(57)【要約】      （修正有）【課題】等方性の３次元強化繊維織物の提供。【解決手段】３次元的に交差する第１、第２および第３の方向に繊維が走る３次元強化繊維織物は、それぞれ第１の方向に走る第１の繊維よりなる複数の第１の繊維束３であって、第２の方向に並べられた第１の繊維束３よりなる、複数の第１の層と、それぞれ第２の方向に走る第２の繊維よりなる複数の第２の繊維束５であって、第１の方向に並べられた第２の繊維束５よりなる、複数の第２の層と、複数の第１の繊維束および複数の第２の繊維束５の間を、少なくとも部分的に第１の方向及び第３の方向に走るべく蛇行した複数の第３の繊維７と、を備え、複数の第２の層のうちの２層がそれぞれ表面に露出するべく、複数の第１の層と複数の第２の層とは交互に前記第３の方向に積層されており、第３の繊維は表面に露出した２層を互いに結束しており、複数の第１の繊維の総断面積は、複数の第２の繊維の総断面積と略同一である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに３次元的に交差する第１、第２および第３の方向の何れにも繊維が走る３次元強化繊維織物であって、
それぞれ前記第１の方向に走る第１の繊維よりなる複数の第１の繊維束であって、前記第２の方向に並べられた第１の繊維束よりなる、複数の第１の層と、
それぞれ前記第２の方向に走る第２の繊維よりなる複数の第２の繊維束であって、前記第１の方向に並べられた第２の繊維束よりなる、複数の第２の層と、
前記複数の第１の繊維束および前記複数の第２の繊維束の間を、少なくとも部分的に前記第１の方向及び前記第３の方向に走るべく蛇行した複数の第３の繊維と、を備え、
前記複数の第２の層のうちの２層がそれぞれ表面に露出するべく、前記複数の第１の層と前記複数の第２の層とは交互に前記第３の方向に積層されており、
前記第３の繊維は表面に露出した前記２層を互いに結束しており、
前記複数の第１の繊維の総断面積は、前記複数の第２の繊維の総断面積と略同一である、
３次元強化繊維織物。
【請求項２】
請求項１の３次元強化繊維織物であって、前記複数の第１の層より選択された何れか一以上の層を除き、前記複数の第１の層と前記複数の第２の層の各層において、前記第１の繊維または前記第２の繊維は同数であり、前記選択された一以上の層において前記第１の繊維の数は前記第２の層における前記第２の繊維の数より増やされていることにより、前記複数の第１の繊維の総断面積は、前記複数の第２の繊維の総断面積と略同一である、３次元強化繊維織物。
【請求項３】
請求項１または２の３次元強化繊維織物であって、前記第１、第２および第３の繊維は、グラファイトおよび炭化ケイ素よりなる群より選択された何れか一以上よりなる、３次元強化繊維織物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元強化繊維織物に関し、特にごく薄くても等方性を確保しうる３次元強化繊維織物に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂、セラミックス、あるいは金属のごとき素材を強化するべく、これにセラミックスのごとき高強度の素材よりなる強化繊維を複合せしめた、いわゆる強化繊維複合材料は、航空機や車両などの輸送機械、釣竿のごときスポーツ用品、あるいは風力発電のブレード等に広範に利用されている。
【０００３】
強化繊維は、バラバラの状態でも利用しうるが、通常、その数百本程度を束ねた繊維束、あるいは繊維束を織り合わせた織物の状態で利用される。織物は２次元的であってごく薄いので、相当程度の厚さを有する構造物を製造する場合には、複数の２次元織物を積層して利用されてきた。近年は厚みを有する３次元織物の利用が拡大している。３次元織物は、厚さ方向にも繊維が走行して構造を補強するので、層間における構造的弱点を克服することができ、また製造工程における形状の安定性にも優れる。
【０００４】
特許文献１は、関連する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５２６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、比較的に薄い構造物を製造するには２次元織物が利用され、比較的に厚い構造物を製造する場合にのみ３次元織物が利用される。３次元織物による上述の利点は薄くても失われるわけではないので、可能ならば薄い構造物への適用も考慮されるべきである。ところが本発明者らが見出したところによれば、薄くなればなるほど、３次元織物に異方性が生ずることが明らかとなった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みて為されたものであって、その一の局面によれば、互いに３次元的に交差する第１、第２および第３の方向の何れにも繊維が走る３次元強化繊維織物は、それぞれ前記第１の方向に走る第１の繊維よりなる複数の第１の繊維束であって、前記第２の方向に並べられた第１の繊維束よりなる、複数の第１の層と、それぞれ前記第２の方向に走る第２の繊維よりなる複数の第２の繊維束であって、前記第１の方向に並べられた第２の繊維束よりなる、複数の第２の層と、前記複数の第１の繊維束および前記複数の第２の繊維束の間を、少なくとも部分的に前記第１の方向及び前記第３の方向に走るべく蛇行した複数の第３の繊維と、を備え、前記複数の第２の層のうちの２層がそれぞれ表面に露出するべく、前記複数の第１の層と前記複数の第２の層とは交互に前記第３の方向に積層されており、前記第３の繊維は表面に露出した前記２層を互いに結束しており、前記複数の第１の繊維の総断面積は、前記複数の第２の繊維の総断面積と略同一である。
【０００８】
好ましくは、前記複数の第１の層より選択された何れか一以上の層を除き、前記複数の第１の層と前記複数の第２の層の各層において、前記第１の繊維または前記第２の繊維は同数であり、前記選択された一以上の層において前記第１の繊維の数は前記第２の層における前記第２の繊維の数より増やされていることにより、前記複数の第１の繊維の総断面積は、前記複数の第２の繊維の総断面積と略同一である。また好ましくは、前記第１、第２および第３の繊維は、グラファイトおよび炭化ケイ素よりなる群より選択された何れか一以上よりなる。
【発明の効果】
【０００９】
等方性に優れた３次元強化繊維織物が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、３次元強化繊維織物を模式的に表す斜視図である。
【図２】図２は、強化繊維束を模式的に表す斜視図である。
【図３】図３は、一実施形態による３次元強化繊維織物を模式的に表す断面図である。
【図４】図４は、他の実施形態による３次元強化繊維織物を模式的に表す断面図である。
【図５】図５は、さらに他の実施形態による３次元強化繊維織物を模式的に表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。
【００１２】
各図において、Ｘ，Ｙ，Ｚは３次元座標系におけるそれぞれ軸方向を意味する。本明細書および添付の特許請求の範囲を通じて、これらの方向を引用するのは説明の便宜のために過ぎず、実施形態を制限するものではない。また各軸方向は互いに直交するとは限らない。ただしＺ方向を織物の厚さ方向と理解することができる。
【００１３】
本実施形態による３次元強化繊維織物は、適宜の高強度な素材よりなる繊維よりなり、かかる素材は例えばグラファイトあるいは炭化ケイ素のごときセラミックスである。もちろんボロンナイトライドのごとき他のセラミックスや、ケブラーのごとき樹脂、あるいは適宜の金属や合金でもよい。
【００１４】
図１を参照するに、３次元強化繊維織物は、Ｘ，Ｙ方向のみならずＺ方向にも繊維が走り、これらの繊維が互いを緩やかに拘束する織物である。Ｘ方向に走る第１の繊維束３と、Ｙ方向に走る第２の繊維束５とは、それぞれ層をなしており、さらに第１の繊維束３よりなる層と第２の繊維束５よりなる層とは交互にＺ方向に積層される。第３の繊維７がこれらの間を、Ｘ方向及びＺ方向に蛇行して走ることにより、これらを互いに結合している。
【００１５】
図２を参照するに、第１，第２の繊維束３，５は、それぞれ、互いに略平行な複数の強化繊維１を束ねたものである。図示の例では各強化繊維１は真直だが、互いに撚り合わされていてもよい。一の繊維束３，５は例えば５００ないし８００本の強化繊維１を束ねたものだが、その数は任意に増減することができる。
【００１６】
図１に戻って参照するに、織り方には多様な形態がありうるが、図示された例によれば、Ｘ方向に走る複数の強化繊維１よりなる第１の繊維束３は、Ｙ方向に並べられて層をなし、Ｙ方向に走る複数の強化繊維１よりなる第２の繊維束５は、Ｚ方向に並べられて層をなす。第１，第２の繊維束３，５は、図示のごとく互いに積層されるに留まってもよく、あるいは互いに織り合わされて局所的に２次元織物を成していてもよい。後者の場合には、一方あるいは両方が真直でなく、緩やかに蛇行する。
【００１７】
第３の繊維７は、単一の強化繊維１でもよく、また複数の強化繊維１の束であってもよい。図１に組み合わせて図３ないし図５を参照するに、第３の繊維７は、最表層から最裏層にまで蛇行して全ての層を結合する。最表層と最裏層とは、共にこれに交差するために、必然的にＹ方向に走る第２の繊維束５である。従って第１の繊維束３がｎ層であるとすると、必然的に第２の繊維束５はｎ＋１層であって、これらの層数は一致し得ない。
【００１８】
３次元強化繊維織物が相当程度に厚く、相当程度の層数を含むものであれば、Ｘ方向に走る繊維の総断面積とＹ方向に走る繊維の総断面積とは略等しいとみなすことができ、すなわちかかる層数の差は問題にならない。ところが３次元強化繊維が薄く、層数が限られるときには、かかる層数の差は無視し得ない。各繊維の断面積が同一であって、各繊維束に含まれる繊維の数も同一であるとすると、例えば上述の例においてｎ＝３ならば、Ｘ方向に走る繊維の総断面積とＹ方向に走る繊維の総断面積との比は３：４である。かかる総断面積の相違は、強度や剛性のごとき特性の等方性に無視し得ない影響を生じうる。かかる相違は、異方性の原因になるのみならず、製造工程の各段階において織物に歪みを生ずる原因にもなりうる。
【００１９】
本実施形態においては、Ｘ方向に走る第１の繊維の総断面積と、Ｙ方向に走る第２の繊維の総断面積とが略同一になる手段が講じられる。すなわち、例えば図３に示すごとく、第１の繊維束３よりなる複数の層より選択された１層の繊維束３Ｗは、他の層に比べ、繊維の数が２倍であってもよい。例えば他の層において各繊維束３，５が８００本の繊維よりなる場合、かかる層においては各繊維束３Ｗは１６００本の繊維よりなることができる。
【００２０】
もちろん２倍に限らず、適宜の比で繊維の数が増やされていてもよい。例えば、第１の繊維束３よりなる複数の層より選択された２層の繊維束３Ｗは、他の層に比べ、繊維の数が１．５倍であってもよい。また３層以上において、繊維の数が増やされていてもよい。その場合、全ての層において繊維の数が均等に増やされていてもよく、あるいは特定の層において特に多くてもよい。
【００２１】
さらにあるいは、選択された層において、繊維の数は同数であって、繊維の各断面積が２倍であってもよい。さらにあるいは、数と断面積とが共に適宜に増やされていてもよい。もちろん特定の１層ではなく、複数の層にまたがって繊維の数またはその断面積が増やされていてもよい。管理のし易さの観点からは、同一の断面積の繊維を利用して、特定の層のみ繊維の数を増やすのが有利である。
【００２２】
２倍の断面積を有する層は、好ましくは最表層および最裏層から最も遠い層である。図３に示した例では、第１の繊維束３が偶数の層をなしているために、かかる層を中央に配置できないが、図４に示すごとく奇数の層をなす場合には、かかる層は中央に配置しうる。これは織物の対称性を高め、例えば製造工程の各段階において織物に歪みが生ずるのを防止するに有利である。
【００２３】
もちろん図５に示すごとく、層の数は適宜に増減することができる。
【００２４】
本実施形態による３次元強化繊維織物は、例えば厚さが３ｍｍ以下、特に１ｍｍ程度の繊維強化複合材料に好適に適用することができる。３ｍｍ以下の板厚においては、３次元織物の層数は例えば１４層以下であり、１ｍｍ程度では５層程度である。層数が限られることによる異方性の懸念が生ずるので、本実施形態はかかる異方性の問題を解決することができる。もちろん既に述べたように、より厚肉の繊維強化複合材料に適用することができる。
【００２５】
板厚３ｍｍ以下の繊維強化複合材料よりなる部品の例としては、例えば航空用ターボファンエンジンのアウトレットガイドベーン（ＯＧＶ）のカバー、低圧タービンブレードのシールド等を例示することができる。もちろん他の薄肉部品に適用することができる。
【００２６】
本実施形態によれば、等方性のみならず形状安定性にも優れるので、例えば仕上げ加工なしに部品を製造することができる。
【００２７】
好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
等方性に優れた３次元強化繊維織物が提供される。
【符号の説明】
【００２９】
１    強化繊維
３、３Ｗ  第１の繊維束
５    第２の繊維束
７    第３の繊維
【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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