(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された繊維束を有し、マトリクス樹脂と共に繊維強化樹脂を構成する素材である複数の繊維基材を積層する方法であって、
配列方向に隣り合う前記繊維束の前記配列方向の中央部に比べ、前記繊維束の前記配列方向の端縁部では、前記繊維束を構成する単繊維の密度が小さく、
前記繊維基材が積層されるにあたり、
前記配列方向に隣り合う前記繊維束と前記繊維束との境界部の位置を、前記繊維束を同一方向に向けて連続して積層される前記繊維基材同士の間で合わせた状態で、複数の前記繊維基材を一体化する、
ことを特徴とする繊維基材の積層方法。
【請求項２】
積層される複数の前記繊維基材のそれぞれが前記繊維束間に有する全ての前記境界部の位置を前記繊維基材の相互の間で合わせ、複数の前記繊維基材を一体化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維基材の積層方法。
【請求項３】
前記繊維束は、一方向に揃えて等しいピッチで配列され、
前記繊維束が配列される前記一方向に沿って延びた前記境界部を、積層される前記繊維基材同士の間で積層方向に位置合わせする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維基材の積層方法。
【請求項４】
前記繊維束の表面に散在した熱可塑性樹脂の粒子を加熱して可塑化させることで、
複数の前記繊維基材を接着する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維基材の積層方法。
【請求項５】
前記繊維基材同士の間に、熱可塑性を有するとともに、少なくとも前記繊維基材の厚み方向への前記マトリクス樹脂の通過を許容するシートを配置し、前記シートを加熱して可塑化させることで、
複数の前記繊維基材を接着する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維基材の積層方法。
【請求項６】
配列された繊維束を有し、マトリクス樹脂と共に繊維強化樹脂を構成する素材である複数の繊維基材が、前記繊維束を同一方向に向けて連続して積層された繊維基材群のロールを製造する方法であって、
配列方向に隣り合う前記繊維束の前記配列方向の中央部に比べ、前記繊維束の前記配列方向の端縁部では、前記繊維束を構成する単繊維の密度が小さく、
前記繊維束を用いて前記繊維基材の形態を得るステップと、
前記配列方向に隣り合う前記繊維束と前記繊維束との境界部の位置を合わせた状態で、複数の前記繊維基材を一体化するステップと、
一体化された前記繊維基材を備えた前記繊維基材群を巻き取るステップと、を含む、
ことを特徴とする繊維基材群ロールの製造方法。
【請求項７】
前記一体化するステップでは、
前記境界部の位置を合わせた状態で、前記配列方向に隣り合う前記繊維束と前記繊維束との間を通した繊維により複数の前記繊維基材を縫合する、
ことを特徴とする請求項６に記載の繊維基材群ロールの製造方法。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか一項に記載の繊維基材の積層方法により積層された前記繊維基材からなる繊維基材群と、前記繊維基材群の前記繊維基材における前記繊維束の同一の第１配列方向とは異なる方向である同一の第２配列方向に配列された繊維束を有する繊維基材である別繊維基材を含む複数の繊維基材とから積層体をなすステップと、
前記積層体が配置されたキャビティ内を減圧して前記キャビティ内にマトリクス樹脂を注入することにより、前記積層体をなす前記繊維基材の各々に前記マトリクス樹脂を含浸させるステップと、を備え、
前記マトリクス樹脂を含侵させるステップでは、
前記繊維基材群の前記繊維基材における前記境界部と、前記別繊維基材における前記繊維束間の境界部とが重なる箇所を前記マトリクス樹脂の通路の一部に含んで、前記積層体をなす前記繊維基材の各々に前記マトリクス樹脂を含侵させる、
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形方法。
【請求項９】
請求項６または７に記載の製造方法により製造された前記繊維基材群ロールの前記繊維基材を含む複数の繊維基材から積層体をなすステップと、
前記積層体が配置されたキャビティ内を減圧して前記キャビティ内にマトリクス樹脂を注入することにより、前記積層体をなす前記繊維基材の各々に前記マトリクス樹脂を含浸させるステップと、を備える、
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形方法。
【請求項１０】
前記マトリクス樹脂を含浸させるステップを行うにあたり、
前記積層体上に、前記マトリクス樹脂の流動抵抗が前記繊維基材よりも小さい樹脂拡散媒体を配置する、
ことを特徴とする請求項８または９に記載の繊維強化樹脂成形方法。
【請求項１１】
配列された繊維束を有し、マトリクス樹脂と共に繊維強化樹脂を構成する素材である複数の繊維基材を備えた繊維基材群であって、
配列方向に隣り合う前記繊維束の前記配列方向の中央部に比べ、前記繊維束の前記配列方向の端縁部では、前記繊維束を構成する単繊維の密度が小さく、
複数の前記繊維基材は、
前記繊維束を同一方向に向けて連続して積層され、
前記配列方向に隣り合う前記繊維束と前記繊維束との境界部の位置を合わせた状態で一体化されている、
ことを特徴とする繊維基材群。
【請求項１２】
複数の前記繊維基材は、
熱可塑性の樹脂により互いに接着されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載の繊維基材群。
【請求項１３】
複数の前記繊維基材は、
前記配列方向に隣り合う前記繊維束と前記繊維束との間を通した繊維により縫合されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載の繊維基材群。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の繊維基材群が複数積層されたものに前記マトリクス樹脂が含浸されている繊維強化樹脂成形品。
【請求項１５】
請求項１４に記載の繊維強化樹脂成形品である部材を備えた航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂注入法による繊維強化樹脂成形に用いられる繊維基材を積層する方法、および積層された繊維基材からなる繊維基材群に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空引きにより減圧したキャビティ内に樹脂（マトリクス樹脂）を注入するＶａＲＴＭ（Vacuum assisted Resin Transfer Molding）がコスト競争力の高い繊維強化樹脂成形の手法として行われており、ＶａＲＴＭにより成形された航空機の構造部材が実用化されている。
ＶａＲＴＭを行うにあたり、樹脂の含浸性を向上させるため、繊維基材よりも樹脂の流動抵抗が小さいメッシュ状の樹脂拡散媒体を繊維基材の表面に配置している（特許文献１）。キャビティ内に注入された樹脂は、樹脂拡散媒体を通り繊維基材の表面に沿って拡散され、さらに繊維基材の厚み方向へと含浸される。
【０００３】
繊維基材としては、繊維の束が並行するように配置された一方向繊維基材が用いられている（特許文献２）。繊維基材は成形する部材の厚みに応じた数だけ積層される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３２２９２０号
【特許文献２】特開２００５−２２３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の繊維基材からなる積層体の全体に樹脂が行き渡るように、積層体の各層の繊維基材に樹脂を含浸させる必要がある。樹脂は、繊維基材が有する繊維束と繊維束との境界部を通り抜けて次の層の繊維基材へと含浸される。
しかし、繊維束を同一方向に向けた繊維基材が連続して積層されていると、樹脂の含浸性に劣る。
図９に示すように、繊維基材２０の隣り合う繊維束２１と繊維束２１との境界部２１Ｂに沿って別の繊維基材２０の繊維束２１が配置されていると、繊維基材２０からその下方に配置された繊維基材２０への樹脂の流動が妨げられてしまう。そのため、繊維束２１を同一方向に向けて連続して積層される繊維基材の数が多い程、積層体に未含浸の箇所が残されるおそれがある。
そこで、本発明は、積層された繊維基材の各々に樹脂を十分に含浸させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、配列された繊維束を有し、樹脂（マトリクス樹脂）と共に繊維強化樹脂を構成する素材である複数の繊維基材を積層する方法であって、配列方向に隣り合う繊維束の配列方向の中央部に比べ、繊維束の配列方向の端縁部では、繊維束を構成する単繊維の密度が小さく、複数の繊維基材が積層されるにあたり、配列方向に隣り合う繊維束と繊維束との境界部の位置を、繊維束を同一方向に向けて連続して積層される繊維基材同士の間で合わせた状態で、複数の繊維基材を一体化することを特徴とする。
また、本発明の繊維基材の積層方法において、積層される複数の繊維基材のそれぞれが繊維束間に有する全ての境界部の位置を繊維基材の相互の間で合わせ、複数の繊維基材を一体化することが好ましい。
さらに、本発明の繊維基材の積層方法において、繊維束は、一方向に揃えて等しいピッチで配列され、繊維束が配列される一方向に沿って延びた境界部を、積層される繊維基材同士の間で積層方向に位置合わせすることが好ましい。
【０００７】
本発明によれば、繊維束を同一方向に向けて繊維基材が連続して積層されていたとしても、それらが繊維束と繊維束との境界部の位置を合わせた状態で一体化されているので、樹脂注入法により繊維基材に樹脂を含浸させる際に、境界部を介して繊維基材間の樹脂の流動が確保されている。そのため、積層された繊維基材の各々に樹脂を十分に含浸させることができる。
本発明においては、繊維束を同一方向に向けて繊維基材が連続して積層される枚数が制約されないので、繊維強化樹脂成形品の設計の自由度が向上する。それによって繊維強化樹脂成形品の特性向上にも寄与することができる。
【０００８】
複数の繊維基材を一体化するために、繊維束の表面に散在した熱可塑性樹脂の粒子を加熱して可塑化させることで、複数の繊維基材を接着することができる。
本発明における「熱可塑性樹脂の粒子」には、全体が熱可塑性樹脂から形成された粒子の他、熱可塑性樹脂を主成分としており全体として熱可塑性を有する粒子が包含される。
あるいは、繊維基材同士の間に、少なくとも繊維基材の厚み方向への熱可塑性を有するとともに樹脂の通過を許容するシートを配置し、シートを加熱して可塑化させることで、シートを介して複数の繊維基材を接着することもできる。
その他、任意の接着剤を用いたり、繊維による縫合等の適宜な方法により複数の繊維基材を一体化することができる。
【０００９】
本発明は、配列された繊維束を有し、樹脂と共に繊維強化樹脂を構成する素材である複数の繊維基材が、繊維束を同一方向に向けて連続して積層された繊維基材群のロールを製造する方法であって、配列方向に隣り合う繊維束の配列方向の中央部に比べ、繊維束の配列方向の端縁部では、繊維束を構成する単繊維の密度が小さく、繊維束を用いて繊維基材の形態を得るステップと、配列方向に隣り合う繊維束と繊維束との境界部の位置を合わせた状態で、複数の繊維基材を一体化するステップと、一体化された繊維基材を備えた繊維基材群を巻き取るステップと、を含むことを特徴とする。
複数の繊維基材を一体化するステップでは、繊維束と繊維束との境界部の位置を合わせた状態で、配列方向に隣り合う繊維束と繊維束との間を通した繊維により複数の繊維基材を縫合することが好ましい。
本明細書において「縫合」は、配列方向に隣り合う繊維束と繊維束との間を介して繊維を繊維束群に織り込むことを含むものとする。
【００１０】
繊維基材を形成した後に別途、複数の同一方向の繊維基材を積層して、別の繊維により繊維基材織物として縫合し、繊維基材織物のロールを製作しておけば，部品製造時に同一方向に積層した繊維基材同士を一体化しなくても良いので、より容易に部品が製造できる。
【００１１】
本発明の繊維強化樹脂成形方法は、上述の繊維基材の積層方法により積層された繊維基材からなる繊維基材群と、繊維基材群の繊維基材における繊維束の同一の第１配列方向とは異なる方向である同一の第２配列方向に配列された繊維束を有する繊維基材である別繊維基材を含む複数の繊維基材とから積層体をなすステップと、積層体が配置されたキャビティ内を減圧してキャビティ内にマトリクス樹脂を注入することにより、積層体をなす繊維基材の各々に樹脂を含浸させるステップと、を備え、マトリクス樹脂を含侵させるステップでは、繊維基材群の繊維基材における境界部と、別繊維基材における繊維束間の境界部とが重なる箇所をマトリクス樹脂の通路の一部に含んで、積層体をなす繊維基材の各々にマトリクス樹脂を含侵させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の繊維強化樹脂成形方法においては、樹脂に含浸させるステップを行うにあたり、積層体上に、樹脂の流動抵抗が繊維基材よりも小さい樹脂拡散媒体を配置することが好ましい。
そうすると、キャビティ内に注入された樹脂の多くを樹脂拡散媒体に取り込み、そこから積層体の下方に向けて、繊維束の境界部を介して樹脂を各層へと順次移動させるように、樹脂の流動を制御できる。それによって積層体の全体に樹脂を効率良く含浸させることができる。
【００１３】
本発明の繊維基材群は、配列された繊維束を有し、樹脂と共に繊維強化樹脂を構成する素材である複数の繊維基材を備えた繊維基材群であって、配列方向に隣り合う繊維束の配列方向の中央部に比べ、繊維束の配列方向の端縁部では、繊維束を構成する単繊維の密度が小さく、複数の繊維基材は、繊維束を同一方向に向けて連続して積層され、配列方向に隣り合う繊維束と繊維束との境界部の位置を合わせた状態で一体化されていることを特徴とする。
【００１４】
複数の繊維基材を一体化するために、熱可塑性樹脂により複数の繊維基材を互いに接着したり、配列方向に隣り合う繊維束と繊維束との間を通した繊維により複数の繊維基材を縫合したりすることができる。
【００１５】
本発明の繊維強化樹脂成形品は、上述の繊維基材群が複数積層されたものに樹脂が含浸されている。
【００１６】
本発明の航空機は、上述の繊維強化樹脂成形品としての構造部材を備えている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、積層された繊維基材の各々に樹脂を十分に含浸させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＶａＲＴＭによる繊維強化樹脂成形に用いられる繊維基材への樹脂の含浸を説明するための図である。
【図２】（ａ）は複数の繊維基材の繊維束の配向を示す図である。（ｂ）は配向が異なる繊維基材を示す図である。
【図３】繊維基材の構成を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態の特徴部を示しており、繊維束を同一方向に向けて連続して積層された繊維基材からなる繊維基材群の部分断面図である。補助繊維の図示は省略している。（ｂ）は、積層体内部における樹脂の流れの一例を示す模式図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係る繊維基材群の部分断面図である。
【図６】（ａ）は第２実施形態に係る繊維基材群の部分断面図である。（ｂ）は第２実施形態の変形例に係る繊維基材群の部分断面図である。
【図７】縫合により一体化された繊維基材群のロールを製造するステップを示す図である。
【図８】本発明の変形例に係る繊維基材群の部分断面図である。
【図９】比較例に係る繊維基材群の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品は、ＶａＲＴＭにより繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂から成形されている。かかる繊維強化樹脂成形品は、例えば、航空機の構造部材として用いることができる。
繊維強化樹脂成形品を形成する繊維強化樹脂を構成する素材として、図１に示す繊維基材２０の積層体１０が用いられる。
積層体１０は、複数のシート状の繊維基材２０が厚み方向に積層されたものである。成形する繊維強化樹脂成形品の厚みに応じた数の繊維基材２０が積層されている。
【００２０】
積層体１０を用いて繊維強化樹脂成形を行う際は、図１に示すように、成形品の形状に対応する成形型１１とバッグフィルム１２との間の密閉されたキャビティ１４内に、積層体１０を配置する（積層体配置ステップ）。そして、真空引きによってキャビティ１４内を減圧させることで、樹脂の供給源からキャビティ１４内へと樹脂を注入して積層体１０の繊維基材２０に含浸させる（樹脂含浸ステップ）。
繊維基材２０に含浸される樹脂（マトリクス樹脂）としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を好ましく用いることができる。
繊維基材２０に樹脂が含浸されたならば、ヒーターマットやオーブン等の加熱装置によりマトリクス樹脂を加熱して硬化させることで繊維強化樹脂を成形する。
樹脂を含浸および硬化させる過程を通じてキャビティ１４内の減圧を継続することにより、キャビティ１４内と大気との圧力差により繊維基材２０および樹脂を加圧して緻密化させることができる。
【００２１】
積層体１０上には、キャビティ１４内に注入された樹脂を拡散させる樹脂拡散媒体１５を配置することが好ましい。樹脂拡散媒体１５は、樹脂の流動抵抗が繊維基材２０よりも小さいため樹脂の通路として機能する。例えば、メッシュ状の部材を樹脂拡散媒体１５として用いることができる。
キャビティ１４内に注入された樹脂は、樹脂拡散媒体１５を通り積層体１０の表面に沿って流通し、さらに積層体１０の各層へと順次含浸される。
【００２２】
積層体１０を構成する繊維基材２０は、図２（ａ）に示すように、繊維束２１が並行するように配列された一方向繊維基材である。繊維基材２０に含まれる繊維束２１は、単一の方向に延びている。
繊維基材２０は、図３に示すように、複数の繊維束２１からなる繊維束群２１０と、繊維束群２１０の繊維束２１を配列した状態にまとめる補助繊維２２，２３とを有している。繊維束群２１０および補助繊維２２，２３は、一体の織物に形成されている。
【００２３】
繊維束２１は、多数の強化繊維が同一方向に引き揃えられたものである。強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の適宜な繊維を用いることができる。
繊維束２１は、加圧により平坦に形成されている。繊維束２１の幅は、例えば、数ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、繊維束２１の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ〜数ｍｍである。繊維束２１の厚みが繊維基材２０の厚みにほぼ相当する。繊維束２１を構成する単繊維がバラけないように、単繊維の表面に例えばエポキシ系の樹脂からなるサイジング剤が塗布されていることが好ましい。
【００２４】
繊維束２１は、等しいピッチで配列されている。本実施形態では、配列方向に隣り合う繊維束２１と繊維束２１との境界部２１Ｂに隙間Ｓｐ１が存在しているが、境界部２１Ｂに必ずしも隙間Ｓｐ１が存在している必要はない。
境界部２１Ｂは、マトリクス樹脂が流れる経路として機能し、図３に示すように、隣り合う繊維束２１，２１間の隙間Ｓｐ１と、繊維束２１，２１の各々の幅方向の端縁部２１Ｃとを含んでいる。繊維束２１の端縁部２１Ｃは、繊維束２１の幅方向の中央部に比べて単繊維の密度が小さいので、マトリクス樹脂が端縁部２１Ｃを通過することができる。
【００２５】
補助繊維である縦繊維２２は、図３に示すように、境界部２１Ｂの位置で繊維束２１の長さ方向に沿って延びている。
一方、補助繊維である複数の横繊維２３は、繊維束２１の幅方向（配列方向）に沿って配置されている。繊維基材２０を平面視すると、縦繊維２２および横繊維２３は格子状をなしている。
横繊維２３は、境界部２１Ｂの位置で縦繊維２２をくぐり抜けながら繊維基材２０の片面で繊維束群２１０を横断するように配置されている。例えば、繊維基材２０の第１面２０Ａに位置する横繊維２３は、境界部２１Ｂの位置で縦繊維２２をくぐり抜けながら第１面２０Ａに沿って延出している。また、繊維基材２０の第２面２０Ｂに位置する横繊維２３は、境界部２１Ｂの位置で縦繊維２２をくぐり抜けながら第２面２０Ｂに沿って延出している。
縦繊維２２および横繊維２３により、繊維束群２１０の繊維束２１が分離することなく一体にまとめられている。
縦繊維２２および横繊維２３として、ガラス繊維や炭素繊維等からなる繊維束を用いることができ、その束は、繊維強化樹脂成形品の強度を受け持つ繊維束２１よりも細い。後述する補助繊維２７，２８，２９についても同様である。
縦繊維２２および横繊維２３は、繊維束２１の位置がずれるのを防いでいる。
【００２６】
繊維基材２０は、繊維束２１の長さ方向に強度を有する。繊維基材２０により、成形品に必要な複数の方向の強度が得られるように、繊維束２１の方向に基づいて繊維基材２０を配向している。
【００２７】
図２（ａ）は、積層体１０の繊維基材２０の配向の一例を示している。
積層体１０は、複数の繊維基材２０（２０１〜２０８）を備えている。繊維基材２０１〜２０８は、積層体１０の厚み方向にこの順に積層されている。繊維基材２０１〜２０８を特に区別しない場合には、単に繊維基材２０と称する。
繊維基材２０１〜２０３は、いずれも繊維束２１を第１方向Ｄ１に向けて配置されている。これらを繊維基材群Ｇ１と称する。
繊維基材２０４は、繊維束２１を第２方向Ｄ２に向けて配置されている。
繊維基材２０５〜２０７は、いずれも繊維束２１を第３方向Ｄ３に向けて配置されている。これらを繊維基材群Ｇ２と称する。
繊維基材２０８は、繊維束２１を第４方向Ｄ４に向けて配置されている。
第４方向Ｄ４を基準（０°）とすると、第４方向Ｄ４に対して第３方向Ｄ３、第２方向Ｄ２、および第１方向Ｄ１がなす角度をそれぞれ、４５°、９０°、−４５°に定めることができる。
【００２８】
上記のように、積層体１０は、繊維束２１を同一方向に向けて連続して積層された繊維基材２０からなる繊維基材群Ｇ１および繊維基材群Ｇ２を備えている。
繊維束２１を同一方向に向けて繊維基材２０が連続して積層されている場合に、図９に示すように、繊維束２１，２１間の境界部２１Ｂに沿って次の層の繊維基材２０の繊維束２１が配置されているとする。そうすると層間の樹脂の通路が繊維束２１の長さ方向の全体に亘り塞がれてしまう。
一方、図２（ａ）に示す繊維基材２０３および繊維基材２０４のように繊維束２１を異なる方向に向けて積層されている場合は、図２（ｂ）に繊維基材２０３，２０４を抜き出して示すように、繊維基材２０３における繊維束２１，２１間の境界部２１Ｂと、繊維基材２０４における繊維束２１，２１間の境界部２１Ｂとが交差する箇所Ｘ（白色の箇所）に、層間の樹脂の通路が残される。
【００２９】
本実施形態では、繊維束２１を同一方向に向けて連続して積層される繊維基材２０同士の間で、繊維束２１，２１間の境界部２１Ｂの位置を合わせることにより、層間方向にも樹脂を流通させている。
図４（ａ）に示すように、配列方向に隣り合う繊維束２１，２１間の境界部２１Ｂの位置が、繊維束２１を同一方向に向けて連続して積層される繊維基材２０１〜繊維基材２０３の間で合致している。
繊維束２１は等ピッチで配列されているので、繊維基材２０１が有するすべての繊維束２１の隣り合うもの同士の境界部２１Ｂのいずれも、繊維基材２０２における境界部２１Ｂと位置が合致している。
上記に加えて、繊維基材２０２と繊維基材２０３との間でも、境界部２１Ｂの位置が合致している。
したがって、繊維基材２０１における境界部２１Ｂと、繊維基材２０２における境界部２１Ｂと、繊維基材２０３における境界部２１Ｂとにより、繊維基材群Ｇ１の積層方向（厚み方向）に連通した樹脂経路２５が形成されている。
【００３０】
繊維基材群Ｇ２の繊維基材２０５〜２０７（図２（ａ））の相互の間においても、図示は省略するが、繊維基材群Ｇ１と同様に、境界部２１Ｂの位置が合致しており、それによって繊維基材群Ｇ２の積層方向に連通した樹脂経路２５が形成されている。
【００３１】
図４（ａ）に示すように境界部２１Ｂの位置が合致した状態で、繊維基材群Ｇ１の繊維基材２０１〜２０３は一体化されている。繊維基材２０１〜２０３が一体化されていることで、取り扱いが容易であるだけでなく、繊維基材２０１〜２０３の相互の間で境界部２１Ｂの位置がずれることを防ぐことができる。
繊維基材２０１〜２０３は、繊維束２１の少なくとも一面に散在した熱可塑性パウダー２４を加熱により可塑化することで互いに接着されている。熱可塑性パウダー２４の可塑化による接着後も、積層された繊維基材間に樹脂の通過を許容する間隙Ｓｐ２が残されている。
熱可塑性パウダー２４の材料としては、例えば、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン樹脂）等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
繊維基材群Ｇ２の繊維基材２０５〜２０７も、同様に、熱可塑性パウダー２４の可塑化により互いに接着されることで一体化されている。
【００３２】
図１に示すようにキャビティ１４内に積層体１０を配置し、真空引きにより樹脂をキャビティ１４内に注入すると、繊維基材２０に比べて多くの樹脂が樹脂拡散媒体１５に優先的に導入される。そして、樹脂拡散媒体１５から積層体１０の各層へと、以下で説明するように樹脂が含浸される。
図４（ｂ）に、積層体１０の内部における樹脂の流れの一例を矢印で示す。積層体１０の全体に樹脂を含浸させるためには、積層体１０の層間で樹脂を流し、最下層の繊維基材２０８にまで樹脂を到達させることが重要である。
樹脂拡散媒体１５に導入された樹脂が最上層の繊維基材２０１（図４（ａ））に供給されると、繊維基材２０１から繊維基材２０２へと樹脂経路２５を通じて樹脂が到達する。
同様に、繊維基材２０２の次の層である繊維基材２０３へも樹脂経路２５を通じて樹脂が到達する。
そして、繊維束２１を異なる方向に向けて積層された繊維基材２０３，２０４（図２（ｂ））の間は、繊維基材２０３における境界部２１Ｂと繊維基材２０４における境界部２１Ｂとが交差する箇所Ｘを通じて樹脂が流れる。同じく繊維束２１を異なる方向に向けて積層された繊維基材２０４，２０５の間についても同様である。
繊維基材２０５に到達した樹脂は、繊維束２１を同一方向に向けて積層されている繊維基材群Ｇ２の繊維基材２０５〜２０７により形成される樹脂経路２５を通じて繊維基材２０５から繊維基材２０６へと、そして繊維基材２０６から繊維基材２０７へと到達する。
さらに、繊維基材２０７とは繊維束２１を異なる方向に向けて積層された繊維基材２０８にも、繊維基材２０７における境界部２１Ｂと繊維基材２０８における境界部２１Ｂとの交差箇所Ｘを通じて樹脂が到達する。
【００３３】
上記のように積層体１０の層間で樹脂が流通することと並行して、積層された繊維基材２０の間の間隙Ｓｐ２（図４（ａ））を樹脂が通り繊維基材２０の面内方向（繊維束２１の長さ方向および配列方向）に流通する。このとき、境界部２１Ｂの位置で面内方向に沿っている縦繊維２２と、繊維束２１の配列方向に沿っている横繊維２３と、繊維基材２０間のスペーサーとして機能する熱可塑性パウダー２４が、それぞれ樹脂の面内方向の流通を促進する。
以上で説明した層間と、各層の面内方向への樹脂の流通により、積層体１０の全体に樹脂が行き渡る。積層体１０に含まれた樹脂は、真空に保持されたキャビティ１４内と大気との圧力差による加圧に伴い、繊維束２１の内部にも含浸する。
【００３４】
本実施形態では、繊維束２１を同一方向に揃えるように配向された繊維基材２０が、繊維基材群Ｇ１・Ｇ２毎に、繊維束２１，２１間の境界部２１Ｂの位置を合わせて一体化されていることにより、繊維基材群Ｇ１・Ｇ２毎に層間の樹脂の流通が確保されている。そのため、繊維基材群Ｇ１、繊維基材２０４、繊維基材群Ｇ２、および繊維基材２０８を備えた積層体１０の各層に樹脂が十分に含浸される。
つまり、樹脂が含浸されていない未含浸の領域が積層体１０に残されないので、繊維強化樹脂成形品の歩留まりが向上する。
【００３５】
本実施形態の積層体１０が備える繊維基材２０１〜２０８の配向および積層数は、一例に過ぎず、本実施形態よりも多くの数だけ、繊維束２１を同一方向に向けた繊維基材２０が連続して積層されていたとしてもそれらの繊維基材２０が繊維束２１，２１間の境界部２１Ｂの位置を合わせて一体化されている限り、繊維基材２０の各々に樹脂を十分に含浸させることができる。
【００３６】
本実施形態によれば、繊維束２１を同一方向に向けて繊維基材２０が連続して積層される枚数が制約されないので、繊維強化樹脂成形品の設計の自由度が向上する。それによって繊維強化樹脂成形品の力学的特性向上にも寄与することができる。
【００３７】
〔第１実施形態の変形例〕
繊維基材群Ｇ１・Ｇ２毎に繊維基材２０を一体化させるため、熱可塑性パウダー２４に代えて、図５に示す熱可塑性の不織布２６や、目の粗い織物を用いることができる。
不織布２６は、繊維束２１を同一方向に向けて連続して積層された繊維基材２０同士の間に配置されている。
不織布２６は、絡み合った繊維がシート状に成形されたものであり、繊維間の隙間により積層方向および面内方向への樹脂の通過を許容する。不織布２６は、繊維束２１よりもマトリクス樹脂の流動抵抗が小さい。
不織布２６の材料としては、例えば、熱可塑性パウダー２４の材料として例示した熱可塑性樹脂を用いることができる。
不織布２６を加熱により可塑化することで、不織布２６を介して繊維基材２０同士を接着することができる。不織布２６は、可塑化による接着後においても、マトリクス樹脂の流動抵抗が小さい状態を維持している。
不織布２６に代えて、積層方向への樹脂の通過を許容するとともに熱可塑性を有する適宜なシート状の部材を用いることができる。その部材は貫通穴を有する形状に形成されていてもよいし、メッシュ状に形成されていてもよい。
【００３８】
〔第２実施形態〕
次に、図６を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。
第２実施形態では、繊維束２１を同一方向に向けて連続して積層される繊維基材２０を一体化させるために、補助繊維２７を用いる。
【００３９】
図６（ａ）に示すように、繊維基材群Ｇ１をなす繊維基材２０１〜２０３は、隣り合う繊維束２１，２１間を通される補助繊維２７により繊維束の配列方向に沿って縫合されている。
補助繊維２７は、繊維基材群Ｇ１の一面側に位置する繊維基材２０１と、繊維基材群Ｇ１の他面側に位置する繊維基材２０３との間で厚み方向に交互に渡される補助繊維２７Ａおよび補助繊維２７Ｂからなる。
補助繊維２７Ａ，２７Ｂにより、境界部２１Ｂの位置が合うように繊維基材２０１〜２０３が位置決めされるとともに一体化される。
繊維基材群Ｇ２をなす繊維基材２０５〜２０７についても、同様に補助繊維２７Ａ，２７Ｂにより一体化される。
補助繊維２７Ａ，２７Ｂは、配列される繊維束２１の位置がずれるのを防いでいる。その一方で、繊維基材２０の成形型１１への追従を規制しないように、補助繊維２７Ａ，２７Ｂの長さは余裕を持って定められている。
成形型１１への追従により繊維束２１が多少ずれて、図８に示すように繊維束２１間の境界部２１Ｂの位置が繊維基材２０間でシフトしたとしても、後述するように層間の樹脂の流動が確保されている。
【００４０】
補助繊維２７Ａ，２７Ｂは、図３に示す縦繊維２２および横繊維２３を兼ねていてもよい。つまり、縦繊維２２および横繊維２３に代えて、補助繊維２７Ａ，２７Ｂにより繊維束２１をまとめ、それによって繊維基材２０の形態を得ることができる。
【００４１】
繊維基材２０１〜２０３を一体化するために、図６（ｂ）に示すように、補助繊維２８および補助繊維２９による縫合形態を採用することもできる。
補助繊維２８は、図３に示す縦繊維２２と同様に、隣り合う繊維束２１と繊維束２１との間で、繊維束２１の長さ方向に沿って配置されている。つまり、縦繊維２２を補助繊維２８として用いることができる。
【００４２】
補助繊維２９は、図３に示す横繊維２３とほぼ同様に、縦繊維２２をくぐり抜けながら繊維束２１を配列方向に横断している。補助繊維２９は、繊維基材群Ｇ１の一面側に位置する繊維基材２０１に沿って配置される補助繊維２９Ａと、繊維基材群Ｇ１の他面側に位置する繊維基材２０３に沿って配置される補助繊維２９Ｂとからなり、補助繊維２９Ａと補助繊維２９Ｂとは補助繊維２８を介して結合している。
【００４３】
図６（ａ）に示す補助繊維２７Ａ，２７Ｂにより、または図６（ｂ）に示す補助繊維２８および補助繊維２９Ａ，２９Ｂにより、縫合されて一体化されることで、繊維束２１を同一方向に向けて連続して積層される繊維基材２０間における樹脂の流通が確保される。そのため、積層体１０の全体に亘り樹脂を十分に含浸させることができる。
【００４４】
補助繊維２７Ａ，２７Ｂ等による縫合は、繊維基材群Ｇ１（または繊維基材群Ｇ２。以下同様）のロールを製造する過程で行うことが好ましい。かかる繊維基材群ロールを製造する製造設備は、繊維束２１を同一方向に引き揃える装置と、同じ繊維基材２０を構成する繊維束２１同士をまとめるととともに、積層される繊維基材２０同士を縫合する装置と、縫合により得られた繊維基材群を巻き取る回転体とを備えている。
【００４５】
繊維基材群ロールを製造するステップを図７に示すように、まず、繊維束２１を同一方向に引き揃えて配列させることで繊維基材２０の基本形態を得る（ステップＳ１）。繊維基材群Ｇ１として積層される繊維基材２０１〜２０３の数の分だけの繊維束群２１０（図３）が用意されることとなる。
次に、補助繊維２７Ａ，２７Ｂをそれぞれ通した針を繊維束２１の配列方向に運針し、繊維基材２０１〜２０３の各々における繊維束２１，２１間に補助繊維２７Ａ，２７Ｂを通して繊維基材２０１〜２０３を縫合する（ステップＳ２）。
針を通す繊維束２１，２１間の位置を特定するために公知の画像処理を用いることで繊維束２１，２１間に正確に針を通すことができるし、先端が丸い（例えば球状）針を用いると、針の先端が繊維束２１を押しのけて繊維束２１，２１間に入るので、繊維束２１のピッチが少々乱れていたとしても、繊維束２１，２１間に補助繊維２７を問題なく通すことができる。
【００４６】
そして、縫合された繊維基材２０１〜２０３を巻き取ることで（ステップＳ３）、繊維束２１を同一方向に向け、かつ境界部２１Ｂの位置を合わせた状態で積層された繊維基材２０からなる繊維基材群のロールを得ることができる。
【００４７】
補助繊維２８および補助繊維２９Ａ，２９Ｂを用いる場合は、補助繊維２８を繊維束２１，２１間に沿って繰り出すとともに、補助繊維２９Ａ，２９Ｂをそれぞれ通した針を繊維束２１の配列方向に運針することで、繊維基材群のロールを得ることができる。
【００４８】
繊維基材群をなす繊維基材２０を一体化するために熱可塑性パウダー２４を用いる場合であっても、繊維基材群のロールを得ることができる。
つまり、積層される繊維基材２０の数の分だけ用意される繊維束群２１０の間で境界部２１Ｂの位置を合わせ、繊維束２１の表面に付着した熱可塑性パウダー２４を加熱により可塑化することで、繊維基材２０同士が接着された状態で巻き取られた繊維基材群ロールを得ることができる。
熱可塑性の不織布２６を用いる場合も、積層方向に並行する繊維束群２１０の間で境界部２１Ｂの位置を合わせ、繊維束群２１０間に介在させた不織布２６を加熱により可塑化することで、繊維基材２０同士が接着された状態で巻き取られた繊維基材群ロールを得ることができる。
【００４９】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【００５０】
図８には、積層される繊維基材２０１〜２０３のそれぞれの境界部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を示している。これらの境界部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、各々、配列方向に隣り合う繊維束２１，２１の幅方向の端縁部２１Ｃを含んで構成されている。
図８に示すように、繊維基材２０１の境界部Ｂ１の位置に対して、繊維基材２０２の境界部Ｂ２の位置は繊維束２１の配列方向にシフトしている。
また、繊維基材２０２の境界部Ｂ２の位置に対して、繊維基材２０３の境界部Ｂ３の位置は繊維束２１の配列方向にシフトしている。
繊維基材２０１，２０２間で見ると、それらの積層方向に投影した際の境界部Ｂ１の投影範囲に境界部Ｂ２の一部が含まれている。そのため、繊維基材２０１，２０２間で樹脂が流動する。また、繊維基材２０２，２０３間で見ると、それらの積層方向に投影した際の境界部Ｂ２の投影範囲に境界部Ｂ３の一部が含まれているため、やはり繊維基材２０２，２０３間で樹脂が流動する。
上記の如く、繊維基材群の層間で樹脂が順次流動する限り、隣り合う繊維束と繊維束との境界部の位置が、積層される繊維基材間でシフトしている場合も許容される。
【００５１】
本発明は、キャビティ１４内を減圧させることで樹脂をキャビティ１４内に注入する樹脂注入法に用いられる繊維基材に関して広く適用することができる。例えば、積層体１０の全体を収容する成形型の外部から圧力を加えて成形する場合であっても、成形型の内部（キャビティ）を減圧させて樹脂を注入する限り、本発明を適用可能である。
【００５２】
本発明は、繊維基材に含浸させるマトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることも許容する。
本発明に係る繊維強化樹脂成形品は、航空機が備える部材の他、例えば、風車の翼等にも用いることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０      積層体
１１      成形型
１２      バッグフィルム
１４      キャビティ
１５      樹脂拡散媒体
２０      繊維基材
２１      繊維束
２１Ｂ    境界部
２１Ｃ    端縁部
２２      縦繊維
２３      横繊維
２４      熱可塑性パウダー（熱可塑性の粒子）
２５      樹脂経路
２６      不織布
２７〜２９      補助繊維
２０１〜２０８      繊維基材
２１０    繊維束群
Ｄ１      第１方向
Ｄ２      第２方向
Ｄ３      第３方向
Ｄ４      第４方向
Ｇ１，Ｇ２      繊維基材群
Ｓｐ１    隙間
Ｓｐ２    間隙
Ｘ        交差箇所
【図１】
0006661273.tif 000002
【図２】
0006661273.tif 000003
【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】
0006661273.tif 000008
【図８】
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【図９】
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