JPH0244945B2 - - Google Patents

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JPH0244945B2
JPH0244945B2 JP63067479A JP6747988A JPH0244945B2 JP H0244945 B2 JPH0244945 B2 JP H0244945B2 JP 63067479 A JP63067479 A JP 63067479A JP 6747988 A JP6747988 A JP 6747988A JP H0244945 B2 JPH0244945 B2 JP H0244945B2
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mandrel
needle
fibers
layers
thread
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Jan Jozefu Sayuzatsuku Joruju
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AEROSUPASHIARU SOC NASHONARU IND
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、紡績繊維、鉱物繊維、合成繊維又は
その他の繊維により三次元に編まれ、結合樹脂剤
を含浸させて硬化させた複合強化繊維構造体の製
造方法に関するものであり、更にこの複合強化繊
維構造体を製造する機械にも関するものである。
（従来の技術と発明が解決しようとする課題） この型の複合強化繊維構造体は、主として航空
機及び宇宙機の分野で利用されており、両分野で
多くの応用例が知られているが、その大部分は、
大気圏再突入時に胴体の耐熱保護や、固体燃料ロ
ケツトのノズルや、航空機の制動装置の様に加工
熱的応力に対する耐性を有する部品の製造を目的
てしており、又はヘリコプタの回転翼の軸部や着
陸装置、翼の取付部、翼の前縁部等の様に強い力
学的応力に耐える部品の製造も目的としている。
この様な複合強化繊維構造体の製造の為に、多
くの方法が提案され改良されて来たが、複雑な形
状の部品の自動製造には、多大の困難が伴う為
に、自動製造機も非常に複雑となり、従つて、高
価なものとならざるを得ず、その部品も、常に必
要とされる均一性と耐性を備えることは、極めて
困難なことであつた。
更に、これらの複合強化繊維構造体は、卓越し
た特性を備えているので、従来の機械では製造出
来ないような複雑かつ変化に富んだ形状を有する
部品の製造に用いられる傾向がある。
例えば、本出願人に係るフランス特許第Ａ−
2395340号公報に記載によれば、回転支持体に同
心円状に設置された剛性垂直棒体を巡る様にし
て、水平に二次元的に編み、その後、棒体を糸で
置き換えることにより中空の回転混紡芯の繊維構
造体を製造するものである。
別の技術によれば、特にフランス特許第Ａ−
2355936号公報に記載される様に、中空の支持マ
ンドレルを用いて、その表面に互いに平行な幾つ
かの糸の層を、十字型に交差する向きをとる様に
配置し、これらの糸の層に対して垂直に縫合線を
形成する。
フランス特許第Ａ−2315562号公報によれば、
中空の支持マンドレルは、金属製の分解可能な構
造体であり、これは、ピンの押し込まれる孔を有
する扇形部を間隔を開けて配置して形成されてお
り、このピンの周りに重ね合わせかつ交差させた
様々な層を張り、更に、これらの層は、マンドレ
ルの扇形部の間の間〓に形成された縫合列によつ
て縫い合わされている。
これらの特許公報に記載される方法や装置は、
総て中空のマンドレルを必要としているが、その
理由は、重ね合わされた各々の層を縫合により接
合する為には、外部から導入された糸を結び合わ
せる装置を支持棒の中に導入しなければならない
からである。
更に、縫合は、脆い繊維用の取り扱いの困難な
バルブ付き針、又は針孔の閉じた針を用いて行わ
れるが、その為には往々にして、糸に編線を施さ
なければならないことになる。
これとは逆に、フランス特許第Ａ−2408676号
公報に記載される別の方法と手段は、「刺」と呼
ばれる硬い糸切れが植え込まれ、スポンジ状の材
料で作られた中実のマンドレルを用いられてお
り、糸の層が、相異なる２つの方向に巡らされ、
これらの糸切れが、第三方向の糸を形成してい
る。
この方法は、様々な欠点があり、先ず第一に、
これらの「刺」は、植え込みが出来る様に、予め
硬化処理を施しておかねばならないが、これによ
り「刺」の直径が大きくなつてしまう。第二に、
「刺」は、製造すべき部品の欠くべからざる部分
になる為に、予め数万単位と言う膨大な数の
「刺」を極めて狭い間隔で植え込んでおかなけれ
ばならないが、これらは高度の精密さを要し、極
端に長時間の作業となる。
更に、表面に角や湾曲のある複雑な形状の部品
の場合、「刺」同士が接触しない様に、極めて狭
い間隔で「刺」を植え込む作業は、非常に困難で
ある。また、「刺」によつて画成される極めて狭
い通路に規則正しい層を形成する様に糸を設置す
ることも容易な作業でなく、糸が向きを変える部
位においては、その様な作業は、不可能になる。
また、特に湾曲した部分では、間隔の狭過ぎる
「刺」は、確りと植え込まれない為に、完成した
部品に均質性が欠ける部分が生じることにもな
る。
本発明の目的は、上述の欠点及び従来技術の他
の方法及び装置の欠点を除去して、回転立体形の
みならず、変化に富んだ断面（直径の変化、大き
な湾曲）を有する多面体や、平板的形状又は塊を
なす繊維構造体の製造を可能とする新規な方法と
装置を提供することである。
本発明の別の目的は、従来技術による製品の均
質性と、熱的及び機械的の耐性よりも優れた均質
性と耐性を有する新規な製品を提供することであ
る。
（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成する為に、本発明の製造方法
は、紡織繊維、鉱物繊維、合成繊維、又はその他
の繊維により複雑形状の三次元に編まれ、熱的、
機械的、又は加工熱的応力に対して高抵抗性を有
し、特に航空又は宇宙分野への応用を目的とする
複合強化繊維構造体の製造方法において、この方
法は： 外面的には、製造されるべき強化繊維構造体の
内部形状を有するスポンジ、フエルト、又はゴム
の内の一つで作られた使い捨てマンドレルを使用
し；前記マンドレルの表面に剛性部材を植え込
み、これにより前記マンドレルの表面に、少なく
とも２方向に重ね合わせかつ交差させられる糸又
は繊維の連続層を付与し；前記層を貫通して前記
マンドレル中へ針を打ち込んで針の目が充分に前
記マンドレルの材料を貫通されて、前記層に垂直
に延在した糸又は繊維により前記層を互いに結合
し；得られた集成体を結合剤で含浸し；含浸後に
前記結合剤を硬化し；機械加工と高熱加工の一つ
により前記マンドレルを破壊する以上の諸工程か
ら成り、前記剛性部材は、マンドレル中に一時的
に植え込まれたピンであつて、前記ピン上に張り
渡されてマンドレルの表面と接触している繊維の
連続糸を保持し、前記層は、少なくとも３つの重
ね合わされかつ交差された平らな層にて連続的に
形成されるべく、前記ピン上に連続的糸を張り渡
すことにより形成され、かつ前記層は、前記糸を
通している針により、外部から前記層を貫通して
連続的糸を挿入して、マンドレル内に連続的な開
放ループを形成し、次いで前記ピンを取り除くこ
とにより互いに結合され、前記ピンは、平らな層
を形成するべく前記ピンの間でマンドレルの表面
に対して張り渡された糸を保持する為に、マンド
レルの形状の機能に応じて選択されるマンドレル
表面の地点において、特に糸の方向の変更が果た
されるべく望まれる総ての地点において植え込ま
れ、更に前記ピンは、円周的列及び螺旋的列で植
え込まれ、前記層を互いに結合する前記連続的糸
は、針により挿入され、前記針は、内部研摩部分
と横方向に開口して針目まで傾斜する長手溝とを
画成する縁を有する通し孔の針目を備えているこ
とを特徴とする。
連続層の相互結合は、前記開放ループの形成に
よらずに、層を貫通して張り渡される糸の摩擦に
よつても実施され得る。
本発明はまた、上述の製造方法を実施する為の
機械を提供するもので、この機械は、骨組台１
と；外面的には、製造されるべき強化繊維構造体
の内部形状を有するスポンジなどで作られた使い
捨てマンドレル１５を装着する為の装着手段の水
平軸１４と；前記水平軸１４を回転する為の回転
手段のステツプ・バイ・ステツプ方式モータ１６
と；前記水平軸１４の上部にて前記骨組台１によ
り支持され、かつ３つの直交軸に沿つて調節可能
な垂直アーム１２と；前記垂直アーム１２に取り
付けられてマンドレル１５に剛性部材を植え込む
為の第一加工装置２０と；前記加工装置２０は、
前記垂直アーム１２に取付金具により着脱自在に
装着され、前記取付金具は、前記垂直アーム１２
の方向に延在する脚部材１７と前記脚部材１７に
固定されるステツプ・バイ・ステツプ方式モータ
１８と前記脚部材１７に支持され前記ステツプ・
バイ・ステツプ方式モータ１８により回転駆動さ
れる水平軸１９を備えており、マンドレルの表面
に糸又は繊維の連続的層を付与する第二加工装置
２６と；及び前記層を貫通して垂直に延在する糸
又は繊維により前記層を相互に結合する第三加工
装置３６とからなることを特徴とする。
（実施例） 本発明を添付図面を参照して以下に説明する
が、これは単なる一例であることは勿論である。
第１図において、本発明に係る製造用の機械
は、２本の脚部を有する骨組台１と、下部横部材
２と上部横部材４により連結された２本の垂直支
柱３と、及び２本の側面支柱５を備えている。
夫々の垂直支柱３は、ガイドレール６を備えて
おり、ガイドレール６中に滑動自在に装着され、
かつねじ９によりガイドレール６上の位置を固定
出来るスライダ８が設けられ、前記スライダ８に
は、横棒７がその両端部において固定されてい
る。
前記横棒７には、その上を滑動自在に移動出来
る往復部材１０が設けられ、前記往復部材１０に
は、横棒７に対して調整可能かつ水平に滑動自在
な水平アーム１１が設けられている。
前記水平アーム１１は、その一端部において調
整可能で水平に滑動自在に設けられた垂直アーム
１２を支持している。
前記垂直アーム１２は、その下端部１３に、脱
着自在に装着され得る加工装置を固定するのに適
合した固定手段を備えており、前記加工装置は、
第４図〜第７図により明確に図示される種類の第
一，第二，第三加工装置である。
また、この機械は、マンドレル１５を回転支持
し得る水平軸１４を側面支柱５の一つにおいて支
持しており、前記水平軸１４は、前記横棒７の下
方にて前記横棒７と平行に延在している。
前記水平軸１４はまた、側面支柱５に装着され
たステツプ・バイ・ステツプ方式モータ１６によ
り回転駆動される。
横棒７，水平アーム１１及び垂直アーム１２の
配置により、下端部１３は、ステツプ・バイ・ス
テツプ方式モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３によつて３本
の直交軸Ｘ，Ｙ，Ｚに従つて、マンドレル１５に
対して望み通りの総ての位置に調節出来、一例と
して横棒７にかつ水平アーム１１及び垂直アーム
１２の端部へ装着されている様に図示した前記ス
テツプ・バイ・ステツプ方式モータＭ１，Ｍ２，
Ｍ３は、歯車，ラツク，ウオーム、その他に適合
された既知の装置を介して、横棒７と水平アーム
１１及び垂直アーム１２を前記３本の直交軸に沿
つて駆動する。
特に、第５図と第６図を参照すると、垂直アー
ム１２の下端部１３は、その延長線上に固定され
た取付金具の脚部材１７に、例えば、ステツプ・
バイ・ステツプ方式モータの様な小型電気モータ
１８が固定され、この水平軸１９は、取付金具の
脚部材１７を貫通して延在している。
第４図を参照すると、前記ステツプ・バイ・ス
テツプ方式モータ１８の水平軸１９に脱着自在に
装置することの出来る第一加工装置２０を図示し
ている。
前記第一加工装置２０は、既知の型の空気打鋲
機であつて、管２２によつて圧搾空気供給源と制
御装置（図示せず）に連結された往復ジヤツキ２
１及び導管２４によつて第一加工装置２０に連結
されたピン２５を収めた振動貯蔵箱２３を備えて
いる。
前記振動貯蔵箱２３は、機械のフレーム又は他
の適切な支持体（図示せず）に装着されている。
第一加工装置２０を、前記モータ１８の前記水
平軸１９に装着することにより、第一加工装置２
０の向きを垂直平面内の望みの角度に沿つて変更
し、前記マンドレル１５の表面の望みの位置にピ
ン２５を打ち込むことが出来る様にされる。
第５図と第６図は、前記モータ１８の前記水平
軸１９に脱着自在に装着出来る第二加工装置２６
を図示している。
前記第二加工装置２６は、前記マンドレル１５
の前記ピン２５間かピン２５の周りに糸を下ろす
様に調整されている。
この目的の為に、第二加工装置２６には、止め
ねじ２８によつて前記水平軸１９に固定される様
に調整された支持体２７が備えられている。
前記支持体２７は、小型電気ステツプ・バイ・
ステツプ方式モータ２９を支持しているが、この
ステツプ・バイ・ステツプ方式モータ２９の垂直
軸３０は下方に延在すると共に、管３１によつて
構成される糸通しを支持しており、前記管３１は
上部に開口部３２を備える偏平な断面を有し、前
記マンドレル１５に配置する糸３３が前記開口部
３２を介して糸通し管３１中に入り、前記管３１
の下端部３４から出る。
前記下端部３４は、内側が丸みを帯びており、
脆い糸３３を用いた場合に、糸３３が損なわれた
り、又は切れたりしない様にされる。
前記糸３３は、フレーム又は他の適切な支持体
に装着されたボビン貯蔵箱３５（第１図）から出
てくる。
第７図において、第三加工装置３６を図示して
おり、この第三加工装置３６は、前記モータ１８
の前記水平軸１９に脱着自在に装着出来、連続糸
５０をマンドレル１５の表面に形成された糸層を
貫通させてループを導入する為の装置である。
前記第三加工装置３６は、前記水平軸１９に固
定されかつレール３８の固定されている支持体３
７、前記レール３８を滑動するブロツク３９，空
気ジヤツキ４０を備えており、前記空気ジヤツキ
４０のシリンダ部は、前記レール３８に嵌入され
る装着部４１に固定され、また前記空気ジヤツキ
４０のピストン棒４２は、前記ブロツク３９に連
結されており、このブロツク３９は、針４３を支
持している。
第８図において、前記針４３の拡大断面図が図
示されており、針４３の針先４６とは反対側の端
部４７は、前記ブロツク３９に装着された既知の
型の空気糸挟み４８に近接して固定されている。
前記糸挟み４８は、導管４９によつて圧搾空気
供給源（図示されず）に連結されており、糸供給
源（図示されず）から出た前記連続糸５０は、前
記糸挟み４８と前記針４３の縦溝部４４を通つて
針孔４５から出る。
前記ブロツク３９と前記レール３８の間に戻し
ばね５２を配置し、導管５３によつて圧搾空気を
供給される空気ジヤツキ４０が、ブロツク３９を
押出してから離脱させられた場合には、前記戻し
ばね５２がブロツク３９と針４３とを後戻りさせ
る様にする。
第三加工装置３６も、第一加工装置２０と同じ
様にして、その向きを前記モータ１８によつて垂
直平面内で変えることが出来る。
次に、本発明に係る製造方法につき、上述の構
成との関連において説明する。作業工程の第一段
階において、第１図に示される機械の垂直アーム
１２の端部に第一加工装置２０を装着し、この第
一加工装置２０によりスポンジ材料で作られたマ
ンドレル１５の表面に、マンドレル１５の形状に
応じて選択された位置においてピン２５を植え込
み、このピン２５により、マンドレル１５の表面
に接して張られた糸３３の規則正しい層が保持か
つ維持される。
第２図を参照すると、マンドレル１５は、製造
されるべき繊維構造体の内部形状に対応する円筒
円錐形の形状を有して、水平軸１４に装着されて
いる。
第３図を参照すると、第２図のマンドレル１５
の表面において、第一のピン群２５ａを水平軸１
４の周りの略平坦なマンドレル断面に植え込む。
次に、例えば、マンドレル１５の円筒状表面部分
に２列の円周ピン列２５ｂを植え込み、更に円錐
先端部分に一定の間隔を置いてピン２５ｃを、円
錐先端部分の頂点にピン２５ｄを植え込み、最後
にマンドレル１５の水平軸１４に対して傾斜した
マンドレル１５の表面部分にピン２５ｅを円周列
をなす様に植え込む。
上記各種ピン群の植え込み状態を説明すると、
ピン２５ｂを初めとしてマンドレル１５の軸に平
行又は略平行に植え込まれた総てのピン群は、マ
ンドレル表面に対して垂直に植え込まれている。
一方、ピン２５ａ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ及び
水平軸１４に対して傾斜した表面やこの水平軸１
４に直交する様な表面に植え込まれる総てのピン
群は、一定の方向に傾斜させて植え込まれ、糸３
３が自然にピンを滑つて、これらのピンが関係す
るマンドレル１５の表面に接して鋭角にてピンに
纒わり込む様にされると都合が良い。
第４図を参照すると、上記ピンの植え込み作業
は、ステツプ・バイ・ステツプ方式モータ１８を
作動させて、第一加工装置２０をマンドレル１５
の表面に垂直方向に傾斜させながら移動させると
共に、第一加工装置２０の１工程が終わる度に、
モータ１６（第１図）でマンドレル１５を１段階
だけ回転せる。
ピン２５を選択された総ての位置に植え込んだ
ら、第一加工装置２０を第二加工装置２６（第
５，６図）に取り替える。開口部３２から糸３３
を糸通し管３１に入れ、糸通し管３１の下端部３
４から出す。
次いで、この糸３３を、例えば、ピン２５ａ
（第３図）の一つに固定し、第二加工装置２６を
移動させ、糸３３をピン２５ｂの間に通して円錐
頂点のピン２５ｄの向側まで引つ張つて行く。
この段階でマンドレル１５を１段階分だけ回転
させてから糸３３を引き戻し、この糸３３がピン
２５ｄを巡つて２本のピン２５ｂの間を通過する
様にし、次に第二加工装置２６を傾斜させながら
引き下ろし、糸３３が出発点となつたピン２５ａ
に隣接するピン２５ａを同じ様にして巡る様にさ
せる。
円錐頂点付近に糸３３が集まり過ぎるのを避け
る為に、一定の間隔を置いて円錐部分に配置した
ピン２５ｃを糸３３が巡る様にさせる。
この様にして、糸３３で出来た第一の規則正し
い層が縦方向に配置されると、例えば、これと90
度の角度をなす様に第二の層を円周方向に配置す
る。
この糸３３による層形成作業は、螺旋状に行う
ことも出来るが、この場合は、例えば、ピン２５
ａの一つを出発点とし、マンドレル１５を回転さ
せながら第二加工装置２６を直線的に移動させ
る。
マンドレル１５の端部の略平坦な表面に続くの
丸みを帯びた表面には、ピン２５ｅを円周列に配
置して、糸３３がこの丸み表面に接触する様にさ
せる。
同様に、円錐状部分にもピン２５ｅの円周列を
配置して、糸３３が円錐頂点の方に滑つて行くの
を避ける。
マンドレル１５の軸１４に対して平行な表面部
分に植え込まれたピン２５ｂの円周列は、糸３３
に規則正しい間隔を保持させる為のものである。
第二加工装置２６を回転させるステツプ・バ
イ・ステツプ方式モータ２９を回転させて、偏平
断面の糸通し管３１を回転させ、糸通し管３１の
幅の狭い断面がピンの狭い列間を通る様にさせる
ことが出来る。
かくして、重ね合わされた糸層をマンドレル１
５の表面に接触して必要な数だけ形成させるが、
繊維構造体の中にある一定の部分を補強し様とす
る場合は、ピン植え込みの作業段階において、こ
の部分の境界にピンを植え込むだけで良い。この
様にすれば、これらのピンの間に１回乃至数回分
だけ余計に糸を巡らせて往復させる様にすること
が出来る。例えば、凹面部分を有する様な変化に
富んだ表面の場合は、この部分に螺旋状のピン列
を配置して、これらのピン列に糸３３を数回掛け
ることにより、凹部表面を補強して形成すること
が出来る。
糸層形成の第二作業段階が終了すると、第二加
工装置２６を第三加工装置３６（第７図）に取り
替える。
第７図において、糸５０が糸挟み４８に通され
て針４３を通し、第三加工装置３６を作動させ
て、糸５０をマンドレル１５に形成した糸層を貫
通させる。
糸５０は、針４３が次々と糸層を貫通する度
に、第１０ａ図〜第１０ｆ図に図示された工程に
従つて、空気ジヤツキ４０による押出しと戻しば
ね５２による引き戻しにより糸層に導入される。
糸５０は、糸挟み４８が締め付けられた状態で
針４３に引つ張られて糸層を貫通するが、この時
の針４３の工程は、針孔４５より少し奥まで針４
３がマンドレル１５のスポンジ部に入り込む様に
調整されている（第１０ａ図，第１０ｂ図及び第
１０ｃ図参照）。
この段階で糸挟み４８が緩められ（第１０ｄ図
参照）、針４３は、徐々に糸４３を繰り出しなが
ら（第１０ｅ図参照）糸層を通り抜けて引き上げ
られて行き、閉じられていない小ループ５４を形
成するが、この小ループ５４は、スポンジと糸層
とによる摩擦によつてスポンジと第一層の界面の
すぐ下に保持される。勿論、小ループ５４を形成
しない糸の重なり、又は捩れ等でも良く、要はス
ポンジ中にその弾性により保持される様にするこ
とである。
糸層を抜け出た針４３は、糸層の厚みと針を刺
す間隔に相当する長さの和だけマンドレル１５上
に引き上げられる（第１０ｆ図）。
この段階で糸挟み４８を作動させて糸５０を固
定して垂直アーム１２を１工程分移動させ、再び
第三加工装置３６を作動させて作業サイクルを再
開する。
マンドレル１５に植え込まれたピンは、第三加
工装置３６の作業が進行するに連れて徐々に除去
して行き、ピンが加工作業の妨げにならない様に
することが出来る。
第三加工装置３６の作業が円滑に実施されるか
否かは、針４３の形状に大きく左右される。実
際、使用される糸５０は、大抵の場合解れ易く脆
い繊維の糸である。従つて、従来の孔付き針を使
用すると、糸５０は、針孔から出る時に針孔の両
側で解け、その為に引つ掛かりが生成して切れて
しまうことが確かめられている。
この為に針４３は、第８図に図示される様に、
針孔４５の針先４６から離れた縁が、内側丸み５
１に形成され、針先４６に近い縁が、針先４６に
向けて下がる傾斜面に形成されて、糸５０が針孔
４５に通される時に、この内側丸み５１と傾斜面
に沿つて曲がる為に、糸が傷んだり、又は切れる
恐れのある折れ目が生成したりしないで済む。
好適には、針孔４５は、針先４６から離れた端
部において、針先４６から遠ざかるに連れて深さ
が減少する部分的に円形の断面を有する縦溝部４
４に通じており、この縦溝部内を糸５０が通つて
針孔４５に至る。
第９図の針の別の実施態様を参照すると、この
針４３ａは、中空で軸方向の管状部４４ａを備
え、かつ非貫通の針孔４５ａを有し、この針孔４
５ａは、針先４６ａから間隔を置いて配置され、
傾斜面に沿つて上昇して前記管状部４４ａに通
じ、かつ針孔４５ａの針先４６ａから離れた縁部
は、第８図の前記針４３の内側丸み５１に類似の
内側丸み５１ａに形成されている。
本発明に係る機械によれば、第三加工装置３６
は、その向きをマンドレル１５の表面に対して適
切に変更することにより、例えば、マンドレル円
錐状部分とは反対側の端部領域においては、針４
３を糸層に対して垂直に刺し込まれる様に第三加
工装置３６の傾斜を徐々に増大させ、この様にし
て、第三加工装置３６をマンドレル表面の総ての
部分に亙つて、非常に規則正しいステツプで極め
て高速に機能させることが出来る。
上述の作業を実施する為に、製造する繊維構造
体の形状に応じて予めプログラムされた記憶装置
付き電子装置によつてステツプ・バイ・ステツプ
方式モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３，１６，１８，及び
２９が適切に制御される。この電子装置は既知の
型のもので良く、本発明に属するものではない。
第三加工装置３６による糸層を貫通して糸５０
を導入する作業が終わると、繊維構造体をマンド
レル１５に残したままの状態で、又は予め繊維構
造体を取り外して、従来技術により樹脂結合剤に
含浸させる作業に取り掛かる。
ここに強調されるべきことは、本発明によつて
製造される繊維構造体は、樹脂結合剤で含浸され
る前に、糸層を垂直に貫通して外面で互いに連結
された連続糸５０の糸層に対する締め付けと、こ
の連続糸５０に対して糸層が及ぼす締め付けと摩
擦の相乗効果によつて全体としての形状が保持さ
れ得ることである。本発明者等は、製造された繊
維構造体が、マンドレル１５から取り外されてか
ら樹脂結合剤の含浸までの間、繊維構造体の形状
を保持して置くには、これらの締め付けと摩擦の
効果だけで充分であることを突き止めている。
マンドレル１５から繊維構造体を取り外す最も
簡単な方法は、例えば、繊維が炭素繊維とか金属
繊維等の加熱又は燃焼に耐える場合、マンドレル
１５を加熱又は燃焼させて破壊することである。
第１１図において、完成した繊維構造体の形状
を図示すると共に、一部断面により糸の配置を三
次元的に示している。
（発明の効果） 本発明のマンドレルを使用する繊維構造体の製
造機械による製造方法によれば、一時的にピンを
使用することにより、数百本のピンを植え込むだ
けで、任意の繊維構造体に糸層を形成することが
出来る。従来技術における「刺」を使用する方法
によれば、同一の繊維構造体の製造に数万本の
「刺」を最後まで植え込んでおけなければならな
い。かくして、複雑な形状の繊維構造体を比較的
に簡単な作業で形成することが可能にされる。ま
た、従来技術による繊維構造体が有する、均質性
と機械的及び熱的の耐性よりも優れた均質性と耐
性を有する新しい繊維構造体を提供することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る機械の一実施態様を説
明する為の斜視図、第２図は、支持軸を備えたマ
ンドレルの縦断面図、第３図は、繊維構造体を製
造中のマンドレルに植え込まれたピンの配置と、
これらのピンに張られた糸の配置を示す斜視図、
第４図は、マンドレルにピンを植え込む第一加工
装置を説明する斜視図、第５図及び第６図は、糸
層を形成する為にピン間に糸を張る第二加工装置
の説明図、第７図は、糸層を貫通して糸を導入す
る第三加工装置の説明図、第８図は、第７図の第
三加工装置に使用される針の拡大縦断面図、第９
図は、第８図とは別の形状の針の拡大縦断面図、
第１０図は、マンドレル上の糸層を貫通して連続
糸を導入する作業の各段階の第１０ａ〜１０ｆに
よる説明図、第１１図は、完成した繊維構造体の
一部断面により図示する縦断面構成図である。 １……骨組台、２……下部横部材、３……垂直
支柱、４……上部横部材、５……側面支柱、６…
…ガイドレール、７……横棒、８……スライダ、
９……ねじ、１０……往復部材、１１……水平ア
ーム、１２……垂直アーム、１３……下端部、１
４……水平軸、１５……マンドレル、１６，１
８，２９……ステツプ・バイ・ステツプ方式モー
タ、１７……脚部材、１９……水平軸、２０……
第一加工装置、２１……往復ジヤツキ、２２……
管、２３……振動貯蔵箱、２４……導管、２５，
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ……ピ
ン、２６……第二加工装置、２７……支持体、２
８……止めねじ、３０……垂直軸、３１……糸通
し管、３２……開口部、３３……糸、３４……下
端部、３５……ボビン貯蔵箱、３６……第三加工
装置、３７……支持体、３８……レール、３９…
…ブロツク、４０……空気ジヤツキ、４１……装
着部、４２……ピストン棒、４３，４３ａ……
針、４４……縦溝部、４５，４５ａ……針孔、４
６，４６ａ……針先、４７……端部、４８……糸
挟み、４９……導管、５０……戻しばね、５１，
５１ａ……内側丸み、５２……戻しばね、５３…
…導管、５４……小ループ、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…
…ステツプ・バイ・ステツプ方式モータ、Ｘ，
Ｙ，Ｚ……直交軸。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 紡織繊維、鉱物繊維、合成繊維、又はその他
    の繊維により複雑形状の三次元に編まれ、熱的、
    機械的、又は加工熱的応力に対して高抵抗性を有
    し、特に航空又は宇宙分野への応用を目的とする
    複合強化繊維構造体の製造方法において、この方
    法は： 外面的には、製造されるべき強化繊維構造体の
    内部形状を有するスポンジ、フエルト、又はゴム
    の内の一つで作られた使い捨てマンドレルを使用
    し； 前記マンドレルの表面に剛性部材を植え込み、
    これにより前記マンドレルの表面に、少なくとも
    ２方向に重ね合わせかつ交差させられる糸又は繊
    維の連続層を付与し； 前記層を貫通して前記マンドレル中へ針を打ち
    込んで針の目が充分に前記マンドレルの材料を貫
    通されて、前記層に垂直に延在した糸又は繊維に
    より前記層を互いに結合し； 得られた集成体を結合剤で含浸し； 含浸後に前記結合剤を硬化し； 機械加工と高熱加工の一つにより前記マンドレ
    ルを破壊する 以上の諸工程から成り、 前記剛性部材は、マンドレル中に一時的に植え
    込まれたピンであつて、前記ピン上に張り渡され
    てマンドレルの表面と接触している繊維の連続系
    を保持し、前記層は、少なくとも３つの重ね合わ
    さられかつ交差された平らな層にて連続的に形成
    されるべく、前記ピン上に連続的糸を張り渡すこ
    とにより形成され、かつ前記層は、前記糸を通し
    ている針により、外部から前記層を貫通して連続
    的糸を挿入して、マンドレル内に連続的な開放ル
    ープを形成し、次いで前記ピンを取り除くことに
    より互いに結合され、前記ピンは、平らな層を形
    成するべく前記ピンの間でマンドレルの表面に対
    して張り渡された糸を保持する為に、マンドレル
    の形状の機能に応じて選択されるマンドレル表面
    の地点において、特に糸の方向の変更が果たされ
    るべく望まれる総ての地点において植え込まれ、
    更に前記ピンは、円周的列及び螺旋的列で植え込
    まれ、前記層を互いに結合する前記連続的糸は、
    針により挿入され、前記針は、内部研摩部分と横
    方向に開口して針目まで傾斜する長手溝とを画成
    する縁を有する通し孔の針目を備えていることを
    特徴とする製造方法。 ２ 複合強化繊維構造体の製造方法において： 外面的には製造されるべき強化繊維構造体の内
    部形状を有するスポンジで作られた使い捨てマン
    ドレルを使用し； 前記マンドレル表面に剛性部材を植え込み、前
    記マンドレルの表面にて前記剛性部材の間に張り
    渡された繊維の連続層を付与し、前記繊維は少な
    くとも２方向に重ね合わせかつ交差させられ； 前記層を貫通して前記マンドレル中へ、繊維を
    通している針を打ち込んで針目が充分に前記マン
    ドレルの外面を貫通されて、前記層に垂直に延在
    した繊維により前記繊維層を互いに結合し； 得られた集成体を結合剤で含浸し； 含浸後に前詰結合剤を硬化し； 前記剛性部材を引き抜きかつマンドレルを取り
    除く 諸工程からなる請求項１記載の製造方法。 ３ 紡織繊維、鉱物繊維、合成繊維、又はその他
    の繊維により複雑形状の三次元に編まれ、熱的、
    機械的、又は加工熱的応力に対して高抵抗性を有
    し、特に航空又は宇宙分野への応用を目的とする
    複合強化繊維構造体の製造方法において、この方
    法は： 外面的には、製造されるべき強化繊維構造体の
    内部形状を有するスポンジ、フエルト、又はゴム
    の内の一つで作られた使い捨てマンドレルを使用
    し； 前記マンドレルの表面に剛性部材を植え込み、
    これにより前記マンドレルの表面に、少なくとも
    ２方向に重ね合わせかつ交差させられる糸又は繊
    維の連続層を付与し； 前記層を貫通して前記マンドレル中へ針を打ち
    込んで針の目と前記針により運ばれる繊維とが充
    分に前記マンドレルの材料を貫通されて、前記層
    に垂直に延在した糸又は繊維により前記層を互い
    に結合し； 得られた集成体を結合剤で含浸し； 含浸後に前記結合剤を硬化し； 機械加工と高熱加工の一つにより前記マンドレ
    ルを破壊する 以上の諸工程から成り、 前記剛性部材は、マンドレル中に一時的に植え
    込まれたピンであつて、前記ピン上に張り渡され
    てマンドレルの表面と接触している繊維の連続系
    を保持し、前記層は、少なくとも３つの重ね合わ
    さられかつ交差された平らな層にて連続的に形成
    されるべく、前記ピン上に連続的糸を張り渡すこ
    とにより形成され、次いで前記ピンを取り除き、
    前記ピンは、平らな層を形成すべく前記ピンの間
    でマンドレルの表面に対して張り渡された糸を保
    持する為に、マンドレルの形状の機能に応じて選
    択されるマンドレル表面の地点において、特に糸
    の方向の変更が果たされるべく望まれる総ての地
    点において植え込まれ、更に前記ピンは、円周的
    列及び螺旋的列で植え込まれ、前記層を互いに結
    合する前記連続的糸は、針により挿入され、前記
    針は、内部研摩部分と横方向に開放して針目まで
    傾斜する長手溝とを画成する縁を有する通し孔の
    針目を備えていることを特徴とする製造方法。 ４ 紡織繊維、鉱物繊維、合成繊維、又はその他
    の繊維により三次元に編まれた複合強化繊維構造
    体を製造する為の機械において、この機械は： 骨組台１と； 外面的には、製造されるべき強化繊維構造体の
    内部形状を有するスポンジなどで作られた使い捨
    てマンドレル１５を装着する為の装着手段の水平
    軸１４と； 前記水平軸１４を回転する為の回転手段のステ
    ツプ・バイ・ステツプ方式モータ１６と； 前記水平軸１４の上部にて前記骨組台１により
    支持され、かつ３つの直交軸に沿つて調節可能な
    垂直アーム１２と； 前記垂直アーム１２に取り付けられてマンドレ
    ル１５に剛性部材を植え込む為の第一加工装置２
    ０と；前記加工装置２０は、前記垂直アーム１２
    に取付金具により着脱自在に装着され、前記取付
    金具は、前記垂直アーム１２の方向に延在する脚
    部材１７と前記脚部材１７に固定されるステツ
    プ・バイ・ステツプ方式モータ１８と前記脚部材
    １７に支持され前記ステツプ・バイ・ステツプ方
    式モータ１８により回転駆動される水平軸１９を
    備えており、 マンドレルの表面に糸又は繊維の連続的層を付
    与する第二加工装置２６と；及び 前記層を貫通して垂直に延在する糸又は繊維に
    より前記層を相互に結合する第三加工装置３６と からなることを特徴とする機械。 ５ 前記第二加工装置２６が、前記水平軸１９に
    支持されるステツプ・バイ・ステツプ方式モータ
    ２９の垂直回転軸３０に装着される中空管３１の
    上部開口部３２を介して糸３３を繰り出して前記
    剛性部材間に前記糸３３を張り渡して連続層を形
    成し、前記連続層は少なくとも２つの方向にて重
    ね合わされかつ交差されておる請求項４記載の機
    械。 ６ 前記第三加工装置３６が、マンドレル上に配
    置された糸の交差層を貫通する連続的開放ループ
    を形成する連続的糸を打ち込む為の針を備え、前
    記ループは、前記マンドレル内に延在する請求項
    ４記載の機械。 ７ 連続的糸を打ち込む為の針を備える第三加工
    装置３６が、支持体３７と、ピストン棒４２を備
    えかつ支持体３７により支持されるジヤツキ４０
    と、支持体３７に滑動自在に装着されかつジヤツ
    キ４０のピストン棒４２に結合されるブロツク３
    ９と、ブロツク３９を偏倚させる戻しばね５２
    と、前記ブロツク３９に装着される針４３と糸挟
    み４８と、及び垂直面内に位置させる為の糸打ち
    込みの第三加工装置３６へ結合されて駆動するモ
    ータ１８とを備える請求項６記載の機械。 ８ 前記針４３が、その端部に針先４６と、前記
    針先から隔離された針目の一側部に内部丸み部分
    を画成する縁部と、及び横方向に開放しかつ針目
    まで傾斜する長手溝とを備える通し孔の針目とを
    含み、前記溝は、前記針先４６から離れる方向へ
    減少する深さを備えるやや円形断面を有する請求
    項７記載の機械。 ９ 前記針４３が、中空で、かつ内部丸み縁部分
    を画成する非通し孔の針目と、針目まで横方向へ
    かつ傾斜して開口する軸方向通路とを備える請求
    項８記載の機械。
JP63067479A 1987-03-25 1988-03-23 三次元に編まれた複合強化繊維構造体の製造方法、及びこの製造用の機械 Granted JPS63315656A (ja)

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