JPH0627395B2 - 複合材料のための強化用三次元ベルト状織物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、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ベルト状織物に関するもの
である。

［従来の技術］ 本発明者らは、先に特開平2-307949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号公報参照）が基本的
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、複合材料に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
点において有利なものである。

しかしながら、三次元織物をベルト状複合材料の強化用
として用いる場合には、上述したような糸条の配向で
は、特に三次元織物の伸縮の許容度が大きく、ベルト状
複合材料に長手方向の張力が作用した場合などに対処し
て、効果的に強度を補うと同時に伸縮その他の不必要な
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、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、曲げ荷重に対する強度を
有効に発揮させながら、必要な個所の長手方向の強度を
効果的に増大させ、複合材料の伸縮を防ぐことにある。

［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強化用三次元ベルト
状織物は、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、それを糸条により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、糸条を三次元織物の長さ方向に対
して±15〜60°傾斜させて配向し、且つ三次元織物の表
面で折り返すことによりベルトの長さ方向に連続するも
のとして製織し、上記中心的面部材には、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。

［作用］ 一般的に、ビーム状材料等に曲げ荷重を作用させた場
合、例えば上下のフランジ部の間をウエブ部で連結した
Ｉビームの場合には、両フランジ部に圧縮または引張り
応力が作用し、ウエブ部には長さ方向に対して±15〜60
°程度の方向に主応力が作用する。

しかし、ベルト状織物の場合は、このようなビーム材と
異なり、曲げ荷重に対して柔軟に曲がり、しかも引張り
応力に対して伸びが少ない構造が要求される。

長手方向に対して±15〜60°の方向に糸条を配向させた
芯糸のない既提案の三次元４軸織物（前記特開平2-3079
49号）は、引張り、圧縮に対して柔軟な構造をもつ反
面、斜め方向のずれの力である剪断応力に対し伸縮が小
さい特徴をもっている。これに対し、芯糸を入れた三次
元織物は、芯糸方向の引張り、圧縮に対して伸びが少な
く、剪断応力に対しても強いという特徴がある。

その引張り・圧縮に対する性質と剪断に対する性質は、
４軸方向の糸条と芯糸の割合、４軸方向の糸条の配向角
等の要因によって決定される。

前述したように、ビーム状材料は一般的に曲げ応力を受
ける材料として使用される場合が多く、そのフランジ部
には主に引張りまたは圧縮応力がかかり、ウエブの部分
は剪断力が作用するため、芯糸を通したフランジ部と芯
糸のないウエブの構成が極めて効果的なものとなる。

一方、ベルト状三次元織物は、長手方向の張力で力を伝
達すると共に、円形のプーリーに巻き付けてその摩擦力
により力を与えたり、円形のローラー等でガイドして長
さを調整したり、方向を変える目的で使用するために開
発されたものである。

ベルト断面の一定部位に芯糸を配置し、他の部分を三次
元４軸組織のままの織物を作り、樹脂、ゴム等で成形す
ると、芯糸を挿通した部分で張力を負担し、伸びが少な
く、しかも芯糸から離れた部分は円筒への巻き付けに対
して柔軟に変形すると共に、プーリーと接している部分
に糸条の折り返し部があるため、プーリーから効率よく
力をベルトへ引き出せると共に、内部の４軸組織を構成
する糸条がそれを芯糸へ伝える時に作用する剪断応力に
対して伸縮が少なく、ベルト状複合材料として効率のよ
い組織を得ることができ、そのため小さい断面積で大き
な力を伝えることができる。

［実施例］ 第１図(A)〜(C)及び第２図は、本発明に係る三次元ベル
ト状織物の第１実施例の組織を説明するためのもので、
ここでは、図示を簡単にすると同時に説明を容易にする
ため、断面Ｔ字形のベルト状織物を示している。この三
次元織物は、ベルト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ベルト状の部材１は、ベルト
の長さ方向に伸び、且つ通常の曲げ荷重の作用方向であ
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、これらの両面部材
1a,1bが一体的に製織されている。

また、上記第２の面部材1bには、ベルト状をなす三次元
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が、第１の面部
材1aの伸びる面内で湾曲した場合においても伸縮がない
部分（ピッチ円に相当する中心的面部分）に織り込まれ
るものである。

第１図(A)〜(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図では芯糸を省略）。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(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ベルト状部材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,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、ベルト状部材１の表面で折り返
すことにより、ベルト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ベルト状
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、この両面部材11a,11b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、ベルト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。

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実施例におけるベルト状部材11内の各糸条12,1
2・・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、ベルト状
部材11の表面で折り返すことにより、ベルトの長さ方向
に連続するものとして、相互に製織している。

長尺の材料では、曲げ荷重が作用した場合、上述した第
１の面部材1a,11aにおいて、部材の長さ方向に対し±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実施例の三次元ベルト状織
物の第１の面部材においては、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、それらをベルト
の長さ方向に連続させることにより、各糸条がベルト状
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,11bに三次元織物の長さ方向に直線
的に配向された芯糸3,13を織り込むことにより、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図及び第６図は、上述した組織により構成する三次
元ベルト状織物20の外観を例示したものである。第５図
の三次元織物は平ベルト状、第６図の織物はＶベルト状
をなすものとして形成したものであり、これらの強化用
三次元織物20,25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21,26と、その面部分21,26
の一側または両側に添設された肉付け部分22,27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20,25における一体化され
た中心的面部分21,26及び肉付け部分22,27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21,26には三次元織物の長
さ方向に直線的に配向された芯糸23,28を織り込んでい
る。

このようなベルト状の三次元織物20,25においては、ピ
ッチ円に相当する中心的面部分21,26に芯糸23,28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。

次に、第７図ないし第９図に基づいて、上記第６図のベ
ルト状三次元織物を製織する方法について説明する。

上述したベルト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図に示すようなロ
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を備え、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、ベ
ルト状の三次元織物25の断面形状に適合させて配列させ
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34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３図(A)〜(C)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)〜(C)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。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明によれば、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、曲げ荷重に対す
る強度を有効に発揮させながら、必要な個所の長手方向
の強度を効果的に増大させ、複合材料の伸縮を防ぐこと
ができ、しかも容易に製織可能な三次元ベルト状織物を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図(A)〜(C)及び第２図は、本発明に係るベルト状複
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)〜(C)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図及び第６図は本発明のベルト
状三次元織物の異種実施例を示す一部破断斜視図、第７
図は上記ベルト状三次元織物の製織状態を示す斜視図、
第８図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で
ある。 2a,2b,12,33……糸条、 3,13,23,28……芯糸、 20,25……三次元織物、 21,26……中心的面部分、 22,27……肉付け部分。

フロントページの続き (72)発明者 福多 健二 茨城県つくば市千現２丁目１番地６ 株式 会社スリーデイコンポリサーチ内 (56)参考文献 特開 昭63−120153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−21835（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−194145（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−307949（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−79900（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、それを糸条により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、糸条を
   三次元織物の長さ方向に対して±15〜60°傾斜させて配
   向し、且つ三次元織物の表面で折り返すことによりベル
   トの長さ方向に連続するものとして製織し、 上記中心的面部材には、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ベルト
   状織物。