JP2622656B2 - 積層シートの結束方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、網目を形成したシート
を複数枚重ね合わせて積層シートとし、上記網目に結束
糸を通して結束し複合材料を製作する方法及びその装置
に関するものである。ここで、上記シートの形態は限定
せず、ｘ、ｙ方向に配置した繊維を網目を残して織り合
わせた場合、又ｘ、ｙ、ｚの三軸方向に配置した繊維を
網目を残して織り合わせたもの、さらに孔を打抜きして
網目を形成したシート等が用いられる。また各シートが
１枚ずつ分離可能なシートでなく、連続した糸にて積層
シートを構成する場合もある。

【０００２】

【従来の技術】複合材料にもその種類は色々あって、今
日あらゆる分野にそれぞれの特性を生かした複合材料が
用いられている。本発明が対象とする複合材料は主とし
て強化繊維を織ったり、編んだりして製作される複数枚
のシートを積層化した後でマトリックス化して構成する
ものである。強化繊維としては炭素繊維やガラス繊維、
アルミナ繊維等が用いられ、マトリックス樹脂としては
一般に熱硬化性エポキシ樹脂が多用されているが、この
他にも熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹
脂等の耐熱性に優れた樹脂が用いられる。

【０００３】ところが、複数枚のシートを積層したもの
にマトリックス樹脂を含浸した複合材料では異方性が高
く、積層した上記シート間で剥離を生じることがある。
又多数枚のシートを積層する場合、マトリックス樹脂が
内部にまで十分含浸することが出来なく、所期の強度、
耐熱性等の機械的及び物理・化学的性質が得られないと
いった事態をまねく。勿論、このような点はシートを構
成する強化繊維の網目構造にも大きく影響する。

【０００４】又、従来の複合材料の中にも等方性を向上
させるために立体織りした三軸配向材を用いたり、繊維
の配向方向の数を増加させて四軸配向材、五軸配向材…
なるものも存在し、このように高軸化することで異方性
は低下し、複合材としての上記機械的、及び物理・化学
的性質は向上する。しかし、このような高軸配向材を量
産することは決して容易でなく、コスト的にも高くな
り、その結果使用される用途は限られてしまう。

【０００５】そこで、本発明の複合材料は網目を形成し
たシートを重ね合わせて積層し、上記網目にて作られる
貫通孔に強化繊維を挿入して結束し、その後で樹脂を含
浸させる等してマトリックス化する。上記結束糸は一連
の連結糸で、貫通孔に順次挿入され、したがって結束さ
れた積層シートの厚さ方向の物性は非常に高くなり、等
方性も向上する。そして、含浸されるマトリックス樹脂
は上記貫通孔を通して積層シートの隅々までゆきわた
り、複合材料としての物性が一段と高くなる。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】複数枚のシートを積
層して形成される貫通孔に結束糸を通すことは容易でな
く、手作業にて行なうのでは実用化することは出来な
い。本発明は上記積層シートの貫通孔に結束糸を通して
積層シートを結束する方法及びその装置を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る積層シート
の結束方法及びその装置は次の特徴をもって構成してい
る。この装置は積層シートを載せるテーブルを有し、積
層シートの上方には結束糸挿入ガイドを配置する。そし
て、積層シートは所定の位置からズレないように治具に
て固定され、この状態で上記結束糸挿入ガイドを貫通孔
へ挿入し、積層シートの下方にて円弧状のループを結束
糸でもって形成する。このループに側方から結接糸を挿
入して上記結束糸挿入ガイドを上昇して抜き取り、テー
ブルを移動させて次の貫通孔を結束糸挿入ガイドに位置
決めする。そして再び結束糸挿入ガイドを降下させて貫
通孔へ導き入れ、下方に形成したループに結接糸を挿入
して互いに係合させる。上記テーブルを移動させること
なく結束糸挿入ガイドを移動させるように構成すること
も出来る。

【０００８】ここで、積層シートの貫通孔を結束糸挿入
ガイドと正確に位置決めするための上記テーブルは位置
決め装置を有す。又積層シートの厚みを調整するととも
に積層圧及び繊維密度を調整するためのシート押えを設
ける。それに前記結束糸挿入ガイドは中空パイプを用い
て下端部側面に小さい孔を形成し、この孔に結束糸を通
している。さらに側方から導かれる結接糸は結接糸挿入
装置を用いて上記結束糸が形成するループに挿入して互
いに係合する。以下、本発明の実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【０００９】

【実施例】図１は本発明が対象とする複合材料であっ
て、積層シートを結束糸と結接糸でもって結束した状態
の断面を示す概略図である。同図において１はシート、
２は結束糸、３は結接糸を示し、シート１は等間隔にて
網目を形成し、該網目を揃えて積層した積層シート４に
は上・下方向に連続した貫通孔５が形成されている。結
束糸２は上記貫通孔５、５…へ順次挿入されて、積層シ
ート４の下面６に配置した結接糸３と係合している。す
なわち、積層シート４は結束糸２と結接糸３とで結束さ
れる。

【００１０】ここで、上記シート１の織編組織は特に限
定せず、一定間隔毎に網目が形成されているシート１で
あって、図２にその具体例を示す。図２は前記図１の下
面６を示した場合で、シート１は三軸織物で構成し、三
方向に配置した糸７ａ、７ｂ、７ｃが互いに噛み合った
織組織となっている。そして等間隔で網目８、８…が形
成され、該網目８、８…には結束糸２、２…が挿通し、
該結束糸２、２…は結接糸３、３…と係合している。と
ころで、本発明は上記積層シート４を結束糸２、２…と
結接糸３、３…を介して結束する方法及び装置に関する
技術であって、この結束装置の実施例を図３に示す。

【００１１】図３のａは正面図、ｂは側面図を表わし、
フレーム９には積層シート４を載せる台１０があり、台
１０の上部には結束糸挿入装置１１が設けられ、フレー
ム９の後方には結束糸２、２…を巻き付けているボビン
１２、１２…を取着した架台１３を配置している。結束
糸２、２…は各ボビン１２、１２…から引き出され、た
るみ取り装置１４を経て、張力計測部１５を通って上記
結束糸挿入装置１１へ入る。結束糸挿入装置１１には複
数本の結束糸挿入ガイド１６、１６…が互いに平行を成
して下方へ延びていて、結束糸２、２…はこの結束糸挿
入ガイド１６、１６…の空洞に挿通している。

【００１２】又、フレーム９の横には結接糸給糸装置１
７が配置され、該結接糸給糸装置１７から送り出される
結接糸３は結接糸挿入装置１８へ導かれ、結接糸挿入装
置１８をもって前記結束糸２、２…と係合するように結
接糸３を挿入する。結束糸挿入ガイド１６、１６…は所
定位置にて上・下動し、台１０に固定した積層シート４
の貫通孔５、５…には降下する上記結束糸挿入ガイド１
６、１６…が入り得るように台１０は正確に位置決めさ
れている。そして、上記貫通孔５、５…は所定の等間隔
をおいて形成されているため、上記台１０は結束糸挿入
ガイド１６、１６…の１ストローク毎に所定の位置へ移
動する。

【００１３】図４は積層シート４の貫通孔５、５…の位
置を示した場合であって、前記図２に示すような三軸織
物にて構成したシート１の網目８、８…の位置関係は同
図のようになり、そのため結束糸挿入ガイド１６、１６
…はピッチ（Ｐ）をもって一列に配列され、上・下動す
る結束糸挿入ガイド１６、１６…に対して積層シート４
の貫通孔５、５…を一致させるために、結束糸挿入ガイ
ド１６、１６…の１ストローク毎に台１０はＸ方向へ
（Ｌ_x ）、Ｙ方向へ（Ｌ_y ）づつ移動する。

【００１４】そして、Ｘ方向への移動方向は同図に示す
ごとく交互に変化する。勿論、この貫通孔５、５…の位
置はシート１の網目８、８…によって異なってくるた
め、結束糸挿入ガイド１６、１６のピッチ（Ｐ）並びに
台１０の移動方向及び移動距離（Ｌ_x ）、（Ｌ_y ）は変
化する。したがって、台１０の移動はＡＣサーボモータ
を用い、上記台１０の移動方向及び移動距離（Ｌ_x ）、
（Ｌ_y ）を適当に調整出来るようにコンピューターにて
制御する。

【００１５】図５は積層シート４のシート押え装置１９
を示す。積層シート４は複数枚のシート１、１…を重ね
合わせたもので、網目８、８…が一致するように周囲を
固定治具２０によって止着しているが、積層シート４の
厚みを調整するとともに結束糸挿入ガイド１６、１６…
が貫通孔５、５…にスムーズに挿入するようにシート押
え装置１９によって積層シート４の上・下面を押圧す
る。該シート押え装置１９は上押え２１と下押え２２を
備え、上・下押え２１、２２はエヤーシリンダー２３、
２４によって作動し、所定の圧力にて押圧する。この上
・下押え２１、２２は結束糸挿入ガイド１６、１６…の
近くに設けられ、台１０とともに動くことはなく、所定
の位置にて結束糸挿入ガイド１６、１６…が降下して貫
通孔５、５…に挿入される前に押圧し、貫通孔５、５…
から抜き出るまで押圧されている。

【００１６】図６ａ、ｂは結束糸挿入装置１１の詳細図
であり、細い針状の結束糸挿入ガイド１６、１６…はベ
ース２５に取着されて下方へ延び、等間隔で配列されて
いる。そしてベース２５はガイドテーブル２６にガイド
されて上・下動し、この上・下動はガイドテーブル２６
上端に設けているサーボモータ２７によってなされる。
この結束糸挿入ガイド１６、１６…が降下して積層シー
ト４の貫通孔５、５…へ挿入される訳であって、各結束
糸挿入ガイド１６、１６…間距離（Ｑ）は前記図４に示
す積層シート４の貫通孔５、５…間ピッチ（Ｐ）と等し
くなっている。

【００１７】図７は１本の結束糸挿入ガイド１６が貫通
孔５へ挿入されて結束糸２を通し、結接糸３と係合する
工程を示す。結束糸挿入ガイド１６は内部を空洞化した
パイプ状でその先端（下端）は尖り、下端部の側面には
小さい孔が形成されている。結束糸２は上記結束糸挿入
ガイド１６の中空部を通り、下端部の孔から出ており、
ａのように結束糸２の一端を積層シート４の上面２８に
て止着し、結束糸挿入ガイド１６を降下してｂのように
貫通孔５へ入れば結束糸２も貫通孔５へ導かれる。この
場合、結束糸２はボビン１２から引き出され、結束糸挿
入ガイド１６は積層シート４の下面６から大きく下方へ
突出するまで降下し、その後ｃのように上昇したところ
で停止する。このように、結束糸挿入ガイド１６が降下
してから上昇すれば結束糸２は下端部の孔付近において
小さいループ２９を形成する。

【００１８】図８は結束糸挿入ガイド１６がループ２９
を形成した状態の詳細を示した場合で、孔３０付近には
結束糸２のダブ付きによって上記ループ２９が作られ
る。そして、このループ２９には後述するところの結接
糸３が挿入し、ｄのように結束糸挿入ガイド１６は上昇
する。したがって、結束糸２は上記結接糸３と係合する
ため抜け出ることはなく、貫通孔５には２本の結束糸
２、２が通される。この場合、結束糸２にはたるみ取り
装置１４にて所定の張力が付与されて、積層シート４を
所定張力にて結束する。

【００１９】図９は上記ループ２９に結接糸３を通す場
合を示したもので、結接糸３はエヤーパイプ３１の中空
部を通り、該エヤーパイプ３１がスライドしてループ２
９に挿入する。全てのループ２９、２９…を通過したと
ころで結接糸３の先端をグリップしてエヤーパイプ３１
は後退する。図１０は結接糸挿入装置１８を示してお
り、エヤーパイプ３１はスライダー３２に取着されて水
平に延び、スライダー３２はサーボモータ３３によって
テーブル３４を移動する。ここでスライダー３２に設け
たエヤーノズル３５へ導き入れたエヤーは上記エヤーパ
イプ３１の中空部を通して流出する。

【００２０】したがって、該中空部に挿通した結接糸３
はエヤーの流れによって直伸し、フィードローラ３６に
よって結接糸３を送り出すならば、該結接糸３は前記図
９のようにエヤーパイプ３１の先端からさらに直伸状態
に保たれる。したがって、各結束糸挿入ガイド１６、１
６…によって形成した結束糸２、２…のループ２９、２
９…をエヤーパイプ３１は通過し、エヤーパイプ３１か
ら突出して伸びている先端部分をグリッパー３７によっ
てグリップしてから後退する。

【００２１】図１１は結接糸３の挿入工程を示してお
り、ａではエヤーパイプ３１は後退し、グリッパー３７
は開いている。ｂはエヤーパイプ３１が前進して各ルー
プ２９、２９…を通過し、結接糸３の先端がグリッパー
３７によってグリップされ、ｃではこのエヤーパイプ３
１が後退する。エヤーパイプ３１が後退したところで結
束糸挿入ガイド１６、１６…は上昇して貫通孔５、５…
から抜き取られてループ２９、２９…は閉じ、結束糸
２、２…は上記結接糸３と係合し、カッター３８によっ
て切断される。

【００２２】そして、台１０を移動させれば積層シート
４は動いてｅのようになり、又再びエヤーパイプ３１を
前進させてｂのごとく各ループ２９、２９…を通過す
る。同図のように結接糸３を１ストロークごとに切断す
ることなく連続させることも出来る。図１２は上記結接
糸３の軌跡を示した場合で、黒点は結束糸２、２…の断
面を表わしている。本発明の積層シート結束方法及びそ
の装置は上記実施例に限定はしないが、次のような効果
を得ることが出来る。

【００２３】

【発明の効果】本発明はこのように複数枚のシートを重
ね合わせた積層シートを結束糸と結接糸にて結束して強
度、剛性並びに耐衝撃性等の優れた複合材料を作るもの
であるが、正確に位置決めされる台に積層シートを載
せ、結束糸挿入ガイドによって結束糸を貫通孔へ挿入
し、結接糸挿入装置のエヤーパイプによって結接糸を正
しく上記結束糸と係合させることが出来る。したがっ
て、この装置を用いることで、物性の優れた複合材料を
容易に製作することが可能となる。又、その装置は台又
は結束糸挿入ガイドのＸ、Ｙ方向への移動距離はコンピ
ューターにて制御され、結束糸挿入ガイドのピッチを積
層シートの貫通孔に適したピッチに変更すれば、あらゆ
る形態の積層シートの結束を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】積層シートを結束した場合の概略断面図。

【図２】積層シートを結束した場合の下面図。

【図３】本発明の積層シート結束装置の実施例。

【図４】積層シートの貫通孔の位置関係。

【図５】シート押え装置の具体例。

【図６】結束糸挿入装置の具体例。

【図７】結束糸挿入ガイドにて貫通孔へ結束糸を挿入す
る工程。

【図８】結束糸挿入ガイドの下端部に形成した結束糸の
ループ。

【図９】結束糸にて形成したループにエヤーパイプを通
した状態。

【図１０】結接糸挿入装置と結束糸挿入装置。

【図１１】結接糸挿入工程。

【図１２】結接糸の軌跡。

【符号の説明】

１ シート ２ 結束糸 ３ 結接糸 ４ 積層シート ５ 貫通孔 ６ 下面 ７ 糸 ８ 網目 ９ フレーム １０ 台 １１ 結束糸挿入装置 １２ ボビン １３ 架台 １４ たるみ取り装置 １５ 張力計測部 １６ 結束糸挿入ガイド １７ 結接糸給糸装置 １８ 結接糸挿入装置 １９ シート押え装置 ２０ 固定治具 ２１ 上押え ２２ 下押え ２３ エヤーシリンダー ２４ エヤーシリンダー ２５ ベース ２６ ガイドテーブル ２７ サーボモータ ２８ 上面 ２９ ループ ３０ 孔 ３１ エヤーパイプ ３２ スライダー ３３ サーボモータ ３４ テーブル ３５ エヤーノズル ３６ フィードローラ ３７ グリッパー ３８ カッター

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 網目を形成したシートを重ね合わせた積
   層シートの貫通孔へ結束糸を挿通して結束する方法にお
   いて、上記積層シートの上・下面を所定圧にて押圧し、
   中空部を有すパイプ状の結束糸挿入ガイドに結束糸を通
   し、上記貫通孔へ結束糸挿入ガイドを挿入してからある
   程度上昇させて、結束糸挿入ガイドの下端部に結束糸の
   ループを形成し、このループにエヤーパイプの中空部を
   通した結接糸を該エヤーパイプとともに貫通し、その先
   端をグリッパーにてグリップして後退し、さらに上記結
   束糸挿入ガイドを上昇させて貫通孔から抜き取り、次に
   積層シートを載せている台又は結束糸挿入ガイドを適当
   に移動させて隣接する貫通孔へ該結束糸挿入ガイドを順
   次挿入して結束することを特徴とする積層シートの結束
   方法。
2. 【請求項２】 網目を形成したシートを重ね合わせた積
   層シートの貫通孔へ結束糸を挿通して結束する装置であ
   って、上記積層シートを載せる台を設け、該台はＸ、Ｙ
   方向へ移動可能に制御され、台の上方には結束糸挿入装
   置を設け、結束糸挿入装置は複数本の結束糸挿入ガイド
   を下方へ延ばし、その中空部には結束糸を挿通して上・
   下動可能とし、又上記結束糸挿入装置の側方には結接糸
   挿入装置を配置し、この装置はスライダーからエヤーパ
   イプを水平に延ばし、エヤーパイプ内には結接糸を通
   し、さらに積層シートの上・下面を押圧するシート押え
   装置、並びに結束糸の張力を調整するたるみ取り装置を
   備えたことを特徴とする積層シートの結束装置。