JPH0814054B2 - 三次元織物及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元織物及びその製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 航空機、船舶等においては繊維強化プラスチック（FR
P）の採用によって軽量化が図られている。又、航空
機、船舶等においてはその機体を形成する構造材の他
に、油圧系統あるいは空圧系統の配管が必要であり、FR
P構造材にパイプを内在させることができれば装置全体
として軽量化及びコンパクト化が可能となる。クロス積
層材に樹脂を含浸させて製造したFRPでこのようなパイ
プ内蔵のものを形成する場合には、第10図に示すように
クロス積層材に樹脂を含浸して形成したFRPにパイプ挿
通用の孔をドリル等で形成した後、パイプＰを嵌入する
方法が考えられる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、FRPを形成した後にドリルによる切削加工
を行うと、クロス積層材を構成するクロスＣの繊維が切
断されるため、繊維切断部分と対応する部分の強度が低
下するという問題がある。又、長いパイプを内在させる
場合には孔の切削加工が難しいだけでなく、孔にパイプ
を嵌入する際の摩擦抵抗が大きくなり嵌入が難しいとい
う問題もある。しかも、加工の仕上り具合によっては微
少な亀裂が発生し、応力集中による破壊が生じ易いとい
う問題がある。さらに、クロス積層材を骨格材としてFR
Pでは剪断力に対する強度が弱いとう問題もある。

一方、クロス積層材を骨格材としたFRPの欠点を補う
ため、三次元織物を骨格材とする複合材が考えられてい
る。多数の経糸ｚ、該経糸ｚ群の列及び行間にそれぞれ
経糸ｚと直交する状態に織り込まれた第１緯糸ｙ及び第
２緯糸ｘの３種類の糸から成る三次元織物を骨格材と
し、樹脂あるいは無機物をマトリックスとした複合材は
軽量、高強度、高剛性という特徴を有するため、ロケッ
ト、航空機、自動車、船舶及び建築物の構造材として幅
広い用途が期待されているが、従来、この種の三次元織
物は四角柱状あるいは板状のものに限られていた。従っ
て、この種の三次元織物を骨格材として複合材を形成し
た後、パイプ挿入用の孔を形成したのでは前記と同様な
問題が生じる。

本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、その目的は樹脂等の含浸後に穴開け加工等の処理
を行わずに、構造材として使用される三次元織物複合材
に油圧又は空圧系の配管機能をもたせることができる三
次元織物及びその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するため本発明の三次元織物は、複
数列、複数行に張設された多数本の経糸ｚ群と、その列
間に経糸ｚと直交する状態で織り込まれた各列毎に連続
する多数本の第１緯糸ｙと、経糸ｚ群の行間に経糸ｚ及
び第１緯糸ｙと直交する状態で織り込まれた各行毎に連
続する第２緯糸ｘとからなり、前記経糸ｚ及び両緯糸x,
yのいずれの糸径よりも外径の大きなパイプが経糸ｚに
沿って延びるように内在されている。

又、第２請求項記載の製造方法では、多数の経糸ｚを
パイプ内在予定部分を除いて三次元織物の断面形状に対
応した複数列、複数行に張設して経糸ｚ群を形成し、か
つパイプ内在予定部分のほぼ中央部にガイド糸z1を張設
した状態で製織を開始し、経糸ｚ群の列間に経糸ｚと直
交する状態で各列毎に連続する第１緯糸ｙを挿入する工
程と、経糸ｚ群の行間に経糸ｚ及び第１緯糸ｙと直交す
る状態で各行毎に連続する第２緯糸ｘを挿入する工程と
を繰り返して三次元織物を製織した後、前記ガイド糸の
一端にパイプを固定し、三次元織物からガイド糸を引き
抜きながら三次元織物の一端からパイプ内在予定部分に
パイプを挿入する。

［作用］ 本発明の三次元織物は経糸ｚ群の列間に織り込まれた
第１緯糸ｙ及び経糸ｚ群の行間に織り込まれた第２緯糸
ｘとがいずれも各行、各列毎に連続する糸で形成されて
いるため、樹脂を含浸させて三次元織物複合材を形成し
た場合繊維の切断あるいは応力集中等による強度低下が
生じることはない。又、三次元織物複合材がパイプ内の
流体の圧力を支えるためパイプ自身は力学的強度を要求
されず薄肉パイプで十分機能する。

又、第２請求項に記載の製造方法では、まずパイプ内
在予定部分を除いて三次元織物の断面形状に対応して複
数列、複数行に多数本の経糸ｚが張設されて経糸ｚ群が
形成され、かつパイプ内在予定部分のほぼ中央部にガイ
ド糸z1が張設された状態で製織を開始し、その列間に経
糸ｚと直交する状態で各列毎に連続する第１緯糸ｙを挿
入する工程と、経糸ｚ群の行間に経糸ｚ及び第１緯糸ｙ
と直交する状態で各行毎に連続する第２緯糸ｘが挿入さ
れる工程とが繰返されて、パイプ内在予定部分に経糸ｚ
が存在せず中心部にガイド糸が挿通された状態の三次元
織物が製織される。次いで前記ガイド糸の一端にパイプ
が固定され、三次元織物からガイド糸が引き抜かれるに
伴って三次元織物の一端からパイプ内在予定部分にパイ
プが挿入され、ガイド糸の引き抜き完了後、ガイド糸を
切断除去することによりパイプが内在された最終の三次
元織物が製造される。

［実施例１］ 以下、本発明を具体化した一実施例を第１〜６図に従
って説明する。第1,2図に示すように、三次元織物Ｆは
複数列、複数行（この実施例では11列７行に張設された
多数本の経糸ｚ群と、その列間に経糸ｚと直交する状態
で織り込まれた各列毎に連続する多数本の第１緯糸ｙ
と、経糸ｚ群の行間に経糸ｚと直交する状態で織り込ま
れた各行毎に連続する第２緯糸ｘとからなり、経糸ｚ群
のほぼ中央部に経糸ｚ及び両緯糸x,yのいずれの糸径よ
りも外径の大きなパイプＰが経糸ｚに沿って延びるよう
に内在されている。パイプＰと対応する位置及びその外
側に織り込まれた第１緯糸ｙ及び第２緯糸ｘはいずれも
当該部分においてパイプＰの形状に沿って円弧状に屈曲
した状態で配置され、パイプＰの外周面に第１緯糸ｙ及
び第２緯糸ｘが巻付いた状態となっている。従って、こ
の三次元織物を骨格材とした複合材でパイプＰが油圧又
は空圧配管として使用された場合、パイプ内の流体圧力
は三次元織物Ｆで支えられ、パイプＰは流体圧を支える
必要はなく、耐油性、所定の面粗度等の機能を備えるだ
けでよく、薄肉化により軽量化が可能となる。

次に前記パイプＰが内在された三次元織物Ｆの製造方
法を説明する。三次元織物Ｆを製造する場合には、まず
パイプＰが内在されていない三次元織物Ｆを製織した
後、該三次元織物ＦにパイプＰを挿入することによりパ
イプＰが内在された最終の三次元織物Ｆが製造される。

三次元織物Ｆを製織する装置は第3,4図に示すよう
に、経糸ｚ群の各行の開口を多数のヘルド１を備えた経
糸開口装置２で行うとともに、第１緯糸ｙを経糸ｚ群の
各列間に挿入する挿入装置として緯糸用ヘルド３が使用
されている。経糸供給部４から繰出された多数本の経糸
ｚの端部は、所定位置に配設された織前枠５に近接する
位置から図示しない駆動機構により製織の進行に伴い三
次元織物Ｆを引取る方向に移動される経糸支持板６に固
定されるようになっている。織前枠５と経糸供給部４と
の間に配設された経糸開口装置２の各ヘルド１には経糸
ｚ群を構成する経糸ｚが各行毎に挿通されてヘルド１の
昇降動に伴い経糸ｚ群が１行ずつ開口可能となってい
る。緯糸用ヘルド３は織前枠５と経糸開口装置２との間
に配設され、第１緯糸供給部７から繰出される第１緯糸
ｙをその昇降動により経糸ｚ群の各列内に挿入するよう
になっている。緯糸用ヘルド３と第１緯糸供給部７との
間の経糸開口装置２の上方にはガイドバー８が緯糸用ヘ
ルド３と平行に配設されている。又、経糸ｚ群の各行間
に挿入される第２緯糸ｘは経糸開口に沿って移動するシ
ャトル（図示せず）により経糸ｚ群の各行間に挿入され
るようになっている。筬９は織前枠５と緯糸用ヘルド３
の間に、織前枠５のすぐ右側（第３図（ａ）２点鎖線）
と所定位置（第３図（ａ）実線）の間を往復動可能に配
置されている。

次に前記のように構成された装置によりパイプ挿入箇
所を有する三次元織物を製織する場合には、まず多数の
経糸ｚをパイプ内在予定部分を除いて三次元織物Ｆの断
面形状に対応した複数列、複数行に張設して経糸ｚ群を
形成し、かつパイプ内在予定部分の中央部にガイド糸z1
を張設した状態で製織を開始する。三次元織物Ｆの製織
開始時には経糸支持板６が織前枠５と接近する位置に配
置されるとともに、緯糸用ヘルド３及び経糸開口装置２
のヘルド１が上昇位置に配置されている。この状態から
経糸開口装置２の作動によりヘルド１が織前枠５の反対
側から順に下降移動されて経糸開口が経糸ｚ群の下方側
から順に上部へ向かって１段ずつ順次形成され、その経
糸開口内にシャトルが順に投入されて経糸ｚ群の行間に
第２緯糸ｘが経糸ｚと直交する状態で蛇行状態に挿入さ
れ、筬９が所定位置から織前右位置まで移動することに
よって第２緯糸ｘが織成側に押しつけられ筬打ちが行わ
れる。最上行の経糸ｚと第１緯糸ｙとの開口内への第２
緯糸ｘの挿入と筬打ちが完了した後、緯糸用ヘルド３が
下降移動されて第１緯糸ｙが下方へ折り返されて経糸ｚ
群の各列間に挿入される。

次いで経糸開口装置２が作動され、第４図に示すよう
にヘルド１が織前枠５に近い側から順に上昇移動されて
経糸開口が上方から１段づつ下方へと移動形成され、シ
ャトルがその経糸開口内に順次投入されて第２緯糸ｘが
上から下へと順に緯入れされるとともに筬打ちがされ
る。そして、最下行の経糸ｚと第１緯糸ｙとの開口内へ
の第２緯糸ｘの挿入が完了した後、緯糸用ヘルド３が上
昇移動されて第１緯糸ｙが上方へ折り返されて経糸ｚ群
の各列間に挿入される。緯糸用ヘルド３が織前位置から
離れているため、緯糸用ヘルド３の昇降動だけでは第１
緯糸ｙは経糸ｚに対して斜めの状態となるが、第２緯糸
ｘの緯入れ後の筬打ちに伴い第１緯糸ｙが順次経糸ｚと
直交状態となるように織り込まれる。以下、同様にして
第２緯糸ｘの緯入れ及び第１緯糸ｙの緯入れが交互に行
われて三次元織物Ｆが製織されるとともに、経糸支持板
６が水平方向に移動されて三次元織物Ｆが順次引取られ
る。そして、製織終了後三次元織物Ｆを経糸支持板６か
ら取外すと、第５図に示すようにパイプ内在予定部分の
経糸ｚが存在すべき部分にはその中心にガイド糸z1のみ
が存在する三次元織物Ｆが得られる。

次に第６図に示すように一端が先細に形成されたパイ
プＰの端部をかしめて前記ガイド糸z1の一端にパイプＰ
を固着した後、ガイド糸z1をパイプＰが固着された側と
反対側から引張りながらパイプＰを三次元織物Ｆ内に挿
入する。パイプＰの侵入に伴いパイプ内在予定部に織り
込まれた第１緯糸ｙ及び第２緯糸ｘは外側に排除されて
パイプＰの外周面に沿って屈曲配置される。ガイド糸z1
が存在せずしかも三次元織物Ｆが長い場合にはパイプＰ
をパイプ内在予定部の中心に沿って正確に挿入すること
は難しいが、ガイド糸z1が存在することによりパイプＰ
はガイド糸z1に導かれてその中心がパイプ内在予定部の
中心と一致するように確実に挿入される。そして、パイ
プＰの先細部分が三次元織物Ｆの外部に突出した後、同
部分を切り落とすことによりパイプＰが内在された最終
の三次元織物Ｆが得られる。この三次元織物Ｆに樹脂を
含浸させることによりパイプが内在された三次元織物複
合材が形成される。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、例えば、第７図に示すようにパイプＰを挿入するた
めの三次元織物Ｆを製織する際に、パイプ挿入箇所に相
当する経糸ｚの列及び行間に挿入される第１緯糸ｙ及び
第２緯糸ｘをその折り返し部で少し余裕をもたせた状態
で製織してもよい。このようにして製織された三次元織
物ＦにパイプＰを挿入する場合には、パイプＰの挿入に
伴い第１緯糸ｙ及び第２緯糸ｘのパイプＰの周方向に沿
って屈曲するのに必要な長さが前記折り返し部から供給
される。従って、第１緯糸ｙ及び第２緯糸ｘに無理な力
が加わって三次元織物Ｆが歪むことがなくなる。又、ガ
イド糸z1は必須の物ではなく、ガイド糸z1を張設せずに
三次元織物Ｆを製織した後、経糸ｚが存在しないパイプ
内在予定部の中心にパイプＰを挿入してもよい。この時
断面形状が回転中心から周囲までの距離が一定でない形
状でかつ刃部のない穴開け具をパイプＰ挿入予定位置に
回転挿入してあらかじめ穴開けした後、パイプＰを挿入
してもよい。又、第２緯糸ｘをシャトルで経糸開口に対
して左右両方向から交互に挿入する代わりに、レピアに
より第２緯糸ｘを経糸開口の一側方からのみ挿入してそ
の先端部でループを形成して折り返し状に挿入するとと
もに先端ループ内に耳糸を挿入して第２緯糸ｘの抜止め
を行う製織方法を採用してもよい。

さらに緯糸に連続した糸を使用する代わりに、織物の
行、列毎に１本１本切断された緯糸を挿入するようにし
てもよい。この時、緯糸の長さを織物の幅より少し長く
しておけば、パイプ挿入時に緯糸が引張られても経糸ｚ
群から緯糸が抜けるのを防止できる。さらには、三次元
織物の断面形状が単純な四角形状ではなく、製織可能な
任意の断面形状のものに適用できる。例えば第８図に示
すようなＩ形の断面形状を有する三次元織物Ｆに適用し
てもよい。このように三次元織物Ｆの断面形状を異形と
した場合には経糸ｚ群の行及び列を構成する経糸ｚの本
数が異なる部分が生じる。この場合緯糸用ヘルドは経糸
ｚ群の各列を構成する経糸ｚの本数が異なる部分毎に別
のものを使用して第１緯糸ｙを経糸ｚ群の列内に挿入す
る必要がある。すなわち、第８図に示す形状の三次元織
物Ｆの場合には、上側の両フランジ部Fa及び下側の両フ
ランジ部Fbを形成する第１緯糸ｙは、中央部を形成する
第１緯糸ｙの緯糸用ヘルドとはそれぞれ別の緯糸用ヘル
ドにより経糸ｚ群の列内に挿入される。又、第９図
（ａ）に示すように中空形状の三次元織物Ｆをまず製織
した後、第９図（ｂ）に示すようにその中空部にパイプ
Ｐを挿入して最終の三次元織物Ｆを製造してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の三次元織物は樹脂を含
浸させて複合材としたとき、構造材に要求される高強
度、高剛性という機能と、空気又は油の配管機能とを合
わせ持ち、しかも内在するパイプ内の流体圧力は三次元
織物複合材が支えるためパイプ自身には機械的強度が要
求されず、内在されるパイプとして耐油性、所定の面粗
度等の機能を備えた薄肉パイプの使用が可能となり、装
置全体として軽量化が図れるとともに油圧配管等が構造
材としての三次元織物複合材内に内蔵されることにより
全体のコンパクト化も可能になる。又、第２請求項に記
載の製造方法では、まずパイプ内在予定部に経糸ｚが存
在せずその中心部にガイド糸が挿通された状態の三次元
織物が製織された後、ガイド糸の引き抜きに伴い当該部
分にパイプが挿入されるので、パイプを所定位置に容易
にかつ確実に挿入することができ、しかも、三次元織物
の製造装置として特殊な製造装置を使用せずに効率良く
最終製品であるパイプを内在した三次元織物を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明を具体化した一実施例を示すもので
あって、第１図はパイプを内在した三次元織物の概略斜
視図、第２図はその部分側面図、第３図（ａ）及び第４
図は製織作用を示す概略側断面図、第３図（ｂ）は第３
図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第５図は製織後パイプ挿入
前の三次元織物の概略斜視図、第６図はガイド糸にパイ
プを取付けた状態を示す概略斜視図、第７図は変更例の
パイプ挿入前の三次元織物を示す概略斜視図、第８図は
別の変更例の三次元織物の概略斜視図、第９図（ａ），
（ｂ）は別の製造方法を示す概略斜視図、第10図は従来
のパイプ内蔵FRPの概略斜視図である。 パイプＰ、第１緯糸ｙ、第２緯糸ｘ、ガイド糸z1、三次
元織物Ｆ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 旭 梧郎 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 三宅 司朗 東京都新宿区大久保２丁目25番22号 (56)参考文献 特開 昭60−194145（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221436（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−221437（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数列、複数行に張設された多数本の経糸
   （ｚ）群と、その列間に経糸（ｚ）と直交する状態で織
   り込まれた各列毎に連続する多数本の第１緯糸（ｙ）
   と、経糸（ｚ）群の行間に経糸（ｚ）及び第１緯糸
   （ｙ）と直交する状態で織り込まれた各行毎に連続する
   第２緯糸（ｘ）とからなり、前記経糸（ｚ）及び両緯糸
   （x,y）のいずれの糸径よりも外径の大きなパイプを経
   糸（ｚ）に沿って延びるように内在させた三次元織物。
2. 【請求項２】多数の経糸（ｚ）をパイプ内在予定部分を
   除いて三次元織物の断面形状に対応した複数列、複数行
   に張設して経糸（ｚ）群を形成し、かつパイプ内在予定
   部分のほぼ中央部にガイド糸を張設した状態で製織を開
   始し、経糸（ｚ）群の列間に経糸（ｚ）と直交する状態
   で各列毎に連続する第１緯糸（ｙ）を挿入する工程と、
   経糸（ｚ）群の行間に経糸（ｚ）及び第１緯糸（ｙ）と
   直交する状態で各行毎に連続する第２緯糸（ｘ）を挿入
   する工程とを繰り返して三次元織物を製織した後、前記
   ガイド糸の一端にパイプを固定し、該三次元織物からガ
   イド糸を引き抜きながらパイプ内在予定部分にパイプを
   挿入する三次元織物の製造方法。