JP5572947B2 - 成形材料、および、繊維強化プラスチック、ならびに、これらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチックの成形に用いられる多数の、多数本の強化繊維からなるチョップド繊維束の集合からなる成形材料に関する。本発明は、多数の、多数本の強化繊維からなるチョップド繊維束の集合とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチックに関する。

多数本の強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから、産業用途においても注目され、その需要は年々高まりつつある。

高機能特性を有する繊維強化プラスチックの成形法として、多数本の連続強化繊維にマトリックス樹脂を含浸せしめた半硬化状態の原料基材（プリプレグ）を積層し、得られた積層体を高温高圧釜で加熱加圧することによりマトリックス樹脂を硬化させ、繊維強化プラスチックを成形するオートクレーブ成形法がある。このオートクレーブ成形法は、汎用されている。

また、他の一つの繊維強化プラスチックの成形法として、生産効率の向上を目的として、あらかじめ所望の部材形状に賦形した多数本の連続強化繊維からなる原料基材（プリフォーム）にマトリックス樹脂を含浸し、含浸されたマトリックス樹脂を硬化させるＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）成形法がある。

これらの成形法により得られた繊維強化プラスチックは、多数本の強化繊維が連続繊維である所以、優れた力学物性を有する。また、これら多数本の連続繊維は、原料基材において規則的に配列されているため、積層する原料基材の配置により、繊維強化プラスチックが必要とする力学物性を有するように設計することが可能であり、得られる繊維強化プラスチックの力学物性のばらつきも小さい。しかしながら、一方で、多数本の強化繊維が連続繊維である所以、３次元形状等の複雑な形状を形成することは難しく、これらの成形法は、主として平面形状に近い部材の製造に限って用いられている。

３次元形状等の複雑な形状を有する成形体の成形に適した成形法として、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）シートやスタンパブルシートを用いた成形法がある。

ＳＭＣ成形法は、通常２５ｍｍ程度に切断された多数本の強化繊維からなるチョップド繊維束にマトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂を含浸せしめ、半硬化状態としたＳＭＣシートを、加熱型プレス機を用いて加熱加圧することにより成形を行う成形方法である。

スタンパブルシート成形法は、通常２５ｍｍ程度に切断された多数本の強化繊維からなるチョップド繊維束にマトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂を含浸させたスタンパブルシートを、熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、所定の温度に温度調節した成形型上に配置して冷却加圧することにより成形を行う成形方法である。

多くの場合、所望の成形体の形状より小さく切断したＳＭＣシートやスタンパブルシートを成形型上に配置し、成形型上に配置されたシートを加圧により、前記成形体の形状に、シートを引き伸ばして（流動させて）成形を行う。そのため、マトリックス樹脂および切断されている多数本の強化繊維の流動により、３次元形状等の複雑な形状への成形追従性が得られる。

しかしながら、従来のＳＭＣシートやスタンパブルシートに用いられているチョップド繊維束は、一方向に配列された多数本の連続した強化繊維からなる連続強化繊維束が、強化繊維の配列方向に直角な方向において、切断されることにより製造されている。このようなチョップド繊維束の多数とマトリックス樹脂とから成形された成形体（繊維強化プラスチック）に荷重が加わると、その荷重のほとんどを、多数のチョップド繊維束が受け持つことになる。すなわち、多数のチョップド繊維束は、互いに、マトリックス樹脂を介して、荷重を受け渡すことになる。

この場合、従来の成形体においては、チョップド繊維束の端部における各強化繊維の末端が強化繊維の配列方向に直角な面に位置しているため、荷重が一気に隣接するチョップド繊維束に受け渡される状態が生じる。この状態において、当該部位に、応力集中が発生する。この応力集中が発生すると、荷重が低い場合であっても、当該部位が応力集中により破壊され、成形体中にクラックが発生する。発生したクラックは、他に発生したクラックに連結し、成形体全体の破壊を引き起こすことになる。

従来のＳＭＣシートやスタンパブルシートは、そこに用いられているチョップド繊維束における各強化繊維の長さは、２５ｍｍ程度であるため、成形体を形成する際の強化繊維の流動性は得られるものの、各強化繊維の末端が強化繊維の配列方向に直角な面に位置しているため、成形された成形体において、クラックが発生し易い問題を有していた。

この問題を解消するため、ＳＭＣシートを、強化繊維の本数を減らしたチョップド繊維束を用いて作製し、チョップド繊維束同士の絡みを増加して緻密化し、成形体におけるクラックの発生や進展を抑制するとされるＳＭＣシートが提案されている（例えば、特許文献１、２）。しかしながら、一般的に、チョップド繊維束における強化繊維の本数を減らすことは、成形体における必要な強化繊維の量を満たすために、多くのチョップド繊維束が必要となり、ＳＭＣシートの製作費用の増大をもたらす。一方、強化繊維の本数を減らした細いチョップド繊維束は、チョップド繊維束同士が凝集しやすいため、成形体における強化繊維の分布ムラ、配向ムラを生じ易くし、得られる成形体の力学特性が低下する問題を有する。
特開昭６２−４８７３０号公報 特開平１−１６３２１８号公報

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、成形材料として用いた場合、良好な流動性、成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学物性を発現するチョップド繊維束を用いた成形材料、および、繊維強化プラスチック、ならびに、これらの製造方法を提供することにある。

本発明で用いるチョップド繊維束は、
（ａ）一方向に配列された多数本の強化繊維と該多数本の強化繊維を集束する集束剤とからなるチョップド繊維束であって、
（ｂ）前記強化繊維の繊維長が５乃至１００ｍｍであり、
（ｃ）前記チョップド繊維束は、前記強化繊維の配列方向における一方の先端である第１の先端から他方の先端である第２の先端に向かい、前記強化繊維の配列方向に直角な方向の繊維束横断面における前記強化繊維の本数が増加する第１の遷移区間を有するとともに、前記第２の先端から前記第１の先端に向かい、前記繊維束横断面における前記強化繊維の本数が増加する第２の遷移区間を有し、
（ｄ）前記第１の遷移区間と前記第２の遷移区間との間に、前記強化繊維の配列方向に沿って、前記繊維束横断面における前記強化繊維の本数が不変である不変区間を有し、該不変区間の一方の端面が、前記第１の遷移区間の前記第１の先端とは反対側の終端である第１の終端面に一致するとともに、前記不変区間の他方の端面が、前記第２の遷移区間の前記第２の先端とは反対側の終端である第２の終端面に一致し、あるいは、前記第１の終端面と前記第２の終端面とが直接一致し、かつ、
（ｅ）前記第１の先端と前記第２の先端との間において、前記繊維束横断面における前記強化繊維の総断面積の変化量が、前記強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり０．０５ｍｍ^２以下である。

本発明で用いるチョップド繊維束において、多数本の強化繊維は、実質的に一方向に配列されていれば良い。ここで、各強化繊維が実質的に一方向に配列されているとは、チョップド繊維束のある一部に注目した際、半径５ｍｍ以内に存在する強化繊維群の９０％以上が、チョップド繊維束の前記ある一部に存在する強化繊維の配列方向に対し、角度±１０°以内に配列されている状態を云う。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記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。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記強化繊維の総断面積の最大値が、０．１ｍｍ^２未満であり、前記第１の先端と前記第２の先端との間において、前記繊維束横断面における前記強化繊維の本数の変化量が、前記強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり前記強化繊維の最大本数の３０％以下であることが好ましい。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記強化繊維の各繊維長が同じであることが好ましい。この各繊維長は、実質的に同じであれば良い。ここで、各繊維長が実質的に同じとは、チョップド繊維束に含まれる強化繊維の繊維長の平均値から±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。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記強化繊維が、炭素繊維であり、該炭素繊維の本数が、１，０００乃至７００，０００であり、前記第１の先端と前記第２の先端との間において、前記繊維束横断面における前記炭素繊維の本数の変化量が、前記炭素繊維の配列方向に１ｍｍ当たり１，４００本以下であることが好ましい。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記チョップド繊維束の前記強化繊維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において、当該最大幅をＷｂとし、該最大幅の位置における前記繊維束横断面において、前記平面図の垂直方向における前記チョップド繊維束の最大厚みをＴｂとしたとき、比率Ｗｂ／Ｔｂの値が、２０乃至４００であることが好ましい。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記チョップド繊維束の前記強化繊維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において、前記第１の遷移区間および前記第２の遷移区間の双方の遷移区間の外形状における前記先端から前記終端に向かう一方の辺は、前記強化繊維の配列方向に沿った直線状の線分で形成され、他方の辺は、前記強化繊維の配列方向に対し角度２乃至３０°をもって傾斜した直線状の線分で形成されていることが好ましい。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記集束剤が、強化繊維束を製造する際に用いられるサイジング剤であり、該サイジング剤の前記チョップド繊維束への付着量が、０．１乃至１０質量％であっても良い。

本発明で用いるチョップド繊維束において、前記集束剤が、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂であり、該マトリックス樹脂の前記チョップド繊維束への付着量が、２０乃至７５質量％であっても良い。

本発明で用いるチョップド繊維束において、変化量とは、増加量または減少量の絶対値を表す。

前記した本発明の目的を達成するため、本発明の成形材料は、多数の前記チョップド繊維束が、該チョップド繊維束の集束剤および／または隣接するチョップド繊維束の前記強化繊維同士の絡合により接合され一体化した多数のチョップド繊維束の一層あるいは複数層からなるチョップド繊維束集合体からなる。

本発明の成形材料において、前記集束剤が、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂であり、該マトリックス樹脂の前記チョップド繊維束への付着量が、２０乃至７５質量％であり、かつ、前記チョップド繊維束集合体がシート状であることが好ましい。

本発明の成形材料において、前記シート状のチョップド繊維束集合体における各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向が、それぞれ同一であっても良い。チョップド繊維束集合体における各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向は、それぞれ実質的に同一であれば良い。ここで、各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向がそれぞれ実質的に同一とは、チョップド繊維束に含まれる各強化繊維の配列方向の平均値を当該チョップド繊維束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プド繊維束の各代表配列方向が±１０％以内であるチョップド繊維束が、チョップド繊維束集合体における全チョップド繊維束の９０％以上である状態を云う。

本発明の成形材料において、前記チョップド繊維束集合体が、複数枚の前記シート状のチョップド繊維束集合体の積層を含む積層体からなり、該積層体において、一つの層を形成する前記シート状のチョップド繊維束集合体における前記強化繊維の配列方向と、他の一つの層を形成する前記シート状のチョップド繊維束集合体における前記強化繊維の配列方向とが異なることが好ましい。

本発明の成形材料において、前記チョップド繊維束集合体における各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向が、ランダムであっても良い。

本発明の成形材料において、横断面形状において、少なくとも一つの屈曲部を有するように、前記チョップド繊維束集合体が三次元形状に賦形されていても良い。

本発明の成形材料の他の態様は、多数の前記チョップド繊維束と熱可塑性樹脂との混合物で形成された射出成形用ペレットからなる。

本発明の繊維強化プラスチックは、多数の前記チョップド繊維束からなるチョップド繊維束集合体と該チョップド繊維束集合体に一体化したマトリックス樹脂とからなる。

本発明の繊維強化プラスチックにおいて、該繊維強化プラスチックの厚み方向の断面において、少なくとも２０の前記チョップド繊維束が該厚み方向に堆積していることが好ましい。

本発明で用いるチョップド繊維束の製造方法は、
（ａ）一方向に配列された多数本の連続した強化繊維と該強化繊維を集束する集束剤とからなる連続強化繊維束を供給する連続強化繊維束供給工程、および、
（ｂ）該連続強化繊維束供給工程から供給された連続強化繊維束を、該連続強化繊維束の長手方向に一定の間隔をおいて、切断し、チョップド繊維束を形成する連続強化繊維束切断工程とからなるチョップド繊維束の製造方法において、
（ｃ）前記連続強化繊維束切断工程において形成されるチョップド繊維束が、前記したチョップド繊維束となるように、前記連続強化繊維束切断工程において、前記連続強化繊維束が切断されることからなる。

連続強化繊維束供給工程において、多数本の連続強化繊維は、実質的に一方向に配列されていれば良い。ここで、各連続強化繊維が実質的に一方向に配列されているとは、連続強化繊維束のある一部に注目した際、半径５ｍｍ以内に存在する強化繊維群の９０％以上が、連続強化繊維束の前記ある一部に存在する強化繊維の配列方向に対し、角度±１０°以内に配列されている状態を云う。

本発明で用いるチョップド繊維束の製造方法において、前記連続強化繊維束供給工程が、前記連続強化繊維束の横断面における前記多数本の強化繊維の配列状態が扁平となるように、前記連続強化繊維束を開繊する連続強化繊維束開繊工程を含んでいることが好ましい。

本発明で用いるチョップド繊維束の製造方法において、前記集束剤が、前記連続強化繊維束を製造する際に用いられるサイジング剤であり、該サイジング剤の前記連続強化繊維束への付着量が、０．１乃至１０質量％であっても良い。

本発明で用いるチョップド繊維束の製造方法において、前記集束剤が、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂であり、該マトリックス樹脂の前記連続強化繊維束への付着量が、２０乃至７５質量％であっても良い。

本発明で用いるチョップド繊維束の製造方法の他の態様は、
（ａ）一方向に配列された多数本の連続した強化繊維からなる連続強化繊維束の複数本が並列して配列された連続強化繊維シートを供給する連続強化繊維シート供給工程、
（ｂ）該連続強化繊維シート供給工程から供給された前記連続強化繊維シートを、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂から形成された樹脂シート上に載置し、前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とを一体化し、プリプレグシートを形成するプリプレグシート形成工程、および、
（ｃ）該プリプレグシート形成工程において形成されたプリプレグシートを、前記強化繊維の配列方向に一定の間隔をおいて、切断し、あるいは、前記強化繊維の配列方向および該強化繊維の配列方向に直角な方向に一定の間隔をおいて、切断し、チョップド繊維束を形成するプリプレグシート切断工程とからなるチョップド繊維束の製造方法において、
（ｄ）前記プリプレグシート切断工程において形成されるチョップド繊維束が、前記したチョップド繊維束となるように、前記プリプレグシート切断工程において、前記プリプレグシートが切断されることからなる。

連続強化繊維シート供給工程において、一方向に配列された多数本の連続した強化繊維は、実質的に一方向に配列されていれば良い。ここで、各連続した強化繊維が実質的に一方向に配列されているとは、多数本の連続した強化繊維からなる連続強化繊維束のある一部に注目した際、半径５ｍｍ以内に存在する強化繊維群の９０％以上が、連続強化繊維束の前記ある一部に存在する強化繊維の配列方向に対し、角度±１０°以内に配列されている状態を云う。

本発明で用いるチョップド繊維束の製造方法の上記他の態様における、前記プリプレグシート形成工程において、前記連続強化繊維シートが載置された前記樹脂シートの上に、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂から形成された別の樹脂シートが載置され、前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とが一体化され、かつ、得られるチョップド繊維束における前記マトリックス樹脂の付着量が２０乃至７５質量％となるように前記マトリックス樹脂の量が調整された状態で、プリプレグシートが形成されることが好ましい。

前記した本発明の目的を達成するため、本発明の成形材料の製造方法は、
（ａ）多数の前記したチョップド繊維束を、成形基体上に、前記多数のチョップド繊維束が一層あるいは複数層堆積するように散布するチョップド繊維束散布工程、および、
（ｂ）前記成形基体上に散布された多数のチョップド繊維束を、互いに接合させることにより一体化し、チョップド繊維束集合体からなる成形材料を形成するチョップド繊維束集合体形成工程とからなる。

本発明の成形材料の製造方法における、前記チョップド繊維束散布工程において、前記成形基体が平坦面を有し、該平坦面上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、かつ、前記平坦面上に前記多数のチョップド繊維束からなるチョップド繊維束シートが形成されるように、前記平坦面上に前記チョップド繊維束が散布され、前記チョップド繊維束集合体形成工程において、前記多数のチョップド繊維束にて形成されたチョップド繊維束シートからなる成形材料が形成されることが好ましい。

前記平坦面上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向は、実質的に同一であれば良い。ここで、各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向がそれぞれ実質的に同一とは、チョップド繊維束に含まれる各強化繊維の配列方向の平均値を当該チョップド繊維束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プド繊維束の各代表配列方向が±１０％以内であるチョップド繊維束が、チョップド繊維束集合体における全チョップド繊維束の９０％以上である状態を云う。

本発明の成形材料の製造方法において、前記チョップド繊維束シートが形成された後、該形成されたチョップド繊維束シート上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、かつ、前記形成されたチョップド繊維束シートにおけるチョップド繊維束の強化繊維の配列方向と異なるように、更に、前記形成されたチョップド繊維束シート上に前記多数のチョップド繊維束からなる別のチョップド繊維束シートが形成されるように、前記形成されたチョップド繊維束シート上に前記チョップド繊維束が散布され、チョップド繊維束シートの積層体からなる成形材料が形成されることが好ましい。

前記形成されたチョップド繊維束シート上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向は、実質的に同一であれば良い。ここで、各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向がそれぞれ実質的に同一とは、チョップド繊維束に含まれる各強化繊維の配列方向の平均値を当該チョップド繊維束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プド繊維束の各代表配列方向が±１０％以内であるチョップド繊維束が、チョップド繊維束集合体における全チョップド繊維束の９０％以上である状態を云う。

本発明の成形材料の製造方法において、前記成形基体上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向がランダムになるように、前記成形基体上に前記チョップド繊維束が散布されても良い。

本発明の成形材料の製造方法において、前記成形基体が、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂により形成された樹脂シートであることが好ましい。

本発明の成形材料の製造方法において、前記チョップド繊維束散布工程が、
（ａ）前記成形基体が三次元形状面を有し、該三次元形状面上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、前記三次元形状面上に前記チョップド繊維束を散布して多数のチョップド繊維束からなる第１のチョップド繊維束層を形成する第１の層形成工程、および、
（ｂ）前記第１の層形成工程において形成された前記第１のチョップド繊維束層の上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、かつ、前記第１のチョップド繊維束層におけるチョップド繊維束の強化繊維の配列方向とは異なる強化繊維の配列方向となるように、前記第１のチョップド繊維束層の上に前記チョップド繊維束を散布して多数のチョップド繊維束からなる第２のチョップド繊維束層を形成する第２の層形成工程からなっていても良い。

前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向は、実質的に同一であれば良い。ここで、各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向がそれぞれ実質的に同一とは、チョップド繊維束に含まれる各強化繊維の配列方向の平均値を当該チョップド繊維束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プド繊維束の各代表配列方向が±１０％以内であるチョップド繊維束が、チョップド繊維束集合体における全チョップド繊維束の９０％以上である状態を云う。

前記した本発明の目的を達成するため、本発明の成形材料の製造方法の他の態様は、
（ａ）多数の前記したチョップド繊維束を、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂により形成された第１の樹脂シートからなる成形基体上に散布するチョップド繊維束散布工程、
（ｂ）該チョップド繊維束散布工程において得られた前記多数のチョップド繊維束を有する前記第１の樹脂シートの該多数のチョップド繊維束の上に、前記マトリックス樹脂からなる第２の樹脂シートを積層する樹脂シート積層工程、および、
（ｃ）該樹脂シート積層工程において得られた前記多数のチョップド繊維束と前記第１および第２の樹脂シートとからなる積層体を、加圧および／または加熱することにより、前記多数のチョップド繊維束と前記第１および第２の樹脂シートとを一体化し、チョップド繊維束集合体を形成するチョップド繊維束集合体形成工程とからなる。

前記した本発明の目的を達成するため、本発明の成形材料の製造方法の更に他の態様は、多数の前記したチョップド繊維束と熱可塑性樹脂とが混練され、チョップド繊維束と熱可塑性樹脂との混練物を用意する混練工程と、該混練工程により用意された混練物を連続して棒状あるいはシート状に押し出し、棒状あるいはシート状の連続成形物を成形する成形工程と、該成形工程により得られた連続成形物を、その長手方向に間隔をおいて切断し、射出成形用のペレットを形成するペレタイジング工程とからなる。

本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、成形型のキャビティの投影面積よりも小さい面積を有する本発明の成形材料の一枚あるいは複数枚を、前記キャビティの厚さよりも厚い状態で、前記キャビティ内に配置し、前記成形型を型締めして、前記成形材料を加圧することにより、あるいは、加圧および加熱することにより、前記成形材料を伸張させ、前記キャビティ内に前記成形材料を充填させ、前記キャビティ内での繊維強化プラスチックの成形が終了した後、成形された繊維強化プラスチックを前記キャビティから取り出すことからなる。

本明細書において、連続強化繊維とは、特に断らない限り、１００ｍｍを超える繊維長を有する強化繊維を云う。連続強化繊維束は、この連続強化繊維の多数本が束状に配列されてなる。

本発明によれば、成形材料として用いた場合、良好な流動性、成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学物性を発現するチョップド繊維束を用いた成形材料、および、繊維強化プラスチック、ならびに、これらの製造方法が提供される。

本発明で用いるチョップド繊維束のいくつかの実施態様を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明で用いるチョップド繊維束の一例の平面図である。図１において、本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ１は、一方向に配列された多数本の強化繊維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。各強化繊維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の配列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の本数が増加する第１の遷移区間１３ａを有する。また、第２の先端１２ｂから第１の先端１２ａに向かい、繊維束横断面における強化繊維１１の本数が増加する第２の遷移区間１３ｂを有する。

強化繊維１１の配列方向は、図１において、上下方向あるいは垂直方向に描かれている。強化繊維１１の配列方向は、チョップド繊維束ＣＦＢ１の長手方向でもある。強化繊維１１の配列方向に直角な方向は、図１において、左右方向あるいは水平方向に描かれている。強化繊維１１の配列方向に直角な方向は、チョップド繊維束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との間に、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の本数が不変である不変区間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に一致している。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とは反対側の終端である第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の先端１２ｂとの間において、繊維束横断面における強化繊維の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の遷移区間１３ｂの双方の遷移区間の外形状における先端から終端に向かう一方の辺１５ａ、１５ｂのそれぞれは、強化繊維１１の配列方向に沿った直線状の線分で形成され、他方の辺１６ａ、１６ｂのそれぞれは、チョップド繊維束ＣＦＢ１が製造される際に切断された多数の強化繊維１１の切断端部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は、チョップド繊維束ＣＦＢ１の差し渡し幅Ｗｄであり、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、チョップド繊維束ＣＦＢ１の差し渡し長さＬｄである。

図２は、本発明で用いる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、本発明で用いるチョップド繊維束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のチョップド繊維束ＣＦＢ２の各部位には、図１のチョップド繊維束ＣＦＢ１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２のチョップド繊維束ＣＦＢ２と図１のチョップド繊維束ＣＦＢ１との相違は、図２のチョップド繊維束ＣＦＢ２の不変区間１４におけるチョップド繊維束の幅Ｗｂ、すなわち、チョップド繊維束ＣＦＢ２の差し渡し幅Ｗｄが、図１のチョップド繊維束ＣＦＢ１の差し渡し幅Ｗｄに比べ、狭い点にある。その結果、図２のチョップド繊維束ＣＦＢ２の第１の遷移区間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のチョップド繊維束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における多数本の強化繊維１１の切断端部が並ぶ辺１６ｂの長さは、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の繊維長Ｌｆは、５乃至１００ｍｍである。チョップド繊維束ＣＦＢ２は、第１の先端１２ａと第２の先端１２ｂとの間において、繊維束横断面における強化繊維の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、本発明で用いる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、本発明で用いるチョップド繊維束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と同様の形態を有する。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ＣＦＢ１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に向かい増加する第１の遷移区間１３ａと強化繊維１１の本数が第２の先端１２ｂから第１の先端１２ａに向かい増加する第２の遷移区間１３ｂとからなる。チョップド繊維束ＣＦＢ３において、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とが直接一致している。

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。また、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倍となっている。

チョップド繊維束ＣＦＢ３における各強化繊維１１の繊維長Ｌｆは、５乃至１００ｍｍである。チョップド繊維束ＣＦＢ３は、第１の先端１２ａと第２の先端１２ｂとの間において、繊維束横断面における強化繊維の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の本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ１の幅が最大幅Ｗｂを有している位置のチョップド繊維束ＣＦＢ１の長手方向に直角な方向における横断面図である。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ップド繊維束ＣＦＢ１は、その幅方向（図４における左右方向あるいは水平方向）において最大幅Ｗｂを有し、その厚み方向（図４における上下方向あるいは垂直方向）において最大厚みＴｂを有する。図２の本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ２、および、図３のチョップド繊維束ＣＦＢ３のそれぞれの最大幅Ｗｂの位置におけるそれぞれの横断面形状は、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向における横断面形状は、円形、楕円形、四角形など種々の形状を採り得るが、チョップド繊維束の横断面形状の安定性、チョップド繊維束の良好な取り扱い性、および、チョップド繊維束の製造の容易性の観点から、チョッ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、図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、本発明で用いる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、図において上下方向に配列され、集束剤により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、隣接する先端の間に、Ｖ字の切り込みを有する。チョップド繊維束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、下側の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。チョップド繊維束ＣＦＢ５ｃの外形は、４つの辺からなり、それらのうち２つの辺は、曲線の線分からなり、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。チョップド繊維束ＣＦＢ５ｄの外形は、４つの辺からなり、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つの辺は、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。チョップド繊維束ＣＦＢ５ｅの外形は、２つの辺からなり、それらの辺は、それぞれ上側の先端と下側の先端とを結ぶ外側に凸の曲線の線分からなる。

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。チョップド繊維束ＣＦＢ５ｆ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（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。チョップド繊維束ＣＦＢ５ｇの外形は、４つの辺からなり、各辺は、全て直線の線分からなる。

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

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、複雑の形状を有する成形体の製造が困難となる。繊維長Ｌｆが５ｍｍ未満の場合は、成形体の成形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、本発明で用いるチョップド繊維束中の各強化繊維１１の長さ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５ｍｍ未満の強化繊維の本数は、少なければ少ないほど良く、チョップド繊維束を形成している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、チョップド繊維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未満の強化繊維の本数が、チョップド繊維束を形成している強化繊維の総本数の５％以下であり、かつ、全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合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）が製造される。繊維強化プラスチックに荷重が付加された場合、荷重のほとんどを、繊維強化プラスチックに内在している強化繊維が受け持つことになる。チョップド繊維束の場合、それを形成している多数の強化繊維は、ある長さをもって切断された状態にある。従って、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の端部においてそのチョップド繊維束の強化繊維に受け渡される必要がある。

繊維強化プラスチックの製造に用いられている従来のチョップド繊維束の一例の平面図および側面図を、図６に示す。図６において、従来のチョップド繊維束ＣＦＢＣは、集束剤により集束された多数本の強化繊維６１からなる。チョップド繊維束ＣＦＢＣは、多数本の連続した強化繊維からなる連続強化繊維束が、長さ方向に一定間隔で、連続強化繊維束の長さ方向に直角な方向において切断されて製造される。従って、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繊維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、多数の強化繊維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束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、多数本の強化繊維の端部の全てが、チョップド繊維束ＣＦＢＣの幅方向（図６において、左右方向あるいは水平方向）に整列しているため、マトリックス樹脂を介してのチョップド繊維束間の荷重の受け渡しが、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、クラックが発生する。発生したいくつかのクラックが連結することで、繊維強化プラスチック全体が破壊に至ることも生じる。

短繊維強化プラスチックの強度向上のためには、前記特許文献１および２に提案があるように、チョップド繊維束に含まれる強化繊維の本数を少なくすることが有効である。強化繊維の本数を減らすことにより、あるチョップド繊維束端部から周囲のチョップド繊維束の端部に受け渡す荷重が小さくなるため、応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、クラック同士の連結が生じ難く、結果として、繊維強化プラスチ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れる強化繊維の本数は、工業的には減らすことは非常に難しい。強化繊維としてガラス繊維が使用される場合、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ガラス繊維束を分繊して、ガラス繊維の本数を小分けにした後、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束を製造している。しかし、分繊の工程が必要となるため、チョップド繊維束の製造コストが高くなる問題を有する。また、強化繊維として炭素繊維が使用される場合、炭素繊維束を分繊すると、毛羽が発生するため、炭素繊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単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、強化繊維の真直性を保ったまま分散させるのは非常に困難であり、また、強化繊維同士が凝集して結局強度が低下してしまうため、強化繊維を単糸分散させた成形材料は、工業的に製造することが困難である。

本発明で用いるチョップド繊維束は、上記の問題を解決することができる。本発明で用いるチョップド繊維束は、チョップド繊維束を形成する強化繊維の本数を、チョップド繊維束の両端部において、その中央部よりも少なくすることにより、チョップド繊維束の中央部で最大であるチョップド繊維束の受け持つ荷重を、チョップド繊維束端部に向かって、本数が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すようにしたものである。従って、本発明で用いるチョップド繊維束からなる繊維強化プラスチックにおいては、上記応力集中が発生しにくい。

そのため、従来の同一箇所で強化繊維がすべて切断されているチョップド繊維束の場合に比べ、本発明で用いる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、格段に向上する。それだけではなく、応力集中が起こらないため、初期の損傷（クラック）が発生しにくい。繊維強化プラスチックの用途では、初期の損傷により音鳴りが起き、不安を誘うため、適用できない用途も存在するが、そのような用途にも、本発明で用いるチョップド繊維束からなる繊維強化プラスチック（本発明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。

本発明で用いるチョップド繊維束の遷移区間１３ａ、１３ｂにおける強化繊維１１の本数の増加は、遷移区間１３ａ、１３ｂにおいて、少なくとも二箇所で強化繊維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、連続的な増加と云うことが出来る。より滑らかに強化繊維の本数が増加した方が、上記の応力集中が起き難いとの観点から、上記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移区間１３ａ、１３ｂを含む本発明で用いるチョップド繊維束の長手方向の全域（差し渡し長さＬｄの全域）に亘って、強化繊維の総断面積の変化量は、１ｍｍ当たり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る強化繊維の総断面積とは、当該任意の位置において、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繊維の断面積を加算して得られる総和である。

図７は、図２の本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ２の平面図（ａ）、側面図（ｂ）、および、チョップド繊維束ＣＦＢ２の強化繊維１１の配列方向における強化繊維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１２ａから第１の遷移区間の第１の終端面１３Ｅａに向かい、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１３Ｅａ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、強化繊維１１の本数は、第２の終端面１３Ｅｂから第２の先端１２ｂに向かい、チョップド繊維束ＣＦＢ２の長手方向に沿って、連続的に減少する。不変区間１４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の本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ３の平面図（ａ）、側面図（ｂ）、および、チョップド繊維束ＣＦＢ３の強化繊維１１の配列方向における強化繊維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１２ａから第１の遷移区間の第１の終端面１３Ｅａ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の終端面１３Ｅａと第２の遷移区間１３ｂの第２の終端面１３Ｅｂとは一致しているため、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、最大値を示す。次いで、強化繊維１１の本数は、第２の終端面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、連続的に減少する。

本発明で用いるチョップド繊維束のその長手方向における強化繊維の本数の変化の形態は、増加後、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。

本発明で用いる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維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、当該横断面に存在する各強化繊維１１の横断面積の総和である。

チョップド繊維束の横断面に存在する各強化繊維１１の横断面積が、それらの中で選択さ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の総断面積ＦＴＳとして、当該横断面に存在する強化繊維１１の本数に前記代表的な強化繊維の横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として、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）で割って得られる値を用いる。

図１乃至５に、本発明で用いるチョップド繊維束の種々の例が示されている。これらのいずれのチョップド繊維束も、強化繊維の本数が増加する遷移区間を有しており、かつ、チョップド繊維束長手方向の全域に渡って、強化繊維の総断面積の変化量が、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり０．０５ｍｍ^２以下である。本発明で用いる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。

本発明で用いるチョップド繊維束の遷移区間の先端から終端に向かって、強化繊維の本数が増加する状態は、逆に、チョップド繊維束の中央部からチョップド繊維束の先端に向かって、強化繊維の本数が減少する状態と表現することが出来る。この強化繊維の本数の減少状態により、上記の繊維強化プラスチックにおける応力集中の発生が防止される。この強化繊維の本数の減少状態は、強化繊維の本数が徐々に、すなわち、連続的に減少する形態が好ましい。チョップド繊維束が太く、強化繊維の本数が多く、強化繊維の総断面積が大きい方が、応力集中の発生の防止効果が大きくなる。強化繊維の総断面積が大きければ大きいほど、繊維強化プラスチック中の一つのチョップド繊維束が負担する荷重が大きくなるが、負担する荷重が大きくても、その荷重が、隣接するチョップド繊維束の端部に、マトリックス樹脂を介して、一気に受け渡される状態は、遷移区間における強化繊維の本数の減少状態により、防止される。すなわち、隣接するチョップド繊維束の間の荷重の伝達は、遷移区間における強化繊維の本数の減少状態により、徐々に行われ、チョップド繊維束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、太いチョップド繊維束を製造する方が、プロセス性に優れ、製造コストも低くなる。しかし、図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。

本発明で用いるチョップド繊維束は、太いチョップド繊維束であっても、これを用いて成形された短繊維強化プラスチックは、従来の太いチョップド繊維束用いて成形された従来の短繊維強化プラスチックに比べ、高い強度を有する。従って、チョップド繊維束の製造コストを低くすることが出来る上、高い強度を有する短繊維強化プラスチックを製造することが可能となる。太いチョップド繊維束との観点から、強化繊維の総断面積の最大値は、０．２ｍｍ^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い。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。

本発明で用いるチョップド繊維束において、各強化繊維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で用いる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、チョップド繊維束に含まれる強化繊維の繊維長の平均値から±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。

本発明で用いるチョップド繊維束に用いられる強化繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維がある。また、種類の異なる２種以上の強化繊維を組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、優れた比強度および比弾性率を有しており、更に、優れた耐熱性や耐薬品性を有しているため、強化繊維として好ましく用いられる。炭素繊維からなる本発明で用いるチョップド繊維束から製造された成形体（繊維強化プラスチック）は、軽量化が望まれる自動車パネルなどの部材に好適に用いられる。

本発明で用いるチョップド繊維束において、強化繊維が、炭素繊維であり、炭素繊維の本数が、１，０００乃至７００，０００本であり、チョップド繊維束の全域に亘って、炭素繊維の配列方向に１ｍｍ移動する毎の、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クリロニトリル系炭素繊維が好ましい。入手し易い炭素繊維の単糸の径は、５乃至１０μｍ程度であることを考慮すると、チョップド繊維束における炭素繊維の本数は、１，０００乃至７００，０００本で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。高強度を有し、繊維の本数が６，０００乃至５０，０００本からなる連続炭素繊維束は、安価で、かつ、入手し易いので、本発明で用いるチョップド繊維束を製造する際に、好ましく用いられる。

本発明で用いるチョップド繊維束の全域に亘って、強化繊維の配列方向に１ｍｍ移動する毎に、強化繊維の本数の変化量が、１，４００本以下であると、繊維強化プラスチックにおいて、有効に応力集中を防ぐことが出来る。強化繊維の本数の変化量は、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未満である場合は、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最大値を、強化繊維の配列方向における遷移区間の長さで割り、１ｍｍ当たりの変化量に比例換算した値を用いる。この際、遷移区間内で少なくとも二箇所で強化繊維の本数の増加があり、強化繊維の本数が増加する箇所におけるチョップド繊維束の横断面に含まれる強化繊維の本数が、２００本以下であることが好ましく、５０本以下であることが更に好ましい。

本発明で用いるチョップド繊維束において、最大幅Ｗｂと最大厚みＴｂとの比率Ｗｂ／Ｔｂが、２０乃至４００で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、１５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であ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製造することが出来る。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接触させて通過させたり、連続した強化繊維束を振動させたり、連続した強化繊維束に対しエアブローを行うことにより行うことが出来る。

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

このような形態を有する本発明で用いるチョップド繊維束は、例えば、連続した強化繊維束を一方向に引き出し、強化繊維の繊維長が５乃至１００ｍｍとなるようにして、強化繊維の配列方向（連続した強化繊維束の引き出し方向）に対して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し方向）に垂直な方向において、連続した強化繊維束を切断することにより製造されていたところを、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で用いる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れた強化繊維の配列が形成する辺の強化繊維の配列方向に対する角度は、小さいほど、これを用いて成形される繊維強化プラスチックの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プド繊維束の製造工程におけるプロセス性との兼ね合いから、角度は、５乃至１５°であることが更に好ましい。なお、ここに云う角度は、絶対値で表される。

図１、２、３に示す本発明で用いるチョップド繊維束は、連続強化繊維束をその長手方向に同一の切断間隔で切断することにより製造されたものである。図１の本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ１は、比較的広幅の連続強化繊維束を切断して得られたもので、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）の強度が向上し易い。

図２の本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ２は、比較的狭い幅の連続強化繊維束を切断して得られたもので、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、強化繊維がばらけ難く、チョップド繊維束の取り扱い性に優れている。

図３の本発明で用いるチョップド繊維束ＣＦＢ３は、連続強化繊維束を切断するときの切断角度と連続強化繊維束の幅との関係により、図１あるいは図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においては、チョップド繊維束ＣＦＢ３の差し渡し長さＬｄ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強化繊維束の切断手段としては、例えば、ギロチンカッター、ロービングカッター等のロー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備されている切断刃の方向とが相対的に斜行する状態において、切断手段に挿入され、切断される。

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ＣＦＢ５ｂの製造には、Ｖ字型の刃、図５（ｃ）のチョップド繊維束ＣＦＢ５ｃの製造には、流線型の刃、図５（ｄ）のチョップド繊維束ＣＦＢ５ｄの製造には、Ｕの字型の刃が用いられる。図５（ｅ）のチョップド繊維束ＣＦＢ５ｅは、連続強化繊維束に水などの集束剤を付与しながら、連続強化繊維束の長手方向に斜行して連続強化繊維束を切断して、切断により得られた切断片の長手方向の両側部を両先端部に向かってカヌー状に収束させて製造される。図５（ｆ）のチョップド繊維束ＣＦＢ５ｆ、および、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。

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

本発明で用いるチョップド繊維束は、それを形成している多数本の強化繊維が束の状態を維持するための集束剤を含む。集束剤は、多数本の強化繊維が束の状態を維持することができ、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される樹脂との適合性に問題がない材料であれば良い。

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

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

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、チョップド繊維束全体の質量を基準として、０．１乃至１０質量％であることが好ましい。この量と同じ量のサイジング剤が、チョップド繊維束の製造に使用する連続強化繊維束に付着されている場合、連続強化繊維束を切断する際、強化繊維がばらばらになることなく、切断されて得られるチョップド繊維束の形状は、意図したものとなる。連続強化繊維束からチョップド繊維束を製造する場合、用いる連続強化繊維に０．１乃至１０質量％のサイジング剤が付与されていることで、チョップド繊維束の製造工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を製造する際のチョップド繊維束の取り扱い性も向上する。

例えば、引き出した連続強化繊維束に、溶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した後、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、連続強化繊維束を切断することにより、本発明で用いるチョップド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、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、あるいは、これらを混合した混合樹脂がある。これらの樹脂は、水や溶媒等で希釈して、連続強化繊維束に付与される。

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

収束剤としてマトリックス樹脂を用いる場合、強化繊維へのマトリックス樹脂の付着量は、チョップド繊維束全体の質量を基準として、２０乃至７５質量％であることが好ましい。マトリックス樹脂が、あらかじめ、連続強化繊維束に付与されている場合、連続強化繊維束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製造することが出来る。また、得られた多数のチョップド繊維束を一体化して成形材料を製造する際のチョップド繊維束の取り扱い性も向上する。

好ましい本発明で用いるチョプド繊維束の製造方法は、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を用意し、用意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、マトリックス樹脂が付与された連続強化繊維束シートを、強化繊維の配列方向および強化繊維の配列方向と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）あるいは基台の上に用意される。

マトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリアセタール、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、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（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）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、塩ビ、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどの熱可塑性樹脂がある。

これらの中の熱硬化性樹脂を用いる場合には、得られるチョップド繊維束は、室温においてタック性を有する。そのため、多数のチョップド繊維束を一体化して成形材料を製造する際、このタック性を利用して、多数のチ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、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、あるいは、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で用いるチョップド繊維束を得ることが出来る。

前記したチョップド繊維束を用いた本発明の繊維強化プラスチックは、多数の前記チョップド繊維束の集合体からなる本発明の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において、本発明の成形材料９１は、多数の前記チョップド繊維束ＣＦＢ（例えば、図３に示すチョップド繊維束ＣＦＢ３）の集合体からなる。本発明の成形材料は、多数の前記チョップド繊維束の集合体からなるが、この集合体は、他の基材、例えば、多数の連続繊維からなる基材、と組み合わされていても良い。いずれの形態であっても、本発明の成形材料は、繊維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プ成形など加圧成形に適した特性を有していることが好ましい。

本発明の成形材料は、例えば、多数の前記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、振動などの手段により、隣接するチョップド繊維束の強化繊維同士を絡み合わせて、多数のチョップド繊維束を一体化させ、多数のチョップド繊維束の集合体を形成することにより製造される。成形基体として、マトリックス樹脂シートを使用する場合、多数の前記チョップド繊維束をマトリックス樹脂シートの上に散布した後、その上に、別のマトリックス樹脂シートを重ね、散布された多数のチョップド繊維束を、上下のマトリックス樹脂シートで挟み込むことにより、多数のチョップド繊維束とマトリックス樹脂とが一体化した成形材料を製造することが出来る。このような成形材料は、通常、ＳＭＣシートあるいはス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、あらかじめマトリックス樹脂を含浸させた多数の前記チョップド繊維束を、成形基体の上に、シート状に散布して、マトリックス樹脂の粘着性を利用して、多数のチョップド繊維束を一体化させることにより製造されても良い。また、本発明の成形材料は、マトリックス樹脂が含浸していない多数のチョップド繊維束の集合体から形成されていても良い。このような成形体は、繊維強化プラスチックの製造に際にマト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スチックを製造する場合に、好ましく用いられる。

本発明で用いるチョップド繊維束における集束剤としてサイジング剤を用いる場合、成形材料を製造する際のチョップド繊維束同士の十分な粘着性が得られない場合がある。また、本発明で用いるチョップド繊維束における集束剤としてマトリックス樹脂を用いる場合、成形材料を製造する際のチョップド繊維束の取り扱い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リックス樹脂とは異なる集束剤を用いることになる。これにより、成形材料の製造工程にお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、粒状のものが好ましい。このような集束剤の成分としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、低融点ポリマーとしてのポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、これらの混合からなる混合樹脂がある。これらの集束剤は、そのままで用いても良いが、水などの溶液に分散させて用いても良い。

本発明で用いるチョップド繊維束における集束剤の主たる目的は、多数の強化繊維を束状に保持する、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集束剤を強化繊維に付着させ、集束剤による多数のチョップド繊維束同士の接合にも役立つようにしても良い。例えば、強化繊維に付着させるサイジング剤量を多くして、多数のチ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半含浸させ、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の場合は、室温でタック性を有するため、多数のチョップド繊維束を一体化させても良い。マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合は、融点以上に加熱した状態でプレスして、多数のチョップド繊維束を一体化させても良い。これらの場合、得られる成形材料は、強化繊維のほかに、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、マトリックス樹脂を含む場合、成形材料におけるマトリックス樹脂の量は、２０乃至７５質量％であることが好ましい。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、本発明の成形材料の一つの大きな特徴である流動性が損なわれる場合がある。成形材料中のマトリックス樹脂の量が７５質量％より大きい場合、樹脂量に比べ強化繊維の量が少なくなるため、得られる繊維強化プラスチックの力学特性を向上させることが困難となる。成形材料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としては、熱硬化性樹脂が好ましい場合がある。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、形状安定性に優れている。これにより製造される繊維強化プラスチックにおいて、高い弾性率、良好な寸法安定性が発現される。熱硬化性樹脂は、樹脂の粘度を低粘度に調整することが出来る。そのため、適切に粘度調整された熱硬化性樹脂は、チョップド繊維束中に容易に含浸させることが出来る。また、熱硬化性樹脂の粘度を適宜調整することにより、繊維強化プラスチックを製造するどの課程においても、必要に応じて、樹脂を付与することが出来る。また、室温で樹脂が未硬化の状態にある成形材料は、柔軟性を有する。そのため、そのような成形材料は、切断や型形状への追従が容易で、取り扱い性に優れる。他にも、室温でタック性をもたせるよう設計することが出来るため、このような成形材料は、互いにあるいは他の基体に押し付けるだけで一体化するため、互いの、あるいは、他の基体との積層体の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としては、熱可塑性樹脂が好ましい場合がある。一般的に、熱可塑性樹脂は高い靭性を有するため、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることにより、短繊維強化プラスチックの弱点である生じたクラック同士の連結を抑制することができ、短繊維強化プラスチックの強度が向上する。特に、衝撃特性を重要視する用途では、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を用いるのが良い。熱可塑性樹脂を用いた成形には、通常、化学反応を伴わないため、熱硬化性樹脂を用いることにより、成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、チョップド繊維束集合体において、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向が同一であることが好ましい。強化繊維の配列方向が同一の成形材料の複数枚を積層することで、所望の物性を有する積層体を設計することが容易となる。得られる積層体の力学特性のばらつきを低減させることが容易となる。このような成形材料は、多数の本発明で用いるチョップド繊維束を、基体の上に、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向が同一となるように、シ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の配列方向が同一となるように散布するための手段としては、例えば、強化繊維の配列方向が一定の方向に向いた状態で各チョップド繊維束を基体の上に供給できるスリット状のノズルがある。

本発明の成形体における、すなわち、チョップド繊維束集合体における各チョップド繊維の強化繊維の配列方向は、それぞれ実質的に同一であれば良い。各チョップド繊維の強化繊維の配列方向がそれぞれ実質的に同一とは、チョップド繊維束に含まれる各強化繊維の配列方向の平均値を当該チョップド繊維束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プド繊維束の各代表配列方向が±１０％以内であるチョップド繊維束が、チョップド繊維束集合体における全チョップド繊維束の９０％以上である状態を云う。

本発明の成形材料が、複数枚のシート状のチョップド繊維束集合体の積層を含む積層体からなる場合、各シート状のチョップド繊維束集合体における各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向が同一であり、かつ、積層体において、一つの層を形成するシート状のチョップド繊維束集合体における強化繊維の配列方向と、他の一つの層を形成するシート状のチョップド繊維束集合体における強化繊維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、荷重方向と垂直な方向（厚み方向）にクラックが繋がった際、破壊に至る。成形材料を積層体で形成し、厚み方向にクラックが貫通し難くすることで、高強度な繊維強化プラスチックを得ることが出来る。すなわち、成形材料を形成している積層体において、二つの層を異なる強化繊維の配列方向としておくと、クラックが発生しやすい方向が異なるため、層を超えてクラックが貫通し難くなる。異なる強化繊維の配列方向を有する二つの層は、隣接する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、多数の本発明で用いるチョップド繊維束を、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向が同一方向になるように、基体の上に、シート状に散布してチョップド繊維束の集合体からなる層を形成し、形成された層の上に、形成された層におけるチョップド繊維束の強化繊維の配列方向とは異なる強化繊維の配列方向になるように、かつ、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向が同一方向になるように多数ので用いるチョップド繊維束を、シート状に散布することにより製造される。積層構成としては、［＋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（成形材料）の物性を全体として均等とすることができ、また、得られる積層体（成形材料）のソ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、本発明で用いる多数のチョップド繊維束ＣＦＢが、それぞれの強化繊維の配列方向がランダムな状態で位置する集合体からなる。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、明確な層構造は、形成されていない。この成形材料９１は、チョップド繊維束の強化繊維の配列方向を制御しながら層構造を有する成形材料を製造する場合に比べ、安価に製造することができ、また、等方的で設計しやすい成形材料と云える。

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

本発明の成形材料は、多数の前記チョップド繊維束からなるチョップド繊維束集合体が、横断面形状において、少なくとも一つの屈曲部を有するように、三次元形状に賦形されていても良い。三次元形状を有する本発明の成形材料を用いて同じく三次元形状を有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せる必要がないため、流動による強化繊維の配列のうねりや偏りが防止され、得られる繊維強化プラスチックにおいて、優れた品位の安定性が得られる。

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来る。多数の本発明で用いるチョップド繊維束を、成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ことからなる成形材料の製造方法。多数の本発明で用いるチョップド繊維束を、スリット状のノズルを通過させることにより、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向を同一方向に揃えて、三次元形状を有する成形基体の上に散布して、強化繊維の配列方向が同じであるチョップド繊維束集合体からなる層を形成し、形成された層の上に、形成された層におけるチョップド繊維束の強化繊維の配列方向とは異なる強化繊維の配列方向になるように、かつ、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向が同一方向になるように多数の前記チョップド繊維束を、シート状に散布することか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形材料の製造方法の一例を説明するための概略斜視図である。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（図１０においては、６個のボビンが図示されている）、連続強化繊維のガイドローラ１０３、１０４、連続強化繊維をボビン１０２から引き出し、一定間隔で、かつ、連続強化繊維の長手方向に対し傾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プド繊維束に集束剤を付与する集束剤付与装置１０６、集束剤付与装置１０６の側部に設けられた集束剤供給口１０７、集束剤が付与されたチョップド繊維束の強化繊維の配列方向を一定の方向に制御するスリット状のノズル１０８、三次元形状を有する賦形型からなる成形基体１０９、および、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１０６の上部に取り付けられている。集束剤付与装置１０６は、その上部に、切断により得られたチョップド繊維束を受け入れるチョップド繊維束導入口を、その下部に、集束剤が付与されたチョップド繊維束を排出するチョップド繊維束排出口を有する。スリット状のノズル１０８は、その上部に、チョップド繊維束排出口から排出されるチョップド繊維束を受け入れる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れたチョップド繊維束を排出するチョップド繊維束排出口を有する。スリット状のノズル１０８は、集束剤付与装置１０６の下部に取り付けられている。ロボットアーム１１０の先端は、集束剤付与装置１０６の側部に結合されている。ロボットアーム１１０の先端は、成形基体１０９に対し、ロボットアーム操作装置（図示せず）により、移動自在とされている。

図１０において、ローラーカッター１０５のローラーの回転により、ボビン１０２から引き出された連続強化繊維束１０１は、ガイドローラ１０３、１０４を通過して、ローラーカッター１０５に導入され、そこにおいて、本発明で用いるチョップド繊維束が形成されるように、切断される。切断により得られたチョップド繊維束は、集束剤付与装置１０６に導入される。集束剤付与装置１０６の内部において、チョップド繊維束に、集束剤供給口１０７から供給された粉状の集束剤が付与される。集束剤が付与されたチョップド繊維束は、スリット状のノズル１０８に導入される。スリット状のノズル１０８の内部をチョップド繊維束が移動するに従い、強化繊維の配列方向が一定の方向となるようにチョップド繊維束は整列される。整列されたチョップド繊維束は、スリット状のノズル１０８から排出され、チョップド繊維束の配列状態が実質的に維持されたまま、落下し、成形基体１０９の表面に到達する。

チョップド繊維束の成形基体１０９の表面における到達位置は、ロボットアーム１１０の操作により、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維束の層が形成される。成形基体１０９の上に形成されたチョップド繊維束の層は、そこに含まれている粉状の集束剤を溶融するために、加熱され、溶融した集束剤により、チョップド繊維束同士の一体化が行われ、三次元形状を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、前記チョップド繊維束の集合体とマトリックス樹脂とからなる。従って、本発明の繊維強化プラスチックにおけるチョップド繊維束は、そ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、チョップド繊維束の長手方向の中央部に向かって、チョップド繊維束の横断面における強化繊維の本数が増加する遷移区間を有し、チョップド繊維束の全域に亘って、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繊維束は、その中央部から端部にかけて、強化繊維の本数が減少する形態を有しているため、繊維強化プラスチック中において、チョップド繊維束が受け持つ荷重を徐々に周囲のチョップド繊維束に受け渡すことができ、応力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、強化繊維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、０．０２５ｍｍ^２以下であることが良い。強化繊維（単糸）の直径が５乃至１０μｍ程度の炭素繊維の場合は、チョップド繊維束の全域に亘って、強化繊維の総本数の変化量が、１ｍｍ当たり１，４００本以下であることが良い。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体とマトリックス樹脂とからなる従来の繊維強化プラスチックの一例の横断面図である。図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（水平方向）に略平行に多数の強化繊維１２３が配列された従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の上下方向（垂直方向）の実質的に同じ位置に存在していることが分かる。すなわち、多数の強化繊維１２３の端部は、チョップド繊維束１２４の端部１２５において、その長手方向に位置がずれることなく、一箇所に集中しており、チョップド繊維束１２４の端部１２５は、横断面１２２の上下方向（垂直方向）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１２１の横断面１２２において、横断面１２２の左右方向（水平方向）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ている多数の強化繊維１２３からなるチョップド繊維束１２４の端部１２５は、上記の幾何形状を有しているため、繊維強化プラスチック１２１の成形時に、その厚み方向（横断面１２２の上下方向（垂直方向））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、本発明で用いるチョップド繊維束の集合体とマトリックス樹脂とからなる本発明の繊維強化プラスチックの一例の横断面図である。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（垂直方向））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（水平方向）に略平行に多数の強化繊維１１３が配列された本発明で用いるチョップド繊維束１１４の強化繊維１１３の本数が、チョップド繊維束１１４の中央部から端部１１５に向かうにつれ、連続的に減少している様子が分かる。

チョップド繊維束１１４の強化繊維１１３の本数が、チョップド繊維束１１４の中央部から端部１１５に向かうにつれ減少している状態は、図１１に示す本発明の繊維強化プラスチック１１１の横断面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が細くなっているため、繊維強化プラスチック１１１の厚み方向におけるチョップド繊維束１１４のうねりの発生が、ほとんどない。この状態により、繊維強化プラスチック１１１の弾性率や強度の向上が、もたらされる。更に、従来の繊維強化プラスチック１２１に見られるような樹脂溜ま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に含まれる各チョップド繊維束１２４の各強化繊維１２３の繊維長と、本発明の繊維強化プラスチック１１１に含まれる各チョップド繊維束１１４の各強化繊維１１３の繊維長とが、同じとした場合、従来の繊維強化プラスチック１２１に含まれる各チョップド繊維束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に含まれる各チョップド繊維束１１４の差し渡し長さＬｄ（図１乃至３参照）が長いため、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平均厚みが小さくなっている。その結果、従来の繊維強化プラスチック１２１に比べ、本発明の繊維強化プラスチック１１１は、より良い力学特性を有する。

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

チョップド繊維束の堆積数は、繊維強化プラスチックの表面における無作為に選んだ１０点のそれぞれにおいて、厚み方向に存在するチョップド繊維束の数を断面観察により測定して得られた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以上のチョップド繊維束が堆積している場合、繊維強化プラスチックの強度の向上が著しい。チョップド繊維束の堆積数は、３０以上であることがより好ましく、強度ばらつきが少ない安定した強度を発現するためには、チョップド繊維束の堆積数は、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において、そこに存在する各チョップド繊維束の平均厚みが、１００μｍ以下であることが好ましい。

チョップド繊維束の平均厚みは、繊維強化プラスチックの表面における無作為に選んだ１０点のそれぞれにおいて、厚み方向に存在するチョップド繊維束の数と各チョップド繊維束の厚みを断面観察により測定し、得られた各厚みの合計をチョップド繊維束の数で割って得られる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維束の厚みは、薄い方が良く、１００μｍ以下であることが好ましい。強度ばらつきが少ない安定した強度を発現するためには、チョップド繊維束の厚みは、５０μｍ以下であることがより好ましい。

厚みが５０μｍ以下のチョップド繊維束は、単純に連続強化繊維束を切断するだけでは製造するのが難しい場合がある。成形材料において、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（成形材料の原材料）が占める面積の割合を云う。同様の手法は、成形材料あるいは多数のチョップド繊維束から繊維強化プラスチックを成形する際にも、用いることが出来る。

チョップド繊維束の厚みを５０μｍ以下にする他の手法として、チョップド繊維束を連続強化繊維束から製造する際に、連続強化繊維束を、開繊した後に、切断する手法がある。連続強化繊維束の開繊は、例えば、走行する連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、行うことが出来る。

本発明の繊維強化プラスチックが、各層が強化繊維とマトリックス樹脂とからなる複数の層の積層体からなる場合、複数の層の少なくとも２層が多数の前記したチョップド繊維束の集合体から形成され、当該２層のそれぞれにおける各チョップド繊維束に含まれる強化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っ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、チョップド繊維束の集合体からなる各層のチョップド繊維束に含まれる強化繊維の配列方向を調整することにより、所望の力学特性を有するように設計することが容易となるため、強化繊維の配列方向がランダムな繊維強化プラスチックに比べ、力学特性のばらつきが小さい。また、このような繊維強化プラスチックは、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、例えば、本発明の成形材料を、成形型のキャビティの投影面積よりも小さく、かつ、キャビティ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とにより成形材料を伸張させ、最終的にキャビティ内に成形材料を充填し、成形完了後、成形体を成形型から取り出すことにより製造される。また、本発明の繊維強化プラスチックは、本発明の成形材料を密閉された成形型のキャビティ内に配置し、マトリックス樹脂を注入して、成形材料中にマトリックス樹脂を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、本発明の繊維強化プラスチックは、強度、剛性、軽量性が要求される、自転車用品、ゴルフクラブの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自動車部材、ロボットアーム等の機械部品の製造に好ましく用いられる。中でも、強度、軽量に加え、成形時に複雑な形状の成形追従性が要求されるシートパネルやシートフレーム等の自動車部品の製造により好ましく用いられる。

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

実施例における繊維強化プラスチックの引張強度の測定方法：
実施例において得られた平板状の繊維強化プラスチックから、長さ２５０±１ｍｍ、幅２５±０．２ｍｍの引張強度試験片を切り出した。得られた試験片について、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、クロスヘッド速度２．０ｍｍ／分で、引張強度を測定した。引張強度試験機として、インストロン（登録商標）万能試験機４２０８型を用いた。測定に供した試験片の数は、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。

［実施例１］
連続強化繊維束として、実質的に無撚りの未サイジングの炭素繊維の多数本からなる連続強化繊維束を用いた。強化繊維（単糸）の径は７μｍ、強化繊維の本数は１２，０００、強化繊維束の引張強度は５．０ＧＰａ、および、強化繊維束の引張弾性率は２４０ＧＰａであった。連続強化繊維束を、樹脂成分が２．０質量％になるように反応性ウレタン樹脂エマルジョン（第一工業製薬（株）製、スーパーフレックス−Ｒ５０００）を精製水で希釈したサイジング剤母液に連続的に浸漬させて、連続強化繊維束にサイジング剤を付与した。サイジング剤が付与された連続強化繊維束を、乾燥張力６００ｇ／ｄｔｅｘのもと、１５０℃のホットローラと２００℃の乾燥炉で乾燥し水分を除去した。サイジング剤付着量は、１．２質量％であった。

周方向に５ｍｍ間隔で刃を設けたロータリーカッターを用意した。サイジング剤が付与された連続強化繊維束を、ロータリーカッターの刃に対して１２°の角度で、ロータリーカッターに連続して挿入し、チョップド繊維束を製造した。得られたチョップド繊維束は、図３に示すチョップド繊維束ＣＦＢ３の形態、すなわち、不変区間がなく、二つの遷移区間１３ａ、１３ｂを有するものであった。チョップド繊維束ＣＦＢ３の両先端部における辺１５ａと辺１６ａとがなす角度、および、辺１５ｂと辺１６ｂとがなす角度は、それぞれ１２°の角度であった。各強化繊維１１の繊維長Ｌｆは、同じチョップド繊維束内で３％程度のばらつきはあるものの、２５ｍｍであった。各遷移区間１３ａ、１３ｂにおける強化繊維１１の増加本数は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり５００本±１００本であった。各遷移区間１３ａ、１３ｂにおける多数本の強化繊維１１の総断面積の変化量は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり０．０１６乃至０．０２３ｍｍ^２であった。

強化繊維１１の配列方向に１ｍｍの区間を無作為に３区間設定し、各区間における区間の始点と終点における強化繊維本数を測定し、それらの差を求め、その値をその区間における強化繊維１１の本数の変化量とし、３区間における変化量の平均値を、チョップド繊維束ＣＦＢ３の遷移区間１３ａ、１３ｂにおける強化繊維の配列方向１ｍｍ当たりの強化繊維本数の変化量とした。多数本の強化繊維１１の総断面積は、得られた強化繊維本数の変化量に、強化繊維（単糸）１１の横断面積３．８５×１０^−５ｍｍ^２を掛けることにより求めた。

マトリックス樹脂として、ビニルエステル樹脂（ダウ・ケミカル（株）製、デラケン７９０）を１００重量部、硬化剤としてｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート（日本油脂（株）製、パーブチルＺ）を１重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛（堺化学工業（株）製、ＳＺ−２０００）を２重量部、増粘剤として酸化マグネシウム（協和化学工業（株）製、ＭｇＯ＃４０）を４重量部用いて、それらを十分に混合撹拌し、樹脂ペーストを得た。得られた樹脂ペースト（マトリックス樹脂）を、ドクターブレードを用いて、ポリプロピレン製の２枚の離型フィルム上に、それぞれ塗布し、２枚の樹脂シートを作成した。得られた一方の樹脂シートのマトリックス樹脂の表面に、その上方から、多数の前記チョップド繊維束ＣＦＢ３を、単位面積当たりの重量が７２５ｇ／ｍ^２になるよう、均一に落下、散布した。得られたチョップド繊維束が散布された樹脂シートのチョップド繊維束が散布されている面に、先に用意した他方の樹脂シートをマトリックス樹脂の面を内側にして積層しＳＭＣシートを作成した。ＳＭＣシートにおける強化繊維の体積含有量は４０％とした。得られたＳＭＣシートを４０℃にて２４時間静置することにより、マトリックス樹脂を十分に増粘化させて、ＳＭＣシートからなる図９に示すような成形材料９１を得た。

この成形材料（ＳＭＣシート）９１から、２５０×２５０ｍｍの大きさのシートを４枚切り出し、４層重ねた後、３００×３００ｍｍの大きさのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した。この配置におけるチャージ率は、７０％である。その後、加熱型プレス成形機により、６ＭＰａの加圧のもと、１５０℃×５分間の条件により、マトリックス樹脂を硬化せしめ、３００×３００ｍｍの大きさの平板状の繊維強化プラスチックを得た。

使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリがないことが確認された。

繊維強化プラスチックの厚みは２．８ｍｍ、繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するかを断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、３２であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは９０μｍ程度であることが分かった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は３３ＧＰａと非常に高い値を、また、引張強度は３３０ＭＰａと高い値を示した。後述の比較例１と比較しても、弾性率で３５％以上、強度で２倍以上の力学特性の向上が得られた。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。

［実施例２］
実施例１と同様の連続強化繊維束を切断してチョップド繊維束を得るに当たり、ロータリーカッターの周方向に１２．５ｍｍ間隔で刃を設け、刃に対して３０°の角度で連続強化繊維束を挿入した。得られたチョップド繊維束は、図２に示すような形態のチョップド繊維束ＣＦＢ２であった。チョップド繊維束ＣＦＢ２の端部の辺１６ａ、１６ｂが、強化繊維１１の配列方向と３０°の角度で直線状の形態を有しており、強化繊維１１の繊維長Ｌｆは、おなじチョップド繊維束内で２％程度のばらつきはあるものの、２５ｍｍであった。チョップド繊維束ＣＦＢ２の端部から中央部にかけて強化繊維１１の配列方向に強化繊維本数が増加する遷移区間１３ａ、１３ｂがあり、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり１，３００本±１００本の範囲内で強化繊維本数が増加していた。また、遷移区間１３ａ、１３ｂにおける多数本の強化繊維１１の総断面積の変化量は、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり０．０４７乃至０．０５４ｍｍ^２であった。

こうして得られたチョップド繊維束ＣＦＢ２を用いて、実施例１と同様にして、ＳＭＣシート（成形材料）を作成し、実施例１と同様にして、繊維強化プラスチックを成形した。使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリがないことが確認された。

繊維強化プラスチックの厚みは２．８ｍｍ、繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するか（強化繊維の配列方向が異なるチョップド繊維束が厚み方向にいくつ横切っているか）を断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、２２であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは１３０μｍ程度であることが分かった。

次に、実施例１と同様にして、引張試験を実施した。引張弾性率は２９ＧＰａと高く、引張強度に関しても２５０ＭＰａと高い値が得られた。後述の比較例１と比較しても、弾性率で２０％以上、強度で７０％程度の力学特性の向上が得られた。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。

［実施例３］
連続強化繊維束として、サイジング剤がすでに付着したガラス繊維の多数本からなる連続強化繊維束（ＲＳ５７０Ｍ−５２１ＺＳ、繊維目付５７０ｔｅｘ、日東紡社製）を用いた。この連続強化繊維束を、ボビンから横取り解舒により無撚り状態で引き出し、実施例１と同様にして切断し、チョップド繊維束を得た。得られたチョップド繊維束は、図２に示すような形態のチョップド繊維束ＣＦＢ２であった。チョップド繊維束ＣＦＢ２の端部の辺１６ａ、１６ｂが、強化繊維１１の配列方向と１２°の角度で直線状の形態を有しており、強化繊維１１の繊維長Ｌｆは、おなじチョップド繊維束内で２％程度のばらつきはあるものの、２５ｍｍであった。チョップド繊維束ＣＦＢ２の端部から中央部にかけて強化繊維１１の配列方向に強化繊維本数が増加する遷移区間１３ａ、１３ｂがあり、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり２３０本±４０本の範囲内で強化繊維本数が増加していた。また、遷移区間１３ａ、１３ｂにおける多数本の強化繊維１１の総断面積の変化量は、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり０．０１５乃至０．０２１ｍｍ^２であった。多数本の強化繊維１１の総断面積は、得られた強化繊維本数の変化量に、強化繊維（単糸）１１の横断面積７．８５×１０^−５ｍｍ^２を掛けることにより求めた。

チョップド繊維束の単位面積当たりの重量を１，０００ｇ／ｍ^２とした他は、実施例１と同様にして、ＳＭＣシート（成形材料）を作成し、実施例１と同様にして、繊維強化プラスチックの成形をした。使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリはないことが確認された。

繊維強化プラスチックの厚みは２．８ｍｍ、繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するかを断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、２９であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは１００μｍ程度であることが分かった。

次に、実施例１と同様にして、引張試験を実施した。引張弾性率は１８ＧＰａと高く、引張強度に関しても３００ＭＰａと高い値が得られた。後述の比較例４と比較しても、弾性率で２０％程度、強度で７０％程度の力学特性の向上が得られた。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。

［実施例４］
エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製“エピコート（登録商標）”８２８：３０重量部、“エピコート（登録商標）”１００１：３５重量部、“エピコート（登録商標）”１５４：３５重量部）に、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール（チッソ（株）製“ビニレック（登録商標）”Ｋ）５重量部をニーダーで加熱混練してポリビニルホルマールを均一に溶解させた後、硬化剤ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン（株）製ＤＩＣＹ７）３．５重量部と、硬化促進剤３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア（保土谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）４重量部を、ニーダーで混練して未硬化のエポキシ樹脂組成物を調整した。このエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを用いて、シリコーンコーティング処理された厚さ１００μｍの離型紙上に塗布して樹脂フィルム（マトリックス樹脂フィルム）を作製した。

次に、連続強化繊維束として、多数本の炭素繊維を一方向に配列させた炭素繊維シート（強化繊維シート）を用意した。強化繊維（単糸）の径は７μｍ、強化繊維の引張強度は５．０ＧＰａ、および、強化繊維の引張弾性率は２４０ＧＰａであった。用意した強化繊維シートの両面のそれぞれに、作製した樹脂フィルムを重ね、加熱・加圧することによって、樹脂を強化繊維シートに含浸させ、プリプレグシートを作製した。得られたプリプレグシートにおける単位面積当たりの強化繊維の重さは１００ｇ／ｍ^２、強化繊維の体積含有率Ｖｆは５０％、厚みは０．１１ｍｍであった。

得られたプリプレグシートを自動切断機を用いて、強化繊維の配列方向に２５ｍｍ間隔で、強化繊維の配列方向と１２°の角度をもって、直線状に切断し、バイアスカットされたプリプレグテープを作製した。次いで、作製したプリプレグテープを、強化繊維の配列方向に５ｍｍ間隔で強化繊維の配列方向に切断して、チョップド繊維束を作製した。

得られたチョップド繊維束は、幅Ｗｂが５ｍｍ、厚みＴｂが１１０μｍ、強化繊維１１の繊維長Ｌｆが２５ｍｍであった。チョップド繊維束の端部から中央部にかけて、強化繊維の配列方向に、強化繊維本数が増加する遷移区間１３ａ、１３ｂがあり、強化繊維１１の増加本数は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり２９０本±２０本であった。また、遷移区間１３ａ、１３ｂにおける多数本の強化繊維１１の総断面積の変化量は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり０．０１０乃至０．０１２ｍｍ^２であった。

得られたチョップド繊維束を、離型フィルムの上に、目付が６，０００ｇ／ｍ^２程度となるように、ランダムに散布し、更にその上から、他の離型フィルムを乗せ、離型フィルムの上から軽く押圧し、樹脂のタックで、多数のチョップド繊維束同士を一体化して成形材料を得た。

この成形材料から、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの大きさのシートを切り出し、得られたシートを、３００×３００ｍｍの大きさのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した。この配置におけるチャージ率は７０％である。その後、加熱型プレス成形機により、６ＭＰａの加圧のもと、１５０℃×３０分間の条件により、マトリックス樹脂を硬化せしめ、３００×３００ｍｍの大きさの平板状の繊維強化プラスチックを得た。

使用した金型キャビティ内に、繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリがないことが確認された。

繊維強化プラスチックの厚みは２．８ｍｍ、繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するかを断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、４１であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは７０μｍ程度であることが分かった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は４１ＧＰａと非常に高い値を、また、引張強度は４００ＭＰａと高い値を示した。後述の比較例５と比較しても、弾性率で４０％以上、強度で２．５倍以上の力学特性の向上が得られた。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。また、実施例１と比較しても、強度が向上しており、樹脂が高靭性であることで、クラック同士の連結が抑制されたためと、推測された。

［実施例５］
共重合ポリアミド樹脂（東レ製“アミラン”（登録商標）ＣＭ４０００、ポリアミド６／６６／６１０共重合体、融点１５５℃）のペレットを、２００℃で加熱したプレスで２８μｍ厚みのフィルム状に加工し、２枚の熱可塑性樹脂シートを作製した。

次に、連続強化繊維束として、多数本の炭素繊維を一方向に配列させた炭素繊維シート（強化繊維シート）を用意した。強化繊維（単糸）の径は７μｍ、引張強度は５．０ＧＰａ、および、引張弾性率は２４０ＧＰａであった。用意した強化繊維シートの両面のそれぞれに、作製した熱可塑性樹脂シートを重ね、加熱・加圧することによって、樹脂を強化繊維シートに含浸させ、プリプレグシートを作製した。得られたプリプレグシートにおける単位面積当たりの強化繊維の重さは１００ｇ／ｍ^２、強化繊維体の積含有率Ｖｆは５０％、厚みは０．１１ｍｍであった。

得られたプリプレグシートを、実施例４と同様にして、切断して、チョップド繊維束を作製した。得られたチョップド繊維束において、チョップド繊維束端部（図２における辺１６ａ、１６ｂ）と強化繊維の配列方向との角度は１２°、幅Ｗｂは５ｍｍ、厚みＴｂは１１０μｍ、強化繊維１１の繊維長Ｌｆは２５ｍｍであった。チョップド繊維束の端部から中央部にかけて、強化繊維の配列方向に、強化繊維本数が増加する遷移区間１３ａ、１３ｂがあり、強化繊維１１の増加本数は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり２９０本±３０本であった。また、遷移区間１３ａ、１３ｂにおける多数本の強化繊維１１の総断面積の変化量は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり０．０１０乃至０．０１２ｍｍ^２であった。

得られたチョップド繊維束の３７０ｇほどを、３００×３００ｍｍの大きさのキャビティを有する平板金型上にランダムに散布した。その後、加熱型プレス成形機により、６ＭＰａの加圧のもと、２００℃×１分間の条件により、チョップド繊維束を流動せしめ、型を開けることなく、冷却した後、脱型して、３００×３００ｍｍの大きさの平板状の繊維強化プラスチックを得た。

使用した金型キャビティ内に、繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリがないことが確認された。

繊維強化プラスチックの厚みは２．８ｍｍ、繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するかを断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、３９であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは７０μｍ程度であることが分かった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は３８ＧＰａと非常に高い値を、また、引張強度は４２０ＭＰａと高い値を示した。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。

［実施例６］
多数のチョップド繊維束を、各チョップド繊維束における強化繊維の配列方向が同一になる状態で、積層したチョップド繊維束の集合体からなる成形材料に、マトリックス樹脂を注入して、繊維強化プラスチックを得るバキュームアシストティッドレジントランスファーモールディング（Ｖａ−ＲＴＭ）成形を行った。

実施例１と同様にして、チョップド繊維束を作成した。このチョップド繊維束を、平板状の成形型の上に、スリット状のノズルを通過させ、各チョップド繊維束における強化繊維の配列方向が同一になる状態で、層状のチョップド繊維束の集合体を作製する工程を、強化繊維の配列方向が異なる状態で、所望の回数実施し、一つのチョップド繊維束の集合体における各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向は同一であるが、積層されるチョップド繊維束の集合体の間では、強化繊維の配列方向が異なる積層体（成形材料）を作製した。

積層されたチョップド繊維束の集合体における各積層における強化繊維の配列方向が、順次、［４５／０／−４５／９０／−４５／０／４５］となるよう積層体が作製された。中央の９０°のみ、他の層の略２倍の厚みとした。

注入用の樹脂（マトリックス樹脂）としては、エポキシ樹脂である“エピコート８０７”（油化シェルエポキシ社製）７０重量部、“エピコート６３０”（油化シェルエポキシ社製）３０重量部とアミン硬化剤である“アンカミン２０４９”（パシフィックアンカーケミカル社製）４３重量部を混合して得た液状エポキシ樹脂を用いた。注入開始時の樹脂温度は５０℃で、粘度は５０ｍＰａ・ｓであった。

成形型にポリアミド樹脂製チューブからなる注入口と減圧口を設け、成形材料を含む全体をバギングフィルムで覆って密封した。注入口には、マトリックス樹脂を入れたディスポカップを接続し、減圧口には、真空ポンプを接続し、Ｖａ−ＲＴＭ成形を行った。マトリックス樹脂注入終了後、型ごとオーブンに入れて、１００℃に加熱し、２時間その状態を保持して、マトリックス樹脂を硬化させ、型を冷却後、脱型を行い、マトリックス樹脂の未含浸部のない繊維強化プラスチックを得た。

Ｖａ−ＲＴＭ成形による片面型の成形であったため、片面は平坦であるが、もう一方の面には、強化繊維のうねりが浮き出し、厚みムラのある繊維強化プラスチックとなった。この繊維強化プラスチックにはソリはなく、その平均厚みは２．８ｍｍであった。繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するかを断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、２５であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは１１０μｍ程度であることが分かった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は４３ＧＰａと非常に高い値を、また、引張強度は４１０ＭＰａと高い値を示した。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。

［実施例７］
実施例１と同様の連続強化繊維束に、振動を加えて、開繊し、繊維束の幅を当初の５ｍｍから２０ｍｍに拡幅した。拡幅された連続強化繊維束を、実施例１と同様の切断手法を用いて、強化繊維の繊維長が２５ｍｍ、連続強化繊維束の切断方向が強化繊維の配列方向に対し角度１２°を有する直線になるように、切断して、チョップド繊維束を得た。得られたチョップド繊維束は、図１に示すチョップド繊維束ＣＦＢ１の形態、すなわち、強化繊維の切断辺１６ａ、１６ｂの長さが長い形態を有していた。得られたチョップド繊維束ＣＦＢ１は、端部から中央部にかけて、強化繊維１１の配列方向に、強化繊維本数が増加する遷移区間１３ａ、１３ｂを有し、遷移区間１３ａ、１３ｂにおける強化繊維１１の増加本数は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり１２０本±２０本であった。各遷移区間１３ａ、１３ｂにおける多数本の強化繊維１１の総断面積の変化量は、強化繊維１１の配列方向に１ｍｍ当たり０．００４乃至０．００５ｍｍ^２であった。

得られたチョップド繊維束ＣＦＢ１を用いて、実施例１と同様にして、ＳＭＣシートを作成し、作成されたＳＭＣシートを用いて、実施例１と同様にして、繊維強化プラスチックを成形した。

使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリがないことが確認された。

繊維強化プラスチックの厚みは２．８ｍｍ、繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するかを断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、９０であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは３０μｍ程度であることが分かった。チョップド繊維束ＣＦＢ１の強化繊維の切断辺１６ａ、１６ｂの長さが長いため、繊維強化プラスチックの成形時に、チョップド繊維束が開繊し易く、その結果、得られた繊維強化プラスチックにおけるチョップド繊維束の厚みが小さくなったものと推測される。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は３９ＧＰａと非常に高い値を、また、引張強度は４１０ＭＰａと高い値を示した。後述の比較例１と比較しても、弾性率で６０％以上、強度で２．５倍以上の力学特性の向上が得られた。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。

［実施例８］
実施例１と同様の連続強化繊維束上に、実施例５と同様の共重合ポリアミド樹脂のペレットを２００℃で加熱して押し当て、連続強化繊維束中に、前記共重合ポリアミド樹脂をマトリックス樹脂として含浸して、強化繊維の体積含有率Ｖｆが５０％のヤーンプリプレグを作成した。得られたヤーンプリプレグを、実施例１と同様の切断手法を用いて、強化繊維の繊維長が２５ｍｍ、強化繊維の切断方向が強化繊維の配列方向に対し角度１２°を有する直線になるように、切断して、チョップド繊維束を得た。得られたチョップド繊維束の幅Ｗｂは５．５ｍｍで、厚みＴｂは１７０μｍであった。得られたチョップド繊維束は、端部から中央部にかけて、強化繊維の配向方向に、強化繊維本数が増加する遷移区間１３ａ、１３ｂを有し、遷移区間１３ａ、１３ｂにおける強化繊維１１の増加本数は、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり４６０本±５０本であった。各遷移区間１３ａ、１３ｂにおける多数本の強化繊維１１の総断面積の変化量は、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり０．０１６乃至０．０２０ｍｍ^２であった。

得られたチョップド繊維束を用いて、実施例５と同様にして、繊維強化プラスチックを成形した。

使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリがないことが確認された。

繊維強化プラスチックの厚みは２．８ｍｍ、繊維強化プラスチックの表面の無作為に選んだ１０点において、厚み方向にチョップド繊維束がいくつ存在するかを断面観察により測定し、１０点のデータを平均したところ、２８であった。それにより、チョップド繊維束の平均厚みは１００μｍ程度であることが分かった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は３３ＧＰａと非常に高い値を、また、引張強度は３８０ＭＰａと高い値を示した。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１１に示すように、チョップド繊維束が中央部から端部に向かうにつれ細くなっており、特に切り出し面に並行に走るチョップド繊維束も中央部から端部に向かうにつれ細くなり、強化繊維本数が減少している様子が分かり、荷重の伝達効率が向上した分、引張強度のみならず、弾性率も向上するという著しい効果が得られていることが判明した。

［実施例９］
実施例１と同様にして、チョップド繊維束を作成した。平板状の成形型の上に、実施例４と同様の樹脂フィルム（マトリックス樹脂フィルム）を載置し、この樹脂フィルムの表面に、作成されたチョップド繊維束を、スリット状のノズルを通過させ、各チョップド繊維束の強化繊維の配列方向が±１０°の範囲内となるように、シート状に堆積させた。その後、シート状に堆積しているチョップド繊維束の上に、同様の樹脂フィルムを載置した。得られた下側の樹脂シート、中間のチョップド繊維束シート、上側の樹脂シートからなる積層シートを、温度６０℃のカレンダーロール間を通過させ、マトリックス樹脂をチョップド繊維束中に含浸させ、プリプレグシートを作成した。得られたプリプレグシートにおける単位面積当たりの強化繊維の重さは２００ｇ／ｍ^２、強化繊維の体積含有率Ｖｆは５０％、厚みは０．２２ｍｍであった。

得られたプリプレグシートを、［４５／０／−４５／９０］_Ｓの積層構成にて積層し、２５０×２５０ｍｍの大きさの積層体を得た。この積層体を３００×３００ｍｍの大きさのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した。この配置におけるチャージ率は７０％である。その後、加熱型プレス成形機により、６ＭＰａの加圧のもと、１５０℃×５分間の条件により、マトリックス樹脂を硬化せしめ、３００×３００ｍｍの大きさの平板状の繊維強化プラスチックを得た。

使用した金型キャビティ内に、繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックは、試験台の平坦な表面の上に置いただけで、試験台の平坦な表面と全面で接触しており、ソリがないことが確認された。繊維強化プラスチックの厚みは、１．８ｍｍであった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は４１ＧＰａと非常に高い値を、また、引張強度は４２０ＭＰａと高い値を示した。強度ばらつきのＣＶ値は、７％と極めて低く、強化繊維の配列方向を制御してチョップド繊維束シートを積層したことにより、繊維強化プラスチックの力学特性のばらつきが低減したものと推測された。

［実施例１０］
実施例１と同様の連続強化繊維束を、実施例１と同様の切断手法を用いて、強化繊維の繊維長が２５ｍｍ、連続強化繊維束の切断方向が強化繊維の配列方向に対し角度１２°を有する直線になるように、切断して、チョップド繊維束を得た。得られたチョップド繊維束と実施例５と同様の共重合ポリアミド樹脂（マトリックス樹脂）のペレットとを、溶融押出機（（株）日本製鋼所製ＴＥＸ３０α、Ｌ／Ｄ＝３１．５、スクリュー回転数２５０ｒｐｍ、温度１８０乃至２００℃）で混練し、棒状に押し出し、得られた棒状の成形体を、ペレット状に切断し、強化繊維の体積含有率Ｖｆが２０％のペレットを得た。得られたペレット中の重量平均繊維長は、０．５ｍｍであった。得られたペレットを温度２１０℃で射出成形し、２５０×２５０ｍｍの大きさの平板状の繊維強化プラスチックを得た。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は１５ＧＰａ、また、引張強度は２２０ＭＰａと高い値を示した。後述の比較例６と比較しても、弾性率で２０％以上、強度で２０％以上の力学特性の向上が得られた。チョップド繊維束における各強化繊維の端部が、強化繊維の配列方向に互いにずれて位置しているため、ペレタイズの工程において、強化繊維同士が分離しやすく、凝集しにくいため、繊維長が長いペレットを製造することができ、その結果、射出成形後においても、比較的長い繊維長が保存され、繊維強化プラスチックの高い力学特性が発現したと推測された。

［比較例１］
この比較例は、連続強化繊維束を、強化繊維の配列方向に対し角度９０°の方向に切断して得た従来のチョップド繊維束からなるＳＭＣシートに関する。

実施例１と同様な連続強化繊維束を切断してチョップド繊維束を得るに当たり、ロータリーカッターの周方向に２５ｍｍ間隔で刃を設け、刃に対して９０°の角度で連続強化繊維束を挿入した。得られたチョップド繊維束は、強化繊維の繊維長が２５ｍｍで、チョップド繊維束の端部がチョップド繊維束の強化繊維の配列方向と９０°の角度で直線状の形態を有していた。

このチョップド繊維束を用いて、実施例１と同様にして、ＳＭＣシートを作成し、作成したＳＭＣシートを用いて、実施例１と同様にして、繊維強化プラスチックの成形を行った。

使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックにはソリはなく、その厚みは２．８ｍｍであった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は２４ＧＰａ、引張強度は１５０ＭＰａであった。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１２に示すように、切り出し面に並行に走るチョップド繊維束が、端部で厚み方向（図１２において、上下方向（垂直方向））に垂直に切れており、端部の先に樹脂溜り１２６が発生していた。この樹脂溜り１２６のいくつかには、ボイドが発生していた。

［比較例２］
この比較例は、比較例１よりも繊維長が長く、実施例１と同等レベルの差し渡し長さＬｄを有するチョップド繊維束からなるＳＭＣシートに関する。

実施例１と同様な連続強化繊維束を切断してチョップド繊維束を得るに当たり、ロータリーカッターの周方向に５０ｍｍ間隔で刃を設け、刃に対して９０°の角度で連続強化繊維束を挿入した。得られたチョップド繊維束は、強化繊維の繊維長が５０ｍｍで、チョップド繊維束の端部がチョップド繊維束の強化繊維の配列方向と９０°の角度で直線状の形態を有していた。

このチョップド繊維束を用いて、実施例１と同様にして、ＳＭＣシートを作成し、作成したＳＭＣシートを用いて、実施例１と同様にして、繊維強化プラスチックの成形を行った。

使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックにはソリはなく、その厚みは２．８ｍｍであった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は２６ＧＰａ、引張強度は１６０ＭＰａであり、ほぼ比較例１と同等の力学特性を示した。従来のチョップド繊維束からなるＳＭＣシートでは、繊維長を長くしても、繊維強化プラスチックの力学特性の向上にほとんど寄与しないことが分かった。

［比較例３］
この比較例は、連続強化繊維束を、強化繊維の配列方向に対し角度４５°の方向に切断して得たチョップド繊維束からなるＳＭＣシートに関する。

実施例１と同様な連続強化繊維束を切断してチョップド繊維束を得るに当たり、ロータリーカッターの周方向に１７．７ｍｍ間隔で刃を設け、刃に対して４５°の角度で連続強化繊維束を挿入した。得られたチョップド繊維束は、強化繊維の繊維長が２５ｍｍで、チョップド繊維束の端部がチョップド繊維束の強化繊維の配列方向と４５°の角度で直線状の形態を有していた。チョップド繊維束の端部から中央部にかけて、強化繊維の配列方向に、強化繊維本数が増加する遷移区間があり、強化繊維の増加本数は、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり２，４００本±１００本であった。また、遷移区間における多数本の強化繊維の総断面積の変化量は、強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり０．０８８乃至０．０９６ｍｍ^２であった。

このチョップド繊維束を用いて、実施例１と同様にして、ＳＭＣシートを作成し、作成したＳＭＣシートを用いて、繊維強化プラスチックの成形を行った。

使用した金型キャビティ内に、繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックにはソリはなく、その厚みは２．８ｍｍであった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は２５ＧＰａ、引張強度は２００ＭＰａであった。比較例１と比較すると、強度は高いものの、著しい向上は見られなかった。また、弾性率においては、ほとんど向上が見られなかった。

［比較例４］
連続強化繊維束として、実施例３と同様にサイジング剤がすでに付着したガラス繊維の多数本からなる連続強化繊維束（ＲＳ５７０Ｍ−５２１ＺＳ、繊維目付５７０ｔｅｘ、日東紡社製）を用いた。この連続強化繊維束を、ボビンから縦取り解舒により撚りが加わった状態で引き出し、比較例１と同様にして切断し、チョップド繊維束を得た。得られたチョップド繊維束は、強化繊維の繊維長が２５ｍｍで、チョップド繊維束の端部がチョップド繊維束の強化繊維の配列方向と９０°の角度で直線状の形態を有していた。

このチョップド繊維束を用いて、実施例３と同様にして、ＳＭＣシートを作成し、作成したＳＭＣシートを用いて、実施例３と同様にして、繊維強化プラスチックの成形を行った。

使用した金型キャビティ内に、成形された繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックにはソリはなく、その厚みは２．８ｍｍであった。また、繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は１５ＧＰａ、引張強度は１８０ＭＰａであった。

［比較例５］
実施例４と同様にして、プリプレグを作成し、自動切断機を用いて、強化繊維の配列方向に２５ｍｍ間隔、強化繊維の配列方向に直角な方向（配列された強化繊維の幅方向）に５ｍｍ間隔で直線状に切断して、幅５ｍｍで厚み１１０μｍ、強化繊維の繊維長が２５ｍｍのチョップド繊維束を作成した。得られたチョップド繊維束は、強化繊維の繊維長が２５ｍｍで、チョップド繊維束の端部がチョップド繊維束の強化繊維の配列方向と９０°の角度で直線状の形態を有していた。

このチョップド繊維束を用いて、実施例４と同様にして、成形材料を作成し、作成された成形材料を用いて、実施例４と同様にして、繊維強化プラスチックの成形を行った。

使用した金型キャビティ内に、繊維強化プラスチックが充填されており、成形過程における成形材料の流動性が良好であったことが確認された。製造された繊維強化プラスチックにはソリはなく、その厚みは２．８ｍｍであった。

繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は２９ＧＰａ、引張強度は１５０ＭＰａであった。また、繊維強化プラスチックを切り出し、切り出し面を観察すると、図１２に示すように、切り出し面に並行に走るチョップド繊維束が、端部で厚み方向（図１２において、上下方向（垂直方向））に垂直に切れており、端部の先に樹脂溜り１２６が発生していた。この樹脂溜り１２６のいくつかには、ボイドが発生していた。

［比較例６］
比較例１と同様のチョップド繊維束を用いて、実施例１０と同様にして、ペレタイズを行い、ペレットを作成した。得られたペレット中の重量平均繊維長は、０．３ｍｍであった。得られたペレットを用いて、実施例１０と同様にして、射出成形を行って、平板状の繊維強化プラスチックを成形した。得られた繊維強化プラスチックの引張試験の結果によると、引張弾性率は１２ＧＰａ、引張強度は１８０ＭＰａであった。

本発明によれば、成形材料として用いた場合、良好な流動性、成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学物性を発現するチョップド繊維束を用いた成形材料、および、繊維強化プラスチック、ならびに、これらの製造方法が提供される。

本発明の成形材料、あるいは、本発明の繊維強化プラスチックは、強度、剛性、軽量性が要求される、自転車用品、ゴルフクラブの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自動車部材、ロボットアーム等の機械部品の製造に好ましく用いられる。中でも、強度、軽量に加え、成形時に複雑な形状の成形追従性が要求されるシートパネルやシートフレーム等の自動車部品の製造により好ましく用いられる。

図１は、本発明で用いるチョップド繊維束の一例の平面図である。 図２は、本発明で用いるチョップド繊維束の他の一例の平面図である。 図３は、本発明で用いるチョップド繊維束の更に他の一例の平面図である。 図４は、図１の本発明で用いるチョップド繊維束の幅が最大幅Ｗｂを有している位置における横断面図である。 図５は、本発明で用いる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６は、従来のチョップド繊維束の一例の平面図（ａ）および側面図（ｂ）の羅列である。 図７は、図２の本発明で用いるチョップド繊維束の平面図（ａ）、側面図（ｂ）、および、当該チョップド繊維束の強化繊維の配列方向における強化繊維の本数の増減の状態を示すグラフ（ｃ）の羅列である。 図８は、図３の本発明で用いるチョップド繊維束の平面図（ａ）、側面図（ｂ）、および、当該チョップド繊維束の強化繊維の配列方向における強化繊維の本数の増減の状態を示すグラフ（ｃ）の羅列である。 図９は、本発明の成形材料の一例の平面図である。 図１０は、本発明の成形材料の製造方法の一例を説明するための概略斜視図である。 図１１は、本発明の繊維強化プラスチックの一例の横断面図である。 図１２は、従来の繊維強化プラスチックの一例の横断面図である。

１１：強化繊維
１２ａ：第１の先端
１２ｂ：第２の先端
１３ａ：第１の遷移区間
１３ｂ：第２の遷移区間
１３Ｅａ：遷移区間の第１の終端面
１３Ｅｂ：遷移区間の第２の終端面
１４：不変区間
１４Ｅａ：不変区間の一方の端面
１５ａ：第１の遷移区間における一方の辺
１５ｂ：第２の遷移区間における一方の辺
１６ａ：第１の遷移区間における他方の辺
１６ｂ：第２の遷移区間における他方の辺
６１：従来のチョップド繊維束における強化繊維
６１ａ、６１ｂ：従来のチョップド繊維束の先端
９１：成形材料
１０１：連続強化繊維束
１０２：ボビン
１０３、１０４：ガイドローラ
１０５：ローラーカッター
１０６：集束剤付与装置
１０７：集束剤供給口
１０８：スリット状のノズル
１０９：成形基体
１１０：ロボットアーム
１１１：本発明の繊維強化プラスチック
１１２：本発明の繊維強化プラスチックの横断面
１１３：本発明の繊維強化プラスチックにおける強化繊維
１１４：本発明の繊維強化プラスチックにおけるチョップド繊維束
１１５：本発明の繊維強化プラスチックにおけるチョップド繊維束の端部
１２１：従来の繊維強化プラスチック
１２２：従来の繊維強化プラスチックの横断面
１２３：従来の繊維強化プラスチックにおける強化繊維
１２４：従来の繊維強化プラスチックにおけるチョップド繊維束
１２５：従来の繊維強化プラスチックにおけるチョップド繊維束の端部
１２６：従来の繊維強化プラスチックにおける樹脂溜まり
ＣＦＢ、ＣＦＢ１、ＣＦＢ２、ＣＦＢ３、ＣＦＢ５ａ−ＣＦＢ５ｇ：チョップド繊維束
ＣＦＢＣ：従来のチョップド繊維束
ＣＦＴＳ：強化繊維の総断面積の変化量
Ｌｄ：チョップド繊維束の差し渡し長さ
Ｌｆ：強化繊維の繊維長
Ｔｂ：チョップド繊維束の最大厚み
Ｗｂ：チョップド繊維束の最大幅
Ｗｄ：チョップド繊維束の差し渡し幅

Claims (17)

1. （ａ）〜（ｅ）から構成される多数のチョップド繊維束が、該チョップド繊維束の集束剤および／または隣接するチョップド繊維束の前記強化繊維同士の絡合により接合され一体化した多数のチョップド繊維束の一層あるいは複数層からなるチョップド繊維束集合体からなる成形材料。
   （ａ）一方向に配列された多数本の強化繊維と該多数本の強化繊維を集束する集束剤とからなるチョップド繊維束であって、
   （ｂ）前記強化繊維の繊維長が５乃至１００ｍｍであり、
   （ｃ）前記チョップド繊維束は、前記強化繊維の配列方向における一方の先端である第１の先端から他方の先端である第２の先端に向かい、前記強化繊維の配列方向に直角な方向の繊維束横断面における前記強化繊維の本数が増加する第１の遷移区間を有するとともに、前記第２の先端から前記第１の先端に向かい、前記繊維束横断面における前記強化繊維の本数が増加する第２の遷移区間を有し、
   （ｄ）前記第１の遷移区間と前記第２の遷移区間との間に、前記強化繊維の配列方向に沿って、前記繊維束横断面における前記強化繊維の本数が不変である不変区間を有し、該不変区間の一方の端面が、前記第１の遷移区間の前記第１の先端とは反対側の終端である第１の終端面に一致するとともに、前記不変区間の他方の端面が、前記第２の遷移区間の前記第２の先端とは反対側の終端である第２の終端面に一致し、あるいは、前記第１の終端面と前記第２の終端面とが直接一致し、かつ、
   （ｅ）前記第１の先端と前記第２の先端との間において、前記繊維束横断面における前記強化繊維の総断面積の変化量が、前記強化繊維の配列方向に１ｍｍ当たり０．０５ｍｍ^２以下であるチョップド繊維束。
2. 前記集束剤が、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂であり、該マトリックス樹脂の前記チョップド繊維束への付着量が、２０乃至７５質量％であり、かつ、前記チョップド繊維束集合体がシート状である請求項１に記載の成形材料。
3. 前記シート状のチョップド繊維束集合体における各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向が、それぞれ同一である請求項２に記載の成形材料。
4. 前記チョップド繊維束集合体が、複数枚の前記シート状のチョップド繊維束集合体の積層を含む積層体からなり、該積層体において、一つの層を形成する前記シート状のチョップド繊維束集合体における前記強化繊維の配列方向と、他の一つの層を形成する前記シート状のチョップド繊維束集合体における前記強化繊維の配列方向とが異なる請求項３に記載の成形材料。
5. 前記チョップド繊維束集合体における各チョップド繊維束の前記強化繊維の配列方向が、ランダムである請求項１に記載の成形材料。
6. 横断面形状において、少なくとも一つの屈曲部を有するように、前記チョップド繊維束集合体が三次元形状に賦形されている請求項１に記載の成形材料。
7. 多数の請求項１に記載のチョップド繊維束からなるチョップド繊維束集合体と該チョップド繊維束集合体に一体化したマトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチック。
8. 前記繊維強化プラスチックの厚み方向の断面において、少なくとも２０の前記チョップド繊維束が該厚み方向に堆積している請求項７に記載の繊維強化プラスチック。
9. （ａ）多数の請求項１に記載のチョップド繊維束を、成形基体上に、前記多数のチョップド繊維束が一層あるいは複数層堆積するように散布するチョップド繊維束散布工程、および、
   （ｂ）前記成形基体上に散布された多数のチョップド繊維束を、互いに接合させることにより一体化し、チョップド繊維束集合体からなる成形材料を形成するチョップド繊維束集合体形成工程とからなる成形材料の製造方法。
10. 前記チョップド繊維束散布工程において、前記成形基体が平坦面を有し、該平坦面上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、かつ、前記平坦面上に前記多数のチョップド繊維束からなるチョップド繊維束シートが形成されるように、前記平坦面上に前記チョップド繊維束が散布され、前記チョップド繊維束集合体形成工程において、前記多数のチョップド繊維束にて形成されたチョップド繊維束シートからなる成形材料が形成される請求項９に記載の成形材料の製造方法。
11. 前記チョップド繊維束シートが形成された後、該形成されたチョップド繊維束シート上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、かつ、前記形成されたチョップド繊維束シートにおけるチョップド繊維束の強化繊維の配列方向と異なるように、更に、前記形成されたチョップド繊維束シート上に前記多数のチョップド繊維束からなる別のチョップド繊維束シートが形成されるように、前記形成されたチョップド繊維束シート上に前記チョップド繊維束が散布され、チョップド繊維束シートの積層体からなる成形材料が形成される請求項１０に記載の成形材料の製造方法。
12. 前記成形基体上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向がランダムになるように前記成形基体上に前記チョップド繊維束が散布される請求項９に記載の成形材料の製造方法。
13. 前記成形基体が、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂により形成された樹脂シートである請求項９に記載の成形材料の製造方法。
14. 前記チョップド繊維束散布工程が、
    （ａ）前記成形基体が三次元形状面を有し、該三次元形状面上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、前記三次元形状面上に前記チョップド繊維束を散布して多数のチョップド繊維束からなる第１のチョップド繊維束層を形成する第１の層形成工程、および、
    （ｂ）前記第１の層形成工程において形成された前記第１のチョップド繊維束層の上における前記多数のチョップド繊維束のそれぞれの強化繊維の配列方向が同一となるように、かつ、前記第１のチョップド繊維束層におけるチョップド繊維束の強化繊維の配列方向とは異なる強化繊維の配列方向となるように、前記第１のチョップド繊維束層の上に前記チョップド繊維束を散布して多数のチョップド繊維束からなる第２のチョップド繊維束層を形成する第２の層形成工程からなる請求項９に記載の成形材料の製造方法。
15. （ａ）多数の請求項１に記載のチョップド繊維束を、強化繊維を含む樹脂成形体を製造する際に用いられるマトリックス樹脂により形成された第１の樹脂シートからなる成形基体上に散布するチョップド繊維束散布工程、
    （ｂ）該チョップド繊維束散布工程において得られた前記多数のチョップド繊維束を有する前記第１の樹脂シートの該多数のチョップド繊維束の上に、前記マトリックス樹脂からなる第２の樹脂シートを積層する樹脂シート積層工程、および、
    （ｃ）該樹脂シート積層工程において得られた前記多数のチョップド繊維束と前記第１および第２の樹脂シートとからなる積層体を、加圧および／または加熱することにより、前記多数のチョップド繊維束と前記第１および第２の樹脂シートとを一体化し、チョップド繊維束集合体を形成するチョップド繊維束集合体形成工程とからなる成形材料の製造方法。
16. 多数の請求項１に記載のチョップド繊維束と熱可塑性樹脂とが混練され、チョップド繊維束と熱可塑性樹脂との混練物を用意する混練工程と、該混練工程により用意された混練物を連続して棒状あるいはシート状に押し出し、棒状あるいはシート状の連続成形物を成形する成形工程と、該成形工程により得られた連続成形物を、その長手方向に間隔をおいて切断し、射出成形用のペレットを形成するペレタイジング工程とからなる成形材料の製造方法。
17. 成形型のキャビティの投影面積よりも小さい面積を有する請求項２に記載の成形材料の一枚あるいは複数枚を、前記キャビティの厚さよりも厚い状態で、前記キャビティ内に配置し、前記成形型を型締めして、前記成形材料を加圧することにより、あるいは、加圧および加熱することにより、前記成形材料を伸張させ、前記キャビティ内に前記成形材料を充填させ、前記キャビティ内での繊維強化プラスチックの成形が終了した後、成形された繊維強化プラスチックを前記キャビティから取り出してなる繊維強化プラスチック製造方法。

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