JP3036216B2 - 複合材用補強基材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は所定ピッチで配置した規
制部材間に糸を折り返し状に配列して形成した糸層を必
要数積層した後、前記規制部材を厚さ方向糸で置換して
各層を結合する複合材用補強基材の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の三成分の糸から成る直
交３軸の三次元織物あるいは直交３軸の他に長手方向に
対して斜めに配列される成分の糸を含む５軸の三次元織
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。

【０００３】特開昭６３−４２９５５号公報には、図１
０に示すように、ベースプレート３１上に所定間隔で複
数本の糸条案内管３２を立設配置し、各糸条案内管３２
の間に板状のセパレータ３３を平行に配置し、その上に
セパレータ３３と直交する状態で板状のスペーサ３４を
配置した状態で、第１の無端糸条Ｙ1 をスペーサ３４の
配列方向と直交方向に蛇行状に配置した後、それと直交
する方向に蛇行状に配置することを繰り返して所定層数
糸条を積層配置し、その後、糸条積層体の上にスペーサ
３４を前記と同様に配置し、糸条積層体を上下方向から
スペーサ３４により締付けた後、糸条案内管３２を第２
の無端糸条Ｙ2 と置換して複合材用補強基材（三次元織
物）を製造する方法が開示されている。

【０００４】糸条案内管３２と第２の無端糸条Ｙ2 との
置換は、セパレータ３３を順次取り外し、糸条案内管３
２を下方に位置するスペーサ３４の近傍まで引き上げ、
第２の無端糸条Ｙ2 をループ状に折り曲げて糸条ガイド
３５に引っ掛け、このようにして形成されたループＬを
糸条ガイド３５に係止したまま、糸条案内管３２内に挿
通する。次いで糸条案内管３２を引き上げ、前記ループ
Ｌを第１の無端糸条Ｙ1 によって形成された糸条積層体
の上面に引き出す。この状態で当該糸条案内管３２を取
り外し、ループＬに第３の無端糸条Ｙ3 をかんぬき糸と
して挿通する。その後、第２の無端糸条Ｙ2 を下方に引
き戻して糸条積層体を締付ける。以下、同様の操作を糸
条案内管３２の本数分だけ繰り返すことにより、糸条案
内管３２と第２の無端糸条Ｙ2 との置換が完了して、複
合材用補強基材が製造される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の製造方法で
は糸条積層体を結合する第２の無端糸条Ｙ2 と、そのル
ープＬに挿通される第３の無端糸条Ｙ3 との協同作用で
糸条積層体を締付ける。第２の無端糸条Ｙ2 の糸条積層
体表面上の糸配列方向と、第３の無端糸条Ｙ3 の配列方
向が同じため、糸条積層体は第２の無端糸条Ｙ2 及び第
３の無端糸条Ｙ3が互いに対向する位置で強く締付けら
れ、その間の部分が盛り上がり、畝状を呈する。従っ
て、厚みにばらつきができ、繊維充填度に周期的な変動
を生じるばかりでなく、複合材用補強基材の長さが畝す
なわち第３の無端糸条Ｙ3 の配列方向と直角方向に短く
なり、設計値とのずれが発生し、所定の三次元組織体が
得られない。

【０００６】そして、このような三次元組織体に樹脂含
浸を行う際、畝と直角方向に伸長しながらプレスしなけ
れば、上記のばらつきがそのまま複合材にもちこまれ、
均整な製品が得られないという問題がある。又、複合材
用補強基材として大型のものが必要な場合は糸条案内管
３２の本数が数万本にも及ぶ場合がある。前記の方法で
は糸条案内管３２を１本の第２の無端糸条Ｙ2 により順
次置換する必要があるため、生産性が低くなるという問
題もある。

【０００７】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は積層糸群を表裏両面から
押える役割を果たす糸が、積層糸群に周期的な膨らみが
生じるのを抑制することができ、繊維充填率を高めると
ともに面方向の形態安定性を確保できる複合材用補強基
材の製造方法を提供することにある。又、第２の目的は
前記の作用効果に加えて生産性を高めることができる複
合材用補強基材の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため請求項１に記載の発明においては、基板上に所定
ピッチで配置された規制部材間に糸を折り返し状に配列
した糸層により少なくとも２軸配向となる積層糸群を形
成した後、前記規制部材を厚さ方向糸で置換して各糸層
を結合する複合材用補強基材の製造方法において、基板
の幅方向に配列された複数の規制部材を折り返し状に挿
入されるそれぞれ別の厚さ方向糸で順次置換し、折り返
し状に挿入された厚さ方向糸の折り返しループに、基板
の幅方向に配列される抜け止め糸を挿通するようにし
た。

【０００９】又、第２の目的を達成するため請求項２に
記載の発明においては、基板上に所定ピッチで配置され
た規制部材間に糸を折り返し状に配列した糸層により少
なくとも２軸配向となる積層糸群を形成した後、前記規
制部材を厚さ方向糸で置換して各糸層を結合する複合材
用補強基材の製造方法において、基板の幅方向に配列さ
れた複数の規制部材と対応する数の厚さ方向糸挿入部材
に厚さ方向糸を保持させた状態で厚さ方向糸挿入部材を
規制部材と置換して一斉にかつ厚さ方向糸の保持部が積
層糸群の外側に出るまで挿通し、厚さ方向糸挿入部材に
保持された各厚さ方向糸の折り返しループに抜け止め糸
を厚さ方向糸挿入部材の配列方向に沿って挿通した後、
厚さ方向糸挿入部材を元の位置まで引き戻すようにし
た。

【００１０】

【作用】本発明では基板上に所定ピッチで配置された規
制部材間に、糸が折り返し状に配列された糸層により少
なくとも２軸配向となる積層糸群が形成された後、前記
規制部材が厚さ方向糸で置換されて各糸層が結合され
る。基板の幅方向に配列された複数の規制部材が折り返
し状に挿入されるそれぞれ別の厚さ方向糸で順次置換さ
れる。折り返し状に挿入された厚さ方向糸の折り返しル
ープには、厚さ方向糸の挿入側と反対側において抜け止
め糸が挿通され、厚さ方向糸が抜け止めされる。

【００１１】抜け止め糸は基板の幅方向に配列された複
数の規制部材の配列方向に沿って配列される。一方、厚
さ方向糸の積層糸群表面上での配列方向は前記複数の規
制部材の配列方向と直交する方向となる。従って、厚さ
方向糸と抜け止め糸は、積層糸群をその表裏両面から互
いに直交する方向で押えるように作用する。その結果、
積層糸群の表裏両面に周期的な膨らみが同期して生じる
のが抑制される。

【００１２】又、請求項２に記載の発明では、基板の幅
方向に配列された複数の規制部材と対応する数の厚さ方
向糸挿入部材に厚さ方向糸が保持された状態で、厚さ方
向糸挿入部材が規制部材と置換して一斉に挿通される。
そして、厚さ方向糸挿入部材に保持された各厚さ方向糸
の折り返しループに、抜け止め糸が厚さ方向糸挿入部材
の配列方向に沿って挿通された後、厚さ方向糸挿入部材
が元の位置まで引き戻される。すなわち、同時に複数の
規制部材と厚さ方向糸との置換が行われるため、生産性
が向上する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を平板状の複合材用補強基材を
製造する場合に具体化した一実施例を図１〜図９に従っ
て説明する。

【００１４】複合材用補強基材を製造する場合には、図
２に示すように平板状の基板１が使用される。基板１の
表面には糸の配列を規制する規制部材としての多数のピ
ン２が所定ピッチで着脱可能に立設されている。そし
て、基板１のピン２間に支持プレート３が配置された状
態で、第１の面内配列糸ｘ、第２の面内配列糸ｙ及びバ
イアス糸Ｂ₁ ，Ｂ₂ がそれぞれ基板１の端部に配置され
たピン２と係合する状態で折り返すとともにピン２の間
を縫うようにして配列され、ｘ糸層、ｙ糸層及びバイア
ス糸層が順次積層形成される。第１の面内配列糸ｘは図
４（ｂ）に示すように、基板１の幅方向に沿って平行に
延びる状態で折り返すように配列される。第２の面内配
列糸ｙは図４（ａ）に示すように、基板１の長手方向に
沿って平行に延びる状態で折り返すように配列される。
２層一組のバイアス糸層の一方を構成するバイアス糸Ｂ
₁ は、図４（ｃ）に示すように基板１の長手方向に対し
て＋４５°の角度をなす状態で折り返すように配列され
る。２層一組のバイアス糸層の他方を構成するバイアス
糸Ｂ₂ は、図４（ｄ）に示すように基板１の長手方向に
対して−４５°の角度をなす状態で折り返すように配列
される。なお、各糸を構成する繊維の材質としてはカー
ボン繊維、ガラス繊維等種々のものが使用される。

【００１５】基板１上に前記各層が所定の順序で積層さ
れて積層糸群４が形成された後、図３に示すように積層
糸群４の上側にプレッシャープレート５を支持プレート
３と平行に配置する。そして、積層糸群の繊維密度を高
めるとともに厚さを調整するため、支持プレート３及び
プレッシャープレート５で積層糸群４を圧縮する。この
圧縮操作は面内配列糸ｘ，ｙ及びバイアス糸Ｂ₁ ，Ｂ₂
の配列が全て完了した時のみならず、糸の配列段階の途
中で小刻みに行う方が繊維層配列密度のばらつきも少な
く、密度レベルも大きくできるため好ましい。その後、
基板１上から積層糸群４がピン２とともに取り外され
る。このとき基板１と積層糸群４との間に支持プレート
３が存在するため、基板１からのピン２及び積層糸群４
の取り外しが容易となる。なお、面内配列糸ｘ，ｙ及び
バイアス糸Ｂ₁ ，Ｂ₂ は、複合材用補強基材の樹脂含浸
後にそりが発生するのを防止するため、積層糸群４の厚
さ方向の中央面を対称面とした鏡面対称となるように配
置するのが好ましい。

【００１６】次に、基板１から取り外された積層糸群４
に挿通されているピン２が厚さ方向糸ｚと置換され、積
層糸群４が厚さ方向糸ｚにより結合される。ピン２と厚
さ方向糸ｚとの置換は、従来と異なり基板１すなわち積
層糸群４の幅方向に配列された１列分のピン２に対して
一斉に行われる。図１に示すように厚さ方向糸挿入部材
としての針６は積層糸群４の幅方向に配列された１列分
のピン２と同数、同一ピッチで配置されている。針６は
図示しない昇降機構により一斉に上下動可能となってい
る。厚さ方向糸ｚは図示しない厚さ方向糸供給部から繰
り出される。厚さ方向糸供給部と針６との間には厚さ方
向糸ｚの弛みを吸収するとともに、厚さ方向糸ｚに張力
を加える張力調整部７が設けられている。

【００１７】積層糸群４は支持プレート３及びプレッシ
ャープレート５に挟持された状態で、図示しない支持装
置により針６の移動方向と直交する状態に支持される。
そして、積層糸群４の幅方向に配列された１列のピン２
と厚さ方向糸ｚとが置換されるに従って、順次次の列の
ピン２が針６と対向する状態となるように図１の矢印方
向に移動されるようになっている。

【００１８】次にピン２と厚さ方向糸ｚとの置換手順を
図５〜図９に従ってより詳しく説明する。なお、便宜上
ピン２及び針６の本数等は図１の場合よりも少なく描い
てある。又、支持プレート３及びプレッシャープレート
５も省略してある。

【００１９】図５（ａ）は２列分のピン２と厚さ方向糸
ｚとが置換された状態を示している。この状態から針６
が一斉に下降し、下降途中で針６の先端がピン２の頂部
に当接する（図５（ｂ）の状態）。この状態からさらに
針６が下降し、厚さ方向糸ｚの保持部としての針穴６ａ
が積層糸群４の下方に出るまで針６が積層糸群４に挿通
される（図６（ａ）及び図８（ａ）の状態）。この結
果、針６と対応するピン２が積層糸群４から離脱し、ピ
ン２が挿通されていた位置に厚さ方向糸ｚが折り返し状
に挿通される。

【００２０】次に抜け止め糸用針８が前回挿通された抜
け止め糸Ｐのループ部ＬP を通って針６の配列方向に沿
って前進する（図６（ｂ）の状態）。抜け止め糸用針８
の先端が各針６に保持された各厚さ方向糸ｚの折り返し
ループＬ内を次々に通過し、積層糸群４の端部まで到達
した時点で停止する。このとき、図８（ｂ）に示すよう
に抜け止め糸供給部に連なる抜け止め糸Ｐが、抜け止め
糸用針８の先端に係止される。

【００２１】次に抜け止め糸用針８が引き戻され、図８
（ｃ）に示すように抜け止め糸Ｐが厚さ方向糸ｚの折り
返しループＬ内に折り返し状に挿通される。又、抜け止
め糸Ｐのループ部ＬP は前回挿入された抜け止め糸Ｐの
ループ部ＬP に挿通された状態に保持される（図７
（ａ）の状態）。その後、針６が元の位置まで上昇して
積層糸群４から離脱し、張力調整部７の作用により厚さ
方向糸ｚが引き戻されて、積層糸群４内に挿入された厚
さ方向糸ｚが抜け止め糸Ｐにより抜け止めされた状態で
締付けられる。

【００２２】そして、次の列のピン２が針６と対応する
位置まで積層糸群４が移動され、一組の支持プレート３
及びプレッシャープレート５が取り外された後、前記と
同様な操作が繰り返される。以下、同様にして順次ピン
２が１列ずつ厚さ方向糸ｚと置換される。その結果、積
層糸群４を構成する各糸層が厚さ方向糸ｚにより連結さ
れて複合材用補強基材が製造される。

【００２３】前記のように抜け止め糸Ｐは積層糸群４の
幅方向に沿って配列され、一方、厚さ方向糸ｚの積層糸
群４表面上での配列方向は抜け止め糸Ｐの配列方向と直
交する方向となる。従って、厚さ方向糸ｚと抜け止め糸
Ｐは、積層糸群４をその表裏両面から互いに直交する方
向で押えるように作用する。その結果、厚さ方向糸ｚと
抜け止め糸Ｐとが同方向に配列された場合と異なり、積
層糸群４の表裏両面に畝状の周期的な膨らみが同期して
生じるのが抑制される。その結果、繊維充填率が均一と
なり、充填率も高められる。又、積層糸群４の面方向の
形態安定性を確保できる。従って、製造された複合材用
補強基材に樹脂を含浸させる際、複合材用補強基材を伸
長しながらプレスしなくとも、均整な製品が得られる。

【００２４】なお、積層糸群４の表面における厚さ方向
糸ｚの配列方向と、抜け止め糸Ｐの配列方向とが異なる
ため、図９に示すように複合材用補強基材９は厚さ方向
の中央面を対称面とした鏡面対称にはならない。しか
し、通常、厚さ方向糸ｚと抜け止め糸Ｐの量は、厚さ方
向の部分を含めても、複合材用補強基材を構成する全繊
維量の１０％程度以下である。従って、厚さ方向糸ｚ及
び抜け止め糸Ｐの糸配列の非対称性が、樹脂含浸後に
「そり」の原因となることはない。

【００２５】又、この実施例ではピン２と厚さ方向糸ｚ
との置換が、従来と異なり積層糸群４の幅方向に配列さ
れた１列分のピン２に対して一斉に行われるため、複合
材用補強基材の生産速度が速くなる。

【００２６】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、規制部材としてパイプあるいは一
端に凹部を形成したピンを用いたり、ピン２あるいはパ
イプを積層糸群４から除去した後、針６をその跡に挿通
して厚さ方向糸ｚを積層糸群４にループ状に挿入しても
よい。又、針６を一斉に積層糸群４に挿通せずに、針６
を複数のグループに分けてグループ毎に、あるいは１本
ずつ順に積層糸群４内への厚さ方向糸ｚの挿入、抜け止
め糸Ｐの挿入、厚さ方向糸ｚの引き戻しを行ってもよ
い。更に、幅方向に配列された複数の規制部材より少な
い数の針６により、規制部材の一部分ずつを厚さ方向糸
ｚで置換するようにしてもよい。

【００２７】又、針６を用いずに、規制部材に厚さ方向
糸ｚを保持した状態で規制部材を積層糸群４から引き抜
き、規制部材の引き抜きと同時に厚さ方向糸ｚを積層糸
群４に挿通してもよい。この方法としては、先端に係止
部を有するピン２を用い、係止部に厚さ方向糸ｚを係止
させた状態でピン２を積層糸群４から引き抜く方法や、
規制部材としてパイプを用いるとともに、パイプの一端
から吸引気流を作用させ、他端近傍に保持された厚さ方
向糸ｚをパイプ内に吸引・保持し、この状態でパイプを
積層糸群４から引き抜く方法がある。いずれの場合も厚
さ方向糸ｚが折り返し状で積層糸群４に挿通され、先端
ループが積層糸群４の外側に突出した状態となる。

【００２８】又、抜け止め糸Ｐのループ部ＬP を前回挿
通された抜け止め糸Ｐのループ部ＬP に順次挿通してル
ープ部の抜け止めを行う代わりに、単に厚さ方向糸ｚの
締付けにより抜け止め糸Ｐの抜け止めを行ってもよい。
又、抜け止め糸Ｐを積層糸群４の一方からのみ折り返し
状に挿通する代わりに、針穴に抜け止め糸が挿通された
針を用いて抜け止め糸Ｐを蛇行状態で配列してもよい。

【００２９】又、積層糸群４を構成するバイアス糸
Ｂ₁ ，Ｂ₂ の傾斜角度を４５°以外にしたり、５軸配向
とする代わりにバイアス糸Ｂ₁ ，Ｂ₂ をなくして３軸配
向としたり、一対のバイアス糸層を構成する各バイアス
糸Ｂ₁ ，Ｂ₂ を第２の面内配列糸ｙに対して６０°の傾
斜角度をなすように配列するとともに第１の面内配列糸
ｘをなくして４軸配向としたり、更に、面内配列糸ｘ，
ｙ、バイアス糸Ｂ₁ ，Ｂ₂それぞれの配列を任意に設定
し、樹脂含浸，成形後にそりが発生しないよう、含浸・
成形技術で対応してもよい。又、各糸層を構成する面内
配列糸ｘ，ｙ及びバイアス糸Ｂ₁ ，Ｂ₂ をそれぞれ連続
した１本の糸で構成する代わりに複数本の糸で構成して
もよい。又、複合材用補強基材は平板状に限らず、Ｌ字
状、Ｕ字状等の他の形状のものに適用してもよい。この
ような複合材用補強基材も対応する形状の基板に多数の
ピン又はパイプが装着されたものを使用して、前記複合
材用補強基材の場合とほぼ同様にして製造することがで
きる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、積
層糸群を表裏両面から押える役割を果たす糸が、積層糸
群の表裏両面において互いに直交する方向に配列されて
いるため、積層糸群に表裏面で同期した畝状の周期的な
膨らみが生じるのが抑制され、繊維充填率を高めるとと
もに面方向の形態安定性を確保できる。

【００３１】又、請求項２に記載の発明によれば、規制
部材と厚さ方向糸との置換が複数ずつ同時に行われるた
め、前記の効果に加えて、生産性を高めることができる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピンと厚さ方向糸とを置換する際の積層糸群、
針等の位置関係を示す概略斜視図である。

【図２】複合材用補強基材の製造に使用する基板を示す
概略斜視図である。

【図３】基板上に配置された支持プレート、積層糸群、
プレッシャープレートの状態を示す概略斜視図である。

【図４】面内配列糸及びバイアス糸の配列状態を示す概
略図である。

【図５】（ａ）は針がピンと対応する位置に配置された
状態を示す概略斜視図、（ｂ）は針がピンに当接する位
置まで移動した状態を示す概略斜視図である。

【図６】（ａ）は針が積層糸群に挿通された状態を示す
概略斜視図、（ｂ）は抜け止め糸用針が厚さ方向糸のル
ープに挿通された状態を示す概略斜視図である。

【図７】（ａ）は抜け止め糸が厚さ方向糸ｚのループに
挿通された状態を示す概略斜視図、（ｂ）は針が元の位
置に引き戻された状態を示す概略斜視図である。

【図８】（ａ）は図６（ａ）に相当する概略底面図、
（ｂ）は図６（ｂ）に相当する概略底面図、（ｃ）は図
７（ａ）に相当する概略底面図である。

【図９】複合材用補強基材の模式断面図である。

【図１０】従来方法における糸条案内管と無端糸条との
置換手順を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…規制部材としてのピン、３…支持プレー
ト、４…積層糸群、５…プレッシャープレート、６…厚
さ方向糸挿入部材としての針、６ａ…保持部としての針
穴、８…抜け止め糸用針、９…複合材用補強基材、ｘ…
第１の面内配列糸、ｙ…第２の面内配列糸、ｚ…厚さ方
向糸、Ｂ₁ ，Ｂ₂ …バイアス糸、Ｐ…抜け止め糸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 純治 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 (56)参考文献 特開 昭63−42955（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221438（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−59636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−133170（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−38673（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−39473（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D03D 41/00 D03D 25/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に所定ピッチで配置された規制部
   材間に糸を折り返し状に配列した糸層により少なくとも
   ２軸配向となる積層糸群を形成した後、前記規制部材を
   厚さ方向糸で置換して各糸層を結合する複合材用補強基
   材の製造方法において、基板の幅方向に配列された複数
   の規制部材を折り返し状に挿入されるそれぞれ別の厚さ
   方向糸で順次置換し、折り返し状に挿入された厚さ方向
   糸の折り返しループに、基板の幅方向に配列される抜け
   止め糸を挿通する複合材用補強基材の製造方法。
2. 【請求項２】 基板上に所定ピッチで配置された規制部
   材間に糸を折り返し状に配列した糸層により少なくとも
   ２軸配向となる積層糸群を形成した後、前記規制部材を
   厚さ方向糸で置換して各糸層を結合する複合材用補強基
   材の製造方法において、基板の幅方向に配列された複数
   の規制部材と対応する数の厚さ方向糸挿入部材に厚さ方
   向糸を保持させた状態で厚さ方向糸挿入部材を規制部材
   と置換して一斉にかつ厚さ方向糸の保持部が積層糸群の
   外側に出るまで挿通し、厚さ方向糸挿入部材に保持され
   た各厚さ方向糸の折り返しループに抜け止め糸を厚さ方
   向糸挿入部材の配列方向に沿って挿通した後、厚さ方向
   糸挿入部材を元の位置まで引き戻す複合材用補強基材の
   製造方法。