JPH0291263A - 三次元多軸織物複合材料の製造方法及びその装置 - 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］ ニーズに沿った複合構造の設計と、設計された通りの複
合構造を実現するための形成技術は、設計主導型の材料
としての複合材料の中心的課題である。特に、繊維の複
合化に際して、ｍ！ａや織物などの強化材の配向や積層
状態を最適化し、製品に要求される性能に応じた特性の
等方性や異方性を発現させるための基材構成技術が重視
されてきている。

本発明は、上述した繊維の配向の最適化を実現できるよ
うにした三次元多軸織物複合材料の製造方法及びその装
置に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、三次元３軸織物を自動的に製織する種々の自
動織機が開発、提案され、例えば米国特許部３．９，５
５．［１０２号明細書にもその一例が示されている。し
かしながら、これらの織機においては、通常、それによ
って製織される三次元織物のｍ維や織物等の配向が特定
され、形成される基材構造を種々変更することは不能ま
たは容易ではなく、従って、それぞれの織機に特有の基
材構造しか得ることができない、また、４軸以上の三次
元織物を得るための織機は未だ開発されていない。

一方、従来の三次元織物では、繊維や糸の三次元的製織
に際して、それらの端部に耳を設けて製織形状を保持さ
せる必要があり、そのためには。

三次元織物の織機に耳を設けるための機構を付設する必
要があるばかりでなく、その機構の付設により織機自体
の構成が比較的複雑化するという問題を有している。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、三次元多軸織物複合材料におけ
る繊維や糸の配向を自由に設定できて。

３軸以上の各種構造を有する三次元多軸織物を容易に得
ることができ、しかもｔＲｍや糸の端部に耳を作る煩雑
さを解消すると共に、耳を作るための機構により装置が
複雑化するのを防止するようにした三次元多軸織物複合
材料の製造方法及びその装置を提供することにある。

［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多軸織物複合
材料の製造方法は、同一方向に向けた慮雄東をマトリッ
クスにより結合してロフト化し、それらのロッドの多数
を平行状態に配置して、少なくとも３軸方向に配向させ
たロッド群における各ロッドを、他の軸方向のロッド間
に順次挿通し、上記マトリックス等によるそれらのロッ
ドの結合により三次元多軸織物複合材料を得ることを特
徴とするものである。この場合に、ロッドの多数を平行
状態に配置した経方向ロッド群に対し、他の複数軸緯方
向に挿通する多数のロッドを各軸方向においてそれぞれ
平行状態に配置し、経方向ロッド群における各ロッド間
に少なくとも複数軸方向から緯方向ロッド群を順次挿通
することもできる。

さらに、本発明の三次元多軸織物複合材料の製造装置は
、同一方向に向けた繊維束をマトリックスにより結合し
たロッドの多数を経方向ロッド群として平行状態に保持
するだめの保持手段、及び上記経方向ロッド群に対して
交差する少なくとも複数ｍ緯方向にＲ置され、多数のロ
ッドを平行状態に保持して、それらを上記経方向ロッド
群におけるロッド間に押圧挿入するロッド押圧機構が設
けられているロッド挿入手段を備えたことを特徴として
いる。この場合に、上記ロッド挿入手段としては、経方
向ロッド群の周囲に該ロッド群と相対回転可能に配置さ
れ、且つその経方向ロッド群の配向方向に対して傾斜可
能に設置されたロッド押圧機構を設けたものとすること
ができる。

［作　用］ 三次元多軸織物の製造に際し、上述のｍ離京をマトリッ
クスにより結合したロッドを用いると、その多数を平行
状態に配置したロッド群における各ロッドを、他の複数
軸方向のロッド間に容易に挿通することが可能になり、
そのためロッドの押圧挿入によって三次元織物を形成す
ることができる。また、その三次元織物を得るための装
置は、平行状態に配置した多数のロッドを他の複数軸方
向のロッド間に押圧挿入する機構を設ければよく、その
機構によるロッドの挿入方向を変え、あるいはその機構
の複数を設置することにより、織機を３他以上のロッド
配向が自由に設定された各種組織の三次元織物に対応さ
せることが可能になる。

さらに、繊維束をマトリックスにより結合したロッドを
用いて製織を行うので、繊維や糸の端部に耳を作る必要
がなく、耳を作るための機構も設置の必要がないので、
装置が単純化されている。

［実施例］ 本発明において三次元多軸織物複合材料の製造に用いる
繊維束は、予め多数の繊維を同一方向に向けた状態でマ
トリックスにより結合してロッド化し、それによって形
成されたロッドの状態で以下に説明する製織が行われる
。

上記ロッドを形成する繊維としては、例えば、炭素繊維
、７ラミド繊維、ガラス繊維等の高強度准維を用いるこ
とができ、また上記マトリックδとしては、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂
、アクリル樹脂、ナイロン、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂
、あるいは金属材料、セラミックス、ガラス等の無機質
材料を用いることができる。これらの樹脂等からなるマ
トリックスは、三次元多軸織物の製織に際し、加熱その
他の処理によって予め硬化させておくこともできるが、
製織に耐える程度の剛性を有していれば、半硬化または
未硬化の状態で製織を行うことができ、ざらにその状態
で剛性が不十分であれば、冷却その他の手段により製織
を行う間−時的に剛性を保持させることもできる。また
、三次元多軸織物複合材料をＣ／Ｃコンポジットによっ
て形成する場合には、マトリックスにより硬化させたロ
ッドを製織後に焼成すればよい。

第１〜３図は、上記ロッドを用いて三次元多軸織物複合
材料を製造する装置の一例を示している。この装置にお
いては、ａ枠１上に、上述したロッドｌＯの多数を経方
向ロッド群１１として所要間隔で平行状態に保持するた
めの保持手段２．多数のロユ・ドを平行状態に保持して
、それらを力。

ター装置４により所要長に切断しながら、ロッド押圧機
構５により上記経方向ロッド群１１におけるロッド１０
間に押圧挿入するように１．・たロット挿入手段３．及
びおさ打ち機構６を備えている。

上記経方向ロッド群１１の保持手段２としては、機枠Ｉ
Ｉど上下摺動自在の支持台１５を設けて、この支持台１
５上に回転可能に支持されたロッド保持盤１６に経方向
ロッド群１１を固定的に保持させる機構を用いている。

ロフト保持盤１６への経方向ロッド群１１の装τには１
例えばロッド保持ａ１６上に各ロッド１０の先端を圧入
する小穴１７を所要間隔で列設するとか、多数のロッド
１０を配列状態で保持する適宜チャックなどを用い、経
方向ロッド群１１の上端は１機枠１の上方に設けた案内
穴１８から適宜突出させる。

この支持台１５は、製織の進行に伴って下降させるもの
で、その上下摺動は、第２図に模式的に示すように、機
枠ｌ内に配設したモータ２０で、ベルト２１を介して、
支持台１５の一部に螺挿した送りねじ２２を回転させる
ことにより行われる。なお、機枠１にはこの支持台１５
の上下を案内する適宜のガイド２４が設けられる。

また、支持台１５上のロッド保持盤１Ｂを回転させるた
め、機枠ｌには、モータ３０でベルト３１を介して回転
せしめられるスプライン軸３２を支持台１５の移動方向
に向けて配設し、支持台１５上に、このスプライン軸３
２との間で回転は伝達されるが軸方向には自由に摺動す
るプーリー３４を回転自在に支持させ、このプーリー３
４からロッド保持盤１６の周囲に設けたプーリー３６に
ベルト３５を介して回転を伝達するように構成される。

一方、機枠ｌに設けた緯方向ロッドの挿入手段３は、平
行状態に保持した多数の長尺のロッド素材１２を所要の
長さに切断するカッター装置４．上記ロッド保持盤１６
に装着した経方向ロッド群１１の間に切断した緯方向ロ
ッド群Ｉ３を順次押圧挿入するロッド押圧機ａ５等を備
えている。

その構成を具体的に説明すると、機枠ｌに取付けられて
このロッド挿入手段３を支持するテーブル４０には、経
方向ロッド群１１の中心付近においてそのロッド群！１
の配向方向と直交する回転軸線のまわりに傾動可能な傾
動台４１を取付けている。この傾動台４１は、上記機枠
１に設けたモータ４２の駆動によりその傾斜角度が制御
されるものである。

上記傾動台４１上には、長尺のロッド素材！２の多数を
並列状態で送給する機構を備えると共に、それらのロッ
ド素材１２を切断するカッター装置４を備えたロッド案
内台４３が設けられ、このロフト案内台４３は、第１図
及び第３図かられかるように。

傾動台４１上にモータ４５，４Ｂで緯方向ロッド群！３
の挿入方向及びそれと直交する方向に移動可能に設置し
た駆動台４日に取付けられている。上記モータ４５．４
６は、ロッド保持盤１６に装着した経方向ロフト群１１
とロッド案内台４３との位置的関係を設定するだめのも
のである。

上記ロッド案内台４３上に設けられた一対の供給ローラ
５０，５０は、モータ５１による回転駆動により長尺の
ロッド素材１２の多数を並列状態で送給するものであり
、それによって所要位置まで供給されたロッド素材１２
は、カッター装置４により所要長に切断される。このカ
ッター装置４は、モータ５５により回転駆動されるカッ
ター５６を送り用モータ５７によってロッド素材１２の
送給方向と直交する方向に移動させ、それによって平行
状態に配列されたロッド素材１２を一挙に切断するもの
である。

カッター装置４により切断された緯方向ロッド群Ｉ３は
、モータ５１による一対の供給ローラ５０．５０の回転
により後続のロッド素材１２が送給されるとき、後続の
ロッド素材１２に押し出されて経方向ロンド群ＩＩ間に
押圧挿入され、従って上記モータ５１により駆動される
一対の供給ローラ５０．５０が、前述したロッド押圧機
構５を構成することになる。

また、第２図かられかるよ゛うに、機枠１には前記おさ
打ち機構６を設けている。このおさ打ち機構６は、おさ
打ちのために昇降させるおさ打ちテーブル６０を備え、
その昇降は１機枠１内に配設したモニタ６１で、ベルト
６２を介して、おさ打ちテーブル６０の一部に螺挿した
送りねじ６３を回転させることにより行われる。なお１
機枠Ｉにはこのおさ打ちテーブル６０の上下を案内する
適宜のガイド６５が設けられる。

また、おさ打ちテーブル６０上に支持させたおさ６６を
、前記支持台１５上に設けたロッド保持盤１Ｂと同期回
転させるため、おさ打ちテーブル６０上にプーリー６８
を回転自在に支持させ、このプーリー６８を、機枠ｌに
回転自在に支持させてモータ３０ｋ。

よりベルト３１を介して回転するようにした前記スプラ
イン軸３２上に配設して、このスプライン軸３２とプー
リー６８との間で回転は伝達されるが軸方向には自由に
摺動可能とし、さらに、このプーリー６８から、おさ打
ちテーブル６０に回転自在に支持されたおさ支持体８９
上のプーリー７０に、ベルト７１を介して回転を伝達す
るように構成している。

上記構成を有する三次元多軸織物複合材料の製造装置に
おいては、ｍ雑書をマトリックスにより結合してロッド
化し、それらのロッドの多数をロッド保Ｐ！盤Ｉ６に平
行状態に立設した経方向ｒ：１−。

ド群１１に対し、モータ５１による一対の供給ローラ５
０．５０の回転駆動により、カッター装置４で所要長に
切断された緯方向ロッド群１３を並列状態で送給して押
圧挿入し、さらに、モータ３０から、ベルト３１、スプ
ライン軸３２、プーリー３４及びプーリー３６等を介し
てロッド保持盤１６を必要角度だけ回転させて、上記緯
方向ロッド群１３の押圧挿入を繰返すと、少なくとも３
軸方向にロッド群を配向させた三次元多軸織物が形成さ
れる。

なお、こり製織に際しては、支持台１５を製織の進行に
伴って下降させ、経方向ロッド群１１における緯方向ロ
ッド群１３の挿入位置をテーブル４０で支持された緯方
向ロッド群１３を押圧挿入するためのロッド押圧機構５
に対応させる。また、必要に応じて、各緯方向ロッド群
１３の押圧挿入時におさ打ち機構６を動作させ、おさ打
ちを行う。

この製織に際し、経方向ロッド群１１の間に挿入した緯
方向ロッド群１３が製織途中で安定的に保持されない場
合には、経方向ロッド群１１の背後に保持板を配置し、
その保持板に緯方向ロッド群１３の各ロッド先端を押圧
挿入することによりそれらを保持する穴や溝を設ければ
よい。

なお、前述した各モータは、図示しない制御装置による
必要な制御のもとに、所要のタイミングで所要量だけ回
転せしめられることは勿論である。

この三次元多軸織物は、上述した製織の後に。

あるいは製織を行いながら、そのロッド自体のマトリッ
クス、または別途追加したマトリックス材料やその他の
接着剤等により、ロッド１ｏを相互を結合させ、それに
よって三次元多軸織物複合材料を得る。

上記三次元織物の製織に際し、経方向ａツド群１１に対
して複数軸緯方向から挿通する緯方向ロッド群１３は、
テーブル４ｏに取付けた傾動台４１を水平に保持して、
経方向ロー２ド群１１に対して直交する方向に挿入する
こともできるが、上記傾動台４１をモータ４２の駆動に
より所要の角度に傾斜させ、経方向ロッド群１１に対し
て一定の角度で挿入することもできる。その結果、ロッ
ド群を多軸方向に配向させた各種三次元多軸織物を得る
ことができる。また、経方向ロッド群Ｉ＋をロッド保持
盤１６に立設することなく、緯方向ロッド群１３のみを
それぞれ傾斜した多軸方向から交差させることによって
も三次元織物を得ることができる。

さらに、経方向ロッド群１１をロッド保持盤１６の周辺
部に−・定巾のリング状に立設し、それに挿入する緯方
向口、ト群１３の各ロッド長を適宜調整することにより
、三次元多軸織物を中空筒状に形成することもできる。

緯方向ロッド群１３の各ロッドを所要の長さに切断する
ためには、カッター装置４によるロッド素材１０の切断
に際して、カッター５６による切断位置からのロッド素
材１０の突出量を、そのロッド通路に出没するストッパ
ビン等により一時的に制限すればよい。

上記実施例においては、ロッド挿入手段３として、単一
のロッド押圧機構５を設けた場合を示しているが、この
ロッド押圧機構５は、上記経方向ロッド群１１に対して
交差する複数軸方向にそれぞれ設置することもでき、そ
れらによって同時に。

あるいは順次に、経方向ロッド群に対して緯方向ロッド
群１３を押圧挿入することができる。

また、上記実施例においては、ロッド保持盤１６の回転
により経方向ロッド群１１を逐次回転させながら、その
経方向ロッド群Ｉ＋に所定の方向から緯方向ロッド群１
３を挿入するようにしているが、逆に、固定的に配置し
た経方向ロッド群１１の周囲において緯方向ロッド群１
３を押圧挿入するロッド押圧機構５を回転させ、両者の
相対的位置関係を適切に保持して複数軸方向から緯方向
ロッド群を挿入することもできる。

さらに、上記支持台１５を製織の進行に伴って下降させ
ることなく、それを機枠１に固定的に設け、これに対し
て緯方向ロッド群１３を押圧挿入するためのロッド押圧
機構５を備えたロッド挿入手段３を支持するテーブル４
０を、製織の進行に伴って上昇させるようにしてもよい
。

また、上述したように、緯方向ロッド群！３のロットｌ
Ｏは、カンタ−装置４で切断しながら他のロッド群の間
に挿入することもできるが、それらを予め所要長に切断
しておき、それを適宜のロッド押圧機構で他のロッド群
の間に挿入することもできる。

このような三次元多軸織物複合材料の製造に際し、上述
の繊維束をマトリックスにより結合したロッドを用いる
と、その多数を平行状態に配置したロッド群における各
ロッドを、他の複数軸方向のコツト間に容易に挿通する
ことが可能になり、そのためロッドの押圧挿入によって
三次元織物を容易に形成することができる。また、その
三次元織物を得るための装置は、平行状態に配置した多
数のロッドを他の複数軸方向のロッド間に押圧挿入する
機構を設ければよく、その機構によるロッドの挿入方向
を変え、あるいはその機構の複数を設置することにより
、織機を３軸以上のロッド配向が自由に設定された各種
組織の三次元織物に対応させることが可能になる。さら
に　繊維束をマトリックスにより結合したロッドを用い
て製織を行うので、織物の端部に耳を作る必要がなく、
耳を作るための機構も設置の必要がないので、装置が単
純化される。

［発明の効果］ このような本発明の三次元多軸織物複合材料の製造方法
及びその装置によれば、三次元多軸織物複合材料におけ
る繊維や糸の配向を自由に設定できて、３軸以上の各種
構造を有する三次元多軸織物を容易に得ることができ、
しかも繊維や糸の端部に耳を作る煩雑さを解消すると共
に、耳を作るための機構により装置が複雑化するのを防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三次元多軸織物複合材料製造装置
の実施例を示す外観斜視図、第２図は上記装置の主要部
を展開状態で示す構成図、第３図は緯方向ロッド挿入手
段の構成例を示す分解斜視図である。 ２・・保持手段、　３・・ロッド挿入手段、５・・ロッ
ド押圧機構、ｌＯ・・ロッド１１・・経方向ロッド群。 １３＠・緯方向ロッド群 １６・・ロッド保持盤。 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．同一方向に向けた繊維束をマトリックスにより結合
   してロッド化し、それらのロッドの多数を平行状態に配
   置して、少なくとも３軸方向に配向させたロッド群にお
   ける各ロッドを、他の軸方向のロッド間に順次挿通し、
   上記マトリックス等によるそれらのロッドの結合により
   三次元多軸織物複合材料を得ることを特徴とする三次元
   多軸織物複合材料の製造方法。
2. ２．同一方向に向けた繊維束をマトリックスにより結合
   してロッド化し、それらのロッドの多数を平行状態に配
   置した経方向ロッド群に対し、他の複数軸緯方向に挿通
   する多数のロッドを各軸方向においてそれぞれ平行状態
   に配置して、この緯方向ロッド群と上記経方向ロッド群
   の相対的移動により、経方向ロッド群における各ロッド
   間に少なくとも複数軸方向から緯方向ロッド群を順次挿
   通し、上記マトリックス等によるそれらのロッドの結合
   により三次元多軸織物複合材料を得ることを特徴とする
   三次元多軸織物複合材料の製造方法。
3. ３．同一方向に向けた繊維束をマトリックスにより結合
   したロッドの多数を経方向ロッド群として平行状態に保
   持するための保持手段、及び上記経方向ロッド群に対し
   て交差する少なくとも複数軸緯方向に設置され、多数の
   ロッドを平行状態に保持して、それらを上記経方向ロッ
   ド群におけるロッド間に押圧挿入するロッド押圧機構が
   設けられているロッド挿入手段、 を備えたことを特徴とする三次元多軸織物複合材料の製
   造装置。
4. ４．同一方向に向けた繊維束をマトリックスにより結合
   したロッドの多数を経方向ロッド群として平行状態に保
   持するための保持手段、及び上記経方向ロッド群の周囲
   に該ロッド群と相対回転可能に配置され、且つその経方
   向ロッド群の配向方向に対して傾斜可能に設置され、多
   数の緯方向ロッドを平行状態に保持して、それらを上記
   経方向ロッド群におけるロッド間に押圧挿入するロッド
   押圧機構が設けられているロッド挿入手段、 を備えたことを特徴とする三次元多軸織物複合材料の製
   造装置。