JPH036270B2 - - Google Patents

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、従
つて、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配置して、少
なくとも３軸方向に配向させたロツド群における
各ロツドを、他の軸方向のロツド間に順次挿通
し、上記マトリツクス等によるそれらのロツドの
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、ロツドの多
数の平行状態に配置した経方向にロツド群に対
し、他の複数軸緯方向に挿通する多数のロツドを
各軸方向においてそれぞれ平行状態に配置し、経
方向ロツド群における各ロツド間に少なくとも複
数軸方向から緯方向ロツ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、及び
上記経方向ロツ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、多数のロツドを平行状
態に保持して、それらを上記経方向ロツド群にお
けるロツド間に押圧挿入するロツド押圧機構が設
けられているロツド挿入手段を備えたことを特徴
としている。この場合に、上記ロツド挿入手段と
しては、経方向ロツド群の周囲に該ロツド群と相
対回転可能に配置され、且つその経方向ロツド群
の配向方向に対して傾斜可能に設置されたロツド
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、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れておくことも
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１〜３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、及びおさ打ち機構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１７を所要間隔で列設するとか、多数のロツ
ド１０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、経方向ロツド群１１の中心付近にお
いてそのロツド群１１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を備えたロツド委内台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、傾動台４１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設置した駆動台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、機枠１内に配設
したモータ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、機枠１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上に設けたロツド保持
盤１６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、
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６
９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、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ロ
ツド保持盤１６に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
列状態で送給して押圧挿入し、さらに、モータ３
０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。

なお、この製織に際しては、支持台１５の製織
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。ま
た、必要に応じて、各緯方向ロツド群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、経方向ロツド群１１の間に挿
入した緯方向ロツド群１３が製織途中で安定的に
保持されない場合には、経方向ロツド群１１の背
後に保持板を配置し、その保持板に緯方向ロツド
群１３の各ロツ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
料を得る。

上記三次元織物の製織に際し、経方向ロツド群
１１に対して複数軸緯方向から挿通する緯方向ロ
ツド群１３は、テーブル４０に取付けた傾動台４
１を水平に保持して、経方向ロツド群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、経方向ロツド群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、ロツド
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、経方向ロツド群１１を
ロツド保持盤１６に立設することなく、緯方向ロ
ツド群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つても三次元織物を得ること
ができる。

さらに、経方向ロツド群１１をロツド保持盤１
６の周辺部に一定巾のリング状を立設し、それに
挿入する緯方向ロツド群１３の各ロツド長を適宜
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。緯方向ロツド群１３の
各ロツドを所要の長さに切断するためには、カツ
ター装置４によるロツド素材１０の切断に際し
て、カツター５６による切断位置からのロツド素
材１０の突出量を、そのロツド通路に出没するス
トツパピ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を備えたロツド挿入
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。

また、上述したように、緯方向ロツド群１３の
ロツド１０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
ツド押圧機構の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、
そのためロツドの挿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
を作ための機構も設置の必要がないので、装置が
単準化される。

［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、１０……ロツド、１１……経
方向ロツド群、１３……緯方向ロツド群、１６…
…ロツド保持盤。

Claims (1)

1. 【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
   させたロツド群における各ロツドを、他の軸方向
   のロツド間に順次挿通し、上記マトリツクス等に
   よるそれらのロツ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 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、それらのロツドの多数を
   平行状態に配置した経方向ロツド群に対し、他の
   複数軸緯方向に挿通する多数のロツドを各軸方向
   においてそれぞれ平行状態に配置して、この緯方
   向ロツド群と上記経方向ロツド群の相対的移動に
   より、経方向ロツド群における各ロツド間に少な
   くとも複数軸方向から緯方向ロツド群を順次挿通
   し、上記マトリツクス等によるそれらのロツドの
   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 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、及び 上記経方向ロツ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、多数のロツドを平行
   状態に保持して、それらを上記経方向ロツド群に
   おけるロツド間に押圧挿入するロツド押圧機構が
   設けられているロツド挿入手段、 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 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、及び 上記経方向ロツド群の周囲に該ロツド群と相対
   回転可能に配置され、且つその経方向ロツド群の
   配向方向に対して傾斜可能に設置され、多数の緯
   方向ロツドを平行状態に保持して、それらを上記
   経方向ロツド群におけるロツド間に押圧挿入する
   ロツド押圧機構が設けられているロツド挿入手
   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。