JP4063175B2 - 三次元繊維結合体及び複合材 - Google Patents

Description

本発明は、三次元繊維結合体及び複合材に係り、詳しくは複数の三次元繊維構造体を結合して構成された新規な三次元繊維結合体及びその三次元繊維結合体を骨格材とした複合材に関する。

繊維強化複合材は軽量の構造材料として広く使用されている。複合材用補強基材として三次元織物（三次元繊維構造体）がある。この三次元織物を骨格材として、樹脂あるいは無機物をマトリックスとした複合材はロケット、航空機、自動車、船舶及び建築物の構造材として幅広い用途が期待されている。

複合材用三次元繊維組織体として、補強繊維からなる複数枚の織物が、それら各織物の織目が互いに一致するように積層され、かつその積層体には、繊維強化樹脂又は繊維強化金属からなる棒体が前記織目に挿通された複合材用三次元繊維組織体が開示されている（特許文献１参照。）。織目の大きさは一辺の長さが１〜２０ｍｍ程度が好ましく、２〜５ｍｍがさらに好ましいとされている。

また、少なくとも面内２軸配向となる糸層を複数積層して形成された積層糸群と、前記積層糸群の各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸とを含む少なくとも３軸で構成された三次元織物に、繊維強化複合材製又は金属製のロッドを挿入した三次元繊維構造体が提案されている（特許文献２参照。）。この三次元繊維構造体は、製造が比較的簡単で密度の高い三次元繊維構造体や、半導体装置の放熱部材や電子部品搭載基材として使用する複合材を製造する際の強化材とした場合に必要な熱伝導率を有する三次元繊維構造体として使用される。
実公平３−２４３５６号公報 特開２００２−１８０３５６号公報（明細書の段落［００１５］〜［００１８］、図１，２）

複合材は一般にマトリックスの量が少ない方が強度は強くなる。従って、三次元繊維構造体を使用して複合材を構成する場合、三次元繊維構造体の繊維体積含有率（Ｖｆ）が高い方が複合材の強度が強くなる。

複合材が板材のように比較的薄く、単純な形状の場合はあまり問題はないが、複合材の形状が複雑になったり、板材でも厚さの厚い板材となるとその骨格材に使用する三次元繊維構造体の製造が問題になる。なぜならば、密度が高く厚さの厚い三次元繊維構造体を製造するのは難しいからである。その理由は、積層糸群の各糸層と直交する方向に配列される厚さ方向糸を挿入する場合、糸層の厚さが厚いと厚さ方向糸を挿入する針を太くする必要があり、針を太くすると針を挿通する際に繊維を傷つける。特にミシン針のように糸が挿通される目が針の先端側に有り、その部分が他の部分より太い針（通常、１．５倍程度の太さ）を使用する場合、繊維が傷つき易いからである。また、繊維の種類（例えば、炭素繊維、セラミック繊維）によっては、屈曲や繊維同士の擦れに弱くミシン糸として適用が難しいか、殆ど適用できない。そのため、糸層の厚さが３０ｍｍを超える三次元繊維構造体を、積層糸群の各糸層にミシン掛けのようにして糸を挿通させて製造するのは難しい。

また、複合材として断面がＨ型のものや、円筒の外周面に軸方向に延びるリブ状の部材が突設された形状のものを一度に作製することは難しい。
特許文献１に開示された三次元繊維組織体のように、二次元の織物を織目が一致するように積層した状態で棒体を織目に挿通して三次元化したものでは、層間を締め付ける力が弱く、また、織目が２〜５ｍｍと大きく、高密度化が難しい。さらに、三次元繊維組織体の厚さのコントロールが難しい。なぜならば、棒体挿通後に織物層を圧縮する場合、棒体の長さを圧縮後の織物層の厚さにすると、圧縮時に棒体が曲がる虞がある。また、棒体の長さを圧縮後の織物層の厚さより長くすると、プレス型として棒体の侵入を許容する孔を有する特殊な型が必要となる。

一方、特許文献２に開示された三次元繊維構造体は、少なくとも面内２軸配向となる糸層を複数積層して形成された積層糸群と、前記積層糸群の各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸とを含む少なくとも３軸で構成された三次元織物に、繊維強化複合材製又は金属製のロッドを挿入して構成されている。従って、この三次元繊維構造体では、特許文献１のものに比較して高密度化が可能となり、断面四角形状で厚さの厚い三次元繊維構造体であれば製造は可能である。しかし、断面形状が幅雑な形状の三次元繊維構造体を製造することは難しい。

本願発明者は厚さが厚く高密度の三次元繊維構造体あるいは複雑な形状の複合材の骨格材として使用できる三次元繊維結合体を、複数の三次元織物あるいは三次元織物と三次元繊維構造体とを結合することで製造することを考えた。しかし、三次元織物同士あるいは三次元織物と三次元繊維構造体とをミシンを使用して縫合する方法を適用することは、前記のようにミシン針が繊維を傷つけ易くなるため採用し難い。また、結合すべき一方の三次元織物あるいは三次元繊維構造体の片面が金属等の治具と接した状態で支持されている場合には、ミシンや人手で針を使用して、糸が三次元繊維構造体を貫通して折り返し状に挿通されるようにして結合させる方法を採用することができない。さらに、ミシン掛けにより縫い合わせる方法は、ミシンのヘッドが三次元織物あるいは三次元繊維構造体と干渉する形状のものには使用（適用）できない。例えば、縫い合わせるべき面に対して壁が垂直に存在するものでは、壁の近くを縫い合わせようとすると、ミシンのヘッドが壁と干渉する。

特許文献１及び特許文献２では、三次元織物同士あるいは三次元織物と三次元繊維構造体とを結合することに関して何ら記載されていない。
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、ミシン等を使用した糸による縫合が難しい厚さや複雑な形状であっても容易に製造することができる三次元繊維結合体を提供することにある。また、第２の目的は、同じ形状であっても骨格材として二次元のものを単に積層して使用した複合材に比較して高い強度となる複合材を提供することにある。

前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも面内２軸配向となる糸層が複数積層されるとともに各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸を含む少なくとも３軸で構成された三次元織物と、三次元繊維構造体とがロッドで結合され、該ロッドは、その先端が鋭角に形成されている。ここで、「三次元繊維構造体」とは、面を形成するように配列された繊維（糸）からなる繊維層が複数層積層され、その繊維層を貫通する方向に配列された厚さ方向糸を含む所謂三次元織物に限らず、前記繊維層が複数層積層されただけで繊維層を貫通する方向に配列された厚さ方向糸を含まないものも含む。

この発明では、三次元織物と三次元繊維構造体とがロッドで結合されているため、三次元織物と結合される三次元繊維構造体が、結合前はその繊維層を貫通する方向に配列された厚さ方向糸を含まない構成であっても、最終製品の三次元繊維結合体は各繊維層が少なくとも繊維あるいはロッドによって貫通されて互いに結合されている。また、同じ厚さの積層繊維層（積層糸群）を糸で結合する際に必要なミシン針等の針より細いロッドで積層繊維層を結合することができ、結合の際に繊維が傷つき難くなる。また、複雑な形状の三次元繊維結合体であっても、単純な構造の三次元織物と三次元繊維構造体とを結合することで、容易に製造することが可能となる。

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、前記三次元織物と結合される三次元繊維構造体も、少なくとも面内２軸配向となる糸層が複数積層されるとともに各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸を含む少なくとも３軸で構成された三次元織物である。この発明では、結合されるべき三次元繊維構造体として厚さ方向糸を含まないものを使用した場合に比較して、製造途中における取り扱いが容易になる。また、最終製品の三次元繊維結合体を骨格材とした複合材の強度が高くなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ロッドは繊維強化複合材製である。この発明では、ロッドとして樹脂製のものを使用した場合に比較して、最終製品の三次元繊維結合体を骨格材とした複合材の強度が高くなる。

請求項４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、前記ロッドは樹脂製である。この発明では、三次元繊維構造体同士の結合強度を要求しない場合（樹脂のみの強度）、作業時の形状保持と、成形時に三次元繊維構造体同士がずれないようにロッドにて部分的に固定するために使用でき、ロッドとして繊維強化複合材製のものを使用した場合に比較して低コストで製造できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ロッドは前記三次元織物を構成する面内配列糸及び厚さ方向糸のいずれかの糸の配列方向と平行に挿入されている。この発明では、三次元織物を構成するいずれの繊維に対してもロッドが交差するように挿入された三次元繊維結合体に比較して、製造工程においてロッドを挿入する際、ロッドが繊維を傷つけずに真っ直ぐに挿入され易い。
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、前記ロッドは先端が鋭角の円錐状に形成されている。

第２の目的を達成するため、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三次元繊維結合体を骨格材とした。この発明では、同じ形状であっても骨格材として二次元のものを単に積層して使用した複合材に比較して高い強度となる。

請求項１〜請求項６に記載の発明の三次元繊維結合体は、ミシン等を使用した糸による縫合が難しい厚さや複雑な形状であっても容易に製造することができる。また、請求項７に記載の発明によれば、同じ形状であっても骨格材として二次元のものを単に積層して使用した複合材に比較して高い強度となる。

（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（ａ），（ｂ）に従って説明する。図１（ａ）は三次元繊維結合体の製造途中を示す模式斜視図、（ｂ）は三次元繊維結合体の一部破断模式断面図である。

三次元繊維結合体１１は、複数（この実施形態では２個）の三次元織物Ｆがロッド１２で結合されて構成されている。各三次元織物Ｆは、繊維が相互に平行に配列された糸層としてのｘ糸層１３及びｙ糸層１４を複数積層して面内２軸配向となるように形成された積層糸群１５と、積層糸群１５の各ｘ糸層１３及びｙ糸層１４と直交する方向に配列された厚さ方向糸ｚとを含み、３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に糸が配列された構成となっている。三次元織物Ｆは平面四角形状の板状に形成され、厚さが１５ｍｍ程度に形成されている。なお、図１（ｂ）においては、左右方向がＸ方向、紙面と垂直方向がＹ方向、上下方向がＺ方向である。

ｘ糸層１３は三次元繊維結合体１１の厚さ方向（図１の上下方向）と直交する面内において、Ｘ方向に沿って配列された第１の面内配列糸ｘからなり、１本の糸が折り返し状に配列されて形成されている。ｙ糸層１４はｘ糸層１３と平行な面内で第１の面内配列糸ｘと直交する方向（Ｙ方向）に配列され、１本の糸が折り返し状に配列された第２の面内配列糸ｙからなっている。各面内配列糸ｘ，ｙは所定のピッチ（例えば３ｍｍのピッチ）で配列されている。ここで、「ピッチ」とは隣接する面内配列糸ｘの中心間、あるいは面内配列糸ｙの中心間の距離を意味する。

厚さ方向糸ｚは積層糸群１５の一方の面（図１（ａ），（ｂ）の下面側）で折り返すように上面側から挿入されるとともに、図１（ｂ）に示すように、下面側において幅方向、即ち第２の面内配列糸ｙと平行に配列された抜け止め糸１６により抜け止めされている。厚さ方向糸ｚが抜け止め糸１６と共同でｘ糸層１３及びｙ糸層１４を締め付けることにより、各糸層が結合されている。厚さ方向糸ｚも所定のピッチで配列されている。厚さ方向糸ｚは少なくともロッド１２が挿入される箇所を除いた位置に所定のピッチで配列されている。厚さ方向糸ｚには太さが各面内配列糸ｘ，ｙの１／２以下、この実施形態では１／４〜１／８程度のものが使用されている。

両面内配列糸ｘ，ｙには炭素繊維が使用されている。炭素繊維はロービング（トウ）の状態で使用されている。ロービング（トウ）とは細い単繊維のフィラメントを多数本束ねた実質無撚りの繊維束を意味する。両面内配列糸ｘ，ｙとして１２ｋ〜２４ｋの炭素繊維が使用され、厚さ方向糸ｚには３ｋの炭素繊維が使用されている。ここで「ｋ」とは炭素繊維を構成するフィラメントの本数を示す単位で、１０００本を意味し、例えば、１２ｋの炭素繊維とは、フィラメントが１２０００本で構成されているロービングを意味する。厚さ方向糸ｚは撚りが掛かった状態で使用してもよい。

図１（ｂ）では各面内配列糸ｘ，ｙを円形断面として表しているが、各面内配列糸ｘ，ｙはｘ糸層１３あるいはｙ糸層１４を構成するように配列された状態ではフィラメントが扁平に拡がった（押しつぶされた）状態となり、隣接する面内配列糸ｘ，ｙ同士は隙間無く重なった状態に配列されている。

ロッド１２は厚さ方向糸ｚと平行に挿入されている。ロッド１２は厚さ方向糸ｚが挿入されていない位置に所定ピッチで配列されている。ロッド１２は炭素繊維を強化繊維として使用した繊維強化複合材製で、両三次元織物Ｆの厚さの合計の厚さと同等の長さに形成されている。ロッド１２を構成する繊維強化複合材の繊維含有率は、４０％〜７０％で、マトリックス樹脂には、三次元繊維結合体１１を骨格材とした複合材を形成する際に使用されるマトリックス樹脂と同じ樹脂を使用するのが好ましく、例えば、フェノール樹脂が使用される。ロッド１２は断面円形に形成され、直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度の太さ、好ましくは０．９ｍｍ〜１ｍｍの太さに形成されている。

また、ロッド１２は三次元織物Ｆ同士を結合するため、両三次元織物Ｆを重ねた状態で一方の三次元織物Ｆを貫通して他方の三次元織物Ｆ内に挿入される際に、三次元織物Ｆの繊維（面内配列糸ｘ，ｙ）を傷めないようにその先端が鋭角に形成されている。先端の角度は３０度以下が好ましく、２０度以下がより好ましい。

次に前記のように構成された三次元繊維結合体１１の製造方法を説明する。三次元繊維結合体１１は、２段階に分けて製造される。第１段階では、三次元織物Ｆが、例えば、特開平８−２１８２４９号公報に開示された方法のように、四角形状の基板又は枠体に多数のピンが装着されたものを使用する方法で製造される。即ち、基板又は枠体上にｘ糸層１３及びｙ糸層１４を所定数積層して形成した積層糸群１５を、厚さ方向糸ｚと抜け止め糸１６とで結合することによって形成される。

次に第２段階として、前記三次元織物Ｆに対してロッド１２が挿入される。図１（ａ）に示すように、ロッド１２は三次元織物Ｆの一端から、１本ずつ順に挿入される。挿入は手作業でも機械による方法のいずれであってもよい。ロッド１２は各ロッド１２の一部、例えば、数ｍｍが三次元織物Ｆから突出する状態で挿入した後、全てのロッド１２を三次元織物Ｆ内に完全に挿入する。従って、ロッド１２の挿入作業を中断した場合、作業を再開する時にどの範囲までロッド１２の挿入が行われているのかが分かり易い。

前記のように構成された三次元繊維結合体１１は、マトリックスとして樹脂が含浸されるとともに硬化された複合材、あるいは樹脂の含浸、硬化、焼成を繰り返して製造されるカーボン・カーボン複合材として使用される。

この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） 少なくとも面内２軸配向となる糸層１３，１４が複数積層されて形成された積層糸群１５と、各糸層１３，１４と直交する方向に配列された厚さ方向糸ｚとを含む少なくとも３軸で構成された三次元織物Ｆがロッド１２で結合されている。従って、同じ厚さの積層繊維層（積層糸群１５）を糸で結合する際に必要なミシン針等の針より細いロッド１２で積層糸群１５を結合することができ、結合の際に繊維が傷つき難くなる。

（２） 三次元繊維結合体１１は、複数の三次元織物Ｆがロッド１２によって結合されて形成されている。従って、一方の三次元織物Ｆに代えて、結合されるべき三次元繊維構造体として厚さ方向糸を含まないものを使用した場合に比較して、製造途中における取り扱いが容易になる。また、最終製品の三次元繊維結合体１１を骨格材とした複合材の強度が高くなる。

（３） ロッド１２は繊維強化複合材製であるため、ロッド１２として強化繊維のない樹脂製のものを使用した場合に比較して、最終製品の三次元繊維結合体１１を骨格材とした複合材の強度が高くなる。

（４） ロッド１２を構成する樹脂には、三次元繊維結合体１１を骨格材として形成される複合材のマトリックス樹脂と同じ樹脂が使用されている。従って、複合材を製造する際、樹脂がロッド１２と馴染み易い。

（５） ロッド１２は先端が鋭角に形成されているため、先端が鈍角に形成されている場合に比較して、挿入の際に繊維を傷つけ難い。
（６） 各糸層１３，１４を構成する面内配列糸ｘ，ｙがそれぞれ、互いに平行な平面上に配列されて積層糸群１５が構成されているため、積層糸群１５を二次元織物で構成する場合に比較して各面内配列糸ｘ，ｙが真っ直ぐに延び、面内の強度が高くなる。

（７） ロッド１２は三次元織物Ｆを構成する面内配列糸ｘ，ｙ及び厚さ方向糸ｚのいずれかの糸の配列方向と平行に挿入されている。従って、三次元織物Ｆを構成するいずれの繊維に対してもロッド１２が交差するように挿入された三次元繊維結合体１１に比較して、製造工程においてロッド１２を挿入する際、ロッド１２が繊維を傷つけずに真っ直ぐに挿入され易い。

（８） 三次元織物Ｆにロッド１２を順に挿入して三次元繊維結合体１１を製造する際、挿入すべき全てのロッド１２を、所定の位置に各ロッド１２の一部が三次元織物Ｆから突出する状態で挿入した後、全てのロッド１２を三次元織物Ｆ内に完全に挿入する。ロッド１２の長さが両三次元織物Ｆの厚さの合計以下の場合、ロッド１２を三次元織物Ｆ内に完全に挿入してしまうとロッド１２が外から見えなくなる。このような状態では、ロッド１２の本数が多い場合、必要な本数のロッド１２の全てを挿入する途中で作業を中止した場合、作業を再開する時にどの範囲までロッド１２の挿入が完了しているのかが分かり難い。しかし、前記の方法では、そのような心配はないる。

（９） ロッド１２の挿入本数を変えることで、厚さ方向の配向成分の割合を調整できるため、三次元織物Ｆの製造条件を変えること無く、種々の特性の三次元繊維結合体１１を得ることができ、三次元繊維結合体１１の製造が簡単になる。

（１０） 積層糸群１５及び厚さ方向糸ｚに炭素繊維が使用されているため、合成樹脂繊維や他の無機繊維を使用して形成された三次元織物Ｆを骨格材とする場合に比較して、耐熱性に優れたＣ／Ｃコンポジット（カーボン・カーボン複合材）を製造することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図２に従って説明する。この実施形態では、三次元繊維結合体１１が、三次元織物Ｆのみがロッド１２で結合された構成でない点が前記第１の実施形態と大きく異なっている。第１の実施形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。なお、図２は第２の実施形態の三次元繊維結合体１１の部分模式断面図である。

図２に示すように、三次元繊維結合体１１は三次元織物Ｆと、三次元繊維構造体２０とがロッド１２で結合されている。三次元繊維構造体２０は円筒状の治具２１の外周面に炭素繊維のロービングを巻き付けて配列された複数の繊維層で形成されている。ロッド１２は三次元織物Ｆ及び三次元繊維構造体２０の結合部の厚さの合計より数ｍｍ（３〜５ｍｍ）長く形成されている。

三次元織物Ｆは断面Ｔ字状に形成され、その一部が三次元繊維構造体２０の外周面と接触する状態でロッド１２によって三次元繊維構造体２０と結合されている。三次元織物Ｆは断面Ｌ字状の三次元織物を２個組み合わせて、結合糸又はロッドにより互いに結合された状態に形成されている。なお、図２に鎖線で示す位置が、断面Ｌ字状の両三次元織物の合わせ面となっている。

なお、図２では三次元織物Ｆが１個だけしか図示されていないが、三次元織物Ｆは三次元繊維構造体２０の周面に隣接した状態で結合され、三次元繊維結合体１１は円筒の外周面に軸方向と平行に延びる複数の凸条２２（リブ）を備えた構成となっている。

三次元繊維構造体２０は単独では形態保持が難しいが、ロッド１２により三次元織物Ｆと結合された状態では、治具２１が取り外されても円筒形状が保持される。三次元繊維構造体２０は少なくとも三次元織物Ｆと結合されるまでは、治具２１の外周面に巻き付けられることによって円筒状の形状に保持されている。治具２１は金属製あるいは発泡樹脂製のものが使用される。

前記のように構成された三次元繊維結合体１１は、樹脂が含浸されるとともに硬化された状態の複合材又は樹脂の含浸、硬化、焼成を繰り返して製造されるカーボン・カーボン複合材として使用される。カーボン・カーボン複合材を製造する際は、三次元繊維結合体１１を治具２１に保持されたまま焼成することにより、治具２１が金属製であっても治具２１が溶融されて、カーボン・カーボン複合材が得られる。治具２１が樹脂製の場合は、治具２１が燃焼除去される。

この実施形態においては、第１の実施形態の（３）〜（７），（１０）と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
（１１） 三次元織物Ｆと、三次元繊維構造体２０とがロッド１２で結合されている。従って、同じ厚さの積層繊維層を糸で結合する際に必要なミシン針等の針より細いロッド１２で三次元織物Ｆと、三次元繊維構造体２０とを結合することができ、結合の際に繊維が傷つき難くなる。また、複雑な形状の三次元繊維結合体１１を容易に製造することができる。

（１２） 三次元織物Ｆと、ロッド１２を介して結合される三次元繊維構造体２０は面を形成するように配列された繊維からなる繊維層が複数層積層されただけで繊維層を貫通する方向に配列された厚さ方向糸を含まないが、治具２１を使用することで、ロッド１２により三次元織物Ｆと結合されるまでの形態保持が可能となっている。

実施の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。
○ 三次元織物Ｆ及び三次元繊維構造体２０の構成繊維として炭素繊維に代えて、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維（例えば、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維）等の高強度、高弾性繊維を使用してもよい。

○ 三次元繊維結合体１１の形状は前記両実施形態の形状に限らず、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すように、断面Ｈ字形状のものであってもよい。この場合、例えば平面板状の三次元織物Ｆａと、Ｕ字状の三次元織物Ｆｂとを結合して製造される。そして、少なくともＵ字状の三次元織物Ｆｂ同士を結合する部分がロッド１２により結合されている。この箇所はミシン掛けをしようとしてもミシンのヘッドが平面板状の三次元織物Ｆａと干渉するため、ミシン掛けができないが、ロッド１２であれば平面板状の三次元織物Ｆａと干渉せずに挿入することができる。

○ ロッド１２の挿入方向は厚さ方向に限らず、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に挿入してもよい。例えば、Ｔ字状断面の三次元繊維結合体１１を製造する際、図４（ａ）に示すように、平板状の２個の三次元織物Ｆを組み合わせ、一方の三次元織物Ｆに対しては厚さ方向と平行に、他方の三次元織物Ｆに対してはＸ軸方向あるいはＹ軸方向と平行にロッド１２を挿入してもよい。

〇 ロッド１２は三次元織物Ｆを構成する面内配列糸ｘ，ｙ及び厚さ方向糸ｚのいずれかの糸の配列方向と平行に挿入されているのが好ましいが、図４（ｂ）に示すように、一方の三次元織物Ｆに対しては厚さ方向と斜めに交差し、他方の三次元織物Ｆに対してはＸ軸方向あるいはＹ軸方向と平行にロッド１２を挿入してもよい。また、ロッド１２を三次元織物Ｆを構成する糸（繊維）の配列方向を考慮せずに挿入してもよい。しかし、三次元織物を構成するいずれかの繊維に対してロッドが平行となるように挿入された方が、ロッド１２を挿入する際、ロッド１２が繊維を傷つけずに真っ直ぐに挿入され易い。

○ 三次元繊維構造体同士の結合強度を要求しない場合（樹脂のみの強度）、樹脂製のロッド１２を、作業時の形状保持と、成形時に三次元繊維構造体同士がずれないように部分的に固定するために使用してもよい。ロッド１２として繊維強化複合材製のものを使用した場合に比較して低コストで製造できる。

〇 ロッド１２は複合材製に限らず、樹脂製であってもよい。樹脂製の場合、三次元繊維結合体１１にマトリックスとして樹脂を含浸させるとともに硬化させて複合材として使用する場合は、ロッド１２は強化材としての機能はない。しかし、三次元繊維結合体１１の繊維として炭素繊維を使用し、三次元繊維結合体１１に樹脂の含浸、硬化、焼成を繰り返して製造されるカーボン・カーボン複合材として使用する場合は、焼成の際に消失したロッド１２の跡に沿って炭素の結晶が成長し、強化材としての機能を有する状態となる。

○ ロッド１２の断面形状は円形に限らず、四角形、楕円形等の他の形状としてもよいが、円形、楕円形等の角部がない方が挿入時に繊維を傷つけ難いため好ましい。
○ 三次元織物Ｆを構成する積層糸群１５は、少なくとも面内２軸配向となる糸層を複数積層して形成されていればよい。例えば、第１の面内配列糸ｘに対して所定の角度（例えば±４５°）で傾斜するように配列された２層一組のバイアス糸からなるバイアス糸層を有する面内４軸、合計５軸の三次元織物としてもよい。この場合、三次元織物Ｆの形状安定性がより向上する。また、積層糸群１５を、互いに６０°の角度で交差するように延びる３種類の糸で面内３軸に構成してもよい。

○ 抜け止め糸１６を使用せずに、厚さ方向糸ｚが積層糸群１５を一方の側から貫通した後、貫通位置を所定ピッチずらして他方の側から積層糸群１５を貫通するように配列してもよい。この場合、抜け止め糸１６を使用する構成に比較して厚さ方向糸ｚを太くでき、三次元織物Ｆの繊維体積含有率（Ｖｆ）を大きくするために厚さ方向糸ｚの締め付け力を強くできる。

以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
（１） 少なくとも面内２軸配向となる糸層が複数積層されるとともに各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸を含む少なくとも３軸で構成された三次元織物と、三次元繊維構造体とがロッドで結合された三次元繊維結合体の製造方法であって、結合すべき三次元織物及び三次元繊維構造体の合計の厚さ以下の長さの前記ロッドを使用し、ロッドの挿入時に全てのロッドをその一部（基端）が三次元織物の表面から突出した状態で挿入した後、最後にロッド全体を製品の三次元繊維構造体内に挿入する三次元繊維結合体の製造方法。

（２） 少なくとも面内２軸配向となる糸層が複数積層されるとともに各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸を含む少なくとも３軸で構成された三次元織物と、繊維層が複数層積層されただけで繊維層を貫通する方向に配列された厚さ方向糸を含まない三次元繊維構造体とがロッドで結合された三次元繊維結合体の製造方法であって、前記厚さ方向糸を含まない三次元繊維構造体を治具上に保持し、その上に前記三次元織物を載置した状態でロッドを挿入する三次元繊維結合体の製造方法。

（ａ）は第１の実施形態の三次元繊維結合体の製造途中を示す模式斜視図、（ｂ）は三次元繊維結合体の一部破断模式断面図。 第２の実施形態の三次元繊維結合体を示す部分模式図。 （ａ）は別の実施形態の三次元繊維結合体を示す模式斜視図、（ｂ）はその部分拡大図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態の三次元繊維結合体を示す模式図。

符号の説明

Ｆ，Ｆａ，Ｆｂ…三次元織物、ｘ…第１の面内配列糸、ｙ…第２の面内配列糸、ｚ…厚さ方向糸、１１…三次元繊維結合体、２０…三次元繊維構造体、１２…ロッド、１３…糸層としてのｘ糸層、１４…同じくｙ糸層。

Claims (7)

1. 少なくとも面内２軸配向となる糸層が複数積層されるとともに各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸を含む少なくとも３軸で構成された三次元織物と、三次元繊維構造体とがロッドで結合され、該ロッドは、その先端が鋭角に形成されていることを特徴とする三次元繊維結合体。
2. 前記三次元織物と結合される三次元繊維構造体も、少なくとも面内２軸配向となる糸層が複数積層されるとともに各糸層と直交する方向に配列された厚さ方向糸を含む少なくとも３軸で構成された三次元織物である請求項１に記載の三次元繊維結合体。
3. 前記ロッドは繊維強化複合材製である請求項１又は請求項２に記載の三次元繊維結合体。
4. 前記ロッドは樹脂製である請求項１又は請求項２に記載の三次元繊維結合体。
5. 前記ロッドは前記三次元織物を構成する面内配列糸及び厚さ方向糸のいずれかの糸の配列方向と平行に挿入されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の三次元繊維結合体。
6. 前記ロッドは先端が鋭角の円錐状に形成されている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の三次元繊維結合体。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の三次元繊維結合体を骨格材としたことを特徴とする複合材。

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