JPWO2008120619A1 - 繊維強化樹脂およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

複数の単繊維２３を一方向に配列させた単繊維層２０，２１，２２を複数積層した繊維束２と、繊維束２における単繊維２３を相互に接着するための接着剤３と、を含む繊維強化樹脂であって、繊維束２は、断面がハニカム状とされていることを特徴とする、繊維強化樹脂。

Description

本発明は、ＵＤプリプレグ(一方向に繊維を配列し、その繊維に対して樹脂を含浸せしめたプリプレグ)などの繊維強化樹脂およびその製造方法に関する。

配線基板は、ＵＤプリプレグを用いて形成されている。ＵＤプリプレグは、複数の単繊維を一方向に配列させた繊維束に樹脂を含浸させたものである。一般的に、単繊維としては、断面が円形のものが使用されている。

ＵＤプリプレグにおいて、単繊維として断面が円形のものを採用した場合、隣接する単繊維どうしの接触面積が小さく、単繊維間の隙間が占める割合が大きくなる。その結果、ＵＤプリプレグにおける単繊維が占める割合を大きくするには限界がある。

そこで、本発明は、ＵＤプリプレグなどの繊維強化樹脂において、単繊維が占める割合を大きくできるように、単繊維が有する特性を繊維強化樹脂に適切に反映させることができるようにすることを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る繊維強化樹脂は、複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束と、前記複数の単繊維同士を接着するための接着剤と、を含む繊維強化樹脂である。また、前記繊維束は、前記単繊維の長手方向に直交する断面がハニカム状とされている。

また、本発明の第２の態様に係る繊維強化樹脂は、複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束と、前記複数の単繊維を相互に接着するための接着剤と、を含む繊維強化樹脂である。また、前記単繊維は、前記単繊維の長手方向に直交する方向の断面の一部に角部が形成されている。さらに、隣接する単繊維層は、一方の繊維層における単繊維の角部が、他方の単繊維層における隣接する単繊維同士の間に形成された窪みに向って突出している。

また、本発明の第３の態様に係る繊維強化樹脂は、複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束と、前記複数の単繊維同士を接着するための接着剤と、を含む繊維強化樹脂である。また、前記複数の単繊維は、隣接する単繊維同士において対向する平坦または略平坦な対向面を有している。さらに、前記単繊維は、前記単繊維の長手方向に直交する断面の外周において、前記対向面に対応する部分の辺の長さ比率は、前記単繊維の外周の３０％以上９０％以下である。

また、本発明の第４の態様に係る繊維強化樹脂の製造方法は、複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束を、加熱しながら前記単繊維層の積層方向に圧縮して圧縮繊維束を得る加熱圧縮工程を含んでいる。

また、本発明の第５の態様に繊維強化樹脂の製造方法は、複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束を、金属箔によって密封する工程と、前記金属箔によって密封した前記繊維束を不活性ガス雰囲気中にて、ガス圧を加えながら圧縮して圧縮繊維束を得る圧縮工程と、を含んでいる。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂の一例であるＵＤプリプレグを示す全体斜視図である。 図１に示したＵＤプリプレグの要部を示す断面図である。 図１に示したＵＤプリプレグにおける繊維束の要部を拡大して示した断面図である。 図１に示したＵＤプリプレグを製造するための装置の概略構成を示す模式図である。 図５Ａは加熱圧縮する前の繊維束の断面を示すものであり、図５Ｂは加熱圧縮後の繊維束の断面を示すであり、図５Ｃは加熱圧縮後に単繊維間に隙間を形成した繊維束の断面図である。 本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂の他の例である直交ＵＤプリプレグを説明するための分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂の他の例である織布を用いたプリプレグシートを説明するための断面図である。 図８Ａは金属箔を巻いた繊維束の拡大断面図であり、図８Ｂは金属箔内を真空にした繊維束の拡大断面図である。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂は、電子部品を実装するための配線基板、飛行機又は船などのボディ、テニス又はバトミントンのラケット、釣り竿、あるいはゴルフクラブのシャフトなどに使用されるものである。本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂は、単繊維および接着剤を含むものであるが、その用途に応じて、単繊維および接着剤などに関する詳細が設定される。

以下においては、主として配線基板を形成するのに適合した繊維強化樹脂について説明する。

図１および図２に示したＵＤプリプレグ１は、繊維強化樹脂の一例に相当するものであり、繊維束２と接着剤３とを含んでいる。

図２および図３に示したように、繊維束２は、３つの単繊維層２０，２１，２２を積層したものであり、断面がハニカム状（Honeycomb like structure）とされている。かかる繊維束２の断面は、その断面の少なくとも一部が、ハニカム状であればよい。また、ＵＤプリプレグ１における繊維束２の体積比率は、たとえば７０％以上９０％以下とされている。なお、断面は、後述する単繊維の長手方向に直交する断面方向のものとする。また、ハニカム状とは、単繊維２３の断面が、四角形、五角形又は六角形等を含む多角形に形成されており、繊維束２中において単繊維２３同士の間の接着剤３の量を少なくするために、単繊維２３が高密度となるように複数集合したものをいう。ここで、ハニカム状と表現したのは、繊維束２の断面構造が、単繊維２３の断面を蜂の巣の穴に見立て、接着剤３を蜂の巣の穴を取り囲む壁に見立てたとき、蜂の巣に類似しているためである。

複数の単繊維層２０〜２２は、複数の単繊維２３を一方向に配列させたものである。複数の繊維層２３は、断面が多角形状または略多角形状とされている。複数の単繊維層２０〜２２は、断面形状において五角形または略五角形の単繊維２３を含む最外層２０，２１と、断面形状において六角形または略六角形の単繊維２３を含む中間層２２と、を有している。なお、複数の単繊維層における主面又は他主面の少なくとも一方に位置する単繊維層としては、最外層２０，２１とし、複数の単繊維層における主面及び他主面に位置する単繊維同士の間に介在される単繊維層としては、中間層２２とする。

ＵＤプリプレグ１において、最外層２０，２１を五角形（略五角形）の単繊維２３を含むものとし、中間層２２を六角形（略六角形）の単繊維２３を含むものとすれば、繊維束２の表面を平坦化しつつ、繊維束２の断面において隙間の小さくなるように単繊維２３を配列することができるため、繊維束が占める割合を大きく確保することが可能となる。

単繊維２３は、たとえば断面積が７．８５×１０−５ｍｍ２以上７．０７×１０−４ｍｍ２以下（断面積に相当する円の直径として、たとえば５μｍ以上１５μｍ以下）とされており、接着剤３よりも熱膨張率の低い材料により形成されている。単繊維の長手方向の熱膨張率は、たとえば−１０ｐｐｍ／℃以上５ｐｐｍ／℃以下とされている。また単繊維は、単繊維の長手方向に直交する断面方向の熱膨張率が５０ｐｐｍ／℃以上１００ｐｐｍ／℃以下とされている。

単繊維２０としては、たとえば全芳香族ポリエステル樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール樹脂又は液晶ポリマー樹脂を主成分とする有機繊維、あるいはＳガラスやＴガラスなどの無機繊維を使用することができる。なお、ここで液晶ポリマー樹脂とは、溶融状態あるいは溶液状態において、液晶性を示すポリマーあるいは光学的に複屈折性を示すポリマーを指し、一般に溶液状態で液晶性を示すリオトロピック液晶ポリマー又は溶融時に液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマー、あるいは、熱変形温度で分類される１型，２型，３型すべての液晶ポリマーを含むものである。

複数の単繊維２３のうちの大部分は、図３に示すように、断面形状において角部２４，２５および対向面２６を有している。

角部２４（２５）は、曲率半径が０．１μｍ以上３μｍ以下の曲面により規定されていることが好ましい。角部の曲率半径を０．１μｍ以上とすることで、角部の先端に亀裂が発生するのを抑制し、単繊維が破壊されるのを防止することができる。また、角部の曲率半径を３μｍ以下とすることで、単繊維間の隙間を十分に少なくすることができ、プリプレグにおける単繊維の密度を高め、単繊維の有する特性を効果的に発揮させることができる。

単繊維２３の角部２４，２５は、互いに隣接する単繊維層２０〜２２の断面において、一方の単繊維層２０，２１（２２）における単繊維２３の角部２４（２５）が、他方の単繊維層２２（２０，２１）における隣接する単繊維２３同士の間に形成された窪みＤに向って突出している。これにより、繊維束２の断面において隙間の小さくなるように単繊維２３を配列することができるため、ＵＤプリプレグ１において繊維束２が占める割合を大きく確保することが可能となる。すなわち、単繊維の内周に沿った大きさの円を三つ仮想して、これら三つの円同士をお互い接するように配置して囲まれた領域を想定する。この想定した領域の少なくとも一部を、単繊維の角部が占有することで、繊維束２の断面において単繊維同士の間の隙間を小さくすることができ、ＵＤプリプレグ１において繊維束２が占める割合を大きくすることができる。

対向面２６は、隣接する単繊維２３に対面するものであり、平坦または略平坦な面とされている。対向面２６は、単繊維２３の断面における外周において、単繊維２３の全周に対して３０％以上９５％以下の割合を占めていることが好ましい。対向面２６を単繊維の全周に対して３０％以上とすることで、プリプレグにおける単繊維の密度を高め、単繊維の有する特性を効果的に発揮させることができる。また、対向面２６を単繊維の全周に対して９５％以下とすることで、かかる単繊維を作製する際に、必要以上に単繊維に印加される圧力が大きくなるのを抑制し、単繊維が破壊されるのを防止することができる。このような対向面２６を有するものとすれば、横並びする単繊維２３同士の間に無駄な隙間が形成されることもないので、ＵＤプリプレグ１において、繊維束２が占める割合を大きく確保することが可能となる。

接着剤３は、繊維束２における単繊維２３を相互に接着するためのものであり、隣接する単繊維２３同士の間に介在している。この接着材３は、たとえば熱膨張率が２０ｐｐｍ／℃以下６０ｐｐｍ／℃以上とされている。このような熱膨張率を有する接着剤３としては、エポキシ樹脂に非金属無機フィラー（たとえば球状シリカ）を２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下含有させたものを使用することができる。

単繊維２３および接着剤３の熱膨張率は、ＪＩＳ Ｋ７１９７に準拠して測定した値であり、たとえば「ＳＳＣ／５２００」（セイコーインスツルメンツ社製）を用いて測定することができる。

ＵＤプリプレグ１では、繊維束２の断面がハニカム状とされており、繊維束２における隣接する単繊維２３間の隙間が小さくなるように単繊維２３が配列されている。その結果、ＵＤプリプレグ１では、全体における繊維束２が占める割合（体積基準）を、繊維束の長手方向に直交する方向の断面が、円形の単繊維を用いた場合に得ることのできない７０％以上９０％以下の範囲とすることが可能となる。これにより、ＵＤプリプレグ１において、単繊維２３が有する特性を十分に反映させることができるようになる。

より具体的には、ＵＤプリプレグ１において、単繊維２３を接着剤３よりも熱膨張率の低い材料により形成すれば、単繊維２３が有する低熱膨張という特性をＵＤプリプレグ１に反映させ、ＵＤプリプレグ１を低熱膨張化させることができる。単繊維２３における長手方向の熱膨張率を−１０ｐｐｍ／℃以上５ｐｐｍ／℃以下とし、接着剤３の熱膨張率を２０ｐｐｍ／℃以上６０ｐｐｍ／℃以下とすれば、ＵＤプリプレグ１の熱膨張率を半導体素子などの電子部品の母材として使用されているシリカの熱膨張率に近づけることができる。その結果、ＵＤプリプレグ１では、電子部品との熱膨張率の差の小さい配線基板を提供することが可能となる。これにより、配線基板に電子部品を実装して電子部品を駆動した場合に、配線基板と電子部品との間に作用する熱応力を小さくできるために、電子部品の接続安定性および信頼性を向上させることが可能となる。

次に、ＵＤプリプレグ１の製造方法を、図４に示したＵＤプリプレグ製造装置４を参照しつつ説明する。

ＵＤプリプレグ製造装置４は、繊維束供給ロール４０、加熱圧縮機構４１、樹脂浸透槽４２、加熱機構４３および巻き取りローラ４４を備えている。

繊維束供給ロール４０は、繊維束４５を巻き付けたものである。この繊維束供給ローラ４０に巻き付けられた繊維束４５は、図５Ａに示したように断面形状が円形の単繊維４５Ａａ，４５Ｂａ，４５Ｃａからなる単繊維層４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを３層に積層したものである。

図４に示した繊維束供給ロール４０の繊維束４５は、ガイド４６，４７によって加熱圧縮機構４１に導かれる。

加熱圧縮機構４１は、繊維束４５を加熱しつつ圧縮して繊維束４５における単繊維４５Ａａ，４５Ｂａ，４５Ｃａを変形させるためのものである。この加熱圧縮機構４１は、一対の加圧ローラ４１Ａ，４１Ｂを含んでいる。一対の加熱ローラ４１Ａ，４１Ｂは、これらのローラ４１Ａ，４１Ｂの間を繊維束４５が通過する際に加圧するためのものである。繊維束４５に付与すべき加圧力は、一対の加圧ローラ４１Ａ，４１Ｂの間の距離やこれらの加圧ローラ４１Ａ，４１Ｂの表面素材（表面硬度）などにより調整することができ、１０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下とされることが好ましい。繊維束４５に対する圧力を１０ＭＰａ以上とすることで、繊維束を十分に押圧し、繊維束を変形させることができる。また、繊維束４５に対する圧力を３００ＭＰａ以下とすることで、繊維束に必要以上に圧力が印加され、繊維束が破壊されるのを抑制することができる。

加熱圧縮機構４１における繊維束４５の加熱は、加熱ローラ４１Ａ，４１Ｂの内部にヒータを組み込んでおき、一対の加圧ローラ４１Ａ，４１Ｂの間を通過する際に行なうようになされている。加熱圧縮機構４１における加熱温度は、繊維束４５における単繊維の組成、太さおよび所望する繊維束４５の圧縮率により決定すればよいが、好ましくは繊維束４５（単繊維４５Ａａ，４５Ｂａ，４５Ｃａ）が軟化し、かつ溶融しない温度たとえば７０℃以上４５０℃以下の範囲とされる。もちろん、繊維束４５の加熱は、必ずしも加圧ローラ４１Ａ，４１Ｂによって行なう必要はなく、加熱圧縮機構４１の内部に設けたヒータを用いて行なってもよい。

一対の加圧ローラ４１Ａ，４１Ｂを通過した後の圧縮繊維束としての繊維束４７(図５Ｂ参照)は、これらの加圧ローラ４１Ａ，４１Ｂを通過する前の繊維束４５（図５Ａ参照）に比較して圧縮変形されている。図５Ｂに示したように、繊維束４７の厚みＴ２は、たとえば繊維束４５の厚みＴ１に対して６５％以上９５％以下とされることが好ましい。厚みＴ１に対する厚みＴ２を６５％以上とすることで、繊維束が印加される圧力によって、繊維束が破壊されるのを抑制することができる。また、厚みＴ１に対する厚みＴ２を９５％以下とすることで、プリプレグにおける単繊維の密度を高め、単繊維の有する特性を効果的に発揮させることができる。

このようにして繊維束４５を加熱圧縮させた場合には、単繊維４５Ａａ，４５Ｂａ，４５Ｃａが互いに押圧しあいながら隙間が小さくなるように変形する。その結果、繊維束４７は隣接する単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａの間に対向面２６が形成されて密着させられているとともに、積層方向（図の上下方向）に隣接する単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａに角部２４，２５が形成されて互いに密着させられる。これにより、繊維束４７は、隙間が殆どない状態で単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａが配列されることとなる。

加熱圧縮機構４１において圧縮変形させられた繊維束４７は、樹脂浸透槽４２に供給される。この樹脂浸透槽４２は、繊維束４７同士の間に浸入させるべき樹脂ワニス４２Ａを収容したものである。この樹脂浸透槽４２に対しては、駆動ローラ４８Ａ，４８Ｂから垂れ下がった状態の繊維束４７が供給される。このようにして駆動ローラ４８Ａ，４８Ｂから垂れ下がった状態とすれば、繊維束４７にテンションが殆ど作用せずに、Ｕ字状に折り曲げられる。その結果、繊維束４７が樹脂浸透槽４２を通過する際には、図５Ｃに示したように繊維束４７の単繊維間に隙間が形成され、この隙間に樹脂を浸入する。

また、他の繊維束４７の形成方法としては、予め単繊維同士の間に、例えば厚みが０．２μｍ以上４μｍ以下の樹脂層を介在させ、樹脂層の介在した単繊維を加熱圧縮する方法がある。樹脂層の厚みを０．２μｍ以上とすることで、溶融した樹脂層の一部が単繊維間に十分に浸入し、単繊維同士を効果的に接着させることができる。また、樹脂層の厚みを４μｍ以下とすることで、溶融した樹脂層の一部が必要以上に単繊維間に浸入するのを抑制することができる。その結果、単繊維間の距離が大きくなりすぎることで、単繊維同士が押圧しにくくなり、単繊維が圧縮変形しなくなるのを抑制することができ、十分に単繊維を変形させることができる。

樹脂を浸透させた繊維束４７は、加熱機構４３を通過する。この加熱機構４３においては、繊維束４７が加熱されるため、繊維束４７に浸透した樹脂ワニス４２Ａに含まれる溶剤が蒸発させられ、帯状のプリプレグ４９とされる。このプリプレグ４９は、巻取りローラ４４において巻き取られた後、所望の大きさのシート状に裁断されて、配線基板などを製造するために使用される。

以上に説明したＵＤプリプレグの製造方法では、繊維束４５を加熱しながら圧縮変形させるため、繊維束４７は隣接する単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａどうしが密着し、隙間が極力小さくなるように変形する。その結果、繊維束４７は、隙間の小さな状態とされ、単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａが占める割合の大きなＵＤプリプレグ９を得ることができる。

また、圧縮された繊維束４７の間に隙間を形成し、この隙間に樹脂ワニス４２Ａを浸入させるようにすれば、繊維束４７の単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａの間に樹脂ワニス４３Ａを適切に浸入させ、単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａを相互に適切に接着することができる。このとき、わずかに形成される隙間に樹脂ワニス４２Ａが含浸させられるとともに樹脂ワニス４２Ａの溶剤が蒸発させられるため、繊維束４７に浸入・付着した樹脂の量は極めて少なくなる。その結果、樹脂ワニス４２Ａを蒸発させた後のプリプレグ４９は、単繊維が占める割合の大きなものとなる。したがって、単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａが有する特性を適切に反映させたプリプレグ４９を得ることができる。

本発明は、上述した実施の形態には限定されない。たとえば、圧縮変形させた繊維束４７に樹脂を浸入させる工程は、繊維束４５を加熱圧縮する工程とは別の装置を用いて行なってもよく、圧縮変形させた繊維束４７の単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａ間に隙間を形成する方法として、たとえば振動を与える方法などの他の方法を採用することもできる。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂は、図６に示したように、２枚のＵＤプリプレグ１を、それらの繊維束２の軸方向が互いに直交するように接合し、直交ＵＤプリプレグ５として構成することもできる。

本発明はさらに、図７に示したように、織布プリプレグ６において、織布６０を構成する繊維束についても適用することができる。

本発明の実施形態に係るＵＤプリプレグ１は、上述したように、ＵＤプリプレグ製造装置４を用いて作製されるものに限定されず、後述する方法を用いて作製することが可能である。

繊維強化樹脂の製造方法を、図８Ａ、図８Ｂを参照して説明する。

まず、繊維束４５を、図８Ａに示したように、例えば銅やアルミニウム等から成り、厚さが０．０５ｍｍ程度の金属箔４９で巻いて、繊維束４５を外気から遮断する。かかる繊維束４５は、断面形状が円形の単繊維４５Ａａ，４５Ｂａ，４５Ｃａからなる単繊維層４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを３層に積層したものである。かかる繊維束４５には、未硬化の樹脂４８が含浸されている。

繊維束４５を含浸する樹脂４８の体積比率は、繊維束４５及び樹脂４８を含む体積の４０％以下であることが好ましい。樹脂４８の体積比率が４０％以下であれば、繊維束４５にガス圧を加えたとき、単繊維に伝わるガス圧を樹脂４８が緩和しにくいため、単繊維４５Ａａ，４５Ｂａ，４５Ｃａを十分に変形することができる。

その繊維束４５を、金属箔４９によって密封する方法について説明する。具体的には、繊維束４５を二枚の金属箔４９で挟み、金属箔４９の端部を二回以上折り返して、折り返した部分をプレスしてかしめる。かしめる箇所は、例えば耐熱性シール材、半田付け又はロウ付け、あるいは溶接することによって接合するこができる。

次に、図８Ｂに示すように、金属箔４９の内部を真空にする。内部を真空にするには、金属箔を接合する際に、金属箔の端部の一部分を接合せずに、その接合しない箇所にパイプを溶接する。そして、このパイプから金属箔４９の内部の空気を抜き出して、その内部を真空にすることができる。さらに、金属箔４９の内部が真空の状態のまま、パイプをプレス機で潰して取り除き、取り除いた箇所を溶接する。なお、繊維束４５を、金属箔４９によって密封する方法のなかでも、特に、電子ビーム溶接法を用いることが好ましい。電子ビーム溶接法は、金属箔４９の内部を真空にした状態で溶接できるため、作業が容易となるメリットがある。

後述するように、金属箔４９に対してガス圧を加える場合、繊維束４５を金属箔４９によって密封していないと、金属箔４９内に不活性ガスが混入し、さらに繊維束４５に含浸された未硬化の樹脂４８に不活性ガスが浸入する。樹脂４８に不活性ガスが浸入した状態で、金属箔４９にガス圧が加えられると、樹脂４８に混入したガスの圧力によって繊維束４５の一部が変形する虞がある。また、作製後のＵＤプリプレグの内部から徐々にガスが放出されることがあり、かかるＵＤプリプレグを使用した配線基板内にガスが溜まることがある。その結果、配線基板内のガスが熱によって膨張したりして、配線基板が湾曲する虞がある。本発明の実施形態に係る製造方法によれば、繊維束４５を金属箔４９によって密封していることによって、繊維束４５に含浸された樹脂４８に、不活性ガスが浸入するのを抑制することができる。

次に、繊維束４５を含む金属箔４９を、例えばアルゴンガス又は窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中に載置し、金属箔４９にガス圧を加えながら繊維束を十分に押圧し、繊維束を変形させることができる。ガス圧は、５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下とされることが好ましい。金属箔４９に対するガス圧を５０ＭＰａ以上とすることで、金属箔４９を十分に圧縮して、金属箔４９内の繊維束４５を変形させることができる。また、金属箔４９に対する圧力を３００ＭＰａ以下とすることで、金属箔４９に必要以上に圧力を加えることがなく、金属箔４９内の繊維束４５が破壊されるのを抑制することができる。

さらに、金属箔４９に対してガス圧を加えるとともに、１００度以上４５０度以下の熱を加えることが好ましい。金属箔４９に対して１００度以上の熱を加えることで、熱が金属箔４９から繊維束４５に含浸された樹脂４８にまで伝導し、樹脂４８を硬化させることができ、変形した繊維束を変形した状態のまま硬化した樹脂４８によって固定することができる。また、金属箔４９に対して４５０度以下の熱を加えることで、繊維束が軟化し、かつ溶融することがないため、変形した繊維束の形状を維持することができる。なお、金属箔４９に対してガス圧と熱を加える時間は、例えば３０分以上１２０分以下に設定されている。そして、金属箔４９を室温まで冷却し、ＵＤプリプレグ１を作製することができる。また、金属箔４９に複数の繊維束４５を含めて、繊維束４５同士が接触しないように金属箔４９を折り返すし、上述した方法によって、一度に複数のＵＤプリプレグ１を作製することができ、生産性を向上させることができる。

このようにして、繊維束４５にガス圧を加えた場合には、繊維束４５Ａａ，４５Ｂａ，４５Ｃａが互いに押圧しあいながら隙間が小さくなるように変形する。これにより、繊維束４７は、隙間が殆どない状態で単繊維４７Ａａ，４７Ｂａ，４７Ｃａが配列されることとなり、本発明に係る繊維強化樹脂を製造することができる。

なお、上述したガス圧による繊維強化樹脂の製造方法では、予め繊維束４５に未硬化の樹脂４８を含浸させた状態で、金属箔４９にガス圧を加えたが、繊維束４５に樹脂４８を含浸させずに、金属箔４９にガス圧を加えて、繊維束４５を変形させても構わない。

また、金属箔４９に代えて、金属箔４９と同様材料から成る枠体を用いて、繊維強化樹脂を作製することもできる。具体的には、枠体中に繊維束４５を配置し、その枠体の上下にステンレス板をはり合わせる。そして、ステンレス板を、例えば電子ビーム溶接法によって、枠体に溶接し、繊維束４５をステンレス板と枠体によって密封する。さらに、繊維束４５を密封した状態で、ガス圧を加えることによって、ステンレス板が変形して繊維束４５を押圧し、繊維束を変形される。この結果、上述した金属箔を用いた方法と同様に、繊維強化樹脂を作製することができる。

Claims (20)

1. 複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束と、
   前記複数の単繊維同士を接着するための接着剤と、
   を含む繊維強化樹脂であって、
   前記繊維束は、前記単繊維の長手方向に直交する断面がハニカム状とされていることを特徴とする、繊維強化樹脂。
2. 前記単繊維は、前記単繊維の長手方向に直交する断面が多角形状または略多角形状とされている、請求項１に記載の繊維強化樹脂。
3. 前記複数の単繊維層における主面又は他主面の少なくとも一方に位置する単繊維層は、前記単繊維の長手方向に直交する断面が五角形状または略五角形状であり、
   前記複数の単繊維層における前記主面及び他主面に位置する単繊維層同士の間に介在される単繊維層は、前記単繊維の長手方向に直交する断面が六角形状または略六角形状である、請求項２に記載の繊維強化樹脂。
4. 前記単繊維は、前記単繊維の長手方向に直交する断面の外周の一部に角部が形成されている、請求項１に記載の繊維強化樹脂。
5. 隣接する単繊維層は、一方の単繊維層における単繊維の角部が、他方の単繊維層における隣接する単繊維同士の間に形成された窪みに向って突出している、請求項４に記載の繊維強化樹脂。
6. 前記一方の単繊維層における単繊維と、前記他方の単繊維層における隣接する単繊維同士によって囲まれる領域は、前記単繊維の内周に沿った大きさの円を三つ仮想し、前記三つの円同士を接するように配置して囲う仮想領域よりも小さい、請求項５に記載の繊維強化樹脂。
7. 前記角部は、曲率半径が０．１μｍ以上３μｍ以下の曲面により規定されている、請求項４に記載の繊維強化樹脂。
8. 前記複数の単繊維は、隣接する単繊維同士において対向する平坦または略平坦な対向面を有しており、
   前記単繊維の長手方向に直交する断面の外周において、前記対向面に対応する部分の辺の長さ比率は、前記単繊維の外周の３０％以上９５％以下である、請求項１に記載の繊維強化樹脂。
9. 前記単繊維は、前記接着剤よりも熱膨張率の低い材料から成る、請求項１に記載の繊維強化樹脂。
10. 複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束と、
    前記複数の単繊維同士を接着するための接着剤と、
    を含む繊維強化樹脂であって、
    前記単繊維は、前記単繊維の長手方向に直交する断面の外周の一部に角部が形成されており、
    隣接する単繊維層は、一方の単繊維層における単繊維の角部が、他方の単繊維層における隣接する単繊維同士の間に形成された窪みに向って突出していることを特徴とする、繊維強化樹脂。
11. 前記一方の単繊維層における単繊維と、前記他方の単繊維層における隣接する単繊維同士によって囲まれる領域は、前記単繊維の内周に沿った大きさの円を三つ仮想し、前記三つの円同士を接するように配置して囲う仮想領域よりも小さい、請求項１０に記載の繊維強化樹脂。
12. 前記単繊維は、前記接着剤よりも熱膨張率の低い材料から成る、請求項１０に記載の繊維強化樹脂。
13. 複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束と、
    前記複数の単繊維同士を接着するための接着剤と、
    を含む繊維強化樹脂であって、
    前記複数の単繊維は、隣接する単繊維同士において対向する平坦または略平坦な対向面を有しており、
    前記単繊維の長手方向に直交する断面の外周において、前記対向面に対応する部分の辺の長さ比率は、前記単繊維の外周の３０％以上９５％以下であることを特徴とする、繊維強化樹脂。
14. 前記単繊維は、前記接着剤よりも熱膨張率の低い材料から成る、請求項１３に記載の繊維強化樹脂。
15. 複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束を、加熱しながら前記単繊維層の積層方向に圧縮して圧縮繊維束を得る加熱圧縮工程を含んでいることを特徴とする、繊維強化樹脂の製造方法。
16. 前記加熱圧縮工程は、前記繊維束の厚みに対する前記圧縮繊維束の厚みの比率が６５％以上９５％以下となるように行なわれる、請求項１５に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
17. 前記加熱圧縮工程は、前記繊維束の単繊維が軟化し、かつ溶融しない温度において行なわれる、請求項１６に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
18. 前記圧縮繊維束の間に隙間を形成し、この隙間に樹脂を浸入させる工程をさらに含んでいる、請求項１５に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
19. 前記繊維束における単繊維は、前記単繊維の長手方向に直交する断面が円形または略円形のものである、請求項１５に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
20. 複数の単繊維を一方向に配列させた単繊維層を複数積層した繊維束を、金属箔によって密封する工程と、
    前記金属箔によって密封した前記繊維束を不活性ガス雰囲気中にて、ガス圧を加えながら圧縮して圧縮繊維束を得る圧縮工程と、
    を含んでいることを特徴とする、繊維強化樹脂の製造方法。

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