JP7412458B2 - 複合材構造体の製造方法及び積層体の製造方法並びに積層体及び積層型 - Google Patents

Description

本開示は、複合材構造体の製造方法及び積層体の製造方法並びに積層体及び積層型に関する。

航空機の胴体、主翼等の航空機部品は、複合材、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が用いられるものがある。航空機部品を構成するＣＦＲＰ製の構造部材（複合材構造体）は、任意の断面形状を有している。このような複合材構造体を製造する方法の１つに、複数の繊維シート（プリプレグ等）を積層することで、平坦な繊維シートの積層体（チャージとも呼ばれる。）を製作し、この積層体に対して曲げ成形を施すことで、任意の断面形状を付す方法がある（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、積層体に対して曲げ成形を施すことで複合材構造体を製造する旨が記載されている。また、特許文献１では、積層体を曲げる際に積層体の繊維が不足すると予想される箇所で、積層体を製作する際に積層される材料の量を増加させている。

米国特許第１０１０５９４０号明細書

積層体に対して曲げ成形を施す際に、折り曲げ線が屈曲または湾曲している場合には、積層体の一部の領域において、繊維が余る状態（以下、「繊維余り状態」ともいう。）や、繊維が不足する状態（以下、「繊維不足状態」ともいう。）となる場合がある。このように、繊維余り状態となった領域では、図３３の矢印で示すように、積層体に圧縮力が作用する。また、繊維不足状態となった領域では、図３４の矢印で示すように、積層体に引張力が作用する。積層体に圧縮力や引張力が作用すると、積層体に皺（リンクル）が発生し易くなる可能性がある。積層体に皺が発生すると、複合材構造体の強度が低減する可能性がある。

特許文献１では、積層体を曲げる際に繊維が不足すると予想される箇所で、積層体を製作する際に積層される材料の量を増加させている。特許文献１では、材料の量を増加させた部分を板厚方向に突出した形状としている。しかしながら、材料の量を増加させた部分の形状は、複合材構造体に応じた形状ではないので、特許文献１の方法では、曲げ成形を施す際に、材料の量を増加させた部分において、皺が発生する可能性があった。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、曲げ成形時において積層体に発生する皺を抑制することができる複合材構造体の製造方法及び積層体の製造方法並びに積層体及び積層型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の複合材構造体の製造方法及び積層体の製造方法並びに積層体及び積層型は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、複数の繊維シートを積層して、一方向に延びる変形部を有する積層体を製作する積層ステップと、前記変形部に含まれ前記一方向に延びる変形線に沿って曲げ成形を施すことで前記変形部を変形させる成形ステップと、を備え、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向の断面の形状及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化する形状となるように、前記積層体を製作する。

また、本開示の一態様に係る積層体は、複数の繊維シートを積層して製作され、曲げ成形を施されることによって複合材構造体に加工される積層体であって、一方向に延び、前記一方向の断面の形状及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化している変形部を有する。

本開示によれば、曲げ成形時において積層体に発生する皺を抑制することができる。

本開示の第１実施形態に係る積層体を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ矢視断面を示す断面図である。 図１のＢ－Ｂ矢視断面を示す断面図である。 本開示の第１実施形態に係る成形型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第１実施形態に係る複合材構造体及び成形型を示す斜視図である。 本開示の第１実施形態に係る積層型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第１実施形態に係る複合材構造体を製造する方法を示すフローチャートである。 図４の変形例を示す斜視図である。 図１の変形例を示す斜視図である。 図９のＡ－Ａ矢視断面を示す断面図である。 図９のＢ－Ｂ矢視断面を示す断面図である。 図４の変形例を示す斜視図である。 図４の変形例を示す斜視図である。 図１３に示す変形例に係る複合材構造体及び成形型を示す斜視図である。 本開示の第２実施形態に係る成形型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第２実施形態に係る複合材構造体及び成形型を示す斜視図である。 本開示の第２実施形態に係る積層型及び積層体を示す斜視図である。 図４及び図１５の変形例を示す斜視図である。 図１８に示す変形例に係る複合材構造体及び成形型を示す斜視図である。 本開示の第３実施形態に係る積層型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第３実施形態に係る変形型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第３実施形態に係る複合材構造体及び成形型を示す斜視図である。 図２２の積層体のＣ－Ｃ矢視断面を示す断面図である。 繊維シートの伸び方向を示す模式的な斜視図である。 繊維シートの伸び方向を示す模式的な斜視図である。 繊維シートの伸び量を示す模式的な斜視図である。 繊維シートの伸び量を示す模式的な斜視図である。 本開示の第４実施形態に係る積層型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第４実施形態に係る変形型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第４実施形態に係る複合材構造体及び成形型を示す斜視図である。 本開示の第１実施形態の比較例に係る積層体を示す斜視図である。 本開示の第１実施形態の比較例に係る成形型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第１実施形態の比較例に係る成形型及び積層体を示す斜視図である。 本開示の第２実施形態の比較例に係る複合材構造体を示す斜視図である。

以下に、本開示に係る複合材構造体の製造方法及び積層体の製造方法並びに積層体及び積層型の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
本開示の第１実施形態について、図１から図７を用いて説明する。本実施形態では、まず、繊維シートを賦形しつつ積層することによって中間成形品である積層体２０（図１参照）を製作する。そして、製作された積層体２０に対して更に曲げ成形を施すことによって最終形状の成形品である複合材構造体４０を製造する（図４及び図５参照）。複合材構造体４０は、例えば、航空機構造体を構成する航空機部品であるストリンガ、スパー、フレーム、リブ等である。なお、繊維シートの例としては、例えば、プリプレグが挙げられる。
なお、以下の説明において、積層体２０の板厚方向（積層方向）をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と直交する面に含まれる方向のうちの一方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向として説明する。本実施形態では、Ｚ軸方向が上下方向とされている例について説明するため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する場合もある。

繊維シートは、所定の方向に長いテープ状である。繊維シートの短手方向の長さは、積層体２０のＸ軸方向の長さ及びＹ軸方向の長さよりも短い。繊維シートは、配列される繊維の方向（以下、「繊維方向」という。）が繊維シートの長手方向に対して平行となるように揃えられた繊維基材及び繊維基材に含侵された樹脂によって構成される。繊維基材には、炭素繊維、ガラス繊維等の任意の繊維が用いられる。繊維基材に含浸される樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、不飽和ポリエステル等、加熱されることで硬化する熱硬化性樹脂を用いることができる。その他、加熱を経て固化する、ポリアミド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。なお、繊維シートは上記説明の繊維シートに限定されない。例えば、賦形可能なドライなものであってもよい。また、例えば、繊維方向がシートの長手方向に対して平行でない方向であってもよい。また、本実施形態では、繊維シートがテープ状の例について説明するが、繊維シートの形状はこれに限定されない。

積層体２０は、以下のように製作（製造）される。まず、積層型１０（図６参照）の積層面１１上に隙間なく繊維シートを載置することで、積層体２０の最下層を形成する。次に、最下層を形成する繊維シートの上面に、隙間なく繊維シートを載置していく。すなわち、最下層の繊維シートの上に、次の層の繊維シートを積層していく。次に、最上層の繊維シートの上に、次の層の繊維シートを積層していく。これを所定の回数繰り返すことで、積層体２０が製作される（積層ステップ）。積層型１０に繊維シートを積層していく手段については、特に限定されない。例えば、積層装置によって積層してもよいし、手作業で積層してもよい。また、繊維シートを載置する際に、隣接する繊維シート同士の間にわずかに隙間を形成するように載置してもよい。

積層型１０は、図６に示すように、ブロック状の部材であって、上面が積層面１１とされている。積層面１１は、製作される積層体２０の形状に応じた形状をしている。詳細には、積層面１１は、後述する積層体２０の変形部２１に対応する第１面部１２（湾曲面部）と、第１面部１２のＹ軸方向の一端部から湾曲して斜め下方へ延びる第２面部１３と、第１面部１２のＹ軸方向の他端部（一端部の反対側の端部）から湾曲して斜め上方へ延びる第３面部１４と、を有している。第１面部１２と第２面部１３及び第３面部１４とは、段部等を介さずに、連続的に接続されている。

第１面部１２は、積層体２０が製作された際に、積層体２０の変形部２１が載置される。すなわち、第１面部１２は、積層体２０の変形部２１に対応した形状をしている。第１面部１２は、Ｘ軸方向と直交する面で切断した際の断面（以下、「Ｘ軸方向の断面」という。）が上向きに突出するように湾曲している。また、第１面部１２は、Ｙ軸方向と直交する面で切断した際の断面（以下、「Ｙ軸方向の断面」という。）が上向きに突出するように湾曲している。また、第１面部１２は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが長くなっている。すなわち、第１面部１２は、Ｘ軸方向の両端部におけるＹ軸方向の長さが、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さよりも長い。また、第１面部１２は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｘ軸方向の断面の曲率半径が大きくなっている。すなわち、第１面部１２は、Ｘ軸方向の両端部におけるＸ軸方向の断面の曲率半径が、Ｘ軸方向の中心部におけるＸ軸方向の断面の曲率半径よりも大きい。

第２面部１３は、積層体２０が製作された際に、後述する積層体２０の第１隣接部２２が載置される。すなわち、第２面部１３は、積層体２０の第１隣接部２２に対応した形状をしている。第２面部１３は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。

第３面部１４は、積層体２０が製作された際に、後述する積層体２０の第２隣接部２３が載置される。すなわち、第３面部１４は、積層体２０の第２隣接部２３に対応した形状をしている。第３面部１４は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。
なお、積層型の形状は、上記の積層型１０の形状に限定されない。積層型の形状は製作される積層体の形状に応じた形状とされる。例えば、製作される積層体の第１隣接部が平板状である場合には、第２面部は平面状であってもよい。また、製作される積層体の第２隣接部が平板状である場合には、第３面部は平面状であってもよい。

積層体２０は、図１に示すように、Ｙ軸方向の中心部に設けられる変形部２１と、変形部２１のＹ軸方向の一端部から湾曲して斜め下方へ延びる第１隣接部２２と、変形部２１のＹ軸方向の他端部から湾曲して斜め下方へ延びる第２隣接部２３と、を有している。

図６に示すように、変形部２１は、積層体２０が製作された際に、第１面部１２上に位置している。すなわち、変形部２１は、第１面部１２に対応した形状をしている。詳細には、図１に示すように、変形部２１は、Ｘ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。図４に示すように、変形部２１には、Ｘ軸方向に延びる仮想線である変形線２１ａが含まれている。変形線２１ａは、上向きに突出するように湾曲している。また、図１に示すように、変形部２１は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。また、変形部２１は、Ｘ軸方向に沿って、Ｙ軸方向の長さが変化している。具体的には、変形部２１は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが長くなっている。すなわち、変形部２１は、図２及び図３に示すように、Ｘ軸方向の両端部におけるＹ軸方向の長さ（周長）Ｌ１が、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さ（周長）Ｌ２よりも長い。なお、長さＬ１及び長さＬ２は、積層体２０の形状に沿ったＹ軸方向の長さを意味している。また、以下の説明では、積層体２０の形状に沿ったＹ軸方向の長さを「周長」という場合もある。
また、本実施形態では、変形部２１は、平面視においても、Ｘ軸方向の両端部におけるＹ軸方向の長さが、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さよりも長い。
また、変形部２１は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｘ軸方向の断面の曲率半径が大きくなっている。すなわち、変形部２１は、Ｘ軸方向の両端部におけるＸ軸方向の断面の曲率半径が、Ｘ軸方向の中心部におけるＸ軸方向の断面の曲率半径よりも大きい。

図６に示すように、第１隣接部２２は、積層体２０が製作された際に、第２面部１３上に位置している。すなわち、第１隣接部２２は、第２面部１３に対応した形状をしている。詳細には、図１に示すように、第１隣接部２２は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。また、第１隣接部２２のＸ軸方向の両端部２２ａ、２２ｂは、Ｙ軸方向の一端部２２ｃ（変形部２１と接続される端部とは反対側の端部）に向かうにしたがって、両端部２２ａ、２２ｂ同士が近づくように傾斜している。また、第１隣接部２２のＹ軸方向の一端部２２ｃは、Ｘ軸方向の中心部がＸ軸方向の両端部２２ａ、２２ｂよりもＹ軸方向の他端側に位置するように、湾曲している。

図６に示すように、第２隣接部２３は、積層体２０が製作された際に、第３面部１４上に位置している。すなわち、第２隣接部２３は、第３面部１４に対応した形状をしている。詳細には、図１に示すように、第２隣接部２３は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。
なお、積層体の形状は、上記の積層体２０の形状に限定されない。積層体の形状は製造される複合材構造体の形状に応じた形状とされる。例えば、第１隣接部及び第２隣接部は、平面状であってもよく、また、Ｙ軸方向の断面及びＸ軸方向の断面の両方が上向きに突出するように湾曲していてもよい。また、第１隣接部は、Ｘ軸方向の両端部が傾斜していなくてもよく、また、Ｙ軸方向の一端部が湾曲していなくてもよい。

図５に示すように、製作された積層体２０は、曲げ成形を施すことで、複合材構造体４０に加工される。積層体２０に対して、曲げ成形を施す方法については、特に限定されない。例えば、ローラ成形で行ってもよく、プレス成形で行ってもよい。以下では、一例として、成形型３０を用いて積層体２０に対して曲げ成形を施す方法について説明する。

成形型３０は、図４に示すように、略水平に延在していて積層体２０が載置される載置部３１と、載置部３１のＹ軸方向の一端部から下方へ湾曲するように延びる湾曲部３２と、湾曲部３２の下端部から略鉛直に延びる鉛直部３３と、を有している。
積層体２０に対して、曲げ成形を施す際には、成形型３０の載置部３１に積層体２０の第２隣接部２３を載置した状態で、変形部２１及び第１隣接部２２の全域が、各々、湾曲部３２及び鉛直部３３に当接するように積層体２０を押圧する（成形ステップ）。これにより、図５に示すように、第１隣接部２２、変形部２１及び第２隣接部２３が、各々、載置部３１、湾曲部３２及び鉛直部３３に沿った形状となる。このように積層体２０を押圧することで、複合材構造体４０が製造される。積層体２０の変形部２１は、複合材構造体４０の接続部４２となる。また、積層体２０の第１隣接部２２は、複合材構造体４０の側面部４３となる。また、積層体２０の第２隣接部２３は、複合材構造体４０の上面部４１となる。
このようにして、積層体２０に対して曲げ成形を施す。なお、曲げ成形は、変形部２１に含まれているＸ軸方向に延在する変形線２１ａに沿って積層体２０が曲がるように加工を施している。したがって、曲げ成形を施すことで、変形部２１が主に変形する。変形線２１ａは、変形部２１に含まれる仮想線であり、変形部２１の形状に沿って湾曲する線である。

載置部３１は、上述のように、曲げ成形時に、積層体２０の第２隣接部２３が載置される。このため、載置部３１の上面は、第２隣接部２３の形状と対応する形状となっている。詳細には、載置部３１の上面は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。

湾曲部３２は、載置部３１のＹ軸方向の一端部と、鉛直部３３の上端部とを接続している。湾曲部３２の上面（変形部２１が当接する面）は、Ｘ軸方向の断面が、湾曲している。詳細には、湾曲部３２の上面は、Ｘ軸方向の全域において、Ｘ軸方向の断面が上方に突出する９０度の円弧形状をしている。なお、湾曲部のＸ軸方向の断面の形状はこれに限定されない。湾曲部のＸ軸方向の断面の形状は、９０度より小さい角度の円弧形状であってもよく、９０度より大きい角度の円弧形状であってもよい。湾曲部のＸ軸方向の断面の形状は、製造する複合材構造体の形状によって決まる。

また、湾曲部３２の上面の曲率半径は、Ｘ軸方向の全域において、変形部２１のＸ軸方向の中心部における曲率半径と略同一の曲率半径となっている。変形部２１は、Ｘ軸方向の中心部が最も曲率半径が小さい。このため、変形部２１は、Ｘ軸方向の中心部以外の領域において、曲率半径が湾曲部３２の上面の曲率半径よりも大きい。変形部２１のＸ軸方向の中心部以外の領域とは、例えば、変形部２１のＸ軸方向の両端部等である。なお、湾曲部の上面の曲率半径は、変形部２１のＸ軸方向の中心部における曲率半径と異なっていてもよい。

鉛直部３３は、側面（第１隣接部２２が当接する面）が平面とされている。鉛直部３３の上端部は、湾曲部３２の形状に沿うように湾曲している。
なお、成形型の形状は、上記の成形型３０の形状に限定されない。例えば、鉛直部の側面は、Ｚ軸方向の断面が湾曲していてもよく、また、Ｘ軸方向の断面が湾曲していてもよい。

積層体２０から製造される複合材構造体４０は、図５に示すように、上面部４１と上面部４１のＹ軸方向の一端部から下方へ湾曲する接続部４２、接続部４２の下端部から略鉛直に延びる側面部４３と、を有するＸ軸方向の断面形状が略Ｌ状の部材である。なお、図５では、積層体２０の変形部２１を一点鎖線で図示している。
上面部４１は、曲げ成形を施す前の第２隣接部２３（図４参照）に対応する部分である。また、上面部４１は、載置部３１の上面に対応する形状である。具体的には、上面部４１は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。

接続部４２は、曲げ成形を施す前の変形部２１（図４参照）に対応する部分である。接続部４２は、上面部４１のＹ軸方向の一端部と、側面部４３の上端部とを接続している。接続部４２は、湾曲部３２に対応した形状であり、Ｘ軸方向の断面が上方に突出する９０度の円弧形状をしている。
また、接続部４２は、Ｘ軸方向の全域において、変形部２１のＸ軸方向の中心部における曲率半径と同じ曲率半径となっている。なお、接続部の曲率半径は、変形部２１のＸ軸方向の中心部における曲率半径と異なっていてもよい。

側面部４３は、曲げ成形を施す前の第１隣接部２２（図４参照）に対応する部分である。側面部４３は、鉛直部３３の側面と対応する形状である。具体的には、上端部が接続部４２の形状に沿うように湾曲している。
なお、複合材構造体は、上記の複合材構造体４０の形状に限定されない。例えば、接続部は、Ｘ軸方向の断面が９０度より小さい角度の円弧形状であってもよく、９０度より大きい角度の円弧形状であってもよい。

次に、複合材構造体４０を製造する方法について、図７を用いて説明する。
まず、図７のステップＳ１に示すように、積層型１０に繊維シートを積層することで、積層体２０を製作する（積層ステップ）。このとき、積層体２０が上述の変形部２１、第１隣接部２２及び第２隣接部２３を有するように製作される。積層ステップを終えると、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、製作された積層体２０を成形型３０に載置する（載置ステップ）。このとき、積層体２０の第２隣接部２３が成形型３０の載置部３１に載置されるようにする。載置ステップを終えると、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、積層体２０の変形部２１及び第１隣接部２２の全域が、各々、成形型３０の湾曲部３２及び鉛直部３３に当接するように積層体２０を押圧する。これにより、変形線２１ａに沿うように、積層体２０が曲げられる。このように、変形部２１に含まれる変形線２１ａに沿って曲げ成形を施すことで変形部２１を変形させる（成形ステップ）。このとき、変形部２１のＹ軸方向の断面が突出する方向と反対方向へ、変形部２１に曲げ成形を施す。
このようにして、複合材構造体４０が製造される。なお、本実施形態で説明する複合材構造体４０を製造する方法は一例であり、本開示はこれに限定されない。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態に係る積層体２０ではない積層体に対して曲げ成形を施す場合には、Ｙ軸方向の断面の形状が屈曲または湾曲している変形部（変形線）を曲げると、変形部とＹ軸方向に隣接する領域において、積層体の繊維が余る状態（以下、「繊維余り状態」ともいう。）や、積層体の繊維が不足する状態（以下、「繊維不足状態」ともいう。）となる可能性がある。このように、繊維余り状態となると積層体の一部の領域において、Ｘ軸方向に沿った圧縮力が作用する。また、繊維不足状態となると積層体の一部の領域において、Ｘ軸方向に沿った引張力が作用する。Ｘ軸方向に沿った圧縮力または引張力が作用すると、積層体に皺が発生する可能性がある。積層体に皺が発生すると、複合材構造体の強度が低減する可能性がある。

具体的には、例えば、図３１に示す比較例のように、上方に向かって突出するように湾曲する変形部５２を有する積層体５１であって、変形部５２のＹ軸方向の長さがＸ軸方向の全域において一定である積層体５１に対して曲げ成形を施す場合がある（図３２及び図３３参照）。このような場合には、積層体５１の第１隣接部５３に、図３３の矢印で示すように、Ｘ軸方向に沿った圧縮力（Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力）が作用する。また、図３１で示す比較例では、変形部５２のＹ軸方向の長さがＸ軸方向の全域において一定であるので、曲げ成形を施した際の変形部５２の変形量が、Ｘ軸方向の全域において略一定となる。したがって、圧縮力を打ち消すような力は作用しない。したがって、積層体５１が繊維余り状態となり、積層体５１に皺Ｗが発生する。なお、図３１のＡ－Ａ断面は、図２に一点鎖線で示されている。また、図３１のＢ－Ｂ断面は、図３に一点鎖線で示されている。

本実施形態でも、図１に示すように、変形部２１が、Ｙ軸方向の断面の形状が上向きに突出するように湾曲している。これにより、曲げ成形時に、積層体２０の変形部２１とＹ軸方向に隣接する第２隣接部２３において、Ｘ軸方向に沿った圧縮力が作用する。すなわち、繊維余り状態になろうとする力が作用する。

一方、本実施形態では、図１に示すように、変形部２１において、Ｘ軸方向の端部におけるＹ軸方向の長さと、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さとが異なっている。曲げ成形時における変形部２１の変形量は、Ｙ軸方向の長さによって変化する。このため、本実施形態では、曲げ成形時において変形する変形量が、Ｘ軸方向の端部と中心部とで異なることとなる。このため、曲げ成形時において積層体２０には、例えば、変形量が少ない部分から変形量が多い部分へ積層体２０が引っ張られる力等が作用する。本実施形態では、変形量がＸ軸方向の端部と中心部とで異なっているので、曲げ成形時において、Ｘ軸方向に沿った力（具体的には、図５の矢印Ａ６及びＡ７で示すＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力）が作用する。

具体的には、変形部２１において、図２及び図３で示すように、Ｘ軸方向の端部における曲率半径が、Ｘ軸方向の中心部における曲率半径よりも大きくなっている。これにより、Ｘ軸方向の端部におけるＹ軸方向の長さ（周長）Ｌ１が、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さ（周長）Ｌ２よりも長い形状となっている。なお、図２及び図３の一点鎖線は、図３１で示す比較例の変形部５２のＸ軸方向の同位置における長さ（周長）を示している。また、比較例の変形部５２は、曲げ成形後の変形部（本実施形態では、接続部４２としている部分）に対応する形状である。すなわち、比較例の変形部５２は、曲げ成形前と曲げ成形後とで、周長が変わらない形状である。曲げ成形後の変形部５２の周長は成形型３０の湾曲部３２のＹ軸方向の長さと略同一であるので、変形部５２の周長は湾曲部３２のＹ軸方向の長さと略同一である。なお、湾曲部３２のＹ軸方向の長さとは、湾曲部３２の形状に沿ったＹ軸方向の長さを意味する。
図２及び図３からわかるように、本実施形態の変形部２１は、比較例の変形部５２に対して、第１隣接部２２から第２隣接部２３までの経路をショートカットするように形成されている。すなわち、本実施形態の変形部２１は、比較例の変形部５２よりも周長が短い。上述のように、変形部５２の周長は湾曲部３２のＹ軸方向の長さと略同一である。よって、変形部２１の周長は、湾曲部３２のＹ軸方向の長さよりも短い。したがって、曲げ成形時において、積層体２０（特に、第１隣接部２２）が、変形部２１側に引っ張られるように変形する。以下では、本実施形態の変形部２１の周長と、比較例の変形部５２の周長との差を、周長差という。
また、上述のように、変形部２１は、Ｘ軸方向の端部におけるＹ軸方向の長さ（周長）Ｌ１が、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さ（周長）Ｌ２よりも長い形状となっている。すなわち、変形部２１の端部は、変形部２１の中心部よりもショートカット区間が長いこととなる。ショートカット区間とは、比較例の変形部５２よりも、変形部２１の方が直線に近い形状となる区間である。換言すれば、ショートカット区間とは、比較例の変形部５２よりも、変形部２１の方が、曲率半径が大きい区間である。よって、変形部２１の端部の方が、変形部２１の中心部よりも周長差が大きくなっている。これにより、端部において変形部２１側に引っ張られることによる積層体２０の変形量が中心部よりも多くなり、中心部において変形量が端部よりも少なくなる（図５の矢印Ａ１～Ａ５参照）。このため、曲げ成形時において、積層体２０には、図５の矢印Ａ６及び矢印Ａ７で示すように、変形量が少ない中心部側から変形量が多い両端部側へ積層体２０が引っ張られる力（Ｘ軸方向の中心部から端部へ向かう力）が作用する。

このように、本実施形態では、Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力とＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、Ｘ軸方向に沿った力（Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力）が抑制される。これにより、積層体２０が繊維余り状態になり難い。したがって、積層体２０における皺の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、変形部２１の形状が湾曲している。詳細には、変形部２１は、Ｘ軸方向の断面が湾曲している。これにより、変形部が平面状の場合と比較して、曲げ成形時において、変形部２１を曲げ易い。したがって、より好適に変形部２１に対して曲げ成形を施すことができる。

また、繊維シートを積層して積層体２０を製作する方法として、積層型１０の積層面１１の面積と同程度の面積である繊維シートを積層していく方法も考えられる。しかしながら、繊維シートは伸び難いことから、このような方法では、非平面形状である積層面１１に対応する形状となるように、繊維シートを積層することができない場合がある。一方、本実施形態では、テープ状の繊維シートを用いて積層体２０を製作している。これにより、繊維シートを非平面形状である積層面１１に対応するように載置し易い。したがって、積層面１１の面積と同程度の面積である繊維シートを積層していく場合と比較して、容易に積層体２０を製作することができる。
なお、テープ状の繊維シートを用いて積層体２０を製作する方法は、一例であり、本開示はこれに限定されない。例えば、好適に積層体２０を製作することができる場合には、積層型１０の積層面１１の面積と同程度の面積である繊維シートを積層する方法を採用してもよい。

また、繊維シートを複合材構造体４０の最終形状となるように積層することで、複合材構造体を製造する方法も考えられる。しかしながら、幅（短手方向の長さ）の短いテープ状の繊維シートを複合材構造体４０の最終形状のように複雑な形状（例えば、曲折部や曲率半径が小さい湾曲部を含む形状）となるように積層するためには、繊維シートを積層する挙動が複雑となる。このような複雑な挙動を、例えば機械加工で行う場合には、機械の限界により繊維シートを積層することができない場合や、積層できたとしても積層作業が長時間化する可能性がある。一方、本実施形態では、中間成形品である積層体２０は、比較的単純な形状であるので、繊維シートを容易に積層することができる。したがって、比較的短時間で複合材構造体４０を製造することができる。

［変形例１］
次に、第１実施形態の変形例（変形例１）について、図８を用いて説明する。
本変形例では、上述の第１実施形態と、積層体の変形部の形状が主に異なっている。その他の点は、第１実施形態と略同一であるので、同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第１実施形態では、積層体２０の変形部２１のＸ軸方向の中心部における曲率半径が、成形型３０の湾曲部３２の曲率半径と略同一となる例について説明した（図４参照）。本変形例の積層体２０Ａの変形部２１Ａは、図８に示すように、Ｘ軸方向の端部における曲率半径が、成形型３０の湾曲部３２の曲率半径と略同一となっている。また、積層体２０Ａの変形部２１ＡのＸ軸方向の中心部における曲率半径は、成形型３０の湾曲部３２の曲率半径よりも小さくなっている。なお、本変形例に係る変形部の形状は、上記説明の変形部２１Ａの形状に限定されない。例えば、変形部２１Ａは、Ｘ軸方向の端部における曲率半径が、成形型３０の湾曲部３２の曲率半径よりも大きくてもよく、小さくてもよい。

このような構成とした場合でも、曲げ成形時に積層体２０Ａに対して、Ｘ軸方向の中心部から端部へ向かう力が作用する。このため、第１実施形態と同様に、Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力とＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、Ｘ軸方向に沿った力（Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力）を抑制することができる。よって、皺の発生を抑制することができる。

［変形例２］
次に、第１実施形態の変形例（変形例２）について図９から図１１を用いて説明する。
本変形例では、上述の第１実施形態と、積層体の変形部の形状が主に異なっている。その他の点は、第１実施形態と略同一であるので、同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第１実施形態では、積層体２０の変形部２１が、Ｘ軸方向の断面及びＹ軸方向の断面の両方が湾曲するように形成されている例について説明した（図１参照）。本変形例の積層体２０Ｂの変形部２１Ｂは、図９から図１１に示すように、Ｙ軸方向の断面のみが湾曲している。Ｘ軸方向の断面は、直線状に形成される。図１０及び図１１に示すように、このように構成した場合であっても、変形部２１ＢのＸ軸方向の両端部におけるＹ軸方向の長さＬ３を、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さＬ４よりも長くすることができる。なお、図１０及び図１１の一点鎖線は、第１実施形態（図２及び図３参照）と同様に、図３１で示す比較例の変形部５２のＸ軸方向の同位置における長さ（周長）を示している。よって、図１０及び図１１からわかるように、本変形例においても、変形部２１Ｂは、比較例の変形部５２に対して、第１隣接部２２から第２隣接部２３までの経路をショートカットするように形成されている。すなわち、本変形例においても、変形部２１Ｂの長さは、比較例の変形部５２の周長よりも短い。したがって、本変形例においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

［変形例３］
次に、第１実施形態の変形例（変形例３）について図１２を用いて説明する。
本変形例では、上述の第１実施形態と、積層体２０の形状が主に異なっている。その他の点は、第１実施形態と略同一であるので、同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第１実施形態では、積層体２０の変形部２１の変形線２１ａが、湾曲している例について説明した（図４参照）。
本変形例の変形部２１Ｃは、Ｘ軸方向の断面が湾曲している点については、第１実施形態と同様である。本変形例の変形部２１Ｃは、図１２に示すように、平面視において、Ｘ軸方向の途中位置がＹ軸方向へ突出するように屈曲している。この点で、第１実施形態と異なっている。
また、変形部２１Ｃは、屈曲部分からＸ軸方向の両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが短くなっている。また、屈曲部分からＸ軸方向の両端部へ向かうにしたがって、曲率半径が小さくなっている。
また、変形部２１Ｃに含まれる変形線２１ａＣも、変形部２１Ｃと同様に屈曲している。換言すれば、変形線２１ａＣがキンク状とされている。また、本変形例の積層体２０Ｃは、第１隣接部２２Ｃ及び第２隣接部２３Ｃも同様に、屈曲している。
また、本変形例に係る成形型３０Ｃは、積層体２０Ｃの形状に応じた形状をしている。詳細には、載置部３１Ｃは、第２隣接部２３Ｃの形状に対応するように、屈曲している。また、湾曲部３２Ｃは、変形部２１Ｃの形状に対応するように、屈曲している。また、鉛直部３３Ｃは、第１隣接部２２Ｃの形状に対応するように、屈曲している。

積層体２０Ｃをこのような形状に製作した場合であっても、曲げ成形時にＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力が作用する。このため、第１実施形態と同様に、Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力とＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、Ｘ軸方向に沿った力（Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力）が抑制することができる。よって、皺の発生を抑制することができる。

［変形例４］
次に、第１実施形態の変形例（変形例４）について図１３及び図１４を用いて説明する。
本変形例では、上述の第１実施形態と、積層体の変形部の形状が主に異なっている。その他の点は、第１実施形態と略同一であるので、同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本変形例の積層体２０Ｄは、図１３に示すように、変形部２１Ｄと、第１隣接部２２Ｄと、第２隣接部２３Ｄと、を有している。変形部２１Ｄは、Ｘ軸方向の中心部においてＹ軸方向の長さがゼロとされている。そして、この中心部を基点として、変形部２１Ｄは、Ｘ軸方向の両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが長くなっている。また、本変形例の成形型３０Ｄは、湾曲部が存在しない。成形型３０Ｄは、載置部３１Ｄ及び鉛直部３３Ｄが湾曲部を介することなく接続されている。

積層体２０Ｄに対して、成形型３０Ｄを用いて曲げ成形を施すと、図１４に示すように、接続部が存在せず、上面部４１Ｄと側面部４３Ｄとが直接接続される複合材構造体４０Ｄが形成される。
このような複合材構造体４０Ｄを形成する場合に、本変形例で説明した変形部２１Ｄとすることで、第１実施形態と同様に、Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力とＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、Ｘ軸方向に沿った力（Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力）が抑制することができる。よって、皺の発生を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態について図１５から図１７を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と、積層体の形状が異なっている。また、それに伴って、積層型の形状、成形型の形状が異なっている。その他の点は、第１実施形態と略同一であるので、同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施形態の積層体１２０の変形部１２１は、図１５に示すように、Ｘ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。変形部１２１には、Ｘ軸方向に延びる仮想線である変形線１２１ａが含まれている。変形線１２１ａは、下向きに突出するように湾曲している。また、変形部１２１は、Ｙ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。また、変形部１２１は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが短くなっている。また、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｘ軸方向の断面の曲率半径が小さくなっている。
また、本実施形態の第１隣接部１２２及び第２隣接部１２３は、Ｙ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。

また、図１７に示すように、本実施形態の積層型１１０の第１面部１１２は、本実施形態の変形部１２１に対応する形状をしている。すなわち、第１面部１１２は、Ｘ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。また、第１面部１１２は、Ｙ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。また、第１面部１１２は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが短くなっている。Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｘ軸方向の断面の曲率半径が小さくなっている。
また、本実施形態の第２面部１１３及び第３面部１１４は、Ｙ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。

また、図１５に示すように、本実施形態の成形型１３０の湾曲部１３２の上面は、Ｘ軸方向の全域において、Ｘ軸方向の断面が下方に突出する９０度の円弧形状をしている。また、本実施形態の成形型１３０の載置部１３１の上面は、Ｙ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。鉛直部１３３の上端部は、湾曲部１３２の形状に応じるように湾曲している。なお、湾曲部１３２の上面は、Ｘ軸方向の断面の形状が９０度より小さい角度の円弧形状であってもよく、９０度より大きい角度の円弧形状であってもよい。

本実施形態の複合材構造体１４０の接続部１４２は、図１６に示すように、上面部１４１と側面部１４３とを接続している。接続部１４２は、Ｘ軸方向の全域において、Ｘ軸方向の断面が下方に突出する９０度の円弧形状をしている。また、上面部１４１は、Ｙ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。なお、接続部１４２は、Ｘ軸方向の断面の形状が９０度より小さい角度の円弧形状であってもよく、９０度より大きい角度の円弧形状であってもよい。なお、図１６では、積層体１２０の変形部１２１を一点鎖線で図示している。

本実施形態では、図１５に示すように、変形部１２１が、Ｙ軸方向の断面の形状が下向きに突出するように湾曲している。このようにＹ軸方向の断面の形状が下向きに突出するように湾曲している形状の積層体に対して、突出方向と同一の方向へ曲げ成形を施して、図３４の比較例で示す複合材構造体１５０を製造する場合には、曲げ成形時に、積層体の変形部（曲げ成形後に接続部１５２となる部分）とＹ軸方向に隣接する第２隣接部（曲げ成形後に側面部１５３となる部分）において、図３４の矢印で示すように、Ｘ軸方向に沿った引張力（Ｘ軸方向の中心部から端部へ向かう力）が作用する。すなわち、第２隣接部に対して、繊維不足状態になろうとする力が作用する。なお、図３４に示す比較例に係る複合材構造体１５０は、変形部のＹ軸方向の長さがＸ軸方向の全域において一定とされた積層体に対して、曲げ成形を施したものである。

一方、本実施形態では、図１５に示すように、Ｘ軸方向の端部におけるＹ軸方向の長さ（周長）が、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さ（周長）よりも短い形状となっている。すなわち、中心部は端部よりもショートカット区間が長いこととなる。なお、ショートカット区間とは、比較例の変形部よりも、変形部１２１の方が直線に近い形状となる区間である。換言すれば、ショートカット区間とは、比較例の変形部よりも、変形部１２１の方が、曲率半径が大きい区間である。よって、中心部の方が端部より周長差が大きくなっている。これにより、中心部において変形部１２１側に引っ張られることによる積層体１２０の変形量が端部よりも多くなり、端部において変形量が中心部よりも少なくなる（図１６の矢印Ａ１１～Ａ１５参照）。このため、曲げ成形時において、積層体１２０には、図１６の矢印Ａ１６及び矢印Ａ１７で示すように、変形量が少ない端部から変形量が多い中心部へ積層体１２０が引っ張られる力（Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力）が作用する。

このように、本実施形態では、Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かう力とＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、Ｘ軸方向に沿った力（Ｘ軸方向の中心部から端部へ向かう力）が抑制される。積層体１２０に作用するＸ軸方向に沿った力が抑制されるので、積層体１２０に含まれる繊維に作用するＸ軸方向に沿った力も抑制される。これにより、積層体１２０が繊維不足状態になり難い。したがって、積層体１２０における皺の発生を抑制することができる。

［第３実施形態］
次に、本開示の第３実施形態について図２０から図２７を用いて説明する。本実施形態では、変形部を有する積層体を製作する方法が、第１実施形態及び第２実施形態と異なっている。第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第１実施形態及び第２実施形態では、繊維シートを積層することで変形部を有する積層体を製作していたが、本実施形態では、まず、図２０に示すように、繊維シートを積層し変形部３２１を有さない積層体３００を製作し（積層ステップ）、次に、図２１に示すように、変形部３２１を有さない積層体３００を変形させることで変形部３２１を有する積層体３２０を製作する（変形ステップ）。そして、図２２に示すように、製作された変形部３２１を有する積層体３２０に対して曲げ成形を施すことで、複合材構造体３４０に加工する（成形ステップ）。

図２０に示すように、積層型３１０に繊維シートを積層することで、変形部３２１を有さない積層体３００を製作する。積層型３１０は、繊維シートが載置される積層面３１１がＹ軸方向の断面の形状が上向きに突出するように湾曲している。また、積層面３１１は、Ｘ軸方向の断面の形状が略直線状に形成されている。なお、積層面３１１のＸ軸方向の断面の形状は、緩やかに湾曲していてもよい。
本実施形態の積層型３１０で製作された積層体３００は、積層面３１１に応じた形状とされている。すなわち、積層体３００は、Ｙ軸方向の断面の形状が上向きに突出するように湾曲するとともに、Ｘ軸方向の断面の形状が直線状となっている。なお、この段階の積層体３００は、上述のように、第１実施形態等で説明した変形部３２１を有していない。
また、積層体３００は、後述する変形型３５０を用いて変形された際に、第１隣接部３２２となる第１領域３０１と、第１領域３０１以外の領域である第２領域３０２を有している。第１領域３０１と第２領域３０２とは、隣接する領域であって、図２０では一点鎖線で区切られている。

次に、図２１に示すように、変形部３２１を有さない積層体３００を変形型３５０の載置面３５１上に載置する。そして、変形部３２１を有さない積層体３００を変形型３５０へ押し付けるように押圧することで、変形型３５０の載置面３５１に応じた形状に変形させる。具体的には、変形部３２１を有する積層体３２０に変形させる。なお、図２１では、第１実施形態の変形例４（図１３参照）に示す例のように、変形部３２１の形状がＸ軸方向の中心部においてＹ軸方向の長さがゼロとされている例について図示しているが、本実施形態の変形部３２１の形状はこれに限定されない。第１実施形態で説明した変形部３２１の形状であれば、いずれの形状であってもよい。

変形型３５０は、図２１に示すように、ブロック状の部材であって、上面が載置面３５１とされている。載置面３５１は、製作される積層体（変形部３２１を有する積層体３２０）の形状に応じた形状をしている。詳細には、載置面３５１は、後述する積層体３２０の変形部３２１に対応する第１面部３５２と、第１面部３５２のＹ軸方向の一端部から湾曲して斜め下方へ延びる第２面部３５３と、第１面部３５２のＹ軸方向の他端部（一端部の反対側の端部）から湾曲して斜め上方へ延びる第３面部３５４と、を有している。第１面部３５２と第２面部３５３及び第３面部３５４とは、段部等を介さずに、連続的に接続されている。

第１面部３５２は、積層体３２０が製作された際に、積層体３２０の変形部３２１が載置される。すなわち、第１面部３５２は、積層体３２０の変形部３２１に対応した形状をしている。第１面部３５２は、Ｘ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。また、第１面部３５２は、Ｙ軸方向の断面が上向きに突出するように湾曲している。また、第１面部３５２は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが長くなっている。すなわち、第１面部３５２は、Ｘ軸方向の両端部におけるＹ軸方向の長さが、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さ（本実施形態では、長さがゼロとなっている）よりも長い。また、第１面部３５２は、Ｘ軸方向の中心部から両端部へ向かうにしたがって、Ｘ軸方向の断面の曲率半径が大きくなっている。すなわち、第１面部３５２は、Ｘ軸方向の両端部におけるＸ軸方向の断面の曲率半径が、Ｘ軸方向の中心部側におけるＸ軸方向の断面の曲率半径よりも大きい。

上述したように、本実施形態の例では、変形型３５０によって製作される積層体３２０の形状は、第１実施形態の変形例４に示す積層体２０Ｄ（図１３参照）と同形状とされている。すなわち、積層体３２０は、図２１に示すように、変形部３２１と、第１隣接部３２２と、第２隣接部３２３と、を有している。変形部３２１は、Ｘ軸方向の中心部においてＹ軸方向の長さがゼロとされている。そして、この中心部を基点として、変形部３２１は、Ｘ軸方向の両端部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが長くなっている。変形部３２１には、Ｘ軸方向に延びる仮想線である変形線３２１ａが含まれている。第１隣接部３２２は、変形部３２１のＹ軸方向の一端部から湾曲して斜め下方へ延びている。第２隣接部３２３は、変形部３２１のＹ軸方向の他端部から湾曲して斜め上方へ延びている。

また、本実施形態に係る積層体３２０は、第１隣接部３２２と第２隣接部３２３とが為す角度が、１６０度程度とされている。すなわち、変形ステップにおいて、第２隣接部３２３は、第１隣接部３２２に対して、変形部３２１との接続部分を中心として２０度程度回転するように相対移動している。

図２２に示すように、製作された積層体３２０は、成形型３３０を用いて積層体３２０に対して曲げ成形を施すことで、複合材構造体３４０に加工される。本実施形態の成形型３３０は、第１実施形態の変形例４に示す成形型３０Ｄ（図１４参照）と略同形状とされている。すなわち、本実施形態の成形型３３０は、湾曲部が存在せず、載置部３３１及び鉛直部３３３が湾曲部を介することなく接続されている。
積層体３２０に対して、成形型３３０を用いて曲げ成形を施すと、図２２に示すように、接続部が存在せず、上面部３４１と側面部３４３とが直接接続される複合材構造体３４０が形成される。上面部３４１は、Ｘ軸方向の断面が上向きに突出している。

次に、本実施形態における複合材構造体３４０の製造方法の詳細について説明する。
まず、図２０に示すように、積層型３１０に複数の繊維シートを積層することで、積層体３００を製作する（積層ステップ）。このとき製作される積層体３００には、変形部３２１が形成されていない。

次に、積層ステップで製作された変形部３２１を有さない積層体３００を変形型３５０（図２１参照）に載置する。このとき、積層体３００が変形型３５０の第３面部３５４に載置されるようにする。すなわち、積層体３００を載置した状態では、積層体３００と変形型３５０の第２面部３５３とは接触していない。次に、積層体３００を変形型３５０の第３面部３５４に載置した状態で、積層体３００が第１面部３５２及び第２面部３５３と当接するように、積層体３００を押圧する。これにより、図２１に示すように、積層体３００が変形型３５０の載置面３５１に応じた形状となる。すなわち、変形部３２１、第１隣接部３２２及び第２隣接部３２３を有するように、積層体３００を変形させる（変形ステップ）。本実施形態では、変形ステップにおいて、第１隣接部３２２と第２隣接部３２３とが為す角度が、１６０度程度となるように変形している。すなわち、変形ステップでは、第２隣接部３２３は、変形部３２１との接続部分を中心軸線として、２０度程度回転するように、第１隣接部３２２に対して相対移動している。以下では、第１隣接部３２２に対して第２隣接部３２３が相対移動する角度を変形角度と称する。変形ステップにおける変形角度（本実施形態では、一例として２０度程度）は、後述する成形ステップにおける変形角度（本実施形態では、一例として７０度程度）よりも小さく設定されている。
なお、本実施形態では、変形ステップにおける変形角度が２０度とされる例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、変形ステップにおける変形角度は、１０度以上であって、３０度以下とされる。変形角度が１０度よりも小さい場合には、面内変形が好適に行えない可能性がある。また、変形角度が３０度よりも大きいと、面内変形と層間滑りとの分離が難しくなる可能性がある。したがって、変形ステップにおける変形角度は、１０度以上であって、３０度以下とされると好適である。

次に、変形部３２１を有する積層体３２０を成形型３３０に載置する。このとき、積層体３２０の第２隣接部３２３が成形型３３０の載置部３３１に載置されるようにする。次に、積層体３２０の変形部３２１及び第１隣接部３２２の全域が、各々、成形型３３０に当接するように積層体３２０を押圧する。これにより、変形線３２１ａに沿うように、積層体３２０が曲げられる。このように、変形部３２１に含まれる変形線３２１ａに沿って曲げ成形を施すことで変形部３２１を変形させる（成形ステップ）。このとき、変形部３２１のＹ軸方向の断面が突出する方向と反対方向へ、変形部３２１に曲げ成形を施す。このようにして、複合材構造体３４０が製造される。

本実施形態では、成形ステップにおいて、第１隣接部３２２（複合材構造体３４０における側面部３４３）と第２隣接部３２３（複合材構造体３４０における上面部３４１）とが為す角度が、９０度程度となるように、積層体３２０を変形している。すなわち、変形ステップでは、第２隣接部３２３は、変形部３２１との接続部分を中心軸線として、７０度程度回転するように、第１隣接部３２２に対して相対移動している。このように、成形ステップにおける変形角度は、変形ステップにおける変形角度（本実施形態では、一例として２０度程度）よりも大きく設定されている。

なお、本実施形態では、複合材構造体３４０の側面部３４３と上面部３４１とが為す角度が９０度程度である例について説明したが、本開示はこれに限定されない。複合材構造体３４０の側面部３４３と上面部３４１とが為す角度は、特に限定されないが、８０度以上であって、１００度以下である場合には、好適に本開示を適用することができる。
また、本実施形態では、成形ステップにおける変形角度が７０度とされる例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、成形ステップにおける変形角度は、５０度以上であって、９０度以下とされる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、まず、変形部３２１を有するように積層体３００を変形させ、その後に、変形部３２１を有する積層体３２０に対して曲げ成形を施している。また、変形部３２１において、一方向（Ｘ軸方向）に沿って交差方向（Ｙ軸方向）の長さが変化している。これにより、成形ステップにおいて、積層体３２０が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、第１実施形態と同様に、成形ステップにおいて、積層体３２０における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体３４０の強度の低減を抑制することができる。

また、本実施形態では、積層ステップで繊維シートを積層し、その後に積層体３００を変形させて変形部３２１を形成することで、変形部３２１を有する積層体３２０を製作している。すなわち、積層ステップにおいて、積層体３００に対して変形部３２１を形成する必要がない。これにより、積層ステップで変形部を有する積層体を製作する場合と比較して、積層ステップで製作する積層体３００の形状を単純な形状にできる。したがって、積層ステップにおける作業を簡易化することができる。よって、積層ステップで生じるコストを低減することができる。また、積層ステップを短時間化することができる。
また、例えば、凹凸を有するような複雑な形状の積層体を製作する場合には、細いテープ状の繊維シートによって製作しなければならない場合がある。一方、例えば、平板状のような単純な形状の積層体を製作する場合には、積層体の投影面積と同程度の面積を有する幅広の繊維シートを積層していくことで積層体を製作することができる。このように、本実施形態では、積層ステップで製作する積層体の形状を単純な形状にできるので、積層体を構成する繊維シートの形状の自由度を向上させることができる。

また、積層体を複合材構造体となるように加工する場合（すなわち、積層体に対して、９０度前後の曲げ成形を施す場合）には、積層体の面内方向における形状変化と、積層されている繊維シート同士が滑るような変形とが、積層体に生じる。
面内方向における形状変化（以下、「面内変形」と称する。）とは、図２１の矢印で示すように、積層体に面内方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って生じる形状の変化である。詳細には、図２１の矢印Ａ３１に示すように、積層体の型に載置されていない部分（図２１では、第１隣接部３２２）において、Ｘ軸方向の両端部が、Ｙ軸方向の他端部側から一端部側へ移動するように変形する。また、図２１の矢印Ａ３２に示すように、Ｘ軸方向の中央部がＹ軸方向の一端部側から他端部側へ移動するように変形する。また、図２１の矢印Ａ３３に示すように、Ｙ軸方向の一端部が中央部から両端部へ移動するように変形するとともに、図２１の矢印Ａ３４に示すように、Ｙ軸方向の他端部が両端部側から中央部へ移動するように変形する。このように変形することで、繊維圧縮が起きる。
また、積層されている繊維シート同士が滑るような変形（以下、「層間滑り」と称する）とは、図２３に示すように、積層体を構成する繊維シートのうち、内側に位置する繊維シート３４０ａと外側に位置する繊維シート３４０ｂとの湾曲部分の長さの差によって生じる変形である。詳細には、図２３の矢印Ａ３５に示すように、積層体の内側が曲げ方向の先端部側へ移動するように変形する。また、図２３の矢印Ａ３６に示すように、積層体の外側が曲げ方向の基端部側（先端部とは反対側）へ移動するように変形する。なお、図２３では、図示の関係上、上面部３４１と側面部３４３との接続部分の湾曲を強調して図示している。
このように、積層体を複合材構造体となるように加工する場合に、面内変形及び層間滑りが生じるため、積層体を変形させるステップを１段階だけで行うと、面内変形及び層間滑りが同時に起こるため、積層体の形状変化が複雑となり、積層体の変形が適切に行われない可能性がある。積層体の変形が適切に行われないと、積層体に皺が発生する可能性がある。
一方、本実施形態では、まず、変形部３２１を有するように積層体３００を変形させ、その後に、変形部３２１を有する積層体３２０に対して曲げ成形を施している。すなわち、積層体３００を変形させるステップを２段階（変形ステップと成形ステップ）に分けている。
変形ステップでは、図２１に示すように、変形角度が２０度程度と比較的小さな角度となるように、積層体３００を変形する。層間滑りは、変形角度が大きくなると変形量が大きくなる。したがって、変形角度の小さい変形ステップでは、層間滑りはほとんど生じない。一方、本実施形態では、変形ステップにおいて、積層体３２０が変形部３２１を有するように変形しているので、面内変形の多くが変形ステップにおいて行われる。以上から、変形ステップでは、主に面内変形が行われ、層間滑りはほとんど行われない。
成形ステップでは、図２２等に示すように、変形角度が７０度程度と比較的大きな角度となるように、積層体３２０を変形する。変形角度の大きい成形ステップでは、層間滑りの変形量が大きくなる。一方、面内変形は、変形ステップにおいてすでに行われているので、成形ステップではほとんど行われない。以上から、成形ステップでは、主に層間滑りが行われ、面内変形はほとんど行われない。
このように、本実施形態では、面内変形が行われるステップと、層間滑りが行われるステップとを異なるステップとすることができる。したがって、積層体の形状変化が比較的単純なものとなるので、積層体の変形を適切に行うことができる。したがって、皺の発生を抑制することができるので、複合材構造体３４０の強度の低減を抑制することができる。

また、本実施形態では、変形ステップにおける変形角度（本実施形態では、一例として２０度程度）が、成形ステップにおける変形角度（本実施形態では、一例として７０度程度）よりも小さく設定されている。これにより、変形ステップにおいて、層間滑りの変形量を、適切に小さくすることができる。したがって、より確実に、面内変形が行われるステップと、層間滑りが行われるステップとを異なるステップとすることができる。

また、一般に、複数の繊維シートを積層した積層体は、積層体の強度を向上させるために、繊維の延在方向が異なる繊維シートを積層することで形成される。繊維シートは、繊維と直交する方向には伸び易く、繊維の延在方向には伸び難い。したがって、積層体に対して曲げ成形を施した場合には、図２４及び図２５に示すように、繊維シート毎に伸びる方向が異なることとなる。図２４及び図２５では、繊維の延在方向を破線で示している。図２４に示すように、Ｘ軸方向に沿って繊維が延在している繊維シートＦ１は、矢印で示すように、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に伸び易い。したがって、Ｙ軸方向の伸び量が多くなる。一方、図２５に示すように、Ｙ軸方向に沿って繊維が延在している繊維シートＦ２は、矢印で示すように、Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に伸び易い。したがって、Ｘ軸方向の伸び量が多くなる。このように、積層される繊維シート毎に伸びる方向が異なることで、繊維シート間（以下、「層間」と称する。）で摩擦が生じる。層間で生じる摩擦は、積層体に皺が発生する原因となる。

本実施形態では、上述のように、積層体３００を変形させるステップを２段階に分けている。これにより、各ステップにおける積層体３００，３２０の変形量を少なくすることができる。積層体の変形量に応じて、繊維シートの伸び量も変化する。具体的には、例えば、図２６で示すように、変形角度が９０度程度となるように積層体に対して曲げ成形を施した場合の積層体を構成する繊維シートＦ３の伸び量Ｌ５は、比較的大きくなる。一方、図２７に示すように、変形角度が２０度程度となるように積層体に対して曲げ成形を施した場合の繊維シートＦ４の伸び量Ｌ６は、伸び量Ｌ５よりも小さくなる。
このように、各ステップにおける積層体３００，３２０の変形量が少なくなることで、各ステップにおける各繊維シートの伸び量も少なくなる。各繊維シートが伸びる場合、同じ伸び量であっても、大きい伸び量を一度に行う場合よりも、少ない伸び量を複数回行う場合の方が層間の摩擦は少ない。したがって、本実施形態では、積層体を変形させるステップを分割しない場合と比較して、層間で生じる摩擦を抑制することができる。よって、積層体における皺の発生を抑制することができるので、複合材構造体３４０の強度の低減を抑制することができる。

［変形例５］
積層ステップにおいて、図２０に示す積層体３００の第２領域３０２（変形型３５０を用いて変形された際に、第１隣接部３２２以外の部分になる領域）の層間接着力が、第１領域３０１（変形型３５０を用いて変形された際に、第１隣接部３２２になる領域）の層間接着力よりも強くなるように調整してもよい。すなわち、第１領域３０１では層間接着力を弱くし、第２領域３０２では層間接着力を強くする。層間接着力は、積層された繊維シートにおいて、隣接する繊維シートが互いに接着し合うとき、繊維シート間で作用する接着力をいう。

第１領域３０１は、変形ステップ及び成形ステップにおいて移動する領域であるので、移動に伴って層間すべりが発生する領域である。一方、第２領域３０２は、主に、変形ステップ及び成形ステップにおいて、型に載置されており移動しない領域である。よって、第２領域３０２は、層間すべりが発生しない領域である。

したがって、第２領域３０２の層間接着力が、第１領域３０１の層間接着力よりも強くなるように調整することで、変形ステップ及び成形ステップにおいて、第１領域３０１で層間すべりが適切に発生しやすくなり、曲げ成形性が向上する。その結果、繊維シートにおいて皺の発生を抑制できる。また、層間接着力が比較的強い第２領域３０２では、積層時に発生する繊維シートの剥がれを防ぐことができ、積層性が向上する。さらに、層間接着力が比較的強い第２領域３０２では、ハンドリング時の層間剥がれを防ぐことができ、ハンドリング性が向上する。

層間接着力を調整する方法は、特に限定されない。例えば、積層体３００を押圧する押圧力を調整して層間接着力を調整してもよい。この場合、第１領域３０１では、押圧力を低下させて層間接着力を弱くし、第２領域３０２では、押圧力を上昇させて層間接着力を強める。
また、積層体３００を加熱する際の加熱温度を調整して層間接着力を調整してもよい。この場合、第１領域３０１では、加熱温度を低下させて層間接着力を弱くし、第２領域３０２では、加熱温度を上昇させて層間接着力を強める。

［第４実施形態］
次に、本開示の第４実施形態について図２８から図３０を用いて説明する。本実施形態では、第３実施形態と、積層体の形状が異なっている。また、それに伴って、積層型の形状、変形型の形状及び成形型の形状が、異なっている。その他の点は、第１実施形態と略同一であるので、同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図２８に示すように、本実施形態に係る積層型４１０は、繊維シートが載置される積層面４１１がＹ軸方向の断面の形状が下向きに突出するように湾曲している。また、積層面４１１は、Ｘ軸方向の断面の形状が略直線状に形成されている。なお、積層面４１１のＸ軸方向の断面の形状は、緩やかに湾曲していてもよい。
本実施形態の積層型４１０で製作された積層体４００は、積層面４１１に応じた形状とされている。すなわち、積層体４００は、Ｙ軸方向の断面の形状が下向きに突出するように湾曲するとともに、Ｘ軸方向の断面の形状が直線状となっている。なお、この段階の積層体４００は、変形部４２１を有していない。

次に、図２９に示すように、変形部４２１を有さない積層体４００を変形型４５０の載置面４５１上に載置する。そして、変形部４２１を有さない積層体４００を変形型４５０へ押し付けるように押圧することで、変形型４５０の載置面４５１に応じた形状に変形させる。具体的には、変形部４２１を有する積層体４２０に変形させる。なお、図２９では、変形部４２１の形状がＸ軸方向の端部においてＹ軸方向の長さがゼロとされている例について図示しているが、本実施形態の変形部の形状は、上記で説明した変形部４２１の形状に限定されない。例えば、第２実施形態で説明した変形部１２１の形状（図１７参照）であってもよい。

変形型４５０は、上面が載置面４５１とされている。載置面４５１は、製作される積層体（変形部４２１を有する積層体４２０）の形状に応じた形状をしている。詳細には、載置面４５１は、後述する積層体４２０の変形部４２１に対応する第１面部４５２と、第１面部４５２のＹ軸方向の一端部から湾曲して斜め下方へ延びる第２面部４５３と、第１面部４５２のＹ軸方向の他端部（一端部の反対側の端部）から湾曲して斜め上方へ延びる第３面部４５４と、を有している。第１面部４５２と第２面部４５３及び第３面部４５４とは、段部等を介さずに、連続的に接続されている。

第１面部４５２は、積層体４２０の変形部４２１に対応した形状をしている。第１面部４５２は、Ｘ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。また、第１面部４５２は、Ｙ軸方向の断面が下向きに突出するように湾曲している。また、第１面部４５２は、Ｘ軸方向の端部から中心部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが長くなっている。すなわち、第１面部４５２は、Ｘ軸方向の中心部におけるＹ軸方向の長さが、Ｘ軸方向の端部におけるＹ軸方向の長さ（本実施形態では、長さがゼロとなっている）よりも長い。

上述したように、本実施形態の例では、変形型４５０によって製作される積層体４２０は、図２９に示すように、変形部４２１と、第１隣接部４２２と、第２隣接部４２３と、を有している。変形部４２１は、Ｘ軸方向の両端部においてＹ軸方向の長さがゼロとされている。そして、この両端部を基点として、変形部４２１は、Ｘ軸方向の中心部へ向かうにしたがって、Ｙ軸方向の長さが長くなっている。変形部４２１には、Ｘ軸方向に延びる仮想線である変形線４２１ａが含まれている。

図３０に示すように、製作された積層体４２０は、成形型４３０を用いて曲げ成形を施すことで、複合材構造体４４０に加工される。本実施形態の成形型４３０は、湾曲部が存在せず、載置部４３１及び鉛直部４３３が湾曲部を介することなく接続されている。
積層体４２０に対して、成形型４３０を用いて曲げ成形を施すと、図３０に示すように、接続部が存在せず、上面部４４１と側面部４４３とが直接接続される複合材構造体４４０が形成される。上面部４４１は、Ｘ軸方向の断面が下向きに突出している。

本実施形態における複合材構造体の製造方法は、第３実施形態における方法と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態では、第２実施形態と同様に、成形ステップにおいて、積層体４２０のＸ軸方向の端部から中心部へ向かう力とＸ軸方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、Ｘ軸方向に沿った力（Ｘ軸方向の中心部から端部へ向かう力）が抑制される。積層体４２０に作用するＸ軸方向に沿った力が抑制されるので、積層体４２０に含まれる繊維に作用するＸ軸方向に沿った力も抑制される。これにより、積層体４２０が繊維不足状態になり難い。したがって、積層体４２０における皺の発生を抑制することができる。

なお、本開示は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、第１実施形態において、積層体２０を製作する積層型１０と、積層体２０に対して曲げ成形を施す成形型３０と一つの共通の型としてもよい。共通の型の一例としては、積層体２０の第１隣接部２２に対応する部分を、他の部分に対して着脱可能な構成とする。このように構成することで、積層体２０を製作した後に、当該部分を取り外すことで、積層体２０に対して曲げ成形を施すためのスペースを形成することができる。したがって、一つの型で、積層体２０の製作と、曲げ成形との両方を行うことができる。また、第２実施形態においても、同様に、積層型１１０と成形型１３０とを一つの共通の型としてもよい。

また、例えば、上記各実施形態では、第１実施形態の変形部２１（図４参照）や、第２実施形態の変形部１２１（図１５参照）のように、変形部のＹ軸方向の断面が湾曲している例について説明したが、本開示はこれに限定されない。変形部は、Ｙ軸方向の断面が屈曲していてもよい。

また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせてもよい。具体的には、変形部は、図１８に示す積層体２２０の変形部２２１のように、Ｙ軸方向の断面が、Ｘ軸方向に沿って連続して湾曲または屈曲していてもよい。変形部２２１は、図１８に示すように、第１隣接部２２２と第２隣接部２２３とを接続している。また、変形部２２１は、Ｙ軸方向の断面において、上方に屈曲する部分と下方に屈曲する部分とがＸ軸方向に連続して並んだ形状をしている。また、変形部２２１は、Ｙ軸方向の長さが長い部分とＹ軸方向の長さが短い部分とが、Ｘ軸方向に沿って交互に並んでいる。また、この例では、積層体２２０に曲げ成形を施す際に用いられる成形型２３０の湾曲部２３２は、載置部２３１と鉛直部２３３とを接続している。湾曲部２３２の上面は、変形部２２１の形状に応じた形状とされている。具体的には、湾曲部２３２の上面は、Ｙ軸方向の断面において、上方に屈曲する部分と下方に屈曲する部分とがＸ軸方向に連続した形状をしているまた、また、この例では、図１９に示すように、積層体２２０から製造される複合材構造体２４０の接続部２４２が、上面部２４１と側面部２４３とを接続している。また、接続部２４２は、変形部２２１の形状に応じた形状とされている。具体的には、接続部２４２は、Ｙ軸方向の断面において、上方に屈曲する部分と下方に屈曲する部分とがＸ軸方向に連続した形状をしている。
このような積層体２２０であっても、変形部２２１のＹ軸方向の長さがＸ軸方向に沿って変化しているので、積層体２２０に作用するＸ軸方向に沿った力が抑制される。よって、積層体２２０に含まれる繊維に作用するＸ軸方向に沿った力も抑制される。これにより、積層体２２０が繊維不足状態になり難い。したがって、積層体２２０における皺の発生を抑制することができる。
また、同様に、第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。また、第３実施形態及び第４実施形態と、第１実施形態の各変形例とを組み合わせてもよい。

各実施形態に記載の複合材構造体の製造方法及び積層体の製造方法並びに積層体及び積層型は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る複合材構造体（４０、４０Ｄ、１４０）の製造方法は、複数の繊維シートを積層して、一方向（Ｘ軸方向）に延びる変形部（２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、１２１）を有する積層体（２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、１２０）を製作する積層ステップと、前記変形部に含まれ前記一方向に延びる変形線に沿って曲げ成形を施すことで前記変形部を変形させる成形ステップと、を備え、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向と交差する交差方向（Ｙ軸方向）の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化する形状となるように、前記積層体を製作する。

上記構成では、変形部の交差方向の断面形状が屈曲または湾曲している。このように、交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲している変形部（変形線）を曲げると、変形部と交差方向に隣接する領域において、積層体の繊維が余る状態（以下、「繊維余り状態」ともいう。）や、積層体の繊維が不足する状態（以下、「繊維不足状態」ともいう。）となる場合がある。このように、繊維余り状態となると積層体の一部の領域において、一方向に沿った圧縮力が作用する。また、繊維不足状態となると積層体の一部の領域において、一方向に沿った引張力が作用する。一方向に沿った圧縮力または引張力が作用すると、積層体に皺が発生する可能性がある。積層体に皺が発生すると、複合材構造体の強度が低減する可能性がある。
上記構成では、変形部において、一方向に沿って交差方向の長さが変化している。換言すれば、変形部の交差方向の長さが、一方向に沿って一定ではない。成形ステップにおける変形部の変形量は、交差方向の長さによって変化する。このため、上記構成では、成形ステップにおいて変形する変形量が、一方向の位置によって異なることとなる。変形量が多い部分では、より多くの積層体を要する。このため、成形ステップにおいて積層体には、例えば、変形量が少ない部分から変形量が多い部分へ積層体が引っ張られる力等が作用する。上記構成では、変形量が一方向の位置によって異なっているので、成形ステップにおいて、一方向に沿った力が作用する。
このように、上記構成では、交差方向の断面が湾曲している変形部を曲げることに起因して生じる一方向に沿った力と、変形部の一方向に沿った交差方向の長さが変化することに起因して生じる一方向に沿った力との２つの力が積層体に作用する。このため、２つの一方向に沿った力が打ち消し合う場合には、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、成形ステップにおいて、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。
なお、一方向の断面とは、一方向と直交する面で切断した際の断面を意味している。また、交差方向の断面とは、交差方向と直交する面で切断した際の断面を意味している。また、一方向及び交差方向とは、積層ステップにおいて繊維シートを積層する方向と交差する面に含まれる方向である。また、変形部の交差方向の長さの変化とは、意図的に長さを異なるものとすることであり、製造誤差等による長さの変化等は含まれない。

また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が上向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い形状となるように、前記積層体を製作し、前記成形ステップは、前記変形線に沿って前記変形部の突出する方向とは反対方向へ曲げ成形を施す。

上記構成では、変形部が、交差方向の断面の形状が上向きに突出するように屈曲または湾曲している。これにより、成形ステップで変形部を変形させると、積層体の変形部と交差方向に隣接する領域において、一方向に沿った圧縮力（一方向の端部から中心部へ向かう力）が作用する。すなわち、繊維余り状態になろうとする力が作用する。
一方、上記構成では、変形部において、一方向の端部における交差方向の長さが一方向の中心部における交差方向の長さよりも長い形状となっている。これにより、成形ステップにおいて変形する変形量が、端部と中心部とで異なることとなる。具体的には、端部において変形量が多くなり、中心部において変形量が少なくなる。このため、成形ステップにおいて、積層体には、変形量が少ない中心部から変形量が多い端部へ積層体が引っ張られる力（一方向の中心部から端部へ向かう力）が作用する。
このように、一方向の端部から中心部へ向かう力と一方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が下向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い形状となるように、前記積層体を製作し、前記成形ステップは、前記変形線に沿って前記変形部の突出する方向と同一方向へ曲げ成形を施す。

上記構成では、変形部が、交差方向の断面の形状が下向きに突出するように屈曲または湾曲している。これにより、成形ステップで変形部を変形させると、積層体の変形部と交差方向に隣接する領域において、一方向に沿った引張力（一方向の中心部から端部へ向かう力）が作用する。すなわち、繊維不足状態になろうとする力が作用する。
一方、上記構成では、変形部において、一方向の端部における交差方向の長さが一方向の中心部における交差方向の長さよりも短い形状となっている。これにより、成形ステップにおいて変形する変形量が、端部と中心部とで異なることとなる。具体的には、端部において変形量が少なくなり、中心部において変形量が多くなる。このため、成形ステップにおいて、積層体には、変形量が少ない端部から変形量が多い中心部へ積層体が引っ張られる力（一方向の端部から中心部へ向かう力）が作用する。
このように、一方向の中心部から端部へ向かう力と一方向の端部から中心部へ向かう力とが打ち消し合うため、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向の断面の形状が湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記一方向の断面の曲率半径が、前記一方向の中心部における前記一方向の断面の曲率半径よりも大きい形状となるように前記積層体を製作する。

上記構成では、変形部の形状が、一方向の断面の形状が湾曲している。これにより、成形ステップにおいて、より好適に変形部に対して曲げ成形を施すことができる。

また、本開示の一態様に係る複合材構造体の製造方法は、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向の断面の形状が湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記一方向の断面の曲率半径が、前記一方向の中心部における前記一方向の断面の曲率半径よりも小さい形状となるように前記積層体を製作する。

上記構成では、変形部の形状が、一方向の断面の形状が湾曲している。これにより、成形ステップにおいて、より好適に変形部に対して曲げ成形を施すことができる。

本開示の一態様に係る複合材構造体（３４０，４４０）の製造方法は、複数の繊維シートを積層して、積層体（３００，４００）を製作する積層ステップと、一方向（Ｘ軸方向）に延びる変形部（３２１，４２１）が形成されるように、前記積層体を変形させる変形ステップと、前記変形部に含まれ前記一方向に延びる変形線（３２１ａ，４２１ａ）に沿って曲げ成形を施すことで前記変形部を変形させる成形ステップと、を備え、前記変形ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向と交差する交差方向（Ｙ軸方向）の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化する形状となるように、前記積層体を変形させる。

上記構成では、まず、変形部を有するように積層体を変形させ、その後に、変形部を有する積層体に対して曲げ成形を施している。また、変形部において、一方向に沿って交差方向の長さが変化している。これにより、成形ステップにおいて、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、成形ステップにおいて、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

また、上記構成では、積層ステップで繊維シートを積層し、その後に積層体を変形させて変形部を形成することで、変形部を有する積層体を製作している。すなわち、積層ステップにおいて、積層体に対して変形部を形成する必要がない。これにより、積層ステップで変形部を有する積層体を製作する場合と比較して、積層ステップで製作する積層体の形状を単純な形状にできる。したがって、積層ステップにおける作業を簡易化することができる。よって、積層ステップで生じるコストを低減することができる。また、積層ステップを短時間化することができる。
また、例えば、凹凸を有するような複雑な形状の積層体を製作する場合には、細いテープ状の繊維シートによって製作しなければならない場合がある。一方、例えば、平板状のような単純な形状の積層体を製作する場合には、積層体の投影面積と同程度の面積を有する繊維シートを積層していくことで積層体を製作することができる。上記構成では、積層ステップで製作する積層体の形状を単純な形状にできるので、積層体を構成する繊維シートの形状の自由度を向上させることができる。

また、積層体を複合材構造体となるように加工する場合には、積層体の面内方向における形状変化と、積層されている繊維シート同士が滑るような変形とが、積層体に生じる。
面内方向における形状変化（以下、「面内変形」と称する。）とは、積層体に面内方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って生じる形状の変化である。また、積層されている繊維シート同士が滑るような変形（以下、「層間滑り」と称する）とは、積層体を構成する繊維シートのうち、内側に位置する繊維シートと外側に位置する繊維シートとの湾曲部分の長さの差によって生じる変形である。
このように、積層体を複合材構造体となるように加工する場合に、面内変形及び層間滑りが生じるため、積層体を変形させるステップを１段階だけで行うと、面内変形及び層間滑りが同時に起こるため、積層体の形状変化が複雑となり、積層体の変形が適切に行われない可能性がある。特に、層間滑りが適切に行われない可能性がある。積層体の変形が適切に行われないと、積層体に皺が発生する可能性がある。
一方、上記構成では、まず、変形部を有するように積層体を変形させ、その後に、変形部を有する積層体に対して曲げ成形を施している。すなわち、積層体を変形させるステップを２段階（変形ステップと成形ステップ）に分けている。
上記構成では、変形ステップにおいて、積層体が変形部を有するように変形しているので、面内変形の多くは、最初の曲げ工程である変形ステップにおいて行われる。一方、変形工程において面内変形がすでに行われているので、成形ステップでは、面内変形はほとんど行われない。以上から、成形ステップでは、主に層間滑りが行われ、面内変形はほとんど行われない。
このように、本実施形態では、面内変形が行われるステップと、層間滑りが行われるステップとを異なるステップとすることができる。したがって、積層体の形状変化が比較的単純なものとなるので、積層体の変形を適切に行うことができる。したがって、皺の発生を抑制することができるので、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

また、一般に、複数の繊維シートを積層した積層体は、積層体の強度を向上させるために、繊維の延在方向が異なる繊維シートを積層することで形成される。繊維シートは、繊維と直交する方向には伸び易く、繊維の延在方向には伸び難い。したがって、積層体に対して曲げ成形を施した場合には、積層されている繊維シート毎に、伸びる方向（伸び量が多い方向）が異なることとなる。このように、積層される繊維シート毎に伸びる方向が異なることで、繊維シート間（以下、「層間」と称する。）で摩擦が生じる。層間で生じる摩擦は、積層体に皺が発生する原因となる。
上記構成では、上述のように、積層体を変形させるステップを２段階に分けている。これにより、各ステップにおける積層体の変形量を少なくすることができる。積層体の変形量が少なくなることで、各ステップにおける各繊維シートの伸び量も少なくなる。各繊維シートが伸びる場合、同じ伸び量であっても、大きい伸び量を一度に行う場合よりも、少ない伸び量複数回行う場合の方が層間の摩擦は少ない。したがって、上記構成では、積層体を変形させるステップを分割しない場合と比較して、層間で生じる摩擦を抑制することができる。よって、積層体における皺の発生を抑制することができるので、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

本開示の一態様に係る積層体（２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、１２０）の製造方法は、曲げ成形を施されることによって複合材構造体（４０、４０Ｄ、１４０）に加工される積層体の製造方法であって、一方向に延びる変形部（２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、１２１）を有するように複数の繊維シートを積層する積層ステップを備え、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向の断面の形状及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化する形状となるように、前記積層体を製造する。

上記構成では、製造される積層体は、変形部を有する。変形部に含まれ一方向に延びる変形線に沿って曲げ成形を施し、積層体の変形部を変形させても、積層体に作用する２つの一方向に沿った力が打ち消し合う場合には、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、積層体から製造される複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

本開示の一態様に係る積層体の製造方法は、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が上向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い形状となるように、前記積層体を製造する。

上記構成では、製造された積層体を変形させた場合、一方向の端部から中心部へ向かう力と一方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

本開示の一態様に係る積層体の製造方法は、前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が下向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い形状となるように、前記積層体を製造する。

上記構成では、製造された積層体を変形させた場合、一方向の中心部から端部へ向かう力と一方向の端部から中心部へ向かう力とが打ち消し合うため、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

本開示の一態様に係る積層体の製造方法は、曲げ成形を施されることによって複合材構造体に加工される積層体の製造方法であって、複数の繊維シートを積層する積層ステップと、前記積層ステップで積層された複数の前記繊維シートを、一方向に延びる変形部が形成されるように、変形させる変形ステップと、を備え前記変形ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化する形状となるように、複数の前記繊維シートを変形させる。

上記構成では、製造される積層体は、変形部を有する。これにより、変形部に含まれ一方向に延びる変形線に沿って曲げ成形を施し、積層体の変形部を変形させても、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、積層体から製造される複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。
また、積層ステップで変形部を有する積層体を製作する場合と比較して、積層ステップで製作する積層体の形状を単純な形状にできる。したがって、積層ステップにおける作業を簡易化することができる。よって、積層ステップで生じるコストを低減することができる。また、積層ステップを短時間化することができる。また、積層ステップで製作する積層体の形状を単純な形状にできるので、積層体を構成する繊維シートの形状の自由度を向上させることができる。

本開示の一態様に係る積層体（２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、１２０）は、複数の繊維シートを積層して製作され、曲げ成形を施されることによって複合材構造体（４０、４０Ｄ、１４０）に加工される積層体であって、一方向に延び、前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化している変形部（２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、１２１）を有する。

上記構成では、変形部に含まれ一方向に延びる変形線に沿って曲げ成形を施し、積層体の変形部を変形させても、積層体に作用する２つの一方向に沿った力が打ち消し合う場合には、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、積層体から製造される複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る積層体は、前記変形部は、前記交差方向の断面が上向きに突出するように屈曲または湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い。

上記構成では、積層体を変形させても、一方向の端部から中心部へ向かう力と一方向の中心部から端部へ向かう力とが打ち消し合うため、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る積層体は、前記変形部は、前記交差方向の断面が下向きに突出するように屈曲または湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い。

上記構成では、積層体を変形させても、一方向の中心部から端部へ向かう力と一方向の端部から中心部へ向かう力とが打ち消し合うため、一方向に沿った力が抑制される。これにより、積層体が繊維余り状態または繊維不足状態になり難い。したがって、積層体における皺の発生を抑制することができる。よって、複合材構造体の強度の低減を抑制することができる。

本開示の一態様に係る積層型（１０、１１０）は、積層される複数の繊維シートを有していて複合材構造体（４０、４０Ｄ、１４０）に加工される積層体（２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、１２０）を製作するための積層型であって、前記繊維シートが載置される積層面（１１）を備え、前記積層面は、一方向に延び、前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記交差方向の長さが変化している湾曲面部（１２、１１２）を有する。

また、本開示の一態様に係る積層型は、前記湾曲面部は、前記交差方向の断面が上向きに突出するように湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い。

また、本開示の一態様に係る積層型は、前記湾曲面部は、前記交差方向の断面が下向きに突出するように湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い。

１０ ：積層型
１１ ：積層面
１２ ：第１面部（湾曲面部）
１３ ：第２面部
１４ ：第３面部
２０ ：積層体
２１ ：変形部
２１ａ ：変形線
２２ ：第１隣接部
２３ ：第２隣接部
３０ ：成形型
３１ ：載置部
３２ ：湾曲部
３３ ：鉛直部
４０ ：複合材構造体
４１ ：上面部
４２ ：接続部
４３ ：側面部
１１２ ：第１面部（湾曲面部）
１１３ ：第２面部
１１４ ：第３面部
１２０ ：積層体
１２１ ：変形部
１２２ ：第１隣接部
１２３ ：第２隣接部
１３０ ：成形型
１３１ ：載置部
１３２ ：湾曲部
１４０ ：複合材構造体
１４１ ：上面部
１４２ ：接続部
Ｗ ：皺

Claims (16)

1. 複数の繊維シートを積層して、一方向に延びる変形部を有する積層体を製作する積層ステップと、
   前記積層ステップで製作された前記積層体に対して前記変形部に含まれ前記一方向に延びる変形線に沿って曲げ成形を施すことで前記変形部を変形させる成形ステップと、を備え、
   前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記積層体の積層方向及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記一方向の中心部から両端部に向かうにしたがって前記交差方向の長さが長く又は短くなるように変化する形状となるように、前記積層体を製作する複合材構造体の製造方法。
2. 前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が上向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い形状となるように、前記積層体を製作し、
   前記成形ステップは、前記変形線に沿って前記変形部の突出する方向とは反対方向へ曲げ成形を施す請求項１に記載の複合材構造体の製造方法。
3. 前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が下向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い形状となるように、前記積層体を製作し、
   前記成形ステップは、前記変形線に沿って前記変形部の突出する方向と同一方向へ曲げ成形を施す請求項１に記載の複合材構造体の製造方法。
4. 前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向の断面の形状が湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記一方向の断面の曲率半径が、前記一方向の中心部における前記一方向の断面の曲率半径よりも大きい形状となるように前記積層体を製作する請求項２に記載の複合材構造体の製造方法。
5. 前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記一方向の断面の形状が湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記一方向の断面の曲率半径が、前記一方向の中心部における前記一方向の断面の曲率半径よりも小さい形状となるように前記積層体を製作する請求項３に記載の複合材構造体の製造方法。
6. 複数の繊維シートを積層して、積層体を製作する積層ステップと、
   一方向に延びる変形部が形成されるように、前記積層体を変形させる変形ステップと、
   前記変形ステップで変形させた前記積層体に対して前記変形部に含まれ前記一方向に延びる変形線に沿って曲げ成形を施すことで前記変形部を変形させる成形ステップと、を備え、
   前記変形ステップは、前記変形部の形状が、前記積層体の積層方向及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記一方向の中心部から両端部に向かうにしたがって前記交差方向の長さが長く又は短くなるように変化する形状となるように、前記積層体を変形させる複合材構造体の製造方法。
7. 曲げ成形を施されることによって複合材構造体に加工される積層体の製造方法であって、
   一方向に延びる変形部を有するように複数の繊維シートを積層する積層ステップを備え、
   前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記積層体の積層方向及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記一方向の中心部から両端部に向かうにしたがって前記交差方向の長さが長く又は短くなるように変化する形状となるように、前記積層体を製造する積層体の製造方法。
8. 前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が上向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い形状となるように、前記積層体を製造する請求項７に記載の積層体の製造方法。
9. 前記積層ステップは、前記変形部の形状が、前記交差方向の断面の形状が下向きに突出するように屈曲または湾曲するとともに、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い形状となるように、前記積層体を製造する請求項７に記載の積層体の製造方法。
10. 曲げ成形を施されることによって複合材構造体に加工される積層体の製造方法であって、
    複数の繊維シートを積層する積層ステップと、
    前記積層ステップで積層された複数の前記繊維シートを、一方向に延びる変形部が形成されるように、変形させる変形ステップと、を備え
    前記変形ステップは、前記変形部の形状が、前記積層体の積層方向及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記一方向の中心部から両端部に向かうにしたがって前記交差方向の長さが長く又は短くなるように変化する形状となるように、複数の前記繊維シートを変形させて積層体を製造する積層体の製造方法。
11. 複数の繊維シートを積層して製作され、曲げ成形を施されることによって複合材構造体に加工される積層体であって、
    一方向に延び、前記積層体の積層方向及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記一方向の中心部から両端部に向かうにしたがって前記交差方向の長さが長く又は短くなるように変化している変形部を有する積層体。
12. 前記変形部は、前記交差方向の断面が上向きに突出するように屈曲または湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い請求項１１に記載の積層体。
13. 前記変形部は、前記交差方向の断面が下向きに突出するように屈曲または湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い請求項１１に記載の積層体。
14. 積層される複数の繊維シートを有していて、曲げ成形を施されることによって複合材構造体に加工される積層体を製作するための積層型であって、
    前記繊維シートが載置される積層面を備え、
    前記積層面は、一方向に延び、前記積層体の積層方向及び前記一方向と交差する交差方向の断面の形状が屈曲または湾曲していて、前記一方向に沿って前記一方向の中心部から両端部に向かうにしたがって前記交差方向の長さが長く又は短くなるように変化している湾曲面部を有する積層型。
15. 前記湾曲面部は、前記交差方向の断面が上向きに突出するように湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも長い請求項１４に記載の積層型。
16. 前記湾曲面部は、前記交差方向の断面が下向きに突出するように湾曲していて、前記一方向の端部における前記交差方向の長さが、前記一方向の中心部における前記交差方向の長さよりも短い請求項１４に記載の積層型。

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