JP6136858B2 - 三次元繊維構造体及び三次元繊維構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元繊維構造体及び三次元繊維構造体の製造方法に係り、詳しくは断面コ字状（Ｃ形）の本体と、前記本体の三つの面と直交する状態で前記本体と一体に形成されたリブとを備える三次元繊維構造体及び三次元繊維構造体の製造方法に関する。

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。複合材用の強化基材として三次元織物（三次元繊維構造体）がある。この三次元織物を強化基材として、樹脂をマトリックスとした複合材は航空機、自動車、船舶あるいは一般産業機器の構造用部材として用いられている。

構造用部材は、強度を高めるため横断面形状が矩形ではなく、例えば、Ｉ形、Ｔ形、Ｃ形（コ字状）のような断面形状に形成される。このうち、断面形状がコ字状の場合、図１３に示すように、ビーム構造体６０として、断面コ字状のビーム形主構造体６１とこのビーム形主構造体６１のウエブ部６１ａ及びフランジ部６１ｂに接合される補助部材（リブ）６２とから構成されるものが提案されている。（特許文献１参照）。補助部材６２は、ビーム形主構造体６１と別体に形成された後、ビーム形主構造体６１に接合される。補助部材６２は、箱型形状の炭素繊維織物材を複数枚積層し、炭素繊維糸を用いて板厚方向にステッチング処理することで互いにずれないように結合して形成された箱型のドライプリフォームを中央部で切断して形成される。

特開平９−１６８１号公報

特許文献１の構成では、ビーム構造体は、断面形状がコ字状のビーム形主構造体６１と補助部材６２とを別々に製造した後、両者を接合して製造される。そのため、製造工程が複雑になる。特に、補助部材６２は、箱型形状の炭素繊維織物材を複数枚積層し、炭素繊維糸を用いて板厚方向にステッチング処理することで互いにずれないように結合して形成された箱型のドライプリフォームを中央部で切断して形成されるため、その製造に手間が掛かる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造工程が単純で、三次元繊維構造体が大型であっても連続生産を容易にすることができる三次元繊維構造体及び三次元繊維構造体の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する三次元繊維構造体は、基板部と前記基板部の両端から前記基板部と直交する方向に平行に延びる２つの側板部とで断面コ字状に形成された本体と、前記基板部及び前記２つの側板部と直交する状態で前記本体と一体に形成されたリブとを備える三次元繊維構造体である。そして、前記本体は、経糸が前記基板部と前記側板部との交線の延びる方向に延びる多層織りで構成され、前記リブは、前記２つの側板部間で真っ直ぐに延びる経糸及び緯糸のいずれか一方と、前記経糸及び緯糸のいずれか一方と直交する状態で真っ直ぐに延びる緯糸又は経糸とで構成されている。

この構成によれば、断面コ字状の本体と直交する状態で一体に形成されたリブを有する三次元繊維構造体が、経糸と緯糸とで構成されているため、断面コ字状の三次元繊維構造体を製造する際に、リブと対応する部分における経糸と緯糸の配列状態を変更することにより製造することが可能となる。したがって、三次元繊維構造体の製造工程が単純で、三次元繊維構造体が大型であっても連続生産を容易にすることができる。

また、リブを構成する経糸及び緯糸のいずれが本体の２つの側板部間で真っ直ぐに延びる状態で配列されるのかは、三次元繊維構造体を製造する際、チャネル状（断面コ字状）の本体を構成するための経糸をどのような状態で経糸ビームと経糸支持部材との間に張設するかによって決まる。

前記リブは、前記本体の両端部に設けられ、前記本体及び前記リブは、前記基板部を底壁とする箱を形成していることが好ましい。この構成の三次元繊維構造体を強化基材として製造された繊維強化樹脂は、例えば、自動車部品の軽量化、衝突安全性能確保を目的に、自動車衝突時の衝突エネルギーを吸収する部材（クラッシュボックス）として用いられる。

前記リブは、前記本体の長手方向の中間部に複数設けられていることが好ましい。この構成の三次元繊維構造体を強化基材として製造された繊維強化樹脂は、例えば、軽量で高強度の構造用部材として用いることができる。

上記課題を解決する三次元繊維構造体の製造方法は、基板部と前記基板部の両端から前記基板部と直交する方向に平行に延びる２つの側板部とで断面コ字状に形成された本体と、前記基板部及び前記２つの側板部と直交する状態で前記本体と一体に形成されたリブとを備える三次元繊維構造体の製造方法である。そして、前記基板部及び前記２つの側板部を形成するための経糸を、経糸ビームと経糸支持部材との間に前記本体の断面形状に対応した状態で張設し、前記リブを形成するための経糸を、補助経糸用ビームと前記経糸支持部材との間に張設し、前記リブを形成するための経糸を、前記リブを形成しない箇所と対応する状態では前記基板部及び前記２つの側板部を形成するための経糸と同じ開口量となる状態で開口し、前記リブを形成する箇所と対応する状態では前記リブを形成する経糸が形成すべきリブを構成する緯糸層全層と直交する距離だけ往復移動するように開口して、隣り合う経糸層間に複数の緯糸を挿入する。ここで、「リブを構成する緯糸層全層と直交する距離」とは、両側板部が水平な状態となるように経糸が張設された状態では、両側板部間の距離となり、両側板部が上下方向に延びる状態となるように経糸が張設された状態では、両側板部の高さに対応する距離となる。

この構成によれば、製造開始時に、基板部及び２つの側板部を形成するための経糸が、経糸ビームと経糸支持部材との間に本体の断面形状に対応した状態で張設される。また、リブを形成するための経糸が、補助経糸用ビームと経糸支持部材との間に張設される。そして、リブを形成するための経糸は、リブを形成しない箇所と対応する状態では、基板部及び前記２つの側板部を形成するための経糸と同じ開口量となる状態で開口される。また、リブを形成する箇所と対応する状態では、リブを形成する経糸が形成すべきリブを構成する緯糸層全層と直交する距離ずつ往動あるいは復動するように開口される。その結果、断面コ字状の三次元繊維構造体を製造する場合とほぼ同様にして、断面コ字状の本体と、本体の三つの面と直交する状態で本体と一体に形成されたリブとを備える三次元繊維構造体を製造することができる。したがって、三次元繊維構造体の製造工程が単純で、三次元繊維構造体が大型であっても連続生産を容易にすることができる。

前記リブを所定間隔で複数設けるように前記リブを形成するための経糸を開口することが好ましい。この構成によれば、断面コ字状でリブを所定間隔で備えた構造材（ビーム）として好適な繊維強化複合材の強化基材となる三次元繊維構造体を効率良く生産することができる。

前記リブが接近した状態で２つ形成された箇所が複数箇所、形成すべき箱に対応する間隔をおいて設けられるように前記リブを形成するための経糸を開口して、中間体としての三次元繊維構造体を前記の三次元繊維構造体の製造方法により製造した後、前記中間体を前記リブが接近した状態で２つ形成された箇所において切断して、有底箱状の三次元繊維構造体を製造することが好ましい。この構成によれば、有底箱状の三次元繊維構造体を効率良く生産することができる。

本発明によれば、製造工程が単純で、三次元繊維構造体が大型であっても連続生産を容易にすることができる。

（ａ）は一実施形態の三次元繊維構造体の概略斜視図、（ｂ）は側板部及びリブを基板部と平行な平面で切断した概略部分端面図、（ｃ）は本体及びリブをリブと平行で、かつ緯糸を含む平面で切断した概略端面図。 基板部を基板部と平行で、かつ経糸を含む平面で切断した概略部分端面図。 （ａ）は側板部及びリブを基板部と平行、かつ図１（ｂ）の切断面に対して経糸配列間隔の１ピッチ分ずれた平面で切断した概略部分断面図、（ｂ）は基板部及び側板部をリブと平行で、かつ緯糸を含む平面で切断した概略断面図。 三次元繊維構造体の織成状態を示す概略側面図。 三次元繊維構造体の織成状態を示す概略平面図。 三次元繊維構造体の織成開始時における経糸の張設状態を示す概略斜視図。 三次元繊維構造体のリブの部分の織成状態を示す概略側面図。 三次元繊維構造体のリブの部分の織成状態を示す概略側面図。 別の実施形態の三次元繊維構造体の概略斜視図。 図９の三次元繊維構造体の製造途中の概略部分斜視図。 別の実施形態の織成開始時における経糸の張設状態を示す概略斜視図。 （ａ）は別の実施形態の三次元繊維構造体の概略斜視図、（ｂ）は基板部及びリブを側板部と平行で、かつ経糸を含む平面で切断した概略部分端面図。 従来技術を示す概略斜視図。

（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８にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、三次元繊維構造体１０は、断面コ字状に形成された本体１１と、本体１１と一体に形成されたリブ１２とを備える。本体１１は、基板部１１ａと、基板部１１ａの両端から基板部１１ａと直交する方向に平行に延びる２つの側板部１１ｂとで断面コ字状に形成されている。この実施形態では、側板部１１ｂは基板部１１ａの上下方向における両端から水平に突出するように形成されている。リブ１２は、基板部１１ａ及び２つの側板部１１ｂと直交する状態で本体１１と一体に形成されている。リブ１２は、所定間隔をおいて複数設けられている。図１（ａ）では、リブ１２が２個存在する三次元繊維構造体１０を図示しているが、目的に合わせて、本体１１の長さやリブ１２の数やリブ１２の間隔が設定される。

図１（ｂ），（ｃ）、図２、図３（ａ），（ｂ）に示すように、本体１１は、経糸ｘ１が基板部１１ａと側板部１１ｂとの交線の延びる方向、即ち三次元繊維構造体１０の長手方向に延び、緯糸ｙが基板部１１ａと直交し、側板部１１ｂと平行に延びるように配列された多層織りで構成されている。

詳述すると、図１（ｃ）、図３（ｂ）に示すように、基板部１１ａ及び側板部１１ｂを構成する緯糸ｙは、側板部１１ｂと平行かつ基板部１１ａと直交する状態で、複数層に配列されている。また、図１（ｂ）、図２、図３（ａ）に示すように、基板部１１ａ及び側板部１１ｂを構成する経糸ｘ１は、基板部１１ａ及び側板部１１ｂを構成する上下方向において隣り合う各層の緯糸ｙと交互に係合する状態で波状に配列されている。

図１（ｃ）に示すように、リブ１２には、三次元繊維構造体１０の長手方向に延びる経糸ｘ１は存在せず、図１（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、リブ１２は、２つの側板部１１ｂ間で真っ直ぐに延びる経糸ｘ２と、経糸ｘ２と直交する状態で真っ直ぐ延びる緯糸ｙとで構成されている。なお、各経糸ｘ２は、側板部１１ｂを構成する経糸ｘ１と連続している。また、緯糸ｙは、図１、図２、図３で図示するように、各層毎に独立した状態で挿入された構成であっても、三次元繊維構造体１０の幅方向の端部において折り返して隣の層の緯糸ｙに連続する状態で挿入された構成であってもよい。

経糸ｘ１，ｘ２及び緯糸ｙには、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、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、高弾性率の有機繊維等が使用され、要求性能に応じて適宜選択される。例えば、剛性・強度の要求性能が高い場合は、炭素繊維が好ましい。

次に前記のように構成された三次元繊維構造体１０の製造方法を説明する。三次元繊維構造体１０の製造に使用する製織装置は、図４に示すように、経糸ｘ１を供給する経糸ビーム２０と、経糸ビーム２０から供給される経糸ｘ１の一端を固定する経糸支持部材２１とを備えており、経糸ビーム２０と経糸支持部材２１との間には織前枠２２が配置されている。

図４及び図５に示すように、経糸ビーム２０と織前枠２２との間には、基板部１１ａを形成するための経糸ｘ１の開口を行う本体用ヘルド枠としての基板部用ヘルド枠２３と、側板部１１ｂを形成するための経糸ｘ１の開口を行う本体用ヘルド枠としての側板部用ヘルド枠２４とを備えている。なお、図４は側板部用ヘルド枠２４の図示が省略されており、側板部用ヘルド枠２４は図５にのみ図示されている。基板部用ヘルド枠２３及び側板部用ヘルド枠２４は、それぞれ独立して駆動可能に構成されている。図５に示すように、各基板部用ヘルド枠２３及び各側板部用ヘルド枠２４は、それぞれ駆動すべき経糸ｘ１の配列幅に対応した幅に形成されている。

基板部用ヘルド枠２３は、基板部１１ａを構成する経糸ｘ１の層数をｎとしたとき２（ｎ−１）個設けられており、一層を構成する経糸ｘ１のうち一本おきの一組の経糸ｘ１と、他の一組の経糸ｘ１とがそれぞれ隣り合う基板部用ヘルド枠２３で駆動されるようになっている。

上側の側板部１１ｂを形成する経糸ｘ１の開口を行う側板部用ヘルド枠２４の数は、側板部１１ｂを形成する経糸ｘ１の層数をｎとしたとき２（ｎ−１）個設けられており、一層を構成する経糸ｘ１のうち一本おきの一組の経糸ｘ１と、他の一組の経糸ｘ１とがそれぞれ隣り合う側板部用ヘルド枠２４で駆動されるようになっている。下側の側板部１１ｂを形成する経糸ｘ１のうち最上層を構成する経糸ｘ１は、補助経糸用ビーム２５から供給される経糸ｘ２の一部で構成され、その開口はリブ用ヘルド枠２７により行われる。下側の側板部１１ｂを構成する経糸ｘ１のうち最上層より下側の層を構成する経糸ｘ１が経糸ビーム２０から供給される。そのため、下側の側板部１１ｂを構成する経糸ｘ１の開口を行う側板部用ヘルド枠２４の数は、側板部１１ｂを形成する経糸ｘ１の層数をｎとしたとき２（ｎ−２）個設けられている。

なお、図４及び図５においては、図示の都合上、経糸ｘ１の層数は、前述した三次元繊維構造体１０の場合の経糸ｘ１の層数より少なく図示しており、基板部用ヘルド枠２３及び側板部用ヘルド枠２４の数も必要数より少なく図示している。また、図１〜図３に図示した基板部１１ａ及び側板部１１ｂを構成する経糸ｘ１の本数に対応すれば、側板部用ヘルド枠２４の数は基板部用ヘルド枠２３の数に比べて半分以下になるが、図５では便宜上同じ数で図示している。

製織装置は、リブ１２を形成するための経糸ｘ２を供給する補助経糸用ビーム２５を備えている。補助経糸用ビーム２５は、基板部用ヘルド枠２３及び側板部用ヘルド枠２４より上方位置に配設され、補助経糸用ビーム２５から供給される経糸ｘ２は、ガイドバー２６を経て一端が経糸支持部材２１に固定される。側板部用ヘルド枠２４と経糸支持部材２１との間には、経糸ｘ２の開口を行うリブ用ヘルド枠２７が設けられている。リブ用ヘルド枠２７は一対設けられ、それぞれ駆動すべき経糸ｘ２の配列幅に対応した幅に形成されている。経糸ｘ２は、リブ１２を構成するだけではなく、下側の側板部１１ｂを構成する経糸層の最上層を構成するのに使用される。そのため、リブ用ヘルド枠２７は、リブ１２以外の箇所が製織される状態では、下側の側板部１１ｂの４層目の緯糸ｙの緯入れを可能にするように側板部用ヘルド枠２４と同期して駆動されるようになっている。

なお、図４及び図５に示すように、織前枠２２とリブ用ヘルド枠２７との間には筬２８が配置されている。また、基板部用ヘルド枠２３、側板部用ヘルド枠２４、リブ用ヘルド枠２７は、例えば、ドビー装置等の開口装置で駆動されるが、ジャガード装置で経糸ｘ１，ｘ２を開口してもよい。

次に前記の製織装置による三次元繊維構造体１０の製造方法を説明する。
先ず、基板部１１ａ及び２つの側板部１１ｂを形成するための経糸ｘ１が、図６に示すように、断面コ字状となるように張設される。経糸ｘ１は、経糸支持部材２１と経糸ビーム２０との間に設けられた基板部用ヘルド枠２３及び側板部用ヘルド枠２４を介して張設される。また、リブ１２及び側板部１１ｂの一部を構成する経糸ｘ２が経糸支持部材２１と補助経糸用ビーム２５との間に張設される。経糸ｘ２は、リブ１２を構成する他に、下側の側板部１１ｂを形成する経糸層の最上層の経糸ｘ１を構成するため、経糸ｘ２は、下側の側板部１１ｂを形成する経糸ｘ１層の上に配置される状態で経糸支持部材２１と補助経糸用ビーム２５との間に張設される。経糸ｘ１及び経糸ｘ２は、それぞれ対応する基板部用ヘルド枠２３、側板部用ヘルド枠２４、リブ用ヘルド枠２７に支持されたヘルド（図示せず）の目を貫通する状態で張設される。

経糸ｘ１及び経糸ｘ２が製織開始の位置に張設された状態から製織が開始される。
経糸開口への緯糸ｙの挿入は、図示しない、１つのシャトルを用いて行われる。また、シャトルが同じ高さ位置で往復移動することによりシャトルによる緯入れが行われるように、基板部１１ａ及び側板部１１ｂの各層を構成する経糸ｘ１の開口動作を行う基板部用ヘルド枠２３及び側板部用ヘルド枠２４は、各層の経糸開口位置が同じとなるように順次駆動される。また、リブ１２を構成する経糸ｘ２は、リブ１２と対応する以外の箇所では下側の側板部１１ｂの経糸ｘ１として機能するように製織されるため、リブ用ヘルド枠２７は、リブ１２以外の箇所が製織される状態では、下側の側板部１１ｂの下から４層目の緯糸ｙの緯入れを可能にするように側板部用ヘルド枠２４と同期して駆動される。

三次元繊維構造体１０の製織は、本体１１の上側から下側に向かって緯糸ｙが順次挿入されるように行われる。
先ず、基板部用ヘルド枠２３、側板部用ヘルド枠２４が駆動されて、シャトルによる緯入れが可能な位置に経糸ｘ１による経糸開口が形成され、かつ各層を構成する経糸ｘ１が、挿入される緯糸ｙに対して１本置きに同じ側を通る位置に配置されるように、基板部用ヘルド枠２３、側板部用ヘルド枠２４が順次移動されて形成された経糸開口内に緯糸ｙが挿入される。シャトルが経糸開口内を往動すると、基板部用ヘルド枠２３、側板部用ヘルド枠２４は、次の層の経糸開口がシャトルの復動箇所に形成されるように駆動され、その経糸開口内をシャトルが復動する。以下、順次同様にしてシャトルによる緯糸ｙの緯入れが行われる。

リブ用ヘルド枠２７は、上側の側板部１１ｂの最下層より一層上の層及び対応する基板部１１ａの層まで緯入れが完了するまでは、開口動作を行わずに待機する。そして、次の緯入れが行われるのに先立って、一方のリブ用ヘルド枠２７が開口位置に移動される。この開口位置は、基板部１１ａ及び側板部１１ｂを形成するための一層分の緯糸ｙを挿入可能な位置ではなく、２つの側板部１１ｂの間に挿入される全層分の緯糸ｙを挿入可能な位置になる。

その状態で基板部用ヘルド枠２３が駆動されて、リブ１２及びリブ１２と対応する箇所の基板部１１ａを生成する緯糸ｙの配列が行われる。リブ用ヘルド枠２７は、次の緯入れから下側の側板部１１ｂの最上層を形成するための緯入れが行われるまでは、開位置に停止され、基板部用ヘルド枠２３のみ順次上層寄りの経糸開口から順に、経糸開口をシャトルの緯入れ可能な状態にするように駆動されて、経糸ｘ１の開口内にシャトルにより緯入れが行われる。

基板部１１ａを形成する経糸開口内に挿入される緯糸ｙは、リブ１２をも形成するため、リブ用ヘルド枠２７は、下側のリブ１２の最上層を形成するための緯入れが開始されるまでは、側板部用ヘルド枠２４と共にその駆動が停止される。そして、リブ１２の箇所では、図７及び図８に示すように、リブ１２を構成する経糸ｘ２は、側板部１１ｂを構成するｘ１のように上下方向において隣り合う層を構成する緯糸ｙ間に跨るように波状に配列されるのではなく、上下２つの側板部１１ｂ間に配列される緯糸ｙと直交する状態で真っ直ぐに延びるように配列される。そのため、リブ用ヘルド枠２７は、リブ１２を形成すべき箇所においては、経糸ｘ２が両側板部１１ｂ間に対応する基板部１１ａを構成する全層分の緯糸ｙが基板部１１ａからリブ１２に連続して延びる状態で挿入可能となるように、開口状態が非常に大きくなる位置と開口を閉じる位置とに、対応する側板部１１ｂの全層の緯糸ｙと直交する距離ずつ往動あるいは復動するように移動される。

リブ１２及びリブ１２と対応する位置における基板部１１ａを形成する位置への緯糸ｙの挿入が終了すると、開位置に配置されていたリブ用ヘルド枠２７は閉位置に配置される。そして、下側の側板部１１ｂを形成する際は、リブ用ヘルド枠２７は、基板部用ヘルド枠２３及び側板部用ヘルド枠２４が経糸ｘ１の開口動作を行うのと同様に、経糸ｘ２が上下方向において隣り合う層を構成する緯糸ｙ間に跨るように波状に配列される範囲で駆動される。そして、下側の側板部１１ｂ及び対応する基板部１１ａの緯入れが完了して、三次元繊維構造体１０の長手方向における１層分の緯入れが完了すると、経糸支持部材２１が１ピッチ分移動され、前記と同様の動作が繰り返される。

本体１１の製織と、本体１１及びリブ１２の製織とが所定回数繰り返されて、予め設定された長さの三次元繊維構造体１０が製織されると、三次元繊維構造体１０に繋がる緯糸ｙ、経糸ｘ１及び経糸ｘ２が切断されて、三次元繊維構造体１０が取り出される。そして、三次元繊維構造体１０が必要な長さに切断されて、製品としての三次元繊維構造体１０が得られる。三次元繊維構造体１０は、例えば、繊維強化樹脂の強化基材として使用され、製造された繊維強化樹脂は軽量で高強度の構造用部材として用いられる。

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）三次元繊維構造体１０は、基板部１１ａと、基板部１１ａの両端から基板部１１ａと直交する方向に平行に延びる２つの側板部１１ｂとで断面コ字状に形成された本体１１と、基板部１１ａ及び２つの側板部１１ｂと直交する状態で本体１１と一体に形成されたリブ１２とを備える。そして、本体１１は、経糸ｘ１が基板部１１ａと側板部１１ｂとの交線の延びる方向に延び、緯糸ｙが経糸ｘ１と直交する多層織りで構成され、リブ１２は、２つの側板部１１ｂ間で真っ直ぐに延びる経糸ｘ２と、経糸ｘ２と直交する状態で真っ直ぐに延びる緯糸ｙとで構成されている。この構成によれば、断面コ字状の本体１１と直交する状態で一体に形成されたリブ１２を有する三次元繊維構造体１０が、経糸ｘ１，ｘ２と緯糸ｙとで構成されているため、断面コ字状の三次元繊維構造体１０を製造する際に、リブ１２と対応する部分における経糸と緯糸の配列状態を変更することにより製造することが可能となる。したがって、三次元繊維構造体１０の製造工程が単純で、三次元繊維構造体１０が大型であっても連続生産を容易にすることができる。

（２）リブ１２は、本体１１の長手方向の中間部に複数設けられている。したがって、この構成の三次元繊維構造体１０を強化基材として製造された繊維強化樹脂は、例えば、軽量で高強度の構造用部材として用いることができる。

（３）三次元繊維構造体１０の製造方法は、基板部１１ａ及び２つの側板部１１ｂを形成するための経糸ｘ１を、それぞれ独立して駆動可能に構成された本体用ヘルド枠としての基板部用ヘルド枠２３及び側板部用ヘルド枠２４に挿通した状態で、経糸ビーム２０と経糸支持部材２１との間に本体１１の断面形状に対応した状態で張設する。また、本体１１と、基板部１１ａ及び２つの側板部１１ｂと直交する状態で本体１１と一体に形成されるリブ１２を形成するための経糸ｘ２を、補助経糸用ビーム２５と経糸支持部材２１との間にリブ用ヘルド枠２７に挿通した状態で張設する。そして、リブ用ヘルド枠２７を、リブ１２を形成しない箇所と対応する状態では本体用ヘルド枠と同じ開口量となる状態で駆動し、リブ１２を形成する箇所と対応する状態では、リブ１２を形成する経糸ｘ２が形成すべきリブ１２を構成する緯糸層全層と直交する距離ずつ往動あるいは復動するように駆動する。その結果、従来技術と異なり、断面コ字状の三次元繊維構造体を製造する場合とほぼ同様にして、断面コ字状の本体１１と、本体１１の三つの面と直交する状態で本体１１と一体に形成されたリブ１２とを備える三次元繊維構造体１０を製造することができる。したがって、三次元繊維構造体１０の製造工程が単純で、三次元繊維構造体１０が大型であっても連続生産が容易になる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図９及び図１０にしたがって説明する。この実施形態は、三次元繊維構造体３０が有底箱状に形成されている点が前記実施形態と大きく異なっている。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。

図９に示すように、三次元繊維構造体３０は有底箱状に形成され、断面コ字状の本体１１には、両端部にリブ１２が形成されている。詳述すると、本体１１は基板部１１ａと２つの側板部１１ｂとで構成され、基板部１１ａ及び側板部１１ｂの端部と直交する状態でリブ１２が形成され、基板部１１ａが底壁、側板部１１ｂ及びリブ１２がそれぞれ対向する側壁を形成している。なお、図９においては、三次元繊維構造体３０を、一方の側板部１１ｂが下側になり、底壁となる基板部１１ａが上下方向に延びる状態に配置した状態で図示している。

この有底箱状の三次元繊維構造体３０は、図１０に示すように、リブ１２が接近した状態で２つ形成された箇所が複数箇所、形成すべき箱に対応する間隔をおいて設けられるように形成された中間体としての長尺状の三次元繊維構造体１０を所定位置で切断して形成される。図１０においては、分かり易くするため、接近して形成される２つのリブ１２の間隔を広く図示しているが、実際は、三次元繊維構造体１０を切断する切断刃がリブ１２を傷つけずに本体１１を切断可能な間隔があればよい。

図１０に示す三次元繊維構造体１０の製造は、第１の実施形態と基本的に同様に行われるが、リブ１２を一定の所定間隔で形成するのではなく、リブ１２が接近した状態で２つ形成された箇所が複数箇所、形成すべき箱に対応する間隔をおいて設けられるように形成する点が異なる。

この実施形態によれば、第１の実施形態の（１）に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（４）三次元繊維構造体３０は、基板部１１ａと基板部１１ａの両端部から基板部１１ａと直交する方向に平行に延びる２つの側板部１１ｂとで断面コ字状に形成された本体１１と、本体１１の両端部に設けられたリブ１２とを備える。本体１１及びリブ１２は、基板部１１ａを底壁とする箱を形成している。この構成の三次元繊維構造体３０を強化基材として製造された繊維強化樹脂は、例えば、自動車部品の軽量化、衝突安全性能確保を目的に、自動車衝突時の衝突エネルギーを吸収する部材（クラッシュボックス）として用いることができる。

（５）三次元繊維構造体３０は、箱状部が短い間隔をおいて連続的に形成された長尺状の三次元繊維構造体１０を切断して製造することができる。したがって、有底箱状の三次元繊維構造体３０を効率良く生産することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を図１１及び図１２にしたがって説明する。この実施形態の三次元繊維構造体１０の製造は、本体１１を形成するための経糸ｘ１を、経糸ビーム２０と経糸支持部材２１との間に張設する場合、図１１に示すように、経糸群２９がチャネル状即ち断面コ字状で、基板部１１ａとなる箇所が下側に位置し、側板部１１ｂとなる箇所が基板部１１ａとなる箇所に対して上側に突出する状態に張設する。

図１２（ｂ）に示すように、リブ１２を構成する経糸ｘ２は、前記両実施形態と異なり、リブ１２の他に側板部１１ｂの一部を構成するのではなく、基板部１１ａの一部を構成する。具体的には、基板部１１ａの両側板部１１ｂに挟まれた部分の最上層の経糸ｘ１となる。そして、リブ１２を形成する経糸ｘ２は、両側板部１１ｂ間において両側板部１１ｂと直交する方向に真っ直ぐに延びる状態で配列されるのではなく、両側板部１１ｂと平行、かつ基板部１１ａと垂直方向に真っ直ぐに延び、かつリブ１２の上端で折り返すように配列される。

また、緯糸ｙが、側板部１１ｂと直交する状態で経糸開口内に挿入される点も、両実施形態と異なる。緯糸ｙがシャトルを用いて緯入れされる場合、シャトルは、各側板部１１ｂ毎に往復動して両側板部１１ｂの緯入れを行うのではなく、一方の側板部１１ｂの外側面からその側板部１１ｂを貫通した後、他方の側板部１１ｂをその内側面から貫通した後、折り返して他方の側板部１１ｂを外側から貫通した後、一方の側板部１１ｂをその内側面から貫通する。そして、再び一方の側板部１１ｂの外側面から同様の動作を繰り返す。そのため、製造された三次元繊維構造体１０は、リブ１２が形成されていない部分の両側板部１１ｂ間に不要な緯糸ｙが多数配列された状態となる。不要な緯糸ｙは、製織終了後に除去される。

図１２（ａ）に示すように、この実施形態の三次元繊維構造体１０は、外観は第１の実施形態の三次元繊維構造体１０と基本的に同じであるが、リブ１２を構成する経糸ｘ２は、折り返し部を除き、基板部１１ａに対して垂直方向に延び、側板部１１ｂに対しては平行に延びるように配列される。また、リブ１２を構成する緯糸ｙは、基板部１１ａに対して平行に延び、側板部１１ｂに対しては垂直方向に延びるように配列される。

この実施形態においても、三次元繊維構造体１０は、基板部１１ａと、基板部１１ａの両端部から基板部１１ａと直交する方向に平行に延びる２つの側板部１１ｂとで断面コ字状に形成された本体１１と、基板部１１ａ及び２つの側板部１１ｂと直交する状態で本体１１と一体に形成されたリブ１２とを備える。そして、本体１１は、経糸ｘ１が基板部１１ａと側板部１１ｂとの交線の延びる方向に延び、緯糸ｙが経糸ｘ１と直交する多層織りで構成され、リブ１２は、２つの側板部１１ｂ間で真っ直ぐに延びる緯糸ｙと、緯糸ｙと直交する状態で真っ直ぐ延びる経糸ｘ２とで構成されている。この構成においても、断面コ字状の本体１１と直交する状態で一体に形成されたリブ１２を有する三次元繊維構造体１０が、経糸ｘ１，ｘ２と緯糸ｙとで構成されているため、断面コ字状の三次元繊維構造体１０を製造する際に、リブ１２と対応する部分における経糸と緯糸の配列状態を変更することにより製造することが可能となる。したがって、三次元繊維構造体１０の製造工程が単純で、三次元繊維構造体１０が大型であっても連続生産が容易になる。

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。
○ 緯糸ｙの挿入はシャトルを用いて行う方法に限らず、レピア織機のようにレピアを用いて挿入したり、エアジェット織機やウォータジェット織機のように流体噴射を利用して挿入したりしてもよい。しかし、シャトルを用いて折り返し状に挿入される方が好ましい。

○ 経糸開口へ挿入される緯糸ｙの挿入位置を変更せずに、経糸ｘ１が構成する各経糸層の開口量を変更して行う構成に代えて、緯糸ｙの挿入位置を経糸開口の位置に合わせて変更するようにしてもよい。

○ 緯糸ｙの挿入を異なる経糸開口へ順に１本ずつ行うのではなく、複数の経糸開口に並行して緯糸ｙの挿入を行うようにしてもよい。
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〜請求項３のいずれか一項に記載の三次元繊維構造体を強化繊維基材として含む繊維強化複合材料。

ｘ１，ｘ２…経糸、ｙ…緯糸、１０，３０…三次元繊維構造体、１１…本体、１１ａ…基板部、１１ｂ…側板部、１２…リブ、２０…経糸ビーム、２１…経糸支持部材、２３…本体用ヘルド枠としての基板部用ヘルド枠、２４…本体用ヘルド枠としての側板部用ヘルド枠、２５…補助経糸用ビーム、２７…リブ用ヘルド枠。

Claims (6)

1. 基板部と前記基板部の両端から前記基板部と直交する方向に平行に延びる２つの側板部とで断面コ字状に形成された本体と、前記基板部及び前記２つの側板部と直交する状態で前記本体と一体に形成されたリブとを備える三次元繊維構造体であって、
   前記本体は、経糸が前記基板部と前記側板部との交線の延びる方向に延びる多層織りで構成され、
   前記リブは、前記２つの側板部間で真っ直ぐに延びる経糸及び緯糸のいずれか一方と、前記経糸及び緯糸のいずれか一方と直交する状態で真っ直ぐに延びる緯糸又は経糸とで構成されていることを特徴とする三次元繊維構造体。
2. 前記リブは、前記本体の両端部に設けられ、前記本体及び前記リブは、前記基板部を底壁とする箱を形成している請求項１に記載の三次元繊維構造体。
3. 前記リブは、前記本体の長手方向の中間部に複数設けられている請求項１に記載の三次元繊維構造体。
4. 基板部と、前記基板部の両端から前記基板部と直交する方向に平行に延びる２つの側板部とで断面コ字状に形成された本体と、前記基板部及び前記２つの側板部と直交する状態で前記本体と一体に形成されたリブとを備える三次元繊維構造体の製造方法であって、
   前記基板部及び前記２つの側板部を形成するための経糸を、経糸ビームと経糸支持部材との間に前記本体の断面形状に対応した状態で張設し、
   前記リブを形成するための経糸を、補助経糸用ビームと前記経糸支持部材との間に張設し、
   前記リブを形成するための経糸を、前記リブを形成しない箇所と対応する状態では前記基板部及び前記２つの側板部を形成するための経糸と同じ開口量となる状態で開口し、前記リブを形成する箇所と対応する状態では前記リブを形成する経糸が形成すべきリブを構成する緯糸層全層と直交する距離だけ往復移動するように開口して、隣り合う経糸層間に複数の緯糸を挿入することを特徴とする三次元繊維構造体の製造方法。
5. 前記リブを所定間隔で複数設けるように前記リブを形成するための経糸を開口する請求項４に記載の三次元繊維構造体の製造方法。
6. 前記リブが接近した状態で２つ形成された箇所が複数箇所、形成すべき箱に対応する間隔をおいて設けられるように前記リブを形成するための経糸を開口して、中間体としての三次元繊維構造体を請求項４に記載の三次元繊維構造体の製造方法により製造した後、前記中間体を前記リブが接近した状態で２つ形成された箇所において切断して、有底箱状の三次元繊維構造体を製造する三次元繊維構造体の製造方法。