JPH01148836A - 立体賦形用織物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主として回転体シェル形状等を有する構造用
複合材料の補強材として用いる立体賦形用織物およびそ
の製造方法に関するものである。

Ｌ従来の技術］ 連続繊維を補強材とする立体形状複合材料およびその製
造方法として従来から知られているものは、次の３種類
に大別できる。

第１は、補強材として普通の平面布を用いるもので、成
形したい立体曲面を可展面に分割し、平面布の切り貼り
で製造するものである。この方法は任意形状物の複合材
料化が可能になるものの、切断された補強材のつなぎ目
で応力集中を引き起こすために強度劣化が著しい。

第２の方法は、平織、しゅす織等の平面布を構成する繊
維の配向角をずらせて無理に変形させるもので１曲率半
径が大きく、平面に近い曲面体の成形に用いられるが、
賦形できる形状に限りがあり、変形が大きくなると補強
繊維の配向角が大きくずれ、織目が正方形から菱形に変
形して、成形物中に顕著な特性のばらつきを生じる。

第３の方法は、フィラメントワインディング法を用いた
ものである。この方法では１回転するマンドレルにグリ
ルスタンドから供給される補強繊維を巻きつけることに
より、マンドレルの形状をした曲面立体布が得られる。

この方法は、供給される繊維のマンドレル軸方向の移動
速度およびマンドレルの回転速度を調節することにより
、補強材の配向角θを０°くθ＜９０°の間で自由に変
えられることが特徴で、円筒形や円錐形等軸方向に急激
な断面変化のない形状部材に対しては、有用な補強ｍ維
の構成方法として、多くの分野で実用に供されている。

このフィラメントワインディング法の欠点は、断面変化
の急激な部材に適用すると繊維含有率および繊維配向の
制御が困難になり、部材位置によるこれら値の変動が避
けられないことであり、また、マンドレルの回転方向お
よび軸方向には繊維を配向させにくいという欠点も有し
ている。

以上のように、従来の方法で断面積変化の比較的大きい
立体布を製織して連続繊維強化複合材料を成形した場合
には、特性の劣化や特性のばらつきを生ずるという問題
がある。

このような問題を解決するため、本発明者らは、先に、
特願昭６２−１４３７８０号により、球面状をなす立体
形状の布を製織する技術について提案している。この立
体布は、中央から放射方向に伸びる多数の半径方向糸を
１本おきに上下させ、それらの半径方向糸の間に周方向
糸を渦巻き状に織り込んだ後、半径方向糸の上下位置を
逆にし、再び周方向糸を織り込むという動作の繰り返し
により、半径方向糸と周方向糸からなる立体布の製織を
行うものである。

しかしながら、上記既提案の方法においては、半径方向
糸と周方向糸の糸密度を制御し、特性のばらつきを一定
の範囲にとどめ得る可能性を備えてはいるが、糸密度に
ついての格別の配慮を行っていない、そして、実際の製
織に際しては、この糸密度について何らかの配慮を行う
必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記のような問題点を解決し、特に上記既提
案の複合材料用補強材における糸密度のばらつきを一定
の範囲内におさえ、それによって特性の改善を行った立
体賦形用の織物およびその製造方法を得ることを目的と
している。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の立体賦形用の織物は
、中央から放射方向に伸びる半径方向糸と、各半径方向
糸に対してほぼ直交する方向に織り込まれた周方向糸か
らなり、上記半径方向糸は各織り四半径における糸密度
の偏差が一定の範囲内に収まるように、織り四半径に比
例して糸本数が増加せしめられ、上記周方向糸は半径方
向糸と同程度の偏差をもつ糸密度で半径方向糸に渦巻状
に織り込むことにより製織される。

また、本発明の織物製造方法は、中央から放射方向に伸
びる半径方向糸を織物組織に応じて上下・　に開口させ
、これらの半径方向糸の開口間に周方向糸を渦巻き状に
織り込み、各半径方向糸の上下位置を逐次逆にして周方
向糸を織り込むという動作の繰り返しにより、半径方向
糸と周方向糸の製織を行うに際し、各織り口半径におけ
る半径方向糸の糸密度の偏差が常に一定の範囲内に収ま
るように、半径に比例して半径方向糸の糸本数を増加さ
せると共に、周方向糸と半径方向糸との張力の比を織り
口半径に比例して増加させ、周方向糸の密度の偏差を一
定の範囲内に収めることを特徴とするものである。

Ｃ作　用コ 半径方向糸と周方向糸からなり、それらの糸密度の偏差
が一定の範囲内に収まるようにした上記織物は、複合材
料化に際してそれを回転体曲面等の立体形状に形成する
場合に、強化用の糸が回転体曲面の周方向および半径方
向に配向されるため、軸対称荷重に対して最大剛性、最
大強度が得られ、また、立体形状への成形に際して配向
の乱れが少なく、糸密度の変動が必要最少限におさえら
れるために、部材内の特性の変動が少なく、特性の高度
な安定性を要求される部材に有効である。

上記織物の製織に際して、半径方向糸の密度は、織り口
半径の増加に応じて必要数の半径方向糸に開口運動を与
えることにより一定の偏差内に収められ、周方向糸の密
度は、張力を織り口半径に比例して増加させるという単
純な手段により、一定の偏差内に収められる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を図面を参照しながら詳述する
。

第１図は、本発明に係る立体賦形用織物の構成を模式的
に示している。この立体賦形用織物は、回転体シェル等
の立体形状を有する複合材料の補強材とし゛て用いるも
ので、一般的には炭素繊維やガラス繊維等により形成さ
技るが、必要に応、じて、他の各種繊維を用いることも
できる。

上記織物の組織は、中央部から放射方向に伸びる多数の
半径方向糸ｌと、それらに対してほぼ直交する方向に織
り込まれた周方向糸２からなり、該周方向糸２を半径方
向糸１に対して渦巻状に織り込むことにより製織されて
いる。

上記半径方向糸１は、各製織半径における糸密度の偏差
が一定の範囲内に収まるように、製織半径に比例して糸
本数が増加せしめられ、望ましくは、半径方向糸の糸密
度の偏差が常に±ｌθ％の範囲内に収まるように、製織
半径の増加に比例して半径方向糸１が逐次追加される。

また、上記周方向糸２は、半径方向糸と同程度の糸密度
および同程度の糸密度の偏差をもつようにして、半径方
向糸ｌに対し渦巻状に織り込み、それによって複合材料
用織物が製織されている。

上記織物は、予め回転体シェル形状等に賦形して製織す
ることもできるが、平面状に製織し、複合材料化に際し
て回転体シェル等の立体形状に成形してもよく、特に半
径方向糸と周方向糸により製織しているので、複合材料
化に際して回転体シェル形状程度の立体形状への賦形を
行っても、糸密度に格別大きな変動は生じない。

第２図は、上記織物を回転体シェル形状の立体布として
製織するための装置の構成を示すもので、この織物製造
装置は、機枠１０の中心に製織すべき立体布の形状を規
定する型１１を備え、この型１１を、モータ！２で駆動
されて昇降する昇降軸！３に−より昇降可能に設置して
いる。半径方向糸ｌは、その一端が上記型１１の中心に
固定され、他端がゴムやばね等の弾性体を介して一定張
力でシャトル１４に取付けられ、後述する操作により５
１１の表面形状に添う平織布が製織される。この半径方
向糸ｌは、織物の最外周において最終的に必要とする本
数だけ取付けられる。

半径方向糸゛ｌの先端に取付けたシャトル１４は、上下
いずれかのスピンドルチャック１６．１７に把持される
。上側のスピンドルチャック１６は、機枠１０上に備え
たモータ１８で上下駆動される上側テーブル１９の周囲
に取付けられ、一方、下側のスピンドルチャック１７は
、機枠１０に固定された下側テーブル２０の周囲におけ
る上記上側のスピンドルチャック１６との対応位置に取
付けられている。これらの各スピンドルチャック１６．
１７は、図示しないシーケンサ−で開閉が制御され、上
側テーブル１９の下降とスピンドルチャック１６．１７
の開閉により、半径方向糸ｌを取付けたシャトル１４の
上下持ち替えが可能なものである。

一方、周方向糸２は、ポビン２２に捲回され、モータ２
５により前述した型１１の昇降軸１３の周囲で回転する
アーム２３の先端のホルダー２４に保持させている。従
って、周方向糸２の先端を上下に開いた半径方向糸１の
間に位置させてモータ２５を回転させ、型１１の周囲に
おいてポビン２２を回転させると、周方向糸２が半径方
向糸１の間に挿入される。上記ホルダー２４は、ポビン
２２から導出された周方向糸２に与える張力を調整可能
にするため、その内部に張力調整４５１構を備えたもの
である。この張力調整機構としては、例えば、摩擦によ
り動力を伝達する部材を備え、外部からの電気的信号に
よりその部材間の摩擦力を調整して、周方向糸２の張力
を調節可能にした機構等が適し、上記電気的信号として
は、織り口の半径に比例した信号が、その織り口の位置
やホルダー２４の回転数の検出結果に基づいて与えられ
る。

上記構成を有する織物製造装置においては、製織に際し
て、型１１の中心に多数の半径方向糸１の一端が固定さ
れ、それらの半径方向糸１の他端が弾性体を介してシャ
トル！４に取付けられ、各半径方向糸１の張力がほぼ一
定に保持される。各シャトル１４は°、製織する織物の
組織に応じて、上または下のスピンドルチャック１６．
１７に保持せしめられ４例えば隣接する半径方向糸ｌが
それぞれ上下逆になるように、スピンドルチャック１６
．１７に保持せしめられる。

このようにして、シャトル１４により半径方向糸ｌが上
下の糸に分離された状態で、モータ２５によりアーム２
３を回転させ、それによって型１１の周囲にポビン２２
を回転させると、先端が上記型１１の中心に保持された
周方向糸２が上下の半径方向糸１の間に挿入される０次
に、モータｌＢで上側テーブル１９を下降させ、上下の
スピンドルチャック１６゜１７におけるシャトル１４の
持ち替えを行わせ、上側テーブル１９を復帰させて、上
記の動作を繰返すことにより、半径方向糸ｌに対して周
方向糸２が渦巻状に織り込まれる。このようにして得ら
れる織布は、モータ１２の駆動で型１１を上下動させる
ことによる織り口の上下移動と、周方向糸２の張力によ
る織物の絞り込みにより、５１１の表面形状に添った賦
形が行われる。

半径方向糸１および周方向糸２の糸密度は、上記の製織
において、織り口の半径に応じた半径方向糸ｌの追加、
およびポビン２２の回転に対する抵抗力を制御して周方
向糸２の張力を調整することにより設定される。

そのため、半径方向糸１は予め織物の最外周部において
必要な本数だけ用意され、それらのシャトル１４がスピ
ンドルチャック１６．１７に取付けられる。ただし、シ
ャトル１４は織り口半径に比例した本数のみ製織動作さ
せ、他のものは上部のチャフ−り１６に固定したままに
する。下部のチャック１７に必要外の半径方向糸のシャ
トル１４を残すことも可能であるが、この場合は、その
必要外の半径方向糸１が製織される立体布の形状を乱す
ことになるため、上部チャック１６に保持しておく方が
好ましい。

製織においては、織り口半径に比例して、その増加と共
に製織動作を行うスピンドルチャックの数を増加させる
が、上記織り口の半径は、例えば、周方向糸２の挿入回
数により、あるいは織り口の位置検出器等を設けて検知
し、それに基づいて作動するスピンドルチャック数を増
加させればよい、なお、作動するチャックの数を増加す
る度に全てのスピンドルチャックの制御を逐次変更する
必要はない。

以下に、スピンドルチャックを円周上に等間隔で１００
本づつ３列に、従って合計３００本のチャックを設置し
、　１２段階に分けて作動スピンドルチャックの増加を
行って製織する場合を例示する。この場合、スピンドル
チャックは、１２段階で上下に分かれるので、２４系統
に分割して制御すればよい。

第３図は、上述した３００個のスピンドルチャックを１
０等分して３０個だけ示したものである。この図の左右
両側にこの図と同じ繰り返しが並び、−周のスピンドル
チャックが形成される０図中の多数の円はそれぞれスピ
ンドルチャックを示し、円の中の数字は挿入順序を示し
ている。即ち、初期段階では、Ｏと表示したスピンドル
チャックのみが作動し、これに保持されらシャトル１４
につながる半径方向糸のみが製織動作を行う、そして、
次の段階ではｌと表示した２本のスピンドルチャックが
製織動作に加わり、あとは２，３，４．・・と順次製織
動作を行うスピンドルチャックを増加させる。

スピンドルチャックの動作制御を単純化するためには、
半径方向糸の追加に際して、第３図に示したように、２
本づつまとめて製織動作を開始させる必要がある。即ち
、平織を組織するためには、隣合う半径方向糸が上下逆
のスピンドルチャックに取付けられた状態にあり、この
状態を保持して半径方向糸を追加するためには、隣接し
□　た偶ａ（ＩＩｏの半径方向糸の製織動作の開始が必
要になる。なお、このように２本づつまとめて半径方向
糸を追加しても１円周方向糸の挿入に際して半径方向糸
の間隔が自動的に均等化され、部分的に大きな糸密度の
変動が生じるようなことはない。

半径方゛同系の糸密度は、上記のようにスピンドルチャ
ックの製織動作の開始で決定されるが１周方向糸の糸密
度を均一化するには、周方向糸の張力を制御すればよく
、さらに一般的には、半径方向糸の張力と周方向糸の張
力の比を制御すればよいことが、以下に説明する実験結
果により明らかになっている。

第１表に示す実験結果では、周方向糸の張力を製織半径
の増加にほぼ比例して増加させることにより、周方向糸
の密度をほぼ一定にすることができた。半径方向糸およ
び周方向糸としては、炭素第　　１　　表 密度設定　２．（ｍ／ａ′Ｐａｎ゛ 周方向糸張力　　１本当り４．５ｇ 繊維ロービング（１２００Ｏｆ）を使用した。この実験
において、周方向糸の張力を製織半径ｒの増加に比例し
て増加させたのは、半径方向糸の密度および半径方向糸
と周方向糸の張力比Ｒｔ／Ｓｔにより周方向糸の糸間隔
Ｌｓが決定されるという予備実験の結果に基づいている
０表中に糸間隔で示したように、１２段階の制御で、半
径方向および糸層方向糸ともに、糸密度を±１０％以内
の変動幅におさえることが可能であった。

第４図は、上記第１表の結果を図示したもので、図中の
実線が、周方向糸を３回挿入する毎にスピンドルチャッ
クを追加作動させた場合、同点線が、周方向糸の１回の
挿入毎にスピンドルチャックを追加作動させた場合を示
している０周方向糸の密度の変動は、前者の場合、１３
．５％程度に抑えることができ、また後者の場合には、
４．７％程度に抑えることができた。従って、周方向糸
の挿入をある程度段階的に行っても、糸密度の目標値を
設定した場合、その目標値に対する糸密度の偏差を±ｌ
Ｏ％以内に抑えることができる。

このようにして、半径方向糸および周方向糸の糸密度の
偏差を±１０％以内に抑えると、外観においても密度が
非常に均一化された織物が得られ、また第５図によって
以下に説明するところからもわかるように、特に立体曲
面の織物における特性の改善に極めて有効である。

なお、この実施例では、半径方向糸と周方向糸の糸密度
を等しくするように設定したが、スピンドルチャックの
作動時期および周方向糸初期張力を変えることにより、
これら２方向の糸密度を独立に変化させることも可能で
ある。

第５図は、球表面の一部で、中心からの迎角θの立体曲
面（第６図参照）の複合材料の熱膨張係数を、上述した
ところに従って製織した場合と、平面平織布をひずませ
て賦形した場合との間で比較したものである。見積りに
当り、平面平織布では糸の交差点が相対移動せず、配向
角のみが変化するとし、一方、上記実施例の立体布では
各方向糸の配向は乱れず、糸密度の偏差のみが特性のば
らつきの要因になると仮定している０図中、αＬ。

６丁は、平面布を用いた場合の経線および緯線方向の熱
膨張係数を示し、破線は第１表の設定から得られる変動
幅で、両者とも平均ｇ＆雌含有率は５０％としている０
図かられかるように、上記実施例の立体布を用いた複合
材料は、迎角θがｌＯ°以上では熱膨張係数の変動を平
面布より非常に小さくおさえることが可能である。

なお、球面の一部よりなるアンテナリフレクタ−では、
熱構造安定性を得るために、低熱膨張係数が要求され、
それも特性のばらつきが少ないものが要求されるが、上
述した曲面立体布を補強材として用いれば、　０．５〜
２Ｘ１０−６±　０．２Ｘ　１０−６１／”０程度の、
従来材料では達成困難な特性が得られることが明らかに
なっている。

第２図に示した織物製造装置では、製織される立体布の
形状を球面の一部としたが、同図に示す型の形状を適宜
選択することにより、円錐、パラボラ、円筒等の各種回
転体シェル形状の立体布が製織可能である。このような
製織においては、円周方向糸の張力を調整することによ
り筬打ちの必要がないが、筬打ちを行うことを否定する
ものではなく、それによって−層密度の制御を高精度化
し、あるいは部分的な筬打ちにより回転体シェル形状に
若干の変形を与えた立体布を製織することもできる。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明によれば、半径方向糸と周方向糸
とで構成され、糸密度のばらつきが少な−い織物が得ら
れるため、軸対称荷重に対し高剛性、高強度を有する複
合材用の補強材を得ることができ、また糸密度が均一で
あるために熱構造安定性に優れ、熱Ｉ！１張係数、熱伝
導率、りｉ性率等の特性の設計を容易に行える点でも有
利なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る織物の構成を模式的に示した構成
図、第２図は上記織物を回転体シェル形状の立体布とし
て製織するための装置の構成を示す正面図、第３図は上
記装置におけるスピンドルチャックの配置と製織動作開
始順序を示す説明図、第４図は実施例における周方向糸
間隔と織り口半径との関係を示す線図、第５ｒｆ４は立
体曲面の複合材料の熱膨張係数についての線図、第６図
は第５図の立体曲面についての説明図である。 １・◆半径方向糸、２・・周方向糸。 ｒ　（ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中央から放射方向に伸びる半径方向糸と、各半径方
   向糸に対してほぼ直交する方向に織り込まれた周方向糸
   からなり、上記半径方向糸は各織り口半径における糸密
   度の偏差が一定の範囲内に収まるように、織り口半径に
   比例して糸本数が増加せしめられ、上記周方向糸は半径
   方向糸と同程度の偏差をもつ糸密度で半径方向糸に渦巻
   状に織り込むことにより製織されたことを特徴とする立
   体賦形用織物。 ２、半径方向糸および周方向糸の糸密度の偏差が±１０
   ％の範囲内にある特許請求の範囲第１項記載の立体賦形
   用織物。 ３、中央から放射方向に伸びる半径方向糸を織物組織に
   応じて上下に開口させ、これらの半径方向糸の開口間に
   周方向糸を渦巻き状に織り込み、各半径方向糸の上下位
   置を逐次逆にして周方向糸を織り込むという動作の繰り
   返しにより、半径方向糸と周方向糸の製織を行うに際し
   、各織り口半径における半径方向糸の糸密度の偏差が常
   に一定の範囲内に収まるように、半径に比例して半径方
   向糸の糸本数を増加させると共に、周方向糸と半径方向
   糸との張力の比を織り口半径に比例して増加させ、周方
   向糸の密度の偏差を一定の範囲内に収めることを特徴と
   する立体賦形用織物の製造方法。 ４、半径方向糸の糸本数の増加を、隣接する半径方向糸
   の間で２本同時に行い、平織りの製織を行うことを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の立体賦形用織物の製
   造方法。