(57)【要約】【課題】繊維強化複合材の力学特性に悪影響を与えるような三次元織物における繊維配向の乱れを抑制する。【解決手段】積層体５のスティッチ部には、面内糸３及び面内糸４の平面方向に対して垂直な方向に挿通された可溶性樹脂からなる複数のインサート６及びインサート６内に挿通したスティッチ糸７とスティッチ糸７の抜け止め糸１０が配置され、三次元織物１が構成される。スティッチ糸７の引張力はインサート６により受止められ、面内糸３及び面内糸４の配列に影響を及ぼすことがない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面方向で交錯する複数の面内糸を積層して積層体を形成し、前記面内糸の平面方向に対して垂直な方向に挿通したスティッチ糸により前記積層体を束ねた三次元織物において、
前記積層体に前記スティッチ糸の張力を受止めるインサートを配設したことを特徴とする三次元織物。
【請求項２】
前記インサートは、繊維強化複合材のマトリクス樹脂に可溶な可溶性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元織物。
【請求項３】
前記インサートは、前記スティッチ糸を挿通する貫通孔を有するパイプで構成され、前記積層体に挿通されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三次元織物。
【請求項４】
前記インサートは、リング形状で構成され、前記積層体の端面に配設されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三次元織物。
【請求項５】
前記リングは、繊維強化複合材のマトリクス樹脂に不溶な不溶性樹脂で構成され、前記マトリクス樹脂の固化後、前記積層体から除去されることを特徴とする請求項４に記載の三次元織物。
【請求項６】
前記インサートは、外形が円形状に形成されていることを特徴する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の三次元織物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、複数の面内糸の積層体をスティッチ糸により束ねた三次元織物に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示された３次元繊維織物は、底板上に複数本のパイプを立て、各パイプに、所定の形状に裁断された複数枚の繊維平面織物を通して積層する。繊維平面織物の積層後、底板を取除いて、各パイプにかんぬき糸をＵ字状に挿通し、各パイプを抜き取る。繊維平面織物から突出しているかんぬき糸のＵ字部分に固定糸を通し、固定糸とかんぬき糸の端部を引っ張って繊維平面織物を固定する。特許文献１の３次元繊維織物は、形状、寸法の精度が向上した３次元繊維織物を短時間で容易に製作できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３５２８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で製作された３次元繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸し、固化した繊維強化複合材は、断面で示すと、図１０の状態になる。図１０では、緯糸１００及び経糸１０１で織成された繊維平面織物１０２が積層され、繊維平面織物１０２を貫通したかんぬき糸１０３が固定糸１０４により止められ、３次元繊維織物１０５が形成される。３次元繊維織物１０５は、かんぬき糸１０３の引っ張り張力により、固定糸１０４と反対側の繊維平面織物１０２の緯糸１００が図１０の左右に押し分けられるため、他に比べて大きな空間１０６が形成される。緯糸１００の配列がかんぬき糸１０３により乱されると繊維強化複合材の力学特性に悪影響を与える。
【０００５】
本願発明は、繊維強化複合材の力学特性に悪影響を与えるような三次元織物における繊維配向の乱れを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１は、平面方向で交錯する複数の面内糸を積層して積層体を形成し、前記面内糸の平面方向に対して垂直な方向に挿通したスティッチ糸により前記積層体を束ねた三次元織物において、前記積層体に前記スティッチ糸の張力を受止めるインサートを配設したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１によれば、スティッチ糸の引張力をインサートにより受止め、スティッチ糸の引張力による面内糸の移動、変形を防止することができる。このため、繊維強化複合材の力学特性に悪影響を与えるような三次元織物における繊維配向の乱れを抑制することができる。
【０００８】
請求項２は、前記インサートは、繊維強化複合材のマトリクス樹脂に可溶な可溶性樹脂で構成されていることを特徴とする。請求項２によれば、インサートが繊維強化複合材のマトリクス樹脂に溶け込むため、インサートとマトリクス樹脂との界面が形成されない。
【０００９】
請求項３は、前記インサートは、前記スティッチ糸を挿通する貫通孔を有するパイプで構成され、前記積層体に挿通されることを特徴とする。請求項３によれば、インサートを積層体の垂直方向の長い領域に配設できるため、スティッチ糸の挿通を容易に行うことができる。
【００１０】
請求項４は、前記インサートは、リング形状で構成され、前記積層体の端面に装着されることを特徴とする。請求項４によれば、積層体に対するインサートの装着を容易に行うことができる。
【００１１】
請求項５は、前記リングは、繊維強化複合材のマトリクス樹脂に不溶な不溶性材料で構成され、前記マトリクス樹脂の固化後、前記積層体から除去されることを特徴とする。請求項５によれば、インサートをリングで構成することにより、リングを容易に除去することができる。
【００１２】
請求項６は、前記インサートは、外形が円形状に形成されていることを特徴とする。請求項６によれば、インサートの配設時に、インサートにより押し分けられる面内糸の変位が最も小さく、いずれのインサートの位置においても均一な変位状態を得ることができる。このため、積層体の面内における樹脂リッチ部の発生が抑制され、また、インサート毎の樹脂リッチ部のばらつきが無い。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明は、繊維強化複合材の力学特性に悪影響を与えるような三次元織物における繊維配向の乱れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態を示す三次元織物の平面図である。
【図２】三次元織物の縦断面図である。
【図３】繊維強化複合材の縦断面図である。
【図４】三次元織物の製作工具を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態示す三次元織物の平面図である。
【図６】三次元織物の縦断面図である。
【図７】インサート挿入工具を示す斜視図である。
【図８】第３の実施形態を示す三次元織物の平面図である。
【図９】三次元織物の縦断面図である。
【図１０】従来の繊維複合材を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１及び図２は三次元織物１を示し、図３は繊維強化複合材２を示している。図１及び図２において、平面方向で直角に交錯する面内糸３及び面内糸４が交互に積層され、一定の厚みを有する積層体５が形成されている。面内糸３及び面内糸４には、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の高強度繊維が使用されている。
【００１６】
積層体５のスティッチ部には、面内糸３及び面内糸４が配置される平面方向に対して垂直な方向に挿通することにより配設された複数のインサート６及びインサート６の貫通孔に挿通されたスティッチ糸７が配置され、三次元織物１を構成している。インサート６は、フェノキシ樹脂あるいはアクリル共重合樹脂等の可溶性樹脂により円形状の外形を有するパイプで形成され、積層体５の厚み（図２の上下方向の長さ）と同一の長さを有している。
【００１７】
スティッチ糸７は、面内糸３及び面内糸４と同様に、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の高強度繊維を使用し、インサート６の下部８からインサート６の貫通孔にＵ字状に挿入される。インサート６の上部９から突出したスティッチ糸７のＵ字部には、抜け止め糸１０が挿通され、スティッチ糸７の抜け止めを行う。１本のスティッチ糸７は、複数のインサート６に挿通され、積層体５を束ねる。
【００１８】
三次元織物１の制作方法の１例を図４に示した製作工具１１により説明する。製作工具１１は、基板１２の上面に一体化された複数の円形のガイドピン１３を有する。ガイドピン１３は、面内糸３及び面内糸４を案内する外枠の機能を有し、面内糸３及び面内糸４の外径よりも広い間隔で、三次元織物１の形状（本実施形態に示した三次元織物１は直方体）に合わせて立設されている。ガイドピン１３で囲まれた領域内には、スティッチ部となる複数の位置にパイプ形状のインサート６が着脱可能に立設されている。
【００１９】
インサート６は、三次元織物１の厚みに相当する長さを有しているが、ガイドピン１３は、面内糸３、４を案内するためのものであるため、インサート６と同一長さか、インサート６よりも長く設定されている。また、インサート６の貫通孔の内径は、スティッチ糸７を挿通する挿通針（図示せず）が通過可能な大きさに形成されている。
【００２０】
図１及び図２に示した三次元織物１を製作する場合、まず、１本の面内糸３がガイドピン１３の間に挿入され、ガイドピン１３の案内で図１に示すように折り返しながら基板１２上に配置される。次に、１本の面内糸４が、面内糸３と直角な方向で交差するようにガイドピン１３の間を図１に示すように折り返しながら面内糸３の上に配置される。同様にして、面内糸３及び面内糸４の組み合わせが配置され、設定された厚みになるまで積層されることにより、積層体５が形成される。なお、面内糸３及び面内糸４は、インサート６の外径の大きさによっては、外周を迂回するように配置されるが、インサート６が円形状であるため、インサート６により押し分けられる変位が小さい。このため、面内糸３及び面内糸４の変位状態は、全てのインサートの位置において均一にされる。
【００２１】
積層体５は、基板１２及びガイドピン１３から取外されるが、インサート６は積層体５に配設された状態で積層体５とともに基板１２から取外される。積層体５には、１本のスティッチ糸７が挿通針によりインサート６の下部８からＵ字状に挿通され、上部９から突出したＵ字部が抜け止め糸１０により止められながら、複数のインサート６に挿通される。
【００２２】
複数のインサート６に挿通されたスティッチ糸７は、抜け止め糸１０とともに糸の端部を引っ張ることにより、抜け止め糸１０とともに積層体５を絞り込み、束ねる。三次元織物１は積層体５をスティッチ糸７により束ねることにより製作される。積層体５を絞るためのスティッチ糸７の引張力は、インサート６の下部８により受止められ、図２に示すように、面内糸３及び面内糸４に影響を及ぼすことが無い。即ち、積層体５の面内糸３及び面内糸４は、スティッチ糸７の引張力により図２の左右方向に押し分けられて移動したり変形することが無いので、積層時に配置された均一な配列状態が維持される。
【００２３】
製作された三次元織物１には、図３に示すように、加熱、溶融されたマトリクス樹脂としての熱硬化性樹脂１４が含浸され、繊維強化複合材２が製造される。熱硬化性樹脂１４は加熱により硬化するが、可溶性樹脂で構成されたインサート６は熱硬化性樹脂１４の硬化過程において、熱硬化性樹脂１４に溶け込む。このとき、インサート６の溶解するタイミングを熱硬化性樹脂１４が硬化し、ある程度強度/弾性率が発現した状態に制御することにより、スティッチ糸７の引張力を熱硬化性樹脂１４に負担させることができる。
【００２４】
従って、インサート６の溶解後も積層体５の端面側（図３における下側端面側）の面内糸３及び面内糸４は、スティッチ糸７の引張力により面内糸３及び面内糸４の配列が乱されること無く、熱硬化性樹脂１４により固化される。このため、繊維強化複合材２の力学特性に悪影響を与えるような三次元織物１における面内糸３及び面内糸４の配向の乱れを抑制することができる。さらに、繊維強化複合材２には、従来のような樹脂リッチ部が形成されないので、クラックの発生を抑制することができる。また、インサート６が熱硬化性樹脂１４に溶け込むので、熱硬化性樹脂１４の硬化後にインサート６と熱硬化性樹脂１４との間に界面が形成されない。このため、界面の形成によるクラックの発生を無くすことができる。
【００２５】
また、インサート６が円形状の外形で構成されているため、インサート６により押し分けられる面内糸３及び面内糸４の変位が小さく、全てのインサート６の位置において面内糸３及び面内糸４の均一な変位状態を得ることができる。このため、積層体５の面内における樹脂リッチ部の発生が無く、また、インサート６毎の樹脂リッチ部のばらつきが無いため、クラックの発生を抑制することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図５〜図７は第２の実施形態を示したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第２の実施形態では、第１の実施形態のように、積層体５の形成時にインサート６を予め配設しておく方式に代えて、インサート１８が図７に示すインサート挿入工具１５により、積層体５（図５参照）に配設され、三次元織物１が製作される。
【００２７】
インサート挿入工具１５は、平板状の基板１６に、円形のガイド孔１７を直線状に並べて複数（本実施形態では、７個）形成した構成である。基板１６は、積層体５の幅に合わせて形成されている。また、インサート挿入工具１５は、積層体５におけるスティッチ糸７（図６参照）の挿通位置にインサート１８を配設する際の位置決めの機能を有している。インサート１８は、フェノキシ樹脂あるいはアクリル共重合樹脂等の可溶性樹脂により円形の棒状体に形成され、積層体５の厚みと同一の長さを有している。また、インサート１８は、インサート挿入工具１５のガイド孔１７の内径よりも若干小径に形成され、ガイド孔１７内を移動可能である。
【００２８】
図５において、積層体５は、面内糸３及び面内糸４を積層することにより形成されている。積層体５の形成後、インサート挿入工具１５の基板１６を積層体５の端面に当てて位置決めを行い、インサート１８の端部を基板１６のガイド孔１７に差し込み、インサート１８に適当な圧力を掛けて押し込む。インサート１８は、ガイド孔１７に案内されて積層体５に突き通され、配設される。同様にして、７本のインサート１８がガイド孔１７を通して積層体５に突き通され、配設される。
【００２９】
積層体５に配設されたインサート１８は、７本の穿孔針１９を備えた穿孔工具２０により貫通孔２１を穿設され、第１の実施形態と同様なパイプ形状に加工される。７本の穿孔針１９は、ガイド孔１７と同一ピッチで配置され、ガイド孔１７に案内されて７本のインサート１８に同時に貫通孔２１を穿設することができる。なお、単一の穿孔針１９を用いてインサート１８を１本づつ穿孔するように構成しても良い。
【００３０】
インサート１８が、積層体５におけるスティッチ糸７の挿通位置に全て配設され、全てのインサート１８に貫通孔２１が穿設されると、スティッチ糸７の挿通針２２を備えた挿通工具２３を用いて、インサート１８の貫通孔２１にスティッチ糸７が挿通される。挿通工具２３には、７本の挿通針２２がインサート挿入工具１５のガイド孔１７と同一ピッチで配置され、７本のスティッチ糸７を同時に挿通できるように構成されている。なお、挿通針２２は、１本のみ準備し、スティッチ糸７を１本づつ挿通するように構成しても構わない。
【００３１】
三次元織物１の製作順序を図６の断面図を用いて説明する。Ａ部に示すように、インサート挿入工具１５を用いて、棒状のインサート１８が面内糸３及び面内糸４からなる積層体５に突き通され、配設される。次に、Ｂ部に示すように、インサート１８は、穿孔工具２０の穿孔針１９により貫通孔２１を穿設される。次に、Ｃ部に示されるように、インサート１８の貫通孔２１には、挿通工具２３の挿通針２２によりスティッチ糸７が積層体５の下端側からＵ字状に挿通され、積層体５の上端側に突出したスティッチ糸７のＵ字部に抜け止め糸１０が挿通される。スティッチ糸７及び抜け止め糸１０の端部を引っ張ることにより、積層体５が束ねられ、三次元織物１が製作される。なお、本実施形態では、インサート１８を棒状でなく、第１の実施形態におけるインサート６のように、予め貫通孔を有するパイプにより構成しても良い。インサート１８をパイプで構成した場合、穿孔工具２０を用いて貫通孔２１を形成する工程を省略することができる。
【００３２】
本実施形態においても、スティッチ糸７の引張力はインサート１８により受止められ、面内糸３及び面内糸４に影響を及ぼすことが無い。また、インサート１８は可溶性樹脂で構成されているため、第１の実施形態と同様に、三次元織物１に含浸された熱硬化性樹脂の硬化時に溶ける。従って、第２の実施形態は第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
図８及び図９は第３の実施形態を示したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第３の実施形態におけるインサート２４は、不溶性樹脂によりリング形状に構成されている。
【００３４】
インサート２４は、面内糸３及び面内糸４により形成された積層体５の一方の端面において、スティッチ糸７の挿通位置に接着等の手段により配設される（図８参照）。スティッチ糸７は、挿通針（図示せず）によりインサート２４のリング孔から積層体５にＵ字状に挿通される。インサート２４と反対側の積層体５の端面から突出したスティッチ糸７のＵ字部には、抜け止め糸１０が挿通される（図９参照）。全てのインサート２４にスティッチ糸７を挿通し、抜け止め糸１０により抜け止めした後、スティッチ糸７及び抜け止め糸１０の端部を引っ張り、積層体５をスティッチ糸７により束ねて三次元織物１が製作される（図８参照）。第３の実施例においても、スティッチ糸７の引張力はインサート２４により受止められ、面内糸３及び面内糸４に影響を及ぼすことが無い。
【００３５】
三次元織物１には、熱硬化性樹脂１４が含浸され、熱硬化性樹脂１４の硬化により積層体５が固化され、繊維強化複合材２が製造される（図９参照）。繊維強化複合材２に配設されたインサート２４は、熱硬化性樹脂１４の硬化後、例えば、鋏み等の切断部材２５により切断し、繊維強化複合材２から取除く。従って、インサート２４は、取除き作業の容易化のために、硬化後の熱硬化性樹脂１４から離し易く、また、切断し易い材料、例えば、シリコンゴムあるいはフッ素樹脂等で形成することが好ましい。
【００３６】
第３の実施形態では、スティッチ糸７の引張力をインサート２４により受止めることができ、また、インサート２４を繊維強化複合材２から除去することにより、熱硬化性樹脂１４との界面を形成することが無い。従って、第３の実施形態は、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。
【００３８】
（１）第１〜第３の実施形態において、パイプ形状のインサート６、１８及びリング形状のインサート２４は、外形、内形共に円形に限らず、楕円形あるいは角形に形成しても良い。
（２）第１及び第２の実施形態において、インサート６、１８の材料は、可溶性樹脂に限らず、不溶性樹脂あるいは金属を用いても良く、この実施形態でも、スティッチ糸７の引張力を十分受止めることができる。
【００３９】
（３）第３の実施形態において、リング形状のインサート２４は、不溶性樹脂で無く、可溶性樹脂で構成しても良い。この場合、可溶性樹脂は熱硬化性樹脂１４に溶け、一体化するため、インサート２４を繊維強化複合材２から除去する必要が無い。また、インサート２４は、金属で構成しても構わない。これらの実施形態においても、スティッチ糸７の引張力を十分受止めることができる。
【００４０】
（４）積層体５は、直角に交錯する面内糸３及び面内糸４に加えて、面内糸３あるいは面内糸４と９０度未満の角度で交錯する複数の斜状面内糸を積層するように構成してもよい。
（５）積層体５は、面内糸３及び面内糸４を交互に積層する構成に限らず、面内糸３及び面内糸４を平織り等の平面織物に織成し、平面織物を積層する構成としても良い。
（６）繊維強化複合材のマトリクス樹脂は熱可塑性樹脂であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  三次元織物
２  繊維強化複合材
３、４  面内糸
５  積層体
６、１８、２４  インサート
７  スティッチ糸
１０  抜け止め糸
１１  製作工具
１３  ガイドピン
１４  熱硬化性樹脂（マトリクス樹脂）
１５  インサート装着工具
１９  穿孔針
２１  貫通孔
２２  挿通針
２３  挿通工具
２５  切断部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014136847.tif 000009
【図８】
2014136847.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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