JPH0379461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｉ型やＴ型等の断面を有するビーム
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、及びそれを製造する方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来から知られているＩ型やＴ型等の断面を有
するビーム状複合材料（例えば、特開昭62−
117842号参照）では、三差部を有する織物を一部
に用いているとしても、全体的には、平面状をな
す織物を積層し、それをＩ型やＴ型に接合するの
が通例である。

しかしながら、このような積層織物を用いた複
合材料では、外力が作用したとき、積層した平面
状の織物間において剥離が生じるという問題があ
る。

また、このようなＩ型、Ｔ型等の断面を有する
複合材料の強化用三次元織物を製造する場合に
は、一般的に、その三次元織物を構成する糸条
が、ビーム状をなす三次元織物の長さ方向及びそ
れと直交する方向に配向される。

しかしながら、曲げ荷重が作用するビーム状複
合材料において、それらの糸条の軸方向は、曲げ
荷重に対する寄与率に有効に作用しているとは言
えず、各糸条を適切な軸方向に配向することが望
まれている。

さらに、上述したように、糸条を適切な方向に
配向しようとすると、そのような製織を簡単に行
う技術の開発が必要になる。

［発明が解決しようとする課題］ Ｉ型やＴ型等の断面を有するビーム状複合材料
では、それに曲げ荷重が作用した場合、主応力が
複合材料の長さ方向（ビームの中立面）に対し
て、±45゜またはそれに近い方向に傾斜して作用す
る。また、塑性変形時の状態を観察すると、ほぼ
±45゜方向の歪模様を呈することから、その方向
に強化繊維を配列させることにより、複合材料の
強度を高めることが可能になる。

本発明の技術的課題は、このような観点から、
糸条を三次元織物の長さ方向に対して±45゜の方
向またはそれに近い方向（±15〜60゜）に配向し
て、曲げ荷重に対する強度を有効に発揮するよう
にした強化用三次元織物を得ることにあり、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織物
は、力の作用方向に向けて配置される第１の面部
分と、その面部分に対して直交する第２の面部分
とを備え、両面部分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、この両面部分をそれ
らの交差線の方向に伸ばしてなるビーム状の部材
を、両面部分が一体的に製織された三次元織物に
よつて構成している。

この三次元織物においては、少なくとも第１の
面部分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を織込み、第１及び
第２の面部分における他の糸条もそれと同程度に
傾斜させて配向し、あるいは、上記三次元織物を
構成する各糸条を、第１の面部分を構成する面内
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の面部分を構成する面内
においても同様に傾斜させて配向し、それらの各
糸条を織物表面で折り返すことにより、ビームの
長さ方向に連続させている。

また、本発明の三次元織物の製造方法は、隣接
するロータとの間に糸条キヤリアを挟持する多数
のロータを、互いに隣接させて配列し、各ロータ
の四周に凹部を設けて、隣接する多数のロータの
凹部間に、三次元織物の製織形状に対応する糸条
キヤリアを挟持させ、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
糸条キヤリアを移動させ、これを繰返すことによ
り三次元織物を製織するに際し、上記糸条キヤリ
アを、第１の面部分とその面部分に対して直交す
る第２の面部分とを一体化してなるビーム状の部
材の断面形状に適合させて配設し、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、少なくと
も第１の面部分内において糸条を三次元織物の長
さ方向に対して±15〜60゜傾斜させたビーム状三
次元織物を製織することを特徴とするものであ
る。

［作用］ 一般的に、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の面部分においてビーム
の長さ方向に対して±15〜60゜程度の方向に主応
力が作用する。上記ビーム状複合材料を構成する
三次元織物では、特に、上記第１の面部分におい
て三次元織物を構成する各糸条を±15〜60゜傾斜
させ、しかもそれらの各糸条を織物表面で折り返
すことによりビームの長さ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、平面状の織物を
積層した組織ではないので、層間における剥離と
いう問題もない。

また、上記三次元織物の製織に際しては、隣接
するロータとの間に糸条キヤリアを挟持する多数
のロータを２群に分け、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
90゜または180゜回転させ、これを順次繰り返す。
この製織においては、筬打ちの程度と巻取速度を
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。

このような方法によれば、両群のロータを順次
逆の方向に90゜または180゜回転させるという極め
て簡単な駆動制御で、しかも、製織しようとする
ビーム状の三次元織物の断面形状に応じて糸条キ
ヤリアを配設するだけで、簡単に所望の三次元織
物を製織することができる。

［実施例］ 第１図Ａ〜Ｃ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、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
に際してはマトリツ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、通常は鉛直方向であるところの外力の作用方
向に向けて配置される第１の面部分１ａと、その
面部分１ａに対して直交する第２の面部分１ｂと
を備え、両面部分１ａ，１ｂ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
部分１ａ，１ｂがそれらの交差線の方向に伸ばし
た状態にして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の面部分の単数または複数を適宜
連結したＩ型その他の断面形状に形成することが
できる。

第１図Ａ〜Ｃ及び第２図においては、理解を容
易にするため、上記三次元織物における適数の糸
条２ａ，２ｂの織込み態様のみを、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し
ている。この３次元織物を構成する多数の糸条２
ａ，２ａ，…及び２ｂ，２ｂ，…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、
それによつて３次元織物が製織される。なお、第
１図Ａ，Ｃ及び第２図中に記入した丸付きの数字
は、相互に対応位置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の面部分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の面部分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の面部分１
ａ，１ｂ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図Ａ〜Ｃ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の面部分
１１ａと、それに対して直交する第２の面部分１
１ｂとを備え、両面部分１１ａ，１１ｂ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、この両面部分１１ａ，１１ｂが一体的に製織
されている。

第３図Ａ〜Ｃは上記第１図Ａ〜Ｃ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３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、それによつて３次
元織物が製織される。

三次元織物を構成するビーム状部材１１内の各
糸条１２，１２，…は、第１の面部分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の面部分１１
ｂ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の面部分１ａ，１１ａ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ため、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
分において、糸条２ａ，１２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、平面状の織物を積
層した組織ではないので、層間における剥離とい
う問題もない。

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図は、第３図Ａ〜Ｃ及び第４図の組織を有
し、断面Ｉ型に形成したビーム状三次元織物２０
の外観を例示したものである。

次に、第６図ないし第８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。

第６図は、上記ビーム状三次元織物を製織する
状態を示し、第７図はそのキヤリア駆動機構の詳
細を示している。

上述したビーム状三次元織物を製織するに際し
ては、第６図に示すような製織装置が用いられ
る。この製織装置は、キヤリア軌道面に沿つて多
数配列したキヤリア駆動ユニツト２１によつて、
図示しないボビンを支承する糸条キヤリア２２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２３を製織するもので
ある。

上記キヤリア駆動ユニツト２１は、第７図に示
すようなロータ２４を備えている。このロータ２
４は、隣接するロータとの間に糸条キヤリア２２
を挟持するもので、その四周に糸条キヤリア２２
を挟持するための凹部２５を設け、これらの凹部
２５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２４，２４の
一方が回転するときに、他方のロータの凹部２５
を糸条キヤリア２２のガイドとして機能させるよ
うにして、各ロータ２４を互いに密に隣接させ、
糸条キヤリア２２の移動域に複数行、複数列に配
列させている。なお、第６図において、２６は糸
条キヤリア２２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２４間に挟持される糸条
キヤリア２２は、隣接する一対のロータ２４の凹
部２５に適合する二つの円筒面２８，２８で形成
された保持部２７を備え、それにボビンの支持軸
２９を立設したものである。

上述したロータ２４を備えた多数の駆動ユニツ
ト２１によつて糸条キヤリア２２を駆動するに際
し、上記糸条キヤリア２２は、第６図に示すよう
に、その移動域において、ビーム状部材の第１の
面部分１ａまたは１１ａと第２の面部分１ｂまた
は１１ｂとを一体化したビーム状部材１または１
１の断面形状に適合させて配列させる。第６図の
ロータ配列は、第５図に示すような断面形状のビ
ーム状三次元織物３０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２４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８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つ
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２４
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８図中で斜線を付したロー
タを、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、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
よつて行うものであり、第８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ヤリアの動きを
観察すると、90゜及び180゜のいずれの場合も、糸
条キヤリアの配列範囲内で、比較的単純な規則性
の下で糸条キヤリアが走行し、例えば、第８図に
おいて、隣接する各ロータ間にそれぞれ糸条キヤ
リア２２を支持させ、第１群及び第２群のロータ
をそれぞれ90゜回転させたときの各糸条キヤリア
２２の走行軌跡は、第９図Ａ〜Ｃに示すようにな
る。即ち、それらの図に示す曲線上の糸条キヤリ
ア２２は、順次その曲線に沿つて閉ループを形成
して移動することになる。第６図に示すようなロ
ータ配列によつて第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３次元織物２０を得ることができ、この場合
には第３図Ａ〜Ｃ及び第４図によつて説明したよ
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゜回転させたときの各糸条キヤリアの走行軌跡
は、第１０図Ａ〜Ｆに示すようになり、この場合
には第１図Ａ〜Ｃ及び第２図によつて説明したよ
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。

このような製織動作を行わせると、回転駆動す
るロータ２４の配列に応じたビーム状三次元織物
の製織が行われるが、その製織の間に、例えば第
１の面部分に対応するロータの位置を逐次変更し
ながら製織動作を継続することにより、三次元織
物の断面形状を逐次変化させることができる。

また、ロータ２４の中心に孔を設け、その孔を
通して固定糸（芯糸）を導出することにより、５
軸の三次元織物とすることもできる。この５軸の
三次元織物は、寸法安定性に優れている点で有利
なものである。

このような製織方法によれば、両群のロータを
順次逆の方向に90゜または180゜回転させるという
極めて簡単な駆動制御で、しかも、製織しようと
するビーム状の三次元織物の断面形状に応じて糸
条キヤリアを配設するだけで、簡単に所望の三次
元織物を製織することができる。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明によれば、曲げ荷重が作
用するビーム状複合材料内の主応力の方向または
それに近い方向に糸条を配向させて、曲げ荷重に
対して有効に対応させるようにした強化用三次元
織物を得ることができ、さらに、そのような三次
元織物を簡単に製織することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｃ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〜Ｃ及び第４図は第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図は上記第２実施例
の組織を有し、断面Ｉ型に形成したビーム状三次
元織物の外観を示す斜視図、第６図は上記ビーム
状三次元織物の製織状態を示す斜視図、第７図は
そのキヤリア駆動機構の詳細を示す斜視図、第８
図はロータの回転駆動の態様に関する説明図、第
９図Ａ〜Ｃは各ロータをそれぞれ90゜回転させた
ときの糸条キヤリアの走行軌跡についての説明
図、第１０図Ａ〜Ｆは各ロータをそれぞれ180゜回
転させたときの糸条キヤリアの走行軌跡の説明図
である。 １，１１……ビーム状部材、１ａ，１１ａ……
第１の面部分、１ｂ，１１ｂ……第２の面部分、
２ａ，２ｂ，１２，２３……糸条、２２……糸条
キヤリア、２０，３０……三次元織物、２４……
ロータ、２５……凹部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 力の作用方向に向けて配置される第１の面部
   分と、その面部分に対して直交する第２の面部分
   とを備え、両面部分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、この両面部分をそ
   れらの交差線の方向に伸ばしてなるビーム状の部
   材を、両面部分が一体的に製織された三次元織物
   によつて構成し、 上記三次元織物には、少なくとも第１の面部分
   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を織込み、第１及び第２の面
   部分における他の糸条もそれと同程度に傾斜させ
   て配向し、各糸条を織物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た、 ことを特徴とするビーム状複合材料のための強化
   用三次元織物。 ２ 力の作用方向に向けて配置される第１の面部
   分と、その面部分に対して直交する第２の面部分
   とを備え、両面部分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、この両面部分をそ
   れらの交差線の方向に伸ばしてなるビーム状の部
   材を、両面部分が一体的に製織された三次元織物
   によつて構成し、 上記三次元織物を構成する各糸条を、第１の面
   部分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
   分を構成する面内においても同様に傾斜させて配
   向し、各糸条を織物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た、 ことを特徴とするビーム状複合材料のための強化
   用三次元織物。 ３ 隣接するロータとの間に糸条キヤリアを挟持
   する多数のロータを、互いに隣接させて配列し、
   各ロータの四周に凹部を設けて、隣接する多数の
   ロータの凹部間に、三次元織物の製織形状に対応
   する糸条キヤリアを挟持させ、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
   ドとして糸条キヤリアを移動させ、これを繰返す
   ことにより三次元織物を製織するに際し、 上記糸条キヤリアを、第１の面部分とその面部
   分に対して直交する第２の面部分とを一体化して
   なるビーム状の部材の断面形状に適合させて配設
   し、 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、少な
   くとも第１の面部分内において糸条を三次元織物
   の長さ方向に対して±15〜60゜傾斜させたビーム
   状三次元織物を製織する、 ことを特徴とするビーム状複合材料のための強化
   用三次元織物の製造方法。