JP2591814B2 - 複合材製桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法 - Google Patents
複合材製桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法Info
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- JP2591814B2 JP2591814B2 JP1011033A JP1103389A JP2591814B2 JP 2591814 B2 JP2591814 B2 JP 2591814B2 JP 1011033 A JP1011033 A JP 1011033A JP 1103389 A JP1103389 A JP 1103389A JP 2591814 B2 JP2591814 B2 JP 2591814B2
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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、複合材からなる桁材の補強用繊維構造体お
よびその製造方法に関し、更に詳しくは、宇宙機器や航
空機あるいは自動車やリニアモーターカー等の構成部品
として使用するのに好適な、捩り剛性の高い複合材から
なる桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法に関す
る。
よびその製造方法に関し、更に詳しくは、宇宙機器や航
空機あるいは自動車やリニアモーターカー等の構成部品
として使用するのに好適な、捩り剛性の高い複合材から
なる桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法に関す
る。
航空機の翼等の構成部品には、大きな引張荷重や圧縮
荷重が作用する。このような比強度が要求される桁材の
構成素材として、繊維強化樹脂複合材が使用され始めて
いる。そして、この種の繊維強化複合材製の桁材の形状
にはＩ形、Ｈ形、形、Ｔ形、あるいはＬ形等の横断面
を持たせる場合が多い。
荷重が作用する。このような比強度が要求される桁材の
構成素材として、繊維強化樹脂複合材が使用され始めて
いる。そして、この種の繊維強化複合材製の桁材の形状
にはＩ形、Ｈ形、形、Ｔ形、あるいはＬ形等の横断面
を持たせる場合が多い。
そのような横断面を具えた複合材強化用の繊維構造体
として、実開昭62−79900号公報あるいは特公昭61−534
58号公報には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方
向に沿って繊維糸条を積層し、３軸配向型の立体構造を
具えた繊維糸条の積層構造体が開示されている。また、
特開昭62−117842号公報には、多層織物を開いて立体状
にしたＩ型状の基材が開示されている。
として、実開昭62−79900号公報あるいは特公昭61−534
58号公報には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方
向に沿って繊維糸条を積層し、３軸配向型の立体構造を
具えた繊維糸条の積層構造体が開示されている。また、
特開昭62−117842号公報には、多層織物を開いて立体状
にしたＩ型状の基材が開示されている。
しかしながら、上記のような補強部材を用いた在来の
桁材は、補強部材としてマトリックス中に配設される繊
維糸条の積層構造体が、繊維糸条の整列方向を互いに交
差させたいわゆる３軸配向型の三次元的な積層構造を具
えているに過ぎない。従って、繊維糸条の軸線方向に働
く引張荷重、圧縮荷重および曲げ荷重に対しては実用上
満足し得る強度を発揮するものの、桁材が長くなり、繊
維糸条の軸線方向と荷重の作用方向とが一致しない場合
すなわち捩り荷重が働いた場合には、強度が低下する。
このため桁材が変形し、例えば航空機の主翼や尾翼の主
桁として使用されているビーム等に、捩り荷重の担持不
能に起因する破損等が発生する。
桁材は、補強部材としてマトリックス中に配設される繊
維糸条の積層構造体が、繊維糸条の整列方向を互いに交
差させたいわゆる３軸配向型の三次元的な積層構造を具
えているに過ぎない。従って、繊維糸条の軸線方向に働
く引張荷重、圧縮荷重および曲げ荷重に対しては実用上
満足し得る強度を発揮するものの、桁材が長くなり、繊
維糸条の軸線方向と荷重の作用方向とが一致しない場合
すなわち捩り荷重が働いた場合には、強度が低下する。
このため桁材が変形し、例えば航空機の主翼や尾翼の主
桁として使用されているビーム等に、捩り荷重の担持不
能に起因する破損等が発生する。
本発明の目的は、従来の３軸配向型の三次元的な積層
構造を具えた繊維糸条の積層構造体を補強部材として使
用した繊維強化複合材製桁材で問題となっていた捩り剛
性の不足を解消し得る繊維構造体およびその製造方法を
提供することにある。
構造を具えた繊維糸条の積層構造体を補強部材として使
用した繊維強化複合材製桁材で問題となっていた捩り剛
性の不足を解消し得る繊維構造体およびその製造方法を
提供することにある。
本発明の複合材製桁材の補強用繊維構造体は繊維糸条
により相互に交差状態で一体接合された少なくとも２枚
のプレートからなり、少なくとも１枚のプレートを除く
他のプレートが長手方向、横方向および垂直方向の３軸
３方向の繊維糸条によって構成され、前記少なくとも１
枚のプレートが、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊
維糸条と、長手方向及び横方向の繊維糸条の配列方向に
対して筋かい状に斜行するとともに互いに交差する２方
向の繊維糸条とによって構成されている。要するに、少
なくとも１枚のプレートは５軸配向型の繊維糸条の積層
構造体となっている。
により相互に交差状態で一体接合された少なくとも２枚
のプレートからなり、少なくとも１枚のプレートを除く
他のプレートが長手方向、横方向および垂直方向の３軸
３方向の繊維糸条によって構成され、前記少なくとも１
枚のプレートが、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊
維糸条と、長手方向及び横方向の繊維糸条の配列方向に
対して筋かい状に斜行するとともに互いに交差する２方
向の繊維糸条とによって構成されている。要するに、少
なくとも１枚のプレートは５軸配向型の繊維糸条の積層
構造体となっている。
５軸の配列方向のすべてに繊維糸条を配列させるか、
そのうちのいずれかだけに配列させるか、また、各配列
方向の繊維糸条の割合については、製造すべき桁材、従
って繊維構造体に要求される強度の特性等の仕様に応じ
て、適宜変えることができる。
そのうちのいずれかだけに配列させるか、また、各配列
方向の繊維糸条の割合については、製造すべき桁材、従
って繊維構造体に要求される強度の特性等の仕様に応じ
て、適宜変えることができる。
例えば、１つの態様としては、前記少なくとも１枚の
プレートは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸
条と、前記筋かい状に斜行する２方向の繊維糸条とによ
って構成される。この場合、５軸配向である。
プレートは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸
条と、前記筋かい状に斜行する２方向の繊維糸条とによ
って構成される。この場合、５軸配向である。
別の態様としては、前記少なくとも１枚のプレート
は、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条のうち
のいずれか二つと、前記筋かい状に斜行する２方向の繊
維糸条とによって構成される。この場合、４軸配向であ
る。
は、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条のうち
のいずれか二つと、前記筋かい状に斜行する２方向の繊
維糸条とによって構成される。この場合、４軸配向であ
る。
さらに別の様態としては、前記少なくとも１枚のプレ
ートは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条の
いずれか一つと、前記筋かい状に斜行する２方向の繊維
糸条とによって構成される。これは３軸配向である。
ートは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条の
いずれか一つと、前記筋かい状に斜行する２方向の繊維
糸条とによって構成される。これは３軸配向である。
また、本発明の複合材製桁材の補強用繊維構造体の製
造方法は、所要長さの糸条案内部材を垂直方向に、か
つ、製造する繊維構造体に適合した形状と設計密度に従
って配設し、繊維糸条を上記糸案内部材の間をぬって長
手方向、横方向に直交及び蛇行並びにそれらの混合を繰
り返して挿入し、かつ、この操作を垂直方向に所要数繰
り返して行い、次いで、糸条案内部材を抜き取って、そ
の荷き取り跡に垂直方向糸を挿通して繊維糸条の積層構
造体からなる複数のプレートを結合一体化させる方法に
おいて、上記プレートのうち少なくとも１枚のプレート
を形成するにあたり、繊維糸条を、長手方向、横方向、
及び垂直方向に加えて、長手方向及び横方向の繊維糸条
の配列方向に対して筋かい状に、上記糸状案内部材の間
をぬって斜行させるようにしている。
造方法は、所要長さの糸条案内部材を垂直方向に、か
つ、製造する繊維構造体に適合した形状と設計密度に従
って配設し、繊維糸条を上記糸案内部材の間をぬって長
手方向、横方向に直交及び蛇行並びにそれらの混合を繰
り返して挿入し、かつ、この操作を垂直方向に所要数繰
り返して行い、次いで、糸条案内部材を抜き取って、そ
の荷き取り跡に垂直方向糸を挿通して繊維糸条の積層構
造体からなる複数のプレートを結合一体化させる方法に
おいて、上記プレートのうち少なくとも１枚のプレート
を形成するにあたり、繊維糸条を、長手方向、横方向、
及び垂直方向に加えて、長手方向及び横方向の繊維糸条
の配列方向に対して筋かい状に、上記糸状案内部材の間
をぬって斜行させるようにしている。
交差状態で一体構造に接合された少なくとも２枚のプ
レートの内少なくとも１枚が、プレートの長さ方向およ
び横方向の繊維糸条の配列方向に対して筋かい状に斜行
するとともに互いに交差する２方向の繊維糸条を含む５
軸配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維糸条の積層
構造体によって構成されていることにより、捩り荷重に
対する強度が向上する。すなわち、上記筋かい状に斜行
する繊維糸条が捩り剛性を高めるのに役立つ。したがっ
て、５軸の配列方向のうち、これらの筋かい状に斜行す
る繊維糸条以外の３軸については、仕様によっては繊維
糸条を省略でき、そうすることによって繊維構造体ひい
ては桁材の軽量化に寄与しうる。
レートの内少なくとも１枚が、プレートの長さ方向およ
び横方向の繊維糸条の配列方向に対して筋かい状に斜行
するとともに互いに交差する２方向の繊維糸条を含む５
軸配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維糸条の積層
構造体によって構成されていることにより、捩り荷重に
対する強度が向上する。すなわち、上記筋かい状に斜行
する繊維糸条が捩り剛性を高めるのに役立つ。したがっ
て、５軸の配列方向のうち、これらの筋かい状に斜行す
る繊維糸条以外の３軸については、仕様によっては繊維
糸条を省略でき、そうすることによって繊維構造体ひい
ては桁材の軽量化に寄与しうる。
第１図（イ）〜（ホ）は本発明に係る補強用繊維構造
体の横断面形状を例示しており、横断面図に斜線を付し
て表示したプレート（２）〔以下、第２のプレートと呼
ぶ〕は、５軸配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維
糸条の積層構造体（2B）から構成されており、桁材に作
用する捩り荷重に対して高い捩り剛性を発揮する。一
方、上記第２のプレート（２）に対してほぼ直交するよ
うに一体構造をなして接合されたプレート（１）〔以
下、第１のプレートと呼ぶ〕は、３軸配向型の三次元的
な積層構造を具えた繊維糸条の積層構造体（1A）から構
成されており、桁材に作用する引張り荷重や圧縮荷重に
対して高い強度を発揮する。
体の横断面形状を例示しており、横断面図に斜線を付し
て表示したプレート（２）〔以下、第２のプレートと呼
ぶ〕は、５軸配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維
糸条の積層構造体（2B）から構成されており、桁材に作
用する捩り荷重に対して高い捩り剛性を発揮する。一
方、上記第２のプレート（２）に対してほぼ直交するよ
うに一体構造をなして接合されたプレート（１）〔以
下、第１のプレートと呼ぶ〕は、３軸配向型の三次元的
な積層構造を具えた繊維糸条の積層構造体（1A）から構
成されており、桁材に作用する引張り荷重や圧縮荷重に
対して高い強度を発揮する。
以下、第２図乃至第９図に基づいて本発明の一実施例
としてＩ型の横断面図形状を具えた繊維構造体（３）の
製造要領とその構造を説明する。
としてＩ型の横断面図形状を具えた繊維構造体（３）の
製造要領とその構造を説明する。
今、第９図に示すように高さｈ、幅ｗ、長さｌ、各部
分の厚さｔのＩ型繊維構造体（３）を製作する場合、こ
のＩ型繊維構造体（３）を第２図に示すように横向きに
置いてＨ型繊維構造体（３）とみなし、このＨ型繊維構
造体（３）を、幅ｈ、長さｌ、厚さｔの平置された１枚
の板状部分すなわち第２のプレート（２）と、幅ｔ、長
さｌ、高さ1/2（ｗ−ｔ）で、第２のプレート（２）の
表裏両面で、かつ幅方向の両側縁に全長に亘って立設し
た４枚の板状部分すなわち第１のプレート（１）とで構
成する。
分の厚さｔのＩ型繊維構造体（３）を製作する場合、こ
のＩ型繊維構造体（３）を第２図に示すように横向きに
置いてＨ型繊維構造体（３）とみなし、このＨ型繊維構
造体（３）を、幅ｈ、長さｌ、厚さｔの平置された１枚
の板状部分すなわち第２のプレート（２）と、幅ｔ、長
さｌ、高さ1/2（ｗ−ｔ）で、第２のプレート（２）の
表裏両面で、かつ幅方向の両側縁に全長に亘って立設し
た４枚の板状部分すなわち第１のプレート（１）とで構
成する。
上記Ｉ型繊維構造体（３）の形成に先立って、長さ約
ｗの第１の糸条案内管（G1）及び第２の糸条案内管
（G2）を所定の配設パターンに従って整列状態で立設す
る。この後、まず第２のプレート（２）の下側に位置す
る２枚の第１の積層構造体（1A1）（1A2）を第１の繊維
糸条（Y1）の積層によって構築し、次いで前記第２の積
層構造体（2B）を第４の繊維糸条（Y4）積層によって構
築し、更に続いて第２のプレート（２）の上側に位置す
る２枚の第１の積層構造体（1A3）（1A4）を構築する。
次に、両側に位置する上下の第１の積層構造体（1A1）
（1A3）及び（1A2）（1A4）ならびにこれら上下の第１
の積層構造体の中間に位置する第２の積層構造体（2B）
部分に第２の繊維糸条（Y2）を貫通させ、一方、前記第
２の積層構造体（2B）の両側の第１の積層構造体と重な
る部分を除く部分に第５の繊維糸条（Y5）を貫通させ
る。そして、第２の繊維糸条（Y2）が引き上げられて第
１の積層構造体（1A3）（1A4）の表面にループを形成す
る度毎に、第３の繊維糸条（Y3）をかんぬき糸としてそ
のループに挿通し、第２の繊維糸条（Y2）のたるみをと
るとともに積層構造体を締めつける。同様に、第５の繊
維糸条（Y5）が引き上げられて第２の積層構造体（2B）
の表面にループを形成する度毎に、第６の繊維糸条
（Y6）をかんぬき糸としてそのループに挿通し、第５の
繊維糸条（Y5）のたるみをとるとともに積層構造体を締
めつける。このようにして、目的とするＩ型桁材の強化
基材たる繊維構造体（３）が形成される。
ｗの第１の糸条案内管（G1）及び第２の糸条案内管
（G2）を所定の配設パターンに従って整列状態で立設す
る。この後、まず第２のプレート（２）の下側に位置す
る２枚の第１の積層構造体（1A1）（1A2）を第１の繊維
糸条（Y1）の積層によって構築し、次いで前記第２の積
層構造体（2B）を第４の繊維糸条（Y4）積層によって構
築し、更に続いて第２のプレート（２）の上側に位置す
る２枚の第１の積層構造体（1A3）（1A4）を構築する。
次に、両側に位置する上下の第１の積層構造体（1A1）
（1A3）及び（1A2）（1A4）ならびにこれら上下の第１
の積層構造体の中間に位置する第２の積層構造体（2B）
部分に第２の繊維糸条（Y2）を貫通させ、一方、前記第
２の積層構造体（2B）の両側の第１の積層構造体と重な
る部分を除く部分に第５の繊維糸条（Y5）を貫通させ
る。そして、第２の繊維糸条（Y2）が引き上げられて第
１の積層構造体（1A3）（1A4）の表面にループを形成す
る度毎に、第３の繊維糸条（Y3）をかんぬき糸としてそ
のループに挿通し、第２の繊維糸条（Y2）のたるみをと
るとともに積層構造体を締めつける。同様に、第５の繊
維糸条（Y5）が引き上げられて第２の積層構造体（2B）
の表面にループを形成する度毎に、第６の繊維糸条
（Y6）をかんぬき糸としてそのループに挿通し、第５の
繊維糸条（Y5）のたるみをとるとともに積層構造体を締
めつける。このようにして、目的とするＩ型桁材の強化
基材たる繊維構造体（３）が形成される。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
まず、第１の繊維糸条（Y1）を、例えば第３図（イ）
（ロ）に示す整列順序に従って第１の糸条案内管（G1）
の配設区域に積層する。すなわち、第１の繊維糸条
（Y1）を、互いに直交するＸ軸とＹ軸によって繊維糸条
の整列方向を規定された第１の整列面（SA1）上でほぼ
水平に蛇行整列させることによって、第３図（イ）に実
線で示す第１の繊維糸条（Y1）の第１の整列層（LA1）
を形成し、次いで整列層位置を第１の整列層（LA1）の
上段に位置する第２の整列面（SA2）に移し、第３図
（イ）に点線で示す第１の繊維糸条（Y1）の第２の整列
層（LA2）を形成する。この後、第１の繊維糸条（Y1）
は、整列層位置を第２の整列層（LA2）の上段に位置す
る第３の整列面（SA3）に移し、第３図（イ）に二点鎖
線で示すように第１の繊維糸条（Y1）のＹ軸配向糸（LA
3）としてＹ軸方向に走行させる。第１の繊維糸条は、
この後、第３図（ロ）に示すように整列層位置を（S
A4）、（SA5）、（SA6）の順序に従って１段ずつ上昇さ
せることによって、実線で示す第４の整列層（LA4）、
点線で示す第５の整列層（LA5）、および二点鎖線で示
すＹ軸配向糸（LA6）として走行させる。
（ロ）に示す整列順序に従って第１の糸条案内管（G1）
の配設区域に積層する。すなわち、第１の繊維糸条
（Y1）を、互いに直交するＸ軸とＹ軸によって繊維糸条
の整列方向を規定された第１の整列面（SA1）上でほぼ
水平に蛇行整列させることによって、第３図（イ）に実
線で示す第１の繊維糸条（Y1）の第１の整列層（LA1）
を形成し、次いで整列層位置を第１の整列層（LA1）の
上段に位置する第２の整列面（SA2）に移し、第３図
（イ）に点線で示す第１の繊維糸条（Y1）の第２の整列
層（LA2）を形成する。この後、第１の繊維糸条（Y1）
は、整列層位置を第２の整列層（LA2）の上段に位置す
る第３の整列面（SA3）に移し、第３図（イ）に二点鎖
線で示すように第１の繊維糸条（Y1）のＹ軸配向糸（LA
3）としてＹ軸方向に走行させる。第１の繊維糸条は、
この後、第３図（ロ）に示すように整列層位置を（S
A4）、（SA5）、（SA6）の順序に従って１段ずつ上昇さ
せることによって、実線で示す第４の整列層（LA4）、
点線で示す第５の整列層（LA5）、および二点鎖線で示
すＹ軸配向糸（LA6）として走行させる。
本実施例においては、第１の整列層（LA1）、第２の
整列層（LA2）あるいは第４の整列層（LA4）、第５の整
列層（LA5）を、第１の糸条案内管（G1）の２本毎にＸ
軸およびＹ軸に沿って整列方向が交互に変化する第１の
繊維糸条（Y1）によって形成し、また第３の整列層（LA
3）あるいは第６の整列層（LA6）を、２列に整列した糸
条案内管（G1）の間をＹ軸方向に沿って走行する前記第
１の繊維糸条（Y1）によって形成しているが、XY平面上
における第１の繊維糸条（Y1）の整列パターンは第３図
（イ）（ロ）に例示する具体例に限定されるものではな
く、繊維糸条の第１の積層構造体（1A）に要求される力
学的な特性に応じて任意に選択することができる。
整列層（LA2）あるいは第４の整列層（LA4）、第５の整
列層（LA5）を、第１の糸条案内管（G1）の２本毎にＸ
軸およびＹ軸に沿って整列方向が交互に変化する第１の
繊維糸条（Y1）によって形成し、また第３の整列層（LA
3）あるいは第６の整列層（LA6）を、２列に整列した糸
条案内管（G1）の間をＹ軸方向に沿って走行する前記第
１の繊維糸条（Y1）によって形成しているが、XY平面上
における第１の繊維糸条（Y1）の整列パターンは第３図
（イ）（ロ）に例示する具体例に限定されるものではな
く、繊維糸条の第１の積層構造体（1A）に要求される力
学的な特性に応じて任意に選択することができる。
第４図（イ）（ロ）に示す整列順序は他の実施例であ
って、第３図（イ）（ロ）のものに比べ、Ｙ軸方向の配
向糸を倍増したものである。すなわち、第４図（イ）に
おいて、整列面（SA7）（SA8）に第１の繊維糸条（Y1）
で整列層（LA7）（LA8）を形成する。続いて上記整列層
（LA8）の上にＹ軸方向の別糸（Y1′）を２本引き揃え
て、Ｙ軸方向に、例えば、図面の上から下に走行させ
る。更に、この上面に、第４図（ロ）に示すように、上
述の第１の繊維糸条（Y1）で整列面（SA9）（SA10）に
整列層（LA9）（LA10）を形成し、最後に、下方に引き
出し端のある別糸（Y1′）を２本引き揃えてＹ軸方向に
上方に走行させる。以上の一連の動作を繰り返して所望
の繊維糸条の第１の積層構造体（1A）を得る。
って、第３図（イ）（ロ）のものに比べ、Ｙ軸方向の配
向糸を倍増したものである。すなわち、第４図（イ）に
おいて、整列面（SA7）（SA8）に第１の繊維糸条（Y1）
で整列層（LA7）（LA8）を形成する。続いて上記整列層
（LA8）の上にＹ軸方向の別糸（Y1′）を２本引き揃え
て、Ｙ軸方向に、例えば、図面の上から下に走行させ
る。更に、この上面に、第４図（ロ）に示すように、上
述の第１の繊維糸条（Y1）で整列面（SA9）（SA10）に
整列層（LA9）（LA10）を形成し、最後に、下方に引き
出し端のある別糸（Y1′）を２本引き揃えてＹ軸方向に
上方に走行させる。以上の一連の動作を繰り返して所望
の繊維糸条の第１の積層構造体（1A）を得る。
第５図に示す整列順序は、Ｙ軸方向の配向糸とＸ軸方
向の配向糸との配向割合を3:2とした実施例であって、
Ｙ軸方向の３本の繊維糸条（ａ）、Ｘ軸方向の複数本、
すなわち糸条案内管（G1）の各ピッチ間に配した複数本
の繊維糸条（ｂ）、Ｙ軸方向で、かつ、側縁に配した１
本のかんぬき糸（ｃ）を符号の順序
で、それぞれＹ軸方向、Ｘ軸方向に走行させ、この一連
の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第１の積層構造体
（1A）を得る。
向の配向糸との配向割合を3:2とした実施例であって、
Ｙ軸方向の３本の繊維糸条（ａ）、Ｘ軸方向の複数本、
すなわち糸条案内管（G1）の各ピッチ間に配した複数本
の繊維糸条（ｂ）、Ｙ軸方向で、かつ、側縁に配した１
本のかんぬき糸（ｃ）を符号の順序
で、それぞれＹ軸方向、Ｘ軸方向に走行させ、この一連
の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第１の積層構造体
（1A）を得る。
第６図に示す整列順序は、Ｙ軸方向の配向糸とＸ軸方
向の配向糸との配向割合を1:1とした実施例で、Ｙ軸方
向の２本の繊維糸条（ａ）、Ｘ軸方向の複数本、すなわ
ち糸条案内管（G1）の各ピッチ間に配した複数本の繊維
糸状（ｂ）、Ｙ軸方向で、かつ、側縁に配した１本のか
んぬき糸（ｃ）、およびＸ軸方向で、かつ、端縁に配し
た１本のかんぬき糸（ｄ）を、符号の順序
で、それぞれＹ軸方向、Ｘ軸方向に走行させ、この一連
の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第１の積層構造体
（1A）を得る。
向の配向糸との配向割合を1:1とした実施例で、Ｙ軸方
向の２本の繊維糸条（ａ）、Ｘ軸方向の複数本、すなわ
ち糸条案内管（G1）の各ピッチ間に配した複数本の繊維
糸状（ｂ）、Ｙ軸方向で、かつ、側縁に配した１本のか
んぬき糸（ｃ）、およびＸ軸方向で、かつ、端縁に配し
た１本のかんぬき糸（ｄ）を、符号の順序
で、それぞれＹ軸方向、Ｘ軸方向に走行させ、この一連
の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第１の積層構造体
（1A）を得る。
上記第１の繊維糸条（Y1）積層動作は、第２図に示す
ように、第２のプレート（２）を構成する繊維糸条の第
２の積層構造体（2B）の下側に位置する２枚の繊維糸条
の第１の積層構造体（1A1）（1A2）が所定の高さ（1/2
（ｗ−ｔ））になるまで、必要回数だけ繰り返される。
ように、第２のプレート（２）を構成する繊維糸条の第
２の積層構造体（2B）の下側に位置する２枚の繊維糸条
の第１の積層構造体（1A1）（1A2）が所定の高さ（1/2
（ｗ−ｔ））になるまで、必要回数だけ繰り返される。
次に、第４の繊維糸条（Y4）を第７図（イ）（ロ）
（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）（ト）（チ）に示す整列順序
に従って第２の糸条案内管（G2）の配設区域に積層す
る。すなわち、第４の繊維糸条（Y4）、Ｙ軸によって繊
維糸条の整列方向が規定された第１の整列面（SA1）上
でほぼ水平に蛇行整列することによって第７図（イ）に
実線で示す第１の整列層（LB1）を形成し、次いで整列
面を前記第１の整列面（SB1）の上段に位置する第２の
整列面（SB2）に移し、第７図（イ）に点線で示す第２
の整列層（LB2）を形成する。この後第４の繊維糸条（Y
4）は、第７図（ロ）乃至（チ）に示すように整列面を
（SB3）、（SB4）、（SB5）…（SB15）、（SB16）の順
序に従って１段ずつ上昇させることによって、繊維糸条
の整列方向がＹ軸、Ｘ軸、Ｖ軸、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｖ軸、Ｗ
軸、Ｗ軸の順序に従って順次変化する第３の整列層（LB
3）、第４の整列層（LB4）、第５の整列層（LB5）、…
第15の整列層（LB15）、第16の整列層（LB16）を形成す
る。
（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）（ト）（チ）に示す整列順序
に従って第２の糸条案内管（G2）の配設区域に積層す
る。すなわち、第４の繊維糸条（Y4）、Ｙ軸によって繊
維糸条の整列方向が規定された第１の整列面（SA1）上
でほぼ水平に蛇行整列することによって第７図（イ）に
実線で示す第１の整列層（LB1）を形成し、次いで整列
面を前記第１の整列面（SB1）の上段に位置する第２の
整列面（SB2）に移し、第７図（イ）に点線で示す第２
の整列層（LB2）を形成する。この後第４の繊維糸条（Y
4）は、第７図（ロ）乃至（チ）に示すように整列面を
（SB3）、（SB4）、（SB5）…（SB15）、（SB16）の順
序に従って１段ずつ上昇させることによって、繊維糸条
の整列方向がＹ軸、Ｘ軸、Ｖ軸、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｖ軸、Ｗ
軸、Ｗ軸の順序に従って順次変化する第３の整列層（LB
3）、第４の整列層（LB4）、第５の整列層（LB5）、…
第15の整列層（LB15）、第16の整列層（LB16）を形成す
る。
上記第４の繊維糸条（Y4）積層動作は、第２図に示す
ように繊維糸条の第２の積層構造体（2B）の所定の厚み
（ｔ）を得るのに必要な回数だけ繰り返される。なお、
図示し、かつ上述したように１本の繊維糸条をＸ、Ｙ、
Ｖ、Ｗの４軸方向に走行させるほか、各軸方向につき別
々の繊維糸条を使用することもできる。
ように繊維糸条の第２の積層構造体（2B）の所定の厚み
（ｔ）を得るのに必要な回数だけ繰り返される。なお、
図示し、かつ上述したように１本の繊維糸条をＸ、Ｙ、
Ｖ、Ｗの４軸方向に走行させるほか、各軸方向につき別
々の繊維糸条を使用することもできる。
本実施例においては、Ｖ軸がＸ軸に対して45゜の位相
角を形成し、また、Ｗ軸がＹ軸に対して135゜の位相角
を形成するように第２の糸条案内管（G2）の配設パター
ンが規定されているが、各軸の位相角や第４の繊維糸条
（Y4）の整列パターンは第７図（イ）乃至（チ）に例示
する具体的に限定されるものではなく、繊維糸条の第２
の積層構造体（2B）ひいては繊維構造体（３）に要求さ
れる力学的な特性等に応じて任意に選択することができ
る。力学的特性に対応して、例えば引張、圧縮荷重をプ
レート（１）で支持し、プレート（２）は専ら捩り応力
を支持するような構造とするには、繊維糸条の第２の積
層構造体（2B）の繊維配列（イ）乃至（チ）のうち、
（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）のプレート軸線に平行
および直交する配列パターンは省略し、（ハ）（ヘ）
（ト）（チ）の斜行パターンの積層のみとするか、或い
はその積層比率を変化させることによって達成しうる。
なお、（イ）（ロ）（ニ）（ホ）の平行、直交パターン
を省略した場合のプレート（２）は結果的に３軸配向の
三次元繊維構造体となる。こうすることによって補強糸
条の量を減らし、より一層の軽量化を図ることができ
る。その他発明の範囲を逸脱することなく種々の変形パ
ターンを採用しうる。第２の積層構造体（2B）におい
て、後述する垂直方向糸を省略することもできるが、そ
の場合、製作終了後自己保持能力が低くなるので、Ｉ型
等所定の形状に保持するためには、モールディングツー
ル等の治具に類似した適当な工具を使用して形崩れを防
ぐのが望ましい。
角を形成し、また、Ｗ軸がＹ軸に対して135゜の位相角
を形成するように第２の糸条案内管（G2）の配設パター
ンが規定されているが、各軸の位相角や第４の繊維糸条
（Y4）の整列パターンは第７図（イ）乃至（チ）に例示
する具体的に限定されるものではなく、繊維糸条の第２
の積層構造体（2B）ひいては繊維構造体（３）に要求さ
れる力学的な特性等に応じて任意に選択することができ
る。力学的特性に対応して、例えば引張、圧縮荷重をプ
レート（１）で支持し、プレート（２）は専ら捩り応力
を支持するような構造とするには、繊維糸条の第２の積
層構造体（2B）の繊維配列（イ）乃至（チ）のうち、
（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）のプレート軸線に平行
および直交する配列パターンは省略し、（ハ）（ヘ）
（ト）（チ）の斜行パターンの積層のみとするか、或い
はその積層比率を変化させることによって達成しうる。
なお、（イ）（ロ）（ニ）（ホ）の平行、直交パターン
を省略した場合のプレート（２）は結果的に３軸配向の
三次元繊維構造体となる。こうすることによって補強糸
条の量を減らし、より一層の軽量化を図ることができ
る。その他発明の範囲を逸脱することなく種々の変形パ
ターンを採用しうる。第２の積層構造体（2B）におい
て、後述する垂直方向糸を省略することもできるが、そ
の場合、製作終了後自己保持能力が低くなるので、Ｉ型
等所定の形状に保持するためには、モールディングツー
ル等の治具に類似した適当な工具を使用して形崩れを防
ぐのが望ましい。
このようにして繊維糸条の第２の積層構造体（2B）が
所定の厚み（ｔ）に到達したとき、その上側に位置する
べき２枚の第１の積層構造体（1A3）（1A4）の積層動作
が開始される。これらの第１の積層構造体（1A3）（1
A4）における第１の繊維糸条（Y1）の整列順序は、第３
図（イ）（ロ）又は第４図乃至第６図に記載した第１の
積層構造体（1A1）（1A2）における第１の繊維糸条
（Y1）の整列順序と同一であるから説明を省略する。
所定の厚み（ｔ）に到達したとき、その上側に位置する
べき２枚の第１の積層構造体（1A3）（1A4）の積層動作
が開始される。これらの第１の積層構造体（1A3）（1
A4）における第１の繊維糸条（Y1）の整列順序は、第３
図（イ）（ロ）又は第４図乃至第６図に記載した第１の
積層構造体（1A1）（1A2）における第１の繊維糸条
（Y1）の整列順序と同一であるから説明を省略する。
次に、第８図に示すように、第１の糸条案内管（G1）
を第１の積層構造体（1A3）上面に向かって引き上げ
る。この時、第２の繊維糸条（Y2）はループ（LA′）を
形成するようにして折り曲げ、リーディングワイヤーそ
の他適当な引掛具によってループ（LA′）糸条案内管内
に挿通し、糸条案内管の抜き取り後その糸条案内管のあ
った位置に第２の繊維糸条（Y2）が挿通されることにな
る。糸条案内管（G1）抜き取りに続いて、積層構造体
（1A3）の上面に突出したループ（LA′）内に第３の繊
維糸条（Y3）をかんぬき糸として挿通し、第２の繊維糸
条（Y2）を引き戻して糸のゆるみを取るとともに積層構
造体を締めつける。この動作を順次糸条案内管（G1）
（G2）について行い、積層構造体（1A1）（1A3）および
それらに挟まれた積層構造体（2B）部分ならびに積層構
造体（1A2）（1A4）およびそれらに挟まれた積層構造体
（2B）部分をそれぞれ一体化し、最後に積層構造体（2
B）単独を一体化する。
を第１の積層構造体（1A3）上面に向かって引き上げ
る。この時、第２の繊維糸条（Y2）はループ（LA′）を
形成するようにして折り曲げ、リーディングワイヤーそ
の他適当な引掛具によってループ（LA′）糸条案内管内
に挿通し、糸条案内管の抜き取り後その糸条案内管のあ
った位置に第２の繊維糸条（Y2）が挿通されることにな
る。糸条案内管（G1）抜き取りに続いて、積層構造体
（1A3）の上面に突出したループ（LA′）内に第３の繊
維糸条（Y3）をかんぬき糸として挿通し、第２の繊維糸
条（Y2）を引き戻して糸のゆるみを取るとともに積層構
造体を締めつける。この動作を順次糸条案内管（G1）
（G2）について行い、積層構造体（1A1）（1A3）および
それらに挟まれた積層構造体（2B）部分ならびに積層構
造体（1A2）（1A4）およびそれらに挟まれた積層構造体
（2B）部分をそれぞれ一体化し、最後に積層構造体（2
B）単独を一体化する。
なお、かんぬき糸の挿通要領は本出願人の先の出願に
係る特開昭63−196755号公報にも詳述されている。
係る特開昭63−196755号公報にも詳述されている。
このようにして得られた繊維糸条の積層構造体にマト
リックスとしてエポキシ樹脂を含浸・硬化処理すること
によって、第１図（イ）および第９図に見られるような
Ｉ型の横断面形状を具えた繊維強化複合材が作製され
る。
リックスとしてエポキシ樹脂を含浸・硬化処理すること
によって、第１図（イ）および第９図に見られるような
Ｉ型の横断面形状を具えた繊維強化複合材が作製され
る。
なお、この発明の実施に際しては、長尺の繊維構造体
（３）をつくり、これを切断して所望の長さのものを得
てもよい。
（３）をつくり、これを切断して所望の長さのものを得
てもよい。
上記実施例においては第１乃至第６の繊維糸条として
炭素繊維糸条が選択使用され、またマトリックスとして
エポキシ樹脂が選択使用されている。繊維糸条としては
炭素繊維の外、黒鉛繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、
セラミック繊維、アルミナ繊維、芳香族ポリエステル繊
維等あるいはこれらの繊維の混合繊維等から任意に選択
することができる。
炭素繊維糸条が選択使用され、またマトリックスとして
エポキシ樹脂が選択使用されている。繊維糸条としては
炭素繊維の外、黒鉛繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、
セラミック繊維、アルミナ繊維、芳香族ポリエステル繊
維等あるいはこれらの繊維の混合繊維等から任意に選択
することができる。
本発明の複合材製桁材の補強用繊維構造体は、交差状
態で一体構造に接合された少なくとも２枚のプレートか
らなり、少なくとも１枚のプレートが５軸配向型の三次
元的な繊維糸条の積層構造体によって構成されているか
ら、これを補強基材として用いるマトリックスを含浸・
固化させて製造した桁材は、引張荷重や圧縮荷重だけで
なく捩り荷重に対しても実用上満足し得る大きな剛性を
発揮する。そして、５軸配向型の三次元的積層構造を具
えたプレートにおける繊維糸条の配列方向、積層密度を
荷重の種類、方向に対応して選定することによって、所
要の捩り剛性を保持しつつ、桁材に要求される軽量化を
満足することができる。さらに、そのプレートにつき繊
維糸条の一部を適宜省略して４軸又は３軸配向型とする
ことによって、より一層の軽量化を達成することができ
る。また、本発明の製造方法によれば、上記桁材の補強
用繊維構造体を簡単に製造することができる。
態で一体構造に接合された少なくとも２枚のプレートか
らなり、少なくとも１枚のプレートが５軸配向型の三次
元的な繊維糸条の積層構造体によって構成されているか
ら、これを補強基材として用いるマトリックスを含浸・
固化させて製造した桁材は、引張荷重や圧縮荷重だけで
なく捩り荷重に対しても実用上満足し得る大きな剛性を
発揮する。そして、５軸配向型の三次元的積層構造を具
えたプレートにおける繊維糸条の配列方向、積層密度を
荷重の種類、方向に対応して選定することによって、所
要の捩り剛性を保持しつつ、桁材に要求される軽量化を
満足することができる。さらに、そのプレートにつき繊
維糸条の一部を適宜省略して４軸又は３軸配向型とする
ことによって、より一層の軽量化を達成することができ
る。また、本発明の製造方法によれば、上記桁材の補強
用繊維構造体を簡単に製造することができる。
第１図は本発明に係る繊維構造体の横断面形状を例示す
る斜視図、 第２図はＩ形の横断面を持った繊維構造体と糸条案内管
の配設位置を例示する模式的斜視図、 第３図は第１の繊維糸条の整列パターンを例示する平面
図、 第４図乃至第６図はそれぞれ第１の繊維糸条の整列パタ
ーンの他の実施例を例示する平面図、 第７図は第４の繊維糸条の整列パターンを例示する平面
図、 第８図は糸条案内管内に挿通されるループ付繊維糸条と
かんぬき糸となる繊維糸条との関係を説明するための略
図、 第９図はＩ型繊維構造体の寸法諸元を説明するための斜
視図である。 3:繊維構造体 1:第１のプレート 1A（1A1〜1A4）：繊維糸条の第１の積層構造体 Y1〜Y3:第１〜第３の繊維糸条 G1:糸条案内管（糸条案内部材） LA（LA1,LA2…）：第１の繊維糸条の整列層 SA（SA1,SA2…）：第１の繊維糸条の整列面 LA′（LA1′,LA2′…）：第２の繊維糸条のループ 2:第２のプレート 2B:繊維糸条の第２の積層構造体 Y4〜Y4:第４〜第６の繊維糸条 G2:糸条案内管（糸条案内部材） LB（LB1,LB2…）：第４の繊維糸条の整列層 SB（SB1,SB2…）：第４の繊維糸条の整列面 LB′（LB1′,LB2′…）：第５の繊維糸条のループ
る斜視図、 第２図はＩ形の横断面を持った繊維構造体と糸条案内管
の配設位置を例示する模式的斜視図、 第３図は第１の繊維糸条の整列パターンを例示する平面
図、 第４図乃至第６図はそれぞれ第１の繊維糸条の整列パタ
ーンの他の実施例を例示する平面図、 第７図は第４の繊維糸条の整列パターンを例示する平面
図、 第８図は糸条案内管内に挿通されるループ付繊維糸条と
かんぬき糸となる繊維糸条との関係を説明するための略
図、 第９図はＩ型繊維構造体の寸法諸元を説明するための斜
視図である。 3:繊維構造体 1:第１のプレート 1A（1A1〜1A4）：繊維糸条の第１の積層構造体 Y1〜Y3:第１〜第３の繊維糸条 G1:糸条案内管（糸条案内部材） LA（LA1,LA2…）：第１の繊維糸条の整列層 SA（SA1,SA2…）：第１の繊維糸条の整列面 LA′（LA1′,LA2′…）：第２の繊維糸条のループ 2:第２のプレート 2B:繊維糸条の第２の積層構造体 Y4〜Y4:第４〜第６の繊維糸条 G2:糸条案内管（糸条案内部材） LB（LB1,LB2…）：第４の繊維糸条の整列層 SB（SB1,SB2…）：第４の繊維糸条の整列面 LB′（LB1′,LB2′…）：第５の繊維糸条のループ
フロントページの続き (72)発明者 西山 茂 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱 重工業株式会社名古屋航空機製作所内 (72)発明者 広川 哲朗 滋賀県近江八幡市多賀町485―４ (56)参考文献 特開 昭63−120153（ＪＰ，Ａ) 仏国特許2602248（ＦＲ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】繊維糸条により相互に交差状態で一体接合
された少なくとも２枚のプレートからなり、少なくとも
１枚のプレートを除く他のプレートが長手方法、横方
向、及び垂直方向の３軸方向の繊維糸条によって構成さ
れ、前記少なくとも１枚のプレートが、長手方向、横方
向、及び垂直方向の繊維糸条と、長手方向及び横方向糸
条の配列方向に対して筋かい状に斜行するとともに互い
に交差する２方向の繊維糸条とによって５軸配向型に構
成されていることを特徴とする複合材製桁材の補強用繊
維構造体。 - 【請求項２】繊維糸条により相互に交差状態で一体接合
された少なくとも２枚のプレートからなり、少なくとも
１枚のプレートを除く他のプレートが長手方向、横方
向、及び垂直方向の３軸方向の繊維糸条によって構成さ
れ、前記少なくとも１枚のプレートが、長手方向、横方
向、及び垂直方向の繊維糸条のうちいずれか二つと、前
記筋かい状に斜行する２方向の繊維糸条とによって４軸
配向型に構成されていることを特徴とする複合材製桁材
の補強用繊維構造体。 - 【請求項３】繊維糸条により相互に交差状態で一体接合
された少なくとも２枚のプレートからなり、少なくとも
１枚のプレートを除く他のプレートが長手方向、横方
向、及び垂直方向の３軸方向の繊維糸条によって構成さ
れ、前記少なくとも１枚のプレートが、長手方向、横方
向、及び垂直方向の繊維糸条のうちいずれか一つと、前
記筋かい状に斜行する２方向の繊維糸条とによって３軸
配向型に構成されていることを特徴とする複合材製桁材
の補強用繊維構造体。 - 【請求項４】少なくとも一方のプレート（2B）が当該プ
レートの長手方向（Ｙ）及び横方向（Ｘ）に対して筋か
い状に斜行する繊維糸条の層を有する、少なくとも２枚
のプレート（1A,2B）からなる繊維構造体の製造方法で
あって、所要長さの糸条案内管（G1,G2）を垂直方向
（Ｚ）に、製造する繊維構造体に適合した形状及び設計
密度に従って配設し、上記糸条案内管（G1,G2）の間を
ぬって長手方向（Ｙ）、横方向（Ｘ）、斜め方向に繊維
糸条を配列して平面が互いに交差する少なくとも２枚の
プレート（1A,2B）を形成し、上記糸条案内管（G1,G2）
を抜き取って、その抜き取り跡に垂直方向（Ｚ）糸を挿
通して上記少なくとも２枚のプレートを一体的に接合す
ることからなり、他方のプレート（1A）が当該プレート
の長手方向、横方向、垂直方向に延びる繊維糸条の層よ
り形成されてなる複合材製桁材の補強用繊維構造体の製
造方法。 - 【請求項５】複合材製桁材の補強用繊維構造体を製造す
る方法であって、所要長さの糸条案内部材を垂直方向
に、かつ、製造する繊維構造体に適合した形状と設計密
度に従って配設し、繊維糸条を上記糸条案内部材の間を
ぬって長手方向、横方向に直交及び蛇行並びにそれらの
複合を繰り返して挿入し、かつ、この操作を垂直方向に
所要数繰り返して行い、次いで、糸条案内部材を抜き取
って、その抜き取り跡に垂直方向糸を挿通して繊維糸条
の積層構造体からなる複数のプレートを結合一体化させ
る方法において、 上記プレートのうち少なくとも１枚のプレートを形成す
るにあたり、繊維糸条を、長手方向、横方向及び垂直方
向に加えて、長手方向及び横方向の繊維糸条の配列方向
に対して筋かい状に、上記糸条案内部材の間をぬって斜
行させるようにしたことを特徴とする複合材製桁材の補
強用繊維構造体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE89301480T DE68907742T2 (de) | 1988-02-19 | 1989-02-16 | Textile Struktur für das Verstärken von Bauelementen, wie Balken, aus Verbundwerkstoffen und Verfahren zur Herstellung derselben. |
| EP19890301480 EP0329434B1 (en) | 1988-02-19 | 1989-02-16 | Textile structure for reinforcing structural members such as beams made of composite material, and method of producing the same |
| US07/310,976 US5121530A (en) | 1988-02-19 | 1989-02-17 | Textile reinforced composite structure or spar and method of producing the same |
| US07/760,308 US5126190A (en) | 1988-02-19 | 1991-09-16 | Textile reinforced composite structure or spar |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-38293 | 1988-02-19 | ||
| JP3829388 | 1988-02-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01292162A JPH01292162A (ja) | 1989-11-24 |
| JP2591814B2 true JP2591814B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=12521260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1011033A Expired - Fee Related JP2591814B2 (ja) | 1988-02-19 | 1989-01-19 | 複合材製桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2591814B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218956B2 (en) | 2003-06-19 | 2007-05-15 | Motokazu Okawa | Advertisement using cellular phone |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5211967A (en) * | 1991-03-15 | 1993-05-18 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Three-dimensional fabric and method of producing the same |
| JP3070428B2 (ja) * | 1995-02-08 | 2000-07-31 | 株式会社豊田自動織機製作所 | 三次元繊維組織の製造装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2602248B1 (fr) | 1986-08-01 | 1989-11-24 | Brochier Sa | Structure textile multidimensionnelle pour le renforcement de materiaux stratifies et procede et metier a tisser permettant l'obtention d'une telle structure |
-
1989
- 1989-01-19 JP JP1011033A patent/JP2591814B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2602248B1 (fr) | 1986-08-01 | 1989-11-24 | Brochier Sa | Structure textile multidimensionnelle pour le renforcement de materiaux stratifies et procede et metier a tisser permettant l'obtention d'une telle structure |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218956B2 (en) | 2003-06-19 | 2007-05-15 | Motokazu Okawa | Advertisement using cellular phone |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01292162A (ja) | 1989-11-24 |
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