WO2018117180A1 - 構造体及びその製造方法 - Google Patents

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resin
fiber
reinforcing
reinforcing fiber
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聖 藤岡
武部　佳樹
本間　雅登
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東レ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a structure having a chevron shape and having a resin, reinforcing fibers, and voids, and a method for manufacturing the structure.
  • Patent Document 1 a structure obtained by laminating materials in which reinforcing fibers are oriented in one direction made of continuous fibers has been studied.
  • Patent Document 2 a structure in which voids are formed by foaming of a foamable resin and a structure in which reinforcing fibers are removed after molding to form voids have been studied.
  • Patent Document 4 a structure that uses a non-woven mat made of reinforcing fibers and uses a spring back (restoring force) of the mat to form a void has been studied.
  • a non-woven mat springback that exhibits relatively high mechanical properties is inferior in terms of lightness, and is inferior in mechanical properties when attempting to improve lightness.
  • an object of the present invention is to provide a structure having a mountain shape that is excellent in rigidity and lightness.
  • the present invention is the following (1).
  • (1) A structure having a resin, a reinforcing fiber, and a void, When the bending elastic modulus is Ec and the density is ⁇ , the specific bending rigidity expressed as Ec 1/3 ⁇ ⁇ ⁇ 1 is 2.5 or more, A structure characterized by having a side surface having a chevron shape.
  • the structure according to the present invention can provide a structure having a mountain shape that is excellent in rigidity and lightness.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of the structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a structure according to another example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic side view of a structure according to another example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an enlarged cross-sectional structure of the structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a dispersion state of reinforcing fibers in the reinforcing fiber mat used in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of the structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a structure according to another example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure of the structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the concentric homogeneity of the structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the radiation homogeneity of the structure according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a structure according to another example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of a reinforcing fiber mat manufacturing apparatus.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing a structure 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a top view of the structure 1
  • FIG. FIG. 1A the structure 1 according to the embodiment of the present invention has a mountain shape. Specifically, it has a circular upper surface portion 2 and a frustoconical side surface portion 3 in contact with the outer periphery of the upper surface portion 2.
  • the upper surface portion 2 and the side surface portion 3 have a predetermined thickness, and the space surrounded by the upper surface portion 2 and the side surface portion 3 is a cavity.
  • the “mountain shape” may be any shape that has a certain slope from the center of the structure toward the outside of the structure, for example, a cone or a frustum.
  • the side surface portion 3 is continuously formed from the entire outer periphery of the vertex 4 (see FIG. 4A) or the upper surface portion 2 (see FIG. 1A).
  • the length from the upper surface part 2 (or vertex 4) of the side part 3 to an other end is not specifically limited, It is preferable that it is the same from a viewpoint of the balance of a shape.
  • the length of the side surface portion 3 from the upper surface portion 2 (or vertex 4) of the side surface portion 3 to the other end may be partially different, but the shortest portion is the longest portion.
  • the length is preferably 30% or more, more preferably 50% or more (see FIG. 1 (d)).
  • the chevron shape in the structure of the present invention is not limited to the truncated cone shape shown in the structure 1, but a hemispherical trapezoidal shape, a polygonal frustum shape, or a conical shape, hemispherical shape, a polygonal pyramid shape having no upper surface portion
  • the shape selected from may be sufficient. If the shape of the bottom is a circle, the shape of the chevron is a cone or a truncated cone, and if the shape of the bottom is a polygon such as a triangle, square, or hexagon, the shape of the chevron is a polygonal pyramid or a truncated cone It becomes.
  • the chevron shape is preferably a polygonal pyramid shape or a polygonal frustum shape having a corner, and a regular polygonal pyramid shape or a regular polygonal frustum shape whose bottom is a regular polygon that is axisymmetric
  • the shape is more preferable.
  • the mountain shape is selected from a conical shape, a truncated cone shape, a hemispherical shape, or a hemispherical trapezoid shape in which a point-symmetrical circle is the bottom surface of the structure.
  • the shape shown in FIG. 3 may be sufficient as the structure of this invention.
  • the structure 1 ⁇ / b> A includes a flange portion 10 extending from the side surface portion 3 in addition to the upper surface portion 2 and the side surface portion 3.
  • the shape of the bottom surface of the side surface portion 3 is a circle
  • the shape of the bottom surface of the flange portion 10 is an octagon
  • the shape of the bottom surface of the flange portion 10 is circular. .
  • the “bottom surface of the structure” means, for example, in the structure 1 of the first embodiment, as shown in FIG.
  • the vertical projection plane of the side surface portion 3 of the structure 1 (the plane that is perpendicular to the horizontal projection plane and has the maximum area) so that the area when observed from the height direction (upper surface) is maximized.
  • 1 is the ground surface of the structure 1 and the floor surface when the center of gravity 5 is on the floor surface side, and is the lower surface (bottom surface) of FIG.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of the structure 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the shape (cross-sectional shape) of the structure of the present invention is S1 as the area of the vertical projection plane of the structure 1, and as shown in FIG.
  • S1 the area of the vertical projection plane of the structure 1
  • S2 the area of a triangle formed by the apex 4 and the bottom surface of the vertical projection plane
  • S1 / S2 it is desirable that the ratio of S1 and S2 (S1 / S2) is 0.3 to 1.7.
  • it is preferably 0.5 to 1.6, and more preferably 0.8 to 1.5.
  • vertex 4 of the vertical projection plane of the structure means a vertical line connecting the bottom surface to the bottom surface 5 of the vertical projection plane in the vertical projection plane (mountain-shaped cross section) as shown in FIG. It is an intersection (vertex 4) between S and the highest position of the structure 1.
  • An area of a triangle connecting the vertex 4 and both ends of the bottom is defined as S2.
  • the cross-sectional shape in the direction of the side surface of the mountain shape includes (a) a triangle, (b) a trapezoid, and the like.
  • the hypotenuse of the mountain shape is not limited to a straight line, and may be a curve. If the curve has a bulge on the upper side, it becomes a semicircle as shown in FIG. 4C, and if the curve has a bulge on the lower side.
  • a shape as shown in FIG. Further, if the line has a plurality of vertices on the hypotenuse, a shape as shown in FIG. At this time, it does not necessarily have line symmetry, and the shape as shown in FIG. 4 (f) is also a kind of cross-sectional shape of a mountain shape.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional enlarged structure of the structure 1 according to the present invention.
  • the structure 1 according to the present invention includes a resin 6, reinforcing fibers 7, and voids 8.
  • the resin 6 include a thermoplastic resin and a thermosetting resin.
  • a thermosetting resin and a thermoplastic resin may be blended.
  • the resin 6 preferably contains at least one kind of thermoplastic resin.
  • Thermoplastic resins include “polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), polyesters such as liquid crystal polyester, polyethylene (PE), polypropylene (PP) , Polyolefins such as polybutylene, polyarylene sulfides such as polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), polyphenylene sulfide (PPS), polyketone (PK), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), poly Crystalline resins such as fluorinated resins such as ether ketone ketone (PEKK), polyether nitrile (PEN), polytetrafluoroethylene, and liquid crystal polymer (LCP); , Polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (P
  • polyolefin is desirable from the viewpoint of light weight of the resulting structure 1
  • polyamide is desirable from the viewpoint of strength
  • amorphous resin such as polycarbonate and styrene resin is desirable from the viewpoint of surface appearance
  • heat resistant From the viewpoint
  • polyarylene sulfide is desirable
  • polyether ether ketone is desirable from the viewpoint of continuous use temperature
  • fluorine resin is desirably used from the viewpoint of chemical resistance.
  • the resin 6 desirably includes at least one kind of thermosetting resin.
  • Thermosetting resins include unsaturated polyesters, vinyl esters, epoxy resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, thermosetting polyimides, copolymers thereof, modified products, and resins obtained by blending at least two of these. Can be illustrated.
  • the structure which concerns on this invention contains impact resistance improvers, such as an elastomer or a rubber component, another filler and an additive as one of the components of the resin 6 in the range which does not impair the objective of this invention. May be.
  • fillers and additives include inorganic fillers, flame retardants, conductivity imparting agents, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration damping agents, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, and coloring inhibitors. , Heat stabilizers, mold release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants, pigments, dyes, foaming agents, antifoaming agents, or coupling agents.
  • the structure 1 of the present invention preferably satisfies the following (1) to (3) when the volume content of the structure 1 is 100% by volume.
  • the volume content of the resin 6 is 2.5 to 85% by volume.
  • the volume content of the reinforcing fiber 7 is 0.5 to 55% by volume.
  • the volume content of the void 8 is 10 to 97% by volume.
  • the volume content of the resin 6 when the volume content of the structure 1 is 100% by volume is preferably in the range of 2.5% by volume to 85% by volume.
  • the volume content of the resin 6 is 2.5% by volume or more, the reinforcing fibers in the structure 1 can be bound together, and the reinforcing effect of the reinforcing fibers 7 can be made sufficient. It is desirable because it can satisfy the mechanical properties, particularly the flexural modulus.
  • the volume content of the resin 6 is 85% by volume or less, it is preferable because the formation of the voids 8 is not inhibited.
  • the structure 1 of the present invention includes reinforcing fibers 7.
  • the reinforcing fibers 7 include metal fibers such as aluminum, brass, and stainless steel, PAN-based, rayon-based, lignin-based, pitch-based carbon fibers, graphite fibers, insulating fibers such as glass, aramid, PBO, polyphenylene sulfide, and polyester. Examples thereof include organic fibers such as acrylic, nylon and polyethylene, and inorganic fibers such as silicon carbide and silicon nitride. Moreover, the surface treatment may be given to these fibers.
  • Examples of the surface treatment include a treatment with a coupling agent, a treatment with a sizing agent, a treatment with a bundling agent, and an adhesion treatment of an additive in addition to a treatment for depositing a metal as a conductor.
  • these fibers may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • PAN-based, pitch-based and rayon-based carbon fibers that are excellent in specific strength and specific rigidity are preferably used from the viewpoint of weight reduction effect.
  • glass fibers are desirably used, and in particular, it is desirable to use carbon fibers and glass fibers in combination from the balance between mechanical properties and economy.
  • aramid fibers are preferably used from the viewpoint of improving the impact absorbability and formability of the resulting structure 1, and in particular, carbon fibers and aramid fibers may be used in combination from the balance between mechanical properties and impact absorbability. desirable.
  • a metal fiber made of a conductive metal or a reinforcing fiber coated with a metal such as nickel, copper, or ytterbium can also be used.
  • reinforcing fibers selected from the group consisting of metal fibers having excellent mechanical properties such as strength and elastic modulus, pitch-based carbon fibers, and PAN-based carbon fibers can be more desirably used.
  • the reinforcing fibers 7 are discontinuous and are randomly dispersed in the structure 1. More preferably, the dispersed state is substantially monofilament.
  • substantially monofilament means that the reinforcing fiber single yarn is present in less than 500 fineness strands. More desirably, it is dispersed as a monofilament, that is, as a single yarn.
  • substantially monofilament-shaped or dispersed in a monofilament form means a ratio of single fibers having a two-dimensional contact angle of 1 ° or more with respect to the reinforcing fibers 7 arbitrarily selected in the structure 1 (
  • the fiber dispersion ratio is 80% or more, in other words, in the structure 1, two or more of the single fibers are in contact with each other and the bundle in parallel is less than 20%. Therefore, it is particularly preferable that the mass fraction of the fiber bundle having at least 100 filaments in the reinforcing fiber 7 corresponds to 100%.
  • the reinforcing fibers 7 are randomly dispersed.
  • that the reinforcing fibers 7 are randomly dispersed means that the arithmetic average value of the two-dimensional orientation angle of the arbitrarily selected reinforcing fibers 7 in the structure 1 is within a range of 30 ° or more and 60 ° or less.
  • Such a two-dimensional orientation angle is an angle formed by a single fiber of the reinforcing fiber 7 and a single fiber intersecting with this single fiber, and among the angles formed by the intersecting single fibers, 0 ° or more, It is defined as the angle on the acute angle side within the range of 90 ° or less.
  • FIG. 6A and 6B are schematic views showing an example of a dispersion state of reinforcing fibers in the reinforcing fiber mat used in the present invention.
  • FIG. 6A is a view as seen from the plane direction
  • FIG. 6B is a view as seen from the thickness direction.
  • crossing means a state in which a single fiber as a reference is observed crossing another single fiber in a two-dimensional plane to be observed, and the single fiber 9a and the single fibers 9b to 9f are not necessarily in contact with each other.
  • the angle A is an acute angle within a range of 0 ° to 90 °.
  • the method for measuring the two-dimensional orientation angle is not particularly limited.
  • a method for observing the orientation of the reinforcing fiber 7 from the surface of the component can be exemplified, and the same means as the method for measuring the two-dimensional contact angle described above. Can be taken.
  • the average value of the two-dimensional orientation angle is measured by the following procedure. That is, the average value of the two-dimensional orientation angles with all the single fibers (single fibers 9b to 9f in FIG. 6) intersecting the randomly selected single fibers (single fibers 9a in FIG. 6) is measured. .
  • an arithmetic average value obtained by randomly selecting and measuring 20 other single fibers that intersect may be substituted. This measurement is repeated a total of 5 times with another single fiber as a reference, and the arithmetic average value is calculated as the arithmetic average value of the two-dimensional orientation angle.
  • the structure 1 can impart isotropy to the mechanical characteristics.
  • the fiber dispersion rate of the reinforcing fibers 7 is desirably 90% or more, and more desirably as it approaches 100%.
  • the arithmetic average value of the two-dimensional orientation angle of the reinforcing fibers 7 is preferably in the range of 40 ° or more and 50 ° or less, and the closer to the ideal angle of 45 °, the more desirable.
  • examples in which the reinforcing fibers 7 do not take the form of a nonwoven fabric include a sheet base material, a woven base material, and a non-crimp base material in which the reinforcing fibers 7 are arranged in one direction.
  • the reinforcing fibers 7 are regularly and densely arranged, the voids 8 in the structure 1 are reduced, and the impregnation of the resin 6 becomes extremely difficult, and an unimpregnated portion is formed or impregnated.
  • the choice of means and resin type is greatly limited.
  • the form of the reinforcing fiber 7 may be either a continuous reinforcing fiber having the same length as that of the structure 1 or a discontinuous reinforcing fiber having a finite length cut to a predetermined length. From the viewpoint of easily impregnating and adjusting the amount thereof, discontinuous reinforcing fibers are desirable.
  • the mass average fiber length of the reinforcing fibers 7 is in the range of 1 mm to 15 mm. Thereby, the reinforcement efficiency of the reinforced fiber 7 can be improved, and the mechanical property excellent in the structure 1 is given.
  • the mass average fiber length of the reinforcing fibers 7 is 1 mm or more, the voids in the structure 1 can be efficiently formed, so that the density can be lowered.
  • the structure is lightweight with the same thickness. This is desirable because it gives you a body.
  • the mass average fiber length of the reinforcing fibers 7 is 15 mm or less, the reinforcing fibers 7 in the structure 1 are less likely to bend due to their own weight and are not hindered from exhibiting mechanical properties.
  • the mass average fiber length is obtained by removing the resin component of the structure 1 by a method such as burning or elution, and randomly selecting 400 fibers from the remaining reinforcing fibers 7 and measuring the length to the unit of 10 ⁇ m. It can be calculated as the average fiber length.
  • the volume content of the reinforcing fibers 7 when the volume content of the structure 1 is 100% by volume is preferably in the range of 0.5% by volume to 55% by volume.
  • the volume content of the reinforcing fibers 7 is 0.5% by volume or more, it is desirable because the reinforcing effect derived from the reinforcing fibers 7 can be made sufficient.
  • the volume content of the reinforcing fibers 7 is 55% by volume or less, the volume content of the resin 6 with respect to the reinforcing fibers 7 is relatively increased, and the reinforcing fibers 7 in the structure 1 are bound together. Since the reinforcing effect of the reinforcing fiber 7 can be made sufficient, it is desirable because it can satisfy the mechanical characteristics of the structure 1, particularly the bending characteristics.
  • the reinforcing fiber 7 is covered with the resin 6, and it is desirable that the thickness (covering thickness) of the resin 6 to be coated is in the range of 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the covering state of the reinforcing fiber 7 covered with the resin 6 is such that the shape stability and thickness control of the structure 1 are controlled as long as at least the points where the single fibers of the reinforcing fibers 7 constituting the structure 1 intersect each other are covered. This is sufficient from the viewpoint of the ease and degree of freedom, but in a more desirable mode, the resin 6 is desirably coated around the reinforcing fiber 7 with the above-described thickness.
  • the structure 1 further has shape stability and sufficient mechanical properties. Moreover, the covering state of the reinforcing fiber 7 coated with the resin 6 does not have to be covered with all of the reinforcing fiber 7, and the shape stability, bending elastic modulus, bending strength of the structure 1 according to the present invention is not necessary. As long as it is within the range not impairing the above.
  • the structure 1 of the present invention has a gap 8.
  • gap 8 in this invention points out the space formed when the reinforced fiber 7 coat
  • the structural body precursor 1 in which the reinforcing fiber 7 is pre-impregnated with the resin 6 is heated to obtain the structural body 1, the void 8 is formed by raising the reinforcing fiber 7 due to melting or softening of the resin 6 accompanying heating. Is done. This is based on the property that in the structure precursor, the internal reinforcing fiber 7 that has been compressed by pressurization is raised by the raising force derived from its elastic modulus.
  • the volume content of the structure 1 is 100% by volume
  • the volume content of the void 8 is in the range of 10% by volume to 97% by volume.
  • gap 8 is 10 volume% or more, since the density of the structure 1 becomes low and the lightness can be satisfied, it is desirable.
  • the content ratio of the voids 8 is 97% by volume or less, in other words, the thickness of the resin 6 coated around the reinforcing fibers 7 becomes sufficient, so that the reinforcing fibers 7 in the structure 1 are obtained. It is desirable because they can sufficiently reinforce each other and have high mechanical properties.
  • the upper limit value of the volume content of the voids 8 is desirably 97% by volume.
  • the volume content is defined as 100% by volume of the total volume content of the resin 6, the reinforcing fiber 7, and the void 8 constituting the structure 1.
  • the orientation angle ⁇ f of the reinforcing fiber 7 in the cross-sectional direction of the structure 1 is 60 ° or less from the viewpoint of more effectively expressing the reinforcing function in the structure 1. Desirably, it is more desirable that it is 45 degrees or less.
  • the orientation angle ⁇ f of the reinforcing fibers 7 in the cross-sectional direction of the structure 1 is the degree of inclination with respect to the cross-sectional direction of the structure 1, in other words, the degree of inclination of the reinforcing fibers 7 with respect to the thickness direction. A larger value indicates that the film is inclined in the thickness direction, and is given in a range of 0 ° to 90 °.
  • the orientation angle ⁇ f of the reinforcing fibers 7 is 3 ° or more, the reinforcing fibers 7 in the structure 1 are oriented in the thickness direction, in other words, in a three-dimensional orientation. It is desirable because it can be increased and light weight can be satisfied. Therefore, the orientation angle ⁇ f of the reinforcing fiber 7 is preferably 3 ° or more.
  • the orientation angle ⁇ f of the reinforcing fiber 7 can be measured based on observation of a vertical cross section with respect to the surface direction of the structure 1.
  • FIG. 7 shows a surface (FIG. 7A) formed in the thickness direction and the fiber length direction of the structure 1 according to the present invention, and a surface formed in a direction perpendicular to the thickness direction and the fiber length direction. It is a schematic diagram which shows an example of the cross-sectional structure of (FIG.7 (b)).
  • FIG. 7A the cross-sections of the single fibers 9g and 9h are approximated to an elliptical shape for easy measurement.
  • the single fiber 9h has a substantially parallel inclination with respect to the plane direction Y, and the single fiber 9g has a certain amount of inclination with respect to the plane direction Y.
  • the angle ⁇ x formed by the planar direction X of the structure 1 and the fiber main axis (major axis direction in the ellipse) ⁇ is substantially equal to the orientation angle ⁇ f in the thickness direction of the single fiber 9g.
  • the angle ⁇ x reflects the orientation angle ⁇ f.
  • the detection accuracy of the orientation angle ⁇ f can be improved by extracting an elliptical aspect ratio of the fiber cross section that is a certain value or more.
  • the elliptical aspect ratio As an index of the elliptical aspect ratio to be extracted, when the cross-sectional shape of the single fiber is close to a perfect circle, that is, when the fiber aspect ratio in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the reinforcing fiber is 1.1 or less, the elliptical aspect ratio A method of measuring the angle ⁇ x formed by the plane direction X and the fiber principal axis ⁇ with respect to a reinforcing fiber having a diameter of 20 or more and employing this as the orientation angle ⁇ f can be used.
  • the cross-sectional shape of the single fiber is an ellipse or a saddle, etc.
  • the fiber aspect ratio is larger than 1.1
  • the fiber aspect ratio is 1.1 or more and less than 1.8
  • the elliptical aspect ratio is 30 or more.
  • the fiber aspect ratio is 1.8 or more and less than 2.5
  • the elliptical aspect ratio is 40 or more.
  • the specific bending rigidity of the structure 1 expressed as Ec 1/3 ⁇ ⁇ ⁇ 1 is 2.5 or more.
  • the bending elastic modulus is high and the density is low, which is desirable because a desired lightening effect can be obtained.
  • the upper limit value of the specific bending rigidity of the structure 1 is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and by setting it to 20 or less is desirable in terms of excellent balance between the weight reduction effect and the bending elastic modulus.
  • the specific bending rigidity of steel or aluminum is 1.5 or less, and the structure 1 of the present invention in which the specific bending rigidity is 2.5 or more has a specific bending rigidity much superior to these metal materials.
  • the structure 1 of the present invention has a specific bending rigidity of 2.5 or more, which exceeds 2.3, which is a general specific bending rigidity of a carbon fiber reinforced resin composite material that focuses attention on the weight reduction effect.
  • the specific bending rigidity of the structure 1 of the present invention is 5 or more.
  • the concentric homogeneity of the mountain shape is 20% or less, preferably 10% or less.
  • the concentric circular homogeneity in the mountain shape is 20% or less, it is possible to emit a homogeneous sound or a sound to be expressed when used in an acoustic member such as a diaphragm.
  • the “concentric circular homogeneity” here indicates unevenness in mechanical characteristics at the same distance r1 from the vertex 4, that is, the position on the concentric circle.
  • the method for measuring the concentric circular homogeneity is not particularly limited. For example, as shown in FIG.
  • the flexural modulus Ec of the structure 1 is desirably 3 GPa or more, and more desirably 6 GPa or more.
  • the flexural modulus Ec of the structure 1 is 3 GPa or more, it is desirable because the range used as the structure 1 can be expanded.
  • the bending elastic modulus Ec is isotropic.
  • the upper limit of the bending elastic modulus Ec is not limited, generally, in the structure 1 having the reinforcing fiber 7 and the resin 6, it is calculated from the elastic modulus of each of the reinforcing fiber 7 and the resin 6 which are the constituent components. The value can be an upper limit.
  • the member is designed using the bending elastic modulus of the structure 1 itself. 5GPa is sufficient for practical use.
  • the radiation homogeneity of the mountain shape may be changed intentionally within a range not impairing the characteristics of the present invention.
  • the outer periphery of the bottom surface of the structure 1 or the vicinity of the apex 4 is highly likely to be in direct contact with the floor surface or the like when the structure 1 is dropped.
  • the structure 1 is softened (lower elastic modulus), and other parts can be hardened (high elastic modulus) in order to develop rigidity as the structure 1.
  • the structure 1 even when the configuration is reversed, it is possible to design the structure 1 so that the entire structure 1 absorbs the impact and the portion that may come into contact is not damaged.
  • the radiation homogeneity of the mountain shape is 20% or less, preferably 10% or less. If the radiation homogeneity is unintentionally larger than 20%, the shape of the mountain shape has uneven mechanical characteristics, and the design freedom of the structure 1 may be reduced. In some cases, the target shape cannot be formed.
  • Randomtion homogeneity refers to dynamics on the same radiation existing at different distances from the vertex when a line (radiation) is drawn from the vertex 4 toward the bottom surface as shown in FIG. 9A. Indicates unevenness in characteristics.
  • the method for measuring the radiation homogeneity is not particularly limited. For example, as shown in FIG.
  • the thickness of the structure 1 is desirably 0.2 mm or more. If the thickness is less than 0.2 mm, the balance of the structure 1 is lost, and if rigidity is prioritized, the lightness is inferior, and if lightness is prioritized, the rigidity is inferior.
  • the thickness of the structure 1 is more preferably 0.5 mm or more, and further preferably 1.0 mm or more, from the viewpoint of the balance between rigidity and lightness.
  • the upper limit of the thickness is not particularly limited, but is preferably 20 mm or less, and more preferably 10 mm or less from the viewpoint of the mass of the structure 1.
  • the thickness of the structure 1 here is an average value of the thicknesses of the structure 1 measured when the specific bending rigidity of the structure 1 is evaluated.
  • the density ⁇ of the structure 1 is desirably 0.9 g / cm 3 or less.
  • the density ⁇ of the structure 1 is 0.9 g / cm 3 or less, it means that the mass when the structure 1 is made decreases, and as a result, it contributes to the weight reduction of the product. So desirable.
  • the density is calculated from the volume ratios of the reinforcing fiber 7, the resin 6, and the voids 8 as the constituent components. Can be the lower limit.
  • the density of the structure itself depends on the reinforcing fibers 7 and the resin 6 to be used. Although it is different, it is desirable that it is 0.03 g / cm 3 or more from the viewpoint of maintaining the mechanical properties of the structure 1.
  • the volume content of the void 8 in the portion within 30% from the surface of the structure 1 to the midpoint position in the thickness direction is in the range of 0 volume% or more and less than 10 volume%, and the volume of the void 8 in the remaining portion.
  • the content is preferably in the range of 10% by volume to 99% by volume.
  • the volume content of voids in a portion within 30% from the surface of the structure 1 to the midpoint position in the thickness direction is 0% by volume or more and less than 10% by volume. Therefore, it is desirable because the mechanical properties of the structure are ensured, and the volume content of voids in the remaining portion is within the range of 10% by volume or more and 99% by volume or less, so that the lightweight properties can be satisfied. .
  • the thickness of the structure 1 can be obtained from the shortest distance connecting one point on the surface for which the thickness is desired and the surface on the back side thereof.
  • the midpoint in the thickness direction means the midpoint of the thickness of the structure 1.
  • the portion within 30% from the surface of the structure 1 to the midpoint position in the thickness direction is the surface of the structure 1 when the distance between the surface of the structure 1 and the midpoint in the thickness direction is 100%. It means the part including up to 30% distance.
  • the remaining part is a part within 30% from one surface of the structure 1 to the midpoint position in the thickness direction and within 30% from the other surface of the structure 1 to the midpoint position in the thickness direction. It means the remaining part excluding the part.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a structure 1C according to another example of the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the portion R1 within 30% from the surface of the structure 1C to the midpoint position in the thickness direction and the remaining portion R2 may exist at different positions in the thickness direction of the structure 1C.
  • the reinforcing fiber 7 is preferably in the form of a nonwoven fabric from the viewpoint of the ease of impregnation of the resin 6 into the reinforcing fiber 7. Further, since the reinforcing fiber 7 has a non-woven form, in addition to the ease of handling of the non-woven fabric itself, it can be easily impregnated even in the case of a thermoplastic resin generally having a high viscosity. It is desirable because it can.
  • the non-woven fabric form refers to a form in which the strands and / or monofilaments of the reinforcing fibers 7 are dispersed in a regular manner without any regularity. A chopped strand mat, a continuous strand mat, a papermaking mat, a carding mat, an airlaid mat. (Hereinafter, these are collectively referred to as a reinforcing fiber mat).
  • a manufacturing method of the reinforcing fiber mat constituting the structure for example, there is a method of manufacturing a reinforcing fiber mat by dispersing reinforcing fibers in advance in the form of strands and / or substantially monofilaments.
  • a dry process such as an airlaid method in which the reinforcing fiber 7 is dispersed by an air flow, a carding method in which the reinforcing fiber 7 is mechanically combed to form a sheet, and strengthening is performed.
  • a wet process by a radrite method in which the fiber 7 is stirred in water to make paper can be mentioned as a known technique.
  • a method of providing a fiber opening bar, a method of vibrating the fiber opening bar, a method of further finely adjusting the card eye examples of the adjustment method can be given.
  • a method of adjusting the stirring conditions of the reinforcing fibers 7, a method of diluting the reinforcing fiber concentration of the dispersion, a method of adjusting the viscosity of the dispersion, a method of suppressing eddy current when transferring the dispersion, etc. can be illustrated.
  • the reinforcing fiber mat is desirably manufactured by a wet process, and the reinforcing fiber 7 of the reinforcing fiber mat is adjusted by increasing the concentration of the input fiber 7 or adjusting the flow rate (flow rate) of the dispersion and the speed of the mesh conveyor.
  • the reinforcing fiber 7 of the reinforcing fiber mat is adjusted by increasing the concentration of the input fiber 7 or adjusting the flow rate (flow rate) of the dispersion and the speed of the mesh conveyor.
  • the reinforcing fiber mat may be composed of a reinforcing fiber alone, the reinforcing fiber 7 is mixed with a powder or fiber-shaped matrix resin component, the reinforcing fiber 7 is mixed with an organic compound or an inorganic compound, The reinforcing fibers may be sealed with a resin component.
  • the resulting nonwoven fabric-like reinforcing fibers 7 have a mountain shape that is imparted to the structure in advance.
  • the reinforcing fiber mat has a chevron shape. Specifically, it can be obtained by using a chevron-shaped mold or mesh in the manufacturing process.
  • the reinforcing fiber mat can be impregnated with a resin in advance and used as a structure precursor.
  • the method for producing the structure precursor according to the present invention include a method of pressurizing or depressurizing a resin in a melted or softened state on the reinforcing fiber mat.
  • a method in which a laminate in which a resin is disposed from both sides in the thickness direction of the reinforcing fiber mat is melted and impregnated by heating and pressurizing can be desirably exemplified from the viewpoint of ease of production.
  • a compression molding machine or a double belt press can be suitably used.
  • the productivity can be improved by using an intermittent press system in which two or more machines for heating and cooling are arranged in parallel.
  • a continuous type it is the latter, and since continuous processing can be performed easily, it is excellent in continuous productivity.
  • Step [1] A step of heating a fiber reinforced resin (structure precursor) containing at least a resin and reinforcing fibers until the tensile strength of the resin becomes 10 MPa or less.
  • Step [2] A step of shaping the shape by applying pressure while heating the fiber reinforced resin (structure precursor) until the tensile strength of the resin is 10 MPa or less.
  • Step [3] A step of expanding the fiber reinforced resin (structure precursor) by adjusting the thickness.
  • Step [1] is a step of heating the fiber reinforced resin (structure precursor) used for molding. At this time, it is preferable that the structure precursor is not expanded from the viewpoint of handling, and it is preferable that the structure precursor is expanded from the viewpoint of improving moldability.
  • Step [2] is a step of applying pressure to the heated fiber reinforced resin (structure precursor) to shape the shape.
  • the tensile strength of the resin is 10 MPa or less because when the pressure is applied, the structure precursor is easily formed without tearing.
  • the lower limit of the tensile strength of the resin is not particularly limited, but it is preferably 1 MPa or more from the viewpoint of binding the fiber reinforced resin when shaping into a shape.
  • Step [3] is a step of forming a void by expanding the fiber reinforced resin by adjusting the thickness thereof.
  • the method for controlling the thickness is not limited as long as the heated structure precursor can be controlled to the target thickness, but the method of constraining the thickness using a metal plate or the like, the thickness applied by the pressure applied to the structure precursor A control method and the like are exemplified as a preferable method from the viewpoint of ease of production.
  • a compression molding machine or a double belt press can be suitably used.
  • the productivity can be improved by using an intermittent press system in which two or more machines for heating and cooling are arranged in parallel.
  • a continuous type it is the latter, and since continuous processing can be performed easily, it is excellent in continuous productivity.
  • the reinforcing fibers are regularly and densely arranged, so that there are few voids in the reinforcing fiber mat, and the thermoplastic resin does not form a sufficient anchoring structure, so that the joining ability is lowered.
  • the resin is a thermoplastic resin, the impregnation becomes extremely difficult, and an unimpregnated portion is formed, and the choice of impregnation means and resin type is greatly restricted.
  • a structure or structure precursor is used for the core layer, and a sheet-like intermediate base material in which continuous reinforcing fibers are impregnated with resin is used for the skin layer. It can also be a sandwich structure.
  • the continuous reinforcing fiber is a continuous fiber having a length of 100 mm or more in at least one direction, and an aggregate in which a large number of them are arranged in one direction, a so-called reinforcing fiber bundle, extends over the entire length of the sandwich structure. It is continuous.
  • the sheet-like intermediate base material composed of continuous reinforcing fibers there are a cloth composed of a bundle of reinforcing fibers composed of a large number of continuous reinforcing fibers, and a reinforcing fiber in which a large number of continuous reinforcing fibers are arranged in one direction.
  • the reinforcing fiber may be composed of a plurality of fiber bundles having the same form, or may be composed of a plurality of fiber bundles having different forms.
  • the number of reinforcing fibers constituting one reinforcing fiber bundle is usually 300 to 48,000, but considering the production of prepreg and cloth, it is preferably 300 to 24,000, more preferably 1,000 to 12,000.
  • UD continuous reinforcing fiber
  • the structure is, for example, “a personal computer, a display, an OA device, a mobile phone, a portable information terminal, a PDA (a portable information terminal such as an electronic notebook), a video camera, an optical device, an audio, an air conditioner, a lighting device, an entertainment item, a toy item.
  • acoustic members such as “speaker cones”, “various members, various frames, Various hinges, various arms, various axles, various wheel bearings, various beams ",” hood, roof, door, fender, trunk lid, side panel, rear end panel, front body, underbody, various pillars, various members, various frames , Various beams, various supports, various rails, various hinges, etc.
  • exterior parts such as “bumper, bumper beam, molding, under cover, engine cover, current plate, spoiler, cowl louver, aero part", “instrument panel, seat frame, door trim, pillar trim, handle, various modules”
  • Interior parts such as “motor parts, CNG tanks, gasoline tanks”, etc., structural parts for motorcycles, "battery tray, headlamp support, pedal housing, protector, lamp reflector, lamp housing, noise shield, spare tire Automobiles such as “covers”, motorcycle parts, building materials such as “sound insulation walls and sound barriers”, “landing gear pods, winglets, spoilers, edges, ladders, elevators, failings, ribs, seats”, etc. Navigation Machine parts and the like.
  • the module member comprised from a some component especially.
  • acoustic parts such as diaphragms and speaker cones.
  • Vf of reinforcing fiber in the structure After measuring the mass Ws of the structure, the structure was heated in air at 500 ° C. for 30 minutes to burn off the resin component, and the mass Wf of the remaining reinforcing fibers was measured and calculated by the following formula. At this time, the density of the reinforcing fiber and the resin is the result of measurement according to the submerged weighing method of JIS Z8807 (2012).
  • Vf (volume%) (Wf / ⁇ f) / ⁇ Wf / ⁇ f + (Ws ⁇ Wf) / ⁇ r ⁇ ⁇ 100 ⁇ f: density of reinforcing fiber (g / cm 3 ) ⁇ r: Resin density (g / cm 3 )
  • Radiation homogeneity of the structure r is the minimum distance from the top of the arbitrary two straight lines passing through the top of the structure and a straight line inclined by 90 ° from the straight line to the end of the bottom.
  • a bending test was performed in the same manner as in the above item (2) at the intersection of the position r30 30% of the distance r from the apex and the position r70 70% of the distance r from the apex.
  • the flexural modulus at each intersection was Eri.
  • the average bending elastic modulus of all the obtained data was set to Er. Radiation homogeneity was calculated from the value of the flexural modulus obtained and the following equation.
  • volume content of voids in the structure 10 mm long and 10 mm wide test pieces were cut out from the structure, and the cross section was observed with a scanning electron microscope (SEM) (S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). From the surface of the structure, 10 locations were photographed at 1000 ⁇ magnification at equal intervals. For each image to determine the area A a void in the image. Furthermore, the total gap area A a, was calculated porosity by dividing by the area of the entire image. The volume content of voids in the structure was determined by arithmetic average from 50 voids in total, each of which was photographed at 10 points with 5 test pieces.
  • the volume of each of the voids at the ten locations photographed at the same interval is calculated, and the volume content of the voids is classified into those in the range of 0% by volume or more and less than 10% by volume and those in which the volume content of the voids is 10% by volume or more and 99% by volume or less. Asked.
  • Carbon fiber 1 Spinning, firing treatment, and surface oxidation treatment were carried out from a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component to obtain continuous carbon fibers having a total number of 12,000 single yarns.
  • the characteristics of this continuous carbon fiber were as follows.
  • Carbon fiber 1 was cut to 6 mm with a cartridge cutter to obtain chopped carbon fiber.
  • a dispersion liquid having a concentration of 0.1% by mass composed of water and a surfactant (manufactured by Nacalai Tex Co., Ltd., polyoxyethylene lauryl ether (trade name)) is prepared, and the dispersion liquid and the chopped carbon fiber are used.
  • the reinforcing fiber mat was manufactured using the reinforcing fiber mat manufacturing apparatus shown in FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG.
  • the papermaking tank includes a mesh conveyor having a papermaking surface having a width of 500 mm at the bottom, and a conveyor capable of transporting a carbon fiber base material (papermaking base material) is connected to the mesh conveyor. Papermaking was performed at a carbon fiber concentration of 0.05% by mass in the dispersion.
  • the paper-made carbon fiber substrate was dried in a drying furnace at 200 ° C. for 30 minutes to obtain a nonwoven fabric-like reinforcing fiber mat 1.
  • the obtained basis weight was 50 g / m 2 .
  • a non-woven reinforcing fiber mat 2 was obtained in the same manner as the reinforcing fiber mat 1 except that the carbon fiber 1 was cut to 3 mm with a cartridge cutter.
  • Example 1 Reinforcing fiber mat 1 as the reinforcing fiber mat and PP resin as the resin sheet were arranged in the order of [resin sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet / reinforcing fiber mat / reinforcing fiber mat / resin sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet].
  • a laminate was made. Subsequently, the structure precursor was obtained through the following steps (I) to (IV). (I) The laminate is placed between hot plates of a press molding machine preheated to 230 ° C., and the mold is closed. (II) Next, after holding for 120 seconds, a pressure of 3 MPa is applied and the pressure is further held for 60 seconds.
  • step (III) After step (II), the temperature of the hot platen is cooled to 50 ° C. while maintaining the pressure.
  • step (IV) Open the hot platen of the press molding machine and take out the structure precursor.
  • the obtained structure precursor was heated in an oven set at 200 ° C. for 3 minutes.
  • the tensile strength when the PP resin was heated in an oven at 200 ° C. was measured in advance, and it was confirmed that the tensile strength became 10 MPa or less by heating for 3 minutes or more, and the heating time was set to 3 minutes.
  • the heated structure precursor was placed in a mold set at a surface temperature of 230 ° C. at which the structure shown in FIG. 1 can be molded, and pressurized at 3 MPa.
  • die was open
  • Example 2 Reinforcing fiber mat 1 as the reinforcing fiber mat, PP resin as the resin sheet, [Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Reinforcing fiber mat / Resin A structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that a laminate arranged in the order of sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet] was produced. The characteristics of the structure of Example 2 are shown in Table 1.
  • Example 3 Reinforcing fiber mat 1 as the reinforcing fiber mat and PP resin as the resin sheet were produced in the order of [resin sheet / reinforcing fiber mat / reinforcing fiber mat / resin sheet], and thickness when obtaining the structure.
  • a structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness was adjusted to 1.40 mm.
  • the characteristics of the structure of Example 3 are shown in Table 1.
  • Example 4 A structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mold used for molding was hemispherical having a cross-sectional shape as shown in FIG. Table 1 shows the characteristics of the structure of Example 4.
  • Example 5 A structural body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mold used for molding had a square bottom surface and a square frustum shape as shown in FIG. The characteristics of the structure of Example 5 are shown in Table 1.
  • Example 6 A structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mold used for molding was shaped as shown in FIG. Table 2 shows the characteristics of the structure of Example 6.
  • Example 7 A structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the reinforcing fiber mat was changed from the reinforcing fiber mat 1 to the reinforcing fiber mat 2 to obtain a structure precursor.
  • Table 2 shows the characteristics of the structure of Example 7.
  • Example 8 The resin sheet was changed from PP resin to Ny resin to obtain a structure precursor, the oven temperature was 230 ° C., and the mold temperature was 260 ° C., as in Example 1. A structure was obtained. The properties of the structure of Example 8 are shown in Table 2.
  • Example 9 Materials include carbon fiber reinforced epoxy resin (trade name: “Torayca” prepreg P3252S-10, Toray Industries, Inc.) and foamed polypropylene sheet (trade name: F-cell RC2010 (double foaming, thickness 1.0 mm), Furukawa Electric ( Co., Ltd.), [prepreg (0 ° direction) / prepreg (90 ° direction) / prepreg (0 ° direction / prepreg (90 ° direction) / F cell / prepreg (90 ° direction) / prepreg (0 ° direction) / A prepreg (90 ° direction) / prepreg (0 ° direction) laminate was obtained, and this laminate was placed in a mold having a surface temperature set to 150 ° C. and pressurized to 0.5 MPa. After maintaining the pressure for 30 minutes, the mold was opened to obtain a structure, and the characteristics of the structure of Example 9 are shown in Table 2.
  • Comparative Example 1 As materials, 50% by mass of glass fiber reinforced polypropylene resin (trade name: “Mostron” L-3040P, Prime Polypro Co., Ltd.) and 50% by mass of foaming agent (trade name: Polyslen EE206, Eiwa Chemical Industry Co., Ltd.) The mixture was dry blended, and injection molding was performed using a mold having the same shape as the structure of Example 1 at a cylinder temperature of 230 ° C. and a mold temperature of 50 ° C. to obtain a structure. Table 3 shows the characteristics of the structure of Comparative Example 1.
  • Comparative Example 2 As a material, a laminate was obtained in which seven carbon fiber reinforced epoxy resins (trade name: “TORAYCA” F6343B-05P, Toray Industries, Inc.) were laminated. A structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that this laminate was used. Table 3 shows the characteristics of the structure of Comparative Example 2.
  • Examples 1 to 9 are structures having a mountain shape that satisfies the specific bending rigidity of the structure.
  • the specific bending stiffness can be changed intentionally, and the configuration can be changed according to the required characteristics.
  • the structure has a mountain shape with different side portions or bottom surfaces. Since the fourth embodiment is point-symmetric, it can exhibit uniform characteristics in all directions. Since Example 5 is a structure having corners, the rigidity of the structure could be increased.
  • Example 6 a structure having a cross-sectional shape with a steep slope was obtained. A structure in which the fiber length was changed in Example 7 and the resin was changed in Example 8 could be obtained.
  • Example 9 a structure could be obtained in a sandwich configuration using continuous fibers. Furthermore, Examples 1 to 8 are excellent in concentric and / or radial homogeneity. On the other hand, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were not satisfactory in specific bending rigidity and homogeneity.
  • the present invention it is possible to provide a structure having a mountain shape excellent in rigidity and lightness. Furthermore, a structure excellent in homogeneity can be provided.

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Abstract

剛性及び軽量性に優れる山形の形状を有した構造体を提供する。本発明は、樹脂と強化繊維と空隙とを有する構造体であって、曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ－１として表される比曲げ剛性が２．５以上であり、山形の形状を有している構造体である。

Description

構造体及びその製造方法
　本発明は、山形の形状を有する、樹脂と強化繊維と空隙とを有する構造体及びその製造方法に関するものである。
　近年、自動車、航空機、スポーツ製品等の産業用製品については、剛性や軽量性の向上に対する市場要求が年々高まっている。さらに、様々な形状が付与された構造体、かつ均質性の高い構造体が要求されている。このような要求に応えるべく、剛性や軽量性に優れる繊維強化樹脂が、各種産業用途に幅広く利用されている。具体的には、連続繊維からなる一方向に強化繊維が配向された材料を積層した構造体が検討されている（特許文献１）。軽量性を満足させるために、発泡性樹脂の発泡により空隙を形成させた構造体や成形後に強化繊維を除去して空隙を形成させる構造体も検討されている（特許文献２、３参照）。また強化繊維から成る不織布マットを用い、マットのスプリングバック（復元力）を利用し、空隙を形成する構造体も検討されている（特許文献４）。
特開２００１－３０６０６２号公報 特開２００６－６３１４９号公報 特公昭６２－３８７１２号公報 特表２０１４－５０８０５５号公報
　ところが、一方向に強化繊維が配向された材料を用いたものでは、繊維方向では非常に高い力学特性を発現するが、繊維垂直方向では力学特性が顕著に低下する。また連続繊維は複雑な形状に賦型することが困難である。このため、材料の配置等の製品設計が重要となり、設計自由度が制限される。また発泡性樹脂を用いたものでは、形状を賦型する観点では優れるが、本来必要ではない材料を含有せざるを得ないことから構造体の力学特性低下は避けられない。成形後に繊維を除去する場合、形状が単純なものであれば容易かもしれないが、複雑な形状とした場合には繊維を除去することによる空隙形成が困難となり本来の特性を発現することが困難となり、形状がある程度制限される。不織布マットのスプリングバックを利用したものは、比較的に高い力学特性を発現するが、軽量性の観点で劣り、軽量性を向上しようとすると力学特性が劣る。以上のことから、剛性及び軽量性に優れる構造体を提供することが急務となっている。
　そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、剛性及び軽量性に優れる山形の形状を有した構造体を提供することにある。
　本発明は以下の（１）である。
（１）　樹脂と強化繊維と空隙とを有する構造体であって、
　曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ－１として表される比曲げ剛性が２．５以上であり、
　山形の形状をなす側面部を有していることを特徴とする構造体。
　本発明に係る構造体によれば、剛性及び軽量性に優れる山形の形状を有した構造体を提供できる。
図１は、本発明の実施の形態に係る構造体の模式図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る構造体の構造を説明する図である。 図３は、本発明の実施の形態の他の例に係る構造体の模式斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態の他の例に係る構造体の模式側面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る構造体の断面拡大構造を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態で用いる強化繊維マットにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る構造体の断面構造の一例を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る構造体の同心円均質度を説明する模式図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る構造体の放射均質度を説明する模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態の他の例に係る構造体の断面拡大図である。 図１１は、強化繊維マットの製造装置の一例を示す模式図である。
　以下、本発明に係る構造体について説明する。
　図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る構造体１を示す模式斜視図であり、図１（ｂ）は構造体１の上面図であり、図１（ｃ）は構造体１の側面図である。図１（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係る構造体１は、山形の形状を有している。具体的には、円状の上面部２と、上面部２の外周と接する円錐台状の側面部３とを有する。上面部２および側面部３は所定の厚さを有し、上面部２と側面部３で囲まれている空間は空洞である。なお、ここでいう「山形の形状」とは、構造体の中央から構造体の外側に向かってある傾きで広がりを有する形状であればよく、例えば、錐体または錐台のことである。このとき、側面部３は、頂点４（図４（ａ）参照）または上面部２（図１（ａ）参照）の全ての外周から連続して形成されている。側面部３の上面部２（または頂点４）から他端までの長さは特に限定されないが、形状のバランスの観点から同じであることが好ましい。デザインや特性を付与する観点から、側面部３は、側面部３の上面部２（または頂点４））から他端までの長さが部分的に異なっていても良いが、最短部が最長部の３０％以上の長さであることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい（図１（ｄ）参照）。
　本発明の構造体中の山形の形状は、構造体１に示す円錐台状のほか、半球台状、多角錐台状、または、上面部２を有しない円錐状、半球状、多角錐状、から選択される形状であってもよい。底面の形状が円の場合、山形の形状は円錐状または円錐台状であり、底面の形状が三角形、四角形、六角形などの多角形の場合、山形の形状は多角錐状または多角錐台状となる。構造体の剛性を高める観点から、山形の形状としては角を有する多角錐状または多角錐台状が好ましく、なかでも線対称である正多角形が底面となる正多角錐状または正多角錐台状がより好ましい。構造体の均質性の観点から、山形の形状としては点対称である円が構造体の底面となる円錐状又は円錐台状、半球状または半球台状から選択されることが好ましい。また、本発明の構造体は、図３に示す形状であってもよい。図３は、本発明の実施の形態の他の例に係る構造体１Ａ、１Ｂの模式斜視図である。構造体１Ａは、上面部２と、側面部３に加え、側面部３から延出するフランジ部１０を有している。構造体１Ａは、側面部３の底面の形状が円であり、フランジ部１０の底面の形状が八角形をなしており、構造体１Ｂは、フランジ部１０の底面の形状が円形となしている。
　ここでいう「構造体の底面」とは、例えば、実施の形態１の構造体１では、図１（ｂ）に示すように、構造体１の側面部３の水平投影面積（山形の形状の高さ方向（上面）から観測した際の面積）が最大となるように、かつ構造体１の側面部３の垂直投影面（前記水平投影面に垂直であって、面積が最大となる面）における重心５が床面側とした際の、構造体１と床面の接地面のことであり、図１の下側の面（底面）である。
　図２は、本発明の実施の形態１に係る構造体１の構造を説明する図である。本発明の構造体の形状（断面形状）は、図２（ａ）に示すように、構造体１の垂直投影面の面積をＳ１とし、図２（ｂ）に示すように、構造体１の垂直投影面の頂点４と、底面とで形成される三角形の面積をＳ２とした際に、Ｓ１とＳ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が、０．３～１．７であることが望ましい。山形の形状の賦形のしやすさの観点からは０．５～１．６であることが好ましく、さらに好ましくは、０．８～１．５である。ここでいう「構造体の垂直投影面の頂点４」とは、図１（ｃ）に示すような垂直投影面（山形の形状の断面）において、垂直投影面の重心５から底面を結ぶ垂直線Ｓと構造体１の最も高い位置との交点（頂点４）のことである。この頂点４と底面の両端を結ぶ三角形の面積をＳ２とする。Ｓ１とＳ２の比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３よりも小さい場合、構造体１の垂直投影面がＴ字形のようになり、形状の賦型が困難であることや力学特性が不均一となりうる。また比（Ｓ１／Ｓ２）が１．７より大きい場合、構造体１の垂直投影面が大型となりうる。
　山形の形状の側面の方向における断面形状は、図４に示すように、（ａ）三角形、（ｂ）台形などが挙げられる。また山形の形状の斜辺は、直線に限らず、曲線でもよく、上側に膨らみを持つ曲線であれば、図４（ｃ）に示すような半円となり、下側に膨らみを持つ曲線であれば図４（ｄ）に示すような形状などが挙げられる。さらに、斜辺に複数の頂点を持つ線であれば、図４（ｅ）に示すような形状なども挙げられる。このとき、必ずしも線対称である必要はなく、図４（ｆ）に示すような形状についても、山形の形状の断面形状の１種である。
　図５は、本発明に係る構造体１の断面拡大構造を示す模式図である。図５に示すように、本発明に係る構造体１は、樹脂６と強化繊維７と空隙８から構成されている。
　ここで、樹脂６としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を例示できる。また、本発明においては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがブレンドされていてもよい。
　本発明における１つの形態において、樹脂６は、少なくとも１種類以上の熱可塑性樹脂を含むことが望ましい。熱可塑性樹脂としては、「ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等のポリアリーレンスルフィド、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）」等の結晶性樹脂、「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）」等の非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、さらにポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、及びアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体及び変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂を例示できる。中でも、得られる構造体１の軽量性の観点からはポリオレフィンが望ましく、強度の観点からはポリアミドが望ましく、表面外観の観点からポリカーボネートやスチレン系樹脂のような非晶性樹脂が望ましく、耐熱性の観点からポリアリーレンスルフィドが望ましく、連続使用温度の観点からポリエーテルエーテルケトンが望ましく、さらに耐薬品性の観点からフッ素系樹脂が望ましく用いられる。
　本発明における１つの形態において、樹脂６は、少なくとも１種類以上の熱硬化性樹脂を含むことが望ましい。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミド、これらの共重合体、変性体、及びこれらの少なくとも２種類をブレンドした樹脂を例示できる。
　また、本発明の目的を損なわない範囲で、本発明に係る構造体は樹脂６の成分の１つとして、エラストマー又はゴム成分等の耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を含有してもよい。充填材や添加剤の例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、又は、カップリング剤を例示できる。
　本発明の構造体１は、構造体１の体積含有率を１００体積％とした際に、次の（１）～（３）を満たすことが好ましい。
（１）樹脂６の体積含有率が、２．５～８５体積％
（２）強化繊維７の体積含有率が、０．５～５５体積％
（３）空隙８の体積含有率が、１０～９７体積％
　つまり構造体１の体積含有率を１００体積％とした際の樹脂６の体積含有率は、２．５体積％以上８５体積％以下の範囲内にあることが好ましい。樹脂６の体積含有率が２．５体積％以上である場合、構造体１中の強化繊維同士を結着し、強化繊維７の補強効果を十分なものとすることができ、構造体１の力学特性、とりわけ曲げ弾性率を満足できるので望ましい。一方、樹脂６の体積含有率が８５体積％以下であれば、空隙８の形成を阻害しないため好ましい。
　本発明の構造体１は、強化繊維７を含む。そして強化繊維７としては、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維、ＰＡＮ系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス等の絶縁性繊維、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレン等の有機繊維、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド等の無機繊維を例示できる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理の他に、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理等がある。また、これらの繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維が望ましく用いられる。また、得られる構造体１の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が望ましく用いられ、とりわけ力学特性と経済性とのバランスから炭素繊維とガラス繊維とを併用することが望ましい。さらに、得られる構造体１の衝撃吸収性や賦形性を高める観点からは、アラミド繊維が望ましく用いられ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性とのバランスから炭素繊維とアラミド繊維とを併用することが望ましい。また、得られる構造体１の導電性を高める観点からは、導電性を有する金属からなる金属繊維やニッケルや銅やイッテルビウム等の金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。これらの中で、強度と弾性率等の力学特性に優れる金属繊維、ピッチ系炭素繊維、及びＰＡＮ系炭素繊維からなる群より選ばれる強化繊維をより望ましく用いることができる。
　強化繊維７は、不連続であり、構造体１中にランダムに分散していることが望ましい。また分散状態が略モノフィラメント状であることがより好ましい。強化繊維７をかかる態様とすることで、シート状の構造体１の前駆体ないし構造体１を、外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦型が容易となる。また、強化繊維７をかかる態様とすることで、強化繊維７によって形成された空隙が緻密化し、構造体１中における強化繊維７の繊維束端における弱部が極小化できるため、優れた補強効率及び信頼性に加えて、等方性も付与される。
　ここで、略モノフィラメント状とは、強化繊維単糸が５００本未満の細繊度ストランドにて存在することを指す。さらに望ましくは、モノフィラメント状、つまり単糸として分散していることである。
　ここで、略モノフィラメント状、又は、モノフィラメント状に分散しているとは、構造体１中にて任意に選択した強化繊維７について、その二次元接触角が１°以上である単繊維の割合（以下、繊維分散率とも称す）が８０％以上であることを指し、言い換えれば、構造体１中において単繊維の２本以上が接触して平行した束が２０％未満であることをいう。従って、ここでは、少なくとも強化繊維７におけるフィラメント数１００本以下の繊維束の質量分率が１００％に該当するものが特に好ましい。
　さらに、強化繊維７はランダムに分散していることが、とりわけ望ましい。ここで、強化繊維７がランダムに分散しているとは、構造体１における任意に選択した強化繊維７の二次元配向角の算術平均値が３０°以上、６０°以下の範囲内にあることをいう。かかる二次元配向角とは、強化繊維７の単繊維とこの単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。
　この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図６は、本発明で用いる強化繊維マットにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図であり、図６（ａ）は面方向、図６（ｂ）は厚み方向から見た図である。図６（ａ）、（ｂ）において、単繊維９ａを基準とすると、単繊維９ａは他の単繊維９ｂ～９ｆと交差している。ここで、交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維９ａと単繊維９ｂ～９ｆとが必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維９ａについて見た場合、単繊維９ｂ～９ｆの全てが二次元配向角の評価対象であり、図６（ａ）中において二次元配向角は交差する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０°以上、９０°以下の範囲内にある鋭角側の角度Ａである。
　二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から強化繊維７の配向を観察する方法を例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段をとることができる。二次元配向角の平均値は、次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維（図６における単繊維９ａ）に対して交差している全ての単繊維（図６における単繊維９ｂ～９ｆ）との二次元配向角の平均値を測定する。例えば、ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に２０本選び測定した算術平均値を代用してもよい。この測定を別の単繊維を基準として合計５回繰り返し、その算術平均値を二次元配向角の算術平均値として算出する。
　強化繊維７が略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることで、上述した略モノフィラメント状に分散した強化繊維７により与えられる性能を最大限まで高めることができる。また、構造体１において力学特性に等方性を付与できる。かかる観点から、強化繊維７の繊維分散率は９０％以上であることが望ましく、１００％に近づくほどより望ましい。また、強化繊維７の二次元配向角の算術平均値は、４０°以上、５０°以下の範囲内にあることが望ましく、理想的な角度である４５°に近づくほど望ましい。
　一方、強化繊維７が不織布状の形態をとらない例としては、強化繊維７が一方向に配列されてなるシート基材、織物基材、及びノンクリンプ基材等がある。これらの形態は、強化繊維７が規則的に密に配置されるため、構造体１中の空隙８が少なくなってしまい、樹脂６の含浸が極めて困難となり、未含浸部を形成したり、含浸手段や樹脂種の選択肢を大きく制限したりする場合がある。
　強化繊維７の形態としては、構造体１と同程度の長さの連続性強化繊維、又は、所定長に切断された有限長の不連続性強化繊維のいずれであってもよいが、樹脂６を容易に含浸させたり、その量を容易に調整できたりする観点からは、不連続性強化繊維であることが望ましい。
　強化繊維７の質量平均繊維長が１ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内にあることが望ましい。これにより、強化繊維７の補強効率を高めることができ、構造体１に優れた力学特性を与えられる。強化繊維７の質量平均繊維長が１ｍｍ以上である場合、構造体１中の空隙を効率よく形成できるため、密度を低くすることが可能となり、言い換えれば、同一の厚さでありながら軽量な構造体を得ることができるので望ましい。一方、強化繊維７の質量平均繊維長が１５ｍｍ以下の場合には、構造体１中で強化繊維７が、自重により屈曲しにくくなり、力学特性の発現を阻害しないため望ましい。質量平均繊維長は、構造体１の樹脂成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維７から無作為に４００本を選択し、その長さを１０μｍ単位まで測定し、それらの質量平均繊維長として算出できる。
　構造体１の体積含有率を１００体積％とした際の強化繊維７の体積含有率は、０．５体積％以上５５体積％以下の範囲内にあることが好ましい。強化繊維７の体積含有率が０．５体積％以上である場合、強化繊維７に由来する補強効果を十分なものとすることができるので望ましい。一方、強化繊維７の体積含有率が５５体積％以下の場合には、強化繊維７に対する樹脂６の体積含有率が相対的に多くなり、構造体１中の強化繊維７同士を結着し、強化繊維７の補強効果を十分なものとできるため、構造体１の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足できるので望ましい。
　強化繊維７は樹脂６に被覆されており、被覆している樹脂６の厚み（被覆厚み）が１μｍ以上、１５μｍ以下の範囲内にあることが望ましい。樹脂６に被覆された強化繊維７の被覆状態は、少なくとも構造体１を構成する強化繊維７の単繊維同士の交差する点が被覆されていれば、構造体１の形状安定性や、厚み制御の容易さ及び自由度の観点から十分であるが、さらに望ましい態様とすれば、樹脂６は、強化繊維７の周囲に、上述の厚みで被覆された状態であることが望ましい。この状態は、強化繊維７の表面が樹脂によって露出していない、言い換えれば、強化繊維７が樹脂６により電線状の皮膜を形成していることを意味する。このことにより、構造体１は、さらに、形状安定性を有すると共に、力学特性の発現を十分なものとする。また、樹脂６に被覆された強化繊維７の被覆状態は、その強化繊維７の全てにおいて被覆されている必要はなく、本発明に係る構造体１の形状安定性や、曲げ弾性率、曲げ強度を損なわない範囲内であればよい。
　本発明の構造体１は、空隙８を有する。そして本発明における空隙８とは、樹脂６により被覆された強化繊維７が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間のことを指す。例えば強化繊維７に樹脂６が予め含浸された構造体前駆体を加熱して構造体１を得る場合、加熱に伴う樹脂６の溶融ないしは軟化により、強化繊維７が起毛することで空隙８が形成される。これは、構造体前駆体において、加圧により圧縮状態とされていた内部の強化繊維７が、その弾性率に由来する起毛力によって起毛する性質に基づく。
　また構造体１の体積含有率を１００体積％とした際の、空隙８の体積含有率は、１０体積％以上９７体積％以下の範囲内にある。空隙８の含有率が１０体積％以上であることにより、構造体１の密度が低くなるため軽量性を満足できるため望ましい。一方、空隙８の含有率が９７体積％以下の場合には、言い換えれば、強化繊維７の周囲に被覆された樹脂６の厚みが十分なものとなることから、構造体１中における強化繊維７同士の補強を十分に行うことができ、力学特性が高くなるので望ましい。空隙８の体積含有率の上限値は９７体積％であることが望ましい。本発明において、体積含有率は構造体１を構成する樹脂６と強化繊維７と空隙８のそれぞれの体積含有率の合計を１００体積％とする。
　構造体１の断面方向における強化繊維７の配向角度をθｆとしたとき、構造体１における補強機能をより効果的に発現する観点から、強化繊維７の配向角度θｆは６０°以下であることが望ましく、さらには４５°以下であることがより望ましい。このとき、構造体１の断面方向における強化繊維７の配向角度θｆとは、構造体１の断面方向に対する傾き度合いであって、言い換えれば、厚さ方向に対する強化繊維７の傾き度合いである。値が大きいほど厚み方向に立って傾いていることを示し、０°以上、９０°以下の範囲で与えられる。また、強化繊維７の配向角度θｆが３°以上である場合、構造体１中の強化繊維７が厚み方向、言い換えれば三次元に配向した状態となるので、構造体１の厚みの自由度が増加し、軽量性を満足できるため望ましい。そのため強化繊維７の配向角度θｆは３°以上であることが好ましい。
　強化繊維７の配向角度θｆは、構造体１の面方向に対する垂直断面の観察に基づいて測定できる。図７は、本発明に係る構造体１の厚み方向及び繊維長尺方向で形成される面（図７（ａ））、並びに、厚み方向及び繊維長尺方向に垂直な方向で形成される面（図７（ｂ））の断面構造の一例を示す模式図である。図７（ａ）において、単繊維９ｇ、９ｈの断面は、測定を簡便にするため楕円形状に近似されている。ここで、単繊維９ｈの断面は、楕円アスペクト比（＝楕円長軸／楕円短軸）が小さく見られ、対して単繊維９ｇの断面は、楕円アスペクト比が大きく見られる。一方、図７（ｂ）によると、単繊維９ｈは、平面方向Ｙに対してほぼ平行な傾きを持ち、単繊維９ｇは、平面方向Ｙに対して一定量の傾きを持っている。この場合、単繊維９ｇについては、構造体１の平面方向Ｘと繊維主軸（楕円における長軸方向）αとがなす角度θｘが、単繊維９ｇの厚み方向の配向角度θｆとほぼ等しくなる。一方、単繊維９ｈについては、角度θｘと配向角度θｆの示す角度に大きな乖離があり、角度θｘが配向角度θｆを反映しているとはいえない。従って、構造体１の平面方向に対する垂直断面から配向角度θｆを読み取る場合、繊維断面の楕円アスペクト比が一定値以上のものを抽出することで配向角度θｆの検出精度を高めることができる。
　抽出対象となる楕円アスペクト比の指標としては、単繊維の断面形状が真円に近い、すなわち強化繊維の長尺方向に垂直な断面における繊維アスペクト比が１．１以下である場合、楕円アスペクト比が２０以上の強化繊維について平面方向Ｘと繊維主軸αとのなす角度θｘを測定し、これを配向角度θｆとして採用する方法を利用できる。一方、単繊維の断面形状が楕円形や繭形等であり、繊維アスペクト比が１．１より大きい場合には、より大きな楕円アスペクト比を持つ強化繊維に注目し、配向角度θｆを測定した方がよく、繊維アスペクト比が１．１以上、１．８未満の場合には楕円アスペクト比が３０以上、繊維アスペクト比が１．８以上、２．５未満の場合には楕円アスペクト比が４０以上、繊維アスペクト比が２．５以上の場合には楕円アスペクト比が５０以上の強化繊維を選び、配向角度θｆを測定するとよい。
　構造体１の曲げ弾性率をＥｃ、構造体１の密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ－１として表される構造体１の比曲げ剛性は２．５以上である。構造体１の比曲げ剛性が２．５以上である場合、曲げ弾性率が高く、密度が低い状態であり、所望する軽量化効果が得られるので望ましい。一方、構造体１の比曲げ剛性の上限値には特に制限はないが、２０以下であることが望ましく、２０以下とすることで、軽量化効果と曲げ弾性率のバランスに優れる点で望ましい。一般的に鋼材やアルミニウムの比曲げ剛性は１．５以下であり、比曲げ剛性が２．５以上である本発明の構造体１は、これらの金属材料よりも極めて優れた比曲げ剛性を有する。本発明の構造体１は、軽量化効果に着目される炭素繊維強化樹脂複合材料の一般的な比曲げ剛性である２．３を超える２．５以上の比曲げ剛性を有するが、さらに望ましくは本発明の構造体１の比曲げ剛性は５以上である。
　本発明の構造体１において、山形の形状の同心円均質度が２０％以下、望ましくは１０％以下であるとよい。同心円均質度が２０％以下の場合、山形の形状の同心円における力学特性のムラが少ないこととなり、構造体１の破損を抑制することができ、さらに構造体１の設計自由度が低下する。また山形の形状における同心円均質度が２０％以下であれば、さらに振動板などの音響部材に用いた場合、均質な音や表現したい音を発することが可能となる。
　ここでいう「同心円均質度」とは、図８（ａ）に示すように、頂点４から等しい距離ｒ１、すなわち同心円上の位置の力学特性のムラを示す。同心円均質度を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、図８（ａ）に示すように、頂点４を通過する１つの直線Ｌと、頂点４を中心とする半径ｒ１の同心円との交点１１ａ、１１ｂ、直線Ｌから４５°、９０°、１３５°傾いた頂点４を通過する合計４つの直線と、頂点４を中心とする半径ｒ１の同心円との交点１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈを中心とした合計８個の試験片を、例えば、図８（ｂ）の１２ａに示すように切り出し、それらの試験片を用いて曲げ試験を行う。各位置における曲げ弾性率をＥｃｉ、得られた全てのデータの平均曲げ弾性率をＥｃとしたとき、得られた曲げ弾性率の値Ｅｃｉ、Ｅｃおよび次式より、同心円均質度を算出できる。
・同心円均質度（％）＝｛Σ（Ｅｃｉ－Ｅｃ）２／ｉ｝０．５／Ｅｃ×１００
Ｅｃｉ：曲げ弾性率の個別値（ｉ＝１、２、・・・８）（ＧＰａ）
Ｅｃ：平均曲げ弾性率（ＧＰａ）
　構造体１の曲げ弾性率Ｅｃは、３ＧＰａ以上であることが望ましく、より望ましくは６ＧＰａ以上であるとよい。構造体１の曲げ弾性率Ｅｃが３ＧＰａ以上である場合、構造体１として使用する範囲を拡大することができるため望ましい。また、構造体１の設計を容易にするために、曲げ弾性率Ｅｃは等方性を有していることが望ましい。曲げ弾性率Ｅｃの上限については制限を設けないが、一般的に強化繊維７と樹脂６とを有する構造体１では、その構成成分である強化繊維７及び樹脂６それぞれの弾性率から算出される値が上限となり得る。本発明に係る構造体１においては、構造体１を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合においても、構造体１自身の曲げ弾性率を用いて部材の設計を行い、実用に供するためには５ＧＰａもあれば十分である。
　本発明の構造体１において、山形の形状の放射均質度は、本発明の特徴を損なわない範囲で、意図的に変更してもよい。目的に応じた構造体１を得る観点から、例えば、構造体１の底面の外周や頂点４の近傍は、構造体１を落下させてしまった場合に床面などと直接接する可能性が高く、衝撃を緩和する目的で構造体１を軟らかくし（低弾性率化）、構造体１としての剛性を発現するために、それ以外の部分は硬く（高弾性率化）することもできる。一方、逆の構成とした場合にも、構造体１全体で衝撃を吸収し、接触する可能性のある箇所は破損しないように設計することも可能である。
　本発明の構造体１において、山形の形状の放射均質度が２０％以下、望ましくは１０％以下であるとよい。放射均質度が意図せずして２０％より大きい場合、山形の形状に力学特性のムラが生じていることとなり、構造体１の設計自由度が低下することがある。また目的の形状に賦型できていない場合もある。
　ここでいう「放射均質度」とは、図９（ａ）に示すように、頂点４から底面に向けて線（放射線）を引いた場合の、頂点から異なる距離に存在する同一放射線上の力学特性のムラを示す。放射均質度を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、図９（ａ）に示すように、頂点４を通過する１つの直線Ｌ（同一放射線上）と頂点４を中心とする半径ｒ２、ｒ３の同心円との交点１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、また頂点４を通過する直線Ｌと垂直である頂点４を通過するもう１つの直線と頂点４を中心とする半径ｒ２、ｒ３の同心円との交点１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈを中心とした合計８個の試験片を、例えば、図９（ｂ）の１４ａに示すように切り出し、それらの試験片を用いて曲げ試験を行う。各位置における曲げ弾性率をＥｒｉ、得られた全てのデータの平均曲げ弾性率をＥｒとしたとき、得られた曲げ弾性率の値Ｅｒｉ、Ｅｒおよび次式より、放射均質度を算出できる。
・放射均質度（％）＝｛Σ（Ｅｒｉ－Ｅｒ）２／ｉ｝０．５／Ｅｒ×１００
Ｅｒｉ：曲げ弾性率の個別値（ｉ＝１、２、・・・８）（ＧＰａ）
Ｅｒ：平均曲げ弾性率（ＧＰａ）
　構造体１の厚みは０．２ｍｍ以上であることが望ましい。０．２ｍｍ未満であると、構造体１のバランスが崩れ、剛性を優先すると軽量性に劣り、軽量性を優先すると剛性が劣る。構造体１の厚みについて、剛性と軽量性のバランスの観点から、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。厚みの上限について、特に限定されないが、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることが、構造体１の質量の観点からより好ましい。ここでいう構造体１の厚みとは、構造体１の比曲げ剛性を評価する際に測定された構造体１の厚みの平均値である。
　構造体１の密度ρは０．９ｇ／ｃｍ３以下であることが望ましい。構造体１の密度ρが０．９ｇ／ｃｍ３以下の場合、構造体１とした場合の質量が減少することを意味し、結果、製品とした場合の質量の軽量化に貢献することとなるので望ましい。密度の下限については制限を設けないが、一般的に強化繊維７と樹脂６とを有する構造体１では、その構成成分である強化繊維７、樹脂６、及び空隙８それぞれの体積割合から算出される値が下限となり得る。本発明に係る構造体１においては、構造体１を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合においても、構造体自身の密度は、使用する強化繊維７や樹脂６により異なるが、構造体１の力学特性を保持するという観点から、０．０３ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましい。
　構造体１の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分における空隙８の体積含有率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあり、残りの部分の空隙８の体積含有率が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にあることが望ましい。かかる空隙８の体積含有率は小さいほど力学特性に優れ、また、大きいほど軽量性に優れる。言い換えれば、構造体１が同一構成の材料からなる場合、構造体１の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分における空隙の体積含有率が０体積％以上、１０体積％未満であることにより、構造体の力学特性を担保し、残りの部分の空隙の体積含有率が１０体積％以上、９９体積％以下の範囲内にあることにより軽量特性を満足させることができるため望ましい。
　本発明において構造体１の厚みは、厚みを求めたい表面上の１点とその裏側の表面とを結ぶ最短の距離から求めることができる。厚み方向の中点とは構造体１の厚みの中間点を意味する。構造体１の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分とは、構造体１の表面とその厚み方向の中点までの距離を１００％とした際に、構造体１の表面から３０％の距離までを含めた部分のことを意味する。ここでの残りの部分とは、構造体１の一方の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分及び構造体１の他方の表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分を除いた残りの部分を意味する。図１０は、本発明の実施の形態の他の例に係る構造体１Ｃの断面拡大図である。図１０に示すように、構造体１Ｃの表面から厚み方向の中点位置までの３０％以内の部分Ｒ１及び残りの部分Ｒ２は、構造体１Ｃの厚み方向の異なる位置に存在してもよい。
　本発明における強化繊維７は不織布状の形態をとることが、強化繊維７への樹脂６の含浸の容易さの観点から望ましい。さらに、強化繊維７が、不織布状の形態を有していることにより、不織布自体のハンドリング性の容易さに加え、一般的に高粘度とされる熱可塑性樹脂の場合においても含浸を容易なものとできるため望ましい。ここで、不織布状の形態とは、強化繊維７のストランド及び／又はモノフィラメントが規則性なく面状に分散した形態を指し、チョップドストランドマット、コンティニュアンスストランドマット、抄紙マット、カーディングマット、エアレイドマット等を例示できる（以下、これらをまとめて強化繊維マットと称す）。
　構造体１を構成する強化繊維マットの製造方法としては、例えば強化繊維を予めストランド及び／又は略モノフィラメント状に分散して強化繊維マットを製造する方法がある。強化繊維マットの製造方法としては、強化繊維７を空気流にて分散シート化するエアレイド法や、強化繊維７を機械的に櫛削りながら形状を整えシート化するカーディング法等の乾式プロセス、強化繊維７を水中にて攪拌して抄紙するラドライト法による湿式プロセスを公知技術として挙げることができる。強化繊維７をよりモノフィラメント状に近づける手段としては、乾式プロセスにおいては、開繊バーを設ける方法やさらに開繊バーを振動させる方法、さらにカードの目をファインにする方法や、カードの回転速度を調整する方法等を例示できる。湿式プロセスにおいては、強化繊維７の攪拌条件を調整する方法、分散液の強化繊維濃度を希薄化する方法、分散液の粘度を調整する方法、分散液を移送させる際に渦流を抑制する方法等を例示できる。特に、強化繊維マットは湿式プロセスで製造することが望ましく、投入繊維７の濃度を増やしたり、分散液の流速（流量）とメッシュコンベアの速度を調整したりすることで強化繊維マットの強化繊維７の割合を容易に調整できる。例えば、分散液の流速に対してメッシュコンベアの速度を遅くすることで、得られる強化繊維マット中の繊維の配向が引き取り方向に向き難くなり、嵩高い強化繊維マットを製造可能である。強化繊維マットは、強化繊維単体から構成されていてもよく、強化繊維７が粉末形状や繊維形状のマトリックス樹脂成分と混合されていたり、強化繊維７が有機化合物や無機化合物と混合されていたり、強化繊維同士が樹脂成分で目留めされていてもよい。これらの製造方法において、得られる不織布状の形態の強化繊維７が予め構造体に付与される山形の形状となっていることが望ましい。得られる構造体の均質性が向上する観点から、強化繊維マットを山形の形状とすることが望ましい。具体的には、山形の形状の型やメッシュを製造工程に用いることで得ることが可能となる。
　さらに、強化繊維マットには予め樹脂を含浸させておき、構造体前駆体としておくこともできる。本発明に係る構造体前駆体を製造する方法としては、強化繊維マットに溶融ないし軟化した状態の樹脂を加圧または減圧する方法が挙げられる。具体的には、強化繊維マットの厚み方向の両側から樹脂を配置した積層物を、加熱、加圧して樹脂を溶融含浸させる方法が製造の容易さの観点から望ましく例示できる。
　上記各方法を実現するための設備としては、圧縮成形機やダブルベルトプレスを好適に用いることができる。バッチ式の場合は前者であり、加熱用と冷却用との２機以上を並列した間欠式プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。連続式の場合は後者であり、連続的な加工を容易に行うことができるので連続生産性に優れる。
　本発明に係る構造体を製造する際には、少なくとも以下の工程をこの順に有する製造方法を採用することが、製造の容易さおよび均質度の高い構造体を得る観点から好ましい。
工程［１］：少なくとも樹脂と強化繊維を含む繊維強化樹脂（構造体前駆体）を、樹脂の引張強度が１０ＭＰａ以下となるまで加熱する工程。
工程［２］：繊維強化樹脂（構造体前駆体）を樹脂の引張強度が１０ＭＰａ以下となるまで加熱した状態で圧力を付与し、形状を賦型する工程。
工程［３］：繊維強化樹脂（構造体前駆体）の厚み調整をすることにより膨張させる工程。
　工程［１］は、成形に用いる繊維強化樹脂（構造体前駆体）を加熱する工程である。このとき、取り扱い製の観点からは構造体前駆体が膨張していないことが好ましく、賦型性を高める観点からは膨張していることが好ましい。
　工程［２］は、加熱した繊維強化樹脂（構造体前駆体）に圧力を付与し、形状を賦型する工程である。このとき、樹脂の引張強度が１０ＭＰａ以下であると、圧力を付与した際に、構造体前駆体が裂けることなく目的の形状に賦型しやすくなることから好ましい。樹脂の引張強度の下限は特に限定されないが、形状に賦型する際に繊維強化樹脂を結着させておく観点から、１ＭＰａ以上であることが好ましい。
　工程［３］は、繊維強化樹脂の厚みを調整することにより膨張させて、空隙を形成する工程である。厚み制御を行う方法としては、加熱される構造体前駆体を目的の厚みに制御できれば方法によらないが、金属板等を用いて厚みを拘束する方法、構造体前駆体に付与する圧力により厚み制御する方法等が製造の簡便さの観点から好ましい方法として例示される。上記方法を実現するための設備としては、圧縮成形機やダブルベルトプレスを好適に用いることができる。バッチ式の場合は前者であり、加熱用と冷却用の２機以上を並列した間欠式プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。連続式の場合は後者であり、連続的な加工を容易に行うことができるため連続生産性に優れる。
　強化繊維マットが不織布状の形態をとらない例としては、強化繊維が一方向に配列されてなるシート基材、織物基材、及びノンクリンプ基材等がある。これらの形態は、強化繊維が規則的に密に配置されるため、強化繊維マット中の空隙部が少なく、熱可塑性樹脂が十分なアンカリング構造を形成しないため、接合能力が低下する。また、樹脂が熱可塑性樹脂の場合、含浸が極めて困難となり、未含浸部を形成したり、含浸手段や樹脂種の選択肢を大きく制限したりする。
　本発明においては、本発明の特徴を損なわない範囲において、構造体又は構造体前駆体をコア層に用い、且つ、連続した強化繊維に樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いたサンドイッチ構造体とすることもできる。ここで、連続した強化繊維とは、少なくとも一方向に１００ｍｍ以上の長さで連続したものであり、その多数本が一方向に配列した集合体、いわゆる強化繊維束は、サンドイッチ構造体の全長にわたり連続している。連続した強化繊維からなるシート状中間基材の形態としては、多数本の連続した強化繊維からなる強化繊維束から構成されたクロス、多数本の連続した強化繊維が一方向に配列された強化繊維束（一方向性繊維束）、この一方向性繊維束から構成された一方向性クロス等である。強化繊維は、同一の形態の複数本の繊維束から構成されていても、又は、異なる形態の複数本の繊維束から構成されていてもよい。一つの強化繊維束を構成する強化繊維数は、通常、３００～４８，０００本であるが、プリプレグの製造やクロスの製造を考慮すると、望ましくは３００～２４，０００本であり、より望ましくは１，０００～１２，０００本である。
　不織布以外の強化繊維マットを使用する場合、構造体の曲げ弾性率Ｅｃをコントロールするために、強化繊維の方向を変えて積層する形態が望ましく用いられる。特に、サンドイッチ構造体の弾性率や強度を効率的に高める上で、繊維束を一方向に引きそろえた連続した強化繊維（ＵＤと称する）を使用し、強化繊維の配向方向を変えて積層することが望ましい。
　構造体は、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ＰＤＡ（電子手帳等の携帯情報端末）、ビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品等の筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、振動板、スピーカーコーン、またはそのケース」等の電気、電子機器部品、「スピーカーコーン」等の音響部材、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジ」等の、外板、又は、ボディー部品、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツ」等の外装部品、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュール」等の内装部品、又は、「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク」等の自動車、二輪車用構造部品、「バッテリートレイ、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ランプリフレクター、ランプハウジング、ノイズシールド、スペアタイヤカバー」等の自動車、二輪車用部品、「遮音壁、防音壁などの壁内部材」等の建材、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ、シート」等の航空機用部品が挙げられる。力学特性および形状賦型性の観点からは、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体、建材に望ましく用いられる。なかでも、とりわけ複数の部品から構成されるモジュール部材に好適である。力学特性および均質性の観点からは振動板やスピーカーコーンなどの音響部品に望ましく用いられる。
　以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
　（１）構造体における強化繊維の体積含有率Ｖｆ
　構造体の質量Ｗｓを測定した後、構造体を空気中５００℃で３０分間加熱して樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量Ｗｆを測定し、次式により算出した。このとき、強化繊維および樹脂の密度は、ＪＩＳ　Ｚ８８０７（２０１２）の液中ひょう量法に従って測定した結果を用いる。
Ｖｆ（体積％）＝（Ｗｆ／ρｆ）／｛Ｗｆ／ρｆ＋（Ｗｓ－Ｗｆ）／ρｒ｝×１００
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ρｒ：樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）
　（２）構造体の曲げ試験
　構造体から試験片を切り出し、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に従い曲げ弾性率を測定した。試験片は、任意の方向を０°方向とした場合に＋４５°、－４５°、９０°方向の４方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数ｎ＝５とし、算術平均値を曲げ弾性率Ｅｃとした。測定装置としては“インストロン（登録商標）”５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用した。得られた結果より次式により、構造体の比曲げ剛性を算出した。
比曲げ剛性＝Ｅｃ１／３／ρ
　（３）構造体の同心円均質度
　構造体の頂点から底面の端部までの最小距離をｒとした場合に、頂点から距離ｒの５０％の位置ｒ５０と頂点を通過する任意の１つの直線およびその直線から４５°、９０°、１３５°傾いた頂点を通過する合計４つの直線との交点において、上記（２）項と同様にして曲げ試験を行った。距離ｒ５０における曲げ弾性率をＥｃｉとした。また得られた全てのデータの平均曲げ弾性率をＥｃとした。得られた曲げ弾性率の値および次式より、同心円均質度を算出した。
　・同心円均質度（％）＝｛Σ（Ｅｃｉ－Ｅｃ）２／ｉ｝０．５／Ｅｃ×１００
Ｅｃｉ：距離ｒ５０における曲げ弾性率の個別値（ｉ＝１、２、・・・８）（ＧＰａ）
Ｅｃ：距離ｒ５０における平均曲げ弾性率（ＧＰａ）
　（４）構造体の放射均質度
　構造体の頂点を通過する任意の１つの直線およびその直線から９０°傾けた直線の合計２つの直線と頂点から底面の端部までの最小距離をｒとした場合に、頂点から距離ｒの３０％の位置ｒ３０、頂点から距離ｒの７０％の位置ｒ７０との交点において、上記（２）項と同様にして曲げ試験を行った。各交点における曲げ弾性率をＥｒｉとした。また得られた全てのデータの平均曲げ弾性率をＥｒとした。得られた曲げ弾性率の値および次式より、放射均質度を算出した。
　・放射均質度（％）＝｛Σ（Ｅｒｉ－Ｅｒ）２／ｉ｝０．５／Ｅｒ×１００
Ｅｒｉ：各位置における曲げ弾性率の個別値（ｉ＝１、２、・・・８）（ＧＰａ）
Ｅｒ：各位置における平均曲げ弾性率（ＧＰａ）
　（５）構造体の密度ρ
　構造体から試験片を切り出し、ＪＩＳ　Ｋ７２２２（２００５）に従って構造体の見かけ密度を測定した。試験片の寸法は縦１００ｍｍ、横１００ｍｍとした。試験片の縦、横、厚みをマイクロメーターで測定し、得られた値より試験片の体積Ｖを算出した。また、切り出した試験片の質量Ｍを電子天秤で測定した。得られた質量Ｍ及び体積Ｖを次式に代入することにより構造体の密度ρを算出した。
ρ［ｇ／ｃｍ３］＝１０３×Ｍ［ｇ］／Ｖ［ｍｍ３］
　（６）構造体の空隙の体積含有率
　構造体から縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製　Ｓ－４８００型）により観察し、構造体の表面から、等間隔に１０箇所を１０００倍の倍率で撮影した。それぞれの画像について、画像内の空隙の面積Ａａを求めた。さらに、空隙の面積Ａａの合計を、画像全体の面積で除算することにより空隙率を算出した。構造体の空隙の体積含有率は、５枚の試験片でそれぞれ１０箇所ずつ撮影した合計５０箇所の空隙率から算術平均により求めた。
　なお、構造体において、表面から厚み方向の中点位置までの空隙率と残りの部分の空隙率とが異なる場合を判断するために、前記等間隔に撮影した１０箇所において、各々の空隙の体積含有率を算出し、空隙の体積含有率が０体積％以上、１０体積％未満の範囲内にあるものと、空隙の体積含有率が１０体積％以上、９９体積％以下のものとに分別して求めた。
　（７）構造体における樹脂の体積含有率
　（１）、（６）より求めた構造体における強化繊維の体積含有率と空隙の体積含有率の値を用いて、下式により樹脂の体積含有率を求めた。
樹脂のＶｒ（体積％）＝１００－（Ｖｆ＋Ｖａ）
Ｖｆ：強化繊維の体積含有率（体積％）
Ｖａ：空隙の体積含有率（体積％）
　下記の実施例および比較例において、以下の材料を使用した。
　［炭素繊維１］
　ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数１２，０００本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径：７μｍ
密度：１．７８ｇ／ｃｍ３
引張強度：４６００ＭＰａ
引張弾性率：２２０ＧＰａ
　［ＰＰ樹脂］
　未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０５Ｇ）８０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製“アドマー”ＱＢ５１０）２０質量％とからなる目付１００ｇ／ｍ２の樹脂シートを作製した。
　［ＰＡ樹脂］
　ナイロン６樹脂（東レ（株）製“アミラン”（登録商標）ＣＭ１０２１Ｔ）からなる目付１２４ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。
　［強化繊維マット１］
　炭素繊維１をカートリッジカッターで６ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維を得た。水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））とからなる濃度０．１質量％の分散液を作製し、この分散液とチョップド炭素繊維とを用いて図１１に示す強化繊維マットの製造装置を用いて、強化繊維マットを製造した。図１１に示す製造装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径１０００ｍｍの円筒形状の容器、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部（傾斜角３０°）を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維及び分散液（分散媒体）を投入可能である。抄紙槽は、底部に幅５００ｍｍの抄紙面を有するメッシュコンベアを備え、炭素繊維基材（抄紙基材）を運搬可能なコンベアをメッシュコンベアに接続している。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を０．０５質量％として行った。抄紙した炭素繊維基材を２００℃の乾燥炉で３０分間乾燥し、不織布状の強化繊維マット１を得た。得られた目付は５０ｇ／ｍ２であった。
　［強化繊維マット２］
　炭素繊維１をカートリッジカッターで３ｍｍにカットしたこと以外は強化繊維マット１と同様にして、不織布状の強化繊維マット２を得た。
　（実施例１）
　強化繊維マットとして強化繊維マット１、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下の工程（Ｉ）～（ＩＶ）を経ることにより構造体前駆体を得た。
（Ｉ）積層物を２３０℃に予熱したプレス成形機の熱盤の間に配置して金型を閉じる。
（ＩＩ）次いで、１２０秒間保持した後、３ＭＰａの圧力を付与してさらに６０秒間保持する。
（ＩＩＩ）工程（ＩＩ）の後、圧力を保持した状態で熱盤の温度を５０℃まで冷却する。
（ＩＶ）プレス成形機の熱盤を開いて構造体前駆体を取り出す。
　得られた構造体前駆体を２００℃に設定したオーブンで３分間加熱した。事前に、２００℃のオーブンでＰＰ樹脂を加熱したときの引張強度を測定しており、３分以上の加熱で引張強度が１０ＭＰａ以下となることを確認し、加熱時間を３分と設定した。
　次いで、加熱された状態の構造体前駆体を、図１に示す構造体を成形可能な表面温度２３０℃に設定した金型に配置し、３ＭＰａの加圧を行った。その後、金型を開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが１．６８ｍｍとなるように調整し、再度、金型を締結した。３ＭＰａの圧力を保持した状態で金型表面温度が５０℃になるまで冷却し、金型を開いて構造体を取り出した。実施例１の構造体の特性を表１に示す。
　（実施例２）
　強化繊維マットとして強化繊維マット１、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製したこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。実施例２の構造体の特性を表１に示す。
　（実施例３）
　強化繊維マットとして強化繊維マット１、樹脂シートとしてＰＰ樹脂を、［樹脂シート／強化繊維マット／強化繊維マット／樹脂シート］の順番に配置した積層物を作製したこと、構造体を得る際の厚みが１．４０ｍｍとなるように調整したこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。実施例３の構造体の特性を表１に示す。
　（実施例４）
　成形に用いる金型を図４（ｃ）に示すような断面形状を有する半球状としたこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。実施例４の構造体の特性を表１に示す。
　（実施例５）
　成形に用いる金型を底面が正方形で図４（ｂ）に示すような四角錐台状としたこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。実施例５の構造体の特性を表１に示す。
　（実施例６）
　成形に用いる金型を図４（ｄ）に示すような形状としたこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。実施例６の構造体の特性を表２に示す。
　（実施例７）
　強化繊維マットを強化繊維マット１から強化繊維マット２に変更して構造体前駆体としたこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。実施例７の構造体の特性を表２に示す。
　（実施例８）
　樹脂シートをＰＰ樹脂からＮｙ樹脂に変更して構造体前駆体としたこと、オーブンの温度を２３０℃としたこと、金型の温度を２６０℃としたこと以外は、実施例１と同様にして構造体を得た。実施例８の構造体の特性を表２に示す。
　（実施例９）
　材料として、炭素繊維強化エポキシ樹脂（商品名：“トレカ”プリプレグＰ３２５２Ｓ－１０、東レ（株））および発泡ポリプロピレンシート（商品名：エフセル　ＲＣ２０１０（２倍発泡、厚み１．０ｍｍ）、古河電気工業（株））を用い、［プリプレグ（０°方向）／プリプレグ（９０°方向）／プリプレグ（０°方向／プリプレグ（９０°方向）／エフセル／プリプレグ（９０°方向）／プリプレグ（０°方向）／プリプレグ（９０°方向）／プリプレグ（０°方向）］の積層体を得た。この積層体を、表面温度を１５０℃に設定した金型に配置し、０．５ＭＰａの加圧を行った。３０分間、圧力を保持した後、金型を開いて構造体を得た。実施例９の構造体の特性を表２に示す。
　（比較例１）
　材料として、ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂（商品名：“モストロン”Ｌ－３０４０Ｐ、（株）プライムポリプロ）を５０質量％、発泡剤（商品名：ポリスレンＥＥ２０６、永和化成工業（株））を５０質量％の比率でドライブレンドし、シリンダ温度２３０℃、金型温度５０℃で実施例１の構造体と同一の形状となる金型を使用して射出成形を行い、構造体を得た。比較例１の構造体の特性を表３に示す。
　（比較例２）
　材料として、炭素繊維強化エポキシ樹脂（商品名：“トレカ”Ｆ６３４３Ｂ－０５Ｐ、東レ（株））を７枚積層した積層体を得た。この積層体を用いること以外は、実施例１と同様にして、構造体を得た。比較例２の構造体の特性を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
〔検討〕
　実施例１～９が、構造体の比曲げ剛性を満足した山形の形状を有する構造体であることは明確である。実施例１～３においては、比曲げ剛性を意図的に変化させることが可能であり、要求される特性に応じて構成を変更させられることを示した。実施例４および５では、側面部または底面が異なる山形の形状となる構造体であり、実施例４は点対称であるために全方向に均質な特性を発現しうる。実施例５は角を有する構造体であるため、構造体の剛性を高めることができた。実施例６において、斜面の傾きの急な断面形状を有する構造体を得ることができた。実施例７においては繊維長を、実施例８においては樹脂を変更した構造体を得ることができた。実施例９においては、連続繊維を用いたサンドイッチ構成で構造体を得ることができた。さらに実施例１～８においては、同心円状および／または放射線状の均質性に優れている。一方、比較例１および比較例２においては、比曲げ剛性および均質性が満足できなかった。
　本発明によれば、剛性及び軽量性に優れる山形の形状を有する構造体を提供することができる。さらに、均質性に優れた構造体を提供することができる。
１　構造体
２　上面部
３　側面部
４　頂点
５　重心
６　樹脂
７　強化繊維
８　空隙
９　単繊維
１０　フランジ部
 

Claims (11)

  1. 　樹脂と強化繊維と空隙とを有する構造体であって、
    　曲げ弾性率をＥｃ、密度をρとしたとき、Ｅｃ１／３・ρ－１として表される比曲げ剛性が２．５以上であり、
    　山形の形状を有している、構造体。
  2. 　前記山形の形状における同心円均質度が２０％以下である、請求項１に記載の構造体。
  3. 　前記山形の形状が、円錐状、半球状、多角錐状、円錐台状、半球台状、及び多角錐台状からなる群より選択される形状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の構造体。
  4. 　前記構造体の垂直投影面の面積をＳ１として、前記構造体の垂直投影面の頂点と、底面とで形成される三角形の面積をＳ２とした際に、Ｓ１とＳ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が、０．３～１．７である、請求項１～３のいずれかに記載の構造体。　
  5. 　前記曲げ弾性率（Ｅｃ）が３ＧＰａ以上である、請求項１～４のいずれかに記載の構造体。
  6. 　前記山形の形状における放射均質度が２０％以下である、請求項１～５のいずれかに記載の構造体。
  7. 　前記構造体の厚みが０．２ｍｍ以上である、請求項１～６のいずれかに記載の構造体。
  8. 　以下の（１）～（３）を満たす、請求項１～７のいずれかに記載の構造体。
    （１）前記樹脂の体積含有率が、２．５～８５体積％
    （２）前記強化繊維の体積含有率が、０．５～５５体積％
    （３）前記空隙の体積含有率が、１０～９７体積％
  9. 　前記強化繊維が、略モノフィラメント状であり、構造体中にランダムに分散してなり、質量平均繊維長１～１５ｍｍの不連続な強化繊維から構成される不織布状の形態である、請求項１～８のいずれかに記載の構造体。
  10. 　前記強化繊維が、金属繊維、ピッチ系炭素繊維、及びＰＡＮ系炭素繊維からなる群より選ばれるいずれかである、請求項１～９のいずれかに記載の構造体。
  11. 　請求項１～１０のいずれかに記載の構造体の製造方法であって、少なくとも以下の工程をこの順に有する構造体の製造方法。
    工程［１］：少なくとも樹脂と強化繊維を含む繊維強化樹脂（構造体前駆体）を、前記樹脂の引張強度が１０ＭＰａ以下となるまで加熱する工程。
    工程［２］：前記繊維強化樹脂（構造体前駆体）を、前記樹脂の引張強度が１０ＭＰａ以下となるまで加熱した状態で圧力を付与し、形状を賦型する工程。
    工程［３］：前記繊維強化樹脂（構造体前駆体）の厚み調整をすることにより膨張させる工程。
     
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