JPH0247350A - 三次元三軸立体賦形用織物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として回転体シェル形状を有する構造用複合
材料の補強材として用いる立体形状をした厚肉の三次元
三軸立体賦形用織物およびその製造方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

連続繊維を補強材とする複合材料は、弾性率や強度など
の機械的特性に優れるため、多くの分野に応用されてい
る。しかしながら、連続繊維複合材料は複雑形状への賦
形が困難であるため、立体曲面を可展面に分割し、平面
布や一方向引きそろえ材を切り貼りするか、または平面
布を無理にひずませて製造が行われていた。これら従来
技術の欠点としては、切断された補強材のつなぎ１１で
強度劣化が著しいことや、繊維含有率および配向分布に
乱れが生じることが指摘されている。

このような問題点を解決するため、本発明者らは、先に
特願昭６２−１４３７８０号により球面状をなす立体形
状の布を製織する技術について提案している。この立体
布は、中央から放射状に伸びる多数の半径方向糸を一本
おきに上下させ、この半径方向糸の開口間に周方向糸を
渦巻き状に織り込み、次に半径方向糸の上下位置を逆に
して織り込むという動作の繰り返しにより製織されるが
、織物組織が通常の平織平面布と異ならず薄い織物であ
るため、実際の適用に際しては一定の厚みを持たせるた
めに、織物を積層して使用する必要があった。

このように補強材を積層して使用する場合、得られる成
形物の積層体間の層間強度が弱いということの他、積層
という余分な工程を入れるために半径方向と周方向に配
向された繊維が乱れ易い、同一形状の立体を重ねること
になるので肉厚が大きくなると立体布にひずみを与える
ことになるなどの問題点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のような問題点を解決するためになされた
もので、厚さを設定することができ、このため積層する
ことなく立体形状の複合材料を得ることが可能な三次元
三軸立体賦形用織物およびその製造方法を得ることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕 この発明の三次元三軸立体賦形用織物は、中央から放射
状に伸びる多数の径方向糸、円周方向に渦巻き状に織り
込まれる周方向糸、および厚さ方向に貫通する厚さ方向
糸から成り、上記径方向糸は織布の厚さ方向に多重に積
み重ねられており、径方向糸の間を周方向糸とＪｌメさ
方向糸が貫通しているものである。

またこの発明の三次元三軸立体賦形用織物の製造方法は
、中央から放射状に伸びる径方向糸全体を回転させ、こ
の間に周方向糸および厚さ方向糸を挿入し、二次元三軸
織物を形成する方法である。

本発明の立体賦形用織物は、平面布としてすでに知られ
ている三次元三軸織物を回転体シェル形状に立体化して
おり、繊維の方向が半径方向と周方向ばかりでなく、厚
さ方向にも配向しており。

しかも糸密度の変動が最小限に制御されている。

〔作　用〕

この発明における織物は、立体形状を有しかつ厚さを任
意に設定しうるため１回転体曲面等の立体形状の複合材
料への適用に当たり、従来のように平面的な薄物を立体
賦形して積層するという繊維配向の乱れや糸密度の変動
を生ずる工程を経ることがないため、直線複合材料用の
補強材として用いることができるとともに、部材内の特
性の変動が少なく、特性の高度な安定性を要求される部
材への適用に有効である。また強化材としての糸が回転
曲面の周方向および半径方向に配向されているため、軸
対称荷重に対し最大剛性、最大強度を有する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照しながら詳述する
。

第１図は本発明に係る立体賦形用織物の織物組織を模式
的に示している。図において、立体賦形用織物（Ａ）は
第２図に示すような回転体シェル等の立体形状を有する
複合材料（Ｂ）の補強材として用いるもので、一般的に
は炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維等により形成さ
れるが、必要に応じて他の各種繊維を用いることもでき
る。

上記織物組織は三次元三軸織物として知られるもので、
中央から放射状に伸びる多数の径方向糸（１）、それら
に対してほぼ直交する方向に織り込まれた周方向糸（２
）および厚さ方向糸（３）から成り。

周方向糸（２）を径方向糸（１）に対して渦巻き状に織
り込むとともに、レピア方式で厚さ方向糸（３）を挿入
することにより製織されている。

第３図は立体賦形用織物（Ａ）の製織方法を模式的に示
す平面図であり、図中には径方向糸（１）と周方向糸（
２）のみが示されている。

上記径方向糸（１）は、各製織半径における糸密度の偏
差が一定の範囲内に収まるように、製織半径に比例して
糸本数が増加され、望ましくは径方向糸（１）の糸密度
の偏差が常に±ｌθ％の範囲内に収まるように、１１１
織半径の増加に比例して径方向糸（１）が逐次追加され
る。また上記周方向糸（２）および厚さ方向糸（３）は
、径方向糸（１）と同程度の糸密度および同程度の糸密
度の偏差をもつようにして、径方向糸（１）に対し織り
込み、それによって複合材料用の織物（Ａ）が製織され
ている。

上記織物（Ａ）は、予め回転体シェル形状等に賦形して
製織することもできるが、平面状に製織し、複合材料化
に際して回転体シェル等の立体形状に成形してもよい、
この場合径方向糸（１）１周方向糸（２）および厚さ方
向糸（３）により製織しているので、複合材料化に際し
て回転体シェル形状程度の立体形状への賦形を行っても
、糸密度に格別大きな変動は生じない。

第４図は上記織物（Ａ）を回転体シェル形状の立体布と
してＩ２織するための製織装置を示す構成図で、この製
織装置は、機枠（１０）の中心に製織すべき立体布の形
状を規定する型（１１）を備え、この型（１１）を、モ
ータ（１２）で駆動されて昇降する昇降軸（１３）によ
り昇降可能に設置している。径方向糸（１）５周方向糸
（２）および厚さ方向糸（３）はそれぞれボビン（１／
ｌ）、　（１５）　、　（１６）に取付けられた張力制
御装置によってそれぞれ独立に糸張力が調整されている
。この張力調整機構としては、例えば摩擦により動力を
伝達する部材を備え、外部からの電気的信号によりその
部材間の摩擦力を調整して、糸（２）　、　（３）の張
力を調節可能にした機構等が適し５上記電気的信号とし
ては、織り口の半径に比例した信シ手がその織り口の位
置やホルダーの回転数の検出結果に基づいて与えられる
。

径方向糸（１）は型（１１）の中心に一端が固定され、
他端はボビン（１４）を介して回転ドラム（１７）に固
定される。径方向糸（１）の本数は、織物（Ａ）の最外
周において必要とされるだけ製織前に取付けられる。

第４図では径方向糸（１）を５段に重ねて示したが、こ
れは必要な厚さに応じて調節すべきものであることはい
うまでもない。この事情は周方向糸（２）においても同
じである。製織動作に参加する径方向糸（１）の本数は
、製織時の織り口半径に比例して増加させることが好ま
しい。このため回転ドラム（１７）に、第５図に示すよ
うに径方向糸（１）の−部を待機させる特機部分（Ｉ８
）を余分に設けておき。

織り口半径に比例して特機部分（１８）の径方向糸（１
）を製織部分（１９）の径方向糸（１）の所まで降ろし
て製織動作に参加させる。したがって径方向糸（１）を
取付けるボビン（１４）は、重ねられた１列の径方向糸
ボビン（１４）を一体として上下にスライドさせる機構
が設置されている。

この他、径方向糸（１，）はモータ（２工）によって型
（１１）と一体となって中心軸のまわりを径方向糸（１
）の１ピツチずつ回転する。厚さ方向糸（３）の糸密度
は、このとき何ピッチに一度厚さ方向糸（３）を挿入す
るかによって制御される。−右同方向糸（２）は磁石（
２２）等の手段によって一定位置に固定されている。こ
のため１回転ドラム（１７）には周方向に沿って溝（２
３）が切られており、ドラム（１７）の回転時に周方向
糸（２）はこの溝（２３）をスライドする。

厚さ方向糸（３）は第６図に示される工程で耳形成（セ
ルフステイツチング）を行いながら織り込まれる（この
図では周方向糸は省略されている）。すなわち、径方向
糸（１）の上側で、フック（３１）により形成された厚
さ方向糸（３）のループ（３２）の中にレピア（３３）
が上昇して挿入される（第６図（ａ）から（ｂ）の工程
）。次にフック（３１）が外され、レピア（３３）に設
けられた糸間隙（３４）を利用して再度厚さ方向糸（３
）が引っかけられ、再度ループ（３６）が形成される（
第６図（Ｃ））。続いて、レピア（３３）が下降するこ
とにより、ループ（３２）から外された厚さ方向糸（３
７）が固定される。この後径方向糸（１）が１ピツチ分
だけ回転されて第６図（ｄ）の状態になり、製織部を織
物（Ａ）の織り口へ移動させるためのおぎ打ち用の捧（
３８）が挿入され、この捧（３８）に伴って製織部は織
物（Ａ）へ寄せられる。さらにおさ打ち用の捧（３８）
が外され、厚さ方向糸（３）の挿入動作が終了し初期状
態に復帰する。

径方向糸（１）および厚さ方向糸（３）の糸密度は既述
のように、径方向糸（１）の製織参加本数およびレピア
（３３）の作ＩＩＪひん度をそれぞれ制御することによ
って設定可能である。一方、周方向糸（２）の糸密度を
制御あるいは均一化するには、径方向糸（１）と周方向
糸（２）の張力の比を制御すればよいことが実験により
明らかになっている。すなわち周方向糸（２）の糸密度
を織り口半径にかかわらず一定にするには、径方向糸（
１）の張力を一定にして、周方向糸（２）の張力を織り
口半径に比例して増加させればよい。

径方向糸（１）が５００本の製織実験において、炭素繊
維ロービング（１２０００ｆ）を用い、周方向糸（２）
の１回挿入毎に径方向糸（１）を追加し、周方向糸張力
を増加させた場合と同じことを周方向糸（２）の３回転
毎に行った。このとき織り口半径３０ａ＋ｍの初期状態
で径方向糸（１）および周方向糸（２）の張力はそれぞ
れｌｏｎｇおよび１８０　ｇ　、厚さ方向糸（３）の挿
入は１ピツチ毎に行うこととした。これにより、糸ピッ
チは３．５ａ＋ｍで各方向とも等密度のものが得られる
ことは予備実験で確認ずみである。以上の条件の試織の
結果、前者（１回転毎）の場合１周方向糸（２）の密度
の変動は５．２％以内に抑えることができ、また後者の
場合（３回転毎）、　１４．６％程度に抑えることがで
きた。従って、径方向糸（１）の挿入をある程度段階的
に行っても糸密度の目標値を設定した場合、その目標値
に対する糸密度の偏差を±ｌθ％程度以内に抑えること
が可能である。

このようにして径方向糸および周方向糸の糸密度を±１
０％以内に抑えると、外観においても密度が非常に均一
化された織物が得られ、また立体曲面を有する複合材料
の特性の改善に極めて有効である。なお、この実施例で
は、各方向の糸密度を等しくするように設定したが１周
方向糸の初期張力を変えることにより周方向糸の密度を
変えることも可能である。

第４図に示した製織装置では、製織される立体布の形状
を球面の一部として描いたが、同図に示す型（１１）の
形状を適宜選択することにより、円錐、パラボラ、円筒
等の各種回転体シェル形状の厚さを制御できる立体布が
製織可能である６〔発明の効果〕 以上のとおり１本発明によれば、径方向糸、周方向糸お
よび厚さ方向糸より成る糸密度のばらつきの少ない三次
元三軸立体賦形用織物が得られるため、軸対称荷重に対
し高剛性、高強度を有する複合材料用の補強材を得るこ
とができ、一般複合材料のように積層する必要がない、
また糸密度が均一であるため、熱構造安定性に優れ、熱
膨張係数、熱伝導率１弾性率等の設計を三次元金ての方
向に行える点でも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る織物の組織を模式的に示した斜視
図、第２図は本発明に係る立体布形状の代表例を示す斜
視図、第３図は織物の製織方法を模式的に示す平面図、
第４図は製織装置の構成図。 第５図（ａ）は回転ドラムの動作を示す平面図、（ｂ）
はその側面図、第６図（ａ）〜（ｄ）は厚さ方向糸の挿
入方法を示す説明図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、（１）
は径方向糸、（２）は周方向糸、（３）は厚さ方向糸、
（１１）は型、（１４）　、　（１５）　、　（１６）
はボビン、（１７）は回転ドラムである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　中央から放射状に伸びる多数の径方向糸、円周
   方向に渦巻き状に織り込まれる周方向糸、および厚さ方
   向に貫通する厚さ方向糸から成り、上記径方向糸は織布
   の厚さ方向に多重に積み重ねられており、径方向糸の間
   を周方向糸と厚さ方向糸が貫通していることを特徴とす
   る三次元三軸立体賦形用織物。
2. （２）　中央から放射状に伸びる径方向糸全体を回転さ
   せ、この間に周方向糸および厚さ方向糸を挿入し、三次
   元三軸織物を形成することを特徴とする三次元三軸立体
   賦形用織物の製造方法。