本発明のチョップド繊維束のいくつかの� ��施態様を、図面を参照しながら説明する。

 図1は、本発明のチョップド繊維束の一例 の平面図である。図1において、本発明のチ� �ップド繊維束CFB1は、一方向に配列された多� ��本の強化繊維11と多数本の強化繊維11を集束 する集束剤(図示されていない)とからなる。� ��強化繊維11の繊維長Lfは、5乃至100mmである。

 チョップド繊維束CFB1は、強化繊維11の配� ��方向における一方の先端である第1の先端12a から他方の先端である第2の先端12bに向かい� �強化繊維11の配列方向に直角な方向の繊維束 横断面における強化繊維11の本数が増加する� ��1の遷移区間13aを有する。また、第2の先端12 bから第1の先端12aに向かい、繊維束横断面に� ��ける強化繊維11の本数が増加する第2の遷移� ��間13bを有する。

 強化繊維11の配列方向は、図1において、� ��下方向あるいは垂直方向に描かれている。� ��化繊維11の配列方向は、チョップド繊維束CF B1の長手方向でもある。強化繊維11の配列方� �に直角な方向は、図1において、左右方向あ� ��いは水平方向に描かれている。強化繊維11� �配列方向に直角な方向は、チョップド繊維� �CFB1の幅方向でもある。

 第1の遷移区間13aと第2の遷移区間13bとの� �に、強化繊維11の配列方向に沿って、繊維束 横断面における強化繊維11の本数が不変であ� ��不変区間14を有する。不変区間14の一方の端 面14Eaが、第1の遷移区間13aの第1の先端12aとは 反対側の終端である第1の終端面13Eaに一致し� ��いる。また、不変区間14の他方の端面14Ebが� ��第2の遷移区間13bの第2の先端12bとは反対側� �終端である第2の終端面13Ebに一致している。

 チョップド繊維束CFB1は、第1の先端12aと第2� ��先端12bとの間において、繊維束横断面にお� ��る強化繊維の総断面積の変化量が、強化繊� ��11の配列方向に1mm当たり0.05mm ² 以下とされている。

 図1は、チョップド繊維束CFB1の強化繊維11 の配列方向に直角な方向の幅が最大となる状 態が描画された平面図である。チョップド繊 維束CFB1は、不変区間14の全域において、最大 幅Wbを有する。最大幅Wbを有する位置(区間)に おいて、強化繊維11の本数が最大になる。

 図1において、第1の遷移区間13aおよび第2� ��遷移区間13bの双方の遷移区間の外形状にお� ��る先端から終端に向かう一方の辺15a、15bの� ��れぞれは、強化繊維11の配列方向に沿った� �線状の線分で形成され、他方の辺16a、16bの� �れぞれは、チョップド繊維束CFB1が製造され� ��際に切断された多数の強化繊維11の切断端� �が並ぶ直線状の線分で形成されている。

 チョップド繊維束CFB1の辺15aと辺15bとの間 のチョッド繊維束CFB1の幅方向における距離� �、チョップド繊維束CFB1の差し渡し幅Wdであ� �、第1の先端12aと第2の先端12bとの間のチョッ プド繊維束CFB1の長手方向の距離は、チョッ� �ド繊維束CFB1の差し渡し長さLdである。

 図2は、本発明のチョップド繊維束の他の 一例の平面図である。図2において、本発明� �チョップド繊維束CFB2は、図1のチョップド繊 維束CFB1と同様の形態を有する。従って、図2� ��チョップド繊維束CFB2の各部位には、図1の� �ョップド繊維束CFB1のそれに相当する部位の� ��号と同じ符号が付けられている。

 図2のチョップド繊維束CFB2と図1のチョッ� ��ド繊維束CFB1との相違は、図2のチョップド� �維束CFB2の不変区間14におけるチョップド繊� �束の幅Wb、すなわち、チョップド繊維束CFB2� �差し渡し幅Wdが、図1のチョップド繊維束CFB1� ��差し渡し幅Wdに比べ、狭い点にある。その� �果、図2のチョップド繊維束CFB2の第1の遷移� �間13aにおける多数本の強化繊維11の切断端部 が並ぶ辺16aの長さは、図1のチョップド繊維� �CFB1の辺16aの長さより短く、また、図2のチョ ップド繊維束CFB2の第2の遷移区間13bにおける� ��数本の強化繊維11の切断端部が並ぶ辺16bの� �さは、図1のチョップド繊維束CFB1の辺16bの長 さより短くなっている。

 チョップド繊維束CFB2における各強化繊維11� ��繊維長Lfは、5乃至100mmである。チョップド� �維束CFB2は、第1の先端12aと第2の先端12bとの� �において、繊維束横断面における強化繊維� �総断面積の変化量が、強化繊維11の配列方向 に1mm当たり0.05mm ² 以下とされている。

 図3は、本発明のチョップド繊維束の更に 他の一例の平面図である。図3において、本� �明のチョップド繊維束CFB3は、図1のチョップ ド繊維束CFB1の不変区間14を有していない点を 除いて、図1のチョップド繊維束CFB1と同様の� ��態を有する。従って、図3のチョップド繊維 束CFB3の各部位には、図1のチョップド繊維束C FB1のそれに相当する部位の符号と同じ符号が 付けられている。

 図3のチョップド繊維束CFB3は、強化繊維11 の本数が第1の先端12aから第2の先端12bに向か� ��増加する第1の遷移区間13aと強化繊維11の本� ��が第2の先端12bから第1の先端12aに向かい増� �する第2の遷移区間13bとからなる。チョップ� ��繊維束CFB3において、第1の遷移区間13aの第1� ��先端12aとは反対側の終端である第1の終端面 13Eaと第2の遷移区間13bの第2の先端12bとは反対 側の終端である第2の終端面13Ebとが直接一致� ��ている。

 チョップド繊維束CFB3は、これら両終端面 13Ea、13Ebが一致している箇所において、最大� ��Wbを有する。最大幅Wbを有する位置(区間)に� ��いて、強化繊維11の本数が最大になる。ま� �、これら両終端面13Ea、13Ebが一致しているた め、チョップド繊維束CFB3の差し渡し長さLdの 値は、強化繊維11の長さLfの値の2倍となって� ��る。

 チョップド繊維束CFB3における各強化繊維11� ��繊維長Lfは、5乃至100mmである。チョップド� �維束CFB3は、第1の先端12aと第2の先端12bとの� �において、繊維束横断面における強化繊維� �総断面積の変化量が、強化繊維11の配列方向 に1mm当たり0.05mm ² 以下とされている。

 図4は、図1の本発明のチョップド繊維束CF B1の幅が最大幅Wbを有している位置のチョッ� �ド繊維束CFB1の長手方向に直角な方向におけ� ��横断面図である。図4において、多数本の強 化繊維11が集束剤により集束されてなるチョ� ��プド繊維束CFB1は、その幅方向(図4における� ��右方向あるいは水平方向)において最大幅Wb� ��有し、その厚み方向(図4における上下方向� �るいは垂直方向)において最大厚みTbを有す� �。図2の本発明のチョップド繊維束CFB2、およ び、図3のチョップド繊維束CFB3のそれぞれの� ��大幅Wbの位置におけるそれぞれの横断面形� �は、図4のチョップド繊維束CFB1の横断面形状 と同じであるため、それらの図示は省略する 。最大幅の値Wbと最大厚みの値Tbとの比率Wb/Tb により、チョップド繊維束の扁平率が示され る。

 チョップド繊維束の長手方向に直角な方� ��における横断面形状は、円形、楕円形、四� ��形など種々の形状を採り得るが、チョップ� ��繊維束の横断面形状の安定性、チョップド� ��維束の良好な取り扱い性、および、チョッ� ��ド繊維束の製造の容易性の観点から、チョ� ��プド繊維束の横断面形状は、円形、楕円形� ��あるいは、四角形であることが好ましく、� ��4に示すような扁平な長方形、あるいは、扁 平な楕円形であることが特に好ましい。

 図5は、本発明のチョップド繊維束の他の 7例のそれぞれの平面図((a)乃至(g))の羅列であ る。図5のそれぞれのチョップド繊維束は、� �において上下方向に配列され、集束剤によ� �集束された多数本の強化繊維11からなる。

 図5(a)のチョップド繊維束CFB5aは、上側に4 つの先端を、下側に4つの先端を有し、隣接� �る先端の間に、V字の切り込みを有する。チ� ��ップド繊維束CFB5aの外形は、16の辺からなり 、各辺は、全て直線の線分からなる。

 図5(b)のチョップド繊維束CFB5bは、上側に1 つの先端を、下側に2つの先端を有し、下側� �2つの先端の間に、V字の切り込みを有する。 チョップド繊維束CFB5bの外形は、6つの辺から なり、各辺は、全て直線の線分からなる。

 図5(c)のチョップド繊維束CFB5cは、上側に1 つの先端を、下側に1つの先端を有する。チ� �ップド繊維束CFB5cの外形は、4つの辺からな� �、それらのうち2つの辺は、曲線の線分から� ��り、他の2つの辺は、直線の線分からなる。

 図5(d)のチョップド繊維束CFB5dは、上側に2 つの先端を、下側に1つの先端を有する。チ� �ップド繊維束CFB5dの外形は、4つの辺からな� �、それらのうち上側の2つの先端を結ぶ辺は� ��U字の曲線の線分からなり、下側の先端を含 む辺は、U字の曲線の線分からなり、残りの2� ��の辺は、直線の線分からなる。

 図5(e)のチョップド繊維束CFB5eは、上側に1 つの先端を、下側に1つの先端を有する。チ� �ップド繊維束CFB5eの外形は、2つの辺からな� �、それらの辺は、それぞれ上側の先端と下� �の先端とを結ぶ外側に凸の曲線の線分から� �る。

 図5(f)のチョップド繊維束CFB5fは、上側に1 つの先端を、下側に1つの先端を有する。チ� �ップド繊維束CFB5fの外形は、6つの辺からな� �、各辺は、全て直線の線分からなる。

 図5(g)のチョップド繊維束CFB5gは、上側に1 つの先端を、下側に1つの先端を有する。チ� �ップド繊維束CFB5gの外形は、4つの辺からな� �、各辺は、全て直線の線分からなる。

 本発明のチョップド繊維束は、繊維強化� ��形体(繊維強化プラスチック)を成形するた� �の成形材料の製造に用いられる。この成形� �料は、多数の本発明のチョップド繊維束の� �合体からなる。この成形材料を用いて複雑� �形状を有する成形体を成形する場合、複雑� �形状への良好な成形追従性が求められる。� �発明のチョップド繊維束中に含まれる全て� �強化繊維11の繊維長Lfが100mm以下とされてい� �ため、多数の本発明のチョップド繊維束か� �なる成形材料は、良好な成形追従性を有す� �。

 繊維長Lfが100mmを超える場合、繊維長が長 くなるほど、成形体の成形過程において、強 化繊維11がその配列方向に流動し難くなり、� ��雑の形状を有する成形体の製造が困難とな� ��。繊維長Lfが5mm未満の場合は、成形体の成� �過程における強化繊維11の流動性は向上する が、得られる成形体の力学特性が低下する。 成形体の成形過程における強化繊維の流動性 と得られる成形体の力学特性との関係から、 本発明のチョップド繊維束中の各強化繊維11� ��長さLfは、10乃至50mmであることが好ましい� �

 チョップド繊維束内に含まれる繊維長が5 mm未満の強化繊維の本数は、少なければ少な� ��ほど良く、チョップド繊維束を形成してい� ��強化繊維の総本数の5%より少ないのが良い� �すなわち、本発明において、チョップド繊� �束を形成している強化繊維11の繊維長Lfが5乃 至100mmであるとは、繊維長が5mm未満の強化繊� ��の本数が、チョップド繊維束を形成してい� ��強化繊維の総本数の5%以下であり、かつ、� �ての強化繊維の繊維長が100mm以下である状態 を含む。

 一般的に、多数のチョップド繊維束の集� ��体からなる成形材料を成形することにより� ��繊維強化プラスチック(以下、「短繊維強化 プラスチック」と称することがある)が製造� �れる。繊維強化プラスチックに荷重が付加� �れた場合、荷重のほとんどを、繊維強化プ� �スチックに内在している強化繊維が受け持� �ことになる。チョップド繊維束の場合、そ� �を形成している多数の強化繊維は、ある長� �をもって切断された状態にある。従って、� �るチョップド繊維束の強化繊維が受け持っ� �いた荷重は、そのチョップド繊維束の端部� �ら、マトリックス樹脂を介して、近傍に位� �するチョップド繊維束の端部においてその� �ョップド繊維束の強化繊維に受け渡される� �要がある。

 繊維強化プラスチックの製造に用いられ� ��いる従来のチョップド繊維束の一例の平面� ��および側面図を、図6に示す。図6において� �従来のチョップド繊維束CFBCは、集束剤によ� ��集束された多数本の強化繊維61からなる。� �ョップド繊維束CFBCは、多数本の連続した強� ��繊維からなる連続強化繊維束が、長さ方向� ��一定間隔で、連続強化繊維束の長さ方向に� ��角な方向において切断されて製造される。� ��って、チョップド繊維束CFBCの長手方向の双 方の先端61a、61bにおいて、チョップド繊維束 CFBCが製造された際に切断された多数の強化� �維61の切断端部の全てが、チョップド繊維束 CFBCの幅方向に位置する、換言すれば、多数� �強化繊維61の切断端部の位置に、チョップド 繊維束CFBCの長手方向におけるずれがない。

 このような多数の従来のチョップド繊維� ��CFBCからなる繊維強化プラスチックに荷重が 付加された場合、あるチョップド繊維束の強 化繊維が受け持っていた荷重は、そのチョッ プド繊維束の端部から、マトリックス樹脂を 介して、近傍に位置するチョップド繊維束に 受け渡される。特に、繊維強化プラスチック に荷重が負荷された方向にチョップド繊維束 の強化繊維が配列している場合、チョップド 繊維束は多くの荷重を負担するため、チョッ プド繊維束の端部から多くの荷重が近傍に位 置するチョップド繊維束に受け渡される。そ の際、従来のチョップド繊維束CFBCでは、多� �本の強化繊維の端部の全てが、チョップド� �維束CFBCの幅方向(図6において、左右方向あ� �いは水平方向)に整列しているため、マトリ� ��クス樹脂を介してのチョップド繊維束間の� ��重の受け渡しが、一気に生じることになる� ��このような荷重の受け渡し状態においては� ��チョップド繊維束CFBCの端部に応力集中が生 じる。この応力集中により、チョップド繊維 束CFBCの端部が破壊され、クラックが発生す� �。発生したいくつかのクラックが連結する� �とで、繊維強化プラスチック全体が破壊に� �ることも生じる。

 短繊維強化プラスチックの強度向上のた� ��には、前記特許文献1および2に提案がある� �うに、チョップド繊維束に含まれる強化繊� �の本数を少なくすることが有効である。強� �繊維の本数を減らすことにより、あるチョ� �プド繊維束端部から周囲のチョップド繊維� �の端部に受け渡す荷重が小さくなるため、� �力集中の影響範囲が小さくなる。そのため� �クラックが発生しても、クラック同士の連� �が生じ難く、結果として、繊維強化プラス� �ックの強度が向上する。

 しかしながら、チョップド繊維束に含ま� ��る強化繊維の本数は、工業的には減らすこ� ��は非常に難しい。強化繊維としてガラス繊� ��が使用される場合、強度向上を図るために� ��多数本の連続したガラス繊維からなる連続� ��ラス繊維束を分繊して、ガラス繊維の本数� ��小分けにした後、繊維束を切断することで� ��ガラス繊維の本数が少ないチョップド繊維� ��を製造している。しかし、分繊の工程が必� ��となるため、チョップド繊維束の製造コス� ��が高くなる問題を有する。また、強化繊維� ��して炭素繊維が使用される場合、炭素繊維� ��を分繊すると、毛羽が発生するため、炭素� ��維束を小分けにすることが難しい。

 一方、多数本の強化繊維の各強化繊維を� ��糸単位で分散させて配列しようとする場合� ��強化繊維一本一本の曲げ剛性が低く、強化� ��維の真直性を保ったまま分散させるのは非� ��に困難であり、また、強化繊維同士が凝集� ��て結局強度が低下してしまうため、強化繊� ��を単糸分散させた成形材料は、工業的に製� ��することが困難である。

 本発明のチョップド繊維束は、上記の問� ��を解決することを目的とする。本発明のチ� ��ップド繊維束は、チョップド繊維束を形成� ��る強化繊維の本数を、チョップド繊維束の� ��端部において、その中央部よりも少なくす� ��ことにより、チョップド繊維束の中央部で� ��大であるチョップド繊維束の受け持つ荷重� ��、チョップド繊維束端部に向かって、本数� ��減少している強化繊維を通じて、少しずつ� ��近傍に位置するチョップド繊維束に受け渡� ��ようにしたものである。従って、本発明の� ��ョップド繊維束からなる繊維強化プラスチ� ��クにおいては、上記応力集中が発生しにく� ��。

 そのため、従来の同一箇所で強化繊維が� ��べて切断されているチョップド繊維束の場� ��に比べ、本発明のチョップド繊維束の場合� ��得られる繊維強化プラスチックの強度が、� ��段に向上する。それだけではなく、応力集� ��が起こらないため、初期の損傷(クラック)� �発生しにくい。繊維強化プラスチックの用� �では、初期の損傷により音鳴りが起き、不� �を誘うため、適用できない用途も存在する� �、そのような用途にも、本発明のチョップ� �繊維束からなる繊維強化プラスチック(本発� ��の繊維強化プラスチック)を使用することが 可能となる。また、初期の損傷は、疲労強度 に大きく影響するが、本発明の繊維強化プラ スチックの場合、初期の損傷が少ないため、 静的強度のみならず疲労強度も大きく向上す る。

 本発明のチョップド繊維束の遷移区間13a、1 3bにおける強化繊維11の本数の増加は、遷移� �間13a、13bにおいて、少なくとも二箇所で強� �繊維11の本数の増加があり、その本数の増加 箇所のチョップド繊維束の横断面における強 化繊維の総断面積の最大値が、0.008mm ² 以下である場合、遷移区間13a、13bにおける強 化繊維11の本数の増加は、連続的な増加と云� ��ことが出来る。より滑らかに強化繊維の本� ��が増加した方が、上記の応力集中が起き難� ��との観点から、上記本数の増加箇所のチョ� ��プド繊維束の横断面における強化繊維の総� ��面積は、0.002mm ² 以下であることが好ましい。

 実際に強化繊維11の本数の変化が起こる遷� �区間13a、13bを含む本発明のチョップド繊維� �の長手方向の全域(差し渡し長さLdの全域)に� ��って、強化繊維の総断面積の変化量は、1mm� ��たり0.05mm ² 以下とされている。この変化量の規定により 、上記の応力集中を有効に防止することが出 来る。この変化量は、1mm当たり0.04mm ² 以下であることが好ましく、0.025mm ² 以下であることが更に好ましい。

 チョップド繊維束中の任意の位置におけ� ��強化繊維の総断面積とは、当該任意の位置� ��おいて、強化繊維の配列方向に直交した面( 横断面)に存在する全ての強化繊維の各強化� �維の断面積を加算して得られる総和である� �

 図7は、図2の本発明のチョップド繊維束CF B2の平面図(a)、側面図(b)、および、チョップ� ��繊維束CFB2の強化繊維11の配列方向における� ��化繊維11の本数の増減の状態を示すグラフ(c )である。図7(c)のグラフにおいて、横軸Xは、 チョップド繊維束CFB2の差し渡し長さLdにおけ る位置を示し、縦軸Yは、強化繊維11の本数あ るいは強化繊維11の総断面積を示す。

 図7(c)のグラフに示すように、チョップド 繊維束CFB2の強化繊維11の本数は、第1の先端12 aから第1の遷移区間の第1の終端面13Eaに向か� �、チョップド繊維束CFB2の長手方向に沿って� ��連続的に増加し、第1の終端面13Eaにおいて� �一定値となる。この一定値は、第1の終端面1 3Eaから第2の遷移区間の第2の終端面13Ebまでの 不変区間14において維持される。次いで、強� ��繊維11の本数は、第2の終端面13Ebから第2の� �端12bに向かい、チョップド繊維束CFB2の長手� ��向に沿って、連続的に減少する。不変区間1 4における強化繊維11の本数は、チョップド繊 維束CFB2における強化繊維11の本数の最大値で ある。

 図8は、図3の本発明のチョップド繊維束CF B3の平面図(a)、側面図(b)、および、チョップ� ��繊維束CFB3の強化繊維11の配列方向における� ��化繊維11の本数の増減の状態を示すグラフ(c )である。図8(c)のグラフにおいて、横軸Xは、 チョップド繊維束CFB3の差し渡し長さLdにおけ る位置を示し、縦軸Yは、強化繊維11の本数あ るいは強化繊維11の総断面積を示す。

 図8(c)のグラフに示すように、チョップド 繊維束CFB3の強化繊維11の本数は、第1の先端12 aから第1の遷移区間の第1の終端面13Eaに向か� �、チョップド繊維束CFB3の長手方向に沿って� ��連続的に増加する。チョップド繊維束CFB3は 、強化繊維の本数が繊維束の長手方向に一定 値に維持される不変区間を有さず、第1の終� �面13Eaと第2の遷移区間13bの第2の終端面13Ebと� ��一致しているため、第1の終端面13Ea(第2の終 端面13Eb)における強化繊維11の本数は、最大� �を示す。次いで、強化繊維11の本数は、第2� �終端面13Ebから第2の先端12bに向かい、チョッ プド繊維束CFB3の長手方向に沿って、連続的� �減少する。

 本発明のチョップド繊維束のその長手方� ��における強化繊維の本数の変化の形態は、� ��加後、一定値となり、その後減少する第1の 形態と増加後、一定値を有することなく、減 少する第2の形態との二つである。

 本発明のチョップド繊維束において、第1の 先端12aと第2の先端12bとの間のチョップド繊� �束の横断面における強化繊維11の総断面積FTS の変化量CFTSは、強化繊維11の配列方向に1mm当 たり0.05mm ² 以下である。チョップド繊維束の横断面にお ける強化繊維11の総断面積FTSは、当該横断面� ��存在する各強化繊維11の横断面積の総和で� �る。

 チョップド繊維束の横断面に存在する各� ��化繊維11の横断面積が、それらの中で選択� �れた代表的な強化繊維の横断面積に対し、± 10%以下のばらつきがある場合は、強化繊維11� ��総断面積FTSとして、当該横断面に存在する� ��化繊維11の本数に前記代表的な強化繊維の� �断面積を掛けて得られる値を用いる。また� �チョップド繊維束の最大幅Wbが3mm未満である 場合は、強化繊維の総断面積FTSの変化量CFTS� �して、チョップド繊維束における強化繊維11 の総断面積FTSの最大値を、強化繊維の配列方 向の遷移区間13a、13bの長さ(mm)で割って得ら� �る値を用いる。

 図1乃至5に、本発明のチョップド繊維束の� �々の例が示されている。これらのいずれの� �ョップド繊維束も、強化繊維の本数が増加� �る遷移区間を有しており、かつ、チョップ� �繊維束長手方向の全域に渡って、強化繊維� �総断面積の変化量が、強化繊維の配列方向� �1mm当たり0.05mm ² 以下である。本発明のチョップド繊維束にお いて、強化繊維の総断面積の最大値が0.1mm ² 以上であることが好ましい。

 本発明のチョップド繊維束の遷移区間の� ��端から終端に向かって、強化繊維の本数が� ��加する状態は、逆に、チョップド繊維束の� ��央部からチョップド繊維束の先端に向かっ� ��、強化繊維の本数が減少する状態と表現す� ��ことが出来る。この強化繊維の本数の減少� ��態により、上記の繊維強化プラスチックに� ��ける応力集中の発生が防止される。この強� ��繊維の本数の減少状態は、強化繊維の本数� ��徐々に、すなわち、連続的に減少する形態� ��好ましい。チョップド繊維束が太く、強化� ��維の本数が多く、強化繊維の総断面積が大� ��い方が、応力集中の発生の防止効果が大き� ��なる。強化繊維の総断面積が大きければ大� ��いほど、繊維強化プラスチック中の一つの� ��ョップド繊維束が負担する荷重が大きくな� ��が、負担する荷重が大きくても、その荷重� ��、隣接するチョップド繊維束の端部に、マ� ��リックス樹脂を介して、一気に受け渡され� ��状態は、遷移区間における強化繊維の本数� ��減少状態により、防止される。すなわち、� ��接するチョップド繊維束の間の荷重の伝達� ��、遷移区間における強化繊維の本数の減少� ��態により、徐々に行われ、チョップド繊維� ��の端部における応力集中が防止される。

 チョップド繊維束を製造する場合、太い� ��ョップド繊維束を製造する方が、プロセス� ��に優れ、製造コストも低くなる。しかし、� ��6を用いて説明した形態からなる従来のチョ ップド繊維束を太いチョップド繊維束とした 場合、この太いチョップド繊維束を用いて成 形された従来の短繊維強化プラスチックは、 強度が低い。従って、この短繊維強化プラス チックは、強度部材には適用し難いという問 題があった。

 本発明のチョップド繊維束は、太いチョッ� ��ド繊維束であっても、これを用いて成形さ� ��た短繊維強化プラスチックは、従来の太い� ��ョップド繊維束用いて成形された従来の短� ��維強化プラスチックに比べ、高い強度を有� ��る。従って、チョップド繊維束の製造コス� ��を低くすることが出来る上、高い強度を有� ��る短繊維強化プラスチックを製造すること� ��可能となる。太いチョップド繊維束との観� ��から、強化繊維の総断面積の最大値は、0.2m m ² 以上であることが好ましい。なお、繊維強化 プラスチックとした際の厚み設計の自由度の 観点からは、強化繊維の総断面積の最大値は 、30mm ² 以下であることが好ましく、5mm ² 以下であることがより好ましい。

 一方、強化繊維の総断面積の最大値が0.1mm ² 未満である場合、チョップド繊維束の全域に 亘って、強化繊維の本数の変化量が、強化繊 維の配列方向に1mm当たり強化繊維の最大本数 (本数の最大値)の30%以下であることが好まし� ��。強化繊維の総断面積の最大値が0.1mm ² 未満である場合、すなわち、細いチョップド 繊維束であっても、従来のチョップド繊維束 のように、荷重が一気に解放されるより、強 化繊維の本数が、チョップド繊維束の中央部 から先端にかけて、徐々に減少する形態は、 繊維強化プラスチックにおける荷重の伝達が 徐々に行われるので、好ましい。

 本発明のチョップド繊維束において、各� ��化繊維11の繊維長Lfが、同じであることが好 ましい。チョップド繊維束を製造する際、各 強化繊維の繊維長が同一であると、連続強化 繊維束を長手方向に同一間隔で切断してチョ ップド繊維束を製造することが出来るので、 チョップド繊維束の製造効率が良く、また、 多数のチョップド繊維束を一体化して成形材 料とし、この成形材料を用いて成形体の成形 を行う際に、各強化繊維の繊維長が同じであ る方が、強化繊維の流動を制御し易い。各強 化繊維の繊維長が同一である本発明のチョッ プド繊維束の例は、図1、2、3、5(a)、5(b)、5(c) および5(d)に示されている。

 各強化繊維の繊維長が同じであるとは、� ��ョップド繊維束に含まれる強化繊維の繊維� ��の平均値から±5%の範囲内の繊維長を有する 強化繊維が、チョップド繊維束に含まれる全 強化繊維の95%を占めている状態を云う。

 本発明のチョップド繊維束に用いられる� ��化繊維としては、例えば、アラミド繊維、� ��リエチレン繊維、ポリパラフェニレンベン� ��オキサドール(PBO)繊維などの有機繊維、ガ� �ス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アル� �ナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミ� �クス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維� �スチール繊維などの金属繊維、その他、ボ� �ン繊維、天然繊維、変性した天然繊維があ� �。また、種類の異なる2種以上の強化繊維を� ��み合わせであっても良い。これらの中でも� ��炭素繊維は、軽量であり、優れた比強度お� ��び比弾性率を有しており、更に、優れた耐� ��性や耐薬品性を有しているため、強化繊維� ��して好ましく用いられる。炭素繊維からな� ��本発明のチョップド繊維束から製造された� ��形体(繊維強化プラスチック)は、軽量化が� �まれる自動車パネルなどの部材に好適に用� �られる。

 本発明のチョップド繊維束において、強� ��繊維が、炭素繊維であり、炭素繊維の本数� ��、1,000乃至700,000本であり、チョップド繊維� ��の全域に亘って、炭素繊維の配列方向に1mm� ��動する毎の、炭素繊維の本数の変化量が、1 ,400本以下であることが好ましい。

 炭素繊維は、高強度が得られ易いポリア� ��リロニトリル系炭素繊維が好ましい。入手� ��易い炭素繊維の単糸の径は、5乃至10μm程度� ��あることを考慮すると、チョップド繊維束� ��おける炭素繊維の本数は、1,000乃至700,000本� ��あることが好ましい。炭素繊維の本数は、3 ,000乃至100,000本であることが更に好ましい。� ��強度を有し、繊維の本数が6,000乃至50,000本� �らなる連続炭素繊維束は、安価で、かつ、� �手し易いので、本発明のチョップド繊維束� �製造する際に、好ましく用いられる。

 本発明のチョップド繊維束の全域に亘っ� ��、強化繊維の配列方向に1mm移動する毎に、� ��化繊維の本数の変化量が、1,400本以下であ� �と、繊維強化プラスチックにおいて、有効� �応力集中を防ぐことが出来る。強化繊維の� �数の変化量は、1,000本以下であることが好ま しい。繊維強化プラスチックの強度向上を図 るためには、強化繊維の本数の変化量は、600 本以下であることが好ましい。

 チョップド繊維束の最大幅Wbが3mm未満で� �る場合は、強化繊維の本数の変化量として� �当該チョップド繊維束の強化繊維の本数の� �大値を、強化繊維の配列方向における遷移� �間の長さで割り、1mm当たりの変化量に比例� �算した値を用いる。この際、遷移区間内で� �なくとも二箇所で強化繊維の本数の増加が� �り、強化繊維の本数が増加する箇所におけ� �チョップド繊維束の横断面に含まれる強化� �維の本数が、200本以下であることが好まし� �、50本以下であることが更に好ましい。

 本発明のチョップド繊維束において、最� ��幅Wbと最大厚みTbとの比率Wb/Tbが、20乃至400� �あることが好ましい。比率Wb/Tbは、チョップ ド繊維束の扁平率を表す。扁平率が大きいほ ど、チョップド繊維束は扁平である。扁平な チョップド繊維束は、繊維強化プラスチック の強度向上をもたらす。最大厚みTbの値は、1 50μm以下であることが好ましく、100μm以下で� ��ることが更に好ましい。

 扁平なチョップド繊維束は、例えば、一� ��向に引き出された連続した強化繊維束を開� ��した後に切断することにより製造すること� ��出来る。この連続した強化繊維束の開繊は� ��例えば、連続した強化繊維束をローラーに� ��触させて通過させたり、連続した強化繊維� ��を振動させたり、連続した強化繊維束に対� ��エアブローを行うことにより行うことが出� ��る。

 本発明のチョップド繊維束の特に好まし� ��形態は、チョップド繊維束の端部が強化繊� ��の配列方向に対して斜行している側辺を有� ��ている形態である。斜行している側辺が強� ��繊維の配列方向に対し、2乃至30°の角度を� �して直線状に形成されている形態がより好� �しい。

 このような形態を有する本発明のチョッ� ��ド繊維束は、例えば、連続した強化繊維束� ��一方向に引き出し、強化繊維の繊維長が5乃 至100mmとなるようにして、強化繊維の配列方� ��(連続した強化繊維束の引き出し方向)に対� �て2乃至30°の角度に直線状に、引き出された 連続した強化繊維束を切断することにより、 製造することが出来る。この製造方法におい て、一方向に引き出された連続した強化繊維 束を開繊した後に、切断することにより、よ り扁平なチョップド繊維束を製造することが 出来る。従来のチョップド繊維束は、強化繊 維の配列方向(連続した強化繊維束の引き出� �方向)に垂直な方向において、連続した強化� ��維束を切断することにより製造されていた� ��ころを、強化繊維の配列方向(連続した強化 繊維束の引き出し方向)に対し2乃至30°の角度 で連続した強化繊維束を切断するだけで、高 強度を有する繊維強化プラスチックの製造を 可能とする本発明のチョップド繊維束を得る ことが出来る。

 チョップド繊維束の端部における切断さ� ��た強化繊維の配列が形成する辺の強化繊維� ��配列方向に対する角度は、小さいほど、こ� ��を用いて成形される繊維強化プラスチック� ��高強度化の効果が得られる。角度が30°以下 の場合、その効果が著しい。しかし、一方に おいて、チョップド繊維束自体の取り扱い性 は、低下する。また、強化繊維の配列方向と 切断する刃との角度が小さければ小さいほど 、切断工程における安定性が低下する。その ため、角度は2°以上であることが好ましい。 角度は、3乃至25°であることがより好ましい� ��繊維強化プラスチックの高強度化とチョッ� ��ド繊維束の製造工程におけるプロセス性と� ��兼ね合いから、角度は、5乃至15°であるこ� �が更に好ましい。なお、ここに云う角度は� �絶対値で表される。

 図1、2、3に示す本発明のチョップド繊維� ��は、連続強化繊維束をその長手方向に同一� ��切断間隔で切断することにより製造された� ��のである。図1の本発明のチョップド繊維束 CFB1は、比較的広幅の連続強化繊維束を切断� �て得られたもので、強化繊維11の切断端が配 列されている辺16a、16bの長さが長い形態を有 する。辺16a、16bの長さが長いため、成形材料 製造時、または、その成形材料を用いて成形 体を成形する際に、強化繊維が開繊し易い。 そのため、成形材料あるいは成形体における 各チョップド繊維束の厚みが薄くなり、得ら れる成形体(繊維強化プラスチック)の強度が� ��上し易い。

 図2の本発明のチョップド繊維束CFB2は、� �較的狭い幅の連続強化繊維束を切断して得� �れたもので、強化繊維11の切断端が配列され ている辺16a、16bの長さが短い形態を有する。 辺16a、156bの長さが短いため、強化繊維がば� �け難く、チョップド繊維束の取り扱い性に� �れている。

 図3の本発明のチョップド繊維束CFB3は、� �続強化繊維束を切断するときの切断角度と� �続強化繊維束の幅との関係により、図1ある� ��は図2のチョップド繊維束に存在する不変区 間有さず、実質的に二つの遷移区間13a、13bの みからなる。このチョップド繊維束CFB3にお� �ては、チョップド繊維束CFB3の差し渡し長さL dが、強化繊維11の繊維長Lfの2倍となる。

 チョップド繊維束を製造するための連続� ��化繊維束の切断手段としては、例えば、ギ� ��チンカッター、ロービングカッター等のロ� ��タリーカッターがある。連続強化繊維束は� ��連続強化繊維束の長手方向と切断手段に装� ��されている切断刃の方向とが相対的に斜行� ��る状態において、切断手段に挿入され、切� ��される。

 図5(a)のチョップド繊維束CFB5aの製造には� ��ぎざぎざの刃、図5(b)のチョップド繊維束CFB 5bの製造には、V字型の刃、図5(c)のチョップ� �繊維束CFB5cの製造には、流線型の刃、図5(d)� �チョップド繊維束CFB5dの製造には、Uの字型� �刃が用いられる。図5(e)のチョップド繊維束C FB5eは、連続強化繊維束に水などの集束剤を� �与しながら、連続強化繊維束の長手方向に� �行して連続強化繊維束を切断して、切断に� �り得られた切断片の長手方向の両側部を両� �端部に向かってカヌー状に収束させて製造� �れる。図5(f)のチョップド繊維束CFB5f、およ� �、図5(g)のチョップド繊維束CFB5gの製造には� �異なる形状を有する複数の刃が用いられる� �

 本発明のチョップド繊維束は、従来のチ� ��ップド繊維束の製造方法により得られた強� ��繊維の切断端がチョップド繊維束の長手方� ��に直角な方向に配列されているチョップド� ��維束の厚み方向にせん断を加え、強化繊維� ��本数が変化する遷移区間を形成することに� ��り製造することも出来る。また、本発明の� ��ョップド繊維束は、連続強化繊維束を、牽� ��紡績手段を用いて紡績することにより、製� ��することも出来る。牽切により得られたチ� ��ップド繊維束は、その両端部において、チ� ��ップド繊維束の長手方向に長さが異なる強� ��繊維が配列した形態を有し、この部分によ� ��、遷移区間が形成される。

 本発明のチョップド繊維束は、それを形� ��している多数本の強化繊維が束の状態を維� ��するための集束剤を含む。集束剤は、多数� ��の強化繊維が束の状態を維持することがで� ��、かつ、チョップド繊維束からなる成形体( 繊維強化プラスチック)を製造する際に使用� �れる樹脂との適合性に問題がない材料であ� �ば良い。

 本発明のチョップド繊維束は、連続強化� ��維束を切断することにより製造される。こ� ��連続強化繊維束には、通常、繊維束の取り� ��い性を良好にするために、連続強化繊維束� ��製造する段階で、サイジング剤が付与され� ��いる。従って、このサイジング剤をそのま� ��、本発明のチョップド繊維束の集束剤とし� ��用いることができ、この場合、別途、他の� ��束剤を用意する必要がなくなる利点がある� ��

 一方、本発明のチョップド繊維束は、そ� ��の集合体からなる成形材料の製造に用いら� ��る。更には、製造された成形材料は、成形� ��(繊維強化プラスチック)の製造に用いられ� �。成形材料や成形体の製造には、チョップ� �繊維束とともに、マトリックス樹脂が使用� �れる。従って、このマトリックス樹脂をそ� �まま、本発明のチョップド繊維束の集束剤� �して用いることができ、この場合、別途、� �の集束剤を用意する必要がなくなる利点が� �る。集束剤として、マトリックス樹脂を用� �る場合、マトリックス樹脂を付与する連続� �化繊維束、あるいは、チョップド繊維束に� �あらかじめ、サイジング剤あるいは他の集� �剤が付与されていても良い。ただし、この� �合、あらかじめ付与されているサイジング� �あるいは他の収束剤と後から付与するマト� �ックス樹脂との間の親和性に配慮する必要� �ある。

 集束剤としてサイジング剤を用いる場合� ��強化繊維へのサイジング剤の付着量は、チ� ��ップド繊維束全体の質量を基準として、0.1� ��至10質量%であることが好ましい。この量と� ��じ量のサイジング剤が、チョップド繊維束� ��製造に使用する連続強化繊維束に付着され� ��いる場合、連続強化繊維束を切断する際、� ��化繊維がばらばらになることなく、切断さ� ��て得られるチョップド繊維束の形状は、意� ��したものとなる。連続強化繊維束からチョ� ��プド繊維束を製造する場合、用いる連続強� ��繊維に0.1乃至10質量%のサイジング剤が付与� ��れていることで、チョップド繊維束の製造� ��程におけるプロセス性が飛躍的に向上する� ��また、チョップド繊維束を用いて成形材料� ��製造する際のチョップド繊維束の取り扱い� ��も向上する。

 例えば、引き出した連続強化繊維束に、� ��媒に溶解または分散させたサイジング剤を0 .1乃至10質量%付与し、連続強化繊維束を切断� ��た後、加熱して溶媒を乾燥する、もしくは� ��加熱して溶媒を乾燥した後、連続強化繊維� ��を切断することにより、本発明のチョップ� ��繊維束を得ることが出来る。

 サイジング剤としては、例えば、エポキ� ��樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステ� ��樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリアミド樹� ��、ウレタン樹脂、あるいは、これらを混合� ��た混合樹脂がある。これらの樹脂は、水や� ��媒等で希釈して、連続強化繊維束に付与さ� ��る。

 収束剤としてマトリックス樹脂を用いる� ��合、マトリックス樹脂は、例えば、一方向� ��引き出された連続強化繊維束に付与される� ��その後、マトリックス樹脂が付与された連� ��強化繊維束が切断され、多数の強化繊維に� ��トリックス樹脂が付着したチョップド繊維� ��が得られる。マトリックス樹脂を付与する� ��、連続強化繊維束を形成している多数の強� ��繊維の間に完全にマトリックス樹脂を含浸� ��せても良い。また、切断後の多数の強化繊� ��がばらばらにならないのであれば、マトリ� ��クス樹脂が連続強化繊維束の表面に偏在す� ��状態で、マトリックス樹脂を連続強化繊維� ��に付与しても良い。

 収束剤としてマトリックス樹脂を用いる� ��合、強化繊維へのマトリックス樹脂の付着� ��は、チョップド繊維束全体の質量を基準と� ��て、20乃至75質量%であることが好ましい。� �トリックス樹脂が、あらかじめ、連続強化� �維束に付与されている場合、連続強化繊維� �を切断してチョップド繊維束を製造する際� �多数の強化繊維がばらばらになることなく� �所定の形状のチョップド繊維束を安定して� �造することが出来る。また、得られた多数� �チョップド繊維束を一体化して成形材料を� �造する際のチョップド繊維束の取り扱い性� �向上する。

 好ましい本発明のチョプド繊維束の製造� ��法は、複数本の連続強化繊維束が隣接して� ��列した連続強化繊維束シートを用意し、用� ��された連続強化繊維束シートに、20乃至75質 量%の量のマトリックス樹脂を付与し、マト� �ックス樹脂が付与された連続強化繊維束シ� �トを、強化繊維の配列方向および強化繊維� �配列方向と2乃至30°の角度の方向に直線状に 切断することからなる。前記の複数本の連続 強化繊維束が隣接して並列した連続強化繊維 束シートは、通常、樹脂に対する離反性を有 する基材(例えば、離型紙)あるいは基台の上� ��用意される。

 マトリックス樹脂としては、例えば、エ� ��キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニ� ��エステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ� ��クリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹� ��、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタ� ��樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂な� ��の熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリアセ� ��ール、ポリアクリレート、ポリスルフォン� ��ABS、ポリエステル、アクリル、ポリブチレ� ��テレフタラート(PBT)、ポリエチレンテレフ� �レート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレン 、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエー� ��ルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー、塩� ��、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ� ��系樹脂、シリコーンなどの熱可塑性樹脂が� ��る。

 これらの中の熱硬化性樹脂を用いる場合� ��は、得られるチョップド繊維束は、室温に� ��いてタック性を有する。そのため、多数の� ��ョップド繊維束を一体化して成形材料を製� ��する際、このタック性を利用して、多数の� ��ョップド繊維束の一体化を行うことができ� ��室温で成形材料を製造することが出来る。

 熱硬化性樹脂の中では、エポキシ樹脂、� ��飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹� ��、フェノール樹脂、アクリル樹脂、あるい� ��、これらの混合樹脂が好ましく用いられる� ��これらの樹脂の常温(25℃)における樹脂粘度 としては、1×106Pa・s以下であることが好まし く、この粘度であれば、好ましいタック性お よびドレープ性を有する本発明のチョップド 繊維束を得ることが出来る。

 本発明のチョップド繊維束を用いた本発� ��の繊維強化プラスチックは、多数の本発明� ��チョップド繊維束の集合体からなる本発明� ��成形材料を用いて製造される。図9は、本発 明の成形材料の一例の平面図である。図9に� �いて、本発明の成形材料91は、多数の本発明 のチョップド繊維束CFB(例えば、図3に示すチ� ��ップド繊維束CFB3)の集合体からなる。本発� �の成形材料は、多数の本発明のチョップド� �維束の集合体からなるが、この集合体は、� �の基材、例えば、多数の連続繊維からなる� �材、と組み合わされていても良い。いずれ� �形態であっても、本発明の成形材料は、繊� �強化プラスチックの製造に用いられるため� �良好な取り扱い性や、プレス成形やドレー� �成形など加圧成形に適した特性を有してい� �ことが好ましい。

 本発明の成形材料は、例えば、多数の本� ��明のチョップド繊維束を、成形基体の上に� ��シート状に散布した後、ニードルパンチ、� ��動などの手段により、隣接するチョップド� ��維束の強化繊維同士を絡み合わせて、多数� ��チョップド繊維束を一体化させ、多数のチ� ��ップド繊維束の集合体を形成することによ� ��製造される。成形基体として、マトリック� ��樹脂シートを使用する場合、多数の本発明� ��チョップド繊維束をマトリックス樹脂シー� ��の上に散布した後、その上に、別のマトリ� ��クス樹脂シートを重ね、散布された多数の� ��ョップド繊維束を、上下のマトリックス樹� ��シートで挟み込むことにより、多数のチョ� ��プド繊維束とマトリックス樹脂とが一体化� ��た成形材料を製造することが出来る。この� ��うな成形材料は、通常、SMCシートあるいは� ��タンパブルシートと呼称されている。

 本発明の成形材料は、あらかじめマトリ� ��クス樹脂を含浸させた多数の本発明のチョ� ��プド繊維束を、成形基体の上に、シート状� ��散布して、マトリックス樹脂の粘着性を利� ��して、多数のチョップド繊維束を一体化さ� ��ることにより製造されても良い。また、本� ��明の成形材料は、マトリックス樹脂が含浸� ��ていない多数のチョップド繊維束の集合体� ��ら形成されていても良い。このような成形� ��は、繊維強化プラスチックの製造に際にマ� ��リックス樹脂を注入するRTM(レジントランス ファーモールディング)により繊維強化プラ� �チックを製造する場合に、好ましく用いら� �る。

 本発明のチョップド繊維束における集束� ��としてサイジング剤を用いる場合、成形材� ��を製造する際のチョップド繊維束同士の十� ��な粘着性が得られない場合がある。また、� ��発明のチョップド繊維束における集束剤と� ��てマトリックス樹脂を用いる場合、成形材� ��を製造する際のチョップド繊維束の取り扱� ��性が悪くなる場合がある。これらの場合は� ��集束剤として、サイジング剤あるいはマト� ��ックス樹脂とは異なる集束剤を用いること� ��なる。これにより、成形材料の製造工程に� ��けるプロセス性を良くすることが出来る。

 このような集束剤としては、形態的には� ��例えば、液状、布状、粒状の集束剤がある� ��集束剤の取り扱い性の観点から、粒状のも� ��が好ましい。このような集束剤の成分とし� ��は、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステ� ��樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、低融点ポ� ��マーとしてのポリアミド、ポリエステル、� ��リウレタン、これらの混合からなる混合樹� ��がある。これらの集束剤は、そのままで用� ��ても良いが、水などの溶液に分散させて用� ��ても良い。

 本発明のチョップド繊維束における集束� ��の主たる目的は、多数の強化繊維を束状に� ��持する、あるいは、拘束することにあるが� ��強化繊維を拘束するのに十分な量を超えた� ��束剤を強化繊維に付着させ、集束剤による� ��数のチョップド繊維束同士の接合にも役立� ��ようにしても良い。例えば、強化繊維に付� ��させるサイジング剤量を多くして、多数の� ��ョップド繊維束同士を一体化させても良い� ��強化繊維をマトリックス樹脂で含浸または� ��含浸させ、マトリックス樹脂が熱硬化性樹� ��の場合は、室温でタック性を有するため、� ��数のチョップド繊維束を一体化させても良� ��。マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合� ��、融点以上に加熱した状態でプレスして、� ��数のチョップド繊維束を一体化させても良� ��。これらの場合、得られる成形材料は、強� ��繊維のほかに、サイジング剤および/または マトリックス樹脂のみからなるため、成形材 料の物性の低下要因を少なくすることが出来 る。

 本発明の成形材料が、マトリックス樹脂� ��含む場合、成形材料におけるマトリックス� ��脂の量は、20乃至75質量%であることが好ま� �い。成形材料中のマトリックス樹脂の量が20 質量%未満の場合、樹脂量が少ないため、本� �明の成形材料の一つの大きな特徴である流� �性が損なわれる場合がある。成形材料中の� �トリックス樹脂の量が75質量%より大きい場� �、樹脂量に比べ強化繊維の量が少なくなる� �め、得られる繊維強化プラスチックの力学� �性を向上させることが困難となる。成形材� �中のマトリックス樹脂の量は、35乃至55質量% であることがより好ましい。

 成形材料に用いられるマトリックス樹脂� ��しては、熱硬化性樹脂が好ましい場合があ� ��。熱硬化性樹脂は、架橋構造を有するため� ��一般的に、弾性率が高く、形状安定性に優� ��ている。これにより製造される繊維強化プ� ��スチックにおいて、高い弾性率、良好な寸� ��安定性が発現される。熱硬化性樹脂は、樹� ��の粘度を低粘度に調整することが出来る。� ��のため、適切に粘度調整された熱硬化性樹� ��は、チョップド繊維束中に容易に含浸させ� ��ことが出来る。また、熱硬化性樹脂の粘度� ��適宜調整することにより、繊維強化プラス� ��ックを製造するどの課程においても、必要� ��応じて、樹脂を付与することが出来る。ま� ��、室温で樹脂が未硬化の状態にある成形材� ��は、柔軟性を有する。そのため、そのよう� ��成形材料は、切断や型形状への追従が容易� ��、取り扱い性に優れる。他にも、室温でタ� ��ク性をもたせるよう設計することが出来る� ��め、このような成形材料は、互いにあるい� ��他の基体に押し付けるだけで一体化するた� ��、互いの、あるいは、他の基体との積層体� ��形成作業が容易となる。

 成形材料に用いられるマトリックス樹脂� ��しては、熱可塑性樹脂が好ましい場合があ� ��。一般的に、熱可塑性樹脂は高い靭性を有� ��るため、マトリックス樹脂として熱可塑性� ��脂を用いることにより、短繊維強化プラス� ��ックの弱点である生じたクラック同士の連� ��を抑制することができ、短繊維強化プラス� ��ックの強度が向上する。特に、衝撃特性を� ��要視する用途では、マトリックス樹脂に熱� ��塑性樹脂を用いるのが良い。熱可塑性樹脂� ��用いた成形には、通常、化学反応を伴わな� ��ため、熱硬化性樹脂を用いることにより、� ��形時間を短縮することが出来る。

 本発明の成形材料において、すなわち、� ��ョップド繊維束集合体において、各チョッ� ��ド繊維束の強化繊維の配列方向が同一であ� ��ことが好ましい。強化繊維の配列方向が同� ��の成形材料の複数枚を積層することで、所� ��の物性を有する積層体を設計することが容� ��となる。得られる積層体の力学特性のばら� ��きを低減させることが容易となる。このよ� ��な成形材料は、多数の本発明のチョップド� ��維束を、基体の上に、各チョップド繊維束� ��強化繊維の配列方向が同一となるように、� ��ート状に散布することにより、製造される� ��各チョップド繊維束をそれぞれの強化繊維� ��配列方向が同一となるように散布するため� ��手段としては、例えば、強化繊維の配列方� ��が一定の方向に向いた状態で各チョップド� ��維束を基体の上に供給できるスリット状の� ��ズルがある。

 本発明の成形体における、すなわち、チ� ��ップド繊維束集合体における各チョップド� ��維の強化繊維の配列方向は、それぞれ実質� ��に同一であれば良い。各チョップド繊維の� ��化繊維の配列方向がそれぞれ実質的に同一� ��は、チョップド繊維束に含まれる各強化繊� ��の配列方向の平均値を当該チョップド繊維� ��を代表する強化繊維の代表配列方向として� ��チョップド繊維束集合体における各チョッ� ��ド繊維束の各代表配列方向が±10%以内であ� �チョップド繊維束が、チョップド繊維束集� �体における全チョップド繊維束の90%以上で� �る状態を云う。

 本発明の成形材料が、複数枚のシート状� ��チョップド繊維束集合体の積層を含む積層� ��からなる場合、各シート状のチョップド繊� ��束集合体における各チョップド繊維束の強� ��繊維の配列方向が同一であり、かつ、積層� ��において、一つの層を形成するシート状の� ��ョップド繊維束集合体における強化繊維の� ��列方向と、他の一つの層を形成するシート� ��のチョップド繊維束集合体における強化繊� ��の配列方向とが異なることが好ましい。

 一般に、繊維強化プラスチックは、荷重� ��向と垂直な方向(厚み方向)にクラックが繋� �った際、破壊に至る。成形材料を積層体で� �成し、厚み方向にクラックが貫通し難くす� �ことで、高強度な繊維強化プラスチックを� �ることが出来る。すなわち、成形材料を形� �している積層体において、二つの層を異な� �強化繊維の配列方向としておくと、クラッ� �が発生しやすい方向が異なるため、層を超� �てクラックが貫通し難くなる。異なる強化� �維の配列方向を有する二つの層は、隣接す� �二つの層であることが好ましい。

 このような本発明の成形材料は、例えば、� ��数の本発明のチョップド繊維束を、各チョ� ��プド繊維束の強化繊維の配列方向が同一方� ��になるように、基体の上に、シート状に散� ��してチョップド繊維束の集合体からなる層� ��形成し、形成された層の上に、形成された� ��におけるチョップド繊維束の強化繊維の配� ��方向とは異なる強化繊維の配列方向になる� ��うに、かつ、各チョップド繊維束の強化繊� ��の配列方向が同一方向になるように多数の� ��発明のチョップド繊維束を、シート状に散� ��することにより製造される。積層構成とし� ��は、[+45/0/-45/90] _S 、[0/±60] _S といった擬似等方積層が、得られる積層体(� �形材料)の物性を全体として均等とすること� ��でき、また、得られる積層体(成形材料)の� �リの発生が抑制できるので、好ましい。

 一方、図9の成形材料91は、本発明の多数� ��チョップド繊維束CFBが、それぞれの強化繊� ��の配列方向がランダムな状態で位置する集� ��体からなる。多数のチョップド繊維束CFBは� ��互いに部分的に重なっているが、明確な層� ��造は、形成されていない。この成形材料91� �、チョップド繊維束の強化繊維の配列方向� �制御しながら層構造を有する成形材料を製� �する場合に比べ、安価に製造することがで� �、また、等方的で設計しやすい成形材料と� �える。

 本発明の成形材料の他の態様として、多� ��の本発明のチョップド繊維束と熱可塑性樹� ��とを混練して、連続して棒状に押し出し成� ��し、成形された連続した棒状物を、その長� ��方向に、所定の間隔をもって切断して得ら� ��る射出成形用のペレットがある。従来の射� ��成形用のペレットは、ロータリーカッター� ��で連続した強化繊維束を強化繊維の配列方� ��に直角な方向に切断してチョップド繊維束� ��し、得られたチョップド繊維束を熱可塑性� ��脂とともに押出機内で混練して、連続して� ��状に押し出し成形し、成形された連続した� ��状物を、その長手方向に、所定の間隔をも� ��て切断することにより製造されていた。本� ��明のチョップド繊維束は、強化繊維の配列� ��向に各強化繊維の端部がずれて配置されて� ��るため、熱可塑性樹脂のような高粘度の樹� ��と混練した場合、強化繊維同士が分離しや� ��く、凝集の少ない分散性に優れた成形材料� ��得ることが出来る。

 本発明の成形材料は、多数の本発明のチ� ��ップド繊維束からなるチョップド繊維束集� ��体が、横断面形状において、少なくとも一� ��の屈曲部を有するように、三次元形状に賦� ��されていても良い。三次元形状を有する本� ��明の成形材料を用いて同じく三次元形状を� ��する繊維強化プラスチックを成形する場合� ��成形時にチョップド繊維束を大きく流動さ� ��る必要がないため、流動による強化繊維の� ��列のうねりや偏りが防止され、得られる繊� ��強化プラスチックにおいて、優れた品位の� ��定性が得られる。

 三次元形状を有する本発明の成形材料は� ��例えば、次のようにして製造することが出� ��る。多数の本発明のチョップド繊維束を、� ��形基体の上にシート状に散布して一体化し� ��一体化したシートを三次元形状に賦形する� ��とからなる成形材料の製造方法。多数の本� ��明のチョップド繊維束を、スリット状のノ� ��ルを通過させることにより、各チョップド� ��維束の強化繊維の配列方向を同一方向に揃� ��て、三次元形状を有する成形基体の上に散� ��して、強化繊維の配列方向が同じであるチ� ��ップド繊維束集合体からなる層を形成し、� ��成された層の上に、形成された層における� ��ョップド繊維束の強化繊維の配列方向とは� ��なる強化繊維の配列方向になるように、か� ��、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方� ��が同一方向になるように多数の本発明のチ� ��ップド繊維束を、シート状に散布すること� ��らなる成形材料の製造方法。

 図10は、三次元形状を有する本発明の成� �材料の製造方法の一例を説明するための概� �斜視図である。図10において、三次元形状を 有する本発明の成形材料の製造装置は、連続 強化繊維束101が巻かれた複数本のボビン102(� �10においては、6個のボビンが図示されてい� �)、連続強化繊維のガイドローラ103、104、連� ��強化繊維をボビン102から引き出し、一定間� ��で、かつ、連続強化繊維の長手方向に対し� ��斜した方向に切断するローラーカッター105� ��連続強化繊維の切断により得られたチョッ� ��ド繊維束に集束剤を付与する集束剤付与装� ��106、集束剤付与装置106の側部に設けられた� ��束剤供給口107、集束剤が付与されたチョッ� ��ド繊維束の強化繊維の配列方向を一定の方� ��に制御するスリット状のノズル108、三次元� ��状を有する賦形型からなる成形基体109、お� ��び、ロボットアーム110からなる。

 ローラーカッター105は、集束剤付与装置1 06の上部に取り付けられている。集束剤付与� ��置106は、その上部に、切断により得られた� ��ョップド繊維束を受け入れるチョップド繊� ��束導入口を、その下部に、集束剤が付与さ� ��たチョップド繊維束を排出するチョップド� ��維束排出口を有する。スリット状のノズル1 08は、その上部に、チョップド繊維束排出口� ��ら排出されるチョップド繊維束を受け入れ� ��チョップド繊維束導入口を、その下部には� ��強化繊維の配列方向が一定の方向に制御さ� ��たチョップド繊維束を排出するチョップド� ��維束排出口を有する。スリット状のノズル1 08は、集束剤付与装置106の下部に取り付けら� ��ている。ロボットアーム110の先端は、集束� ��付与装置106の側部に結合されている。ロボ� ��トアーム110の先端は、成形基体109に対し、� ��ボットアーム操作装置(図示せず)により、� �動自在とされている。

 図10において、ローラーカッター105のロ� �ラーの回転により、ボビン102から引き出さ� �た連続強化繊維束101は、ガイドローラ103、10 4を通過して、ローラーカッター105に導入さ� �、そこにおいて、本発明のチョップド繊維� �が形成されるように、切断される。切断に� �り得られたチョップド繊維束は、集束剤付� �装置106に導入される。集束剤付与装置106の� �部において、チョップド繊維束に、集束剤� �給口107から供給された粉状の集束剤が付与� �れる。集束剤が付与されたチョップド繊維� �は、スリット状のノズル108に導入される。� �リット状のノズル108の内部をチョップド繊� �束が移動するに従い、強化繊維の配列方向� �一定の方向となるようにチョップド繊維束� �整列される。整列されたチョップド繊維束� �、スリット状のノズル108から排出され、チ� �ップド繊維束の配列状態が実質的に維持さ� �たまま、落下し、成形基体109の表面に到達� �る。

 チョップド繊維束の成形基体109の表面に� ��ける到達位置は、ロボットアーム110の操作� ��より、順次、変更され、成形基体109の上に� ��粉状の集束剤が付着しているチョップド繊� ��束の層が形成される。成形基体109の上に形� ��されたチョップド繊維束の層は、そこに含� ��れている粉状の集束剤を溶融するために、� ��熱され、溶融した集束剤により、チョップ� ��繊維束同士の一体化が行われ、三次元形状� ��有する本発明の成形材料が製造される。

 本発明の繊維強化プラスチックは、本発明� ��チョップド繊維束の集合体とマトリックス� ��脂とからなる。従って、本発明の繊維強化� ��ラスチックにおけるチョップド繊維束は、� ��れを形成している強化繊維の繊維長は、5乃 至100mmであり、チョップド繊維束の両端から� ��強化繊維の配列方向に沿って、チョップド� ��維束の長手方向の中央部に向かって、チョ� ��プド繊維束の横断面における強化繊維の本� ��が増加する遷移区間を有し、チョップド繊� ��束の全域に亘って、チョップド繊維束の横� ��面における強化繊維の総断面積の変化量が� ��1mm当たり0.05mm ² 以下である。

 繊維強化プラスチックにおけるチョップド� ��維束は、その中央部から端部にかけて、強� ��繊維の本数が減少する形態を有しているた� ��、繊維強化プラスチック中において、チョ� ��プド繊維束が受け持つ荷重を徐々に周囲の� ��ョップド繊維束に受け渡すことができ、応� ��集中を効果的に減らすことが出来る。特に� ��チョップド繊維束の全域に亘って、強化繊� ��の総断面積の変化量が1mm当たり0.05mm ² 以下であることで、応力伝達効率が飛躍的に 向上する。この変化量は、0.04mm ² 以下であることが好ましい。応力集中の影響 を最小化するためには、この変化量は、0.025m m ² 以下であることが良い。強化繊維(単糸)の直� ��が5乃至10μm程度の炭素繊維の場合は、チョ� ��プド繊維束の全域に亘って、強化繊維の総� ��数の変化量が、1mm当たり1,400本以下である� �とが良い。この総本数の変化量は、1,000本以 下であることがより好ましい。応力集中の影 響を最小化するためには、この総本数の変化 量は、600本以下であることが良い。

 図12は、従来のチョップド繊維束の集合� �とマトリックス樹脂とからなる従来の繊維� �化プラスチックの一例の横断面図である。� �12には、従来の繊維強化プラスチック121を厚 み方向(図12において、上下方向(垂直方向))に 切断した横断面122が示されている。横断面122 を観察すると、横断面122の左右方向(水平方� �)に略平行に多数の強化繊維123が配列された� ��来のチョップド繊維束124の端部125において� ��多数の強化繊維123の端部が、横断面122の上� ��方向(垂直方向)の実質的に同じ位置に存在� �ていることが分かる。すなわち、多数の強� �繊維123の端部は、チョップド繊維束124の端� �125において、その長手方向に位置がずれる� �となく、一箇所に集中しており、チョップ� �繊維束124の端部125は、横断面122の上下方向(� ��直方向)に切り立っている様子が分かる。

 図12に示す従来の繊維強化プラスチック12 1の横断面122において、横断面122の左右方向(� ��平方向)に荷重が加わった際、応力集中が起 き、低い荷重でも、繊維強化プラスチック121 が破壊する場合がある。また、横断面122の左 右方向(水平方向)に略平行な方向に配列され� ��いる多数の強化繊維123からなるチョップド� ��維束124の端部125は、上記の幾何形状を有し� ��いるため、繊維強化プラスチック121の成形� ��に、その厚み方向(横断面122の上下方向(垂� �方向))に、従来のチョップド繊維束124のうね りが発生し易い。発生したチョップド繊維束 124のうねりが、成形された繊維強化プラスチ ック121の弾性率や強度低下の原因となってい る。更に、チョップド繊維束124の端部125の外 側には、端部125に接して、マトリックス樹脂 の樹脂溜まり126が発生し易い。発生した樹脂 溜まり126は、熱応力によるクラックの発生源 となる他、ボイドの発生源ともなる。

 図11は、本発明のチョップド繊維束の集� �体とマトリックス樹脂とからなる本発明の� �維強化プラスチックの一例の横断面図であ� �。図11には、本発明の繊維強化プラスチック 111を厚み方向(図11において、上下方向(垂直� �向))に切断した横断面112が示されている。横 断面112を観察すると、横断面112の左右方向(� �平方向)に略平行に多数の強化繊維113が配列� ��れた本発明のチョップド繊維束114の強化繊� ��113の本数が、チョップド繊維束114の中央部� ��ら端部115に向かうにつれ、連続的に減少し� ��いる様子が分かる。

 チョップド繊維束114の強化繊維113の本数� ��、チョップド繊維束114の中央部から端部115� ��向かうにつれ減少している状態は、図11に� �す本発明の繊維強化プラスチック111の横断� �112において、横断面112の左右方向(水平方向) に荷重が加わった際、隣接するチョップド繊 維束114の間での荷重の伝達が、一挙に行われ るのではなく、徐々に行われ、応力集中が生 じ難いことを意味する。すなわち、本発明の 繊維強化プラスチック111における荷重の伝達 効率は、従来の繊維強化プラスチック121のそ れに比べ、向上している。

 また、チョップド繊維束114の端部115が細� ��なっているため、繊維強化プラスチック111� ��厚み方向におけるチョップド繊維束114のう� ��りの発生が、ほとんどない。この状態によ� ��、繊維強化プラスチック111の弾性率や強度� ��向上が、もたらされる。更に、従来の繊維� ��化プラスチック121に見られるような樹脂溜� ��りもほとんど発生しない。

 従来の繊維強化プラスチック121に含まれ� ��各チョップド繊維束124の各強化繊維123の繊� ��長と、本発明の繊維強化プラスチック111に� ��まれる各チョップド繊維束114の各強化繊維1 13の繊維長とが、同じとした場合、従来の繊� ��強化プラスチック121に含まれる各チョップ� ��繊維束124の差し渡し長さLd(図6参照)に比べ� �本発明の繊維強化プラスチック111に含まれ� �各チョップド繊維束114の差し渡し長さLd(図1� ��至3参照)が長いため、繊維強化プラスチッ� �に含まれる各チョップド繊維束の平均厚み� �小さくなっている。その結果、従来の繊維� �化プラスチック121に比べ、本発明の繊維強� �プラスチック111は、より良い力学特性を有� �る。

 本発明の繊維強化プラスチック111の横断� ��112において、その厚み方向(図11において、� ��下方向(垂直方向))に、少なくとも20のチョ� �プド繊維束114が堆積していることが好まし� �。

 チョップド繊維束の堆積数は、繊維強化� ��ラスチックの表面における無作為に選んだ1 0点のそれぞれにおいて、厚み方向に存在す� �チョップド繊維束の数を断面観察により測� �して得られた10点の測定数の平均値である。 繊維強化プラスチックは、全体の大きさに比 べ、厚みが薄いのが一般的であり、繊維強化 プラスチックに含まれる各チョップド繊維束 の厚みが、繊維強化プラスチックの厚みに対 して、薄ければ薄いほど、繊維強化プラスチ ックの強度が向上する。特に、繊維強化プラ スチックの厚み方向に、20以上のチョップド� ��維束が堆積している場合、繊維強化プラス� ��ックの強度の向上が著しい。チョップド繊� ��束の堆積数は、30以上であることがより好� �しく、強度ばらつきが少ない安定した強度� �発現するためには、チョップド繊維束の堆� �数は、40以上であることが更に好ましい。

 本発明の繊維強化プラスチックの横断面� ��おいて、そこに存在する各チョップド繊維� ��の平均厚みが、100μm以下であることが好ま� ��い。

 チョップド繊維束の平均厚みは、繊維強� ��プラスチックの表面における無作為に選ん� ��10点のそれぞれにおいて、厚み方向に存在� �るチョップド繊維束の数と各チョップド繊� �束の厚みを断面観察により測定し、得られ� �各厚みの合計をチョップド繊維束の数で割� �て得られる10点の値の平均値である。

 繊維強化プラスチック中のチョップド繊� ��束の厚みは、薄い方が良く、100μm以下であ� ��ことが好ましい。強度ばらつきが少ない安� ��した強度を発現するためには、チョップド� ��維束の厚みは、50μm以下であることがより� �ましい。

 厚みが50μm以下のチョップド繊維束は、� �純に連続強化繊維束を切断するだけでは製� �するのが難しい場合がある。成形材料にお� �て、チョップド繊維束の厚みを50μm以下にす る手法として、多数のチョップド繊維束から 成形材料をプレス成形するときに、チョップ ド繊維束のチャージ率が低くなるように、成 形金型の上に、金型面積より狭い範囲内に、 厚めに多数のチョップド繊維束を載置し、プ レスしながら各チョップド繊維束を開繊して 成形材料を成形する手法がある。なお、チャ ージ率とは、金型を上から見たときの金型面 積に対するプレス開始前の成形材料(成形材� �の原材料)が占める面積の割合を云う。同様� ��手法は、成形材料あるいは多数のチョップ� ��繊維束から繊維強化プラスチックを成形す� ��際にも、用いることが出来る。

 チョップド繊維束の厚みを50μm以下にす� �他の手法として、チョップド繊維束を連続� �化繊維束から製造する際に、連続強化繊維� �を、開繊した後に、切断する手法がある。� �続強化繊維束の開繊は、例えば、走行する� �続強化繊維束へのローラー接触、振動付与� �あるいは、エアブローにより、行うことが� �来る。

 本発明の繊維強化プラスチックが、各層� ��強化繊維とマトリックス樹脂とからなる複� ��の層の積層体からなる場合、複数の層の少� ��くとも2層が多数の本発明のチョップド繊維 束の集合体から形成され、当該2層のそれぞ� �における各チョップド繊維束に含まれる強� �繊維の配列方向が互いに同一であり、かつ� �当該2層の強化繊維の配列方向が互いに異な� ��ていることが好ましい。

 このような繊維強化プラスチックは、チ� ��ップド繊維束の集合体からなる各層のチョ� ��プド繊維束に含まれる強化繊維の配列方向� ��調整することにより、所望の力学特性を有� ��るように設計することが容易となるため、� ��化繊維の配列方向がランダムな繊維強化プ� ��スチックに比べ、力学特性のばらつきが小� ��い。また、このような繊維強化プラスチッ� ��は、チョップド繊維束の集合体からなる2層 の間において、クラックの発生し易い方向が 異なるため、隣接層へのクラックの伝播が抑 制され、繊維強化プラスチックにおける高い 強度の発現が可能となる。隣接する層が、と もに、チョップド繊維束の集合体からなるこ とが、より好ましい。

 本発明の繊維強化プラスチックは、例え� ��、本発明の成形材料を、成形型のキャビテ� ��の投影面積よりも小さく、かつ、キャビテ� ��厚よりも厚い状態でキャビティ内に配置し� ��成形型を型締めして成形材料を加圧するこ� ��により成形材料を伸張させ、最終的にキャ� ��ティ内に成形材料を充填し、成形完了後、� ��形体を成形型から取り出すことにより製造� ��れる。また、本発明の繊維強化プラスチッ� ��は、本発明の成形材料を密閉された成形型� ��キャビティ内に配置し、マトリックス樹脂� ��注入して、成形材料中にマトリックス樹脂� ��含浸させることにより製造される。

 本発明の成形材料、あるいは、本発明の� ��維強化プラスチックは、強度、剛性、軽量� ��が要求される、自転車用品、ゴルフクラブ� ��シャフトあるいはヘッド等のスポーツ部材� ��航空機内装材、ドアやシートフレーム等の� ��動車部材、ロボットアーム等の機械部品の� ��造に好ましく用いられる。中でも、強度、� ��量に加え、成形時に複雑な形状の成形追従� ��が要求されるシートパネルやシートフレー� ��等の自動車部品の製造により好ましく用い� ��れる。

 次に、本発明の実施例のいくつかを説明� ��る。本発明は、これらの実施例に限定され� ��ものではない。

 実施例における繊維強化プラスチックの引� ��強度の測定方法:
 実施例において得られた平板状の繊維強化� ��ラスチックから、長さ250±1mm、幅25±0.2mmの� �張強度試験片を切り出した。得られた試験� �について、JIS K-7073(1998)に規定する試験方法 に従い、標点間距離を150mmとし、クロスヘッ� ��速度2.0mm/分で、引張強度を測定した。引張� ��度試験機として、インストロン(登録商標)� �能試験機4208型を用いた。測定に供した試験� ��の数は、5本であり、各測定値の平均値を繊 維強化プラスチックの引張強度とした。