JPH01292162A - 複合材製桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法 - Google Patents
複合材製桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法Info
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- JPH01292162A JPH01292162A JP1011033A JP1103389A JPH01292162A JP H01292162 A JPH01292162 A JP H01292162A JP 1011033 A JP1011033 A JP 1011033A JP 1103389 A JP1103389 A JP 1103389A JP H01292162 A JPH01292162 A JP H01292162A
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Landscapes
- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
- Looms (AREA)
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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。
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、複合材からなる桁材の補強用繊維構造体およ
びその製造方法に関し、更に詳しくは、宇宙機器や航空
機あるいは自動車やリニアモーターカー等の構成部品と
して使用するのに好適な、捩り剛性の高い複合材からな
る桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法に関する
。
びその製造方法に関し、更に詳しくは、宇宙機器や航空
機あるいは自動車やリニアモーターカー等の構成部品と
して使用するのに好適な、捩り剛性の高い複合材からな
る桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法に関する
。
航空機の翼等の構成部品には、大きな引張荷重や圧縮荷
重が作用する。このような比強度が要求される桁材の構
成素材として、繊維強化樹脂複合材が使用され始めてい
る。そして、この種の繊維強化複合材製の桁材の形状に
は工形、H形、U形、T形、あるいはL形等の横断面を
持たせる場合が多い。
重が作用する。このような比強度が要求される桁材の構
成素材として、繊維強化樹脂複合材が使用され始めてい
る。そして、この種の繊維強化複合材製の桁材の形状に
は工形、H形、U形、T形、あるいはL形等の横断面を
持たせる場合が多い。
そのような横断面を具えた複合材強化用の繊維構造体と
して、実開昭62−79900号公報あるいは特公昭6
1−53458号公報には、互いに直交するX軸、Y軸
およびZ軸方向に沿って繊維糸条を積層し、3軸配向型
の立体構造を具えた繊維糸条の積層構造体が開示されて
いる。また、特開昭62−117842号公報には、多
層織物を開いて立体状にした1型状の基材が開示されて
いる。
して、実開昭62−79900号公報あるいは特公昭6
1−53458号公報には、互いに直交するX軸、Y軸
およびZ軸方向に沿って繊維糸条を積層し、3軸配向型
の立体構造を具えた繊維糸条の積層構造体が開示されて
いる。また、特開昭62−117842号公報には、多
層織物を開いて立体状にした1型状の基材が開示されて
いる。
しかしながら、上記のような補強部材を用いた在来の桁
材は、補強部材としてマトリックス中に配設される繊維
糸条の積層構造体が、繊維糸条の整列方向を互いに交差
させたいわゆる3軸配向型の三次元的な積層構造を具え
ているに過ぎない。従って、繊維糸条の軸線方向に働く
引張荷重、圧縮荷重および曲げ荷重に対しては実用上満
足し得る強度を発揮するものの、桁材が長くなり、繊維
糸条の軸線方向と荷重の作用方向とが一致しない場合す
なわち捩り荷重が働いた場合には、強度が低下する。こ
のため桁材が変形し、例えば航空機の主翼や尾翼の主桁
として使用されているビーム等に、捩り荷重の担持不能
に起因する破損等が発生する。
材は、補強部材としてマトリックス中に配設される繊維
糸条の積層構造体が、繊維糸条の整列方向を互いに交差
させたいわゆる3軸配向型の三次元的な積層構造を具え
ているに過ぎない。従って、繊維糸条の軸線方向に働く
引張荷重、圧縮荷重および曲げ荷重に対しては実用上満
足し得る強度を発揮するものの、桁材が長くなり、繊維
糸条の軸線方向と荷重の作用方向とが一致しない場合す
なわち捩り荷重が働いた場合には、強度が低下する。こ
のため桁材が変形し、例えば航空機の主翼や尾翼の主桁
として使用されているビーム等に、捩り荷重の担持不能
に起因する破損等が発生する。
本発明の目的は、従来の3軸配向型の三次元的な積層構
造を具えた繊維糸条の積層構造体を補強部材として使用
した繊維強化複合材製桁材で問題となっていた捩り剛性
の不足を解消し得る繊維構造体およびその製造方法を提
供することにある。
造を具えた繊維糸条の積層構造体を補強部材として使用
した繊維強化複合材製桁材で問題となっていた捩り剛性
の不足を解消し得る繊維構造体およびその製造方法を提
供することにある。
本発明の複合材製桁材の補強用繊維構造体は、繊維糸条
により相互に交差状態で一体接合された少なくとも2枚
のプレートからなり、少なくとも1枚のプレートを除(
他のプレートが長手方向、横方向および垂直方向の3軸
3方向の繊維糸条によって構成され、前記少なくとも1
枚のプレートが、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊
維糸条と、長手方向及び横方向の繊維糸条の配列方向に
対して筋かい状に斜行するとともに互いに交差する2方
向の繊維糸条とによって構成されている。要するに、少
なくとも1枚のプレートは5軸配向型の繊維糸条の積層
構造体となっている。
により相互に交差状態で一体接合された少なくとも2枚
のプレートからなり、少なくとも1枚のプレートを除(
他のプレートが長手方向、横方向および垂直方向の3軸
3方向の繊維糸条によって構成され、前記少なくとも1
枚のプレートが、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊
維糸条と、長手方向及び横方向の繊維糸条の配列方向に
対して筋かい状に斜行するとともに互いに交差する2方
向の繊維糸条とによって構成されている。要するに、少
なくとも1枚のプレートは5軸配向型の繊維糸条の積層
構造体となっている。
5軸の配列方向のすべてに繊維糸条を配列させるか、そ
のうちのいずれかだけに配列させるか、また、各配列方
向の繊維糸条の割合については、製造すべき桁材、従っ
て繊維構造体に要求される強度特性等の仕様に応じて、
適宜変えることができる。
のうちのいずれかだけに配列させるか、また、各配列方
向の繊維糸条の割合については、製造すべき桁材、従っ
て繊維構造体に要求される強度特性等の仕様に応じて、
適宜変えることができる。
例えば、1つの態様としては、前記少なくとも1枚のプ
レートは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条
と、前記筋かい状に斜行する2方向の繊維糸条とによっ
て構成される。この場合、5軸配向である。
レートは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条
と、前記筋かい状に斜行する2方向の繊維糸条とによっ
て構成される。この場合、5軸配向である。
別の態様としては、前記少なくとも1枚のプレートは、
長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条のうちのい
ずれか二つと、前記筋かい状に斜行する2方向の繊維糸
条とによって構成される。この場合、4軸配向である。
長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条のうちのい
ずれか二つと、前記筋かい状に斜行する2方向の繊維糸
条とによって構成される。この場合、4軸配向である。
さらに別の態様としては、前記少なくとも1枚のプレー
トは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条のい
ずれか一つと、前記筋かい状に斜行する2方向の繊維糸
条とによって構成される。これは3軸配向である。
トは、長手方向、横方向、及び垂直方向の繊維糸条のい
ずれか一つと、前記筋かい状に斜行する2方向の繊維糸
条とによって構成される。これは3軸配向である。
さらに、前記少なくとも1枚のプレートは、前記筋かい
状に斜行する2方向の繊維糸条だけで構成された2軸配
向型の繊維糸条の積層構造体とすることもできる。
状に斜行する2方向の繊維糸条だけで構成された2軸配
向型の繊維糸条の積層構造体とすることもできる。
また、本発明の複合材製桁材の補強用繊維構造体の製造
方法は、所要長さの糸条案内部材を垂直方向に、かつ、
製造する繊維構造体に適合した形状と設計密度に従って
配設し、繊維糸条を上記糸条案内部材の間をぬって長手
方向、横方向に直交及び蛇行並びにそれらの混合を繰り
返して挿入し、かつ、この操作を垂直方向に所要数繰り
返して行い、次いで、糸条案内部材を抜き取って、その
抜き取り跡に垂直方向糸を挿通して繊維糸条の積層構造
体からなる複数のプレートを結合一体化させる方法にお
いて、上記プレートのうち少なくとも1枚のプレートを
形成するにあたり、繊維糸条を、長手方向、横方向、及
び垂直方向に加えて、長手方向及び横方向の繊維糸条の
配列方向に対して筋かい状に、上記糸状案内部材の間を
ぬって斜行させるようにしている。
方法は、所要長さの糸条案内部材を垂直方向に、かつ、
製造する繊維構造体に適合した形状と設計密度に従って
配設し、繊維糸条を上記糸条案内部材の間をぬって長手
方向、横方向に直交及び蛇行並びにそれらの混合を繰り
返して挿入し、かつ、この操作を垂直方向に所要数繰り
返して行い、次いで、糸条案内部材を抜き取って、その
抜き取り跡に垂直方向糸を挿通して繊維糸条の積層構造
体からなる複数のプレートを結合一体化させる方法にお
いて、上記プレートのうち少なくとも1枚のプレートを
形成するにあたり、繊維糸条を、長手方向、横方向、及
び垂直方向に加えて、長手方向及び横方向の繊維糸条の
配列方向に対して筋かい状に、上記糸状案内部材の間を
ぬって斜行させるようにしている。
交差状態で一体構造に接合された少なくとも2枚のプレ
ートの内掛なくとも1枚が、プレートの長さ方向および
横方向の繊維糸条の配列方向に対して筋かい状に斜行す
るとともに互いに交差する2方向の繊維糸条を含む5軸
配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維糸条の積層構
造体によって構成されていることにより、捩り荷重に対
する強度が向上する。すなわち、上記筋かい状に斜行す
る繊維糸条が捩り剛性を高めるのに役立つ。したがって
、5軸の配列方向のうち、これらの筋かい状に斜行する
繊維糸条以外の3軸については、仕様によっては繊維糸
条を省略でき、そうすることによって繊維構造体ひいて
は桁材の軽量化に寄与しうる。
ートの内掛なくとも1枚が、プレートの長さ方向および
横方向の繊維糸条の配列方向に対して筋かい状に斜行す
るとともに互いに交差する2方向の繊維糸条を含む5軸
配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維糸条の積層構
造体によって構成されていることにより、捩り荷重に対
する強度が向上する。すなわち、上記筋かい状に斜行す
る繊維糸条が捩り剛性を高めるのに役立つ。したがって
、5軸の配列方向のうち、これらの筋かい状に斜行する
繊維糸条以外の3軸については、仕様によっては繊維糸
条を省略でき、そうすることによって繊維構造体ひいて
は桁材の軽量化に寄与しうる。
第1図(イ)〜(ホ)は本発明に係る補強用繊維構造体
の横断面形状を例示しており、横断面に斜線を付して表
示したプレー)(2)(以下、第2のプレートと呼ぶ〕
は、5軸配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維糸条
の積層構造体(2B)から構成されており、桁材に作用
する捩り荷重に対して高い捩り剛性を発揮する。
の横断面形状を例示しており、横断面に斜線を付して表
示したプレー)(2)(以下、第2のプレートと呼ぶ〕
は、5軸配向型の三次元的な積層構造を具えた繊維糸条
の積層構造体(2B)から構成されており、桁材に作用
する捩り荷重に対して高い捩り剛性を発揮する。
一方、上記第2のプレート(2)に対してほぼ直交する
ように一体構造をなして接合されたプレート(1)〔以
下、第1のプレートと呼ぶ〕は、3軸配向型の三次元的
な積層構造を具えた繊維糸条の積層構造体(IA)から
構成されており、桁材に作用する引張り荷重や圧縮荷重
に対して高い強度を発揮する。
ように一体構造をなして接合されたプレート(1)〔以
下、第1のプレートと呼ぶ〕は、3軸配向型の三次元的
な積層構造を具えた繊維糸条の積層構造体(IA)から
構成されており、桁材に作用する引張り荷重や圧縮荷重
に対して高い強度を発揮する。
以下、第2図乃至第9図に基づいて本発明の一実施例と
して1型の横断面形状を具えた繊維構造体(3)の製造
要領とその構造を説明する。
して1型の横断面形状を具えた繊維構造体(3)の製造
要領とその構造を説明する。
今、第9図に示すように高さh、幅W、長さ!、各部分
の厚さもの■型繊維構造体(3)を製作する場合、この
■型繊維構造体(3)を第2図に示すように横向きに置
いてH型繊維構造体(3)とみなし、このH型繊維構造
体(3)を、幅h、長さ!、厚さtの平置された1枚の
板状部分すなわち第2のプレート(2)と、幅t、長さ
l、高さ′A(W−t)で、第2のプレート(2)の表
裏両面で、かつ幅方向の両側縁に全長に亘って立設した
4枚の板状部分すなわち第1のプレート(1)とで構成
する。
の厚さもの■型繊維構造体(3)を製作する場合、この
■型繊維構造体(3)を第2図に示すように横向きに置
いてH型繊維構造体(3)とみなし、このH型繊維構造
体(3)を、幅h、長さ!、厚さtの平置された1枚の
板状部分すなわち第2のプレート(2)と、幅t、長さ
l、高さ′A(W−t)で、第2のプレート(2)の表
裏両面で、かつ幅方向の両側縁に全長に亘って立設した
4枚の板状部分すなわち第1のプレート(1)とで構成
する。
上記工型繊維構造体(3)の形成に先立って、長さ約W
の第1の糸条案内管(G1)及び第2の糸条案内管(G
t)を所定の配設パターンに従って整列状態で立設する
。この後、まず第2のプレート(2)の下側に位置する
2枚の第1の積層構造体(IAI) (IAI)を第1
の繊維糸条(Y、)の積層によって構築し、次いで前記
第2の積層構造体(2B)を第4の繊維糸条(Y4)の
積層によって構築し、更に続いて第2のプレート(2)
の上側に位置する2枚の第1の積層構造体(IAs)(
LA4)を構築する0次に、両側に位置する上下の第1
の積層構造体(IAI) (law)及び(IAt)(
1^4)ならびにこれら上下の第1の積層構造体の中間
に位置する第2の積層構造体(2B)部分に第2の繊維
糸条(Y、)を貫通させ、一方、前記第2の積層構造体
(2B)の両側の第1の積層構造体と重なる部分を除く
部分に第5の繊維糸条(Y、)を貫通させる。そして、
第2の繊維糸条(Yりが引き上げられて第1の積層構造
体(IAs) (LA4)の表面にループを形成する度
毎に、第3の繊維糸条(Y3)をかんぬき糸としてその
ループに挿通し、第2の繊維糸条(Yt)のたるみをと
るとともに積層構造体を締めつける。
の第1の糸条案内管(G1)及び第2の糸条案内管(G
t)を所定の配設パターンに従って整列状態で立設する
。この後、まず第2のプレート(2)の下側に位置する
2枚の第1の積層構造体(IAI) (IAI)を第1
の繊維糸条(Y、)の積層によって構築し、次いで前記
第2の積層構造体(2B)を第4の繊維糸条(Y4)の
積層によって構築し、更に続いて第2のプレート(2)
の上側に位置する2枚の第1の積層構造体(IAs)(
LA4)を構築する0次に、両側に位置する上下の第1
の積層構造体(IAI) (law)及び(IAt)(
1^4)ならびにこれら上下の第1の積層構造体の中間
に位置する第2の積層構造体(2B)部分に第2の繊維
糸条(Y、)を貫通させ、一方、前記第2の積層構造体
(2B)の両側の第1の積層構造体と重なる部分を除く
部分に第5の繊維糸条(Y、)を貫通させる。そして、
第2の繊維糸条(Yりが引き上げられて第1の積層構造
体(IAs) (LA4)の表面にループを形成する度
毎に、第3の繊維糸条(Y3)をかんぬき糸としてその
ループに挿通し、第2の繊維糸条(Yt)のたるみをと
るとともに積層構造体を締めつける。
同様に、第5の繊維糸条(Y、)が引き上げられて第2
の積層構造体(2B)の表面にループを形成する度毎に
、第6の繊維糸条(Y、)をかんぬき糸としてそのルー
プに挿通し、第5の繊維糸条(Y、)のたるみをとると
ともに積層構造体を締めつける。このようにして、目的
とするI型桁材の強化基材たる繊維構造体(3)が形成
される。
の積層構造体(2B)の表面にループを形成する度毎に
、第6の繊維糸条(Y、)をかんぬき糸としてそのルー
プに挿通し、第5の繊維糸条(Y、)のたるみをとると
ともに積層構造体を締めつける。このようにして、目的
とするI型桁材の強化基材たる繊維構造体(3)が形成
される。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
まず、第1の繊維糸条(Y 、)を、例えば第3図(イ
)(ロ)に示す整列順序に従って第1の糸条案内管(G
、)の配役区域に積層する。すなわち、第1の繊維糸条
(Yυを、互いに直交するX軸とY軸によって繊維糸条
の整列方向を規定された第1の整列面(SA I )上
でほぼ水平に蛇行整列させることによって、第3図(イ
)に実線で示す第1の繊維糸条(Yl)の第1の整列層
(ta + )を形成し、次いで整列層位置を第1の整
列層(LAN)の上段に位置する第2の整列面(SAg
)に移し、第3図(イ)に点線で示す第1の繊維糸条(
Yl)の第2の整列層(LAN)を形成する。
)(ロ)に示す整列順序に従って第1の糸条案内管(G
、)の配役区域に積層する。すなわち、第1の繊維糸条
(Yυを、互いに直交するX軸とY軸によって繊維糸条
の整列方向を規定された第1の整列面(SA I )上
でほぼ水平に蛇行整列させることによって、第3図(イ
)に実線で示す第1の繊維糸条(Yl)の第1の整列層
(ta + )を形成し、次いで整列層位置を第1の整
列層(LAN)の上段に位置する第2の整列面(SAg
)に移し、第3図(イ)に点線で示す第1の繊維糸条(
Yl)の第2の整列層(LAN)を形成する。
この後、第1の繊維糸条(Y、)は、整列層位置を第2
の整列層(LAりの上段に位置する第3の整列面(SA
3)に移し、第3図(イ)に二点鎖線で示すように第1
の繊維糸条(Y、)のY軸配向糸(LAs)としてY軸
方向に走行させる。第1の繊維糸条は、この後、第3図
(ロ)に示すように整列層位置を(SA4)、(SA、
)、(SA&)の順序に従って1段ずつ上昇させること
によって、実線で示す第4の整列Ji (LA、)、点
線で示す第5の整列層(LAs)、および二点鎖線で示
すY軸配向糸(LAa)として走行させる。
の整列層(LAりの上段に位置する第3の整列面(SA
3)に移し、第3図(イ)に二点鎖線で示すように第1
の繊維糸条(Y、)のY軸配向糸(LAs)としてY軸
方向に走行させる。第1の繊維糸条は、この後、第3図
(ロ)に示すように整列層位置を(SA4)、(SA、
)、(SA&)の順序に従って1段ずつ上昇させること
によって、実線で示す第4の整列Ji (LA、)、点
線で示す第5の整列層(LAs)、および二点鎖線で示
すY軸配向糸(LAa)として走行させる。
本実施例においては、第1の整列! (LAI)、第2
の整列M (tax)あるいは第4の整列層(LA4)
、第5の整列層(LAs)を、第1の糸条案内管(Gl
)の2本毎にX輪およびY軸に沿って整列方向が交互に
変化する第1の繊維糸条(Yυによって形成し、また第
3の整列層(LAs)あるいは第6の整列層(LAG)
を、2列に整列した糸条案内管(Gl)の間をY軸方向
に沿って走行する前記第1の繊維糸条(Yl)によって
形成しているが、XY平面上における第1の繊維糸条(
Y l)の整列パターンは第3図(イ)(ロ)に例示す
る具体例に限定されるものではな−く、繊維糸条の第1
の積層構造体(LA)に要求される力学的な特性に応じ
て任意に選択することができる。
の整列M (tax)あるいは第4の整列層(LA4)
、第5の整列層(LAs)を、第1の糸条案内管(Gl
)の2本毎にX輪およびY軸に沿って整列方向が交互に
変化する第1の繊維糸条(Yυによって形成し、また第
3の整列層(LAs)あるいは第6の整列層(LAG)
を、2列に整列した糸条案内管(Gl)の間をY軸方向
に沿って走行する前記第1の繊維糸条(Yl)によって
形成しているが、XY平面上における第1の繊維糸条(
Y l)の整列パターンは第3図(イ)(ロ)に例示す
る具体例に限定されるものではな−く、繊維糸条の第1
の積層構造体(LA)に要求される力学的な特性に応じ
て任意に選択することができる。
第4図(イ)(ロ)に示す整列順序は他の実施例であっ
て、第3図(イ)(ロ)のものに比べ、Y軸方向の配向
糸を倍増したものである。
て、第3図(イ)(ロ)のものに比べ、Y軸方向の配向
糸を倍増したものである。
すなわち、第4図(イ)において、整列面(SAW)(
SAW)に第1の繊維糸条(Yl)で整列層(LA?)
(LAs)を形成する。続いて上記整列層(L^、)の
上にY軸方向の別系(Y、’)を2本引き揃えて、Y軸
方向に、例えば、図面の上から下に走行させる。更に、
この上面に、第4図(ロ)に示すように、上述の第1の
繊維糸条(Y、)で整列面(SA9) (SAto)に
整列M(LA?)(L^、。)を形成し、最後に、下方
に引き出し端のある別系(Y、’)を2本引き揃えてY
軸方向に上方に走行させる、以上の一連の動作を繰り返
して所望の繊維糸条の第1の積層構造体(IA)を得る
。
SAW)に第1の繊維糸条(Yl)で整列層(LA?)
(LAs)を形成する。続いて上記整列層(L^、)の
上にY軸方向の別系(Y、’)を2本引き揃えて、Y軸
方向に、例えば、図面の上から下に走行させる。更に、
この上面に、第4図(ロ)に示すように、上述の第1の
繊維糸条(Y、)で整列面(SA9) (SAto)に
整列M(LA?)(L^、。)を形成し、最後に、下方
に引き出し端のある別系(Y、’)を2本引き揃えてY
軸方向に上方に走行させる、以上の一連の動作を繰り返
して所望の繊維糸条の第1の積層構造体(IA)を得る
。
第5図に示す整列順序は、Y軸方向の配向糸とX軸方向
の配向糸との配向割合を3=2とした実施例であって、
Y軸方向の3本の繊維糸条(a)、X軸方向の複数本、
すなわち糸条案内管(G、)の各ピッチ間に配した複数
本の繊維糸条(b)、X軸方向で、かつ、側縁に配した
1本のかんぬき糸(C)を符号■■■■■■■■の順序
で、それぞれY軸方向、X軸方向に走行させ、この一連
の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第1の積層構造体
(IA)を得る。
の配向糸との配向割合を3=2とした実施例であって、
Y軸方向の3本の繊維糸条(a)、X軸方向の複数本、
すなわち糸条案内管(G、)の各ピッチ間に配した複数
本の繊維糸条(b)、X軸方向で、かつ、側縁に配した
1本のかんぬき糸(C)を符号■■■■■■■■の順序
で、それぞれY軸方向、X軸方向に走行させ、この一連
の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第1の積層構造体
(IA)を得る。
第6図に示す整列順序は、Y軸方向の配向糸とX軸方向
の配向糸との配向割合を1:1とした実施例で、Y軸方
向の2本の繊維糸条(a)、X軸方向の複数本、すなわ
ち糸条案内管(G1)の各ピッチ間に配した複数本の繊
維糸条(b)、Y軸方向で、かつ、側縁に配した1本の
かんぬき糸(C)、およびX軸方向で、かつ、端縁に配
した1本のかんぬき糸(d)を、符号■■■■■■の順
序で、それぞれY軸方向、X軸方向に走行させ、この一
連の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第1の積層構造
体(IA)を得る。
の配向糸との配向割合を1:1とした実施例で、Y軸方
向の2本の繊維糸条(a)、X軸方向の複数本、すなわ
ち糸条案内管(G1)の各ピッチ間に配した複数本の繊
維糸条(b)、Y軸方向で、かつ、側縁に配した1本の
かんぬき糸(C)、およびX軸方向で、かつ、端縁に配
した1本のかんぬき糸(d)を、符号■■■■■■の順
序で、それぞれY軸方向、X軸方向に走行させ、この一
連の動作を繰り返して所望の繊維糸条の第1の積層構造
体(IA)を得る。
上記第1の繊維糸条(Yl)の積層動作は、第2図に示
すように、第2のプレート(2)を構成する繊維糸条の
第2の積層構造体(2B)の下側に位置する2枚の繊維
糸条の第1の積層構造体(IAI) (IAz)が所定
の高さ(′/2(w t))になるまで、必要回数だ
け繰り返される。
すように、第2のプレート(2)を構成する繊維糸条の
第2の積層構造体(2B)の下側に位置する2枚の繊維
糸条の第1の積層構造体(IAI) (IAz)が所定
の高さ(′/2(w t))になるまで、必要回数だ
け繰り返される。
次に、第4の繊維糸条(Y4)を第7図(イ)(ロ)(
ハ)(ニ)(ホ)(へ) ()) (チ)に示す整
列順序に従って第2の糸条案内管(G3)の配設区域に
積層する。すなわち、第4の繊維糸条(Y4)は、Y軸
によって繊維糸条の整列方向が規定された第1の整列面
(Sa 、 )上でほぼ水平に蛇行整列することによっ
て第7図(イ)に実線で示す第1の整列Ji (LBυ
を形成し、次いで整列面を前記第1の整列面(SBaの
上段に位置する第2の整列面(SBg)に移し、第7図
(イ)に点線で示す第2の整列層(LB、)を形成する
。
ハ)(ニ)(ホ)(へ) ()) (チ)に示す整
列順序に従って第2の糸条案内管(G3)の配設区域に
積層する。すなわち、第4の繊維糸条(Y4)は、Y軸
によって繊維糸条の整列方向が規定された第1の整列面
(Sa 、 )上でほぼ水平に蛇行整列することによっ
て第7図(イ)に実線で示す第1の整列Ji (LBυ
を形成し、次いで整列面を前記第1の整列面(SBaの
上段に位置する第2の整列面(SBg)に移し、第7図
(イ)に点線で示す第2の整列層(LB、)を形成する
。
この後節4の繊維糸条(Y4)は、第7図(ロ)乃至(
チ)に示すように整列面を(SaS)、(SBa)、(
SBS)・・・(SBts)、(SB16)の順序に従
って1段ずつ上昇させることによって、繊維糸条の整列
方向がY軸、X軸、Y軸、Y軸、X軸、Y軸、W軸、W
軸の順序に従って順次変化する第3の整列層(LB3)
、第4の整列層(LB4)、第5の整列層(LB、)、
・・・第15の整ダ19層(LBts) 、第16の整
列層(LBl&)を形成する。
チ)に示すように整列面を(SaS)、(SBa)、(
SBS)・・・(SBts)、(SB16)の順序に従
って1段ずつ上昇させることによって、繊維糸条の整列
方向がY軸、X軸、Y軸、Y軸、X軸、Y軸、W軸、W
軸の順序に従って順次変化する第3の整列層(LB3)
、第4の整列層(LB4)、第5の整列層(LB、)、
・・・第15の整ダ19層(LBts) 、第16の整
列層(LBl&)を形成する。
上記第4の繊維糸条(Y4)の積層動作は、第2図に示
すように繊維糸条の第2の積層構造体(2B)の所定の
厚み(1)を得るのに必要な回数だけ繰り返される。な
お、図示し、かつ上述したように1本の繊維糸条をX、
Y、VSWの4軸方向に走行させるほか、各軸方向につ
き別々の繊維糸条を使用することもできる。
すように繊維糸条の第2の積層構造体(2B)の所定の
厚み(1)を得るのに必要な回数だけ繰り返される。な
お、図示し、かつ上述したように1本の繊維糸条をX、
Y、VSWの4軸方向に走行させるほか、各軸方向につ
き別々の繊維糸条を使用することもできる。
本実施例においては、Y軸がX軸に対して45゜の位相
角を形成し、また、W軸がY軸に対して135°の位相
角を形成するように第2の糸条案内管(Gt)の配設パ
ターンが規定されているが、各軸の位相角や第4の繊維
糸条(Y4)の整列パターンは第7図(イ)乃至(チ)
に例示する具体例に限定されるものではなく、繊維糸条
の第2の積層構造体(2B)ひいては繊維構造体(3)
に要求される力学的な特性等に応じて任意に選択するこ
とができる。力学的特性に対応して、例えば引張、圧縮
荷重をプレート(1)で支持し、プレート(2)は専ら
捩り応力を支持するような構造とするには、繊維糸条の
第2の積層構造体(2B)の繊維配列(イ)乃至(チ)
のうち、(イ)1口)(ニ)(ホ)のプレート軸線に平
行および直交する配列パターンは省略し、(ハ)(へ)
()) (チ)の斜行パターンの積層のみとする
か、或いはその積層比率を変化させることによって達成
しうる。なお、(イ)(ロ)(ニ)(ホ)の平行、直交
パターンを省略した場合のプレート(2)は結果的に3
軸配向の三次元繊維構造体となる。こうすることによっ
て補強糸条の量を減らし、より一層の軽量化を図ること
ができる。その他発明の範囲を逸脱することなく種々の
変形パターンを採用しうる。第2の積層構造体(2B)
において、後述する垂直方向糸を省略することもできる
が、その場合、製作終了後自己保持能力が低くなるので
、■型等所定の形状に保持するためには、モールディン
グツール等の治具に類似した適当な工具を使用して形崩
れを防ぐのが望ましい。
角を形成し、また、W軸がY軸に対して135°の位相
角を形成するように第2の糸条案内管(Gt)の配設パ
ターンが規定されているが、各軸の位相角や第4の繊維
糸条(Y4)の整列パターンは第7図(イ)乃至(チ)
に例示する具体例に限定されるものではなく、繊維糸条
の第2の積層構造体(2B)ひいては繊維構造体(3)
に要求される力学的な特性等に応じて任意に選択するこ
とができる。力学的特性に対応して、例えば引張、圧縮
荷重をプレート(1)で支持し、プレート(2)は専ら
捩り応力を支持するような構造とするには、繊維糸条の
第2の積層構造体(2B)の繊維配列(イ)乃至(チ)
のうち、(イ)1口)(ニ)(ホ)のプレート軸線に平
行および直交する配列パターンは省略し、(ハ)(へ)
()) (チ)の斜行パターンの積層のみとする
か、或いはその積層比率を変化させることによって達成
しうる。なお、(イ)(ロ)(ニ)(ホ)の平行、直交
パターンを省略した場合のプレート(2)は結果的に3
軸配向の三次元繊維構造体となる。こうすることによっ
て補強糸条の量を減らし、より一層の軽量化を図ること
ができる。その他発明の範囲を逸脱することなく種々の
変形パターンを採用しうる。第2の積層構造体(2B)
において、後述する垂直方向糸を省略することもできる
が、その場合、製作終了後自己保持能力が低くなるので
、■型等所定の形状に保持するためには、モールディン
グツール等の治具に類似した適当な工具を使用して形崩
れを防ぐのが望ましい。
このようにして繊維糸条の第2の積層構造体(2B)が
所定の厚み(1)に到達したとき、その上側に位置する
べき2枚の第1の積層構造体(IA、) (1^4)の
積層動作が開始される。これらの第1の積層構造体(l
As) (IA4)における第1の繊維糸条(Y、)の
整列順序は、第3図(イ)(ロ)又は第4図乃至第6図
に記載した第1の積層構造体(IAt) (IAt)に
おける第1の繊維糸条(Y、)の整列順序と同一である
から説明を省略する。
所定の厚み(1)に到達したとき、その上側に位置する
べき2枚の第1の積層構造体(IA、) (1^4)の
積層動作が開始される。これらの第1の積層構造体(l
As) (IA4)における第1の繊維糸条(Y、)の
整列順序は、第3図(イ)(ロ)又は第4図乃至第6図
に記載した第1の積層構造体(IAt) (IAt)に
おける第1の繊維糸条(Y、)の整列順序と同一である
から説明を省略する。
次に、第8図に示すように、第1の糸条案内管(G、)
を第1の積層構造体CIA3)の上面に向かって引き上
げる。この時、第2の繊維糸条(Y2)はループ(LA
’)を形成するようにして折り曲げ、リーディングワイ
ヤーその他適当な引掛具によってループ(LA’)を糸
条案内管内に挿通し、糸条案内管の抜き取り後その糸条
案内管のあった位置に第2の繊維糸条(Yt)が挿通さ
れることになる。糸条案内管(G1)の抜き取りに続い
て、積層構造体(IAs)の上面に突出したループ(L
A’)内に第3の繊維糸条(Y、)をかんぬき糸として
挿通し、第2の繊維糸条(Y、)を引き戻して糸のゆる
みを取るとともに積層構造体を締めつける。この動作を
順次糸条案内管(CI) < c z)について行い、
積層構造体(IAt)(lA3)およびそれらに挟まれ
た積層構造体(2B)部分ならびに積層構造体(IAt
) (IA4)およびそれらに挾まれた積層構造体(2
B)部分をそれぞれ一体化し、最後に積層構造体(2B
)単独を一体化する。
を第1の積層構造体CIA3)の上面に向かって引き上
げる。この時、第2の繊維糸条(Y2)はループ(LA
’)を形成するようにして折り曲げ、リーディングワイ
ヤーその他適当な引掛具によってループ(LA’)を糸
条案内管内に挿通し、糸条案内管の抜き取り後その糸条
案内管のあった位置に第2の繊維糸条(Yt)が挿通さ
れることになる。糸条案内管(G1)の抜き取りに続い
て、積層構造体(IAs)の上面に突出したループ(L
A’)内に第3の繊維糸条(Y、)をかんぬき糸として
挿通し、第2の繊維糸条(Y、)を引き戻して糸のゆる
みを取るとともに積層構造体を締めつける。この動作を
順次糸条案内管(CI) < c z)について行い、
積層構造体(IAt)(lA3)およびそれらに挟まれ
た積層構造体(2B)部分ならびに積層構造体(IAt
) (IA4)およびそれらに挾まれた積層構造体(2
B)部分をそれぞれ一体化し、最後に積層構造体(2B
)単独を一体化する。
なお、かんぬき糸の挿通要領は本出願人の先の出願に係
る特開昭63−196755号公報にも詳述されている
。
る特開昭63−196755号公報にも詳述されている
。
このようにして得られた繊維糸条の積層構造体にマトリ
ックスとしてエポキシ樹脂を含浸・硬化処理することに
よって、第1図(イ)および第9図に見られるような■
型の横断面形状を具えた繊維強化複合材が作製される。
ックスとしてエポキシ樹脂を含浸・硬化処理することに
よって、第1図(イ)および第9図に見られるような■
型の横断面形状を具えた繊維強化複合材が作製される。
なお、この発明の実施に際しては、長尺の繊維構造体(
3)をつくり、これを切断して所望の長さのものを得て
もよい。
3)をつくり、これを切断して所望の長さのものを得て
もよい。
上記実施例においては第1乃至第6の繊維糸条として炭
素繊維糸条が選択使用され、またマトリックスとしてエ
ポキシ樹脂が選択使用されている。繊維糸条としては炭
素繊維の外、黒鉛繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セ
ラミック繊維、アルミナ繊維、芳香族ポリエステル繊維
等あるいはこれらの繊維の混合繊維等から任意に選択す
ることができる。
素繊維糸条が選択使用され、またマトリックスとしてエ
ポキシ樹脂が選択使用されている。繊維糸条としては炭
素繊維の外、黒鉛繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セ
ラミック繊維、アルミナ繊維、芳香族ポリエステル繊維
等あるいはこれらの繊維の混合繊維等から任意に選択す
ることができる。
本発明の複合材製桁材の補強用繊維構造体は、交差状態
で一体構造に接合された少なくとも2枚のプレートから
なり、少なくとも1枚のプレートが5軸配向型の三次元
的な繊維糸条の積層構造体によって構成されているから
、これを補強基材として用いマトリックスを含浸・固化
させて製造した桁材は、引張荷重や圧縮荷重だけでなく
捩り荷重に対しても実用上満足し得る大きな剛性を発揮
する。そして、5軸配向型の三次元的積層構造を具えた
プレートにおける繊維糸条の配列方向、積層密度を荷重
の種類、方向に対応して選定することによって、所要の
捩り剛性を保持しつつ、桁材に要求される軽量化を満足
することができる。さらに、そのプレートにつき繊維糸
条の一部を適宜省略して4軸、3軸、又は2軸配向型と
することによって、より一層の軽量化を達成することが
できる。また、本発明の製造方法によれば、上記桁材の
補強用繊維構造体を節単に製造することができる。
で一体構造に接合された少なくとも2枚のプレートから
なり、少なくとも1枚のプレートが5軸配向型の三次元
的な繊維糸条の積層構造体によって構成されているから
、これを補強基材として用いマトリックスを含浸・固化
させて製造した桁材は、引張荷重や圧縮荷重だけでなく
捩り荷重に対しても実用上満足し得る大きな剛性を発揮
する。そして、5軸配向型の三次元的積層構造を具えた
プレートにおける繊維糸条の配列方向、積層密度を荷重
の種類、方向に対応して選定することによって、所要の
捩り剛性を保持しつつ、桁材に要求される軽量化を満足
することができる。さらに、そのプレートにつき繊維糸
条の一部を適宜省略して4軸、3軸、又は2軸配向型と
することによって、より一層の軽量化を達成することが
できる。また、本発明の製造方法によれば、上記桁材の
補強用繊維構造体を節単に製造することができる。
第1図は本発明に係る繊維構造体の横断面形状を例示す
る斜視図、 第2図は工形の横断面を持った繊維構造体と糸条案内管
の配設位置を例示する模式的斜視図、第3図は第1の繊
維糸条の整列パターンを例示する平面図、 第4図乃至第6図はそれぞれ第1の繊維糸条の整列パタ
ーンの他の実施例を例示する平面図、第7図は第4の繊
維糸条の整列パターンを例示する平面図、 第8図は糸条案内管内に挿通されるループ付繊維糸条と
かんぬき系となる繊維糸条との関係を説明するための略
図、 第9図は■型繊維構造体の寸法諸元を説明するための斜
視図である。 3:繊維構造体 1:第1のプレート IA (IAI〜IA4) :繊維糸条の第1の積層構
造体Yl”’Ys :第1〜第3の繊維糸条G、:糸
条案内管(糸条案内部材) LA (LA+、LAx・・・):第1の繊維糸条の整
列層SA (SA1.SAZ・・・):第1の繊維糸条
の整列面LA’(LAI’、LA!’ ・・・):第2
の繊維糸条のループ2:第2のプレート 2B:繊維糸条の第2の積層構造体 Y4〜Y6 :第4〜第6の繊維糸条 Gよ :糸条案内管(糸条案内部材) LB (LB、、Lag・・・):第4の繊維糸条の整
列層SB (SB+、S)h・・・):第4の繊維糸条
の整列面LB’(LB+’、LBz’ ・・・):第5
の繊維糸条のループ特 許 出 願 人 三菱重工業株
式会社〃 敷島カンバス株式会社6−“−−
−−。 代 理 人 江 原 省
吾l第2図 第3図 (イノ (ロノ第4図 (イノ (ロノ第5図
第6図 第8図 [! 第9図 (ボ\ノ
(ヘノ第7図
る斜視図、 第2図は工形の横断面を持った繊維構造体と糸条案内管
の配設位置を例示する模式的斜視図、第3図は第1の繊
維糸条の整列パターンを例示する平面図、 第4図乃至第6図はそれぞれ第1の繊維糸条の整列パタ
ーンの他の実施例を例示する平面図、第7図は第4の繊
維糸条の整列パターンを例示する平面図、 第8図は糸条案内管内に挿通されるループ付繊維糸条と
かんぬき系となる繊維糸条との関係を説明するための略
図、 第9図は■型繊維構造体の寸法諸元を説明するための斜
視図である。 3:繊維構造体 1:第1のプレート IA (IAI〜IA4) :繊維糸条の第1の積層構
造体Yl”’Ys :第1〜第3の繊維糸条G、:糸
条案内管(糸条案内部材) LA (LA+、LAx・・・):第1の繊維糸条の整
列層SA (SA1.SAZ・・・):第1の繊維糸条
の整列面LA’(LAI’、LA!’ ・・・):第2
の繊維糸条のループ2:第2のプレート 2B:繊維糸条の第2の積層構造体 Y4〜Y6 :第4〜第6の繊維糸条 Gよ :糸条案内管(糸条案内部材) LB (LB、、Lag・・・):第4の繊維糸条の整
列層SB (SB+、S)h・・・):第4の繊維糸条
の整列面LB’(LB+’、LBz’ ・・・):第5
の繊維糸条のループ特 許 出 願 人 三菱重工業株
式会社〃 敷島カンバス株式会社6−“−−
−−。 代 理 人 江 原 省
吾l第2図 第3図 (イノ (ロノ第4図 (イノ (ロノ第5図
第6図 第8図 [! 第9図 (ボ\ノ
(ヘノ第7図
Claims (5)
- (1)繊維糸条により相互に交差状態で一体接合された
少なくとも2枚のプレートからなり、少なくとも1枚の
プレートを除く他のプレートが長手方向、横方向、及び
垂直方向の3軸方向の繊維糸条によって構成され、前記
少なくとも1枚のプレートが、長手方向、横方向、及び
垂直方向の繊維糸条と、長手方向及び横方向の繊維糸条
の配列方向に対して筋かい状に斜行するとともに互いに
交差する2方向の繊維糸条とによって5軸配向型に構成
されていることを特徴とする複合材製桁材の補強用繊維
構造体。 - (2)繊維糸条により相互に交差状態で一体接合された
少なくとも2枚のプレートからなり、少なくとも1枚の
プレートを除く他のプレートが長手方向、横方向、及び
垂直方向の3軸方向の繊維糸条によって構成され、前記
少なくとも1枚のプレートが、長手方向、横方向、及び
垂直方向の繊維糸条のうちのいずれか二つと、前記筋か
い状に斜行する2方向の繊維糸条とによって4軸配向型
に構成されていることを特徴とする複合材製桁材の補強
用繊維構造体。 - (3)繊維糸条により相互に交差状態で一体接合された
少なくとも2枚のプレートからなり、少なくとも1枚の
プレートを除く他のプレートが長手方向、横方向、及び
垂直方向の3軸方向の繊維糸条によって構成され、前記
少なくとも1枚のプレートが、長手方向、横方向、及び
垂直方向の繊維糸条のいずれか一つと、前記筋かい状に
斜行する2方向の繊維糸条とによって3軸配向型に構成
されていることを特徴とする複合材製桁材の補強用繊維
構造体。 - (4)繊維糸条により相互に交差状態で一体接合された
少なくとも2枚のプレートからなり、少なくとも1枚の
プレートを除く他のプレートが長手方向、横方向、及び
垂直方向の3軸方向の繊維糸条によって構成され、前記
少なくとも1枚のプレートが、前記筋かい状に斜行する
2方向の繊維糸条のみによって2軸配向型に構成されて
いることを特徴とする複合材製桁材の補強用繊維構造体
。 - (5)複合材製桁材の補強用繊維構造体を製造する方法
であって、所要長さの糸条案内部材を垂直方向に、かつ
、製造する繊維構造体に適合した形状と設計密度に従っ
て配設し、繊維糸条を上記糸条案内部材の間をぬって長
手方向、横方向に直交及び蛇行並びにそれらの混合を繰
り返して挿入し、かつ、この操作を垂直方向に所要数繰
り返して行い、次いで、糸条案内部材を抜き取って、そ
の抜き取り跡に垂直方向糸を挿通して繊維糸条の積層構
造体からなる複数のプレートを結合一体化させる方法に
おいて、 上記プレートのうち少なくとも1枚のプレートを形成す
るにあたり、繊維糸条を、長手方向、横方向及び垂直方
向に加えて、長手方向及び横方向の繊維糸条の配列方向
に対して筋かい状に、上記糸条案内部材の間をぬって斜
行させるようにしたことを特徴とする複合材製桁材の補
強用繊維構造体の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19890301480 EP0329434B1 (en) | 1988-02-19 | 1989-02-16 | Textile structure for reinforcing structural members such as beams made of composite material, and method of producing the same |
DE89301480T DE68907742T2 (de) | 1988-02-19 | 1989-02-16 | Textile Struktur für das Verstärken von Bauelementen, wie Balken, aus Verbundwerkstoffen und Verfahren zur Herstellung derselben. |
US07/310,976 US5121530A (en) | 1988-02-19 | 1989-02-17 | Textile reinforced composite structure or spar and method of producing the same |
US07/760,308 US5126190A (en) | 1988-02-19 | 1991-09-16 | Textile reinforced composite structure or spar |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3829388 | 1988-02-19 | ||
JP63-38293 | 1988-02-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01292162A true JPH01292162A (ja) | 1989-11-24 |
JP2591814B2 JP2591814B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=12521260
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1011033A Expired - Fee Related JP2591814B2 (ja) | 1988-02-19 | 1989-01-19 | 複合材製桁材の補強用繊維構造体およびその製造方法 |
Country Status (1)
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---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5211967A (en) * | 1991-03-15 | 1993-05-18 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Three-dimensional fabric and method of producing the same |
US5772821A (en) * | 1995-02-08 | 1998-06-30 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Method and apparatus for production of a three-dimensional fabric |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1989
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