強化繊維からなる繊維束シート
【課題】融着糸を使用した一方向織物に比べて賦形性に優れ、高価な融着糸を使用する必要がない強化繊維からなる繊維束シートを提供する。
【解決手段】繊維束シート１１は複数本の強化繊維である繊維束１２が一方向に配列された１層の繊維束層１３が、上糸１４及び下糸１５による繊維束１２の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。本縫いは下糸１５が直線状に延びるように行われている。繊維束層１３は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である。本縫いはピッチＰが一定である。
【解決手段】繊維束シート１１は複数本の強化繊維である繊維束１２が一方向に配列された１層の繊維束層１３が、上糸１４及び下糸１５による繊維束１２の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。本縫いは下糸１５が直線状に延びるように行われている。繊維束層１３は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である。本縫いはピッチＰが一定である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維からなる繊維束シートに係り、詳しくは繊維強化複合材料の強化繊維基材として好適に使用され、一方向に配列された繊維束がシート状態で取り扱えるように補助糸により結合された繊維束シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料の製造方法として、型内に配置した強化繊維基材に液状の熱硬化性樹脂を注入し、加熱硬化して繊維強化複合材料を得るレジン・トランスファー・モールディング法（ＲＴＭ法）がある。ＲＴＭ法で繊維強化複合材料を製造する場合、強化繊維基材として繊維配列方向が一方向の繊維束層を複数積層するとともに目的とする繊維強化複合材料の形状に賦形した状態で液状の熱硬化性樹脂が注入される。
【０００３】
繊維配列方向が一方向の繊維束層として、一方向織物（一方向性織物）と呼ばれる織物がある。一方向織物は、経糸に強化繊維として機能する繊維束を使用し、緯糸に強化繊維として機能しないほど細い糸を使用して平織物と同様に織製された織物であり、緯糸は経糸を結合して織物として取り扱える役割を果たす補助糸として機能する。緯糸を細くして経糸のうねりをできるだけ小さくすると、織物としての拘束力がなくなり、結果として織物として成立しなくなる。そのため、緯糸に融着糸を使用し、一方向織物の緯糸を加熱して緯糸と経糸との交差部で緯糸を経糸に融着させて織物としての拘束力を持たせたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−１８１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示されたような一方向織物では、経糸と緯糸の交差部が緯糸の融着部で結合されているため賦形性に劣る。また、融着糸は高価なため製造コストが上昇するという問題もある。
【０００６】
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、融着糸を使用した一方向織物に比べて賦形性に優れ、高価な融着糸を使用する必要がない繊維束シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数本の強化繊維である繊維束が一方向に配列された少なくとも１層の繊維束層が、第１糸及び第２糸による前記繊維束の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。
【０００８】
ここで強化繊維とは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等の無機繊維またはアラミド繊維、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を指す。
【０００９】
ここで一方向とは、複数本の繊維束が略並行に揃った方向に配列している場合を指し、繊維束が右側から左側に配向される場合と左側から右側に配向されている場合とを区別しない、例えば、繊維束が折り返し状に配列されている場合を含む。
【００１０】
ここで本縫いとは、第１糸及び第２糸の２本の糸を用い、第１糸のループに第２糸が交差する状態となる縫い方を意味し、一般の本縫いでは家庭用ミシンの縫い目のように、縫い目の表裏が同じかつ縫い目構成が１縫い目ごとに独立した縫い方となるが、第１糸がループを形成して折り返し、第２糸が直線状に延びる状態となる縫い方も含む。
【００１１】
この発明の繊維束シートは、繊維束層を構成する一方向に配列された繊維束が第１糸及び第２糸による本縫いで互いに結合されているため、第１糸及び第２糸で囲まれた部分の繊維束が、融着糸の融着により結合された一方向織物に比べて動き易いため、賦形性に優れる。また、隣り合う本縫い列の間隔を所望の間隔にして本縫いを行うことが容易なため、隣り合う本縫い列の間隔を変更することにより、繊維束層の厚さに対応して適切な賦形性を有する繊維束シートを製造することが、一方向織物に比べて容易になる。また、高価な融着糸を使用する必要がない。
【００１２】
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、前記第２糸が直線状に延びる。本発明では、一般の本縫いと異なり、第２糸が直線状に延びる本縫いによって繊維束が結合されているため、この繊維束シートを積層した積層繊維束層を強化繊維基材とした繊維強化複合材料の物性は、第２糸が第１糸と同様に屈曲して互いに交差する本縫いによって繊維束が結合されている場合に比べて良くなる。
【００１３】
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、前記繊維束層は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である。繊維束層の目付けは、繊維束の太さが反映され、繊維束の太さがあまり細いと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなり、繊維束の太さがあまり太くても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなる。そのため、繊維束層として目付けを０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２の範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シートを得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記本縫いはピッチが一定である。ここで、「本縫いのピッチ」とは、本縫いを構成する上糸の隣り合う折り返し部（屈曲部）の間隔を意味する。この発明では、繊維束シートを製造する際に、本縫いを一定条件で行うことができ、本縫いのピッチを変更する場合に比べて製造が容易になる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記本縫いは、前記繊維束層の幅方向の一端から他端までピッチが一定であるものと、前記繊維束層の幅方向の一端から他端まで小さなピッチの範囲及び大きなピッチの範囲が繰り返されるものとが、前記繊維束層の幅方向と直交する方向に予め設定された間隔で存在する。この発明の繊維束シートでは、繊維束シートを強化繊維基材として使用する場合、繊維強化複合材料の形状にあわせて賦形するのがより容易になる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである。本縫いのピッチがあまり小さいと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなる。また、本縫いのピッチがあまり大きくても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなる。そのため、本縫いのピッチを１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シートを得ることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、繊維束の配列方向が異なる複数層の前記繊維束層が前記本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。繊維強化複合材料として高性能が要求される用途では、強化繊維基材として繊維配列方向が一方向の繊維束層を、その配列方向が異なるように複数積層して擬似等方性の積層繊維束層を構成したもの（積層強化材）が使用される。この発明では、繊維束の配列方向が異なる複数層の前記繊維束層が前記本縫いで互いに結合されてシート状に形成されているため、各繊維束層に対応する１層の繊維束シートをそれぞれ製造した後、積層する場合に比べて工数を低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、融着糸を使用した一方向織物に比べて賦形性に優れ、高価な融着糸を使用する必要がない強化繊維からなる繊維束シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は繊維束シートの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における模式断面図。
【図２】支持枠、繊維束層、押さえ部材、針等の位置関係を示す模式平面図。
【図３】繊維束層を支持する構成と針等との位置関係を示す模式斜視図。
【図４】本縫いの状態を示す模式斜視図。
【図５】（ａ）は第２の実施形態の支持枠、繊維束層、押さえ部材、針等の位置関係を示す模式平面図、（ｂ）は本縫い時の針の移動方向を示す模式図。
【図６】（ａ）は別の実施形態における本縫い時の針の移動方向を示す模式図、（ｂ）は押さえ部材及び針の関係を示す概略斜視図。
【図７】（ａ）は別の実施形態における繊維束シートの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における模式断面図。
【図８】（ａ）は別の実施形態における繊維束シートの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における模式断面図。
【図９】別の実施形態の繊維束シートの模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、繊維束シート１１は、複数本の強化繊維である繊維束１２が一方向に配列された１層の繊維束層１３が、第１糸としての上糸１４及び第２糸としての下糸１５による本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。図１（ｂ）に示すように、本縫いは下糸１５が直線状に延びるように行われている。下糸１５の張力を上糸１４の張力より大きくすることにより、下糸１５が直線状に延びる状態の本縫い構造が形成される。下糸１５が直線状に延びるとは、下糸１５が真っ直ぐ延びる状態に限らず、下糸１５が多少湾曲する状態で延びる場合も含む。本縫いはピッチＰが一定で、ピッチＰは繊維束１２の幅と略同じに設定されている。また、本縫いは上糸１４が繊維束１２の幅方向のほぼ両端部で折り返すようにピッチＰが設定されている。なお、図では繊維束１２と上糸１４との位置関係を分かり易くするため、隣り合う繊維束１２同士が離れた状態に図示しているが、実際は隣り合う繊維束１２の幅方向の端部同士が重なった状態に配列されている。
【００２１】
繊維束１２としては軽量で破断強度が高く、弾性率の大きい繊維、例えば炭素繊維の無撚りの繊維束（トウ）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。繊維束１２は開繊された状態で一方向に配列されて繊維束層１３を構成している。「開繊される」とは、繊維束１２を構成する繊維間隔が拡げられて繊維束１２が扁平な状態になることを意味する。なお、繊維束１２をなす強化繊維としては、炭素繊維に限らず、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であってもよく、要求性能に応じて適宜選択される。例えば、繊維強化複合材料に対する剛性・強度の要求性能が高い場合は、炭素繊維が好ましい。繊維束１２に安価なガラス繊維を用いると低コストとなる。繊維束層１３は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２の範囲の中で要求性能に合わせて適宜設定され、繊維束１２としては設定された目付の繊維束層１３を得るのに適した太さのものが使用される。本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである。
【００２２】
上糸１４及び下糸１５としてはナイロン、ポリエステル等の有機繊維製の糸が使用されている。上糸１４及び下糸１５は、繊維束シート１１を繊維強化複合材料の強化繊維基材として使用する状態において強化繊維基材として機能する必要はないため、細い方が良い。
【００２３】
前記のように構成された繊維束シート１１は、繊維束層１３を構成する一方向に配列された繊維束１２が上糸１４及び下糸１５による本縫いで互いに結合されているため、上糸１４及び下糸１５で囲まれた部分の繊維束１２が、融着糸の融着により結合された一方向織物に比べて動き易いため、賦形性に優れる。また、隣り合う本縫い列の間隔を所望の間隔にして本縫いを行うことが容易なため、隣り合う本縫い列の間隔を変更することにより、繊維束層１３の厚さに対応して適切な賦形性を有する繊維束シート１１を製造することが、一方向織物に比べて容易になる。
【００２４】
次に前記のように構成された繊維束シート１１の製造方法を説明する。
製造装置は一般的な本縫いミシンと同様な方式で本縫いを行う。しかし、本縫いミシンと異なり、図２に示すように、繊維束層１３全体を支持する支持枠２１と、支持枠２１を支持枠２１に支持された繊維束層１３と共に繊維束１２の延びる方向及び幅方向へ移動させる図示しない支持枠駆動機構と、支持枠２１に支持された繊維束層１３を所定の位置で保持する一対の繊維束押さえ部２２，２３とを備えている。支持枠２１にはその長手方向両側に、ピン２４が一定間隔で取り外し可能に固定されている。また、支持枠２１は、支持枠駆動機構に対して取り外し可能に構成されており、支持枠２１に対して繊維束層１３を支持する作業は、支持枠２１を支持枠駆動機構から取り外した状態で行われる。
【００２５】
図２及び図３に示すように、繊維束押さえ部２２，２３は、本縫い針２５及び本縫いミシンの布押さえに相当する押さえ部材２６を挟んで左右両側に配置可能に設けられている。図３に示すように、繊維束押さえ部２２，２３は、それぞれ繊維束１２を同時に上下方向から挟持可能に、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを備えている。繊維束押さえ部２２，２３は、上側押さえ部２２ａ，２３ａが繊維束１２の上面を押圧し、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが繊維束１２の下面を押圧した状態で繊維束１２を挟持する。また、本縫い針２５の下方には釜２７が設けられている。なお、図示の都合上、上側押さえ部２２ａ，２３ａの形状は図２及び図３で一致していない。
【００２６】
上側押さえ部２２ａ，２３ａは、その下面が支持枠２１に支持された全ての繊維束１２に同時に弱く接した状態で、支持枠２１の所定位置にボルト２８により固定可能に構成されている。図２において左側に配置される上側押さえ部２２ａには、一列の本縫いが完了した状態で本縫い針２５及び押さえ部材２６と対応する部分が、支持枠２１と共に上側押さえ部２２ａ，２３ａが図３の右側へ移動する際に本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しないように上側が切り欠かれて切り欠き部２２ｃが形成されている。図２において右側に配置される上側押さえ部２３ａには、一列の本縫いが完了した状態で本縫い針２５及び押さえ部材２６と対応する部分が、支持枠２１と共に上側押さえ部２２ａ，２３ａが図３の左側へ移動する際に本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しないように上側が切り欠かれて切り欠き部２３ｃが形成されている。
【００２７】
下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、その上面が上側押さえ部２２ａ，２３ａの下面と協働して繊維束１２を押圧する挟持位置と、挟持位置の下方の待機位置とに図示しない駆動機構により移動可能に構成されている。また、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、その駆動機構と共に、支持枠駆動機構により支持枠２１と一体的に移動可能に構成されている。また、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、支持枠２１と一体的に支持枠２１の長手方向に移動される際に釜２７と干渉しないように、上側押さえ部２２ａ，２３ａより短く形成されている。下側押さえ部２２ｂ，２３ｂの駆動機構は、支持枠２１がその長手方向に移動されるときには下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを待機位置に配置し、本縫い時には下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを挟持位置に配置した状態で保持する。
【００２８】
支持枠駆動機構は本縫いが行われる際、支持枠２１及び繊維束押さえ部２２，２３を本縫い針２５の上下動に同期して支持枠２１の幅方向に本縫いのピッチＰで間欠的に移動させる。支持枠駆動機構は、１列の本縫いが完了すると、支持枠２１及び繊維束押さえ部２２，２３を設定された本縫い列の間隔分、長手方向に移動させる。その後、支持枠２１及び繊維束押さえ部２２，２３をその列の本縫い開始位置が本縫い針２５と対向する位置まで幅方向に移動させる。
【００２９】
次に前記のように構成された製造装置による繊維束シート１１の製造手順を説明する。先ず、支持枠２１を支持枠駆動機構から取り外し、かつ支持枠２１から上側押さえ部２２ａ，２３ａを取り外した状態で、支持枠２１に対して、繊維束１２を複数本の繊維束が一方向に配列された状態で１層の繊維束層１３を構成するように固定する。具体的には、繊維束１２の一端を支持枠２１のピン２４が固定された近くに接着剤で固着し、繊維束１２を開繊しつつ支持枠２１の長手方向に移動させ、ピン２４の部分でピン２４を巻くように折り返して反対側に移動させるとともに、再び次のピン２４の部分でピン２４を巻くように折り返す操作を繰り返して所定の幅の繊維束層１３を構成する。そして、繊維束１２の他端を支持枠２１に接着剤で固定した後、上側押さえ部２２ａ，２３ａを支持枠２１に取り付ける。
【００３０】
次に支持枠２１を支持枠駆動機構に取り付ける。そして、図２に実線で示すように、繊維束押さえ部２２，２３、本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束層１３の本縫い開始位置に位置する状態に支持枠２１を配置した状態から本縫いを開始する。図４に示すように、本縫いは、一般の本縫いミシンと同様に、上糸１４が針孔に挿通された状態で本縫い針２５が上下動するとともに、釜２７内に保持されたボビン２９に巻かれた下糸１５が釜２７の作用により上糸１４のループに通されることにより形成される。なお、図４では釜２７の図示を省略している。そして、この実施形態では下糸１５が真っ直ぐに延びる状態で本縫いが形成されるように、即ち下糸の張力が上糸１４の張力より大きな状態になるように上糸１４の張力と、下糸１５の張力とが調整された状態で本縫いが行われる。上糸１４及び下糸１５の張力調整は公知の構成で行われる。
【００３１】
支持枠２１は、本縫いが１列分完了するまで、本縫い針２５の上下動に同期して幅方向に１ピッチずつ間欠的に移動される。上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは挟持位置に保持された状態で支持枠２１と一体に移動される。繊維束層１３は、押さえ部材２６に接触した状態で支持枠２１の移動に伴って押さえ部材２６に対して相対移動するが、繊維束１２が上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂにより挟持された状態に保持されるため、繊維束１２が弛んだりせずに、本縫いが連続して円滑に行われる。
【００３２】
１列分の本縫いが完了すると、本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束層１３と係合しない待機位置に配置され、かつ下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが待機位置に配置されて繊維束層１３の挟持が解除される。その状態で、支持枠２１がその長手方向に本縫い列の間隔分だけ移動される際に、上側押さえ部２２ａが本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しないように、図２に鎖線で示すように、支持枠２１は上側押さえ部２２ａ，２３ａの切り欠き部２２ｃ，２３ｃが本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しない位置まで支持枠２１の幅方向へ移動される。そして、支持枠２１がその長手方向に本縫い列の間隔分だけ移動される。このとき、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは釜２７と干渉しない位置に配置されているため、支持枠２１は支障なく移動することができる。
【００３３】
次に、支持枠２１は、新たに本縫いを行う箇所（列）の本縫い開始位置が本縫い針２５と対向する位置まで、繊維束押さえ部２２，２３と共に支持枠２１の幅方向に移動される。そして、その位置で下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが挟持位置に移動され、押さえ部材２６が繊維束層１３を押圧する位置に配置された状態で、本縫いが開始される。以下、同様の手順が繰り返されて繊維束層１３全体に本縫いが形成される。繊維束層１３全体に本縫いが形成された後、繊維束層１３を支持枠２１から取り外し、不要部分を除去して繊維束シート１１が完成する。
【００３４】
前記のように構成された繊維束シート１１は、製造すべき繊維強化複合材料の厚さに対応する枚数積層された積層繊維束層の状態で樹脂の含浸、硬化を行って繊維強化複合材料が製造される。樹脂の含浸、硬化には、例えば、ＲＴＭ法が採用される。ＲＴＭ法では、樹脂含浸用型内に積層繊維束層を配置した状態で、型内に液状の熱硬化性樹脂を注入し、加熱硬化して繊維強化複合材料を得る。熱硬化性樹脂として、例えばエポキシ樹脂が使用される。積層繊維束層を擬似等方性に構成する場合は、複数の繊維束シート１１をその配列方向が異なるように積層して積層繊維束層構成する。
【００３５】
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）繊維束シート１１は、複数本の強化繊維である繊維束１２が一方向に配列された１層の繊維束層１３が、上糸１４（第１糸）及び下糸１５（第２糸）による繊維束１２の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。したがって、融着糸を使用した一方向織物に比べて賦形性に優れ、高価な融着糸を使用する必要がない。このため、製造コストをその分、安くすることができる。
【００３６】
（２）本縫いは下糸１５が直線状に延びる。したがって、この繊維束シート１１を積層した積層繊維束層を強化繊維基材とした繊維強化複合材料の物性は、下糸１５が上糸１４と同様に屈曲して互いに交差する本縫いによって繊維束１２が結合されている場合に比べて良くなる。
【００３７】
（３）繊維束層１３は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である。目付けは、繊維束１２の太さが反映され、繊維束１２の太さがあまり細いと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなり、繊維束１２の太さがあまり太くても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなる。そのため、繊維束層として目付けを０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２の範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シート１１を得ることができる。
【００３８】
（４）本縫いはピッチＰが一定である。したがって、繊維束シート１１を製造する際に、本縫いを一定条件で行うことができ、本縫いのピッチＰを変更する場合に比べて製造が容易になる。
【００３９】
（５）本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである。本縫いのピッチがあまり小さいと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなる。また、本縫いのピッチがあまり大きくても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなる。そのため、本縫いのピッチを１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シート１１を得ることができる。
【００４０】
（６）本縫いは上糸１４が繊維束１２の幅方向の両端部で折り返すようにピッチＰが設定されている。したがって、上糸１４が繊維束１２の幅方向の中間部で折り返す場合に比べて繊維束１２が動き易いため、賦形性に優れる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図５にしたがって説明する。この実施形態では、繊維束シートの製造装置の構成が第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４２】
支持枠２１はその長手方向にのみ支持枠駆動機構により移動可能に構成されている。一方、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７は、本縫いが行われる際、本縫い針２５が繊維束層１３と係合しない状態、即ち上昇位置に配置された状態において、図示しない移動装置により、同時に支持枠２１の幅方向に本縫いのピッチＰで間欠的に移動されるようになっている。また、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７は、１列の本縫いが完了すると、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が繊維束層１３と係合しない状態において、移動装置により、同時に次の列の本縫い開始位置まで移動されるようになっている。
【００４３】
上側押さえ部２２ａ，２３ａは、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂと同じ長さに、即ち図５（ａ）に示すように、支持枠２１の枠内において繊維束層１３と係合可能な長さに形成されている。そして、上側押さえ部２２ａ，２３ａは、その下面が下側押さえ部２２ｂ，２３ｂの上面と協働して繊維束１２を押圧する挟持位置と、挟持位置の上方の待機位置とに図示しない駆動機構により移動可能に構成されている。また、前記実施形態と異なり、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、支持枠２１と一体的に移動せず、所定の位置において挟持位置と待機位置とに移動配置され、支持枠２１が長手方向に移動される際は待機位置に配置されるようになっている。
【００４４】
この実施形態では、図５（ａ）に実線で示すように、本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束層１３の幅方向の一端側に配置され、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが挟持位置に配置された状態から本縫いが開始される。そして、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が、本縫いのピッチＰで間欠的に繊維束層１３の幅方向の他端側に向かって移動される。そして、本縫い針２５及び押さえ部材２６が図５（ａ）に二点鎖線で示す位置まで移動すると、１列分の本縫いが完了する。
【００４５】
次に本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束１２と係合しない上昇位置に配置され、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが待機位置に配置された状態で、支持枠２１がその長手方向、図５（ａ）の左方へ本縫い列の間隔分だけ移動される。次に上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが挟持位置に配置された後、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７は、次の列の本縫い開始位置まで移動される。そして、その位置で押さえ部材２６が繊維束層１３と警固する押さえ位置に配置された状態で、本縫いが開始される。以下、同様の手順が繰り返されて、図５（ｂ）に矢印で示すように、繊維束層１３の長手方向の一端側（図では左端側）で、かつ幅方向の一端側（図では上端側）から開始された本縫いが、１列ずつ順に繊維束層１３に形成されて繊維束層１３全体に本縫いが形成される。
【００４６】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）と同じ効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、所定の位置において挟持位置と待機位置とに移動配置される構成のため、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを支持枠２１と一体に移動させる構成が不要になる。また、支持枠２１に上側押さえ部２２ａ，２３ａを固定する作業や、固定用のボルト２８が不要になるとともに、切り欠き部２２ｃ，２３ｃが不要になる。
【００４７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 繊維束シート１１の製造装置は、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向の一端側の本縫い開始位置に配置された状態から本縫いを開始して、支持枠２１の幅方向の他端側へ向かって本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が移動して１列の本縫いを行う構成に限らない。例えば、図６（ａ）に示すように、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向の一端側から他端側へ向かって移動して１列の本縫いが完了すると、次の列の本縫いは、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向の他端側から一端側へ向かって移動して本縫いを行う構成にしてもよい。この場合、押さえ部材２６は、繊維束層１３に係合した状態で一方向に円滑に移動可能な形状ではなく、反対方向へも繊維束層１３に係合した状態で円滑に移動可能な形状に形成される。例えば、図６（ｂ）に示すように、押さえ部材２６は円筒状に形成されるとともに、本縫い針２５が円筒状の押さえ部材２６の内部で移動する構成にする。押さえ部材２６の下端は、繊維束層１３と係合した状態で繊維束層１３に対して相対移動する際の摩擦抵抗が小さくなるように面取りがされている。この構成は、第１の実施形態のように支持枠２１が幅方向に移動する構成の場合に対しても、第２の実施形態のように本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向に移動する構成に対しても適用することができる。
【００４８】
○ 繊維束シート１１は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、本縫いのピッチＰは一定で、隣り合う本縫いのライン同士で上糸１４の折り返し位置が半ピッチずれている構成としてもよい。
【００４９】
○ 繊維束シート１１は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、本縫いとして、繊維束層１３の幅方向の一端から他端までピッチＰが一定であるものと、繊維束層１３の幅方向の一端から他端まで小さなピッチの範囲及び大きなピッチの範囲が繰り返されるものとが、繊維束層１３の幅方向と直交する方向に予め設定された間隔で存在する構成としてもよい。即ち、賦形しやすいように、部分的にスティッチ（縫合部）をなくすようにしてもよい。この場合、大きなピッチの範囲が小さなピッチの範囲に比べて、繊維束シート１１の賦形性が高くなり、繊維強化複合材料の形状に合わせて大きなピッチの範囲と小さなピッチの範囲とを設定することにより、繊維束シート１１がより適正な賦形性を備えたものとなる。従来技術の融着糸を用いた一方向織物ではこのように部分的に繊維束１２の結合を無くすことはできない。
【００５０】
○ 融着糸を用いた一方向織物として、全ての緯糸に融着糸を使用する代わりに、一部の緯糸に融着糸を使用するとともに、残りの緯糸に融着糸ではない糸を使用して一方向織物を織製することも考えられる。この場合、全ての緯糸に融着糸を使用した場合に比べて賦形性は向上する。
【００５１】
○ 本縫いは、下糸１５が真っ直ぐに延びる構成に限らず、図９に示すように、一般的な本縫いのように上糸１４及び下糸１５が繊維束１２の厚さ方向の略中央で折り返す構成、即ち縫い目の表裏が同じかつ縫い目構成が１縫い目ごとに独立した縫い方としてもよい。
【００５２】
○ 繊維束層１３を支持する構成は、繊維束１２を支持枠２１に固定されたピン２４で折り返すように配列した状態で支持する構成に限らない。例えば、支持枠２１の長手方向両側の枠部に開繊された繊維束１２の各端部を接着で固定して、支持枠２１に繊維束層１３を支持してもよい。
【００５３】
○ 繊維束層１３を支持する構成は、繊維束１２の両端を支持枠２１で支持する構成に限らない。例えば、本縫いで結合すべき繊維束層１３が長いと支持枠２１が大きくなって装置全体が大型化する。本縫いで結合すべき繊維束層１３が長い場合でも装置全体の大型化を抑制する構成として、開繊された繊維束１２を回転駆動可能な一対のロール間に支持する構成がある。開繊された繊維束１２を回転駆動可能な一対のロール間に支持する構成とした場合は、１列の本縫いが完了したときに、支持枠２１を長手方向に移動させて繊維束層１３の次の本縫いを行う位置を本縫い針２５等と対応させる代わりに、ロールを回転させて対応することができる。そのため、支持枠２１を長手方向に移動させる構成が不要になり、繊維束層１３が長い場合でも装置全体の大型化を抑制することができ、装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００５４】
○ 繊維束シート１１は、複数本の繊維束１２が一方向に配列された少なくとも１層の繊維束層１３が上糸１４及び下糸１５による本縫いで互いに結合されてシート状に形成されていればよく、繊維束層１３は１層に限らない。例えば、各繊維束層１３の繊維束１２の配列方向が異なるように積層された積層繊維束層を上糸１４及び下糸１５による本縫いで結合した構成としてもよい。また、複数の繊維束層１３を各繊維束層１３の繊維束１２の配列方向が同じになるように積層した状態で、上糸１４及び下糸１５による本縫いにより結合してもよい。
【００５５】
○ 上糸１４及び下糸１５として有機繊維製の糸に限らず、ガラス繊維や炭素繊維あるいはセラミック繊維等の無機繊維を使用してもよい。しかし、無機繊維は有機繊維に比べて曲率の大きな曲げに弱いため、有機繊維の方が好ましい。
【００５６】
○ 繊維束シート１１を製造する際、本縫い開始位置を繊維束層１３の長手方向の左端側ではなく、右端側にしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
Ｐ…ピッチ、１１…繊維束シート、１２…繊維束、１３…繊維束層、１４…第１糸としての上糸、１５…第２糸としての下糸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維からなる繊維束シートに係り、詳しくは繊維強化複合材料の強化繊維基材として好適に使用され、一方向に配列された繊維束がシート状態で取り扱えるように補助糸により結合された繊維束シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料の製造方法として、型内に配置した強化繊維基材に液状の熱硬化性樹脂を注入し、加熱硬化して繊維強化複合材料を得るレジン・トランスファー・モールディング法（ＲＴＭ法）がある。ＲＴＭ法で繊維強化複合材料を製造する場合、強化繊維基材として繊維配列方向が一方向の繊維束層を複数積層するとともに目的とする繊維強化複合材料の形状に賦形した状態で液状の熱硬化性樹脂が注入される。
【０００３】
繊維配列方向が一方向の繊維束層として、一方向織物（一方向性織物）と呼ばれる織物がある。一方向織物は、経糸に強化繊維として機能する繊維束を使用し、緯糸に強化繊維として機能しないほど細い糸を使用して平織物と同様に織製された織物であり、緯糸は経糸を結合して織物として取り扱える役割を果たす補助糸として機能する。緯糸を細くして経糸のうねりをできるだけ小さくすると、織物としての拘束力がなくなり、結果として織物として成立しなくなる。そのため、緯糸に融着糸を使用し、一方向織物の緯糸を加熱して緯糸と経糸との交差部で緯糸を経糸に融着させて織物としての拘束力を持たせたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−１８１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示されたような一方向織物では、経糸と緯糸の交差部が緯糸の融着部で結合されているため賦形性に劣る。また、融着糸は高価なため製造コストが上昇するという問題もある。
【０００６】
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、融着糸を使用した一方向織物に比べて賦形性に優れ、高価な融着糸を使用する必要がない繊維束シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数本の強化繊維である繊維束が一方向に配列された少なくとも１層の繊維束層が、第１糸及び第２糸による前記繊維束の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。
【０００８】
ここで強化繊維とは、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等の無機繊維またはアラミド繊維、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を指す。
【０００９】
ここで一方向とは、複数本の繊維束が略並行に揃った方向に配列している場合を指し、繊維束が右側から左側に配向される場合と左側から右側に配向されている場合とを区別しない、例えば、繊維束が折り返し状に配列されている場合を含む。
【００１０】
ここで本縫いとは、第１糸及び第２糸の２本の糸を用い、第１糸のループに第２糸が交差する状態となる縫い方を意味し、一般の本縫いでは家庭用ミシンの縫い目のように、縫い目の表裏が同じかつ縫い目構成が１縫い目ごとに独立した縫い方となるが、第１糸がループを形成して折り返し、第２糸が直線状に延びる状態となる縫い方も含む。
【００１１】
この発明の繊維束シートは、繊維束層を構成する一方向に配列された繊維束が第１糸及び第２糸による本縫いで互いに結合されているため、第１糸及び第２糸で囲まれた部分の繊維束が、融着糸の融着により結合された一方向織物に比べて動き易いため、賦形性に優れる。また、隣り合う本縫い列の間隔を所望の間隔にして本縫いを行うことが容易なため、隣り合う本縫い列の間隔を変更することにより、繊維束層の厚さに対応して適切な賦形性を有する繊維束シートを製造することが、一方向織物に比べて容易になる。また、高価な融着糸を使用する必要がない。
【００１２】
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、前記第２糸が直線状に延びる。本発明では、一般の本縫いと異なり、第２糸が直線状に延びる本縫いによって繊維束が結合されているため、この繊維束シートを積層した積層繊維束層を強化繊維基材とした繊維強化複合材料の物性は、第２糸が第１糸と同様に屈曲して互いに交差する本縫いによって繊維束が結合されている場合に比べて良くなる。
【００１３】
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、前記繊維束層は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である。繊維束層の目付けは、繊維束の太さが反映され、繊維束の太さがあまり細いと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなり、繊維束の太さがあまり太くても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなる。そのため、繊維束層として目付けを０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２の範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シートを得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記本縫いはピッチが一定である。ここで、「本縫いのピッチ」とは、本縫いを構成する上糸の隣り合う折り返し部（屈曲部）の間隔を意味する。この発明では、繊維束シートを製造する際に、本縫いを一定条件で行うことができ、本縫いのピッチを変更する場合に比べて製造が容易になる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記本縫いは、前記繊維束層の幅方向の一端から他端までピッチが一定であるものと、前記繊維束層の幅方向の一端から他端まで小さなピッチの範囲及び大きなピッチの範囲が繰り返されるものとが、前記繊維束層の幅方向と直交する方向に予め設定された間隔で存在する。この発明の繊維束シートでは、繊維束シートを強化繊維基材として使用する場合、繊維強化複合材料の形状にあわせて賦形するのがより容易になる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである。本縫いのピッチがあまり小さいと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなる。また、本縫いのピッチがあまり大きくても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シートが得難くなる。そのため、本縫いのピッチを１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シートを得ることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、繊維束の配列方向が異なる複数層の前記繊維束層が前記本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。繊維強化複合材料として高性能が要求される用途では、強化繊維基材として繊維配列方向が一方向の繊維束層を、その配列方向が異なるように複数積層して擬似等方性の積層繊維束層を構成したもの（積層強化材）が使用される。この発明では、繊維束の配列方向が異なる複数層の前記繊維束層が前記本縫いで互いに結合されてシート状に形成されているため、各繊維束層に対応する１層の繊維束シートをそれぞれ製造した後、積層する場合に比べて工数を低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、融着糸を使用した一方向織物に比べて賦形性に優れ、高価な融着糸を使用する必要がない強化繊維からなる繊維束シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は繊維束シートの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における模式断面図。
【図２】支持枠、繊維束層、押さえ部材、針等の位置関係を示す模式平面図。
【図３】繊維束層を支持する構成と針等との位置関係を示す模式斜視図。
【図４】本縫いの状態を示す模式斜視図。
【図５】（ａ）は第２の実施形態の支持枠、繊維束層、押さえ部材、針等の位置関係を示す模式平面図、（ｂ）は本縫い時の針の移動方向を示す模式図。
【図６】（ａ）は別の実施形態における本縫い時の針の移動方向を示す模式図、（ｂ）は押さえ部材及び針の関係を示す概略斜視図。
【図７】（ａ）は別の実施形態における繊維束シートの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における模式断面図。
【図８】（ａ）は別の実施形態における繊維束シートの模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における模式断面図。
【図９】別の実施形態の繊維束シートの模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、繊維束シート１１は、複数本の強化繊維である繊維束１２が一方向に配列された１層の繊維束層１３が、第１糸としての上糸１４及び第２糸としての下糸１５による本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。図１（ｂ）に示すように、本縫いは下糸１５が直線状に延びるように行われている。下糸１５の張力を上糸１４の張力より大きくすることにより、下糸１５が直線状に延びる状態の本縫い構造が形成される。下糸１５が直線状に延びるとは、下糸１５が真っ直ぐ延びる状態に限らず、下糸１５が多少湾曲する状態で延びる場合も含む。本縫いはピッチＰが一定で、ピッチＰは繊維束１２の幅と略同じに設定されている。また、本縫いは上糸１４が繊維束１２の幅方向のほぼ両端部で折り返すようにピッチＰが設定されている。なお、図では繊維束１２と上糸１４との位置関係を分かり易くするため、隣り合う繊維束１２同士が離れた状態に図示しているが、実際は隣り合う繊維束１２の幅方向の端部同士が重なった状態に配列されている。
【００２１】
繊維束１２としては軽量で破断強度が高く、弾性率の大きい繊維、例えば炭素繊維の無撚りの繊維束（トウ）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。繊維束１２は開繊された状態で一方向に配列されて繊維束層１３を構成している。「開繊される」とは、繊維束１２を構成する繊維間隔が拡げられて繊維束１２が扁平な状態になることを意味する。なお、繊維束１２をなす強化繊維としては、炭素繊維に限らず、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であってもよく、要求性能に応じて適宜選択される。例えば、繊維強化複合材料に対する剛性・強度の要求性能が高い場合は、炭素繊維が好ましい。繊維束１２に安価なガラス繊維を用いると低コストとなる。繊維束層１３は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２の範囲の中で要求性能に合わせて適宜設定され、繊維束１２としては設定された目付の繊維束層１３を得るのに適した太さのものが使用される。本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである。
【００２２】
上糸１４及び下糸１５としてはナイロン、ポリエステル等の有機繊維製の糸が使用されている。上糸１４及び下糸１５は、繊維束シート１１を繊維強化複合材料の強化繊維基材として使用する状態において強化繊維基材として機能する必要はないため、細い方が良い。
【００２３】
前記のように構成された繊維束シート１１は、繊維束層１３を構成する一方向に配列された繊維束１２が上糸１４及び下糸１５による本縫いで互いに結合されているため、上糸１４及び下糸１５で囲まれた部分の繊維束１２が、融着糸の融着により結合された一方向織物に比べて動き易いため、賦形性に優れる。また、隣り合う本縫い列の間隔を所望の間隔にして本縫いを行うことが容易なため、隣り合う本縫い列の間隔を変更することにより、繊維束層１３の厚さに対応して適切な賦形性を有する繊維束シート１１を製造することが、一方向織物に比べて容易になる。
【００２４】
次に前記のように構成された繊維束シート１１の製造方法を説明する。
製造装置は一般的な本縫いミシンと同様な方式で本縫いを行う。しかし、本縫いミシンと異なり、図２に示すように、繊維束層１３全体を支持する支持枠２１と、支持枠２１を支持枠２１に支持された繊維束層１３と共に繊維束１２の延びる方向及び幅方向へ移動させる図示しない支持枠駆動機構と、支持枠２１に支持された繊維束層１３を所定の位置で保持する一対の繊維束押さえ部２２，２３とを備えている。支持枠２１にはその長手方向両側に、ピン２４が一定間隔で取り外し可能に固定されている。また、支持枠２１は、支持枠駆動機構に対して取り外し可能に構成されており、支持枠２１に対して繊維束層１３を支持する作業は、支持枠２１を支持枠駆動機構から取り外した状態で行われる。
【００２５】
図２及び図３に示すように、繊維束押さえ部２２，２３は、本縫い針２５及び本縫いミシンの布押さえに相当する押さえ部材２６を挟んで左右両側に配置可能に設けられている。図３に示すように、繊維束押さえ部２２，２３は、それぞれ繊維束１２を同時に上下方向から挟持可能に、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを備えている。繊維束押さえ部２２，２３は、上側押さえ部２２ａ，２３ａが繊維束１２の上面を押圧し、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが繊維束１２の下面を押圧した状態で繊維束１２を挟持する。また、本縫い針２５の下方には釜２７が設けられている。なお、図示の都合上、上側押さえ部２２ａ，２３ａの形状は図２及び図３で一致していない。
【００２６】
上側押さえ部２２ａ，２３ａは、その下面が支持枠２１に支持された全ての繊維束１２に同時に弱く接した状態で、支持枠２１の所定位置にボルト２８により固定可能に構成されている。図２において左側に配置される上側押さえ部２２ａには、一列の本縫いが完了した状態で本縫い針２５及び押さえ部材２６と対応する部分が、支持枠２１と共に上側押さえ部２２ａ，２３ａが図３の右側へ移動する際に本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しないように上側が切り欠かれて切り欠き部２２ｃが形成されている。図２において右側に配置される上側押さえ部２３ａには、一列の本縫いが完了した状態で本縫い針２５及び押さえ部材２６と対応する部分が、支持枠２１と共に上側押さえ部２２ａ，２３ａが図３の左側へ移動する際に本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しないように上側が切り欠かれて切り欠き部２３ｃが形成されている。
【００２７】
下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、その上面が上側押さえ部２２ａ，２３ａの下面と協働して繊維束１２を押圧する挟持位置と、挟持位置の下方の待機位置とに図示しない駆動機構により移動可能に構成されている。また、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、その駆動機構と共に、支持枠駆動機構により支持枠２１と一体的に移動可能に構成されている。また、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、支持枠２１と一体的に支持枠２１の長手方向に移動される際に釜２７と干渉しないように、上側押さえ部２２ａ，２３ａより短く形成されている。下側押さえ部２２ｂ，２３ｂの駆動機構は、支持枠２１がその長手方向に移動されるときには下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを待機位置に配置し、本縫い時には下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを挟持位置に配置した状態で保持する。
【００２８】
支持枠駆動機構は本縫いが行われる際、支持枠２１及び繊維束押さえ部２２，２３を本縫い針２５の上下動に同期して支持枠２１の幅方向に本縫いのピッチＰで間欠的に移動させる。支持枠駆動機構は、１列の本縫いが完了すると、支持枠２１及び繊維束押さえ部２２，２３を設定された本縫い列の間隔分、長手方向に移動させる。その後、支持枠２１及び繊維束押さえ部２２，２３をその列の本縫い開始位置が本縫い針２５と対向する位置まで幅方向に移動させる。
【００２９】
次に前記のように構成された製造装置による繊維束シート１１の製造手順を説明する。先ず、支持枠２１を支持枠駆動機構から取り外し、かつ支持枠２１から上側押さえ部２２ａ，２３ａを取り外した状態で、支持枠２１に対して、繊維束１２を複数本の繊維束が一方向に配列された状態で１層の繊維束層１３を構成するように固定する。具体的には、繊維束１２の一端を支持枠２１のピン２４が固定された近くに接着剤で固着し、繊維束１２を開繊しつつ支持枠２１の長手方向に移動させ、ピン２４の部分でピン２４を巻くように折り返して反対側に移動させるとともに、再び次のピン２４の部分でピン２４を巻くように折り返す操作を繰り返して所定の幅の繊維束層１３を構成する。そして、繊維束１２の他端を支持枠２１に接着剤で固定した後、上側押さえ部２２ａ，２３ａを支持枠２１に取り付ける。
【００３０】
次に支持枠２１を支持枠駆動機構に取り付ける。そして、図２に実線で示すように、繊維束押さえ部２２，２３、本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束層１３の本縫い開始位置に位置する状態に支持枠２１を配置した状態から本縫いを開始する。図４に示すように、本縫いは、一般の本縫いミシンと同様に、上糸１４が針孔に挿通された状態で本縫い針２５が上下動するとともに、釜２７内に保持されたボビン２９に巻かれた下糸１５が釜２７の作用により上糸１４のループに通されることにより形成される。なお、図４では釜２７の図示を省略している。そして、この実施形態では下糸１５が真っ直ぐに延びる状態で本縫いが形成されるように、即ち下糸の張力が上糸１４の張力より大きな状態になるように上糸１４の張力と、下糸１５の張力とが調整された状態で本縫いが行われる。上糸１４及び下糸１５の張力調整は公知の構成で行われる。
【００３１】
支持枠２１は、本縫いが１列分完了するまで、本縫い針２５の上下動に同期して幅方向に１ピッチずつ間欠的に移動される。上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは挟持位置に保持された状態で支持枠２１と一体に移動される。繊維束層１３は、押さえ部材２６に接触した状態で支持枠２１の移動に伴って押さえ部材２６に対して相対移動するが、繊維束１２が上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂにより挟持された状態に保持されるため、繊維束１２が弛んだりせずに、本縫いが連続して円滑に行われる。
【００３２】
１列分の本縫いが完了すると、本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束層１３と係合しない待機位置に配置され、かつ下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが待機位置に配置されて繊維束層１３の挟持が解除される。その状態で、支持枠２１がその長手方向に本縫い列の間隔分だけ移動される際に、上側押さえ部２２ａが本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しないように、図２に鎖線で示すように、支持枠２１は上側押さえ部２２ａ，２３ａの切り欠き部２２ｃ，２３ｃが本縫い針２５及び押さえ部材２６と干渉しない位置まで支持枠２１の幅方向へ移動される。そして、支持枠２１がその長手方向に本縫い列の間隔分だけ移動される。このとき、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは釜２７と干渉しない位置に配置されているため、支持枠２１は支障なく移動することができる。
【００３３】
次に、支持枠２１は、新たに本縫いを行う箇所（列）の本縫い開始位置が本縫い針２５と対向する位置まで、繊維束押さえ部２２，２３と共に支持枠２１の幅方向に移動される。そして、その位置で下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが挟持位置に移動され、押さえ部材２６が繊維束層１３を押圧する位置に配置された状態で、本縫いが開始される。以下、同様の手順が繰り返されて繊維束層１３全体に本縫いが形成される。繊維束層１３全体に本縫いが形成された後、繊維束層１３を支持枠２１から取り外し、不要部分を除去して繊維束シート１１が完成する。
【００３４】
前記のように構成された繊維束シート１１は、製造すべき繊維強化複合材料の厚さに対応する枚数積層された積層繊維束層の状態で樹脂の含浸、硬化を行って繊維強化複合材料が製造される。樹脂の含浸、硬化には、例えば、ＲＴＭ法が採用される。ＲＴＭ法では、樹脂含浸用型内に積層繊維束層を配置した状態で、型内に液状の熱硬化性樹脂を注入し、加熱硬化して繊維強化複合材料を得る。熱硬化性樹脂として、例えばエポキシ樹脂が使用される。積層繊維束層を擬似等方性に構成する場合は、複数の繊維束シート１１をその配列方向が異なるように積層して積層繊維束層構成する。
【００３５】
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）繊維束シート１１は、複数本の強化繊維である繊維束１２が一方向に配列された１層の繊維束層１３が、上糸１４（第１糸）及び下糸１５（第２糸）による繊維束１２の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている。したがって、融着糸を使用した一方向織物に比べて賦形性に優れ、高価な融着糸を使用する必要がない。このため、製造コストをその分、安くすることができる。
【００３６】
（２）本縫いは下糸１５が直線状に延びる。したがって、この繊維束シート１１を積層した積層繊維束層を強化繊維基材とした繊維強化複合材料の物性は、下糸１５が上糸１４と同様に屈曲して互いに交差する本縫いによって繊維束１２が結合されている場合に比べて良くなる。
【００３７】
（３）繊維束層１３は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である。目付けは、繊維束１２の太さが反映され、繊維束１２の太さがあまり細いと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなり、繊維束１２の太さがあまり太くても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなる。そのため、繊維束層として目付けを０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２の範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シート１１を得ることができる。
【００３８】
（４）本縫いはピッチＰが一定である。したがって、繊維束シート１１を製造する際に、本縫いを一定条件で行うことができ、本縫いのピッチＰを変更する場合に比べて製造が容易になる。
【００３９】
（５）本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである。本縫いのピッチがあまり小さいと繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなる。また、本縫いのピッチがあまり大きくても、繊維強化複合材料の強化繊維基材として好ましい繊維束シート１１が得難くなる。そのため、本縫いのピッチを１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲の中で要求性能に合わせて設定することにより、適切な繊維束シート１１を得ることができる。
【００４０】
（６）本縫いは上糸１４が繊維束１２の幅方向の両端部で折り返すようにピッチＰが設定されている。したがって、上糸１４が繊維束１２の幅方向の中間部で折り返す場合に比べて繊維束１２が動き易いため、賦形性に優れる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図５にしたがって説明する。この実施形態では、繊維束シートの製造装置の構成が第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４２】
支持枠２１はその長手方向にのみ支持枠駆動機構により移動可能に構成されている。一方、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７は、本縫いが行われる際、本縫い針２５が繊維束層１３と係合しない状態、即ち上昇位置に配置された状態において、図示しない移動装置により、同時に支持枠２１の幅方向に本縫いのピッチＰで間欠的に移動されるようになっている。また、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７は、１列の本縫いが完了すると、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が繊維束層１３と係合しない状態において、移動装置により、同時に次の列の本縫い開始位置まで移動されるようになっている。
【００４３】
上側押さえ部２２ａ，２３ａは、下側押さえ部２２ｂ，２３ｂと同じ長さに、即ち図５（ａ）に示すように、支持枠２１の枠内において繊維束層１３と係合可能な長さに形成されている。そして、上側押さえ部２２ａ，２３ａは、その下面が下側押さえ部２２ｂ，２３ｂの上面と協働して繊維束１２を押圧する挟持位置と、挟持位置の上方の待機位置とに図示しない駆動機構により移動可能に構成されている。また、前記実施形態と異なり、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、支持枠２１と一体的に移動せず、所定の位置において挟持位置と待機位置とに移動配置され、支持枠２１が長手方向に移動される際は待機位置に配置されるようになっている。
【００４４】
この実施形態では、図５（ａ）に実線で示すように、本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束層１３の幅方向の一端側に配置され、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが挟持位置に配置された状態から本縫いが開始される。そして、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が、本縫いのピッチＰで間欠的に繊維束層１３の幅方向の他端側に向かって移動される。そして、本縫い針２５及び押さえ部材２６が図５（ａ）に二点鎖線で示す位置まで移動すると、１列分の本縫いが完了する。
【００４５】
次に本縫い針２５及び押さえ部材２６が繊維束１２と係合しない上昇位置に配置され、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが待機位置に配置された状態で、支持枠２１がその長手方向、図５（ａ）の左方へ本縫い列の間隔分だけ移動される。次に上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂが挟持位置に配置された後、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７は、次の列の本縫い開始位置まで移動される。そして、その位置で押さえ部材２６が繊維束層１３と警固する押さえ位置に配置された状態で、本縫いが開始される。以下、同様の手順が繰り返されて、図５（ｂ）に矢印で示すように、繊維束層１３の長手方向の一端側（図では左端側）で、かつ幅方向の一端側（図では上端側）から開始された本縫いが、１列ずつ順に繊維束層１３に形成されて繊維束層１３全体に本縫いが形成される。
【００４６】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）と同じ効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂは、所定の位置において挟持位置と待機位置とに移動配置される構成のため、上側押さえ部２２ａ，２３ａ及び下側押さえ部２２ｂ，２３ｂを支持枠２１と一体に移動させる構成が不要になる。また、支持枠２１に上側押さえ部２２ａ，２３ａを固定する作業や、固定用のボルト２８が不要になるとともに、切り欠き部２２ｃ，２３ｃが不要になる。
【００４７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 繊維束シート１１の製造装置は、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向の一端側の本縫い開始位置に配置された状態から本縫いを開始して、支持枠２１の幅方向の他端側へ向かって本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が移動して１列の本縫いを行う構成に限らない。例えば、図６（ａ）に示すように、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向の一端側から他端側へ向かって移動して１列の本縫いが完了すると、次の列の本縫いは、本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向の他端側から一端側へ向かって移動して本縫いを行う構成にしてもよい。この場合、押さえ部材２６は、繊維束層１３に係合した状態で一方向に円滑に移動可能な形状ではなく、反対方向へも繊維束層１３に係合した状態で円滑に移動可能な形状に形成される。例えば、図６（ｂ）に示すように、押さえ部材２６は円筒状に形成されるとともに、本縫い針２５が円筒状の押さえ部材２６の内部で移動する構成にする。押さえ部材２６の下端は、繊維束層１３と係合した状態で繊維束層１３に対して相対移動する際の摩擦抵抗が小さくなるように面取りがされている。この構成は、第１の実施形態のように支持枠２１が幅方向に移動する構成の場合に対しても、第２の実施形態のように本縫い針２５、押さえ部材２６及び釜２７が支持枠２１の幅方向に移動する構成に対しても適用することができる。
【００４８】
○ 繊維束シート１１は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、本縫いのピッチＰは一定で、隣り合う本縫いのライン同士で上糸１４の折り返し位置が半ピッチずれている構成としてもよい。
【００４９】
○ 繊維束シート１１は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、本縫いとして、繊維束層１３の幅方向の一端から他端までピッチＰが一定であるものと、繊維束層１３の幅方向の一端から他端まで小さなピッチの範囲及び大きなピッチの範囲が繰り返されるものとが、繊維束層１３の幅方向と直交する方向に予め設定された間隔で存在する構成としてもよい。即ち、賦形しやすいように、部分的にスティッチ（縫合部）をなくすようにしてもよい。この場合、大きなピッチの範囲が小さなピッチの範囲に比べて、繊維束シート１１の賦形性が高くなり、繊維強化複合材料の形状に合わせて大きなピッチの範囲と小さなピッチの範囲とを設定することにより、繊維束シート１１がより適正な賦形性を備えたものとなる。従来技術の融着糸を用いた一方向織物ではこのように部分的に繊維束１２の結合を無くすことはできない。
【００５０】
○ 融着糸を用いた一方向織物として、全ての緯糸に融着糸を使用する代わりに、一部の緯糸に融着糸を使用するとともに、残りの緯糸に融着糸ではない糸を使用して一方向織物を織製することも考えられる。この場合、全ての緯糸に融着糸を使用した場合に比べて賦形性は向上する。
【００５１】
○ 本縫いは、下糸１５が真っ直ぐに延びる構成に限らず、図９に示すように、一般的な本縫いのように上糸１４及び下糸１５が繊維束１２の厚さ方向の略中央で折り返す構成、即ち縫い目の表裏が同じかつ縫い目構成が１縫い目ごとに独立した縫い方としてもよい。
【００５２】
○ 繊維束層１３を支持する構成は、繊維束１２を支持枠２１に固定されたピン２４で折り返すように配列した状態で支持する構成に限らない。例えば、支持枠２１の長手方向両側の枠部に開繊された繊維束１２の各端部を接着で固定して、支持枠２１に繊維束層１３を支持してもよい。
【００５３】
○ 繊維束層１３を支持する構成は、繊維束１２の両端を支持枠２１で支持する構成に限らない。例えば、本縫いで結合すべき繊維束層１３が長いと支持枠２１が大きくなって装置全体が大型化する。本縫いで結合すべき繊維束層１３が長い場合でも装置全体の大型化を抑制する構成として、開繊された繊維束１２を回転駆動可能な一対のロール間に支持する構成がある。開繊された繊維束１２を回転駆動可能な一対のロール間に支持する構成とした場合は、１列の本縫いが完了したときに、支持枠２１を長手方向に移動させて繊維束層１３の次の本縫いを行う位置を本縫い針２５等と対応させる代わりに、ロールを回転させて対応することができる。そのため、支持枠２１を長手方向に移動させる構成が不要になり、繊維束層１３が長い場合でも装置全体の大型化を抑制することができ、装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００５４】
○ 繊維束シート１１は、複数本の繊維束１２が一方向に配列された少なくとも１層の繊維束層１３が上糸１４及び下糸１５による本縫いで互いに結合されてシート状に形成されていればよく、繊維束層１３は１層に限らない。例えば、各繊維束層１３の繊維束１２の配列方向が異なるように積層された積層繊維束層を上糸１４及び下糸１５による本縫いで結合した構成としてもよい。また、複数の繊維束層１３を各繊維束層１３の繊維束１２の配列方向が同じになるように積層した状態で、上糸１４及び下糸１５による本縫いにより結合してもよい。
【００５５】
○ 上糸１４及び下糸１５として有機繊維製の糸に限らず、ガラス繊維や炭素繊維あるいはセラミック繊維等の無機繊維を使用してもよい。しかし、無機繊維は有機繊維に比べて曲率の大きな曲げに弱いため、有機繊維の方が好ましい。
【００５６】
○ 繊維束シート１１を製造する際、本縫い開始位置を繊維束層１３の長手方向の左端側ではなく、右端側にしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
Ｐ…ピッチ、１１…繊維束シート、１２…繊維束、１３…繊維束層、１４…第１糸としての上糸、１５…第２糸としての下糸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の強化繊維である繊維束が一方向に配列された少なくとも１層の繊維束層が、第１糸及び第２糸による前記繊維束の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されていることを特徴とする繊維束シート。
【請求項２】
前記第２糸が直線状に延びることを特徴とする請求項１に記載の繊維束シート。
【請求項３】
前記繊維束層は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である請求項１又は請求項２に記載の繊維束シート。
【請求項４】
前記本縫いはピッチが一定である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【請求項５】
前記本縫いは、前記繊維束層の幅方向の一端から他端までピッチが一定であるものと、前記繊維束層の幅方向の一端から他端まで小さなピッチの範囲及び大きなピッチの範囲が繰り返されるものとが、前記繊維束層の幅方向と直交する方向に予め設定された間隔で存在する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【請求項６】
前記本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【請求項７】
繊維束の配列方向が異なる複数層の前記繊維束層が前記本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【請求項１】
複数本の強化繊維である繊維束が一方向に配列された少なくとも１層の繊維束層が、第１糸及び第２糸による前記繊維束の配列方向と交差する方向への本縫いで互いに結合されてシート状に形成されていることを特徴とする繊維束シート。
【請求項２】
前記第２糸が直線状に延びることを特徴とする請求項１に記載の繊維束シート。
【請求項３】
前記繊維束層は目付けが０．１ｋｇ／ｍ２〜２ｋｇ／ｍ２である請求項１又は請求項２に記載の繊維束シート。
【請求項４】
前記本縫いはピッチが一定である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【請求項５】
前記本縫いは、前記繊維束層の幅方向の一端から他端までピッチが一定であるものと、前記繊維束層の幅方向の一端から他端まで小さなピッチの範囲及び大きなピッチの範囲が繰り返されるものとが、前記繊維束層の幅方向と直交する方向に予め設定された間隔で存在する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【請求項６】
前記本縫いはピッチが１．５ｍｍ〜６ｍｍである請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【請求項７】
繊維束の配列方向が異なる複数層の前記繊維束層が前記本縫いで互いに結合されてシート状に形成されている請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の繊維束シート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５５２２２（Ｐ２０１２−２５５２２２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７６１５（Ｐ２０１１−１２７６１５）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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