JPS62250258A - 複雑な形状の編組構造物 - Google Patents

複雑な形状の編組構造物

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JPS62250258A
JPS62250258A JP62088969A JP8896987A JPS62250258A JP S62250258 A JPS62250258 A JP S62250258A JP 62088969 A JP62088969 A JP 62088969A JP 8896987 A JP8896987 A JP 8896987A JP S62250258 A JPS62250258 A JP S62250258A
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ロナルド・フランク・マツコニール
ピーター・ポツパー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複雑な形状を与えた構造物に関し、さらに詳細
には、構造的複合材料の三次元的編組構造物に関するも
のである。
繊維強化プラスチツク構造物は、それらがとって代る木
材又は金属構造物と比較して、高い強化、低い重量及び
加工の容易さのために、多年にわたり増大する成功と共
に使用されてきた０強化材としては、たとえばガラス、
炭素、セラミック及びアラミドのような繊維が一般的で
あり、且つ熱硬化性及び熱可塑性樹脂が重合体マトリッ
クスとして一般的である。
連続フィラメントで強化した重合体材料は、できる限り
高い強度と剛性を、できる限り低い重量と共に必要とす
る、たとえば宇宙航空成分のような、高度に応力を受け
る部品のための前駆体として用いられている。このよう
な部品の不均一性は、最も弱いものが実用的な必要条件
を超えるように過剰構成させることを要求する。複合材
料構造物の統合的な製造は、強化材料の均一性を向上さ
せ且つかかる構造物から製造した複合材料部品の信頼性
を向上させることができる。
軸糸を用いる編組は、このような構造物を１１！遣する
ための一方法であって、一般に構造物の軸に対して実質
的に平行にのびている軸糸の配列を形成させ且つ織組糸
が相互及び軸糸と交錯するように配列を通して特定模様
で編組糸を交錯させることから成っている。たとえば、
ヨーロッパ特許公開第０１１３１９６中に記されている
もののような、これを行なうための公知の方法は、比較
的高い輝工速度で複雑な形状の構造物を形成させるため
には適しておらず且つその実行のためにきわめて望まし
いまのとはいえない、　本発明は、独特の編組模様によ
って、比較的高い加工速度で正確な糸の配置をもつ複雑
な形状の構造物を形成させることを可能とする。このよ
うな構造物を形成させるための方法は、編組糸が構造物
中で縦にのびている糸の多層軸的配列を通る対角的な径
路に従うような具合に、繰返しの二段階模様として編組
糸を移動させることを包含する。それぞれの編組糸は配
列中を完全に通過したのち配列の外側の点で反転し、次
いで別の対角的方向に動く、全編組糸がそれらの反転す
る点において同時に配列の外側にある。生じる生成物は
編組糸及び軸糸によって規定される。改良は、該編組糸
のそれぞれが構造物の外周へと対角的な径路で配列中を
完全にのびており、その後に該編組糸が何れも、それら
の反転する点から別の対角的方向にある径路中にのびて
いる。このような糸の配置は、比較的僅かな数の編組糸
によって方向的に強化したａｈ形態を提供する。
マトリックス材料を本発明によって製造した構造物の何
れかに対して加えることによって、硬質の複合材料を形
成させることができる。たとえば、三次元的な編組構造
物は、Ｔ形ビームとして成形し且つ硬化させて、構造部
材を形成させることができる。
本発明の編組構造物は第１図に概念的に示すような装置
によって製造することが好ましいが、その場合に、第２
ａ〜２Ｃ図に示すような２段階運動を用いて編組糸を軸
糸及び相互と、本発明の利益を達成すべき模様で交錯さ
せる１次いで第１図を参照すると、全体的に２０で示し
た編組機に対して巻糸軸架２２が支持する糸２６の供給
包装２４から供給した糸２６は、多層配列中の格子支持
体３０中の案内管２８中を移動する。糸２６を軸糸と呼
ぶが、それらはｍ、ｍ操作によって形成せしめる１゛字
形構造物３２の縦軸に体して実質的に平行にのびている
０編組糸４０（１本のみを示す）は、矢印３３ａ、３５
ａによって示した明確な動作駆動によって、支持体３０
中のみぞ３３．３５に沿って、第２〜２ｅ図と関連して
以下に説明する模様として、Ｘ及びＹ方向において格子
支持体３０中を移動することができるキャリヤー４４（
例えばスティーガー社が製造しているＫＬ８０Ｂ型）上
に取り付けた供給包装４２から供給する。第１図におい
て、キャリヤー４４は、丁字形構造物３２を形成させる
ための模様中で選択した反転点において示されている６
編組運動は、先ず格子の選択したＸみぞ３３に沿い、次
いで格子の選択したＹみぞ３５に沿う軸糸配列中を通る
キャリヤーの移動に対随する。矢印３７によって示す引
き取り機構が提供する構造物３２の軸方向の進行と結び
付いたこれらのＸ及びＹの両段階の連続的な繰り返しは
、たとえば編組Ｔビーム構造物３２のような、複雑な形
態の三次元的編組構造物を形成させる。
次いで第２ａ図を参照すると、軸糸２６は１゛ビームの
幾何学的形状３１として格子３０中に配置しである。編
組糸４０は交互する反転点５０に位置している６図中に
は４０ａ〜４０ｈで指示した８本の編組糸が示されてい
る。それらは格子のＸとＹの両方向において交互する反
転点に位置している。編組作業の第一段階において４０
ａ〜４０ｈの各糸は、矢印すなわち軸糸２６の配列中を
通る移動ベクトル（第２ｂ図）によって示すようなプラ
ス（十〇又はマイナス（−）方向の何れがで移動する、
すなわち、４０ａ、４０ｈ、４０ｇ及び４０ｅはプラス
（＋）方向に移動するのに対して、４０ｂ、４０ｃ、４
０ｄ及び４０ｆはマイナス（−）方向に移動する。ｍ組
作業の第二段階において、編組糸は第２０図中の矢印す
なわち移動ベクトルで示すように、直交的にプラス又は
マイナス方向の何れかに移動する。すなわち、４０ｄ、
４０ｃ、４０ｆ及び４０ｈはプラス（＋）方向に移動す
るのに対して、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び４０ｇはマ
イナス（−）方向に移動する。糸４０ａ、４０ｅ、４０
ｃ、４０ｇ及び４０ｄが糸２６の軸方向の配列と交錯す
る態様を第２ｄ図中に示す、糸４０ｂ、４０ｆ及び４０
ｈが軸糸と交錯する模様を第２ｅ図に示す、′ｒ字形ビ
ームの製造に対して説明した移動模様は、次に記すよう
な断面形態の製造に対して一般化することができる：１
）　各軸糸２６が格子単位の中心に位置させである直交
格子上の幾何学的配列として軸糸を配置する。任意の形
成輪郭を選ぶことができるけれども、軸糸の配置は、境
界的な軸糸の中心を結ぶ境界線がもっばらＸ及びＹ方向
における格子線に対して±４５°である線部分から成っ
ていなければならない配置に限られる。たとえば第２ａ
図における境界ｔｌＬ３１を参照すべきである。たとえ
ば第８図に示すもののような複雑の多境界的形Ａｇａｈ
物をも選択することができる。２）　軸糸にもっとも近
いが一格子単位の閏隔内で境界線の外側にある格子線の
交点に反転の点を特定する。それらを第２ａ図中で５０
として指示する。
３）　枢軸的編組糸として指定した、最下方のＹ列中の
最下方のＸ反転点によって出発する境界に沿った交互す
る反転点に編組糸を位置させる。多境界構造物に対して
は、第一の機械の運動が各糸に対して空いた空間を提供
するように編組糸を交互させる。それらを第２ａ図中で
４０ａ〜４０ｈで指示する。枢軸的編組糸は４０ｅであ
る。
４）　編組運動の第−ＲＷｔに対しては、枢軸編組糸を
包含する列がプラス方向に動くようにして、Ｙ列ごとに
プラス又はマイナスに交互させて、全編組糸を同０時に
Ｘ方向で最も近い空の逆転点まで移動させる０編組運動
の第二の１１８に対しては枢軸糸を包含する列ではプラ
ス方向に移くようにしてＸ列ごとにプラス又はマイナス
に交互させて全編組糸を同時にＹ方向で最も近い空の逆
転まで移動させる０本明細書の開示に対しては、この運
動を配列中を通る運動と定義する。構造物を軸方向に進
めながら、編組運動の第一）＋１’ｌＦと第二朗を繰返
すことによって操作を継続する。編組糸移動のすべての
反転は、１Ｊｉｆｆｌ糸が軸配列の外側にあるとき同時
に生じる。
第７〜１２図は、本発明の原理を使用して製造すること
ができる種々の断面形態を示す、各国は必要な２ＲＷｉ
−の編組糸運動を示している。点線は構造物を製造する
ために用いた第−Ｒ暫（すなわちＸ方向の移動）を示し
ている。実線は第二＃著（すなわち使用したＹ方向）を
示している。さらに詳細には、第７図は異なる壁厚を有
するＩ形ビーム９０の運動図であり、第８図は箱形ビー
ム構造物９１の運動図であり、第９図は擬円形構造物９
２の運動図であり、且つ第１０図は２形ビーム構造物９
３の運動図である。
上記の編組運動はさらに、どのような四辺形状要素の格
子を用いることができる非直交格子に対しても、−最北
することができる。たとえば第１１図は２段階の原理を
用いているが非直交的な格子上に配置して形成させた管
状構造物を示している。さらに詳細には、第１１ａ図を
参照すると、格子要素８０の中心８１を内部対角１１８
２．８３が交差する点と定義する。単位格子間隔は四辺
形の境界上の最長辺８４の長さと定義する。境界軸中心
８１を結ぶ線分は、格子に対する対角線に沿っていなけ
ればならない、格子の対角ｌ１８５を、共通頂点８６を
もつ格子要素の中心を結ぶ線と定義する。
編組模様を変えること以外の方法によって、多くの構造
的な変更を達成することができる。さらに詳細には、第
３図において、構造的な空洞６０を有するＴ形ビーム構
造物５９を示している。この構造物は、いくつかの軸糸
の代りにゴム棒を使用し且つのちに形成及び硬化後に取
り除く以外は、上記と同様な原理を用いて製造する。構
造的な空洞は、これらのビームの単位！を量適たりの剛
性を増大させる。その上、これらの空洞は、第３ａ図に
示すような有用な断ぎ手を提供する。だぼ６１を空洞区
域中に接着させて、同く空洞を有する同様な構造物と結
合させることができる。
第４図に示すような東フしたビーム構造物は、同じ原理
と第ｔａｔｇの装置を使用して、製造することができる
。第１ａ図において、編組装置からの生成物を半径Ｒを
有する表面６４上で矢印６３の方向に引っばることによ
って屈愉の外側の糸を内側にある糸よりも速い速度で構
造物中に導入し。
それによらて湾曲した断面を形成させる。
第５図に示すようｒ［方向で変動する構造ビーム６６は
、引き取り機構（図中には示してない）の速度を変化さ
せることによって製造することができる。図示のように
、引き取り機構の動きを比較的低速で禄作することによ
って、ビームの部分６７において高い編組角度を形成さ
せる。比較的低い編組角度は比較的高速で引取り機構の
動きを操作することによって、たとえば軸糸と平行な関
係に近い、比教的低い編組角度が部分６８において達成
される。１組した末端を有するビームは、強い結合点を
生じさせるためにその末端において容易に穴をあけるこ
とができる。
第６図に示すように分岐している構造物もまた本発明を
用いて製造することができる。最初は編組装置を長方形
の配置７０を成すように設定する。
一連の移動ののちに、軸糸を配置し直して空間７３によ
って分離した二つの長方形の区域７１と７２を形成させ
る。この構造物はその長さに沿って断面が変化する。
実施例１ ７２００デニールの炭素繊維（バーキュレス社製のＡＳ
−４）の軸糸の２７本のグループと１５゜０００デニー
ルのケブラー０アラミド繊維の編組糸の１２本のグルー
プの使用によってＴ形ビーム構造物を製造する。軸糸の
グループは、フランジ部分の１５グループのそれぞれ中
の１６のヤーンエンドとウユブ部分の１２グループのそ
れぞれ中の８ヤーンエンドを包含しているる。編組糸グ
ループは、それぞれ２ヤーンエンドを有している。
編組構造物を先に詳栖した２段階運動によって製造する
。１１４組した構造物を編組装置から取り除いて、エポ
キシ樹脂（シェルケミカル社製のエポン８１５）で構造
物を含浸することによって固める。
含浸は編組構造物の樹脂中への浸漬及び／又は大注射針
による編組構造物中への樹脂の注入を包含する。構造物
を真空にさらして、すべての気泡を除去する。含浸した
構造物を丁字形の型中に入れ、型を約１２０°Ｆの温度
に加熱しながら約５０ｐｓｉの機械的圧力を２時間加え
る。ついで型を圧力下に室温まで冷却したのち、型から
構造物を取り出す。
実施例２ 熱可塑性重合体で被覆した９、０１１の全デ二−ルのガ
ラス繊維糸の軸糸の３３グループ及び軸糸と同一のデニ
ールと組成の編組糸の１４グループを使用することによ
って、屈折したビーム構造物を製造する。使用した特定
の重合体は米国特許第４．５１１，６９０号中でチャン
が開示しているものである。軸糸グループは構造物の周
辺における２２の軸糸グループのそれぞれ中の１４ヤー
ンエンドと構造物の内側におけるｌｌ軸糸のそれぞれ中
の１５ヤーンエンドを包含する１編組糸グループは、そ
れぞれ４ヤーンエンドを有している。
編組した構造物を第１２図に示す模様９４を用いて２段
階運動によって製造して、第１ａ図に示すものと同様な
輪郭表面上を引っばる０編組した構造物を編組装置から
取り除き、構造物を型中に入れて、先ず２９０℃に加熱
しながら１００ｐｓｉの機械的圧力を加える。２９０℃
に達したのち、２９０〜３００℃に加熱しながら１５分
ｍ１００゜ｐｓｉに加圧する。構造物に１０００ｐｓｉ
の機械的圧力を加えながら、型中で室温まで冷却する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に対して有用な編組装置の該念的遠近図
である。 第１ａ図は形成させる屈折ビームの部分の断面図である
。− 第２ａ、２ｂ、２ｃ図は、Ｔ形ビームの形成のための段
階的な編組工程を示す一連の運動図である。 第２ｄ、２ｅ図は、第２ａ図の構造物のための緘組糸径
路を示す末端投影図である。 第３図は、構造物な空洞を有するＴ形ビーム構造物の概
念的等角等形図である。 第３ａ図は、第３′：４Ｐ４Ｐ図に示すような構造物に
である。 第５図は、長さの方向で変動する構造的ビームの逃念的
等角等影図である。 第６図は、分岐したビーム構造物の概念的遠近図である
。 第７図は異なる壁厚を有するＩ形ビーム構造物の運動図
である。 第８図は、二重箱形ビーム構造物の運動図である。 第９図は、単円形構造物の運動図である。 第１０図は、一定の壁圧を有するＺ形ビーム構造物の運
動図である。 第１１図は、管状構造物の運動図である。 第１１ａ図は、格子要素の関係を示す第１１図の拡大部
分である。 第１２図は、実施例２中に記したような一定厚さの長方
形ビーム構造物の運動図である。 特許出願人　イー・アイ・デュポン・デ・ニモアＦ／に
、２σ Ｘ一方薗 一子 ＦＩＧ、２ｅ （−７４−△７　ｍ　　　ｔ、。 ＦＩＧ、Ｊ　　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、４ＦＩＧ
、１０ ＦＩＧ、／／ ＦＩＧ、／Ｉσ・

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、編組糸を交錯する模様として配列中を通る対角的な
    径路で構造物の外周に向って且つ外周から遠ざかる方向
    へと交互に反対方向に移動させ且つ他の編組糸と相互に
    連絡させることによって、構造物中を縦にのびる軸糸の
    多層配列と該編組糸を包含する編組構造物を形成させる
    ための方法において、第一段階で該編組糸のそれぞれを
    反転する点まで構造の外周へと完全に配列中を通る該径
    路で交錯する模様として移動させたのち、第二段階で該
    編組糸のそれぞれを反転する点から別の対角的な方向に
    おいて該径路中を移動させることを特徴とする改良。 ２、構造物中で縦にのびる軸糸の多層配列及び交錯する
    模様として配列中を通る対角的な径路で構造物の外周に
    向かって且つ外周から遠ざかる方向へと交互に反対方向
    にのび且つ他の編組糸と相互に連絡する編組糸を包含す
    る編組構造物において、該編組糸のそれぞれが第一段階
    において反転する点まで構造物の外周へと完全に配列中
    を通る対角的な長路でのびたのち、該編組糸のそれぞれ
    はもう一つの段階において該反転する点から別の反転す
    る点まで別の対角的な方向にある径路でのびる繰返しの
    ２段階の交錯する模様を包含することを特徴とする改良
    。 ３、該軸糸及び該編組糸は重合体で含浸した連続フィラ
    メントから成る、特許請求の範囲第２項記載の構造物又
    は第１項記載の方法。 ４、該構造物を重合体で含浸せしめる、特許請求の範囲
    第２項記載の構造物。 ５、該構造物はＴ形−ビームであり且つ該重合体は熱硬
    化性樹脂である、特許請求の範囲第４項記載の構造物。 ６、重合体は熱硬化性又は熱可塑性であり且つフィラメ
    ントは炭素、アラミド又はガラスである、特許請求の範
    囲第３項記載の構造物又は第４項記載の構造物。 ７、該構造物は湾曲した部分を有する、特許請求の範囲
    第３又は４項記載の構造物。 ８、該構造物は内部に構造的穴孔を包含している、特許
    請求の範囲第３又は４項記載の構造物。 ９、該構造物はその長さに沿って断面が変化している、
    特許請求の範囲第２、３又は４項記載の構造物。
JP62088969A 1986-04-17 1987-04-13 複雑な形状の編組構造物 Pending JPS62250258A (ja)

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