JPH02307949A - ビーム状複合材料のための強化用三次元織物及びその製造方法 - 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、Ｔ型やＴ型等の断面を有するビーム状複合材
料を製造するために用いる強化用の三次元織物、及びそ
れを製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から知られているＴ型やＴ型等の断面を有するビー
ム状複合材料（例えば、特開昭８２−１１７８４２号参
照）では、三差部を有する織物を一部に用いているとし
ても、全体的には、平面状をなす織物を積層し、それを
Ｔ型やＴｆｉに接合するのが通例である。

しかしながら、このような積層織物を用いた複合材料で
は、外力が作用したとき、ａ層した平面状の織物間にお
いて剥離が生じるという問題がある。

また、このようなＴ型、Ｔ型等の断面を有する複合材料
の強化用三次元織物を製造する場合には、一般的に、そ
の三次元織物を構成する糸条が、ビーム状をなす三次元
織物の長さ方向及びそれと直交する方向に配向される。

しかしながら、曲げ荷重が作用するビーム状複合材料に
おいて、それらの糸条の軸方向は、曲げ荷重に対する寄
与率に有効に作用しているとは言えず、各糸条を適切な
軸方向に配向することが望まれている。

さらに、上述したように、糸条を適切な方向に配向しよ
うとすると、そのような製織を簡単に行う技術の開発が
必要になる。

［発明が解決しようとする課題Ｊ Ｔ型やＴ型等の断面を有するビーム状複合材料では、そ
れに曲げ荷重が作用した場合、主応力が複合材料の長さ
方向（ビームの中立面）に対して、±４５°またはそれ
に近い方向に傾斜して作用する。また、塑性変形時の状
態を観察すると、はぼ±４５６方向の歪模様を呈するこ
とから、その方向に強化ｍｍを配列させることにより、
複合材料の強度を高めることが可能になる。

本発明の技術的課題は、このような観点から、糸条を三
次元織物の長さ方向に対して±４５°の方向またはそれ
に近い方向（±１５〜ＢＯ°）に配向して、曲げ荷重に
対する強度を有効に発揮するようにした強化用三次元織
物を得ることにあり、さらに、そのような三次元織物を
簡単に製織する方法を得ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明の三次元織物は、力の
作用方向に向けて配置される第１の面部分と、その面部
分に対して直交する第２の面部分とを備え、再面部分に
少なくとも数層の平面状織物に相当する厚さをもたせ、
この再面部分をそれらの交差線の方向に伸ばしてなるビ
ーム状の部材を１再面部分が一体的に製織された三次元
織物によって構成している。

この三次元織物においては、少なくとも第１の面部分に
三次元織物の長さ方向に対して±１５〜８０″′傾斜さ
せて配向した糸条を織込み、第１及び第２の面部分にお
ける他の糸条もそれと同程度に傾斜させて配向し、ある
いは、上記三次元織物を構成する各糸条を、第りの面部
分を構成する面内において三次元織物の長さ方向に対し
て±１５〜１１１０’傾斜させ、且つ第２の面部分を構
成する面内においても同様に傾斜させて配向し、それら
の各糸条を織物表面で折り返すことにより、ビームの長
さ方向に連続させている。

また、本発明の三次元織物の製造方法は、隣接するロー
タとの間に糸条キャリアを挟持する多数のロータを、互
いに隣接させて配列し、各ロータの四周に凹部を設けて
、隣接する多数のロータの凹部間に、三次元織物の製織
形状に対応する糸条キャリアを挟持させ、隣接する一方
のロータが回転する際に、他方のロータの凹部をガイド
として糸条キャリアを移動させ、これを繰返すことによ
り三次元織物を製織するに際し、上記糸条キャリアを、
第１の面部分とその面部分に対して直交する第２の面部
分とを一体化してなるビーム状の部材の断面形状に適合
させて配設し、多数のロータのうち、上記行及び列内に
おいて互いに隣接しないロータを一つの群として、全体
を２群に分け、一つの群のロータを非回転の固定ガイド
として他の群を１方向に９０°または　１９０゜回転さ
せ、次いで、先に回転させた１群のロータを固定ガイド
として他の群を上記とは逆の方向に９０″または１８０
　°回転させ、これを順次繰り返すことにより、少なく
とも第１の面部分内において糸条を三次元織物の長さ方
向に対して±１５〜８０’ｆｒ１４斜させたビーム状三
次元織物を製織することを特徴とするものである。

［作　用〕 一般的に、ビーム状材料では１曲げ荷重が作用した場合
、上述した第１の面部分においてビームの長さ方向に対
して±１５〜６０″程度の方向に主応力が作用する。上
記ビーム状複合材料を構成する三次元織物では、特に、
上記第１の面部分において三次元織物を構成する各糸条
を±１５〜６０°傾斜させ、しかもそれらの各糸条を織
物表面で折り返すことによりビームの長さ方向に連続さ
せているので、各糸条がビーム状複合材料の強度を高め
るために有効に作用する。しかも、平面状の織物を積層
した組織ではないので、居間における剥離という問題も
ない。

また、上記三次元織物の製織に際しては、隣接するロー
タとの間に糸条キャリアを挟持する多数のロータを２群
に分け、一つの群のロータを固定ガイドとして他の群を
１方向に９０″または　１８０゜回転させ１次いで、先
に回転させた１群のロータを固定ガイドとして他の群を
上記とは逆の方向に９０’または１８０　°回転させ、
これを順次綴り返す、このｉｌｉ！織においては、筬打
ちの程度と巻取速度を調整することにより、糸条の傾斜
角度をｖＲ整することが可能である。

このような方法によれば、両群のロータをｊ頭次逆の方
向に９０″または　１９０゜回転させるという極めて簡
単な駆動制御で、しかも、製織しようとするビーム状の
三次元織物の断面形状に応じて糸条キャリアを配設する
だけで、簡単に所望の三次元織物を製織することができ
る。

［実施例］ 第１図（Ａ）〜（Ｃ）及び第２図は、本発明に係る三次
元織物の第１実施例の組織を説明するためのものである
。この三次元織物は、断面Ｔ型のビーム状複合材料の強
化用として用いるもので、その使用に際してはマトリッ
クスにより各糸条間が結合される。

上記三次元織物を構成するビーム状の部材ｌは、通常は
鉛直方向であるところの外力の作用方向に向けて配置さ
れる第１の面部分１ａと、その面部分１ａに対して直交
する第２の面部分１ｂとを備え、再面部分１ａ、ｌｂに
は少なくとも数層の平面状織物に相当する厚さをもたせ
、この再面部分１ａ。

１ｂがそれらの交差線の方向に伸ばした状態にして一体
的に製織されている。なお、ここでは断面形状がＴ型の
ものを示しているが、上記第１及び第２の面部分の単数
または複数を適宜連結したＴ型その他の断面形状に形成
することができる。

第１図（Ａ）〜（Ｃ）及び第２図においては、理解を容
易にするため、上記三次元織物における適数の糸条２ａ
、２ｂの織込み態様のみを、互いに直交する３方向から
見た状態及び斜視状態において示している。この３次元
織物を構成する多数の糸条２ａ、２ａ、令・及び２ｂ、
２ｂ、・・は、それぞれ図示の糸条と実質的に同じよう
な態様で織込まれ、それによって３次元織物が製織され
る。なお、第１図（Ａ）　（Ｃ）及び第２図中に記入し
た丸付きの数字は。

相互に対応位置であることを示している。

三次元織物を構成するビーム状部材ｌ内の上記糸条２ａ
は、第１の面部分１ａにおいて三次元織物の長さ方向に
対して±１５〜９０゜傾斜させ、また第２の面部分１ｂ
における糸条２ａも同程度に傾斜させて配向し、一方、
第１及び第２の面部分１ａ　、　ｌｂにおける糸条２ｂ
は、上記糸条２ａの場合と同程度ではあるが水平面内に
おいて傾斜させている。

これらの糸条２ａ、２ｂは、ビーム状部材１の表面で折
り返すことにより、ビームの長さ方向に連続するものと
し、相互に製織したものである。

第３図（Ａ）〜（Ｃ）及び第４図は、本発明に係る三次
元織物の第２実施例の組織を説明するためのもので、上
記第１実施例の場合と同様に、三次元織物を構成するビ
ーム状の部材１１は、第１の面部分１１ａ　と、それに
対して直交する第２の面部分１１ｂとを備え、再面部分
１１ａ、ｌｌｂには少なくとも数層の平面状織物に相当
する厚さをもたせ、この再面部分１１ａ、ｌｌｂが一体
的に製織されている。

第３図（Ａ）〜（Ｃ）は上記第１図（Ａ）〜（Ｃ）に対
応し、第４図は上記第２図に対応するもので、上記三次
元織物における単一の糸条１２の織込み態様のみを示し
ている。この３次元織物を構成する他あ糸条１２，１２
．・・は、それぞれ図示の糸条と実質的に同じような態
様で織込まれ、それによって３次元織物が製織される。

三次元織物を構成するビーム状部材１１内の各糸条１２
．１２．・・は、第１の面部分１１ａを構成する面内に
おいて、三次元織物の長さ方向に対して±１５〜９０゜
傾斜させ、且つ第２の面部分１１ｂを構成する面内にお
いても同程度に傾斜させて配向し、これらの糸条１２，
１２．　＠・は、ビーム状部材１１の表面で折り返すこ
とにより、ビームの長さ方向に連続するものとして、相
互に製織している。

ビーム状材料では、曲げ荷重が作用した場合、上述した
第１の面部分ｔａ、ｌｌａにおいて、ビームの長さ方向
に対し±４５°を中心として±１５〜Ｂ０６程度の方向
に主応力が作用するため、上述した第１及び第２実施例
の三次元織物の第１の面部分において、糸条２ａ、＋２
をできるだけ±４５″の方向またはそれに近い方向に傾
斜させ、しかも各糸条２ａ、２ｂ、１２を織物表面で折
り返し、それらをビームの長さ方向に連続させているの
で、各糸条がビーム状複合材料の強度を高めるために宥
効に作用する。しかも、平面状の織物を積層した組織で
はないので、層間における剥離という問題もない。

なお、上記糸条２ａ、２ｂ、１２の傾斜角度は、後述す
る製織において、筬打ちの程度と巻取速度を調整するこ
とにより、容易に調整することが可能である。

第５図は、第３図（Ａ）〜（Ｃ）及び第４図の組織を有
し、断面１型に形成したビーム状三次元織物２０の外観
を例示したものである。

次に、第６図ないし第８図に基づいて、上記ビーム状三
次元織物を製織する方法について説明する。

第６図は、上記ビーム状三次元織物を製織する状態を示
し、第７図はそのキャリア駆動機構の詳細を示している
。

上述したビーム状三次元織物を製織するに際しては、第
６図に示すような製織装置が用いられる。この製織装置
は、キャリア軌道面に沿って多数配列したキャリア駆動
ユニット２１によって、図示しないボビンを支承する糸
条キャリア２２に所要の軌跡を走行するように運動を与
え、それらのボビンから解舒した糸条２３を製織するも
のである。

上記キャリア駆動ユニット２１は、第７図に示すような
ロータ２４を備えている。このロータ２４は、隣接する
ロータとの間に糸条キャリア２２を挟持するもので、そ
の四周に糸条キャリア２２を挟持するための凹部２５を
設け、これらの凹部２５の内側面を、隣接するロータの
回転軸を中心とする円弧状とし、隣接するロータ２４，
２４の一方が回転するときに、他方のロータの凹部２５
を糸条キャリア２２のガイドとして機能させるようにし
て、各ロータ２４を互いに密に隣接させ、糸条キャリア
２２の移動域に複数行、複数列に配列させている。なお
、第６図において、２θは糸条キャリア２２の移動域の
周囲に囲設した固定ガイドを示している。

一方、それらのロータ２４間に挟持される糸条キャリア
２２は、隣接する一対のロータ２４の凹部２５に適合す
る二つの円筒面２８．２８で形成された保持部２７を備
え、それにボビンの支持軸２９を立設したものである。

上述したロータ２４を備えた多数の駆動ユニット２１に
よって糸条キャリア２２を駆動するに際し、上記糸条キ
ャリア２２は、第６図に示すように、その移動域におい
て、ビーム状部材の第１の面部分１ａまたはｌｌａとｗ
４２の面部分１ｂまたはｌｌｂとを一体化したビーム状
部材１または１１の断面形状に適合させて配列させる。

第６図のロータ配列は、第５図に示すような断面形状の
ビーム状三次元織物３０を製織する場合を例示している
。

製織に際しては、ロータ配列の行及び列内において互い
に隣接しないロータ２４を一つの群として、全体を２群
に分け、各群ごとのロータを一斉に駆動するため、その
駆動に必要な図示しない駆動手段が設けられる。第８図
においては、斜線を付したロータとそれを付していない
ロータによって、二つの群を区別して示している。

これらの両群の駆動手段は、各群のロータ２４にそれぞ
れ同一方向の９０’または　１９０゜の間欠的な回転駆
動を与え、且つ両群の駆動手段を少なくとも互いに逆方
向に回転駆動可能なものとし、以下の説明においては、
第８図中で斜線を付したロータを１時計方向に９０°ま
たは　１８０’の間欠回転を行うロータ（これらのロー
タの群を以下第１群と呼ぶ、）とし、斜線のないロータ
な１反時計方向に９０＠または　１９０゜の間欠回転を
行うロータ（これらのロータの群を以下第２群と呼ぶ、
）とする。

製織は、一つの群のロータを非回転の固定ガイドとして
、他の群を１方向に８０１１または　１８０＠回転させ
、次いで、先に回転させた１群のロータを固定ガイドと
して他の群を上記とは逆の方向に９０″または　１８Ｇ
　’回転させ、これを順次繰り返すことによって行うも
のであり、第８図においては、第１群と第２群のロータ
が交互に回転駆動される。

これらの製織時における糸条キャリアの動きを観察する
と、９０°及び１８０６のいずれの場合も、糸条キャリ
アの配列範囲内で、比較的単純な規則性の下で糸条キャ
リアが走行し１例えば、第８図において、隣接する各ロ
ータ間にそれぞれ糸条キャリア２２を支持させ、第１群
及び第２群のロータをそれぞれ９０’回転させたときの
各糸条キャリア２２の走行軌跡は、第９図　（Ａ）〜（
Ｃ）に示すようになる。即ち、それらの図に示す曲線上
の糸条キャリア２２は、順次その曲線に沿って閉ループ
を形成して移動することになる。第６図に示すようなロ
ータ配列によって第１群及び第２群のロータを正逆に９
０＠回転させた場合、第５図に示すような外観の３次元
織物２０を得ることができ、この場合には第３図（Ａ）
〜（Ｃ）及び第４図によって説明した。：予；組織にな
る。

一方、第１群及び第２群のロータをそれぞれ１８００回
転させたときの各糸条キャリアの走行軌跡は、第１０図
（Ａ）〜（Ｆ）に示すようになり、この場合には第１図
（Ａ）〜（Ｃ）及び第２図によって説明したような組織
になる。

この製織においては、必要に応じて筬打ちを行うことが
でき、この筬打ちの程度と巻取速度を調整することによ
り、前述した三次元織物における各糸条２ａ　、　２ｂ
、１２の傾斜角度を調整することが可能である。

このような製織動作を行わせると、回転駆動するロータ
２４の配列に応じたビーム状三次元織物の製織が行われ
るが、その製織の間に、例えば第１の面部分に対応する
ロータの位置を逐次変更しなから製織動作を継続するこ
とにより、三次元織物の断面形状を逐次変化させること
ができる。

また、ロータ２４の中心に孔を設け、その孔を通して固
定糸（芯糸）を導出することにより、５軸の三次元織物
とすることもできる。この５軸の三次元織物は１寸法安
定性に優れている点で有利なものである。

このような製織方法によれば、両群のロータを順次逆の
方向に９０゜または　１８０　”回転させるという極め
て簡単な駆動制御で、しかも、製織しようとするビーム
状の二次元織物の断面形状に応じて糸条キャリアを配設
するだけで、簡単に所望の二次元織物を製織することが
できる。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明によれば１曲げ荷重が作用するビ
ーム状複合材料内の主応力の方向またはそれに近い方向
に糸条を配向させて、曲げ荷重に対して有効に対応させ
るようにした強化用三次元織物を得ることができ、さら
に、そのような三次元織物を簡単に製織することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）及び第２図は１本発明に係る三次
元織物の第１実施例の組織を互いに直交する３方自から
見た状態及び斜視状態において示す説明図、第３図（Ａ
）〜（Ｃ）及び第４図は第２実施例の組織を互いに直交
する３方向から見た状態及び斜視状態において示す説明
図、第５図は上記第２実施例の組織を有し、断面Ｉ型に
形成したビーム状三次元織物の外観を示す斜視図、第６
図は上記ビーム状三次元織物の製織状態を示す斜視図、
第７図はそのキャリア駆動機構の詳細を示す側視図、第
８図はロータの回転駆動の態様に関する説明図、第９図
（Ａ）〜（Ｃ）は各ロータをそれぞれ、９０°回転させ
たときの糸条キャリアの走行軌跡についての説明図、第
１０図　（Ａ）〜（Ｆ）は各ロータをそれぞれ　１９０
゜回転させたときの糸条キャリアの走行軌跡の説明図で
ある。 ｌ、１１・・ビーム状部材。 ｌａ、ＩＬａａ　＊第１の面部分、 ｌｂ、１１ｂ−−第２の面部分、 ２ａ、２ｂ、１２．２３−・糸条、２２拳φ糸条キャリ
ア。 ２０．３０　・９三次元織物、 ２４−−ロータ、　　　　　２５・・凹部。 −　　　　　　　　　　　　　　　　　　出第６図 第８図 第９図 （Ａ）　　　　（Ｂ）　　　（Ｃ） ］ （Ｃ） （Ｅ） ”　　（Ｂ） （Ｄ） （Ｆ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、力の作用方向に向けて配置される第１の面部分と、
   その面部分に対して直交する第２の面部分とを備え、両
   面部分には少なくとも数層の平面状織物に相当する厚さ
   をもたせ、この再面部分をそれらの交差線の方向に伸ば
   してなるビーム状の部材を、両面部分が一体的に製織さ
   れた三次元織物によって構成し、 上記三次元織物には、少なくとも第１の面部分に三次元
   織物の長さ方向に対して±１５〜６０゜傾斜させて配向
   した糸条を織込み、第１及び第２の面部分における他の
   糸条もそれと同程度に傾斜させて配向し、各糸条を織物
   表面で折り返すことによりビームの長さ方向に連続する
   ものとした、ことを特徴とするビーム状複合材料のため
   の強化用三次元織物。 ２、力の作用方向に向けて配置される第１の面部分と、
   その面部分に対して直交する第２の面部分とを備え、両
   面部分には少なくとも数層の平面状織物に相当する厚さ
   をもたせ、この両面部分をそれらの交差線の方向に伸ば
   してなるビーム状の部材を、両面部分が一体的に製織さ
   れた三次元織物によって構成し、 上記三次元織物を構成する各糸条を、第１の面部分を構
   成する面内において三次元織物の長さ方向に対して±１
   ５〜６０゜傾斜させ、且つ第２の面部分を構成する面内
   においても同様に傾斜させて配向し、各糸条を織物表面
   で折り返すことによりビームの長さ方向に連続するもの
   とした、 ことを特徴とするビーム状複合材料のための強化用三次
   元織物。 ３、隣接するロータとの間に糸条キャリアを挟持する多
   数のロータを、互いに隣接させて配列し、各ロータの四
   周に凹部を設けて、隣接する多数のロータの凹部間に、
   三次元織物の製織形状に対応する糸条キャリアを挟持さ
   せ、隣接する一方のロータが回転する際に、他方のロー
   タの凹部をガイドとして糸条キャリアを移動させ、これ
   を繰返すことにより三次元織物を製織するに際し、上記
   糸条キャリアを、第１の面部分とその面部分に対して直
   交する第２の面部分とを一体化してなるビーム状の部材
   の断面形状に適合させて配設し、 多数のロータのうち、上記行及び列内において互いに隣
   接しないロータを一つの群として、全体を２群に分け、 一つの群のロータを非回転の固定ガイドとして他の群を
   １方向に９０゜または１８０゜回転させ、次いで、先に
   回転させた１群のロータを固定ガイドとして他の群を上
   記とは逆の方向に９０゜または１８０゜回転させ、これ
   を順次繰り返すことにより、少なくとも第１の面部分内
   において糸条を三次元織物の長さ方向に対して±１５〜
   ６０゜傾斜させたビーム状三次元織物を製織する、 ことを特徴とするビーム状複合材料のための強化用三次
   元織物の製造方法。