JP5735631B2 - 繊維強化複合材料からなる成形体 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は強化繊維と熱可塑性樹脂を含む繊維強化複合材料からなる軽量で形状自由度のある成形体に関する。さらには、電気・電子機器用筐体、自動車用部品、医療機器用部品、航空機部品、建材、一般産業用部品などの用途に好ましく用いられる成形体に関する。さらには、該成形体を高い生産性で製造するための製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気・電子機器、自動車、医療機器、航空機、建材、一般産業用部品などの様々な分野で軽量化に関する要望が高まっており、それらに用いられる筐体や部材などについても軽量・高剛性化が求められるようになってきた。そのような薄肉・高剛性の筐体や部材としては、アルミニウム合金やマグネシウム合金の圧延板をプレス加工した成形体、あるいはダイカストモールド成形した成形体が用いられてきており、また、ガラス繊維や炭素繊維を充填した繊維強化複合材料を射出成形した成形体や、繊維強化複合材料板に熱可塑性樹脂を射出成形で一体化した成形体なども用いられてきた。
アルミニウム合金やマグネシウム合金は強度や剛性に優れる反面、形状賦形性に限界があり、複雑な形状を単体で成形するのは難しい。また、金属部材（特にマグネシウム合金）は耐食性が劣るという問題があり、大気中の水分や使用者の汗に含まれる水分や塩分で表面が腐食し、外観不良の問題が発生する。そこで特許文献１には、マグネシウム合金からなる部材全体を樹脂層で被覆する被覆ステップと、該部材と樹脂製の部品とを一体成形する成形ステップを有する筐体の製造方法が提案されている。これにより、複雑な形状の形成と耐食性の付与を行なうことが可能であるが、工程が複雑になる上、アルミニウム合金やマグネシウム合金、および樹脂の比強度は鉄に対しては高いものの、後述する繊維強化複合材料と比べれば低くなるため、達成できる軽量化には限界がある。
繊維強化複合材料は比強度、比剛性に優れ、かつ耐食性にも優れることから、上述の用途に広範囲に用いられている。とくにガラス繊維や炭素繊維を充填した繊維強化複合材料を射出成形した成形体は、その形状自由度の高さや生産性の高さから多用されているが、成形品に残存する繊維長が短くなるため、高い強度や剛性を要求される用途においては課題が残されている。一方、連続繊維で強化された繊維強化複合材料は、特に比強度、比剛性に優れることから、高い強度や剛性が要求される用途を中心に用いられてきた。しかしながら、樹脂や射出成形による繊維強化複合材料と比較すると形状自由度が低く、複雑な形状を単体で成形するのは困難であった。また、織物形態にした強化繊維を複数枚数積層するなどして製造するため、生産性が低いのも問題であった。特許文献２には、強化繊維、特に連続繊維を含むシートから構成された板状部材の外縁に樹脂部材を接合した複合成形品が提案されている。これにより、複雑な形状を有する成形品を実現することが可能であるが、複数工程を経て製造されるため、生産性が高いとは言い難い。また、連続繊維を用いた繊維強化複合材料は、通常は予め強化繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグと呼ばれる材料を、オートクレーブを用いて２時間以上加熱・加圧する事により得られる。近年、樹脂を含浸させていない強化繊維基材を金型内にセットした後、熱硬化性樹脂を流し入れるＲＴＭ成形方法が提案され、成形時間は大幅に短縮された。しかしながら、ＲＴＭ成形方法を用いた場合でも、１つの部品を成形するまでに１０分以上必要となり、生産性が向上しない。
そのため、従来の熱硬化性樹脂に代わり、熱可塑性樹脂をマトリックスに用いた繊維強化複合材料が注目されている。しかしながら、熱可塑性樹脂は、一般的に熱硬化性樹脂と比較して粘度が高く、そのため、繊維基材に樹脂を含浸させる時間が長く、結果として成形までのタクトが長くなるという問題があった。
これらの問題を解決する手法として、熱可塑スタンピング成形（ＴＰ−ＳＭＣ）と呼ばれる手法が提案されている。これは、予め熱可塑性樹脂を含浸させたチョップドファイバーを融点又は流動可能な温度以上に加熱し、これを金型内の一部に投入した後、直ちに型を閉め、型内にて繊維と樹脂を流動させる事により製品形状を得、冷却・成形するという成形方法である。この手法では、予め樹脂を含浸させた繊維を用いる事により、約１分程度という短い時間で成形が可能である。チョップド繊維束および成形材料の製造方法についての特許文献３および４があるが、これらはＳＭＣやスタンパブルシートと呼ばれるような成形材料とする方法であって、かかる熱可塑スタンピング成形では、型内を繊維と樹脂を流動させるために、薄肉ものが作れない、繊維配向が乱れ、制御が困難である等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２０１０−１４７３７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３１８０４号公報
【特許文献３】特開２００９−１１４６１１号公報
【特許文献４】特開２００９−１１４６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の解決しようとする課題は、薄肉、軽量、高剛性で意匠性に優れ、複雑な３次元形状を有する成形体を高い生産性で提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
かかる課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討の結果、本発明に到達した。すわなち、本発明は以下の＜１＞〜＜１６＞に関する。
＜１＞
熱可塑性樹脂中に不連続の強化繊維が存在する繊維強化複合材料からなる成形体であって、該成形体に含まれる強化繊維について、該成形体の面内で２次元配向して等方性を有し、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）の、該成形体中の強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たし、該成形体における互いに直交する２方向の引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えない
ことを特徴とする成形体。
ただし、強化繊維束（Ａ）が全て同じ繊維数であるものを除く。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
＜２＞
該成形体中に含まれる強化繊維の平均繊維長が５〜１００ｍｍである＜１＞記載の成形体。
＜３＞
成形体が、水平部と、当該水平部に対して縦方向に伸びた立上部とを有する＜１＞に記載の成形体。
＜４＞
該水平部が、筐体もしくはパネル状部材の天井部又は底壁部を構成する＜３＞記載の成形体。
＜５＞
該立上部が、筐体もしくはパネル状部材の側壁、リブ、ボス、マウントおよびヒンジからなる群から選ばれる少なくとも１種である＜３＞に記載の成形体。
＜６＞
水平部と立上部がそれぞれ、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）を有する＜３＞に記載の成形体。
＜７＞
水平部と立上部の合流部に、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）と、強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）と、強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）からなる群から選ばれる少なくとも２種を有する＜３＞に記載の成形体。
＜８＞
複数の立上部が、水平部に対して同一面側にある＜３＞に記載の成形体。
＜９＞
水平部の立上部と相対する面に、該強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）が連続的に存在する、＜８＞記載の成形体。
＜１０＞
該水平部および／もしくは立上部に、連続繊維が熱可塑性樹脂中に一方向にそろえて配置されている一方向材からなる層をさらに有する＜３＞に記載の成形体。
＜１１＞
該強化繊維が炭素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種である＜１＞に記載の成形体。
＜１２＞
水平部の板厚が０．２〜３ｍｍである＜３＞〜＜１０＞のいずれか１項に記載の成形体。
＜１３＞
強化繊維束（Ａ）として、太さ０．２ｍｍ単位で分類される異なった太さの強化繊維束（Ａ）を含む＜１＞〜＜１２＞のいずれか１項に記載の成形体。
＜１４＞
＜１＞に記載の成形体の、電気・電子機器用筐体への使用。
＜１５＞
繊維長５〜１００ｍｍの強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、強化繊維の目付けが２５〜３０００ｇ／ｍ^２であり、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことを特徴とするランダムマットをプレス成形して得る＜１＞に記載の成形体の製造方法。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
＜１６＞
金型に加熱したランダムマットを下記式（３）で表されるチャージ率で２５〜１００％となるように配置し、プレス成形して得る＜１５＞に記載の成形体の製造方法。
チャージ率＝１００×基材面積（ｍｍ^２）／金型キャビティ投影面積（ｍｍ^２）（３）
（ここで金型キャビティ投影面積とは抜き方向への投影面積である）
なお、本発明は上記＜１＞〜＜１６＞に関するものであるが、参考のため、下記成形体などその他の事項についても記載した。
熱可塑性樹脂中に不連続の強化繊維が存在する繊維強化複合材料からなる成形体であって、該成形体に含まれる強化繊維について、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）の、該成形体中の強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことを特徴とする成形体。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、薄肉、軽量、高剛性で意匠性に優れ、複雑な３次元形状を有する成形体を、単純なプロセスにより高い生産性で製造することが可能となる。本発明により、複雑な３次元形状を有する成形体であっても、一体成形により得ることができる。本発明により電気・電子機器用筐体が好ましく提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は本発明の第一実施形態の斜視図である。
【図２】図２は本発明の第二実施形態の斜視図である。
【図３】図３は本発明の第二実施形態の３面図（断面図）である。
【図４】図４は本発明の第一実施形態における水平部と立上部の合流部である。
【図５】図５は本発明の第一実施形態における水平部と立上部の合流部の層構成の断面観察写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、熱可塑性樹脂と不連続の強化繊維とから構成される繊維強化複合材料からなる成形体である。以下、本発明の成形体の実施形態について説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【０００８】
［強化繊維］
成形体を構成する繊維強化複合材料における強化繊維としては特に制限はないが、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。強度・剛性が求められる用途においては、炭素繊維とガラス繊維とアラミド繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。なお、導電性が必要な用途においては、炭素繊維が好ましく、ニッケルなどの金属を被覆した炭素繊維がより好ましい。電磁波透過性が必要な用途においては、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリエステル繊維が好ましく、電磁波透過性と強度のバランスからアラミド繊維とガラス繊維がより好ましい。耐衝撃性が必要な用途においては、アラミド繊維とポリエステル繊維が好ましい。これらは併用することもでき、成形体の部位によって強化繊維の種類を使い分けることも可能であり、異なる強化繊維を積層させた状態で成形体を成形することも可能である。
【０００９】
［熱可塑性樹脂］
本発明の成形体を構成する繊維強化複合材料における熱可塑性樹脂の存在量は、強化繊維１００重量部に対し、５０〜１０００重量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂５５〜５００重量部、更に好ましくは、強化繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂６０〜３００重量部である。
成形体を構成する熱可塑性樹脂としては、特に制限はないが、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、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）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、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、ポリブチレンナフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂、およびこれらの樹脂から選ばれる２種類以上の混合物（樹脂組成物）等からなる群から選択された少なくとも１種が好ましく挙げられる。上記の樹脂組成物としては、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、およびポリエステル樹脂とナイロン樹脂の組成物等からなる群から選択された少なくとも１種が、より好ましい。
なお、本発明の目的を損なわない範囲で、繊維強化複合材料に機能性の充填材や添加剤を含有させても良い。例えば、有機／無機フィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤などが挙げられるが、この限りではない。とくに電子・電気機器用途や自動車用途においては、高い難燃性が要求されることがあるため、熱可塑性樹脂に難燃剤を含有させることが好ましい。難燃剤の例としては、公知のものが使用でき、本発明の熱可塑性組成物に難燃性を付与できる物であれば特に限定はされない。具体的には、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン化合物、有機アルカリ金属塩、有機アルカリ土類金属塩、臭素系難燃剤等を挙げることができ、これらの難燃剤は単独で使用しても良いし、複数を併用して用いても良い。難燃剤の含有量は、物性、成形性、難燃性のバランスから樹脂１００質量部に対して１〜４０質量部とすることが好ましく、１〜２０質量部とすることがさらに好ましい。
【００１０】
［成形体に含まれる強化繊維］
本発明の成形体に含まれる強化繊維は、式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
で定義する臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、成形体中の強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であることを特徴とする。成形体中には、強化繊維束（Ａ）以外の強化繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在する。
すなわち本発明の成形体は、平均繊維径に依存して定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束の存在量を２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満とする、すなわち強化繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上の強化繊維からなる強化繊維束と、それ以外の開繊された強化繊維を特定の比率で含むことを特徴とする。
強化繊維全量に対する強化繊維束（Ａ）の割合が２０Ｖｏｌ％未満になると、表面品位に優れる成形体が得られるという利点はあるものの、機械物性に優れた成形体が得にくくなる。強化繊維束（Ａ）の割合が９０Ｖｏｌ％以上になると、繊維の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉のものが得られない。強化繊維束（Ａ）の割合はより好ましくは３０Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％未満である。
さらに臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
を満たすことを特徴とする。なかでも臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は、６×１０^４／Ｄ^２未満であることが好ましい。
具体的に成形体における強化繊維が炭素繊維であり、炭素繊維の平均繊維径が５〜７μｍである場合、臨界単糸数は８６〜１２０本となり、炭素繊維の平均繊維径が５μｍである場合、繊維束中の平均繊維数は２８０超〜４０００本未満の範囲となるが、なかでも６００〜２５００本であることが好ましい。より好ましくは６００〜１６００本である。炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は１４２超〜２０４０本未満の範囲となるが、なかでも３００〜１５００本であることが好ましい。より好ましくは３００〜８００本である。
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が０．７×１０^４／Ｄ^２未満の場合、高い繊維体積含有率（Ｖｆ）を得る事が困難となる。また強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が１×１０^５／Ｄ^２以上の場合、局部的に厚い部分が生じ、ボイドの原因となりやすい。１ｍｍ以下の薄肉な成形体を得ようとした場合、単純に分繊しただけの繊維を用いたのでは、疎密が大きく、良好な物性が得られない。又、全ての繊維を開繊した場合には、より薄いものを得る事は容易になるが、繊維の交絡が多くなり、繊維体積含有率の高いものが得られない。式（１）で定義される臨界単糸以上の強化繊維束（Ａ）と、単糸の状態又は臨界単糸数未満の強化繊維（Ｂ）を成形体内に同時に存在させることにより、薄肉であり、物性発現率の高い成形体を実現することが可能である。本発明の成形体は、各種の厚みとすることが可能であるが、厚みが０．２〜１ｍｍ程度の薄肉品も好適に得ることができる。
成形体は、強化繊維と熱可塑性樹脂とからなるランダムマットをプレス成形することで好ましく製造できる。成形体中の強化繊維の開繊状態は、ランダムマットにおける状態がほぼ維持される。成形体に含まれる強化繊維について、成形体中の強化繊維束（Ａ）の割合、ならびに強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を上記の範囲とするには、ランダムマットにおける強化繊維中の、強化繊維束（Ａ）の割合、ならびに強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を制御することで、好ましく調整できる。ランダムマットにおける強化繊維中の、強化繊維束（Ａ）の割合、ならびに平均繊維数の好ましい制御方法については後述する。
本発明の成形体に含まれる強化繊維は不連続である。成形体中に含まれる平均繊維長は５〜１００ｍｍとすることが好ましい。後述する本発明の成形体の好ましい製造方法により、このようにある程度の繊維長を有する強化繊維を含んだ繊維強化複合材料からなる成形体が提供できる。これにより、静的な強度・剛性だけでなく、衝撃的な荷重や長期の疲労荷重に対しても高い物性を発現するとともに、複雑な形状を有する成形体を成形する場合においても、強化繊維の配向が崩れにくく、成形体の面内で２次元配向し、等方性を保つことが可能となる。好ましくは強化繊維の平均繊維長が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、より好ましくは１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、より好ましくは１５ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。更には２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が好ましい。
なお後述するとおり、本発明の成形体は、一部を方向材などで補強する場合を含む。熱可塑性樹脂中に不連続の強化繊維が存在する繊維強化複合材料（主要部分）に加え、一方向材層による補強層を有する場合などにおいて、成形体に含まれる強化繊維の上記の定義は一方向材による補強層等を除く、主要部分についての規定である。
【００１１】
［成形体］
成形体は、水平部と、当該水平部に対して縦方向に伸びた立上部とを有することが好ましい。立上部は水平部に対して縦方向であれば、厳密に直角でなくとも良く、本発明の意図を損なわない程度に任意の角度や金型の抜き勾配を確保するための角度を取ることが可能である。この場合、水平部と立上部が織り成す角度は３０〜９０度が好ましく、４０〜８５度がより好ましい。水平部と立上部の間には、本発明の意図を損なわない程度に任意の面取りや曲率を加えることも可能である。面取りや曲率の寸法に特に制限はないが、面取りの場合はＣ０．２〜１０ｍｍ、曲率の場合はＲ０．２〜１０ｍｍが好ましく使用される。
成形体の用途が筐体もしくはパネル状部材など、製品の外板機能を有する場合は、複数の立上部が水平部に対して同一面側にあることが好ましい。
【００１２】
［水平部］
本発明の成形体において、水平部とは、実質的に面状で立上部の基礎となる部位のことを言い、筐体もしくはパネル状部材の天井部又は底壁部が一例として挙げられる。水平部は完全に面状である必要はなく、部分的な凹凸やビードを有していても良い。凹凸やビードの高さや幅に特に制限はないが、高さは基礎となる水平部板厚の０．５〜１０倍とすることが望ましい。通気、ボルト締結、配線などのための貫通口を有しても良い。この場合、成形体の成形と同時に型内でシャーなどを用いて開孔させてもよく、後加工としてドリル、打ち抜き、切削加工などで開孔させても良い。水平部の板厚は特に制限はないが、０．２〜５ｍｍが好ましく使用され、１〜３ｍｍがさらに好ましく使用される。水平部の板厚は均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、板厚の増減幅に特に制限はないが、基礎となる水平部板厚の３０〜３００％が好ましく用いられ、５０〜２００％がさらに好ましく用いられる。板厚は段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、応力集中を回避するという観点から連続的に変化させるのが好ましい。
【００１３】
［立上部］
本発明の成形体において、立上部とは、前述の水平部に対して同一側に縦方向に伸びた部位のことを言い、筐体もしくはパネル状部材の側壁、リブ、ボス、マウント、ヒンジが一例として挙げられる。立上部の高さは特に制限はないが、１〜３００ｍｍが好ましく用いられ、５〜１００ｍｍが更に好ましく用いられる。立上部の高さは均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。立上部高さの増減幅に特に制限はなく、最大高さの１０〜９０％が好ましく用いられ、２０〜８０％がさらに好ましく用いられる。立上部の板厚に特に制限は無く、水平部と同じであってもよく、異なっていても良い。立上部は水平部と比較して、より複雑な形状を求められることが多いことから、立上部の板厚は０．２〜１００ｍｍが好ましく使用され、１〜５０ｍｍがさらに好ましく使用される。立上部の板厚は均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、増減幅に特に制限はないが、基礎となる立上板厚の２０〜５００％が好ましく用いられ、５０〜２００％がさらに好ましく用いられる。板厚は段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、応力集中を回避するという観点から連続的に変化させるのが好ましい。また、立上部には、本発明の意図を損なわない程度に、金型の抜き勾配を確保するための角度を設けることが好ましい。金型の抜き勾配は１〜４５度が好ましく用いられ、５〜１０度がさらに好ましく用いられる。立上部がボスやマウントである場合、内部にヘリサートやナットサートなどの金属部品をインサート成形することも可能である。立上部は部分的な凹凸やビードを有していても良いが、この場合は金型の抜き勾配が確保できることに留意すべきである。また、立上部は通気、ボルト締結、配線などのための貫通口を有しても良く、成形体の成形と同時に型内でシャーなどを用いて開孔させてもよく、後加工としてドリル、打ち抜き、切削加工などで開孔させても良い。
【００１４】
［成形体の層構成］
水平部と立上部がそれぞれ、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）を有することが本発明の目的である薄肉、軽量、高剛性で意匠性に優れた成形体を得るためには好ましい。本発明において「面内は等方性で２次元配向する」とは、繊維強化複合材料を構成する強化繊維が、繊維強化複合材料の接表面内に繊維軸の主配向方向があり、かつその面内において互いに直交する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えないことを言う。繊維強化複合材料の接表面内に繊維軸の主配向方向があることは、繊維強化複合材料の断面を観察した際に、繊維強化複合材料中の強化繊維が層状に配列していることで確認できる。
水平部と立上部の合流部に、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）と、強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）と、強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）からなる群の中から少なくとも２種を有することがさらに好ましい。それぞれの層の割合に特に制限はないが、形状が薄物で単純形状の場合には、（Ｘ）と（Ｙ）の割合は高くなり、（Ｚ）の割合は低くなる。形状が厚物で複雑形状の場合には、（Ｘ）と（Ｙ）の割合は低くなり、（Ｚ）の割合は高くなる。前者の場合、水平部の板厚に占める（Ｘ）と（Ｙ）の割合はそれぞれ１〜４５％が好ましく用いられ、後者の場合、水平部の水平部の板厚に占める（Ｘ）と（Ｙ）の割合は１〜３０％が好ましく用いられる。これにより、水平部と立上部の合流部分の強度を確保できるだけでなく、薄肉部では軽量性と高剛性を実現し、厚肉部では面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）を最低限確保しつつ、３次元の複雑形状にも対応可能な繊維流動を実現することが可能となる。上記の（Ｘ）、（Ｙ）、（Ｚ）層の割合を成形体内部に実現するためには、該成形体に含まれる強化繊維が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、該成形体中の強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことが重要である。また、平均繊維長は５〜１００ｍｍとすることが、複雑な形状を有する成形体においても強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層を確保する上で、より好ましい。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００１５】
なお、前述のように複数の立上部が水平部に対して同一面側にある成形体においては、水平部の立上部と相対する面に、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）が連続的に存在することが好ましい。これにより、薄肉、軽量、高剛性な成形体が得られるだけでなく、製品の外板に該当する部分の意匠性を高めることが出来る。このような層構成は、後述するプレス成形における成形条件の制御により好ましく実現することが可能である。
成形体の意匠性を高めるため、水平部および／もしくは立上部の外表面側に、加飾用のフィルムを貼り付けることも可能である。加飾フィルムの種類としては、ベースフィルム上に、文字や図形、模様等、所望の加飾パターンが形成されてなる転写箔や絵付ラベル、絵付フィルム等があり、成形体の表面に、この加飾フィルムの加飾パターンを転写し、或いは加飾フィルム自体を融着あるいは接着する方法が一般的に知られている。この場合、加飾フィルムと成形体の間に成形体の表面凹凸を埋めるための層が形成されていても良い。加飾フィルムは、後加工として貼り付けても良く、プレス用金型内に予めセットし、繊維強化複合材料と一括成形することも可能である。
成形体に大きな荷重が作用する場合は、水平部および／もしくは立上部の一部を一方向材で補強することも可能である。この場合、成形体の外表面に一方向材を配置することが好ましく、裏表両側に配置してサンドイッチ構造とすることが成形時の反りを抑制する観点からさらに好ましい。一方向材の厚みは特に制限はないが、ランダムマットを成形した繊維強化複合材料の厚みの５〜１００％が好ましく、１０〜５０％がさらに好ましい。なお成形体に含まれる強化繊維の上記の繊維束や平均繊維長などの規定は、一方向材などの部分を除く、主要部分についての規定である。
一方向材とは、長さ１００ｍｍ以上の連続した強化繊維が熱可塑性樹脂中に一方向にそろえて配置されているものを言う。熱可塑性樹脂の種類は上記の繊維強化複合材料に含まれる熱可塑性樹脂と同じものでも異なるものでも良い。本発明において用いられる一方向材としては、複数の連続強化繊維を積層したものであっても良く、連続強化繊維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、ナイロン糸、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ような多軸織物であっても良い。一方向材においては、熱可塑性樹脂の存在量が、強化繊維１００重量部に対し、５０〜１０００重量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂５５〜５００重量部、更に好ましくは、強化繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂６０〜３００重量部である。
【００１６】
［ランダムマット］
本発明の成形体の製造方法に特に制限はないが、強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成されるランダムマットをプレス成形して得ることが好ましい。そのためのランダムマットは、繊維長５〜１００ｍｍの強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、強化繊維の目付けが２５〜３０００ｇ／ｍ^２であり、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことが好ましい。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
ランダムマットの面内において、強化繊維は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。ランダムマットは面内等方性の材料である。ランダムマットより成形体を得た場合に、ランダムマット中の強化繊維の等方性は、成形体においても維持される。ランダムマットより成形体を得て、互いに直交する二方向の引張弾性率の比を求めることで、ランダムマットおよびそれからの成形体の等方性を定量的に評価できる。ランダムマットから得られた成形体における２方向の弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えないときに等方性であるとする。比が１．３を超えないときは等方性に優れているとする。
ランダムマットにおける強化繊維の目付けは２５〜３０００ｇ／ｍ^２の範囲である。ランダムマットはプリプレグとして有用であり、所望の成形に合わせて各種目付けが選択できる。
ランダムマット中の強化繊維は不連続であり、平均繊維長が５〜１００ｍｍ以下であることが好ましい。本発明の成形体はある程度長い強化繊維を含んで強化機能が発現できる事を特徴とする。繊維長は、得られたランダムマットにおける強化繊維の繊維長を測定して求めた平均繊維長で表現される。平均繊維長の測定方法としては無作為に抽出した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、その平均を求める方法が挙げられる。
ランダムマット中の強化繊維の平均繊維長は、好ましくは１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、好ましくは１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、より好ましくは１５ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。更には２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が好ましい。後述する好ましい強化繊維のカット方法において、強化繊維を固定長にカットしてランダムマットを製造した場合、平均繊維長はカットした繊維長とほぼ等しくなる。
ランダムマットは、式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
で定義する臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であることが好ましい。ランダムマット中には、強化繊維束（Ａ）以外の強化繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在する。
【００１７】
ランダムマットにおいては、平均繊維径に依存して定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束の存在量を２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満とする、すなわち強化繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上の強化繊維からなる強化繊維束と、それ以外の開繊された強化繊維を特定の比率で含むことが好ましい。
繊維全量に対する強化繊維束（Ａ）の割合が２０Ｖｏｌ％未満になると、ランダムマットを成形した際に、表面品位に優れる複合材料が得られるという利点はあるものの、機械物性に優れた繊維強化複合材料が得にくくなる。強化繊維束（Ａ）の割合が９０Ｖｏｌ％以上になると、繊維の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉のものが得られない。強化繊維束（Ａ）の割合はより好ましくは３０Ｖｏｌ％以上８０Ｖｏｌ％未満である。強化繊維束の存在量を２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満とするには、後述する好ましい製法においては、例えば開繊工程における吹き付ける空気の圧力等によりコントロールすることができる。また、カット工程に供する繊維束の大きさ、例えば束の幅や幅当たりの繊維数を調整することでコントロールすることもできる。具体的には開繊するなどして繊維束の幅を広げてカット工程に供すること、カット工程の前にスリット工程を設ける方法が挙げられる。またを短い刃を多数並べたいわゆる分繊ナイフを用いて繊維束をカットする方法や、カットすると同時に、スリットする方法が挙げられる。好ましい条件については開繊工程の項に記載する。
さらに臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（４）
０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （４）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
を満たすことが好ましい。
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を上記範囲とするには、後述する好ましい製法においては、カット工程に供する繊維束の大きさ、例えば束の幅や幅当たりの繊維数を調整することでコントロールすることもできる。具体的には開繊するなどして繊維束の幅を広げてカット工程に供すること、カット工程の前にスリット工程を設ける方法が挙げられる。また繊維束をカットと同時に、スリットしても良い。
また開繊工程における吹き付ける空気の圧力等によりカットされた繊維束のばらけ方を調整し、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）をコントロールすることもできる。好ましい条件については開繊工程ならびにカット工程の項に記載する。
具体的にはランダムマットを構成する炭素繊維の平均繊維径が５〜７μｍの場合、臨界単糸数は８６〜１２０本となり、炭素繊維の平均繊維径が５μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は２８０超〜４０００本未満の範囲となるが、なかでも６００〜２５００本であることが好ましい。より好ましくは６００〜１６００本である。炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は１４２超〜２０４０本未満の範囲となるが、なかでも３００〜１５００本であることが好ましい。より好ましくは３００〜８００本である。
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が０．７×１０^４／Ｄ^２以下の場合、高い繊維体積含有率（Ｖｆ）を得る事が困難となる場合がある。また強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が１×１０^５／Ｄ^２以上の場合、局部的に厚い部分が生じ、ボイドの原因となりやすい。１ｍｍ以下の薄肉な複合材料を得ようとした場合、単純に分繊しただけの繊維を用いたのでは、疎密が大きく、良好な物性が得られない。又、全ての繊維を開繊した場合には、より薄いものを得る事は容易になるが、繊維の交絡が多くなり、繊維体積含有率の高いものが得られない。式（１）で定義される臨界単糸以上の強化繊維束（Ａ）と、単糸の状態又は臨界単糸数未満の強化繊維（Ｂ）が同時に存在するランダムマットにより、薄肉であり、かつ得られる物性の高いランダムマットを得る事が可能である。本発明のランダムマットは、各種の厚みとすることが可能であるが、これをプリフォームとして、厚みが０．２〜１ｍｍ程度の薄肉の成形品も好適に得ることができる。
【００１８】
本発明のランダムマットは固体の熱可塑性樹脂を含み、繊維強化複合材料を得るためのプリフォームとなる。ランダムマットにおいては、熱可塑性樹脂が、繊維状および／または粒子状で存在することが好ましい。強化繊維と繊維状および／または粒子状の熱可塑性樹脂が混合して存在していることにより、型内で繊維と樹脂を流動させる必要がなく、成形時に熱可塑性樹脂を容易に含浸できることを特徴とする。熱可塑性樹脂は、繊維状又は粒子状で構成されることが好ましい。熱可塑性樹脂の種類を２種以上とすることもでき、また繊維状と粒子状のものを併用してもよい。
繊維状の場合、繊度１００〜５０００ｄｔｅｘのもの、より好ましくは繊度１０００〜２０００ｄｔｅｘものがより好ましく、平均繊維長としては０．５〜５０ｍｍが好ましく、より好ましくは平均繊維長１〜１０ｍｍである。
粒子状の場合、球状、細片状、あるいはペレットのような円柱状が好ましく挙げられる。球状の場合は、真円または楕円の回転体、あるいは卵状のような形状が好ましく挙げられる。球とした場合の好ましい平均粒子径は０．０１〜１０００μｍである。より好ましくは平均粒子径０．１〜９００μｍ、更に好ましくは平均粒子径１〜８００μｍである。粒子径分布についてはとくに制限はないが、分布シャープなものがより薄い成形体を得る目的としてはより好ましいが、分級等の操作により所望の粒度分布として用いる事が出来る。
細片状の場合、ペレットのような円柱状や、角柱状、リン片状が好ましい形状として挙げられ、フィルムを細く裁断して短冊状としたものも好ましい。この場合ある程度のアスペクト比を有しても良いが、好ましい長さは上記の繊維状の場合と同程度とする。
【００１９】
［ランダムマットの製造方法］
本発明に用いるランダムマットは以下の工程１〜３より、好ましく製造される。
１．強化繊維をカットする工程、
２．カットされた強化繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付けることにより、繊維束を開繊させる工程、
３．開繊させた強化繊維を拡散させると同時に、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂とともに吸引し、強化繊維と熱可塑性樹脂を塗布して強化繊維および熱可塑性樹脂を定着させる工程。
以下、各工程について詳細に述べる。
【００２０】
［カット工程］
強化繊維のカット方法は、具体的にはナイフを用いて強化繊維をカットする工程である。ナイフとしてはロータリーカッター等が好ましい。
所望の大きさの繊維束とするために、カットに供する繊維束として、ストランド幅が細めのものを用いる、あるいは縦方向に切ってストランド幅を細くすることも好ましい。その場合、繊維方向に垂直な刃に加え繊維方向に平行な刃を有したカッターを用いて、特定の繊維長にカットすると同時に繊維束を縦方向にスリットすることも好ましい。
ロータリーカッターとしては、角度を規定した螺旋状ナイフまたは分繊ナイフを用いることが好ましい。
【００２１】
［開繊工程］
開繊工程は具体的にはカットされた強化繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付けることにより、繊維束を開繊させる工程である。開繊の度合いについては、空気の圧力等により適宜コントロールすることが出来る。開繊工程において好ましくは圧縮空気吹き付け孔より、風速１〜１０００ｍ／ｓｅｃにて、より好ましくは５〜５００ｍ／ｓｅｃにて空気を直接繊維束に吹き付けることにより、より完全に強化繊維を開繊させることができる。具体的には強化繊維の通る管内にΦ１ｍｍ程度の孔を数箇所あけ、外側より０．２〜０．８ＭＰａ程度の圧力をかけ、圧縮空気を繊維束に直接吹き付けることにより、繊維束を容易に開繊することができる。
【００２２】
［塗布工程］
塗布工程は開繊させた強化繊維を、拡散させると同時に、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂とともに吸引し、強化繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程である。開繊させた強化繊維と、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂とを好ましくは同時に、シート上、具体的には開繊装置下部に設けた通気性シート上に塗布する。
塗布工程において、熱可塑性樹脂の供給量は、強化繊維１００重量部に対し、５０〜１０００重量部であることが好ましい。
ここで、強化繊維と、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂は２次元配向する様に散布することが好ましい。開繊した繊維を２次元配向させながら塗布するためには、塗布方法及び下記の定着方法が重要となる。強化繊維の塗布方法には、円錐形等のテーパー管を用いることが好ましい。円錐等の管内では、空気が拡散し、管内の流速が減速し、このとき強化繊維には回転力が与えられる。このベンチュリ効果を利用して開繊させた強化繊維を好ましく拡散させ散布することができる。
また下記の定着工程のためにも、吸引機構を持つ可動式の通気性シート上に散布することが好ましい。
ここで強化繊維および熱可塑性樹脂は、ランダムマット中に均等に斑無く散布することが好ましい。
【００２３】
［定着工程］
塗布および定着工程は同時に行ってもよい。定着工程は、塗布された強化繊維および熱可塑性樹脂を定着させる工程である。好ましくは通気性シート下部よりエアを吸引して繊維を定着させる。強化繊維と同時に散布された熱可塑性樹脂も混合されつつ、繊維状であればエア吸引により、粒子状であっても強化繊維に伴って定着される。
通気性のシートを通して、下部より吸引することにより、２次元配向の高いマットを得ることができる。また、発生する負圧を用いて粒子状、または繊維状の熱可塑性樹脂を吸引し、更に、管内で発生する拡散流により、強化繊維と容易に混合することができる。得られるランダムマットは、強化繊維の近傍に熱可塑性樹脂が存在することにより、含浸工程において、樹脂の移動距離が短く、比較的短時間で樹脂の含浸が可能となる。なお、予め、用いるマトリックス樹脂と同じ材質の通気性の不織布等を定着部にセットし、不織布上に強化繊維及び粒子を吹き付けることも可能である。
塗布および定着工程は同時に行う、すなわち塗布しつつ定着させてもよい。
上記のランダムマットの好ましい製造方法により、繊維の長軸が３次元方向に配向しているものが少なく、二次元配向性のあるランダムマットとすることができる。
【００２４】
［プレス成形］
本発明の成形体の製造方法に特に制限はないが、ランダムマットまたはランダムマットをプレスして板状のプリプレグとしたものを基材として金型に配置し、プレス成形することが好ましい。
なかでも基材を、下記式（５）のチャージ率で２５〜１００％となるように配置し、プレス成形するのが好ましい。
チャージ率＝１００×基材面積（ｍｍ^２）／金型キャビティ投影面積（ｍｍ^２）（５）
（ここで金型キャビティ投影面積とは抜き方向への投影面積である）
成形体の水平部に高い物性や意匠性が要求される場合、チャージ率は８０〜１００％とすることが好ましい。チャージ率が８０％未満の場合、水平部で強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）が確保できない領域が増えるため、物性発現率や意匠性が低下する傾向にある。チャージ率が１００％を超える場合、成形体の端部にバリが発生してしまい、後加工での機械加工などによるトリミングが必要となるため、プロセスが複雑になるだけでなく、材料ロスが発生してしまう。チャージ率８０〜１００％とすることにより、水平部に強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）を確保しつつ、材料ロスやトリミングの手間を発生させることなく、軽量な成形体を高い生産性で製造することが可能となる。
具体的には下記の工程１）についで、工程２）または２’）を経て成形体を製造することができる。
１）加圧下でランダムマット中の熱可塑性樹脂を溶融し、強化繊維束内および強化繊維の単糸間に熱可塑性樹脂を含浸させた後冷却して板状のプリプレグを得る。
２）板状のプリプレグを融点以上あるいはガラス転移点以上まで加熱し、これを得ようとする成形体の形状に合わせ単独または複数枚重ね、融点未満あるいはガラス転移点未満に保持した金型内に投入し、加圧した後、冷却する、いわゆるコールドプレスにて成形体を得る。
２’）金型内に板状のプリプレグを投入し融点以上あるいはガラス転移点以上まで昇温しつつ、プレス成形を行い、次いで金型を融点未満あるいはガラス転移温度未満まで冷却する、いわゆるホットプレスにて成形体を得る。
工程１）において、ランダムマットは複数枚重ねて、所望の厚さや繊維目付量とした上でプレスすることもできる。
【実施例】
【００２５】
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。
【００２６】
１）ランダムマットにおける強化繊維束の分析
強化繊維束（Ａ）のマットの繊維全量に対する割合の求め方は、以下の通りである。
ランダムマットを１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出し、厚み（Ｔａ）と重量を測定する（Ｗａ）。
切り出したマットより、繊維束をピンセットで全て取り出し、繊維束を太さ毎に分類する。本実施例では分類は、太さ０．２ｍｍ程度単位で分類した。
分類毎に、全ての繊維束の長さ（Ｌｉ）と重量（Ｗｉ）、繊維束数（Ｉ）を測定し、記録する。ピンセットにて取り出す事ができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に重量を測定する（Ｗｋ）。このとき、１／１０００ｇまで測定可能な天秤を用いる。なお、特に強化繊維を炭素繊維とした場合や、繊維長が短い場合には、繊維束の重量が小さく、測定が困難になる。こういった場合には、分類した繊維束を複数本まとめて重量を測定する。
測定後、以下の計算を行う。使用している強化繊維の繊度（Ｆ）より、個々の繊維束の繊維本数（Ｎｉ）は次式により求めた。
Ｎｉ＝Ｗｉ／（Ｌｉ×Ｆ）。
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は以下の式により求める。
Ｎ＝ΣＮｉ／Ｉ
また、個々の繊維束の体積（Ｖｉ）及び、強化繊維束（Ａ）の繊維全体に対する割合（ＶＲ）は、使用した強化繊維の繊維比重（ρ）を用いて次式により求めた。
Ｖｉ＝Ｗｉ／ρ
ＶＲ＝ΣＶｉ／Ｖａ×１００
ここで、Ｖａは切り出したマットの体積であり、Ｖａ＝１００×１００×Ｔａ
２）成形体における強化繊維束分析
成形体については、５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、上記のランダムマットにおける方法と同様にして測定した。
３）成形体における繊維配向の分析
複合材料を成形した後、繊維の等方性は、成形板の任意の方向、及びこれと直交する方向を基準とする引張り試験を行い、引張弾性率を測定し、測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）を測定する事で確認した。弾性率の比が１に近いほど、等方性に優れる材料である。
４）成形体に含まれる強化繊維の平均繊維長の分析
得られた成形体に含まれる強化繊維平均繊維長は、５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、無作為に抽出した強化繊維１００本の長さをルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての強化繊維の長さ（Ｌｉ）から、次式により平均繊維長（Ｌａ）を求めた。
Ｌａ＝ΣＬｉ／１００
【００２７】
参考例１
炭素繊維（東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ、引張強度４０００ＭＰａ）を、開繊させながら長さ２０ｍｍにカットし、炭素繊維の供給量を３００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。またマトリックス樹脂として、２ｍｍにドライカットしたＰＡ６６繊維（旭化成せんい製 Ｔ５ナイロン １４００ｄｔｅｘ）を５００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長２０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、厚み４ｍｍ程度のランダムマットを得た。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は２０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。
このランダムマットを２８０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、厚み０．８ｍｍの成形板を得た。
得られた成形板の繊維体積含有率は約３０Ｖｏｌ％であった。
【００２８】
参考例２
炭素繊維（東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＩＭＳ６０−１２Ｋ（平均繊維径５μｍ、繊維幅６ｍｍ）を長さ３０ｍｍにカットし、炭素繊維の供給量を１０００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。またマトリックス樹脂として、平均粒径約１ｍｍに冷凍粉砕したＰＣ樹脂（帝人化成製 パンライト（登録商標） Ｌ−１２２５Ｌ）を３０００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長３０ｍｍの炭素繊維とＰＣが混合された、厚み１０ｍｍ程度のランダムマットを得た。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長は３０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は１２０であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は８０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は１０００であった。このランダムマットを３００℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、厚み３ｍｍの成形板を得た。
得られた成形板の繊維体積含有率は約２０Ｖｏｌ％であった。
【００２９】
参考例３
ガラス繊維（旭硝子社製 ＥＸ−２５００（平均繊維径１５μｍ、繊維幅９ｍｍ）を長さ５０ｍｍにカットし、ガラス繊維の供給量を１２００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。またマトリックス樹脂として、２ｍｍにドライカットしたＰＡ６６繊維（旭化成せんい製 Ｔ５ナイロン １４００ｄｔｅｘ）を１３００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長５０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、厚み６ｍｍ程度のランダムマットを得た。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は５０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は４０であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は６０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は６０であった。このランダムマットを２８０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、厚み１．６ｍｍの成形板を得た。
得られた成形板の繊維体積含有率は約３０Ｖｏｌ％であった。
【００３０】
参考例４
炭素繊維（東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ、引張強度４０００ＭＰａ）を、開繊させながら長さ２０ｍｍにカットし、炭素繊維の供給量を３００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に導入し、テーパー管内では空気を炭素繊維に吹き付けず、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。またマトリックス樹脂として、２ｍｍにドライカットしたＰＡ６６繊維（旭化成せんい製 Ｔ５ナイロン １４００ｄｔｅｘ）を５００ｇ／ｍｉｎでテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長２０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、厚み１ｍｍ程度のランダムマットを得た。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は２０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は１００％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０００であった。
このランダムマットを２８０℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、厚み０．８ｍｍの成形板を得た。
得られた成形板の繊維体積含有率は約３０Ｖｏｌ％であった。
【００３１】
実施例１
参考例１にて作成した成形板をＩＲオーブンにて２８０℃に加熱したものを７枚重ね、１２０℃に設定した図１に示す形状を持つ金型の水平部に、チャージ率９０％となる様に配置し、１５ＭＰａの圧力にてプレス成形を行った。得られた成形体は、立ち上げ部の末端まで樹脂と繊維が充填されていることが断面観察（１０倍ズーム）により確認できた。また、成形体の水平部、及び立ち上げ部共に、引張弾性率を測定したところ、互いに直交する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）は１．０５であり、等方性を保っている事が確認できた。また、立ち上げ部の付け根について断面観察（１０倍ズーム）を行ったところ、図５に示すように、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）と、強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）と、強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）が存在している事が確認できた。得られた成形体の水平部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は２０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。同様に、立ち上げ部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、平均繊維長（Ｌａ）は１９ｍｍ、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は４０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２３０であった。
【００３２】
実施例２
参考例２にて作成した成形板をＩＲオーブンにて３００℃に加熱したものを２枚重ね、１５０℃に設定した図１に示す形状を持つ金型の水平部に、チャージ率８５％となる様に配置し、１５ＭＰａの圧力にてプレス成形を行った。得られた成形体は、立ち上げ部の末端まで樹脂と繊維が充填されていることが断面観察（１０倍ズーム）により確認できた。また、成形体の水平部、及び立ち上げ部共に、引張弾性率を測定したところ、互いに直交する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）は１．０７であり、等方性を保っている事が確認できた。また、立ち上げ部の付け根について断面観察（１０倍ズーム）を行ったところ、実施例１と同様に、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）と、強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）と、強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）が存在している事が確認できた。得られた成形物の水平部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は２９ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は１２０であり、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は８０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は１０００であった。同様に、立ち上げ部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、平均繊維長（Ｌａ）は２８ｍｍ、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は８０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は９５０であった。
【００３３】
実施例３
参考例３にて作成した成形板をＩＲオーブンにて２８０℃に加熱したものを、１２０℃に設定した図２に示す形状を持つ金型の水平部に、チャージ率９９％となる様に配置し、１５ＭＰａの圧力にてプレス成形を行った。得られた成形体は、ボスやリブ、枠部などの末端まで樹脂と繊維が充填されていることが断面観察（１０倍ズーム）により確認できた。成形体の水平部について、引張弾性率を測定したところ、互いに直交する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比は１．０５であり、等方性を保っている事を確認した。また、成形物の枠部について、引張弾性率を測定したところ、互いに直交する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）は１．０７であり、等方性を保っている事が確認できた。また、枠部の立ち上がり部分について断面観察（１０倍ズーム）を行ったところ、実施例１と同様に、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）と、強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）と、強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）が存在している事が確認できた。得られた成形物の水平部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は５０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は４０であり、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は６０％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は６０であった。同様に、枠部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は４０であり、平均繊維長（Ｌａ）は４８ｍｍ、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は５８％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は６０であった。
【００３４】
比較例１
参考例４にて作成した成形板を用いた以外は実施例１と同様にして成形を行った。得られた成形体は、立ち上げ部に目視で繊維流動が確認でき、立ち上げ部の引張弾性率を測定したところ、互いに直交する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）は２．１であり、等方性が損なわれている事を確認した。また、立ち上がり部分の付け根について断面観察（１０倍ズーム）を行ったところ、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）と、強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）存在せず、強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）のみ存在していた。得られた成形物の水平部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は２０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は１００％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０００であった。同様に、立ち上げ部の平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、平均繊維長（Ｌａ）は２０ｍｍ、強化繊維束（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する割合は１００％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０００であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の成形体は、電気・電子機器用筐体、自動車用部品、医療機器用部品、建材、航空機用部品、一般産業用部材など広範囲に利用でき、特に電気・電子機器用筐体に好適である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 水平部
２ 立上部
３ 合流部
４ 強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）
５ 強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）
６ 強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）

Claims (16)

1. 熱可塑性樹脂中に不連続の強化繊維が存在する繊維強化複合材料からなる成形体であって、該成形体に含まれる強化繊維について、該成形体の面内で２次元配向して等方性を有し、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）の、該成形体中の強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たし、該成形体における互いに直交する２方向の引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えない
   ことを特徴とする成形体。
   ただし、強化繊維束（Ａ）が全て同じ繊維数であるものを除く。
   臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
   ０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
   （ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
2. 該成形体中に含まれる強化繊維の平均繊維長が５〜１００ｍｍである請求項１記載の成形体。
3. 成形体が、水平部と、当該水平部に対して縦方向に伸びた立上部とを有する請求項１に記載の成形体。
4. 該水平部が、筐体もしくはパネル状部材の天井部又は底壁部を構成する請求項３記載の成形体。
5. 該立上部が、筐体もしくはパネル状部材の側壁、リブ、ボス、マウントおよびヒンジからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項３に記載の成形体。
6. 水平部と立上部がそれぞれ、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）を有する請求項３に記載の成形体。
7. 水平部と立上部の合流部に、強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）と、強化繊維が水平部と立上部に連続的に配向する層（Ｙ）と、強化繊維が面内で２次元配向しておらず、かつ水平部と立上部に連続的に配向していない層（Ｚ）からなる群から選ばれる少なくとも２種を有する請求項３に記載の成形体。
8. 複数の立上部が、水平部に対して同一面側にある請求項３に記載の成形体。
9. 水平部の立上部と相対する面に、該強化繊維が面内は等方性で２次元配向する層（Ｘ）が連続的に存在する、請求項８記載の成形体。
10. 該水平部および／もしくは立上部に、連続繊維が熱可塑性樹脂中に一方向にそろえて配置されている一方向材からなる層をさらに有する請求項３に記載の成形体。
11. 該強化繊維が炭素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の成形体。
12. 水平部の板厚が０．２〜３ｍｍである請求項３〜１０のいずれか１項に記載の成形体。
13. 強化繊維束（Ａ）として、太さ０．２ｍｍ単位で分類される異なった太さの強化繊維束（Ａ）を含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載の成形体。
14. 請求項１に記載の成形体の、電気・電子機器用筐体への使用。
15. 繊維長５〜１００ｍｍの強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、強化繊維の目付けが２５〜３０００ｇ／ｍ^２であり、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことを特徴とするランダムマットをプレス成形して得る請求項１に記載の成形体の製造方法。
    臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
    ０．７×１０^４／Ｄ^２＜Ｎ＜１×１０^５／Ｄ^２ （２）
    （ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
16. 金型に加熱したランダムマットを下記式（３）で表されるチャージ率で２５〜１００％となるように配置し、プレス成形して得る請求項１５に記載の成形体の製造方法。
    チャージ率＝１００×基材面積（ｍｍ^２）／金型キャビティ投影面積（ｍｍ^２）（３）
    （ここで金型キャビティ投影面積とは抜き方向への投影面積である）