JPH111839A

JPH111839A - 扁平糸織物とその製造方法

Info

Publication number: JPH111839A
Application number: JP10182906A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishimura; 明西村; Kiyoshi Honma; 清本間; Ikuo Horibe; 郁夫堀部
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】太い繊維からなる扁平糸であっても、その扁
平状態が維持されたＦＲＰ用の補強基材として、安価で
高い強度特性を発揮し得る扁平糸織物とその製造方法を
提供する。【解決手段】繊維単糸数が３０００〜２４０００本で
ある太い無撚りの炭素繊維扁平糸条をたて糸Ｔ_wrおよび
よこ糸Ｔ_wfとして用いて製織されてなり、たて糸および
よこ糸は、織られた状態で無撚りで捻れがなく扁平状態
が潰されておらず、かつ、その糸幅と実質的に同等の織
り糸間隔で配列されてなる扁平糸織物とその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維複合材料として優
れた特性を発揮する扁平糸織物並びにその製造方法に関
するものである。さらに詳しくは扁平状の炭素繊維糸を
用いた薄くて繊維密度の均一な扁平糸織物並びにその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】比弾性率が大きく、かつ、比強度が大き
い炭素繊維からなる炭素繊維織物は、通常、一般のシャ
トル織機やレピア織機により製織されており、合成樹脂
と複合して所定形状に成形することにより炭素繊維強化
プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」という）等の複合材
料用補強基材として多用されている。

【０００３】このような複合材料用補強基材として、例
えば、ＣＦＲＰは、その優れた性能を生かして航空機の
構造材等に使われ始めているが、さらにＣＦＲＰの使用
範囲を拡大させるためには、成形のみならず炭素繊維や
炭素繊維織物等の中間基材のコストダウンが大きな課題
である。

【０００４】さて、炭素繊維は、繊維が太くなり繊度が
大きくなるほどプリカーサおよび耐炎化工程や焼成工程
での生産性が向上し、安価な炭素繊維糸を製造すること
が可能となる。

【０００５】しかし、通常の炭素繊維織物は、ほぼ円形
断面に収束させた炭素繊維糸を織糸として織物にしてい
るので、織り込まれた状態においては、たて糸とよこ糸
が交錯する交錯部における炭素繊維糸の断面が楕円形
で、織糸が大きくクリンプしている。特に、太い炭素繊
維糸を使用した炭素繊維織物では、太いよこ糸と太いた
て糸が交錯しているのでこの傾向が大である。

【０００６】このため、織糸たる炭素繊維糸が大きくク
リンプした炭素繊維織物では、繊維密度が不均一となっ
て炭素繊維の特徴である高強度特性が充分に発揮できな
い。また、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊維織物は、
一般に、織物目付や厚みが大きくなるため、プリプレグ
や繊維強化プラスチック（以下、「ＦＲＰ」という）を
成形するときの樹脂含浸性が悪くなる。

【０００７】従って、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊
維織物を用いて得られるＣＦＲＰは、樹脂中に存在する
ボイドが多くなり高い強度特性が期待できない。

【０００８】一方、太い炭素繊維糸を使用した目付の小
さい炭素繊維織物では、炭素繊維糸間に形成される空隙
が大きくなる。このため、目付の小さい炭素繊維織物を
用いてＣＦＲＰを成形すると、炭素繊維糸の含有率が低
く、炭素繊維糸間に形成される空隙部分に樹脂のボイド
が集中的に発生し、高性能なＣＦＲＰが得られなくなる
という欠点があった。

【０００９】このような欠点に対して、特開昭58−1912
44号公報に、薄くて幅の広い扁平な炭素繊維糸を織っ
た、厚みが0.０９mm以下で、目付が85ｇ／ｍ²以下の薄
地織物とその製造法が開示されている。この薄地織物
は、厚みが非常に薄いために、織糸のクリンプが小さ
く、高い補強効果を発揮し、薄いＣＦＲＰの成形には優
れた基材である。

【００１０】このように扁平な炭素繊維糸を用いた炭素
繊維織物の製織方法は、炭素繊維糸が必要本数巻かれた
たて糸ビーム、またはクリールに仕掛けられた炭素繊維
糸ボビンから供給されるたて糸シートを綜絖により順次
開口させ、その開口にシャトルまたはレピアでよこ糸を
挿入させるものである。

【００１１】たて糸に関しては、ビーム供給とボビンか
ら直接供給する方法があるが、どちらにしても炭素繊維
糸ボビンをゆっくり回転させながら解舒させる横取り解
舒、あるいはボビンの軸方向に解舒させる縦取り解舒の
２つの方法が採られている。

【００１２】また、よこ糸に関しては、供給速度がたて
糸に比べて一段と速いため、繊維糸ボビンから縦取り解
舒させる方法しかない。扁平糸に撚が掛からないようよ
こ糸を横取り解舒させる方法として、特開平２−７４６
４５号公報には、ボビンをモーターで積極的に回転さ
せ、重力を利用してよこ糸挿入に必要な長さを貯溜させ
る方法が提案されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、たて糸に関
し、扁平糸が巻かれたボビンを縦取り解舒させるとボビ
ンが一周する毎に１回の撚が掛かり、扁平状態が潰され
て部分的に収束してしまう問題がある。一方、横取り解
舒させて撚が掛からないように供給しても、たて糸密度
を揃えるコームならびに綜絖のメールによって扁平状態
が潰されてしまい糸幅が均一に拡がった織物が得られな
い。

【００１４】また、よこ糸に関しては、特開平２−７４
６４５号公報に開示された方法によると、横取り解舒さ
せるのでよこ糸に撚が掛かることはないが、積極的にボ
ビンを回転させる方式では巻量によって解舒速度が異な
るため、起動・停止が頻繁に起こり、特に停止動作の遅
れによる弛みで扁平糸が捩じれてしまうという問題が起
こる。

【００１５】しかも、たて糸とよこ糸の交錯部における
織糸のクリンプを小さくするためには、織糸を構成する
繊維は可能な限り繊度が大きく、かつ、織糸は厚みの薄
い扁平糸であることが好ましく、たて糸とよこ糸とがそ
れぞれの糸幅とほぼ等しい糸間隔で織物構造をなしてい
ることが望ましい。

【００１６】しかし、織糸の繊維が太くなると糸幅が極
端に広くなり、製織時に扁平状態が潰されて繊維密度が
均一な織物が得られないという問題がある。また、織糸
が極端に幅が狭く薄い扁平糸であると、糸幅方向の剛性
が小さくなって製織時に簡単に扁平状態が潰れてしまう
という問題がある。この場合、織糸の扁平状態を維持さ
せるためにサイジング剤を付着させることも考えられる
が、多量に付着させると、ＣＦＲＰの成形の際に樹脂の
含浸性が阻害され、成形されるＣＦＲＰが高い強度特性
を発揮できなくなるという問題がある。

【００１７】さらに、前記特開昭58−191244号公報に開
示された薄地織物とその製造法においては、中肉あるい
は厚肉のＣＦＲＰの成形に膨大な枚数の織物基材あるい
は織物プリプレグを積層しなければならないことから、
成形されるＣＦＲＰが高価になると共に、成形作業に非
常に手間が掛かるという欠点がある。

【００１８】このように、従来は、炭素繊維が太いとき
には優れた強度特性を有するＣＦＲＰを成形できず、ま
た、扁平糸を製織して扁平糸織物を製造する際、従来は
満足すべき方法がなく、その提供が望まれていた。

【００１９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、前記従来技術の欠点を改善し、太い繊維からなる扁
平糸であっても、その扁平状態が維持されたＦＲＰ用の
補強基材として、安価で高い強度特性を発揮し得る扁平
糸織物並びにその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の炭素繊維（以下、「ＣＦ」という）扁平糸織物
によれば、繊維単糸数が３０００〜２４０００本である
太い無撚りの炭素繊維扁平糸条をたて糸およびよこ糸と
して用いて製織されてなり、該たて糸およびよこ糸は、
織られた状態で無撚りで捻れがなく扁平状態が潰されて
おらず、かつ、その糸幅と実質的に同等の織り糸間隔で
配列されてなるＣＦ扁平糸織物としたものである。

【００２１】好ましくは、用いる前記炭素繊維扁平糸条
の扁平状態を実質的に保持する。

【００２２】また好ましくは、前記炭素繊維扁平糸条
は、その扁平率が３０〜８０の薄いものとする。

【００２３】さらに好ましくは、炭素繊維密度を織物全
体にわたって実質的に均一とする。

【００２４】また、前記第一及び第二のＣＦ扁平糸織物
に、30〜67重量％の合成樹脂を含浸させてプリプレグと
する。

【００２５】さらに、前記第一及び第二のＣＦ扁平糸織
物に、30〜67重量％のマトリックス樹脂を含ませた繊維
強化プラスチックとする。

【００２６】上記ＣＦ扁平糸織物は、ＣＦ扁平糸からな
るたて糸とよこ糸とが交錯した織物で、その織物組織は
特に限定されるものではない。しかし、平織組織のよう
に各織糸が一本一本交互に交錯してクリンプが大きくな
り易い組織であっても、実際には織糸自体が扁平で薄い
ので、織糸のクリンプが非常に小さく抑えられ、強度特
性が低下することはない。

【００２７】ＣＦ扁平糸は、繊維の製造工程において、
複数の繊維からなる繊維束をサイジング工程に入るまで
にリボン状にひき揃えておき、サイジング剤で形態を保
持させてボビンに巻いてもよいし、別工程で扁平糸を開
繊してリボン状にひき揃え、サイジング剤で固着しても
よい。

【００２８】特に、炭素繊維糸は高強度・高弾性である
が、前記のように織糸がクリンプした状態では炭素繊維
の有する高強度特性を充分発揮することができない。こ
のため、織糸のクリンプ率が小さく、繊維密度が均一な
炭素繊維織物を得るには、薄くて扁平な炭素繊維糸を用
い、その糸幅とほぼ等しいピッチで織物とする必要があ
る。

【００２９】したがって、ＣＦ扁平糸を構成する繊維
は、繊度が3,000〜20,000デニールで、適正な織物厚み
から糸の厚みは0.０５〜0.２mm、糸幅は４〜16mmが好ま
しく、糸幅／糸厚み比が30以上であることが好ましい。

【００３０】扁平形状を保持するためには、扁平糸は0.
５〜2.５重量％程度の小量のサイジング剤を付着させて
おくことが好ましい。

【００３１】また、ＣＦ扁平糸は、撚りがないことが条
件である。扁平糸に撚りがあると、その撚りがある部分
で糸幅が狭く収束して分厚くなり、製織された織物の表
面に凹凸が発生する。このため、製織された織物は、外
力が作用した際にその撚り部分に応力が集中し、ＦＲＰ
等に成形した場合に強度特性が不均一となってしまう。

【００３２】このように撚りのない扁平糸を製織するた
め本発明の扁平糸織物の製造方法によれば、繊維単糸数
が３０００〜２４０００本である太い無撚りの炭素繊維
扁平糸条をたて糸およびよこ糸として用い、前記炭素繊
維扁平糸条を捻ることなく扁平状態を潰さずに、かつ、
その糸幅と実質的に同等の織り糸間隔で配列するように
製織する製造方法としたものである。

【００３３】好ましくは、得られる扁平糸織物におい
て、用いる前記炭素繊維扁平糸条の扁平状態を実質的に
保持する。

【００３４】また好ましくは、前記炭素繊維扁平糸条
は、その扁平率が３０〜８０の薄いものとする。

【００３５】更に好ましくは、得られる扁平糸織物は、
その炭素繊維密度が織物全体にわたって実質的に均一な
ものとする。

【００３６】好ましくは、扁平糸織物の製造に際して
は、扁平糸の扁平面に並行な横長のメールによって扁平
形状を保持しながら杼道を形成する。

【００３７】従来、高性能なＣＦ扁平糸を用いても、織
糸クリンプが大きいために高い強度特性を充分に発揮す
ることはできなかった。上記本発明の製造方法によって
製織された本発明の扁平糸織物は、上記扁平糸を用いて
いるので織糸クリンプが小さく、織物構造面から繊維の
高強度特性が発揮される。

【００３８】この場合、使用するＣＦ扁平糸の特性とし
て、引張破断伸度が大きく、引張破断強度が高い必要が
あり、引張破断伸度は1.５〜2.３％、引張破断強度は20
0〜800ｋｇ・ｆ／mm²、引張弾性率は20,000〜70,000ｋ
ｇ・ｆ／mm²であることが望ましい。

【００３９】上記ＣＦ扁平糸からなるたて糸とよこ糸を
用いて製織された扁平糸織物は、それぞれの糸幅とほぼ
等しい織物構造をなし、これによりたて糸とよこ糸が交
錯する交錯部においては、空隙が殆どなく繊維密度の高
い織物となっている。

【００４０】しかし、製織された扁平糸織物において
は、実際にはたて糸とよこ糸が交錯しているため、糸幅
と等しい糸間隔にすることは難しい。そこで、製織され
た扁平糸織物においては、たて糸またはよこ糸のいずれ
か一方の糸間は糸幅と等しく、他方の糸間隔は糸幅より
若干大きくなっていてもよい。但し、糸間隔が、糸幅の
1.２倍を越えると空隙が大きくなって繊維密度の高い織
物が得られない。このため、たて糸やよこ糸の糸間隔
は、糸幅の1.０〜1.２倍であることが望ましい。

【００４１】ここで、繊維密度とは、次式で定義される
値をいう。

【００４２】繊維密度(g/cm³)＝〔織物目付(g/m²)〕／
〔織物厚さ(mm)〕

【００４３】また、織物目付(g/m²)および織物厚さ(mm)
は、ＪＩＳＲ７６０２炭素繊維織物試験法に準拠して
測定した値である。

【００４４】本発明の扁平糸織物は、ＣＦ扁平糸からな
るたて糸とよこ糸から製織するときは、織物目付が100
〜300g/m²、織物厚みが0.１〜0.４mm、ＣＦ扁平糸から
なるたて糸またはよこ糸と、他の補助糸とから製織する
ときは、目付が 90〜200g/m²、厚みが0.１〜0.３mmであ
る。

【００４５】このとき、繊度が3,000〜20,000デニール
の太い繊維を用いた場合、目付が100g/m²よりも小さい
と、非常に扁平度の高いＣＦ扁平糸で扁平糸織物を製織
することになって製織が難しく、たとえ製織できたとし
ても扁平糸の扁平状態が潰されて非常に織り目の粗い織
物になってしまう。一方、目付が300 g/m²よりも大きく
なると、プリプレグやＦＲＰに成形する際の合成樹脂の
含浸性が悪く、樹脂中に多数のボイドが発生してしま
う。

【００４６】本発明の扁平糸織物は、上記条件を満た
し、かつ、前記した式で定義される繊維密度が0.８ｇ／
cm³以上であることが特徴である。

【００４７】一般に、ＦＲＰの強度特性は繊維の体積含
有率に依存し、特に、炭素繊維織物基材を用いたＦＲＰ
において高い強度特性を得るためには、繊維密度の高い
織物基材が必要である。ここにおいて、ＦＲＰ等におけ
る繊維の体積含有率とは、ＦＲＰの体積に対する繊維基
材の体積割合をいい、次式で表される。

【００４８】繊維の体積含有率（％）＝〔繊維基材重量
(ｇ)／繊維密度(ｇ／cm³)〕／〔ＦＲＰの体積(cm³)〕

【００４９】この場合、繊維密度の高い炭素繊維織物を
得るには、炭素繊維糸の織り密度を大きくすれば可能で
ある。しかし、従来は、織り密度を大きくすると、炭素
繊維織物における炭素繊維糸のクリンプが大きくなり、
高強度のＣＦＲＰが得られなかった。

【００５０】このため、従来の炭素繊維織物では、繊維
密度を0.８ｇ／cm³よりも小さくする必要があった。特
に、炭素繊維が太くその繊度が大きい場合には、織物の
繊維密度をさらに小さくしなければならなかった。

【００５１】本発明の扁平糸織物は、繊度の大きい繊維
からなるＣＦ扁平糸を用いているが、糸幅が４〜１６mm
で、糸幅／糸厚み比が３０以上の扁平糸をその糸幅とほ
ぼ等しい1.０〜1.２倍の糸間隔で製織したものである。
したがって、得られる扁平糸織物は、空隙の発生や織糸
のクリンプが最小に抑えられ、繊維密度が高く、繊維密
度が0.８ｇ／cm³以上となっても高い強度特性を発揮す
る。

【００５２】上記扁平糸織物を用いたプリプレグやＦＲ
Ｐは、公知の方法により合成樹脂を含浸させて製造する
ことができる。このとき使用する合成樹脂は、エポキシ
樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，フェノール樹脂などの
熱硬化性樹脂、ナイロン樹脂，ポリエステル樹脂，ポリ
ブチレンテレフタレート樹脂，ポリエーテルエーテルケ
トン（ＰＥＥＫ）樹脂，ビスマレイミド樹脂などの熱可
塑性樹脂が使用でき、30〜67重量％の合成樹脂を扁平糸
織物に含浸させる。

【００５３】

【作用】繊維単糸数が３０００〜２４０００本である太
い無撚りの炭素繊維扁平糸条をたて糸およびよこ糸とし
て用いて製織されてなり、該たて糸およびよこ糸は、織
られた状態で無撚りで捻れがなく扁平状態が潰されてお
らず、かつ、その糸幅と実質的に同等の織り糸間隔で配
列されてなる扁平糸織物とすると、扁平状態を維持した
状態で扁平糸織物が製織され、太いたて糸とよこ糸であ
っても、交錯部におけるクリンプが小さく抑えられ、繊
維密度が均一となる。

【００５４】また、ＣＦ扁平糸からなるたて糸とよこ糸
は非常に粗い糸密度で製織されており、さらに織糸のク
リンプが小さいので剪断変形させやすい。すなわち、扁
平糸織物を剪断変形させた場合、たて糸またはよこ糸の
糸間隔を詰める余裕が十分にあるので、扁平糸の糸幅を
狭めつつ糸間隔を小さくさせながら皺を発生させること
なく大きく変形させることができ、複雑な形状の成形型
にも沿わすことができる。

【００５５】なお、本発明の扁平糸織物であれば、空隙
部が小さくて均一な織物でもって成形型の曲面のみを剪
断変形させて沿わせるものであるから、成形型の曲率の
大きい面も一様に高い繊維被覆度で沿わせることができ
る。

【００５６】上記扁平糸織物を補強基材とするプリプレ
グやＦＲＰは、樹脂含浸性が良いことから、樹脂中に殆
どボイドが発生せず、高い強度特性を示す。

【００５７】扁平糸織物の製造方法及び製造装置におい
て、織機の主軸に連動させた引取りローラによりよこ糸
ボビンを一定回転させながら横取り解舒させ、たて糸に
対する１回のよこ糸供給によるよこ糸の弛みを吸収さ
せ、次いでガイドローラによりよこ糸の位置決めを行う
と共に、張力付与機構により張力を付与すると、よこ糸
が捩じれた状態で織り込まれることがない。

【００５８】

【実施例】以下、本発明の扁平糸織物とその製造方法に
係る一実施例を図１乃至図５に基づいて詳細に説明す
る。

【００５９】図１は本発明の扁平糸織物の製造方法を適
用した製造装置を示すもので、この製造装置は、よこ糸
供給装置として、ボビン１、引取りローラ３、テンショ
ン装置４、ガイドローラ５〜７、板バネテンション装置
８、押し板ガイド９及びレピア１１等を備えており、た
て糸供給装置として、クリール２０、コーム２１、水平
ガイド２２、綜絖２３及び筬２４を備えている。

【００６０】先ず、よこ糸供給装置に説明すると、ボビ
ン１は、炭素繊維扁平糸（以下、単に「扁平糸」とい
う）からなるよこ糸Ｔ_wfが巻回され、よこ糸Ｔ_wfはテン
ションローラ２を経て織機の回転主軸で駆動されている
引取りローラ３に案内され、引取りローラ３の回転によ
り一定速度で解舒される。ここで、テンションローラ２
は、ボビン１からよこ糸Ｔ_wfを解舒するときは上方に位
置し、織機が停止すると自動的に下方に下がると共に、
ブレーキが働いて惰性回転が停止する。

【００６１】よこ糸Ｔ_wfの解舒速度は、織機の回転数
（ｒｐｍ）と１回転に必要なよこ糸長さ（ｍ）が分かれ
ば容易に求めることができる。

【００６２】よこ糸Ｔ_wfやたて糸Ｔ_wrとなる扁平糸は、
予め扁平状に加工され、サイジング剤などで形態保持さ
れて一定のトラバース幅で円筒状の管であるボビン１や
後述するクリール２０のボビン２０ａ，２０ｂに巻かれ
ている。また、糸条の太さとしては、炭素繊維単糸数が
３，０００〜２４，０００本からなっており、糸条の扁
平率は糸幅／糸厚み比で３０〜８０である。

【００６３】そして、引取りローラ３から引き出された
よこ糸Ｔ_wfは、テンション装置４のガイド４ａを経て、
水平ガイドローラ５、垂直ガイドローラ６、水平ガイド
ローラ７に案内されて板バネテンション装置８へと導か
れる。

【００６４】それぞれのガイドローラ５〜７は、直径が
１０〜２０mm程度で、長さが１００mm〜３００mm程度の
ベアリングを内蔵した回転方式が好ましい。直径があま
りにも小さいとよこ糸Ｔ_wfを構成する炭素繊維が屈曲し
て単糸切れを起こし易く、また、２０mm以上になると回
転の惰性が大きくなって始動、停止時の張力変動が大き
くなる問題がある。また、それぞれのガイドローラ５〜
７の長さは、通過するよこ糸Ｔ_wfが左右または上下方向
に移動してガイドローラ５〜７を支持する支持部に接触
しない長さが必要である。よこ糸Ｔ_wfがガイドローラ５
〜７の支持部に接触すると、扁平状態が潰れてしまう。

【００６５】水平ガイドローラ５およびガイドローラ７
は、案内するよこ糸Ｔ_wfの高さ方向の位置を決め、垂直
ガイドローラ６はよこ糸Ｔ_wfの水平方向の位置を決め
る。したがって、ガイドローラは、少なくとも水平方向
と垂直方向のものが、それぞれ交互に配置されていれば
よい。

【００６６】このとき、水平ガイドローラ５と垂直ガイ
ドローラ６との間および垂直ガイドローラ６と水平ガイ
ドローラ７との間で、よこ糸Ｔ_wfの扁平面を９０°捩じ
る必要がある。このため、ガイドローラ５，６間及びガ
イドローラ６，７間の距離は、よこ糸Ｔ_wfの幅によって
異なるが、５０mm以上離す必要がある。ガイドローラ間
の距離が５０mmより小さいと、よこ糸Ｔ_wfが捩じれたま
ま垂直ガイドローラ６や水平ガイドローラ７を通過して
織り込まれてしまう。また、短い距離で扁平糸を９０°
捩じると、扁平糸の両端部に張力が加わり、毛羽が発生
する。

【００６７】ガイドローラ５〜７は１本であってもよい
が、それぞれ２本の組にしてよこ糸Ｔ_wfをＳ字状に通過
させると、よこ糸Ｔ_wfに作用する張力が安定し、よこ糸
Ｔ_wfの位置決めを確実に行うことができる。

【００６８】テンション装置４は、後述するレピア１１
による間欠的なよこ糸Ｔ_wfの挿入に際し、引取りローラ
３によって一定速度で解舒されるよこ糸Ｔ_wfの引取りロ
ーラ３と水平ガイドローラ５間における弛みをスプリン
グ４ｂで吸収させて、よこ糸Ｔ_wfを常に緊張させておく
ものである。よこ糸Ｔ_wfは、スプリング４ｂで緊張させ
ておかないと、弛んだ際に捩じれてしまい、捩じれたま
まガイドローラ５〜７を通過して織り込まれてしまう問
題が起こる。そして、スプリング４ｂの下端に設けたガ
イド４ａは、扁平糸の扁平面が水平に案内されるよう
に、横長に配置しておく。

【００６９】よこ糸Ｔ_wfを緊張させておくその他の方法
としては、エアの吸引による方法があるが、この方法で
は吸引中によこ糸Ｔ_wfが捩じれてしまう問題がある。ま
た、重りによるよこ糸Ｔ_wfの緊張方法では、張力変動が
大きくなり過ぎ、よこ糸Ｔ_wfを構成する炭素繊維が損傷
する問題があり、前記スプリングによる方法が最も簡単
で、確実である。

【００７０】更に、よこ糸Ｔ_wfの水平ガイドローラ７の
下流側には、よこ糸Ｔ_wfの張力を均一にさせるテンショ
ン装置８が配置されている。このテンション装置８は、
幅の広い２枚の板バネ８ａ，８ｂでよこ糸Ｔ_wfを挟み込
むことにより、よこ糸Ｔ_wfの張力を均一に保持するもの
である。

【００７１】本発明の扁平糸織物を製造する製造装置の
よこ糸供給方法においては、原理的には、垂直ガイドロ
ーラ６によりよこ糸Ｔ_wfの糸道を決めているが、張力変
動やレピア１１への引っ掛け動作によりよこ糸Ｔ_wfの糸
道が変わることがある。したがって、よこ糸Ｔ_wfが幅方
向に移動してもよこ糸Ｔ_wfの端部と干渉する物がないこ
とが必要であり、そのために幅の広い板バネ８ａ，８ｂ
を備えたテンション装置８を用いる。板バネ８ａ，８ｂ
の幅としては、よこ糸Ｔ_wfの糸幅の５倍以上あればよ
い。

【００７２】押し板ガイド９は、板バネテンション装置
８のよこ糸Ｔ_wfの下流側に配置されており、先端にＶ字
形のガイド面９ａが形成された板である。このガイド９
は、レピア１１への給糸と連動して、織機の回転が伝達
されるカム機構を利用して矢印で示す前後方向に駆動さ
れる。

【００７３】また、押し板ガイド９の下流側近傍には、
糸端把持ガイド１０が配置されている。糸端把持ガイド
１０は、図３に示すように、Ｌ字形の受け部材１０ａと
図示しない駆動手段によって上下方向に駆動される押圧
部材１０ｂとを有している。このガイド１０は、レピア
１１へのよこ糸Ｔ_wfの給糸時に、押し板ガイド９の前進
作動と並行して押圧部材１０ｂが下降し、よこ糸Ｔ_wfを
受け部材１０ａに押しつけて糸端を把持している。

【００７４】したがって、よこ糸Ｔ_wfは、押し板ガイド
９が矢印方向に押し出されて扁平面がＶ字形のガイド面
９ａの斜面に案内されて下降すると共に、糸端把持ガイ
ド１０も下降し、扁平形態が潰れずにレピア１１の先端
を横切る結果、後述するレピア１１の爪１１ａに具合良
く引っ掛けられる。

【００７５】ここで、通常、よこ糸Ｔ_wfは、糸端把持ガ
イド１０とガイド孔を有する給糸ガイドとによって、よ
こ糸Ｔ_wfがレピア１１を斜めに横断するように待機させ
ておき、レピア１１が給糸位置に到達したときに、両ガ
イドを下降させてレピア１１の爪１１ａによこ糸Ｔ_wfを
引っ掛けさせている。

【００７６】しかし、レピア１１への給糸に際して給糸
ガイドを用いると、よこ糸Ｔ_wfが扁平糸の場合に、前記
ガイド孔でよこ糸Ｔ_wfが擦られて扁平形態が潰れてしま
う。このため、本発明の扁平糸織物を製造する製造装置
では、板バネテンション装置８と糸端把持ガイド１０と
の間に押し板ガイド９を設け、レピア１１への給糸時に
糸端把持ガイド１０を下降させると共に、押し板ガイド
９を前進させることにより、織機の後方によこ糸Ｔ_wfを
押し付けてレピア１１に対して横切るようにしたのであ
る。

【００７７】レピア１１は、図１に示したように、後述
する筬２４の前部に配置される長手条の部材で、間欠的
に横方向に作動して、よこ糸Ｔ_wfを製織部のたて糸
Ｔ_wr，Ｔ _wr間に挿入するものである。レピア１１は、図
２に示すように、扁平なよこ糸Ｔ _wfを引っ掛ける爪１１
ａが先端に設けられ、爪１１ａの近傍には押え具１１ｂ
が取付けられている。

【００７８】また、レピア１１で扁平なよこ糸Ｔ_wfを把
持する方法として、図５に示すように、レピア１１の先
端に導かれたよこ糸Ｔ_wfの端部を挟み具１２で挟んで把
持させることにより、ほとんど扁平状態を潰すことなく
よこ糸挿入を達成することができる。

【００７９】本発明の扁平糸織物を製造する製造装置に
おいては、以上のようなよこ糸供給装置の横糸供給工程
により、ボビン１に巻回されたよこ糸Ｔ_wfが、引取りロ
ーラ３によって一定速度で解舒され、レピア１１の間欠
的なよこ糸挿入の際の弛みがテンション装置４のスプリ
ング４ｂで吸収される。そして、ボビン１から解舒され
たよこ糸Ｔ_wfは、ガイドローラ５〜７で案内されると共
に、板バネテンション装置８で均一な張力に保持されな
がら、押し板ガイド９と糸端把持ガイド１０との協働に
より、レピア１１の爪１１ａに引っ掛けられ、図１に示
すように、製織部のたて糸Ｔ_wr，Ｔ_wr間に挿入される。

【００８０】このため、扁平糸からなるよこ糸Ｔ_wfは、
捩じれたり、扁平形態が潰されることなく織り込まれ
る。

【００８１】次に、たて糸供給装置について説明する
と、クリール２０は、多数のボビンが回転自在に支持さ
れ、図１においてはボビン２０ａ，２０ｂのみを図示し
てある。そして、ボビン２０ａ，２０ｂには、よこ糸供
給装置のボビン１と同様に、扁平糸からなるたて糸Ｔ_wr
が巻回され、たて糸Ｔ_wrは、横取り解舒で織機側に導か
れる。ボビン１２からのたて糸Ｔ_wrの解舒速度は、よこ
糸Ｔ_wfに比べて極端に遅く、一定の速度であるから、ボ
ビン２０ａ，２０ｂは軽いブレーキ付きであれば問題な
い。

【００８２】コーム２１は、上下に配置された支持枠２
１ａ，２１ａ間に織物のたて糸Ｔ_wrの間隔と同じ間隔に
複数のワイヤー２１ｂを上下方向に設けたものを多数連
結したもので、ワイヤー２１ｂ，２１ｂ間にたて糸Ｔ_wr
を１本ずつ通して水平方向の位置を決める。ここにおい
て、ワイヤー２１ｂは、クリール２０のボビン２０ａ，
２０ｂから供給される扁平なたて糸Ｔ_wrが支持枠２１
ａ，２１ａと接触せず、たて糸Ｔ_wrの扁平面がワイヤー
２１ｂのみと接触するよう、所定の長さにする必要があ
る。ワイヤー２１ｂの長さが所定長さ以下であると、た
て糸Ｔ_wrが潰れてしまう。ワイヤー２１ｂの最適な長さ
は、クリール２０の高さと、クリール２０からコーム２
１ならびに水平ガイド２２までの距離によって決まる
が、３００mm程度の長さが必要である。

【００８３】水平ガイド２２は、２本のガイドバー２２
ａ，２２ａを有し、ボビン２０ａ，２０ｂから解舒され
るたて糸Ｔ_wr，Ｔ_wrをＳ字状に巻回して、上下方向の位
置を規制する。ここで、たて糸Ｔ_wrは、コーム２１と水
平ガイド２２との間で扁平面を９０゜捩じる必要があ
る。このため、コーム２１と水平ガイド２２との間隔
は、たて糸Ｔ_wrの幅によって異なるが、５０mm以上離す
必要がある。コーム２１と水平ガイド２２との間隔が、
５０mm以下であるとたて糸Ｔ_wrが捩じれたまま水平ガイ
ド２２を通過して織り込まれてしまう。

【００８４】綜絖２３は、各たて糸Ｔ_wrに一つずつ配置
されており、水平ガイド２２で上下方向の位置が位置決
めされた各たて糸Ｔ_wrを筬２４へ案内するが、図示しな
い駆動手段によって昇降され、各たて糸Ｔ_wrの筬２４の
下流側によこ糸Ｔ_wfを通す杼道を作る。ここで、従来の
綜絖においては、メールは隣接する糸と綜絖との間にお
ける干渉を少なくする目的で縦長形状になっている。し
かし、このように縦長形状のメールに扁平糸を通すと、
扁平形状が潰されてしまい、扁平形状のまま製織するこ
とが出来ない。したがって、綜絖２３は、メール２３ａ
の形状を横長に形成することが好ましく、メール２３ａ
の横方向の長さは、たて糸Ｔ_wrとして用いる扁平糸の糸
幅と同等または若干長く設定する。メール２３ａの形状
としては、矩形あるいは横長楕円が好ましい。

【００８５】筬２４は、クリール２０に設けた複数のボ
ビン２０ａ，２０ｂ等から解舒された複数のたて糸Ｔ_wr
を所定の密度に配列させて、織前へ案内するもので、フ
レーム２４ａに多数の筬羽２４ｂが上下方向に配置され
ている。ここにおいて、たて糸Ｔ_wrは、張力をできるだ
け低く設定することが望ましい。これは、綜絖２３に案
内されてくるたて糸Ｔ_wrの筬２４の横方向の位置が僅か
にずれて筬羽２４ｂと接触しても、たて糸Ｔ_wrの張力が
低いと扁平形状が潰されることがなく、また、綜絖２３
が揺れてたて糸Ｔ_wrの位置がずれ、たて糸Ｔ_wrがメール
２３ａの片側によっても扁平形状が潰されることがない
からである。

【００８６】上記たて糸供給装置においては、以下の工
程に従ってたて糸Ｔ_wrが織前に導かれ、よこ糸供給装置
から送られてくるよこ糸Ｔ_wfに織り込まれて扁平糸織物
が製造される。

【００８７】先ず、クリール２０に設けた複数のボビン
２０ａ，２０ｂ等から複数のたて糸Ｔ_wrが解舒される。

【００８８】各たて糸Ｔ_wrは、コーム２１で水平方向の
位置が位置決めされた後、９０゜捩じりを付与されて水
平ガイド２２へと導かれる。

【００８９】水平ガイド２２へ導かれた各たて糸Ｔ
_wrは、上下方向の位置が位置決めされた後、綜絖２３に
案内され、図示しない駆動手段によって昇降されて筬２
４の下流側によこ糸Ｔ_wfを通す杼道を形成する。

【００９０】このようにしてクリール２０の複数のボビ
ン２０ａ，２０ｂ等から解舒された複数のたて糸Ｔ
_wrは、筬２４で所定密度に配列させて、織前へ案内され
る。

【００９１】そして、綜絖２３によって杼道が形成され
たときに、レピア１１の間欠作動により多数のたて糸Ｔ
_wr間によこ糸Ｔ_wfが挿入され、図１に示すように、扁平
糸織物が製造されてゆく。

【００９２】このたて糸供給工程により、各たて糸Ｔ_wr
は等間隔でシート状に揃えられ、安定した製織が可能に
なる。

【００９３】次に、上記製造方法に基づき、上記製造装
置を用いて製織した扁平糸織物に関する実施例を以下に
説明する。

【００９４】実施例１引張破断強度が500 ｋｇ・ｆ／mm²、引張弾性率が23,50
0ｋｇ・ｆ／mm²、破断伸度が2.１％の炭素繊維糸（東レ
（株）社製トレカＴ700 ＳＣ−12Ｋ(繊度7,200デニー
ル)）からなり、糸幅が6.5mm、糸の厚みが0.１０mm、糸
幅／糸厚み比が65の扁平形態で、サイジング剤を１％付
着させて形態を保持させた扁平糸を使用し、たて糸およ
びよこ糸の密度が1.２５本／cmの平織組織で、目付が20
0ｇ／ｍ²、織物厚みが0.２２mm、繊維密度が0.９１ｇ／
cm³の扁平糸織物を製織した。

【００９５】このとき、前記炭素繊維糸は、炭素繊維単
糸数が３，０００〜２４，０００本からなっており、糸
条の扁平率は糸幅／糸厚み比で３０〜８０であった。

【００９６】得られた扁平糸織物は、たて糸とよこ糸の
交錯部において殆ど空隙のない繊維密度が均一な織物で
あった。また、製織速度は、類似の炭素繊維糸（東レ
（株）社製トレカＴ300 Ｂ−３Ｋ(繊度1,800 デニー
ル)）を用いた、たて糸およびよこ糸の密度が5.０本／c
mの平織組織で、目付が200ｇ／ｍ²の従来の扁平糸織物
に比べて４倍という早い速度で、非常に生産性が向上し
ていた。

【００９７】次いで、得られた前記織物にエポキシ樹脂
を含浸させ、これを同方向に４枚積層させてオートクレ
ーブ成形法で硬化板を作製し、ＪＩＳＫ７０７３のＣ
ＦＲＰの引張試験法に準拠して引張破断強度を評価し
た。

【００９８】その結果を、炭素繊維の体積含有率および
引張弾性率と共に表１に示す。

【００９９】比較例１比較のため実施例１の扁平糸を使用し、たて糸およびよ
こ糸の密度が1.２５本／cmの平織組織となっている扁平
糸織物を、従来の製織法により製織した。

【０１００】得られた織物は、非常に織り目が粗く、目
付が200ｇ／ｍ²、織物厚みが0.３４mm、繊維密度が0.６
０ｇ／cm³であった。

【０１０１】この織物を、実施例１と同様にしてエポキ
シ樹脂に含浸させ、これを同方向に４枚積層させてオー
トクレーブ成形法で硬化板を作製した。

【０１０２】その結果、積層工程において、織物の空隙
部の樹脂が離形フィルムに取られて欠けてしまい、その
分樹脂を追加しなければならなかった。また、得られた
硬化板は、表面が織物の空隙部が窪んで凹凸しており、
ボイドが多数みられた。

【０１０３】さらに、この硬化板を、実施例１の試験法
により引張破断強度を評価し、その結果を、炭素繊維の
体積含有率および引張弾性率と共に表１に示した。

【０１０４】

【表１】

【０１０５】表１に示す結果から明らかなように、本発
明の扁平糸織物から作製した硬化板は、非常に高い引張
破断強度を備え、引張弾性率においても、従来の炭素繊
維織物基材では考えられない高い値を示している。

【０１０６】また、比較例１の結果から明らかなよう
に、繊維密度が0.６０ｇ／cm³のように小さい織物で、
炭素繊維の体積含有率が高い硬化板を作製しようとして
も、樹脂含浸性が悪いため強度の低い硬化板になってし
まう。この場合、使用する樹脂量を増加させて樹脂含浸
性を高めることも考えられるが、このようにすると炭素
繊維の体積含有率が低い硬化板となってしまう。

【０１０７】実施例２実施例１と同じ扁平糸織物を製織し、この扁平糸織物に
不飽和ポリエステル樹脂をハンドレイアップ(hand lay-
up) で含浸させ、これを４枚積層して常温で硬化させた
硬化板を作製した。

【０１０８】得られた硬化板は、ハンドレイアップ成形
であるにも拘らず、45％という炭素繊維の高い体積含有
率を示し、かつ、完全に樹脂が含浸されてボイドのない
ものであった。これは、製織された扁平糸織物の繊維密
度が0.９１ｇ／cm³と高いことから可能になったもので
ある。

【０１０９】このようにして得た硬化板を、実施例１の
試験法により評価したところ、表２に示すように、実施
例１のオートクレーブ成形法で得られた硬化板並みの高
い強度を有する結果が得られた。

【０１１０】

【表２】

【０１１１】比較例２引張破断強度が360ｋｇ・ｆ／mm²、引張弾性率が23,500
ｋｇ・ｆ／mm²、破断伸度が1.５％の炭素繊維糸（東レ
（株）社製トレカＴ300 Ｂ−３Ｋ(繊度1,800デニール
)）を使用し、たて糸およびよこ糸の密度が5.０本／cm
の平織組織からなる炭素繊維糸織物を、従来の製織法に
より製織した。

【０１１２】得られた炭素繊維糸織物は、目付が200ｇ
／ｍ²、織物厚みが0.２７mm、繊維密度が0.７４ｇ／cm³
であった。

【０１１３】この織物に、実施例２と同様に、不飽和ポ
リエステル樹脂をハンドレイアップで含浸させ、４枚積
層して常温硬化させた硬化板を作製した。得られた硬化
板は、炭素繊維の体積含有率が３2.１％と通常の値で、
樹脂含浸性も良好であった。

【０１１４】この硬化板を実施例１の試験法により評価
し、その結果を表２に炭素繊維の体積含有率および引張
弾性率と共に併記した。

【０１１５】比較例２の硬化板は、樹脂含浸性の点では
問題がなく、実施例２の硬化板と比べ、用いた炭素繊維
糸だけが異なっていた。しかし、表２に示したように、
これら炭素繊維糸が硬化板の強度に寄与する引張強度利
用率から判断しても、実施例２の硬化板に比べて引張破
断強度が極端に小さかった。

【０１１６】比較例２の硬化板は、用いた炭素繊維糸織
物の繊維密度が0.７４ｇ／cm³であるのに対し、実施例
２の硬化板に用いた扁平糸織物では、繊維密度が0.９１
ｇ／cm³と高く、したがって硬化板における炭素繊維の
体積含有率が高くなること、また、実施例２の扁平糸織
物では、織糸のクリンプも小さいので高い強度特性が発
現したものである。

【０１１７】ここで、実施例１，２並びに比較例１，２
における引張試験に基づき、横軸を引張歪み（％）、縦
軸を引張破断強度（ｋｇ・ｆ／mm²）として、図４に示
す強度−歪み曲線に関する強度特性図を描いた。

【０１１８】図４からも明らかなように、比較例２の硬
化板では引張歪みが0.６％の付近から引張弾性強度の変
化率の低下が見られた。これは、比較例２の硬化板を観
察したとろ、樹脂にクラックが発生していたことから、
用いた炭素繊維糸のクリンプが伸ばされた結果、含浸さ
せた樹脂で炭素繊維糸を支えきれなくなったことに起因
するものと推定される。

【０１１９】したがって、この硬化板を構造材料として
使用する場合には、引張破断強度を基準にすることは危
険であり、より低い引張破断強度を基準にする必要があ
る。

【０１２０】ここで、引張強度利用率とは、炭素繊維の
強度から算出した理論強度に対する実測による引張強度
の比をいう。

【０１２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
扁平糸織物は、繊維単糸数が３０００〜２４０００本で
ある太い無撚りの炭素繊維扁平糸条をたて糸およびよこ
糸として用いて製織されてなり、該たて糸およびよこ糸
は、織られた状態で無撚りで捻れがなく扁平状態が潰さ
れておらず、かつ、その糸幅と実質的に同等の織り糸間
隔で配列したので、織糸間の空隙が殆どなく、繊維が非
常に均一で高密度な織物となる。

【０１２２】特に、薄地の炭素繊維織物は、従来高価な
細い炭素繊維糸を高密度で製織していたので非常に高価
な織物であったが、本発明の製造方法によれば安価な太
い炭素繊維糸を用いて、しかも粗密度で製織するので生
産性が高く、製造原価が安価となる。さらに、本発明の
扁平糸織物は、ＣＦ扁平糸で粗く製織されたものである
から剪断変形させやすく、複雑な形状の成形型に均一に
沿わせることができる。また、炭素繊維織物は、扁平状
態の糸が粗密度で織られているので織糸のクリンプが小
さく、かつ、繊度の大きい太い繊維からなる扁平糸を使
用し、繊維密度が0.８ｇ／cm³以上と高いので、空隙が
小さいため、ＣＦＲＰを作製した場合に炭素繊維の体積
含有率が高くなり、非常に高い強度特性を発揮する等の
優れた効果を奏する。

【０１２３】さらに、本発明の扁平糸織物は、表面が滑
らかなので、ＦＲＰを作製したときにＦＲＰの表面が平
坦となり塗装が容易となる。

【０１２４】また、本発明の扁平糸織物の製造方法によ
れば、扁平糸が捩れたり、その扁平状態が潰されること
なく扁平糸織物を製織することができ、非常に薄い織物
が安定して得られ、この織物でＣＦＲＰを製造したと
き、捩れ部の厚みムラで表面に凹凸ができたり、捩れ部
の空隙に樹脂過多な部分が生じたり、ボイドが発生する
等の不都合や、捩れ部の応力集中による強度低下を回避
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の扁平糸織物の製造方法を適用して扁平
糸織物を製織する製造装置の概略構成図である。

【図２】レピアの先端を拡大した拡大図である。

【図３】糸端把持ガイドを拡大して示した斜視図であ
る。

【図４】本発明の扁平糸織物を用いて作製した硬化板の
強度−歪み曲線に関する強度特性図である。

【図５】レピアによってよこ糸を把持する他の態様を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ボビン（よこ糸用）２テンションローラ３引取りローラ４テンション装置（弾性懸垂機構）４ａガイド４ｂスプリング５〜７ガイドローラ８板バネテンション装置（張力付与機
構）９押し板ガイド１０糸端把持ガイド１１レピア２０クリール２０ａ，２０ｂボビン（たて糸用）２１コーム２２水平ガイド２３綜絖２３ａメール２４筬Ｔ_wf よこ糸Ｔ_wr たて糸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＤ０３Ｄ 41/00 Ｄ０３Ｄ 41/00 Ｅ // Ｂ２９Ｃ 70/10 Ｄ０１Ｆ 9/12 70/06 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｘ 70/30 ＧＤ０１Ｆ 9/12 ＥＢ２９Ｋ 105:08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維単糸数が３０００〜２４０００本で
ある太い無撚りの炭素繊維扁平糸条をたて糸およびよこ
糸として用いて製織されてなり、該たて糸およびよこ糸
は、織られた状態で無撚りで捻れがなく扁平状態が潰さ
れておらず、かつ、その糸幅と実質的に同等の織り糸間
隔で配列されてなることを特徴とする扁平糸織物。
【請求項２】用いる前記炭素繊維扁平糸条の扁平状態
が実質的に保持されてなる、請求項１に記載の扁平糸織
物。
【請求項３】前記炭素繊維扁平糸条は、その扁平率が
３０〜８０の薄いものである、請求項１または２に記載
の扁平糸織物。
【請求項４】炭素繊維密度が織物全体にわたって実質
的に均一である、請求項１乃至３いずれか１項に記載の
扁平糸織物。
【請求項５】繊維単糸数が３０００〜２４０００本で
ある太い無撚りの炭素繊維扁平糸条をたて糸およびよこ
糸として用い、前記炭素繊維扁平糸条を捻ることなく扁
平状態を潰さずに、かつ、その糸幅と実質的に同等の織
り糸間隔で配列するように製織することを特徴とする扁
平糸織物の製造方法。
【請求項６】得られる扁平糸織物において、用いる前
記炭素繊維扁平糸条の扁平状態が実質的に保持されてい
る、請求項５に記載の扁平糸織物の製造方法。
【請求項７】前記炭素繊維扁平糸条は、その扁平率が
３０〜８０の薄いものである、請求項５または６に記載
の扁平糸織物の製造方法。
【請求項８】得られる扁平糸織物は、その炭素繊維密
度が織物全体にわたって実質的に均一である、請求項５
乃至７のいずれか１項に記載の扁平糸織物の製造方法。
【請求項９】扁平糸の扁平面に並行な横長のメールに
よって扁平形状を保持しながら杼道を形成することを特
徴とする請求項５乃至８いずれか１項に記載の扁平糸織
物の製造方法。