JP2924091B2 - 三次元織物及びその製造方法 - Google Patents

三次元織物及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元織物及びその製造方法に関するもので
ある。
［従来の技術］ 多数の経糸ｚ、該経糸ｚ群の列及び行間にそれぞれ経
糸ｚと直交する状態に織り込まれた垂直糸ｙ及び緯糸ｘ
の３種類の糸からな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。又、この種の三次元織物を製造
する方法として従来種々の方法が提案されている（例え
ば、特公昭54-38673号公報、特公昭51-14624号公報）。
［発明が解決しようとする課題］ この種の三次元織物は織物の長手方向に延びる経糸ｚ
と、経糸ｚと直交する状態で織物の幅方向あるいは厚さ
方向に延びる３種類の糸から構成された３軸三次元織物
であり、斜め方向に延びる糸が存在しないためこの三次
元織物を骨格材とした複合材は斜め方向の力に対する変
形量が大きいという問題がある。
本発明の第１の目的は従来の３軸三次元織物の斜め方
向の力に対する変形量が大きいという欠点を改良した新
規な三次元織物を提供することにあり、第２の目的はそ
の三次元織物を容易に製織することができる製造方法を
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、織
物の長手方向に沿って互いに平行でかつ直線的に配列さ
れた複数本の経糸ｚからなる経糸層と、該経糸層と平行
な平面内で織物の長手方向に対して互いに対称的に傾斜
するように配列されると共に、織物の幅方向端部で織物
長手方向の一方から他方へ折り返すようにジグザグ状に
連続して配列された多数本のバイアス糸Ｂからなる２層
一組のバイアス糸層と、前記経糸層の各列間及び列の両
外側の全てに前記経糸ｚと直交する状態で織物の厚さ方
向に配列された各列毎に連続する複数本の垂直糸ｙと、
前記経糸ｚと直交する状態で織物の幅方向に配列された
緯糸ｘとから構成されている。
又、第２請求項に記載の製造方法では、複数本の経糸
ｚを織物の長手方向に延びる状態で織物の厚さ方向に複
数層に張設し、複数本のバイアス糸Ｂを２層一組となる
ように前記経糸層と平行に張設し、垂直糸ｙの織物の厚
さ方向への挿入と緯糸ｘの織物の幅方向への挿入とを行
なうと共に、織前位置とバイアス糸供給部との間に織物
の幅方向に配設された送り装置の作用により、送り装置
の係合部と係合状態にある２層一組の各バイアス糸Ｂの
係合位置を織物の幅方向に沿って各バイアス糸層毎に互
いに逆方向へ所定ピッチ移動させてバイアス糸Ｂを織物
の長手方向に対して斜めに配列させるようにした。
［作用］ 本発明の三次元織物は従来の３軸三次元織物と同様に
織物長手方向に沿って平行に配列された経糸ｚと、織物
の厚さ方向に配列された垂直糸ｙと、織物の幅方向に配
列された緯糸ｘの他に織物の厚さ方向と直交する平面内
で織物の長手方向に対して傾斜する方向に配列されたバ
イアス糸が存在するため、樹脂等をマトリックスとした
複合材の骨格材として使用するとバイアス糸の作用によ
り複合材への斜め方向の力に対する変形量が小さくなり
構造材としての使用範囲が広くなる。又、２層一組のバ
イアス糸層がそれぞれ多数本のバイアス糸が連続して折
り返される構成のため、連続的に製織することが容易と
なり、しかも複合材として使用した場合、引張り、曲げ
その他の荷重に対して剛性が高く強度も向上する。
又、第２請求項に記載の三次元織物の製造方法では、
複数本の経糸ｚが織物の長手方向に延びる状態で織物の
厚さ方向に複数層に張設され、複数本のバイアス糸が２
層一組となるように前記経糸層と平行に張設された状態
で製織が開始される。そして、垂直糸ｙの織物の厚さ方
向への挿入と、緯糸ｘの織物の幅方向への挿入とが行わ
れるとともに、織前位置とバイアス糸供給部との間に織
物の幅方向に配設された送り装置が作動される。これに
より送り装置の係合部と係合状態にある２層一組の各バ
イアス糸の係合位置が織物の幅方向に沿って所定ピッチ
移動されてバイアス糸が織物の長手方向に対して斜めに
配列される。その後、垂直糸ｙの挿入が行なわれる。
［実施例１］ 以下、本発明を具体化した第１実施例を第１〜８図に
従って説明する。
第１図に示すように三次元織物Ｆはその長手方向に沿
って平行に複数列、複数行（第１図では４列、３行）に
張設された多数本の経糸ｚからなる経糸層と、経糸ｚの
列間に経糸ｚと直交する状態で織り込まれて織物の厚さ
方向に配列された各列毎に連続する多数本の垂直糸ｙ
と、経糸ｚの各行間において経糸層と平行な平面内で織
物の長手方向に対して互いに対称的に傾斜するように配
列された連続する多数本のバイアス糸Ｂからなるバイア
ス糸層と、経糸ｚと直交する状態で経糸層及びバイアス
糸層との間に織物の幅方向に配列された緯糸ｘとから構
成されている。垂直糸ｙは三次元織物Ｆの上方から先端
でループを形成して折り返し状に挿入されるとともに、
先端ループの抜け止めを図るために緯糸ｘが先端ループ
部に挿入されている。緯糸ｘも先端でループを形成して
折り返し状に挿入されている。又、バイアス糸Ｂは２層
１組となるように三次元織物Ｆの幅方向端部で折り返す
ジグザグ状に配置され、上層のバイアス糸Ｂと下層のバ
イアス糸Ｂとが互いに交差する状態に配置されている。
この三次元織物Ｆは各２層一組のバイアス糸層がそれぞ
れ多数本のバイアス糸が連続して折り返される構成のた
め、連続的に製織することが容易となる。
この三次元織物Ｆは樹脂等を含浸させた複合材として
使用され、織物の長手方向に対して傾斜する方向に配列
されたバイアス糸の存在により、従来の３軸三次元織物
を骨格材として使用したものに比較して斜め方向の力に
対する変形量が減少する。しかも、２層一組のバイアス
糸層がそれぞれ多数本のバイアス糸Ｂが連続して折り返
される構成のため、複合材とした場合、引張り、曲げ、
その他の荷重に対して剛性が高く、強度も向上する。
次に前記の三次元織物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2,3図に示すように、経
糸ｚの行数と対応する数の経糸ビーム１からなる経糸供
給部と、バイアス糸層の半分の数のバイアス糸ビーム２
からなるバイアス糸供給部とを備えており、経糸ビーム
１から繰り出された多数本の経糸ｚの端部と、バイアス
糸ビーム２から繰り出された多数本のバイアス糸Ｂの端
部とが止着される糸支持板３が、所定位置に配設された
織前枠４に近接する位置から図示しない駆動機構の作用
により製織の進行に伴い三次元織物Ｆを引き取る方向
（第2,3図の左方）に移動されるようになっている。織
前枠４の後方（第2,3図の右方）には経糸開口装置５及
びバイアス糸開口装置６が配設されている。
経糸開口装置５は第４図に示すように三次元織物の幅
より広い幅と、厚さより大きな高さとを有する枠７に経
糸ｚの通過を許容する間隔で一対のガイドロッド7aが固
定され、図示しない駆動機構により昇降動されるように
なっている。又、バイアス糸開口装置６も経糸開口装置
５とほぼ同様に構成されているが、後記するバイアス糸
送り装置の作動時にバイアス糸Ｂがガイドロッド7aと接
触しないように一対のガイドロッド7aの間隔が経糸開口
装置５の場合よりも広く設定されている。
織前枠４と経糸開口装置５との間には垂直糸供給部８
から繰り出される垂直糸ｙをその昇降動により経糸ｚ群
の各列内に挿入する作用をなす垂直糸レピア９が配設さ
れている。第５図に示すように垂直糸レピア９は、図示
しない駆動機構により昇降動される支持体10に複数本の
パイプ9aが嵌挿されることにより形成され、経糸ｚ群の
各列内に同時に所定本数の垂直糸ｙが挿通されるように
なっている。経糸ビーム１の前方には経糸ビーム１及び
バイアス糸ビーム２から繰り出された経糸ｚ及びバイア
ス糸Ｂをガイドするガイド板11が配設され、該ガイド板
11には経糸ｚ及びバイアス糸Ｂをそれぞれ１本ずつガイ
ドするガイド孔11aが経糸ビーム１及びバイアス糸ビー
ム２の上端と対応する位置に形成されている。ガイド板
11とバイアス糸ビーム２との間にはバイアス糸ビーム２
から繰り出される各バイアス糸Ｂ毎に張力調整装置12
（第２図にのみ図示）が設けられている。
前記両開口装置5,6の後方には経糸ガイド13及びバイ
アス糸送り装置14が配設されている。経糸ガイド13は所
定位置に配置されるとともに、表面に所定間隔でガイド
溝が形成されたロッドにより構成されている。バイアス
糸送り装置14は第６図に示すように、その螺旋溝15a,16
aの向きが逆向きとなるように形成された各２本のスク
リュー軸15,16が、三次元織物の幅方向と平行に延びる
状態でそれぞれバイアス糸Ｂと係合可能な作用位置とバ
イアス糸Ｂと係合不能な退避位置とに移動配置可能に配
設されるとともに、係合可能な位置にある３本のスクリ
ュー軸15,16が上下方向に交互に配置可能に構成されて
いる。
経糸ｚ群の各行間あるいは経糸ｚ群の行とバイアス糸
Ｂの層間に挿入される緯糸ｘは、筬打ち機能を有する緯
糸レピア17（第８図（ｃ），（ｅ）に図示）により先端
でループを形成して折り返し状に挿入されるようになっ
ている。
次に前記のように構成された装置による三次元織物の
製織作用について説明する。
まず、バイアス糸送り装置14によるバイアス糸Ｂの送
り作用について説明する。バイアス糸Ｂの横方向（三次
元織物の幅方向）への移動は、３本のスクリュー軸15,1
6を水平方向に延びる状態で上下３段に配置するととも
に、上下３段に配置した各スクリュー軸15,16を同方向
に回転することにより行われる。第７図（ａ）に示すよ
うに、３本のスクリュー軸15,16が水平方向に延びる状
態で上下３段に配置されるとともに１本のスクリュー軸
16が退避位置に配置された状態で、バイアス糸Ｂが上段
及び中断に配置されたスクリュー軸15,16の螺旋溝15a,1
6aに所定ピッチＰで係合した状態に配置される。この状
態から作用位置に配置された各スクリュー軸15,16が同
方向に２回転駆動されると、上段のスクリュー軸15と係
合状態にあるバイアス糸Ｂは右側に、中断のスクリュー
軸16と係合状態にあるバイアス糸Ｂは左側にそれぞれ１
ピッチＰ分移動される。このとき中断に配置されたスク
リュー軸16の先端付近において螺旋溝16aと係合状態に
あったバイアス糸Ｂは、該スクリュー軸16との係合が解
除されて下段に配置されたスクリュー軸15の基端寄りに
おいて螺旋溝15aと係合した状態となる。又、上段に配
置されたスクリュー軸15の先端にあったバイアス糸Ｂが
中段のスクリュー軸16の基端部寄りに移載されて第７図
（ｂ）の状態となる。以下同様にして作用位置に配置さ
れたスクリュー軸15,16が回転されてバイアス糸Ｂの横
送りが順次行われると、第７図（ａ）に示す状態におい
て中段のスクリュー軸16と係合状態にあったバイアス糸
Ｂが下段に配置されたスクリュー軸15上に全て移載さ
れ、上段に配置されたスクリュー軸15と係合状態にあっ
たバイアス糸Ｂは中段のスクリュー軸16上に移載されて
第７図（ｃ）に示す状態となる。上段に配置されたスク
リュー軸15と係合するバイアス糸Ｂが無くなると、該ス
クリュー軸15が第７図（ｄ）に示すように退避位置に後
退移動されるとともに、中段に配置されていたスクリュ
ー軸16及び下段に配置されていたスクリュー軸15が上段
及び中段へと１段ずつ上昇移動される。次いでそれまで
下段の退避位置に配置されていたスクリュー軸16が前進
移動されて下段の作用位置に配置されるとともに、上段
の退避位置に配置されたスクリュー軸15が下段の退避位
置に下降移動されて第７図（ｅ）に示す状態になる。
この状態からスクリュー軸15,16が前記と同方向に回
転されると、中段に配置されたスクリュー軸15と係合す
るバイアス糸Ｂは順次１ピッチずつ右方へ移動されると
ともに順次下段に配置されたスクリュー軸16上へと移載
される。又、上段に配置されたスクリュー軸16と係合状
態にあるバイアス糸Ｂは左方へ移動されるとともに順次
中段に配置されたスクリュー軸15上に移載される。そし
て、第７図（ｇ）に示すように上段に配置されたスクリ
ュー軸16と係合する状態にあったバイアス糸Ｂが全て中
段に配置されたスクリュー軸15上に移載されると、第７
図（ｈ）に示すように上段のスクリュー軸16が退避位置
に後退移動されるとともに、中段に配置されたスクリュ
ー軸15及び下段に配置されたスクリュー軸16が上段及び
中段へと１段ずつ上昇移動された状態となる。そして、
次に下段の退避位置に配置されていたスクリュー軸15が
作用位置に配置され、上段の退避位置に配置されたスク
リュー軸16が下段の退避位置に下降移動されることによ
り第７図（ａ）に示す状態に復帰する。以下同様にして
順次バイアス糸Ｂの横送り動作が行われる。なお、バイ
アス糸Ｂの横送りによりガイド板11と織前間のバイアス
糸Ｂの経路長さが大きく変動するが、バイアス糸Ｂの張
力は張力調整装置12の作用によりほぼ一定に保持され
る。
次に製織手順を説明する。三次元織物の製織開始時に
は糸支持板３が織前枠４と接近する位置に配置され、経
糸ビーム１及びバイアス糸ビーム２から繰出された経糸
ｚ及びバイアス糸Ｂがガイド板11のガイド孔11a、経糸
ガイド13あるいはバイアス糸送り装置14及び経糸開口装
置５あるいはバイアス糸開口装置６を経て糸支持板３に
止着された状態にセットされる。
第８図（ａ）は三次元織物Ｆの左から第４層目の緯糸
ｘの緯入れが完了した状態を示しており、この状態では
垂直糸レピア９は上昇位置に配置され、経糸開口装置５
及びバイアス糸開口装置６はともに下降位置に配置され
ている。バイアス糸開口装置６が下降位置に配置された
状態では、各バイアス糸開口装置６のガイドロッド7aは
一対のガイドロッド7a間に挿通されたバイアス糸Ｂと係
合しない位置に配置される。この状態でバイアス糸送り
装置14が前記のように駆動され、各バイアス糸Ｂがそれ
ぞれ三次元織物の幅方向に１ピッチＰずつ移動される。
次に第８図（ｂ）に示すように、全ての経糸開口装置５
及びバイアス糸開口装置６が上昇位置に配置されるとと
もに、垂直糸レピア９が下降移動されて垂直糸ｙが経糸
ｚの各列間に挿入される。この時垂直糸レピア９の各パ
イプ9aは第３図に示すように、互いに交差する状態で配
置されたバイアス糸Ｂの交差部より後方すなわちバイア
ス糸開口装置６寄りにおいてバイアス糸Ｂ間に挿入され
る。
次に筬打ち機能を有する緯糸レピア17により最下段の
経糸ｚと垂直糸ｙとの間に緯糸ｘの緯入れが行われる。
垂直糸レピア９が織前位置から離れているため、垂直糸
レピア９の下降移動だけでは垂直糸ｙの下向き方向部分
は織前位置に圧着されないが、最下段への緯糸ｘの緯入
れにより第８図（ｃ）に示すように垂直糸ｙの下向き方
向部分は織前位置において経糸ｚと直交状態となるよう
に配置される。なお、緯糸ｘの緯入れを行う前に筬打ち
を行い垂直糸ｙを織前側に移動させておいてもよい。
次に垂直糸レピア９が上昇位置に移動配置されて垂直
糸ｙが上方へ折り返された後、経糸開口装置５及びバイ
アス糸開口装置６が織前枠４から最も離れた側から順に
下降位置に配置されて開口が形成されるとともに、該開
口に緯糸レピア17により緯糸ｘの緯入れが行われる。垂
直糸レピア９が上昇位置に移動配置された時点では第８
図（ｄ）に示すように垂直糸レピア９から織前に連なる
垂直糸ｙの上向き方向部分は織前に対して斜めに配置さ
れているが、第８図（ｅ），（ｆ）に示すように緯糸レ
ピア17による緯糸ｘの緯入れと同時に筬打ちが行われる
に伴い順次織前と平行に配置される。全段への緯糸ｘの
緯入れが完了して第８図（ｆ）に示す状態となった後、
糸支持板３が移動されて三次元織物Ｆが１ピッチ分移動
され、その端部が第８図（ａ）に示す状態となる。以下
同様な操作が繰り返されて第１図に示す三次元織物Ｆと
ほぼ同じ組成の三次元織物Ｆが製織される。第１図に示
す三次元織物Ｆとの違いは経糸ｚの行が１行多い点であ
る。
［実施例２］ 次に第２の実施例を第9,10図に従って説明する。この
実施例の三次元織物Ｆは経糸ｚの列間に折り返し状に挿
入された垂直糸ｙの折り返し先端ループ部分のみならず
各経糸ｚ及びバイアス糸Ｂとの間にも緯糸ｘが挿入さ
れ、緯糸ｘの密度が大きくなっている点が前記実施例と
異なっている。
この種の三次元織物Ｆを製織する場合には第10図
（ａ）に示すように、垂直糸レピア９が上昇位置に配置
されるとともに経糸開口装置５及びバイアス糸開口装置
６が下降位置に配置された状態で前記実施例と同様にバ
イアス糸Ｂの移動が行われる。次に垂直糸レピア９が挿
入され、その後、経糸開口装置５及びバイアス糸開口装
置６が織前枠４側から順に作動されて上昇位置に配置さ
れ、経糸ｚ及びバイアス糸Ｂの開口が上から順次形成さ
れるとともにその開口内に緯糸レピア17により緯糸ｘの
緯入れが行われる。そして、最下段の開口内への緯糸ｘ
の緯入れ完了後、垂直糸レピア９が上昇位置に移動配置
されて垂直糸ｙが折り返される。次いで糸支持板３が移
動されて三次元織物Ｆが引取られた後、第10図（ｄ），
（ｅ）に示すように前記実施例と同様にして経糸開口装
置５及びバイアス糸開口装置６が作動され、経糸ｚ及び
バイアス糸Ｂの開口が下から順に形成されるとともに緯
糸レピア17による緯糸ｘの緯入れが行われる。全段の緯
糸ｘの緯入れ完了後、糸支持板３が１ピッチ分引取られ
て第10図（ａ）に示す状態と同様な状態となる。以下同
様な操作が繰返されて三次元織物Ｆの製織が行われる。
なお、本発明は前記両実施例に限定されるものではな
く、例えば、バイアス糸送り装置14のスクリュー軸15,1
6に代えて第11図に示すようなスパイラル状に形成され
たロッド18を使用したり、第12図に示すようにモータＭ
により駆動されるベルト19の外周面に所定間隔でバイア
ス糸Ｂと係合するヤーンガイド20が突設された装置を使
用してベルト19の移動によりバイアス糸Ｂを所定ピッチ
ずつ移動させる構成を採用してもよい。又、経糸ｚの層
とバイアス糸Ｂの２層１組の層が少くとも１層づつ存在
する状態で経糸ｚの層及びバイアス糸Ｂの層の数及び配
置関係を任意に変更してもよい。又、各バイアス糸Ｂに
対応するバイアス糸ビーム２とガイド板11との間に張力
調整装置12を設ける代わりに、バイアス糸Ｂを１本づつ
独立したボビンから繰出すように構成するとともにバイ
アス糸送り装置14の作動に対応してバイアス糸Ｂに生じ
る糸張力の変動をボビンの回動により吸収するように構
成したり、垂直糸ｙ及び緯糸ｘをシャトルを使用して緯
入れしてもよい。
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の三次元織物は樹脂等を
マトリックスとした複合材の骨格材として使用した場
合、織物の長手方向、幅方向及び厚さ方向の強度が従来
の３軸三次元織物と同様に強く、しかも織物の長手方向
に対して互いに対称的に傾斜するように配列されたバイ
アス糸の存在により、斜め方向の力に対する変形量が小
さい複合材を得ることができる。又、２層一組のバイア
ス糸層がそれぞれ多数本のバイアス糸が連続して折り返
される構成のため、連続的に製織することが容易とな
り、しかも複合材として使用した場合、引張り、曲げそ
の他の荷重に対して剛性が高く強度も向上する。
又、第２請求項に記載の製造方法ではバイアス糸の幅
方向への移動がバイアス糸供給部と織前位置との間で行
われ、しかもバイアス糸供給部におけるバイアス糸の横
方向への移動が不要となるので、この製造方法を実施す
るための製造装置の構造が簡単となるとともに装置をコ
ンパクトにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１〜８図は本発明を具体化した第１実施例を示すもの
であって、第１図は三次元織物の一部破断概略斜視図、
第２図は製織状態を示す概略側断面図、第３図は同じく
概略平面図、第４図は開口装置の概略斜視図、第５図は
垂直糸レピアの概略斜視図、第６図はバイアス糸送り装
置の要部斜視図、第７図（ａ）〜（ｈ）はバイアス糸送
り装置の作用を示す概略断面図、第８図（ａ）〜（ｆ）
は製織作用を示す概略側面図、第9,10図は第２実施例を
示し、第９図は三次元織物の一部破断概略斜視図、第10
図（ａ）〜（ｅ）は製織作用を示す概略側面図、第11,1
2図は変更例のバイアス送り装置の要部概略斜視図であ
る。 バイアス糸供給部としてのバイアス糸ビーム２、織前枠
４、経糸開口装置５、バイアス糸開口装置６、バイアス
糸送り装置14、スクリュー軸15,16、係合部としての螺
旋溝15a,16a、垂直糸ｙ、緯糸ｘ、経糸ｚ、バイアス糸
Ｂ、三次元織物Ｆ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−266632（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−292162（ＪＰ，Ａ) 米国特許4325999（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) D03D 25/00 D03D 41/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】織物の長手方向に沿って互いに平行でかつ
    直線的に配列された複数本の経糸（ｚ）からなる経糸層
    と、該経糸層と平行な平面内で織物の長手方向に対して
    互いに対称的に傾斜するように配列されると共に、織物
    の幅方向端部で織物長手方向の一方から他方へ折り返す
    ようにジグザグ状に連続して配列された多数本のバイア
    ス糸（Ｂ）からなる２層一組のバイアス糸層と、前記経
    糸層の各列間及び列の両外側の全てに前記経糸（ｚ）と
    直交する状態で織物の厚さ方向に配列された各列毎に連
    続する複数本の垂直糸（ｙ）と、前記経糸（ｚ）と直交
    する状態で織物の幅方向に配列された緯糸（ｘ）とから
    なる三次元織物。
  2. 【請求項２】複数本の経糸（ｚ）を織物の長手方向に延
    びる状態で織物の厚さ方向に複数層に張設し、複数本の
    バイアス糸（Ｂ）を２層一組となるように前記経糸層と
    平行に張設し、垂直糸（ｙ）の織物の厚さ方向への挿入
    と緯糸（ｘ）の織物の幅方向への挿入とを行うと共に、
    織前位置とバイアス糸供給部との間に織物の幅方向に配
    設された送り装置の作用により、送り装置の係合部と係
    合状態にある２層一組の各バイアス糸（Ｂ）の係合位置
    を織物の幅方向に沿って各バイアス糸層毎に互いに逆方
    向へ所定ピッチ移動させてバイアス糸（Ｂ）を織物の長
    手方向に対して斜めに配列させる三次元織物の製造方
    法。
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