JP3371538B2 - 円柱状繊維構造体及びその製造方法並びに製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円柱状繊維構造体及びそ
の製造方法並びに製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化複合材は軽量の構造材として広
く使用されている。そして、三次元繊維構造体（三次元
織物）を骨格材（強化材）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。繊維強化複合材の強度を高めるためには強化
材が製品の形状と対応した形状であることが必要とな
る。

【０００３】従来、円柱状の強化材として円柱状の三次
元織物と、それを製造する装置が特開平２−２２１４４
０号、特開平３−８３８号公報等に開示されている。特
開平２−２２１４４０号には図２１及び図２２に示すよ
うに、軸方向糸Ｙａ、周方向糸Ｙθ及び半径方向糸Ｙrz
の３成分の糸から構成された三次元織物（三次元繊維構
造体）Ｆが開示されている。そして、軸方向糸Ｙａは三
次元織物Ｆの中心部から同心円状に複数層に配列され、
周方向糸Ｙθは軸方向糸Ｙａの層間に三次元織物Ｆの周
方向に沿って配列されている。又、半径方向糸Ｙrzは三
次元織物Ｆの中心軸を含む断面内において、周方向糸Ｙ
θの任意の層間を周方向糸Ｙθと直交する状態で軸方向
及び放射方向に連続して蛇行状態に配列されている。
又、特開平３−８３８号公報には、前記三次元織物Ｆを
構成する多数の軸方向糸Ｙａの層のうちの少なくとも１
層又は半径方向糸Ｙrzを、三次元織物Ｆの軸方向に対し
て傾斜した状態に配列した三次元織物が開示されてい
る。

【０００４】そして、これらの三次元織物を製造する装
置は図２３に示すように、三次元織物の織成部を挟んで
上下に分割された状態に構成され、下部側中央には糸固
定テーブル５１がスプライン軸５２と一体的に昇降動及
び回転可能に配設されている。スプライン軸５２には放
射状に延びる多数のアーム５３を有する支持体５４が所
定の位置において一体回転可能に支持され、スプライン
軸５２は図示しない駆動機構により支持体５４に対して
上下方向に移動可能となっている。各アーム５３の先端
にはエアシリンダ５５が固定され、そのピストンロッド
の先端にはボビンホルダ５６を吸着保持するホルダ保持
体５７が装着されている。ボビンホルダ５６には半径方
向糸Ｙrzが巻き付けられたボビンＢが着脱可能に取り付
けられている。

【０００５】糸固定テーブル５１の上方には織物を構成
する３種類の糸すべてを固定する糸固定テーブル５８
が、スプライン軸５９と一体的に昇降動及び回転可能に
配設されている。スプライン軸５９には支持体５４と同
様に多数のアーム６０を有する支持体６１が所定の高さ
位置でスプライン軸５９と一体回転可能に嵌合されてい
る。各アーム６０の先端にはエアシリンダ６２が固定さ
れ、そのピストンロッドの先端には前記と同様なホルダ
保持体６３が装着されている。ホルダ保持体５７，６３
はそれぞれ同じ上下一対が常に対向する位置関係にあ
り、同じボビンホルダ５６の受け渡しを行うようになっ
ている。支持体５４の中央上面には織成位置を規制する
ためのガイドフレーム６４が配設され、ガイドフレーム
６４の上端面とほぼ同じ高さ位置には周方向糸供給部６
５がボビンホルダ５６より外側に配設されている。

【０００６】円柱状三次元織物を製造する場合は、軸方
向糸Ｙａが両糸固定テーブル５１，５８の中心部間に張
設され、各ボビンホルダ５６に装着されたボビンＢから
繰出された半径方向糸Ｙrzの一端が上側の糸固定テーブ
ル５８に中心から多層状態をなすように固定される。こ
の状態から各ボビンホルダ５６がそれぞれ製織条件に対
応していずれかのホルダ保持体５７，６３に保持された
状態で、周方向糸ボビン６６から周方向糸Ｙθが繰出さ
れ、軸方向糸Ｙａ及び半径方向糸Ｙrzの外側に巻き付け
られる。そして、ボビンホルダ５６の保持位置を製織条
件に対応して変更しながら、周方向糸Ｙθの巻付け及び
スプライン５２，５９の上昇が行われ三次元織物が製造
される。

【０００７】又、筒状の複合構造体の製造方法としてい
わゆるフィラメントワインディング法がある。この方法
では、未硬化の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂溶液を前
もって繊維に含浸するかワインディングの最中に含浸す
るかしながら、ガラス繊維、セラミック繊維、カーボン
繊維等の連続繊維状補強材（フィラメント）を張力をも
たせて回転コア上に巻く。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】三次元織物を強化材と
した繊維強化複合材が良好な物性を持つためには、三次
元織物を構成する糸がそれぞれその配列方向に緊張され
た状態で配列されることが必要である。又、三次元織物
の単位体積中に占める繊維の割合（以下、Ｖｆと称す）
が大きい方が一般に引張り強度、圧縮強度等の物性が優
れ、三次元織物の組織が均一な方がそれらの物性が優れ
る。ところが、前記従来の円柱状三次元織物ではその構
成成分に半径方向糸Ｙrzが存在する。半径方向糸Ｙrzは
一平面内で三次元織物の軸方向と放射方向に延びるよう
に屈曲配置される。そのため、半径方向糸Ｙrzを軸方向
及び放射方向の両方向に緊張状態で配列することは非常
に難しい。仮に緊張状態で配列できたとしても、放射方
向に延びる部分を緊張状態で配列すると、半径方向糸Ｙ
rzは軸方向糸Ｙａや周方向糸Ｙθを、三次元織物の中心
部に配列された軸方向糸Ｙａから分離させる作用をな
す。又、これらの円柱状三次元織物として径の大きなも
のを製造する場合、その中心部に配列される軸方向糸Ｙ
ａを増やしてその外側に周方向糸Ｙθ、半径方向糸Ｙrz
及び軸方向糸Ｙａを配列する方法を採ると、製造が容易
となる。しかし、その場合は、三次元織物の中心部と外
側部とで組織の異なる状態となり、物性が悪くなる。

【０００９】又、前記公報に開示された製造装置では、
径の大きな円柱状三次元織物を製造する場合、中心部に
配列される軸方向糸Ｙａ（芯糸）の本数を少なくして中
心付近から半径方向糸Ｙrzが存在する円柱状織物を織る
には、多数の半径方向糸Ｙrzが必要となる。その結果、
ボビンホルダ５６の授受を行うホルダ保持体５７，６３
及びそれを駆動するエアシリンダ５５，６２も多数必要
となり、装置が大型化し構造も複雑になるという問題が
ある。

【００１０】又、フィラメントワインディングでは中心
部まで繊維の詰まった柱状体を製造することはできな
い。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の目的は円柱状の繊維強化複合材の強化材
として適した円柱状繊維構造体を提供することにある。
又、第２の目的は小径領域においても周方向糸や軸方向
糸を緻密に配列でき、しかも大径の円柱状繊維構造体を
製造する場合も装置の大型化を招かない円柱状繊維構造
体の製造方法を提供することにある。又、第３の目的は
その製造装置を提供することにある。

【００１１】

【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に記載の発明では、円柱状繊維構造体
の軸方向に沿って配列された軸方向糸により構成された
軸方向糸層と、円柱状繊維構造体の周方向に沿って配列
された周方向糸により構成された周方向糸層とを円柱状
繊維構造体の中心から同心円状に交互にそれぞれ複数層
ずつ配列し、円柱状繊維構造体のほぼ軸心を通って円柱
状繊維構造体を貫通するように配列された貫通糸を円柱
状繊維構造体の長手方向に所定間隔で複数箇所に配列し
た。

【００１２】

【００１３】

【００１４】又、請求項２に記載の発明では、円柱状繊
維構造体は、その軸方向に沿って配列された軸方向糸
と、円柱状繊維構造体の軸方向に対して傾斜する状態で
配列されたスパイラル糸と、円柱状繊維構造体の周方向
に沿って配列された周方向糸と、円柱状繊維構造体のほ
ぼ軸心を通って円柱状繊維構造体を貫通するように配列
された貫通糸との４成分の糸からなり、軸方向糸層、ス
パイラル糸層及び周方向糸層を円柱状繊維構造体の中心
から同心円状に複数層ずつ配列し、貫通糸を円柱状繊維
構造体の長手方向に所定間隔で複数箇所に配列した。

【００１５】又、第２の目的を達成するため、請求項３
に記載の発明では、一対の把持部材間に張設された芯材
の周囲に製造すべき繊維構造体と対応する所定間隔をお
いて係止部材を配置し、糸供給ヘッドから繰り出される
糸を対向する係止部材間で折り返すように配列して軸方
向糸とする軸方向糸配列工程と、糸供給ヘッドから繰り
出される糸を前記軸方向糸に所定の張力が加わった状態
で芯材に圧着するように軸方向糸の外側に巻付ける周方
向糸配列工程とを繰り返して、所定の径の繊維構造体を
形成するようにした。

【００１６】又、請求項４に記載の発明では、一対の把
持部材間に張設された芯材の周囲に製造すべき繊維構造
体と対応する所定間隔をおいて係止部材を配置し、糸供
給ヘッドから繰り出される糸を対向する係止部材間で折
り返すように配列して軸方向糸とする軸方向糸配列工程
と、糸供給ヘッドから繰り出される糸を前記軸方向糸に
所定の張力が加わった状態で芯材に圧着するようにかつ
繊維構造体の軸方向に対して傾斜する状態で軸方向糸の
外側に巻付けてスパイラル糸とするスパイラル糸配列工
程と、糸供給ヘッドから繰り出される糸を前記軸方向糸
に所定の張力が加わった状態で芯材に圧着するようにか
つ繊維構造体の周方向に沿って軸方向糸の外側に巻付け
て周方向糸とする周方向糸配列工程とを繰り返して、所
定の径の繊維構造体を形成するようにした。

【００１７】又、第３の目的を達成するため、請求項５
に記載の発明においては、同一軸線上に回転可能に配設
され、芯材を把持する一対の把持部材と、前記両把持部
材の間に両把持部材と同一軸線上に回転可能に配設さ
れ、芯材が貫通可能な筒状部の外周面に係止部が突設さ
れた第１の糸係止部材と、前記両把持部材の間に両把持
部材と同一軸線上に回転可能かつ軸方向に移動可能に配
設され、芯材が貫通可能な筒状部の外周面に係止ピンが
着脱可能に突設された第２の糸係止部材と、前記両把持
部材及び両糸係止部材を同期して回転駆動する第１の駆
動手段と、前記第２の糸係止部材を第１の糸係止部材か
ら離れる方向へ一定加圧状態で付勢する付勢手段と、前
記両把持部材及び両糸係止部材の軸線方向に沿って移動
可能に配設された支持部材と、前記支持部材を軸線方向
に沿って移動させる第２の駆動手段と、前記支持部材上
に配設された駆動装置により前記軸線方向と直交する方
向に移動可能に配設された糸供給ヘッドと、前記第１の
駆動手段、第２の駆動手段及び駆動装置を同期制御する
制御装置とを備えた。

【００１８】

【作用】請求項１に記載の発明の円柱状繊維構造体は、
軸方向糸層及び周方向糸層が複数層ずつ配列されてい
る。そして、軸方向糸が周方向糸により締めつけ固定さ
れ、各糸が緊張状態で配列されている。従って、樹脂あ
るい無機物をマトリックスとして複合材を構成した場
合、その軸方向に延びる軸方向糸の存在により引張りに
対する強度が向上する。又、軸方向糸に対する周方向糸
による結束力により、圧縮に対して座屈し難く圧縮強度
の大きい材料が得られる。周方向糸による巻き付け力に
よって高いＶｆを達成することが容易となる。

【００１９】そして、前記円柱状繊維構造体の２成分の
糸に加えて、円柱状繊維構造体のほぼ軸心を通って円柱
状繊維構造体を貫通するように配列された貫通糸が存在
する。この貫通糸の存在により他の各糸層の半径方向の
結束力が増し、繊維強化複合材としたとき、貫通糸がな
いものに比較して耐衝撃性が向上する。

【００２０】請求項２に記載の発明の円柱状繊維構造体
は、請求項１に記載の発明の円柱状繊維構造体の２成分
の糸に加えて、円柱状繊維構造体の軸方向に対して傾斜
する状態で配列されたスパイラル糸が存在する。軸方向
糸及びスパイラル糸は緊張状態で周方向糸により締めつ
け固定され、各糸が緊張状態で配列されている。そし
て、樹脂あるい無機物をマトリックスとして複合材を構
成した場合、引張り、圧縮に対する強度が向上するとと
もに、スパイラル糸の存在によりねじり強度も向上す
る。

【００２１】そして、前記円柱状繊維構造体の３成分の
糸に加えて、円柱状繊維構造体の軸心を通って円柱状繊
維構造体を貫通するように配列された貫通糸が存在す
る。この貫通糸の存在により他の各糸層の半径方向の結
束力が増し、繊維強化複合材としたとき、貫通糸がない
ものに比較して耐衝撃性が向上する。

【００２２】請求項３に記載の発明では、一対の把持部
材間に張設された芯材の周囲に製造すべき繊維構造体と
対応する所定間隔をおいて係止部材が配置される。軸方
向糸配列工程では、糸供給ヘッドから繰り出される糸が
対向する係止部材間で折り返すように配列される。周方
向糸配列工程では、糸供給ヘッドから繰り出される糸が
前記軸方向糸に所定の張力が加わった状態で軸方向糸を
芯材に圧着するように軸方向糸の外側に、繊維構造体の
周方向に沿って巻付けられる。そして、軸方向糸配列工
程と周方向糸配列工程とが繰り返されて、所定の径の繊
維構造体が形成される。

【００２３】請求項４に記載の発明では、一対の把持部
材間に張設された芯材の周囲に製造すべき繊維構造体と
対応する所定間隔をおいて係止部材が配置される。軸方
向糸配列工程では、糸供給ヘッドから繰り出される糸が
対向する係止部材間で折り返すように配列される。スパ
イラル糸配列工程では、糸供給ヘッドから繰り出される
糸が、前記軸方向糸に所定の張力が加わった状態で軸方
向糸を芯材に圧着するようにかつ繊維構造体の軸方向に
対して傾斜する状態で軸方向糸の外側に巻付けられる。
周方向糸配列工程では、糸供給ヘッドから繰り出される
糸が前記軸方向糸又はスパイラル糸の外側に、繊維構造
体の周方向に沿って巻付けられる。そして、軸方向糸配
列工程、スパイラル糸配列工程及び周方向糸配列工程と
が繰り返されて、所定の径の繊維構造体が形成される。

【００２４】又、請求項５に記載の発明では、第１の糸
係止部材及び第２の糸係止部材を貫通する状態で芯材が
一対の把持部材の間に把持される。この状態で第１の駆
動手段が駆動され、第１及び第２の糸係止部材及び両把
持部材が同時に回転される。又、第２の駆動手段が第１
の駆動手段と同期して駆動され、糸供給ヘッドが両糸係
止部材間を往復動される。そして、糸供給ヘッドから繰
り出される糸が第１の糸係止部材の係止部と第２の糸係
止部材の係止ピンとの間で折り返すように配列されて軸
方向糸となる。次に第２の糸係止部材が付勢手段の作用
により第１の糸係止部材から離れる方向へ一定加圧状態
で付勢される状態となる。この状態で、第１の糸係止部
材側から第２の糸係止部材へ向かって糸供給ヘッドが移
動しながら糸が繰り出され、軸方向糸の外側に糸が巻き
付けられてスパイラル糸又は周方向糸となる。スパイラ
ル糸及び周方向糸は軸方向糸を芯材に圧着するように配
列される。糸供給ヘッドの移動速度と、第１及び第２の
糸係止部材及び両把持部材の回転速度の比を変更するこ
とにより、糸供給ヘッドから繰り出される糸と軸方向糸
とのなす角度が変化する。そして、前記両速度比が変更
されて、糸供給ヘッドから繰り出される糸がスパイラル
糸又は周方向糸として配列される。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明を具体化した第１実施例を図
１〜図１１に従って説明する。図８に示すように、円柱
状繊維構造体Ｆは軸方向糸Ｙａ及び周方向糸Ｙθにより
構成されている。軸方向糸Ｙａは円柱状繊維構造体Ｆの
軸方向に延びる状態で配列され、周方向糸Ｙθは円柱状
繊維構造体Ｆの周方向に沿って配列されている。軸方向
糸Ｙａにより構成される軸方向糸層ＬＹａと、周方向糸
Ｙθにより構成される周方向糸層ＬＹθとが円柱状繊維
構造体Ｆの中心から交互に配置されている。軸方向糸Ｙ
ａは周方向糸Ｙθにより締めつけ固定され、軸方向糸Ｙ
ａが緊張状態で配列されるとともに周方向糸Ｙθ自身も
緊張状態で配列されている。すなわち、円柱状繊維構造
体Ｆ全体として組織が均一化されている。又、従来の円
柱状三次元織物に比較して繊維密度が高く、すなわち高
Ｖｆとなっている。円柱状繊維構造体Ｆを構成する繊維
（糸）としては、例えば炭素繊維、セラミック繊維、ガ
ラス繊維、アラミド繊維等がある。このうち、炭素繊維
が強度及び軽量化の点で好ましいが、コストも含めた要
求特性に合うように適宜選択される。

【００２６】図８では模式的に軸方向糸層ＬＹａ及び周
方向糸層ＬＹθが３層ずつ表されているが、実際はより
多くの層で形成されている。層数は円柱状繊維構造体Ｆ
及び糸の径によって異なるため、一概に言えないが、例
えば直径２０ｍｍの円柱状繊維構造体Ｆで３０〜５０層
にしている。円柱状繊維構造体Ｆを構成する各糸Ｙａ，
Ｙθの割合が同じでも、１層当たりの厚みを薄くして異
なる層が多数交互に配置された構成とすることにより、
円柱状繊維構造体Ｆの組成がほぼ均一となり、物性の優
れた複合材が得られる。

【００２７】この円柱状繊維構造体Ｆは樹脂等をマトリ
ックスとした複合材の強化材として使用される。マトリ
ックスを構成する樹脂としては特に限定はなく、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の
熱硬化性樹脂に限らずナイロン等の熱可塑性樹脂も使用
することができるが、耐熱性、耐湿性の点でエポキシ樹
脂が好ましい。マトリックスとして熱硬化性樹脂を使用
する場合は、円柱状繊維構造体Ｆに未硬化樹脂を含浸さ
せた後、熱硬化させる。マトリックスとして熱可塑性樹
脂を使用する場合は、溶融状態の樹脂を含浸させるか、
樹脂溶液を含浸させた後、溶媒を揮発させて除去する。
そして、このようにして得られた繊維強化プラスチック
（複合材）は、軸方向糸Ｙａの存在により引張りに対す
る強度に優れたものとなる。又、周方向糸Ｙθによる結
束力により、圧縮に対して座屈し難く圧縮強度の大きい
材料となる。

【００２８】又、円柱状繊維構造体Ｆの構成繊維として
炭素繊維を使用し、樹脂で硬化した後、マトリックス樹
脂を焼成したり、マトリックスとしてピッチなどを用い
て、炭素繊維と炭素マトリックスとから成る複合材とし
てもよい。

【００２９】次に前記の円柱状繊維構造体Ｆの製造装置
を説明する。図１，２に示すように、フレーム１の第１
端部寄り中央に支持ブラケット２，３がフレーム１の長
手方向に並んで平行に立設されている。支持ブラケット
２にはフレーム１の長手方向に延びる支軸（図示せず）
が、支持ブラケット３側に突設するように設けられ、該
支軸にプーリ４が回転可能に支持されている。プーリ４
には把持部材５が一体回転可能に固定されている。把持
部材５は公知の構成により糸や線材を把持可能となって
いる。支持ブラケット３には中空の回転軸６が前記支軸
と同軸線上に配設されている。回転軸６の基端寄りには
プーリ７が一体回転可能に固定され、先端には第１の糸
係止部材としてのピン立設部８が一体に形成されてい
る。ピン立設部８には係止部としてのピンＰ１の第１端
部を嵌入する孔が所定間隔で周方向に並んで形成されて
いる。

【００３０】フレーム１の第２端部側には第１のベース
プレート９がガイドレール（図示せず）に沿ってフレー
ム１の長手方向に移動可能に固定されている。ベースプ
レート９上にはレール１０がフレーム１の長手方向に沿
って敷設され、その上に第２のベースプレート１１が摺
動部材１２を介して摺動可能に支持されている。ベース
プレート９上にシリンダ１３が固定され、そのピストン
ロッド１３ａがベースプレート１１の端部に固定されて
いる。そして、ベースプレート１１はシリンダ１３の作
動によりフレーム１の長手方向に移動される。

【００３１】ベースプレート１１上のほぼ中央にはレー
ル１４がフレーム１の長手方向に沿って敷設され、その
上に可動ブラケット１５が摺動部材１６を介して摺動可
能に支持されている。ベースプレート１１上の第１端部
寄りには付勢手段としてのエアシリンダ１７が固定さ
れ、そのピストンロッド１７ａが可動ブラケット１５に
固定されている。そして、可動ブラケット１５はエアシ
リンダ１７の作動によりフレーム１の長手方向に移動さ
れる。エアシリンダ１７に圧縮空気を供給する管路（図
示せず）には、ピストンロッド１７ａが突出位置に配置
された状態においてピストンロッド１７ａを所定の圧力
で突出側へ付勢する状態と、突出側への付勢を解除する
状態とに切り換える切換え弁が設けられている。可動ブ
ラケット１５には中空の回転軸１８が回転軸６と同軸線
上に配設されている。回転軸１８の基端寄りにはプーリ
１９が一体回転可能に固定され、先端には第２の糸係止
部材としてのピン立設部２０が一体に形成されている。
ピン立設部２０には係止ピンＰ２の第１端部を嵌入する
孔が所定間隔で周方向に並んで形成されている。

【００３２】ベースプレート１１上の第２端部寄りには
支持ブラケット２１が立設され、支持ブラケット２１に
は支軸２２が回転軸１８と同軸線上に固定されている。
支軸２２にはプーリ２３が回転可能に支持され、プーリ
２３には把持部材２４が一体回転可能に固定されてい
る。

【００３３】フレーム１上には回転軸２５が図示しない
ブラケット及び軸受を介してフレーム１の長手方向に沿
って配設され、その下方にはモータ２６が固定されてい
る。モータ２６の駆動軸には駆動プーリ２７が嵌着固定
され、該駆動プーリ２７と回転軸２５に一体回転可能に
固定されたプーリ２８との間にベルト２９が巻き掛けら
れている。回転軸２５には前記各プーリ４，７，１９，
２３と対応する位置にプーリ３０，３１，３２，３３が
一体回転可能に固定され、それぞれ対応するプーリ間に
ベルト３４，３５，３６，３７が巻き掛けられている。
すなわち、全プーリ４，７，１９，２３が同期して回転
されるようになっている。プーリ３２，３３と回転軸２
５との結合はスプラインとスプライン軸構造となってお
り、プーリ３２，３３はプーリ１９，２３がフレーム１
の長手方向に移動されるとそれに追従して軸方向に摺動
可能となっている。各プーリ４，７，１９，２３，３
０，３１，３２，３３、ベルト３４，３５，３６，３
７、回転軸２５及びモータ２６により第１の駆動手段が
構成されている。

【００３４】フレーム１にはベースプレート１１に対し
て回転軸２５と反対側に、第２の駆動手段としての第１
のアクチュエータ３８がフレーム１の長手方向に沿って
配設されている。アクチュエータ３８にはボールネジを
使用するとともに、ナットと一体移動可能な移動体を１
軸方向に移動させる構成の公知のものが使用されてい
る。アクチュエータ３８に装備された支持部材としての
移動体３８ａ上には糸供給ヘッド３９を備えた駆動装置
としての第２のアクチュエータ４０が固定されている。
アクチュエータ４０は糸供給ヘッド３９をフレーム１の
長手方向と直交する方向（前後方向）に移動させるよう
に固定されている。糸供給ヘッド３９は図示しない糸供
給部に連なる糸を順次繰り出す作用をなす。モータ２
６、第１のアクチュエータ３８及び第２のアクチュエー
タ４０は制御装置Ｃにより同期した状態で駆動されるよ
うになっている。

【００３５】次に前記のように構成された装置の作用を
説明する。円柱状繊維構造体を製造するときは、まず支
持ブラケット３と可動ブラケット１５との距離が所望の
円柱状繊維構造体に対応する間隔となるように、両ベー
スプレート９，１１の位置を設定する。一度設定された
状態から支持ブラケット３と可動ブラケット１５の距離
を変更する場合、その変更量が小さな場合はシリンダ１
３の作動により第２のベースプレート１１を移動させ
る。変更量が大きな場合は第１のベースプレート９を移
動させる。ベースプレート９，１１の位置設定が終了し
た後、エアシリンダ１７のピストンロッド１７ａが突出
位置に配置される。次に両把持部材５，２４間に芯材と
しての芯糸Ｙｃを張設し、糸供給ヘッド３９に連なる糸
Ｙの先端をピン立設部８に固定することにより、製造準
備が完了する。このとき糸供給ヘッド３９はピン立設部
８と対応する位置に配置されている。又、エアシリンダ
１７はピストンロッド１７ａが突出位置に保持される状
態に圧縮空気が供給されている。

【００３６】この状態でモータ２６とアクチュエータ３
８の駆動が開始され、軸方向糸配列工程が実施される。
アクチュエータ３８は糸供給ヘッド３９が両ピン立設部
８，２０と対応する位置間を往復移動するように駆動さ
れる。モータ２６は糸供給ヘッド３９が１往復する間
に、ピン立設部８，２０がピンＰ１及び係止ピンＰ２の
立設間隔の１ピッチ分回動するように駆動される。その
結果、糸供給ヘッド３９から繰り出される糸Ｙが、図１
に示すように両ピン立設部８，２０に立設されたピンＰ
１及び係止ピンＰ２を折り返し点として配列される。両
ピン立設部８，２０が１回転した時点で第１層目の軸方
向糸Ｙａの配列が完了する。この状態では図３に示すよ
うに、芯糸Ｙｃから所定間隔をおいて軸方向糸Ｙａが配
列されている。

【００３７】次にピストンロッド１７ａが所定の圧力で
突出側へ付勢される状態に切換え弁が切り換えられる。
そして、糸供給ヘッド３９がピン立設部８の先端と対応
する位置に移動された後、周方向糸配列工程が実施され
て周方向糸Ｙθの配列が行われる。すなわち、糸供給ヘ
ッド３９がピン立設部８側から糸Ｙを繰り出しながらピ
ン立設部２０側へ向かって移動するとともに、ピン立設
部８，２０及び把持部材５，２４が所定速度で回転され
る。モータ２６は軸方向糸Ｙａを配列するときより速く
駆動される。糸供給ヘッド３９は軸方向糸Ｙａを芯糸Ｙ
ｃの周囲に圧着させるように、所定の張力が加わった状
態で糸Ｙを供給する。

【００３８】ピストンロッド１７ａが所定の圧力で突出
側に付勢されている状態で、軸方向糸Ｙａの周囲に周方
向糸Ｙθが巻付けられると、軸方向糸Ｙａの張力がピス
トンロッド１７ａの付勢力より大きくなり、可動ブラケ
ット１５が支持ブラケット３側へ移動される。すなわ
ち、図４に示すように軸方向糸Ｙａが常に緊張された状
態で、周方向糸Ｙθの巻き付けに伴ってピン立設部２０
が徐々にピン立設部８側へ移動される。そして、糸供給
ヘッド３９がピン立設部２０の先端と対応する位置まで
移動されると、図５に示すように、軸方向糸Ｙａが芯糸
Ｙｃの周囲に圧着されるとともにその外周に周方向糸Ｙ
θが配列された中実状態の円柱状繊維構造体Ｆが形成さ
れる。この状態でモータ２６及びアクチュエータ３８の
駆動が停止される。

【００３９】次にピン立設部２０に立設された係止ピン
Ｐ２が抜き取られ、可動ブラケット１５とともにピン立
設部２０が元の位置に配置される。係止ピンＰ２が抜き
取られると軸方向糸Ｙａの第１端部が自由状態となる
が、軸方向糸Ｙａは周方向糸Ｙθにより芯糸Ｙｃの周囲
に巻き付けられているため、中実状態の円柱状繊維構造
体Ｆの形状は変化しない。

【００４０】次にピン立設部２０に係止ピンＰ２が立設
された後、再びモータ２６及びアクチュエータ３８が軸
方向糸Ｙａの配列モードで駆動され、図６に示すように
第２層目の軸方向糸Ｙａが両ピン立設部８，２０に立設
されたピンＰ１及び係止ピンＰ２間に折り返し状に配列
される。軸方向糸Ｙａの配列が完了した後、再びモータ
２６及びアクチュエータ３８が周方向糸Ｙθの配列モー
ドで駆動される。そして、第２層目の軸方向糸Ｙａをそ
の内側に形成されている円柱状繊維構造体Ｆの外側に圧
着するように、周方向糸Ｙθが配列される。周方向糸Ｙ
θは固定側のピン立設部８側から可動側のピン立設部２
０側に向かって順次配列され、図７に示す状態となる。
なお、図では軸方向糸Ｙａと周方向糸Ｙθとの間に隙間
がある状態に描かれているが、実際は互いに圧着された
状態となっている。

【００４１】以下、前記と同様に軸方向糸配列工程と、
周方向糸配列工程とが交互に行われ、円柱状繊維構造体
Ｆの径が順次増大する。円柱状繊維構造体Ｆの径がピン
立設部８，２０のピンＰ１及び係止ピンＰ２の立設位置
における径以上になった後は、軸方向糸Ｙａの外側に周
方向糸Ｙθを巻き付けても両ピン立設部８，２０間の距
離が変わらないため、ピンＰ１及び係止ピンＰ２の抜き
取り及びピン立設部２０の位置調整は不要となる。そし
て、前記の操作が繰り返されて、所定の径の円柱状繊維
構造体Ｆが形成される。なお、芯糸Ｙｃは最終的に軸方
向糸Ｙａとなる。

【００４２】前記のように周方向糸Ｙθの巻付け時に軸
方向糸Ｙａが緊張状態に保持されるため、軸方向糸Ｙａ
の真直度を保つことができる。又、従来の円柱状三次元
織物を製造する装置に比較して、円柱状繊維構造体Ｆの
小径領域においても軸方向糸Ｙａ、周方向糸Ｙθをきめ
細かく配列できる。

【００４３】軸方向糸ＹａをピンＰ１と係止ピンＰ２と
の間に折り返し状に配列する配列方法には幾つかの種類
がある。第１の方法は、図９（ａ）に示すように、軸方
向糸Ｙａを対向する係止ピンＰ２と係止して折り返し、
次に隣接するピンＰ１と係止して折り返すことを順次繰
り返す。第２の方法は、図９（ｂ）に示すように、軸方
向糸Ｙａを対向するピンＰ１及び係止ピンＰ２と１ピッ
チずれた位置のピンＰ１及び係止ピンＰ２と係止して折
り返すことを順次繰り返す。第３の方法は、図１０
（ａ）に示すように、軸方向糸Ｙａを対向するピンＰ１
及び係止ピンＰ２との間で平行に配列するように折り返
した後、次に隣接するピンＰ１と係止する位置で同様に
配列することを順次繰り返す。第４の方法は、図１０
（ｂ）に示すように、軸方向糸Ｙａを対向するピンＰ１
及び係止ピンＰ２間で真っ直ぐに延びる状態と、隣接す
るピンＰ１間あるいは係止ピンＰ２間でそれと直角に延
びる状態とを繰り返す。軸方向糸Ｙａの配列密度は、第
４の方法が最も小さく、以下、第２の方法、第１の方法
及び第３の方法の順に大きくなる。従って、軸方向糸Ｙ
ａの所望の配列密度に応じて適宜の配列方法が選択され
る。又、複数の方法を組み合わせてもよい。

【００４４】第３及び第４の方法では、軸方向糸Ｙａは
円柱状繊維構造体Ｆの軸方向と平行に配列され、軸方向
糸Ｙａと円柱状繊維構造体Ｆの軸方向とのなす角度はす
べての軸方向糸Ｙａにおいてほぼ０°となる。一方、第
１の方法では一部の軸方向糸Ｙａが、又、第２の方法で
は全ての軸方向糸Ｙａが円柱状繊維構造体Ｆの軸方向に
対して傾斜した状態となる。そして、この傾斜角度は円
柱状繊維構造体Ｆの長さと、軸方向糸Ｙａが配列された
箇所における円柱状繊維構造体Ｆの径とにより変化す
る。しかし、その角度が１０°以下であれば、その円柱
状繊維構造体Ｆを強化材とした複合材は、第１及び第２
の方法で軸方向糸Ｙａを配列したものと、ほぼ同等の物
性を示す。

【００４５】ピン立設部８，２０はできるだけ小径での
ピンＰ１及び係止ピンＰ２の立設を可能にするため、図
１１（ａ），（ｂ）に示すようにテーパ形状にし、径の
異なる位置にピンＰ１及び係止ピンＰ２を立設する孔４
１を形成するのが好ましい。軸方向糸Ｙａの配列数は芯
糸Ｙｃに近い側では少なくてよく、小径部に立設される
ピンＰ１及び係止ピンＰ２の数が少なくても差し支えな
い。

【００４６】（実施例２）次に第２実施例を図１２及び
図１３に従って説明する。なお、前記実施例と同一部分
は同一符号を付して詳しい説明を省略する。この実施例
の円柱状繊維構造体Ｆは前記実施例の円柱状繊維構造体
Ｆの２成分の糸、すなわち軸方向糸Ｙａ及び周方向糸Ｙ
θに加えて、円柱状繊維構造体Ｆの軸方向に対して傾斜
する状態で配列されたスパイラル糸Ｙｓが存在する点が
異なっている。スパイラル糸Ｙｓにより構成されたスパ
イラル糸層ＬＹｓは、円柱状繊維構造体Ｆの軸方向に対
するスパイラル糸Ｙｓの傾斜角度が互いに逆となる層が
対で設けられている。軸方向糸層ＬＹａ、周方向糸層Ｌ
Ｙθ及びスパイラル糸層ＬＹｓは円柱状繊維構造体Ｆの
中心から同心円状に配置されている。軸方向糸Ｙａ及び
スパイラル糸Ｙｓは緊張状態で周方向糸Ｙθにより締め
つけ固定され、各糸が緊張状態で配列されている。従っ
て、円柱状繊維構造体Ｆ全体として組織が均一化される
とともに、従来の円柱状三次元織物に比較して繊維密度
が高められ、コンパクトで高品質の強化材となる。

【００４７】図１２では模式的に軸方向糸層ＬＹａ、周
方向糸層ＬＹθ及びスパイラル糸層ＬＹｓが３層ずつ表
されているが、実際はより多くの層で形成されている。
層数は円柱状繊維構造体Ｆ及び糸の径によって異なるた
め、一概に言えないが、例えば直径２０ｍｍの円柱状繊
維構造体Ｆで３０〜５０層にしている。円柱状繊維構造
体Ｆを構成する各糸Ｙａ，Ｙｓ，Ｙθの割合が同じで
も、１層当たりの厚みを薄くして異なる層が多数積層さ
れた構成とすることにより、円柱状繊維構造体Ｆの組成
がほぼ均一となり、物性の優れた複合材が得られる。

【００４８】この円柱状繊維構造体Ｆは、基本的には円
柱状繊維構造体Ｆの軸方向と各糸との成す角度が、軸方
向糸Ｙａではほぼ０°、スパイラル糸Ｙｓではほぼ±４
５°、周方向糸Ｙθではほぼ９０°となるように各糸層
が形成される。しかし、それらの角度は必ずしも０°、
±４５°及び９０°でなくてもよい。例えば、軸方向糸
Ｙａが前記軸方向と成す角度は−１０°〜＋１０°の範
囲、スパイラル糸Ｙｓが前記軸方向と成す角度は−３０
°〜−６０°及び＋３０°〜＋６０°の範囲、周方向糸
Ｙθが前記軸方向と成す角度は９０°±１５°の範囲で
あればよい。

【００４９】この円柱状繊維構造体Ｆも前記実施例と同
様にしてエポキシ樹脂等をマトリックスとした複合材と
して使用される。この複合材料は引張り及び圧縮に対す
る強度に優れたものとなるとともに、スパイラル糸Ｙｓ
の存在によりねじり強度も優れたものとなる。

【００５０】この実施例の円柱状繊維構造体Ｆも前記実
施例と同じ製造装置により製造されるが、製造方法が一
部異なる。軸方向糸配列工程及び周方向糸配列工程は前
記実施例と同様に行われ、軸方向糸配列工程と周方向糸
配列工程との間にスパイラル糸配列工程を行うことによ
りスパイラル糸Ｙｓを有する円柱状繊維構造体Ｆが製造
される。スパイラル糸配列工程は基本的には周方向糸配
列工程と同様に、糸供給ヘッド３９が糸Ｙを繰り出しな
がら両ピン立設部８，２０の先端部と対応する位置間を
移動し、ピン立設部８，２０及び把持部材５，２４が所
定速度で回転される。そして、糸供給ヘッド３９の移動
速度とピン立設部８，２０及び把持部材５，２４の回転
速度との比が、周方向糸配列工程の場合より大きく、す
なわち、糸供給ヘッド３９の移動速度が速く設定され
る。周方向糸Ｙθは円柱状繊維構造体Ｆの軸方向との成
す角度がほぼ９０°のため、周方向糸配列工程では、糸
供給ヘッド３９がピン立設部８の先端と対応する位置か
らピン立設部２０の先端と対応する位置まで移動する
と、１層分の周方向糸Ｙθの配列が完了する。しかし、
スパイラル糸Ｙｓは円柱状繊維構造体Ｆの軸方向との成
す角度がほぼ±４５°のため、糸供給ヘッド３９が両ピ
ン立設部８，２０の先端部と対応する位置間を１度移動
しただけではスパイラル糸層ＬＹｓを構成するスパイラ
ル糸Ｙｓの数が不十分となる。そのため、スパイラル糸
配列工程では糸供給ヘッド３９が両ピン立設部８，２０
の先端部と対応する位置間を複数回移動して、スパイラ
ル糸層ＬＹｓを構成する所定数のスパイラル糸Ｙｓが軸
方向糸Ｙａの外側に巻き付けられる。

【００５１】例えば、糸供給ヘッド３９が３往復移動さ
れる場合、糸供給ヘッド３９が先ずピン立設部８側から
ピン立設部２０側へ向かって往動する間に、図１３に
で示す位置に、スパイラル糸Ｙｓが円柱状繊維構造体Ｆ
の軸方向と成す角度がほぼ＋４５°となるように巻き付
けられる。そして、糸供給ヘッド３９の復動時に、で
示すようにスパイラル糸Ｙｓが円柱状繊維構造体Ｆの軸
方向と成す角度がほぼ−４５°となるように巻き付けら
れる。以下、糸供給ヘッド３９の往動時には角度がほぼ
＋４５°に、復動時にはほぼ−４５°となるように〜
に示す位置に順にスパイラル糸Ｙｓが巻き付けられ
る。スパイラル糸配列工程が完了すると、糸供給ヘッド
３９の移動速度が低速に変更されて、周方向糸配列工程
が実施される。

【００５２】そして、軸方向糸配列工程、スパイラル糸
配列工程及び周方向糸配列工程が順次実施され、所定の
径の円柱状繊維構造体Ｆが形成される。糸供給ヘッド３
９の移動速度と、ピン立設部８，２０及び把持部材５，
２４の回転速度とがそれぞれ一定の速度となるようにモ
ータ２６及びアクチュエータ３８が駆動された場合、円
柱状繊維構造体Ｆの径によりスパイラル糸Ｙｓの角度が
変化する。スパイラル糸Ｙｓの角度の絶対値は、円柱状
繊維構造体Ｆの径が大きくなるほど大きくなる。従っ
て、小径部におけるスパイラル糸Ｙｓの角度がほぼ±４
５°となるように両者の速度が設定された場合、円柱状
繊維構造体Ｆの径が大きくなった時点においてスパイラ
ル糸層ＬＹｓが形成されると、スパイラル糸Ｙｓの角度
の基準角度±４５°からのずれが大きくなる。しかし、
基準角度からのずれが±１５°以内であればとくに問題
はない。又、周方向糸Ｙθの角度がほぼ９０°となるよ
うに両者の速度が設定された場合、円柱状繊維構造体Ｆ
の径が大きくなった時点において周方向糸層ＬＹθが形
成されると、周方向糸Ｙθの角度の絶対値は９０°より
小さくなる。そして、円柱状繊維構造体Ｆの径によって
は基準角度９０°からのずれが１０°を超える場合もあ
るが、ずれが±１５°以内であればとくに問題はない。

【００５３】スパイラル糸Ｙｓ及び周方向糸Ｙθの角度
を円柱状繊維構造体Ｆの径の変化に拘らず基準角度とな
るようにスパイラル糸Ｙｓ及び周方向糸Ｙθを巻き付け
るには、糸供給ヘッド３９の移動速度が径に対応した速
度となるようにアクチュエータ３８を駆動制御する。
又、モータ２６としてサーボモータあるいはインバータ
を介して駆動制御される可変速モータ等を使用し、糸供
給ヘッド３９の移動速度を一定にするとともに、径に対
応した速度でモータ２６を駆動してもよい。

【００５４】（実施例３）次に第３実施例を図１４〜図
１６に従って説明する。この実施例の円柱状繊維構造体
Ｆは第２実施例の円柱状繊維構造体Ｆの３成分の糸に加
えて、円柱状繊維構造体Ｆのほぼ軸心を通って円柱状繊
維構造体Ｆを貫通するように配列された貫通糸Ｙｄが存
在する点が異なっている。図１４に示すように、貫通糸
Ｙｄは円柱状繊維構造体Ｆの周面でループ状に折り返す
ように配列されるとともに、そのループ部Ｌｐに耳糸Ｙ
ｐが挿通されて抜け止めされている。図１５に示すよう
に、貫通糸Ｙｄの挿通位置は円柱状繊維構造体Ｆの周面
に沿った螺線上に位相が４５°ずつずれた状態で配置さ
れ、耳糸Ｙｐは円柱状繊維構造体Ｆの周面に沿って螺旋
状に配置されている。

【００５５】この円柱状繊維構造体Ｆは貫通糸Ｙｄの存
在により、同心円状に配列された各糸層の半径方向の結
束力が増す。そして、この円柱状繊維構造体Ｆを強化材
としてエポキシ樹脂等をマトリックスとした複合材（繊
維強化プラスチック）は、引張り、圧縮及びねじり強度
が優れ、しかも貫通糸Ｙｄがないものに比較して耐衝撃
性が向上する。

【００５６】この実施例の円柱状繊維構造体Ｆも前記実
施例の装置を使用して製造される。円柱状繊維構造体Ｆ
を製造する場合、芯材として単なる芯糸Ｙｃを使用する
代わりに、図１６（ａ）に示すように、最終製品となる
円柱状繊維構造体Ｆの径より長い多数のピン４２が直交
する状態で着脱可能に支持された芯材４３を両把持部材
５，２４間に張設する。同じ位置に種々の方向に延びる
複数のピン４２を固定することはできない。従って、ピ
ン４２は図１６（ｂ）に示すように、軸方向から見た場
合に互いに所定角度をなして放射状に配置されるよう
に、芯材４３の軸方向に順次その固定角度が所定角度ず
つ変更された状態で固定される。

【００５７】芯材４３の張設が完了した後、前記実施例
と同様にして軸方向糸Ｙａ、スパイラル糸Ｙｓ及び周方
向糸Ｙθの配列が順次行われ、半径方向に多数のピン４
２が挿入された円柱状繊維構造体Ｆが製造される。次に
ピン４２が順次引き抜かれるとともに抜き跡に貫通糸Ｙ
ｄが円柱状繊維構造体Ｆの周面にループ部Ｌｐを形成す
るように折り返し状に挿入される。そして、そのループ
部Ｌｐに耳糸Ｙｐが挿通されて貫通糸Ｙｄの抜け止めが
なされ、貫通糸Ｙｄを有する円柱状繊維構造体Ｆが製造
される。貫通糸Ｙｄは図１４に鎖線で示すように、先端
に孔４４ａを有する針４４を使用して行われる。貫通糸
Ｙｄを挿通する際、針４４が円柱状繊維構造体Ｆの軸方
向に沿って所定ピッチで間欠的に移動されるとともに、
円柱状繊維構造体Ｆが一方向に所定角度（この実施例で
は４５°）ずつ間欠的に回転されて貫通糸Ｙｄの挿通位
置が順次針４４と対応する状態となる。そして、その状
態で針４４が貫通糸Ｙｄとともに円柱状繊維構造体Ｆに
挿通される。

【００５８】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、次のように具体化してもよい。 （１）前記装置で製造する繊維構造体は単なる円柱状に
限らず、図１７に示すように円柱の端部に先端が拡径と
なる筒部が連続する形状の繊維構造体Ｆとしてもよい。
このような繊維構造体Ｆを製造する場合は、ピン立設部
８として筒部の内面形状に対応した外形部を有するもの
を使用する。そして、図１８に示すように円柱状部分の
中心部が形成されるまでは、ピン立設部８の先端側にピ
ンＰ１を立設して前記実施例と同様に繊維構造体を形成
する。その後はピン立設部８の基端側にピンＰ１を立設
するとともに、周方向糸Ｙθをピン立設部８の周囲にも
配列して筒部を形成する。筒部の形状は断面が円環状に
限らず三角、四角等の多角環状であってもよい。

【００５９】（２）軸方向糸Ｙａ及び周方向糸Ｙθの２
成分の糸からなる円柱状繊維構造体Ｆに、円柱状繊維構
造体Ｆの軸心を通って円柱状繊維構造体Ｆを貫通するよ
うに配列される貫通糸Ｙｄを加えた構成としてもよい。
この円柱状繊維構造体Ｆは貫通糸Ｙｄの存在により他の
各糸層の半径方向の結束力が増し、繊維強化複合材とし
たとき、貫通糸Ｙｄがないものに比較して耐衝撃性が向
上する。

【００６０】（３）円柱状繊維構造体Ｆの貫通糸Ｙｄの
抜け止め用に耳糸Ｙｐを使用せずに、図１９に示すよう
に貫通糸Ｙｄの先端ループ部Ｌｐを順次１つ前のピン４
２の抜け跡に挿通された貫通糸Ｙｄのループ部Ｌｐに挿
通するようにしてもよい。この場合、鉤針を使用して貫
通糸Ｙｄの挿通を行う。すなわち、ループ部Ｌｐが形成
される側から鉤針を前記抜け跡に挿通して反対側で貫通
糸Ｙｄを掛止した後、鉤針を引き戻してループ部Ｌｐを
形成する。

【００６１】（４）貫通糸Ｙｄを有する円柱状繊維構造
体Ｆを製造する場合、貫通糸Ｙｄと置換用のピンを支持
した芯材４３を使用せずに、実施例１及び実施例２と同
様にして円柱状繊維構造体Ｆを形成した後、針４４を使
用して円柱状繊維構造体Ｆに貫通糸Ｙｄを挿通してもよ
い。その場合、第３実施例と同様に貫通糸Ｙｄをループ
部Ｌｐを形成するように折り返し状に挿入するととも
に、耳糸Ｙｐで抜け止めをする構成と、図２０に示すよ
うに、耳糸Ｙｐを使用せずに針を縫い針のように使用し
て、貫通糸Ｙｄを縫い付けるように挿通してもよい。こ
の場合は実施例３に比較して製造が簡単となる。貫通糸
Ｙｄによる結束力を高めるためには、糸を太くしたり、
挿入密度を増すことが好ましい。この場合も、貫通糸Ｙ
ｄの挿通位置は円柱状繊維構造体Ｆの周面に沿った螺線
上で位相が順次４５°ずつずれた位置に設定されてい
る。しかし、貫通糸Ｙｄの挿通位置を４５°以外の角度
に適宜変更してもよい。

【００６２】（５）円柱状繊維構造体Ｆの軸方向に対す
る角度が同じとなるようにスパイラル糸Ｙｓを複数回巻
付けてスパイラル糸層を形成し、次に配列方向が逆とな
るようにスパイラル糸Ｙｓを複数回巻付けてスパイラル
糸層ＬＹｓを形成してもよい。この場合、糸供給ヘッド
３９の往動が完了した時点でスパイラル糸Ｙｓを１本の
係止ピンＰ２に係止させて折り返し、糸供給ヘッド３９
の復動時にピン立設部８，２０及び把持部材５，２４を
往動時と逆方向に所定速度で回転させる。糸供給ヘッド
３９の復動が完了した時点でスパイラル糸Ｙｓを１本の
ピンＰ１に係止させて折り返し、再びピン立設部８，２
０及び把持部材５，２４の回転方向を変更した後、糸供
給ヘッド３９が往動される。そして、糸供給ヘッド３９
を所定回数往復動させて同じ角度（配列方向）でかつ巻
き取り位置を若干ずらせてスパイラル糸Ｙｓを巻付けて
スパイラル糸層ＬＹｓを形成する。次にスパイラル糸Ｙ
ｓの配列方向が逆となるようにピン立設部８，２０及び
把持部材５，２４を回転させて、前記と同様にしてスパ
イラル糸層ＬＹｓを形成する。

【００６３】ピンＰ１及び係止ピンＰ２に係止された部
分は次の周方向糸配列工程終了後、軸方向糸Ｙａととも
にピンＰ１及び係止ピンＰ２との係止状態が解除され
る。このとき、スパイラル糸Ｙｓは周方向糸Ｙθにより
締めつけ固定されているため、スパイラル糸Ｙｓとピン
Ｐ１及び係止ピンＰ２との係止状態が解除されてもスパ
イラル糸層ＬＹｓを構成するスパイラル糸Ｙｓは緊張状
態に保持される。

【００６４】（６）各糸層の配列順序は、円柱状繊維構
造体Ｆの内側から、軸方向糸層ＬＹａ、スパイラル糸層
ＬＹｓ及び周方向糸層ＬＹθの順に限られるものではな
く、最内層を軸方向糸層ＬＹａ及びスパイラル糸層ＬＹ
ｓのいずれか一方とし、最外層をスパイラル糸層ＬＹｓ
及び周方向糸層ＬＹθのいずれか一方とすれば、その間
の各糸層の配列順序は適宜変更してもよい。又、スパイ
ラル糸層ＬＹｓは配列方向が互いに逆となる一対の層が
隣接せずに、対をなすスパイラル糸層ＬＹｓの間に他の
糸層が配列されてもよい。

【００６５】（７）製造する円柱状繊維構造体Ｆの径が
大きな場合は、糸供給ヘッド３９を昇降可能に構成して
もよい。すなわち、軸方向糸Ｙａを配列するときはその
先端が円柱状繊維構造体Ｆの中心を指向する位置に、ス
パイラル糸Ｙｓ及び周方向糸Ｙθを配列するときはその
先端が円柱状繊維構造体Ｆの中心より上側を指向する位
置に移動可能に構成する。具体的には第１のアクチュエ
ータ３８の移動体３８ａに第２のアクチュエータ４０を
昇降可能に取付け、エアシリンダでアクチュエータ４０
を昇降動させる。このように構成した場合は、周方向糸
Ｙθ及びスパイラル糸Ｙｓの配列時に周方向糸Ｙθを円
柱状繊維構造体の外周面に対する接線方向に無理なく供
給できる。

【００６６】（８）軸方向糸Ｙａ供給用の糸供給ヘッド
と、周方向糸Ｙθ及びスパイラル糸Ｙｓ供給用の糸供給
ヘッドとを別個に設けてもよい。前者の糸供給ヘッドは
その先端が円柱状繊維構造体Ｆの中心を指向するように
配設し、後者の糸供給ヘッドは円柱状繊維構造体Ｆの中
心より上側を指向するように配設する。この場合も周方
向糸Ｙθ及びスパイラル糸Ｙｓの配列時に、周方向糸Ｙ
θ及びスパイラル糸Ｙｓを円柱状繊維構造体の外周面に
対して接線方向に無理なく供給できる。又、軸方向糸Ｙ
ａと周方向糸Ｙθ及びスパイラル糸Ｙｓとを異なる糸と
することができ、目的とする物性を有するのに適した太
さや種類の糸を使用できる。

【００６７】（９）第１実施例において最初から両ピン
立設部８，２０に立設された全てのピンＰ１及び係止ピ
ンＰ２間に軸方向糸Ｙａを折り返し状に配列する代わり
に、径の小さな段階では軸方向糸Ｙａを一部のピンＰ１
及び係止ピンＰ２間で折り返し状に配列し、径が大きく
なった後に全てのピンＰ１及び係止ピンＰ２間に軸方向
糸Ｙａを折り返し状に配列してもよい。

【００６８】（１０）芯材はピン立設部２０に立設され
た係止ピンＰ２を抜き取った場合に、製造途中の繊維構
造体を所定の位置に保持する機能が有ればよく、芯糸Ｙ
ｃに限らず、金属線やＦＲＰ（繊維強化プラスチック）
のロッドでもよい。又、ピン立設部８に立設されるピン
Ｐ１は着脱可能とせずに、ピン立設部８に固着してもよ
い。

【００６９】（１１）第２実施例において、芯材４３と
して芯糸Ｙｃを使用してもよい。又、芯材４３として芯
糸Ｙｃを使用するとともに、ピン４２として糸Ｙに繊維
構造体に含浸する樹脂を含浸して製造したＦＲＰ製のも
のを使用し、円柱状繊維構造体の製造後にピン４２と糸
との置換を省略してもよい。この場合、ピン４２と貫通
糸Ｙｄとの置換操作が不要となり、製造工程が簡単とな
る。

【００７０】（１２）各プーリ４，７，１９，２３は必
ずしも１個のモータ２６で駆動される同一の回転軸２５
を駆動源とする必要はなく、同期して駆動される別個の
モータにより駆動される構成としてもよい。

【００７１】前記実施例及び変更例から把握できる請求
項記載以外の発明について、以下にその効果とともに記
載する。 （１）請求項１又は２に記載の円柱状繊維構造体を強化
材とした繊維強化プラスチック。この場合、対応する従
来の円柱状三次元織物を強化材とした繊維強化プラスチ
ックに比較して、強度が向上する。

【００７２】（２）請求項４に記載の発明において、芯
材に所望の円柱状繊維構造体の径より長いピンを取り外
し可能に支持した状態で軸方向糸配列工程、スパイラル
糸配列工程及び周方向糸配列工程とを繰り返して所定の
径の繊維構造体を形成した後、ピンを糸と置換して円柱
状繊維構造体の軸心と直交する平面内で円柱状繊維構造
体を貫通するように配列される貫通糸とする。この方法
では、貫通糸を円柱状繊維構造体内に挿通する際に、円
柱状繊維構造体を構成する各糸を傷つけることが少なく
なる。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項２
に記載の発明は引張り及び圧縮に優れた円柱状の繊維強
化複合材の強化材となる。また、貫通糸の存在により耐
衝撃性が向上する。請求項２に記載の発明は、スパイラ
ル糸の存在によりねじりに対する強度も優れるととも
に、各糸層の構成比を変更することにより所望の物性に
対応した強化材となる。

【００７４】又、請求項３に記載の発明は、小径領域に
おいても軸方向糸及び周方向糸が緻密に配列された円柱
状繊維構造体を容易に製造できる。又、円柱状繊維構造
体を構成する軸方向糸及び周方向糸を１個又は２個の糸
供給ヘッドから供給できるので、大径の円柱状繊維構造
体を製造する場合も装置の小型化が可能となる。

【００７５】又、請求項４に記載の発明は、小径領域に
おいても軸方向糸、スパイラル糸及び周方向糸が緻密に
配列された円柱状繊維構造体を容易に製造できる。又、
円柱状繊維構造体を構成する軸方向糸、スパイラル糸及
び周方向糸を１個又は２個の糸供給ヘッドから供給でき
るので、大径の円柱状繊維構造体を製造する場合も装置
の小型化が可能となる。

【００７６】又、請求項５に記載の発明は、請求項３及
び請求項４に記載の発明と同様な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の円柱状繊維構造体製造装置の概略
斜視図である。

【図２】同じく周方向糸を配列している状態を示す概略
斜視図である。

【図３】第１層目の軸方向糸が配列された状態を示す模
式図である。

【図４】第１層目の周方向糸の配列時の状態を示す模式
図である。

【図５】第１層目の周方向糸の配列が完了した状態を示
す模式図である。

【図６】第２層目の軸方向糸が配列された状態を示す模
式図である。

【図７】第２層目の周方向糸の配列が完了した状態を示
す模式図である。

【図８】（ａ）は第１実施例の円柱状繊維構造体の模式
断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】軸方向糸Ｙａの配列状態を示す模式展開図であ
る。

【図１０】軸方向糸Ｙａの配列状態を示す模式展開図で
ある。

【図１１】（ａ）はピン立設部の概略斜視図、（ｂ）は
同じく断面図である。

【図１２】第２実施例の円柱状繊維構造体の模式断面図
である。

【図１３】同じくスパイラル糸の配列状態を示す模式図
である。

【図１４】第３実施例の円柱状繊維構造体の模式断面図
である。

【図１５】（ａ）は同じく貫通糸及び耳糸の配置状態を
示す部分概略斜視図、（ｂ）は同じく模式図である。

【図１６】（ａ）は同じく芯材とピンの関係を示す模式
図、（ｂ）はその正面図である。

【図１７】変更例の円柱状繊維構造体の模式断面図であ
る。

【図１８】同じく製造途中の状態を示す模式図である。

【図１９】別の変更例の貫通糸の抜け止め状態を示す模
式図である。

【図２０】（ａ）は別の変更例の貫通糸の配置状態を示
す部分概略斜視図、（ｂ）は同じく模式図である。

【図２１】従来の三次元織物の模式断面図である。

【図２２】図２１のＸ−Ｘ線における部分断面図であ
る。

【図２３】従来装置の概略断面図である。

【符号の説明】

５，２４…把持部材、８…第１の糸係止部材としてのピ
ン立設部、１７…付勢手段としてのエアシリンダ、２０
…第２の糸係止部材としてのピン立設部、４，７，１
９，２３，３０，３１，３２，３３…第１の駆動手段を
構成するプーリ、２５…第１の駆動手段を構成する回転
軸、２６…第１の駆動手段を構成するモータ、３８…第
２の駆動手段としての第１のアクチュエータ、３８ａ…
支持部材としての移動体、３９…糸供給ヘッド、４０…
駆動装置としての第２のアクチュエータ、４２…ピン、
４３…芯材、Ｃ…制御装置、Ｆ…円柱状繊維構造体、Ｐ
１…係止部としてのピン、Ｐ２…係止ピン、Ｙａ…軸方
向糸、ＬＹａ…軸方向糸層、Ｙθ…周方向糸、ＬＹθ…
周方向糸層、Ｙｃ…芯材としての芯糸、Ｙｄ…貫通糸、
Ｙｐ…耳糸、Ｙｓ…スパイラル糸、ＬＹｓ…スパイラル
糸層、Ｙ…糸。

フロントページの続き (72)発明者 穴原 明司 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 三田 泰哉 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 平３−838（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−75225（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221440（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D03D 1/00 - 27/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状繊維構造体であって、その軸方向
   に沿って配列された軸方向糸により構成された軸方向糸
   層と、円柱状繊維構造体の周方向に沿って配列された周
   方向糸により構成された周方向糸層とを円柱状繊維構造
   体の中心から同心円状に交互にそれぞれ複数層ずつ配列
   し、円柱状繊維構造体のほぼ軸心を通って円柱状繊維構
   造体を貫通するように配列された貫通糸を円柱状繊維構
   造体の長手方向に所定間隔で複数箇所に配列した円柱状
   繊維構造体。
2. 【請求項２】 円柱状繊維構造体であって、その軸方向
   に沿って配列された軸方向糸と、円柱状繊維構造体の軸
   方向に対して傾斜する状態で配列されたスパイラル糸
   と、円柱状繊維構造体の周方向に沿って配列された周方
   向糸と、円柱状繊維構造体のほぼ軸心を通って円柱状繊
   維構造体を貫通するように配列された貫通糸との４成分
   の糸から構成され、軸方向糸層、スパイラル糸層及び周
   方向糸層を円柱状繊維構造体の中心から同心円状に複数
   層ずつ配列し、貫通糸を円柱状繊維構造体の長手方向に
   所定間隔で複数箇所に配列した円柱状繊維構造体。
3. 【請求項３】 一対の把持部材間に張設された芯材の周
   囲に製造すべき繊維構造体と対応する所定間隔をおいて
   係止部材を配置し、糸供給ヘッドから繰り出される糸を
   対向する係止部材間で折り返すように配列して軸方向糸
   とする軸方向糸配列工程と、糸供給ヘッドから繰り出さ
   れる糸を前記軸方向糸に所定の張力が加わった状態で芯
   材に圧着するように軸方向糸の外側に巻付ける周方向糸
   配列工程とを繰り返して、所定の径の繊維構造体を形成
   する円柱状繊維構造体の製造方法。
4. 【請求項４】 一対の把持部材間に張設された芯材の周
   囲に製造すべき繊維構造体と対応する所定間隔をおいて
   係止部材を配置し、糸供給ヘッドから繰り出される糸を
   対向する係止部材間で折り返すように配列して軸方向糸
   とする軸方向糸配列工程と、糸供給ヘッドから繰り出さ
   れる糸を前記軸方向糸に所定の張力が加わった状態で芯
   材に圧着するようにかつ繊維構造体の軸方向に対して傾
   斜する状態で軸方向糸の外側に巻付けてスパイラル糸と
   するスパイラル糸配列工程と、糸供給ヘッドから繰り出
   される糸を前記軸方向糸に所定の張力が加わった状態で
   芯材に圧着するようにかつ繊維構造体の周方向に沿って
   軸方向糸の外側に巻付け て周方向糸とする周方向糸配列
   工程とを繰り返して、所定の径の繊維構造体を形成する
   円柱状繊維構造体の製造方法。
5. 【請求項５】 同一軸線上に回転可能に配設され、芯材
   を把持する一対の把持部材と、 前記両把持部材の間に両把持部材と同一軸線上に回転可
   能に配設され、芯材が貫通可能な筒状部の外周面に係止
   部が突設された第１の糸係止部材と、 前記両把持部材の間に両把持部材と同一軸線上に回転可
   能かつ軸方向に移動可能に配設され、芯材が貫通可能な
   筒状部の外周面に係止ピンが着脱可能に突設された第２
   の糸係止部材と、 前記両把持部材及び両糸係止部材を同期して回転駆動す
   る第１の駆動手段と、 前記第２の糸係止部材を第１の糸係止部材から離れる方
   向へ一定加圧状態で付勢する付勢手段と、 前記両把持部材及び両糸係止部材の軸線方向に沿って移
   動可能に配設された支持部材と、 前記支持部材を軸線方向に沿って移動させる第２の駆動
   手段と、 前記支持部材上に配設された駆動装置により前記軸線方
   向と直交する方向に移動可能に配設された糸供給ヘッド
   と、 前記第１の駆動手段、第２の駆動手段及び駆動装置を同
   期制御する制御装置とを備えた 円柱状繊維構造体の製造
   装置。