JP2019094578A - 繊維構造体及び繊維強化複合材 - Google Patents
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Abstract
【課題】曲げ部における皺の発生を抑制しつつ簡単に製造できる繊維構造体及び繊維強化複合材を提供すること。【解決手段】繊維構造体11は、第2方向X2に沿って第1の平面部16と曲げ部18と第2の平面部17が連続する板状である。繊維構造体11において、第1の平面部16においては、緯糸13は第1方向に直線状に延び、かつ経糸14は第2方向X2に直線状に延び、拘束糸15によって積層方向Yに第1〜第4緯糸層21〜24及び第1〜第8経糸層31〜38の全てが拘束されている。曲げ部18及び第2の平面部17においては、拘束糸15は、直線状に延び、経糸14は、特定の第1〜第4緯糸層21〜24の緯糸13のみに係合している。【選択図】図3
Description
本発明は、繊維構造体及び繊維強化複合材に関する。
繊維強化複合材は軽量の構造材料として広く使用されている。繊維強化複合材用の強化基材として繊維構造体があり、この繊維構造体に樹脂をマトリックスとした繊維強化複合材は航空機、自動車及び建築物等の構造材として用いられている。また、繊維構造体としては、複数の繊維層が積層されるとともに、それら複数の繊維層が拘束糸によって積層方向に拘束されたものがある。
ところで、繊維強化複合材を幅広い用途に使用可能とするためには、その用途に合わせた形状、例えば、L字状やU字状等である必要がある。例えば、L字状やU字状の繊維強化複合材を製造するには、繊維構造体もL字状やU字状である必要があり、繊維構造体は曲げ部を有することとなる。
図9に示すように、例えば、特許文献1の三次元繊維構造体90は、連続繊維が2軸配向となるように配列された積層繊維層91と、厚さ方向糸92とにより構成されている。厚さ方向糸92により、積層繊維層91を構成する複数の繊維層が板厚方向に拘束されている。また、積層繊維層91は、曲げ方向の異なる曲げ部94a,94bと、平面部95a,95b,95cとが連続する立体的な板状に形成されている。
三次元繊維構造体90に使用される連続繊維は一般に伸びが非常に小さい。このため、曲げ部94a,94bにおいて、外側に配列された連続繊維は伸びることができず、曲げ部94a,94bの内側に皺が発生する虞がある。三次元繊維構造体90を強化基材とした繊維強化複合材においては、皺が物性低下(例えば、強度低下)の原因となるとともに、外観品質を低下させる。
そこで、特許文献1においては、一つの曲げ部94aを挟んで隣り合う一方の平面部95bには厚さ方向糸92が繊維層と斜めに交差する状態で配列され、他方の平面部95aには厚さ方向糸92が繊維層と直交する方向に配列されている。
特許文献1において、積層繊維層91に曲げ加工を施す際に、積層繊維層91を板厚方向に圧縮しながら曲げると、曲げ部94a,94bの外側に配列されている連続繊維の非曲げ部の部分がずれようとする。そのとき、非曲げ部に配列されている厚さ方向糸92がずれを許容するように連続繊維と共に移動することにより、曲げ部94a,94bにおける皺の発生が抑制される。
ところが、特許文献1の三次元繊維構造体90は、曲げ部94a,94bにおける皺の発生を抑制するため、厚さ方向糸92のずれを許容させる構造とする必要がある。厚さ方向糸92のずれを許容させるため、曲げ加工時には、積層繊維層91を板厚方向に圧縮する必要があり、その製造が面倒である。
本発明の目的は、曲げ部における皺の発生を抑制しつつ簡単に製造できる繊維構造体及び繊維強化複合材を提供することにある。
上記問題点を解決するための繊維構造体は、第1の糸を有する複数の第1の繊維層と、前記第1の糸に交差した第2の糸を有する複数の第2の繊維層とが積み重ねられ、前記第1の糸の糸主軸が延びる方向を第1方向とし、前記第2の糸の糸主軸が延びる方向を第2方向とし、前記第2方向に沿って少なくとも第1の平面部、曲げ部及び第2の平面部が連続する板状の繊維構造体であって、前記第1の繊維層と前記第2の繊維層が積み重ねられた方向を積層方向とすると、前記第1の平面部において、前記第1の糸は前記第1方向に直線状に延び、かつ前記第2の糸は前記第2方向に直線状に延び、拘束糸によって前記積層方向に前記第1の繊維層及び前記第2の繊維層の全てが拘束され、前記拘束糸は、前記曲げ部及び前記第2の平面部において直線状に延びている態様、前記曲げ部及び前記第2の平面部において前記第1の繊維層及び前記第2の繊維層を前記積層方向に部分的に拘束している態様、又は前記曲げ部及び前記第2の平面部に存在しない態様であり、前記第2の糸は、前記曲げ部及び前記第2の平面部において、特定の前記第1の繊維層の第1の糸のみに係合している態様、又は前記第1の繊維層を前記積層方向に部分的に拘束している態様であることを要旨とする。
これによれば、第1の平面部では、拘束糸によって第1の繊維層及び第2の繊維層がばらけることが抑制される。
また、第1の平面部は、拘束糸によって、第1の繊維層及び第2の繊維層の全てが積層方向に拘束されている。一方、曲げ部及び第2の平面部においては、拘束糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての積層方向への拘束はなく、第2の糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての積層方向への拘束もない。よって、曲げ部の内側では、曲げに伴う第1の糸及び第2の糸の第2方向への移動が許容され、第2の糸が屈曲することや、複数の第1の糸が寄せ集められて多段積みになることが抑制され、曲げ部の内側に皺が発生することを抑制できる。そして、上記構成を有する繊維構造体は、織機による製織の際、拘束糸を制御することで形成できる。このため、曲げ部での皺の発生を抑制するために繊維構造体を圧縮したりする必要がなく、繊維構造体を簡単に製造できる。
また、第1の平面部は、拘束糸によって、第1の繊維層及び第2の繊維層の全てが積層方向に拘束されている。一方、曲げ部及び第2の平面部においては、拘束糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての積層方向への拘束はなく、第2の糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての積層方向への拘束もない。よって、曲げ部の内側では、曲げに伴う第1の糸及び第2の糸の第2方向への移動が許容され、第2の糸が屈曲することや、複数の第1の糸が寄せ集められて多段積みになることが抑制され、曲げ部の内側に皺が発生することを抑制できる。そして、上記構成を有する繊維構造体は、織機による製織の際、拘束糸を制御することで形成できる。このため、曲げ部での皺の発生を抑制するために繊維構造体を圧縮したりする必要がなく、繊維構造体を簡単に製造できる。
また、繊維構造体について、前記第1の平面部では、前記積層方向に隣り合う一対の前記第2の繊維層の間に前記第1の繊維層が配設され、前記曲げ部及び前記第2の平面部では、前記積層方向に隣り合う一対の前記第2の繊維層の第2の糸が、前記特定の前記第1の繊維層の各第1の糸に対し積層方向の両側から交互に係合する態様であってもよい。
これによれば、曲げ部及び第2の平面部では、特定の第1の繊維層の第1の糸のみに対し、積層方向の両側から第2の糸が係合し、係合関係にある第1の繊維層と第2の繊維層がばらけることを抑制できる。
また、繊維構造体について、前記第1の平面部では、前記積層方向に隣り合う一対の前記第1の繊維層の間に一対の前記第2の繊維層が配設された第1積層体と、前記積層方向に隣り合う一対の前記第1の繊維層の間に一対の前記第2の繊維層が配設された第2積層体と、が前記積層方向に並設され、前記曲げ部及び前記第2の平面部では、前記第1積層体及び前記第2積層体において、前記積層方向に隣り合う前記第1の繊維層の前記第1の糸に対し、それら第1の繊維層同士の間に配設された一対の前記第2の繊維層の複数の前記第2の糸のうちの一部が係合する態様により、前記積層方向に隣り合う一対の前記第1の繊維層が前記積層方向に部分的に拘束され、前記第1積層体と前記第2積層体とは、一方の積層体の複数の前記第2の糸のうちの一部が他方の積層体の前記第1の糸に係合する態様により前記積層方向に結合されていてもよい。
これによれば、曲げ部及び第2の平面部では、第1積層体及び第2積層体において、積層方向に隣り合う第1の繊維層同士が第2の糸によって積層方向に部分的に拘束され、第1積層体と第2積層体も第2の糸によって積層方向に結合される。よって、曲げ部及び第2の平面部が積層方向にばらけることを抑制できる。
上記問題点を解決するための繊維強化複合材は、繊維構造体製の強化基材にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材であって、前記繊維構造体が請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の繊維構造体であることを要旨とする。
これによれば、第1の平面部では、拘束糸によって第1の繊維層及び第2の繊維層がばらけることが抑制される。
また、第1の平面部は、拘束糸によって、第1の繊維層及び第2の繊維層の全てが積層方向に拘束されている。一方、曲げ部及び第2の平面部においては、拘束糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての拘束はなく、第2の糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての拘束もない。よって、曲げ部の内側では、曲げに伴う第1の糸及び第2の糸の第2方向への移動が許容され、第2の糸が屈曲することや、複数の第1の糸が寄せ集められて多段積みになることが抑制され、曲げ部の内側に皺が発生することを抑制できる。そして、上記構成を有する繊維構造体は、織機による製織の際、拘束糸を制御することで形成できる。このため、曲げ部での皺の発生を抑制するため、例えば、繊維構造体を圧縮したりする必要がなく、繊維構造体を簡単に製造できる。そして、繊維構造体を強化基材とした繊維強化複合材において、繊維構造体の曲げ部に対応した箇所が、皺によって強度低下することを抑制できる。
また、第1の平面部は、拘束糸によって、第1の繊維層及び第2の繊維層の全てが積層方向に拘束されている。一方、曲げ部及び第2の平面部においては、拘束糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての拘束はなく、第2の糸による第1の繊維層及び第2の繊維層全ての拘束もない。よって、曲げ部の内側では、曲げに伴う第1の糸及び第2の糸の第2方向への移動が許容され、第2の糸が屈曲することや、複数の第1の糸が寄せ集められて多段積みになることが抑制され、曲げ部の内側に皺が発生することを抑制できる。そして、上記構成を有する繊維構造体は、織機による製織の際、拘束糸を制御することで形成できる。このため、曲げ部での皺の発生を抑制するため、例えば、繊維構造体を圧縮したりする必要がなく、繊維構造体を簡単に製造できる。そして、繊維構造体を強化基材とした繊維強化複合材において、繊維構造体の曲げ部に対応した箇所が、皺によって強度低下することを抑制できる。
本発明によれば、曲げ部における皺の発生を抑制しつつ簡単に製造できる。
(第1の実施形態)
以下、繊維構造体、及び繊維強化複合材を具体化した第1の実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
以下、繊維構造体、及び繊維強化複合材を具体化した第1の実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
図1に示すように、繊維強化複合材10は、強化基材となる繊維構造体11にマトリックス樹脂12を含浸させて構成されている。マトリックス樹脂12としては、例えば、熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂が使用される。繊維構造体11は、平板状の繊維構造体11をL字状に賦形して形成されている。繊維構造体11は、第1の平面部16と、第2の平面部17と、第1の平面部16と第2の平面部17の間に位置する曲げ部18とが連続する立体的な板状である。
次に、繊維構造体11を賦形する前の平板状の状態で説明する。
図1又は図2に示すように、繊維構造体11は、複数の繊維層が積層されて構成されている。なお、繊維層が積み重なった方向を繊維構造体11の積層方向Yとする。また、繊維構造体11は、第1の糸としての複数本の緯糸13と、第2の糸としての複数本の経糸14とを有する。また、繊維構造体11は、複数の繊維層を積層方向Yに拘束する拘束糸15を有する。
図1又は図2に示すように、繊維構造体11は、複数の繊維層が積層されて構成されている。なお、繊維層が積み重なった方向を繊維構造体11の積層方向Yとする。また、繊維構造体11は、第1の糸としての複数本の緯糸13と、第2の糸としての複数本の経糸14とを有する。また、繊維構造体11は、複数の繊維層を積層方向Yに拘束する拘束糸15を有する。
繊維構造体11において、緯糸13及び経糸14は互いに交差する方向に延びている。緯糸13の糸主軸が延びる方向を第1方向X1とし、経糸14の糸主軸が延びる方向を第2方向X2とする。なお、緯糸13、経糸14及び拘束糸15は、繊維を束ねて形成された繊維束である。繊維としては有機繊維又は無機繊維を使用してもよく、有機繊維としては、アラミド繊維、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等が挙げられ、無機繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等が挙げられる。
繊維構造体11は、複数本の緯糸13が第2方向X2へ配列されて形成された繊維層としての緯糸層を複数有する。全ての緯糸13は、第1方向X1へほぼ直線状に延びており、折り返しによる経糸14に対する係合はない。緯糸層としては、第1緯糸層21と、積層方向Yに第1緯糸層21と隣り合う第2緯糸層22と、積層方向Yに第2緯糸層22と隣り合う第3緯糸層23と、積層方向Yに第3緯糸層23と隣り合う第4緯糸層24とを有する。
また、繊維構造体11は、複数本の経糸14が第1方向X1へ配列されて形成された経糸層を複数有する。繊維構造体11は、経糸層として、第1緯糸層21の積層方向Y両側に配設された第1経糸層31及び第2経糸層32と、第2緯糸層22の積層方向Y両側に配設された第3経糸層33及び第4経糸層34とを有する。さらに、繊維構造体11は、経糸層として、第3緯糸層23の積層方向Y両側に配設された第5経糸層35及び第6経糸層36と、第4緯糸層24の積層方向Y両側に配設された第7経糸層37及び第8経糸層38とを有する。
次に、繊維構造体11について、L字状に賦形された状態で説明する。
図1又は図3に示すように、繊維構造体11において、第1の平面部16と曲げ部18と第2の平面部17とは、経糸14によって第2方向X2に連続している。第1の平面部16では、複数本の緯糸13が第2方向X2に並べられるとともに、各緯糸13は、第1方向X1に直線状に延びている。また、第1の平面部16では、各経糸14は第2方向X2に直線状に延びている。
図1又は図3に示すように、繊維構造体11において、第1の平面部16と曲げ部18と第2の平面部17とは、経糸14によって第2方向X2に連続している。第1の平面部16では、複数本の緯糸13が第2方向X2に並べられるとともに、各緯糸13は、第1方向X1に直線状に延びている。また、第1の平面部16では、各経糸14は第2方向X2に直線状に延びている。
曲げ部18では、複数本の緯糸13が曲げ部18の弧に沿って並べられている。また、曲げ部18では、各経糸14は、積層方向Yに波打つ状態で曲げ部18の弧に沿って延びている。第2の平面部17では、複数本の緯糸13は、経糸14の延びる方向(第2方向X2)に沿って並べられている。また、第2の平面部17では、各経糸14は、直線状ではなく、積層方向Yに波打つ状態で第2方向X2に延びている。
第1の平面部16は、第1〜第4緯糸層21〜24と、第1〜第8経糸層31〜38とが複数本の拘束糸15によって積層方向Yに拘束されている。より詳しくは、第1の平面部16では、拘束糸15によって、第1〜第4緯糸層21〜24と第1〜第8経糸層31〜38の全てが積層方向Yに拘束されている。
第1の平面部16では、第1〜第8経糸層31〜38の各経糸14は、第2方向X2に直線状に延びている。また、積層方向Yに隣り合う第1経糸層31と第2経糸層32の間に第1緯糸層21が配設され、この第1緯糸層21を積層方向Yに挟む第1経糸層31と第2経糸層32の経糸14は、互いに平行な状態である。積層方向Yに隣り合う第3経糸層33と第4経糸層34の間に第2緯糸層22が配設され、この第2緯糸層22を積層方向Yに挟む第3経糸層33と第4経糸層34の経糸14は、互いに平行な状態である。同様に、積層方向Yに隣り合う第5経糸層35と第6経糸層36の間に第3緯糸層23が配設され、この第3緯糸層23を積層方向Yに挟む第5経糸層35と第6経糸層36の経糸14は、互いに平行な状態である。さらに、積層方向Yに隣り合う第7経糸層37と第8経糸層38の間に第4緯糸層24が配設され、この第4緯糸層24を積層方向Yに挟む第7経糸層37と第8経糸層38の経糸14は、互いに平行な状態である。
拘束糸15は、第1の平面部16の形状保持用である。複数本の拘束糸15は、各経糸14と平行に配列されるとともに、第1の平面部16を構成する最上層の第1緯糸層21の緯糸13の外面を通って折り返すように配置されている。また、各拘束糸15は、第1の平面部16を積層方向Yに沿って直線状に貫通し、最下層の第4緯糸層24の緯糸13の外面を通って折り返すように配置されている。
第1方向X1に隣り合う拘束糸15同士は、第1緯糸層21又は第4緯糸層24で折り返される緯糸13の位置が第2方向X2にずれている。そして、拘束糸15により、第1〜第4緯糸層21〜24と第1〜第8経糸層31〜38の全てが積層方向Yに拘束されている。
拘束糸15の折り返し位置は、第2方向X2に等間隔おきであり、拘束糸15は、第2方向X2に沿って等間隔おきに第1の平面部16を貫通している。本実施形態では、各拘束糸15は、1本の緯糸13毎に折り返されている。そして、拘束糸15が第1の平面部16を積層方向Yに沿って直線状に貫通し、かつ積層方向Yに並ぶ緯糸13に沿って延びることにより、拘束糸15によって、緯糸13の第2方向X2への移動が規制されている。
第2の平面部17及び曲げ部18は、第1〜第4緯糸層21〜24と、第1〜第8経糸層31〜38とを有する。また、第2の平面部17及び曲げ部18では、曲げに伴う緯糸13及び経糸14の移動は可能である。
したがって、図1に示すように、繊維構造体11において、第2方向X2に沿った寸法のうち曲げ部18の内側を通過する寸法L1は、曲げ部18の外側を通過する寸法L2と同じ又は僅かにずれているだけである。
図3に示すように、曲げ部18及び第2の平面部17において、第1緯糸層21を積層方向Yに挟む第1経糸層31と第2経糸層32の経糸14は、特定の第1の繊維層である第1緯糸層21の各緯糸13のみに対し、積層方向Yの外側で折り返されて係合する態様である。また、曲げ部18及び第2の平面部17において、第1緯糸層21を積層方向Yに挟む第1経糸層31と第2経糸層32の経糸14は、第2方向X2に隣り合う緯糸13の積層方向Yの内側で折り返されて係合する態様である。すなわち、第1経糸層31と第2経糸層32の経糸14は、第1緯糸層21の緯糸13に対し、積層方向Yの両側から交互に係合することを繰り返している。
同様に、第2緯糸層22を積層方向Yに挟む第3経糸層33と第4経糸層34の経糸14は、特定の第1の繊維層である第2緯糸層22の各緯糸13のみに対し、積層方向Yの外側及び内側で折り返され、各緯糸13に交互に係合する態様である。すなわち、第3経糸層33と第4経糸層34の経糸14は、第2緯糸層22の緯糸13に対し、積層方向Yの両側から交互に係合することを繰り返している。
第3緯糸層23を積層方向Yに挟む第5経糸層35と第6経糸層36の経糸14は、特定の第1の繊維層である第3緯糸層23の各緯糸13のみに対し、積層方向Yの外側及び内側で折り返され、各緯糸13に交互に係合する態様である。すなわち、第5経糸層35と第6経糸層36の経糸14は、第3緯糸層23の緯糸13に対し、積層方向Yの両側から交互に係合することを繰り返している。
さらに、第4緯糸層24を積層方向Yに挟む第7経糸層37と第8経糸層38の経糸14は、特定の第1の繊維層である第4緯糸層24の各緯糸13のみに対し、積層方向Yの外側及び内側で折り返され、各緯糸13に交互に係合する態様である。すなわち、第7経糸層37と第8経糸層38の経糸14は、第4緯糸層24の緯糸13に対し、積層方向Yの両側から交互に係合することを繰り返している。
曲げ部18及び第2の平面部17においては、拘束糸15のうち、一方の拘束糸15は、積層方向Yにおける第1緯糸層21と第2緯糸層22の間に配設され、第2方向X2に直線状に延びている態様であり、いずれの緯糸13に沿って折り返されることもなく、緯糸13に対し係合していない。また、曲げ部18及び第2の平面部17においては、拘束糸15のうち、他方の拘束糸15は、積層方向Yにおける第3緯糸層23と第4緯糸層24の間に配設され、第2方向X2に直線状に延びている態様であり、いずれの緯糸13に沿って折り返されることもなく、緯糸13に対し係合していない。
上記実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
(1−1)繊維構造体11の曲げ部18及び第2の平面部17においては、拘束糸15及び経糸14による、第1〜第4緯糸層21〜24と第1〜第8経糸層31〜38の全ての積層方向Y及び第2方向X2への拘束がない。このため、曲げ部18において第2方向X2への緯糸13及び経糸14の移動を許容でき、経糸14の屈曲や、複数の緯糸13が寄せ集められて多段積みになることを抑制し、曲げ部18の内側に皺が発生することを抑制できる。そして、繊維構造体11の製織の際に拘束糸15を制御するだけで、曲げ部18の内側に皺が発生することを抑制できるため、皺の発生を抑制した繊維構造体11を簡単に製造できる。
(1−1)繊維構造体11の曲げ部18及び第2の平面部17においては、拘束糸15及び経糸14による、第1〜第4緯糸層21〜24と第1〜第8経糸層31〜38の全ての積層方向Y及び第2方向X2への拘束がない。このため、曲げ部18において第2方向X2への緯糸13及び経糸14の移動を許容でき、経糸14の屈曲や、複数の緯糸13が寄せ集められて多段積みになることを抑制し、曲げ部18の内側に皺が発生することを抑制できる。そして、繊維構造体11の製織の際に拘束糸15を制御するだけで、曲げ部18の内側に皺が発生することを抑制できるため、皺の発生を抑制した繊維構造体11を簡単に製造できる。
(1−2)拘束糸15は、第1の平面部16の緯糸13を積層方向Y及び第2方向X2に拘束しつつ、曲げ部18及び第2の平面部17では経糸として機能する。このため、拘束糸15によって曲げ部18及び第2の平面部17を補強できる。
(1−3)第1の平面部16では、緯糸13及び経糸14は直線状に延び、かつ拘束糸15によって積層方向Yに拘束されている。このため、第1の平面部16において、第1〜第4緯糸層21〜24と第1〜第8経糸層31〜38の全てがばらけることを拘束糸15によって抑制できる。
(1−4)繊維構造体11は、曲げ部18の内側における皺の発生が抑制される。このため、繊維構造体11を強化基材とした繊維強化複合材10において、曲げ部18に対応した箇所が、皺によって強度低下することを抑制できる。
(1−5)繊維構造体11の曲げ部18及び第2の平面部17においては、拘束糸15及び経糸14による、第1〜第4緯糸層21〜24と第1〜第8経糸層31〜38の全ての積層方向Y全体及び第2方向X2全体への拘束がない。このため、曲げ部18となる箇所での曲げが行いやすく、クランク状の繊維構造体11を製造しやすい。
(第2の実施形態)
次に、繊維構造体及び繊維強化複合材を具体化した第2の実施形態を図4及び図5にしたがって説明する。なお、第2の実施形態の説明について、第1の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
次に、繊維構造体及び繊維強化複合材を具体化した第2の実施形態を図4及び図5にしたがって説明する。なお、第2の実施形態の説明について、第1の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
図4又は図5に示すように、第1の平面部16は、第1〜第4緯糸層21〜24と、第1〜第4経糸層31〜34の全てが複数本の拘束糸15によって積層方向Yに拘束され、緯糸13の積層方向Y及び第2方向X2の移動が規制されている。第1〜第4緯糸層21〜24の各緯糸13は、第1方向X1に直線状に延び、第1〜第4経糸層31〜34の各経糸14は、第2方向X2に直線状に延びている。また、全ての緯糸13は、折り返しによる経糸14に対する係合はない。
第1の平面部16では、積層方向Yに隣り合う第1緯糸層21と第2緯糸層22の間に、第1経糸層31及び第2経糸層32が配設されている。第2の実施形態において、第1緯糸層21及び第2緯糸層22と、第1経糸層31及び第2経糸層32とから第1積層体S1が構成されている。
また、第1の平面部16では、積層方向Yに隣り合う第3緯糸層23と第4緯糸層24の間に、第3経糸層33及び第4経糸層34が配設されている。第2の実施形態において、第3緯糸層23及び第4緯糸層24と、第3経糸層33及び第4経糸層34とから第2積層体S2が構成されている。
第1の平面部16について、拘束糸15による拘束は第1の実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
第2の平面部17及び曲げ部18は、第1〜第4緯糸層21〜24と、第1〜第4経糸層31〜34とを有する。
第2の平面部17及び曲げ部18は、第1〜第4緯糸層21〜24と、第1〜第4経糸層31〜34とを有する。
第2の平面部17及び曲げ部18において、第1経糸層31の経糸14は、第1方向X1に隣り合う経糸14同士で、折り返しによって係合する緯糸13が異なっている。経糸14のうちの一方の経糸14aは、第1緯糸層21における第2方向X2に並んだ複数本の緯糸13に沿って延びている。一方の経糸14aは、それら複数本の緯糸13のうち両端に位置する緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、その隣の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを第2方向X2に交互に繰り返している。
第1経糸層31の経糸14のうちの他方の経糸14bは、第2緯糸層22の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、第1緯糸層21の緯糸13のうち、一方の経糸14aが係合した緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを、第2方向X2に繰り返している。経糸14bは、この折り返しによる係合のために積層方向Yに対し斜めに延びている。よって、第1積層体S1において、第1緯糸層21と第2緯糸層22とは、それらの間に配設された第1経糸層31の他方の経糸14bが、第1緯糸層21と第2緯糸層22の緯糸13に沿って折り返されて係合する態様によって積層方向Yに結合されている。
第2経糸層32の経糸14は、第1方向X1に隣り合う経糸14同士で、折り返しによって係合する緯糸13が異なっている。経糸14のうちの一方の経糸14aは、第1緯糸層21の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、第2緯糸層22の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを、第2方向X2に繰り返している。経糸14aは、この折り返しによる係合のために積層方向Yに対し斜めに延びている。よって、第1積層体S1において、第1緯糸層21と第2緯糸層22とは、それらの間に配設された第2経糸層32の一方の経糸14aが、第1緯糸層21と第2緯糸層22の緯糸13に沿って折り返されて係合する態様によって積層方向Yに結合されている。
したがって、第1積層体S1における第2の平面部17及び曲げ部18において、積層方向Yに隣り合う第1緯糸層21と第2緯糸層22の緯糸13に対し、それら緯糸層21,22の間に配設された第1経糸層31の経糸14bと第2経糸層32の経糸14aが折り返しによって係合して第1積層体S1が積層方向Yに部分的に拘束されている。
第2経糸層32の経糸14のうちの他方の経糸14bは、第3緯糸層23の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、第2緯糸層22の緯糸13のうち、第2経糸層32の一方の経糸14aが係合した緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを、第2方向X2に交互に繰り返している。この折り返しによる係合のために、他方の経糸14bは、積層方向Yに対し斜めに延びている。よって、第2経糸層32の他方の経糸14bにより、第2緯糸層22と第3緯糸層23が積層方向Yに結合されるとともに、第1積層体S1と第2積層体S2が積層方向Yに結合されている。本実施形態では、第2経糸層32の他方の経糸14bが、第1積層体S1と第2積層体S2を積層方向Yに結合するための一方の積層体の第2の糸として機能する。よって、第1積層体S1における第2の平面部17及び曲げ部18では、経糸14は、第1緯糸層21と第2緯糸層22を積層方向に部分的に拘束する態様である。
第3経糸層33の経糸14は、第1方向X1に隣り合う経糸14同士で、折り返しによって係合する緯糸13が異なっている。経糸14のうちの一方の経糸14aは、第2緯糸層22の緯糸13のうち、第1経糸層31の他方の経糸14bが係合した1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、第3緯糸層23の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを、第2方向X2に繰り返している。この折り返しによる係合のために、一方の経糸14aは、積層方向Yに対し斜めに延びている。よって、第3経糸層33の一方の経糸14aにより、第2緯糸層22と第3緯糸層23が積層方向Yに結合されるとともに、第1積層体S1と第2積層体S2が積層方向Yに結合されている。本実施形態では、第3経糸層33の一方の経糸14aが、第1積層体S1と第2積層体S2を積層方向Yに結合するための他方の積層体の第2の糸として機能する。
第3経糸層33の他方の経糸14bは、第4緯糸層24の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、第3緯糸層23の緯糸13のうち、第3経糸層33の一方の経糸14aが係合した1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを、第2方向X2に繰り返している。この折り返しによる係合のために、他方の経糸14bは、積層方向Yに対し斜めに延びている。よって、第3経糸層33の他方の経糸14bにより、第3緯糸層23と第4緯糸層24が積層方向Yに結合されている。よって、第2積層体S2において、第3緯糸層23と第4緯糸層24とは、それらの間に配設された第3経糸層33の一方の経糸14bが、第3緯糸層23と第4緯糸層24の緯糸13に沿って折り返されて係合することによって積層方向Yに結合されている。
第4経糸層34の経糸14は、第1方向X1に隣り合う経糸14同士で、折り返しによって係合する緯糸13が異なっている。経糸14のうちの一方の経糸14aは、第3緯糸層23の緯糸13のうち、第2経糸層32の他方の経糸14bが係合した1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、第4緯糸層24の1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを、第2方向X2に交互に繰り返している。この折り返しによる係合のために、一方の経糸14aは、積層方向Yに対し斜めに延びている。よって、第4経糸層34の一方の経糸14aにより、第3緯糸層23と第4緯糸層24が積層方向Yに結合されている。
したがって、第2積層体S2における第2の平面部17及び曲げ部18において、積層方向Yに隣り合う第3緯糸層23と第4緯糸層24の緯糸13に対し、それら緯糸層23,24の間に配設された第3経糸層33の経糸14bと第4経糸層34の経糸14aが係合して第2積層体S2が積層方向Yに部分的に拘束されている。
第4経糸層34の他方の経糸14bは、第4緯糸層24における第2方向X2に並んだ複数本の緯糸13に沿って延びている。また、他方の経糸14bは、それら複数本の緯糸13の両端に位置する緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様と、第4緯糸層24の一方の経糸14aが係合した1本の緯糸13に沿って折り返されることによって係合する態様とを、第2方向X2に繰り返している。よって、第2積層体S2における第2の平面部17及び曲げ部18では、経糸14は、第3緯糸層23と第4緯糸層24を積層方向に部分的に拘束する態様である。
そして、経糸14による第1積層体S1の積層方向Yへの拘束と、第2積層体S2の積層方向Yへの拘束と、第1積層体S1と第2積層体S2の積層方向Yへの結合により、曲げ部18及び第2の平面部17が積層方向Yにばらけることが抑制されている。
また、拘束糸15は、第1の平面部16においては積層方向Y及び第2方向X2に緯糸13の移動を規制している。また、第2の平面部17及び曲げ部18では、拘束糸15のうち、一方の拘束糸15は、積層方向Yにおける第1緯糸層21と第2緯糸層22の間に配設され、第2方向X2へ直線状に延びる態様であり、いずれの緯糸13に対しても係合していない。また、第2の平面部17及び曲げ部18では、拘束糸15のうち、他方の拘束糸15は、積層方向Yにおける第3緯糸層23と第4緯糸層24の間に配設され、第2方向X2へ直線状に延びる態様であり、いずれの緯糸13に対しても係合していない。
したがって、第2の実施形態によれば、第1の実施形態の(1−1)〜(1−4)と同様の効果に加え以下のような効果を得ることができる。
(2−1)曲げ部18及び第2の平面部17において、第1積層体S1及び第2積層体S2は、それぞれ経糸14によって積層方向Yに部分的に拘束されるとともに、第1積層体S1と第2積層体S2も経糸14によって積層方向Yに結合されている。このため、曲げ部18及び第2の平面部17の緯糸13及び経糸14が積層方向Yにばらけることを抑制できる。
(2−1)曲げ部18及び第2の平面部17において、第1積層体S1及び第2積層体S2は、それぞれ経糸14によって積層方向Yに部分的に拘束されるとともに、第1積層体S1と第2積層体S2も経糸14によって積層方向Yに結合されている。このため、曲げ部18及び第2の平面部17の緯糸13及び経糸14が積層方向Yにばらけることを抑制できる。
(2−2)各積層体S1,S2を積層方向Yに拘束するための経糸14は、積層方向Yに対し斜めに延びている。このため、各積層体S1,S2を積層方向Yに拘束するために、経糸14が積層方向Yに沿って直線状に延びることがなく、緯糸13に係合した経糸14によって曲げ部18及び第2の平面部17が第2方向X2に拘束されることがなく、緯糸13及び経糸14の移動を許容できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図6に示すように、繊維構造体11は、第2方向X2において、第1の平面部16と、第1の平面部16に一端が連続する第1の曲げ部18aと、第1の曲げ部18aの他端に連続する第2の平面部17と、を備える。さらに、繊維構造体11は、第2の平面部17に一端が連続する第2の曲げ部18bと、第2の曲げ部18bの他端に連続する第3の平面部19とを備える。この場合、第1の曲げ部18a、第2の平面部17、及び第2の曲げ部18bは、第1又は第2の実施形態と同様の構造を備え、拘束糸15による積層方向Y全体への拘束はない。第3の平面部19は、拘束糸15によって積層方向Y全体に拘束されている。
○ 図6に示すように、繊維構造体11は、第2方向X2において、第1の平面部16と、第1の平面部16に一端が連続する第1の曲げ部18aと、第1の曲げ部18aの他端に連続する第2の平面部17と、を備える。さらに、繊維構造体11は、第2の平面部17に一端が連続する第2の曲げ部18bと、第2の曲げ部18bの他端に連続する第3の平面部19とを備える。この場合、第1の曲げ部18a、第2の平面部17、及び第2の曲げ部18bは、第1又は第2の実施形態と同様の構造を備え、拘束糸15による積層方向Y全体への拘束はない。第3の平面部19は、拘束糸15によって積層方向Y全体に拘束されている。
○ 図7に示すように、第1の実施形態において、拘束糸15は、第2の平面部17及び曲げ部18に存在しない態様であり、第1の平面部16のみに配設されていてもよい。また、図8に示すように、第2の実施形態において、拘束糸15は、第2の平面部17及び曲げ部18に存在しない態様であり、第1の平面部16のみに配設されていてもよい。これらの場合、第2の平面部17及び曲げ部18では、拘束糸15が全ての繊維層を拘束している場合や、拘束糸15による積層方向Y及び第1方向X1への部分的な拘束がある場合と比較して、曲げに伴う緯糸13及び経糸14の移動がしやすい。
○ 第1の実施形態及び第2の実施形態では、第2の平面部17及び曲げ部18は、経糸14の糸主軸が延びる第2方向X2に曲げられた形状であったが、第2の平面部17及び曲げ部18は、その一部で、第2方向X2に加え、第1方向X1に曲げられた形状であってもよい。この場合、第1方向X1及び第2方向X2に曲げられた部分を構成する緯糸13は互いに平行に配列されていないし、経糸14も互い平行に配列されていないこととなる。
○ 第1の実施形態及び第2の実施形態において、第2の平面部17及び曲げ部18では、第2方向X2への緯糸13及び経糸14の移動を許容できる範囲であれば、緯糸13は、積層方向の一部で経糸14に沿って折り返されることによって係合する態様であってもよい。
○ 第2の実施形態において、曲げ部18及び第2の平面部17において、経糸14が係合する緯糸13の位置は第2方向X2へ適宜変更してもよい。
○ 第2の実施形態において、第1経糸層31の一方の経糸14a及び第4経糸層34の他方の経糸14bを除く経糸14は、各積層体S1,S2を積層方向Yに部分的に拘束するため、積層方向Yに隣り合う緯糸層の緯糸13に係合する態様であったが、経糸14の係合する緯糸13は、これに限らない。各積層体S1,S2を積層方向Yに部分的に拘束する経糸14は、3層の緯糸層に跨って延びて、3層の緯糸層のうち両端の緯糸層の緯糸13に係合する態様であってもよい。例えば、第1経糸層31の他方の経糸14bは、第1緯糸層21の緯糸13と、第3緯糸層23の緯糸13とに係合する態様であってもよい。
○ 第2の実施形態において、第1経糸層31の一方の経糸14a及び第4経糸層34の他方の経糸14bを除く経糸14は、各積層体S1,S2を積層方向Yに部分的に拘束するため、積層方向Yに隣り合う緯糸層の緯糸13に係合する態様であったが、経糸14の係合する緯糸13は、これに限らない。各積層体S1,S2を積層方向Yに部分的に拘束する経糸14は、3層の緯糸層に跨って延びて、3層の緯糸層のうち両端の緯糸層の緯糸13に係合する態様であってもよい。例えば、第1経糸層31の他方の経糸14bは、第1緯糸層21の緯糸13と、第3緯糸層23の緯糸13とに係合する態様であってもよい。
○ 緯糸13及び経糸14の積層方向Y及び第2方向X2への移動が許容できる構造であれば、繊維構造体11の形状は適宜変更してもよい。
○ 第1の平面部16において、拘束糸15は、1本の緯糸13毎に折り返されたが、拘束糸15を折り返す位置は、第1の平面部16の要望される強度等に合わせて適宜変更してもよい。
○ 第1の平面部16において、拘束糸15は、1本の緯糸13毎に折り返されたが、拘束糸15を折り返す位置は、第1の平面部16の要望される強度等に合わせて適宜変更してもよい。
○ 第1の糸を経糸14とし、第2の糸を緯糸13としてもよい。
○ 第1の実施形態及び第2の実施形態において、第2の平面部17及び曲げ部18では、拘束糸15は、第1の繊維層及び第2の繊維層を積層方向Yに部分的に拘束する態様であってもよい。この場合、拘束糸15が全ての第1の繊維層及び第2の繊維層を拘束していなければよい。このように構成すると、第2の平面部17及び曲げ部18では、拘束糸15が全ての繊維層を拘束している場合と比較して、曲げに伴って緯糸13及び経糸14が移動しやすい。
○ 第1の実施形態及び第2の実施形態において、第2の平面部17及び曲げ部18では、拘束糸15は、第1の繊維層及び第2の繊維層を積層方向Yに部分的に拘束する態様であってもよい。この場合、拘束糸15が全ての第1の繊維層及び第2の繊維層を拘束していなければよい。このように構成すると、第2の平面部17及び曲げ部18では、拘束糸15が全ての繊維層を拘束している場合と比較して、曲げに伴って緯糸13及び経糸14が移動しやすい。
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。
(1)前記第2方向に沿った前記繊維構造体の寸法のうち前記曲げ部の内側を通過する寸法は、前記曲げ部の外側を通過する寸法と同じ又は僅かにずれている繊維構造体。
(1)前記第2方向に沿った前記繊維構造体の寸法のうち前記曲げ部の内側を通過する寸法は、前記曲げ部の外側を通過する寸法と同じ又は僅かにずれている繊維構造体。
S1…第1積層体、S2…第2積層体、X1…第1方向、X2…第2方向、10…繊維強化複合材、11…繊維構造体、12…マトリックス樹脂、13…第1の糸としての緯糸、14…第2の糸としての経糸、15…拘束糸、16…第1の平面部、17…第2の平面部、18…曲げ部、21〜24…第1の繊維層としての第1〜第4緯糸層、31〜38…第2の繊維層としての第1〜第8経糸層。
Claims (4)
- 第1の糸を有する複数の第1の繊維層と、
前記第1の糸に交差した第2の糸を有する複数の第2の繊維層とが積み重ねられ、
前記第1の糸の糸主軸が延びる方向を第1方向とし、前記第2の糸の糸主軸が延びる方向を第2方向とし、
前記第2方向に沿って少なくとも第1の平面部、曲げ部及び第2の平面部が連続する板状の繊維構造体であって、
前記第1の繊維層と前記第2の繊維層が積み重ねられた方向を積層方向とすると、
前記第1の平面部において、前記第1の糸は前記第1方向に直線状に延び、かつ前記第2の糸は前記第2方向に直線状に延び、拘束糸によって前記積層方向に前記第1の繊維層及び前記第2の繊維層の全てが拘束され、
前記拘束糸は、前記曲げ部及び前記第2の平面部において直線状に延びている態様、
前記曲げ部及び前記第2の平面部において前記第1の繊維層及び前記第2の繊維層を前記積層方向に部分的に拘束している態様、
又は前記曲げ部及び前記第2の平面部に存在しない態様であり、
前記第2の糸は、前記曲げ部及び前記第2の平面部において、特定の前記第1の繊維層の第1の糸のみに係合している態様、又は前記第1の繊維層を前記積層方向に部分的に拘束している態様であることを特徴とする繊維構造体。 - 前記第1の平面部では、前記積層方向に隣り合う一対の前記第2の繊維層の間に前記第1の繊維層が配設され、前記曲げ部及び前記第2の平面部では、前記積層方向に隣り合う一対の前記第2の繊維層の第2の糸が、前記特定の前記第1の繊維層の各第1の糸に対し積層方向の両側から交互に係合する態様である請求項1に記載の繊維構造体。
- 前記第1の平面部では、前記積層方向に隣り合う一対の前記第1の繊維層の間に一対の前記第2の繊維層が配設された第1積層体と、
前記積層方向に隣り合う一対の前記第1の繊維層の間に一対の前記第2の繊維層が配設された第2積層体と、が前記積層方向に並設され、
前記曲げ部及び前記第2の平面部では、
前記第1積層体及び前記第2積層体において、前記積層方向に隣り合う前記第1の繊維層の前記第1の糸に対し、それら第1の繊維層同士の間に配設された一対の前記第2の繊維層の複数の前記第2の糸のうちの一部が係合する態様により、前記積層方向に隣り合う一対の前記第1の繊維層が前記積層方向に部分的に拘束され、
前記第1積層体と前記第2積層体とは、一方の積層体の複数の前記第2の糸のうちの一部が他方の積層体の前記第1の糸に係合する態様により前記積層方向に結合されている請求項1に記載の繊維構造体。 - 繊維構造体製の強化基材にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材であって、前記繊維構造体が請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の繊維構造体であることを特徴とする繊維強化複合材。
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