JPH0147583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は構造材強化用の繊維構造体に関するも
のであり、更に、詳しくは、繊維構造体の端面に
糸条の切断端が存在しない構造材強化用の繊維構
造体に関するものである。

〔従来の技術〕

航空機や、自動車、鉄道車輌あるいは船舶等の
強度を要求される機械装置の形成素材、あるいは
建築物の構築部材として、ガラス繊維織物や炭素
繊維織物等の繊維構造体によつて補強された強化
樹脂成形品が使用されている。更に1000℃以上の
耐熱性が要求される機械装置の形成素材には炭素
繊維／炭素マトリツクス、黒鉛繊維／炭素マトリ
ツクスあるいは、黒鉛繊維／黒鉛マトリツクス等
の複合材料が使用されている。

このような繊維構造体によつて補強された強化
樹脂成形品ならびに複合材料成形品は、軽量であ
るのと同時に物理的ならびに化学的強度が大であ
り、上記用途分野に限らず種々の産業分野に於い
てその有用性が評価されている。而して斯かる強
化樹脂成形品ならびに複合材料成形品（例えばＣ
−Ｃコンポジツト）等の強度的な特性は、強化用
基材としてマトリツクス中に配合される繊維構造
体、例えば織物の構造によつて大きな影響を受け
る。この為、これらの繊維構造体は、最終的に得
られる強化樹脂成形品や複合材料成形品の強度を
向上せしめる目的で、例えば特開昭57−176232号
公報あるいは米国特許第3904464号明細書に記載
されているように、該繊維構造体を構成する繊維
糸条の配設密度をできるだけ高め得るようにその
構造を選定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これらの公知の構造材強化用の
繊維構造体は、何れもその端面に無数の糸端を切
断状態で露出せしめており、かつ、繊維体積密度
が小さく、このため熱硬化性樹脂を含浸させるに
際し糸条が抜け落ちて繊維構造体に型崩れが発生
したり、あるいは該形崩れ発生部位を取り除くた
めに樹脂が硬化した後、該部に切削加工を施した
りする必要があり、省資源効果を増進させ、且
つ、生産性を向上させる上に大きな制約が認めら
れていた。また複雑な形状を有する強化樹脂成形
品や複合材料成形品の製造に際しては機械加工に
起因する強度低下という問題も派生する。

本発明の主要な目的は、在来の繊維補強樹脂成
形品あるいは複合材料成形品の形成基材として使
用される繊維構造体に認められた上記の如き問題
点を解消し得る構造材強化用の繊維構造体を提供
することにある。

本発明の他の主要な目的は、繊維材料で補強さ
れた強化樹脂成形品あるいは複合材料成形品の表
面に基材を構成している繊維糸条の糸端が露出す
ることのない、特異な構造的特徴を備えた繊維構
造体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、折返し点Ｔに切断端を形成すること
なく同一平面上に配列された後、次の糸条配列面
に移り前記第１の平面に於ける糸条配列方向と異
なる方向に配列され、以後上記積層動作を繰り返
す第１の糸条１と、折返し点Ｔに切断端を形成す
ることなく前記第１の糸条１の配列面を２つ折り
状態で貫通して蛇行配置され、かつ、夫々の２つ
折り端が隣接のものと絡み合うことなく独立した
ループ５を形成している第２の糸条２と、前記第
１の糸条１の積層の最上面に第２の糸条２のルー
プ５内を通つて蛇行配置される第３の糸条３から
なる構造材強化用の繊維構造体を要旨とするもの
である。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る構造材強化用の繊維構造
の１例を説明する拡大斜視図であり、第２図は第
１図に示す繊維構造体を補強材として使用したＬ
字状の複合材料成形品の斜視図である。

これらの図面に於いて所定の交差角θ₁，θ₂，θ₃
を形成して交わる三本の糸条整列軸Ｘ，Ｙ，Ｚを
有する構造材強化用の繊維構造体は配列形態を異
にする３種類の糸条から形成されている。即ち、
この実施例に示す繊維構造体は、第１の端面S₁か
ら第１の糸条配列軸（Ｘ軸）の方向に延びて前記
第１の端面S₁の反対側の第２の端面S₂に到達し、
該第２の端面に第１の折返し点T₁を形成した後、
後記第２の糸条２を１本または２本以上迂回して
前記第１の端面S₁に復帰し、該第１の端面に第２
の折返し点T₂を形成した後、前記第２の糸条２
を１本または２本以上迂回して再度前記第２の端
面S₂に到達し、以後上記の折返し動作を繰返して
第１の糸条配列面の終端４に到達し、該終端に於
いてそれ迄の糸条の配列方向と異なる方向（Ｙ軸
方向）に折曲つて前記第１の糸条配列面の終端４
に到達する以前の糸条の配列方向と90゜の交差角
を形成しながら交差する第２の糸条配列面に移
り、以後、第３の端面S₃および第４の端面S₄に第
３の折返し点T₃及び第４の折返し点T₄を形成し
ながら折返し動作を繰返し、第３の折返点T₃お
よび第４の折返し点T₄において後記第２の糸条
２を１本または２本以上迂回する第２の糸条配列
面を形成し、この後、前記第１の糸条配列面と第
２の糸条配列面における前記折返し動作を交互に
繰返す第１の糸条１と、前記第１および第２の糸
条配列面とそれぞれ直交するように１方向（Ｚ軸
方向）に延び、その折返し点T₅およびT₆に於い
て前記第１の糸条１を跨ぐ第３の糸条配列面を形
成し、以後該第３の糸条配列面の形成を繰返す第
２の糸条２と、前記第２の糸条２の上部折返し点
T₅に於いて該第２の糸条２が形成するループ５
の内側を通り第４の糸条配列面を形成する第３の
糸条３から形成されている。第３の糸条配列面を
形成する第２の糸条は、第１の糸条の積層を締付
けるようにも作用している。

本発明に於いて、繊維構造体を形成する糸条
１，２，３は、ガラス繊維、炭素繊維あるいは黒
鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維等の無機繊
維、ポリエステル繊維、脂肪族もしくは芳香族ポ
リアミド繊維（例えばデユポン社の耐熱性繊維ケ
ブラーまたはノーメツクス）等の合成繊維から最
終製品の特性に応じて適宜選択することが出来
る。例えば、最終的に得られる複合材料成形品が
ロケツトのノーズコーン、航空機や新幹線の車輌
用ブレーキ装置等瞬間的に高荷重が作用するブレ
ーキ装置の部品、あるいは電車の集電板等の耐熱
性ならびに耐摩耗性を要求される機械部品である
場合には、前記糸条１，２，３の形成素材として
炭素繊維もしくは黒鉛繊維を使用することが望ま
しい。これらの糸条は上記の要領に従つて高い糸
条積層密度を有する繊維構造体に構成され、この
後、エポキシ樹脂やフエノール樹脂等の熱硬化性
樹脂を含浸し所望の形状に成形され、キユアリン
グ等の諸工程を経て最終製品に仕上げられるが更
に高い耐熱性を要求される分野には、マトリツク
スとして炭素を使用することができる。また前記
硬化性樹脂中には、第２の補強成分として炭素粉
末等を配合することができる。更に本発明に係る
繊維構造体は、熱硬化性樹脂を含浸することな
く、そのままの状態で複雑な形状を有するパツキ
ン材、緩衝材あるいは充填材として使用すること
もできる。

第１図に例示する実施態様に於いて、糸条の軸
線方向を互いに直交せしめた第１乃至第３の糸条
が何れも炭素繊維から製作されているが、理解を
容易にするため前記第１の糸条１は白色の連続繊
維糸条として、第２の糸条２は黒色の連続繊維糸
条として、また第３の糸条３は陰影を付した連続
繊維糸条として、それぞれ色分けして表示してい
る。前記第１の糸条１および第２の糸条２は、前
記の要領に従つて繊維構造体を形成し、また、第
３の糸条３は、糸条１および２の積層体の端部か
ら個々の糸条が抜け落ちるのを防止する係止部
材、所謂、かんぬき糸として機能している。これ
らの糸条１，２，３の構成に際しては、繊維構造
体が高い糸条積層密度を保持し得るように、糸条
１，２の配設間隔を出来る限り狭めることが好ま
しい。

上記実施例に於いては、第１乃至第３の糸条
１，２，３の軸線方向が互いに直交するように糸
条の交差角θ₁，θ₂ならびにθ₃を何れも90゜に設定し
ているが、本発明の要旨は斯かる例示によつて限
定されるものではなく、複合材料成形品または強
化樹脂成形品を形成する繊維構造体に作用する荷
重の特性や該繊維構造体の形状に応じて75゜、あ
るいは60゜等任意の糸条交差角を選択することが
出来る。また最終製品の形状や寸法に関しても上
記の構成に従う限り特別の制約を認められず、例
えば円筒条横断面あるいは、第７図に例示するよ
うなＨ字形、Ｕ字形を始めとする異形横断面を有
するすべての複合材料形成品あるいは強化樹脂成
形品に対して優れた補強性能を発揮することがで
きる。

第２図に示すような構造材強化用のＬ型繊維構
造体の作成に際し、構造材の内側角隅部分の強度
向上を図るため、別法として第８図に示すような
糸条の配列方法を採用することができる。即ち、
この実施態様に於いては第１の糸条１は、Ｌ字状
に折れ曲がつた単一の平面上で該折れ曲がり形状
に沿うジグザグ走行を繰り返して第１の糸条配列
面P₁を形成し、この後第１の糸条配列面に於け
る走行方向と略直交する方向に沿つてジグザグ状
の走行を繰り返すことによつて第１の糸条配列面
P₁の上に第２の糸条配列面P₂を形成する。そし
て以後同様の要領に従つて糸状１による糸状配列
面（P₃乃至P_o）の形成を所定回数繰り返す。一
方、第２の糸条２は、第１図に示す実施態様と同
様の要領に従つて、前記第１の糸条１による糸条
配列面（P₁乃至P_o）と直交する方向に沿つてジ
グザグ状の走行を繰り返す。このようにして、第
１の糸条、第２の糸条２、および第３の糸条（図
示省略）によつて内側角隅部分の強度を増加させ
た構造材強化用の繊維構造体が作成される。

尚、上記実施例に於いては、第１の糸条１は連
続した１本の糸状として表示されているが、複合
材料成形品あるいは強化樹脂成形品の形状が複雑
な場合には、該第１の糸条１として、折返し点に
切断端を有しない２本以上の糸条を併用すること
も可能である。また、前記第１の糸条１および第
２の糸条２は、それらの全長に亘つて結び目を持
たないことは必要でなく、折返し点に切断端を位
置させない範囲で繊維構造体の形成に際し複数本
の糸条を接着、結び合わせ等の公知の接合方法に
よつて、接合することができる。

第３図乃至第５図は、複合材料成形品が孔あき
円筒体である場合の繊維構造体に於ける糸条１お
よび糸条２の配列状態の説明図であり、また第６
図は複合材料成形品が８角柱体である場合の前記
同様の糸条の配列状態の説明図である。

第９図は構造材が孔あきプレートである場合を
例示するものである。このような孔あき構造材を
形成するとき、在来方法では孔のないブロツクを
成形し、樹脂を含浸成形させた後、ドリル等の切
削工具により所望の孔加工または打抜き加工を行
つていたが、このようにすると、補強用繊維構造
体の構成糸条が切断されてしまつたり、ほつれて
しまつたりする。また工具寿命が短くなる。本発
明に於いては、繊維構造体を造るときに孔を同時
に形成することが可能であるから、在来方法で問
題となつていた糸条の切断等に起因する構造材の
強度低下を効果的に回避することができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る繊維構造体は、糸条配列の始点お
よび終点に糸端を臨ませているものの、折返し点
には切断された糸端を全く存在せしめておらな
い。従つて、特別の糸端処理加工を施さなくても
繊維構造体の形態安定性は極めて良好であり高密
度積層体はこのままでも使用可能であり、また樹
脂等を加圧含浸するときに繊維構造体から糸条が
抜け落ちることがない。しかも、本発明のように
第３の糸条を使用し、第２の糸条のループ内に挿
通する方式とすることによつて、後で第２の糸条
を強く引つ張ることができ、第１の糸条の配列積
層体を十分に引き締めることができ、上・中・下
の全層に亘つて均一な繊維密度とすることが容易
となり、これを用いて複合材料を構成した場合
は、強度分布が各部均一化され、破損等の発端と
なることがない。また繊維構造体を構成する糸条
は、高い積層密度を維持しているから、最終製品
に対する補強効果を公知の三次元織物に比較して
極めて高い水準に維持することが出来る。更に本
発明に於いては各糸条は直線状態を維持したまま
繊維構造体を形成しているので原糸の持つ強力利
用率も十分に大きく、また層間剥離を起こすこと
もない。更に図面で説明しているように複雑な形
状が直接構成されているので機械加工に頼ること
が少なくて済み、設計の自由度が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る構造材強化用の繊維構造
体の１例を説明する拡大斜視図であり、第２図は
第１図に示す繊維構造体を補強材として使用した
Ｌ字状の複合材料成形品である。第３図乃至第５
図は複合材料成形品が孔あき円筒体である場合の
繊維構造体に於ける糸条の配列状態の説明図であ
り、また第６図は複合材料成形品が８角柱体であ
る場合の糸条の配列状態の説明図である。第７図
は本発明に係る繊維構造体を補強部材として形成
せられた複合材料成形品の形状を例示する説明図
である。また第８図は本発明の実施態様を例示す
る繊維構造体の平面図であり、第９図は構造材が
孔あきプレートである場合を例示する斜視図であ
る。 １……第１の糸条、２……第２の糸条、３……
第３の糸条、θ₁，θ₂，θ₃……糸条の交差角、Ｘ，
Ｙ，Ｚ……糸条配列軸、Ｓ……繊維構造体の端
面、Ｔ……折返し点、４……糸条配列面の終端、
５……ループ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 折返し点に切断端を形成することなく同一平
   面上に配列された後、次の糸条配列面に移り前記
   第１の平面に於ける糸条配列方向と異なる方向に
   配列され、以後上記積層動作を繰り返す第１の糸
   条と、折返し点に切断端を形成することなく前記
   第１の糸条の配列面を２つ折り状態で貫通して蛇
   行配置され、かつ、夫々の２つ折り端が隣接のも
   のと絡み合うことなく独立したループを形成して
   いる第２の糸条と、前記第１の糸条の積層の最上
   面に第２の糸条のループ内を通つて蛇行配置され
   る第３の糸条からなる構造材強化用の繊維構造
   体。