(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に揃えられた繊維材を有する繊維シートを隣り合うもの同士の前記繊維材の向きを異ならせて積層して成る複合材料の製造に用いられる繊維織物であって、
少なくとも一つの前記繊維シートは、前記繊維材を切断せずに前記繊維材の繊維方向に沿って形成される切り欠き部を有し、
前記繊維シートは、前記繊維材と材質を異にする第二の繊維材が前記繊維材と共に一方向に揃えられて成り、
前記切り欠き部は、前記第二の繊維材の一部を切断除去することにより形成される
ことを特徴とする複合材料の製造に用いられる繊維織物。
【請求項２】
一方向に揃えられた繊維材を有する繊維シートを隣り合うもの同士の前記繊維材の向きを異ならせて積層して成る複合材料の製造に用いられる繊維織物であって、
少なくとも一つの前記繊維シートは、前記繊維材を切断せずに前記繊維材の繊維方向に沿って形成される切り欠き部を有し、
前記切り欠き部は、前記繊維材を切断せずに、前記繊維材の束を割くことにより形成される
ことを特徴とする複合材料の製造に用いられる繊維織物。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の繊維織物を所定の形状に成形した後、樹脂を含浸することによって複合材料とする
ことを特徴とする複合材料製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の繊維織物に樹脂を含浸して半硬化状態とした後、所定の形状に成形することによって複合材料とする
ことを特徴とする複合材料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料の製造に用いられる繊維織物および当該繊維織物を用いた複合材料製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維やカーボン繊維等の繊維材と樹脂材とから成る複合材料は、種々の方法によって製造される。例えば、繊維材が積層されて所定の形状に成形されたプリフォーム部材（中間製造部材）に対して、ＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ：真空樹脂含浸製造）工法による樹脂含浸を行うことにより、複合材料を製造することができる。
【０００３】
プリフォーム部材は、繊維材が並べられた繊維シートを積層すると共に所定の形状に成形することにより製造される。しかし、プリフォーム部材に湾曲部などの形状変化部が設けられている場合には、繊維シートを当該プリフォーム部材の形状に成形する際に、シワが発生してしまうことがある。このようにプリフォーム部材に発生したシワは、製造される複合材料の強度および剛性に影響する。
【０００４】
複合材料におけるシワの発生は、ＶａＲＴＭ工法を用いた複合材料の製造時だけでなく、オートクレーブ工法を用いた複合材料の製造時にも起こり得る。複合材料の製造時におけるシワの発生を抑制する技術として、例えば、下記の特許文献１および特許文献２に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９６７６７号公報
【特許文献２】特開２００２−２４００６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、オートクレーブ工法を用いた複合材料の製造時において、プリプレグを分割することにより、プリプレグ積層品におけるシワの発生を防止する技術が記載されており、特許文献２には、オートクレーブ工法を用いた複合材料の製造時において、円形プリプレグに切込みまたは切欠きを設けることにより、立体形状に成形する際のシワの発生を防止する技術が記載されている。しかし、これらの技術においては、プリプレグ部材に含まれる繊維材を切断しているため、製造される複合材料の強度および剛性が低下してしまう虞がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止しつつ、繊維織物を所定の形状に成形する際のシワの発生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】
【０００８】
上記課題を解決する第一の発明に係る繊維織物は、一方向に揃えられた繊維材を有する繊維シートを隣り合うもの同士の前記繊維材の向きを異ならせて積層して成る複合材料の製造に用いられる繊維織物であって、少なくとも一つの前記繊維シートは、前記繊維材を切断せずに前記繊維材の繊維方向に沿って形成される切り欠き部を有し、前記繊維シートは、前記繊維材と材質を異にする第二の繊維材が前記繊維材と共に一方向に揃えられて成り、前記切り欠き部は、前記第二の繊維材の一部を切断除去することにより形成されることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第二の発明に係る繊維織物は、一方向に揃えられた繊維材を有する繊維シートを隣り合うもの同士の前記繊維材の向きを異ならせて積層して成る複合材料の製造に用いられる繊維織物であって、少なくとも一つの前記繊維シートは、前記繊維材を切断せずに前記繊維材の繊維方向に沿って形成される切り欠き部を有し、前記切り欠き部は、前記繊維材を切断せずに、前記繊維材の束を割くことにより形成されることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第三の発明に係る複合材料製造方法は、第一または第二の発明に係る繊維織物を所定の形状に成形した後、樹脂を含浸することによって複合材料とすることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第四の発明に係る複合材料製造方法は、第一または第二の発明に係る繊維織物に樹脂を含浸して半硬化状態とした後、所定の形状に成形することによって複合材料とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第一の発明に係る繊維織物によれば、繊維シートが切り欠き部を有することにより、繊維織物を所定の形状に成形する際のシワの発生を抑制することができる。また、当該切り欠き部が繊維材を切断せずに繊維方向に沿って形成されているので、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止することができる。
【００１４】
第二の発明に係る繊維織物によれば、切断しない繊維材を強度および剛性に影響するものとし、切断する第二の繊維材を強度および剛性に影響しないものとすることにより、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止しつつ、切り欠き部を容易に形成することができる。
【００１５】
第三の発明に係る繊維織物によれば、切断しない繊維材が強度および剛性に影響するものであっても、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止しつつ、切り欠き部を容易に形成することができる。
【００１６】
第四の発明に係る複合材料製造方法によれば、繊維織物を所定の形状に成形した後に樹脂を含浸して製造した複合材料において、繊維織物を所定の形状に成形する際のシワの発生を抑制することができると共に、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止することができる。繊維織物を所定の形状に成形した後に樹脂を含浸する工法として、例えば、ＶａＲＴＭ工法がある。
【００１７】
第五の発明に係る複合材料製造方法によれば、繊維織物に樹脂を含浸して半硬化状態とした後に所定の形状に成形して製造した複合材料において、繊維織物を所定の形状に成形する際のシワの発生を抑制することができると共に、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止することができる。繊維織物に樹脂を含浸して半硬化状態とした後に所定の形状に成形する工法として、例えば、オートクレーブ工法がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１に係る繊維織物の構成を示す説明図である。
【図２】実施例１に係る繊維織物におけるスリットを示す部分拡大図である。
【図３】実施例１に係る繊維織物におけるスリットの変形例を示す部分拡大図である。
【図４】実施例１に係る繊維織物を用いた複合材料の製造工程を示すフローチャートである。
【図５】実施例１に係る繊維織物を所定の形状に成形したプリフォーム部材を示す斜視図である。
【図６】実施例１に係る繊維織物を用いた複合材料の製造工程におけるプリフォーム工程を示す説明図である。
【図７】実施例１に係る繊維織物を用いた複合材料の製造工程における樹脂含浸（ＶａＲＴＭ）工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る繊維織物の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明に係る繊維織物を、ＶａＲＴＭ工法を用いた複合材料の製造に採用し、樹脂を含浸する前のプリフォーム部材におけるシワの発生を抑制するようにしたものである。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、オートクレーブ工法を用いた複合材料の製造に採用し、プリプレグ部材におけるシワの発生を抑制するようにしても良く、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１に係る繊維織物について、図１から図３、図５および図６を参照して説明する。
【００２１】
図１に示すように、繊維織物１は、炭素繊維（繊維材）１１とガラス繊維（第二の繊維材）１３とから成る複数（本実施例においては、五枚）の繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅが積層されて成る複合シートであり、後述するプリフォーム工程Ｓ１（図４参照）において、断面略コ字形状のプリフォーム部材２（図５および図６参照）に成形される。
【００２２】
図１および図２に示すように、繊維織物１を構成する繊維シート１０ａ〜１０ｅは、炭素繊維１１が集束された炭素繊維束１２とガラス繊維１３とが図示しないステッチ（糸）または熱可塑性樹脂の融着等によってシート状に形成されて成る。ここで、炭素繊維１１は、その配列される繊維方向における強度を保持するためのものである。
【００２３】
各繊維シート１０ａ〜１０ｅにおいては、炭素繊維１１（炭素繊維束１２）およびガラス繊維１３が共に一方向に揃えられており、繊維織物１においては、炭素繊維１１およびガラス繊維１３が揃えられた方向（繊維方向）を異にする繊維シート１０ａ〜１０ｅが積層されている。
【００２４】
積層されている繊維シート１０ａ〜１０ｅにおける繊維方向は、後述するプリフォーム工程Ｓ１における曲げ方向と略直交する繊維方向であって、積層方向の中間に位置する繊維シート１０ｃにおける繊維方向を０°とし、この繊維シート１０ｃの繊維方向（０°）を基準として、繊維シート１０ａの繊維方向を９０°、繊維シート１０ｂの繊維方向を４５°、繊維シート１０ｄの繊維方向を−４５°、繊維シート１０ｅの繊維方向を９０°異ならせてある（図１参照）。つまり、一方向に揃えられた炭素繊維１１およびガラス繊維１３を有する繊維シート１０ａ〜１０ｅを隣り合うもの同士の繊維方向を異ならせて積層している。
【００２５】
複数の繊維シート１０ａ〜１０ｅのうち一部の繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅには、繊維方向に沿うスリット１４が設けられている。図２に示すように、スリット１４は、ガラス繊維１３の一部が切断除去されると共に、隣接する炭素繊維束１２が離間されて成る。つまり、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにおいては、スリット１４が設けられているが、炭素繊維１１が切断されていないため、各繊維方向における十分な強度および剛性が保持されている。よって、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅに設けたスリット１４によって、製造される複合材料の強度および剛性が低下することはない。
【００２６】
これら繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにおけるスリット１４は、プリフォーム部材２の形状変化部２ａの近傍に対応して設けられており、プリフォーム工程Ｓ１における成形の際に、スリット１４が設けられた繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅの縁部１５において、炭素繊維束１２が離間して所定距離の分だけ離れることができるようになっている。このように、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅの縁部１５において炭素繊維束１２が離間されることにより、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにおいては、その繊維方向と直交する方向の長さが変化される。
【００２７】
プリフォーム工程Ｓ１において繊維織物１を所定の形状に成形したプリフォーム部材２は、その長手方向（図５においては紙面前後方向であって、繊維シート１０ｃの繊維方向と平行な方向）、および、その短手方向（図５においては左右方向であって、繊維シート１０ｃの繊維方向と直交する方向）の距離が一様ではなく、形状変化部２ａにおいて当該長手方向および短手方向の距離が変化している。
【００２８】
繊維織物１における繊維方向が９０°の繊維シート１０ａ，１０ｅは、スリット１４によって繊維方向と直交する方向（プリフォーム部材２の長手方向）の長さが可変であるので、プリフォーム部材２を成形する際には、プリフォーム部材２の長手方向の距離の変化によりシワの発生を抑制することができる。
【００２９】
繊維織物１における繊維方向が４５°および−４５°の繊維シート１０ｂ，１０ｄは、スリット１４によって繊維方向と直交する方向（プリフォーム部材２の長手方向および短手方向）の長さが可変であるので、プリフォーム部材２を成形する際には、プリフォーム部材２の長手方向および短手方向の距離の変化によりシワの発生を抑制することができる。
【００３０】
以上のように、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにスリット１４を設けたことによって、プリフォーム部材２を成形した際の長手方向および短手方向の距離の変化によりシワの発生を抑制することができると共に、当該スリット１４が炭素繊維１１を切断しないものであるので、従来よりもプリフォーム部材２（繊維織物１）の強度を向上させることができる。
【００３１】
本発明に係る繊維織物は、本実施例のように、ガラス繊維１３が切断されると共に、隣接する炭素繊維束１２が所定距離離間されて成るものに限定されず、強度および剛性に影響する繊維材である炭素繊維１１が切断されていなければ良い。本発明に係る繊維織物として、例えば、図３に示すように、炭素繊維１１およびガラス繊維１３を切断せず、炭素繊維束１２を二股に割くことによってスリット１４を形成した繊維シート１０を含むものであっても良い。
【００３２】
また、本実施例においては、繊維方向が９０°の繊維シート１０ａ，１０ｅと繊維方向が４５°および−４５°の繊維シート１０ｂ，１０ｄとにのみスリット１４を設けた繊維織物１について説明したが、本発明に係る繊維織物はこれに限定されず、繊維方向が０°の繊維シート１０ｃにもスリットを設けても良い。繊維方向が０°の繊維シート１０ｃにスリットを設ける場合には、プリフォーム部材２の形状変化部２ａの近傍に対応して、繊維方向と直交する方向に沿った炭素繊維１１を切断するスリットを設ける。
【００３３】
これによれば、プリフォーム工程Ｓ１における成形の際に、スリットが設けられた繊維シート１０ｃの縁部１５において、切断された炭素繊維１１が離間して所定距離の分だけ離れ、繊維シート１０ｃおいては、その繊維方向と平行な方向の長さが変化される。
【００３４】
よって、繊維方向が０°の繊維シート１０ｃは、スリットによって繊維方向と平行な方向（プリフォーム部材２の長手方向）の長さが可変となるので、プリフォーム部材２を成形する際には、プリフォーム部材２の長手方向の距離の変化によりシワの発生を抑制することができる。
【００３５】
なお、繊維方向が０°の繊維シート１０ｃに炭素繊維１１を切断するスリットを設ける場合には、当該スリットを形状変化部２ａの近傍で製品として用いないトリミング部分に設けることが好ましい。このようにスリットをトリミング部分に設けることにより、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止することができる。
【００３６】
本発明の実施例１に係る繊維織物を用いた複合材料の製造について、図１、図２、図４から図７を参照して説明する。
【００３７】
以下に示す複合材料の製造は、ＶａＲＴＭ工法を用いたものであり、図４に示すように、前述の繊維織物１からプリフォーム部材２を製造するプリフォーム工程Ｓ１と、プリフォーム工程Ｓ１で得られたプリフォーム部材２に樹脂３を含浸する樹脂含浸（ＶａＲＴＭ）工程Ｓ２と、樹脂含浸工程Ｓ２でプリフォーム部材２に含浸された樹脂３を硬化する樹脂硬化工程Ｓ３とから成る。
【００３８】
まず、プリフォーム工程Ｓ１においては、図６に示すように、繊維織物１を成形型２０に設置し、シート２１を被せて密閉する。成形型２０を図示しないオーブンによって加熱すると共に、密閉された密閉空間２２内の空気を真空ポンプ２３によって吸引する。成形型２０に設置された繊維織物１は、成形型２０を介して加熱されると共に、密閉空間２２が真空状態となることによって加圧される。このように加熱および加圧された繊維織物１は、成形型２０の形状に沿って変形（賦形）され、略コ字形状の断面を有するプリフォーム部材２が得られる。
【００３９】
このとき、繊維織物１における繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにスリット１４が設けられていることにより（図１参照）、プリフォーム部材２における形状変化部２ａには、シワが発生しない（図５参照）。よって、製造される複合材料において、シワの発生による強度および剛性の低下を防ぐことができる。
【００４０】
また、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにおけるスリット１４が、繊維方向に沿って設けられたものであり、炭素繊維１１が切断されないように形成されている（図１および図２参照）。よって、製造される複合材料において、炭素繊維１１の切断による強度および剛性の低下を防ぐことができる。
【００４１】
次に、樹脂含浸工程Ｓ２においては、図７に示すように、プリフォーム部材２を成形型３０に設置し、シート３１を被せて密閉する。密閉された密閉空間３２内の空気を真空ポンプ３３によって吸引して、含浸される投与樹脂温度を下げないように、成形型３０を図示しないオーブンによって加熱する。そして、コック４を開き、真空状態になった密閉空間３２に、樹脂タンク３４に貯えられた樹脂３が供給され、成形型３０に設置されたプリフォーム部材２に含浸される。
【００４２】
次に、樹脂硬化工程Ｓ３においては、樹脂含浸工程Ｓ２において樹脂３が含浸されたプリフォーム部材２を図示しないオーブンによって加熱し、プリフォーム部材２に含浸された樹脂３を熱硬化する。以上により、前述した繊維織物１から所定形状の複合材料を製造することができる。
【００４３】
前述したように、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにスリット１４を設け、繊維織物１からプリフォーム部材２を成形する際におけるシワの発生を抑制すると共に、繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅにおける炭素繊維１１を切断せずにスリット１４を形成したことにより、製造される複合材料における強度および剛性の低下を防ぐことができる。
【００４４】
本実施例においては、炭素繊維１１を切断しないスリット１４を設けた繊維シート１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅを使用し、ＶａＲＴＭ工法による複合材料の製造について説明したが、本発明に係る繊維織物および複合材料製造方法は、これに限定されない。
【００４５】
例えば、本発明に係る繊維織物をプリプレグ工法による複合材料の製造に使用した場合、または、本発明に係る複合材料製造方法をプリプレグ工法による複合材料の製造に採用した場合には、繊維織物に樹脂を含浸して半硬化状態としたプリプレグ部材を所定の形状に成形する際のシワの発生を抑え、シワの無い複合材料を製造することができる。よって、本発明に係る繊維織物をプリプレグ工法による複合材料の製造に使用した場合においても、複合材料におけるシワの発生を抑制することができるので、製造される複合材料の強度および剛性の低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１      繊維織物
２      プリフォーム部材
２ａ    プリフォーム部材の形状変化部
３      樹脂
４      コック
１０ａ〜１０ｅ  繊維シート
１１    炭素繊維（繊維材）
１２    炭素繊維束（繊維材の束）
１３    ガラス繊維（第二の繊維材）
１４    スリット（切り欠き部）
１５    繊維シートの縁部
２０    成形型
２１    真空バッグフィルム
２２    密閉空間
２３    真空ポンプ
３０    成形型
３１    真空バッグフィルム
３２    密閉空間
３３    真空ポンプ
３４    樹脂タンク
【図１】
0006625354.tif 000002
【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】
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