JPH0791743B2 - 三次元繊維構造体の製織方法および製織装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、従来のトーションレース方式による三次元製
織体の製織方法と製織装置の改良に関し、さらに詳しく
は製織効率の高い製織方法と、小型化及び低コスト化を
図った製織装置に関するものである。

［従来技術］ プラスチクあるいは金属の成形体の補強手段として炭素
繊維、ガラス繊維、あるいは金属繊維等が使用されてい
る。この従来の補強手段は補強繊維を平板状に積層した
いわゆるプリプレグを補強する材料、例えばプラスチッ
ク材料中に埋め込むものであった。しかし、この構造で
は三次元に繊維を配列することができないために大量の
補強繊維を使用することができないことや、平板状に配
列された繊維の層間の剪断強度が低く、成形体の強度の
向上が充分でないという問題があった。そこで、編組紐
あるいはこれを拡張した編組構造体、すなわち「三次元
繊維構造体」を使用して成形体を補強することが提案さ
れている。

この三次元繊維構造体を成形する製織手法は既に米国特
許第4312261号明細書に開示されており、この製織方法
はトーションレース方式と称されている方法のうちの一
つの方法である。

この製織方法は限られた平面内にボビンを搭載した多数
のキャリアを決められた配列に配置し、該キャリアを前
記平面の外周部に設けられた電磁ソレノイドの駆動力に
よって縦あるいは横に一列に配置されているキャリアを
一群として移動させながらボビン相互の位置を変えるこ
とにより糸条同志の絡み合いによる三次元化がなされる
ものである。

また、本発明者らはこの三次元製織方法の利点を活か
し、更に大型の三次元繊維構造体を高速で工業的に製造
すべく技術開発を行い、得られた発明を特願昭61−1920
85号（特開昭63−50553号公報参照）として出願した。

なお、この発明の概要は次の通りである。

ボビンを搭載した複数のキャリアを二軸方向に移動させ
ることによって繊維の三次元構造体を形成する製織装置
において、各々のボビンキャリアにスライダを装着し、
該スライダと相対向して該スライダを駆動するステータ
とでリニヤモータを構成しており、該リニヤモータを二
軸方向に配設した三次元製織装置である。

［発明が解決しようとする問題点］ これらの三次元製織装置は、被製織繊維が巻き取られた
ボビンを搭載したキャリアを移動させる方法による製織
装置であるため、長く連続した三次元の繊維構造体が得
られる利点がある半面、ボビンを搭載したキャリアを移
動させるために、繊維構造体の大型品を製織する場合、
それに応じた多数の被製織繊維本数、即ち多数のキャリ
アを該製織装置内に配設し、多数のキャリアを同時に移
動させねばならない。そのために装置自体が非常に過大
となり、キャリア駆動装置も非常に強力な駆動エネルギ
ーを要する。技術的にもキャリアの移動精度が低下し、
二軸方向へのキャリアの移動が益々困難となる。また、
装置の拡張性や改造、保守等も低下する。

また、もう一つの問題点として非常に強力な駆動エネル
ギーとして、長く連続した繊維構造体を製織し続けるた
めに、製織後の繊維構造体を引取り搬送する必要があ
り、その引取装置に該被製織繊維の増加と共に高い引取
能力が要求される点が挙げられる。特に、鉛直方向に引
取られるため一層大型の引取装置となり、作動速度や設
備費の点でも大きな問題となる。

また、１台の製織装置に対して１本の製織体しか得られ
ないため製織効率が低いという問題もあった。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消せんとするも
ので、比較的小型の装置で大型の三次元繊維構造体が２
本同時に得られる製織方法、および、該装置の拡張が容
易で、設備費も比較的廉価であり、引取装置が不要であ
る三次元構造体の製織装置を提供せんとするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、複数の被製織繊維を、複数のキャリアを備え
た製織駆動装置で三次元構造体に製織する三次元繊維構
造体の製織方法において、前記製織駆動装置の両側に張
力付与装置を設け、前記被製織繊維を一方の張力付与装
置から前記駆動装置のキャリアを介して他方の張力付与
装置へ張り渡し、前記キャリアを移動させることにより
２本の三次元構造体を同時に製織することを特徴とする
三次元繊維構造体の製織方法、ならびに、複数のキャリ
アと該キャリアを二軸方向に移動させる駆動手段を備え
た製織駆動装置で複数の被製織繊維を三次元構造体に製
織する三次元繊維構造体の製織装置において、前記製織
駆動装置の両側に該製織駆動装置のキャリアを介して張
り渡される被製織繊維に張力を付与するための張力付与
装置を設けたことを特徴とする三次元繊維構造体の製織
装置を要旨とするものである。

すなわち、本発明は、製織の一部の操作に前記のトーシ
ョンレース方式を利用するものであるが、製織手段は従
来の方法とは大幅に変更したところにあり、従来の方法
のように製織される糸条が巻かれたボビン自体を二軸方
向に移動させて糸条同志を絡ませることによって繊維構
造体を製織する方法ではなく、二点間に伸長され張り渡
された定長の複数本の糸条のほぼ中央部で各々の糸条を
二軸方向に移動させることによって互いに絡み合わせ三
次元の繊維構造体を２本同時に製織する方法および装置
である。

更に、糸条の移動部、即ち製織駆動装置を中央の１点に
固定するのではなく、同装置を各固定位置からほぼ等距
離の２点にそれぞれ設け、しかもその装置を運転しなが
ら中央側に移動させると、製織部と交織部の間隔が常に
一定に保てるため、交織角度も常に一定とするものがで
きる。

［実施例］ 図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

第１図に示す三次元製織装置は、中央部に製織駆動装置
２が、また、その装置２の両側に移動型の張力付与装置
11が配設されており、被製織繊維１は各々製織駆動装置
２と張力付与装置11の間に所定の張力を付与された状態
で張り渡されている。

製織駆動装置２は、同装置を繊維１の長手方向に見た第
３図に示すように、内側にキャリア３が縦横に規則的に
配設され、その外周の４辺には前記キャリア３を縦横方
向に移動させるロッド46、及び該ロッド46を摺動させる
シリンダやソレノイド等のような駆動機器45が複数個装
着された駆動装置41〜44を配設した装置である。なお、
21はハウジングである。

また、前記製織駆動装置２のキャリア３は、被製織繊維
１を貫通させるための貫通孔を設けたものであつても良
いが、第４図に示すように中央のピン35に一端が固定さ
れたバネなどの弾性体７が内蔵され、その他端には被製
織繊維１が固定されているものが好ましい。ここで、こ
のような弾性体７を備えたものは、該弾性体７が製織開
始前にキャリア３の配置に適応したタワミ量にセット可
能となる。即ち、キャリア３が外周部から内周部に移行
する場合、該キャリア３に対応する被製織繊維の製織駆
動装置２〜交織部Ｍ間の経路長が短かくなるため、外周
部に配置されたキャリアに内蔵された弾性体７のタワミ
量は、最内周に移行した後でも張力が作用するように設
定される。つまりキャリア３の移動によって、製織駆動
装置２と交織部Ｍ間との経路長は種々に変化するが、そ
の変化量がキャリア３に内蔵される弾性体７の有する弾
性変形領域内に含まれるような初期設定がなされ、また
その変化量以上のタワミ量を有する弾性体７が適用され
る。なお、31は摺動面、32はガイドである。

キャリア３で支持された被製織繊維１の端部はそれぞれ
第１図に示すように総て一箇所に集束され、把持器具15
によって集束把持されており、該把持器具15は、張力付
与装置11に装着されて、該張力付与装置11と共に移動す
る。なお、張力付与装置11のいずれか一方を床に固定し
てもよい。

また、製織駆動装置２と張力付与装置11との間には、第
１図に示すように製織体（三次元繊維構造体）８を締め
上げる筬装置９が配設されている。該筬装置９は、製織
体８の製織部Ｍを殴打する筬体91があり、該筬体91はク
シ状や単なるパイプ状をなすものである。その表層部に
は四弗化エチレン樹脂等の低摩擦係数の材料が表面コー
ティング又は被覆されている。また、該筬体91は筬装置
９内に設けられたモータ等の駆動源によって回転駆動を
なす。また、張力付与装置11や筬装置９には移動可能な
ように移動車輪が装着されている。張力付与装置11は製
織駆動装置２に対し、常に被製織繊維１に張力が作用す
るような位置関係にあり、該被製織繊維１の張力は張力
付与装置11と製織駆動装置２の距離によって決められ
る。なお、22は架台ある。

以上のように筬装置を配設すると、交織力が付加され、
交織部の締まり力が向上するため、複合材料としては繊
維体積含有率が上がり、強度が向上するので好ましい。
ただし、筬装置は、交織部の締まり力が弱くてもよい場
合や交織部の組織に均一さを要しない場合には配設しな
くてもよい。

第２図は、第１図の両側に配設した移動型の張力付与装
置11の代りに、滑車を備えた固定型の張力付与装置12を
配設し、該装置12間に製織駆動装置２と被製織繊維１の
交織部Ｍを殴打する筬装置９とを設置した移動台車10を
２台配設した三次元製織装置である。該製織駆動装置２
内に設けられたキャリア３は、第４図に示した弾性体７
や固定用ピン35がなく、被製織糸条１を貫通させるため
の貫通孔を設けたものである。該被製織繊維１は両側の
把持器具15で集束把持されており、また、中央付近は該
被製織繊維１の各々にばね等の弾性体７を介在してい
る。なお、本発明において、被製織繊維を駆動装置のキ
ャリアを介してとは、上述したように被製織繊維をキャ
リアを貫通させたりキャリアに設けた支持体や弾性体な
どで固定するなど、その被製織繊維の支持にキャリアを
介在させた状態を指す。

なお、第２図や第４図に示すように、被製織繊維とキャ
リアとの間に、或いはキャリアを貫通した該被製織繊維
の途中に伸縮自在な弾性体を介在させ、常に弾性体が伸
長した状態にしておく場合には、次の効果が得られる。

a.常に被製織繊維に張力を作用させることができ、特に
キャリアが外周から内周に移行するときに発生する繊維
の緩みが吸収できる。

b.交織部への筬作用時に生じる衝撃力が緩和される。

c.被製織繊維に作用する張力の変更が、その弾性体を交
換するだけで容易に行える。

ただし、被製織繊維１が弾性を有する場合などはこのよ
うな弾性体は必ずしも必要としない。

張力付与装置12は、把持器具15に固定されたワイヤーロ
ープ13等の紐状体の終端に重り14を結着させたもので、
把持器具15に集束把持された被製織繊維１に直接張力作
用をなすものである。従って被製織繊維１の張力は前記
重り14の重量によって決まり、また製織操作が進行して
も常に一定の張力が維持される。

第２図に示すように張力付与装置間に、複数の製織駆動
装置を配設し、各製織駆動装置内に配設された各々対応
するキャリアの移動を同期させる製織装置とした場合、
次ぎの効果が得られる。

a.被製織繊維の交織部が移動するに従って、製織駆動装
置も移動するため、交織部への被製織繊維の導入角が一
定となり、均一な組織の製織体が得られる。

b.上記対応するキャリアの移動を同期させるため、複数
の製織駆動装置間に配置された被製織繊維同志は水平の
ままとなり交織されることはなく、製織動作が円滑に行
い得る。

［作用］ 次に第１図及び第２図に示す三次元製織装置の各々の動
作について説明する。

第１図に示す三次元製織装置は、被製織繊維１が把持又
は貫通されたキャリア３を縦横方向に規則的に移動させ
ることによって被製織繊維１が互いに交織し合って三次
元の製織体が作成される。そして、その製織体８は両側
に同時に２本作成されることになる。

該キャリア３の移動方法は、第３図の製織駆動装置正面
図に示すように縦方向への移動は駆動装置41,43によっ
て摺動されたロッド46がダミーキャリア６を介してキャ
リア３を押圧して移動する。横方向へは駆動装置42,44
が作用する。

本発明におけるトーションレース方式とは、このように
キャリア３を交互に動かすことにより三次元繊維構造体
を形成するもので、これをより具体的に説明すると第５
図のようになる。すなわち、縦横に配置された駆動装置
41〜44によって移動されるキャリア３の軌跡は第５図中
の矢印のようになる。つまり、キャリア３の駆動は以下
の４工程からなるもので、例えばキャリア３の中の１個
のキャリア30は下記４工程を繰り返すことによって図中
の矢印で示す軌跡をたどる。

第５図は、第３図のキャリアのみを示したもので、A,B,
C…は縦方向のキャリアの例を示し、a,b,c…は横方向の
キャリアの行を示すものである。ただし、 第１工程;B,D,F,H,J列が下方向へ、C,E,G,I,K列が上方
向へ１ステップずつ移動する。

第２工程;c,e,g行が右方向へ、b,d,f,h行が左方向へ１
ステップずつ移動する。

第３工程;B,D,F,H,J列が上方向へ、C,E,G,I,K列が下方
向へ１ステップずつ移動する。

第４工程;c,e,g行が左方向へ、b,d,f,h行が右方向へ１
ステップずつ移動する。

ここで、１ステップとは、キャリアの整数個分の長さを
示す。

上記ダミーキャリア６は、第４図のキャリア３と外形は
同一だが、被製織繊維を把持又は貫通するものではなく
ガイド32やばね７等は装着されていない。このダミーキ
ャリア６は直接キャリア３を押圧し移動させるためばか
りではなく、第５図に示すＡ列やＬ列、ａ行やｉ行のよ
うに１つ毎に配列されたキャリア３の間に介在して列を
なし、隣接のキャリア３の列の円滑な移動を可能にする
ためや、Ａ列やＬ列、及びｉ行のように隣接上部のキャ
リア３を保持する役割も果たしている。

また各キャリア３及びダミーキャリア６は、第４図に示
すように中央部分に凸部34と凹部33を各々２面ずつ形成
されており、キャリア３の該凸部34が隣接する他のキャ
リア３の凹部33内に挿入され、キャリア３の移動の際に
ガイドの作用をなし、キャリア３の蛇行を防いで直線的
移動精度を向上させる作用をなす。

前述の４工程を繰り返すに従って、被製織繊維１は互い
に交叉し合い、交織部Ｍを境に織り上げられる。各被製
織繊維１には張力が作用しているため、ある程度の交織
力はあるが、実用上該張力だけによる交織力では交織部
の締まりが低い場合は、筬装置９によって交織力が付加
される。即ち、交織部Ｍを筬体91によって積極的に押圧
され交織部の締まりが向上される。具体的には、交織後
の被製織繊維１の水平軸に対する傾斜角が、筬装置によ
る交織力の付加によって付加以前の２倍以上になる。該
筬体の交織部Ｍへの作用は、前記４工程中最低１回以上
行なわれることが望ましい。

次に第２図の製織動作について説明する。２台の製織駆
動装置２は全く同一の装置であり、両装置内のキャリア
３の動作は、該製織駆動装置２間の被製織糸条１が製織
されないように完全に同期している。また、製織条件、
即ち交織部Ｍへの被製織繊維１の導入角がほぼ一定にな
るように製織駆動装置２と筬体91との間隔を一定にして
いる。

その他、製織駆動装置２内のキャリア３の動作や、筬体
の動作回数等は全て第１図の製織装置と同様の動作をな
す。

なお、２台の駆動装置２間の距離が長い場合は、両装置
２の間に、駆動装置２を必要台数設け、各キャリア３の
動きを全て同期させれば被製織繊維１が長くても製織体
８を容易に早く作ることができる。

本発明によって製織された被製織繊維１による三次元繊
維構造体８は、FRP、FRM及びC/Cコンポジット等の複合
材料用補強繊維構造体として、また、フィルターや断熱
材、防音材、吸振材、グランドパッキング等の機能材と
しての用途及びベルトや衣料用等としても応用可能であ
る。

被製織繊維の種類としては、金属繊維、炭素繊維、アル
ミナ繊維等の無機繊維や各種の有機繊維、及び無機繊維
と有機繊維のハイブリッド繊維等が挙げられるが、これ
らは用途に応じて選定される。

［発明の効果］ 本発明は、複数の被製織繊維を、複数のキャリアを備え
た製織駆動装置で三次元構造体に製織する三次元繊維構
造体の製織方法において、前記製織駆動装置の両側に張
力付与装置を設け、前記被製織繊維を一方の張力付与装
置から前記駆動装置のキャリアを介して他方の張力付与
装置へ張り渡し、前記キャリアを移動させる三次元繊維
構造体を製織する方法及び装置としたので、以下のよう
な優れた効果を奏する。

a.装置が小型になるため設備費が安く、大型の繊維構造
体の製織が機構的にも装置的にも非常に容易となる。即
ち装置の拡張性が極めて大きい。

b.キャリアが小型で軽量となるため、キャリアの駆動エ
ネルギーが極めて低減され、ランニングコストが大幅に
低下する。また、キャリアの移動速度、即ち製織速度の
増加が図れ、生産性が大幅に向上する。

c.複雑な断面形状の製織が比較的容易となる。

d.従来方法のような引取装置が不要となる。

e.同時に複数個の製織体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の三次元製織装置の概略の側
面図、第３図は本発明の装置に用いられる製織駆動装置
の正面図、第４図は、キャリアを示す図、第５図は、第
３図のキャリアの動きを示す説明図である。 1:被製織繊維、2:製織駆動装置 3:キャリア、6:ダミーキャリア 7:弾性体、8:製織体 9:筬装置、10:移動台車 11:可動方の張力付与装置 12:固定型の張力付与装置 13:ワイヤーロープ、14:重り 15:把持器具、21:ハウジング 30:キャリア、31:スライド面 32:ガイド、33:凹部 34:凸部、35:ピン 41〜44:駆動装置、45:駆動機器 46:ロッド、91:筬体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の被製織繊維を、複数のキャリアを備
   えた製織駆動装置で三次元構造体に製織する三次元繊維
   構造体の製織方法において、前記製織駆動装置の両側に
   張力付与装置を設け、前記被製織繊維を一方の張力付与
   装置から前記駆動装置のキャリアを介して他方の張力付
   与装置へ張り渡し、前記キャリアを移動させることによ
   り２本の三次元構造体を同時に製織することを特徴とす
   る三次元繊維構造体の製織方法。
2. 【請求項２】複数のキャリアと該キャリアを二軸方向に
   移動させる駆動手段を備えた製織駆動装置で複数の被製
   織繊維を三次元構造体に製織する三次元繊維構造体の製
   織装置において、前記製織駆動装置の両側に該製織駆動
   装置のキャリアを介して張り渡される被製織繊維に張力
   を付与するための張力付与装置を設けたことを特徴とす
   る三次元繊維構造体の製織装置。