繊維構造体、繊維強化複合材、繊維構造体の製造方法及び繊維強化複合材の製造方法
【課題】繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障できるようにする。
【解決手段】シート形状の繊維構造体１１は、基本厚みｔを有する基本部１１１と、基本部１１１の厚みｔよりも厚い第１増厚部１１２と、第１増厚部１１２よりも厚い第２増厚部１１４とからなる。第１増厚部１１２には複数の切り込みＫ１が設けられており、第２増厚部１１４には複数の切り込みＫ２が設けられている。切り込みＫ１，Ｋ２は、繊維構造体１１の厚み方向に繊維構造体１１を貫通している。矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の散在の密度は、第２増厚部１１４に近いほど、高くなるように設定されている。繊維構造体１１Ａは、シート形状の繊維構造体１１を三次元的に折り曲げた三次元曲げ構造を有する。
【解決手段】シート形状の繊維構造体１１は、基本厚みｔを有する基本部１１１と、基本部１１１の厚みｔよりも厚い第１増厚部１１２と、第１増厚部１１２よりも厚い第２増厚部１１４とからなる。第１増厚部１１２には複数の切り込みＫ１が設けられており、第２増厚部１１４には複数の切り込みＫ２が設けられている。切り込みＫ１，Ｋ２は、繊維構造体１１の厚み方向に繊維構造体１１を貫通している。矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の散在の密度は、第２増厚部１１４に近いほど、高くなるように設定されている。繊維構造体１１Ａは、シート形状の繊維構造体１１を三次元的に折り曲げた三次元曲げ構造を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂強化用の繊維構造体、繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材、繊維構造体の製造方法及び繊維強化複合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなるシート形状の繊維構造体を強化材として樹脂を強化した繊維強化複合材を折り曲げ形状に形成するには、繊維強化複合材の所望の形状がもたらされるように繊維構造体を予め折り曲げておく必要がある。繊維構造体が樹脂の強化に優れた連続繊維によって構成されている場合には、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が殆ど伸びないために、繊維構造体の曲げ方によっては非常に曲げ難い場合がある。例えば、平らなシート形状の繊維構造体を最初に９０°に折り曲げた後に、この折り曲げ線を曲げるように繊維構造体を曲げるのは、前記折り曲げ線における連続繊維が伸びないために、非常に難しい。平らなシート形状の繊維構造体を最初に曲げたときの曲げを二次元曲げと言うことにすると共に、二次元曲げにおける曲げ方向線を曲げたときの曲げを三次元曲げと言うことにすると、繊維構造体の三次元曲げは、非常に難しい。
【０００３】
特許文献１では、殆ど伸びのない連続繊維で構成された繊維構造体の所定領域の連続繊維を切断しておき、これにより繊維構造体を曲げ易くする技術思想が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３４５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
繊維構造体を曲げ易くするための前記切断の位置は、繊維構造体の三次元曲げの方向を考慮して決めなければならない。しかし、特許文献１では、連続繊維を切断しておく前記所定領域としては変形が必要な領域との記載があるのみであり、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さが保障されてはいない。
【０００５】
本発明は、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１乃至請求項３の発明は、連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体の製造方法を対象とし、請求項１の発明では、連続繊維を配列して前記強化繊維層を形成する層形成工程と、前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程とを備える。
【０００７】
このような工程を経て散在された切り込みは、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障し、三次元曲げ構造の繊維構造体の生産性が向上する。
好適な例では、前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む。
【０００８】
強化繊維層を形成する層形成工程中に補強繊維層を形成する工程を含む製造方法は、補強繊維層の形成を容易にする。
好適な例では、前記三次元曲げ方向の曲げ部分に補強繊維層を追加する追加工程を備える。
【０００９】
請求項４乃至請求項６は、連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体であって、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される。
【００１０】
上記のように散在する切り込みは、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障する。
請求項７及び請求項８の発明は、繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材の製造方法を対象とし、請求項７では、連続繊維を配列して前記強化繊維層を形成する層形成工程と、前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程と、前記変形工程を経て三次元曲げ構造を付与された繊維構造体を樹脂に含浸させる含浸工程とを備える。
【００１１】
このような製造方法は、三次元曲げ構造を有する繊維強化複合材の生産性の向上に寄与する。
好適な例では、前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む。
【００１２】
強化繊維層を形成する層形成工程中に補強繊維層を形成する工程を含む製造方法は、繊維強化複合材の形成を容易にする。
請求項９及び請求項１０は、繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材であって、請求項７及び請求項８のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、シート形状の繊維構造体１１を示す。繊維構造体１１は、基本厚みｔを有する基本部１１１と、基本部１１１の厚みｔよりも厚い第１増厚部１１２と、第１増厚部１１２よりも厚い第２増厚部１１４とからなる。第１増厚部１１２には複数の切り込みＫ１が設けられており、第２増厚部１１４には複数の切り込みＫ２が設けられている。切り込みＫ１，Ｋ２は、繊維構造体１１の厚み方向に繊維構造体１１を貫通している。
【００１５】
切り込みＫ２は、矢印Ｙで示す方向に均等に散在していると共に、矢印Ｘで示す方向にも均等に散在している。矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の散在の密度は、第２増厚部１１４に近いほど、高くなるように設定されている。矢印Ｙの方向における切り込みＫ２の密度は、矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の密度よりも高くなるように設定されている。又、矢印Ｙの方向における切り込みＫ２の密度は、矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の最大密度と同等以上となるように設定されている。
【００１６】
図１（ｃ），（ｄ）は、繊維構造体１１に三次元曲げを行なった三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａを示す。図２（ａ），（ｂ）は、繊維構造体１１に二次元曲げを行なった二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｂを示す。図示の例では、繊維構造体１１Ｂの二次元曲げ構造は、矢印Ｘの方向に向かう途中で屈曲させた構造となっている。繊維構造体１１Ａの三次元曲げ構造は、二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｂを矢印Ｙの方向に向かうにつれて湾曲するように曲げた構造と実質的に同じである。三次元曲げとは、或る曲げ方向の二次元曲げと、これとは別の曲げ方向とを行なうことである。
【００１７】
図１（ｃ），（ｄ）に示す三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａの二次元曲げ方向とは、Ｘ方向のことであり、三次元曲げ方向とは、Ｙ方向のことである。繊維構造体１１Ａの曲げ部分１１５は、第２増厚部１１４に対応し、繊維構造体１１Ａの側壁１１６は、第１増厚部１１２に対応する。つまり、曲げ部分１１５及び側壁１１６は、三次元曲げによって、第２増厚部１１４及び第１増厚部１１２がＸ方向に伸びた部分である。曲げ部分１１５（第２増厚部１１４）及び側壁１１６（第１増厚部１１２）は、三次元曲げ方向に曲げられる領域内に生じる伸び変形領域である。
【００１８】
図３に示すように、繊維構造体１１は、樹脂強化用の繊維束１２１，１３１からなる複数の強化繊維層１２，１３と、樹脂強化用の繊維束１４１，１５１からなる複数の補強繊維層１４，１５と、熱可塑性樹脂製の繊維束１６１，１７１，１８１，１９１からなる複数の樹脂繊維層１６，１７，１８，１９と、抜け止め糸２０と、拘束糸２１とから構成されている。繊維束１２１〜１９１、抜け止め糸２０及び拘束糸２１は、連続繊維からなる。拘束糸２１は、樹脂繊維層１６の外側で抜け止め糸２０を跨ぐように折り返されている。つまり、拘束糸２１は、強化繊維層１２，１３、補強繊維層１４，１５、及び樹脂繊維層１６〜１９を積層状態に結合する。
【００１９】
繊維束１２１〜１５１としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維束が用いられる。抜け止め糸２０及び拘束糸２１も炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維が用いられる。
【００２０】
図４（ａ），（ｂ）は、三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａに樹脂（本実施形態では熱可塑性樹脂）を含浸させて形成された繊維強化複合材１０を示す。
図５は、繊維強化複合材１０の製造工程（繊維構造体１１，１１Ａの製造工程を含む）のフローチャートである。以下に積層工程について説明する。
【００２１】
図６（ａ）に示すように、矩形状の枠体２２に所定ピッチで立設された多数のピン２３に繊維束１６１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１６が形成される。繊維束１６１は、同じ層（樹脂繊維層１６）内で平行に配列されている。
【００２２】
樹脂繊維層１６の形成後、ピン２３に繊維束１２１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１６の上に強化繊維層１２が形成される。繊維束１２１は、同じ層（強化繊維層１２）内で平行に配列されている。
【００２３】
強化繊維層１２の形成後、図６（ｂ）に示すように、ピン２３に繊維束１７１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって強化繊維層１２の上に樹脂繊維層１７が形成される。繊維束１７１は、同じ層（樹脂繊維層１７）内で平行に配列されている。
【００２４】
樹脂繊維層１７の形成後、ピン２３に繊維束１３１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１７の上に強化繊維層１３が形成される。繊維束１３１は、同じ層（強化繊維層１３）内で平行に配列されている。
【００２５】
強化繊維層１３の形成後、図７（ａ）に示すように、ピン２３に繊維束１８１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって繊維層１３の上に樹脂繊維層１８が形成される。繊維束１８１は、同じ層（樹脂繊維層１８）内で平行に配列されている。
【００２６】
樹脂繊維層１８の形成後、ピン２３に繊維束１４１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１８の上に第１補強繊維層１４が形成される。繊維束１４１は、同じ層（第１補強繊維層１４）内で平行に配列されている。第１補強繊維層１４は、強化繊維層１２，１３と共に第１増厚部１１２を構成する。
【００２７】
第１補強繊維層１４の形成後、図７（ｂ）に示すように、ピン２３に繊維束１９１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって第１補強繊維層１４の上に樹脂繊維層１９が形成される。繊維束１９１は、同じ層（樹脂繊維層１９）内で平行に配列されている。
【００２８】
樹脂繊維層１９の形成後、ピン２３に繊維束１５１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１９の上に第２補強繊維層１５が形成される。繊維束１５１は、同じ層（第２補強繊維層１５）内で平行に配列されている。第２補強繊維層１５は、強化繊維層１２，１３及び第１補強繊維層１４と共に第２増厚部１１４を構成する。
【００２９】
以上により層形成工程が終了する。
次に、挿入工程について説明する。
拘束糸２１は、積層された強化繊維層１２，１３、樹脂繊維層１６〜１９、第１，２補強繊維層１４，１５に挿入される。つまり、挿入針の先端にある孔に拘束糸２１を係止した状態で、繊維層１２〜１９の積層方向に挿入針が挿入され、挿入針の孔が樹脂繊維層１６を貫通する位置まで挿入針が前進される。その後、挿入針が僅かに後退され、拘束糸２１がＵ字状のループを形成した状態となる。次いで、抜け止め糸針が拘束糸２１のＵ字状のループ内を通過され、繊維層１２，１３の端部まで到達した時点で停止される。このとき、抜け止め糸２０が抜け止め糸針の先端に係止される。そして、抜け止め糸針が引き戻され、抜け止め糸２０が拘束糸２１のＵ字状のループ内に挿通された状態となる。この状態で挿入針が引き戻される。これにより、抜け止め糸２０が拘束糸２１により締め付けられて繊維構造体１１が製作される。
【００３０】
挿入工程の終了後、前記挿入針に代えて取り付けられたニードルパンチ（図示略）が繊維構造体１１の厚み方向（積層方向）に挿入されて引き戻される。これにより繊維構造体１１には切り込みＫ１，Ｋ２が付与される。切り込みＫ１，Ｋ２は、連続繊維の繊維束１２１〜１９１を切断している。
【００３１】
切り込み付与工程の終了後、繊維構造体１１は、固定型と可動型とを備えたプレス型（図示略）の固定型内に入れられ、プレス型に入れられた繊維構造体１１は、加熱されると共に、可動型のプレス動作によって加圧を受ける（加熱・加圧工程）。この場合の加熱温度は、樹脂繊維層１６〜１９の材質である熱可塑性樹脂の溶融温度以上である。加熱・加圧工程は、繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与する変形工程であり、且つ繊維構造体１１に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸工程である。
【００３２】
樹脂繊維層１６〜１９が完全に溶融すると見なされる時間が経過すると、加熱・加圧を受けた繊維構造体１１は、プレス型内で冷却される（冷却工程）。加熱・加圧を受けた繊維構造体１１が冷却されて熱可塑性樹脂が固化すると、図４（ａ），（ｂ）に示す繊維強化複合材１０が形成される。
【００３３】
図１（ｃ）に示す曲げ部分１１５（第２増厚部１１４）は、層形成工程において平行に配列された繊維束１２１〜１９１が三次元曲げによっても平行性を失わない二次元曲げ領域である。換言すると、二次元曲げ領域は、隣り合う一対の繊維束の間隔が一定である領域である。
【００３４】
側壁１１６（第１増厚部１１２）は、層形成工程において平行に配列された繊維束１２１〜１９１が三次元曲げによって少なくとも部分的に平行性を失う三次元曲げ領域である。換言すると、三次元曲げ領域は、隣り合う一対の繊維束の間隔が一定でない領域を少なくとも部分的に含む領域である。
【００３５】
第１補強繊維層１４は、二次元曲げ領域と三次元曲げ領域とにわたって設けられている。
繊維構造体１１Ａの二次元曲げ領域と三次元曲げ領域とに散在された切り込みＫ１，Ｋ２の密度は、三次元曲げ領域の変形量の小さい方（基板部１１１側）から大きい方（曲げ部分１１５側）へ向かうにつれて高くなるように設定されている。
【００３６】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）繊維構造体１１を構成する強化繊維層１２，１３、補強繊維層１４，１５及び樹脂繊維層１６〜１９は、繊維構造体１１の三次元曲げによって生じる伸び変形領域（曲げ部分１１５及び側壁１１６）三次元曲げ方向に散在するように切り込みＫ１，Ｋ２を入れられている。このような切り込みＫ１，Ｋ２が繊維構造体１１にないとすると、繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与しようとしても、繊維構造体１１を伸ばすことが難しく、繊維構造体１１に皺ができてしまう。三次元曲げ方向（Ｙ方向）に散在する切り込みＫ１，Ｋ２は、三次元曲げ方向（Ｙ方向）に繊維構造体１１を曲げて繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与しようとした場合に繊維構造体１１の伸び（Ｙ方向への伸び）を許容するため、繊維構造体１１に皺を作ることなく繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与することができる。つまり、繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与する際の曲げ易さが保障される。繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与する際に曲げ易いということは、三次元曲げ構造を有する繊維構造体１１の生産性の向上に寄与する。
【００３７】
三次元曲げ方向（Ｙ方向）における切り込みＫ１，Ｋ２の密度は、三次元曲げ領域の変形量の小さい方（基板部１１１側）から大きい方（曲げ部分１１５側）へ向かうにつれて高くなる。このように密度に変化をもたせて切り込みＫ１，Ｋ２を散在させる構成は、切り込みＫ１，Ｋ２の平均密度を減らして繊維構造体１１の強度低下を抑制する上で有利である。
【００３８】
（２）三次元曲げによって繊維構造体１１が伸ばされて薄くなると、三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａの強度が低下する。補強繊維層１４，１５は、三次元曲げによる繊維構造体１１Ａの伸び変形領域（曲げ部分１１５）の強度低下を補償する。
【００３９】
（３）密度に変化をもたせて切り込みＫ１，Ｋ２を散在させた三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａを強化材として用いた繊維強化複合材１０は、強度に優れている。
（４）補強繊維層１４，１５は、強化繊維層１２，１３の形成を行なう層形成工程中に、強化繊維層１２，１３の形成と同様の方法で行われるため、補強繊維層１４，１５の形成が容易である。
【００４０】
（５）拘束糸２１の挿入針は、樹脂繊維層１６〜１９と強化繊維層１２，１３と補強繊維層１４，１５との積層構造体を挿通し易い。しかも、樹脂繊維層１６〜１９は、樹脂強化用の連続繊維（繊維束１２１〜１５１）を配列して強化繊維層１２，１３と補強繊維層１４，１５とを形成する過程で、熱可塑性樹脂製の連続繊維（繊維束１６１〜１９１）を配列して形成することができ、樹脂繊維層１６〜１９の形成が容易である。従って、繊維構造体１１の生産性が向上する。
【００４１】
（６）生産性に有利な繊維構造体１１を加熱・加圧して繊維強化複合材１０を製造する方法は、繊維強化複合材１０の生産性の向上に寄与する。
次に、図８及び図９の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
【００４２】
図８（ａ），（ｂ）は、シート形状の繊維構造体１１Ｃを示す。繊維構造体１１Ｃは、第１の実施形態における強化繊維層と樹脂繊維層とを積層した構造となっており、繊維構造体１１Ｃの厚みは、どこも同じである。切り込みＫ１，Ｋ２の散在具合は、第１の実施形態の場合と同じである。
【００４３】
図８（ｃ），（ｄ）は、繊維構造体１１Ｃに三次元曲げを行なった三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｄを示す。図９（ａ），（ｂ）は、三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｄの曲げ部分１１５に補強繊維層２４を付加した繊維構造体１１Ｅを示す。曲げ部分１１５は、三次元曲げによって伸ばされて薄くなる。補強繊維層２４は、曲げ部分１１５の引き伸ばしによる強度低下を補償する。曲げ部分１１５に補強繊維層２４を追加する追加工程は、挿入工程完了後、且つ切り込み付与工程前に行われる。
【００４４】
図９（ｃ），（ｄ）は、繊維構造体１１Ｃに二次元曲げを行なった二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｆを示す。図示の例では、繊維構造体１１Ｆの二次元曲げ構造は、矢印Ｘの方向に向かう途中で屈曲させた構造となっている。繊維構造体１１Ｄの三次元曲げ構造は、二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｆを矢印Ｙの方向に向かうにつれて湾曲するように曲げた構造と実質的に同じである。
【００４５】
繊維構造体１１Ｅ形成後の繊維強化複合材の形成は、第１の実施形態の場合と同様に行われる。
第２の実施形態では、第１の実施形態における（１）（２），（３），（５），（６）と同様の効果が得られる。
【００４６】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１，２の実施形態において、繊維構造体１１，１１Ｃに図２及び図９（ｃ），（ｄ）のように二次元曲げを行なって繊維構造体１１Ｆを形成した後、繊維構造体１１Ｆに三次元曲げを行なって三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａ〔図１（ｃ）参照〕，１１Ｄ〔図８（ｃ）参照〕を得るようにしてもよい。
【００４７】
○補強繊維層２４を追加する追加工程は、切り込み付与工程後に行なってもよい。
○Ｙ方向に対して斜交する方向に繊維束を引き揃えて補強繊維層を形成するようにしたり、Ｘ方向に繊維束を引き揃えて補強繊維層を形成するようにしてもよい。又、図６，７に示すピンとは別に、枠体２２の内側に複数のピンを配置してこれらのピンに繊維束を折り返し係合させて補強繊維層を形成するようにしてもよい。
【００４８】
○第２の実施形態において、三次元曲げ領域である側壁１１６にも補強繊維層２４を設けてもよい。
○第１，２の実施形態において、樹脂繊維層１６〜１９を形成する代わりに、熱可塑性樹脂フィルムを用いてもよい。
【００４９】
○強化繊維層によって強化する樹脂は、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）であってもよい。この場合、三次元曲げ構造を有する繊維構造体を成形型内に入れておき、この成形型内に熱硬化性樹脂を注入して繊維構造体に含浸させた後、熱硬化性樹脂を加熱硬化させればよい。
【００５０】
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下にその効果とともに記載する。
〔１〕連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
前記強化繊維層は、前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように切り込みを入れられており、前記切り込みの密度は、前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて高くなる繊維構造体。
【００５１】
上記のように散在する切り込みは、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障する。
〔２〕前記三次元曲げ領域に補強繊維層が設けられている前記〔１〕項に記載の繊維構造体。
【００５２】
三次元曲げによって繊維構造体が伸ばされて薄くなると、三次元曲げ構造の繊維構造体の強度が低下する。補強繊維層は、三次元曲げによる繊維構造体の強度の低下を抑制する。
【００５３】
〔３〕前記〔１〕，〔２〕項のいずれか１項に記載の繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材。
３次元曲げ構造の繊維構造体を強化材とする繊維強化複合材の形成が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は、シート形状の繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。（ｃ）は、三次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｄ）は、図１（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図２】（ａ）は、二次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図３】シート形状の繊維構造体の側断面図。
【図４】（ａ）は、繊維強化複合材の斜視図。（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図５】繊維構造体の製造方法、及び繊維強化複合材の製造方法を示すフローチャート。
【図６】（ａ），（ｂ）は、樹脂繊維層及び強化繊維層の形成を説明するための平面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は、補強繊維層の形成を説明するための平面図。
【図８】第２の実施形態を示し、（ａ）は、シート形状の繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図。（ｃ）は、三次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｄ）は、図８（ｃ）のＧ−Ｇ線断面図。
【図９】（ａ）は、三次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図９（ｃ）のＨ−Ｈ線断面図。（ｃ）は、二次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｄ）は、図９（ｃ）のＦ−Ｆ線断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１０…繊維強化複合材。１１，１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ…繊維構造体。１１５…伸び変形領域である曲げ部分。１１６…伸び変形領域である側壁。１２，１３…強化繊維層。１２１〜１５１…連続繊維である繊維束。１４，１５，２４…補強繊維層。Ｋ１，Ｋ２…切り込み。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂強化用の繊維構造体、繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材、繊維構造体の製造方法及び繊維強化複合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなるシート形状の繊維構造体を強化材として樹脂を強化した繊維強化複合材を折り曲げ形状に形成するには、繊維強化複合材の所望の形状がもたらされるように繊維構造体を予め折り曲げておく必要がある。繊維構造体が樹脂の強化に優れた連続繊維によって構成されている場合には、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が殆ど伸びないために、繊維構造体の曲げ方によっては非常に曲げ難い場合がある。例えば、平らなシート形状の繊維構造体を最初に９０°に折り曲げた後に、この折り曲げ線を曲げるように繊維構造体を曲げるのは、前記折り曲げ線における連続繊維が伸びないために、非常に難しい。平らなシート形状の繊維構造体を最初に曲げたときの曲げを二次元曲げと言うことにすると共に、二次元曲げにおける曲げ方向線を曲げたときの曲げを三次元曲げと言うことにすると、繊維構造体の三次元曲げは、非常に難しい。
【０００３】
特許文献１では、殆ど伸びのない連続繊維で構成された繊維構造体の所定領域の連続繊維を切断しておき、これにより繊維構造体を曲げ易くする技術思想が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３４５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
繊維構造体を曲げ易くするための前記切断の位置は、繊維構造体の三次元曲げの方向を考慮して決めなければならない。しかし、特許文献１では、連続繊維を切断しておく前記所定領域としては変形が必要な領域との記載があるのみであり、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さが保障されてはいない。
【０００５】
本発明は、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１乃至請求項３の発明は、連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体の製造方法を対象とし、請求項１の発明では、連続繊維を配列して前記強化繊維層を形成する層形成工程と、前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程とを備える。
【０００７】
このような工程を経て散在された切り込みは、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障し、三次元曲げ構造の繊維構造体の生産性が向上する。
好適な例では、前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む。
【０００８】
強化繊維層を形成する層形成工程中に補強繊維層を形成する工程を含む製造方法は、補強繊維層の形成を容易にする。
好適な例では、前記三次元曲げ方向の曲げ部分に補強繊維層を追加する追加工程を備える。
【０００９】
請求項４乃至請求項６は、連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体であって、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される。
【００１０】
上記のように散在する切り込みは、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障する。
請求項７及び請求項８の発明は、繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材の製造方法を対象とし、請求項７では、連続繊維を配列して前記強化繊維層を形成する層形成工程と、前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程と、前記変形工程を経て三次元曲げ構造を付与された繊維構造体を樹脂に含浸させる含浸工程とを備える。
【００１１】
このような製造方法は、三次元曲げ構造を有する繊維強化複合材の生産性の向上に寄与する。
好適な例では、前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む。
【００１２】
強化繊維層を形成する層形成工程中に補強繊維層を形成する工程を含む製造方法は、繊維強化複合材の形成を容易にする。
請求項９及び請求項１０は、繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材であって、請求項７及び請求項８のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、シート形状の繊維構造体１１を示す。繊維構造体１１は、基本厚みｔを有する基本部１１１と、基本部１１１の厚みｔよりも厚い第１増厚部１１２と、第１増厚部１１２よりも厚い第２増厚部１１４とからなる。第１増厚部１１２には複数の切り込みＫ１が設けられており、第２増厚部１１４には複数の切り込みＫ２が設けられている。切り込みＫ１，Ｋ２は、繊維構造体１１の厚み方向に繊維構造体１１を貫通している。
【００１５】
切り込みＫ２は、矢印Ｙで示す方向に均等に散在していると共に、矢印Ｘで示す方向にも均等に散在している。矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の散在の密度は、第２増厚部１１４に近いほど、高くなるように設定されている。矢印Ｙの方向における切り込みＫ２の密度は、矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の密度よりも高くなるように設定されている。又、矢印Ｙの方向における切り込みＫ２の密度は、矢印Ｙの方向における切り込みＫ１の最大密度と同等以上となるように設定されている。
【００１６】
図１（ｃ），（ｄ）は、繊維構造体１１に三次元曲げを行なった三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａを示す。図２（ａ），（ｂ）は、繊維構造体１１に二次元曲げを行なった二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｂを示す。図示の例では、繊維構造体１１Ｂの二次元曲げ構造は、矢印Ｘの方向に向かう途中で屈曲させた構造となっている。繊維構造体１１Ａの三次元曲げ構造は、二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｂを矢印Ｙの方向に向かうにつれて湾曲するように曲げた構造と実質的に同じである。三次元曲げとは、或る曲げ方向の二次元曲げと、これとは別の曲げ方向とを行なうことである。
【００１７】
図１（ｃ），（ｄ）に示す三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａの二次元曲げ方向とは、Ｘ方向のことであり、三次元曲げ方向とは、Ｙ方向のことである。繊維構造体１１Ａの曲げ部分１１５は、第２増厚部１１４に対応し、繊維構造体１１Ａの側壁１１６は、第１増厚部１１２に対応する。つまり、曲げ部分１１５及び側壁１１６は、三次元曲げによって、第２増厚部１１４及び第１増厚部１１２がＸ方向に伸びた部分である。曲げ部分１１５（第２増厚部１１４）及び側壁１１６（第１増厚部１１２）は、三次元曲げ方向に曲げられる領域内に生じる伸び変形領域である。
【００１８】
図３に示すように、繊維構造体１１は、樹脂強化用の繊維束１２１，１３１からなる複数の強化繊維層１２，１３と、樹脂強化用の繊維束１４１，１５１からなる複数の補強繊維層１４，１５と、熱可塑性樹脂製の繊維束１６１，１７１，１８１，１９１からなる複数の樹脂繊維層１６，１７，１８，１９と、抜け止め糸２０と、拘束糸２１とから構成されている。繊維束１２１〜１９１、抜け止め糸２０及び拘束糸２１は、連続繊維からなる。拘束糸２１は、樹脂繊維層１６の外側で抜け止め糸２０を跨ぐように折り返されている。つまり、拘束糸２１は、強化繊維層１２，１３、補強繊維層１４，１５、及び樹脂繊維層１６〜１９を積層状態に結合する。
【００１９】
繊維束１２１〜１５１としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維束が用いられる。抜け止め糸２０及び拘束糸２１も炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維が用いられる。
【００２０】
図４（ａ），（ｂ）は、三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａに樹脂（本実施形態では熱可塑性樹脂）を含浸させて形成された繊維強化複合材１０を示す。
図５は、繊維強化複合材１０の製造工程（繊維構造体１１，１１Ａの製造工程を含む）のフローチャートである。以下に積層工程について説明する。
【００２１】
図６（ａ）に示すように、矩形状の枠体２２に所定ピッチで立設された多数のピン２３に繊維束１６１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１６が形成される。繊維束１６１は、同じ層（樹脂繊維層１６）内で平行に配列されている。
【００２２】
樹脂繊維層１６の形成後、ピン２３に繊維束１２１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１６の上に強化繊維層１２が形成される。繊維束１２１は、同じ層（強化繊維層１２）内で平行に配列されている。
【００２３】
強化繊維層１２の形成後、図６（ｂ）に示すように、ピン２３に繊維束１７１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって強化繊維層１２の上に樹脂繊維層１７が形成される。繊維束１７１は、同じ層（樹脂繊維層１７）内で平行に配列されている。
【００２４】
樹脂繊維層１７の形成後、ピン２３に繊維束１３１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１７の上に強化繊維層１３が形成される。繊維束１３１は、同じ層（強化繊維層１３）内で平行に配列されている。
【００２５】
強化繊維層１３の形成後、図７（ａ）に示すように、ピン２３に繊維束１８１を折り返し係合させてＸ方向に引き揃えて配列することによって繊維層１３の上に樹脂繊維層１８が形成される。繊維束１８１は、同じ層（樹脂繊維層１８）内で平行に配列されている。
【００２６】
樹脂繊維層１８の形成後、ピン２３に繊維束１４１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１８の上に第１補強繊維層１４が形成される。繊維束１４１は、同じ層（第１補強繊維層１４）内で平行に配列されている。第１補強繊維層１４は、強化繊維層１２，１３と共に第１増厚部１１２を構成する。
【００２７】
第１補強繊維層１４の形成後、図７（ｂ）に示すように、ピン２３に繊維束１９１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって第１補強繊維層１４の上に樹脂繊維層１９が形成される。繊維束１９１は、同じ層（樹脂繊維層１９）内で平行に配列されている。
【００２８】
樹脂繊維層１９の形成後、ピン２３に繊維束１５１を折り返し係合させてＹ方向に引き揃えて配列することによって樹脂繊維層１９の上に第２補強繊維層１５が形成される。繊維束１５１は、同じ層（第２補強繊維層１５）内で平行に配列されている。第２補強繊維層１５は、強化繊維層１２，１３及び第１補強繊維層１４と共に第２増厚部１１４を構成する。
【００２９】
以上により層形成工程が終了する。
次に、挿入工程について説明する。
拘束糸２１は、積層された強化繊維層１２，１３、樹脂繊維層１６〜１９、第１，２補強繊維層１４，１５に挿入される。つまり、挿入針の先端にある孔に拘束糸２１を係止した状態で、繊維層１２〜１９の積層方向に挿入針が挿入され、挿入針の孔が樹脂繊維層１６を貫通する位置まで挿入針が前進される。その後、挿入針が僅かに後退され、拘束糸２１がＵ字状のループを形成した状態となる。次いで、抜け止め糸針が拘束糸２１のＵ字状のループ内を通過され、繊維層１２，１３の端部まで到達した時点で停止される。このとき、抜け止め糸２０が抜け止め糸針の先端に係止される。そして、抜け止め糸針が引き戻され、抜け止め糸２０が拘束糸２１のＵ字状のループ内に挿通された状態となる。この状態で挿入針が引き戻される。これにより、抜け止め糸２０が拘束糸２１により締め付けられて繊維構造体１１が製作される。
【００３０】
挿入工程の終了後、前記挿入針に代えて取り付けられたニードルパンチ（図示略）が繊維構造体１１の厚み方向（積層方向）に挿入されて引き戻される。これにより繊維構造体１１には切り込みＫ１，Ｋ２が付与される。切り込みＫ１，Ｋ２は、連続繊維の繊維束１２１〜１９１を切断している。
【００３１】
切り込み付与工程の終了後、繊維構造体１１は、固定型と可動型とを備えたプレス型（図示略）の固定型内に入れられ、プレス型に入れられた繊維構造体１１は、加熱されると共に、可動型のプレス動作によって加圧を受ける（加熱・加圧工程）。この場合の加熱温度は、樹脂繊維層１６〜１９の材質である熱可塑性樹脂の溶融温度以上である。加熱・加圧工程は、繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与する変形工程であり、且つ繊維構造体１１に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸工程である。
【００３２】
樹脂繊維層１６〜１９が完全に溶融すると見なされる時間が経過すると、加熱・加圧を受けた繊維構造体１１は、プレス型内で冷却される（冷却工程）。加熱・加圧を受けた繊維構造体１１が冷却されて熱可塑性樹脂が固化すると、図４（ａ），（ｂ）に示す繊維強化複合材１０が形成される。
【００３３】
図１（ｃ）に示す曲げ部分１１５（第２増厚部１１４）は、層形成工程において平行に配列された繊維束１２１〜１９１が三次元曲げによっても平行性を失わない二次元曲げ領域である。換言すると、二次元曲げ領域は、隣り合う一対の繊維束の間隔が一定である領域である。
【００３４】
側壁１１６（第１増厚部１１２）は、層形成工程において平行に配列された繊維束１２１〜１９１が三次元曲げによって少なくとも部分的に平行性を失う三次元曲げ領域である。換言すると、三次元曲げ領域は、隣り合う一対の繊維束の間隔が一定でない領域を少なくとも部分的に含む領域である。
【００３５】
第１補強繊維層１４は、二次元曲げ領域と三次元曲げ領域とにわたって設けられている。
繊維構造体１１Ａの二次元曲げ領域と三次元曲げ領域とに散在された切り込みＫ１，Ｋ２の密度は、三次元曲げ領域の変形量の小さい方（基板部１１１側）から大きい方（曲げ部分１１５側）へ向かうにつれて高くなるように設定されている。
【００３６】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）繊維構造体１１を構成する強化繊維層１２，１３、補強繊維層１４，１５及び樹脂繊維層１６〜１９は、繊維構造体１１の三次元曲げによって生じる伸び変形領域（曲げ部分１１５及び側壁１１６）三次元曲げ方向に散在するように切り込みＫ１，Ｋ２を入れられている。このような切り込みＫ１，Ｋ２が繊維構造体１１にないとすると、繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与しようとしても、繊維構造体１１を伸ばすことが難しく、繊維構造体１１に皺ができてしまう。三次元曲げ方向（Ｙ方向）に散在する切り込みＫ１，Ｋ２は、三次元曲げ方向（Ｙ方向）に繊維構造体１１を曲げて繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与しようとした場合に繊維構造体１１の伸び（Ｙ方向への伸び）を許容するため、繊維構造体１１に皺を作ることなく繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与することができる。つまり、繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与する際の曲げ易さが保障される。繊維構造体１１に三次元曲げ構造を付与する際に曲げ易いということは、三次元曲げ構造を有する繊維構造体１１の生産性の向上に寄与する。
【００３７】
三次元曲げ方向（Ｙ方向）における切り込みＫ１，Ｋ２の密度は、三次元曲げ領域の変形量の小さい方（基板部１１１側）から大きい方（曲げ部分１１５側）へ向かうにつれて高くなる。このように密度に変化をもたせて切り込みＫ１，Ｋ２を散在させる構成は、切り込みＫ１，Ｋ２の平均密度を減らして繊維構造体１１の強度低下を抑制する上で有利である。
【００３８】
（２）三次元曲げによって繊維構造体１１が伸ばされて薄くなると、三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａの強度が低下する。補強繊維層１４，１５は、三次元曲げによる繊維構造体１１Ａの伸び変形領域（曲げ部分１１５）の強度低下を補償する。
【００３９】
（３）密度に変化をもたせて切り込みＫ１，Ｋ２を散在させた三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａを強化材として用いた繊維強化複合材１０は、強度に優れている。
（４）補強繊維層１４，１５は、強化繊維層１２，１３の形成を行なう層形成工程中に、強化繊維層１２，１３の形成と同様の方法で行われるため、補強繊維層１４，１５の形成が容易である。
【００４０】
（５）拘束糸２１の挿入針は、樹脂繊維層１６〜１９と強化繊維層１２，１３と補強繊維層１４，１５との積層構造体を挿通し易い。しかも、樹脂繊維層１６〜１９は、樹脂強化用の連続繊維（繊維束１２１〜１５１）を配列して強化繊維層１２，１３と補強繊維層１４，１５とを形成する過程で、熱可塑性樹脂製の連続繊維（繊維束１６１〜１９１）を配列して形成することができ、樹脂繊維層１６〜１９の形成が容易である。従って、繊維構造体１１の生産性が向上する。
【００４１】
（６）生産性に有利な繊維構造体１１を加熱・加圧して繊維強化複合材１０を製造する方法は、繊維強化複合材１０の生産性の向上に寄与する。
次に、図８及び図９の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
【００４２】
図８（ａ），（ｂ）は、シート形状の繊維構造体１１Ｃを示す。繊維構造体１１Ｃは、第１の実施形態における強化繊維層と樹脂繊維層とを積層した構造となっており、繊維構造体１１Ｃの厚みは、どこも同じである。切り込みＫ１，Ｋ２の散在具合は、第１の実施形態の場合と同じである。
【００４３】
図８（ｃ），（ｄ）は、繊維構造体１１Ｃに三次元曲げを行なった三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｄを示す。図９（ａ），（ｂ）は、三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｄの曲げ部分１１５に補強繊維層２４を付加した繊維構造体１１Ｅを示す。曲げ部分１１５は、三次元曲げによって伸ばされて薄くなる。補強繊維層２４は、曲げ部分１１５の引き伸ばしによる強度低下を補償する。曲げ部分１１５に補強繊維層２４を追加する追加工程は、挿入工程完了後、且つ切り込み付与工程前に行われる。
【００４４】
図９（ｃ），（ｄ）は、繊維構造体１１Ｃに二次元曲げを行なった二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｆを示す。図示の例では、繊維構造体１１Ｆの二次元曲げ構造は、矢印Ｘの方向に向かう途中で屈曲させた構造となっている。繊維構造体１１Ｄの三次元曲げ構造は、二次元曲げ構造の繊維構造体１１Ｆを矢印Ｙの方向に向かうにつれて湾曲するように曲げた構造と実質的に同じである。
【００４５】
繊維構造体１１Ｅ形成後の繊維強化複合材の形成は、第１の実施形態の場合と同様に行われる。
第２の実施形態では、第１の実施形態における（１）（２），（３），（５），（６）と同様の効果が得られる。
【００４６】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１，２の実施形態において、繊維構造体１１，１１Ｃに図２及び図９（ｃ），（ｄ）のように二次元曲げを行なって繊維構造体１１Ｆを形成した後、繊維構造体１１Ｆに三次元曲げを行なって三次元曲げ構造の繊維構造体１１Ａ〔図１（ｃ）参照〕，１１Ｄ〔図８（ｃ）参照〕を得るようにしてもよい。
【００４７】
○補強繊維層２４を追加する追加工程は、切り込み付与工程後に行なってもよい。
○Ｙ方向に対して斜交する方向に繊維束を引き揃えて補強繊維層を形成するようにしたり、Ｘ方向に繊維束を引き揃えて補強繊維層を形成するようにしてもよい。又、図６，７に示すピンとは別に、枠体２２の内側に複数のピンを配置してこれらのピンに繊維束を折り返し係合させて補強繊維層を形成するようにしてもよい。
【００４８】
○第２の実施形態において、三次元曲げ領域である側壁１１６にも補強繊維層２４を設けてもよい。
○第１，２の実施形態において、樹脂繊維層１６〜１９を形成する代わりに、熱可塑性樹脂フィルムを用いてもよい。
【００４９】
○強化繊維層によって強化する樹脂は、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）であってもよい。この場合、三次元曲げ構造を有する繊維構造体を成形型内に入れておき、この成形型内に熱硬化性樹脂を注入して繊維構造体に含浸させた後、熱硬化性樹脂を加熱硬化させればよい。
【００５０】
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下にその効果とともに記載する。
〔１〕連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
前記強化繊維層は、前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように切り込みを入れられており、前記切り込みの密度は、前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて高くなる繊維構造体。
【００５１】
上記のように散在する切り込みは、繊維構造体の三次元曲げの曲げ易さを保障する。
〔２〕前記三次元曲げ領域に補強繊維層が設けられている前記〔１〕項に記載の繊維構造体。
【００５２】
三次元曲げによって繊維構造体が伸ばされて薄くなると、三次元曲げ構造の繊維構造体の強度が低下する。補強繊維層は、三次元曲げによる繊維構造体の強度の低下を抑制する。
【００５３】
〔３〕前記〔１〕，〔２〕項のいずれか１項に記載の繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材。
３次元曲げ構造の繊維構造体を強化材とする繊維強化複合材の形成が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は、シート形状の繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。（ｃ）は、三次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｄ）は、図１（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図２】（ａ）は、二次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図３】シート形状の繊維構造体の側断面図。
【図４】（ａ）は、繊維強化複合材の斜視図。（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図５】繊維構造体の製造方法、及び繊維強化複合材の製造方法を示すフローチャート。
【図６】（ａ），（ｂ）は、樹脂繊維層及び強化繊維層の形成を説明するための平面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は、補強繊維層の形成を説明するための平面図。
【図８】第２の実施形態を示し、（ａ）は、シート形状の繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図。（ｃ）は、三次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｄ）は、図８（ｃ）のＧ−Ｇ線断面図。
【図９】（ａ）は、三次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｂ）は、図９（ｃ）のＨ−Ｈ線断面図。（ｃ）は、二次元曲げ構造を有する繊維構造体の斜視図。（ｄ）は、図９（ｃ）のＦ−Ｆ線断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１０…繊維強化複合材。１１，１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ…繊維構造体。１１５…伸び変形領域である曲げ部分。１１６…伸び変形領域である側壁。１２，１３…強化繊維層。１２１〜１５１…連続繊維である繊維束。１４，１５，２４…補強繊維層。Ｋ１，Ｋ２…切り込み。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体の製造方法において、
連続繊維を配列して前記強化繊維層を形成する層形成工程と、
前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、
前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程とを備える繊維構造体の製造方法。
【請求項２】
前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む請求項１に記載の繊維構造体の製造方法。
【請求項３】
前記三次元曲げ方向の曲げ部分に補強繊維層を追加する追加工程を備える請求項１に記載の繊維構造体の製造方法。
【請求項４】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
請求項１に記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
【請求項５】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
請求項２に記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
【請求項６】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
請求項３に記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
【請求項７】
繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材の製造方法において、
連続繊維を配列して強化繊維層を形成する層形成工程と、
前記繊維構造体の二次元曲げ領域と三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、
前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程と、
前記変形工程を経て三次元曲げ構造を付与された繊維構造体を樹脂に含浸させる含浸工程とを備える繊維強化複合材の製造方法。
【請求項８】
前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む請求項７に記載の繊維強化複合材の製造方法。
【請求項９】
繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材において、
請求項７に記載の製造方法によって製造された繊維強化複合材。
【請求項１０】
繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材において、
請求項８に記載の製造方法によって製造された繊維強化複合材。
【請求項１】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体の製造方法において、
連続繊維を配列して前記強化繊維層を形成する層形成工程と、
前記繊維構造体の前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、
前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程とを備える繊維構造体の製造方法。
【請求項２】
前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む請求項１に記載の繊維構造体の製造方法。
【請求項３】
前記三次元曲げ方向の曲げ部分に補強繊維層を追加する追加工程を備える請求項１に記載の繊維構造体の製造方法。
【請求項４】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
請求項１に記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
【請求項５】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
請求項２に記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
【請求項６】
連続繊維からなる強化繊維層によって樹脂を強化した繊維強化複合材の強化材であって、二次元曲げ領域と、三次元曲げ方向に曲げられる三次元曲げ領域とを生じる三次元曲げ構造を付与される繊維構造体において、
請求項３に記載の製造方法によって製造された繊維構造体。
【請求項７】
繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材の製造方法において、
連続繊維を配列して強化繊維層を形成する層形成工程と、
前記繊維構造体の二次元曲げ領域と三次元曲げ領域とに散在するように、且つ前記三次元曲げ領域の変形量の小さい方から大きい方へ向かうにつれて密度を高めるように、前記二次元曲げ領域と前記三次元曲げ領域との前記強化繊維層に切り込みを入れる切り込み付与工程と、
前記切り込み付与工程を経て製造された繊維構造体に三次元曲げ構造を付与する変形工程と、
前記変形工程を経て三次元曲げ構造を付与された繊維構造体を樹脂に含浸させる含浸工程とを備える繊維強化複合材の製造方法。
【請求項８】
前記層形成工程は、前記三次元曲げ領域に補強繊維層を形成する工程を含む請求項７に記載の繊維強化複合材の製造方法。
【請求項９】
繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材において、
請求項７に記載の製造方法によって製造された繊維強化複合材。
【請求項１０】
繊維構造体によって樹脂を強化した繊維強化複合材において、
請求項８に記載の製造方法によって製造された繊維強化複合材。
【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２０１０−４６９５６（Ｐ２０１０−４６９５６Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１４４５８（Ｐ２００８−２１４４５８）
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【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２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【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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