(57)【要約】【課題】繊維体積含有率が均一で部材の強度が向上し、容易に製造することができるようにした３次元繊維強化複合材ラグを提供する。【解決手段】２次元配列糸層を形成する経糸５１、緯糸５２およびバイアス糸５３，５４は、予め定める複数の応力分担領域にわたり、主たる発生応力に抗する方向に張架される。互いに異なる配向パターンＡ１〜Ｆ２を有する複数の２次元配列糸層を必要強度に応じ、かつ各応力分担領域における繊維配向率Ｖｆ　が相互に均等になるように選択的に積重し、垂直糸６２によって各２次元配列糸層を結合して３次元織物が形成され、この３次元織物にマトリックス６１を充填して一体化させて３次元繊維強化複合材ラグが形成される。【選択図】　　　図１
2004099648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想一平面上で、長手方向に平行に張架される経糸と、長手方向に垂直な幅方向に平行に張架される緯糸と、長手方向または幅方向に関して交差するバイアス方向に平行に張架されるバイアス糸とを、前記仮想一平面に垂直な厚み方向に挿入される垂直糸によって結合して３次元織物が形成され、この３次元織物にマトリックスを充填して一体化させた３次元繊維強化複合材ラグにおいて、
前記仮想一平面上で経糸、緯糸およびバイアス糸のいずれかを、予め定める複数の応力分担領域毎に、各応力分担領域に隣接する他の応力分担領域にわたって主たる発生応力に抗する方向に張架して、相互に異なる配向パターンを有する複数の２次元配列糸層が形成され、各２次元配列糸層は、各応力分担領域の前記発生応力に抗する必要強度に応じ、かつ各応力分担領域の繊維体積含有率が相互に均等になるように選択的に積重されることを特徴とする３次元繊維強化複合材ラグ。
【請求項２】
前記予め定める複数の応力分担領域は、厚み方向に貫通する透孔を形成してブッシングが嵌着される面圧部と、面圧部の幅方向両側に連なり、長手方向に延びる一対の軸力部と、面圧部および各軸力部の長手方向一端部に連なる端末部と、各軸力部間で、各軸力部に幅方向に連なりかつ面圧部の長手方向他端部に連なって長手方向に延びる中間部とに分割されることを特徴とする請求項１記載の３次元繊維強化複合材ラグ。
【請求項３】
面圧部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、少なくとも７０％のバイアス糸を含有することを特徴とする請求項２記載の３次元繊維強化複合材ラグ。
【請求項４】
軸力部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積量に対して、４５〜７０％の経糸と、３０〜５５％のバイアス糸とを含有することを特徴とする請求項２または３記載の３次元繊維強化複合材ラグ。
【請求項５】
端末部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、５０〜８０％のバイアス糸と、２０〜５０％の経糸および緯糸とを含有することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の３次元繊維強化複合材ラグ。
【請求項６】
中間部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、少なくとも７０％のバイアス糸を含有することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の３次元繊維強化複合材ラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、宇宙機、自動車、船舶、建築物および製造加工装置などの構造用部材として好適に実施することができる３次元繊維強化複合材ラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
基材であるマトリックス相と、強化材として繊維を用いる分散相とから成る繊維強化複合材料は、航空機を始め、各種の分野で構造用部材として用いられている。特に、航空機の翼胴結合に用いられるラグジョイントなどと呼ばれる繊維強化複合材ラグは、ボルトの軸部またはピンが挿通する面圧部に集中的に大きな力が作用するため、一般構造用部材よりも高い機械的強度特性が要求され、この機械的強度特性の改善に大きな影響を与える１つの要因として、強化繊維の組織構成が重要視されている。
【０００３】
図３０は、第１の従来技術の３次元繊維強化複合材ラグ１の繊維配向状態を簡略化して示す一部の正面図であり、この従来技術は特公平７−８１２２５号公報に示されている。ラップラウンドフィッティグ用の３次元繊維強化複合材ラグ（以下、単に「複合材ラグ」と略記する場合がある）１は、図３０の紙面に平行な仮想一平面上で複合材ラグ１の長手方向Ｘに平行に張架される経糸２と、長手方向Ｘに垂直な幅方向Ｙに平行に張架される緯糸３と、長手方向Ｘに関して±４５°でそれぞれ交差する各バイアス方向Ｂ１，Ｂ２に張架されるバイアス糸４，５と、前記仮想一平面に垂直な厚み方向Ｚに交互に折返した状態で挿入される垂直糸とによって３次元織物を形成し、この３次元織物とマトリックスとを一体化させた複合材である。このような３次元織物は、図３０に示されるように垂直に立設された複数のピン１２を有する３次元織物製作治具６の各ピン１２に経糸２、緯糸３および各バイアス糸４，５を巻掛け、最後にピン１２を垂直糸と交換して織りあげられる。
【０００４】
複合材ラグ１の長手方向Ｘの一端部の端末部１０には、複合材ラグ１を厚み方向Ｚに挿通する金属製のブッシング９が嵌着され、このブッシング９の周囲には、前記経糸２が同心円上に巻掛けられるとともに、緯糸３が放射状に張架される。なお、複合材ラグ１は図３０では長手方向Ｘ一方側のみ示してあり、他方側も一方側と同様の構成を備える。以下の図においても同様である。
【０００５】
このような複合材ラグ１のブッシング９にはボルトまたはピンが挿通され、このボルトまたはピンを介して複合材ラグ１に長手方向Ｘに引張荷重Ｆａが作用すると、図３１（ａ）に示されるように複合材ラグ１に応力が発生する。すなわち、端末部１０でブッシング９の周囲に巻掛けられ、中間部１１で長手方向Ｘに延びる経糸２によって、中間部１１および端末部１０から中間部１１にわたって長手方向Ｘに引張応力Ｓ１，Ｓ２が生じるとともに、端末部１０で周方向に引張応力Ｓ３が生じる。また経糸２が引張られることによって、端末部１０には放射状に圧縮応力Ｐ１が作用する。
【０００６】
また前記ボルトを介して複合材ラグ１に長手方向Ｘに圧縮荷重Ｆｂが作用すると、図３１（ｂ）に示されるように複合材ラグ１に応力が発生する。すなわち、中間部１１に、ブッシング９を中心として放射状に圧縮応力Ｐ２が生じるとともに、長手方向Ｘに圧縮応力Ｐ３が生じる。
【０００７】
このような第１の従来技術では、端末部１０でブッシング９の周囲に同心円上に張架され、かつ中間部１１で長手方向Ｘに張架される経糸２によって、引張力Ｆａに抗する大きな強度を達成し得るが、端末部１０では経糸２が同心円状に張架されるので、端末部１０のブッシング９周縁部での繊維体積含有率Ｖｆ　が局所的に高くなり、そのために複合材ラグ１全体の繊維体積含有率Ｖｆ　を高くすることが困難となり、部材全体として比強度も高くできない。
【０００８】
また中間部１１では、３次元織物製作治具６のピン１２が長手方向Ｘおよび幅方向Ｙに平行な格子状配列でよいのに比べて端末部１０では、経糸２および緯糸３を巻掛けるためのピン１２を円弧状ないしは放射状に配列しなければならないため、中間部１１とは異なるピン配列を必要とし、３次元織物製作治具６の製造に手間がかかり、３次元織物製作治具６の製造コストも高価になってしまう。また３次元織物製作治具６の汎用性も低くなる。このような位置によって繊維体積含有率Ｖｆ　が異なる複合材ラグ１に対して、繊維体積含有率Ｖｆ　の均一な複合材ラグを次に示す。
【０００９】
図３２は、第２の従来技術の複合材ラグ２９の繊維配向状態を簡略化して示す一部の正面図である。複合材ラグ２９は、予め強化繊維に合成樹脂を含浸させて半硬化状態にした形成材料であるプリプレグ４３〜４６を積重させて形成される２次元繊維複合材である。プリプレグ４３は、図３３（１）に示され、バイアス方向Ｂ１に複数のバイアス糸３２が一様に張架され、プリプレグ４４は、図３３（２）に示され、バイアス方向Ｂ２に複数のバイアス糸３３が一様に張架され、プリプレグ４５は、図３３（３）に示され、長手方向Ｘに複数の経糸３０が一様に張架され、プリプレグ４６は、図３３（４）に示され、複数の緯糸３１が幅方向Ｙに一様に張架される。このような各プリプレグ４３〜４６は、長手方向に一様に張架された強化繊維に合成樹脂を含浸させた帯状のプリプレグテープを切って幅方向に並べて形成される。たとえばプリプレグ４４の場合には、強化繊維が所定領域全面にわたってバイアス方向Ｂ２に一様に張架されるように複数のプリプレグテープを幅方向に並べて形成される。他のプリプレグ４３，４５，４６の場合も同様である。このような各プリプレグの積重順序の一例を参照符で最上層から示すと、４３／４４／４５／４６／４６／４５／４４／４３となり、この状態は図３４に示される。このように積重した後、加熱硬化させ、透孔４７を形成し、ブッシング３６が嵌着されて複合材ラグ２９は形成される。このような複合材ラグ２９では図２８に示される複合材ラグ１と異なり、部材全体で繊維体積含有率Ｖｆ　が均一となる。
【００１０】
複合材ラグ２９に引張荷重Ｆａが作用すると、複合材ラグ２９には図３５（ａ）に示されるように応力が発生する。すなわち中間部３５には長手方向Ｘに引張応力Ｓ４が発生し、端末部３４にはブッシング３６を中心としてバイアス方向Ｂ１，Ｂ２および幅方向Ｙに引張応力Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７が発生するとともに、これらの引張応力Ｓ５，Ｓ６に交差する方向に圧縮応力Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が発生する。また、複合材ラグ２９に圧縮荷重Ｆｂが作用すると、図３５（ｂ）に示されるように、中間部３５で長手方向Ｘに圧縮応力Ｐ６が生じ、ブッシング３６を中心として放射状に圧縮応力Ｐ７が発生する。
【００１１】
このような複合材ラグ２９では、引張荷重Ｆａが作用したとき、経糸３０が多い場合には、端末部３４に図３２の参照符４１で示されるように剪断破壊が生じ、また経糸３０が少ない場合には、ブッシング３６の幅方向Ｙ両側で参照符４２で示されるように、引張破壊が生じる。前記剪断破壊を防止するためには、端末部３４の長手方向Ｘの長さＬ１を大きくして引張荷重Ｆａをうけもつ面積を大きくすればよいが、複合材ラグ２９が大形化してしまう。また前記引張破壊を防止するためには、複合材ラグ２９のブッシング３６の幅方向Ｙ両側の幅Ｌ２，Ｌ３を大きくして経糸３０を多くすればよいが、この場合も複合材ラグ２９が大形化してしまう。しかも前記剪断破壊および引張破壊は、破壊モードが脆性的であるため、機械要素として扱いにくく、適用部位が制限されるという問題がある。
【００１２】
図３６は、第３の従来技術の複合材ラグ１３の一部を示す斜視図である。この複合材ラグ１３は、厚み方向Ｚに挿通する金属製のブッシング２１が嵌着される面圧部２２と、面圧部２２の幅方向Ｙ両側に連なり、長手方向Ｘに延びる一対の軸力部２３，２４と、面圧部２２および各軸力部２３，２４の長手方向Ｘの一端部に連なる端末部２５とに応力分担領域が分割され、図３７（ａ）〜図３７（ｍ）に示される各プリプレグ１３ａ〜１３ｍが選択的に積重されて形成される２次元繊維複合材である。各プリプレグ１３ａ〜１３ｍは図３７に示されるように、各応力分担領域が組合せられ、それぞれのプリプレグ１３ａ〜１３ｍに経糸１４、緯糸１５またはバイアス糸１６，１７のうちのいずれか１つが一様に平行に張架される。複合材ラグ１３は、厚み方向Ｚに上下対称であるので、プリプレグ１３ａ〜１３ｍの積重の組合せの一例を最上層から中央まで、各プリプレグの参照符を省略し、アルファベットのみで順に示すと、ｈ／ｉ／ｈ／ｉ／ｋ／ｊ／（ａ＋ｂ）／（ａ＋ｃ）／（ａ＋ｅ＋ｍ）／（ｄ＋ｆ）となり、中央から最下層までは上記の組合せの逆となる。このように各プリプレグ１３ａ〜１３ｍを積重させた後、加熱硬化させ、面圧部２２に透孔を形成してブッシング２１を嵌着させて複合材ラグ１３は形成される。
【００１３】
このようにして形成された複合材ラグ１３の面圧部２２には、経糸１４、緯糸１５およびバイアス糸１６，１７の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、バイアス糸１６，１７は８０％、経糸１４は１０％、緯糸１５は１０％含有され、軸力部２３，２４には、前記繊維体積含有量に対して、経糸１４は５０％、緯糸１５は１０％、バイアス糸１６，１７は４０％含有され、端末部２５には、前記繊維体積含有量に対して、経糸１４は２０％、緯糸１５は２０％、バイアス糸１６，１７は６０％含有される。
【００１４】
このような複合材ラグ１３に引張荷重Ｆａが作用すると、図３８（ａ）に示されるように、面圧部２２に引張応力Ｓ１１が発生するとともに、面圧部２２から端末部２５にわたってブッシング２１を中心として圧縮応力Ｐ９が長手方向Ｘに発生するとともに、バイアス方向Ｂ１，Ｂ２に圧縮応力Ｐ１０，Ｐ１１が発生する。また端末部２５内には、幅方向Ｙに引張応力Ｓ１２が発生するとともに、バイアス方向Ｂ１，Ｂ２に引張応力Ｓ１３，Ｓ１４が発生し、端末部２５から各軸力部２３，２４にわたって引張応力Ｓ１５，Ｓ１６が発生するとともに、軸力部２３，２４内で引張応力Ｓ１７，Ｓ１８が発生する。
【００１５】
またブッシング２１を介して複合材ラグ１３に圧縮荷重Ｆｂが作用すると、面圧部２２内に圧縮応力Ｐ１１が発生するとともに面圧部２２から軸力部２３にわたってバイアス方向Ｂ１に圧縮応力Ｐ１２が発生し、面圧部２２から軸力部２４にわたってバイアス方向Ｂ２に圧縮応力Ｐ１４が発生し、各軸力部２３，２４内に圧縮応力Ｐ１５，Ｐ１６が発生する。
【００１６】
このような複合材ラグ１３では、各応力分担領域２２〜２５内の繊維体積含有率Ｖｆ　が相互に均一で、かつ図３２に示される複合材ラグ２９に比べて端末部２５で経糸１４が選択的に少なく、軸力部２３，２４で経糸１４が選択的に多く含有されるので、複合材ラグ１３の構成が大形化することなく剪断破壊および引張破壊に抗することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の複合材ラグ１３では、たとえば図３７に示されるプリプレグ１３ａとプリプレグ１３ｂ，１３ｃまたは１３ｍとの組合せにおいて、端末部２５と各軸力部２３，２４との境界部で繊維が途切れ、不連続となる。したがって複合材ラグ１３に引張荷重Ｆａが作用すると、前記境界部ではマトリックスの強度までしか引張荷重Ｆａに耐えることができず、複合材ラグ１３全体としての強度が低くなる。
【００１８】
本発明の目的は、繊維体積含有率が均一で強度が向上し、容易に製造することができるようにした３次元繊維強化複合材ラグを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、仮想一平面上で、長手方向に平行に張架される経糸と、長手方向に垂直な幅方向に平行に張架される緯糸と、長手方向または幅方向に関して交差するバイアス方向に平行に張架されるバイアス糸とを、前記仮想一平面に垂直な厚み方向に挿入される垂直糸によって結合して３次元織物が形成され、この３次元織物にマトリックスを充填して一体化させた３次元繊維強化複合材ラグにおいて、
前記仮想一平面上で経糸、緯糸およびバイアス糸のいずれかを、予め定める複数の応力分担領域毎に、各応力分担領域に隣接する他の応力分担領域にわたって主たる発生応力に抗する方向に張架して、相互に異なる配向パターンを有する複数の２次元配列糸層が形成され、各２次元配列糸層は、各応力分担領域の前記発生応力に抗する必要強度に応じ、かつ各応力分担領域の繊維体積含有率が相互に均等になるように選択的に積重されることを特徴とする３次元繊維強化複合材ラグである。
【００２０】
本発明に従えば、経糸、緯糸およびバイアス糸によって相互に異なる配向パターンを有する複数の２次元配列糸層を積重し、垂直糸を厚み方向に挿入して各２次元配列糸層を結合して３次元織物が形成される。この３次元織物にマトリックスを充填して、３次元繊維強化複合材ラグが形成される。経糸、緯糸およびバイアス糸のいずれかは互いに隣接する応力分担領域にわたって、主たる発生応力に抗する方向に張架される。このように、応力分担領域間の境界部で繊維が途切れることなく連続しているので、複合材ラグに引張荷重が作用したとき、複合材ラグは繊維の強度まで引張荷重に耐えることができ、局所的に複合材ラグの強度が低下することが防がれる。このようにして複合材ラグは繊維の張架方向に作用する引張応力および圧縮応力に抗することができ、強度が向上する。
【００２１】
また各２次元配列糸層は、各応力分担領域の発生応力に抗する必要強度に応じて選択的に積重されるので、所望の強度を有する部材を容易に製造することができ、さらに２次元配列糸層の組合せを変えることによって、容易に他の必要強度に応じた部材を製造することができ、高い汎用性を有する。
【００２２】
また各２次元配列糸層は、各応力分担領域における繊維体積含有率が相互に均等になるように選択的に積重されるので、複合材ラグ全体での繊維体積含有率が均一になり、かつ高い繊維体積含有率の複合材ラグを容易に製造することができ、これによって複合材ラグの比強度を高めることができる。
【００２３】
請求項２記載の本発明の前記予め定める複数の応力分担領域は、厚み方向に貫通する透孔を形成してブッシングが嵌着される面圧部と、面圧部の幅方向両側に連なり、長手方向に延びる一対の軸力部と、面圧部および各軸力部の長手方向に連なる端末部と、各軸力部間で、各軸力部に幅方向に連なりかつ面圧部の長手方向他端部に連なって長手方向に延びる中間部とに分割されることを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、面圧部には透孔が形成され、この透孔にブッシングが嵌着される。このブッシングにたとえばボルトなどが嵌まり込み、このボルトを介して複合材ラグの長手方向に引張荷重が作用すると、各軸力部および面圧部から中間部にわたって複合材ラグの長手方向に引張応力が発生するとともに、面圧部から端末部にわたり、ブッシングを中心として放射状に圧縮応力が発生し、端末部内でブッシングを中心として周方向に引張応力が発生する。このとき、端末部から軸力部にわたって繊維が途切れることなく張架されるので、端末部内の引張応力は繊維を介して各軸力部に有効に伝達する。これによって、複合材ラグの強度が向上する。面圧部から各軸力部にわたって張架される繊維によっても同様に、有効に引張応力および圧縮応力が各軸力部に伝達される。
【００２５】
請求項３記載の本発明の面圧部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、少なくとも７０％のバイアス糸を含有することを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、面圧部には少なくとも７０％のバイアス糸が含有されるので、面圧部に発生する引張応力および圧縮応力は効果的に面圧部から軸力部へ伝達され、複合材ラグの強度が向上する。
【００２７】
請求項４記載の本発明の軸力部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積量に対して、４５〜７０％の経糸と、３０〜５５％のバイアス糸とを含有することを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、軸力部には３０〜５５％のバイアス糸が含有されるので、面圧部および端末部に発生する引張応力および圧縮応力が有効に軸力部に伝達され、また軸力部全面に効率よく分散される。またこの軸力部には軸力部の長手方向に延びる経糸が４５〜７０％含有されるので、複合材ラグに作用する引張および圧縮力に対して大きな強度を有する。このように軸力部に多くの経糸が含有されることにより、ブッシングを介して複合材ラグの長手方向に引張力が作用したときに生じる引張破壊を防止することができ、軸力部の幅を大きくして部材の形状を大形化することなく、長手方向への引張りに抗することができる。
【００２９】
請求項５記載の本発明の端末部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、５０〜８０％のバイアス糸と、２０〜５０％の経糸および緯糸とを含有することを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、端末部には５０〜８０％のバイアス糸と２０〜５０％の経糸および緯糸が含有されるので、これによって面圧部に作用する荷重が端末部に伝達されたとき、この荷重を効果的に軸力部へ伝達することができ、複合材ラグの強度が向上する。またこの端末部には、５０〜８０％のバイアス糸が含有されるので、ブッシングを介して複合材ラグに引張荷重が作用したとき端末部に発生する圧縮応力による剪断破壊を防止することができる。
【００３１】
請求項６記載の本発明の中間部は、経糸、緯糸、バイアス糸および垂直糸の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、少なくとも７０％のバイアス糸を含有することを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、中間部には少なくとも７０％のバイアス糸が含有されるので、面圧部および各軸力部に発生する引張応力および圧縮応力が中間部に効果的に伝達され、複合材ラグの強度が向上する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である３次元繊維強化複合材ラグ５０を示す正面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、図３は図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。図１の紙面に平行な仮想一平面上で、複合材ラグ５０の長手方向Ｘに平行に張架される経糸５１と、長手方向Ｘに垂直な幅方向Ｙに平行に張架される緯糸５２と、長手方向Ｘに関して±４５°でそれぞれ交差する各バイアス方向Ｂ１，Ｂ２に張架されるバイアス糸５３，５４が、所定の配向パターンに張架されて２次元配列糸層が形成され、互いに異なる配向パターンを有する２次元配列糸層が必要強度に応じ、かつ繊維体積含有率Ｖｆ　が相互に均等になるように、選択的に積重され、その後前記仮想一平面に垂直な厚み方向Ｚに交互に折返した状態で挿入される垂直糸６２によって各２次元配列糸層が結合されて３次元織物が形成される。この３次元織物にマトリックス６１を充填して一体化させて複合材ラグ５０は形成される。２次元配列糸層は複数の応力分担領域に分割され、経糸５１、緯糸５２およびバイアス糸５３，５４のいずれかは、各応力分担領域に隣接する他の応力分担領域にわたって主たる発生応力に抗する方向に張架される。
【００３４】
前記予め定める複数の応力分担領域は、厚み方向Ｚに貫通する透孔５５を形成して金属製のブッシング５６ａ，５６ｂが嵌着され、複合材ラグ５０の長手方向Ｘ一端部（図１の左方）および複合材ラグ５０の長手方向Ｘ他端部付近にそれぞれ設けられる面圧部５７ａ，５７ｂと、面圧部５７ａ，５７ｂの幅方向Ｙの両側に連なり、長手方向Ｘに延びる一対の軸力部５８ａ，５８ｂと、面圧部５７ａおよび各軸力部５８ａ，５８ｂの長手方向Ｘ一端部に連なる端末部５９ａと、面圧部５７ｂおよび各軸力部５８ａ，５８ｂの長手方向Ｘ他端部に連なる端末部５９ｂと、各軸力部５８ａ，５８ｂ間で、各軸力部５８ａ，５８ｂに幅方向Ｙに連なり、かつ各面圧部５７ａ，５７ｂの長手方向Ｘに連なって長手方向Ｘに延びる中間部６０とに分割される。
【００３５】
経糸５１、緯糸５２、バイアス糸５３，５４および垂直糸６２は、たとえばガラス、炭素、ボロン、アルミナ、チタン酸カリウム、シリカまたはジルコニアなどの無機繊維、あるいは全芳香族ポリアミド（アラミド）、全芳香族ポリエステル、超高分子量ポリエチレン、高強度ビニロンまたは高強度アクリルなどの有機繊維、あるいは鋼またはステンレス鋼などの金属繊維などから成り、マトリックス６１としてはフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド（ＢＭＩ）またはビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）などの熱可塑性樹脂から成る。
【００３６】
複合材ラグ５０の中間部６０の幅Ｌ４はたとえば４０ｍｍに選ばれ、各軸力部５８ａ，５８ｂの幅Ｌ５はたとえば１５ｍｍに選ばれ、ブッシング５６ａ，５６ｂが嵌着される透孔５５の直径Ｄはたとえば３０ｍｍに選ばれる。
【００３７】
次に図４〜図２６に、相互に異なる２次元配列糸層の各配向パターンＡ１〜Ｆ２を図示する。各配向パターンＡ１〜Ｆ２は、３次元織物製作治具６５上に糸を張架させて形成される。この３次元織物製作治具６５は、複合材ラグ５０よりも大きい平面形状を有する基板６６と、この基板６６上に立設される複数の筒状のピン６７とから成り、このピン６７は格子状に一様に基板６６上に立設される。各配向パターンＡ１〜Ｆ２は、これらのピン６７間に糸を張架させて形成される。
【００３８】
図４は、パターンＡ１の配向パターンを示す正面図である。パターンＡ１では一本の糸７０が折返されて、バイアス方向Ｂ１に平行に複合材ラグ５０を覆うように全面に一様に張架される。このような糸７０によって、面圧部５７ａ，５７ｂに発生する引張応力は、隣接する応力分担領域に伝達される。パターンＡ１では一本の糸７０を折返して張架したが、一本に限らず二本以上の糸を折返して一様に張架してもよく、また複数の糸を折返さず一様に張架してもよい。これらは適宜選択して使い分けてよい。以下の配向パターンについても同様である。
【００３９】
図５はパターンＡ２の配向パターンを示す正面図であり、パターンＡ２は図４のパターンＡ１を左右反転させたものであり、糸７０がバイアス方向Ｂ２に平行に一様に張架される。
【００４０】
図６はパターンＡ３の配向パターンを示す正面図であり、パターンＡ３は中間部６０を避けて糸１０６，１１３が折返されてバイアス方向Ｂ１に一様に張架される。図７はパターンＡ４の配向パターンを示す正面図であり、パターンＡ４は図６のパターンＡ３を左右反転させたものであり、糸１０６，１１３がバイアス方向Ｂ２に一様に張架される。
【００４１】
図８は、パターンＢ１の配向パターンを示す正面図である。パターンＢ１では、端末部５９ａでバイアス方向Ｂ１に張架される糸７１が、軸力部５８ａとの境界線７２で折返され、軸力部５８ａ内で長手方向Ｘに張架され、さらに端末部５９ｂとの境界線７３で折返されて端末部５９ｂ内で再びバイアス方向Ｂ１に張架される。端末部５９ａから面圧部５７ａにバイアス方向Ｂ１に入る糸７８は、各面圧部５７ａ，５７ｂおよび中間部６０と、各軸力部５８ａ，５８ｂとの境界線７６，７７間で折返され、面圧部５７ａ，５７ｂ、中間部６０および各端末部５９ａ，５９ｂ内でバイアス方向Ｂ１に一様に張架され、軸力部５８ｂ内で長手方向Ｘに一様に張架される。このような糸７１，７８によって、端末部５９ａ，５９ｂ内のバイアス方向Ｂ１の引張応力は各軸力部５８ａ，５９ｂに伝達される。
【００４２】
図９は、パターンＢ２の配向パターンを示す正面図である。パターンＢ２は、図８に示されるパターンＢ１に類似し、端末部５９ａにバイアス方向Ｂ１に入る糸８３は、パターンＢ１の糸７１と同様であり、パターンＢ２の糸８４は、パターンＢ１の糸７８と一部異なり、中間部６０を避けて端末部５９ａ，５９ｂおよび面圧部５７ａ，５７ｂ内でバイアス方向Ｂ１に一様に張架され、軸力部５８ｂで長手方向Ｘに一様に張架される
図１０はパターンＢ３の配向パターンを示す正面図であり、パターンＢ３は、図８に示されるパターンＢ１の上下を反転したものである。図１１はパターンＢ４の配向パターンを示す正面図であり、パターンＢ４は図９に示されるパターンＢ２の上下を反転したものである。図１２はパターンＢ５の配向パターンを示す正面図であり、パターンＢ５は図１１に示されるパターンＢ４を左右に反転したものである。図１３はパターンＢ６の配向パターンを示す正面図であり、パターンＢ６は図９に示されるパターンＢ２を左右に反転したものである。
【００４３】
軸力部５８ａ，５８ｂでは長手方向Ｘに張架し、それ以外ではバイアス方向Ｂ１，Ｂ２に張架する場合には、軸力部５８ａ，５８ｂで長手方向Ｘに張架され、それ以外では、バイアス方向Ｂ１に張架されるパターンＢ１と、軸力部５８ａ，５８ｂ以外ではバイアス方向Ｂ２に張架されるパターンＢ３とを組合わせる。この際、軸力部５８ａ，５８ｂとの境界線７６，７７上の各ピン６７上で折返される糸はパターンＢ１とパターンＢ３とでは互いに１ピッチずれているので、パターンＢ１とパターンＢ３とを組合わせたときに、境界線７６，７７のピン６７に作用する荷重が分散される。
【００４４】
中間部６０には糸が張架されず、軸力部５８ａ，５８ｂでは長手方向Ｘに、それ以外ではバイアス方向Ｂ１，Ｂ２に張架される場合には、パターンＢ２とパターンＢ６とを、またはパターンＢ４とパターンＢ５とを組合わせる。この場合も前述と同様に境界線７６，７７上のピン６７に作用する荷重が分散される。
【００４５】
図１４は、パターンＣ１の配向パターンを示す正面図である。端末部５９ａと軸力部５８ａとの境界線７２寄りの端末部５９ａから幅方向Ｙに入る糸７８は、複数回折返されて端末部５９ａ内で幅方向Ｙに張架され、面圧部５７ａ、中間部６０および面圧部５７ｂ内で、境界線７５，７６上で複数回折返されてバイアス方向Ｂ１に一様に張架され、端末部５９ｂ内で複数回幅方向Ｙに折返されて幅方向Ｙに張架されて下方から出る。
【００４６】
糸８８は、軸力部５８ａ内で複数回折返されて長手方向Ｘに一様に張架され、端末部５９ｂ内で複数回折返されて幅方向Ｙに一様に張架される。糸９１は、前述の糸８８と対称に張架され、軸力部５８ｂ内で複数回折返されて長手方向Ｘに一様に張架され、端末部５９ａ内で幅方向Ｙに複数回折返されて、端末部５９ａ内で幅方向Ｙに一様に張架される。
【００４７】
図１５は、パターンＣ２の配向パターンを示す正面図である。パターンＣ２は前述のパターンＣ１に類似し、糸９２はパターンＣ１の糸８８と同様に、軸力部５８ａ内で長手方向Ｘに一様に張架され、端末部５９ｂ内で幅方向Ｙに一様に張架される。糸９３は、パターンＣ１の糸９１と同様に、軸力部５８ｂ内で長手方向Ｘに一様に張架され、端末部５９ａ内で幅方向Ｙに一様に張架される。端末部５９ａに上方から面圧部５７ａの左端寄りから入る糸９４は、端末部５９ａ内で、幅方向Ｙに張架され、軸力部５８ａ寄りの端部から面圧部５７ａ内に入り、バイアス方向Ｂ１に折返されて、面圧部５７ａ、中間部６０および面圧部５７ｂ内で複数回折返されてバイアス方向Ｂ１に一様に張架され、面圧部５７ｂの右端部に達すると幅方向Ｙに折返され、端末部５９ｂ内で複数回折返されて幅方向Ｙに張架され、端末部５９ｂの軸力部５８ｂ寄りの端部から下方に出される。
【００４８】
図１４および図１５に示されるパターンＣ１およびパターンＣ２は互いに類似した配列パターンであるが、境界線７６，７７上で折返され面圧部５７ａ，５７ｂおよび中間部６０内で張架される糸７８，９４は、パターンＣ１とパターンＣ２とでは折返されるピン６７が、境界線７６，７７上で互いに１ピッチずれているので、パターンＣ１とパターンＣ２の２次元配列糸層を組合せることによって、張架した糸７８，９４によって境界線７６，７７上のピン６７に作用する荷重が分散される。
【００４９】
図１６は、パターンＣ３の配向パターンを示す正面図である。パターンＣ３は図１４に示されるパターンＣ１に類似し、糸９０はパターンＣ１の糸９１に上下対称に張架され、軸力部５８ａ内で長手方向Ｘに張架され、端末部５９ａ内で幅方向Ｙに張架される。また糸９５は、パターンＣ１の糸８８に上下対称に張架され、軸力部５８ｂ内で長手方向Ｘに張架され、端末部５９ｂ内で幅方向Ｙに張架される。また端末部５９ｂの左端部の上方から入る糸９６は、パターンＣ１の糸７８に左右対称に張架され、端末部５９ｂ内で幅方向Ｙに張架され、面圧部５７ｂ、中間部６０および面圧部５７ａ内でバイアス方向Ｂ２に一様に張架され、端末部５９ａ内で幅方向Ｙに張架されて下方から出される。
【００５０】
図１７は、パターンＣ４の配向パターンを示す正面図である。パターンＣ４は図１５に示されるパターンＣ２に類似し、糸９７はパターンＣ２の糸９３に上下対称に張架され、軸力部５８ａ内で長手方向Ｘに張架され、端末部５９ａ内で幅方向Ｙに張架される。また糸９８は、パターンＣ２の糸９２に上下対称に張架され、軸力部５８ｂ内で長手方向Ｘに張架され、端末部５９ｂ内で幅方向Ｙに張架される。また糸９９は、パターンＣ２の糸９４に左右対称に張架され、端末部５９ｂ内で幅方向Ｙに張架され、面圧部５７ｂ、中間部６０および面圧部５７ａ内でバイアス方向Ｂ２に一様に張架され、端末部５９ａ内で幅方向Ｙに張架される。
【００５１】
パターンＣ３とパターンＣ４とは類似しているが、境界線７６，７７上のピン６７で折返される糸９６，９９は、互いに１ピッチずれているので、パターンＣ３とパターンＣ４とを組合せることによって、境界線７５，７６上のピン６７に作用する荷重が分散される。
【００５２】
同様に、軸力部５８ａと各端末部５９ａ，５９ｂとの境界線７２，７３および軸力部５８ｂと各端末部５９ａ，５９ｂとの境界線７４，７５に関しても、パターンＣ１またはパターンＣ２と、パターンＣ３またはパターンＣ４とを組合せることによって、境界線７２〜７５上のピン６７に作用する荷重が分散される。
【００５３】
図１８はパターンＣ５の配向パターンを示す正面図であり、パターンＣ５は図１４に示されるパターンＣ１に類似し、糸７８が中間部６０を避けて張架される点が異なる。図１９はパターンＣ６の配向パターンを示す正面図であり、パターンＣ６は図１５に示されるパターンＣ２に類似し、糸９４が中間部６０を避けて張架される点が異なる。図２０はパターンＣ７の配向パターンを示す正面図であり、パターンＣ７は図１６に示されるパターンＣ３に類似し、糸９６が中間部６０を避けて張架される点が異なる。図２１はパターンＣ８の配向パターンを示す正面図であり、パターンＣ８は図１７に示されるパターンＣ４に類似し、糸９９が中間部６０を避けて張架される点が異なる。これらのパターンＣ５〜Ｃ８も、前述のパターンＣ１〜Ｃ４と同様に、互いに組合せることによって境界線７２〜７７上のピン６７に作用する荷重を分散させることができる。
【００５４】
図２２は、パターンＤ１の配向パターンを示す正面図である。パターンＤ１では、一本の糸１００が折返されるか、複数の糸が一様に長手方向Ｘに張架される。このような糸１００によって、複合材ラグ５０の長手方向Ｘへの引張荷重Ｆａに大きな力で抗することができる。
【００５５】
図２３はパターンＤ２の配向パターンを示す正面図であり、パターンＤ２は図２２に示されるパターンＤ１に類似し、糸１０７，１０８が中間部６０を避けて張架される点が異なる。
【００５６】
図２４は、パターンＥの配向パターンを示す正面図である。端末部５９ａの左方から入る糸１０８は、端末部５９ａ、軸力部５８ａおよび端末部５９ｂ内で長手方向Ｘに張架され、端末部５９ｂの右方から入る糸１１０は端末部５９ｂ、軸力部５８ｂおよび端末部５９ａ内で長手方向Ｘを一様に張架される。
【００５７】
図２５は、パターンＦ１の配向パターンを示す正面図である。軸力部５８ａの左端部へ上方から入る糸１０３は、面圧部５７ａ寄りのピン１０４に巻掛けられて長手方向Ｘに張架され、軸力部５８ａ内で複数回折返されて軸力部５８ａ内で長手方向Ｘに一様に張架される。また軸力部５８ｂの左端部から上方に入る糸１０５は、糸１０３に上下対象に張架され、面圧部５７ａ寄りのピン１０６に巻掛けられて長手方向Ｘに張架され、軸力部５８ｂ内で複数回折返されて軸力部５８ｂ内で長手方向Ｘに一様に張架される。
【００５８】
図２６はパターンＦ２の配向パターンを示す正面図であり、パターンＦ２は図２５に示されるパターンＦ１に類似し、軸力部５８ａの右端部から下方に入る糸１０７は、パターンＦ１の糸１０３に左右対称に張架され、軸力部５８ｂの右端部から上方に入る糸１０８は、パターンＦ１の糸１０５に左右対称に張架される。
【００５９】
このように図２５に示されるパターンＦ１と図２６に示されるパターンＦ２とは類似しているが、境界線７２〜７５上に配置されるピン６７に巻掛けられる糸が、パターンＦ１とパターンＦ２とでは１ピッチずれているので、パターンＦ１とパターンＦ２とを組合せることによって前記ピン６７に作用する荷重を分散させることができる。このようなパターンＦ１，Ｆ２は、軸力部５８ａ，５８ｂから端末部５９ａ，５９ｂにわたって糸が張架されていないが、これらのパターンＦ１，Ｆ２の２次元配列糸層は、複合材ラグ５０の各軸力部５８ａ，５８ｂの厚みを調整するために補足的に積重する２次元配列糸層である。
【００６０】
以上のようなパターンＡ１〜Ｆ２の配向パターンを有する２次元配列糸層を選択的に積重し、垂直糸６２によって各２次元配列糸層を結合することによって３次元織物が形成される。
【００６１】
３次元織物製織治具６５は長手方向Ｘおよび幅方向Ｙに間隔ｐをあけて格子状にピン６７が立設されるので、図２７（ａ），（ｂ）に示されるように、互いに隣接する経糸５１および緯糸５２の間隔Ｗ１，Ｗ２は、Ｗ１＝Ｗ２＝ｐとなる。しかしながら、長手方向Ｘに対して±４５°の角度で張架される各バイアス糸５３，５４の間隔Ｗ３，Ｗ４は、図２７（ｃ），（ｄ）に図示されるようにＷ３＝Ｗ４＝ｐ／√２となる。このとき、マトリックス６１および各糸５１〜５４を含む複合材に対する繊維の体積の割合である繊維体積含有率Ｖｆ　を一定とし、繊維として経糸５１または緯糸５２のみを含む複合材の厚みをｔとすると、繊維としてバイアス糸５３または５４のみを含む複合材の厚みは√２ｔとなる。したがって経糸５１または緯糸５２を含む２次元織物複合材と、バイアス糸５３または５４を含む２次元織物複合材との厚さの比率はほぼ１：√２になる。本実施形態の３次元織物にマトリックス６１を充填して複合材ラグ５０を形成する場合にも同様に、繊維体積含有率Ｖｆ　は一定となるので、各２次元配列糸層を組合せる場合に、各部位の厚さが均等になるように選択して積重する必要があり、たとえば経糸５１の割合が比較的多い軸力部５８ａ，５８ｂには、前述のパターンＦ１またはＦ２を積重させて厚みを調整する必要がある。なお、本実施形態の３次元織物製織治具６５の各ピン６７の格子間隔ｐは３ｍｍである。
【００６２】
次に上記の点を考慮した２次元配列糸層の組合せの１例を示す。また複合材ラグ５０は厚み方向Ｚに関して対称なので、２次元配列糸層の組合せの例は最上層から厚み方向Ｚ中央の層までを示し、厚み方向Ｚ下方の層に関しては上方の層を逆転させた組合せとなり、省略する。
【００６３】
したがって２次元配列糸層の各パターンＡ１〜Ｆ２の組合せの１例を、最上層から中央層まで参照符で順に示すと、Ａ３／Ｅ／Ｃ８／Ｂ２／Ａ４／Ｃ５／Ｆ１／Ｂ４／Ａ３／Ｂ６／Ｄ２／Ａ４／Ｂ５／Ａ１／Ｅ／Ｃ３／Ｂ１／Ａ２／Ｃ２／Ｆ２／Ｂ３／Ａ１／Ｂ３／Ｄ１／Ａ２／Ｂ１となる。なおこの組合せにおいて、最上層から１３層目までは中間部６０が形成されておらず、１４層目から２６層目までは中間部６０を含んだ２次元配列糸層である。このような組合せの２次元配列糸層を、３次元織物製作治具６５上に順次積重させ、その後３次元織物製作治具６５の端部のピン６７に垂直糸６２を挿通させ、このピン６７を抜き、次に隣接するピン６７に垂直糸６２を折返し挿通し、垂直糸６２と隣接するピン６７とを順次交換して、全てのピン６７を垂直糸６２と交換して、各２次元配列糸層を垂直糸６２によって結合して３次元織物が形成される。
【００６４】
このように形成された３次元織物の面圧部５７ａ，５７ｂには、経糸５１、緯糸５２、バイアス糸５３，５４および垂直糸６２の総繊維が占める繊維体積含有量に対して、少なくとも７０％のバイアス糸５３，５４を含有し、軸力部５８ａ，５８ｂには、繊維体積含有量に対して４５〜７０％の経糸５１と、３０〜５５％のバイアス糸５３，５４とを含有し、端末部５９ａ，５９ｂには、繊維体積含有量に対して５０〜８０％のバイアス糸５３，５４と、２０〜５０％の経糸５１および緯糸５２とを含有し、中間部６０には、繊維体積含有量に対して少なくとも７０％のバイアス糸５３，５４を含有する。
【００６５】
このように形成された３次元織物は、金型に置いてその上からマトリックス６１が充填され、加熱加圧硬化され、その後、各透孔５５ａ，５５ｂが形成されて、この透孔５５ａ，５５ｂに金属性のブッシング５６ａ，５６ｂがそれぞれ嵌着され、外周が加工されて複合材ラグ５０は製造される。
【００６６】
このようにして製造された複合材ラグ５０に、ブッシング５６ａ，５６ｂを介して互いに離反する方向に引張荷重Ｆａが作用すると、図２８（ａ）に示されるように応力が発生する。すなわち、面圧部５７ａおよび中間部６０で引張応力Ｓ２が発生するとともに、ブッシング５６ａを中心とし、面圧部５７ａから端末部５９ａにわたって長手方向Ｘに圧縮応力Ｐ２０が発生するとともに、バイアス方向Ｂ１，Ｂ２方向に圧縮応力Ｐ２１，Ｐ２２が発生する。さらに端末部５９ａ内では、幅方向Ｙに引張応力Ｓ２１が発生するとともに、バイアス方向Ｂ１，Ｂ２に引張応力Ｓ２２，Ｓ２３が発生し、さらに端末部５９ａから軸力部５８ａおよび５８ｂにわたって引張応力Ｓ２４，Ｓ２５が発生し、軸力部５８ａ，５８ｂ内で引張応力Ｓ２６，Ｓ２７が発生する。またブッシング５６ａ，５６ｂを介して互いに近接する方向に複合材ラグ５０に圧縮荷重Ｆｂが作用すると、図２８（ｂ）に示されるように面圧部５７ａおよび中間部６０に圧縮応力Ｐ２３が発生するとともに、面圧部５７ａから軸力部５８ａおよび５８ｂにわたって圧縮応力Ｐ２４，Ｐ２５が発生し、軸力部５８ａ，５８ｂ内で圧縮応力Ｐ２６，Ｐ２７が発生する。
【００６７】
図２８（ａ）に示されるように、複合材ラグ５０に引張荷重Ｆａが作用したとしても、端末部５９ａから軸力部５８ａ，５８ｂにわたって糸が張架されるので、端末部５９ａに発生する引張応力は前記糸によって軸力部５８ａ，５８ｂに有効に伝達される。プリプレグによって形成される第３の従来技術の複合材ラグ１３のように、端末部２５と軸力部２３，２４との境界部で糸が途切れていないので、本実施形態の複合材ラグ５０では、端末部５９ａと軸力部５８ａ，５８ｂとの境界部で強度が低下することなく、糸の強度まで引張荷重Ｆａに耐えることができる。
【００６８】
また複合材ラグ５０に引張荷重Ｆａまたは圧縮荷重Ｆｂが作用したとき、ブッシング５６ａ，５６ｂ近傍の応力は軸力部５８ａ，５８ｂに伝達されるので、中間部６０の応力分担が少なくなる。したがって図３に示されるように中間部６０の厚みＴ１は、複合材ラグ５０の厚みＴ２の約半分になっており、複合材ラグ５０の重量がこれによって軽減される。また中間部６０は、長手方向Ｘ両端部が、バイアス方向Ｂ１，Ｂ２に平行でブッシング５６ａ，５６ｂに向けて凸となるように形成されるので、面圧部５７ａ，５７ｂに作用する引張および圧縮荷重Ｆａ，Ｆｂが有効に軸力部５８ａ，５８ｂに伝達される。
【００６９】
また複合材ラグを第３の従来技術のようにプリプレグによって形成するのではなく、仮に３次元織物製織治具によって図２９に示されるように面圧部５７ａと軸力部５８ａ，５８ｂとの境界部で糸を折返して３次元織物を形成し、マトリックスを充填して複合材ラグを形成したとしても、前記境界部ではマトリックスの強度までしか引張荷重に耐えることができず、複合材ラグ全体としての強度が低下し、本発明の効果は達成できない。
【００７０】
また本実施形態の複合材ラグ５０では、軸力部５８ａ，５８ｂ、面圧部５７ａ，５７ｂ、端末部５９ａ，５９ｂおよび中間部６０での繊維体積含有率Ｖｆ　が相互に均等になるように各２次元配列糸層が選択的に積重され、複合材ラグ５０全体の繊維体積含有率Ｖｆ　が均一となるので、部分的に繊維体積含有率Ｖｆ　が低下するといったことが防がれ、比強度が向上し、これによって引張荷重Ｆａおよび圧縮荷重Ｆｂに大きな力で抗することができ、図２８で示される第１の従来技術のように比強度が低下すると言った問題が解消される。また各２次元配列糸層を、前述のようにパターンＢ１〜Ｂ６、Ｃ１〜Ｃ８およびパターンＦ１，Ｆ２を組合せることによって、境界線７２〜７７上の各ピン６７に作用する荷重が分散される。また、ピン６７が３次元織物製作治具６５上で一様に立設されるので、ブッシング５６が挿通される透孔５５の位置が変わるなど、複合材ラグ５０の形状が変化したとしても、３次元織物製作治具６５を新規に製作する必要なく、３次元織物製作治具６５の汎用性が高くなる。
【００７１】
また軸力部５８ａ，５８ｂには多くの経糸５１が含まれるので、軸力部５８ａ，５８ｂの幅Ｌ５を大きくすることなく、引張荷重Ｆａによる引張破壊に充分に抗することができ、複合材ラグ５０の小形化を図ることができる。また端末部５９ａ，５９ｂには経糸５１に比べて多くのバイアス糸５３，５４が含まれるので、端末部５９ａ，５９ｂの長手方向Ｘの長さを大きくすることなく剪断破壊に抗することができる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、経糸、緯糸およびバイアス糸のいずれかは互いに隣接する応力分担領域にわたって、主たる発生応力に抗する方向に張架される。このように、応力分担領域間の境界部で繊維が途切れることなく連続しているので、複合材ラグに引張荷重が作用したとき、複合材ラグは繊維の強度まで引張荷重に耐えることができ、局所的に複合材ラグの強度が低下することが防がれる。このようにして複合材ラグは繊維の張架方向に作用する引張応力および圧縮応力に抗することができ、強度が向上する。
【００７３】
また各２次元配列糸層は、各応力分担領域の発生応力に抗する必要強度に応じて選択的に積重されるので、所望の強度を有する部材を容易に製造することができ、さらに２次元配列糸層の組合せを変えることによって、容易に他の必要強度に応じた部材を製造することができ、高い汎用性を有する。
【００７４】
また各２次元配列糸層は、各応力分担領域における繊維体積含有率が相互に均等になるように選択的に積重されるので、複合材ラグ全体での繊維体積含有率が均一になり、かつ高い繊維体積含有率の複合材ラグを容易に製造することができ、これによって複合材ラグの比強度を高めることができる。
【００７５】
請求項２記載の本発明によれば、端末部から軸力部にわたって繊維が途切れることなく張架されるので、端末部内の引張応力は繊維を介して各軸力部に有効に伝達する。これによって、複合材ラグの強度が向上する。面圧部から各軸力部にわたって張架される繊維によっても同様に、有効に引張応力および圧縮応力が各軸力部に伝達される。
【００７６】
請求項３記載の本発明によれば、面圧部には少なくとも７０％のバイアス糸が含有されるので、面圧部に発生する引張応力および圧縮応力は効果的に面圧部から軸力部へ伝達され、複合材ラグの強度が向上する。
【００７７】
請求項４記載の本発明によれば、軸力部には３０〜５５％のバイアス糸が含有されるので、面圧部および端末部に発生する圧縮応力および引張応力が有効に軸力部に伝達され、また軸力部全面に効率よく分散される。またこの軸力部には軸力部の長手方向に延びる経糸が４５〜７０％含有されるので、複合材ラグに作用する引張および圧縮力に対して大きな強度を有する。このように軸力部に多くの経糸が含有されることにより、ブッシングを介して複合材ラグの長手方向に引張力が作用したときに生じる引張破壊を防止することができ、軸力部の幅を大きくして部材の形状を大形化することなく、長手方向への引張りに抗することができる。
【００７８】
請求項５記載の本発明によれば、端末部には５０〜８０％のバイアス糸と２０〜５０％の経糸および緯糸が含有されるので、これによって面圧部に作用する荷重が端末部に伝達されたとき、この荷重を効果的に軸力部へ伝達することができ、複合材ラグの強度が向上する。またこの端末部には、５０〜８０％のバイアス糸が含有されるので、ブッシングを介して複合材ラグに引張荷重が作用したとき端末部に発生する圧縮応力による剪断破壊を防止することができる。
【００７９】
請求項６記載の本発明によれば、中間部には少なくとも７０％のバイアス糸が含有されるので、面圧部および各軸力部に発生する圧縮応力および引張応力が中間部に効果的に伝達され、複合材ラグの強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である３次元繊維強化複合材ラグ５０を示す正面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】パターンＡ１の配向パターンを示す正面図である。
【図５】パターンＡ２の配向パターンを示す正面図である。
【図６】パターンＡ３の配向パターンを示す正面図である。
【図７】パターンＡ４の配向パターンを示す正面図である。
【図８】パターンＢ１の配向パターンを示す正面図である。
【図９】パターンＢ２の配向パターンを示す正面図である。
【図１０】パターンＢ３の配向パターンを示す正面図である。
【図１１】パターンＢ４の配向パターンを示す正面図である。
【図１２】パターンＢ５の配向パターンを示す正面図である。
【図１３】パターンＢ６の配向パターンを示す正面図である。
【図１４】パターンＣ１の配向パターンを示す正面図である。
【図１５】パターンＣ２の配向パターンを示す正面図である。
【図１６】パターンＣ３の配向パターンを示す正面図である。
【図１７】パターンＣ４の配向パターンを示す正面図である。
【図１８】パターンＣ５の配向パターンを示す正面図である。
【図１９】パターンＣ６の配向パターンを示す正面図である。
【図２０】パターンＣ７の配向パターンを示す正面図である。
【図２１】パターンＣ８の配向パターンを示す正面図である。
【図２２】パターンＤ１の配向パターンを示す正面図である。
【図２３】パターンＤ２の配向パターンを示す正面図である。
【図２４】パターンＥの配向パターンを示す正面図である。
【図２５】パターンＦ１の配向パターンを示す正面図である。
【図２６】パターンＦ２の配向パターンを示す正面図である。
【図２７】経糸５１、緯糸５２、バイアス糸５３，５４の間隔Ｗ１〜Ｗ４を示す正面図である。
【図２８】複合材ラグ５０に引張荷重Ｆａおよび圧縮荷重Ｆｂが作用したときの発生応力を示す模式図である。
【図２９】境界部で折返された２次元配列糸層の繊維配向状態を簡略化して示す一部の正面図である。
【図３０】第１の従来技術である複合材ラグ１の繊維配向状態を簡略化して示す一部の正面図である。
【図３１】複合材ラグ１に引張荷重Ｆａおよび圧縮荷重Ｆｂが作用したときの発生応力を示す模式図である。
【図３２】第２の従来技術である複合材ラグ２９の繊維配向状態を簡略化して示す一部の正面図である。
【図３３】複合材ラグ２９のプリプレグ４３〜４６を示す正面図である。
【図３４】プリプレグ４３〜４６の積重状態を示す分解斜視図である。
【図３５】複合材ラグ２９に引張荷重Ｆａおよび圧縮荷重Ｆｂが作用したときの発生応力を示す模式図である。
【図３６】第３の従来技術である複合材ラグ１３の一部を示す斜視図である。
【図３７】複合材ラグ１３の各プリプレグ１３ａ〜１３ｍを示す正面図である。
【図３８】複合材ラグ３５に引張荷重Ｆａおよび圧縮荷重Ｆｂが作用したときの発生応力を示す模式図である。
【符号の説明】
５０　３次元繊維強化複合材ラグ
５１　経糸
５２　緯糸
５３，５４　バイアス糸
５５ａ，５５ｂ　透孔
５６ａ，５６ｂ　ブッシング
５７ａ，５７ｂ　面圧部
５８ａ，５８ｂ　軸力部
５９ａ，５９ｂ　端末部
６０　中間部
６１　マトリックス
６２　垂直糸
【図１】
2004099648.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004099648.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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