JPH091713A - 繊維強化型積層構造体，円筒形状の繊維強化型積層構造体および曲率を有した繊維強化型積層構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量でかつ２軸応力特性などの力学特性の良
い，汎用性のある繊維強化型積層構造体を安価に提供す
る。 【構成】 複数枚の繊維シートを積層して成形した繊維
強化型積層構造体において，前記積層した複数枚の繊維
シートは，各々隣り合う繊維シート間の繊維配向角度θ
が，６０°＜θ＜９０°である（等方性材料である）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，繊維強化型積層構造
体に関し，特に，自動車や船舶などの輸送機器の構造
材，宇宙，航空機の構造体，スポーツ，レジャー用品お
よび建築物の構造部材などに用いられる繊維強化型積層
構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の構造体では２軸応力などいろいろ
な力が働くにも関わらず，従来の繊維強化複合材を用い
た構造材（繊維強化型積層構造体）においては，木材芯
に木目に添った１方向プリプレグを貼って強化した例の
ように１方向材か，もしくは直交積層構造材を用いた板
が使われているのがほとんどである。

【０００３】また，繊維強化型積層構造体を使用したプ
ロペラシャフトでは，繊維配向角度０°〜±２０°と±
３０°〜±６０°で２層積層する例があるが，これら
は，フィラメントワインディング法で製造しており，繊
維シートから成形する方法とは異なるものである。

【０００４】ところが，このような繊維強化型積層構造
体は，軽量かつ繊維方向の力に対しては剛性が強いとい
う積層構造体の持っている特徴を生かした設計ではある
が，ある特定の方向以外の方向（すなわち，繊維方向以
外の方向）に対しては，剛性が弱いという欠点や，積層
構造体の力学特性の異方性のために，構造体としての使
用用途や使用部位が限られてしまい，利用しにくいとい
う欠点があった。

【０００５】このため，上記欠点である異方性をなくす
ために，図１１に示すような繊維強化型積層構造体が提
供されている。この繊維強化型積層構造体は，構造体が
持つ繊維方向を変えて繊維シートを多層積層し，等方性
複合材を形成したものである。この等方性複合材は，図
示の如く，繊維シートの繊維配向角度を９０°ずつずら
せながら積層した直交積層体である。また，まれに繊維
配向角度を１５°，３０°または４５°ずつ変えて多層
積層した積層体で等方性複合材を形成したもののあっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来の
技術によれば，繊維配向角度を１５°，３０°，４５°
または９０°ずつ変えて多層積層することにより，等方
性複合材を形成しているものの，この等方性複合材で均
質物質と同じ力学特性，すなわち，使用用途や使用部位
が限られない特性を出すためには，等方性複合材自体の
厚みを厚くすることが必要になり，結果として，軽量化
のために積層構造体を使った利点が減少してしまうとい
う問題点があった。

【０００７】また，繊維強化型積層構造体は，軽量であ
るという利点を持っているため，今後ますます利用価値
が増えてくると思われるが，本来輸送機や建築物などで
は，曲率形状を持った板状のものに力が加わる場合が多
いにも関わらず，従来の繊維強化型積層構造体では，２
軸応力のかかる場合に対応する材料設計がなされていな
かったという問題点があった。

【０００８】このため，繊維強化型積層構造体の利用価
値を上げるには，２軸応力特性の良い繊維強化型積層構
造体の開発が所望されているが，繊維強化型積層構造体
に使用する材料そのものを改良するのは時間とお金がか
かるため，繊維配向角度などを変えるだけで，力学特性
が良好で汎用性の大きい積層構造体を安価に得る必要が
あった。

【０００９】この発明は，このような従来の問題点に着
目してなされたもので，軽量でかつ２軸応力特性などの
力学特性の良い，汎用性のある繊維強化型積層構造体を
安価に提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は，上記目的を
達成するために，請求項１に係る繊維強化型積層構造体
は，複数枚の繊維シートを積層して成形した繊維強化型
積層構造体において，前記積層した複数枚の繊維シート
は，各々隣り合う繊維シート間の繊維配向角度θが，６
０°＜θ＜９０°であるものである。

【００１１】また，請求項２に係る繊維強化型積層構造
体は，前記積層した複数枚の繊維シートが，隣り合う繊
維シートの繊維配向角度をθずつずらしながら，５枚以
上の繊維シートを積層したものである。

【００１２】また，請求項３に係る繊維強化型積層構造
体は，前記積層した複数枚の繊維シートを基本構造体と
し，複数の基本構造体を対称積層，逆対称積層または連
続積層したものである。

【００１３】また，請求項４に係る円筒形状の繊維強化
型積層構造体は，前記請求項１，２または３記載の繊維
強化型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体
を用いて作製した円筒が，その外半径をｒ，長さをＬと
したとき，外半径と長さの比がｒ／Ｌ＜５となる円筒で
あるものである。

【００１４】また，請求項５に係る円筒形状の繊維強化
型積層構造体は，前記請求項１，２または３記載の繊維
強化型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体
を成形して曲率を付与する際に，前記付与する曲率半径
を外挿して球としたときの半径をｒ₀ とし，前記球の直
径の両端を通って作られる任意の球の半径をｒ₁ とした
とき，半径比がｒ₀ ／ｒ₁ ＞０であるものである。

【００１５】

【作用】この発明の繊維強化型積層構造体（請求項１）
は，各々隣り合う繊維シート間の繊維配向角度θが，６
０°＜θ＜９０°となるように，複数枚の繊維シートを
積層することにより，２軸応力の剛性が大きい繊維強化
型積層構造体が得られる。

【００１６】この発明の繊維強化型積層構造体（請求項
２）は，隣り合う繊維シートの繊維配向角度をθずつず
らしながら，５枚以上の繊維シートを積層することによ
り，従来の繊維強化型積層構造体と比較して，２軸応力
の剛性が大きい繊維強化型積層構造体が得られる。ま
た，繊維配向角度のみを変えているので，重量を変化さ
せることなく，２軸応力の剛性を大きくできる。

【００１７】この発明の繊維強化型積層構造体（請求項
３）は，請求項２において，積層した複数枚の繊維シー
トを基本構造体とし，複数の基本構造体を対称積層，逆
対称積層または連続積層する。したがって，これら対称
積層の繊維強化型積層構造体，逆対称積層の繊維強化型
積層構造体または連続積層の繊維強化型積層構造体も，
直交積層の繊維強化型積層構造体と比較して，２軸応力
の剛性が大きくなる。また，基本構造体を用いるので，
対称積層，逆対称積層および連続積層の繊維強化型積層
構造体が製造し易い。

【００１８】この発明の円筒形状の繊維強化型積層構造
体（請求項４）は，請求項１，２または３記載の繊維強
化型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体を
用いて作製した円筒の外半径をｒ，長さをＬとしたと
き，該円筒の外半径と長さの比がｒ／Ｌ＜５となるよう
に作製することにより，剛性が大きくなる。

【００１９】この発明の曲率を有した繊維強化型積層構
造体（請求項５）は，請求項１，２または３記載の繊維
強化型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体
を成形して曲率を付与する際に，付与する曲率半径を外
挿して球としたときの半径をｒ₀ とし，該球の直径の両
端を通って作られる任意の球の半径をｒ₁ としたとき，
半径比がｒ₀ ／ｒ₁ ＞０となるように曲率を付与するこ
とにより，剛性が大きくなる。

【００２０】

【実施例】以下，この発明の繊維強化型積層構造体，円
筒形状の繊維強化型積層構造体および曲率を有した繊維
強化型積層構造体について，〔実施例１〕，〔実施例
２〕，〔実施例３〕，〔実施例４〕，〔実施例５〕，
〔実施例６〕の順に図面を参照して詳細に説明する。な
お，実施例１〜実施例６に先立って，この発明の繊維強
化型積層構造体の概要を説明する。

【００２１】この発明の繊維強化型積層構造体の概要 この発明の繊維強化型積層構造体は，積層する繊維シー
トの繊維配向角度をθずつずらしながら積層させてゆ
き，等方性複合材を作製するものである。このとき，隣
り合う繊維シートの繊維配向角度θが６０°＜θ＜９０
°となるように複数枚の繊維シートを積層する。より望
ましくは５枚以上積層させた積層構造体とする。

【００２２】次に，この発明の繊維強化型積層構造体に
おける，繊維シートを繊維配向角度θでｎ層（すなわ
ち，ｎ枚）積層した場合の各繊維シートの繊維配向角度
の関係について説明する。ただし，ここでは繊維配向角
度が繊維シートの１辺に平行なものを０°として記載す
る。また，図１に，一例として，７層，繊維配向角度θ
＝７７°の条件で繊維シートを積層した場合の各層１〜
７の繊維配向角度の相対的な関係を示す。

【００２３】１） ｎ＝５，θ＝７２として，各繊維シ
ートを７２°ずつずらして積層した場合，５層の繊維シ
ートの繊維配向角度の関係は，〔−３６／７２／０／−
７２／３６〕となる。 ２） ｎ＝７，θ＝７７として，各繊維シートを７７°
ずつずらして積層した場合，７層の繊維シートの繊維配
向角度の関係は，〔−５１／２６／−７７／０／７７／
−２６／５１〕となる。 ３） ｎ＝９，θ＝８０として，各繊維シートを８０°
ずつずらして積層した場合，９層の繊維シートの繊維配
向角度の関係は，〔４０／−６０／２０／−８０／０／
８０／−２０／６０／−４０〕となる。

【００２４】上記１）〜３）では，５層，７層，９層の
例を示したが，一般に，ｎ層の場合の繊維配向角度θ
は，数１によって求めるものとする。

【００２５】

【数１】

【００２６】なお，積層枚数ｎが偶数の場合でも，直交
積層構造材より曲げ剛性が大きくなる。

【００２７】また，上記１）〜３）の繊維強化型積層構
造体の例において，〔〕内の各繊維シートの繊維配向角
度θは，どこから積層させてもよい。すなわち，５層，
θ＝７２°の場合の〔−３６／７２／０／−７２／３
６〕では，〔０／−７２／３６／−３６／７２〕，〔７
２／０／−７２／３６／−３６〕などのように５種類考
えられる。繊維配向角度を逆回りした場合，例えば，
〔３６／−７２／０／７２／−３６〕としてもよく，こ
の場合も，５種類考えられる。したがって，５層，繊維
配向角度θ＝７２°に関しては，これら１０種類の積層
順で代表させることができる。また，他の積層枚数およ
び繊維配向角度の場合も同様である。

【００２８】さらに，積層枚数が同じで，繊維配向角度
が数種類ある場合がある。例えば，７層の場合には，θ
＝７７°，５１°，２６°でいずれも等方性複合材とな
る。すなわち，上記θ＝７７°〔−５１／２６／−７７
／０／７７／−２６／５１〕の他に以下の繊維配向角度
がある。 θ＝５１°〔０／５１／−７７／−２６／２６／７７／
−５１〕 θ＝２６°〔０／２６／５１／７７／−７７／−５１／
−２６〕

【００２９】上記３つの繊維配向角度において２軸曲げ
剛性は，どの繊維配向角度でも直交積層構造材の場合よ
りも大きくなるが，特にθ＝７７°の場合が最も大き
い。

【００３０】なお，この発明の繊維強化型積層構造体の
材料としては，ガラス繊維（Ｅガラス，Ｔガラス），炭
素繊維，アラミド繊維などの繊維が使用できる。マトリ
ックスには，エポキシ樹脂，ビニルエステル樹脂，フェ
ノール樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ポリウレタン樹
脂，ウレタンアクリレート樹脂，ゴム材，ポリプロピレ
ンなどが使用できる。

【００３１】また，製造方法としては，プリプレグシー
トを積層し，オートクレーブ成形やラッピングテープを
利用する成形方法などが利用できる。

【００３２】また，上記のようにして積層した複数枚の
繊維シートを基本構造体とし，複数の基本構造体を対称
積層，逆対称積層または連続積層して，繊維強化型積層
構造体を作製する。

【００３３】また，上記のようにした作製した繊維強化
型積層構造体を用いて，円筒の外半径をｒ，長さをＬと
したとき，該円筒の外半径と長さの比がｒ／Ｌ＜５とな
るように円筒形状の繊維強化型積層構造体を作製する。

【００３４】さらに，上記のようにした作製した繊維強
化型積層構造体を用いて，付与する曲率半径を外挿して
球としたときの半径をｒ₀ とし，該球の直径の両端を通
って作られる任意の球の半径をｒ₁ としたとき，半径比
がｒ₀ ／ｒ₁ ＞０となるように曲率を付与し，曲率を有
した繊維強化型積層構造体を作製する。

【００３５】〔実施例１〕実施例１では，繊維シートと
してＥガラス連続繊維を用いて，積層枚数３，４，５，
６，７，９の６種類の板状の繊維強化型積層構造体を作
製した例を示す。また，比較例として，同様に積層枚数
３，４，５，６，７，９の６種類の板状の直交積層構造
材を作製した。

【００３６】先ず，Ｅガラス連続繊維にエポキシ樹脂を
含浸させた繊維含有率４０〜５０ｖｏｌ．％，厚さ０．
２ｍｍのプリプレグ材料を用いて，表１に示すように，
板状に積層させたのち，圧力をかけながら１３０℃で，
４時間硬化させた。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記方法で作製した積層板を，５００ｍｍ
×５００ｍｍ，厚さ０．６〜２ｍｍの１枚板にして，こ
の板から直径１００ｍｍの円板を２０枚切り出して２軸
曲げ試験を行った。試験は，切り出した直径１００ｍｍ
の円板（試料）を支持し，変位制御型万能試験機を用い
て試料の中央に荷重をかけていき，変位を記録した。

【００３９】図２は，上記２軸曲げ剛性の実験結果に基
づいて，従来の直交積層構造材に対する実施例１の繊維
強化型積層構造体の優位性（偏差）を示し，図におい
て，縦軸は，偏差（％）を示し，数２によって求めたも
のである。また，横軸は，試料の積層枚数である。

【００４０】

【数２】

【００４１】図２から明らかなように，積層枚数が５枚
以上で６０＜θ＜９０のように積層させた場合の繊維強
化型積層構造体が，同材であるＥガラス連続繊維を使用
した直交積層構造材（９０°）に比べて，２軸曲げ剛性
が大きいという結果が得られた。

【００４２】前述したように実施例１によれば，繊維強
化型積層構造体に使用する繊維の繊維配向角度θを６０
＜θ＜９０として，かつ，積層枚数を５枚以上とするこ
とで，同じ材料成分を用いて繊維配向角度のみを変える
ことにより，直交積層構造材より２軸曲げ剛性が大きい
という結果が得られた。

【００４３】また，実施例１の繊維強化型積層構造体
は，直交積層構造材と同じ材料を用いて繊維配向角度の
みを変えているので，従来と同一の２軸曲げ剛性を得る
場合に，安価に軽量化をすることができ，逆に従来と同
一の重量の場合には，より大きな２軸曲げ剛性を得るこ
とができる。

【００４４】〔実施例２〕実施例２は，同一の積層枚数
で，繊維配向角度を変えて複数の繊維強化型積層構造体
を作製した例を示す。

【００４５】実施例２は，底面半径ｒ₀ ＝１００ｍｍ，
曲率半径ｒ₁ ＝３００ｍｍの半球状の成形型をつくり，
実施例１で使用したのと同様のプリプレグを用いて，こ
の金型の上に積層させて，曲率をもった形状の試料を作
製した。試料は，すべて７層に積層し，４種類の繊維配
向角度（θ＝７７°，５１°，２６°，９０°）で，表
２に示すような積層パターンで４種類の繊維強化型積層
構造体を作製した。

【００４６】

【表２】

【００４７】このように作製した厚さ１．４ｍｍの繊維
強化型積層構造体を用いて，実施例１と同様の２軸曲げ
試験を行なった。実験結果を図３に示す。

【００４８】図３から明らかなように，繊維配向角度θ
＝７７°，５１°および２６°は，いずれも直交積層構
造材（繊維配向角度θ＝９０°）より剛性が大きく，そ
の中でも繊維配向角度θ＝７７°が最も剛性が大きくな
るという結果を得た。

【００４９】前述したように実施例２によれば，繊維配
向角度θ＝７７°，５１°および２６°は，いずれも直
交積層構造材より剛性が大きく，その中でも繊維配向角
度θ＝７７°が最も剛性が大きくなった。

【００５０】〔実施例３〕実施例３は，実施例２と同様
に，底面半径ｒ₀ ＝１００ｍｍ，曲率半径ｒ₁ ＝１００
ｍｍの半球状の成形型を作製し，その上に繊維強化型積
層構造体を１ユニットの基本構造体として用い，この基
本構造体を，対称に２ユニット積層させた試料，およ
び，連続に２ユニット積層させた試料を作製し，実験を
行なった。なお，実施例１および実施例２で作成した基
本構造体は，１ユニットが，５層，６層，７層および９
層であるため，２ユニット積層させるとそれぞれ１０
層，１２層，１４層および１８層となる。

【００５１】実施例３で２軸曲げ試験を行なった実験結
果を，図４に示す。図４は，５層，６層，７層および９
層の基本構造体を１ユニットとした時，連続または対称
および逆対称に２ユニット積層させた板の剛性の優位性
（偏差）を示した実験結果である。

【００５２】図４から明らかなように，対称積層，逆対
称積層および連続積層ともに，従来の直交積層構造材
（９０°）に比べて，２軸曲げ剛性に３０％以上の優位
性が見られた。

【００５３】〔実施例４〕実施例４は，実施例１〜実施
例２で作製したと同様の繊維強化型積層構造体を用い
て，円筒形状の繊維強化型積層構造体を作製した例を示
す。なお，実施例４では，基本的に実施例１〜実施例３
と同様のため，異なる部分のみを詳細に説明する。

【００５４】実施例４は，実施例１〜実施例２と同様の
繊維シートを７層に積層した繊維強化型積層構造体を使
用した。繊維強化型積層構造体の積層パターンは，７層
を１ユニットとする繊維配向角度θ＝７７°の−５１／
２６／−７７／０／７７／−２６／５１とし，さらに比
較対象として直交積層構造材（繊維配向角度θ＝９０
°）の７層を積層パターン，繊維配向角度θ＝９０／０
／９０／０／９０／０／９０としたものを用いた。

【００５５】それぞれの積層構造体を円筒形状の成形型
に巻いて成形したのち，積層品の上にさらにラッピング
テープを巻つけ，オーブンに入れて１３０℃，４時間硬
化させた。硬化中にラッピングテープが熱収縮して積層
品を加圧成形する。

【００５６】こうのようにして作製した円筒形状は，外
半径ｒ＝１０ｍｍ，肉厚２ｍｍであった。この円筒形状
を長さＬ＝１００ｍｍ，２０ｍｍ，１０ｍｍ，５ｍｍ，
２ｍｍに切って，それぞれについて２軸曲げ試験を行な
った。試験では，図５に示すように円筒形状の両端を固
定し，中央に荷重をかけた。なお，図において，５０１
は荷重をかけた点（荷重点）を表している。

【００５７】実施例４で２軸曲げ試験を行なった実験結
果を図６に示す。図６は，上記２軸曲げ剛性の実験結果
に基づいて，従来の直交積層構造材に対する実施例３の
円筒形状の繊維強化型積層構造体の優位性（偏差）を示
し，図において，縦軸は，偏差（％）を示し，数３によ
って求めたものである。また，横軸は，円筒形状の外半
径ｒと長さＬの比であるｒ／Ｌ（外半径／円筒の長さ）
である。

【００５８】

【数３】

【００５９】図６から明らかなように，繊維配向角度θ
＝７７°の積層構造体は，実施例１および実施例２で説
明したように，直交積層構造材と比較して剛性の良さを
示したが，実施例４の円筒形状の繊維強化型積層構造体
でも同様に，繊維配向角度θ＝７７°の積層構造体は，
直交積層構造材より２軸曲げ剛性が大きいという結果を
得た。特に，外半径／長さが２以上において５％以上の
優位性を示し，長さが長くなると優位性は５０％近くに
なる。

【００６０】前述したように実施例４によれば，繊維配
向角度θ＝７７°の円筒形状の繊維強化型積層構造体
は，直交積層構造材より２軸曲げ剛性が大きいという結
果を得た。特に，外半径／長さが２以上で５％以上の優
位性を示し，有用性が高い。

【００６１】〔実施例５〕実施例５は，実施例１〜実施
例２で作製したと同様の繊維強化型積層構造体を用い
て，曲率を有した繊維強化型積層構造体を作製した例を
示す。実施例５では，基本的に実施例１〜実施例２と同
様のため，異なる部分のみを詳細に説明する。

【００６２】実施例２と同様に作製した繊維配向角度θ
＝７７°および比較のための直交積層構造材を用いて，
あらかじめ用意した４種類の曲率形状の成形型を使用
し，１３０℃，４時間で加熱硬化させた。

【００６３】上記方法で作製した曲率形状の曲率半径ｒ
₁ は，１００ｍｍ，１４０ｍｍ，３２０ｍｍおよび１０
００ｍｍであり，いずれも肉厚は２ｍｍであり，底面の
半径ｒ₀ は１００ｍｍであった。

【００６４】ここで，実施例５で用いた試験方法を図７
を参照して説明する。上記のように作製した曲率形状の
底面の半径ｒ₀ ＝１００ｍｍの２倍（外直径）でできる
２点をａ，ｂとする。実施例５の試験では，この２点
ａ，ｂでできる円を固定し，曲率形状の頂点（天辺）か
ら荷重をかける。荷重は，変位制御型万能試験機を用い
て曲げ試験を行なった。

【００６５】なお，図７（ａ）は曲率半径ｒ₁ ＝１００
ｍｍ，図７（ｂ）は曲率半径ｒ₁ ＝１４０ｍｍ，図７
（ｃ）は曲率半径ｒ₁ ＝無限大（例えば，１０００ｍ
ｍ）の試験のイメージを示している。また，図７に示し
た７０１，７０２および７０３は，荷重をかけた点（荷
重点）を表している。

【００６６】上記方法で行った試験結果を，図８に示
す。図８は，実施例５の曲率を有した繊維強化型積層構
造体おける，２軸曲げ剛性の優位性（偏差）を示した実
験結果である。また，図８の縦軸は，上記の試験結果に
基づいて，従来の直交積層構造材に対する実施例３の円
筒形状の繊維強化型積層構造体の優位性（偏差）を示
し，また一方横軸は，ある球の外半径ｒ₀ （ここでは１
００ｍｍに固定）とその直径の２点ａ，ｂを通る任意の
球の半径ｒ₁ の比，ｒ₀ ／ｒ₁ を示す。

【００６７】図８から明らかなように，繊維配向角度θ
＝７７°で作成した曲率形状（実施例５の曲率を有した
繊維強化型積層構造体）は，直交積層構造材と比較して
２軸曲げ剛性が大きい。また，曲率形状においては，曲
率半径が小さく半球に近いほど２軸曲げ剛性が大きい。
すなわち，外半径ｒ₀ と，２点ａ，ｂを通る任意の球の
半径ｒ₁ との比，ｒ₀ ／ｒ₁ が０．１で１０％の優位性
を示し，さらに，ｒ₁が小さくなると，優位性は３０％
を越える。

【００６８】前述したように実施例５によれば，曲率を
有する繊維強化型積層構造体の場合も，直交積層構造材
と比較して，２軸曲げ剛性が大きいものとなった。ま
た，底面の半径ｒ₀ と，２点ａ，ｂを通る任意の球の半
径ｒ₁ との比，ｒ₀ ／ｒ₁ が０．１で１０％の優位性を
示し，さらに，ｒ₁ が小さくなると，優位性は３０％を
越えるものとなった。

【００６９】〔実施例６〕実施例６は，実施例３と同様
に，繊維配向角度θ＝７７°，７層を１ユニットとして
２ユニットを対称積層，逆対称積層または連続積層して
繊維強化型積層構造体を作製し，さらに，実施例４およ
び実施例５で行ったのと同様に，円筒形状の繊維強化型
積層構造体および曲率を有した繊維強化型積層構造体を
作製した例を示す。

【００７０】図９は，実施例６で作製した円筒形状の繊
維強化型積層構造体の２軸曲げ剛性の優位性（偏差）を
示し，図１０は，実施例６で作製した曲率を有した繊維
強化型積層構造体の２軸曲げ剛性の優位性（偏差）を示
した実験結果である。

【００７１】図９および図１０から明らかなように，繊
維配向角度θ＝７７°，７層の積層構造体は，２軸曲げ
試験を行なった結果，直交積層構造体を用いて成形した
場合に比べて２軸曲げ剛性に３０％の優位性が見られ
た。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように，この発明の繊維強
化型積層構造体（請求項１）は，各々隣り合う繊維シー
ト間の繊維配向角度θが，６０°＜θ＜９０°となるよ
うに，複数枚の繊維シートを積層することにより，２軸
応力の剛性が大きい繊維強化型積層構造体が得られるた
め，軽量でかつ２軸応力特性などの力学特性の良い，汎
用性のある繊維強化型積層構造体を安価に提供すること
ができる。

【００７３】また，この発明の繊維強化型積層構造体
（請求項２）は，隣り合う繊維シートの繊維配向角度を
θずつずらしながら，５枚以上の繊維シートを積層する
ことにより，従来の繊維強化型積層構造体と比較して，
２軸応力の剛性が大きい繊維強化型積層構造体が得られ
る。また，繊維配向角度のみを変えているので，重量を
変化させることなく，２軸応力の剛性を大きくできるた
め，軽量でかつ２軸応力特性などの力学特性の良い，汎
用性のある繊維強化型積層構造体を安価に提供すること
ができる。

【００７４】また，この発明の繊維強化型積層構造体
（請求項３）は，請求項２において，積層した複数枚の
繊維シートを基本構造体とし，複数の基本構造体を対称
積層，逆対称積層または連続積層する。したがって，こ
れら対称積層の繊維強化型積層構造体，逆対称積層の繊
維強化型積層構造体または連続積層の繊維強化型積層構
造体も，直交積層の繊維強化型積層構造体と比較して，
２軸応力の剛性が大きくなる。また，基本構造体を用い
るので，対称積層，逆対称積層および連続積層の繊維強
化型積層構造体が製造し易くなるため，軽量でかつ２軸
応力特性などの力学特性の良い，汎用性のある繊維強化
型積層構造体を安価に提供することができる。

【００７５】また，この発明の繊維強化型積層構造体
（請求項４）は，請求項１，２または３記載の繊維強化
型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体を用
いて作製した円筒の外半径をｒ，長さをＬとしたとき，
該円筒の外半径と長さの比がｒ／Ｌ＜５となるように作
製することにより，剛性が大きくなるため，軽量でかつ
２軸応力特性などの力学特性の良い，汎用性のある繊維
強化型積層構造体を安価に提供することができる。

【００７６】また，この発明の繊維強化型積層構造体
（請求項５）は，請求項１，２または３記載の繊維強化
型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体を成
形して曲率を付与する際に，付与する曲率半径を外挿し
て球としたときの半径をｒ₀ とし，該球の直径の両端を
通って作られる任意の球の半径をｒ₁ としたとき，半径
比がｒ₀ ／ｒ₁ ＞０となるように曲率を付与することに
より，剛性が大きくなるため，軽量でかつ２軸応力特性
などの力学特性の良い，汎用性のある繊維強化型積層構
造体を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】７層，繊維配向角度θ＝７７°の積層復合構造
体を示した説明図である。

【図２】実施例１の２軸曲げ剛性における優位性の実験
結果を示した説明図ある。

【図３】実施例２の７層，繊維配向角度θ＝７７°，５
１°，２６°および９０°の積層構造体における，２軸
曲げ剛性における荷重／変位の実験結果を示した説明図
ある。

【図４】５層，６層，７層，９層の積層構造体を１ユニ
ットとした時，連続または対称，逆対称に２ユニット積
層させた板の剛性の優位性の実験結果を示した説明図で
ある。

【図５】実施例４の円筒形状および２軸曲げ試験での荷
重点の位置を示した説明図である。

【図６】実施例４の円筒形状における，積層構造体の２
軸曲げ剛性の優位性の実験結果を示した説明図である。

【図７】実施例５の曲率形状をもった形状および２軸曲
げ試験での荷重点の位置を示した説明図である。

【図８】実施例５の曲率形状を持った形状における，積
層構造体の２軸曲げ剛性の優位性の実験結果を示した説
明図である。

【図９】実施例６の円筒形状における，繊維配向角度θ
＝７７°，７層を１ユニットとし，連続または対称，逆
対称に２ユニット積層した積層構造体の２軸曲げ剛性の
優位性の実験結果を示した説明図である。

【図１０】実施例６の曲率形状における，繊維配向角度
θ＝７７°，７層を１ユニットとし，連続または対称，
逆対称に２ユニット積層した積層構造体の２軸曲げ剛性
の優位性の実験結果を示した説明図である。

【図１１】従来の繊維強化型積層構造体を示した説明図
である。

【符号の説明】

５０１，７０１，７０２，７０３ 荷重点

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の繊維シートを積層して成形した
   繊維強化型積層構造体において，前記積層した複数枚の
   繊維シートは，各々隣り合う繊維シート間の繊維配向角
   度θが，６０°＜θ＜９０°であることを特徴とする繊
   維強化型積層構造体。
2. 【請求項２】 前記積層した複数枚の繊維シートは，隣
   り合う繊維シートの繊維配向角度をθずつずらしなが
   ら，５枚以上の繊維シートを積層したものであることを
   特徴とする請求項１記載の繊維強化型積層構造体。
3. 【請求項３】 前記積層した複数枚の繊維シートを基本
   構造体とし，複数の基本構造体を対称積層，逆対称積層
   または連続積層したものであることを特徴とする請求項
   ２記載の繊維強化型積層構造体。
4. 【請求項４】 前記請求項１，２または３記載の繊維強
   化型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体を
   用いて作製した円筒が，その外半径をｒ，長さをＬとし
   たとき，外半径と長さの比がｒ／Ｌ＜５となる円筒であ
   ることを特徴とする円筒形状の繊維強化型積層構造体。
5. 【請求項５】 前記請求項１，２または３記載の繊維強
   化型積層構造体において，前記繊維強化型積層構造体を
   成形して曲率を付与する際に，前記付与する曲率半径を
   外挿して球としたときの半径をｒ₀ とし，前記球の直径
   の両端を通って作られる任意の球の半径をｒ₁ としたと
   き，半径比がｒ₀ ／ｒ₁ ＞０であることを特徴とする曲
   率を有した繊維強化型積層構造体。