特許 5907042 三次元繊維構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5907042

(24)【登録日】2016年4月1日

(45)【発行日】2016年4月20日

(54)【発明の名称】三次元繊維構造体

(51)【国際特許分類】

   D03D 25/00 20060101AFI20160407BHJP

【ＦＩ】

   D03D25/00

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-240707(P2012-240707)

(22)【出願日】2012年10月31日

(65)【公開番号】特開2014-88649(P2014-88649A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2015年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】久野 俊

【審査官】 平井 裕彰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１５２６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７２０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２６９５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４７８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０２／００７９６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０３０６３１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ０３Ｄ１／００〜２７／１８

Ｂ３２Ｂ１／００〜４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

繊維層が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸で結合されて構成された三次元繊維構造体であって、
前記結合糸は、前記積層繊維層の厚さ方向の両面において、それぞれ前記積層繊維層の外側に配列された抜け止め糸と係合して折り返すように配列され、前記抜け止め糸は、前記結合糸の配列面と交差する方向に配列されていることを特徴とする三次元繊維構造体。

【請求項2】

前記結合糸は、前記積層繊維層の厚さ方向の一方の面側において前記一方の面側に配列される前記抜け止め糸を囲繞してループ状に折り返して前記積層繊維層に挿入される部分と、前記積層繊維層の他方の面側に沿って配列される部分とが交互に繰り返し、かつ前記積層繊維層と直交する方向に配列される部分は、前記積層繊維層の他方の面側において前記他方の面側に配列される前記抜け止め糸に両側から挟持されている請求項１に記載の三次元繊維構造体。

【請求項3】

前記積層繊維層の厚さ方向の他方の面側において前記結合糸のループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する前記他方の面側に配列される前記抜け止め糸は、前記結合糸が前記積層繊維層の他方の面側で折り返されるループ内に配置される抜け止め糸にそれぞれ異なる糸が用いられている請求項２に記載の三次元繊維構造体。

【請求項4】

前記積層繊維層の厚さ方向の他方の面側において前記結合糸のループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する前記抜け止め糸は、前記結合糸のピッチを埋める幅に形成されている請求項２に記載の三次元繊維構造体。

【請求項5】

前記抜け止め糸は、前記結合糸のピッチを埋める幅に形成され、前記結合糸は、前記積層繊維層の厚さ方向の一方の面側において前記一方の面側に配列される前記抜け止め糸と接触して前記抜け止め糸の幅方向に配列される部分と、前記積層繊維層を貫通するように配列される部分と、前記積層繊維層の厚さ方向の他方の面側において前記他方の面側に配列される前記抜け止め糸と接触して前記抜け止め糸の幅方向に配列される部分とが交互に連続するように配列されている請求項１に記載の三次元繊維構造体。

【請求項6】

前記抜け止め糸は、前記結合糸と同じ太さの繊維束を開繊したものが使用されている請求項５に記載の三次元繊維構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元繊維構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

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。三次元織物複合材は、織布や不織布等の強化繊維に樹脂を含浸硬化して形成した繊維強化複合材と異なり、基準面内に配列された強化繊維（面内配向糸）と交差する方向に配列される厚さ方向糸（面外方向糸）を有する三次元織物を強化基材としている。そのため、面外方向糸を有さない繊維強化複合材に比較して、高い面外方向強度を持つ反面、厚さ方向糸（面外方向糸）の周辺でクラックが発生しやすいという品質課題がある。

【0003】

この課題に対応するため、積層された面内方向糸の複数の層が有機繊維からなる縫い糸により縫い合わされた三次元織物に樹脂を含浸硬化してなる三次元繊維強化樹脂複合材が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の三次元繊維強化樹脂複合材は、図９に示すように、複数のたて糸５１と複数のよこ糸５２からなる面内方向糸５３と面内方向糸５３の基準面に対して直交する複数の面外方向糸５４と、面外方向糸５４を固定する耳糸５５とから形成される平板状三次元織布５６に樹脂を含浸し、平板状三次元織布５６に含浸した樹脂を加熱加圧処理して硬化することで形成される。面外方向糸５４は１０００デニール以下の太さのものが使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−１５２６７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の三次元繊維強化樹脂複合材は、面外方向糸５４に有機繊維を使用することにより、無機繊維に比べてマトリックス樹脂と熱的性質が近く、クラックの原因となる内部ひずみが減少する。また、１０００デニール以下の細い糸を使用することにより、図９に矢印Ａ，Ｂで示す箇所、即ち面外方向糸５４のループ内や面外方向糸５４及び耳糸５５の太さ分生じる治具と面内方向糸５３の隙間における樹脂溜まりを減少させる方策として有効である。

【0006】

ところが、これらの対策では、図９において矢印Ｃで示す部分、即ち面外方向糸５４の根元部の樹脂溜まりを減少させる方策としては、面外方向糸５４の張力を上げられないという背反が伴い有効ではない。また、面外方向糸５４の張力を上げることができないと、一般的な構造用ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）材の繊維体積含有率（Ｖｆ５５％程度）を実現できないという問題がある。

【0007】

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、繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、樹脂溜まりの減少と繊維体積含有率の向上とを両立させることができる三次元繊維構造体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する三次元繊維構造体は、繊維層が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸で結合されて構成されている。そして、前記結合糸は、前記積層繊維層の厚さ方向の両面において、それぞれ前記積層繊維層の外側に配列された抜け止め糸と係合して折り返すように配列され、前記抜け止め糸は、前記結合糸の配列面と交差する方向に配列されている。

【0009】

この構成によれば、積層繊維層の厚さ方向の両面における積層繊維層の外側にそれぞれ抜け止め糸が配列されており、かつ抜け止め糸は、結合糸の配列面と交差する方向に配列されているため、積層繊維層の外側で折り返すように配列される結合糸が配列面内で配列面内方向への移動が抑制される。また、抜け止め糸に張力を掛ける事で結合糸の根元部の樹脂溜まりの拡大を抑制する事が可能なので、結合糸の張力を高めることにより繊維体積含有率を高めることが可能になる。したがって、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、樹脂溜まりの減少と繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。

【0010】

前記結合糸は、前記積層繊維層の厚さ方向の一方の面側において前記一方の面側に配列される前記抜け止め糸を囲繞してループ状に折り返して前記積層繊維層に挿入される部分と、前記積層繊維層の他方の面側に沿って配列される部分とが交互に繰り返し、かつ前記積層繊維層と直交する方向に配列される部分は、前記積層繊維層の他方の面側において前記他方の面側に配列される前記抜け止め糸に両側から挟持されている。

【0011】

この構成によれば、結合糸は、積層繊維層の厚さ方向の一方の面側において抜け止め糸を囲繞してループ状に折り返して積層繊維層に挿入されるため、結合糸は実質的に積層繊維層の同じ位置に２本挿入された状態になる。したがって、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、積層繊維層の厚さ方向に対する強度が向上する。

【0012】

前記積層繊維層の厚さ方向の他方の面側において前記結合糸のループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する前記他方の面側に配列される前記抜け止め糸は、前記結合糸が前記積層繊維層の他方の面側で折り返されるループ内に配置される抜け止め糸にそれぞれ異なる糸が用いられている。この構成によれば、結合糸のループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する抜け止め糸が結合糸の移動を抑制する効果は、抜け止め糸として幅広の繊維束を使用して１本の抜け止め糸が、その幅方向の両側においてそれぞれ異なる位置に挿入された結合糸を挟持する構成に比べて大きくなる。

【0013】

前記積層繊維層の厚さ方向の他方の面側において前記結合糸のループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する前記抜け止め糸は、前記結合糸のピッチを埋める幅に形成されている。この構成によれば、結合糸のループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する抜け止め糸が結合糸のピッチを埋める幅に形成されていない構成に比べて、三次元繊維構造体の結合糸がループ状に折り返した部分と反対側の面の凹部の割合が少なくなる。したがって、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、樹脂溜まりの減少割合が大きくなる。

【0014】

前記抜け止め糸は、前記結合糸のピッチを埋める幅に形成され、前記結合糸は、前記積層繊維層の厚さ方向の一方の面側において前記一方の面側に配列される前記抜け止め糸と接触して前記抜け止め糸の幅方向に配列される部分と、前記積層繊維層を貫通するように配列される部分と、前記積層繊維層の厚さ方向の他方の面側において前記他方の面側に配列される前記抜け止め糸と接触して前記抜け止め糸の幅方向に配列される部分とが交互に連続するように配列されている。

【0015】

この構成によれば、結合糸が積層繊維層の厚さ方向の一方の面側において抜け止め糸を囲繞してループ状に折り返して積層繊維層に挿入される構成と異なり、ループ状に折り返す部分の内側における樹脂溜まりをなくすことができる。また、抜け止め糸として偏平な繊維束を使用することにより、積層繊維層の厚さ方向の一方の面側において結合糸に接する仮想平面と、積層繊維層の厚さ方向の一方の面との距離が小さくなる。したがって、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の表面の樹脂溜まりの減少割合が大きくなる。

【0016】

前記抜け止め糸は、前記結合糸と同じ太さの繊維束を開繊したものが使用されている。この構成によれば、抜け止め糸として結合糸と太さの異なる繊維束を使用する場合と異なり、同じ繊維束を結合糸及び抜け止め糸に使用することができるため、管理が容易になる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、樹脂溜まりの減少と繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１の実施形態の三次元繊維構造体の模式斜視図。

【図2】三次元繊維構造体の模式断面図。

【図3】（ａ）は抜け止め糸の目開き抑制作用を示す模式図、（ｂ）は面内糸の目開き抑制作用を示す模式図。

【図4】（ａ）は実施形態の三次元繊維構造体を用いた繊維強化複合材の模式断面図、（ｂ）は従来の三次元繊維構造体を用いた繊維強化複合材の模式断面図。

【図5】第２の実施形態の三次元繊維構造体の模式断面図。

【図6】第３の実施形態の三次元繊維構造体の模式斜視図。

【図7】三次元繊維構造体の模式図。

【図8】（ａ）は実施形態の三次元繊維構造体を用いた繊維強化複合材の模式断面図、（ｂ）は従来の三次元繊維構造体を用いた繊維強化複合材の模式断面図。

【図9】従来技術の模式断面図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（第１の実施形態）
以下、三次元繊維構造体の第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、三次元繊維構造体１０は、繊維層１１が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層１２が、各繊維層１１と直交する方向に配列された結合糸としての厚さ方向糸ｚで結合されて構成されている。厚さ方向糸ｚは、積層繊維層１２の厚さ方向の両面において、それぞれ積層繊維層１２の外側に配列された抜け止め糸１３ａ，１３ｂと係合して積層繊維層１２の厚さ方向に配列される部分のピッチが一定間隔で折り返すように配列されている。抜け止め糸１３ａ，１３ｂは、厚さ方向糸ｚの配列面Ｐｚと交差する方向（この実施形態では直交方向）に配列されている。

【0020】

図２に示すように、この実施形態では、積層繊維層１２は、配列角度０度の連続繊維から成る繊維層１１ａと、配列角度９０度の連続繊維から成る繊維層１１ｂと、配列角度４５度の連続繊維から成る繊維層１１ｃと、配列角度−４５度の連続繊維から成る繊維層１１ｄとが、所定数積層されて擬似等方性に構成されている。そして、積層繊維層１２の厚さ方向の両面にそれぞれ配列角度４５度の連続繊維から成る繊維層１１ｃが配列されている。連続繊維は三次元繊維構造体１０の厚さ方向（図２の上下方向）と直交する面内に配列される面内配列糸となる。

【0021】

図２に示すように、厚さ方向糸ｚは、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側において抜け止め糸１３ａを囲繞してループ状に折り返して積層繊維層１２に挿入される部分と、積層繊維層１２の他方の面側に沿って配列される部分とが交互に繰り返す。厚さ方向糸ｚの積層繊維層１２と直交する方向に配列される部分は、積層繊維層１２の他方の面側において抜け止め糸１３ｂ，１３ｂに両側から挟持されている。

【0022】

積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面側において、厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する抜け止め糸１３ｂは、厚さ方向糸ｚが積層繊維層１２の他方の面側で折り返されるループＬ内に配置される抜け止め糸１３ｂ１と抜け止め糸１３ｂ２とにそれぞれ異なる糸が用いられている。

【0023】

連続繊維、抜け止め糸１３ａ，１３ｂ及び厚さ方向糸ｚとしては、例えば、炭素繊維が使用される。炭素繊維はフィラメント数が数百〜数万本程度であり、要求性能に適した本数の繊維束が選択される。抜け止め糸１３ａ，１３ｂ及び厚さ方向糸ｚとしては基本的に同じ太さの繊維束が使用される。また、抜け止め糸１３ａ，１３ｂ及び厚さ方向糸ｚは連続繊維と同じ太さであってもよいが、連続繊維より細い方が好ましい。

【0024】

次に前記のように構成された三次元繊維構造体１０の製造方法の一例を説明する。三次元繊維構造体１０は、積層繊維層１２に公知の方法、例えば特開平８−２１８２４９号公報に開示されている方法と基本的に同様の方法により厚さ方向糸ｚを挿入する。即ち、積層繊維層１２の厚さ方向に、先端に備えた孔に厚さ方向糸ｚを掛止した複数本の挿入針を、各挿入針の孔が積層繊維層１２を貫通するまで挿入した後、各挿入針をわずかに後退させて厚さ方向糸ｚがループ状になった部分に抜け止め糸１３ａを挿入する。その状態で挿入針を引き戻し、抜け止め糸１３ａに張力を加えた状態で、厚さ方向糸ｚにより抜け止め糸１３ａを締め付けて各繊維層１１を結合する。以下同様に、挿入針を所定ピッチ移動した位置で同様に挿入針の挿入動作と、抜け止め糸の挿入動作と、挿入針の後退動作を行う。

【0025】

従来は、厚さ方向糸ｚのループと係合する状態で厚さ方向糸ｚの抜け止めを図る抜け止め糸１３ａのみが存在したが、この実施形態の三次元繊維構造体１０は、積層繊維層１２の抜け止め糸１３ａが存在する側と反対側にも抜け止め糸１３ｂが存在する。そして、２本の抜け止め糸１３ｂが、厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する。この抜け止め糸１３ｂの配列工程が存在する点が従来の製造方法と異なる。

【0026】

抜け止め糸１３ｂの配列工程では、挿入針の一部が積層繊維層１２に挿入された状態で１本の抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ１）が挿入針と係合する状態で積層繊維層１２の他方の面側に配列される。そして、挿入針が積層繊維層１２を貫通して厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分に抜け止め糸１３ａが挿入された後、挿入針を挟むように２本目の抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ２）が積層繊維層１２の他方の面側に配列される。その状態で挿入針が引き戻されて、厚さ方向糸ｚが両抜け止め糸１３ｂの間に挿入された後、両抜け止め糸１３ｂに張力が加えられた状態で、挿入針が次の挿入位置へ移動する。以下、同様にして挿入針の挿入、１本目の抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ１）の配列、厚さ方向糸ｚのループ内への抜け止め糸１３ａの挿入、２本目の抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ２）の配列、挿入針の引き戻し、両抜け止め糸１３ｂへの張力付与が順に行われる。

【0027】

厚さ方向糸ｚに張力を加えてループ状に折り返した部分を引き戻すとともに、抜け止め糸１３ａ，１３ｂにより積層繊維層１２に圧縮力を加える際、厚さ方向糸ｚには折り返し状に配列された根元部に対して、図２に矢印で示すように、２本で平行に配列された厚さ方向糸ｚの間隔を拡げる方向の力が加わる。このとき、厚さ方向糸ｚの根元部を挟持するように配列された２本の抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ１及び抜け止め糸１３ｂ２）が、その力に抗するように機能するため、厚さ方向糸ｚの根元部の間隔が拡がること（目開き）を抑制する。そのため、積層繊維層１２に大きな圧縮力を加えても支障なく、繊維体積密度を高めることができる。

【0028】

一方、従来技術のように抜け止め糸１３ｂがない場合は、厚さ方向糸ｚの根元部は面内配列糸で挟まれた状態になる。面内配列糸は抜け止め糸１３ａ，１３ｂと異なり、大きな張力を加えた状態で配列されておらず、厚さ方向糸ｚに対してその根元部の間隔を拡げる方向の力が加わる際に、その力に抗して厚さ方向糸ｚの根元部の間隔が拡がることを抑制することはできない。

【0029】

また、複合材の強化基材となる三次元繊維構造体１０は、擬似等方性かつ外層を＋４５度層又は−４５度層として構成するのが一般的である。仮に抜け止め糸１３ｂに加えられる張力と同じ張力が＋４５度の面内配列糸と抜け止め糸１３ｂにかかっていた場合でも、図３（ａ）に示すように、抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ１及び抜け止め糸１３ｂ２）では張力Ｔの方向が目開きを抑制する力の方向と一致している。一方、図３（ｂ）に示すように、配列角が４５度の面内配列糸では張力Ｔの方向が目開きを抑制する力Ｆの方向と一致しない。そのため、抜け止め糸１３ｂの方が厚さ方向糸ｚの目開きを抑制する効果が高くなる。

【0030】

三次元繊維構造体１０は複合材としての繊維強化樹脂の強化基材として使用される。繊維強化樹脂は、三次元繊維構造体１０に、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸硬化されて構成される。図４（ａ）に示すように、実施形態の三次元繊維構造体１０を強化基材とした繊維強化樹脂では、三次元繊維構造体１０を構成する厚さ方向糸ｚは、ループ状の折り返し部で抜け止め糸１３ａと係合し、ループ状の折り返し部と反対側である根元部は２本の抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ１及び抜け止め糸１３ｂ２）で両側から挟持されて目開きが防止された状態で、樹脂が含浸硬化されている。そのため、根元部の樹脂溜まり１４が小さい。

【0031】

一方、図４（ｂ）に示すように、抜け止め糸１３ｂが存在しない比較例としての三次元繊維構造体を強化基材とした繊維強化樹脂では、厚さ方向糸ｚの根元部を挟持して目開きを防止する１３ｂが存在しないため、根元部の樹脂溜まり１４が大きくなる。

【0032】

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、繊維層１１が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層１２が、各繊維層１１と直交する方向に配列された厚さ方向糸ｚ（結合糸）で結合されて構成されている。そして、厚さ方向糸ｚは、積層繊維層１２の厚さ方向の両面において、それぞれ積層繊維層１２の外側に配列された抜け止め糸１３ａ，１３ｂと係合して折り返すように配列され、抜け止め糸１３ａ，１３ｂは、厚さ方向糸ｚの配列面と交差する方向に配列されている。したがって、三次元繊維構造体１０を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、樹脂溜まり１４の減少と繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。その結果、品質が良く、強度／剛性の高い材料としての繊維強化複合材料の適用範囲が拡がる。

【0033】

（２）厚さ方向糸ｚは、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側において一方の面側に配列される抜け止め糸１３ａを囲繞してループ状に折り返して積層繊維層１２に挿入される部分と、積層繊維層１２の他方の面側に沿って配列される部分とが交互に繰り返す。そして、積層繊維層１２と直交する方向に配列される部分は、積層繊維層１２の他方の面側において他方の面側に配列される抜け止め糸１３ｂに両側から挟持されている。この場合、厚さ方向糸ｚは実質的に積層繊維層１２の同じ位置に挿入された状態になり、三次元繊維構造体１０を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、積層繊維層１２の厚さ方向に対する強度が向上する。

【0034】

（３）積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面側において厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する他方の面側に配列される抜け止め糸１３ｂは、厚さ方向糸ｚが積層繊維層１２の他方の面側で折り返されるループＬ内に配置される抜け止め糸１３ｂにそれぞれ異なる糸（抜け止め糸１３ｂ１及び抜け止め糸１３ｂ２）が用いられている。したがって、厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ１及び抜け止め糸１３ｂ２）が厚さ方向糸ｚの移動を抑制する効果、即ち目開き抑制効果は、抜け止め糸１３ｂとして幅広の繊維束を使用して１本の抜け止め糸１３ｂが、その幅方向の両側においてそれぞれ異なる位置に挿入された厚さ方向糸ｚを挟持する構成に比べて大きくなる。

【0035】

（第２の実施形態）
次に、三次元繊維構造体の第２の実施形態を図５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は、抜け止め糸１３ｂの構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。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。

【0036】

図５に示すように、三次元繊維構造体１０は、積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面側において、厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する抜け止め糸１３ｂは、厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋める幅Ｗに形成されている。抜け止め糸１３ｂは、繊維束を開繊して偏平な状態にしたものである。「開繊する」とは、繊維束を構成する繊維間隔を拡げて、繊維束を扁平な状態にすることを意味する。抜け止め糸１３ｂは、抜け止め糸１３ａと同じ太さの繊維束を開繊して偏平な状態にしたものであってもよい。繊維束は開繊することによりその幅が開繊しない場合の倍程度になる。そして、厚さ方向糸ｚの挿入ピッチは、普通は３ｍｍ程度のため、同じ太さの繊維束を開繊して抜け止め糸１３ｂに使用することも可能である。

【0037】

厚さ方向糸ｚは、積層繊維層１２の厚さ方向に配列される部分の根元部において、その両側から２本の抜け止め糸１３ｂにより挟持されている。しかし、各抜け止め糸１３ｂは、第１の実施形態の場合と異なり、１本の抜け止め糸１３ｂがその幅方向の両側において、それぞれ異なる位置に挿入された厚さ方向糸ｚと係合して厚さ方向糸ｚの根元部の目開きを抑制する。

【0038】

この実施形態の三次元繊維構造体１０においても、第１の実施形態の（１）と同様の効果を得ることができる他に次の効果を得ることができる。
（４）三次元繊維構造体１０は、積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面側において、厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する抜け止め糸１３ｂは、厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋める幅Ｗに形成されている。したがって、第１の実施形態と異なり、厚さ方向糸ｚが積層繊維層１２の他方の面側に沿って配列される部分と積層繊維層１２との間の隙間が抜け止め糸１３ｂで埋められた状態になるため、その部分における樹脂溜まり１４がなくなる。

【0039】

（５）抜け止め糸１３ｂは、繊維束を開繊して偏平な状態にしたものである。したがって、開繊せずに扁平にした繊維束に比べて厚さが薄くなる。
（６）各抜け止め糸１３ｂがそれぞれ隣り合う厚さ方向糸ｚの挿入位置に挿入された厚さ方向糸ｚに対して係合するため、抜け止め糸１３ｂの使用本数が少なくなる。

【0040】

（第３の実施形態）
次に、三次元繊維構造体の第３の実施形態を図６〜図８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は、厚さ方向糸ｚが積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側において抜け止め糸１３ａを囲繞してループ状に折り返して積層繊維層１２に挿入される部分を有さない点が第１の実施形態及び第２の実施形態と大きく異なっている。前記の実施形態と同様の部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

【0041】

図６及び図７に示すように、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側に配列される抜け止め糸１３ａ及び積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面側に配列される抜け止め糸１３ｂは、それぞれ厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋める幅Ｗに形成されている。抜け止め糸１３ａ，１３ｂは、繊維束を開繊して偏平な状態にしたものである。

【0042】

厚さ方向糸ｚは、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側において一方の面側に配列される抜け止め糸１３ａと接触して抜け止め糸１３ａの幅方向に配列される部分と、積層繊維層１２を貫通するように配列される部分と、積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面側において他方の面側に配列される抜け止め糸１３ｂと接触して抜け止め糸１３ｂの幅方向に配列される部分とが交互に連続するように配列されている。

【0043】

抜け止め糸１３ａ，１３ｂは、その幅方向の両側が厚さ方向糸ｚと係合して、厚さ方向糸ｚの配列作業時に厚さ方向糸ｚに張力を加えた際に、積層繊維層１２の厚さ方向に挿入されている厚さ方向糸ｚの部分の移動を抑制する。

【0044】

従来の構成の三次元繊維構造体にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸硬化されて構成された比較例の繊維強化樹脂では、図８（ｂ）に示すように、厚さ方向糸ｚのループ状の折り返し部の内側と、ループ状の折り返し部と反対側である根元部の目開き部と、積層繊維層１２の他方の面側に沿って配列される部分の内側とに樹脂溜まり１４が存在する。しかし、この実施形態の三次元繊維構造体１０にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸硬化されて構成された繊維強化樹脂では、厚さ方向糸ｚのループ状の折り返し部や目開きとなる箇所が存在しないため、図８（ａ）に示すように、それらの樹脂溜まり１４が存在しない。

【0045】

また、図８（ｂ）に示すように、比較例の繊維強化樹脂では、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側において厚さ方向糸ｚに接する仮想平面と、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面との距離が小さくなるため、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面から突出した部分の間に存在する樹脂溜まり１４ｕが大きい。一方、この実施形態の繊維強化樹脂では、抜け止め糸１３ａ，１３ｂが偏平で厚さが薄いため、抜け止め糸１３ａ，１３ｂの外側に配列された厚さ方向糸ｚに接する仮想平面と、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面及び他方の面との距離が比較例に比べて小さくなる。そのため、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面から突出した部分の間に存在する樹脂溜まり１４ｕ及び積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面から突出した部分の間に存在する樹脂溜まり１４ｕが小さくなる。

【0046】

この実施形態の三次元繊維構造体１０においても、第１の実施形態の（１）と同様の効果を得ることができる他に次の効果を得ることができる。
（７）抜け止め糸１３ａ，１３ｂは、厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋める幅Ｗに形成されている。厚さ方向糸ｚは、積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側において抜け止め糸１３ａと接触してその幅方向に配列される部分と、積層繊維層１２を貫通するように配列される部分と、積層繊維層１２の厚さ方向の他方の面側において抜け止め糸１３ｂと接触してその幅方向に配列される部分とが交互に連続するように配列されている。したがって、厚さ方向糸ｚのループ状の折り返し部の内側と、ループ状の折り返し部と反対側である根元部の目開き部の樹脂溜まり１４が存在しない。

【0047】

（８）抜け止め糸１３ａ，１３ｂが偏平で厚さが薄いため、抜け止め糸１３ａ，１３ｂの外側に配列された厚さ方向糸ｚに接する仮想平面から積層繊維層１２の外面までの距離が比較例に比べて小さくなる。そのため、その部分の間に生じる樹脂溜まり１４ｕも小さくなる。

【0048】

（９）厚さ方向糸ｚのピッチＰが同じ場合、必要な抜け止め糸１３ａ，１３ｂの本数が第１の実施形態に比べて少なくなる。また、必要な抜け止め糸１３ａの本数が第２の実施形態に比べて少なくなる。

【0049】

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。
○ 厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を挟持する抜け止め糸１３ｂが、厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋める構成は、第２の実施形態のように、厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋める幅Ｗに形成された１本の抜け止め糸１３ｂを使用する構成に限らない。例えば、第１の実施形態のように、厚さ方向糸ｚのループ状に折り返した部分と反対側の部分を２本の抜け止め糸１３ｂ（抜け止め糸１３ｂ１及び抜け止め糸１３ｂ２）で挟持する構成において、２本の抜け止め糸１３ｂがそれぞれ厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋めるのに必要な幅Ｗの１／２より広い幅として、２本の抜け止め糸１３ｂにより厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋める構成としてもよい。

【0050】

○ 第３の実施形態のように、厚さ方向糸ｚが積層繊維層１２の厚さ方向の一方の面側においてループ状に折り返さずに、抜け止め糸１３ａ，１３ｂが、厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋めるように配列される構成において、抜け止め糸１３ａ，１３ｂは１本で厚さ方向糸ｚのピッチＰを埋めるのではなく、複数本、例えば２本で埋めてもよい。

【0051】

○ 繊維層１１を構成する繊維束は炭素繊維に限らず、例えば、ガラス繊維や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、ポリアリレート繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の高強度の有機繊維であってもよく、要求性能に応じて適宜選択される。例えば、繊維強化複合材料に対する剛性・強度の要求性能が高い場合は、炭素繊維が好ましい。繊維束に安価なガラス繊維を用いると低コストとなる。

【0052】

○ 積層繊維層１２を擬似等方性で面内４軸配向に構成する繊維層１１ａ〜１１ｄの積層順序は、外層を繊維層１１ｃ（＋４５度層）又は繊維層１１ｄ（−４５度層）にする順に限らない。

【0053】

○ 積層繊維層１２は少なくとも２軸配向であればよく、擬似等方性で面内４軸配向に限らない。例えば、配向角が０度、６０度及び−６０度に配列した糸で面内３軸の積層繊維層１２を構成したり、面内４軸の積層繊維層１２を構成する場合に配向角が０度及び９０度の他の面内配列糸の配向角を±４５°以外の配向角としたりしてもよい。また、積層繊維層１２を配向角が０度及び９０度の面内２軸配向としてもよい。

【0054】

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６のいずれか１項に記載の発明の三次元繊維構造体を強化基材とした繊維強化樹脂。

【符号の説明】

【0055】

Ｌ…ループ、Ｐ…ピッチ、Ｗ…幅、Ｐｚ…配列面、ｚ…結合糸としての厚さ方向糸、１０…三次元繊維構造体、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…繊維層、１２…積層繊維層、１３ａ，１３ｂ，１３ｂ１，１３ｂ２…抜け止め糸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】