JP5381493B2 - 三次元ブレイディング、繊維強化複合材料及び繊維強化複合材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元ブレイディング、繊維強化複合材料及び繊維強化複合材料の製造方法に係り、詳しくは自動車のバンパー周り、航空機の座席周り等に適用されるエネルギー吸収部材に好適な三次元ブレイディング、繊維強化複合材料及び繊維強化複合材料の製造方法に関する。

過大な衝撃荷重を受けた場合に破壊することによりエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材として、繊維強化複合材料が優れたエネルギー吸収能力を有することが知られている。繊維強化複合材料は、通常はプリプレグの積層品で形成されるが、近年、層間貫通糸によりエネルギー吸収能力を高めるものや、三次元ブレイディングを用いるものが提案されている。エネルギー吸収部材を、例えば、バンパーと車体フレームの間に配置されるクラッシュボックスに用いる場合、クラッシュボックスは、通常は自己の姿勢を保持できるだけの所要の機械的強度を持つこと、及び設計値を超えた衝撃荷重がかかったときに、その衝撃荷重を吸収しながら変形して破壊することが求められる。

プリプレグを積層して構成されたエネルギー吸収部材は、製造のための作業量が多く、原材料の歩留まりが悪い。また、積層した各プリプレグ層同士では強化繊維が連続していないため、必要な自己保形強度を得るために、本来クラッシュボックスとして必要とする枚数以上の単シートを積層する必要がある。それを解消するため、ブレイディング法で編み上げた筒状体を扁平に押しつぶした強化繊維編組体に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂が立体形状に形状付与されたクラッシュボックス用の衝撃吸収材（エネルギー吸収部材）が提案されている（特許文献１参照）。

また、部材端部を起点に局部破壊あるいは変形を生じさせ、その局部破壊や変形を利用して高いエネルギーを効率良く吸収するエネルギー吸収部材が提案されている（特許文献２参照）。このエネルギー吸収部材４１は、図５（ａ）に示すように、樹脂が含浸された複数の補強繊維層４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを有し、補強繊維層４２ａ〜４２ｄの層間には、その補強繊維層４２ａ〜４２ｄと複合されている樹脂よりも高伸度の樹脂４３ａ，４３ｂ，４３ｃが配されている。補強繊維層４２ａ〜４２ｄは補強繊維に樹脂を含浸したプリプレグで形成されている。このエネルギー吸収部材４１は、厚さ方向中心部に樹脂４３ｂが配置されており、樹脂４３ｂは補強繊維で強化されていないため、隣接する補強繊維層４２ｂ，４２ｃよりも強度的に弱く、図５（ｂ）に示すように、圧縮荷重Ｐに対して中心部から両側への曲げ変形、あるいは破壊の起点となって、その曲げ変形や破壊がスムーズに開始される。

特開２００９−１０７４０８号公報 特開平６−３０７４７８号公報

三次元ブレイディングをクラッシュ材に用いる場合、層間を貫通する繊維の強度によっては、図６に示すように、クラッシュ部材５０は、衝撃荷重Ｆを受けた場合、先端からの逐次破壊を起こす前に、途中から屈曲して「く」の字状に折れ曲がった状態で破断し、吸収エネルギーが小さく、破壊モードが安定しないという問題がある。

一方、特許文献２のエネルギー吸収部材は、補強繊維層４２ａ〜４２ｄを構成する複数のプリプレグの間に高伸度の樹脂４３ａ，４３ｂ，４３ｃを介在させて積層形成する必要があり、単に複数のプリプレグを積層して形成する一般的なエネルギー吸収部材の問題点を有するとともに、プリプレグを積層する際の作業量がより多くなるという問題がある。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、軽量で高いエネルギー吸収が可能で、安定破壊が可能なクラッシュ部材に好適な三次元ブレイディング、繊維強化複合材料及び繊維強化複合材料の製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、軸方向に延びる芯糸で形成された芯糸層と、前記芯糸層を貫通するように組織された貫通糸から筒状に形成された三次元ブレイディングである。そして、前記芯糸層が４層以上設けられ、前記貫通糸は隣り合う２層の芯糸層を貫通して折り返すように組織されたものを有する。最外層の芯糸層と最内層の芯糸層との間に設けられた芯糸層のうちの選択された芯糸層の強度あるいは選択された隣り合う芯糸層間の剥離する強度が他の隣り合う芯糸層間の剥離する強度よりも弱い。ここで、芯糸や貫通糸の「糸」とは、繊維が撚りを掛けられずに引きそろえられた繊維束あるいは繊維に撚りを掛けられた糸を意味し、樹脂を含浸硬化させて繊維強化複合材料として使用する場合は、繊維束が好ましい。また、芯糸層は芯糸層のなす面に垂直な方向に隣り合う。

この発明の三次元ブレイディングは、好ましくは樹脂を含浸硬化させて繊維強化複合材料として使用される。繊維強化複合材料をエネルギー吸収部材として使用する場合、繊維強化複合材料に対して強化繊維となる三次元ブレイディングの軸方向から過大な衝撃荷重（圧縮荷重）が加わる状態で使用される。三次元ブレイディングが、各芯糸層の強度や芯糸層間の剥離する強度に積極的に違いを設けずに形成されている場合、過大な衝撃荷重がエネルギー吸収部材に加わった際に、部材の端部から肉厚方向に裂けるように曲がって変形せずに、部材の途中から屈曲して破断する場合がある。しかし、この発明の三次元ブレイディングを用いた場合は、過大な衝撃荷重がエネルギー吸収部材に加わった際に、部材の端部において、強度の弱い芯糸層あるいは剥離する強度が弱い芯糸層間の部分からエネルギー吸収部材が肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊するため、衝撃エネルギーが効率良く吸収される。したがって、この発明の三次元ブレイディングは、軽量で高いエネルギー吸収が可能で、安定破壊が可能なクラッシュ部材に好適である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記選択された芯糸層を貫通する貫通糸の強度が他の貫通糸の強度より弱く形成されている。この発明の三次元ブレイディングを強化繊維とした繊維強化複合材料では、過大な衝撃荷重がエネルギー吸収部材に加わった際に、貫通糸の強度が弱い部分に対応する端部から肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊し、衝撃エネルギーが効率良く吸収される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記三次元ブレイディングは、肉厚方向の中央が弱く形成されている。ここで、「肉厚方向」とは、筒状の三次元ブレイディングの軸方向と直交する方向を意味する。また、「肉厚方向の中央」とは、芯糸層が偶数の場合は中央の２層の芯糸層間を貫通する貫通糸の部分となり、芯糸層が奇数の場合は中央の芯糸層の部分になる。この発明の三次元ブレイディングを強化繊維とした繊維強化複合材料では、過大な衝撃荷重がエネルギー吸収部材に加わった際に、エネルギー吸収部材の端面における肉厚方向の中央の部分から左右対称な状態で肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊する。したがって、左右非対称な状態でエネルギー吸収部材が裂けるように変形する場合に比べて破壊が安定して進行し易くなり、衝撃エネルギーがより効率良く吸収される。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記芯糸及び貫通糸は全て同種の材質製で、前記選択された芯糸層を構成する芯糸又は前記選択された隣り合う芯糸層を貫通する貫通糸の太さが細く形成されている。この発明では、芯糸及び貫通糸を全て同じ太さの糸で形成した場合に比べて、糸の本数が同じであれば、三次元ブレイディングの軽量化及び薄肉化を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項３に記載の発明において、前記選択された芯糸層又は前記選択された隣り合う芯糸層を貫通して折り返す貫通糸の本数が他の芯糸層を貫通して折り返す貫通糸より少なくなっている。この発明では、三次元ブレイディングを製造する際に三次元ブレイディング装置にセットする貫通糸を減らすだけで、三次元ブレイディングひいては繊維強化複合材料の軽量化及びコスト低減を図ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の三次元ブレイディングを強化繊維とした繊維強化複合材料である。この発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明と同様な効果を得ることができる。

請求項７に記載の発明の繊維強化複合材料の製造方法は、三次元ブレイディング装置を使用してマンドレルの外側に、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の三次元ブレイディングを形成する三次元ブレイディング形成工程と、形成された三次元ブレイディングの内側から前記マンドレルを除去するマンドレル除去工程と、マンドレルが除去された三次元ブレイディングに樹脂を含浸硬化させる樹脂含浸硬化工程とを備えている。したがって、三次元ブレイディングは使用するマンドレルの形状に対応した形状に形成され、一定径の円筒状に限らず、例えば、径が軸方向に変化する円筒状（円錐台状）に形成することもできる。三次元ブレイディングは、マンドレルが除去された際の形状のままで樹脂含浸硬化工程において樹脂の含浸硬化が行われるとは限らず、含浸硬化に用いる成形型の形状により円筒形状以外の形状に変更することができる。

請求項１〜請求項５に記載の発明によれば、軽量で高いエネルギー吸収が可能で、安定破壊が可能なクラッシュ部材に好適な三次元ブレイディングを提供することができ、請求項６及び請求項７に記載の発明によれば、軽量で高いエネルギー吸収が可能で、安定破壊が可能なクラッシュ部材に好適な繊維強化複合材料を提供することができる。

（ａ）は一実施形態の三次元ブレイディングの概略斜視図、（ｂ）は三次元ブレイディングの組織状態を示す軸方向から見た部分模式図。 （ａ）はエネルギー吸収部材が破壊される状態を示す模式図、（ｂ）は貫通糸の破断し易い部分を示す模式図。 別の実施形態の三次元ブレイディングの組織状態を示す部分模式図。 別の実施形態の三次元ブレイディングの組織状態を示す部分模式図。 （ａ）は従来技術のエネルギー吸収部材の部分断面図、（ｂ）はエネルギー吸収部材が破壊される状態を示す部分断面図。 別のエネルギー吸収部材の破壊状態を示す模式図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、三次元ブレイディング１１は円筒状に形成されている。図１（ｂ）に示すように、三次元ブレイディング１１は、軸方向（紙面と直交する方向）に延びる芯糸１２で形成された芯糸層１３と、芯糸層１３を貫通するように組織された貫通糸１４ａ，１４ｂとからなり、芯糸層１３が５層設けられている。貫通糸は、隣り合う２層の芯糸層１３を貫通して折り返すように組織された貫通糸１４ａと、最外層（この実施形態では第１層）あるいは最内層（この実施形態では第５層）のみを貫通して折り返すように組織された貫通糸１４ｂとがある。そして、最外層（この実施形態では第１層）と最内層（この実施形態では第５層）の芯糸層１３の間に設けられた芯糸層１３のうちの選択された芯糸層１３間、（この実施形態では第２層と第３層の芯糸層１３間及び第３層と第４層の芯糸層１３間）の剥離する強度が、他の芯糸層１３間の剥離する強度よりも弱くなるように形成されている。なお、三次元ブレイディング１１の軸方向は、図１（ａ）における円筒の軸の方向である。また、三次元ブレイディング１１の肉厚方向は、図１（ａ）においては円筒の中心軸と直交する方向であり、図１（ｂ）においては上下方向である。

詳述すると、芯糸１２及び貫通糸１４ａ，１４ｂは全て同種の材質製の無撚りの繊維束で構成され、強度が弱く形成された繊維束は、繊維束を構成する繊維の本数を少なくして太さを細くすることで、強度が弱くなっている。この実施形態では芯糸１２及び貫通糸１４ａ，１４ｂには炭素繊維からなる無撚りの繊維束が使用されている。炭素繊維束は細い繊維が数百〜数万本束ねられて１本の繊維束が構成されており、要求性能に適した繊維の本数の繊維束が選択される。隣り合う２層の芯糸層１３を貫通して折り返すように組織された貫通糸１４ａのうち、第２層及び第３層の芯糸層１３を貫通して折り返すように組織された貫通糸１４ａあるいは第３層及び第４層の芯糸層１３を貫通して折り返すように組織された貫通糸１４ａには、他の貫通糸１４ａ，１４ｂより細い繊維束、即ち強度が弱い繊維束が使用されている。また、芯糸１２には貫通糸１４ｂと同じ太さの繊維束が使用されている。

なお、図１（ｂ）では、図示の都合上、貫通糸１４ａ，１４ｂが同一平面状で折り返すように配列して描いているが、実際は同一平面状に配列されてはおらず、紙面を貫通する方向に延びる状態で配列されている。また、芯糸１２や貫通糸１４ａ，１４ｂは繊維束を構成するフィラメントが拡げられて、繊維束が扁平な状態で三次元ブレイディング１１を構成している。例えば、繊維束は幅が１０ｍｍ程度に拡げられた状態で組織される。

三次元ブレイディング１１は、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた繊維強化複合材料の強化繊維として使用される。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が使用される。

三次元ブレイディング１１は、三次元ブレイディング装置（三次元ブレーダ）を用いて組織される。例えば、形成すべき三次元ブレイディング１１の中空部の形状を有し、複数に分割可能なマンドレルを使用して、マンドレルの外側に芯糸１２及び貫通糸１４ａ，１４ｂを巻きつける状態で組紐組織を形成することにより三次元ブレイディング１１がマンドレルの周囲に形成される（三次元ブレイディング形成工程）。三次元ブレイディング１１が所定の長さに形成された後、三次元ブレイディング１１はマンドレルと共に三次元ブレーダから取り外される。そして、三次元ブレイディング１１の内側からマンドレルが除去される（マンドレル除去工程）。その結果、三次元ブレイディング１１が完成する。

形成された三次元ブレイディング１１に、樹脂含浸硬化工程において熱硬化性樹脂が含浸硬化されてエネルギー吸収部材となる繊維強化複合材料が形成される。樹脂の含浸硬化は、例えば、ＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）法で行われる。

次に前記のように構成された繊維強化複合材料の作用を説明する。繊維強化複合材料は軸方向から衝撃荷重（圧縮荷重）を受け、過大な衝撃荷重を受けた際に破壊することによりエネルギーを吸収するクラッシュ部材として使用される。三次元ブレイディング１１が、各芯糸層１３の強度や芯糸層１３間の剥離する強度に積極的に違いを設けずに形成されている場合、過大な衝撃荷重がクラッシュ部材に加わると、図６に示すように、クラッシュ部材の途中から屈曲して破断し、吸収エネルギーが小さくなるとともに、破壊モードが安定しない。

しかし、この実施形態の三次元ブレイディング１１は、第２層と第３層の芯糸層１３あるいは第３層と第４層の芯糸層１３を貫通して折り返すように組織される貫通糸１４ａが他の貫通糸１４ａ，１４ｂより弱い繊維束で構成されている。隣り合う芯糸層１３間の剥離する強度は、隣り合う芯糸層１３を貫通して折り返す状態で存在する貫通糸１４ａ，１４ｂの強度に依存する。クラッシュ部材に圧縮荷重が作用すると、圧縮荷重は貫通糸１４ａ，１４ｂに対して引っ張り力として作用する。そして、第２層と第３層の芯糸層１３あるいは第３層と第４層の芯糸層１３を貫いて折り返す貫通糸１４ａが、図２（ｂ）に矢印Ｙで示す部分において破断し易くなる。その結果、第２層と第３層の芯糸層１３間あるいは第３層と第４層の芯糸層１３間の剥離する強度が、他の部位の剥離する強度よりも相対的に弱くなる。

そして、図２（ａ）に示すように、クラッシュ部材２０に過大な衝撃荷重Ｆが加わると、クラッシュ部材２０は、その端部において、芯糸層１３間の剥離する強度が弱い部分にクラックが発生して、端部から肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊する。第２層と第３層の芯糸層１３間あるいは第３層と第４層の芯糸層１３間の剥離する強度は完全には同じとはならず、弱い方が破壊の起点となり、クラッシュ部材２０は、第２層と第３層の芯糸層１３間あるいは第３層と第４層の芯糸層１３間から破壊が開始されて進行する。その結果、クラッシュ部材２０は、途中から屈曲して破断せずに、その端部から肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊が進行するため、衝撃エネルギーが効率良く吸収されてエネルギー吸収量が多くなる。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）三次元ブレイディング１１は、軸方向に延びる芯糸１２で形成された５層の芯糸層１３と、芯糸層１３を貫通するように組織される貫通糸１４ａ，１４ｂから筒状に形成されている。貫通糸は隣り合う芯糸層１３を貫通して折り返すように組織される貫通糸１４ａと、最外層あるいは最内層の芯糸層１３のみを貫通して折り返すように組織される貫通糸１４ｂとを有し、最外層と最内層の間に設けられた芯糸層１３のうちの選択された芯糸層１３間の剥離する強度が他の芯糸層１３間の剥離する強度よりも弱い。三次元ブレイディング１１は、過大な衝撃荷重（圧縮荷重）Ｆが加わると破壊されて衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材（クラッシュ部材２０）として使用される繊維強化複合材料の強化繊維として使用され、かつ三次元ブレイディング１１の軸方向から過大な衝撃荷重が加わる状態で使用される。このクラッシュ部材２０は、過大な衝撃荷重Ｆが加わった際に、その端部において、芯糸層１３間の剥離する強度が弱い部分から肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊するため、衝撃エネルギーを効率良く吸収する。したがって、三次元ブレイディング１１は、軽量で高いエネルギー吸収が可能で、安定破壊が可能なクラッシュ部材２０に好適である。

（２）三次元ブレイディング１１は、選択された芯糸層１３（第２層と第３層の芯糸層１３及び第３層と第４層の芯糸層１３）を貫通して折り返す貫通糸１４ａの強度が他の貫通糸１４ａ，１４ｂの強度より弱く形成されて、選択された芯糸層１３間の剥離する強度が他の芯糸層１３間の剥離する強度より弱く形成されている。したがって、貫通糸１４ａの繊維束を他の貫通糸１４ａ，１４ｂより強度の弱い繊維束に変更するだけで、目的の三次元ブレイディング１１を形成することができる。

（３）三次元ブレイディング１１は、芯糸１２及び貫通糸１４ａ，１４ｂは全て同種の材質製で、選択された芯糸層１３（第２層と第３層の芯糸層１３及び第３層と第４層の芯糸層１３）を貫通して折り返す貫通糸１４ａの太さが細く形成されている。したがって、芯糸１２及び貫通糸１４ａ，１４ｂを全て同じ太さの糸（繊維束）で形成した場合に比べて、糸の本数が同じであれば、三次元ブレイディング１１の軽量化及び薄肉化を図ることができる。

（４）クラッシュ部材２０を構成する繊維強化複合材料は、（１）〜（３）に記載された三次元ブレイディング１１を強化繊維としている。したがって、（１）〜（３）に対応する効果を得ることができる。

（５）繊維強化複合材料の製造方法は、三次元ブレイディング装置を使用してマンドレルの外側に、三次元ブレイディング１１を形成する三次元ブレイディング形成工程と、形成された三次元ブレイディング１１の内側からマンドレルを除去するマンドレル除去工程と、マンドレルが除去された三次元ブレイディング１１に樹脂を含浸硬化させる樹脂含浸硬化工程とを備えている。したがって、三次元ブレイディング１１は使用するマンドレルの形状に対応した形状に形成され、筒状の三次元ブレイディング１１を容易に形成することができる。また、三次元ブレイディングは、樹脂含浸硬化工程において含浸硬化に用いる成形型の形状に対応した形状の繊維強化複合材料に形成することができる。

（６）三次元ブレイディング１１を構成する芯糸１２及び貫通糸１４ａ，１４ｂとして炭素繊維が使用されているため、同じ耐衝撃強度であれば軽量化を図ることができ、同じ重量であれば耐衝撃強度の向上を図ることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○ 三次元ブレイディング１１は、芯糸層１３が４層以上設けられていればよく、芯糸層１３の数は奇数に限らず偶数であってもよい。例えば、図３に示すように、三次元ブレイディング１１は芯糸層１３を４層有する構成としてもよい。芯糸層１３の数が偶数の場合、三次元ブレイディング１１の肉厚方向の中央は、肉厚方向中央部の２層（この実施形態では第２層と第３層）の芯糸層１３の間となる。肉厚方向中央部の２層の芯糸層１３の間を貫いて折り返す貫通糸１４ａを、他の２層の芯糸層１３（この実施形態では第１層と第４層）を貫いて折り返す貫通糸１４ａより弱くした場合、肉厚方向中央部の２層の芯糸層１３間が剥離する強度は他の２層の芯糸層１３間の剥離する強度より弱くなる。この場合、三次元ブレイディング１１を強化繊維とした繊維強化複合材料で形成したクラッシュ部材２０は、過大な衝撃荷重が加わった際に、常に肉厚方向中央部の２層である第２層と第３層の芯糸層１３の間に対応する端部から肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊するため、衝撃エネルギーを効率良く吸収する。一方、芯糸層１３の数が奇数の場合では、三次元ブレイディング１１の肉厚方向の中央は、クラッシュ部材２０の肉厚方向中央の芯糸層１３（芯糸層１３が５層の場合は第３層）と肉厚方向中央の芯糸層１３と隣り合う２層の芯糸層１３間（芯糸層１３が５層の場合は第２層と第４層）に対応する２箇所である。この場合に、肉厚方向の中央の芯糸層１３を他の芯糸層よりも弱く形成した場合、肉厚方向の中央の芯糸層１３及び肉厚方向中央の芯糸層１３と隣り合う２層の芯糸層１３間の２箇所が他の部分より破壊し易くなって、破壊が１箇所又は２箇所で進行するため、芯糸層１３の数が奇数である方が破壊を安定して進行させることができる。

○ 三次元ブレイディング１１は、最外層又は最内層の芯糸層１３のみを貫通して折り返すように組織される貫通糸１４ｂがない構成であってもよい。
○ 三次元ブレイディング１１の芯糸層１３の数が奇数の場合、全ての貫通糸１４ａ，１４ｂには同じ強度の糸（繊維束）を用い、肉厚方向中央の芯糸層１３を他の芯糸層１３の強度より弱く形成してもよい。例えば、図４に示すように、肉厚方向中央の芯糸層１３（第３層の芯糸層１３）を構成する芯糸１２に他の芯糸層１３を構成する芯糸１２より細い糸（繊維束）を用いる。この場合、クラッシュ部材２０に過大な衝撃荷重が加わった際、中央の芯糸層１３を貫通して折り返す貫通糸１４ａの引っ張り力により、中央の芯糸層１３の芯糸１２が切断する。そのため、芯糸層１３の数が奇数であっても、クラッシュ部材２０は、過大な衝撃荷重が加わった際に、クラッシュ部材２０の肉厚方向中央の芯糸層１３と対応する端部から肉厚方向に裂けるように曲がって逐次変形破壊する。

○ 芯糸１２や貫通糸１４ａ，１４ｂを構成する繊維束は炭素繊維に限らない。例えば、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維、あるいは、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の高強度の有機繊維等を使用してもよく、要求性能に応じて適宜選択される。例えば、クラッシュ部材２０に対する剛性・強度の要求性能が高い場合は、炭素繊維が好ましい。繊維素材に安価なガラス繊維を用いると低コストとなる。

○ 芯糸１２や貫通糸１４ａ，１４ｂを構成する糸は、無撚りの繊維束に限らず、繊維に撚りを掛けられた糸であってもよい。
○ 芯糸１２や隣り合う芯糸層１３を貫通する貫通糸１４ａを構成する繊維束の強度を他の芯糸１２や貫通糸１４ａ，１４ｂより弱くする構成は、繊維束を細くする方法に限らず、繊維束の材質や種類（無撚り糸、撚り糸、フィラメント糸、ステープル糸）を変える方法でもよい。

○ 選択された芯糸層１３間の剥離する強度を他の芯糸層１３間の剥離する強度よりも弱くするための構成として、選択された隣り合う芯糸層１３を貫通して折り返す貫通糸１４ａの数を少なくしてもよい。この場合、三次元ブレイディング１１を製造する際に三次元ブレイディング装置にセットする貫通糸１４ａを減らすだけで、三次元ブレイディング１１ひいては繊維強化複合材料の軽量化及びコスト低減を図ることができる。

○ 選択された隣り合う芯糸層１３を貫通して折り返す貫通糸１４ａの数を少なくする構成は、芯糸１２及び貫通糸１４ａ，１４ｂとして全て同じ糸を使用する構成に限らない。例えば、選択された層の貫通糸１４ａが細くかつ本数が少ない構成や、選択された層の貫通糸１４ａが他の糸に比べて強度が弱い材質の糸でありかつ本数が少ない構成にしてもよい。

○ 三次元ブレイディング１１は、肉厚方向の中央、即ち芯糸層１３の数が偶数の場合は貫通糸１４ａの部分が弱く、芯糸層１３の数が奇数の場合は中央の芯糸層１３の部分が弱く形成されている構成に限らない。芯糸層１３の数が多い三次元ブレイディング１１の場合、肉厚方向の中央以外の部分を弱く形成してもよい。しかし、クラッシュ部材２０は、過大な衝撃荷重を受けた場合、対称な状態で端部から逐次変形破壊が進行すると安定して衝撃エネルギーが効率良く吸収することができるため、あまり肉厚方向の中央から外れない部分が弱く形成されているのが好ましい。

○ 三次元ブレイディング１１は、肉厚方向の中央又は最外層及び最内層の中間に設けられた芯糸層１３のうちの選択された芯糸層間の剥離する強度が最も弱く、それより最外層及び最内層に向かって徐々に強度が増すように形成してもよい。この三次元ブレイディング１１を強化繊維とした繊維強化複合材料をクラッシュ部材２０として使用した場合、強度の変化を適切に設定することにより、クラッシュ部材２０に過大な衝撃荷重が作用した際に、クラッシュ部材２０をその端部から、より安定して逐次変形破壊が起こるようにすることができる。

○ 三次元ブレイディング１１は円筒状に限らず筒状であればよい。例えば、四角筒状、六角筒状等の多角筒状や楕円筒状にしたり、径が軸方向に変化する円筒状（円錐台状）や軸方向と直交する断面における断面積が一端から他端に向かって次第に小さくなる多角錘台状にしたりしてもよい。

○ 繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として使用される熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂に限らず、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を使用してもよい。また、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂に限らず、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂を使用してもよい。しかし、熱硬化性樹脂の方が、一般に、成形性に優れかつ耐薬品性や耐候性などに優れるため好ましい。

○ 三次元ブレイディング１１を強化繊維として繊維強化複合材料を形成する場合、三次元ブレイディング１１の形状を変更した後、樹脂を含浸硬化させてもよい。

１１…三次元ブレイディング、１２…芯糸、１３…芯糸層、１４ａ，１４ｂ…貫通糸。

Claims (7)

1. 軸方向に延びる芯糸で形成された芯糸層と、前記芯糸層を貫通するように組織された貫通糸から筒状に形成された三次元ブレイディングであって、
   前記芯糸層が４層以上設けられ、前記貫通糸は隣り合う２層の芯糸層を貫通して折り返すように組織されたものを有し、最外層の芯糸層と最内層の芯糸層との間に設けられた芯糸層のうちの選択された芯糸層の強度あるいは選択された隣り合う芯糸層間の剥離する強度が他の隣り合う芯糸層間の剥離する強度よりも弱いことを特徴とする三次元ブレイディング。
2. 前記選択された芯糸層を貫通する貫通糸の強度が他の貫通糸の強度より弱く形成されている請求項１に記載の三次元ブレイディング。
3. 前記三次元ブレイディングは、肉厚方向の中央が弱く形成されている請求項１又は請求項２に記載の三次元ブレイディング。
4. 前記芯糸及び前記貫通糸は全て同種の材質製で、前記選択された芯糸層を構成する芯糸又は前記選択された隣り合う芯糸層を貫通する貫通糸の太さが細く形成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の三次元ブレイディング。
5. 前記選択された芯糸層又は前記選択された隣り合う芯糸層を貫通して折り返す貫通糸の本数が他の芯糸層を貫通して折り返す貫通糸より少なくなっている請求項１又は請求項３に記載の三次元ブレイディング。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の三次元ブレイディングを強化繊維としたことを特徴とする繊維強化複合材料。
7. 三次元ブレイディング装置を使用してマンドレルの外側に、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の三次元ブレイディングを形成する三次元ブレイディング形成工程と、形成された三次元ブレイディングの内側から前記マンドレルを除去するマンドレル除去工程と、マンドレルが除去された三次元ブレイディングに樹脂を含浸硬化させる樹脂含浸硬化工程とを備えていることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。

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