WO2017018235A1 - 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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unidirectional
twisted
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堀　藤夫
神谷　隆太
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株式会社 豊田自動織機
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Definitions

  • the present invention relates to a woven fabric laminate in which a plurality of unidirectional fabrics in which a plurality of yarns are arranged in a uniaxial orientation are stacked, and a plurality of unidirectional fabrics are bonded in the stacking direction by binding yarns, and a method for manufacturing a woven fabric laminate And an apparatus for manufacturing a woven fabric laminate.
  • Fiber reinforced composite materials are widely used as lightweight structural materials.
  • a reinforced base material for composite materials there is a woven structure using a three-dimensional woven fabric.
  • a woven fabric structure having a twisted structure is required instead of a simple flat plate shape.
  • the woven structure having a twisted structure examples include a three-dimensional fiber structure disclosed in Patent Document 1.
  • the three-dimensional fiber structure 80 of Patent Document 1 includes a biaxially oriented laminated fiber layer 82 formed by laminating a fiber layer 81 made of continuous fibers using a thickness direction thread 83. It is configured by combining.
  • the biaxial orientation in the three-dimensional fiber structure 80 means the longitudinal direction and the short direction of the three-dimensional fiber structure 80.
  • the three-dimensional fiber structure 80 includes a bent portion 84 and a plate-like portion 85 that extends from both sides of the bent portion 84 in the longitudinal direction of the three-dimensional fiber structure 80.
  • the three-dimensional fiber structure 80 has a propeller shape in which a plate-like portion 85 is twisted around a bent portion 84.
  • the three-dimensional fiber structure 80 is twisted around a twist axis extending in the longitudinal direction.
  • the three-dimensional fiber structure 80 disclosed in Patent Document 1 is manufactured by twisting a primary structure in which a plurality of fiber layers 81 are bonded in advance with a thickness direction thread 83.
  • the portion that becomes the plate-like portion 85 of each fiber layer 81 is joined by the thickness direction thread 83, but the portion that becomes the bent portion 84 is not joined by the thickness direction thread 83.
  • the continuous fibers of the plate-like portion 85 are less likely to follow the twist of the primary structure due to the fiber layers 81 being joined by the thickness direction threads 83. Therefore, the continuous fiber of the plate-like portion 85 bends or curves into an unnatural shape that does not follow the twist of the primary structure. For this reason, the straightness of the continuous fibers is not maintained, and the strength of the plate-like portion 85 is lowered.
  • An object of the present invention is to provide a fabric laminate, a method for producing a fabric laminate, and a fabric laminate production apparatus in which the straightness of the yarn is maintained and the strength does not decrease even if the twisted structure is provided. It is in.
  • a plurality of unidirectional fabrics in which a plurality of yarns are arranged in a uniaxial orientation are stacked, and a plurality of unidirectional fabrics are stacked with a binding yarn.
  • a directionally bonded fabric laminate is provided.
  • the woven fabric laminate is twisted about a twist axis extending linearly in a predetermined direction, and at least one unidirectional fabric thread of the plurality of unidirectional fabrics is oriented so as to intersect the twist axis.
  • the woven fabric laminate includes a pair of side edges located at both ends in the axial direction of the twist axis and a twist edge connecting the pair of side edges. When viewed from the direction orthogonal to the twist axis, the yarn of the unidirectional fabric that intersects the twist axis extends linearly from the twist axis toward the twist edge.
  • a plurality of unidirectional fabrics in which a plurality of yarns are arranged in a uniaxial orientation are stacked, and a plurality of unidirectional fabrics are stacked with a binding yarn.
  • a method for producing a directionally bonded fabric laminate is provided. According to this manufacturing method, a plurality of unidirectional fabrics are laminated such that at least one of the unidirectional fabrics is oriented so that the yarn of at least one unidirectional fabric intersects the twist axis. The fabric is twisted about a twisting axis extending linearly in a predetermined direction, and then a plurality of twisted unidirectional fabrics are bonded in the stacking direction by a binding yarn.
  • a plurality of unidirectional fabrics in which a plurality of yarns are arranged in a uniaxial orientation are stacked, and a plurality of unidirectional fabrics are stacked with a binding yarn.
  • An apparatus for manufacturing a woven fabric laminate is provided that is twisted about a twist axis that is coupled in a direction and extends linearly in a predetermined direction.
  • the manufacturing apparatus includes a plurality of first laying frames and second laminating frames sandwiched in a twisted state while laminating a plurality of unidirectional fabrics, and a plurality of first laminating frames and second laminating frames. And a fixing member that fixes the unidirectional fabric in a sandwiched state.
  • a plurality of back plates that support a plurality of unidirectional fabrics can be attached to and detached from the first laminating frame, and a plurality of unidirectional fabrics that press the plurality of unidirectional fabrics against the back plate are attached to the second laminating frame.
  • the press plate is removable.
  • the perspective view which shows the textiles laminated body which concerns on one Embodiment of this invention The longitudinal cross-sectional view of a textile laminated body.
  • the disassembled perspective view of the manufacturing apparatus of a textiles laminated body The perspective view of the manufacturing apparatus of a textiles laminated body.
  • the fragmentary perspective view explaining the manufacturing method of a textiles laminated body The perspective view which shows typically the fabric laminated body of another example.
  • Sectional drawing which shows the textile fabric laminated body of another example.
  • the fiber reinforced composite material M is formed by impregnating a matrix resin Ma into a woven fabric laminate W as a reinforced base material.
  • the woven fabric W is formed by stacking four fiber layers 11-14.
  • the fiber layer constituting the lowermost layer of the woven fabric laminate W is referred to as a first fiber layer 11
  • the fiber layer stacked on the first fiber layer 11 is referred to as a second fiber layer 12.
  • the fiber layer stacked on the second fiber layer 12 is defined as a third fiber layer 13
  • the fiber layer stacked on the third fiber layer 13 and constituting the uppermost layer of the woven laminate W is a fourth fiber.
  • Layer 14 is assumed.
  • the direction in which the first to fourth fiber layers 11 to 14 are stacked is defined as a stacking direction.
  • the stacking direction of the first to fourth fiber layers 11 to 14 is the thickness direction, and the dimension along the thickness direction is the thickness of each fiber layer 11 to 14.
  • the first to fourth fiber layers 11 to 14 have a rectangular surface in plan view.
  • a direction along the long side of the surface of the first to fourth fiber layers 11 to 14 is defined as a longitudinal direction
  • a direction along the short side is defined as a short direction.
  • each of the first to fourth fiber layers 11 to 14 has a plurality of warp yarns 10a arranged in one direction so as to be uniaxially oriented, and the plurality of warp yarns 10a are joined by weft yarns 10b. It is composed of.
  • the warp yarn 10a is made of, for example, carbon fiber, and the weft yarn 10b is made of nylon yarn.
  • the weft yarn 10b is welded to the warp yarn 10a. Thereby, the uniaxial orientation of the warp 10a is maintained.
  • the orientation angle of the warp 10a in the first fiber layer 11 is 0 degree.
  • the warp yarns 10 a are arranged in a state extending in the longitudinal direction of the first fiber layer 11.
  • the orientation angle of the warp yarn 10a in the second fiber layer 12 is 45 degrees.
  • the warp yarns 10 a are aligned in a state inclined by 45 degrees with respect to the longitudinal direction of the second fiber layer 12.
  • the orientation angle of the warp 10a in the third fiber layer 13 is -45 degrees.
  • the warp yarns 10 a are aligned in a state inclined by ⁇ 45 degrees with respect to the longitudinal direction of the third fiber layer 13.
  • the orientation angle of the warp 10a in the fourth fiber layer 14 is 90 degrees.
  • the warp 10a is arranged in a state extending in the short direction of the fourth fiber layer 14. Therefore, based on the orientation angle of the warp yarn 10a in the first to fourth fiber layers 11 to 14, the fabric laminate W has pseudo-isotropic properties in four directions.
  • the first to fourth fiber layers 11 to 14 are bonded in the stacking direction by a bonding structure 20 having a bonding thread 20a extending in the thickness direction thereof.
  • the coupling structure 20 is composed of a coupling thread 20a and a retaining thread 20b.
  • the plurality of binding yarns 20a are arranged on the surface of the first fiber layer 11 so as to extend in the longitudinal direction.
  • Each of the binding yarns 20a is inserted into the woven fabric laminate W from the outside at a predetermined pitch. Further, each binding yarn 20a protrudes from the outer surface of the fourth fiber layer 14 of the woven fabric laminate W, and is then folded back in a loop shape.
  • Each binding yarn 20a extends in the stacking direction orthogonal to the surfaces of the first to fourth fiber layers 11-14.
  • a plurality of retaining threads 20b are arranged on the surface of the fourth fiber layer 14 so as to extend in the short direction.
  • the retaining threads 20b are arranged at intervals in the longitudinal direction of the fourth fiber layer 14.
  • the retaining yarns 20b are arranged so that the binding yarns 20a are not removed from the fabric laminate W by being inserted into the loop L of the binding yarns 20a.
  • the fabric laminate W includes a twist region R1 twisted about the twist axis 21 and a flat plate-like region R2 that is continuous and flat with the twist region R1.
  • the twist axis 21 passes through the center point of the fabric laminate W in the short direction.
  • the twist axis line 21 extends linearly along the longitudinal direction and has straightness.
  • the twist axis 21 passes through the twist region R1 and the flat region R2.
  • the short edge part of the textile laminated body W located in the both ends of the axial direction of the twist axis 21 is set as the side edge part 22.
  • a long edge portion of the fabric laminate W that connects corresponding end portions of the two side edge portions 22 is referred to as a twisted edge portion 23.
  • the warp yarn 10 a of the first fiber layer 11 extends linearly in a state parallel to the twist axis 21.
  • the warp yarn 10 a of the second fiber layer 12 extends linearly from the twist axis 21 toward each twist edge 23 in a state inclined by 45 degrees with respect to the twist axis 21.
  • the warp yarn 10 a of the third fiber layer 13 extends linearly from the twist axis 21 toward each twist edge 23 in a state inclined by ⁇ 45 degrees with respect to the twist axis 21.
  • the warp yarn 10 a of the fourth fiber layer 14 extends linearly from the twist axis 21 toward each twist edge 23 in a state orthogonal to the twist axis 21.
  • the warps 10a of the second to fourth fiber layers 12 to 14 are twisted from the twist axis 21 in each of the twist region R1 and the flat region R2. It extends linearly toward the edge 23.
  • the manufacturing apparatus 30 includes a first laminating frame 31 and a second laminating frame that hold the first to fourth fiber layers 11 to 14 in a twisted state while being laminated. 51.
  • the manufacturing apparatus 30 further includes a fixing member 71 that fixes the first to fourth fiber layers 11 to 14 between the first stacking frame 31 and the second stacking frame 51.
  • the fixing member 71 is a bolt.
  • the first stacking frame 31 is made of metal.
  • the first stacking frame 31 includes a rectangular base plate-like first base plate 32a and second base plate 32b located at both ends in the longitudinal direction.
  • the first stacking frame 31 further includes a pair of support plates 33 that connect corresponding ends of the first base plate 32a and the second base plate 32b.
  • the first stacking frame 31 is formed in a rectangular frame shape by integrating the first base plate 32a, the second base plate 32b, and the support plate 33.
  • the first stacking frame 31 has a flat portion 31a in the vicinity of the first base plate 32a.
  • the first laminating frame 31 has a twisted portion 31b that is twisted about the twisted axis 38 between the flat portion 31a and the second base plate 32b.
  • the twist axis 38 passes straight in the longitudinal direction while passing through the center point in the short direction of the twist portion 31b.
  • the first stacking frame 31 further includes a shaft mounting plate 35 integrated with the first base plate 32a.
  • the shaft attachment plate 35 includes a rotation shaft 36 that is positioned coaxially with an extension line of the twist axis 38.
  • the part which comprises the flat part 31a of each support plate 33 is a rectangular parallelepiped shape.
  • the part which comprises the twist part 31b of each support plate 33 is twisted moderately.
  • the distance between the pair of support plates 33 is constant along the longitudinal direction of the support plate 33.
  • the support plate 33 has two side surfaces that face each other in the thickness direction.
  • One side surface of the support plate 33 is an attachment surface 33a, and the other side surface is a support surface 33b.
  • the support plate 33 includes a plurality of screw holes 33c that are recessed from the mounting surface 33a.
  • the plurality of screw holes 33 c are arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the support plate 33.
  • the support plate 33 includes fixing screw holes 33d at both ends in the longitudinal direction.
  • the first stacking frame 31 includes a plurality of back plates 41 a and 41 b attached to the support plate 33.
  • the plurality of back plates 41a and 41b support the first to fourth fiber layers 11 to 14.
  • the back plates 41a and 41b are made of metal.
  • the back plate includes a flat portion back plate 41a attached to the flat portion 31a and a twist portion back plate 41b attached to the twist portion 31b.
  • the flat portion back plate 41a is a rectangular plate.
  • the back plate 41b for the twisted portion is twisted in accordance with the twisting degree of the pair of support plates 33 with the rectangular plate being centered on the middle point in the longitudinal direction.
  • Each back plate 41a, 41b has an insertion hole 41c that penetrates both ends in the longitudinal direction in the thickness direction.
  • Bolts 42 can pass through the insertion holes 41c.
  • the bolt 42 can be screwed into the screw hole 33 c of the support plate 33.
  • stepped portions 43 that are thinner than other portions are provided.
  • a support portion 44 is provided between both step portions 43 of the back plates 41a and 41b.
  • the depth from the surface of the support portion 44 to the stepped portion 43 is the same as the thickness of the support plate 33. Further, the length of the support portion 44 is slightly shorter than the distance between the opposing inner side surfaces of the pair of support plates 33.
  • the step portion 43 is brought into contact with the flat portion 31a of the support plate 33, and the support portion 44 is disposed between the adjacent support plates 33. Further, in the back plate 41 b for the twisted portion, the stepped portion 43 is brought into contact with the twisted portion 31 b of the support plate 33, and the support portion 44 is disposed between the adjacent support plates 33.
  • the bolts 42 are inserted into the insertion holes 41 c and screwed into the screw holes 33 c of the support plate 33, whereby the back plates 41 a and 41 b are attached to the support plate 33.
  • the back plates 41 a and 41 b can be detached from the support plate 33 and detached from the first laminating frame 31.
  • the second stacking frame 51 is made of metal.
  • the second laminating frame 51 has a flat portion 51a in the vicinity of one end portion of both end portions in the longitudinal direction.
  • the second laminating frame 51 further includes a twisted portion 51b that is twisted about the twist axis 58 between the flat portion 51a and the other end.
  • the twisting axis 58 goes straight in the longitudinal direction while passing through the center point in the short direction of the twisted portion 51b.
  • the second stacking frame 51 has a pair of mounting plates 52.
  • the part which comprises the flat part 51a of each attachment plate 52 is a rectangular parallelepiped.
  • the part which comprises the twist part 51b of each attachment plate 52 is twisted moderately.
  • the mounting plate 52 has two side surfaces that face each other in the thickness direction.
  • One side surface of the mounting plate 52 is a plate mounting surface 52a.
  • the mounting plate 52 includes a plurality of mounting grooves 52b that are recessed from the plate mounting surface 52a.
  • the plurality of mounting grooves 52 b are arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the mounting plate 52.
  • each mounting plate 52 has a through hole 52c that penetrates both ends in the longitudinal direction in the thickness direction.
  • a fixing member 71 for fixing the second stacking frame 51 to the first stacking frame 31 can pass through the through hole 52c.
  • the fixing member 71 can be screwed into the fixing screw hole 33 d of the support plate 33.
  • the second laminating frame 51 includes a plurality of press plates 61 a and 61 b attached to the attachment plate 52.
  • the plurality of press plates 61a and 61b press the first to fourth fiber layers 11 to 14 toward the back plates 41a and 41b.
  • the press plates 61a and 61b are made of metal.
  • the press plate includes a flat portion press plate 61a attached to the flat portion 51a and a twist portion press plate 61b attached to the twist portion 51b.
  • the flat portion press plate 61a is the same rectangular plate as the twist portion press plate 61b. As shown in FIG. 4, a plurality of grooves are machined in the mounting groove 52b of the twisted portion 51b in accordance with the twist of the twisted portion 51b so that a press plate 61b for the twisted portion can be inserted.
  • Both end portions of the flat portion press plate 61a in the longitudinal direction are integrated with the mounting plate 52 by being inserted into the mounting grooves 52b of the flat portion 51a of the mounting plate 52. Further, both ends in the longitudinal direction of the press plate 61b for the twist portion are integrated with the attachment plate 52 by being inserted into the attachment grooves 52b of the twist portion 51b of the attachment plate 52. In a state where the press plates 61 a and 61 b are attached to the attachment plate 52, the long side edges of the press plates 61 a and 61 b protrude from the plate attachment surface 52 a of the attachment plate 52.
  • the first laminating frame 31 and the second laminating frame 31 are in a state where the first to fourth fiber layers 11 to 14 are supported by the flat portion 31a and the twisted portion 31b of the first laminating frame 31.
  • the laminating frame 51 can be fixed by the fixing member 71.
  • the first to fourth fiber layers 11 to 14 are interposed between the back plates 41a and 41b and the press plates 61a and 61b. It is pinched.
  • the manufacturing method of the textile laminated body W using the manufacturing apparatus 30 is demonstrated.
  • the coupling device 60 for coupling a plurality of fiber layers sandwiched between the manufacturing devices 30 will be described.
  • a laminated body of the first to fourth fiber layers 11 to 14 that is sandwiched by the manufacturing apparatus 30 in the laminating direction but is not formed with the bonding structure 20 is referred to as a precursor 59.
  • the coupling device 60 includes a rotation device 62, a needle support 63, and a retaining thread insertion needle 67.
  • the rotating device 62 rotatably supports the manufacturing device 30.
  • the needle support 63 is movable in a direction in which the needle support 63 contacts and separates from the manufacturing apparatus 30 supported by the rotating device 62.
  • the retaining thread insertion needle 67 is movable in the vertical direction.
  • the rotating shaft 36 of the shaft mounting plate 35 of the manufacturing apparatus 30 can be attached to and detached from the rotating device 62.
  • the rotating device 62 rotates the manufacturing apparatus 30 around the rotating shaft 36.
  • the needle support 63 can be brought into and out of contact with the manufacturing apparatus 30 by a driving device (not shown).
  • the needle support 63 includes a plurality of insertion needles 64 for inserting the binding thread 20a into the precursor 59.
  • a connecting thread 20a is passed through the tips of the plurality of insertion needles 64.
  • the plurality of insertion needles 64 are arranged in the vertical direction of the needle support 63.
  • the retaining thread insertion needle 67 is movable in the vertical direction, which is the direction in which the insertion needles 64 are arranged.
  • the retaining thread insertion needle 67 is arranged in the vicinity of the uppermost insertion needle 64.
  • the retaining thread 20b is disposed in the vicinity of the insertion needle 64 positioned at the lowest position.
  • the flat plate back plate 41a and the flat plate back plate 41a and the support plate 33 of the first lamination frame 31 are used.
  • a back plate 41b for the twist portion is attached. Accordingly, the support surface 33b of the support plate 33 is disposed flush with the support portion 44 of the back plate 41b.
  • the 1st fiber layer 11 is made into the flat part 31a. And it extends along the twist shape of the twist part 31b. Then, the 1st fiber layer 11 is shaped along the flat part 31a and the twist part 31b.
  • the second fiber layer 12 is extended using a roller or the like in the same manner as the first fiber layer 11. Then, the 2nd fiber layer 12 is also shaped along the flat part 31a and the twist part 31b. The third fiber layer 13 and the fourth fiber layer 14 are also shaped in the same manner as the first fiber layer 11 and the second fiber layer 12.
  • the flat plate press plate 61 a and the twist plate press plate 61 b are attached to the mounting plate 52 of the second stacking frame 51.
  • the second lamination frame 51 is placed on the uppermost fourth fiber layer 14.
  • the fixing member 71 is inserted into the through hole 52 c of the second stacking frame 51 and then screwed into the fixing screw hole 33 d of the first stacking frame 31.
  • the plurality of twist portion press plates 61b press the first to fourth fiber layers 11 to 14 in the stacking direction, and the twist portions 31b and 51b twist the first to fourth fiber layers 11 to 14. Hold it in the state.
  • a plurality of flat portion press plates 61a press the first to fourth fiber layers 11 to 14 in the stacking direction, and the flat portions 31a and 51a flatten the first to fourth fiber layers 11 to 14. Hold in a proper state.
  • the rotating shaft 36 of the manufacturing apparatus 30 is attached to the rotating apparatus 62, and the manufacturing apparatus 30 is supported so as to be rotatable around the rotating shaft 36.
  • the back plate 41 b for the twist portion disposed at the position where the binding yarn 20 a is inserted is removed from the first laminating frame 31.
  • the press plate 61b for the twisted portion arranged at the position where the binding yarn 20a is inserted is also removed from the second laminating frame 51. Then, a portion of the precursor 59 where the binding yarn 20a is inserted is exposed from the manufacturing apparatus 30.
  • the needle support 63 is disposed on the exposed portion of the precursor 59, and the plurality of insertion needles 64 are disposed toward the exposed portion of the precursor 59.
  • the rotating device 62 rotates the precursor 59 together with the manufacturing device 30 so that the insertion needle 64 is orthogonal to the surface of the precursor 59.
  • the needle support 63 is brought close to the precursor 59, and the insertion needle 64 is inserted into the precursor 59 from the outer surface of the first fiber layer 11.
  • the binding thread 20 a is inserted in the stacking direction of the precursor 59 together with the insertion needle 64.
  • the needle support 63 After causing the distal end of the insertion needle 64 to protrude from the outer surface of the fourth fiber layer 14 of the precursor 59, the needle support 63 is slightly moved in a direction away from the precursor 59. Then, a loop of the binding yarn 20a is formed on the surface of the precursor 59.
  • the retaining thread 20 b is passed through the plurality of loops together with the retaining thread insertion needle 67.
  • the needle support 63 is separated from the precursor 59 and the insertion needle 64 is detached from the precursor 59, the binding thread 20a is pulled back, and the binding thread 20a inserted into the precursor 59 is pulled by the retaining thread 20b. It is tightened so that it does not come off.
  • the removed back plate 41b is attached to the first lamination frame 31, and the removed press plate 61b is attached to the second lamination frame 51. .
  • another bonding structure 20 is formed next to the formed bonding structure 20.
  • the back plate 41b for the twisted part and the press plate 61b for the twisted part arranged at the position where the other coupling structure 20 is formed are replaced with the first laminating frame 31 and the second laminating frame 51. And remove from each.
  • the adjacent part of the formed coupling structure 20 is exposed from the manufacturing apparatus 30.
  • hook support body 63 is arrange
  • the press plate 61b and the back plate 41b are removed and attached over the entire length of the precursor 59 to form the coupling structure 20.
  • the first to fourth fiber layers 11 to 14 are held twisted by the manufacturing apparatus 30 and are bonded in the stacking direction by the bonding structure 20.
  • the flat region R2 of the fabric laminate W is manufactured by the flat portion 31a of the first stacking frame 31 and the flat portion 51a of the second stacking frame 51.
  • the twist region R1 of the fabric laminate W is manufactured by the twisted portion 31b of the first laminating frame 31 and the twisted portion 51b of the second laminating frame 51.
  • the fixing member 71 is removed from the fixing screw hole 33d, the first stacking frame 31 and the second stacking frame 51 are disassembled, and the fabric laminate W is removed from the manufacturing apparatus 30.
  • the manufactured fabric laminate W is impregnated with a thermosetting matrix resin Ma, and then the matrix resin Ma is cured. Impregnation and curing of the matrix resin Ma is performed by an RTM (resin transfer molding) method.
  • RTM resin transfer molding
  • the fabric laminate W has a structure twisted about the twist axis 21.
  • the warps 10a constituting the second to fourth fiber layers 12 to 14 extend linearly from the twist axis 21 toward the twist edge 23. For this reason, even if the woven fabric laminate W has a twisted structure, the warp yarn 10a is neither bent nor curved. Therefore, since the straightness of the warp yarns 10a of the second to fourth fiber layers 12 to 14 is maintained, the strength of the woven fabric laminate W is unlikely to decrease.
  • the fabric laminate W manufacturing apparatus 30 can hold the precursor 59 in which the first to fourth fiber layers 11 to 14 are laminated in a twisted state.
  • the twisted precursor 59 can be bonded in the stacking direction using the bonding yarn 20a and the retaining yarn 20b. That is, the fabric laminate W is not manufactured by twisting the precursor 59 after the first to fourth fiber layers 11 to 14 are bonded in the stacking direction using the binding yarn 20a and the retaining yarn 20b. For this reason, the warp yarns 10a of the first to fourth fiber layers 11 to 14 cannot follow the twist and are not pulled. Thereby, it becomes difficult to wrinkle on the surface of the woven fabric laminate W, and the straightness of the warp yarn 10a is easily maintained.
  • the first laminating frame 31 can attach and detach the back plates 41a and 41b
  • the second laminating frame 51 can attach and detach the press plates 61a and 61b. Therefore, only a part of the plurality of back plates 41 a and 41 b and a part of the plurality of press plates 61 a and 61 b can be detached from the manufacturing apparatus 30. Thereby, it is possible to expose only the portion of the precursor 59 where the insertion needle 64 is inserted while holding the precursor 59 in the manufacturing apparatus 30, and insert the binding yarn 20a into the exposed portion of the precursor 59. Therefore, when the precursor 59 is bonded using the bonding yarn 20a, the first to fourth fiber layers 11 to 14 are not separated.
  • the manufacturing apparatus 30 includes a rotating shaft 36 coaxially with the twist axis 21. For this reason, by attaching the rotating shaft 36 to the rotating device 62 of the coupling device 60, the rotating device 62 can rotate the manufacturing apparatus 30 around the twist axis 21. In this way, the advancement / retraction direction of the insertion needle 64 can be disposed in a direction perpendicular to the precursor 59 by rotating the precursor 59 together with the manufacturing apparatus 30 around the twist axis 21. For this reason, the insertion needle 64 can be inserted along the stacking direction of the precursor 59. Therefore, since the connecting yarn 20a is not twisted, the strength of the connecting yarn 20a does not decrease.
  • the second stacking frame 51 includes press plates 61a and 61b.
  • the press plates 61 a and 61 b press the precursor 59 against the back plates 41 a and 41 b of the first stacking frame 31. Therefore, the first to fourth fiber layers 11 to 14 are not separated in the laminating direction or shifted in the layer direction between the first laminating frame 31 and the second laminating frame 51. Therefore, it is possible to bond the precursor 59 using the binding yarn 20a while maintaining the shape of the precursor 59.
  • the woven fabric laminate W As a method of manufacturing the woven fabric laminate W, there is a method of laminating by attaching a prepreg.
  • the woven fabric laminate W having a twisted shape is manufactured by sticking a prepreg while twisting.
  • the length of the edge of the prepreg changes from the length before twisting by pulling the edge of the prepreg. For this reason, it is difficult to attach the edges of the twisted fiber layers together.
  • the first to fourth fiber layers 11 to 11 are held by the binding yarn 20a while the first to fourth fiber layers 11 to 14 are held in a twisted state using the manufacturing apparatus 30. 14 can be combined. For this reason, the twist-shaped textile laminated body W can be manufactured easily.
  • the fabric laminated body W may bend the edge part of a transversal direction, having a twist structure.
  • the first to fourth fiber layers 11 to 14 are bonded using the bonding yarn 20a and the retaining yarn 20b in a state where the edge in the short direction is curved while the precursor 59 is twisted by the manufacturing apparatus.
  • the binding yarn 20a is inserted one by one with a sewing machine so that the binding yarn 20a is inserted in the stacking direction. Insert the binding thread 20a.
  • the woven fabric laminate 73 may have a taper portion T whose thickness gradually decreases toward the first end portion 22a.
  • the second end portion 22b of the twist axis 21 is a thick portion having a certain thickness.
  • a core 72 is constituted by the first to fifth fiber layers 70a to 70e. Moreover, the core part 72 is covered with the 6th fiber layer 70f and the 7th fiber layer 70g from the both ends of the lamination direction.
  • the tapered portions T are not formed because the first to seventh fiber layers 70a to 70g are all laminated together.
  • the first fiber layer 70 a is the longest fiber layer among the fiber layers constituting the core portion 72.
  • a second fiber layer 70b is disposed on one surface of both surfaces of the first fiber layer 70a, and a third fiber layer 70c is disposed on the other surface.
  • the lengths of the second fiber layer 70b and the third fiber layer 70c are smaller than the length of the first fiber layer 70a.
  • a fourth fiber layer 70d is disposed outside the second fiber layer 70b, and a fifth fiber layer 70e is disposed outside the third fiber layer 70c.
  • the lengths of the fourth fiber layer 70d and the fifth fiber layer 70e are smaller than the lengths of the second fiber layer 70b and the third fiber layer 70c.
  • the thickness of the core portion 72 gradually decreases.
  • the thickness of the tapered portion T of the first end portion 22a is directed toward the tip of the first end portion 22a. It becomes small gradually according to.
  • the 1st end part 22a of the textile laminated body 73 is circular arc shape by being chamfered, and since the 2nd end part 22b is not chamfering, it is rectangular shape.
  • the number of fiber layers constituting the core portion 72 may be changed as appropriate according to the thickness of the woven fabric laminate 73.
  • the first to fifth fiber layers 70a to 70e are bonded in the stacking direction using the bonding structure 20 including the bonding yarn 20a and the retaining yarn 20b, and the core portion 72 and the sixth fiber layer are combined.
  • yarn In this case, even if it has a seven-layer structure like the woven fabric laminate 73, the woven fabric laminate 73 can be bonded in the laminating direction.
  • the orientation angles of the warp yarns 10a in the first to fourth fiber layers 11 to 14 are all different, but the orientation angles of the warp yarns 10a are different between two or three of the four fiber layers. It may be allowed.
  • the warp yarn 10 a of at least one fiber layer extends in a direction intersecting with the twist axis 21.
  • the flat portions 31 a of the first stacking frame 31 and the flat portions 51 a of the second stacking frame 51 are eliminated, and the entire first stacking frame 31 and the second stacking frame 51 are twisted. You may comprise only part 31b, 51b. In this case, the fabric laminate W is configured only by the twist region R1 and does not have the flat region R2.
  • the precursor 59 has a shape that fits inside the first laminating frame 31 and the second laminating frame 51.
  • the first laminating frame 31 and the second laminating frame are used. It may have a shape that protrudes outside 51.
  • the periphery of the woven fabric laminate W may be cut into a desired shape.
  • the warp yarns 10a have pseudo-isotropic properties in four directions, but the warp yarns 10a may have pseudo-isotropic properties in three or six directions.
  • the fabric laminate W may not have pseudo-isotropic properties.

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Abstract

織物積層体は、織物積層体の長手方向に直線状に延びる捻り軸線を中心として捻られている。また、織物積層体を構成する第２～第４の繊維層の経糸は、捻り軸線と交差して配向されている。織物積層体は、捻り軸線の軸方向の両端に位置する一対の側縁部と、一対の側縁部同士を繋ぐ縁部に捻り縁部とを備える。織物積層体を捻り軸線に直交する方向から見て、捻り軸線と交差する一方向織物の経糸は、捻り軸線から捻り縁部に向けて直線状に延びている。

Description

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
　本発明は、複数の糸が一軸配向に配列された複数の一方向織物が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。複合材用強化基材としての織物構造体の用途を広げるには、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、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を積層して形成した二軸配向の積層繊維層８２を、厚さ方向糸８３を用いて結合することにより、構成されている。三次元繊維構造体８０における二軸配向は、三次元繊維構造体８０の長手方向と短手方向とを意味する。また、三次元繊維構造体８０は、曲げ部８４と、曲げ部８４の両側から三次元繊維構造体８０の長手方向に延びる板状部８５とを備えている。三次元繊維構造体８０は、曲げ部８４を中心に板状部８５が捻れたプロペラ形状を有している。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ている。
　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により予め結合した一次構造体を捻って、製造されている。一次構造体の段階で、各繊維層８１の板状部８５となる部位は厚さ方向糸８３により結合されるが、曲げ部８４となる部位は厚さ方向糸８３により結合されていない。このため、一次構造体が捻られても、板状部８５の連続繊維は、各繊維層８１が厚さ方向糸８３により結合されていることによって、一次構造体の捻りに追従し難くなる。よって、板状部８５の連続繊維は、一次構造体の捻れに追従しない不自然な形状に屈曲したり、湾曲したりする。このため、連続繊維の直進性が保たれず、板状部８５の強度が低下する。
特開２００７－２９７７５３号公報
　本発明の目的は、捻り構造を有していても、糸の直進性が維持されて、強度が低下しない織物積層体、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、本発明の第一の態様によれば、複数の糸が一軸配向に配列された複数の一方向織物が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が提供される。織物積層体は、所定方向に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、複数の一方向織物のうちの少なくとも一つの一方向織物の糸が、捻り軸線と交差して配向されている。織物積層体は、捻り軸線の軸線方向の両端に位置する一対の側縁部と、一対の側縁部同士を繋ぐ捻り縁部とを備える。捻り軸線に直交する方向から見て、捻り軸線と交差する一方向織物の糸は、捻り軸線から捻り縁部に向けて直線状に延びている。
　上記問題点を解決するため、本発明の第二の態様によれば、複数の糸が一軸配向に配列された複数の一方向織物が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が提供される。この製造方法によれば、複数の一方向織物のうち少なくとも一つの一方向織物の糸が捻り軸線と交差すべく配向するように、複数の一方向織物を積層し、積層された複数の一方向織物を、所定方向に直線状に延びる捻り軸線を中心として捻った後、捻られた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。
　上記問題点を解決するため、本発明の第三の態様によれば、複数の糸が一軸配向に配列された複数の一方向織物が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、かつ所定方向に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が提供される。製造装置は、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、第１の積層用フレームと第２の積層用フレームとによって複数の一方向織物を挟持した状態に固定する固定部材とを含む。第１の積層用フレームには、複数の一方向織物を支持する複数のバックプレートが着脱可能であり、第２の積層用フレームには、複数の一方向織物を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が着脱可能である。
本発明の一実施形態に係る織物積層体を示す斜視図。 織物積層体の縦断面図。 織物積層体の製造装置の分解斜視図。 織物積層体の製造装置の斜視図。 織物積層体の製造方法を説明する部分斜視図。 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ている。
　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、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、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。第２の繊維層１２上に積み重ねられた繊維層を第３の繊維層１３とし、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する。また、第１～第４の繊維層１１～１４の積層方向を厚み方向とし、厚み方向に沿う寸法を各繊維層１１～１４の厚みとする。第１～第４の繊維層１１～１４は、平面視で、矩形状の表面を有する。また、第１～第４の繊維層１１～１４の表面の長辺に沿う方向を長手方向とし、短辺に沿う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、複数の経糸１０ａを一軸配向となるように一方向に配列しかつ複数の経糸１０ａを緯糸１０ｂによって結合することで、構成されている。経糸１０ａは、例えば、炭素繊維により構成され、緯糸１０ｂは、ナイロン糸により構成されている。緯糸１０ｂは、経糸１０ａに溶着されている。これにより、経糸１０ａの一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度である。この場合、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。第２の繊維層１２における経糸１０ａの配向角度は、４５度である。この場合、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度である。この場合、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、この場合、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とによって構成されている。複数の結合糸２０ａが、第１の繊維層１１の表面上を長手方向に延びる状態で配列されている。また、各結合糸２０ａは、所定ピッチで、織物積層体Ｗ内に外側から挿入されている。更に、各結合糸２０ａは、織物積層体Ｗの第４の繊維層１４の外面から突出した後、ループ状に折り返されている。各結合糸２０ａは、第１～第４の繊維層１１～１４の表面に対し直交する積層方向に延びている。
　複数の抜け止め糸２０ｂが、第４の繊維層１４の表面上を短手方向に延びる状態で配列されている。各抜け止め糸２０ｂは、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。各抜け止め糸２０ｂは、結合糸２０ａのループＬ内に挿通されることで、結合糸２０ａが織物積層体Ｗから抜けない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を中心に捻られた捻り領域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する。また、捻り軸線２１は、長手方向に沿って直線状に延び、直進性を有する。捻り軸線２１は、捻り領域Ｒ１及び平坦領域Ｒ２を通過している。以下、捻り軸線２１の軸線方向の両端に位置する織物積層体Ｗの短縁部を、側縁部２２とする。また、２つの側縁部２２の対応する端部同士を繋ぐ織物積層体Ｗの長縁部を、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に向けて直線状に延びている。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のそれぞれにおいて、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を有する。製造装置３０は、更に、第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１とによって第１～第４の繊維層１１～１４を挟持した状態に固定する固定部材７１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を有する。第１の積層用フレーム３１は、更に、第１ベースプレート３２ａ及び第２ベースプレート３２ｂの対応する端部同士を繋ぐ一対の支持プレート３３を有する。第１の積層用フレーム３１は、第１ベースプレート３２ａ、第２ベースプレート３２ｂ及び支持プレート３３を一体化することで、矩形枠状に形成されている。
　第１の積層用フレーム３１は、第１ベースプレート３２ａ近傍に、平坦部３１ａを有する。第１の積層用フレーム３１は、平坦部３１ａと第２ベースプレート３２ｂとの間に、捻り軸線３８を中心に捩られた捻り部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、更に、第１ベースプレート３２ａに一体化された軸取付プレート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の平坦部３１ａを構成する部分は、直方体状である。各支持プレート３３の捻り部３１ｂを構成する部分は、緩やかに捻れている。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を有する。支持プレート３３の一方の側面は取付面３３ａであり、他方の側面は支持面３３ｂである。支持プレート３３は、取付面３３ａから凹む複数の螺子穴３３ｃを備える。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を含む。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、矩形状の板である。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点を中心に、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を有する。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の長手方向の両端部には、他の部位より薄い段部４３が設けられている。また、各バックプレート４１ａ，４１ｂの両段部４３間には、支持部４４が設けられている。支持部４４の表面から段部４３に至る深さは、支持プレート３３の厚みと同じである。また、支持部４４の長さは、一対の支持プレート３３の対向する内側面間の距離よりも、若干短い。
　平坦部用のバックプレート４１ａでは、段部４３が、支持プレート３３の平坦部３１ａに当接され、支持部４４が、隣り合う支持プレート３３間に配置されている。また、捻り部用のバックプレート４１ｂでは、段部４３が、支持プレート３３の捻り部３１ｂに当接され、支持部４４が、隣り合う支持プレート３３間に配置されている。この状態で、ボルト４２が挿通孔４１ｃに挿通されて支持プレート３３の螺子穴３３ｃに螺合されることによって、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から外すことにより、各バックプレート４１ａ，４１ｂを、支持プレート３３から取り外して、第１の積層用フレーム３１から離脱させることができる。
　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、長手方向の両端部のうち一方の端部の近傍に、平坦部５１ａを有する。第２の積層用フレーム５１は、更に、平坦部５１ａと他方の端部との間に、捻り軸線５８を中心に捩られた捻り部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、長手方向に直進している。
　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の平坦部５１ａを構成する部分は、直方体である。各取付プレート５２の捻り部５１ｂを構成する部分は、緩やかに捻れている。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を有する。取付プレート５２の一方の側面はプレート取付面５２ａである。取付プレート５２は、プレート取付面５２ａから凹む複数の取付溝５２ｂを備える。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が貫通可能である。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を含む。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は、捻り部用のプレスプレート６１ｂと、同一の矩形状の板である。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を挿入できるように、捻り部５１ｂの捻りに合わせて、複数の溝が加工されている。
　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の平坦部５１ａの取付溝５２ｂに挿入されることで、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の捻り部５１ｂの取付溝５２ｂに挿入されることで、取付プレート５２に一体化されている。取付プレート５２にプレスプレート６１ａ，６１ｂが取り付けられた状態で、各プレスプレート６１ａ，６１ｂの長側縁部は、取付プレート５２のプレート取付面５２ａから突出している。
　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が支持されている状態で、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により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とを固定した状態では、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、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第１～第４の繊維層１１～１４の積層体を、前駆体５９とする。
　図５に示すように、結合装置６０は、回転装置６２、針支持体６３、抜け止め糸挿通用針６７を含む。回転装置６２は、製造装置３０を回転可能に支持する。針支持体６３は、回転装置６２に支持された製造装置３０に対して接離する方向へ移動可能である。抜け止め糸挿通用針６７は、上下方向へ移動可能である。
　回転装置６２には、製造装置３０の軸取付プレート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に対して接離可能である。針支持体６３は、結合糸２０ａを前駆体５９に挿入するための複数の挿入針６４を備える。複数の挿入針６４の各先端には、結合糸２０ａが通されている。複数の挿入針６４は、針支持体６３の上下方向に配列されている。
　抜け止め糸挿通用針６７は、挿入針６４の配列方向である上下方向に移動可能である。抜け止め糸挿通用針６７は、最も上方に位置する挿入針６４の近傍に配置されている。抜け止め糸２０ｂは、最も下方に位置する挿入針６４の近傍に配置されている。
　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の支持プレート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を取り付ける。これにより、支持プレート３３の支持面３３ｂは、バックプレート４１ｂの支持部４４と面一に配置される。
　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の上に第１の繊維層１１を載せてから、図示しないローラ等を用いて、第１の繊維層１１を、平坦部３１ａ及び捻り部３１ｂの捻り形状に沿って、押し延ばす。すると、第１の繊維層１１は、平坦部３１ａ及び捻り部３１ｂに沿って、賦形される。
　次に、第１の繊維層１１の上に第２の繊維層１２を載せてから、第１の繊維層１１と同様に、ローラ等を用いて、第２の繊維層１２を押し延ばす。すると、第２の繊維層１２も、平坦部３１ａ及び捻り部３１ｂに沿って、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、第１の繊維層１１や第２の繊維層１２と同様に賦形される。
　次に、第２の積層用フレーム５１の取付プレート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、固定部材７１を、第２の積層用フレーム５１の貫通孔５２ｃに挿通してから、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が第１～第４の繊維層１１～１４を積層方向に押圧するとともに、捻り部３１ｂ，５１ｂが第１～第４の繊維層１１～１４を捻った状態にして挟持する。これにより、前駆体５９が、製造装置３０の捻り軸線３８，５８を中心に捻られた状態で、保持される。また、複数の平坦部用のプレスプレート６１ａが第１～第４の繊維層１１～１４を積層方向に押圧するとともに、平坦部３１ａ，５１ａが第１～第４の繊維層１１～１４を平坦な状態にして挟持する。
　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、製造装置３０を、回転軸３６を中心に回転可能な状態に支持する。
　次に、製造装置３０において、結合糸２０ａが挿入される位置に配置された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。また、結合糸２０ａが挿入される位置に配置された捻り部用のプレスプレート６１ｂも、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が挿入される部分が、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を配置し、複数の挿入針６４を前駆体５９の露出部に向けて配置する。このとき、挿入針６４が前駆体５９の表面と直交するように、回転装置６２は、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に接近させて、挿入針６４を第１の繊維層１１の外面から前駆体５９に挿入する。挿入針６４が前駆体５９へ挿入されると、結合糸２０ａが、挿入針６４と共に、前駆体５９の積層方向に挿入される。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から離間する方向へ僅かに移動させる。すると、前駆体５９の表面には、結合糸２０ａのループが形成される。
　こうして、第４の繊維層１４の外面上に結合糸２０ａによる複数のループが形成されると、複数のループには、抜け止め糸挿通用針６７と共に、抜け止め糸２０ｂが通される。そして、針支持体６３を前駆体５９から離間させて挿入針６４が前駆体５９から離脱すると、結合糸２０ａが引き戻されると共に、前駆体５９内に挿入された結合糸２０ａが抜け止め糸２０ｂによって抜けないように締め付けられる。
　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。この場合も、別の結合構造２０を形成する位置に配置された捻り部用のバックプレート４１ｂと捻り部用のプレスプレート６１ｂとを、第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１とからそれぞれ取り外す。すると、前駆体５９では、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に向けて配置し、上記と同様に、結合構造２０を形成する。
　その後、前駆体５９の長手方向の全体に亘って、プレスプレート６１ｂ及びバックプレート４１ｂの取り外しと、取り付けとを行って、結合構造２０を形成する。その結果、第１～第４の繊維層１１～１４は、製造装置３０により捻れ形状が保持されると共に、結合構造２０により積層方向に結合される。
　こうして、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により、織物積層体Ｗの平坦領域Ｒ２が製造される。また、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から外し、第１の積層用フレーム３１と第２の積層用フレーム５１とを分解して、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を含浸してから、マトリックス樹脂Ｍａを硬化させる。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を強化基材として備えた繊維強化複合材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を中心に捻られた構造を有している。また、織物積層体Ｗにおいて、第２～第４の繊維層１２～１４を構成する各経糸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。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は、屈曲も湾曲もしない。よって、第２～第４の繊維層１２～１４の経糸１０ａの直進性が維持されるため、織物積層体Ｗの強度が低下し難い。
　（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を用いて、積層方向に結合することができる。つまり、第１～第４の繊維層１１～１４を結合糸２０ａ及び抜け止め糸２０ｂを用いて積層方向に結合した後に、前駆体５９を捻って、織物積層体Ｗを製造していない。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ることもない。これにより、織物積層体Ｗの表面に皺ができ難くなり、経糸１０ａの直進性が維持され易くなる。
　（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のうちの一部、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から取り外すことができる。これにより、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て、前駆体５９の露出した部位に結合糸２０ａを挿入することができる。したがって、結合糸２０ａを用いて前駆体５９を結合する際、第１～第４の繊維層１１～１４がばらばらにならない。
　（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、回転装置６２は、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。こうして、製造装置３０と共に前駆体５９を捻り軸線２１を中心に回転させることで、挿入針６４の進退方向を、前駆体５９と直交させる向き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る。よって、結合糸２０ａが捻られないため、結合糸２０ａの強度は低下しない。
　（５）第２の積層用フレーム５１は、プレスプレート６１ａ，６１ｂを備える。プレスプレート６１ａ，６１ｂは、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との間で、第１～第４の繊維層１１～１４が積層方向に離間したり、層方向にずれたりしなくなる。よって、前駆体５９の形状を保持したまま、結合糸２０ａを用いて前駆体５９を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は、プリプレグを捻りながら貼り付けることにより製造される。しかしながら、プリプレグが捻られると、プリプレグの縁部の長さは、プリプレグの縁部が引っ張られることによって、捻られる前の長さから変化する。このため、捻り形状の繊維層の縁部同士を合わせて貼り付けることは困難である。この場合、短冊状のプリプレグ同士を貼り付けて捻り形状の織物積層体Ｗを製造する必要があるが、このような作業は非常に手間が掛かる。その点、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たまま、結合糸２０ａにより、第１～第４の繊維層１１～１４を結合することができる。このため、捻り形状の織物積層体Ｗを容易に製造することができる。
　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、短手方向の縁部を湾曲させてもよい。この場合、製造装置により前駆体５９を捻りつつ短手方向の縁部を湾曲させた状態で、結合糸２０ａ及び抜け止め糸２０ｂを用いて第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の結合では、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、１箇所ずつミシンによって結合糸２０ａを挿入する。
　図８に示すように、織物積層体７３は、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を有していてもよい。この場合、捻り軸線２１の第２端部２２ｂは、一定の厚みを有する肉厚部である。
　図９に示すように、織物積層体７３の第１端部２２ａでは、第１～第５の繊維層７０ａ～７０ｅによって芯部７２が構成されている。また、芯部７２は、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とによって覆われている。一方、織物積層体７３の第２端部２２ｂでは、第１～第７の繊維層７０ａ～７０ｇの先端が全て揃った状態に積層されているため、テーパ部Ｔが構成されていない。
　第１の繊維層７０ａは、芯部７２を構成する繊維層のうち最も長い繊維層である。第１の繊維層７０ａの両面のうちの一方の面上には、第２の繊維層７０ｂが配置され、他方の面上には、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長さは、第１の繊維層７０ａの長さよりも小さい。また、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の長さは、第２の繊維層７０ｂ及び第３の繊維層７０ｃの長さよりも小さい。
　よって、第１端部２２ａの先端に向かうに従い芯部７２を構成する繊維層の数が５、３、１と減ることで、芯部７２の厚みが徐々に小さくなる。また、第６の繊維層７０ｆと第７の繊維層７０ｇとにより芯部７２の全体が覆われることで、第１端部２２ａのテーパ部Ｔの厚みは、第１端部２２ａの先端に向かうに従い徐々に小さくなる。また、織物積層体７３の第１端部２２ａは、面取りされることで円弧状であり、第２端部２２ｂは、面取りされていないため矩形状である。芯部７２を構成する繊維層の数は、織物積層体７３の厚みに応じて、適宜変更してもよい。
　図８に示す形態において、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を用いて積層方向に結合し、芯部７２と第６の繊維層７０ｆ及び芯部７２と第７の繊維層７０ｇとを、結合糸としてのタフティング糸を用いて積層方向に結合してもよい。この場合、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における経糸１０ａの配向角度を全て異ならせたが、４つの繊維層のうち２又は３つの繊維層同士間で経糸１０ａの配向角度を異ならせてもよい。この場合、少なくとも１つの繊維層の経糸１０ａが、捻り軸線２１と交差する方向に延びている。
　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を有しない。
　実施形態では、前駆体５９は、第１の積層用フレーム３１及び第２の積層用フレーム５１の内側に収まる形状を有していたが、第１の積層用フレーム３１及び第２の積層用フレーム５１の外側にはみ出る形状を有していてもよい。この場合、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、所望する形状にすればよい。
　織物積層体Ｗは、経糸１０ａが四方向に疑似等方性を有していたが、経糸１０ａが三方向や六方向に疑似当方性を有
していてもよい。
　織物積層体Ｗは、疑似等方性を有していなくてもよい。

Claims (5)

  1. 複数の糸が一軸配向に配列された複数の一方向織物が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つの一方向織物の糸が前記捻り軸線と交差して配向され、
    　前記織物積層体は、前記捻り軸線の軸線方向の両端に位置する一対の側縁部と、前記一対の側縁部同士を繋ぐ捻り縁部とを備え、
    　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一方向織物の糸は、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、織物積層体。
  2. 請求項１記載の織物積層体において、
    　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、前記結合糸が前記織物積層体から抜けないようにする抜け止め糸とを含む、織物積層体。
  3. 複数の糸が一軸配向に配列された複数の一方向織物が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の製造方法であって、
    　前記複数の一方向織物のうち少なくとも一つの一方向織物の糸が前記捻り軸線と交差すべく配向するように、前記複数の一方向織物を積層し、積層された複数の一方向織物を、所定方向に直線状に延びる捻り軸線を中心として捻った後、捻られた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、織物積層体の製造方法。
  4. 複数の糸が一軸配向に配列された複数の一方向織物が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の積層用フレームとによって前記複数の一方向織物を挟持した状態に固定する固定部材とを含み、
    　前記第１の積層用フレームには、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が着脱可能であり、
    　前記第２の積層用フレームには、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が着脱可能である、織物積層体の製造装置。
  5. 請求項４記載の織物積層体の製造装置は、更に、
    　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。
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