JPH01246439A - 立体賦形用織物およびその製造方法 - 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。

〔従来の技術〕

０°、９０°の強化繊維配向角を有する複合材料は熱伝
導率、熱膨張係数等の特性が２階のテンソルで表わされ
、物性値を等方化するが、４階のテンソルで表わされる
弾性率に関しては顕著な異方性を示すことが知られてお
り、弾性率を等方化するためには、０°、±６０″′の
３軸が必要なことが理論的に導かれている。特性が等方
性であることが必ずしも要求されるわけではないが、材
料特性の設計が可能であるという複合材料の長所を生か
すには、一方向強化材から等方体までの間の任意の異方
性が実現できることが好ましく、弾性率の等方化を実現
するために、構造用複合材料の補強用に通常の平織、し
ゅす織平面布の他に、０″′、±６０’の配向角を有す
る３軸子面布およびその製造装置がバーパーコールマン
社（ＵＳＰ　４，０４０，４５１、ＵＳＰ４，１０５，
０５２）によって開発販売されている。

このような平面布は、平板状や可展面から成る曲面板状
の複合材料を製造するには有用であるが、それを一般曲
面に使用した場合には、配向軸に歪を与えたり、補強布
を切り貼りしたりしなければ使用できないため、強度、
剛性、寸法精度等の特性の低下を避けることはできない
。従って複合材料用の補強材として、立体形状または配
向角等に格別の変動を与えることなく立体形状に容易に
変形可能な組織を有する織布が、直接製造できれば好ま
しいのであるが、現在までのところ平織、ニット編みに
その例が若干見られるのみで、弾性率の等方化が可能な
０°、±６０”の配向角構成の３軸織物の開発には至っ
ていない。

また、強化繊維を一方向に並べて未硬化の樹脂を含浸さ
せたプリプレグを、必要とする角度だけずらせて積層す
る方法もとられているが、これを曲面体に賦形する場合
にも配向角にゆがみを生じさせたり、場合によっては切
り貼りを必要とする事情は、平面布を補強材とする場合
と同様である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記のような問題点を解消し、弾性率の等方化
が可能な３軸織物であって、回転体曲面のような立体形
状、または配向角等に格別の変動を与えることなく、同
立方体形状に容易に変形可能な組織を有する複合材料の
補強用織布として用いることができる立体賦形用織物、
およびその織物を容易に製造できるようにした製造方法
を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の立体賦形用織物は、中央から放射方向に対して
２種類の角をなす多数の斜方向糸、および円周方向に渦
巻き状に織り込まれた周方向糸からなり、それぞれの方
向の斜方向糸の開口と周方向糸の挿入により３軸の織物
として製織されたものである。

本発明の立体賦形用織物の製造方法は、中央から斜方向
に広がる２種類の斜方向糸のうち隣接する＋θ斜方向糸
を開口させてこの間に周方向糸を挿入し１次いで−θ斜
方向糸を開口させて周方向糸を挿入する動作の後、＋θ
斜方向糸の開口を逆転させて開口間に周方向糸の挿入を
行い、さらに−〇斜方向糸の開口を逆転させて開口間に
周方向糸を挿入する動作を行い、以下このくり返しによ
って周方向糸と斜方向糸を組織させ、３軸織物を製織す
る方法である。

〔作　用〕

本発明の立体賦形用織物は、中央から放射方向に伸びる
＋θと−θの２種類の斜方向糸を用い、これらをそれぞ
れ開口させて円周方向に渦巻き状に周方向糸を織り込む
ことにより３軸の織物として製織される。このとき＋θ
斜方向糸と−θ斜方向糸を２系統に分け、＋θ斜方向糸
の開口と周方向糸の挿入、および−〇斜方向糸の開口と
周方向糸の挿入をくり返すことにより、２種類の斜方向
糸を絡めずに３軸織物を製織することができる。

２種類の斜方向糸と周方向糸から構成される３軸織物は
、各県が互いに交差する３軸方向に配向されるため、面
内特性の等方化が可能となり、多軸荷重を受ける部材に
適すると同時に１回転体曲面のような立体形状、または
配向角等に格別の変動を与えることなく、同立体形状に
容易に変形可能な組織を有する複合材料の補強用織布と
して適している。

また製織過程中の斜方向糸の追加および各県の張力を制
御することにより、配向角の乱れが少なく、糸密度の変
動が必要最少限におさえられるために、特性の部材内で
の変動が少なく、高度な特性の安定性を要求される部材
として有効に利用できる。

上記織物の製織に際しては、±θ斜斜方先糸それぞれの
開口および周方向糸の挿入という動作の外に、斜方向糸
の角を織り口半径および製織される立体の曲率に合わせ
て変化させることにより、構成される３軸織物の糸夾角
を一定に保つことが可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳述する
。

第１図は本発明の一実施例に係る立体賦形用の３軸織物
の構成を模式的に示している。この３軸織物は、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
形成されるが、必要に応じて他の各種繊維を用いること
もできる。

上記３軸織物の組織は、放射方向に対して＋θの角度を
なす＋θ斜方向糸１と、−〇の角度をなす−θ斜方向糸
２．およびそれらに対して円周方向に織り込まれた周方
向糸３からなり、それによって周方向糸３を斜方向糸１
に対して渦巻き状に織り込んで製織されている。これら
２種類の斜方向糸１．２がつくる交差角は、後述する製
織プロセスにより、６０’±３０″の範囲で安定した角
を形成することが可能である。図中、＋θ斜方向糸１を
実線で、また−〇斜方向糸２を破線で示したのは、この
織物が上側は＋θ斜方向糸１と周方向糸３で構成され、
下側が−θ斜方向糸２と周方向糸３でｈ構成された二重
構造になっていることを示すためである。

上記斜方向糸１および２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
して糸本数が増加し、望ましくは斜方向糸１．２の糸密
度の偏差が常に±１０％の範囲内に収まるように、製織
半径の増加に比例して斜方向糸１，２が逐次追加される
。また上記周方向糸３は、斜方向糸１，２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、斜
方向糸１．２に対し渦巻き状に織り込み、それによって
複合材料用３軸織物が製織されている。

上記３軸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
斜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３軸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３軸織
物製造装置は１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１２
で駆動されて昇降する昇降軸１３により昇降可能に設置
している。斜方向糸１．２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
より型１１の表面形状に添う３軸織物が製織される。こ
の斜方向糸１．２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６ 斜方向糸１．２の先端に取付けたシャトル１４は、交互
に上下のスピンドルチャック１６〜１９に把持される。

上側の＋θ斜方向糸１用のスピンドルチャック１６およ
び−θ斜方向糸２用のスピンドルチャック１７は、それ
ぞれ機枠１０上に備えたモータ２０で上下駆動される上
側テーブル２１の周囲の異なる円周上に取付けられ、こ
の上側テーブル２１はそれと共に上下駆動されるモータ
取付台２２上の回転即動用モータ２３により回転可能に
設置されている。−方、下側の＋θ斜方向糸１用のスピ
ンドルチャック１８および−θ斜方向糸２用のスピンド
ルチャック１９は、それぞれ下側テーブル２４の周囲に
おける上記上側のスピンドルチャック１６および１７と
の対応位置に取付けられ、下側テーブル２４は機枠１ｏ
に固定的に設置されたモータ取付台２５上の回転駆動用
モータ２６により回転可能に設置されている。各スピン
ドルチャック１６〜１９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２１の下降とスピンドル
チャック１６〜１９の開閉により、斜方向糸１．２を取
付けたシャトル１４の上下持ち換えが可能なものである
。また回転駆動用モータ２３．２６は、上記シーケンサ
−で回転が制御され、後述するように、スピンドルチャ
ック１６〜１９の対応位置を所定のプログラムの順序で
円周方向に移動させて、斜方向糸の放射方向に対してな
す角θを制御するようになっている。

一方、周方向糸３はボビン２７に巻回され、モータ２８
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２９の先端のホルダー３０に保持されている。従っ
て周方向糸３の先端を、上下に開いた斜方向糸１，２の
間に位置させてモータ２８を回転させ、型１１の周囲に
おいてボビン２７を回転させると。

周方向糸３が斜方向糸１と２の間に挿入される。

上記ホルダー３０は、ボビン２７から導出された周方向
糸３に与える張力を調整可能にするため、その内部に張
力調整機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３の張力を調節可能にした機構等が適し、
上記電気信号としては、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３０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より上記３軸織物を製
造するには、製織に際して、型１１の中心に多数の斜方
向糸１．２の一端が固定され、それらの斜方向糸１．２
の他端が弾性体を介してシャトル１４に取付けられ、各
斜方向糸１．２の張力がほぼ一定に保持され、さらに各
シャトル１４は、隣接する斜方向糸１．２がそれぞれ上
下逆になるようにスピンドルチャック１６〜１９に保持
される。

斜方向糸１．２はシャトル１４の持ち換えで上下の糸に
分離されて開口するが、本発明ではこの開口を＋θ斜方
向糸１と−θ斜方向糸２に分けて交互に行う。実際の工
程では、斜方向糸を＋θ斜方向糸１と−θ斜方向糸２と
に２分割するために、上側テーブル２１に＋θ斜方向糸
１用のシャトル１４を、下側テーブル２４に−θ斜方向
糸２用のシャトル１４を設置し、スピンドルチャック１
６〜１９を円周方向に斜方向糸１．２の交角の設定角を
２０として、およそ上側を＋θ、下側を−θだけ回転す
る。

このとき上下のスピンドルチャック１６〜１９の軸中心
を合わせるために、上記回転角は各スピンドルチャック
間隙の１７２の整数倍に設定する必要がある。続いて＋
θ斜方向糸１用のシャトル１４の半数をスピンドルチャ
ック１６．１８の持ち換えおよび上側テーブル２１の上
下動によって下側のスピンドルチャック１８に持ち換え
、モータ２８によりアーム２９を回転させて型１１の周
囲にボビン２７を回転させることにより、周方向糸３が
上下の＋θ斜方向糸１の間に挿入される１次に上下のス
ピンドルチャック１６．１８におけるシャトル１４の持
ち換えを行わせて、上側テーブル２１に全ての＋θ斜方
向糸１用のシャトル１４を取付けるとともに、−〇斜方
向糸２用のシャトル１４を１本おきに上下側テーブル２
１．２４に設置した後、周方向糸３の挿入を実施する。

この後放射方向に対して斜方向糸１．２の交角θを一定
値θに維持するために、上側のスピンドルチャック１６
．１７と下側のスピンドルチャック１８．１９をそれぞ
れΔθおよび−Δθだけ円周方向に回転させる。この八
〇は原理的には織り口半径ｒの１サイクル毎の増加をΔ
ｒ、放射方向と斜方向の設定交角をΔｒとして、 ユ。＝ｓｉ。−・（ニー忙、□。０） で与えられるが、実際には上下のスピンドルチャック１
６〜１９の位置を一致させるために、スピンドルチャッ
ク１６〜１９の取付間隔の１７２の整数倍で実施する。

これ以後は上記の動作のくり返しで製織が行われるが、
以上の工程では織り口半径の増加とともに、隣接する斜
方向糸１．２の間隔が粗くなり、複合材料化したときの
特性の制御が困難になる。

このような織布上における糸密度の変動を防止するため
に、製織過程中で斜方向糸１．２を織り口半径に比例し
て増加させる必要がある。

そのため、斜方向糸１．２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１６〜１９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、他のものは上側のチャック１６．１７に固定したま
まにする。下側のチャック１８．１９に必要外の斜方向
糸のシャトル１４を残すことも可能であるが、この場合
は必要以外の斜方向糸１．２が製織される立体布の形状
を乱すことになるため、上側のチャック１６．１７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、その増加とと
もに製織動作を行うスピンドルチャック１６〜１９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
３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。ただし製織動作に入ってい
ない斜方向糸１．２は放射方向に設置されているため、
これを斜方向糸１．２間に絡み合うことなく挿入するに
は、−旦斜方向糸１．２を放射方向に戻す必要がある。

このため斜方向糸１．２の追加前に＋θ斜方向１は上側
に、−〇斜方向糸２は下側に分離し、上側を一部、下側
を＋θ回転した後、上側に設置されている追加糸のうち
−θ斜方向糸２を下側に設置し直す。この後これら追加
糸の織り口での位置を固定するために、周方向糸３を通
してから上側をθ、下側を−θ回転する。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、スピンドルチャック１６〜１９を円周上に等間隔
で１００本づつ６列に、従って合計６００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１６〜１９は、１２段階
で、＋θ斜方向糸１と−θ斜方向糸２が上下に分かれる
ので、４８系統に分割して制御すればよい。

第３図はこのような６００個のスピンドルチャック１６
〜１９を１０等分して６０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。同図では便宜上ス
ピンドルチャックを６列で図示したが、横方向に等間隔
に並んでいる場合と何ら変わるところがない。図中の多
数の円はそ本ぞれスピンドルチャック１６．１８または
１７．１９を示し、円の中の符号は斜方向糸１．２の挿
入順序を示している。

すなわち、初期段階では、　ｌａ、２ａを表示したスピ
ンドルチャックのみが作動し、これに保持されたシャト
ル１４につながる斜方向糸１．２のみが製織動作を行う
。そして次の段階では１ｂ、２ｂ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１ｃ、２ｃ
、１ｄ、２ｄ・・・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１６〜１９の動作制御を単純化する
ためには、斜方向糸１．２の追加に際して、第３図に示
すように、４本づつまとめて製織動作を開始させるのが
好ましい。この場合、隣り合う斜方向糸１．２は異なる
配向角を持ち、この周期を乱さないで斜方向糸１．２を
追加するためには、偶数個の挿入が必要で、＋θ斜方向
糸１と−θ斜方向糸２に分れているので、結局４の倍数
の糸挿入が必要である。なお、このように偶数本づつま
とめて斜方向糸１．２を追加しても、周方向＆３の挿入
に際して斜方向糸１．２の間隔が自動的に均等化され、
糸密度の変動は局部に限られる０以上の製織シーケンス
を第４図に示す。

斜方向糸１．２の糸密度は、上記のようにスピンドルチ
ャック１６〜１９のｆｌＢ織動作の開始で決定されるが
、周方向糸３の糸密度を均一化するには、周方向糸３の
張力を織り口半径に比例して増加すればよく、さらに一
般的には、斜方向糸の張力と周方向糸の張力の比を織り
口半径に比例して増加すればよいことが実験的に確かめ
られている。例えば作動スピンドルチャックの増加と同
時に張力の増加も行うとして、１２段階の周方向糸張力
の増加を行った結果では、目標値に対して最大で±７％
の糸密度の変動におさえることが可能であった。

このようにして斜方向糸および周方向糸の糸密度の偏差
を±ｌθ％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、この種の織物は特に立体
面の織物における特性の改善に有効である。

例えば球面の一部より成るアンテナリフレクタ−では、
外部じよう乱に対し形状保持性が良く、かつ高度の熱構
造安定性が要求されるため、弾性率が面内等方性で、低
熱膨張係数、しかも特性のばらつきの少ないものが要求
されるが、上述した曲面立体布を補強材として用いれば
、従来材料では達成困難なこれら諸要求が容易に達成可
能になる。

なお、第２図の織物製造装置では、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１円錐、バラボラ、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、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〕

以上のように本発明によれば、簡易に３軸織物からなる
立体賦形用織物が得られ、しかも配向角の制御、糸密度
の均一化も可能であるため、これを複合材料用の補強材
として用いることにより、弾性率と熱膨張係数に関し、
面内等方性のものが得られ、熱構造安定性、寸法安定性
に優れる高剛性の複合材料を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による立体賦形用織物の構成
を模式的に示した構成図、第２図は上記立体賦形用織物
を製造するための装置の正面図、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図は製織工程のフローチャートである。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、１は＋
θ斜方向糸、２は−θ斜方向糸、３は周方向糸、１１は
型、１４はシャトル、１６〜１９はスピンドルチャック
、２１．２４はテーブル、２７はボビンである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中央から放射方向に対して２種類の角をなす多数
   の斜方向糸、および円周方向に渦巻き状に織り込まれた
   周方向糸からなり、それぞれの方向の斜方向糸の開口と
   周方向糸の挿入により３軸の織物として製織されたこと
   を特徴とする立体賦形用織物。
2. （２）中央から斜方向に広がる２種類の斜方向糸のうち
   隣接する＋θ斜方向糸を開口させてこの間に周方向糸を
   挿入し、次いで−θ斜方向糸を開口させて周方向糸を挿
   入する動作の後、＋θ斜方向糸の開口を逆転させて開口
   間に周方向糸の挿入を行い、さらに−θ斜方向糸の開口
   を逆転させて開口間に周方向糸を挿入する動作を行い、
   以下このくり返しによって周方向糸と斜方向糸を組織さ
   せ、３軸織物を製織することを特徴とする立体賦形用織
   物の製造方法。