１０）

実施例５において、凸部１１の配列を図２０に示される千鳥配列に変更した場合について検討する。構造体の凸部１１の配列を、繊維方向に対して±３０°方向に配列する千鳥配列とし、凸部ピッチＰを６ｍｍに変更するする。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は６．８６ｍｍとなる。
（実施例１１）

実施例１０において、凸部ピッチＰを８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．４８ｍｍとなる。
（実施例１２）

実施例１０において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．０６ｍｍとなる。
（実施例１３）

実施例１０において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．１５ｍｍとなる。
（実施例１４）

実施例１０において、凸部ピッチＰを１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．４６ｍｍとなる。
（実施例１５）

実施例１０において、凸部ピッチＰを１６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験を行ったところ、本実施例の構造体の最大撓み量は４．９５ｍｍであった。
（実施例１６）

実施例５において、構造体の凸部１１の配列方向を変更する。繊維方向に対して構造体の凸部１１が±４５°方向に配列する千鳥配列とし、凸部ピッチＰを６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は７．４４ｍｍとなる。
（実施例１７）

実施例１６において、凸部ピッチＰを８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．６７ｍｍとなる。
（実施例１８）

実施例１６において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．１３ｍｍとなる。
（実施例１９）

実施例１６において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．１７ｍｍとなる。
（実施例２０）

実施例１６において、凸部ピッチＰを１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．４９ｍｍとなる。
（実施例２１）

実施例１６において、凸部ピッチＰを１６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、本実施例の構造体の最大撓み量は４．９７ｍｍとなる。
（実施例２２）

実施例６において、凸部１１の配列方向を変更する。繊維方向に対して構造体の凸部１１が±６０°方向に配列する千鳥配列とし、凸部ピッチＰを８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は５．３２ｍｍとなる。
（実施例２３）

実施例２２において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．４０ｍｍとなる。
（実施例２４）

実施例２２において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．２３ｍｍとなる。
（実施例２５）

実施例２２において、凸部ピッチＰを１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．３５ｍｍとなる。
（実施例２６）

実施例２２において、凸部ピッチを１６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．６９ｍｍとなる。

実施例５〜２６の結果を図２９に示す。いずれの配列においても、凸部１１の直径５ｍｍに対し、凸部ピッチＰが１０〜１２ｍｍで最大撓み量が最小となり、その±２ｍｍの範囲では撓み量は安定する。
一方で、凸部ピッチＰが８ｍｍ以下および１２ｍｍ以上においては、撓み量が大きくなり、剛性が大きく低下する。
凸部１１を有する薄板２と表面材１構造体が接着剤３で接着される繊維強化複合材料構造体６として、円柱凸部においては、凸部ピッチＰが凸部サイズＷ１の１．６〜２．４倍であることが望ましい。
また、いずれの配列においても最小撓み量はほぼ同じであり、正方配列および千鳥配列においては優れた剛性効果が得られる。
また、千鳥配列では繊維の長さ方向における断面長の差が正方配列よりも短くなるため、成形性が向上する。

以下の実施例２７〜５０では、凸部ピッチＰと凸部の形状、大きさについて検討する。
実施例２７〜３８では凸部１１の形状を楕円形に変更した。
（実施例２７）

実施例５において、凸部１１の形状を楕円形に変更し、正方配列に変更する（図２１）。
楕円の短径は５ｍｍ、長径は７．５ｍｍとし、凸部ピッチＰは１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．６８ｍｍとなる。
（実施例２８）

実施例２７において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．４１ｍｍとなる。
（実施例２９）

実施例２７において、凸部ピッチＰを１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．６０ｍｍとなる。
（実施例３０）

実施例２７において、凸部ピッチＰを１６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は５．００ｍｍとなる。
（実施例３１）

実施例２７において、凸部１１の形状を楕円形に変更する。
短径を５ｍｍ，長径を１０ｍｍとし、凸部ピッチＰは１２ｍｍとする。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は５．１０ｍｍとなる。
（実施例３２）

実施例３１において、凸部ピッチＰを１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．７３ｍｍとなる。
（実施例３３）

実施例３１において、凸部ピッチＰを１６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．８２ｍｍとなる。
（実施例３４）

実施例３１において、凸部ピッチＰを１８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は５．１０ｍｍとなる。
（実施例３５）

実施例２７において、凸部１１を９０°回転した楕円形に変更し、正方配列に変更する（図２２）。
楕円の短径は５ｍｍ、長径は７．５ｍｍとし、凸部ピッチＰは９ｍｍとする。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．３３ｍｍとなる。
（実施例３６）

実施例３５において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．２８ｍｍとなる。
（実施例３７）

実施例３５において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．２９ｍｍとなる。
（実施例３８）

実施例３５において、凸部ピッチＰを１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．６４ｍｍとなる。

実施例２７〜３８の結果を図３０に示す。
凸部１１が楕円形においては、凸部ピッチＰが、楕円形の短径と長径の平均値の約２倍となる範囲で剛性が最大となり、１．６〜２．４倍の範囲で良好な剛性効果が得られる。
また、楕円の長径と短径の比が大きくなると最大撓み量が増え剛性効果が劣るため、楕円形の凸部１１においては、長径が短径の１．５倍以下であることが望ましい。

以下の実施例３９〜４６では凸部１１の形状を正方形に変更する。
（実施例３９）

実施例５において、凸部１１の形状を正方形に変更し、正方配列に変更する（図２３）。
正方形の対角線は５ｍｍとし、凸部ピッチＰは６ｍｍとする。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．２２ｍｍとなる。
（実施例４０）

実施例３９において、凸部ピッチＰを８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は３．８４ｍｍとなる。
（実施例４１）

実施例３９において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．００ｍｍとなる。
（実施例４２）

実施例３９において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．４３ｍｍとなる。

実施例３９〜４２の結果を図３１に示す。
凸部１１の形状が正方形において、正方形の対角線５ｍｍに対して、凸部ピッチＰが７〜１０ｍｍの範囲で優れた剛性効果が得られる。
凸部１１が正方形においては、凸部ピッチＰが正方形の対角線の１．４〜２．０倍であることが望ましい。
（実施例４３）

実施例３９において、凸部１１の形状を４５°回転した正方形（図２４）、配列を正方配列とし、凸部ピッチＰを６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．９５ｍｍとなる。
（実施例４４）

実施例４３において、凸部ピッチＰを８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．０７ｍｍとなる。
（実施例４５）

実施例４３において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．１１ｍｍとなる。
（実施例４６）

実施例４３において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．４９ｍｍとなる。

実施例４３〜４６の結果を図３１に示す。
凸部１１の形状が４５°傾き正方形である場合において、正方形の対角線５ｍｍに対して凸部ピッチＰが８〜１０ｍｍの範囲で優れた剛性効果が得られる。
凸部１１の形状が４５°傾き正方形においては、凸部ピッチＰが正方形の対角線の１．６〜２．０倍であることが望ましい。

以下の実施例４７〜５０では凸部１１の形状を正六角形に変更する。
（実施例４７）

実施例５において、凸部１１の形状を正六角形に変更し、正方配列に変更する（図２５）。
正六角形の外接円を５ｍｍとし、凸部ピッチＰは６ｍｍとする。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．９０ｍｍとなる。
（実施例４８）

実施例４７において、凸部ピッチＰを８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．０３ｍｍとなる。
（実施例４９）

実施例４７において、凸部ピッチＰを１０ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．０６ｍｍとなる。
（実施例５０）

実施例４７において、凸部ピッチＰを１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．４１ｍｍとなる。

実施例４７〜５０の結果を図３２に示す。
凸部１１の形状が正六角形においては、外接円５ｍｍに対して、凸部ピッチＰが８〜１２ｍｍの範囲で効果的な剛性効果が得られる。
凸部１１の形状が正六角形においては、凸部ピッチＰが正六角形の外接円の１．６〜２．４倍であることが望ましい。

実施例５１〜６４では、薄板２と表面材１が凸部１１の頂面部１２で接着剤３によって接着される繊維強化複合材料構造体６について、薄板２の凸部１１が規則的なピッチＰで長さ方向に一列に並ぶ短冊形状（図２７）の三点曲げで評価した。短冊形状は全長１００ｍｍ、幅は凸部ピッチＰと同じとし、三点曲げの条件として、支持間距離８０ｍｍ、荷重は支持間中央の線荷重であり、幅に対して２Ｎ／ｍｍとする。構造体の撓み量は、構造体下面（薄板２側）の支点間中央部における最大撓み量を計測する。

薄板２と表面材１とを構成する繊維強化複合材料は実施例５と同じである。

薄板２および表面材１を構成する繊維強化複合材料積層体は実施例５と同じ［０°／９０°／０°］の３層積層体であり、１層の厚みを０．１ｍｍ、凸部１１の高さＨを０．５５ｍｍ、接着剤３の厚みを０．１ｍｍとし、厚み１．２５ｍｍの構造体とした場合について検討する。

凸部１１は、直径３ｍｍの円柱形に変更する。凸部ピッチＰは４ｍｍ、幅は同様の４ｍｍとし、荷重は８Ｎとなる。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．１３ｍｍとなる。
（実施例５２）

実施例５１において、凸部ピッチＰおよび幅を６ｍｍ、荷重を１２Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、２．５５ｍｍとなる。
（実施例５３）

実施例５１において、凸部ピッチＰおよび幅を８ｍｍ、荷重を１６Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、２．６８ｍｍとなる。
（実施例５４）

実施例５１において、凸部ピッチＰおよび幅を１０ｍｍ、荷重を２０Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．０８ｍｍとなる。
（実施例５５）

実施例５１において、凸部１１の直径を５ｍｍ、凸部ピッチＰおよび幅を６ｍｍ、荷重を１２Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、４．０２ｍｍとなる。
（実施例５６）

実施例５５において、凸部ピッチＰおよび幅を８ｍｍ、荷重を１６Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、２．９１ｍｍとなる。
（実施例５７）

実施例５５において、凸部ピッチＰおよび幅を１０ｍｍ、荷重を２０Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、２．８５ｍｍとなる。
（実施例５８）

実施例５５において、凸部ピッチＰおよび幅を１２ｍｍ、荷重を２４Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．１２ｍｍとなる。
（実施例５９）

実施例５５において、凸部ピッチＰおよび幅を１４ｍｍ、荷重を２８Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．４４ｍｍとなる。
（実施例６０）

実施例６０において、凸部１１の直径を７ｍｍ、凸部ピッチＰおよび幅を８ｍｍ、荷重を１６Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、４．５８ｍｍとなる。
（実施例６１）

実施例６０において、凸部ピッチＰおよび幅を１０ｍｍ、荷重を２０Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．２９ｍｍとなる。
（実施例６２）

実施例６０において、凸部ピッチＰおよび幅を１２ｍｍ、荷重を２４Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．１２ｍｍとなる。
（実施例６３）

実施例６０において、凸部ピッチＰおよび幅を１４ｍｍ、荷重を２８Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．１８ｍｍとなる。
（実施例６４）

実施例６０において、凸部ピッチＰおよび幅を１６ｍｍ、荷重を３２Ｎに変更する。

三点曲げ試験による構造体の最大撓み量は、３．５８ｍｍとなる。

実施例５１〜６４の結果を図３３に示す。凸部１１の大きさが直径３，５，７ｍｍのいずれにおいても、凸部ピッチＰが直径の約２倍において、構造体の撓み量が最小となり、その前後の範囲で良好な剛性効果が得られる。
すなわち、凸部サイズと凸部ピッチＰの比率によって剛性効果が決定される。
また、凸部１１の直径が小さいほど最大撓み量の最小値は低くなり、剛性効果が向上する。

以下の実施例６５〜６８では、凸部１１の頂面部１２とベース部１４をつなぐ接続面１３の形状を図４Ａの斜面形状とする。
（実施例６５）

実施例５の薄板２において、正方配列する凸部１１の頂面部１２とベース部１４をつなぐ接続面１３の、ベース部１４との接続部を直径５ｍｍの円、接続面１３を傾斜角６０°の斜面とし、凸部１１の頂面部１２の直径は４．３６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．０５ｍｍとなる。
（実施例６６）

実施例６５において、凸部１１とベース部１４との接続面１３を傾斜角４５°の斜面とし、凸部１１の頂面部１２の直径は３．９ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．１１ｍｍとなる。
（実施例６７）
実施例１６の薄板２において、±４５°千鳥配列する凸部１１の頂面部１２とベース部１４とをつなぐ接続面１３のベース部１４との接続部を直径５ｍｍの円、接続面１３を傾斜角６０°の斜面とし、凸部１１の頂面部１２の直径は４．３６ｍｍとなる。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．０９ｍｍとなる。
（実施例６８）

実施例６７において、凸部１１とベース部１４の接続面１３を傾斜角４５°の斜面とし、凸部１１の頂面部１２の直径は３．９ｍｍとなる。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．１２ｍｍとなる。

実施例６５、６６、６７、６８、および、凸部１１の頂面部１２とベース部１４との接続面１３が円筒形である実施例５，１６の結果を図３４に示す。
正方配列と千鳥配列のどちらにおいても、凸部１１の頂面部１２とベース部１４をつなぐ接続面１３が斜面でも円筒形でも撓み量はほぼ同じであり、同等の剛性が得られる。
凸部１１を有する薄板２の成形例として、実施例１のプリプレグ積層体を加熱プレスする方法があるが、凸部１１の頂面部１２とベース部１４の接続面１３を円筒形から斜面とすることで、プリプレグ積層体がプレスによって延伸する割合が減少したため、成形性は向上する。
なお、十分な接着面積を確保するため、斜面の傾斜角は４５°以上が望ましい。

以下の実施例６９〜７４では長方配列の凸部１１の配列間隔について検討する。
（実施例６９）

実施例７の薄板２において、凸部１１の配列を図３５に示す長方配列とし、Ｐ１（長方配列における凸部ピッチ１）を６ｍｍ，Ｐ２（長方配列における凸部ピッチ２）を１０ｍｍ、薄板２および表面材１を構成する繊維強化複合材料積層の１層の厚みを０．１ｍｍ、凸部１１の高さＨを０．５５ｍｍとし、厚み１．２５ｍｍの構造体を得る。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．１６ｍｍとなる。
（実施例７０）

実施例６９において、Ｐ１を８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．０５ｍｍとなる。
（実施例７１）

実施例６９において、Ｐ１を１２ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．１２ｍｍとなる。
（実施例７２）

実施例６９において、Ｐ１を１４ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．２１ｍｍとなる。
（実施例７３）

実施例６９において、Ｐ１を１６ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．３３ｍｍとなる。
（実施例７４）

実施例６９において、Ｐ１を１８ｍｍに変更する。

実施例２と同様の曲げ試験により、最大撓み量は４．４１ｍｍとなる。

実施例６９〜７４、および、Ｐ１がＰ２と同じ１０ｍｍの正方配列である実施例７の結果を図３６に示す。
実施例７の正方配列が最も剛性が高く、Ｐ１が８〜１２ｍｍの範囲においても優れた剛性が得られる。
長方配列では、凸部１１一個分含む等しい大きさの長方形に分割したときの長方形の長辺および短辺が、凸部１１のサイズの１．６倍以上２．４倍以下であり、さらに、短辺と長辺の比率が１倍以上１．２５以下であることが望ましい。

以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各実施形態の構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

本発明は、軽量性、薄肉性、及び剛性に優れた繊維強化複合材料構造体およびそれを用いた複合材料成形体、ならびにその製造方法に関し、スポーツ、又はレジャー用途から、自動車又は航空機等の産業用途、パーソナルコンピューターなどの電気電子機器、家電機器、および医療機器の筐体まで、幅広く用いることができる。

１・・・・・表面材
２・・・・・薄板
３・・・・・接着剤
４・・・・・樹脂構造体
５・・・・・接合部
６・・・・・繊維強化複合材料構造体
７・・・・・複合材料成形体
８・・・・・薄板用の下型
９・・・・・凸部用の突起
１０・・・・凸条用の突起
１１・・・・凸部
１２・・・・頂面部
１３・・・・接続面
１４・・・・ベース部
１５・・・・凸条
１６・・・・凸条の上面
１７・・・・凸条の側面
１８・・・・先端部
１９・・・・窪み
２０・・・・凸条の先端
２１・・・・凸条の窪み
Ｐ・・・・・凸部のピッチ
Ａ・・・・・繊維０°積層方向
Ｂ・・・・・繊維９０°積層方向
Ｙ・・・・・支持台
Ｚ・・・・・集中荷重
Ｐ１・・・・長方配列における凸部ピッチ１
Ｐ２・・・・長方配列における凸部ピッチ２
Ｗ１・・・・凸部のサイズ
Ｗ２・・・・凸条のサイズ
Ｇ１・・・・・第１凸部の中心軸（第１凸部の重心の位置）
Ｇ２・・・・・第２凸部の中心軸（第２凸部の重心の位置）
Ｈ・・・・・凸部の高さ
Ｓ・・・・・凸部の頂面部の面積
γ・・・・・ベース部と接続面とのなす角度

Claims (13)

1. 第一面と、頂面を有するとともに前記第一面上に突出し規則的に配置された複数の凸部とを有する薄板と；第二面を有し、前記第二面で前記頂面と接合されている表面材と；を備えた繊維強化複合材料構造体と、
   前記薄板の端部と前記表面材の端部との間に形成される空間に充填された接合部と、前記接合部によって前記繊維強化複合材料構造体と接合される樹脂構造体と、
   を備え、
   前記第一面上に突出し、
   前記複数の凸部を囲むように連続して配置される凸条をさらに備え、
   前記凸条と、前記薄板の前記端部と、前記表面材の前記端部とで囲まれる空間に、前記接合部が充填されている
   複合材料成形体。
2. 前記複数の凸部のうち一つの凸部において、前記凸部の頂面の形状及び前記凸部と前記第一面との境界線で囲まれる第１領域の形状が、
   正方形、長方形、菱形、三角形、五角形、六角形、円形、楕円形、丸角正方形、丸角長方形、丸角菱形、丸角三角形、丸角五角形、及び丸角六角形から選択される少なくとも１種である
   請求項１に記載の複合材料成形体。
3. 前記複数の凸部は、一つの第１凸部と、前記第１凸部に隣り合う第２凸部とを有し、
   前記第一面と垂直な方向における前記第１凸部の中心軸と、前記第２凸部の中心軸との間隔によって凸部ピッチが規定され、
   前記凸部ピッチが前記第１領域の最小径の１．６〜２．４倍である、
   請求項１又は２に記載の複合材料成形体。
4. 前記複数の凸部が規則的に設けられた第２領域において、前記第２領域の面積がαで定義され、前記複数の凸部の前記頂面の面積の合計がβで定義され、比β／αが５％以上４０％未満である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
5. 前記複数の凸部のうち一つの凸部において、前記凸部の頂面の面積が前記薄板の板厚の２乗の５倍以上〜５００倍未満である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
6. 前記複数の凸部の高さが前記薄板の板厚の０．５倍以上１０倍未満である
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
7. 前記薄板は強化繊維を含み、
   前記複数の凸部の配列が、
   前記強化繊維における繊維の長さ方向に対して０°および９０°方向に配列する正方配列ならびに長方配列、または前記複数の凸部の配列方向が前記繊維の長さ方向に対して角度をなす千鳥配列から選択される少なくとも１種の配列を含む、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
8. 前記複数の凸部の各々において、前記頂面に平行な方向の断面における最小値フェレ径が、前記薄板の板厚の３倍以上３０倍未満である
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
9. 前記複数の凸部の各々の先端部に凹状の窪みを有する、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
10. 前記繊維強化複合材料構造体と前記樹脂構造体との接合界面に設けられた接着剤層を有する
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
11. 前記樹脂構造体が熱可塑性樹脂を含む
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合材料成形体。
12. 前記樹脂構造体がさらにガラス繊維を含む
    請求項１１に記載の複合材料成形体。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合材料成形体の製造方法であって、
    強化繊維と熱硬化性樹脂組成物とを含むプリプレグ積層体を準備し、
    突起または窪みを有する型を用いて前記プリプレグ積層体を加熱加圧して、複数の凸部を有する薄板を作製し、
    前記薄板の前記凸部の頂面に表面材を接合することで繊維強化複合材料構造体を作製し、
    樹脂材料を前記薄板と前記表面材との間に注入射出して、前記樹脂材料を含む樹脂構造体と前記繊維強化複合材料構造体とを接合する
    複合材料成形体の製造方法。

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