JPH03287835A - 複合材料のための強化用三次元ベルト状織物 - Google Patents

複合材料のための強化用三次元ベルト状織物

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JPH03287835A
JPH03287835A JP8608790A JP8608790A JPH03287835A JP H03287835 A JPH03287835 A JP H03287835A JP 8608790 A JP8608790 A JP 8608790A JP 8608790 A JP8608790 A JP 8608790A JP H03287835 A JPH03287835 A JP H03287835A
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Masahiko Kanehara
雅彦 金原
Makoto Tsuzuki
誠 都築
Akihiko Machii
暁彦 町井
Kenji Fukuda
健二 福多
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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。

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型の断面を有するビーム状、上下面
の面部材の間に間隔保持用の面部材を挟んだ板状、ある
いは可撓性のあるベルト状の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らを製造するための
方法に関するものである。
[従来の技術1 本・発明者らは、先に特願平1−123954号によっ
てビーム状複合材料を製造するために用いる強化用の三
次元織物及びその製造方法を提案している。
この既提案の三次元織物は、従来の複合材料用の三次元
織物(例えば、特開昭62−117842号公報参昭)
が基本釣に平面状をなす織物の積層により形成されてい
るのに対し、曲げ荷重が作用する場合の主応力の方向ま
たはそれに近い方向(±15〜60°)に糸条を配向し
て、曲げ荷重に対する強度を有効に発揮するようにした
点において有利なものである。
しかしながら、上述したよりな糸条の配向では、三次元
織物の変形の許容度が大きく、特にビーム状の複合材料
の長手方向に外力が作用する場合などに対処して、効果
的に強度を補うと同時に変形を防ぐことが望まれる。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の技術的課題は、T型やT型の断面を有するビー
ム状複合材料、板状の複合材料、あるいは可撓性のある
ベルト状複合材料の強化用三次元織物において、長平方
向の必要な個所の強度を効果的に増大させて変形を防ぐ
ようにし、さらにそのような三次元織物を藺草に製織す
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、本発明の第1の強化用三次元
織物は、実質的にビーム状をなす構造材として形成され
、垂直方向に向いた第1の面部材と、その第1の面部材
に対して直交し且つ上記第1の面部材の長さ方向に伸び
る第2の面部材とを備え、両面部材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、これらの両面部材
を一体的に製織したビーム状の三次元織物であって、上
記三次元織物における第1及び第2の面部材は、三次元
織物の長さ方向に対して±15〜60°傾斜させて配向
した糸条によって製織し、且つ第2の面部材における全
体または一部には、ビーム状をなす三次元織物の長さ方
向に直線的に配向された芯糸を織り込んだことを特徴と
するものである。
また、本発明の第2の強化用三次元織物は、実質的に面
状をなす板状材として形成され、上下面を形成する面部
材と、それらの面部材に対して直交し且つ上記両面部材
間に挟まれる間隔保持用の面部材とを備え、各面部材に
少なくとも数層の平面状織物に相当する厚さをもたせ、
これらの面部材を一体的に製織した板状の三次元織物で
あって、上記三次元織物における各面部材は、板状をな
す三次元織物の面内において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によって製
織し、且つ上下面を形成する面部材の少なくとも一方に
、上記長さ方向に直線的に配向された芯糸を織り込んだ
ことを特徴とするものである。
さらに、本発明の第3の強化用三次元織物は、実質的に
ベルト状をなす可撓材として形成され、屈曲時に実質的
な伸縮がない中心的面部分と、その面部分の一例または
両側に添設された肉付は部分とを備え、全体として少な
くとも数層の平面状織物に相当する厚さをもたせ、それ
を一体的に製織したベルト状の三次元織物であって、上
記三次元織物における一体化された両部分は、三次元織
物の長さ方向に対して±15〜60°傾斜させて配向し
た糸条によって製織し、且つ中心的面部材には三次元織
物の長さ方向に直線的に配向された芯糸を織り込んだこ
とを特徴とするものである。
方、これらの強化用三次元織物を製造するための本発明
の方法は、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、互いに隣接させて多数行多数列に
配列し、隣接する各ロータの四周に設けた凹部間に、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
繰退すことにより、ビーム状、板状あるいはベルト状の
三次元織物を製織するに際し、上記ロータの中心部分か
ら三次元織物の長さ方向に芯糸を導出し、さらに、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、糸条を±15〜60゜イψ
糾させ且つ補強を必要とする部分に芯糸を挿通した三次
元織物を製織することを特徴とするものである。
[作 用1 一般的に、ビーム状材料等においては、曲げ荷重が作用
した場合、ビームの長さ方向に対して±15〜60°程
度の方向に王応力が作用する。従って、複合材料を構成
する三次元織物において、それを構成する各糸条を±1
5〜60°傾斜させてお(と、各糸条が複合材料の強度
を高めるために有効に作用する。
しかも、上記三次元織物において、強度を必要とする方
向に芯糸を配向させ、その芯糸を織り込んでおくと、そ
の必要個所の強度を効果的に増大させて、外力による変
形を防ぐことが可能になる。
また、上記三次元織物の製織に際しては、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、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9
0°または180°回転させ、これを順次繰り返すが、
その際に、上記ロータの中心部分から三次元織物の長さ
方向に芯糸を導出しておくだけの簡単な手段で、補強を
必要とする部分に上記芯糸を挿通した三次元織物を製織
することが可能である。
この製織においては、筬打ちの程度と製織した三次元織
物の導出速度を調整することにより、糸条の傾斜角度を
調整することが可能である。
[実施例] 第1図 tAl〜tc+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、構造材として用いる断面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1は1通常の
T型ビームの外力の作用方向である垂直方向に向けて配
置される第1の面部材1aと、その面部材1aに対して
直交し且つ上記第1の面部材の長さ方向に伸びる第2の
面部材1bとを備え、両面部材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、これら
の両面部材1a、 lbが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の面部材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。
また、上記第2の面部材1bには、ビーム状をなす三次
元織物の長さ方向に直線的に配向された芯糸3を織り込
んでいる。この芯糸3は、第2の面部材1bの全体また
は一部に織り込むことができ例えば三次元織物の断面形
状がT型の場合には、一方の第2の面部材1bのみに織
り込むこともできる。
第1区 fA]〜(C)及び第2図においては、三次元
織物における糸条2a、 2b及び芯糸3の織込み態様
を示しているが、理解を容易にするために、その一部の
糸条のみについて、互いに直交する3方向から見た状態
及び斜視状態を示している(第2区では芯糸を省略)。
この三次元織物を構成する多数の糸条2a、 2a、・
・及び2b、 2b、・・は、後述する方法で、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
れによって三次元織物が製織される。なお、第1図fA
l fc)及び第2図中に記入した丸付きの数字は、相
互に対応位宜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1内の上記糸条2a
は、第1の面部材1aにおいて三次元織物の長さ方向に
対して±15〜60°傾斜させ、また第2の面部材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の面部材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区 fAl〜tc+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の面部材11aと、それに
対して直交する第2の面部材11bとを備え、両面部材
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、この両面部材11a、llbが一体
的に製織されている。
また、上記第2の面部材11bには、ビーム状をなす三
次元織物の長さ方向に直線的に配向された芯糸13を織
り込んでいる。この芯糸13は、第1実施例と同様に、
第2の面部材11bの全体または一部に織り込むことが
できる。
第3図 fA1〜(C)は上記第1図 fA)〜tc+
 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。この三次元織物を構成する他の糸条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、それによって三次元織物が製織さ
れる。
この第2実施例におけるビーム状部材ll内の各糸条1
2,12.・・は、第1の面部材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±15〜60
”傾斜させ、且つ第2の面部材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の面部材1a、llaにおいて、ビームの長さ方向
に対し±45″を中心として±15〜60’程度の方向
に主応力が作用するが、上述した第1及び第2実施例の
三次元織物の第1の面部材においては、糸条2a、 1
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一方向に連続させ
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、第2の面部材1b、l
lbにおける全体または一部には、三次元織物の長さ方
向に直線的に配向された芯糸3,13を織り込んでいる
ので、その部分での伸縮が拘束される。
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区及び第6図は、第3図 fA)〜+C+及び第4
図によって説明した組織を有し、断面I型に形成したビ
ーム状三次元織物20の外しを例示したものである。第
5図の例では、垂直な第1の面部材21の上下に連接し
た第2の面部材22.22にそれぞれ芯糸23を低密度
で織り込んでいるが、これをさらに高密度に織り込むこ
ともでき、このような構成は、上下の第2の面部材22
.22の変形を芯糸23により拘束するので、湾曲を望
まない部分での使用に有利である。また、第6区の例で
は、第1の面部材26に連なる一方の第2の面部材27
aのみに高密度で芯糸28を織り込んだ場合を示してい
るが、このような三次元織物25は、芯糸28を織り込
んでいない第2面部材27bを他の適宜部材に接合して
その補強に利用することができ、この場合に、その主&
合すべき第2の面部材27bに芯糸28がないため、そ
れ自体の変形が容易であるばかりでなく、予め補強対象
物の形状に合せて不等断面に製織することもできるので
、第2の面部材27bを容易に補強対象物形状に適合さ
せることができる。
次に、第7図ないし第9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。
上述したビーム状三次元織物を製織するに際しては、第
7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31によって、図示しないボビンを支承する糸
条キャリア32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33を製織するも
のである。
上記キャリア駆動ユニット31は、第8区に示すような
ロータ34を備えている。このロータ34は、隣接する
ロータとの間に糸条キャリア32を挟持するもので、そ
の四周に糸条キャリア32を挟持するための凹部35を
設け、これらの凹部35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34,
34の一方が回転するときに、他方のロータの凹部35
を糸条キャリア32のガイドとして機能させるようにし
て、各ロータ34を互いに密に隣接させ、糸条キャリア
32の移動域に複数行、複数列に配列させている。また
、各ロータ34の中心の回転軸36には、その中心を貫
通する芯糸挿通孔37を設け、この挿通孔37を通して
三次元織物の補強を必要とする部分に芯糸28を導出す
るようにしている。
上記芯糸28は、例えばロータの中心にボビン等を配設
して、そこから導出することもでき、さらにロータの中
心に張力付与装置を介して取付けるようにしてもよい。
なお、第7図において、39は糸条キャリア32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34間に挟持される糸条キャリア
32は、隣接する一対のロータ34の凹部35に適合す
る二つの円筒面41.41で形成された保持部40を@
^、それにボビンの支持軸42を立設したものである。
上述したロータ34を備えた多数の駆動ユニット31に
よって糸条キャリア32を駆動するに際して上記糸条キ
ャリア32は、第7図に示すように、その移動域におい
て、ビーム状の三次元織物25の第1の面部材26と第
2の面部材27a、 27bとを一体化した断面形状に
適合させて配列させる。なお、第7図では、第6図に示
すような断面形状のビーム状三次元織物25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34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9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34にそれぞ
れ同一方向の90°または180@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
9区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、斜線のないロータを
1反時計方向に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2群と呼ぶ。)
とする。
製織は、一つの群のロータ34を非回転の固定ガイドと
して、使の群を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 18
0°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9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180°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、例えば、第7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90°回転
させた場合、第5図に示すような外観の三次元織物20
を得ることができ、この場合には第3図 iA)〜tC
)及び第4図によって説明したような組織になる。
一方、第1群及び第2群のロータをそれぞれ180°回
転させた場合には、第1図 (A)〜fcl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。
第10図は、上述した方法によって製織した板状の三次
元織物50を示している。この三次元織物50は、実質
的に面状をなす板状材として形成され、上下面を形成す
る面部材51.51と、それらの面部材51.51に対
して直交し且つ上記両面部材51.51間に挟まれる蜂
の巣状の間隔保持用面部材52とを備え、各面部材に少
なくとも数層の手工状織物に相当する厚さをもたせ、こ
れらの面部材を一体的に製織している。
この三次元織物50における各面部材51.52は、第
1区ないし第4図において説明したように、板状をなす
三次元織物50の面内において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によって
製織し、且つ上下面を形成する面部材51.51におけ
る変形をおさえたい方向に、直線的に配向された芯糸5
3を織り込んでいる。
このような三次元織物は、第7図に示すような製織装置
において、間隔保持用の面部材52の製織域を複数設け
ると同時にそれらを製織の進行に伴って横移動させるこ
とによって得ることができる。
第11区fA) (Blは上記方法によって製織したベ
ルト状の三次元織物を示している。同図+AIの三次元
織物は平ベルト状、同図(B)の織物は■ベルト状をな
す可撓材として形成したものであり、これらの強化用三
次元織物60.65は、屈曲時に実質的な伸縮がないピ
ッチ円に相当する中心的面部分61.66 と、その面
部分51.66の一側または両側に添設された肉付は部
分62.67とを備え、全体として少なくとも数層の平
面状織物に相当する厚さをもたせ、それを一体的に製織
している。
これらのベルト状三次元織物60.65における一体化
された中心的面部分61.66及び肉付は部分62.6
7は、第1図ないし第4図において説明したように、三
次元織物の長さ方向に対して±15〜60°傾斜させて
配向した糸条によって製織し、且つ中心的面部分61.
66には三次元織物の長さ方向に直線的に配向された芯
糸63,68を織り込んでいる。
このようなベルト状の三次元織物6065においては、
ピッチ円に相当する中心的面部分61.66に芯糸63
,68を配しているので、その部分における伸びを無く
すことができ、しかも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によって可撓性と
同時に必要な強度を与えることができる。
[発明の効果] 以上に詳述した本発明によれば、■型やT型の断面を有
するビーム状複合材料、板状の複合材料、あるいは可撓
性のあるベルト状複合材料の強化用三次元織物において
、長手方向の必要な個所の強度を効果的に増大させて変
形を防ぐようにし、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ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図 fAi〜tc+ 及び第2区は、本発明に係る
ビーム状複合材料のための三次元織物の第1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3図 (A+〜fc)及び第4図
は同第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区及び第6
図は、上記第2実施例の組織を有し、断面■型に形成し
たビーム状三次元織物の異種実施例の外観を示す斜視図
、第7区は上記ビーム状三次元織物の製織状態を示す斜
視図、第8区はそのキャリア駆動機構の詳細を示す要部
斜視図、第9図はロータの回転駆動の態様に関する説明
図、第10図は板状の三次元織物の一部破断斜視図、第
11図tAl tB+はベルト状の三次元織物の異種実
施例の斜視図である。 1.11・・ビーム状部材、 la、 lla、 21.26・・第1の面部材、lb
、llb、22.27a、27b ・・第2の面部材、
2a、2b、12.33  ・・糸条、3.13,23
,28,53,63.68 ・・芯糸、20、25.5
0.60.65・・三次元織物、32・・糸条キャリア
、34・・ロータ、35・・凹部、    51・・上
下の面部材、52・・間隔保持用面部材、 61.66 ・・中心的面部分、 62、67  ・・肉付け部分。 第 7 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、実質的にビーム状をなす構造材として形成され、垂
    直方向に向いた第1の面部材と、その第1の面部材に対
    して直交し且つ上記第1の面部材の長さ方向に伸びる第
    2の面部材とを備え、両面部材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、これらの両面部材を一
    体的に製織したビーム状の三次元織物であって、 上記三次元織物における第1及び第2の面部材は、三次
    元織物の長さ方向に対して±15〜60°傾斜させて配
    向した糸条によって製織し、且つ第2の面部材における
    全体または一部には、ビーム状をなす三次元織物の長さ
    方向に直線的に配向された芯糸を織り込んだ、 ことを特徴とする複合材料のための強化用三次元織物。 2、実質的に面状をなす板状材として形成され、上下面
    を形成する面部材と、それらの面部材に対して直交し且
    つ上記両面部材間に挟まれる間隔保持用の面部材とを備
    え、各面部材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、これらの面部材を一体的に製織した板状
    の三次元織物であって、 上記三次元織物における各面部材は、板状をなす三次元
    織物の面内において三次元織物の長さ方向に対して±1
    5〜60°傾斜させて配向した糸条によつて製織し、且
    つ上下面を形成する面部材の少なくとも一方に、上記強
    度を必要とする方向に直線的に配向された芯糸を織り込
    んだ、 ことを特徴とする複合材料のための強化用三次元織物。 3、実質的にベルト状をなす可撓材として形成され、屈
    曲時に実質的な伸縮がない中心的面部分と、その面部分
    の一側または両側に添設された肉付け部分とを備え、全
    体として少なくとも数層の平面状織物に相当する厚さを
    もたせ、それを一体的に製織したベルト状の三次元織物
    であって、上記三次元織物における一体化された両部分
    は、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によって製織し、且つ中心的面部材
    には三次元織物の長さ方向に直線的に配向された芯糸を
    織り込んだ、 ことを特徴とする複合材料のための強化用三次元織物。 4、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、互いに隣接させて多数行多数列に配列し
    、隣接する各ロータの四周に設けた凹部間に、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、ビーム状、板状あるいはベルト状の三次元
    織物を製織するに際し、 上記ロータの中心部分から三次元織物の長さ方向に芯糸
    を導出し、 さらに、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、糸条を±15〜60°
    傾斜させ且つ補強を必要とする部分に芯糸を挿通した三
    次元織物を製織する、 ことを特徴とする複合材料のための強化用三次元織物の
    製造方法。
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