JP2008196063A - 厚さ方向糸挿入針及び三次元繊維組織の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層繊維層への厚さ方向糸の挿入作業時に厚さ方向糸が厚さ方向糸挿入針の表面に貼り付くことを抑制して、厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成し、三次元繊維組織を円滑に製造することができる厚さ方向糸挿入針を提供する。
【解決手段】厚さ方向糸挿入針１１は、基端部１２と、基端部１２より細く形成されて積層繊維層に挿入可能な挿入部１３と、挿入部１３の先端に形成された針孔１４とを備えている。挿入部１３には表面粗さが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下でかつ耐摩耗性向上を図る梨地メッキ層１６が形成されている。厚さ方向糸挿入針１１は、複数の繊維層を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と交差する方向に挿入された厚さ方向糸にて結合される三次元繊維組織の製造に使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚さ方向糸挿入針及び三次元繊維組織の製造方法に係り、詳しくは糸（繊維束）を折り返しながら配列して形成した繊維層を複数積層した積層繊維層を、結合する厚さ方向糸の挿入に使用する厚さ方向糸挿入針及び三次元繊維組織の製造方法に関する。

繊維強化複合材の補強基材として三次元繊維組織（三次元織物）があり、その製造方法として、複数の糸層（繊維層）を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層糸群（積層繊維層）に、その各糸層と交差する方向に挿入された厚さ方向糸にて結合する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、厚さ方向糸の挿入区域と対応する領域を囲むようにピンが所定ピッチで配置された枠体上に、そのピン間に折り返し状に配列した糸層を複数積層して積層糸群を形成する。その後、積層糸群を枠体に保持した状態で、一列に配置された複数の厚さ方向糸挿入針を使用して厚さ方向糸を挿入する。

三次元繊維組織を骨格材とした複合材の強度は、三次元繊維組織の影響を大きく受け、強度の大きな複合材を得るには、厚さ方向糸により積層糸群を締め付ける必要がある。そして、図６に示すように、積層糸群Ｆに一列に配列された複数の厚さ方向糸挿入針５１を、厚さ方向糸ｚとともに積層糸群Ｆに突き刺し、厚さ方向糸挿入針５１の突出側に厚さ方向糸ｚのループＬを形成する。ループＬの形成は、厚さ方向糸挿入針５１の針穴が厚さ方向糸ｚと共に積層糸群Ｆの反対側となるまで厚さ方向糸挿入針５１を積層糸群Ｆに貫通した後、所定量引き戻すことにより行われる。次に、抜け止め糸挿通用針５２により抜け止め糸ＰをループＬに挿通した後、厚さ方向糸挿入針５１と共に厚さ方向糸ｚを引き戻し、抜け止め糸Ｐを介して厚さ方向糸ｚにより積層糸群Ｆを締め付ける。抜け止め糸挿通用針５２は、積層糸群Ｆを貫通した厚さ方向糸挿入針５１に繋がる厚さ方向糸ｚによって形成された多数のループＬを、図６の矢印方向である前進時には抜け止め糸Ｐを保持せずに通過し、後退時には抜け止め糸Ｐを保持して通過するように往復移動される。抜け止め糸挿通用針５２にはベラ針が使用されている。なお、図ではベラの図示が省略されている。
特開平８−２１８２４９号公報

複数の糸層を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層糸群を厚さ方向糸で結合する構成として、厚さ方向糸ｚのループＬに抜け止め糸Ｐを挿通するとともに、厚さ方向糸ｚを引き戻して積層糸群を結合する構成の場合、一列に配列された複数の厚さ方向糸挿入針５１毎に形成される前記ループＬを一定以上の大きさで形成する必要がある。しかし、厚さ方向糸ｚとして使用される炭素繊維束にはサイジング剤が塗布されているため、厚さ方向糸挿入針５１を引き戻す際に、厚さ方向糸ｚが厚さ方向糸挿入針５１の表面に貼り付いて厚さ方向糸挿入針５１と共に戻ることによりループＬが小さくなる場合が起こり易い。そして、一列分の厚さ方向糸ｚの一本でもループＬが小さくなると、抜け止め糸挿通用針５２が一列分のループＬを円滑に通過できない状態となり、その都度、作業者が手作業でループＬを修正する必要があり、三次元繊維組織の製造に時間がかかる。

本発明の目的は、積層繊維層（積層糸群）への厚さ方向糸の挿入作業時に厚さ方向糸が厚さ方向糸挿入針の表面に貼り付くことを抑制して、厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成することができ、三次元繊維組織を円滑に製造することができる厚さ方向糸挿入針及び三次元繊維組織の製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数の繊維層を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と交差する方向に挿入された厚さ方向糸にて結合された三次元繊維組織の製造に使用する厚さ方向糸挿入針である。そして、基端部と、前記基端部より細く形成されて積層繊維層に挿入可能な挿入部と、前記挿入部の先端寄りに形成された針孔とを備え、前記挿入部には表面粗さが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下で、かつ耐摩耗性向上を図る被膜が形成されている。ここで、「繊維層」とは無撚りの繊維束が配列されて形成されたものと、糸（撚りが掛かった繊維束）が配列されて形成されたものとを含む。また、厚さ方向糸の「糸」とは、繊維に撚りが掛かったものに限らず、連続繊維（フィラメント）を無撚りの状態で束ねたものも含む。

この発明では、厚さ方向糸挿入針の積層繊維層に挿入可能な挿入部の表面粗さが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下に形成されている。そのため、厚さ方向糸挿入針の針孔が厚さ方向糸と共に積層繊維層の反対側となるまで厚さ方向糸挿入針を積層繊維層に貫通した後、所定量引き戻すことにより、厚さ方向糸のループを形成する際、厚さ方向糸が厚さ方向糸挿入針の表面に貼り付いて厚さ方向糸挿入針と共に戻ることに起因して厚さ方向糸のループが小さくなるのが抑制される。その結果、一列に並んだ複数の厚さ方向糸挿入針毎に厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成することができ、形成されたループに、抜け止め糸挿通用針により抜け止め糸を円滑に挿通することができ、厚さ方向糸挿入針と共に厚さ方向糸を引き戻し、抜け止め糸を介して厚さ方向糸により積層繊維層を締め付けることができる。したがって、三次元繊維組織を円滑に製造することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記積層繊維層及び厚さ方向糸は炭素繊維束で構成されている。積層繊維層及び厚さ方向糸を炭素繊維束で構成する場合、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いるため、サイジング剤が塗布されていないと繊維束の配列や厚さ方向糸の挿入が円滑に行われない。一方、従来の厚さ方向糸挿入針では、サイジング剤が塗布された厚さ方向糸を使用すると厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成することができない。しかし、この発明では、積層繊維層及び厚さ方向糸が炭素繊維束で構成されていても、厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成することができる。

請求項３に記載の発明は、複数の繊維層を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層繊維層と、各繊維層と交差する方向に挿入されて前記積層繊維層を結合する厚さ方向糸を含む三次元繊維組織の製造方法である。そして、厚さ方向糸挿入針として請求項１に記載の厚さ方向糸挿入針を使用するとともに、前記積層繊維層を枠体に保持した状態で、一列に配置された厚さ方向糸挿入針を厚さ方向糸と共に積層繊維層に一斉にかつ厚さ方向糸挿入針の針孔が積層繊維層の外側に出るまで突き刺し、厚さ方向糸挿入針の突出側に厚さ方向糸のループを形成する工程を備えている。また、前記ループに抜け止め糸を厚さ方向糸挿入針の配列方向に沿って挿通する工程と、前記ループに抜け止め糸が挿通された後、厚さ方向糸挿入針を引き戻して積層繊維層を締め付ける工程とを備えている。そして、前記各工程を繰り返して厚さ方向糸を積層繊維層の所定の挿入領域に挿入し、その後、積層繊維層を前記枠体から取り外す。

この発明の製造方法では、一列に配置された厚さ方向糸挿入針を厚さ方向糸と共に積層繊維層に一斉にかつ厚さ方向糸挿入針の針孔が積層繊維層の外側に出るまで突き刺し、厚さ方向糸挿入針の突出側に厚さ方向糸のループを形成する工程を備えている。厚さ方向糸のループを形成するためには、厚さ方向糸挿入針を積層繊維層に突き刺した後、所定量引き戻す必要がある。従来の厚さ方向糸挿入針を使用した場合は、厚さ方向糸挿入針を引き戻す際に厚さ方向糸が厚さ方向糸挿入針の表面に貼り付いてしまい、厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成することができない。しかし、この発明では、請求項１に記載の発明の厚さ方向糸挿入針が使用されるため、厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成することができ、三次元繊維組織を円滑に製造することができる。

本発明によれば、積層繊維層への厚さ方向糸の挿入作業時に厚さ方向糸が厚さ方向糸挿入針の表面に貼り付くことを抑制して、厚さ方向糸のループを一定以上の大きさで安定して形成することができ、三次元繊維組織を円滑に製造することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
先ず、厚さ方向糸挿入針の構成を説明する。図１（ａ），（ｂ）に示すように、厚さ方向糸挿入針１１は、炭素鋼又は合金鋼からなり、基端部１２と、基端部１２より細く形成されて積層繊維層に挿入可能な挿入部１３と、挿入部１３の先端寄りに形成された針孔１４とを備えている。図１（ｄ）に示すように、基端部１２は円柱の周面の一部が切り欠かれた平面部１２ａを有する断面はＤ字状に形成されている。挿入部１３は、太さが略二段階に形成され、大径部１３ａと小径部１３ｂとを備えている。厚さ方向糸挿入針１１には、挿入部１３の先端から基端部１２にわたって延びる糸溝１５が、平面部１２ａと反対側に形成されている。

厚さ方向糸挿入針１１は、焼き入れや焼き戻し等の熱処理が施されて必要な硬度に形成されている。また、サイジング剤が塗布された厚さ方向糸が挿入部１３の表面に貼り付くのを抑制あるいは防止するため、挿入部１３の表面に梨地メッキ層１６（図１（ｃ）にのみ図示）が形成されている。梨地メッキ層１６は非付着性を付与するための被膜として働く。梨地メッキ層１６の表面粗さは中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成されている。

梨地メッキ層１６は、ショットブラストで針素材の表面を荒らした後、メッキ処理を行うことで形成される。ショットブラストによる針素材の荒らし具合は、メッキ処理後の表面粗さが目的の粗さになるように設定（調製）される。この実施形態では、硬質クロムメッキでメッキ厚が２０μｍとなるように梨地メッキ層１６が形成されている。硬質クロムメッキは耐摩耗性が優れているため、梨地メッキ層１６は耐摩耗性向上を図る被膜としても機能する。

次に前記構成の厚さ方向糸挿入針１１を使用した三次元繊維組織の製造方法を説明する。なお、この実施形態では、三次元繊維組織は、厚さ方向糸挿入針１１を除いて、特許文献１に記載されている製造装置と基本的に同じ構成のものが使用され、同様な方法で製造されるため、詳しい製造装置の構成や製造手順の説明を省略する。

図３に示すように、三次元繊維組織の製造装置２０は、多数のピン２１が所定ピッチで着脱可能に立設された枠体２２を使用するとともに、枠体２２上に形成された積層繊維層２３をその厚さ方向が水平となるように配置し、厚さ方向糸ｚを積層繊維層２３のＹ軸方向に沿って１列ずつ同時に挿入するようになっている。

製造装置２０は、テーブル２４が図示しないレールに沿って移動可能に装備されている。テーブル２４上には枠体２２を支持するための図示しない一対の支持ブラケットが突設され、枠体２２はそのコーナー部に形成されたボルト挿通孔２２ａを貫通するボルトにより支持ブラケットに固定されるようになっている。

製造装置２０は、支持ブラケットに固定された枠体２２上に形成された積層繊維層２３に厚さ方向糸ｚを挿入する厚さ方向糸挿入針１１を１列に固定した状態で支持する針支持体２５を備えている。針支持体２５は、図示しない駆動手段により、厚さ方向糸挿入針１１が支持ブラケットに保持された積層繊維層２３と係合不能な待機位置と、針孔１４が積層繊維層２３の反対側となる位置まで積層繊維層２３を貫通する作用位置とに移動される。

製造装置２０は、厚さ方向糸挿入針１１を積層繊維層２３に突き刺す前に、予め積層繊維層２３の所定位置に孔を形成する穿孔針２６を厚さ方向糸挿入針１１と同じ本数備えている。穿孔針２６は、穿孔針支持体２７に厚さ方向糸挿入針１１と対応した所定ピッチで１列に固定されている。穿孔針支持体２７は、穿孔針２６の列が厚さ方向糸挿入針１１の列と平行な状態を保って、図示しない駆動手段により、穿孔針２６が支持ブラケットに保持された積層繊維層２３と係合不能な待機位置と、積層繊維層２３を貫通する作用位置とに移動される。

製造装置２０は、枠体２２上に形成された積層繊維層２３を厚さ方向糸挿入針１１の挿入側から押圧するプレスプレート２８を備えている。プレスプレート２８は厚さ方向糸挿入針１１列の配列方向に沿って延びる断面Ｌ字状の支持部２８ａと、支持部２８ａと一体的に形成された櫛歯部２８ｂとを備えている。櫛歯部２８ｂには厚さ方向糸挿入針１１及び穿孔針２６をガイドする凹部２８ｃが形成され、プレスプレート２８は櫛歯部２８ｂで各厚さ方向糸挿入針１１あるいは穿孔針２６を挟んだ状態で積層繊維層２３を押圧可能となっている。プレスプレート２８は枠体２２の内側の幅より若干短く形成され、枠体２２と係合せずに積層繊維層２３を押圧可能となっている。

枠体２２を挟んでプレスプレート２８と反対側には対を成すプレスブロック２９，３０が設けられている。両プレスブロック２９，３０は平面Ｌ字状に形成されるとともにプレスプレート２８と同じ長さに形成され、積層繊維層２３との接触部の幅がピン２１のピッチより広く形成されている。両プレスブロック２９，３０はプレスプレート２８と対向する位置でかつ、凹部２８ｃの配列位置と対応する位置に厚さ方向糸挿入針１１又は穿孔針２６の進入を許容する隙間が生じるように互いに近接して配設されている。そして、各プレスブロック２９，３０は、図示しないエアシリンダにより積層繊維層２３を針列の後退側へ押圧する作用位置と、積層繊維層２３と係合不能な待機位置とに移動される。

また、テーブル２４には支持ブラケットに保持された積層繊維層２３の下端と対応する位置に孔２４ａが形成されている。そして、厚さ方向糸挿入針１１列が積層繊維層２３を貫通する位置と対応する位置に、抜け止め糸挿通用針３１が厚さ方向糸挿入針１１列の配列方向に沿って移動可能に配設されている。抜け止め糸挿通用針３１は先端にベラを有し、図示しない駆動装置により往復動されて、作用位置に配置されたときの厚さ方向糸挿入針１１列に連なる厚さ方向糸ｚのループを貫通する作用位置と、積層繊維層２３と対応する位置から退避した待機位置とに配置されるようになっている。

次に前記のように構成された製造装置２０を使用して平板状の三次元繊維組織を製造する方法を説明する。先ず多数のピン２１が所定ピッチで着脱可能に立設された長方形状の枠体２２を使用して積層繊維層２３を形成する。繊維束としての炭素繊維束をピン２１と係合する状態で折り返すようにして枠体２２の長手方向であるＸ方向に配列することにより繊維層としてのｘ糸層が形成され、枠体２２の幅方向であるＹ方向に配列することにより繊維層としてのｙ糸層が形成される。また、必要に応じて炭素繊維束をＸ方向及びＹ方向と交差する方向であるバイアス方向に配列することにより繊維層としてのバイアス糸層が形成される。そして、枠体２２上に各糸層（繊維層）が所定数積層されて、積層繊維層２３が形成される。

次に枠体２２が積層繊維層２３とともにテーブル２４上の支持ブラケットにボルトにより固定された状態で積層繊維層２３への厚さ方向糸ｚの挿入作業が行われる。図２は厚さ方向糸ｚの挿入及び抜け止め糸Ｐの挿通が２サイクル完了し、３回目の厚さ方向糸ｚの挿入作業の途中状態を示す模式断面図であり、積層繊維層２３の厚さ方向糸ｚを挿入すべき箇所に穿孔針２６により孔２３ａが形成された後、厚さ方向糸挿入針１１が孔２３ａと対向する位置に配置された状態を示す。また、図４（ａ）は図２の部分拡大図である。

穿孔針２６による孔２３ａの形成は、プレスプレート２８及び両プレスブロック２９，３０により積層繊維層２３の穿孔針２６列と対応する箇所が圧縮状態に保持された状態において、穿孔針２６が前進して積層繊維層２３を貫通する作用位置に配置された後、後退して積層繊維層２３と係合しない待機位置に移動することにより行われる。穿孔針２６は櫛歯部２８ｂの凹部２８ｃにガイドされて積層繊維層２３に対して垂直に挿通され、積層繊維層２３はプレスプレート２８及び両プレスブロック２９，３０の圧縮作用によりある程度密に配置された状態にあるため、穿孔針２６の抜き跡に孔２３ａが形成される。

図２及び図４（ａ）の状態からプレスブロック２９が待機位置に配置された後、厚さ方向糸挿入針１１が前進移動されて作用位置に配置される。厚さ方向糸挿入針１１は針孔１４が積層繊維層２３のプレスブロック３０と当接する面よりプレスブロック２９側に出るまで積層繊維層２３に挿通される。厚さ方向糸挿入針１１が前進端に達した後、厚さ方向糸挿入針１１はわずかに後退させられる。その結果、図４（ｂ）に示すように、積層繊維層２３から針孔１４に連なる厚さ方向糸ｚが抜け止め糸挿通用針３１の通過を許容するループＬを形成した状態となる。

厚さ方向糸挿入針１１が積層繊維層２３に挿通されるときプレスブロック２９が待機位置に配置されて積層繊維層２３を押圧する力が弱くなる。しかし、厚さ方向糸挿入針１１は穿孔針２６によって形成された孔２３ａに挿通されるため、厚さ方向糸挿入針１１の挿通時の抵抗が小さくなって積層繊維層２３の糸の配列の乱れを引き起こさない。

次に抜け止め糸挿通用針３１が作動され、抜け止め糸挿通用針３１は前回挿通された抜け止め糸Ｐのループ部（図示せず）を通って厚さ方向糸挿入針１１の配列方向に沿って前進する。抜け止め糸挿通用針３１はその先端が各厚さ方向糸挿入針１１に保持された各厚さ方向糸ｚのループＬ内を次々に通過し、積層繊維層２３の端部まで到達した時点で停止する。このとき、抜け止め糸供給部（図示せず）に連なる抜け止め糸Ｐが、抜け止め糸挿通用針３１の先端に掛止される。そして、抜け止め糸挿通用針３１はその先端にあるベラが閉じてループＬを引き込まないようにして引き戻され、抜け止め糸Ｐが厚さ方向糸ｚのループＬ内に折り返し状に挿通される。また、抜け止め糸挿通用針３１に掛止された抜け止め糸Ｐのループ部は前回挿入された抜け止め糸Ｐのループ部に挿通された状態に配置される。

その後、厚さ方向糸挿入針１１が後退し、積層繊維層２３から離脱して待機位置に配置される。また、プレスブロック２９が再び作用位置に配置される。この状態で張力調整部（図示せず）の作用により厚さ方向糸ｚが引き戻され、積層繊維層２３内に挿入された厚さ方向糸ｚが抜け止め糸Ｐにより抜け止めされた状態で締め付けられる。次に穿孔針２６列及び厚さ方向糸挿入針１１列が初期位置に戻される。また、プレスプレート２８及びプレスブロック２９，３０が待機位置に配置される。以上により厚さ方向糸ｚの１回の挿入サイクルが完了する。

次にテーブル２４が厚さ方向糸ｚの挿入ピッチ分移動され、穿孔針２６が積層繊維層２３への次回の厚さ方向糸挿入位置と対向する状態となる。以下、前記と同様にして順次厚さ方向糸ｚの挿入サイクルが実行され、厚さ方向糸ｚが積層繊維層２３の所定の挿入領域に挿入される。その結果、積層繊維層２３を構成する各糸層が厚さ方向糸ｚにより結合されて三次元繊維組織が製造される。積層繊維層２３の厚さ方向糸挿入区域全域への厚さ方向糸ｚの挿入が終了した後、各ピン２１が枠体２２から取り外されて三次元繊維組織が枠体２２から取り外され、三次元繊維組織の製造が完了する。

厚さ方向糸ｚとして使用される炭素繊維束にはサイジング剤が塗布されているため、積層繊維層に挿入された厚さ方向糸挿入針をわずか引き戻してループＬを形成する際、従来は、厚さ方向糸ｚが厚さ方向糸挿入針の表面に貼り付いて厚さ方向糸挿入針と共に戻ることによりループＬが小さくなる場合が起こり易かった。一列分の厚さ方向糸ｚの一本でもループＬが小さくなると、抜け止め糸挿通用針が一列分のループＬを円滑に通過できない状態となり、その都度、作業者が手作業でループＬを修正する必要がある。

しかし、この実施形態（本発明）では、厚さ方向糸挿入針１１の挿入部１３の表面に、繊維束の付着を防止する非付着処理が施されている。具体的には、表面粗さが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下となる梨地メッキ層１６が硬質クロムメッキで形成されている。その結果、厚さ方向糸挿入針１１をわずか引き戻してループＬを形成する際、繊維束が厚さ方向糸挿入針１１に貼り付くことが抑制され、一定以上の大きさのループＬが安定して形成される。そのため、形成されたループＬに、抜け止め糸挿通用針３１により抜け止め糸Ｐを円滑に挿通することができ、厚さ方向糸挿入針１１と共に厚さ方向糸ｚを引き戻し、抜け止め糸Ｐを介して厚さ方向糸ｚにより積層繊維層２３を締め付けることができる。

挿入部１３の表面粗さを変更して、ループ形成率を測定した。ループ形成率の測定に使用した厚さ方向糸挿入針１１は、小径部１３ｂの直径が１ｍｍ、厚さ方向糸ｚは直径が０．５ｍｍである。ループ形成率は、１００サイクル挿入を実施し、ループ形成が成功となった回数の割合を百分率で表す。ループの大きさが、ループＬと厚さ方向糸挿入針１１との距離の最も大きな部分の値が３ｍｍ以上になった場合にループ形成が成功と判断する。試験の結果、Ｒａ０．１μｍ未満である表面粗さ未変更針では１０％以下であったが、表面粗さ変更針で、中心線平均粗さＲａ０．５μｍの場合は１００％であった。また、中心線平均粗さがＲａ０．１μｍやＲａ０．７μｍの場合でも８０％以上であった。

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）厚さ方向糸挿入針１１は、積層繊維層２３に挿入可能な挿入部１３の表面粗さが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下となる被膜として梨地メッキ層１６が形成されている。したがって、厚さ方向糸挿入針１１をわずか引き戻す際に厚さ方向糸ｚが挿入部１３の表面に貼り付くことが抑制されて、一列に並んだ複数の厚さ方向糸挿入針１１毎に厚さ方向糸ｚのループＬを一定以上の大きさで安定して形成することができ、三次元繊維組織を円滑に製造することができる。

（２）梨地メッキ層１６は、針素材にショットブラストで所望の粗さの凹凸を形成した後、メッキを行うことにより形成されている。したがって、ショットブラストの条件を変更することで所望の表面粗さの梨地メッキ層１６を形成することができる。

（３）梨地メッキ層１６は耐摩耗性が良好な硬質クロムメッキにより形成されているため、厚さ方向糸挿入針１１の耐摩耗性向上を図ることができる。
（４）積層繊維層２３及び厚さ方向糸ｚは炭素繊維束で構成されている。積層繊維層２３及び厚さ方向糸ｚを炭素繊維束で構成する場合、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いるため、サイジング剤が塗布されていないと繊維束の配列や厚さ方向糸ｚの挿入が円滑に行われない。この実施形態の厚さ方向糸挿入針１１を使用することにより、積層繊維層２３及び厚さ方向糸ｚが炭素繊維束で構成されていても、厚さ方向糸ｚのループＬを一定以上の大きさで安定して形成することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 積層繊維層２３及び厚さ方向糸ｚを構成する繊維は炭素繊維に限らず、例えば、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（ＰＢＯ）繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリアセタール繊維、高強度ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維等を使用してもよい。

○ 梨地メッキ層１６を形成する場合に、下地処理として針素材にショットブラストにより所望の凹凸を形成する代わりに、ホーニングを行ってもよい。
○ メッキの種類は、クロムメッキ（硬質クロムメッキ）に限らない。例えば、ニッケルメッキ、無電解ニッケルメッキ等の他の湿式メッキや乾式メッキ（例えば、イオンプレーティングによる窒化チタン膜の形成）でもよい。

○ 梨地メッキ層１６を形成する方法として、針素材の表面をショットブラストやホーニングで荒らした下地処理を行った後、メッキを行う方法に限らず、針素材の表面を荒らす下地処理を行わずに、複合メッキで梨地メッキ層１６を形成してもよい。複合メッキは、メッキ浴中に粒子を懸濁させた状態でメッキを行い、粒子を被膜中に取り込むメッキ方法である。懸濁させる粒子の径により梨地メッキ層１６の表面粗さを調整することができる。複合メッキにより梨地メッキ層１６を形成する場合は、ショットブラストやホーニングを行う必要がないため、工数が少なくなる。複合メッキとして、無電解ニッケルメッキにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の粒子を懸濁させたものが好ましい。

○ 複合メッキは、無電解ニッケルメッキにＰＴＦＥの粒子を懸濁させたものに限らず、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素等の粒子を懸濁させてもよい。

○ 厚さ方向糸挿入針１１の挿入部１３の表面に非付着性を付与する手段として、挿入部１３の表面粗さが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下となる被膜処理ではなく、挿入部１３の表面に厚さ方向糸挿入針１１の軸方向に延びる溝を平行に複数設けても良い。例えば、図５に示すように、挿入部１３の糸溝１５が形成された部分を除く位置に、糸溝１５より幅が狭く、深さが浅い溝１７を形成する。溝１７の幅は厚さ方向糸ｚの径より小さく、０．５ｍｍ以下が好ましい。なお、厚さ方向糸挿入針１１の表面にはメッキが施されているが、図５（ｂ）ではメッキ層の図示を省略している。また、図５（ａ）では溝１７の図示を省略している。また、溝１７は、そのピッチが溝幅とほぼ同じではなく、図５（ｃ）に示すように、そのピッチが溝幅より広くてもよい。

○ 厚さ方向糸挿入針１１の軸方向と平行に延びる溝１７に限らず、軸方向に対して多少傾いて延びるように形成してもよい。
○ 厚さ方向糸挿入針１１は、挿入部１３に設けられた糸溝１５を省略してもよい。

○ 平板以外の形状、例えば、アングル形状、角筒形状、円筒形状あるいは曲板形状の三次元繊維組織に適用してもよい。
○ 穿孔針２６及び厚さ方向糸挿入針１１の挿入時にプレスプレート２８を待機位置に配置してプレスブロック２９，３０のみを作用位置に配置してもよい。この場合、繊維層が密に圧縮されていない状態で穿孔針２６及び厚さ方向糸挿入針１１が積層繊維層２３に挿通されるため、穿孔針２６及び厚さ方向糸挿入針１１の挿通時の抵抗が小さくなって円滑に挿通できる。

○ 積層繊維層２３に対して厚さ方向糸挿入針１１の突出側に配置されるプレスブロック２９，３０は２個一組に限らず、１個でもよい。
○ プレスプレート２８の櫛歯部２８ｂの隙間を厚さ方向糸挿入針１１及び穿孔針２６の外径より若干大きくして凹部２８ｃを省略してもよい。また、プレスプレート２８として櫛歯部２８ｂがなく、厚さ方向糸挿入針１１列に沿って延びる単なる直線状の押圧部を備えたものを使用してもよい。

○ 積層繊維層２３の厚さや繊維の種類によっては穿孔針２６による孔開けを行わずに、厚さ方向糸挿入針１１を積層繊維層２３に直接挿入してもよい。
○ 積層繊維層２３の厚さや繊維の種類によっては、プレスプレート２８やプレスブロック２９，３０を省略して、厚さ方向糸挿入針１１を積層繊維層２３に直接挿入してもよい。

○ 抜け止め糸Ｐのループ部を前回挿通された抜け止め糸Ｐのループ部に順次挿通してループ部の抜け止めを行う代わりに、単に厚さ方向糸ｚの締付けにより抜け止め糸Ｐの抜け止めを行ってもよい。

○ 積層繊維層２３は少なくとも面内２軸配向であればよく、バイアス糸をなくして面内２軸配向としたり、繊維束を互いに６０°の角度をなすように配列して面内３軸配向としたりしてもよい。また、積層繊維層２３を、織布を積層して構成してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記被膜は、針素材の表面を所定の粗さに荒らした後、メッキを行うことにより形成される。

（２）前記技術的思想（１）に記載の発明において、針素材の表面を所定の粗さに荒らす処理は、ショットブラストにより行われる。
（３）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記被膜は、複合メッキ処理で形成される。

（４）基端部と、前記基端部より細く形成されて積層繊維層に挿入可能な挿入部と、前記挿入部の先端寄りに形成された針孔とを備え、前記挿入部の表面には挿入部の軸方向に
延びる複数の溝が設けられ、かつ耐摩耗性のメッキが施されている。

（５）複数の繊維層を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層繊維層と、各繊維層と交差する方向に挿入されて前記積層繊維層を結合する厚さ方向糸を含む三次元繊維組織の製造方法であって、厚さ方向糸挿入針として前記技術的思想（４）に記載の厚さ方向糸挿入針を使用するとともに、前記積層繊維層を枠体に保持した状態で、一列に配置された厚さ方向糸挿入針を厚さ方向糸と共に積層繊維層に一斉にかつ厚さ方向糸挿入針の針孔が積層繊維層の外側に出るまで突き刺し、厚さ方向糸挿入針の突出側に厚さ方向糸のループを形成する工程と、前記ループに抜け止め糸を厚さ方向糸挿入針の配列方向に沿って挿通する工程と、前記ループに抜け止め糸が挿通された後、厚さ方向糸挿入針を引き戻して積層繊維層を締め付ける工程とを繰り返して厚さ方向糸を積層繊維層の所定の挿入領域に挿入し、その後、積層繊維層を前記枠体から取り外す三次元繊維組織の製造方法。

（ａ）は一実施形態の厚さ方向糸挿入針の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線拡大断面図。 厚さ方向糸挿入の挿入手順を示す模式断面図。 三次元繊維組織製造装置の概略斜視図。 （ａ）は図２の部分拡大図、（ｂ）は厚さ方向糸挿入針が積層繊維層に挿入されてループが形成された状態を示す模式断面図。 （ａ）は別の実施形態における厚さ方向糸挿入針の正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線拡大断面図、（ｃ）は溝の間隔を変えた場合の（ｂ）に対応する断面図。 厚さ方向糸のループに抜け止め糸を挿通する状態を示す模式図。

符号の説明

Ｌ…ループ、Ｐ…抜け止め糸、ｚ…厚さ方向糸、１１…厚さ方向糸挿入針、１２…基端部、１３…挿入部、１４…針孔、１６…被膜としての梨地メッキ層、２２…枠体、２３…積層繊維層。

Claims (3)

1. 複数の繊維層を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と交差する方向に挿入された厚さ方向糸にて結合された三次元繊維組織の製造に使用する厚さ方向糸挿入針であって、基端部と、前記基端部より細く形成されて積層繊維層に挿入可能な挿入部と、前記挿入部の先端寄りに形成された針孔とを備え、前記挿入部には表面粗さが中心線平均粗さＲａ０．１μｍ以上０．７μｍ以下で、かつ耐摩耗性向上を図る被膜が形成されていることを特徴とする厚さ方向糸挿入針。
2. 前記積層繊維層及び厚さ方向糸は炭素繊維束で構成されている請求項１に記載の厚さ方向糸挿入針。
3. 複数の繊維層を積層して形成された少なくとも２軸配向となる積層繊維層と、各繊維層と交差する方向に挿入されて前記積層繊維層を結合する厚さ方向糸を含む三次元繊維組織の製造方法であって、
   厚さ方向糸挿入針として請求項１に記載の厚さ方向糸挿入針を使用するとともに、前記積層繊維層を枠体に保持した状態で、一列に配置された厚さ方向糸挿入針を厚さ方向糸と共に積層繊維層に一斉にかつ厚さ方向糸挿入針の針孔が積層繊維層の外側に出るまで突き刺し、厚さ方向糸挿入針の突出側に厚さ方向糸のループを形成する工程と、前記ループに抜け止め糸を厚さ方向糸挿入針の配列方向に沿って挿通する工程と、前記ループに抜け止め糸が挿通された後、厚さ方向糸挿入針を引き戻して積層繊維層を締め付ける工程とを繰り返して厚さ方向糸を積層繊維層の所定の挿入領域に挿入し、その後、積層繊維層を前記枠体から取り外す三次元繊維組織の製造方法。

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