JP7507890B2 - 繊維強化シート積層体並びに繊維強化シート積層体の製造方法及び構造体の製造方法 - Google Patents

繊維強化シート積層体並びに繊維強化シート積層体の製造方法及び構造体の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、繊維強化シート積層体並びに繊維強化シート積層体の製造方法及び構造体の製造方法に関する。
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、複数の繊維強化シートを積層することで、平坦もしくは平坦に近い形状の積層体（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加工を施すことで、任意の断面形状を付す方法がある。
このような方法で、断面形状変化や捩れ、曲率を有する部品を製造する場合には、曲率を有する形状となるように積層体に対して曲げ加工を施すこととなる。この時、積層体の曲率領域では、内側と外側に周長差が発生する。しかしながら、繊維強化シートは繊維が延在する方向（以下、「繊維方向」と称する）に伸縮性を有さない。したがって、曲げ加工を施した際に、繊維強化シートの繊維方向によっては、周長差を吸収できずに、積層体に皺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、強度が低減する可能性がある。
このような問題を解決するために、強化繊維シートに対して、繊維を切断する切込を形成することが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、一方向に引き揃えられた強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグ基材２ａ～２ｄに対して、繊維方向と直交する方向または所定角度を持って切り込みを入れている。
特許第４７７９７５４号公報
積層体を製造する際に、繊維強化シートを１枚ずつ積層するのではなく、予め複数枚の繊維強化シートを積層した繊維強化シート積層体を積層することで、積層体を製造する工程を簡略化する場合がある。特許文献１では、このような繊維強化シート積層体に切込を形成することは考慮されていない。
繊維強化シート積層体の繊維を切断するために、図１２で示すように、マルチスタック材１００に連続した長い切込１０１を形成する方法が考えられる。しかしながら、例えば、層間の粘着性が無いもしくは弱いドライ繊維強化シートで繊維強化シート積層体が構成されている場合には、図１２に示すように、繊維強化シート１００ａが捲れてしまう不具合や、各繊維強化シート１００ａ，１００ｂがばらばらになってしまう不具合等が生じ易くなってしまう可能性があった。
また、このような不具合の発生を抑制する為に、繊維強化シート積層体に対して、図１３に示すように、断続的に切り込みを入れる方法が考えられる。しかしながら、例えば、積層される繊維強化シート毎に繊維方向が異なる場合には、繊維強化シート積層体に切込を形成しても、いずれかの繊維強化シートにおいて、繊維が等間隔に切断できていない場合がある。その場合、当該繊維強化シートにおいて、意図せずに繊維長が短くなり、強度低下が起きることがある。また、当該繊維強化シートにおいて、意図せずに繊維長が長くなり、切込を形成したことによる賦形性の向上効果が得られないことがある。
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、繊維強化シート積層体の強度の低下を抑制することができる繊維強化シート積層体並びに繊維強化シート積層体の製造方法及び構造体の製造方法を提供することを目的とする。
また、繊維強化シート積層体の賦形性を向上させることができる繊維強化シート積層体並びに繊維強化シート積層体の製造方法及び構造体の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る繊維強化シート積層体は、積層される複数の繊維強化シートを有する繊維強化シート積層体であって、複数の前記繊維強化シートは、第１方向へ第１繊維が延在する第１繊維強化シートと、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維が延在する第２繊維強化シートと、を有し、前記第１繊維強化シートは、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断する複数の第１切込を有し、前記第２繊維強化シートは、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断する複数の第２切込を有し、前記第１切込と前記第２切込とは、積層される方向から見た際に重複するように配置されている。
本開示の一態様に係る繊維強化シート積層体の製造方法は、第１方向へ第１繊維が延在する第１繊維強化シートと、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維が延在する第２繊維強化シートとを積層する積層工程と、積層された前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して複数の切込を形成し、前記第１繊維及び前記第２繊維を切断する切込工程と、を備え、前記切込工程では、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断し、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断するように前記切込を形成する。
本開示によれば、繊維強化シート積層体の強度の低下を抑制することができる。また、繊維強化シート積層体の賦形性を向上させることができる。
本開示の実施形態に係るマルチスタック材の斜視図である。 本開示の第１実施形態に係るマルチスタック材に含まれる第１繊維強化シートの模式的な平面図である。 本開示の第１実施形態に係るマルチスタック材に含まれる第２繊維強化シートの模式的な平面図である。 本開示の第１実施形態の変形例に係るマルチスタック材に含まれる第３繊維強化シートの模式的な平面図である。 本開示の実施形態に係るチャージに対して曲げ加工を施した状態を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係るチャージに対して曲げ加工を施した状態を示す斜視図である。 図３の変形例を示す模式的な平面図である。 本開示の第２実施形態に係るマルチスタック材に含まれる第２繊維強化シートの模式的な平面図である。 図８の変形例を示す模式的な平面図である。 本開示の第３実施形態に係るマルチスタック材に含まれる繊維強化シートの模式的な平面図である。 図１０の変形例を示す模式的な平面図である。 参考例に係るマルチスタック材の斜視図である。 図１２に示す参考例に係るマルチスタック材の平面図である。 図１２に示す参考例に係るマルチスタック材に含まれる第１繊維強化シートの平面図である。 図１２に示す参考例に係るマルチスタック材に含まれる第２繊維強化シートの平面図である。
以下に、本開示に係る繊維強化シート積層体並びに繊維強化シート積層体の製造方法及び構造体の製造方法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６を用いて説明する。本実施形態では、複数の繊維強化シートが積層されたマルチスタック材（繊維強化シート積層体）１を複数積層することで、平坦または平坦に近い形状のチャージ２を製作し、このチャージ２に対して曲げ加工を施すことで所望の形状の複合材構造体（構造体）３を製造する。複合材構造体３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、リブ等に用いられる。
本実施形態に係るマルチスタック材１は、図１に示すように、積層される第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０を有する。第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０は、層間の粘着性が無いもしくは弱いドライ繊維強化シートとされている。第１繊維強化シート１０と第２繊維強化シート２０とは、ガラス繊維等で形成された糸で縫い付けられることで一体化されている。
第１繊維強化シート１０は、図２に示すように、０度方向（第１方向）に延在する複数の第１繊維１１を有している。０度方向とは、チャージ２に対して曲げ加工を施す際に圧縮力が作用する方向（図５の矢印Ａ３参照）又は引張力が作用する方向（図６の矢印Ａ６参照）に沿う方向である。なお、図２における左右方向に延びる線は、第１繊維１１を図示している。
また、図２に示すように、第１繊維強化シート１０は、第１繊維１１を切断する複数の第１切込１２を有している。各第１切込１２は、９０度方向（所定方向）に延在している。９０度方向とは、０度方向を基準とした角度であって、０度方向に対して９０度の角度を為す方向である。
複数の第１切込１２は、千鳥状に配置されている。また、複数の第１切込１２は、切断された第１繊維１１が同じ長さとなるように配置されている。なお、第１切込１２の形状及び配置の詳細については、後述する。
第２繊維強化シート２０は、図３に示すように、４５度方向（第２方向）に延在する複数の第２繊維２１を有している。４５度方向とは、第１繊維１１が延在する方向である０度方向に対して４５度の角度を為す方向である。なお、図３における斜線は、第２繊維２１を図示している。
また、図３に示すように、第２繊維強化シート２０は、第２繊維２１を切断する複数の第２切込２２を有している。各第２切込２２は、９０度方向に延在している。
複数の第２切込２２は、千鳥状に配置されている。また、複数の第２切込２２は、切断された第２繊維２１が同じ長さとなるように配置されている。なお、第２切込２２の形状及び配置の詳細については、後述する。
次に、第１切込１２及び第２切込２２の形状及び配置の詳細について説明する。
第１切込１２及び第２切込２２の形状は、同形状とされている。また、第１切込１２及び第２切込２２は、第１繊維強化シート１０と第２繊維強化シート２０が積層された状態のマルチスタック材１に対して、積層方向に貫通するように切込を形成することで形成される。したがって、第１切込１２と第２切込２２とは、積層される方向からマルチスタック材１を見た際に重複するように配置されている。よって、以下では、複数の第１切込１２の配置について説明し、複数の第２切込２２の配置についての説明は省略する。
図２に示すように、複数の第１切込１２は、全て同形状となるように形成されている。各第１切込１２は、９０度方向の長さがｌとされている。
第１切込１２は、９０度方向に複数段に亘って形成されている。本実施形態では、９０度方向に沿って、第１段１３と第２段１４とが連続するように形成されている。
第１段１３に形成される第１切込１２は、９０度方向と交差する方向である０度方向（交差方向）に離間して配置されている。また、第１段１３に形成される第１切込１２は、０度方向に等間隔（後述する間隔Ｌ）に並んで配置されている。
第２段１４に形成される第１切込１２も０度方向に離間して配置されている。また、第２段１４に形成される第１切込１２は、０度方向に等間隔（後述する間隔Ｌ）に並んで配置されている。また、第２段１４に形成される第１切込１２は、隣接する第１段１３に形成された第１切込１２同士の間の０度方向における中点に配置されている。
また、第１段１３の第１切込１２の９０度方向の一端と、第２段１４の第１切込１２の９０度方向の他端とは、９０度方向における同じ位置とされている。すなわち、第１段１３の第１切込１２及び第２段１４の第１切込１２は、０度方向から見た際に、重複も離間もしないように配置されている。
また、複数の第１切込１２及び複数の第２切込２２は、以下の式（１）を満たすように配置される。
ここで、ｎは任意の自然数である。θは、第１繊維１１が延在する方向（本実施形態では０度方向）と第２繊維２１が延在する方向（本実施形態では４５度方向）とが為す角度である。ｌは、第１切込１２の９０度方向の長さである。Ｌは、０度方向に隣接する第１切込１２同士の間隔である。
本実施形態では、θは４５度である。したがって、ｔａｎθは、１となる。また、本実施形態では、ｎは１とされている。
以上から、θ及びｎの値を上記式（１）に代入すると、ｌ＝Ｌ／４となる。すなわち、第１切込１２の長さｌは、第１切込１２同士の間隔であるＬの１／４の長さとされている。
次に、本実施形態に係るマルチスタック材１の製造方法、マルチスタック材１から製作されるチャージ２の製造方法、及び、チャージ２から製造される複合材構造体３の製造方法について説明する。
まず、マルチスタック材１を製造する方法について説明する。
図１に示すように、第１繊維強化シート１０の上に第２繊維強化シート２０を積層し、第１繊維強化シート１０と第２繊維強化シート２０とをガラス繊維等の糸で縫い付けることで固定する。次に、固定された状態の第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０に対して、回転するカッター等で複数の切込を形成する。切込は、第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０を積層方向に貫通するように形成される。この切込が、第１繊維強化シート１０における第１切込１２となり、第２繊維強化シート２０における第２切込２２となる。複数の切込は、上述の説明の配置となるように形成される。このようにして、マルチスタック材１が製造される。
次に、チャージ２を製造する方法について説明する。
製造されたマルチスタック材１を複数積層することで平坦または平坦に近い形状のチャージ２を製造する。
次に、複合材構造体３を製造する方法について説明する。
チャージ２に対して、曲げ加工を施す。このとき、図５及び図６に示すように、曲げ線４が湾曲するように曲げ加工を施す。図５に示すチャージ２Ａ及び複合材構造体３Ａの例では、曲げ線４Ａが上方に突出するように湾曲している。また、図６に示すチャージ２Ｂ及び複合材構造体３Ｂの例では、曲げ線４Ｂが下方に突出するように湾曲している。以下では、図５に示す例と図６に示す例とで区別する必要がない場合には、単にチャージ２，複合材構造体３及び曲げ線４と記載する。
このように曲げ加工を施すと、チャージ２に周長差が生じる。具体的には、図５に示す例では、曲げ線４Ａから遠い部分の周長Ａ１が、曲げ線４Ａに近い部分の周長Ａ２よりも短くなる。これにより、周長が短い部分において、矢印Ａ３に示す方向に、圧縮力が作用する。図５の例では、曲げ線４Ａに沿う方向が、圧縮力が作用する方向である。また、本実施形態では、圧縮力が作用する方向は、マルチスタック材１における０度方向である。
また、図６に示す例では、曲げ線４Ｂから遠い部分の周長Ａ４が、曲げ線４Ｂに近い部分の周長Ａ５よりも長くなる。これにより、周長が長い部分において、矢印Ａ６に示す方向に、引張力が作用する。図６の例では、曲げ線４Ｂに沿う方向が、引張力が作用する方向である。また、本実施形態では、引張力が作用する方向は、マルチスタック材１における０度方向である。
チャージ２に対する曲げ加工が終了すると複合材構造体３の製造が完了する。
なお、チャージ２を構成する全てのマルチスタック材１に切込を形成する必要はない。すなわち、一部のマルチスタック材１にのみ切込を形成してもよい。例えば、０度方向に繊維が延在する繊維強化シートを含むマルチスタック材１に切込を形成し、０度方向に繊維が延在する繊維強化シートを含まないマルチスタック材１には切込を形成しないようにしてもよい。このようにすることで、曲げ加工を施した際に皺の発生の要因になり易い０度方向に延在する繊維を切断することができるので、チャージ２の賦形性を向上させることができる。よって、皺の発生を抑制することができる。また、一部のマルチスタック材１にのみ切込を形成しているので、全てのマルチスタック材１に切込を形成する場合と比較して、チャージ２の製造工程を簡易化することができる。
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、積層された状態の第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０に対して、積層方向に切込を入れることで、第１切込１２と第２切込２２とを１度に形成している。したがって、第１切込１２と第２切込２２とを別々に形成する場合と比較して、容易に第１切込１２及び第２切込２２を形成することができる。
また、本実施形態では、第１段１３の第１切込１２及び第２切込２２の９０度方向の一端と、第２段１４の第１切込１２及び第２切込２２の９０度方向の他端とが、９０度方向における同じ位置とされている。また、複数の第１切込１２及び複数の第２切込２２の配置が、上記の式（１）で定義される。これにより、第１繊維強化シート１０において、切断された第１繊維１１が同じ長さとなるように、第１切込１２を形成することができる。また、第２繊維強化シート２０において、切断された第２繊維２１が同じ長さとなるように、第２切込２２を形成することができる。
具体的には、第１段１３の第１切込１２及び第２切込２２の９０度方向の一端と、第２段１４の第１切込１２及び第２切込２２の９０度方向の他端とが、９０度方向における同じ位置とされている。これにより、図２に示すように、第１繊維強化シート１０において、第１段１３の第１繊維１１の長さも、第２段１４の第１繊維１１の長さもＬとなる。すなわち、第１繊維強化シート１０は、すべての第１繊維１１の長さが等しくなる。
また、複数の第１切込１２及び複数の第２切込２２の配置が、上記の式（１）で定義される。これにより、図３に示すように、第２繊維強化シート２０において、特定の第２切込２２同士の間に延在する第２繊維２１（図３の網掛け領域に存在する第２繊維２１）の長さＳ１は√２（Ｌ）となる。また、他の第２切込２２同士の間に延在する第２繊維２１（例えば、図３の網掛け領域と隣接する領域に存在する第２繊維２１）の長さＳ２も√２（Ｌ）となる。このように、第２繊維強化シート２０は、すべての第２繊維２１の長さが等しくなる。
このように、上記構成では、第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０において、各々、切断された第１繊維１１及び第２繊維２１の長さを等しくすることができる。よって、第１繊維１１及び第２繊維２１の長さを均一化することができる。また、切断された第１繊維１１及び第２繊維２１が、極端な長さとならないので、第１繊維１１及び第２繊維２１の長さを所定の長さとすることができる。したがって、第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０の何れにおいても、全域に亘って強度及び賦形性を均一化することができ、所定の強度及び賦形性を確保することができる。よって、マルチスタック材１の強度の低下を抑制することができる。また、マルチスタック材１の賦形性を向上させることができる。
なお、例えば、図１３の参考例に示すように、上記式（１）を満たさないように、マルチスタック材１０５に複数の切込１０６を形成する場合がある。この場合には、たとえ第１段１３の切込の９０度方向の一端と、第２段１４の切込の９０度方向の他端とが、９０度方向における同じ位置とされるように複数の切込が配置されたとしても、図１４に示すように第１繊維強化シート１０７においては第１切込１１１によって切断される第１繊維１０９の長さが等しくなるものの、図１５に示すように第２繊維強化シート１０８においては第２切込１１２によって切断される第２繊維１１０の長さが等しくならない。詳細には、第２繊維強化シート１０８においては、短い第２繊維１１０（矢印Ｓ５参照）と、長い第２繊維１１０（矢印Ｓ６参照）とが生じる。したがって、第２繊維強化シート１０８においては、所定の強度及び賦形性を確保することができない可能性がある。なお、図１４における左右方向に延びる線は、第１繊維１０９を図示している。また、図１５における斜線は、第２繊維１１０を図示している。
また、繊維強化シートに曲げ加工を施すと、当該繊維強化シートに圧縮力又は引張力が作用する場合がある（図５及び図６参照）。繊維強化シートに含まれる繊維は、繊維の延在方向に伸縮し難い。このため、圧縮力又は引張力が作用する方向に沿って繊維が延在している場合、繊維が圧縮力又は引張力を吸収することができず、繊維強化シートに皺が発生してしまい、繊維強化シートの強度が低下する場合がある。
本実施形態では、第１繊維１１が延在する方向である０度方向及び第２繊維２１が延在する方向である４５度方向が、チャージ２に対して曲げ加工を施した際に、第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０に圧縮力又は引張力が作用する方向に沿う方向である。このため、圧縮力又は引張力が作用する方向に延在する繊維を切断することができる。したがって、第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０の賦形性を向上させることができる。よって、皺の発生を抑制することができる。
なお、圧縮力又は引張力が作用する方向に沿う方向とは、圧縮力又は引張力が作用する方向と直交する方向（本実施形態では９０度方向）以外の方向であってもよい。
なお、上記説明では、マルチスタック材１が第１繊維強化シート１０及び第２繊維強化シート２０で構成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、マルチスタック材１は、第３繊維強化シート３０を有していてもよい。第３繊維強化シート３０は、図４に示すように、－４５度方向に延在する複数の第３繊維３１を有している。－４５度方向とは、第１繊維１１が延在する方向である０度方向に対して４５度の角度を為す方向であって、かつ、第２繊維２１が延在する方向である４５度方向に対して９０度の角度を為す方向である。なお、図４における斜線は、第３繊維３１を図示している。
また、図４に示すように、第３繊維強化シート３０は、第３繊維３１を切断する複数の第３切込３２を有している。複数の第３切込３２は、千鳥状に配置されている。また、複数の第３切込３２は、切断された第３繊維３１が同じ長さとなるように配置されている。第３切込３２は、第１切込１２及び第２切込２２と、積層される方向からマルチスタック材１を見た際に重複するように配置されている。第３切込３２の形状及び配置は、上述の第１切込１２及び第２切込２２と同じであるので、詳細な説明は省略する。
第３繊維強化シート３０においても、特定の第３切込３２同士の間に延在する第３繊維３１（図４の網掛け領域に存在する第３繊維３１）の長さＳ３は√２（Ｌ）となる。また、他の第３切込３２同士の間に延在する第３繊維３１の長さＳ４も√２（Ｌ）となる。このように、第３繊維強化シート３０は、すべての第３繊維３１の長さが等しくなる。
〔変形例１〕
なお、上記第１実施形態では、上記（１）に代入する自然数が１の場合について設目したが、上記式（１）に代入する自然数ｎは１以外の自然数であってもよい。図７では、ｎが２とされた場合の第２切込２２Ｂの配置を示している。なお、θは、第１実施形態と同様に４５度である。この場合には、ｌ＝Ｌ／８となる。すなわち、第２切込２２Ｂの長さｌは、第２切込２２Ｂ同士の間隔であるＬの１／８の長さとされている。
このように、変形例の場合であっても、第１繊維強化シート１０において、切断された第１繊維１１が同じ長さとなるように、第１切込１２を形成することができる。また、第２繊維強化シート２０Ｂにおいて、切断された第２繊維２１Ｂが同じ長さとなるように、第２切込２２Ｂを形成することができる。なお、図７における斜線は、第２繊維２１Ｂを図示している。
なお、切込の長さｌが長い場合には、繊維の切断がし易く、賦形性が向上するという効果を奏する。また、切込の長さｌが短い場合には、形状保持性が向上するという効果を奏する。切込の長さｌ（換言すれば、自然数ｎ）は、このようなメリットを考慮して、製造される複合材構造体３の形状等によって決定してもよい。
〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態に係るマルチスタック材１は、第２繊維強化シート２０Ｃの第２繊維２１Ｃが延在する方向が、３０度方向である点で第１実施形態と異なっている。また、マルチスタック材１に形成する切込の長さｌが異なっている点で第１実施形態と異なっている。その他の点については第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る第２繊維強化シート２０Ｃは、図８に示すように、３０度方向（第２方向）に延在する複数の第２繊維２１Ｃを有している。３０度方向とは、第１繊維１１が延在する方向である０度方向に対して３０度の角度を為す方向である。このように、本実施形態では、θが３０度となる。したがって、ｔａｎθは、１／√３となる。また、本実施形態でも、ｎは１とされている。
以上から、θ及びｎの値を上記式（１）に代入すると、ｌ＝Ｌ／（４√３）となる。すなわち、第１切込１２の長さｌは、第１切込１２同士の間隔であるＬの１／（４√３）の長さとされている。
これにより、図８に示すように、第２繊維強化シート２０Ｃにおいて、特定の第２切込２２Ｃ同士の間に延在する第２繊維２１Ｃ（図８の網掛け領域に存在する第２繊維２１Ｃ）の長さは（２／√３）Ｌとなる。また、他の第２切込２２Ｃ同士の間に延在する第２繊維２１Ｃ（例えば、図８の網掛け領域と隣接する領域に存在する第２繊維２１Ｃ）の長さも（２／√３）Ｌとなる。このように、第２繊維強化シート２０Ｃは、すべての第２繊維２１Ｃの長さが等しくなる。よって、本実施形態においても、上記第１実施形態と同じ効果を奏する。なお、図８における斜線は、第２繊維２１Ｃを図示している。
以上のように、第１繊維が延在する方向と第２繊維が延在する方向とが為す角度θが、上記第１実施形態で説明した４５度以外の角度であっても、第２繊維強化シートにおいて、切断される第２繊維同士の長さを等しくすることができる。
〔変形例２〕
なお、上記第２実施形態では、上記（１）に代入する自然数が１の場合について説明したが、上記式（１）に代入する自然数ｎは１以外の自然数であってもよい。図９では、ｎが２とされた場合の第２切込２２Ｄの配置を示している。なお、θは、第２実施形態と同様に３０度である。この場合には、ｌ＝Ｌ／（８√３）となる。すなわち、第２切込２２Ｄの長さｌは、第２切込２２Ｄ同士の間隔であるＬの１／（８√３）の長さとされている。
このように、変形例の場合であっても、第２繊維強化シート２０Ｄにおいて、切断された第２繊維２１Ｄが同じ長さとなるように、第２切込２２Ｄを形成することができる。なお、図９における斜線は、第２繊維２１Ｄを図示している。
〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態に係るマルチスタック材１は、第２繊維強化シート４０の第２繊維４１が延在する方向が、９０度方向である点で第１実施形態と異なっている。また、マルチスタック材１に形成する切込の形状及び配置が異なっている点で第１実施形態と異なっている。その他の点については第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、図１０では、図示の関係上、平面視したマルチスタック材１に第１繊維強化シート１０の第１繊維１１及び第２繊維強化シート４０の第２繊維４１の両方を図示している。また、図１０における縦方向の線は第１繊維１１を図示している。また、図１０の左右方向の線は第２繊維４１を図示している。
本実施形態に係る第２繊維強化シート４０は、図１０に示すように、第２繊維４１が９０度方向（第２方向）に延在している。９０度方向とは、第１繊維１１が延在する方向である０度方向に対して９０度の角度を為す方向である。
本実施形態の切込４２は、９０度方向に延在する第１方向切込４３と、０度方向に延在する第２方向切込４４とを有している。第１方向切込４３と第２方向切込４４とは、十字形状となるように配置されている。
複数の第１方向切込４３は、９０度方向に複数段に亘って形成されている。また、９０度方向に沿って、第１段４５と第２段４６とが連続するように形成されている。第１段４５に形成される第１方向切込４３は、９０度方向と交差する方向である０度方向に離間して配置されている。また、第１段４５に形成される第１方向切込４３は、０度方向に等間隔（間隔Ｌ３）に並んで配置されている。
第２段４６に形成される第１方向切込４３も０度方向に離間して配置されている。また、第２段４６に形成される第１方向切込４３は、０度方向に等間隔（間隔Ｌ３）に並んで配置されている。また、第２段４６に形成される第１方向切込４３は、隣接する第１段４５に形成された第１方向切込４３同士の間の０度方向における中点に配置されている。
また、第１段４５の第１方向切込４３の９０度方向の一端と、第２段４６の第１方向切込４３の９０度方向の他端とは、９０度方向における同じ位置とされている。
また、複数の第２方向切込４４は、０度方向に複数段に亘って形成されている。また、０度方向に沿って、第１段４８と第２段４９とが連続するように形成されている。第１段４８に形成される第２方向切込４４は、０度方向と交差する方向である９０度方向に離間して配置されている。また、第１段４８に形成される第２方向切込４４は、０度方向に等間隔（間隔Ｌ４）に並んで配置されている。
第２段４９に形成される第２方向切込４４も９０度方向に離間して配置されている。また、第２段４９に形成される第２方向切込４４は、９０度方向に等間隔（間隔Ｌ４）に並んで配置されている。また、第２段４９に形成される第２方向切込４４は、隣接する第１段４８に形成された第２方向切込４４同士の間の９０度方向における中点に配置されている。
また、第１段４８の第２方向切込４４の０度方向の一端と、第２段４９の第２方向切込４４の０度方向の他端とは、０度方向における同じ位置とされている。
このように切込を形成した場合であっても、第１繊維強化シート１０において、切断される第１繊維１１の長さを同じ長さとすることができる。また、第２繊維強化シート４０において、切断される第２繊維４１の長さを同じ長さとすることができる。よって、本実施形態においても、上記第１実施形態と同じ効果を奏する。
なお、間隔Ｌ３と間隔Ｌ４とは同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。
〔変形例３〕
なお、第１方向切込４３と第２方向切込４４とは、図１１に示すように、９０度方向及び０度方向に沿って所定の間隔で並んで配置されてもよい。
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、上記実施形態では、繊維強化シートとして、ドライ繊維強化シートを用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。例えば、繊維強化シートとして、樹脂に繊維が含浸した繊維強化シート（例えば、プリプレグ等）を用いてもよい。
各実施形態に記載の繊維強化シート積層体並びに繊維強化シート積層体の製造方法及び構造体の製造方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る繊維強化シート積層体は、積層される複数の繊維強化シート（１０，２０）を有する繊維強化シート積層体（１）であって、複数の前記繊維強化シートは、第１方向へ第１繊維（１１）が延在する第１繊維強化シート（１０）と、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維（２１）が延在する第２繊維強化シート（２０）と、を有し、前記第１繊維強化シートは、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断する複数の第１切込（１２）を有し、前記第２繊維強化シートは、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断する複数の第２切込（２２）を有し、前記第１切込と前記第２切込とは、積層される方向から見た際に重複するように配置されている。
上記構成では、第１切込と第２切込とは、積層される方向から見た際に重複するように配置されている。これにより、積層された状態の第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートに対して、積層方向に切込を入れるだけで、第１切込と第２切込とを１度に形成することができる。したがって、第１切込と第２切込とを別々に形成する場合と比較して、容易に第１切込及び第２切込を形成することができる。また、第１切込と第２切込とが重複するように配置されているので、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートが積層された状態であっても、第１切込及び第２切込を形成することができる。
また、上記構成では、切断された第１繊維が同じ長さとなるよう第１切込が形成されている。また、切断された第２繊維が同じ長さとなるように第２切込が形成されている。これにより、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートにおいて、各々、切断された第１繊維及び第２繊維の長さを均一化することができる。また、切断された第１繊維及び第２繊維が、極端な長さとならないので、第１繊維及び第２繊維の長さを所定の長さとすることができる。したがって、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートの何れにおいても、全域に亘って強度及び賦形性を均一化することができ、所定の強度及び賦形性を確保することができる。よって、繊維強化シート積層体の強度の低下を抑制することができる。また、繊維強化シート積層体の賦形性を向上させることができる。
なお、賦形性とは、繊維強化シートや繊維強化シート積層体を変形させる際に、所望の形状への賦形し易さを示している。
本開示の一態様に係る繊維強化シート積層体は、前記第１切込及び前記第２切込は、所定方向に延在していて、複数の前記第１切込及び前記第２切込は、前記所定方向に複数段に亘って形成されており、前記所定方向の第１段（１３）に形成される前記第１切込及び前記第２切込は、前記所定方向と交差する方向である交差方向に離間して配置されていて、前記所定方向の第２段（１４）に形成される前記第１切込及び前記第２切込は、隣接する前記第１段に形成された前記第１切込及び前記第２切込同士の間の前記交差方向における中点に配置されていて、前記第１段の前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の一端と、前記第２段の前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の他端とは、前記所定方向における同じ位置とされていて、複数の前記第１切込及び複数の前記第２切込の配置が、以下の式（２）で定義される。
ここで、ｎは、自然数、
θは、前記第１方向と前記第２方向とが為す角度、
ｌは、前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の長さ、
Ｌは、前記交差方向に隣接する前記第１切込及び前記第２切込同士の前記交差方向の間隔である。
上記構成では、複数の第１切込及び複数の第２切込の配置が、上記の式（２）で定義される。これにより、第１繊維強化シートにおいて、切断された第１繊維が同じ長さとなるように、第１切込を形成することができる。また、第２繊維強化シートにおいて、切断された第２繊維が同じ長さとなるように、第２切込を形成することができる。したがって、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートの何れにおいても、全域に亘って強度及び賦形性を均一化することができ、所定の強度及び賦形性を確保することができる。よって、繊維強化シート積層体の強度の低下を抑制することができる。また、繊維強化シート積層体の賦形性を向上させることができる。
本開示の一態様に係る繊維強化シート積層体は、前記第１方向及び前記第２方向は、前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して曲げ加工を施した際に、前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに圧縮力又は引張力が作用する方向に沿う方向である。
繊維強化シートに曲げ加工を施すと、当該繊維強化シートに圧縮力又は引張力が作用する場合がある。繊維強化シートに含まれる繊維は、繊維の延在方向に伸縮し難い。このため、圧縮力又は引張力が作用する方向に沿って繊維が延在している場合、繊維が圧縮力又は引張力を吸収することができず、繊維強化シートに皺が発生してしまい、繊維強化シートの強度が低下する場合がある。
上記構成では、第１繊維が延在する方向である第１方向及び第２繊維が延在する方向である第２方向が、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートに対して曲げ加工を施した際に、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートに圧縮力又は引張力が作用する方向に沿う方向である。このため、圧縮力又は引張力が作用する方向に延在する繊維を切断することができる。したがって、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートの賦形性を向上させることができる。
なお、圧縮力又は引張力が作用する方向に沿う方向とは、圧縮力又は引張力が作用する方向と直交する方向以外の方向であってもよい。
本開示の一態様に係る繊維強化シート積層体の製造方法は、第１方向へ第１繊維（１１）が延在する第１繊維強化シート（１０）と、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維（２１）が延在する第２繊維強化シート（２０）とを積層する積層工程と、積層された前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して複数の切込を形成し、前記第１繊維及び前記第２繊維を切断する切込工程と、を備え、前記切込工程では、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断し、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断するように前記切込を形成する。
上記構成では、切断された第１繊維及び第２繊維が同じ長さとなるよう切込が形成されている。これにより、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートにおいて、各々、切断された繊維の長さを均一化することができる。また、切断された繊維が、極端な長さとならないので、繊維の長さを所定の長さとすることができる。したがって、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートの何れにおいても、全域に亘って強度及び賦形性を均一化することができ、所定の強度及び賦形性を確保することができる。よって、繊維強化シート積層体の強度の低下を抑制することができる。また、繊維強化シート積層体の賦形性を向上させることができる。
本開示の一態様に係る繊維強化シート積層体の製造方法は、前記切込は、所定方向に延在していて、前記切込工程では、複数の前記切込が前記所定方向に複数段に亘って形成され、前記所定方向の第１段（１３）に形成される前記切込が前記所定方向と交差する方向である交差方向に離間して配置され、前記所定方向の第２段（１４）に形成される前記切込が隣接する前記第１段に形成された前記切込同士の間の前記交差方向における中点に配置され、前記第１段の前記切込の前記所定方向の一端と前記第２段の前切込の前記所定方向の他端とが前記所定方向における同じ位置とされ、複数の前記切込の配置が以下の式（３）で定義されるように複数の前記切込を形成する。
ここで、ｎは自然数、
θは、前記第１方向と前記第２方向とが為す角度、
ｌは、前記切込の前記所定方向の長さ、
Ｌは、前記交差方向に隣接する前記切込同士の前記交差方向の間隔である。
本開示の一態様に係る構造体の製造方法は、上記いずれかに記載の繊維強化シート積層体の製造方法で製造した前記繊維強化シート積層体から構造体（３）を製造する方法であって、前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して、前記第１方向及び前記第２方向に圧縮力又は引張力が作用するように曲げ加工を施す曲げ加工工程を備えている。
上記構成では、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートに対して、第１方向及び第２方向に圧縮力又は引張力が作用するように曲げ加工を施している。このため、切込工程において、圧縮力又は引張力が作用する方向に延在する繊維を切断することとなる。したがって、第１繊維強化シート及び第２繊維強化シートの賦形性を向上させることができる。
１ ：マルチスタック材（繊維強化シート積層体）
２ ：チャージ
２Ａ ：チャージ
２Ｂ ：チャージ
３ ：複合材構造体（構造体）
３Ａ ：複合材構造体（構造体）
３Ｂ ：複合材構造体（構造体）
４ ：曲げ線
４Ａ ：曲げ線
４Ｂ ：曲げ線
１０ ：第１繊維強化シート
１１ ：第１繊維
１２ ：第１切込
１３ ：第１段
１４ ：第２段
２０ ：第２繊維強化シート
２０Ｂ ：第２繊維強化シート
２０Ｃ ：第２繊維強化シート
２０Ｄ ：第２繊維強化シート
２１ ：第２繊維
２１Ｂ ：第２繊維
２１Ｃ ：第２繊維
２１Ｄ ：第２繊維
２２ ：第２切込
２２Ｂ ：第２切込
２２Ｃ ：第２切込
２２Ｄ ：第２切込
３０ ：第３繊維強化シート
３１ ：第３繊維
３２ ：第３切込
４０ ：第２繊維強化シート
４１ ：第２繊維
４２ ：切込
４３ ：第１方向切込
４４ ：第２方向切込
４５ ：第１段
４６ ：第２段
４８ ：第１段
４９ ：第２段

Claims (8)

  1. 積層される複数の繊維強化シートを有する繊維強化シート積層体であって、
    複数の前記繊維強化シートは、第１方向へ第１繊維が延在する第１繊維強化シートと、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維が延在する第２繊維強化シートと、を有し、
    前記第１繊維強化シートは、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断する複数の第１切込を有し、
    前記第２繊維強化シートは、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断する複数の第２切込を有し、
    前記第１切込と前記第２切込とは、積層される方向から見た際に全体が重複するように配置されていて、
    複数の前記第１切込は、第１段第１切込と、前記第１段第１切込に対して前記第１方向及び前記第１方向と交差する方向である所定方向にずれるように設けられる第２段第１切込と、を有し、
    前記第１段第１切込と前記第２段第１切込とは、前記所定方向から見た際に、重複も離間もしないように配置されている繊維強化シート積層体。
  2. 前記第１切込及び前記第２切込は、前記所定方向に延在していて、
    複数の前記第１切込及び前記第２切込は、前記所定方向に複数段に亘って形成されており、
    前記所定方向の第１段に形成される前記第１切込及び前記第２切込は、前記所定方向と交差する方向である前記第１方向に離間して配置されていて、
    前記所定方向の第２段に形成される前記第１切込及び前記第２切込は、隣接する前記第１段に形成された前記第１切込及び前記第２切込同士の間の前記第１方向における中点に配置されていて、
    前記第１段の前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の一端と、前記第２段の前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の他端とは、前記所定方向における同じ位置とされていて、
    複数の前記第１切込及び複数の前記第２切込の配置が、以下の式（１）で定義される請求項１に記載の繊維強化シート積層体。
    ここで、ｎは、自然数、
    θは、前記第１方向と前記第２方向とが為す角度、
    ｌは、前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の長さ、
    Ｌは、前記第１方向に隣接する前記第１切込及び前記第２切込同士の前記第１方向の間隔である。
  3. 前記第１方向及び前記第２方向は、前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して曲げ加工を施した際に、前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに圧縮力又は引張力が作用する方向に沿う方向である請求項１または請求項２に記載の繊維強化シート積層体。
  4. 積層される複数の繊維強化シートを有する繊維強化シート積層体であって、
    複数の前記繊維強化シートは、第１方向へ第１繊維が延在する第１繊維強化シートと、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維が延在する第２繊維強化シートと、を有し、
    前記第１繊維強化シートは、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断する複数の第１切込を有し、
    前記第２繊維強化シートは、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断する複数の第２切込を有し、
    前記第１切込と前記第２切込とは、積層される方向から見た際に重複するように配置されていて、
    前記第１切込及び前記第２切込は、所定方向に延在していて、
    複数の前記第１切込及び前記第２切込は、前記所定方向に複数段に亘って形成されており、
    前記所定方向の第１段に形成される前記第１切込及び前記第２切込は、前記所定方向と交差する方向である交差方向に離間して配置されていて、
    前記所定方向の第２段に形成される前記第１切込及び前記第２切込は、隣接する前記第１段に形成された前記第１切込及び前記第２切込同士の間の前記交差方向における中点に配置されていて、
    前記第１段の前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の一端と、前記第２段の前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の他端とは、前記所定方向における同じ位置とされていて、
    複数の前記第１切込及び複数の前記第２切込の配置が、以下の式（２）で定義される繊維強化シート積層体。
    ここで、ｎは、自然数、
    θは、前記第１方向と前記第２方向とが為す角度、
    ｌは、前記第１切込及び前記第２切込の前記所定方向の長さ、
    Ｌは、前記交差方向に隣接する前記第１切込及び前記第２切込同士の前記交差方向の間隔である。
  5. 第１方向へ第１繊維が延在する第１繊維強化シートと、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維が延在する第２繊維強化シートとを積層する積層工程と、
    積層された前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して、前記第１方向及び前記第１方向と交差する方向である所定方向にずれるように配置される第１段第１切込及び第２段第１切込を含む複数の切込を形成し、前記第１繊維及び前記第２繊維を切断する切込工程と、を備え、
    前記切込工程では、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断し、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断するように前記切込を形成するとともに、前記第１段第１切込と前記第２段第１切込とは、前記所定方向から見た際に、重複も離間もしないように前記切込を形成する繊維強化シート積層体の製造方法。
  6. 前記切込は、前記所定方向に延在していて、
    前記切込工程では、複数の前記切込が前記所定方向に複数段に亘って形成され、前記所定方向の第１段に形成される前記切込が前記所定方向と交差する方向である前記第１方向に離間して配置され、前記所定方向の第２段に形成される前記切込が隣接する前記第１段に形成された前記切込同士の間の前記交差方向における中点に配置され、前記第１段の前記切込の前記所定方向の一端と前記第２段の前切込の前記所定方向の他端とが前記所定方向における同じ位置とされ、複数の前記切込の配置が以下の式（３）で定義されるように複数の前記切込を形成する請求項５に記載の繊維強化シート積層体の製造方法。
    ここで、ｎは自然数、
    θは、前記第１方向と前記第２方向とが為す角度、
    ｌは、前記切込の前記所定方向の長さ、
    Ｌは、前記第１方向に隣接する前記切込同士の前記第１方向の間隔である。
  7. 請求項５または請求項６に記載の繊維強化シート積層体の製造方法で製造した前記繊維強化シート積層体から構造体を製造する方法であって、
    前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して、前記第１方向及び前記第２方向に圧縮力又は引張力が作用するように曲げ加工を施す曲げ加工工程を備えた構造体の製造方法。
  8. 第１方向へ第１繊維が延在する第１繊維強化シートと、前記第１方向とは異なる第２方向へ第２繊維が延在する第２繊維強化シートとを積層する積層工程と、
    積層された前記第１繊維強化シート及び前記第２繊維強化シートに対して複数の切込を形成し、前記第１繊維及び前記第２繊維を切断する切込工程と、を備え、
    前記切込工程では、切断された前記第１繊維が同じ長さとなるように前記第１繊維を切断し、切断された前記第２繊維が同じ長さとなるように前記第２繊維を切断するように前記切込を形成し、
    前記切込は、所定方向に延在していて、
    前記切込工程では、複数の前記切込が前記所定方向に複数段に亘って形成され、前記所定方向の第１段に形成される前記切込が前記所定方向と交差する方向である交差方向に離間して配置され、前記所定方向の第２段に形成される前記切込が隣接する前記第１段に形成された前記切込同士の間の前記交差方向における中点に配置され、前記第１段の前記切込の前記所定方向の一端と前記第２段の前切込の前記所定方向の他端とが前記所定方向における同じ位置とされ、複数の前記切込の配置が以下の式（４）で定義されるように複数の前記切込を形成する繊維強化シート積層体の製造方法。
    ここで、ｎは自然数、
    θは、前記第１方向と前記第２方向とが為す角度、
    ｌは、前記切込の前記所定方向の長さ、
    Ｌは、前記交差方向に隣接する前記切込同士の前記交差方向の間隔である。
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