JP2017030148A - 織物積層体、織物積層体の製造方法、及び織物積層体の製造装置 - Google Patents

織物積層体、織物積層体の製造方法、及び織物積層体の製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】捻り構造を有していても糸の直進性を維持して強度低下を抑制することができる織物積層体、織物積層体の製造方法、及び織物積層体の製造装置を提供すること。
【解決手段】織物積層体Ｗは、長手方向に沿って直線状に延びる捻り軸線２１を中心として捻られているとともに、第２〜第４の繊維層１２〜１４の経糸１０ａの配向方向が捻り軸線２１の延びる方向に対し交差している。織物積層体Ｗは、捻り軸線２１の両端に位置する縁部に側縁部２２を備えるとともに、両方の側縁部２２同士を繋ぐ縁部に捻り縁部２３を備える。織物積層体Ｗを捻り軸線２１に直交する方向から見て、捻り軸線２１と交差する方向に延びる経糸１０ａは、捻り軸線２１から捻り縁部２３に向けて直線状に延びている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の糸が一軸配向に配列された一方向織物が複数積層されるとともに、複数の一方向織物が結合糸によって積層方向に結合された織物積層体、織物積層体の製造方法、及び織物積層体の製造装置に関する。
繊維強化複合材（以下、単に複合材と言う。）は軽量の構造材として広く使用されている。複合材用の強化基材として三次元織物を使用した織物構造体がある。織物構造体を複合材の強化基材として広い用途に使用可能とするためには、単純な平板状ではなく、捻り構造を有する織物構造体が必要となる。
捻り構造を有する織物構造体としては、例えば、特許文献１に開示の三次元繊維構造体が挙げられる。図１０に示すように、特許文献１の三次元繊維構造体８０は、連続繊維からなる繊維層８１が積層されて形成された２軸配向となる積層繊維層８２が厚さ方向糸８３で結合されて構成されている。三次元繊維構造体８０における２軸配向は三次元繊維構造体８０の長手方向と短手方向である。また、三次元繊維構造体８０は、曲げ部８４と、長手方向において曲げ部８４を挟んで両側に延びる板状部８５とを備えるとともに、曲げ部８４を境に板状部８５が捻れた状態のプロペラに似た形状である。三次元繊維構造体８０は、長手方向に延びる捻れ軸線を中心に捻られた構造である。
特開２００７−２９７７５３号公報
ところで、特許文献１に開示の三次元繊維構造体８０は、複数の繊維層８１を厚さ方向糸８３で予め結合した一次構造体を捻って製造されている。一次構造体は、各繊維層８１において板状部８５となる部位が厚さ方向糸８３で結合され、曲げ部８４となる部位は、厚さ方向糸８３で結合されていない。このため、一次構造体が捻られると、板状部８５では、連続繊維が捻りに追従しようとするが、厚さ方向糸８３による繊維層８１同士の結合によって、連続繊維の追従が規制されてしまっている。よって、板状部８５の連続繊維は、捻れに追従しない不自然な形状（屈曲や湾曲）になってしまい、連続繊維の直進性が保たれず、板状部８５の強度が低下してしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、捻り構造を有していても糸の直進性を維持して強度低下を抑制することができる織物積層体、織物積層体の製造方法、及び織物積層体の製造装置を提供することにある。
上記問題点を解決するための織物積層体は、複数の糸が一軸配向に配列された一方向織物が複数積層されるとともに、前記複数の一方向織物が結合糸によって積層方向に結合された織物積層体であって、所定方向に沿って直線状に延びる捻り軸線を中心として捻られているとともに、前記複数の一方向織物のうちの少なくとも一枚の前記糸の配向方向が前記捻り軸線の延びる方向に対し交差しており、前記捻り軸線の両端に位置する縁部に側縁部を備えるとともに、両方の前記側縁部同士を繋ぐ縁部に捻り縁部を備え、前記捻り軸線に直交する方向から見て、前記捻り軸線と交差する方向に延びる前記糸は、前記捻り軸線から前記捻り縁部に向けて直線状に延びていることを要旨とする。
これによれば、織物積層体が捻り構造を有していても、捻り軸線に対し交差する方向に延びる糸は、捻り軸線から捻り縁部に至るまで直線状に延び、しかも、それら糸が直線状に延びる状態で、織物積層体は結合糸によって積層方向に結合されている。このため、捻り構造を有する織物積層体であっても、捻り軸線に交差する糸の直進性が維持され、糸が屈曲したり、湾曲したりすることによる強度低下が抑制される。
また、上記問題点を解決するための織物積層体の製造方法は、複数の糸が一軸配向に配列された一方向織物が複数積層されるとともに、複数の一方向織物が結合糸によって積層方向に結合された織物積層体の製造方法であって、前記複数の一方向織物を積層し、積層された前記複数の一方向織物を、所定方向に沿って直線状に延びる捻り軸線を中心として捻り、前記複数の一方向織物のうち、少なくとも一枚の前記糸の配向方向が前記捻り軸線の延びる方向に対し交差するようにした後、捻った前記複数の一方向織物を結合糸によって積層方向に結合することを要旨とする。
これによれば、複数の一方向織物を結合糸で結合するのに先んじて、積層された複数の一方向織物を捻る。このため、複数の一方向織物を結合糸で積層方向に結合した後に捻った場合のように、結合された繊維層の糸が捻りに追従できずに引っ張られて織物積層体の表面に皺ができたり、一方向に延びた糸の直進性が保たれなくなってしまうことを抑制することができる。
また、上記問題点を解決するための織物積層体の製造装置は、複数の糸が一軸配向に配列された一方向織物が複数積層されるとともに、前記複数の一方向織物が結合糸によって積層方向に結合され、かつ所定方向に沿って直線状に延びる捻り軸線を中心として捻られた織物積層体の製造装置であって、前記複数の一方向織物を積層したまま捻った状態に挟持する第１の積層用フレーム及び第２の積層用フレームと、前記第１の積層用フレームと前記第２の積層用フレームによって前記複数の一方向織物を挟持した状態を固定する固定部材と、を含み、前記第１の積層用フレームは、前記複数の一方向織物を支持する複数のバックプレートを着脱可能に有するとともに、前記第２の積層用フレームは、前記複数の一方向織物を前記バックプレートに向けて押圧する複数のプレスプレートを着脱可能に有することを要旨とする。
これによれば、第１の積層用フレームと第２の積層用フレームによって、複数の一方向織物を積層したまま捻った状態に挟持できる。このため、複数の一方向織物がばらけたり、捻った状態が解除されることを抑制できる。そして、複数あるバックプレートのうち、一部のバックプレートを第１の積層用フレームから取り外すとともに、取り外したバックプレートに対向したプレスプレートを第２の積層用フレームから取り外すことで、製造装置に複数の一方向織物が保持された状態で、それら一方向織物を一部だけ製造装置から露出させることができる。その結果、製造装置から露出した部分に結合糸を挿入することが可能になる。よって、積層された複数の一方向織物を捻った後に、それら一方向織物を結合糸で結合することが可能になる。
本発明によれば、捻り構造を有していても糸の直進性を維持して強度低下を抑制することができる。
実施形態の織物積層体を模式的に示す斜視図。 実施形態の織物積層体を長手方向に沿って切断した状態の断面図。 製造装置を示す分解斜視図。 製造装置を示す斜視図。 製造装置を用いた製造方法を示す部分破断斜視図。 別例の織物積層体を模式的に示す斜視図。 別例の織物積層体を示す断面図。 別例の織物積層体を模式的に示す斜視図。 別例の織物積層体を模式的に示す断面図。 背景技術を示す図。
以下、織物積層体、織物積層体の製造方法、及び織物積層体の製造装置を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図２に示すように、繊維強化複合材Ｍは、強化基材としての織物積層体Ｗにマトリックス樹脂Ｍａを含浸させて形成されたものである。
図１及び図２に示すように、織物積層体Ｗは、４枚の繊維層１１〜１４を積み重ねて構成されている。以下、４枚の繊維層１１〜１４について、織物積層体Ｗの最下層を構成する繊維層を第１の繊維層１１とし、最下層の第１の繊維層１１上に積み重ねられた繊維層を第２の繊維層１２とする。また、第２の繊維層１２の上に積み重ねられた繊維層を第３の繊維層１３とし、この第３の繊維層１３上に積み重ねられ、かつ織物積層体Ｗの最上層を構成する繊維層を第４の繊維層１４とする。
織物積層体Ｗにおいて、第１〜第４の繊維層１１〜１４が積み重ねられた方向を積層方向とし、第１〜第４の繊維層１１〜１４において、積層方向に沿う方向を厚み方向とするとともに、その厚み方向に沿う寸法を厚みとする。第１〜第４の繊維層１１〜１４を厚み方向に見た平面視において、矩形状の面を第１〜第４の繊維層１１〜１４の表面とする。また、第１〜第４の繊維層１１〜１４において、矩形状の表面における長辺の延びる方向を長手方向とし、短辺の延びる方向を短手方向とする。
図１に示すように、第１〜第４の繊維層１１〜１４のそれぞれは、糸としての経糸１０ａが１軸配向となるように一方向に複数配列され、それら複数の経糸１０ａが緯糸１０ｂによって結合されている。なお、経糸１０ａは、例えば、炭素繊維で構成され、緯糸１０ｂはナイロン糸で構成されている。緯糸１０ｂは、経糸１０ａに溶着されており、緯糸１０ｂの溶着によって経糸１０ａの１軸配向が保持されている。
第１の繊維層１１における経糸１０ａの配向角度は０度であり、この経糸１０ａは、第１の繊維層１１の長手方向に延びた状態に配列されている。また、第２の繊維層１２における経糸１０ａの配向角度は４５度であり、この経糸１０ａは、第２の繊維層１２の長手方向に対し４５度傾いた状態に引き揃えられている。第３の繊維層１３における経糸１０ａの配向角度は−４５度であり、この経糸１０ａは、第３の繊維層１３の長手方向に対し−４５度傾いた状態に引き揃えられている。第４の繊維層１４における経糸１０ａの配向角度は９０度であり、この経糸１０ａは、第４の繊維層１４の短手方向に延びた状態に配列されている。よって、第１〜第４の繊維層１１〜１４における経糸１０ａの４方向への配向角度に基づき、織物積層体Ｗは４方向への擬似等方性を有する。
図２に示すように、第１〜第４の繊維層１１〜１４は、それら第１〜第４の繊維層１１〜１４の厚み方向に延びる結合糸２０ａを有する結合構造２０によって、積層方向に結合されている。結合構造２０は、結合糸２０ａと抜け止め糸２０ｂとで構成されている。結合糸２０ａは、第１の繊維層１１の表面に沿って長手方向に延びる状態で複数配列されるとともに所定ピッチで織物積層体Ｗ内に外面側から挿入され、かつ織物積層体Ｗの第４の繊維層１４の外面から突出してループ状に折り返すように配列されている。結合糸２０ａは、第１〜第４の繊維層１１〜１４の表面に対し直交する状態で積層方向に延びている。
抜け止め糸２０ｂは、第４の繊維層１４の外面に沿って短手方向に延びる状態で複数配列され、第４の繊維層１４の長手方向に間隔を空けて配列されている。抜け止め糸２０ｂは、結合糸２０ａのループＬ内に挿通された状態で結合糸２０ａの織物積層体Ｗからの抜け止めを行うように配列されている。
図１に示すように、織物積層体Ｗは、捻り軸線２１を捻り中心とした捻り構造を有する捻り領域Ｒ１と、捻り領域Ｒ１に連続し、かつ平坦な板状の平坦領域Ｒ２とを含む。捻り軸線２１は織物積層体Ｗの短手方向の中心点を通過しつつ、長手方向に沿って直線状に延び、直進性を有する。織物積層体Ｗにおいて、捻り軸線２１は捻り領域Ｒ１及び平坦領域Ｒ２を通過しており、捻り軸線２１の両端に位置する短縁部を側縁部２２とし、２つの側縁部２２の両端同士を繋ぐ長縁部を捻り縁部２３とする。
第１の繊維層１１の経糸１０ａは、捻り軸線２１に平行な状態で直線状に延びている。第２の繊維層１２の経糸１０ａは、捻り軸線２１に対し４５度傾斜した状態で、捻り軸線２１から各捻り縁部２３に向けて直線状に延びている。第３の繊維層１３の経糸１０ａは、捻り軸線２１に対し−４５度傾斜した状態で、捻り軸線２１から各捻り縁部２３に向けて直進している。第４の繊維層１４の経糸１０ａは、捻り軸線２１に対し直交した状態で、捻り軸線２１から各捻り縁部２３に向けて直線状に延びている。したがって、織物積層体Ｗを捻り軸線２１に直交する方向から見ると、第２〜第４の繊維層１２〜１４の経糸１０ａは、捻り領域Ｒ１及び平坦領域Ｒ２のそれぞれで捻り軸線２１から捻り縁部２３に向けて直線状に延びている。
次に、織物積層体Ｗの製造装置について説明する。
図３又は図４に示すように、製造装置３０は、第１〜第４の繊維層１１〜１４を積層したまま捻った状態に挟持する第１の積層用フレーム３１及び第２の積層用フレーム５１と、第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１によって第１〜第４の繊維層１１〜１４を挟持した状態を固定する固定部材７１と、を有する。固定部材７１はボルトである。
第１の積層用フレーム３１は、金属製の矩形枠状である。第１の積層用フレーム３１は、長手方向の両端に位置する矩形板状の第１ベースプレート３２ａ及び第２ベースプレート３２ｂと、それら第１ベースプレート３２ａ及び第２ベースプレート３２ｂの長手方向両端同士を繋ぐ支持プレート３３とを一体化した矩形枠状である。
第１の積層用フレーム３１は、第１ベースプレート３２ａ寄りに、平坦部３１ａを備えるとともに、平坦部３１ａよりも第２ベースプレート３２ｂ寄りに、捻り軸線３８を捻り中心とした捻り部３１ｂを有する。捻り軸線３８は、捻り部３１ｂの短手方向の中心点を通過しつつ、長手方向に直進している。
第１の積層用フレーム３１は、第１ベースプレート３２ａに一体の軸取付プレート３５を有する。軸取付プレート３５は、捻り軸線３８の延長線と同軸上に位置する回転軸３６を備える。
各支持プレート３３は、平坦部３１ａを構成する部分は直方体状であり、捻り部３１ｂを構成する部分は緩やかに捻れた形状である。一対の支持プレート３３間の間隔は、支持プレート３３の長手方向に沿って一定である。支持プレート３３は、厚み方向に対向する二つの側面のうち、一方に取付面３３ａを備えるとともに、他方に支持面３３ｂを備える。支持プレート３３は、取付面３３ａから凹む螺子穴３３ｃを複数備え、複数の螺子穴３３ｃは支持プレート３３の長手方向に等間隔おきに配置されている。また、支持プレート３３は、長手方向の両端部に固定用螺子穴３３ｄを備える。
第１の積層用フレーム３１は、支持プレート３３に取り付けられる複数のバックプレート４１ａ，４１ｂを含み、複数のバックプレート４１ａ，４１ｂは、第１〜第４の繊維層１１〜１４を支持する。
バックプレート４１ａ，４１ｂは、金属製である。バックプレートは、平坦部３１ａに取り付けられる平坦部用のバックプレート４１ａと、捻り部３１ｂに取り付けられる捻り部用のバックプレート４１ｂとを含む。平坦部用のバックプレート４１ａは、矩形板状である。捻り部用のバックプレート４１ｂは、矩形板を、その長手方向の中間で捻った形状であり、一対の支持プレート３３の捻り度合いに合わせて捻られている。
各バックプレート４１ａ，４１ｂは、長手方向の両端を厚み方向に貫通する挿通孔４１ｃを有し、挿通孔４１ｃにはボルト４２が貫通可能である。ボルト４２は、支持プレート３３の螺子穴３３ｃに螺合可能である。
各バックプレート４１ａ，４１ｂは、長手方向の両端部に、その他の部位より厚みの薄い段部４３を備えるとともに、長手方向において両段部４３に挟まれた部位に支持部４４を備える。厚み方向に沿った支持部４４の表面から段部４３に至るまでの深さは、支持プレート３３の厚みと同じである。また、長手方向に沿った支持部４４の長さは、一対の支持プレート３３の対向した内側面同士の長さより若干短い。
そして、平坦部用のバックプレート４１ａは、支持プレート３３における平坦部３１ａを構成する部位に段部４３を当接させた状態で、支持部４４が支持プレート３３の間に配置されている。また、捻り部用のバックプレート４１ｂは、支持プレート３３における捻り部３１ｂを構成する部位に段部４３を当接させた状態で、支持部４４が支持プレート３３の間に配置されている。この状態で、挿通孔４１ｃに挿通したボルト４２が、支持プレート３３の螺子穴３３ｃに螺合され、各バックプレート４１ａ，４１ｂが支持プレート３３に取り付けられている。
一方、ボルト４２を、螺子穴３３ｃから螺退させることにより、各バックプレート４１ａ，４１ｂを、第１の積層用フレーム３１から離れる方向へと、支持プレート３３から取り外すことができる。
第２の積層用フレーム５１は、金属製である。第２の積層用フレーム５１は、長手方向の一端寄りに、平坦部５１ａを備えるとともに、平坦部５１ａよりも他端寄りに、捻り軸線５８を捻り中心とした捻り部５１ｂを有する。捻り軸線５８は、捻り部５１ｂの短手方向の中心点を通過しつつ、長手方向に直進する直線状である。
第２の積層用フレーム５１は、一対の取付プレート５２を有する。各取付プレート５２は、平坦部５１ａを構成する部分は直方体状であり、捻り部５１ｂを構成する部分は緩やかに捻れた形状である。図４に示すように、取付プレート５２は、厚み方向に対向する二つの側面のうち、一方にプレート取付面５２ａを備える。取付プレート５２は、プレート取付面５２ａから凹む取付溝５２ｂを複数備え、複数の取付溝５２ｂは取付プレート５２の長手方向に等間隔おきに配置されている。
図３に示すように、各取付プレート５２は、長手方向の両端部を厚み方向に貫通する貫通孔５２ｃを有する。貫通孔５２ｃには、第２の積層用フレーム５１を第１の積層用フレーム３１に固定するための固定部材７１が貫通可能であり、固定部材７１は、支持プレート３３の固定用螺子穴３３ｄに螺合可能である。
第２の積層用フレーム５１は、取付プレート５２に取り付けられる複数のプレスプレート６１ａ，６１ｂを含み、複数のプレスプレート６１ａ，６１ｂは、第１〜第４の繊維層１１〜１４をバックプレート４１ａ，４１ｂに向けて押圧する。プレスプレート６１ａ，６１ｂは、金属製である。プレスプレートは、平坦部５１ａに取り付けられる平坦部用のプレスプレート６１ａと、捻り部５１ｂに取り付けられる捻り部用のプレスプレート６１ｂとを含む。平坦部用のプレスプレート６１ａと捻り部用のプレスプレート６１ｂは同一の矩形板状である。このため、図４に示すように、捻り部５１ｂの取付溝５２ｂには、捻り部用のプレスプレート６１ｂが挿入できるように、捻りに合わせた溝加工が施されている。
そして、平坦部用のプレスプレート６１ａの長手方向の両端部は、取付プレート５２における平坦部５１ａを構成する部位の取付溝５２ｂに挿入され、取付プレート５２に一体化されている。また、捻り部用のプレスプレート６１ｂの長手方向の両端部は、取付プレート５２における捻り部５１ｂを構成する部位の取付溝５２ｂに挿入され、取付プレート５２に一体化されている。取付プレート５２への各プレスプレート６１ａ，６１ｂの取付状態では、各プレスプレート６１ａ，６１ｂの長側縁部が、取付プレート５２のプレート取付面５２ａよりも突出している。
製造装置３０では、第１の積層用フレーム３１の平坦部３１ａ及び捻り部３１ｂに第１〜第４の繊維層１１〜１４が支持された状態で、その第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１とを固定部材７１で固定することができる。第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１が固定された状態では、バックプレート４１ａ，４１ｂと、プレスプレート６１ａ，６１ｂとの間に、第１〜第４の繊維層１１〜１４が挟持される。
次に、製造装置３０を用いた織物積層体Ｗの製造方法について説明する。
まず、製造装置３０に挟持された複数の繊維層を結合するための結合装置６０について説明する。また、第１〜第４の繊維層１１〜１４において、製造装置３０によって積層方向に挟持されつつも結合構造２０が形成されていないものを、前駆体５９とする。
図５に示すように、結合装置６０は、製造装置３０を回転可能に支持する回転装置６２と、回転装置６２に支持された製造装置３０に対し接離する方向へ移動可能な針支持体６３と、上下方向へ移動可能な抜け止め糸挿通用針６７とを含む。
回転装置６２には、製造装置３０における軸取付プレート３５の回転軸３６が着脱可能である。回転装置６２は、回転軸３６を回転中心として製造装置３０を回転させる。針支持体６３は、図示しない駆動装置によって、製造装置３０に対し接離する方向へ移動可能である。針支持体６３は、結合糸２０ａを前駆体５９に挿入するための挿入針６４を複数備え、各挿入針６４の先端には結合糸２０ａが通されている。本実施形態では、挿入針６４は、上下方向に沿って複数配列されている。
抜け止め糸挿通用針６７は、挿入針６４の配列方向（上下方向）に沿って移動可能である。抜け止め糸挿通用針６７は、挿入針６４の配列方向に沿った一端側に配設され、挿入針６４の配列方向に沿った他端側には、抜け止め糸２０ｂが配置されている。
さて、製造装置３０及び結合装置６０を用いて織物積層体Ｗを製造するには、まず、図３に示すように、第１の積層用フレーム３１において、支持プレート３３に、平坦部用のバックプレート４１ａ及び捻り部用のバックプレート４１ｂを取り付け、支持プレート３３の支持面３３ｂと、バックプレート４１ｂの支持部４４とを面一な状態にする。
そして、第１の積層用フレーム３１の平坦部３１ａ及び捻り部３１ｂに亘って第１の繊維層１１を載せ、その第１の繊維層１１を平坦部３１ａ及び、捻り部３１ｂの捻り形状に沿わせて図示しないローラ等で押し延ばす。すると、第１の繊維層１１が、平坦部３１ａ及び捻り部３１ｂに沿った形状に賦形される。
次に、第１の繊維層１１に第２の繊維層１２を載せ、第１の繊維層１１と同様に、ローラ等で押し延ばす。すると、第２の繊維層１２が、平坦部３１ａ及び捻り部３１ｂに沿った形状に賦形される。そして、第３の繊維層１３及び第４の繊維層１４も同様に賦形させる。
次に、第２の積層用フレーム５１において、取付プレート５２に、平坦部用のプレスプレート６１ａ及び捻り部用のプレスプレート６１ｂを取り付ける。そして、第２の積層用フレーム５１を、最上層の第４の繊維層１４に載せる。図４に示すように、第２の積層用フレーム５１の貫通孔５２ｃに固定部材７１を貫通させ、その固定部材７１を第１の積層用フレーム３１の固定用螺子穴３３ｄに螺合する。すると、複数の捻り部用のプレスプレート６１ｂによって、第１〜第４の繊維層１１〜１４が積層方向に押圧されるとともに、捻り部３１ｂ，５１ｂの捻り形状に沿って捻られた状態に挟持される。すなわち、前駆体５９が製造装置３０の捻り軸線３８，５８を捻り中心とした捻り形状に保持される。また、複数の平坦部用のプレスプレート６１ａによって、第１〜第４の繊維層１１〜１４が積層方向に押圧されるとともに、平坦部３１ａ，５１ａに沿って平坦な状態に挟持される。
次に、図５に示すように、製造装置３０の回転軸３６を回転装置６２に取り付け、回転軸３６を回転中心として製造装置３０を回転可能な状態に支持させる。
次に、製造装置３０において、結合糸２０ａを挿入する位置にある捻り部用のバックプレート４１ｂを第１の積層用フレーム３１から取り外すとともに、結合糸２０ａを挿入する位置にある捻り部用のプレスプレート６１ｂを第２の積層用フレーム５１から取り外す。すると、前駆体５９において、結合糸２０ａを挿入する部分が製造装置３０から露出する。
次に、前駆体５９の露出した部位に針支持体６３を対向配置し、複数の挿入針６４を前駆体５９の露出部に対向配置する。このとき、挿入針６４が、前駆体５９の表面に対し、直交するように回転装置６２によって、製造装置３０と共に前駆体５９を回転させる。そして、針支持体６３を前駆体５９に近付け、挿入針６４を前駆体５９の積層方向に沿って第１の繊維層１１の外面から挿入する。すると、挿入針６４の前駆体５９への挿入に伴い前駆体５９の積層方向に結合糸２０ａが挿入される。挿入針６４の先端を、前駆体５９の第４の繊維層１４の外面から突出させた後、針支持体６３を前駆体５９から離間させる方向へ僅かに移動させると、前駆体５９の表面には、結合糸２０ａがループ状になる。
その後、第４の繊維層１４の外面上に形成された結合糸２０ａの各ループに、抜け止め糸挿通用針６７を通し、各ループ内に抜け止め糸２０ｂが通される。そして、針支持体６３が前駆体５９から離間する方向へ移動し、挿入針６４が前駆体５９から離脱すると、結合糸２０ａが引き戻され、前駆体５９内に挿入された結合糸２０ａが抜け止め糸２０ｂにより抜け止めされた状態で締め付けられる。
そして、前駆体５９の一部に結合構造２０が形成された後、取り外したバックプレート４１ｂを第１の積層用フレーム３１に取り付けるとともに、取り外したプレスプレート６１ｂを第２の積層用フレーム５１に取り付ける。
次に、形成された結合構造２０の隣りに、別の結合構造２０を形成するため、その別の結合構造２０を形成する位置にある捻り部用のバックプレート４１ｂを第１の積層用フレーム３１から取り外すとともに、捻り部用のプレスプレート６１ｂを第２の積層用フレーム５１から取り外す。すると、前駆体５９の長手方向において、形成された結合構造２０の隣りの部分が製造装置３０から露出する。そして、針支持体６３を、製造装置３０から露出した前駆体５９に対向配置し、上記と同様に結合構造２０を形成する。
その後、前駆体５９の長手方向全体に亘って、プレスプレート６１ｂ及びバックプレート４１ｂの取り外しと、取り付けを行って結合構造２０を形成していく。その結果、第１〜第４の繊維層１１〜１４は、製造装置３０によって捻れ形状が保持された状態で結合構造２０によって積層方向に結合されていく。
その結果、第１の積層用フレーム３１の平坦部３１ａ及び第２の積層用フレーム５１の平坦部５１ａにより、織物積層体Ｗの平坦領域Ｒ２が製造され、第１の積層用フレーム３１の捻り部３１ｂ及び第２の積層用フレーム５１の捻り部５１ｂにより、織物積層体Ｗの捻り領域Ｒ１が製造される。
最後に、固定部材７１を固定用螺子穴３３ｄから螺退させ、第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１を分解し、製造装置３０から織物積層体Ｗを取り外す。製造された織物積層体Ｗに、熱硬化性のマトリックス樹脂Ｍａを含浸硬化させる。マトリックス樹脂Ｍａの含浸硬化はＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）法で行われる。その結果、織物積層体Ｗを強化基材とした繊維強化複合材Ｍが製造される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）織物積層体Ｗは、捻り軸線２１を捻り中心とした捻り構造を有していても、第２〜第４の繊維層１２〜１４を構成する各経糸１０ａは、それぞれ捻り軸線２１から捻り縁部２３に至るまで直進性を有するように直線状に延びている。このため、織物積層体Ｗが捻り構造を有していても、経糸１０ａが、屈曲したり、湾曲したりしておらず、第２〜第４の繊維層１２〜１４の経糸１０ａが延びる１軸方向への直進性が維持され、その強度低下を抑制することができる。
（２）織物積層体Ｗの製造装置３０は、第１〜第４の繊維層１１〜１４を積層した前駆体５９を捻った状態に保持することができる。そして、捻った状態の前駆体５９を、結合糸２０ａ及び抜け止め糸２０ｂで積層方向に結合することができる。よって、織物積層体Ｗは、第１〜第４の繊維層１１〜１４を結合糸２０ａ及び抜け止め糸２０ｂで積層方向に結合した後に捻って製造されていない。このため、第１〜第４の繊維層１１〜１４の経糸１０ａが捻りに追従できずに引っ張られて織物積層体Ｗの表面に皺ができたり、一方向に延びた経糸１０ａの直進性が保たれなくなってしまうことを抑制することができる。
（３）製造装置３０において、第１の積層用フレーム３１はバックプレート４１ａ，４１ｂを着脱可能であり、第２の積層用フレーム５１はプレスプレート６１ａ，６１ｂを着脱可能である。このため、複数のバックプレート４１ａ，４１ｂ、及び複数のプレスプレート６１ａ，６１ｂのうちの一部だけを製造装置３０から取り外すことで、製造装置３０に前駆体５９を保持したまま、前駆体５９のうち挿入針６４を挿入する部位だけ露出させ、結合糸２０ａを前駆体５９に挿入することができる。したがって、前駆体５９を結合糸２０ａで結合するために、第１〜第４の繊維層１１〜１４がばらけることを抑制することができる。
（４）製造装置３０は、捻り軸線２１と同軸上に回転軸３６を備える。このため、回転軸３６を結合装置６０の回転装置６２に取り付けることで、製造装置３０を捻り軸線２１を中心として回転させることができる。そして、製造装置３０とともに前駆体５９を捻り軸線２１を中心に回転させることで、挿入針６４の進退方向に対し、前駆体５９を直交させた状態に配置することができる。このため、挿入針６４を、前駆体５９の積層方向に沿って挿入することができ、結合糸２０ａも捻られず、結合糸２０ａの強度低下もない。
（５）製造装置３０において、第２の積層用フレーム５１はプレスプレート６１ａ，６１ｂを備え、プレスプレート６１ａ，６１ｂによって、前駆体５９を第１の積層用フレーム３１のバックプレート４１ａ，４１ｂに向けて押し当てることができる。このため、第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１の間で、第１〜第４の繊維層１１〜１４が積層方向に離間したり、層間がずれたりせず、前駆体５９の形状を保持したまま、結合糸２０ａによって結合することができる。
（６）織物積層体Ｗの製造方法として、プリプレグを貼り付けて積層していく方法がある。捻り形状を有する織物積層体Ｗを製造する場合は、プリプレグを捻りながら貼り付けることになるが、プリプレグを捻ると、その縁部は、引っ張りによって捻り前の長さから変化し、捻り形状で繊維層の縁部同士を合わせた貼り付けが行いにくい。このため、長手方向に分割された短冊状のプリプレグ同士を貼り付ける必要があり、非常に手間が掛かる。しかし、本実施形態では、製造装置３０を用いて第１〜第４の繊維層１１〜１４を捻った状態に保持して結合糸２０ａで結合するため、捻り形状の織物積層体Ｗの製造が容易になる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図６及び図７に示すように、織物積層体Ｗは、捻り構造を有しつつ、短手方向に沿って湾曲する形状であってもよい。この場合、製造装置で前駆体５９を捻りつつ、短手方向に湾曲させた状態に保持した状態で、結合糸２０ａ及び抜け止め糸２０ｂによって第１〜第４の繊維層１１〜１４を結合する。
結合糸２０ａ及び抜け止め糸２０ｂによる第１〜第４の繊維層１１〜１４の結合は、湾曲した部位であっても、結合糸２０ａが積層方向に挿入されるように、結合糸２０ａの挿入を１箇所ずつミシンによって行う。
○ 図８に示すように、織物積層体７３は、捻り軸線２１の第１端部２２ａ側が、該第１端部２２ａに向かうに従い厚みが徐々に薄くなるテーパ部Ｔを有する構造であってもよい。この場合、捻り軸線２１の第２端部２２ｂ側は、テーパ部Ｔではなく、一定の厚みを有する肉厚部となる。
図９に示すように、織物積層体７３は、第１端部２２ａ側において、織物積層体７３は、第１〜第５の繊維層７０ａ〜７０ｅによって芯部７２が構成され、その芯部７２を、積層方向の両端側から第６の繊維層７０ｆと第７の繊維層７０ｇとで覆った構造である。一方、織物積層体７３は、第２端部２２ｂ側では、第１〜第７の繊維層７０ａ〜７０ｇの長手方向の先端が全て揃った状態に積層され、テーパ部Ｔを構成していない。
第１の繊維層７０ａは、芯部７２を構成する繊維層のうち、長手方向に沿う長さが最も長い繊維層である。第１端部２２ａ側では、芯部７２において、その積層方向における第１の繊維層７０ａの一面側には、第２の繊維層７０ｂが配置され、第１の繊維層７０ａの他面側には第３の繊維層７０ｃが配置されている。第２の繊維層７０ｂ及び第３の繊維層７０ｃは、長手方向に沿う長さが第１の繊維層７０ａより短い繊維層である。
芯部７２において、その積層方向における第２の繊維層７０ｂの外側には第４の繊維層７０ｄが配置され、第３の繊維層７０ｃの外側には第５の繊維層７０ｅが配置されている。第４の繊維層７０ｄ及び第５の繊維層７０ｅは、長手方向に沿う長さが第２の繊維層７０ｂ及び第３の繊維層７０ｃより短い繊維層である。
よって、芯部７２は、第１端部２２ａ側では、第１端部２２ａの先端に向かうに従い、存在する繊維層が５枚、３枚、１枚と減っていき、厚みが徐々に薄くなっている。そして、第６の繊維層７０ｆと第７の繊維層７０ｇで、芯部７２全体を覆うことで、織物積層体７３の第１端部２２ａ側のテーパ部Ｔでは、先端に向かうに従い厚みが徐々に薄くなっている。
また、織物積層体７３において、長手方向の第１端部２２ａ側は、円弧状に面取りが施されており、第２端部２２ｂ側は、面取りが施されず、角張った形状である。
なお、芯部７２を構成する繊維層の枚数は、織物積層体７３の厚みに応じて適宜変更してもよい。
○ 図８に示す上記形態において、芯部７２を構成する第１〜第５の繊維層７０ａ〜７０ｅを結合糸２０ａ及び抜け止め糸２０ｂによる結合構造２０で積層方向に結合し、芯部７２と第６の繊維層７０ｆ、及び芯部７２と第７の繊維層７０ｇとは結合糸としてのタフティング糸で積層方向に結合してもよい。
このように構成した場合、織物積層体７３のように７層構造であっても、織物積層体７３を積層方向に結合することができる。
○ 実施形態では、第１〜第４の繊維層１１〜１４において、経糸１０ａの配向角度を全て異ならせたが、４枚のうち、２枚又は３枚の繊維層同士の間で経糸１０ａの配向角度が異なっていてもよい。この場合、少なくとも１枚の繊維層について、経糸１０ａの延びる方向が捻り軸線２１に対し交差している。
○ 製造装置３０において、第１の積層用フレーム３１の平坦部３１ａ及び第２の積層用フレーム５１の平坦部５１ａを無くし、第１の積層用フレーム３１及び第２の積層用フレーム５１の全体を捻り部３１ｂ，５１ｂだけで構成してもよい。この場合、織物積層体Ｗは、捻り領域Ｒ１だけで構成され、平坦領域Ｒ２は存在しない形状となる。
○ 実施形態では、前駆体５９を第１の積層用フレーム３１及び第２の積層用フレーム５１の枠内に収まる形状にしたが、前駆体５９を、第１の積層用フレーム３１及び第２の積層用フレーム５１の枠外にはみ出る形状にし、織物積層体Ｗを製造した後、織物積層体Ｗの周囲をカットして所望する形状にしてもよい。
○ 織物積層体Ｗは、経糸１０ａが四方向に疑似等方性を有するとしたが、織物積層体Ｗは、経糸１０ａが三方向や六方向に疑似当方性を有するとしてもよい。
○ 織物積層体Ｗは、疑似等方性を有していなくてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記結合糸は、前記複数の一方向織物を前記積層方向に貫通する結合糸と、該結合糸が抜け止めされた抜け止め糸を含む織物積層体。
（ロ）前記捻り軸線と同軸上に回転軸を備える織物積層体の製造装置。
Ｗ，７３…織物積層体、１０ａ…糸としての経糸、１１〜１４…一方向織物としての第１〜第４の繊維層、２０ａ…結合糸、２１…捻り軸線、２２…側縁部、２３…捻り縁部、３０…製造装置、３１…第１の積層用フレーム、４１ａ，４１ｂ…バックプレート、５１…第２の積層用フレーム、６１ａ，６１ｂ…プレスプレート、７１…固定部材。

Claims (3)

  1. 複数の糸が一軸配向に配列された一方向織物が複数積層されるとともに、前記複数の一方向織物が結合糸によって積層方向に結合された織物積層体であって、
    所定方向に沿って直線状に延びる捻り軸線を中心として捻られているとともに、前記複数の一方向織物のうちの少なくとも一枚の前記糸の配向方向が前記捻り軸線の延びる方向に対し交差しており、
    前記捻り軸線の両端に位置する縁部に側縁部を備えるとともに、両方の前記側縁部同士を繋ぐ縁部に捻り縁部を備え、
    前記捻り軸線に直交する方向から見て、前記捻り軸線と交差する方向に延びる前記糸は、前記捻り軸線から前記捻り縁部に向けて直線状に延びていることを特徴とする織物積層体。
  2. 複数の糸が一軸配向に配列された一方向織物が複数積層されるとともに、複数の一方向織物が結合糸によって積層方向に結合された織物積層体の製造方法であって、
    前記複数の一方向織物を積層し、
    積層された前記複数の一方向織物を、所定方向に沿って直線状に延びる捻り軸線を中心として捻り、前記複数の一方向織物のうち、少なくとも一枚の前記糸の配向方向が前記捻り軸線の延びる方向に対し交差するようにした後、
    捻った前記複数の一方向織物を結合糸によって積層方向に結合することを特徴とする織物積層体の製造方法。
  3. 複数の糸が一軸配向に配列された一方向織物が複数積層されるとともに、前記複数の一方向織物が結合糸によって積層方向に結合され、かつ所定方向に沿って直線状に延びる捻り軸線を中心として捻られた織物積層体の製造装置であって、
    前記複数の一方向織物を積層したまま捻った状態に挟持する第１の積層用フレーム及び第２の積層用フレームと、
    前記第１の積層用フレームと前記第２の積層用フレームによって前記複数の一方向織物を挟持した状態を固定する固定部材と、を含み、
    前記第１の積層用フレームは、前記複数の一方向織物を支持する複数のバックプレートを着脱可能に有するとともに、
    前記第２の積層用フレームは、前記複数の一方向織物を前記バックプレートに向けて押圧する複数のプレスプレートを着脱可能に有することを特徴とする織物積層体の製造装置。
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