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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022127466
(43)【公開日】2022-08-31
(54)【発明の名称】繊維強化中空成形体及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 70/30 20060101AFI20220824BHJP
B29C 70/16 20060101ALI20220824BHJP
B32B 1/08 20060101ALI20220824BHJP
B32B 5/26 20060101ALI20220824BHJP
B32B 5/12 20060101ALI20220824BHJP
B29K 101/12 20060101ALN20220824BHJP
B29K 105/08 20060101ALN20220824BHJP
B29L 22/00 20060101ALN20220824BHJP
【ＦＩ】
B29C70/30
B29C70/16
B32B1/08
B32B5/26
B32B5/12
B29K101:12
B29K105:08
B29L22:00
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021025633
(22)【出願日】2021-02-19
(71)【出願人】
【識別番号】000001096
【氏名又は名称】倉敷紡績株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000040
【氏名又は名称】特許業務法人池内アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】飯尾 隼人
(72)【発明者】
【氏名】▲ろ▼ ▲ごう▼
(72)【発明者】
【氏名】田中 忠玄
【テーマコード（参考）】
4F100
4F205
【Ｆターム（参考）】
4F100AK01A
4F100AK01B
4F100BA02
4F100BA05
4F100BA22
4F100DA11
4F100DC21B
4F100DG01A
4F100DG01B
4F100EC03
4F100EJ94
4F100JA20
4F100JB16A
4F100JB16B
4F205AA34
4F205AC04
4F205AD16
4F205AG07
4F205HA02
4F205HA09
4F205HA25
4F205HA34
4F205HA37
4F205HA45
4F205HB01
4F205HC02
4F205HC17
4F205HG06
4F205HK33
4F205HL02
4F205HT22
(57)【要約】
【課題】賦形性が良好であり、且つ、強度特性が優れた、繊維強化中空成形体を提供する。
【解決手段】内部に中空部を有する繊維補強樹脂部３１を含む繊維強化中空成形体３０であって、繊維補強樹脂部は、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体を用いて成形されている。積層体は、第１の樹脂一体化繊維シートと、一方向連続繊維の長手方向が、第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含む。第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されており、繊維補強樹脂部に成形された前記樹脂一体化繊維シート内に熱可塑性樹脂が含浸して積層体が一体化している。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に中空部を有する繊維補強樹脂部を含む繊維強化中空成形体であって、
前記繊維補強樹脂部は、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体を用いて成形されており、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記繊維強化中空成形体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されており、
前記繊維補強樹脂部に成形された前記樹脂一体化繊維シート内に前記熱可塑性樹脂が含浸して前記積層体が一体化している、繊維強化中空成形体。
前記繊維補強樹脂部は、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体を用いて成形されており、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記繊維強化中空成形体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されており、
前記繊維補強樹脂部に成形された前記樹脂一体化繊維シート内に前記熱可塑性樹脂が含浸して前記積層体が一体化している、繊維強化中空成形体。
【請求項2】
前記第２の樹脂一体化繊維シートに、前記一方向連続繊維の全部を切断する前記スリットが複数形成されて、前記第２の樹脂一体化繊維シートが複数枚のシートに分割されており、前記第２の樹脂一体化繊維シートの幅方向の長さよりも、前記シートの繊維長の方が短い、請求項１に記載の繊維強化中空成形体。
【請求項3】
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、前記スリットが複数形成されており、
前記複数のスリットが、前記連続繊維の長手方向に沿って、前記中空成形体の外周長さの０．５倍～１．５倍の間隔で形成されている、請求項１又は２に記載の繊維強化中空成形体。
前記複数のスリットが、前記連続繊維の長手方向に沿って、前記中空成形体の外周長さの０．５倍～１．５倍の間隔で形成されている、請求項１又は２に記載の繊維強化中空成形体。
【請求項4】
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、前記スリットが複数形成されており、
繊維補強中空成形体の軸方向と直交する断面視において、複数のスリットは、前記軸を中心とする周方向に分散している、請求項１～３のいずれかの項に記載の繊維強化中空成形体。
繊維補強中空成形体の軸方向と直交する断面視において、複数のスリットは、前記軸を中心とする周方向に分散している、請求項１～３のいずれかの項に記載の繊維強化中空成形体。
【請求項5】
前記第１の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維の配向方向に対する、第２樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維の配向方向の角度の絶対値は、２０°以上９０°以下である、請求項１～４のいずれかの項に記載の繊維強化中空成形体。
【請求項6】
前記樹脂一体化繊維シートは、前記一方向連続繊維と交錯する方向の架橋繊維を含み、かつ前記熱可塑性樹脂は前記一方向連続繊維と前記架橋繊維とを一体化している請求項１～５のいずれかに記載の繊維強化中空成形体。
【請求項7】
内部に中空部を有する繊維補強樹脂部を含む繊維強化中空成形体の製造方法であって、
連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体の巻回体を弾性体上に配置する工程と、
金型内に配置された前記弾性体の内部へ圧力流体を供給することにより、前記巻回体を前記金型に押し付け、前記金型の熱により前記熱可塑性樹脂を溶融させ、前記樹脂一体化繊維シートに前記熱可塑性樹脂を含浸し、前記巻回体を一体化させる工程と、を含み、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記巻回体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されている、繊維強化中空成形体の製造方法。
連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体の巻回体を弾性体上に配置する工程と、
金型内に配置された前記弾性体の内部へ圧力流体を供給することにより、前記巻回体を前記金型に押し付け、前記金型の熱により前記熱可塑性樹脂を溶融させ、前記樹脂一体化繊維シートに前記熱可塑性樹脂を含浸し、前記巻回体を一体化させる工程と、を含み、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記巻回体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されている、繊維強化中空成形体の製造方法。
【請求項8】
前記第２の樹脂一体化繊維シートに、前記一方向連続繊維の全部を切断する前記スリットが複数形成されて、前記第２の樹脂一体化繊維シートが複数のシートに分割されており、前記第２の樹脂一体化繊維シートの幅方向の長さよりも、前記シートの繊維長の方が短い、請求項７に記載の繊維強化中空成形体の製造方法。
【請求項9】
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、前記スリットが複数形成されており、
前記複数のスリットが、前記連続繊維の長手方向に沿って、前記中空成形体の外周長さの０．５倍～１．５倍の間隔で形成されている、請求項７又は８に記載の繊維強化中空成形体の製造方法。
前記複数のスリットが、前記連続繊維の長手方向に沿って、前記中空成形体の外周長さの０．５倍～１．５倍の間隔で形成されている、請求項７又は８に記載の繊維強化中空成形体の製造方法。
【請求項10】
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、前記スリットが複数形成されており、
繊維補強中空成形体の軸方向と直交する断面視において、複数のスリットは、前記軸を中心とする周方向に分散している、請求項７～９のいずれかの項に記載の繊維強化中空成形体の製造方法。
繊維補強中空成形体の軸方向と直交する断面視において、複数のスリットは、前記軸を中心とする周方向に分散している、請求項７～９のいずれかの項に記載の繊維強化中空成形体の製造方法。
【請求項11】
前記第１の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維の配向方向に対する、第２樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維の配向方向の角度の絶対値は、２０°以上９０°以下である、請求項７～１０のいずれかの項に記載の繊維強化中空成形体の製造方法。
【請求項12】
前記樹脂一体化繊維シートは、前記一方向連続繊維と交錯する方向の架橋繊維を含み、かつ前記熱可塑性樹脂は前記一方向連続繊維と前記架橋繊維とを一体化している、請求項７～１１のいずれかに記載の繊維強化中空成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、繊維強化中空成形体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
強化繊維材料である炭素繊維は、各種のマトリックス樹脂と複合化され、得られる繊維強化プラスチックは種々の分野・用途に広く利用されるようになってきた。特に高い機械的特性や耐衝撃性を満たした複合材が求められている。複合材の一つである中空成形体も需要が高まっている。中空成形体の成形方法はいくつかあるが、なかでも繊維とマトリックス樹脂とが複合化された樹脂繊維シートの積層体を芯材に巻き付け、積層体の巻回体の内部に圧縮空気等の圧力流体を供給する内圧成形法が注目されている。この方法では、作製された樹脂繊維シートを積層させるので、煩雑な作業を簡略化でき、任意の形状に成形することができる。
【0003】
特許文献１には、パイプの成形用基材として、一方向に強化繊維を引き揃えたシート材に熱可塑性樹脂からなる不織布を重ねたシート状の成形基材を用いることが提案されている。特許文献２には、強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成される切込プリプレグ基材を含む積層体をマンドレル上に巻き付け、マンドレルを脱芯した箇所に発泡性樹脂（フォーム材）を注入し、発泡性樹脂の発泡圧で前記積層体を成形型に押し付け、発泡性樹脂を硬化させて、積層体を鞘部とし、フォーム材を芯部とする、芯鞘構造の繊維強化プラスチックの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１１－６２８１８号公報
【特許文献2】特開２００８－２７３１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献１に記載の成形用基材は、不織布を含むため賦形性が良好であるとは言えない。特許文献２に記載の積層体も、強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成されるプリプレグ基材であることから、賦形性が良好であるとは言えない上に、特許文献２に記載の製造方法では、発泡性樹脂の発泡圧を利用しており、また、工程数が多く、高速生産が難しい。
【0006】
本発明は、賦形性が良好であり、且つ、強度特性が優れた、繊維強化中空成形体およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の繊維強化中空成形体は、内部に中空部を有する繊維補強樹脂部を含む繊維強化中空成形体であって、
前記繊維補強樹脂部は、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体を用いて成形されており、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記繊維強化中空成形体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されており、
前記繊維補強樹脂部に成形された前記樹脂一体化繊維シート内に前記熱可塑性樹脂が含浸して前記積層体が一体化している、繊維強化中空成形体に関する。
前記繊維補強樹脂部は、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体を用いて成形されており、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記繊維強化中空成形体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されており、
前記繊維補強樹脂部に成形された前記樹脂一体化繊維シート内に前記熱可塑性樹脂が含浸して前記積層体が一体化している、繊維強化中空成形体に関する。
【0008】
本発明の繊維強化中空成形体の製造方法は、内部に中空部を有する繊維補強樹脂部を含む繊維強化中空成形体の製造方法であって、
連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体の巻回体を弾性体上に配置する工程と、
金型内に配置された前記弾性体の内部へ圧力流体を供給することにより、前記巻回体を前記金型に押し付け、前記金型の熱により前記熱可塑性樹脂を溶融させ、前記樹脂一体化繊維シートに前記熱可塑性樹脂を含浸し、前記巻回体を一体化させる工程と、を含み、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記巻回体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されている、繊維強化中空成形体の製造方法に関する。
連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体の巻回体を弾性体上に配置する工程と、
金型内に配置された前記弾性体の内部へ圧力流体を供給することにより、前記巻回体を前記金型に押し付け、前記金型の熱により前記熱可塑性樹脂を溶融させ、前記樹脂一体化繊維シートに前記熱可塑性樹脂を含浸し、前記巻回体を一体化させる工程と、を含み、
前記積層体は、
前記一方向連続繊維の長手方向が、前記巻回体の軸方向と同方向の第１の樹脂一体化繊維シートと、
一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートと、を含み、
前記第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されている、繊維強化中空成形体の製造方法に関する。
【発明の効果】
【0009】
本発明では、繊維強化中空成形体の成形に樹脂一体化繊維シートの積層体を用いており、前記積層体は、第１の樹脂一体化繊維シートと、一方向連続繊維の長手方向が、前記第１の樹脂一体化繊維シートと交差する第２の樹脂一体化繊維シートとを含んでおり、第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されているので、賦形性が良好であり、且つ、強度特性が優れた、繊維強化中空成形体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図2】図２Ａは、本発明の一実施形態の繊維強化中空成形体の成形に使用する樹脂一体化炭素繊維シートの調製方法を説明する模式的平面図であり、図２Ｂは、第１の樹脂一体化炭素繊維シート及び第２の樹脂一体化炭素繊維シートを説明する模式的平面図である。
【図3】図３Ａは、本発明の一実施形態の繊維強化中空成形体の成形に使用する樹脂一体化炭素繊維シートの積層体の一例を説明する模式的斜視分解図であり、図３Ｂは、図３Ａに示した積層体の巻回方向を説明する模式的説明図である。
【図4】図４Ａは、本発明の一実施形態の繊維強化中空成形体の成形に使用する樹脂一体化炭素繊維シートの積層体の他の例を説明する模式的斜視分解図であり、図４Ｂは、図４Ａに示した積層体の巻回方向を説明する模式的説明図である。
【図5】図５Ａは、本発明の一実施形態の繊維強化中空成形体の成形に使用する樹脂一体化炭素繊維シートの積層体の他の例を説明する模式的斜視分解図であり、図５Ｂは、図５Ａに示した積層体の巻回方向を説明する模式的説明図である。
【図6】図６Ａは、本発明の一実施形態の繊維強化中空成形体の成形に使用する弾性体の模式的斜視図、図６Ｂは、図６Ａに示した弾性体に樹脂一体化炭素繊維シートの積層体を巻回した模式的斜視図、図６Ｃは図６Ｂの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明者らは、繊維強化中空成形体の成形において、賦形性の改善のために、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シート（セミプレグシート）を用いることとした。また、強度特性の向上のために、一方向連続繊維の長手方向が異なるように、複数の樹脂一体化繊維シートが積層された積層体を用いることとした。具体的には、例えば、繊維強化中空成形体に成形されたときに、あるシートについては、一方向連続繊維の長手方向が繊維強化中空成形体の軸方向と同方向となるように、別のシートについては、一方向連続繊維が繊維強化中空成形体の軸回りに巻き付くように両シートが積層された積層体を用いた。得られた繊維強化中空成形体について強度特性が不十分であったが、その原因が、積層体の巻回体の内部に圧力流体を供給して巻回体を拡径させる際に、軸回りに巻き付いた一方向連続繊維が、巻回体の拡径を妨げていることにあるということを、新たな知見として見出した。巻回体の拡径が不十分であると、成形金型からの巻回体への熱の伝達及び熱可塑性樹脂の溶融が不十分となって、ボイドの発生や剥離が生じやすくなり、強度特性が低下する。本発明者は、当該課題の解決のために鋭意検討した結果、下記の本発明を完成させるに至った。
【0012】
本発明の繊維強化中空成形体（以下「中空成形体」と略称する場合もある。）は、内部に中空部を有する繊維補強樹脂部を含む中空成形体である。前記繊維補強樹脂部は、樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体を用いて成形されている。樹脂一体化繊維シートは、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性樹脂の粉体（以下「熱可塑性粉体樹脂」と称する場合もある。）を付着させ熱融着させたセミプレグシートである。積層体を使用して成形された繊維補強樹脂部においては、樹脂一体化繊維シート内全体に熱可塑性樹脂が含浸している。
【0013】
中空成形体の成形に使用される積層体は、第１の樹脂一体化繊維シートと、第２の樹脂一体化繊維シートと、を含む。第１の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維の長手方向は、中空成形体の軸方向と同方向である。一方、第２の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維は、第１の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維と所定の角度で交差している。第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより前記一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されている。
【0014】
以下、本発明の中空成形体およびその製造方法の一例について、図面を用いて詳述する。
【0015】
［中空成形体］
図１Ａは本発明の一実施形態の中空成形体３０の模式的斜視図、図１Ｂは図１Ａの模式的断面図である。中空成形体３０は、内部が長さ方向に中空の繊維補強樹脂部３１を含む。繊維補強樹脂部３１は、樹脂一体化炭素繊維シートの積層体が筒状に巻回され、成形中の加熱により、樹脂一体化炭素繊維シートの表面及び／またはその近傍に付着していた熱可塑性樹脂が、樹脂一体化炭素繊維シート内に含浸され、樹脂一体化炭素繊維シート間に浸透かつ拡散して、一体化されたものである。
図１Ａは本発明の一実施形態の中空成形体３０の模式的斜視図、図１Ｂは図１Ａの模式的断面図である。中空成形体３０は、内部が長さ方向に中空の繊維補強樹脂部３１を含む。繊維補強樹脂部３１は、樹脂一体化炭素繊維シートの積層体が筒状に巻回され、成形中の加熱により、樹脂一体化炭素繊維シートの表面及び／またはその近傍に付着していた熱可塑性樹脂が、樹脂一体化炭素繊維シート内に含浸され、樹脂一体化炭素繊維シート間に浸透かつ拡散して、一体化されたものである。
【0016】
中空成形体３０の成形に使用される積層体は、後で詳述する第１の樹脂一体化炭素繊維シートと後で詳述する第２の樹脂一体化炭素繊維シートとを含むため、繊維補強樹脂部３１は、第１の樹脂一体化炭素繊維シート１ａに対応する第１の繊維補強樹脂シート３３ａと、第２の樹脂一体化炭素繊維シートに対応する第２の繊維補強樹脂シート３３ｂとを含む。第１の繊維補強樹脂シート３３ａの一方向連続繊維は、中空成形体３０の中心軸３３の長手方向と同方向に配向しており、一方、第２の繊維補強樹脂シート３３ｂの一方向連続繊維は、その一部または全部が、途中で分断されており、中心軸３３の軸回りに巻き付いている。なお、図１Ｂにおいて、第２の繊維補強樹脂シート３３ｂとの識別性の向上のために、第１の繊維補強樹脂シート３３ａに対してドットを付している。
【0017】
第２の繊維補強樹脂シート３３ｂにおいて、分断された繊維長は、中空成形体３０の成形過程においてボイドおよび剥離等の発生を抑制して、強度低下を抑制する観点から、中空成形体の外周長の好ましくは１．５倍以下、より好ましくは１．２倍以下である。一方、第２の繊維補強樹脂シート３３ｂの繊維による強度向上の観点から、前記繊維長は、中空成形体の外周長の好ましくは０．５倍以上であり、０．７倍以上である。
【0018】
図１に示した中空成形体３０では、積層体がオーバーラップ部３２を含んでいるが、巻回数が２回以上であれば、オーバーラップ部３２は無くてもよい。巻回数が１回の場合は、オーバーラップ部３２を要し、前記オーバーラップ部の幅は３ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以上である。
【0019】
中空成形体３０の成形に使用される第２の樹脂一体化炭素繊維シートに、一方向連続繊維の一部を途中で分断するスリットが複数形成され、積層体の巻回数が複数である場合、強度均一性向上の観点から、図１Ｂに示すように、中空成形体３０の中心軸３３方向と直交する断面視において、第２の繊維補強樹脂シート３３ｂの一方向連続繊維は、繊維補強樹脂部３１の厚み方向において、重ならない位置で切断されていると好ましい。図１Ｂにおいて、繊維の切断箇所３３ｃにハッチング付しているが、中空成形体３０の成形時に熱可塑性樹脂が当該箇所に流入して固化している。
【0020】
中空成形体３０の直径（外径）は、好ましくは３０～１００ｍｍであり、長さは、好ましくは５０～５０００ｍｍであり、厚みは、好ましくは０．０５～５ｍｍ、より好ましくは０．５～５ｍｍである。中空成形体３０の断面形状は丸型であるが、これに限定されず、角型等であってもよい。
【0021】
中空成形体３０は、直径が一定の直線パイプであるが、本発明の中空成形体はこれに限定されず、シャフト、フレームその他様々な形状の中空成形体であってもよい。
【0022】
［中空成形体およびその製造方法］
次に、本発明の中空成形体の製造方法の一例について説明する。本発明の中空成形体の製造方法の一例は、以下の工程を含む。
・連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性粉体樹脂を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体の巻回体を弾性体上に配置する工程
・金型内に配置された前記弾性体の内部へ圧力流体を供給することにより、前記巻回体を前記金型に押し付け、前記金型の熱により前記熱可塑性樹脂を溶融させ、前記樹脂一体化繊維シートに前記熱可塑性樹脂を含浸し、前記巻回体を一体化させる工程
前記巻回体の弾性体上への配置は、積層体を弾性体に巻き付けることにより行ってもよいし、積層体の巻回体を形成してからそれを弾性上に配置することにより行ってもよい。
次に、本発明の中空成形体の製造方法の一例について説明する。本発明の中空成形体の製造方法の一例は、以下の工程を含む。
・連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性粉体樹脂を付着させ熱融着させた樹脂一体化繊維シートが複数枚積層された積層体の巻回体を弾性体上に配置する工程
・金型内に配置された前記弾性体の内部へ圧力流体を供給することにより、前記巻回体を前記金型に押し付け、前記金型の熱により前記熱可塑性樹脂を溶融させ、前記樹脂一体化繊維シートに前記熱可塑性樹脂を含浸し、前記巻回体を一体化させる工程
前記巻回体の弾性体上への配置は、積層体を弾性体に巻き付けることにより行ってもよいし、積層体の巻回体を形成してからそれを弾性上に配置することにより行ってもよい。
【0023】
上記積層体は、下記の２種の樹脂一体化繊維シートを含む。
（１）第１の樹脂一体化繊維シート
第１の樹脂一体化シートの一方向連続繊維の長手方向は、中空成形体の軸方向と同方向である。
（２）第２の樹脂一体化繊維シート
第２の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維は、第１の樹脂一体化繊維シートと所定の角度で交差している。第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより、一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されている。
（１）第１の樹脂一体化繊維シート
第１の樹脂一体化シートの一方向連続繊維の長手方向は、中空成形体の軸方向と同方向である。
（２）第２の樹脂一体化繊維シート
第２の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維は、第１の樹脂一体化繊維シートと所定の角度で交差している。第２の樹脂一体化繊維シートには、スリットが形成されることにより、当該スリットにより、一方向連続繊維の一部または全部が途中で分断されている。
【0024】
本発明の中空成形体の製造方法の一例では、まず、樹脂一体化繊維シートの長尺物から、上記積層体の調製に必要な樹脂一体化繊維シートを切り出す。樹脂一体化繊維シートの長尺物における一方向連続繊維の長手方向はＭＤ方向である。
【0025】
切り出された樹脂一体化繊維シート１１ａ，１１ｂは、例えば、図２Ａに示すように重ね合わせ、重なっている部分３４を切り取り、当該部分３４を積層体の調製に用いる。図２Ｂに示すように、１枚は、第１の樹脂一体化繊維シート１ａとしてそのまま用い、もう一方の樹脂一体化繊維シートに対しては、例えば、複数のスリット１０ａを形成して第２の樹脂一体化繊維シート１ｂとする。なお、積層体を構成する樹脂一体化繊維シートの外形寸法の調整は、スリットを形成する前後のいずれであってもよい。
【0026】
図２Ｂに示すように、各スリット１０ａは、並列配列された一方向連続繊維のうちの一部の連続繊維を切断することにより、当該連続繊維が途中で分断されている。スリット１０ａの長さは、拡径時の捻じれを抑える観点から、好ましくは、１０～１００ｍｍである。
【0027】
図２Ｂに示すように、第２の樹脂一体化繊維シートにおいて、スリット１０ａは、強度均一性向上の観点から、第２の樹脂一体化繊維シートにおいて複数形成されていることが好ましい。そして、スリット１０ａは、強度均一性向上の観点から、一方向連続繊維の長手方向に、周期的に形成されていると好ましく、成形時のボイド発生および剥離の発生等による強度低下を抑制する観点から、連続繊維の長手方向に沿って隣り合うスリット１０ａ間の距離Ｌは、中空成形体の外周長の１．５倍以下が好ましく、１．２倍以下がより好ましい。一方、第２の樹脂一体化繊維シート１ｂの繊維による強度向上の観点から、前記距離Ｌは、中空成形体の外周長の０．５倍以上が好ましく、０．７倍以上がより好ましい。
【0028】
第２の樹脂一体化繊維シート１ｂにおいて、並列配列された一方向連続繊維は、複数のスリット１０ａのうちのいずれかのスリット１０ａによって切断されて、一方向連続繊維の全部が途中で分断されていると好ましい。
【0029】
図３Ａに示されるように、第１の樹脂一体化繊維シート１ａの上に第２の樹脂一体化繊維シート１ｂを重ね合わせて積層体１１０とする。第１の樹脂一体化繊維シート１ａと第２樹脂一体化繊維シート１ｂとは、一方向連続繊維の長手方向が交差するように積層されている。矢印Ｘは、第１の樹脂一体化繊維シート１ａの一方向連続繊維の長手方向（配向方向）であり、矢印Ｙは、第２の樹脂一体化繊維シート１ｂの一方向連続繊維の長手方向（配向方向）である。図３Ｂに示されるように、積層体１１０を、第１の樹脂一体化繊維シート１ａの一方向連続繊維の長手方向の弾性体３５の中心軸３５ａに対する角度が０°となるように、弾性体に巻き付ける。第２の樹脂一体化繊維シート１ｂの一方向連続繊維については、弾性体の中心軸３５ａ回りに巻き付く。巻き付け回数は、１回でもよいし、複数回でもよい。１回巻き付けの場合は、巻き終わりを１回巻き付け部分に一部重ね合わせてオーバーラップ部を設けることを要する。
【0030】
図４Ａには、積層体の他の一例を示している。図４Ａにおいて、第１の樹脂一体化繊維シート１ａの上に積層された、第２の樹脂一体化繊維シート１ｂには、スリット１０ｂが複数形成されており、各スリット１０ｂは、並列配列された一方向連続繊維のうちの全部の連続繊維を切断している。故に、第２の樹脂一体化繊維シートは複数のシートに分割されている。分割されたシートは、各々、例えば、第２の樹脂一体化繊維シートの幅方向の長さよりも、前記シートの繊維長の方が短い、短冊状になっている。図４Ｂに示されるように、積層体１１０を、第１の樹脂一体化繊維シート１ａの一方向連続繊維の長手方向の弾性体３５の中心軸３５ａに対する角度が０°となるように、弾性体に巻き付ける。第２の樹脂一体化繊維シート１ｂの一方向連続繊維については、弾性体の中心軸３５ａ回りに巻き付く。この例では、図３Ａ及び図３Ｂに示した積層体よりも、巻回体の拡径がより容易化され、中空成形体についてより高い強度の確保が可能となる。連続繊維の長手方向に沿って隣り合うスリット１０ｂ間の距離は、ボイドおよび剥離等の発生による強度低下を抑制する観点から、中空成形体の外周長の１．５倍以下が好ましく、１．２倍以下がより好ましい。一方、第２の樹脂一体化繊維シート１ｂの繊維による強度向上の観点から、前記スリット１０ｂ間の距離は、中空成形体の外周長の０．５倍以上が好ましく、０．７倍以上がより好ましい。
【0031】
図５Ａには、積層体のさらに別の一例を示している。図５Ａに示されるように、２枚の第１の樹脂一体化繊維シート１ａが同一層に配置され、２枚の第２の樹脂一体化繊維シート１ｂが同一層に配置されている。図５Ｂに示されるように、積層体１１０は、第１の樹脂一体化繊維シート１aの一方向連続繊維の長手方向の弾性体３５の中心軸３５ａに対する角度が０°となるように、弾性体に巻き付けられる。第２の樹脂一体化繊維シート１ｂの一方向連続繊維については、弾性体の中心軸３５ａ回りに巻き付く。このように、中空成形体の直径（外径）および積層体の巻回数、樹脂一体化繊維シートの長尺物からの調整等に応じて、積層体１１０の同一層の形成に、複数の第１の樹脂一体化繊維シート１ａ、および／または、複数の第２の樹脂一体化繊維シート１ｂを用いてもよい。
【0032】
図３Ａ、図４Ａ、および図５Ａにおいて、矢印Ｘは、第１の樹脂一体化繊維シートを構成する一方向連続繊維の長手方向（配向方向）、矢印Ｙは第２の樹脂一体化繊維シートを構成する一方向連続繊維の長手方向（配向方向）である。第１の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維の配向方向に対する、第２樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維の配向方向の角度（θ）の絶対値は、強度特性の向上の観点から、好ましくは２０°以上９０°以下であり、中空成形体に要求される力学特性に応じて、前記範囲内で適宜選択されると好ましい。図３～図５を用いて説明した積層体１１０においては、いずれも、θが９０°であり、第２の樹脂一体化繊維シート１ｂを構成する繊維は、巻回体の周方向に巻き付きくが、θが９０°未満の場合は、巻回体の軸回りにらせん状に巻き付く。
【0033】
図３Ａ、図４Ａ、および図５Ａにおいて、積層体を、第１の樹脂一体化繊維シート１ａが外側になるように（第２樹脂一体化繊維シート１ｂが弾性体側に配置されるように）巻回しているが、中空成形体に要求される力学特性に応じて、第２の樹脂一体化繊維シート１ｂが外側になるようになるように巻回してもよい。
【0034】
前記積層体の巻回数が複数である場合に、巻回体の厚み方向から見て、スリット１０ａ，１０ｂが重なって特定の範囲に集中配置すると、その部分の強度が他部分と比較して低下する。強度均一性の確保の観点から、図６Ｃに示すように、巻回体３７の軸方向と直交する断面視において、複数のスリット１０ａは、前記軸を中心とする周方向に分散していると好ましく、巻回体の厚み方向において、重ならない位置に形成されていると好ましく、前記軸を中心とする周方向に実施的に等間隔で配置されているとより好ましい。ここで、実質的に等間隔とは、厳密な等間隔と実質的に同一とみなせる範囲内の間隔を含み、具体的には、±１０ｍｍの誤差を意味する。スリット１０ｂについても同様である。
【0035】
スリット１０ａ、１０ｂの形成方法としては、例えば、カッターによる手作業による切断、樹脂一体化繊維シートに対して所定の位置に刃を配置した回転ローラーを押し当てる等の方法が挙げられるがこれに限定されない。また、本例においては、積層体の調製のために、樹脂一体化繊維シートの長尺物を所定の形状に切断してからスリットを形成するが、これに限定されず、樹脂一体化繊維シートの長尺物に対してスリットを形成してもよい。第１の樹脂一体化繊維シートと第２の樹脂一体化繊維シートは、組成が同一又は異なる別の樹脂一体化繊維シートの長尺物から調整したものであってもよい。
【0036】
図６Ａは、内圧成形に使用する弾性体３５の模式的斜視図、図６Ｂは、樹脂一体化炭素繊維シートの積層体の巻回体を弾性体３５上に配置した模式的斜視図、図６Ｃは図６Ｂの断面図である。弾性体３５の先端には治具３６を取り付け、弾性体内の圧力流体を封止する。弾性体は、例えば、フッ素ゴム（耐熱限界温度２３０℃）、又はシリコーンゴム（耐熱限界温度２３０℃）製のチューブである。
【0037】
図７Ａは、樹脂一体化炭素繊維シートの積層体の巻回体３７が配置された弾性体３５が、成形金型内に配置された状態を示す模式的平面図、図７Ｂは図７ＡのＩ－Ｉ線断面図である。成形金型は、下金型４０と上金型３９で構成されている。例えば、樹脂一体化炭素繊維シートの積層体１１０を弾性体３５の表面に巻き付けて巻回体３７とする。または、積層体１１０を巻回してプリフォームとした後に、それを弾性体上に配置してもよい。
【0038】
巻回体３７が配置された弾性体３５を、成形金型内に配置し、弾性体３５の一端に固定したエアー供給口４１から圧力流体を供給し、弾性体を膨張させる。これにより、巻回体３７も膨張し、弾性体によって金型に押し付けられる。金型に押し付けられた巻回体３７は、金型から加熱を受け、巻回体３７を構成する樹脂一体化炭素繊維シート表面の熱可塑性樹脂は溶融する。溶融された熱可塑性樹脂は、樹脂一体化炭素繊維シート内に含浸され、樹脂一体化炭素繊維シート間に浸透かつ拡散し、巻回体３７全体に含浸して、巻回体が一体化する。金型の昇温は、例えば、巻回体３７の金型内への配置後に開始する。次いで、金型を例えば水冷により冷却した後、脱型する。これにより、繊維補強樹脂部を含む中空成形体が得られる。
【0039】
樹脂一体化炭素繊維シートの積層体１１０を弾性体３５に巻き付けると、第２の樹脂一体化繊維シートを構成する一方向連続繊維は、弾性体３５の周方向に巻き付く。樹脂一体化繊維シートを構成する一方向連続繊維は、それ自体伸長しない。したがって、第２の樹脂一体化繊維シートの一方向連続繊維が長手方向全長に渡って完全に連続していると、弾性体３５の径方向への膨張、延いては巻回体３７の膨張が阻害される。しかし、第２の樹脂一体化炭素繊維シートに、スリットが形成されているので、スリットが形成された部分が径方向へ膨張し、巻回体の径方向への膨張が容易化する。その結果、金型への巻回体の押し付け及び巻回体の加熱が十分に行えることにより、ボイドおよび剥離の発生が抑制されて、中空成形体について実用上十分な強度の確保が可能となる。
【0040】
弾性体内部へ供給される圧力流体としては、圧縮空気等が挙げられる。圧力流体による内圧は、０．１～２ＭＰａが好ましく、金型温度Ｔは、Ｔｍ（熱可塑性樹脂の溶融温度）+２０℃≦Ｔ≦３５０℃であると好ましい。加熱成形時間は、好ましくは３０秒～３０分であり、冷却時間は、好ましくは１分～１０分である。冷却は、金型の温度が例えば６０℃以下になるまで行う。
【0041】
［樹脂一体化繊維シート］
次に、中空成形体の製造に使用される樹脂一体化繊維シートについて説明する。中空成形体の製造に使用される樹脂一体化繊維シートは、前記一方向連続繊維と交錯する方向の架橋繊維を含み、かつ前記熱可塑性樹脂は前記連続繊維と前記架橋繊維とを一体化していることが好ましい。前記樹脂一体化繊維シートは、前記連続繊維上に他方向に配置されている補助糸をさらに含んでもよい。補助糸とは、一方向連続繊維の配向性を一定に保つものであり、補助糸としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。
次に、中空成形体の製造に使用される樹脂一体化繊維シートについて説明する。中空成形体の製造に使用される樹脂一体化繊維シートは、前記一方向連続繊維と交錯する方向の架橋繊維を含み、かつ前記熱可塑性樹脂は前記連続繊維と前記架橋繊維とを一体化していることが好ましい。前記樹脂一体化繊維シートは、前記連続繊維上に他方向に配置されている補助糸をさらに含んでもよい。補助糸とは、一方向連続繊維の配向性を一定に保つものであり、補助糸としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。
【0042】
本発明で使用する樹脂一体化繊維シートの繊維の主成分は、開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維であり、一方向長繊維である。繊維の副成分は、一方向連続繊維と交錯する方向に配列された架橋繊維であることが好ましい。ここで主成分の含有量は、樹脂一体化繊維シートに含まれる繊維を１００質量％としたとき、７５～９９質量％が好ましく、副成分の含有量は１～２５質量％が好ましい。熱可塑性樹脂は、粉体状で一方向連続繊維及び架橋繊維の上から付着させ、一方向連続繊維の少なくとも表面に熱融着しており、かつ一方向連続繊維と架橋繊維とを一体化していることが好ましい。このシートは、一方向連続繊維と架橋繊維が、熱融着した熱可塑性樹脂により一体化しているため、取り扱い性が良好で、積層（巻回に伴う積層も含む）する際、及び成形する際の操作性が良い。
【0043】
前記樹脂一体化繊維シートは、一方向連続繊維の表面にマトリックスとなる熱可塑性粉体樹脂を付着させ熱融着させたセミプレグである。このセミプレグは、成形により、表面の熱可塑性樹脂が樹脂一体化繊維シート内に含浸されやすく、樹脂一体化繊維シート間に一様に浸透かつ拡散され易い。そのため賦形性（成形性）に優れ、ボイドの発生が抑制される。
【0044】
前記一方向連続繊維と架橋繊維の合計を１００質量％としたとき、一方向連続繊維は７５～９９質量％が好ましく、より好ましくは８０～９７質量％、さらに好ましくは８５～９７質量％である。また、架橋繊維は１～２５質量％が好ましく、より好ましくは３～２０質量％、さらに好ましくは３～１５質量％である。質量割合が前記の範囲であれば、一方向連続繊維の一体性が高く、幅方向の引張強度の高い樹脂一体化繊維シートとなる。
【0045】
前記樹脂一体化繊維シートの繊維体積（Ｖｆ）は２５～７０体積％、熱可塑性樹脂３０～７５体積％が好ましく、より好ましくは繊維３５～６０体積％、樹脂４０～６５体積％である。これにより、樹脂一体化繊維シートの樹脂成分を、そのまま中空成形体のマトリックス樹脂成分にすることができる。すなわち、中空成形体を製造する際に、新たな樹脂の追加は不要である。樹脂一体化繊維シートの単位面積あたりの質量は２０～１０００ｇ／ｍ2が好ましく、より好ましくは５０～５００ｇ／ｍ2である。
【0046】
前記繊維は、炭素繊維、ガラス繊維及び弾性率が３８０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高弾性率繊維から選ばれる少なくとも一つが好ましい。前記高弾性率繊維としては、例えばアラミド繊維、とくにパラ系アラミド繊維（弾性率：３８０～９８０ｃＮ／ｄｔｅｘ）、ポリアリレート繊維（弾性率：６００～７４１ｃＮ／ｄｔｅｘ）、ヘテロ環ポリマー（ＰＢＯ，弾性率：１０６０～２２００ｃＮ／ｄｔｅｘ）繊維、高分子量ポリエチレン繊維（弾性率：８８３～１４１３ｃＮ／ｄｔｅｘ）、ポリビニルアルコール繊維（ＰＶＡ，強度：１４～１８ｃＮ／ｄｔｅｘ）などがある（繊維の百科事典,522頁,2002年3月25日,丸善）。これらの繊維は樹脂強化繊維として有用である。とくに炭素繊維は有用である。
【0047】
前記樹脂一体化繊維シートの１枚の厚みは２０～１０００μｍが好ましく、５０～５００μｍがより好ましい。この範囲の厚さの樹脂一体化繊維シートは成形しやすい。なお、前記樹脂一体化繊維シートの１枚の厚みは、熱可塑性樹脂を、一方向連続繊維に完全に含浸させた状態で測定した厚みである。
【0048】
前記熱可塑性樹脂は、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系樹脂などが使用可能であるが、これらに限定されない。
【0049】
本発明の樹脂一体化繊維シートの樹脂の付着状態は、連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維（以下、「開繊シート」ともいう）の表面付近に粉体樹脂が溶融固化して付着しており、樹脂は開繊シート内部には含浸していないか又は一部僅かに含浸しているのが好ましい。前記状態であると、樹脂一体化繊維シートを複数枚積層し、中空成形体を成形するのに際し、樹脂が開繊シート全体に行き渡りやすく好ましい。
【0050】
開繊シートの幅は、炭素繊維の場合、構成繊維本数１０００本当たり０．１～５．０ｍｍが好ましい。具体的には、開繊シートの幅は、５０Ｋ又は６０Ｋなどのラージトウの場合は構成繊維本数１０００本当たり０．１～１．５ｍｍ程度であり、１２Ｋ又は１５Ｋなどのレギュラートウの場合は構成繊維本数１０００本当たり０．５～５．０ｍｍ程度である。ここで、Ｋは構成繊維本数１０００本のことを示す。炭素繊維メーカーの販売する未開繊トウを拡開し、使用し易い開繊シートとし、様々な中空成形体の成形のために供給できる。樹脂一体化繊維シートの製造のために供給される炭素繊維束（トウ）は５，０００～５０，０００本／束が好ましく、この炭素繊維束（トウ）を１０～２８０本、開繊手段へ供給するのが好ましい。このように炭素繊維束（トウ）を複数本供給して開繊し、１枚のシートにすると、炭素繊維束（トウ）と炭素繊維束（トウ）の間が開裂しやすいが、様々な方向性を有する架橋繊維が樹脂により開繊シートに接着固定されていると、トウ間の開裂も防止できる。
【0051】
架橋繊維の平均長さは、１ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは５ｍｍ以上である。架橋繊維の平均長さが前記の範囲であれば、幅方向の強度が高く、取り扱い性に優れた炭素繊維シートとなる。
【0052】
［樹脂一体化繊維シートの製造方法］
本発明の中空成形体の製造に使用する樹脂一体化繊維シートの製造方法は、例えば、次の工程を含む。開繊シートとして炭素繊維シートを挙げて説明する。
（１）炭素繊維フィラメント群を、複数のロールを通過、開繊バーを通過、及びエアー開繊から選ばれる少なくとも一つの手段により開繊させ、一方向に並列状に配列させるに際し、開繊時もしくは開繊後に架橋繊維を炭素繊維フィラメント群から発生させるか、又は開繊時もしくは開繊後に架橋繊維を炭素繊維シートに落下させる。前記架橋繊維は炭素繊維シートの面積１０ｍｍ2あたり平均１本以上とする。ロール又は開繊バーを通過させて炭素繊維フィラメント群を開繊する場合、炭素繊維フィラメント群に張力をかけることで、開繊時に炭素繊維フィラメント群から架橋繊維を発生させることができる。炭素繊維フィラメント群の張力は、例えば、１５，０００本あたり２．５～３０Ｎの範囲とすることができる。エアー開繊を採用する場合は、この後にロール又は開繊バーにより架橋繊維を発生させるのが好ましい。架橋繊維を炭素繊維フィラメント群から発生させた場合は、架橋繊維は、炭素繊維シートを構成する炭素繊維と交錯した状態となる。ここで交錯とは、絡み合いを含む。例えば、架橋繊維の一部又は全部は炭素繊維シート内に存在し、一方向に配列されている炭素繊維と立体的に交錯している。
（２）開繊された炭素繊維シートに粉体樹脂を付与する。
（３）加圧フリー（加圧なし）状態で粉体樹脂を加熱溶融し、冷却し、炭素繊維シートの少なくとも表面の一部に部分的に樹脂を存在させる。この際に、架橋繊維を表面の樹脂により炭素繊維シートに接着固定させる。
本発明の中空成形体の製造に使用する樹脂一体化繊維シートの製造方法は、例えば、次の工程を含む。開繊シートとして炭素繊維シートを挙げて説明する。
（１）炭素繊維フィラメント群を、複数のロールを通過、開繊バーを通過、及びエアー開繊から選ばれる少なくとも一つの手段により開繊させ、一方向に並列状に配列させるに際し、開繊時もしくは開繊後に架橋繊維を炭素繊維フィラメント群から発生させるか、又は開繊時もしくは開繊後に架橋繊維を炭素繊維シートに落下させる。前記架橋繊維は炭素繊維シートの面積１０ｍｍ2あたり平均１本以上とする。ロール又は開繊バーを通過させて炭素繊維フィラメント群を開繊する場合、炭素繊維フィラメント群に張力をかけることで、開繊時に炭素繊維フィラメント群から架橋繊維を発生させることができる。炭素繊維フィラメント群の張力は、例えば、１５，０００本あたり２．５～３０Ｎの範囲とすることができる。エアー開繊を採用する場合は、この後にロール又は開繊バーにより架橋繊維を発生させるのが好ましい。架橋繊維を炭素繊維フィラメント群から発生させた場合は、架橋繊維は、炭素繊維シートを構成する炭素繊維と交錯した状態となる。ここで交錯とは、絡み合いを含む。例えば、架橋繊維の一部又は全部は炭素繊維シート内に存在し、一方向に配列されている炭素繊維と立体的に交錯している。
（２）開繊された炭素繊維シートに粉体樹脂を付与する。
（３）加圧フリー（加圧なし）状態で粉体樹脂を加熱溶融し、冷却し、炭素繊維シートの少なくとも表面の一部に部分的に樹脂を存在させる。この際に、架橋繊維を表面の樹脂により炭素繊維シートに接着固定させる。
【0053】
図８は本発明の一実施形態の中空成形体の製造に使用する、樹脂一体化炭素繊維シート１の模式的斜視図、図９は、樹脂一体化炭素繊維シート１の厚み幅方向の模式的断面図である。連続繊維群が開繊され一方向に並列状に配列された一方向連続繊維２の表面には、架橋繊維３が様々な方向に配向して配置している。また一方向炭素繊維２の表面付近に樹脂４が溶融固化して付着しており、樹脂４は一方向炭素繊維２（開繊シート）の内部には含浸していないか又は一部僅かに含浸している程度である。樹脂４は架橋繊維３を一方向炭素繊維２の表面に接着固定している。
【0054】
図９に示すように、一方向炭素繊維２（開繊シート）の表面には架橋繊維３ａ，３ｂが存在する。架橋繊維３ａは全部が一方向炭素繊維２の表面にある。架橋繊維３ｂは一部が一方向炭素繊維２の表面にあり、一部は内部に入って炭素繊維と交錯した状態である。樹脂４は架橋繊維３を一方向炭素繊維２の表面に接着固定している。また、一方向炭素繊維２（開繊シート）の表面には樹脂４が付着している部分と、樹脂が付着していない部分５がある。樹脂が付着していない部分５は、樹脂一体化炭素繊維シート１を複数枚積層状態で加熱し、繊維強化中空成形体に成形する際に、繊維シート内部の空気がこの部分から抜ける通路となり、加圧により表面の樹脂が開繊シート内全体に含浸しやすくなる。これにより樹脂４は繊維強化中空成形体のマトリックス樹脂となる。
【0055】
図１０は本発明の一実施形態の中空成形体の製造に使用する、樹脂一体化炭素繊維シートの製造方法を示す模式的工程図である。多数個の供給ボビン７（図７では１つのみ記載し、他は省略している。）から炭素繊維フィラメント群（トウ）８を引き出し、開繊ロール２１ａ－２１ｊの間を通過させることで、開繊させる（ロール開繊工程２３）。ロール開繊に代えて、エアー開繊としてもよい。開繊ロールは固定又は回転してもよく、幅方向に振動してもよい。
【0056】
開繊工程の後、開繊されたトウをニップロール９ａ，９ｂ間でニップし、この間に設置した複数のブリッジロール１２ａ－１２ｂの間を通過させ、トウの張力を例えば１５，０００本あたり（１個の供給ボビンから供給される炭素繊維フィラメント群に相当）２．５～３０Ｎの範囲でかけることで、架橋繊維を発生させる（架橋繊維発生工程２４）。ブリッジロールは回転してもよく、幅方向に振動してもよい。ブリッジロールは、例えば表面が梨地、凹凸、または鏡面の複数ロールであり、ブリッジロールを炭素繊維フィラメント群に対して屈曲状態で配置する、固定、回転、幅方向に振動させる又はこれらの組み合わせにより架橋繊維を発生させる。１３ａ－１３ｇはガイドロールである。
【0057】
その後、粉体供給ホッパー１４からドライパウダー樹脂１５を開繊シートの表面に振りかけ、圧力フリー状態で加熱装置１６内に供給し加熱し、ドライパウダー樹脂１５を溶融し、ガイドロール１３ｅ－１３ｇ間で冷却する。その後、開繊シートの裏面にも粉体供給ホッパー１７からドライパウダー樹脂１８を振りかけ、圧力フリー状態で加熱装置１９内に供給し加熱し、ドライパウダー樹脂１８を溶融し、冷却し、巻き上げロール２０に巻き上げられる（粉体樹脂付与工程２５）。ドライパウダー樹脂１５、１８は、例えばポリプロピレン樹脂（融点：１５０～１６５℃）とし、加熱装置１６，１９内の各温度は例えばドライパウダー樹脂の融点、軟化点又は流動化点の＋５～６０℃、滞留時間は例えば各４秒とする。これにより、炭素繊維の開繊シートは幅方向の強度が高くなる。
【0058】
粉体樹脂の付与は、粉体塗布法、静電塗装法、吹付法、流動浸漬法などが採用できる。炭素繊維の開繊シート表面に粉体樹脂を落下させる粉体塗布法が好ましい。例えばドライパウダー状の粉体樹脂を開繊された炭素繊維の開繊シート表面に振りかける。
【0059】
本発明の利点をまとめると次のようになる。
（１）前記樹脂一体化炭素繊維シートは、不織布やプリプレグ基材とは異なり、柔軟性が高いため、賦形性、成形性が優れている。
（２）第２の樹脂一体化炭素繊維シートにスリットを形成することにより、積層体の巻回体の巻回方向に配向する連続繊維を途中で分断することで、弾性体の膨張及びその上に配置された巻回体の拡径が行われ易くなる。その結果、金型への巻回体の押し付け及び巻回体の加熱が十分に行えることにより、ボイドおよび剥離の発生が抑制されて、中空成形体について実用上十分な強度の確保が可能となる。
（３）樹脂一体化炭素繊維シートは、熱硬化性樹脂を用いたプリプレグ基材またはセミプレグ基材とは異なり、ダイレクト成形が可能である。すなわち、巻回体の形成のための樹脂の軟化および巻回体の拡径のための樹脂の軟化が不要であり、樹脂一体化炭素繊維シートへの賦形と、熱可塑性樹脂の繊維シート全体への含浸・樹脂一体化炭素繊維シート間への浸透かつ拡散とを、ほぼ同時に行える。
（４）本発明では、樹脂一体化炭素繊維シートに含まれる樹脂以外の追加樹脂が不要であるため、成形時間を高速にすることができ、繊維補強樹脂部の厚みが薄い中空成形体を製造することもできる。
（１）前記樹脂一体化炭素繊維シートは、不織布やプリプレグ基材とは異なり、柔軟性が高いため、賦形性、成形性が優れている。
（２）第２の樹脂一体化炭素繊維シートにスリットを形成することにより、積層体の巻回体の巻回方向に配向する連続繊維を途中で分断することで、弾性体の膨張及びその上に配置された巻回体の拡径が行われ易くなる。その結果、金型への巻回体の押し付け及び巻回体の加熱が十分に行えることにより、ボイドおよび剥離の発生が抑制されて、中空成形体について実用上十分な強度の確保が可能となる。
（３）樹脂一体化炭素繊維シートは、熱硬化性樹脂を用いたプリプレグ基材またはセミプレグ基材とは異なり、ダイレクト成形が可能である。すなわち、巻回体の形成のための樹脂の軟化および巻回体の拡径のための樹脂の軟化が不要であり、樹脂一体化炭素繊維シートへの賦形と、熱可塑性樹脂の繊維シート全体への含浸・樹脂一体化炭素繊維シート間への浸透かつ拡散とを、ほぼ同時に行える。
（４）本発明では、樹脂一体化炭素繊維シートに含まれる樹脂以外の追加樹脂が不要であるため、成形時間を高速にすることができ、繊維補強樹脂部の厚みが薄い中空成形体を製造することもできる。
【実施例0060】
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【0061】
（実施例１）
（１）炭素繊維未開繊トウ
炭素繊維未開繊トウは三菱ケミカル社製、品番：ＰＹＲＯＦＩＬＥ ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ、形状：レギュラートウ フィラメント１５Ｋ（15,000本）、単繊維直径７μｍを使用した。この炭素繊維未開繊トウの炭素繊維にはエポキシ系化合物がサイジング剤として付着されている。
（１）炭素繊維未開繊トウ
炭素繊維未開繊トウは三菱ケミカル社製、品番：ＰＹＲＯＦＩＬＥ ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ、形状：レギュラートウ フィラメント１５Ｋ（15,000本）、単繊維直径７μｍを使用した。この炭素繊維未開繊トウの炭素繊維にはエポキシ系化合物がサイジング剤として付着されている。
【0062】
（２）未開繊トウの開繊手段
図１０の開繊手段を使用して開繊した（開繊工程）。開繊工程において、炭素繊維フィラメント群（トウ）の張力は１５，０００本あたり１５Ｎとした。このようにして炭素繊維フィラメント構成本数１５Ｋ、開繊幅５００ｍｍの開繊シートとした。架橋繊維は３．３質量％であった。
図１０の開繊手段を使用して開繊した（開繊工程）。開繊工程において、炭素繊維フィラメント群（トウ）の張力は１５，０００本あたり１５Ｎとした。このようにして炭素繊維フィラメント構成本数１５Ｋ、開繊幅５００ｍｍの開繊シートとした。架橋繊維は３．３質量％であった。
【0063】
（３）セミプレグ
［セミプレグ１］
ドライパウダー樹脂としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂（融点：２９０℃、ポリプラスチック社製）を使用した。この樹脂は、炭素繊維１ｍ2に対して平均片面２８．２ｇ、両面で５６．４ｇ付与した。加熱装置１６，１９内の温度は各２２０℃、滞留時間は各８秒とした（粉体樹脂付与工程）。得られた樹脂一体化繊維シート（長尺物）の質量は１３２．４ｇ／ｍ2、厚みは０．２ｍｍ、繊維体積（Ｖｆ）は５０体積％、ドライパウダー樹脂（熱可塑性樹脂）は５０体積％であった。
［セミプレグ２］
ドライパウダー樹脂の付与量を変えたこと以外は上記と同様にして、１２４．１ｇ／ｍ2、厚み０．２ｍｍ、繊維体積（Ｖｆ）３５体積％、ドライパウダー樹脂（熱可塑性樹脂）６５体積％の、樹脂一体化繊維シート（長尺物）を作製した。
［セミプレグ１］
ドライパウダー樹脂としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂（融点：２９０℃、ポリプラスチック社製）を使用した。この樹脂は、炭素繊維１ｍ2に対して平均片面２８．２ｇ、両面で５６．４ｇ付与した。加熱装置１６，１９内の温度は各２２０℃、滞留時間は各８秒とした（粉体樹脂付与工程）。得られた樹脂一体化繊維シート（長尺物）の質量は１３２．４ｇ／ｍ2、厚みは０．２ｍｍ、繊維体積（Ｖｆ）は５０体積％、ドライパウダー樹脂（熱可塑性樹脂）は５０体積％であった。
［セミプレグ２］
ドライパウダー樹脂の付与量を変えたこと以外は上記と同様にして、１２４．１ｇ／ｍ2、厚み０．２ｍｍ、繊維体積（Ｖｆ）３５体積％、ドライパウダー樹脂（熱可塑性樹脂）６５体積％の、樹脂一体化繊維シート（長尺物）を作製した。
【0064】
（４）積層体
樹脂一体化繊維シートの長尺物を所定の形状にカットし、必要に応じてスリットを設けて、図１１に示したＡシート（幅４６０ｍｍ、ＭＤ方向長３２０ｍｍ（炭素繊維の長手方向の長さ）、スリットなし）と、図１２Ａ～Ｄに各々示したＢシートＩ～ＩＶ（幅３２０ｍｍ、ＭＤ方向長４６０ｍｍ（炭素繊維の長手方向の長さ））とを得た。図１２Ｂに示したＢシートIIは、炭素繊維の長手方向に沿って５分割されており（Ｌ１＝９０ｍｍ、Ｌ２＝１００ｍｍ）、図１２Ｃに示したＢシートIIIは、炭素繊維の長手方向に沿って４分割されており（Ｌ３＝１４０ｍｍ、Ｌ４＝４０ｍｍ）、図１２Ｄに示したＢシートＩＶには、長さ６０ｍｍのスリットが炭素繊維の長手方向に沿って９０ｍｍ間隔（Ｌ５）で形成されている。
Ａシートの炭素繊維の長手方向とＢシートＩ～ＩＶの炭素繊維の長手方向とが直交するように、Ａシートの上にＢシートＩ～ＩＶを各々重ねて、２層構造の積層体Ａ～Ｅを得た（表１参照）。
樹脂一体化繊維シートの長尺物を所定の形状にカットし、必要に応じてスリットを設けて、図１１に示したＡシート（幅４６０ｍｍ、ＭＤ方向長３２０ｍｍ（炭素繊維の長手方向の長さ）、スリットなし）と、図１２Ａ～Ｄに各々示したＢシートＩ～ＩＶ（幅３２０ｍｍ、ＭＤ方向長４６０ｍｍ（炭素繊維の長手方向の長さ））とを得た。図１２Ｂに示したＢシートIIは、炭素繊維の長手方向に沿って５分割されており（Ｌ１＝９０ｍｍ、Ｌ２＝１００ｍｍ）、図１２Ｃに示したＢシートIIIは、炭素繊維の長手方向に沿って４分割されており（Ｌ３＝１４０ｍｍ、Ｌ４＝４０ｍｍ）、図１２Ｄに示したＢシートＩＶには、長さ６０ｍｍのスリットが炭素繊維の長手方向に沿って９０ｍｍ間隔（Ｌ５）で形成されている。
Ａシートの炭素繊維の長手方向とＢシートＩ～ＩＶの炭素繊維の長手方向とが直交するように、Ａシートの上にＢシートＩ～ＩＶを各々重ねて、２層構造の積層体Ａ～Ｅを得た（表１参照）。
【0065】
次に、図７に示す装置で次の条件で内圧成形を実施して、中空成形体を成形し、バリ取りのためにその両端を各々１０ｍｍ切断して、下記表１に示す、参考例１～２、実施例１～３の中空成形体(巻回数４、直径３５ｍｍ、長さ３００ｍｍ、外周長１０９ｍｍ、オーバーラップ部の幅２４ｍｍ)を得た。積層体の巻回は、Ａシートが外側になるように行った。
・弾性体の直径：３０ｍｍ
・金型温度：３１５℃
・エアー圧：０．６ＭＰａ
・加熱成形時間：５分
・水冷却時間：５分
冷却後にエアラインを切り、中空成形体を脱型した。
・弾性体の直径：３０ｍｍ
・金型温度：３１５℃
・エアー圧：０．６ＭＰａ
・加熱成形時間：５分
・水冷却時間：５分
冷却後にエアラインを切り、中空成形体を脱型した。
【0066】
【表1】
【0067】
［評価］
（厚みの測定）
中空成形体Ａ～Ｅの端部及び中央部から、それぞれ、長さ５０ｍｍの評価用サンプルを切り出した。各サンプルから最小厚みおよび平均厚みを測定し、その結果を下記表２に示した。厚みは、マイクロメーターを用いて測定し、平均厚みは、５点測定しその平均値とした。測定は、評価用サンプルを、２３℃、湿度５０％の雰囲気下に４８時間以上放置した後に行った。
（厚みの測定）
中空成形体Ａ～Ｅの端部及び中央部から、それぞれ、長さ５０ｍｍの評価用サンプルを切り出した。各サンプルから最小厚みおよび平均厚みを測定し、その結果を下記表２に示した。厚みは、マイクロメーターを用いて測定し、平均厚みは、５点測定しその平均値とした。測定は、評価用サンプルを、２３℃、湿度５０％の雰囲気下に４８時間以上放置した後に行った。
【0068】
（強度測定）
中空成形体Ａ～Ｅの端部及び中央部から、それぞれ、長さ５０ｍｍの評価用サンプルを切り出し、評価用サンプルの直径方向に圧縮試験を行った。圧縮試験は、ＪＩＳ Ｋ７１８１準拠して行い、精密万能試験機（島津製作所社製、型式：ＡＧ－５０ｋＮＸｐｌｕｓ）を用いた。評価用サンプルを台の上に配置し、φ５０ｍｍの円盤によってプレスした。測定は、評価用サンプルを、２３℃、湿度５０％の雰囲気下に４８時間以上放置した後に行った。下記表２には、最大荷重、最大荷重ストローク、最大応力（座屈する瞬間の力）を示している。図１３～図１７は、各々、参考例１～２、実施例１～３の中空成形体から切り出した評価用サンプルについての試験力－変位測定グラフである。図１３～図１７において、ａは、中空成形体の中央部での測定結果を示し、ｂは、中空成形体の端部での測定結果を示す。
中空成形体Ａ～Ｅの端部及び中央部から、それぞれ、長さ５０ｍｍの評価用サンプルを切り出し、評価用サンプルの直径方向に圧縮試験を行った。圧縮試験は、ＪＩＳ Ｋ７１８１準拠して行い、精密万能試験機（島津製作所社製、型式：ＡＧ－５０ｋＮＸｐｌｕｓ）を用いた。評価用サンプルを台の上に配置し、φ５０ｍｍの円盤によってプレスした。測定は、評価用サンプルを、２３℃、湿度５０％の雰囲気下に４８時間以上放置した後に行った。下記表２には、最大荷重、最大荷重ストローク、最大応力（座屈する瞬間の力）を示している。図１３～図１７は、各々、参考例１～２、実施例１～３の中空成形体から切り出した評価用サンプルについての試験力－変位測定グラフである。図１３～図１７において、ａは、中空成形体の中央部での測定結果を示し、ｂは、中空成形体の端部での測定結果を示す。
【0069】
【表2】
【0070】
表２に示されるように、実施例１～３の中空成形体は、参考例１～２の中空成形体よりも、最大応力（圧縮強度）が高くなっており、強度特性が向上している。特に、シートＡが複数に分割された実施例１～２の中空成形体の強度特性が向上している。
【産業上の利用可能性】
【0071】
本発明の中空成形体は、パイプ、シャフト、フレームなどであり、断面は円形中空、四角形中空、その他様々な形状の中空体が可能である。本発明は、建築部材、スポーツ用品、風車、自転車、自動車、鉄道、船舶、航空、宇宙などの一般産業用途等において広く応用できる。
【符号の説明】
【0072】
１ 樹脂一体化炭素繊維シート
１ａ 第１の樹脂一体化炭素繊維シート
１ｂ 第２の樹脂一体化炭素繊維シート
２ 一方向炭素繊維
３，３ａ，３ｂ 架橋繊維
４ 樹脂
５ 樹脂が付着していない部分
６ 開繊装置
７ 供給ボビン
８ 炭素繊維フィラメント群（炭素繊維未開繊トウ）
９ａ，９ｂ ニップロール
１０ａ，１０ｂ スリット
１１ａ，１１ｂ 樹脂一体化炭素繊維シート
１２ａ－１２ｂ ブリッジロール
１３ａ－１３ｇ ガイドロール
１４，１７ 粉体供給ホッパー
１５，１８ ドライパウダー樹脂
１６，１９ 加熱装置
２０ 巻き上げロール
２１ａ－２１ｊ 開繊ロール
２３ ロール開繊工程
２４ 架橋繊維発生工程
２５ 粉体樹脂付与工程
３０ 中空成形体
３１ 繊維補強樹脂部
３２ 樹脂一体化炭素繊維シートのオーバーラップ部
３３ 中空成形体の中心軸
３４ 重なり部分
３５ 弾性体
３５ａ 弾性体の中心軸
３６ 治具
３７ 樹脂一体化炭素繊維シートの積層体の巻回体
３９ 上金型
４０ 下金型
４１ エアー供給口
１１０ 積層体
１ａ 第１の樹脂一体化炭素繊維シート
１ｂ 第２の樹脂一体化炭素繊維シート
２ 一方向炭素繊維
３，３ａ，３ｂ 架橋繊維
４ 樹脂
５ 樹脂が付着していない部分
６ 開繊装置
７ 供給ボビン
８ 炭素繊維フィラメント群（炭素繊維未開繊トウ）
９ａ，９ｂ ニップロール
１０ａ，１０ｂ スリット
１１ａ，１１ｂ 樹脂一体化炭素繊維シート
１２ａ－１２ｂ ブリッジロール
１３ａ－１３ｇ ガイドロール
１４，１７ 粉体供給ホッパー
１５，１８ ドライパウダー樹脂
１６，１９ 加熱装置
２０ 巻き上げロール
２１ａ－２１ｊ 開繊ロール
２３ ロール開繊工程
２４ 架橋繊維発生工程
２５ 粉体樹脂付与工程
３０ 中空成形体
３１ 繊維補強樹脂部
３２ 樹脂一体化炭素繊維シートのオーバーラップ部
３３ 中空成形体の中心軸
３４ 重なり部分
３５ 弾性体
３５ａ 弾性体の中心軸
３６ 治具
３７ 樹脂一体化炭素繊維シートの積層体の巻回体
３９ 上金型
４０ 下金型
４１ エアー供給口
１１０ 積層体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
