炭素繊維積層設計：繊維方向、剛性と積層構成

在庫板だけなら板材ガイドから。本文は繊維方向と、構造見積の前に必要な情報です。穴や抜き勾配はカスタム部品の設計ガイドを参照してください。

1. 一方向材と織物は役割が違う

一方向（UD）材は繊維のほぼすべてを一方向に置く。繊維方向は硬く、直角方向は弱い。織物は一層の中に二方向があるが、交差部のクリンプにより、同じ繊維のまっすぐな UD より軸方向剛性は下がる [1][2]。

2. 0°、90°、±45° を目的を持って使う

古典積層理論は各層を繊維方向に硬く直角方向に柔らかいものとして扱い、板厚方向に足し合わせる [1]。現場では次のように考える。

• 0° 層は、図面で定義した長軸方向の引張と圧縮を受け持つ。
• 90° 層は、その軸に直交する面内荷重を受け持つ。
• ±45° の対がせん断を受け持つ。+45° だけで −45° がないとねじり連成が出る。
• 平衡とは +θ と −θ を対にすること。対称とは中央面で鏡像にすることで、曲げ–伸張連成をゼロに近づける [1]。
• 出発点の [0/±45/90]s は面内で準等方と呼ばれることが多い。曲げ剛性は、どの層が外側にあるかで変わる。

3. データシートの数値と積層板の試験を分ける

繊維やプリプレグのデータシートは、その製品と試験法の値である。完成板は角度、繊維体積、ボイド、硬化、試験方向にも依存する。ASTM D3039 は引張、ASTM D7264 は曲げであり、互いに置き換えられず、あらゆる板厚の宣伝強度でもない [3][4]。許容値の作り方は CMH-17 を参照する [2]。

MASTERMATE は炭素繊維板の積層と切断ができる。本文は工場の弾性率、強度、繊維体積率を公表しない。許容値が必要なら、生産前に試験法、試験片方向、積層を合意する。

4. 図面または見積依頼に書くこと

1. 基準軸：どの辺が 0° か。
2. 積層と材料形態（UD または織物）。工場が提案してよいなら、必要な剛性方向。
3. 仕上板厚と、実際に重要な公差。
4. 繊維と樹脂が決まっていればそれを書く。未定なら「工場選定、承認要」。
5. 荷重を一文で：引張、曲げ、せん断、または組合せ。室温乾燥以外なら環境も。
6. 硬化後に平面を保つ必要があるか。これは対称性と工程の問題であり、織り目写真の問題ではない。

カスタム炭素繊維部品から送る。在庫寸法は炭素繊維板。構造積層は在庫と違ってよい。次が機械加工なら、穴位置を固める前にCNC の設計規則を読む。