JP6804229B2 - 面外補強糸の挿入方法及び繊維含有材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、面外補強糸の挿入方法及び繊維含有材料の製造方法に関する。

軽量性及び高い強度を有する材料には、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料が知られている。複合材料は、航空機、自動車及び船舶等に用いられている。複合材料は、シート状にしたものを重ねて用いられる。シート状の複合材料は、シート状の延びる面内方向と直交する面外方向に弱くなることがある。シート状の複合材料において、面外方向を補強する方法としては、シート状の複合材料を糸で縫う方法が知られている（特許文献１参照）。

米国特許第４７８６５４１号明細書

図１６は、従来のシート状の複合材料１００の概略構成図である。図１７は、従来のシート状の複合材料１００の概略断面図である。図１８は、図１６の領域Ａの拡大断面図である。シート状の複合材料１００は、図１６、図１７及び図１８に示すように、強化繊維１００ｆに樹脂を含浸させたものである。複合材料１００は、図１６、図１７及び図１８では、４層の複合材料の層が積層されたものが例示されている。複合材料１００は、図１７に示すように、４本の繊維層の中心軸１００ａ、１００ｂ、１００ｃ及び１００ｄを有する。４本の繊維層の中心軸１００ａ、１００ｂ、１００ｃ及び１００ｄは、面内方向に沿って延びている。複合材料１００は、面内方向には強化繊維１００ｆにより強度が高められているが、面外方向には強度が高められていない。そのため、複合材料１００は、図１６及び図１８に示すように、層間に層間破壊部１００ｘが形成される可能性があるという問題があった。この問題に対応するため、特許文献１に記載の方法が知られている。

図１９は、改良した従来のシート状の複合材料２００の概略構成図である。図２０は、図１９の領域Ｂの拡大断面図である。改良した従来のシート状の複合材料２００は、シート状の複合材料１００を特許文献１の方法で改良したものである。複合材料２００は、図１９及び図２０に示すように、強化繊維２００ｆに樹脂を含浸させたものを、補強糸２０２で縫ったものである。複合材料２００は、図１９及び図２０では、４層の複合材料の層が積層されたものが例示されている。複合材料２００は、図２０に示すように、４本の繊維層の中心軸２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄを有する。４本の繊維層の中心軸２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄは、面内方向に沿って延びている。複合材料２００は、面外方向には補強糸２０２により強化されている。しかし、４本の繊維層の中心軸２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄは、補強糸２０２により蛇行が生じている。そのため、複合材料２００は、補強糸２０２によって面内方向の強度が複合材料１００と比較して低下する可能性があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させた繊維含有材料、面外補強糸の挿入方法及び繊維含有材料の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、面外補強糸の挿入方法は、平面に沿う方向に延びる強化繊維を含む母材を準備する準備工程と、準備した前記母材の内部に、前記平面に沿う方向と交差する方向に面外補強糸を挿入する面外補強糸挿入工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、面内補強糸を形成することなく面外補強糸を挿入するため、繊維含有材料において、面内方向の強度を高める強化繊維と、面外方向の強度を高める面外補強糸とを共存させることができるので、繊維含有材料の面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させることができる。

この構成において、前記準備工程の後、前記面外補強糸挿入工程の前に、前記母材に、前記平面に沿う方向と交差する方向に、前記面外補強糸を挿入するための孔を明ける孔明け工程をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、面外補強糸挿入工程で、孔明け工程で明けられた孔に面外補強糸が挿入されるため、面外補強糸を円滑に挿入することができる。

孔明け工程を含む構成において、前記孔明け工程は、前記母材に対し、前記平面に沿う方向と交差する方向にレーザを照射する孔明け部によって行われ、前記面外補強糸挿入工程は、前記母材に対し、前記平面に沿う方向と交差する方向に、前記面外補強糸となる繊維片を射出する繊維片射出部によって行われることが好ましい。この構成によれば、孔明け部を母材に対して非接触で孔明け工程を施し、繊維片射出部を母材に対して非接触で面外補強糸挿入工程を施すことができるので、孔明け工程及び面外補強糸挿入工程を素早くかつ正確に施すことができる。また、繊維片射出部で射出する繊維片の長さを制御することで、面外補強糸の長さを制御することができる。

あるいは、孔明け工程を含む構成において、前記孔明け工程は、前記母材に挿入される挿入針によって行われ、前記面外補強糸挿入工程は、前記母材に挿入される挿入繊維が穴に通された前記挿入針によって行われ、前記面外補強糸挿入工程の後に、前記母材に挿入された前記挿入繊維を前記母材の両面側において切断して、切断後の前記挿入繊維を前記面外補強糸とする切断工程をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、挿入針で孔明け工程と面外補強糸挿入工程とを連続して施すことができるので、孔明け工程及び面外補強糸挿入工程を素早くかつ正確に施すことができる。また、切断工程で面外補強糸の切断位置を制御することで、面外補強糸の長さを制御することができる。

これらの構成において、前記準備工程では、前記母材の少なくとも一方の面に保護シートを設け、前記面外補強糸挿入工程では、前記母材及び前記保護シートの内部に、前記平面に沿う方向と交差する方向に前記面外補強糸を挿入することが好ましい。この構成によれば、母材の平面に沿う方向と交差する方向の厚さよりも長く、母材から厚さの方向の少なくとも一方に突き出した面外補強糸を容易に挿入することができるので、面外補強糸が突き出している側に別の部材と接着する場合に、突き出した面外補強糸により接着強度を向上させることができる。

準備工程で母材の少なくとも一方の面に保護シートを設ける構成において、前記面外補強糸挿入工程の後に、前記保護シートを除去するシート除去工程をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、シート除去工程により、繊維含有材料を使用する直前まで保護シートで保護された、繊維含有材料の面外補強糸が突き出している側の表面に、別の部材を接着することができる。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、繊維含有材料の製造方法は、上記のいずれかの面外補強糸の挿入方法により、前記強化繊維を含む母材の内部に前記面外補強糸が形成された繊維含有材料を製造することを特徴とする。

この構成によれば、面内方向の強度を高める強化繊維と、面外方向の強度を高める面外補強糸とを共存させた繊維含有材料を製造することができるので、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させた繊維含有材料を製造することができる。

この構成において、前記強化繊維に樹脂を含浸させる含浸工程をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、さらに軽量性及び高い強度を有する繊維含有材料を製造することができる。

含浸工程を含む構成において、前記面外補強糸挿入工程より後、かつ、前記含浸工程より後に、前記樹脂を硬化させる硬化工程をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、軽量性及び高い強度に合わせて安定した構造を有する繊維含有材料を製造することができる。

本発明によれば、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させた繊維含有材料、面外補強糸の挿入方法及び繊維含有材料の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る繊維含有材料の一例を示す概略断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態及び第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法に含まれる本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態及び第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、第１の実施形態において、母材が孔明けされている状態の概略断面図である。 図４は、第１の実施形態において、母材に繊維片が射出されている状態の概略断面図である。 図５は、図４の繊維片の一例を示す概略図である。 図６は、図４の繊維片の別の一例を示す概略図である。 図７は、第２の実施形態において、母材が孔明けされる前の状態の概略断面図である。 図８は、第２の実施形態において、母材が孔明け及び面外補強糸が挿入されている状態の概略断面図である。 図９は、第２の実施形態において、母材に挿入された面外補強糸が切断されている状態の概略断面図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態に係る繊維含有材料の一例を示す概略断面図である。 図１１は、第３の実施形態において、保護シートが配置された母材の概略断面図である。 図１２は、図１０の繊維含有材料の前駆体の一例を示す概略断面図である。 図１３は、本発明の第４の実施形態に係る繊維含有材料の一例を示す概略断面図である。 図１４は、第４の実施形態において、保護シートが配置された母材の概略断面図である。 図１５は、図１３の繊維含有材料の前駆体の一例を示す概略断面図である。 図１６は、従来のシート状の複合材料の概略構成図である。 図１７は、従来のシート状の複合材料の概略断面図である。 図１８は、図１６の領域Ａの拡大断面図である。 図１９は、改良した従来のシート状の複合材料の概略構成図である。 図２０は、図１９の領域Ｂの拡大断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る繊維含有材料の一例である繊維含有材料１０を示す概略断面図である。繊維含有材料１０は、図１で概略断面図が示されているが、面外方向から見た平面図における形状は、いかなる形状でもよい。繊維含有材料１０は、図１に示すように、母材１２と、面外補強糸１４と、を含む。母材１２は、平面に沿う方向である面内方向に延びる材料であり、面内方向に延びる強化繊維１２ｆを含む。母材１２は、これに限定されず、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向である面外方向に湾曲部を有していても良く、段差部を有していてもよい。面外補強糸１４は、母材１２の内部に、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向である面外方向に沿って延びて形成されている。面外補強糸１４は、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向の厚さと同じ長さである。繊維含有材料１０は、図１では、面外補強糸１４が母材１２の平面に沿う方向において均一に分布しているが、本発明はこれに限定されることなく、面外補強糸１４が不均一に分布していてもよい。繊維含有材料１０は、例えば、母材１２に湾曲部又は段差部がある場合、母材１２の応力のかかる場所である湾曲部又は段差部に面外補強糸１４が高密度に分布していることが好ましい。面外補強糸１４は、母材１２の平面に沿う方向と直交することが好ましい。繊維含有材料１０は、母材１２の平面に沿う方向と交差する面外補強糸１４のみを有し、母材１２の平面に沿う方向、すなわち母材１２の平面に平行な方向の補強糸を有さないことが好ましい。

強化繊維１２ｆは、５μｍ以上７μｍ以下の範囲内の基本繊維を数１００本から数１０００本程度束ねたものが例示される。強化繊維１２ｆを構成する基本繊維は、いずれも炭素繊維が例示される。強化繊維１２ｆを構成する基本繊維は、これに限定されず、その他のプラスチック繊維、ガラス繊維又は金属繊維でもよい。

母材１２は、強化繊維１２ｆを含むプリフォーム、及び強化繊維１２ｆに樹脂を含浸させた複合材料が例示される。強化繊維１２ｆに含浸される樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂が例示される。熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、強化繊維１２ｆに含浸される樹脂は、これに限定されず、その他の樹脂でもよい。

強化繊維１２ｆに含浸される樹脂が熱硬化性樹脂の場合、熱硬化性樹脂は、軟化状態と、硬化状態と、半硬化状態となることができる。軟化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させる前の状態である。軟化状態は、自己支持性を有さない状態であり、支持体に支持されていない場合に形状を保持できない状態である。軟化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。硬化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させた後の状態である。硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。硬化状態は、加熱されても、熱硬化樹脂が熱硬化反応をすることができない状態である。半硬化状態は、軟化状態と硬化状態との間の状態である。半硬化状態は、硬化状態よりも弱い程度の熱硬化を熱硬化性樹脂にさせた状態である。半硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。半硬化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。強化繊維１２ｆが熱硬化性樹脂に含浸された複合材料は、熱硬化性樹脂が半硬化状態であるプリプレグであるか、又は熱硬化性樹脂が硬化状態であることが好ましい。

面外補強糸１４は、５μｍ以上７μｍ以下の範囲内の基本繊維を数１００本から数１０００本程度束ねたものが例示される。面外補強糸１４を構成する基本繊維は、いずれもナイロン繊維が例示される。面外補強糸１４を構成する基本繊維は、これに限定されず、その他のプラスチック繊維、炭素繊維、ガラス繊維又は金属繊維でもよい。

繊維含有材料１０は、面内方向の強度を高める強化繊維１２ｆと、面外方向の強度を高める面外補強糸１４とが、繊維層の中心軸を蛇行させることなく共存できるので、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させることができる。

繊維含有材料１０は、面外補強糸１４が母材１２の平面に沿う方向と交差する方向の厚さと同じ長さであるので、繊維含有材料１０の形状が変更されることなく、面外方向の強度が向上する。

繊維含有材料１０は、母材１２が強化繊維１２ｆに樹脂を含浸させた複合材料である場合、さらに軽量性及び高い強度を有することができる。

第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法に含まれる第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理について以下に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態及び第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法に含まれる本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態及び第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理の一例を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、図２に示すように、準備工程Ｓ１２と、孔明け工程Ｓ１４と、面外補強糸挿入工程Ｓ１６と、を含む。

図２に示す準備工程Ｓ１２は、強化繊維１２ｆを含む母材１２を準備する工程である。詳細には、準備工程Ｓ１２は、孔明け工程Ｓ１４を施す図３に示す孔明け部２２に母材１２を準備する工程である。なお、後述するように、孔明け工程Ｓ１４が省略される場合、準備工程Ｓ１２は、面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施す図４に示す繊維片射出部２４に母材１２を準備する工程である。

図３は、第１の実施形態において、母材１２が孔明けされている状態の概略断面図である。母材１２は、図３では、孔明け部２２により母材１２の一方の面、すなわち図３における上側から、平面に沿う方向と交差する方向に沿って、貫通した孔１６が形成されている。貫通した孔１６は、後述する面外補強糸挿入工程Ｓ１６で面外補強糸１４が挿入されるための孔である。孔明け部２２は、図３に示すように、母材１２に対して、母材１２の一方の面から、平面に沿う方向と交差する方向に沿って孔を明けて、貫通した孔１６を形成する。孔明け部２２は、図３では、母材１２に対して、母材１２の一方の面から、平面に沿う方向と交差する方向に沿ってレーザＬを照射するレーザ照射部が例示されている。

図２における孔明け工程Ｓ１４は、準備工程Ｓ１２の後、面外補強糸挿入工程Ｓ１６の前に、母材１２に、平面に沿う方向と交差する方向に沿って、面外補強糸１４を挿入するための孔１６を明ける工程である。詳細には、孔明け工程Ｓ１４は、孔明け部２２により、母材１２に対し、平面に沿う方向と交差する方向にレーザＬを照射して行われる。孔明け部２２は、レーザＬの照射面積及び照射強度を制御することで、孔１６の平面に沿う方向の大きさを制御して、その後の面外補強糸挿入工程Ｓ１６で挿入される繊維片１８が貫通して抜け出さない位置となるように挿入され、貫通して抜け出してしまわないように制御することができる。なお、母材１２に孔１６を形成しなくても、母材１２の内部に図４に示す繊維片１８の挿入が可能な場合には、孔明け工程Ｓ１４を省略することができる。孔明け工程Ｓ１４を省略した場合、後述する面外補強糸挿入工程Ｓ１６で挿入される繊維片１８が、実質的に孔明け工程Ｓ１４を施すこととなる。

図４は、第１の実施形態において、母材１２に繊維片１８が射出されている状態の概略断面図である。母材１２は、図４では、繊維片射出部２４により母材１２の一方の面、すなわち図４における上側から、平面に沿う方向と交差する方向に沿って、孔明け工程Ｓ１４で形成された孔１６に繊維片１８が射出されて挿入されている。繊維片射出部２４は、図４に示すように、母材１２に形成された孔１６に対して、母材１２の一方の面から、平面に沿う方向と交差する方向に沿って、面外補強糸１４となる繊維片１８を射出して挿入する。繊維片射出部２４は、エアで繊維片１８を射出する装置が例示される。繊維片射出部２４は、繊維片１８の射出速度を制御することで、孔１６に貫通して抜け出さない位置となるように挿入され、貫通して抜け出してしまわないように制御することができる。

図５は、図４の繊維片１８の一例である繊維片１８ａを示す概略図である。図６は、図４の繊維片１８の別の一例である繊維片１８ｂを示す概略図である。繊維片１８ａは、図５に示すように、基本繊維の束１８ｆと、基本繊維の束１８ｆを覆う樹脂１８ｒと、を含む。繊維片１８ｂは、図６に示すように、基本繊維の束１８ｆと、基本繊維の束１８ｆを覆う樹脂１８ｒと、を含む。基本繊維の束１８ｆは、面外補強糸１４と同様の基本繊維を束ねたものが例示される。基本繊維の束１８ｆは、基本繊維の本数を減少させることで、細くすることができ、基本繊維の本数を増加させることで、太くすることができる。また、基本繊維の束１８ｆは、基本繊維の本数を減少させることで、形成される面外補強糸１４を細くすることができ、基本繊維の本数を増加させることで、形成される面外補強糸１４を太くすることができる。樹脂１８ｒは、強化繊維１２ｆに含浸させる樹脂と同様のものが例示される。繊維片１８ａと繊維片１８ｂとは、樹脂１８ｒの量が異なるため、全体の形状が異なる。このように、繊維片１８は、樹脂１８ｒの量を制御することで、基本繊維の束１８ｆに束ねられた基本繊維の本数を変更することなく、全体の形状を制御することができる。繊維片１８は、全体の形状を制御することで、孔１６に貫通して抜け出さない位置となるように挿入され、貫通して抜け出してしまわない形状に制御することができる。ただし、樹脂１８ｒは、硬化した状態であっても、未硬化の状態であっても、どちらでもよい。また、繊維片１８は、樹脂１８ｒを含まなくても良い。その場合、繊維片１８は、基本繊維の束１８ｆのみとなる。

図２における面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、準備した母材１２の内部に、平面に沿う方向と交差する方向に面外補強糸１４を挿入する工程である。面外補強糸挿入工程Ｓ１６では、準備した母材１２の内部に、平面に沿う方向と交差する方向にのみ面外補強糸１４を挿入することが好ましい。詳細には、面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、繊維片射出部２４により、母材１２に対し、平面に沿う方向と交差する方向に沿って、繊維片１８を射出して行われる。母材１２は、面外補強糸挿入工程Ｓ１６を経て、繊維含有材料１０となる。また、母材１２に挿入された繊維片１８は、面外補強糸１４となる。

第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、面外補強糸挿入工程Ｓ１６で面内補強糸を形成することなく面外補強糸１４を挿入する。そのため、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維含有材料１０において、面内方向の強度を高める強化繊維１２ｆと、面外方向の強度を高める面外補強糸１４とを共存させることができるので、繊維含有材料１０の面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させることができる。

第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、面外補強糸挿入工程Ｓ１６で面外補強糸１４を曲げることなく挿入する。そのため、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、面外補強糸１４及び面外補強糸１４となる繊維片１８には、強化繊維１２ｆよりも柔らかいものも、硬いものも、用いることができる。また、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、面外補強糸１４及び面外補強糸１４となる繊維片１８には、強化繊維１２ｆよりも細いものも、太いものも、用いることができる。ここで、強化繊維１２ｆよりも柔らかい繊維片１８は、基本繊維が強化繊維１２ｆよりも柔らかい基本繊維を含む繊維が例示される。強化繊維１２ｆよりも硬い繊維片１８は、基本繊維が強化繊維１２ｆよりも硬い基本繊維を含む繊維が例示される。強化繊維１２ｆよりも細い繊維片１８は、基本繊維の本数が強化繊維１２ｆより少ない繊維が例示される。強化繊維１２ｆよりも太い繊維片１８は、基本繊維の本数が強化繊維１２ｆより多い繊維が例示される。

第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、孔明け工程Ｓ１４を省略しない場合、面外補強糸挿入工程Ｓ１６で、孔明け工程Ｓ１４で明けられた孔１６に面外補強糸１４が挿入されるため、面外補強糸１４を円滑に挿入することができる。

第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、孔明け工程Ｓ１４が、母材１２に対し、平面に沿う方向と交差する方向にレーザＬを照射する孔明け部２２によって行われ、面外補強糸挿入工程Ｓ１６が、母材１２に対し、平面に沿う方向と交差する方向に、面外補強糸１４となる繊維片１８を射出する繊維片射出部２４によって行われる。そのため、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、孔明け部２２を母材１２に対して非接触で孔明け工程Ｓ１４を施し、繊維片射出部２４を母材１２に対して非接触で面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施すことができるので、孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を素早くかつ正確に施すことができる。

第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維片射出部２４で面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施す場合、繊維片射出部２４で射出する繊維片１８の長さを制御することで、面外補強糸１４の長さを制御することができる。そのため、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、母材１２の厚さと同じ長さの面外補強糸１４を挿入することができるので、繊維含有材料１０の形状を変更することなく、面外方向の強度を向上させることができる。また、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維含有材料１０の表面を円滑にすることができる。

第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法について、以下に説明する。第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理を含む。そのため、第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、詳細には、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法により、強化繊維１２ｆを含む母材１２の内部に面外補強糸１４が形成された繊維含有材料１０を製造することができる。したがって、第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させた繊維含有材料１０を製造することができる。

第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、強化繊維１２ｆに樹脂を含浸させる含浸工程を含むことが好ましい。第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、含浸工程を含む場合、母材１２が強化繊維１２ｆに樹脂を含浸させた複合材料である繊維含有材料１０を製造できるので、さらに軽量性及び高い強度を有する繊維含有材料１０を製造することができる。含浸工程は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法のどのタイミングで施されてもよい。

第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、含浸工程を含む場合、樹脂を硬化させる硬化工程を含むことが好ましい。第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、硬化工程を含む場合、母材１２が強化繊維１２ｆに樹脂を含浸させ、樹脂が半硬化状態又は硬化状態となった複合材料である繊維含有材料１０を製造できるので、軽量性及び高い強度に合わせて安定した構造を有する繊維含有材料１０を製造することができる。硬化工程は、面外補強糸挿入工程Ｓ１６より後、かつ、含浸工程より後で施されることが好ましく、この場合、樹脂が硬化する前に面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施すので、面外補強糸挿入工程Ｓ１６を円滑に施すことができる。

［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態において、母材１２が孔明けされる前の状態の概略断面図である。図８は、第２の実施形態において、母材１２が孔明け及び面外補強糸１４となる挿入繊維２８が挿入されている状態の概略断面図である。図９は、第２の実施形態において、母材１２に挿入された面外補強糸１４となる挿入繊維２８が切断されている状態の概略断面図である。本発明の第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法と同様に、第１の実施形態に係る繊維含有材料１０における面外補強糸１４を挿入する方法である。本発明の第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法において、孔明け部２２で孔明け工程Ｓ１４を施し、繊維片射出部２４で面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施すことに代えて、挿入針２６、切断部３２ａ及び切断部３２ｂで孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施すように変更し、さらに面外補強糸挿入工程Ｓ１６の後に切断工程が追加されたものである。第２の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

母材１２は、図７及び図８に示すように、挿入針２６により母材１２の一方の面、すなわち図７及び図８における上側から、平面に沿う方向と交差する方向に沿って、貫通した孔１６が形成される。挿入針２６は、図７及び図８に示すように、母材１２に対して、母材１２の一方の面から、平面に沿う方向と交差する方向に沿って孔を明けて、貫通した孔１６を形成する。挿入針２６は、詳細には、図７及び図８では、母材１２に対して、母材１２の一方の面から、平面に沿う方向と交差する方向に沿って挿入されることで、貫通した孔１６を形成する。孔明け工程Ｓ１４は、詳細には、母材１２に挿入針２６を挿入することで行われる。挿入針２６は、図７及び図８では、母材１２の平面に沿う方向に複数並べられている状態が例示されているが、本実施形態は挿入針２６が１つ以上の全ての形態を含む。

母材１２は、図７及び図８に示すように、挿入繊維２８が穴に通された挿入針２６により、挿入繊維２８が挿入される。挿入針２６は、母材１２に挿入される挿入繊維２８が穴に通されている。挿入針２６は、図７及び図８に示すように、挿入繊維２８が穴に通された状態で母材１２に挿入されることで、母材１２の内部に挿入繊維２８を挿入する。面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、詳細には、母材１２に挿入される挿入繊維２８が穴に通された挿入針２６により行われる。母材１２の内部に挿入された挿入繊維２８は、面外補強糸挿入工程Ｓ１６により、面外補強糸１４となる。

挿入繊維２８は、繊維片１８に含まれる基本繊維の束１８ｆと同様の基本繊維の束を含むものが例示される。挿入繊維２８は、基本繊維の束１８ｆと同様に、面外補強糸１４と同様の基本繊維を束ねたものが例示される。挿入繊維２８は、基本繊維の束１８ｆを覆う樹脂１８ｒと同様の樹脂をさらに含んでいてもよい。挿入繊維２８に含まれる基本繊維の束は、詳細には、基本繊維の束１８ｆと同様である。挿入繊維２８に含まれる樹脂は、詳細には、樹脂１８ｒと同様である。

母材１２は、図９に示すように、両面側において、挿入された挿入繊維２８が切断部３２ａ及び切断部３２ｂで切断されることで、内部に面外補強糸１４が形成される。詳細には、母材１２は、図９における上側の面である一方の面において挿入繊維２８が切断部３２ａで切断されて挿入繊維２８の一方の面側の余剰繊維３４ａが除去され、図９における下側の面である他方の面において挿入繊維２８が切断部３２ｂで切断されて挿入繊維２８の他方の面側の余剰繊維３４ｂが除去され、内部に挿入繊維２８の一部が残され、内部に残された挿入繊維２８の一部が面外補強糸１４となることで、内部に面外補強糸１４が形成される。母材１２は、図９に示すように、両面に沿って、挿入された挿入繊維２８が切断部３２ａ及び切断部３２ｂで切断されることが好ましく、この場合、内部に、母材１２の厚さと同じ長さの面外補強糸１４が形成される。

切断部３２ａ及び切断部３２ｂは、図９に示すように、母材１２の両面側において、挿入された挿入繊維２８を切断して、母材１２の内部に面外補強糸１４を形成する。詳細には、切断部３２ａは、母材１２の図９における上側の面である一方の面において挿入繊維２８を切断し、切断部３２ｂは、母材１２の図９における下側の面である他方の面において挿入繊維２８を切断し、母材１２の内部に挿入繊維２８の一部を残し、内部に残した挿入繊維２８の一部を面外補強糸１４とすることで、母材１２の内部に面外補強糸１４を形成する。切断部３２ａ及び切断部３２ｂは、図９に示すように、母材１２の両面に沿って、挿入された挿入繊維２８を切断して、母材１２の内部に、母材１２の厚さと同じ長さの面外補強糸１４を形成することが好ましい。切断部３２ａ及び切断部３２ｂは、いずれも、金属製の刃が例示される。ただし、切断部３２ａ及び切断部３２ｂは、これに限定されず、挿入繊維２８を切断可能なものであればよい。

切断工程は、面外補強糸挿入工程Ｓ１６の後に施される工程である。切断工程は、母材１２に挿入された挿入繊維２８を母材１２の両面側において切断して、切断後の挿入繊維２８を面外補強糸１４とする工程である。詳細には、切断工程は、母材１２に挿入された挿入繊維２８を、母材１２の一方の面側において切断部３２ａで切断して、母材１２の他方の面側において切断部３２ｂで切断して、切断後の挿入繊維２８を面外補強糸１４とする工程である。母材１２に挿入された挿入繊維２８を母材１２の両面に沿って切断して、切断後の挿入繊維２８を母材１２の厚さと同じ長さの面外補強糸１４とすることが好ましい。

第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、孔明け工程Ｓ１４が、母材１２に挿入針２６を挿入することで行われ、面外補強糸挿入工程Ｓ１６が、母材１２に挿入される挿入繊維２８が穴に通された挿入針２６により行われる。そのため、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、挿入針２６で孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を連続して施すことができるので、孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を素早くかつ正確に施すことができる。

第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、母材１２に挿入された挿入繊維２８を母材１２の両面側において切断して、切断後の挿入繊維２８を面外補強糸１４とする切断工程をさらに含む。そのため、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、切断工程における切断位置を制御することで、面外補強糸１４の長さを制御することができる。そのため、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、切断工程で母材１２に挿入された挿入繊維２８を母材１２の両面に沿って切断することで、母材１２の厚さと同じ長さの面外補強糸１４を形成することができるので、繊維含有材料１０の形状を変更することなく、面外方向の強度を向上させることができる。また、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維含有材料１０の表面を円滑にすることができる。

第２の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法について、以下に説明する。第２の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理を含む。そのため、第２の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、詳細には、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法により、強化繊維１２ｆを含む母材１２の内部に面外補強糸１４が形成された繊維含有材料１０を製造することができる。したがって、第２の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させた繊維含有材料１０を製造することができる。第２の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法における含浸工程及び硬化工程は、第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法における含浸工程及び硬化工程と同様である。

［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る繊維含有材料の一例である繊維含有材料４０を示す概略断面図である。第３の実施形態に係る繊維含有材料４０は、図１０に示すように、母材１２と、面外補強糸４４と、を含む。すなわち、第３の実施形態に係る繊維含有材料４０は、第１の実施形態に係る繊維含有材料１０において、面外補強糸１４を面外補強糸４４に変更したものである。第３の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

面外補強糸４４は、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向の厚さよりも長く、母材１２から厚さの方向の両面に突き出している点で、面外補強糸１４と異なる。面外補強糸４４は、長さ及び母材１２から突き出している点を除くその他の点で、面外補強糸１４と同様である。繊維含有材料４０は、面外補強糸４４が上記構成を有するので、面外補強糸４４が突き出している両面側に別の部材と接着する場合に、突き出した面外補強糸４４により接着強度を向上させることができる。詳細には、繊維含有材料４０は、突き出した面外補強糸４４が、接着される別の部材における面外補強糸となるので、接着強度を向上させることができる。また、繊維含有材料４０は、突き出した面外補強糸４４が、接着される別の部材との間でアンカー効果を生じさせるので、接着強度を向上させることができる。また、繊維含有材料４０は、突き出した面外補強糸４４が、接着される別の部材との間の接着層を保持することができるので、接着強度を向上させることができる。

第３の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法に含まれる第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理について以下に説明する。第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法において、準備工程Ｓ１２を以下に説明するように変更し、準備工程Ｓ１２の変更に伴って孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を以下に説明するように変更したものである。

図１１は、第３の実施形態において、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂが配置された母材１２であるシート積層体５０の概略断面図である。第３の実施形態にかかるシート積層体５０は、図１１に示すように、母材１２と、保護シート５２ａと、保護シート５２ｂと、を含む。

第３の実施形態における準備工程Ｓ１２は、母材１２の一方の面、すなわち図１１における上側の面に保護シート５２ａを配置し、母材１２の他方の面、すなわち図１１における下側の面に保護シート５２ｂを配置するという点で、第１の実施形態における準備工程Ｓ１２と異なる。第３の実施形態における準備工程Ｓ１２は、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂが配置される点を除くその他の点で、第１の実施形態における準備工程Ｓ１２と同様である。第３の実施形態における準備工程Ｓ１２は、母材１２の両面に保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂを設けることにより、シート積層体５０を形成することで、強化繊維１２ｆを含む母材１２を準備する工程である。

図１２は、図１０の繊維含有材料４０の前駆体の一例である繊維含有材料５５を示す概略断面図である。第３の実施形態に係る繊維含有材料５５は、図１２に示すように、母材１２と、保護シート５２ａと、保護シート５２ｂと、面外補強糸４４と、を含む。面外補強糸４４は、母材１２と保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂとの内部に、母材１２と保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂとを貫通して、平面に沿う方向と交差する方向である面外方向に沿って延びて形成されている。

保護シート５２ａは、面外補強糸４４が突き出している側の母材１２の一方の面、すなわち図１２における上側の面に設けられている。保護シート５２ｂは、面外補強糸４４が突き出している側の母材１２の他方の面、すなわち図１２における下側の面に設けられている。

保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂは、ナイロン製又はポリエステル製のシート、及び柔軟性を有するパネル等のいずれかを１枚又は複数枚積層させたものが例示される。保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂは、これに限定されず、その他の保護シートでもよい。保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂは、上記例示の材料を積層する枚数を制御することで、厚さを制御することができる。

保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂは、繊維含有材料５５において、母材１２の表面が傷つくこと及び汚れが付着することを抑制することができる。また、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂは、繊維含有材料５５において、面外補強糸４４の引張を抑制することができる。

保護シート５２ａは、面外補強糸４４が母材１２の一方の面から突き出している長さと同じ厚さを有する。また、保護シート５２ｂは、面外補強糸４４が母材１２から他方の面から突き出している長さと同じ厚さを有する。すなわち、面外補強糸４４は、母材１２と保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂとの厚さの合計と同じ長さである。そのため、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂは、いずれも、面外補強糸４４の引張をより抑制することができる。また、面外補強糸４４は、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂの厚さを制御することで、長さを制御することができる。

第３の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施す対象が、母材１２に代えてシート積層体５０となる点で、第１の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６と異なる。詳細には、第３の実施形態における孔明け工程Ｓ１４は、母材１２と保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂとに貫通した孔１６と同様の孔を形成する。また、第３の実施形態における面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、第３の実施形態における孔明け工程Ｓ１４で形成された孔に面外補強糸４４を挿入する。

第３の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、上記の異なる点を除くその他の点で、第１の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６と同様である。シート積層体５０は、孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６が施されることで、繊維含有材料５５となる。繊維含有材料５５は、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂを除去するシート除去工程を経て、繊維含有材料４０として使用される。

第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で、母材１２の両面に保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂを設け、面外補強糸挿入工程Ｓ１６で、母材１２と保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂとの内部に、平面に沿う方向と交差する方向に面外補強糸４４を挿入する。そのため、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向の厚さよりも長く、母材１２から厚さの方向に突き出した面外補強糸４４を挿入することができる。したがって、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維含有材料４０の面外補強糸４４が突き出している側に別の部材と接着する場合に、突き出した面外補強糸４４により接着強度を向上させることができる。さらに、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で設ける保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂの厚さを制御することで、繊維含有材料４０に挿入される面外補強糸４４の長さを制御することができる。

第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、シート除去工程で、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂを除去する。そのため、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維含有材料４０を使用する直前まで保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂで保護された、繊維含有材料４０の面外補強糸４４が突き出している側の表面に、別の部材を接着することができる。

なお、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法において、準備工程Ｓ１２を上記のように変更し、準備工程Ｓ１２の変更に伴って孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を上記のように変更したものに限定されず、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法において、準備工程Ｓ１２を上記のように変更し、準備工程Ｓ１２の変更に伴って孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を上記のように変更したものでもよい。

また、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂを配置し、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂの厚さを制御することで、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸４４の位置を制御しているが、これに限定されない。第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法を変更した場合、孔明け部２２におけるレーザＬの照射面積及び照射強度を制御すること、及び繊維片射出部２４における繊維片１８の射出速度を制御することで、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸４４の位置を制御することができる。また、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法を変更した場合、切断工程における切断位置を制御することで、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸４４の位置を制御することができる。すなわち、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂを配置する以外の方法で、準備工程Ｓ１２を行って、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸４４の位置を制御してもよい。

第３の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法について、以下に説明する。第３の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理を含む。そのため、第３の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、詳細には、第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法により、強化繊維１２ｆを含む母材１２の内部に面外補強糸４４が形成された繊維含有材料４０を製造することができる。したがって、第３の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させた繊維含有材料４０を製造することができる。第３の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法における含浸工程及び硬化工程は、第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法における含浸工程及び硬化工程と同様である。

［第４の実施形態］
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る繊維含有材料の一例である繊維含有材料７０を示す概略断面図である。第４の実施形態に係る繊維含有材料７０は、図１３に示すように、母材１２と、面外補強糸７４と、を含む。すなわち、第４の実施形態に係る繊維含有材料７０は、第１の実施形態に係る繊維含有材料１０において、面外補強糸１４を面外補強糸７４に変更したものである。第４の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

面外補強糸７４は、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向の厚さよりも長く、母材１２から厚さの方向の一方の面側に突き出している点で、面外補強糸１４と異なる。面外補強糸７４は、長さ及び母材１２から突き出している点を除くその他の点で、面外補強糸１４と同様である。すなわち、面外補強糸７４は、面外補強糸１４と同様に、母材１２から厚さの方向の他方の面側に突き出していない。繊維含有材料７０は、面外補強糸７４が上記構成を有するので、面外補強糸７４が突き出している一方の面側に別の部材と接着する場合に、突き出した面外補強糸７４により接着強度を向上させることができる。詳細には、繊維含有材料７０は、第３の実施形態に係る繊維含有材料４０における突き出した面外補強糸４４と同様の理由で、突き出した面外補強糸７４が、接着強度を向上させることができる。また、繊維含有材料７０は、面外補強糸７４が上記構成を有するので、面外補強糸７４が突き出していない他方の面側については、繊維含有材料１０と同様に、繊維含有材料７０の面外補強糸７４が突き出していない他方の面側の形状が変更されることなく、面外方向の強度が向上する。

第１の実施形態に係る繊維含有材料１０は、面外補強糸１４が母材１２の両面から突き出しておらず、第３の実施形態に係る繊維含有材料４０では、面外補強糸４４が母材１２の両面から突き出しており、第４の実施形態に係る繊維含有材料７０では、面外補強糸７４が母材１２の一方の面から突き出しており、かつ、他方の面から突き出していない。本発明は、これらに限定されることなく、面外補強糸が母材の平面に沿う方向と交差する方向の厚さよりも長い場合、母材から厚さの方向の少なくとも一方に突き出している形態を含む。この場合、面外補強糸が突き出している側に別の部材と接着する場合に、突き出した面外補強糸により接着強度を向上させることができる。

第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法に含まれる第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理について以下に説明する。第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法において、準備工程Ｓ１２を以下に説明するように変更し、準備工程Ｓ１２の変更に伴って孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を以下に説明するように変更したものである。

図１４は、第４の実施形態において、保護シート８２ａが配置された母材１２であるシート積層体８０の概略断面図である。第４の実施形態に係るシート積層体８０は、図１４に示すように、母材１２と、保護シート８２ａと、を含む。すなわち、第４の実施形態に係るシート積層体８０は、第３の実施形態に係るシート積層体５０において、保護シート５２ａを保護シート８２ａに変更し、保護シート５２ｂを無くしたものである。保護シート８２ａは、厚さも含めて、第３の実施形態に係る保護シート５２ａと同様のものが例示される。

第４の実施形態における準備工程Ｓ１２は、母材１２の一方の面、すなわち図１４における上側の面に保護シート８２ａを配置するという点で、第１の実施形態における準備工程Ｓ１２と異なる。第４の実施形態における準備工程Ｓ１２は、保護シート８２ａが配置される点を除くその他の点で、第１の実施形態における準備工程Ｓ１２と同様である。第４の実施形態における準備工程Ｓ１２は、母材１２の一方の面に保護シート８２ａを設けることにより、シート積層体８０を形成することで、強化繊維１２ｆを含む母材１２を準備する工程である。

図１５は、図１３の繊維含有材料７０の前駆体の一例である繊維含有材料８５を示す概略断面図である。第４の実施形態に係る繊維含有材料８５は、図１５に示すように、母材１２と、保護シート８２ａと、面外補強糸７４と、を含む。面外補強糸７４は、母材１２と保護シート８２ａとの内部に、母材１２と保護シート８２ａとを貫通して、平面に沿う方向と交差する方向である面外方向に沿って延びて形成されている。

保護シート８２ａは、面外補強糸７４が突き出している側の母材１２の一方の面、すなわち図１５における上側の面に設けられている。面外補強糸７４が突き出していない側の母材１２の他方の面、すなわち図１５における下側の面には、保護シートは設けられていない。

保護シート８２ａは、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂと同様のものが例示される。保護シート８２ａは、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂと同様に、材料を積層する枚数を制御することで、厚さを制御することができる。

保護シート８２ａは、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂと同様に、繊維含有材料８５において、母材１２の表面が傷つくこと及び汚れが付着することを抑制することができる。また、保護シート８２ａは、保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂと同様に、繊維含有材料８５において、面外補強糸７４の引張を抑制することができる。

保護シート８２ａは、面外補強糸７４が母材１２の一方の面から突き出している長さと同じ厚さを有する。すなわち、面外補強糸７４は、母材１２と保護シート８２ａとの厚さの合計と同じ長さである。そのため、保護シート８２ａは、いずれも、面外補強糸７４の引張をより抑制することができる。また、面外補強糸７４は、保護シート８２ａの厚さを制御することで、長さを制御することができる。

第３の実施形態に係る繊維含有材料５５では、面外補強糸４４が母材１２から突き出している側である両面にそれぞれ保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂが設けられており、第４の実施形態に係る繊維含有材料８５では、面外補強糸７４が母材１２から突き出している一方の面に保護シート８２ａが設けられており、かつ、面外補強糸７４が母材１２から突き出していない他方の面に保護シートが設けられていない。本発明は、これらに限定されることなく、面外補強糸が母材の少なくとも一方の面から突き出している場合、面外補強糸が突き出している側の母材の表面に保護シートが設けられている形態を含む。この場合、保護シートは、繊維含有材料に含まれる面外補強糸の引張を抑制することができ、母材の表面が傷つくこと及び汚れが付着することを低減することができる。

第４の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を施す対象が、母材１２に代えてシート積層体８０となる点で、第１の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６と異なる。詳細には、第４の実施形態における孔明け工程Ｓ１４は、母材１２と保護シート８２ａとに貫通した孔１６と同様の孔を形成する。また、第４の実施形態における面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、第４の実施形態における孔明け工程Ｓ１４で形成された孔に面外補強糸７４を挿入する。

第４の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６は、上記の異なる点を除くその他の点で、第１の実施形態における孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６と同様である。シート積層体８０は、孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６が施されることで、繊維含有材料８５となる。繊維含有材料８５は、保護シート８２ａを除去するシート除去工程を経て、繊維含有材料７０として使用される。

第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で、母材１２の一方の面に保護シート８２ａを設け、面外補強糸挿入工程Ｓ１６で、母材１２と保護シート８２ａとの内部に、平面に沿う方向と交差する方向に面外補強糸７４を挿入する。そのため、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向の厚さよりも長く、母材１２から厚さ方向に突き出した面外補強糸７４を挿入することができる。したがって、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維含有材料７０の面外補強糸７４が突き出している側に別の部材と接着する場合に、突き出した面外補強糸７４により接着強度を向上させることができる。さらに、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で設ける保護シート８２ａの厚さを制御することで、繊維含有材料７０に挿入される面外補強糸７４の長さを制御することができる。

第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、シート除去工程で、保護シート８２ａを除去する。そのため、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、繊維含有材料７０を使用する直前まで保護シート８２ａで保護された、繊維含有材料７０の面外補強糸７４が突き出している側の表面に、別の部材を接着することができる。

なお、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法において、準備工程Ｓ１２を上記のように変更し、準備工程Ｓ１２の変更に伴って孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を上記のように変更したものに限定されず、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法において、準備工程Ｓ１２を上記のように変更し、準備工程Ｓ１２の変更に伴って孔明け工程Ｓ１４及び面外補強糸挿入工程Ｓ１６を上記のように変更したものでもよい。

また、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で保護シート８２ａを配置し、保護シート８２ａの厚さを制御することで、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸７４の位置を制御しているが、これに限定されない。第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第１の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法を変更した場合、孔明け部２２におけるレーザＬの照射面積及び照射強度を制御すること、及び繊維片射出部２４における繊維片１８の射出速度を制御することで、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸７４の位置を制御することができる。また、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、第２の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法を変更した場合、切断工程における切断位置を制御することで、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸７４の位置を制御することができる。すなわち、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、保護シート８２ａを配置する以外の方法で、準備工程Ｓ１２を行って、平面に沿う方向と交差する方向の面外補強糸７４の位置を制御してもよい。

第３の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で、母材１２の両面側において保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂをそれぞれ設け、面外補強糸挿入工程Ｓ１６で母材１２と保護シート５２ａ及び保護シート５２ｂとの内部に、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向に面外補強糸４４を挿入する。第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法は、準備工程Ｓ１２で、母材１２の一方の面側において保護シート８２ａを設け、面外補強糸挿入工程Ｓ１６で母材１２と保護シート８２ａとの内部に、母材１２の平面に沿う方向と交差する方向に面外補強糸７４を挿入する。本発明は、これらに限定されることなく、準備工程で、母材の少なくとも一方に保護シートを設け、面外補強糸挿入工程で母材と母材の少なくとも一方に設けられた保護シートとの内部に、母材の平面に沿う方向と交差する方向に面外補強糸を挿入する場合も含まれる。この場合、母材の平面に沿う方向と交差する方向の厚さよりも長く、母材から厚さの方向の少なくとも一方に突き出した面外補強糸を挿入することができるので、面外補強糸が突き出している側に別の部材と接着する場合に、突き出した面外補強糸により接着強度を向上させることができる。

第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法について、以下に説明する。第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法の処理を含む。そのため、第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、詳細には、第４の実施形態に係る面外補強糸の挿入方法により、強化繊維１２ｆを含む母材１２の内部に面外補強糸７４が形成された繊維含有材料７０を製造することができる。したがって、第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法は、面内方向の強度を低下させることなく、面外方向の強度を向上させた繊維含有材料７０を製造することができる。第４の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法における含浸工程及び硬化工程は、第１の実施形態に係る繊維含有材料の製造方法における含浸工程及び硬化工程と同様である。

１０，４０，５５，７０，８５ 繊維含有材料
１２ 母材
１２ｆ，１００ｆ，２００ｆ 強化繊維
１４，４４，７４ 面外補強糸
１６ 孔
１８，１８ａ，１８ｂ 繊維片
１８ｆ 基本繊維の束
１８ｒ 樹脂
５０，８０ シート積層体
２２ 孔明け部
２４ 繊維片射出部
２６ 挿入針
２８ 挿入繊維
３２ａ，３２ｂ 切断部
３４ａ，３４ｂ 余剰繊維
５２ａ，５２ｂ，８２ａ 保護シート
１００，２００ 複合材料
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ 繊維層の中心軸
１００ｘ 層間破壊部

Claims (7)

1. 平面に沿う方向に延びる強化繊維を含む母材を準備し、前記母材の少なくとも一方の面に保護シートを設ける準備工程と、
   準備した前記母材及び前記保護シートの内部に、前記平面に沿う方向と交差する方向のみに面外補強糸を挿入する面外補強糸挿入工程と、
   前記面外補強糸挿入工程の後に、前記保護シートを除去するシート除去工程と、
   を含み、
   前記準備工程で前記保護シートの厚さを制御することで、前記母材に挿入される前記面外補強糸が前記母材から突き出す長さを制御することを特徴とする面外補強糸の挿入方法。
2. 前記準備工程の後、前記面外補強糸挿入工程の前に、前記母材に、前記平面に沿う方向と交差する方向に、前記面外補強糸を挿入するための孔を明ける孔明け工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の面外補強糸の挿入方法。
3. 前記孔明け工程は、前記母材に対し、前記平面に沿う方向と交差する方向にレーザを照射する孔明け部によって行われ、
   前記面外補強糸挿入工程は、前記母材に対し、前記平面に沿う方向と交差する方向に、前記面外補強糸となる繊維片を射出する繊維片射出部によって行われることを特徴とする請求項２に記載の面外補強糸の挿入方法。
4. 前記孔明け工程は、前記母材に挿入される挿入針によって行われ、
   前記面外補強糸挿入工程は、前記母材に挿入される挿入繊維が穴に通された前記挿入針によって行われ、
   前記面外補強糸挿入工程の後に、前記母材に挿入された前記挿入繊維を前記母材の両面側において切断して、切断後の前記挿入繊維を前記面外補強糸とする切断工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の面外補強糸の挿入方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面外補強糸の挿入方法により、前記強化繊維を含む前記母材の内部に前記面外補強糸が形成された繊維含有材料を製造することを特徴とする繊維含有材料の製造方法。
6. 前記強化繊維に樹脂を含浸させる含浸工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の繊維含有材料の製造方法。
7. 前記面外補強糸挿入工程より後、かつ、前記含浸工程より後に、前記樹脂を硬化させる硬化工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の繊維含有材料の製造方法。

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