JPH0341585B2

JPH0341585B2 -

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Publication number: JPH0341585B2
Application number: JP63258549A
Authority: JP
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1991-06-24
Also published as: JPH02104742A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］ニーズに沿つ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、繊維や織物
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を基材とする複
合材料を製造する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
許第3955602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、それによつて製織される三次元織物の繊維や
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、通
常は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。そのため、繊維配向の最適化を実
現できるようにした三次元多軸織物を製造する技
術の開発が望まれている。

また、従来、三次元織物をマトリツクスで結合
することにより複合材料を成形する場合には、予
め三次元織物の製織を行つた後に、その繊維や繊
維束間にマトリツクスを充填し、このマトリツク
スの硬化によつて上記繊維や繊維束を結合してい
るのが通例である。しかしながら、このような方
法によつて複合材料を形成すると、マトリツクス
全体を均一に硬化させることが困難である。即
ち、例えば、マトリツクスを加熱または冷却する
場合に複合材料の周辺部と中心部の温度を均等化
することは非常に困難であり、またマトリツクス
の硬化に際して複合材料内部で熱が発生するよう
な場合には、複合材料の中心部分の熱が散逸し難
く、全体的に温度が不均一になり、それに伴う硬
化収縮や熱歪により硬化したマトリツクス中に多
数のクラツクが発生するという問題があつた。

［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複合
材料を容易に得ることができ、しかもその複合材
料の製造に際して、上記クラツクが発生するのを
防止し、それによつて強度の低下のない三次元多
軸織物を基材とする複合材料を製造することにあ
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複合材料の
製造方法は、同一方向に向けた繊維束をマトリツ
クスにより結合してロツド化し、それらのロツド
を用いて三次元多軸織物を製織するに際し、上記
ロツドの織り込みを行いながら逐次そのロツドの
マトリツクスを成形することを特徴とするもので
ある。この場合に、マトリツクスの成形を筬によ
つて製織と同時に行うことができる。

また、本発明の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ツクスにより結合した
ロツドの多数を経方向ロツド群として平行状態に
保持するための保持手段、上記経方向ロツド群に
おけるロツド間に、その経方向ロツド群に対して
直交する少なくとも複数軸方向から多数のロツド
を平行状態に保持して押圧挿入するロツド押圧機
構が設けられたロツド挿入手段、及び上記ロツド
挿入手段により経方向ロツド群に対して挿入され
たロツドを逐次硬化成形する手段を備えたことを
特徴としている。この場合に、ロツドを逐次硬化
成形する手段として、製織のための筬にロツドを
加熱する手段を付設することができる。

［作用］三次元多軸織物を基材とする複合材料の製造に
際し、上述の繊維束をマトリツクスにより結合し
たロツドを用いると、その多数を平行状態に配置
したロツド群における各ロツドを、他の複数軸方
向のロツド間に押圧挿通することによつて繊維や
繊維束を三次元配列させることができ、通常の三
次元織物のように、繊維や糸の端部に耳を作る必
要がない。また、その複合材料を得るための装置
は、平行状態に配置した多数のロツドを他の複数
軸方向のロツド間に押圧挿入する機構を設ければ
よく、その機構によるロツドの挿入方向を適宜変
更することにより、３軸以上のロツド配向が自由
に設定された各種組織の三次元織物複合材料を得
ることが可能になり、ニーズに応じた繊維配向の
最適化を実現することが可能になる。

また、上記ロツドを用いて三次元多軸織物を製
織するに際し、ロツドの織り込みを行いながら逐
次そのロツドのマトリツクスを筬等によつて加熱
成形するようにしているので、予め三次元織物の
製織を行つた後にマトリツクスを充填、硬化させ
る場合のように、熱歪によりマトリツクス中に多
数のクラツクが発生するのを防止し、均質で強度
のある複合材料が得られる。

［実施例］本発明において三次元多軸織物の製造に用いる
繊維束は、予め多数の繊維を同一方向に向けた状
態でマトリツクスにより結合してロツド化し、そ
れによつて形成されたロツドの状態で以下に説明
する製織が行われる。

上記ロツドを形成する繊維としては、例えば、
炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等の高強度
繊維を用いることができ、また上記マトリツクス
としては、エポキシ樹脂、フエノール樹脂等の熱
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、セラミツクス、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
リツクスは、三次元多軸織物の製織に際し、加熱
その他の処理によつ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、さ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一時的
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コンポジツトによつて
形成する場合には、マトリツクスにより硬化させ
たロツドを製織後に焼成すればよい。

第１図ないし第３図は、上記ロツドを用いて三
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、機枠１上に、上
述したロツド１０の多数を経方向ロツド群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、多数のロツドを平行状態に保持して、それ
らをカツター装置４により所要長に切断しなが
ら、ロツド押圧機構５により上記経方向ロツド群
１１におけるロツド１０間に押圧挿入するように
したロツド挿入手段３、及び筬打ち機構６を備え
ている。

上記経方向ロツド群１１の保持手段２として
は、機枠１に上下摺動自在の支持台１５を設け
て、この支持台１５上に回転可能に支持されたロ
ツド保持盤１６に経方向ロツド群１１を固定的に
保持させる機構を用いている。ロツド保持盤１６
への経方向ロツド群１１の装着には、例えばロツ
ド保持盤１６上に各ロツド１０の先端を圧入する
小穴を所要間隔で列設するとか、多数のロツド１
０を配列状態で保持する適宜チヤツクなどを用
い、経方向ロツド群１１の上端は、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、製織の進行に伴つて下降さ
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１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上のロツド保持盤１６を回転
させるため、機枠１には、モータ３０でベルト３
１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１
５上に、このスプライン軸３２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３
４を回転自在に支持させ、このプーリー３４から
ロツド保持盤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１に設けた緯方向ロツドの挿入手段
３は、平行状態に保持した多数の長尺のロツド素
材１２を所要の長さに切断するカツター装置４、
上記ロツド保持盤１６に装着した経方向ロツド群
１１の間に切断した緯方向ロツド群１３を順次押
圧挿入するロツド押圧機構５等を備えている。

その構成を具体的に説明すると、機枠１に取付
けられてこのロツド挿入手段３を支持するテーブ
ル４０には、長尺のロツド素材１２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
ツド素材１２を切断するカツター装置４を備えた
ロツド案内台４３が設けられ、このロツド案内台
４３は、第１図及び第３図からわかるように、テ
ーブル４０上にモータ４５，４６で緯方向ロツド
群１３の挿入方向及びそれと直交する方向に移動
可能に配置した駆動台４８に取付けられている。
上記モータ４５，４６は、ロツド保持盤１６に装
着した経方向ロツド群１１とロツド案内台４３と
の位置的関係を設定するためのものである。

上記ロツド案内台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
動により長尺のロツド素材１２の多数を並列状態
で送給するものであり、それによつて所要位置ま
で供給されたロツド素材１２は、カツター装置４
により所要長に切断される。このカツター装置４
は、モータ５５により回転駆動されるカツター５
６を送り用モータ５７によつてロツド素材１２の
送給方向と直交する方向に移動させ、それによつ
て平行状態に配列されたロツド素材１２を一挙に
切断するものである。

カツター装置４により切断された緯方向ロツド
群１３は、モータ５１による一対の供給ローラ５
０，５０の回転により後続のロツド素材１２が送
給されるとき、後続のロツド素材１２に押し出さ
れて経方向ロツド群１１間に押圧挿入され、従つ
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、前述したロツド押圧機構５を
構成することになる。

また、第２図からわかるように、機枠１には前
記筬打ち機構６を設けている。この筬打ち機構６
は、筬打ちのために昇降させる筬取付台６０を備
え、その昇降は、機枠１内に配設したモータ６１
で、ベルト６２を介して、筬取付台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、機枠１にはこの筬取付台６０の上
下を案内する適宜のガイド６５が設けられる。

また、筬取付台６０上に設けた筬６６を、前記
支持台１５上に設けたロツド保持盤１６と同期回
転させるため、筬取付台６０上に回転自在に支持
させたプーリー６８を、機枠１に回転自在に支持
させてモータ３０によりベルト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、また、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３４からロツド保持盤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。

上記筬６６は、それ自体を通電により発熱する
セラミツクス等により構成し、あるいは通常の筬
に適宜発熱体を取付けることにより構成したもの
で、製織のための筬打ちを行う際に、織り込んだ
ロツドをこの筬により逐次加熱し、そのロツド自
体のマトリツクス、または別途追加したマトリツ
クス材料やその他の接着剤等の加熱により、ロツ
ド１０を相互を結合させ、それによつて三次元多
軸織物複合材料が成形される。

なお、ロツドを逐次硬化成形する手段として、
上記筬にロツドを加熱する手段を付設する代り
に、経方向ロツド群１１の間に逐次織り込んだロ
ツドを加熱するための適宜手段、例えば赤外線加
熱装置等を機枠１に付設することもできる。上述
した発熱体を付設した筬６６を用いる場合には、
筬打ちを行う関係で緯方向ロツド群１３を経方向
ロツド群１１に対して垂直な多軸方向から挿入す
る必要があるが、上記赤外線加熱装置等を用いた
場合には、筬打ちを行わないため、ロツド挿入手
段３やカツター装置４を設けたロツド案内台４３
をテーブル４０に対し傾斜可能とし、緯方向ロツ
ド群１３を経方向ロツド群１１に対して適宜傾斜
させて挿入することが可能になり、ニーズに応じ
た繊維配向の最適化を実現することができる。

上記構成を有する複合材料の製造装置において
は、繊維束をマトリツクスにより結合してロツド
化し、それらのロツドの多数を平行状態に立設し
た経方向ロツド群１１に対し、モータ５１による
一対の供給ローラ５０，５０の回転駆動により、
カツター装置４で所要長に切断された緯方向ロツ
ド群１３を並列状態で押圧挿入し、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等を介してロツド保
持盤１６を必要角度だけ回転させて、上記緯方向
ロツド群１３の押圧挿入を繰返すと、少なくとも
３軸方向にロツド群を配向させた三次元多軸織物
が形成される。この場合に、モータ３０の回転に
ともなつて筬６６もロツド保持盤１６と同期回転
せしめられる。

なお、この製織に際しては、支持台１５を製織
の進行に伴つて下降させ、経方向ロツド群１１に
おける緯方向ロツド群１３の挿入位置をテーブル
４０で支持された緯方向ロツド群１３を押圧挿入
するためのロツド押圧機構５に対応させる。

上記筬打ち機構６は、各緯方向ロツド群１３の
押圧挿入時に逐次動作させ、筬打ちを行うもの
で、この筬打ちは、モータ６１で送りねじ６３を
回転させることにより筬取付台６０を降下させ、
織り込んだ緯方向ロツド群１３を筬取付台６０上
の筬６６で押圧することにより行われる。この筬
６６は、筬打ちに際してその発熱体に通電するこ
とにより、織り込んだロツドを逐次加熱し、それ
によつてマトリツクス等の成形が行われる。

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。

上記実施例においては、ロツド挿入手段３とし
て、単一のロツド押圧機構５を設けた場合を示し
ているが、このロツド押圧機構５は、上記経方向
ロツド群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、それらによつて同時
に、あるいは順次に、経方向ロツド群に対して緯
方向ロツド群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、ロツド保持盤１
６の回転により経方向ロツド群１１を逐次回転さ
せながら、その経方向ロツド群１１に所定の方向
から緯方向ロツド群１３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ツド群１
１の周囲において緯方向ロツド群１３を押圧挿入
するロツド押圧機構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
ロツド群を挿入することもできる。

さらに、上記支持台１５を製織の進行に伴つて
下降させることなく、それを機枠１に固定的に設
け、これに対してロツド挿入手段３を支持するテ
ーブル４０を、製織の進行に伴つて上昇させるよ
うにしてもよい。緯方向ロツド群１３のロツド１
０は、カツター装置４で切断しながら他のロツド
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、それを適宜のロツド押圧
機構で他のロツ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ツクスにより結合した
ロツドを用いると、その多数を平行状態に配置し
たロツド群における各ロツドを、他の複数軸方向
のロツド間に容易に挿通することが可能になり、
そのためロツドの押圧挿入によつて三次元織物を
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
数のロツドを他の複数軸方向のロツド間に押圧挿
入する機構を設ければよく、その機構によるロツ
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軸以上のロツド配
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
トリツクスにより結合したロツドを用いて製織を
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複合材料製造方法及びその
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複合材料を容易
に得ることができ、しかもその複合材料の成形に
際して前記クラツクが発生するのを防止し、それ
によつて強度の低下のない三次元多軸織物複合材
料を製造することができる。

【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
は緯方向ロツ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……ロツド挿入手段、５…
…ロツド押圧機構、６……筬打ち機構、１０……
ロツド、１１……経方向ロツド群、１３……緯方
向ロツド群、６６……筬。

Claims

【特許請求の範囲】１同一方向に向けた繊維束をマトリツクスによ
り結合してロツド化し、それらのロツドを用いて
三次元多軸織物を製織するに際し、上記ロツドの
織り込みを行いながら逐次そのロツドのマトリツ
クスを成形することを特徴とする三次元多軸織物
を基材とする複合材料の製造方法。２同一方向に向けた繊維束をマトリツクスによ
り結合してロツド化し、それらのロツドを用いて
三次元多軸織物を製織するに際し、筬によつて製
織と同時にマトリツクスの加熱成形を行うことを
特徴とする三次元多軸織物を基材とする複合材料
の製造方法。３同一方向に向けた繊維束をマトリツクスによ
り結合したロツドの多数を経方向ロツド群として
平行状態に保持するための保持手段、上記経方向ロツド群におけるロツド間に、その
経方向ロツド群に対して直交する少なくとも複数
軸方向から多数のロツドを平行状態に保持して押
圧挿入するロツド押圧機構が設けられたロツド挿
入手段、及び上記ロツド挿入手段により経方向ロツド群に対
して挿入されたロツドを逐次硬化成形する手段、
を備えたことを特徴とする三次元多軸織物を基材
とする複合材料の製造装置。４特許請求の範囲第３項記載の装置において、
製織のための筬を備え、ロツドを逐次硬化成形す
る手段として、上記筬にロツドを加熱する手段を
付設したことを特徴とする三次元多軸織物を基材
とする複合材料の製造装置。