JPH0345746A - 多軸配向三次元織物およびその製織方法 - 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） この発明は、繊維強化プラスチックスなどの繊維強化複
合材用として好適な多軸配向三次元織物（以下、単に「
三次元織物ｊという）およびその製織方法に関するもの
である。

（従来の技術） プラスチックや金属等からなる成形体の強化手段として
、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の耐熱性繊維から
なる糊Ｉ！構造体を基材として使用する複合化が行われ
ている。そして、上舵の繊維構造体として、多層に配列
された長さ方向のたて糸と、このたて糸間様に多層に配
列された幅方向のよこ糸と、上記のたて糸およびよこ糸
に対して垂直方向の接結糸とからなる三次元織物が知ら
れている（特公昭５１−１４６２４号公報、特開昭６１
−２９６１４３号公報、実開昭６２−７９９００号公報
等参照）。

一方、これらの三次元織物がたて糸、よこ糸および接結
糸を互いに交差させているのに対し、強化繊維の織物お
よび／または一方向プリプレグを多層に積層する際、そ
の繊維軸方向が所定角度ずつ１岨にずれるように積層し
、この積層体に多数本の強化繊維を上記積層面に垂直に
挿通することにより、長さ方向の強化線Ｉ！（たて糸）
に垂直な繊維層の繊維軸（よこ糸）が幅方向に対して傾
斜するようにしたものが特開昭６４−３３２６０号公報
に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、特公昭５１−１４６２４号公報、特開昭
６１−２９６１４３号公報、実開昭６２−７９９００号
公報等に開示された三次元織物は、たて糸、よこ糸およ
び接結糸が実質的に互いに直交し、強化方向が３軸方向
に限定されていた。また、特開昭６４−３３２６０号公
報に開示された繊維構造体は、多層の繊維積層体を２枚
の多孔板で挟み、一方の多孔板の孔から他方の多孔板の
孔へ中空の針状体を挿入し、この針状体に強化繊維を挿
通したのち針状体を引き抜くことによって製造されるの
で、製造に多くの時間を要し、かつ長い棒状体の製造が
困難であり、さらに針状体を挿入する際に針状体の先端
で８ＩＮ体の繊維を切断することがあった。なお、多軸
方向の積層構造を備えた三次元織物を補強基材とする複
合材料製ボルト（特願昭６３−１８３１３号明細書参照
）がこの発明の出願人によって先に提案さているが、こ
れは補強基材の製造が極めて非能率的であった。

この発明は、多段多列に配列された長さ方向の芯たて糸
と、この芯たて糸の列間に配列された接結たて糸と、上
記芯たて糸の間に挿入されたよこ糸とからなり、上記の
よご糸が幅方向および幅方向に対して斜めの方向や周方
向等任意の方向に配列されており、しかも織機によって
１ｉＩＸ！することができる三次元織物およびその製織
方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） この発明の三次元織物は、第１図に示すように、多段多
列に配列された長さ方向の芯たて糸ｌと、この芯たて糸
ｌの列間に配列された接結たて糸２と、上記芯たて糸１
の間に挿入されたよこ糸３とからなり、上記の接結たて
糸２が芯たて糸１の列間を上下に往復しながら長さ方向
に進んで芯たて糸！に垂直な多数の垂直糸Ｈ２＾を形成
し、この長さ方向に隣合う前後の垂直糸Ｆ！２＾の間で
上記よこ糸３が上記芯たて糸ｌの間に配列されて芯たて
糸ｌと交差状のよこ糸層を形成している三次元織物にお
いて、上記よこ糸層が、多段多列に並ぶ芯たて糸ｌの間
隙をよこ糸３が幅方向に往復しながら上下方向に進んで
形成する水平よこ糸ＷＪ３Ａと、多段多列に並ぶ芯たて
糸ｌの間隙をよこ糸３が段方向および列方向に対して斜
めの方向に往復しながら進んで形成する傾斜よこ糸Ｍ３
Ｂ、３Ｃとからなることを特徴とする。なお、芯たて糸
ｌを多段多列に配列するときの配列形状は、長方形、円
形、中空パイプ形、三角形、′ｒ字形、１字形、Ｕ字形
等の任意の形状を選択することができる。また、上記の
水平よこ糸層３Ａおよび（頃斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃ以外
に、多段多列に並ぶ芯たて糸ｌの外周および間隙によこ
糸３が上記外周と平行に、かつ同心状に配列された周方
向よこ糸層３Ｄ、３Ｅを付加することができる。

上記の多軸配向三次元織物を製織するこの発明の方法は
、多段多列に配列された長さ方向の芯たて糸ｌと、この
芯たて糸１の列間に配列された接結たて糸２と、上記芯
たて糸Ｉの間に挿入されたよこ糸３とからなる三次元織
物の８？織方法において（第２図参照）、上記接結たて
糸２を開口した状態下で上記芯たて糸１の開口運動をジ
ャカード装置で制御することにより、上記の多段多列に
並ぶ芯たて糸ｌを１段ずつ上昇または下降させながらよ
こ糸３を水平な段方向に挿入して該よこ糸３が最上段の
芯たて糸１の上面から最下段の芯たて糸ｌの下面まで蛇
行状に配列された水平よこ糸層３＾と、上記の多段多列
に並ぶ芯たて糸１を段方向および列方向に対して斜めの
ＩＮずつ順に上昇または下降させながらよこ糸３を挿入
して該よこ糸３が段方向および列方向に対して斜めの方
向の蛇行状に配列された傾斜よこ糸層３Ｂ、　３Ｃとを
形成し、しかるのち接結たて糸２に次の開口をさせて上
下の位置を交換させると共に接結たて糸２が芯たて糸ｌ
に垂直な平面に沿って互いに平行に並ぶ垂直糸層２Ａを
形成することを特徴とする。

上記の接結たて糸２は、芯たて糸１の列間ごとに配列す
ることが好ましい、そして、この接結たて糸２は、その
全数を１枚のベルト枠で同方向に昇降させてもよく、ま
た２枚のベルト枠を用いて隣接する２本の接結たて糸２
の一方を上昇させ、他方を下降させて開口することがで
きる。そして、上記のよこ糸３を挿入する際、全数の芯
たて糸１を一度に上下して左右交互によこ入れする工程
、および全数の芯たて糸ｌを上半部もしくは下半部の外
側層と残部とに二分して開口し、よこ入れする工程を含
めることにより、多段多列に並ぶ芯たて糸１の外周およ
び間隙によこ糸３が上記外周と平行に、かつ同心状に配
列された周方向よこ糸層３Ｄ、３Ｅを形成し、この周方
向よこ糸層３Ｄ、３Ｅを接結たて糸２からなる前後の垂
直糸層２Ａ、２八間に前記の水平よこ糸層３＾および傾
斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃと共に介在させることができる。

なお、上記の水平よこ糸Ｊｉ５３Ａ、傾斜よこ糸層３Ｂ
、　３Ｃおよび周方向よこ糸［３０，３Ｅの配列順序、
配列層数は、任意であり、目的に応じて適当に設定する
ことができる。

また、ヒロに挿入されたよこ糸３には、ヒロを閉じるこ
とにより、引戻し張力が働くので、使用するシャツトル
は、上記の張力を吸収するためのコンペセータを備えた
ものが好ましい。

（作用） この発明の三次元織物のよこ糸３は、よこ糸３が段方向
に向く水平よこ糸層３Ａと、よこ糸３が段方向に対して
傾斜する傾斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃとを形成するので、こ
の傾斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃを適当に選択してよこ糸３の
方向を種々の方向に向けることにより、複合材料に所望
の異方性や等方性を与えることができる０例えば、一つ
の傾斜よこ糸Ｍ３Ｂのよこ糸３を全て右上がりの４５度
に傾斜させ、他の一つの傾斜よこ糸層３Ｃのよこ糸３を
全て左上がりの４５度に傾斜させると、よこ糸３が形成
するもう一つの水平よこ糸Ｎ３＾ではよこ糸３が全て段
方向（幅方向）を向き、垂直糸層２＾の接結たて糸２が
全て上下方向を向くので、これら４枚のよこ糸層によっ
て三次元織物の横断面の等方性が得られる。そして、上
記の組合わせに追加して周方向よこ糸層３１．３Ｅを設
けた場合は、この周方向よこ糸層３Ｄ、３Ｅによって芯
たて糸ｌが集束され、−層堅固な三次元織物の繊維構造
体が得られる。

一方、この発明の三次元織物の製織方法は、上記の芯た
て糸１をジャカード装置によって１本ずつ制御するので
、多段多列の芯たて糸１を任意の断面形状に開口させる
ことができ、そのため、よこ糸３を挿入し、おさ打ちす
ることにより、よこ糸３が幅方向に対して任意角度傾斜
した傾斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃを形成して上記の三次元織
物を製造することができ、さらによこ糸３が周方向に、
かつ同心状に屈曲して配された周方向よこ糸層３Ｄ、３
Ｅを形成することができる。そして、接結たて糸２が形
成する前後の垂直糸層２Ａ間には幅方向のよこ糸３のみ
からなる水平よこ糸［３Ａが存在するので、前後の垂直
糸層２Ａ、２Ａ間の接結たて糸２の渡り部が水平よこ糸
層３へのよこ糸３に支えられ、上記渡り部が芯たて糸１
の列間に食い込むことなく接結たて糸２による締付けが
行われる。

（実施例） 第２図は、この発明の三次元織物を製織するのに適した
織機の一例を示す、この第２図において、１１は芯たて
糸１用の紋そうこうであり、上部は通糸を介してジャカ
ード装置に接続され、下端に矢金が吊り下げられ、芯た
て糸１の１本ごとに開口運動を制御するようになってい
る。また、１２は接結たて糸２用のベルト枠に取付けら
れたベルトであり、ドビーまたはタペットによって開口
運動を行い、前部のベルト１２が上方に位置するとき後
部のベルトｔ２が下方に位置し、水平よこ糸層３＾、傾
斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃおよび周方向よこ糸層３Ｄ、３Ｅ
の各層のよこ糸３が挿入されるごとに上下の位ｌを交換
する。また、１３はシャツトル、１４はおさである。

上記第２図の装置を用いて断面六角形の棒状の三次元織
物を製織する例を説明する。先ず、第３図（ａ）〜（ｄ
）に示すように、最下段から上段に向かって芯たて糸ｌ
を例えば４本、６本、８本、１０本、１０本、１０本、
１０本、８本、６本、４本の順に配列する。そして、第
２図に示すように接結たて糸２をベルト１２によって上
下に開き、シャツトル１３の通るヒロを形成した状態で
、芯たて糸１をジャカード装置で駆動して開口する。す
なわち、芯たて糸ｌを全て下方に位置させてよこ糸３を
シャツトル１３で左から右によこ入れして最上段の芯た
て糸ｌの上によこ糸３を這わせ（第３図（ａ）および第
１Ｏ図（ａ）参照）、次いで最上段の芯たて糸１を引上
げて右から左によこ入れし、最上段の芯たて糸ｌと２段
目の芯たて糸ｌとの間によこ糸３を挿入し、以下芯たて
糸１を１段ずつ引上げながらよこ糸３を左と右から交互
に挿入して第３図（ａ）の水平よこ糸層３＾を形成し、
しかるのち第２図のおさ１４を前進させておさ打ちを行
う。

上記のようにして水平よこ糸層３＾が形成されたとき、
芯たて糸１は、その全数が上方に移動し、シャツトル１
３は第３図の右方に位置している０次いで、多段多列に
並ぶ芯たて糸１のうち右下隅で右上がりに傾斜する４本
の芯たて糸１を下降させ、しかるのち右から左によこ入
れすることにより、右下隅で右上がりに傾斜する１列目
の芯たて糸１と２列目の芯たて糸ｌとの間によこ糸３が
挿入される（第３図（ｂ）および第１０図（ｂ）参照）
。続いて、この２列目の傾斜する芯たて糸Ｉを下降させ
て左から右へよこ入れすることにより、右下隅で１頃斜
する２列目の芯たて糸ｌと３列目の芯たて糸１との間に
よこ糸３が挿入される。以下、右−ヒがりに傾斜する芯
たて糸ｌの列を１列ずつ下降させながら左と右から交互
によこ入れすることによって第１の傾斜よこ糸層３Ｂが
形成される。

次に、第２図の接結たて糸２用のベルトＩ２を駆動し、
上下２段の接結たて糸２．２の位置を交換し、おさ１４
を前進させておさ打ちを行う、このとき芯たて糸ｌは、
その全数が下方に位置し、かつ上記の接結た°ζ糸２の
位置交換により第３図（ｃ）の垂直糸層２Ａが形成され
る。

この芯たて糸ｌの全数が下方に位置した状態で、右から
左によこ入れしたのち、多段多列に並ぶ芯たて糸ｌのう
ち右上隅で右下がりに傾斜する１列目の芯たて糸１を上
昇させて左から右によこ入れし、右上隅で傾斜する１列
目の芯たて糸１と２列目の芯たて糸ｌとの間によこ糸３
を挿入する。続いて、この２列目の芯たて糸Ｉを上昇さ
せて右から左によこ入れして２列目の芯たて糸ｌと３列
目の芯たて糸１との間によこ糸３を挿入する。以下、右
下がりにｆＩＪｌ斜する芯たて糸ｌの列を１列ずつ上昇
させながら左と右から交互によこ入れすることにより、
第２の傾斜よこ糸層３Ｃが形成される。

上記のように水平よこ糸層３Ａ、第１の傾斜よこ糸層３
Ｒ２垂直糸層２＾および第２の傾斜よこ糸層３Ｃを順に
繰り返し形成することにより、断面六角形の棒状の三次
元織物が製造される。なお、上記のよこ糸層３＾、３Ｂ
、３０等の配列順序、積層数は設計によって任意に変更
が可能であり、またよこ糸層として上記の水平よこ糸層
３Ａ、傾斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃ以外によこ糸３の傾斜角
度や挿入形状を異にする他のよこ糸層を設けることがで
きる。第４図は、よこ糸３を渦巻き状に挿入した例であ
り、第１１図（ａ）に示すように、全数の芯たて糸ｌの
上昇時、その下に右から左へよこ入れし、次いで全数の
芯たて糸ｌを下降させてその上に左から右へよこ入れし
、しかるのち第１２図（ｂ）に示すように、下半部外周
にＶ字形に並ぶ１２本の芯たて糸１を下方に残して残り
の芯たて糸１を上昇させ、右から左によこ入れし、続い
て二点鎖線４で囲まれた芯たて糸ｌを下降させることに
より、上記のよこ入れ直後のよこ糸３をＶ字形に屈面さ
せると共に、上半部外周に逆Ｖ字形に並ぶ１２本の芯た
て糸ｌの下にヒロを形成してこのヒロに左から右へよこ
入れし、以下同様にしてよこ糸３が渦巻き状に挿入され
た周方向よこ糸層３Ｄを得る。また第５図は、前記同様
の六角形状に並ぶ芯たて糸ｌの外側によこ糸３をＣ字形
に這わせ、次に最外側の芯たて糸ｌの内側に沿ってＣ字
形によこ糸３を這わせ、以下これを繰り返して大きさの
異なる同心のＣ字形によこ糸３を這わせて作った周方向
よこ糸層３Ｉ！を示す。

上記の断面六角形の棒状三次元織物を炭素繊維で製織し
、これに炭素源を含浸、炭化した後、ネジ切り加工を施
してボルトを作成した。得られたボルトは、ネジ山の先
端部まで補強用の炭素繊維が延在しているため、ネジ山
の欠損、破断、剥離等が生じることはなく、極めて頑強
であった。

第６図は、芯たて糸１を三角形状に配列し、この芯たて
糸１によこ糸３を右下がりの傾斜状に挿入して得られた
第１の傾斜よこ糸層３ｆｌと、芯たて糸１を右上がりの
（Ｉｑ斜状に挿入して得られた第２の傾斜よこ糸Ｊｌ’
Ｊ３Ｃとを重ねた状態を示す、また第７図は、上記の三
角形状に配列された芯たて糸ｌによご糸３を水平に挿入
して得られた水平よこ糸層３八と、多数本の接結たて糸
２の位置交換によって形成された垂直糸層２Ａとを重ね
た状態を示し、この水平よこ糸層３＾および垂直糸層２
＾を第６図の傾斜よこ糸層３Ｂ、３Ｃに重ねることによ
り、断面三角形の棒状の三次元織物が得られる。

第８図は、上記同様にして製織された断面丁字形の三次
元織物の断面を示し、丁字形に並ぶ芯たて糸ｌ、水平方
向のよこ糸３からなる水平よこ糸層３＾、右上がりのよ
こ糸３からなる第１の傾斜よこ糸ＪｉＷ３Ｂ、右下がり
のよこ糸３からなる第２の傾斜よこ糸層３Ｃおよび接結
たて糸２からなる垂直糸層２Ａによって形成される。ま
た第９図は、断面Ｉ字形の三次元織物の断面を示し、同
様に１字形に並ぶ芯たて糸ｌ、水平方向のよこ糸３から
なる水平よこ糸層３Ａ、右上がりのよこ糸３からなる第
１の傾斜よこ糸層３Ｂ、右下がりのよこ糸３からなる傾
斜よこ糸Ｊｔｉ３Ｃおよび接結たて糸２からなる垂直糸
層２＾によって形成される。

（発明の効果） 請求項１に記載の発明は、多段多列に配列された長さ方
向の芯たて糸と、この芯たて糸の列間に配列された接結
たて糸と、上記芯たて糸の間に挿入されたよこ糸とから
なる三次元織物において、接結たて糸によって垂直糸層
を等間隔に形成すると共に、この垂直糸層の間によこ糸
からなる水平よこ糸層および傾斜よこ糸層等の複数ｌｌ
類のよこ糸層を介在させたものであるから、傾斜よこ糸
層におけるよこ糸の方向や配設形状、総数等を任意に設
定することにより、三次元織物を多軸配向型とし、等方
性を一層高めることができ、かつ傾斜よこ糸層を形成す
るに当たり、段を形成する芯たて糸すなわち幅方向に並
ぶ芯たて糸の間によこ糸を挿入するので、ジャカード装
置を使用する請求項３に記載の発明によって容易に製織
することができ、従来、人手に頼っていた多軸配向の三
次元織物を能率よく、かつ均一な品質で製作することが
できる。また、織機に大きな改造を加えることなく製織
が可能であるため、投資額を少なくすることが可能であ
る。そして、請求項２に記載の発明は、上記のよこ糸層
として、多段多列に並ぶ芯たて糸の周方向と平行に、か
つ同心状にょこ糸層が配された周方向よこ糸層を備えて
いるので、上記芯たて糸の集束性を高めることができ、
−層高強度の補強基材が得られる。一方、請求項３に記
載の発明は、芯たて糸をジャカード装置によって１本ず
つ制御して開口するので、請求項１に記載の三次元織物
を容易に製織することができ、請求項４に記載の発明は
、請求項２に記載の三次元織物を同様に製織することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の三次元織物の一例を示す斜視図、
第２図は上記三次元織物の製織に適した織機の側面図、
第３図（ａ）〜（ｂ）は断面六角形の棒状の三次元織物
の断面図、第４図および第５図は断面六角形の棒状の三
次元織物における周方向よこ糸層を示す断面図、第６図
は断面三角形の三次元織物の傾斜よこ糸層を示す断面図
、第７図は上記断面三角形の三次元織物の垂直糸層およ
び水平よこ糸層を示す断面図、第８図は断面Ｔ゛字形三
次元織物の断面図、第９図は断面■字形三次元織物の断
面図、第１０図（ａ）は第３図（ａ）の水平よこ糸層の
製織法を示す断面図、第１Ｏ図（ｂ）は第３図（ｂ）の
傾斜よこ糸層の製織法を示す断面図、第１１図（ａ）お
よび第１１図（ｂ）は第４図の周方向よこ糸層の製織法
を示す断面図である。 ｌ：芯たて糸、２：接結たて糸、２Ａ：垂直糸層、３：
よこ糸、３Ａ：水平よこ糸層、３Ｂ、３Ｃ：傾斜よこ糸
層、３０．３Ｅ：周方向よこ糸層、ｌｌ：紋そうこう、
１２：ベルト、１３：シャツトル、１４：おさ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕多段多列に配列された長さ方向の芯たて糸と、こ
   の芯たて糸の列間に配列された接結たて糸と、上記芯た
   て糸の間に挿入されたよこ糸とからなり、上記の接結た
   て糸が芯たて糸の列間を上下に往復しながら長さ方向に
   進んで芯たて糸に垂直な多数の垂直糸層を形成し、この
   長さ方向に隣合う前後の垂直糸層の間で上記よこ糸が上
   記芯たて糸の間に配列されて芯たて糸と交差状のよこ糸
   層を形成している三次元織物において、上記よこ糸層が
   、多段多列に並ぶ芯たて糸の間隙をよこ糸が幅方向に往
   復しながら上下方向に進んで形成する水平よこ糸層と、
   多段多列に並ぶ芯たて糸の間隙をよこ糸が段方向および
   列方向に対して斜めの方向に往復しながら進んで形成す
   る傾斜よこ糸層とからなることを特徴とする多軸配向三
   次元織物。 〔２〕よこ糸層として、多段多列に並ぶ芯たて糸の外周
   および間隙によこ糸が上記外周と平行に、かつ同心状に
   配列されて形成する周方向よこ糸層が付加された請求項
   １記載の多軸配向三次元織物。 〔３〕多段多列に配列された長さ方向の芯たて糸と、こ
   の芯たて糸の列間に配列された接結たて糸と、上記芯た
   て糸の間に挿入されたよこ糸とからなる三次元織物の製
   織方法において、上記接結たて糸を開口した状態下で上
   記芯たて糸の開口運動をジャカード装置で制御すること
   により、上記の多段多列に並ぶ芯たて糸を１段ずつ上昇
   または下降させながらよこ糸を水平な段方向に挿入して
   該よこ糸が最上段の芯たて糸の上面から最下段の芯たて
   糸の下面まで蛇行状に配列された水平よこ糸層と、上記
   の多段多列に並ぶ芯たて糸を段方向および列方向に対し
   て斜めの１層ずつ順に上昇または下降させながらよこ糸
   を挿入して該よこ糸が段方向および列方向に対して斜め
   の方向の蛇行状に配列された傾斜よこ糸層とを形成し、
   しかるのち接結たて糸に次の開口をさせて上下の位置を
   交換させると共に接結たて糸が芯たて糸に垂直な平面に
   沿って互いに平行に並ぶ垂直糸層を形成することを特徴
   とする多軸配向三次元織物の製織方法。 〔４〕多段多列に並ぶ芯たて糸をジャカード装置で制御
   してよこ糸を挿入する際、全数の芯たて糸を上下して左
   右交互によこ入れする工程、および全数の芯たて糸を上
   半部もしくは下半部の外側層と残部とに二分して開口し
   、よこ入れする工程を含めることにより、多段多列に並
   ぶ芯たて糸の外周および間隙によこ糸が上記外周と平行
   に、かつ同心状に配された周方向よこ糸層を形成し、こ
   の周方向よこ糸層を接結たて糸からなる前後の垂直糸層
   間に水平よこ糸層および傾斜よこ糸層と共に介在させる
   請求項３記載の多軸配向三次元織物の製織方法。