JP2685058B2 - 三次元織物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元織物に係り、特に片持ち状態で使用さ
れる構造材に用いる複合材の骨格材に好適な三次元織物
に関するものである。

［従来の技術］ X,Y,Z方向の三成分の糸から成る三次元織物を骨格材
とし、樹脂あるいは無機物をマトリックスとした複合材
はロケット、航空機、自動車、船舶及び建築物の構造材
として幅広い用途が期待されている。従来、この種の三
次元織物の製織方法として、例えば特開昭61−296143号
公報に開示されたもののように、多層に配列された経糸
を一層ずつ開口するとともに該経糸開口内に緯糸を順次
往復挿入し、経糸群の列間に別の緯糸（接結糸）を挿入
する工程を繰返す方法や、特公昭54−38673号公報に開
示されたもののようにあらかじめ所定間隔で多数本の経
糸を複数行、複数列に張設し、経糸の行及び列にそれぞ
れ第１緯糸及び第２緯糸を互いに直交する状態で織り込
む方法等がある。

［発明が解決しようとする課題］ 三次元織物を前記複合材の骨格材として幅広い用途に
使用可能とするためには、その用途に従い断面形状が四
角形以外の形状、例えばＴ字状、Ｉ字状、あるいは中空
部を有する異形断面の三次元織物や、片持ち状態で使用
される場合に好適な長手方向に厚みの変化する三次元織
物Ｆが必要となる。前記従来の製織方法で得られる三次
元織物は四角柱状あるいは板状の物に限られ、異形断面
の三次元織物としては実開昭62−79900号公報にＩ字状
のものが提案されているが、三次元織物の長手方向にそ
の厚みが変化する物はなかった。そのため、長手方向に
厚みの変化する三次元織物を得る場合には一度断面が四
角形のブロック状の三次元織物を製織した後、不要な部
分を切断除去する必要がある。しかし、不要部分を切断
除去する方法では三次元織物を製織するための糸が無駄
になるだけでなく、糸の切断箇所が多数生じて強度が弱
くなるという問題がある。又、長手方向に厚みの変化す
る複合材の骨格材として、多数枚のクロスを厚みの変化
に合わせて積層枚数を変えて積層し、糸で縫い合わせて
骨格材としたものがある。ところが、この骨格材を使用
した複合材は剪断方向の強度が非常に小さくなるという
問題がある。

本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は特に片持ち状態で使用される構造材の必
要強度分布に応じてその長手方向の厚さが変化した最終
製品としての複合材に近い形状の三次元織物を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するため本発明の三次元織物は、例
えばＴ字状、Ｉ字状、あるいは中空部を有する異形の断
面形状に対応して複数列、複数行に張設された多数本の
経糸ｚ群と、その列間に経糸ｚと直交する状態で織り込
まれた各列毎に連続する多数本の第１緯糸ｙと、経糸ｚ
群の行間に経糸ｚ及び第１緯糸ｙと直交する状態で織り
込まれた連続する第２緯糸ｘとからなり、織物の長手方
向の途中から経糸ｚ群の行間に第２緯糸ｘの挿入されな
い部分が順次増加して三次元織物の厚さがその長手方向
に沿って減少し、かつ少なくとも織物の表面と対応する
部分の経糸ｚ群の行間には第２緯糸ｘが挿入されてい
る。

［作用］ 本発明の三次元織物は多数の経糸ｚが例えばＴ字状、
Ｉ字状、あるいは中空部を有する異形の断面形状に対応
して複数行、複数列に張設されて経糸ｚ群が形成され、
その列間に各列毎に連続する多数本の第１緯糸ｙが経糸
ｚと直交する状態で織り込まれ、織物の長手方向の途中
から経糸ｚ群の行間に第２緯糸ｘの挿入されない部分が
順次増加するように構成されているので、第２緯糸ｘが
挿入されない部分を適宜増加することにより、長手方向
の厚さが所望の割合ずつ変化する三次元織物が得られ
る。又、少なくとも織物の表面と対応する部分の経糸ｚ
群の行間には第２緯糸ｘが挿入されているので、樹脂等
を含浸させて複合材を形成した場合、その表面に凹凸の
変化が表れ難い。

［実施例１］ 以下、本発明を具体化した一実施例を第１〜６図に従
って説明する。

第１〜３図に示すように、三次元織物ＦはＩ字状の断
面形状に対応して複数列、複数行に張設された多数本の
経糸ｚ群と、その列間に経糸ｚと直交する状態で織り込
まれた各列毎に連続する多数本の第１緯糸ｙと、経糸ｚ
群の行間に経糸ｚ及び第１経糸ｙと直交する状態で織り
込まれた連続する第２緯糸ｘとからなりその厚さが長手
方向にそって減少するように構成されている。第１緯糸
ｙは三次元織物Ｆの支柱Fc部分の上下両側に形成された
各フランジFa,Fbを構成するためその厚さ方向の両端部
より外側で折り返されて蛇行状態に織り込まれたもの
と、支柱Fcを構成するためその厚さ方向の両端部より外
側で折り返されて蛇行状態に織り込まれたものとがあ
る。第２緯糸ｘは三次元織物Ｆの基端側からその厚さが
変化する位置に至るまでは、全ての経糸ｚ群の行間に挿
入されているが、途中から第２緯糸ｘが挿入される経糸
ｚ群の行間の数がフランジFa,Fb部分及び支柱Fcのそれ
ぞれにおいて減少している。第２緯糸ｘの挿入が中止さ
れる経糸ｚ群の行間は、フランジFa,Fb部分及び支柱Fc
のそれぞれの中央部分となっている。従って、第２緯糸
ｘの挿入が中止された段数分、三次元織物Ｆの厚さが減
少し、三次元織物Ｆはその基端（第１図の左側）におけ
る全体の厚さTb、両フランジFa,Fb間の厚さT1b及び各フ
ランジFa,Fbの厚さT2b,T3bがいずれも先端における全体
の厚さTe、両フランジFa,Fb間の厚さT1e及び各フランジ
Fa,Fbの厚さT2e,T3eより大きくなっている。

この三次元織物Ｆに樹脂等を含浸させることにより、
異形断面でしかも長手方向の厚さが先端程薄くなった複
合材が形成され、軽量、高強度、高剛性の構造材として
使用される。経糸ｚとして多数の繊維を束ねることによ
り構成されたロービングを使用した場合には、第２緯糸
ｘの挿入が中止された行間の上下両側に配置されていた
経糸ｚは、第２緯糸ｘの挿入が中止された位置以降は１
本の経糸ｚとして取り扱うことができる。第２緯糸ｘの
挿入を中止する箇所がフランジFa,Fb部分及び支柱Fc部
分の上下面の最外層ではないため、樹脂等を含浸させた
場合、三次元織物Ｆの組成変化が複合材の表面に表れる
のが防止され、外観が良好になるとともに空気抵抗等の
変化が生じない。

次に前記三次元織物Ｆの製造方法を説明する。この三
次元織物を製織する装置は第4,5図に示すように、経糸
供給部１から繰出された多数本の経糸ｚが、所定位置に
配設された織前枠２に近接する位置から図示しない駆動
機構により製織の進行に伴い三次元織物Ｆを引取る方向
（第4,5図の左方）に移動される経糸支持板３に固定さ
れて複数行、複数列に張設された状態で、第１緯糸ｙ及
び第２緯糸ｘの緯入れが行われるようになっている。織
前枠２はその上部枠2a及び下部枠2bが上下方向に移動可
能に構成されている。織前枠２と経糸供給部１との間に
は経糸開口装置４が配設され、経糸ｚが各行毎に別々の
ヘルド５に挿通されてヘルド５の昇降動に伴い経糸ｚ群
が一段ずつ開口可能となっている。

又、織前枠２と経糸開口装置４との間には、第１緯糸
供給部６から繰出される第１緯糸ｙを、経糸ｚ群の各列
を構成する経糸ｚの本数が異なる部分毎に独立して昇降
動可能な３個の緯糸用ヘルド7a〜7cが配設されている。
緯糸用ヘルド7a〜7cのうち織前枠２側に配置された緯糸
用ヘルド7aには上部フランジFaを構成する経糸ｚ群の各
列間に挿入される第１緯糸ｙが挿通され、織前枠２と反
対側に配置された緯糸用ヘルド7cには下部フランジFbを
構成する経糸ｚ群の各列間に挿入される第１緯糸ｙが挿
入され、前記両緯糸用ヘルド7a,7c間に配置された緯糸
用ヘルド7bには支柱Fcを構成する経糸ｚ群の各列間に挿
入される第１緯糸ｙが挿通されるようになっている。第
１緯糸供給部６は緯糸用ヘルド7a〜7cに対応して３組設
けられ、各緯糸用ヘルド7a〜7cに第１緯糸ｙが別々に供
給されるようになっている。又、第１緯糸供給部６と緯
糸用ヘルド7a〜7cとの間の経糸開口装置４の上方には、
ガイドバー８が緯糸用ヘルド7a〜7cと平行に配設されて
いる。

又、筬10が織前枠２と緯糸用ヘルド7a〜7cの間に、織
前枠２のすぐ右側（第４図２点鎖線）と所定位置（第４
図実線）との間を往復動可能に配置されている。経糸ｚ
群の各行間に挿入される第２緯糸ｘは経糸開口に沿って
移動するシャトル９（第６図にのみ図示）を経糸開口内
に投入することにより行われるようになっている。な
お、経糸ｚ及び第１緯糸ｙの本数は製織条件により適宜
変更可能に構成され、第６図には第4,5図のものと異な
る場合が図示されている。

次に前記のように構成された装置のよる三次元織物の
製織作用について説明する。三次元織物の製織を開始す
る前に、まず経糸供給部１から繰り出された多数本の経
糸ｚの端部が三次元織物Ｆの基端最大面積部に対応した
Ｉ字状をなすように経糸支持板３に固定される。そし
て、経糸支持板３が織前枠２と接近する位置に配置され
るとともに、緯糸用ベルト7a〜7cが上昇位置に配置され
る。この時経糸開口装置４の各ヘルド５も上昇位置に配
置されている。

この状態から経糸開口装置４の作動によりヘルド５が
織前枠２の反対側から順に下降移動されて経糸開口が経
糸ｚ群の下方側から順に上部へ向かって一段ずつ順次形
成され、その経糸開口内にシャトル９が順に投入されて
経糸ｚ群の行間に第２緯糸ｘが経糸ｚと直交する状態で
挿入され、筬10が所定位置から織前右側位置まで移動す
ることによって第２緯糸ｘが織成側に押しつけられ筬打
ちが行われる。下部フランジFbを構成する経糸ｚ群の最
上行の経糸ｚと、織前枠２から遠い側に配置された緯糸
用ヘルド7cに挿通された第１緯糸ｙとの開口内への第２
緯糸ｘの挿入が完了した時点で緯糸用ヘルド7cが下降移
動され、該緯糸用ヘルド7cに挿通された第１緯糸ｙが下
部フランジFbの上面から下方へ折返されて経糸ｚ群の各
列間に挿入される。その後、経糸開口装置４の作動が継
続されて残りのヘルド５が順次下降移動され、上部へ向
かって一段ずつ順次移動形成される経糸開口内にシャト
ル９が順に投入されて経糸ｚ群の行間に第２緯糸ｘが経
糸ｚと直交する状態で挿入され筬打ちされる。経糸ｚ群
の最上行の経糸ｚと、織前枠２に近い側及びその後側に
配置された緯糸用ヘルド7a,7bに挿通された第１緯糸ｙ
との開口内への第２緯糸ｘの挿入が完了した時点で両緯
糸用ヘルド7a,7bが下降移動され、該緯糸用ヘルド7a,7b
に挿通された第１緯糸ｙが三次元織物Ｆの上面から下方
へ折返されて経糸ｚ群の各列間に挿入される。

次に経糸開口装置４が作動されてヘルド５が織前枠２
に近い側から順に上昇移動されて経糸開口が上方から一
段ずつ下方へと移動形成され、シャトル９はその経糸開
口内に順次投入されて第２緯糸ｘが上から下へと順に緯
入れされ筬打ちされる。そして、上部フランジFaを構成
する経糸ｚ群の最下行の経糸ｚと、織前枠２に近い側に
配置された緯糸用ヘルド7aに挿通された第１緯糸ｙとの
開口内への第２緯糸ｘの挿入が完了した時点で緯糸用ヘ
ルド7aが上昇移動され、該緯糸用ヘルド7aに挿通された
第１緯糸ｙが上部フランジFaの下面から上方へ折返され
て経糸ｚ群の各列間に挿入される。その後、経糸開口装
置４の作動が継続されて残りのヘルド５に順次上昇移動
され、下部へ向かって一段ずつ順次移動形成される経糸
開口内にシャトル９が順に投入されて経糸ｚ群の行間に
第２緯糸ｘが経糸ｚと直交する状態で挿入され筬打ちさ
れる。経糸ｚ群の最下行の経糸ｚと、緯糸用ヘルド7b,7
cに挿通された第１緯糸ｙとの開口内への第２緯糸ｘの
挿入が完了した時点で両緯糸用ヘルド7b,7cが上昇移動
され、該緯糸用ヘルド7b,7cに挿通された第１緯糸ｙが
三次元織物Ｆの下面から上方へ折返されて経糸ｚ群の各
列間に挿入される。

以下、同様にして三次元織物Ｆの厚みが一定の部分が
所定長さ製織された後、第4,5図に示すように三次元織
物Ｆの支柱Fcの中段部分の経糸ｚ群の行間への第２緯糸
ｘの挿入が中止された状態で、前記と同様にして各経糸
開口内への第２緯糸ｘの緯入れ及び筬打ちが行われる。
この状態で製織が継続されることにより、支柱Fcの中段
部分に挿入された第２緯糸ｘ間に３行分の経糸ｚが挿通
された状態で三次元織物Ｆが製織されてその厚みが減少
する。以下、上下両フランジFa,Fbの中段部分の経糸ｚ
群の行間への第２緯糸ｘの挿入が中止された状態で、前
記と同様にして各経糸開口内への第２緯糸ｘが緯入れが
行われることにより、上下両フランジFa,Fbの厚みが減
少する。又、上下両フランジFa,Fb及び支柱Fcの中段部
分の経糸ｚ群の行間への第２緯糸ｘの挿入が中止される
数が増加することにより、順次各部の厚みが減少した三
次元織物Ｆが製織される。

なお、織前枠２の上部枠2a及び下部枠2bは三次元織物
Ｆの厚みの変化に対応して順次上下方向に移動され、織
前枠２の規制部は常に三次元織物Ｆの上下両面を案内す
る位置に配置される。

［実施例２］ 次に第２の実施例を第７図に従って説明する。この実
施例の三次元織物Ｆは第１緯糸ｙが経糸ｚ群の各列間に
２本をペアとして挿入され、しかもペアとなる第１緯糸
ｙ同士は同じ折り返し状態で織り込まれるのではなく、
互いにその折り返し位置が反対となるように織り込まれ
ている。この織物組織の場合には、上下両フランジFa,F
b及び支柱Fcの上下両面の状態が前記実施例のものより
も滑らかになる。

この三次元織物Ｆを製織する場合には、各緯糸用ヘル
ド7a〜7cとしてそれぞれ一対、合計６個の緯糸用ヘルド
7a〜7cが使用され、それぞれ対をなす緯糸用ヘルド7a〜
7cが互いに逆方向に昇降動されることにより、ペアをな
す各第１緯糸ｙがその折り返し位置が反対となるように
織り込まれる。

なお、本発明は前記両実施例に限定されるものではな
く、前記両実施例では三次元織物ＦのフランジFa,Fb及
び支柱Fc全ての部分の厚さが長手方向に減少するように
形成されていたが、少なくとも１か所の厚さを変化させ
ればよい。又、第２緯糸ｘをシャトル９により各行間に
順次耳を形成しながら挿入する代わりに、第８図に示す
ようにレピアを使用して第２緯糸ｘをその先端でループ
を形成するように折り返し状に挿入するとともに、先端
ループに別の糸からなる耳糸Ｐを挿入して第２緯糸ｘの
抜け止めを行う製織方法を採用してもよい。又、第２緯
糸ｘとして１本の連続した糸でなく各段毎にそれぞれ独
立した糸を使用してもよい。さらには、三次元織物Ｆと
して断面形状がＩ字状以外のＴ字状あるいは第９図に示
すような中空形状のものに適用してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の三次元織物は異形の断面
形状に対応して複数行、複数列に張設された経糸ｚ群の
行間に第２緯糸ｘの挿入されない部分を適宜変更するこ
とにより、片持ち状態で使用する場合の必要強度設計に
応じて長手方向の厚さが所望の割合ずつ変化する三次元
織物が得られ、樹脂等を含侵させることにより三次元織
物を骨格材とした軽量かつ高強度、高剛性及び高剪断強
度の異形断面の複合材を最少限の仕上げ加工のみで得る
ことができ、生産性が向上する。又、少なくとも織物の
表面と対応する部分の経糸ｚ群の行間には第２緯糸ｘが
挿入されているので、樹脂等を含浸させて複合材を形成
した場合、その表面に凹凸の変化が表れ難い。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明を具体化した第１の実施例を示すも
のであって、第１図は三次元織物の概略斜視図、第２図
は三次元織物の部分側面図、第３図は支柱部分における
縦断面図、第4,5図は製織状態を示す概略側断面図、第
６図は製織状態を示す要部概略斜視図、第７図は第２実
施例の断面図、第８図は変更例の三次元織物の正面図、
第９図は別の変更例の三次元織物の概略斜視図である。 経糸供給部１、織前枠２、経糸開口装置４、ヘルド５、
第１緯糸供給部６、緯糸用ヘルド7a〜7c、シャトル９、
第１緯糸ｙ、第２緯糸ｘ、経糸ｚ、三次元織物Ｆ、フラ
ンジFa,Fb、支柱Fc。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 旭 梧郎 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 三宅 司朗 東京都新宿区大久保２丁目25番22号 (56)参考文献 特開 昭64−52845（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−201545（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−221559（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異形の断面形状に対応して複数列、複数行
   に張設された多数本の経糸（ｚ）群と、その列間に経糸
   （ｚ）と直交する状態で織り込まれた各列毎に連続する
   多数本の第１緯糸（ｙ）と、経糸（ｚ）群の行間に経糸
   （ｚ）及び第１緯糸（ｙ）と直交する状態で織り込まれ
   た連続する第２緯糸（ｘ）とからなり、織物の長手方向
   の途中から経糸（ｚ）群の行間に第２緯糸（ｘ）の挿入
   されない部分が順次増加して三次元織物の厚さがその長
   手方向に沿って減少し、かつ少なくとも織物の表面と対
   応する部分の経糸（ｚ）群の行間には第２緯糸（ｘ）が
   挿入されている三次元織物。