JPH0151585B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は複合材強化用繊維構造体の製造方法に
関するものであり、更に詳しくは、繊維構造体の
端面に実質上糸条の切断端が存在しない形態保持
性の良好な、且つ、糸条積層密度の高い複合材強
化用繊維構造体の製造方法に関するものである。

従来の技術 宇宙飛翔体、航空機、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構成部材
として、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
て補強された合成樹脂の複合材が使用されてい
る。更に1000℃以上の耐熱性が要求される構造部
材の成形素材として炭素繊維／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組合せによる複合材
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複合
材成形品は、軽量であるのと同時に強度や可撓性
が極めて大であり、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。
而して斯かる複合材成形品（例えばFRPやＣ―
Ｃコンポジツト）等の強度的な特性は、強化用基
材として使用される繊維構造体中の繊維の含有
率、繊維配列、組織、あるいは構造等によつて大
きな影響を受ける。これらの繊維構造体の製造手
段として、例えば米国特許第4183232号明細書、
フランス国特許第2440494号公報、あるいは特開
昭59−71457号公報等が開示されている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記米国特許に記載された繊維
構造体には寸法が制約されると共に繊維積層面に
対して垂直方向に糸条の切断端が露出するという
欠点が認められ、また、フランス国特許に記載さ
れた繊維構造体には寸法の制約ならびに繊維積層
面に対して半径方向に糸条の切断端が露出すると
いう欠点が認められている。更に特開昭59−
71457号公報に記載された繊維構造体にも寸法が
制約されるという前記同様の問題点が見受けられ
ている。これに加うるに、上記複合材強化用の繊
維構造体は、何れも補強用繊維の含有比率が低い
ので必要な強度を保持するのに難点があり、且
つ、その端面に無数の糸端を切断状態で露出せし
めており、このため熱硬化性樹脂、熱可塑性樹
脂、あるいはピツチ等の含浸に際し糸条が抜け落
ちて繊維構造体に形崩れが発生したり、あるいは
該形崩れ発生部位を取除くために樹脂やピツチ等
が硬化した後、該部に切削加工を施したりする必
要がある。また、複雑な形状を有する複合材成形
品の製造に際しては機械加工が必須となり、それ
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、在来の複合材成形品の
補強材として使用される繊維構造体に認められる
上記の如き問題点を解消すると共に、特殊な装置
を使用せずに寸法および形状が制約されない複合
材強化用の繊維構造体を製造する方法を提供する
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
れた複合材成形品の外表面および内表面に基材を
構成している繊維糸条の糸端が露出しない、特異
な構造的特徴を備えた繊維構造体の製造手段を提
供することにある。

問題点を解決するための手段 斯かる目的に鑑みて本発明は、所定間隔をおい
て複数本の糸条案内部材４を基板５に突設すると
共に、該糸条案内部材４の間にスペーサー６を並
列固定し、前記糸条案内部材４に沿つてスペーサ
ー６の上に第１の無端糸条１を前記基板５の軸線
方向に蛇行配列し、斯くして得られた第１の糸条
の配設層の上に前記第１の整列方向（Ｘ軸方向）
と整列方向を異ならしめて前記基板５の円周方向
（Ｙ軸方向）に張力付与下に前記第１の無端糸条
１を捲回配列し、前記第１の整列方向（Ｘ軸方
向）および第２の整列方向（Ｙ軸方向）に沿う第
１の無端糸条１の蛇行配列と捲回配列の組合わせ
を所定回数（ｎ回）だけ繰返し、この後、前記糸
条案内部材４の下部または上部から糸条ガイド９
を挿入し、糸条案内部材４を第１の無端糸条１の
積層から引抜いた後、前記糸条ガイド９に係止さ
れた第２の無端糸条２のループ２′を第１の無端
糸条１の積層上に引出し、このようにして第１の
無端糸条１の積層上に引出された第２の無端糸条
２のループ２′に第３の無端糸条３をカンヌキ糸
として挿通し、前記第２の無端糸条２および第３
の無端糸条３によつて第１の無端糸条１の積層を
更に締付け、繊維構造体を形成する無端糸条の積
層密度を向上せしめる複合材強化用繊維構造体の
製造方法を要旨とするものである。

実施例 第１図乃至第３図は本発明方法を円筒状繊維構
造体の製造に適用した場合の模式的説明図であ
る。図示するように複数本の糸条案内管４がその
基端部を、円筒形をなす基板５の支持穴７内に挿
入された状態で放射状に、且つ半径方向外側に向
つて移動自在に支承されている。隣り合う２本の
糸状案内管４，４の間には、合成樹脂材料等から
製せられたプレート状のスペーサー６が放射状に
配置されており、該スペーサーはその上端部に沿
つて捲回され糸状案内管４，４の間に円環状をな
して延びるワイヤー８等の固定部材によつて基板
５に固定されている。

この状態で糸条案内管４，４……の格子に沿つ
て上下で折返しながら前記基板５の軸線方向（Ｘ
軸方向）、つまり紙面と直交する方向に第１の無
端糸条１を１層または２層以上に亘つて位相をず
らせて蛇行配置し、斯くして得られた第１の無端
糸条１の層の上に、前記第１の整列方向（Ｘ軸方
向）と整列方向を異ならしめて、例えば整列方向
（Ｙ軸方向）を基板５に円周方向と一致せしめて
張力付与下に第１の無端糸条１を捲回配置する。
このようにして前記第１の整列方向（Ｘ軸方向）
および第２の整列方向（Ｙ軸方向）に沿う第１の
無端糸条１の配列をスペーサー６の全周に亘つて
所定回数（ｎ回）だけ繰返し、スペーサー６上に
第１の無端糸条１の積層体を形成する。第１の無
端糸条１の積層段数は、最終製品たる繊維構造体
の設計寸法に適合するように圧縮代を予め考慮し
て選定する。第１の無端糸条１の積層が完了した
時点で、第２の無端糸条２の挿通工程を開始す
る。即ち、第２図に示すようにスペーサー６を基
板５の軸線方向（Ｘ軸方向）に沿つて１枚づつ順
次移動させながら糸条案内管４の下端部側４′ま
たは上端部側４″から、つまり第１の無端糸条１
の積層の下面側または上面側から糸条案内管４内
に糸条ガイド９を挿入し、糸条案内管４を第１の
無端糸条１の積層から引抜いた後、糸条ガイド９
に係止されたループ２′を第１の無端糸条１の積
層上に、つまり積層体の半径方向（Ｚ軸方向）に
引上げる。尚、第１の無端糸条１を基板５の円周
方向Ｙに沿つて張力付与下に捲回する際には、基
板５の軸線方向（Ｘ軸方向）に対して第１の無端
糸条１が、螺旋状の捲回姿勢を採る場合と、基板
５の軸線に対して直交するように水平に捲回した
後、捲き終り部分で段をずらして後続の捲層に移
る場合とがある。このようにして第２の無端糸条
２のループ２′を第１の無端糸条１の積層上に引
出した後、前記ループ２′に第３の無端糸条３を
カンヌキ糸として挿通し、前記第２の無端糸条２
および第３の無端糸条３によつて第１の無端糸条
１の積層体に付加的な締付け力を与え、繊維構造
体を形成する無端糸条の積層密度を向上させる。
即ち、ループ２′に第３の無端糸条３をカンヌキ
糸として挿通した後、第２の無端糸条２に引張り
力を作用させて上方または下方に引戻すことによ
つて、第１の無端糸条１から形成された糸条の積
層体は順次締付けられる。第２の無端糸条２なら
びに第３の無端糸条３による上記挿通ならびに締
付け動作は、糸条案内管４の本数分だけ１本づつ
繰返し、これにより繊維構造体を形成する糸条の
密度は複合材強化に要請される所定の水準迄増大
する。このようにループ２′に第３の無端糸条３
を順次挿通することによつて、糸条積層体の上面
または下面には第３の無端糸条３が捲回配置され
る。斯くして得られた繊維構造体は、このまま
で、または常法に従つて熱硬化性樹脂、熱可塑性
樹脂またはピツチ等の含浸工程を経て最終製品に
仕上げられる。

本発明に於ける無端糸条としては、例えば炭素
繊維や炭化珪素繊維等の引揃え糸や撚り糸が使用
される。尚、本発明に於ける無端糸条とは、実質
上連続繊維糸条と見做し得る繊維集合体を意味す
るものであるが、必要に応じて中間で接合した糸
条や積層位置や配列方向によつて太さや繊維の種
類を異にした糸条を使用することもできる。

上記実施例は本発明の具体的実施態様を繊維構
造体が円筒体である場合について例示するもので
あるが、本発明は斯かる例示説明によつてその要
旨を限定解釈されるべきものではない。尚、上記
実施例に於いては糸条案内部材４として、糸条ガ
イド９の保持部材ならびに第２の無端糸条２の通
路として機能する管状の糸条案内管を使用してい
るが、代替手段として、第４図に示すように側胴
部に第２の無端糸条２のループ２′を係止するた
めの鉤針状のくぼみ９′を形成してなるロツド状
の糸条案内部材を使用することも可能である。

第５図乃至第８図は本発明方法によつて製作さ
れた複合材強化用繊維構造体およびその製造工程
を例示する説明図である。第５図に例示するよう
に異形スペーサー６として円板状スペーサー６′
もしくは平板状のコーンケープ形スペーサー６″
を使用し、該異形スペーサー上に第１の無端糸条
１、第２の無端糸条２、ならびに第３の無端糸条
３からなる積層体を蛇行ならびに捲付け方式で成
形して行くと、前記異形スペーサー６の形状・寸
法に応じた曲面が取得される。即ち、コーンケー
ブ状の繊維構造体の製造に際し、円筒状をなす基
板５の側周面に多段積重ね構造の直径が順次異な
る円板形スペーサー６′を嵌装するか、またはコ
ーンケーブ形スペーサー６″を使用することによ
つて、コーンケーブ形の繊維構造体を形成するこ
とができる。第６図は紡錘形の繊維構造体の製作
例を示す。第６図に示す実施例に於いては、第１
の無端糸条１の整列方向はスペーサー６のＵ字状
表面に沿う方向およびそれと直交する方向に規制
されているが、第１の無端糸条１の積層方向およ
び積層段数は、斯かる例示によつて限定されるも
のではなく、例えば内圧の掛かる円筒形繊維構造
体の場合はＹ軸方向の糸条の密度を増加させる等
必要とする強度と負荷の作用方向に応じ設計条件
を適宜変更することができる。

発明の効果 本発明方法を採用することにより、図示するよ
うに多種の形状を有する繊維構造体を製作するこ
とが可能であり、繊維構造体はその糸条積層密度
を増大せしめるように積層され、且つ、強固に締
付けられるから、製品の形態安定性は在来方法に
比較して顕著に向上する。更に本発明に於いて
は、積層体の強度を必要とする方向に対して糸条
を選択的に補強配設することが可能であり、更に
繊維構造体の表面に繊維糸条の糸端が実質上露出
していないから、運搬途上や樹脂の含浸工程等に
於いて糸条が抜け落ちて繊維構造体に形崩れが発
生することがなく、また形状補正のため樹脂また
はピツチ等が硬化した後、該部に切削加工を施す
必要もない。従つて本発明は、簡易な方法で複雑
な形状を有する複合材料の成形を自由に為し得る
のみならず、機械加工に起因する強度低下の防止
に対しても大きく寄与し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明方法の模式的説明図
である。第４図は糸条案内部材の異なる実施態様
を例示する斜視図であり、また第５図乃至第８図
は本発明方法の具体例を例示する説明図である。 １……第１の無端糸条、２……第２の無端糸
条、３……第３の無端糸条、２′……第２の無端
糸条のループ、４……糸条案内部材、５……基
板、６……スペーサー、９……糸条ガイド、Ｘ，
Ｙ，Ｚ……糸条の整列方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定間隔をおいて複数本の糸条案内部材を基
   板に突設すると共に、該糸条案内部材の間にスペ
   ーサーを並列固定し、前記糸条案内部材に沿つて
   スペーサーの上に第１の無端糸条を前記基板の軸
   線方向に蛇行配列し、斯くして得られた第１の糸
   条の配設層の上に前記第１の整列方向と整列方向
   に異ならしめて前記基板の円周方向に張力付与下
   に前記第１の無端糸条を捲回配列し、前記基板の
   軸線方向および円周方向に沿う第１の無端糸条の
   蛇行配列と捲回配列の組合せを所定回数だけ繰返
   し、この後、前記糸条案内部材の下部または上部
   から糸条ガイドを挿入し、糸条案内部材を第１の
   無端糸条の積層から引抜いた後、前記糸条ガイド
   に係止された第２の無端糸条のループを第１の無
   端糸条の積層上に引出し、第１の無端糸条の積層
   上に引出された第２の無端糸条のループに第３の
   無端糸条をカンヌキ糸として挿通し、前記第２の
   無端糸条および第３の無端糸条によつて第１の無
   端糸条の積層を更に締付けることを特徴とする複
   合材強化用繊維構造体の製造方法。 ２ 前記基板が円筒形をなす特許請求の範囲第１
   項に記載の複合材強化用繊維構造体の製造方法。 ３ 前記基板が円錐台形をなす特許請求の範囲第
   １項に記載の複合材強化用繊維構造体の製造方
   法。 ４ 前記基板が半鼓状もしくはコーンケーブ状を
   なす特許請求の範囲第１項に記載の複合材強化用
   繊維構造体の製造方法。 ５ 複数枚のスペーサーが同一の形状・寸法を有
   する特許請求の範囲第１項に記載の複合材強化用
   繊維構造体の製造方法。 ６ 複数枚のスペーサーがそれぞれ異なつた形
   状・寸法を有する特許請求の範囲第１項に記載の
   複合材強化用繊維構造体の製造方法。 ７ 前記基板が紡錘形をなす特許請求の範囲第１
   項に記載の複合材強化用繊維構造体の製造方法。 ８ 前記糸状案内部材が管状材である特許請求の
   範囲第１項に記載の複合材強化用繊維構造体の製
   造方法。 ９ 前記糸状案内部材が側胴部に鉤針状のくぼみ
   を形成したロツド状材である特許請求の範囲第１
   項に記載の複合材強化用繊維構造体の製造方法。 １０ 前記糸状案内部材を前記基板に放射状に、
   且つ半径方向に外側に向かつて突設した特許請求
   の範囲第１項に記載の複合材強化用繊維構造体の
   製造方法。 １１ 前記スペーサーが平板状である特許請求の
   範囲第１項に記載の複合材強化用繊維構造体の製
   造方法。 １２ 前記スペーサーが円板状である特許請求の
   範囲第１項に記載の複合材強化用繊維構造体の製
   造方法。 １３ 前記スペーサーがコーンケーブ形状である
   特許請求の範囲第１項に記載の複合材強化用繊維
   構造体の製造方法。 １４ 前記スペーサーが円環状の固定部材により
   基板に固定されている特許請求の範囲第１項に記
   載の複合材強化用繊維構造体の製造方法。 １５ 前記スペーサーが前記基板に放射状に配置
   された特許請求の範囲第１項に記載の複合材強化
   用繊維構造体の製造方法。 １６ 第１の糸条が基板の軸線方向に蛇行配列す
   る回数と、基板の円周方向に捲回配列する回数と
   が、同数である特許請求の範囲第１項に記載の複
   合材強化用繊維構造体の製造方法。 １７ 第１の糸条が基板の軸線方向に蛇行配列す
   る回数と、基板の円周方向に捲回配列する回数と
   で、前者の回数の方が多い特許請求の範囲第１項
   に記載の複合材強化用繊維構造体の製造方法。 １８ 第１の糸条が基板の軸線方向に蛇行整列す
   る回数と、基板の円周方向に捲回配列する回数と
   で、後者の回数の方が多い特許請求の範囲第１項
   に記載の複合材強化用繊維構造体の製造方法。 １９ 前記無端糸条が炭素繊維である特許請求の
   範囲第１項に記載の複合材強化用繊維構造体の製
   造方法。 ２０ 前記無端糸条が単糸又は引揃え糸である特
   許請求の範囲第１項に記載の複合材強化用繊維構
   造体の製造方法。 ２１ 前記無端糸条が撚り糸である特許請求の範
   囲第１項に記載の複合材強化用繊維構造体の製造
   方法。