JPS626956A - 繊維質材料の平坦な層を積み重ね穿刺して三次元構造体を製造するための方法 - Google Patents

繊維質材料の平坦な層を積み重ね穿刺して三次元構造体を製造するための方法

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JPS626956A
JPS626956A JP61149880A JP14988086A JPS626956A JP S626956 A JPS626956 A JP S626956A JP 61149880 A JP61149880 A JP 61149880A JP 14988086 A JP14988086 A JP 14988086A JP S626956 A JPS626956 A JP S626956A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維質材料の平坦な層を重ね合わせて穿刺に
より接着して三次元構造体を製造する技術に関するもの
である。
３一 本発明の利用分野は、特に限定されるものではないが、
補強構造体を高密度化することによって複合材料部品を
製造する際の、三次元補強構造体を製造する技術に係る
もので、特にブレーキディスクや複合タイルのような構
造体の製造に利用される。
〔従来の技術とその問題点〕
繊維質材料の層を積み重ねて穿刺により平坦な構造体を
製造する方法は、フランス特許第２，１９６゜９６６号
に開示されている。この方法においては平坦な一方向層
が交叉状に積み重ねられて穿刺されている。
この方法においては、積層される層の数については何等
制限がないが、厚さの大なる構造体において特性を均質
化するための手段については何等開示がない。
フランス特許第２，４１４，５７４号明細書はブレーキ
ディスクの繊維質補強体を製造するための方法を開示し
ている。この方法によれば、穿刺によってフェルトのリ
ングを形成し、リングを所望の厚さが得られるまで積層
し、次いで積層体を高密度化するものであるが、リング
の積層体を穿刺することは示されていても、実際それを
どのように行なうのかについては開示がない。
上記２つの文献、ならびに米国特許第３，７７２，１１
５号明細書は、厚さの小なる製品のための手法が示され
ている。
小さい厚さに対する穿刺技術が大きな厚さに対してその
まま容易に適用し得るものでないことは良く知られてい
る。その理由のひとつは、積み重なった層中に一旦針が
貫入しある深さまで達すると、針のさかとげの中に貫通
された層の材料からひきちぎられた繊維片が詰まってし
まい、その結果、針の有効性が失なわれることとなる。
従って針は最早その機能を発揮し得なくなり、積層構造
体全体にわたって穿刺特性が変化してしまう。
多大な熱的機械的応力にさらされるような材料において
は、例えば層のはく離を防ぐために、その全体にわたっ
て特性を均一に保つことが必要となる。
〔問題点を解決するための手段〕
従って本発明の目的は、厚さの大なる三次元構造体を、
積み重ねられた平坦な層を穿刺することによって製造す
る方法において、構造体の厚さ全体にわたって穿刺密度
を一定になし得るような製造方法を提供することを目的
とする。
本発明によれば、この目的を達成するために繊維質材料
の平坦な層を積み重ね穿刺して三次元構造体を製造する
ための方法において、前記繊維質材料の平坦な層を順次
、新しい層を先行層に穿刺により固定しつつプラテン上
に積み重ね、これを所望の厚さが達成されるまで行ない
、新しい層が積層体に添設されるごとにプラテンと針と
の距離を変化させて構造体の厚さ全体にわたって均一な
穿刺を得ることを特徴とする方法が提供される。
前記プラテンと前記針とは、新しい層が添設されるごと
に、穿刺層の厚さに等しい距離だけ相互から離れる方向
に移動せしめられる。
各穿刺ストロークにおいて、針は重ね合わされた数層を
貫通する。厚さ方向全体にわたって均質な材料を得るた
めに、最終層の巻回が終了した後仕上げ穿刺が行なわれ
、それによって最後に付着された層における穿刺密度が
他の層のものとほぼ等しくされる。各仕上げ工程の終了
後、プラテンと針とは、あたかも新しい層が持ち来たさ
れたような態様で相互から隔置される。仕上げ工程の一
部において、針は空気中を移動するが、上側層に到達す
る前に他の層を貫通する場合に較べると、針のさかとげ
の詰りの影響が小さく、従って上側層に対する針の有効
性が増す。
この理由により、仕上げ工程の数は、針が最早積層体の
最後の層に到達し得なくなるような時点に達するに要す
る数よりも少なくされる。
本発明の他の目的は、以上に述べた方法を実施するのに
適した繊維質材料を提供することにある。
繊維質材料の選択は製品の用途に応じてなされ、同時に
穿刺された構造体が高密度化作業に用いられること、即
ち、それが比較的広く開いた孔を持つということが確実
にされる。例えば、材料の層は梳毛によって形成された
単一の不連続ファイバ−によって形成された少くともひ
とつの層、あるいはトウまたは糸をラッピングし、次い
で予備穿刺することによって形成した連続ファイバーに
より形成される少くともひとつの層を有しても良い。
構造体がより高い強度を有することが必要される場合に
は、ファイバーの層をその上に穿刺した織物（平織りま
たはサラン）の複合体、経糸および緯糸方向に連続ある
いは不連続のフィラメントの糸を配した織物、あるいは
経糸が連続あるいは不連続のフィラメントの糸から成り
旦つ緯糸方向にロービングされた織物を用いることがで
きる。
また、本発明の繊維質材料は穿刺に適したものでなけれ
ばならず、こ九は最近の熱および機械負荷に対する抗力
を要求される用途に供される複合材料に用いられるカー
ボンやセラミックファイバーにはあてはまらない。その
ような場合には、材料を構成する繊維の少くとも一部は
、穿刺に適しかつ構造体形成後の処理によってカーボン
あるいはセラミックに変化し得るカーボンあるいはセニ
ミックの先駆体で構成される。
〔実施例〕
本発明は、以下に添付図を参照しつつ行なう説明を通し
て容易に理解されるであろう。
水平プラテン１０の上に、繊維材料からなるストリップ
２０がひとつづつ連続的に供給される。本例においては
ストリップ２０は前記構造体の機能によって決定される
長さと幅を有している。
ストリップ２０は、プラテン上に順次重ねられて層を形
成し、その層が針板１２によって互いに穿刺されて一体
化されている。針板１２は、プラテン１０の上方に位置
しており、プラテンの側部の長さにほぼ等しい長さにわ
たってプラテン１０の一側縁と平行に延在している。針
１３が垂直かつ下方に向けられている。
針板１２は駆動装置（図示せず）と一体であり、公知の
態様で針に上下方向の往復運動が与えられる。
更にまた、針板１２とストリップ２０とは相互に対して
相対的に、垂直および水平方向に移動可能である。例え
ば、プラテン１０は、水平方向に、支持テーブル１４に
対して往復的に、針板１２の往復動に対して垂直に駆動
される。この駆動はテーブル１４に装架された駆動手段
（図示せず）によって行なわれる。垂直方向には、例え
ば針板の支持フレームら装架されたモータ（図示せず）
に接続された無端スクリューあるいは他の結合装置によ
ってテーブル１４を駆動することによってプラテン１０
と針板１２とが相互に離れる方向に駆動される。
構造体の製造は以下に述べるような態様で実施される。
材料の第１のストリップがプラテン１０上に置かれ穿刺
される。次いでこの上に第２のストリップが置かれてこ
れに穿刺される。この間、針板１２は垂直方向の往復動
を行い、一方プラテン１０は、少なくともストリップ２
０の長さに等しい長さにわたって水平方向に移動せしめ
られ、その結果、両ストリップが、針板によってその全
長にわたって穿刺される。プラテン１０がその一方のス
トローク端に達した時に新しいストリップ２０がこの上
にかぶ・せられ、プラテン１０の他方のストローク端に
向う動きによる次の穿刺サイクルが開始される前にテー
ブル１４が穿刺されたストリップ２０の厚さ見に等しい
距離だけ降下せしめられる。このような作動は構造体の
所望の高さが達成されるまで継続され、その間、プラテ
ン１０がその水平方向行程端に達する毎に新しいシート
が供給される。
重ねられた層を針が貫通する毎に、針の凹凸部やさかと
げにより繊維が針によって貫通された各層から持ち来た
されて隣接層間の垂直向の接着を行なう。
第２図および第３図は、上昇および降下位置にある針を
それぞれ示す。針は、穿刺されるストリップ２０の厚さ
の数倍（例えば８倍）の深さにわたって組織中に貫通す
る。プラテン１０が針に対して徐々に下降するので、針
の貫通深さは作動の期間中を通じて一定に保たれる。
最初のストリップをプラテンに穿刺することを可能にす
るために、針１３がプラテン１０の固い表面に衝当する
のを防ぐように適当な手段を設ける必要がある。この目
的のために、プラテン１０は表面１１一 層１１によって覆われており、針は製造されるべき構造
中に粉や繊維を持ち来たすことなく、この表面層中に挿
通され得るようになっている。
表面層１１は、例えば、補強されたエラストマー（例と
して挙げるとナイロン繊維で補強したハイパロン）でで
きたシート１１ａをプラテン１０に固着し、さらにシー
トｌｌａの上に、例えばポリプロピレンのフェルトのよ
うなフェルト材を基体とし、最初の穿刺ストロークの間
、針がプラテン１０に触れることなく、所定の深さまで
挿通し得るような厚さを有する層１１ｂを接着固定する
ことによって形成される。フェルトベースの層１１ｂの
上に更にもうひとつのシートｌｉｅ、例えばポリ塩化ビ
ニールのスリーブが接着固定される。穿刺の間、針１３
がシート１１ｃが存在することによってストリップ２０
の材料がフェルトベースの層中に押し込まれてしまう現
象を防ぐことができる。このような現象は完成後の構造
体をプラテンから除去するのを困雅にする。
ひとつの変型例として、プラテンを水平方向に不動とし
、針板を動かす方法あるいは、各ストロークにおける針
の位置に整合した箇所に開口を有するプラテンを用いて
穿刺を行なうことが可能である。後者の場合にはプラテ
ン１０はシート１１のような層で覆われる必要はなく、
プラテン１０が水平方向に不動にされ、シートの積層体
が各穿刺ストローク毎にプラテン上を水平方向に移動せ
しめられる。
構造体の全深さにわたって一定の穿刺密度を得るために
、最後の層が設置されて穿刺された後、異なる仕上げ穿
刺サイクルを行なうことが必要になる。新しい層の供給
がないのに支持体がステップ状に移動するので、針は、
構造体に達し、かつ当該針の行程下端（第４図参照）に
達するまでに空気中をある特定の距離１１ｄ”だけ進ま
ねばならない。従って、針が繊維布巾を等距離１（ｄ　
′７だけ貫通する場合に較べて針のさかとげが詰まって
しまう度合が少ない。かくして針は仕上げ穿刺の工程に
おいても有効である。上方の層における穿刺密度が高く
なるのを防ぐために、仕上げ層の数（例えば４）は、針
が最早最終の付着層に到達することができなくなるよう
な時に達するのに必要とされる層の数８よりも少なくさ
れる。
繊維材料のシートは、特に用途に応じて種々の異なる形
態で供給される。
例えば、繊維材料は、少くとも部分的に、梳毛（カーデ
ィング）によって得られた不連続な繊維の層として供給
されても良いし、あるいは連続した糸あるいはトウの単
一方向ウェブを十字状に配置して連続繊維の層を形成し
、この層を低密度で穿刺（予備突刺）したものを供給し
ても良い。後者の場合、十字状の配置は次のような公知
の手法、即ち、ラッピングによって行なうことができる
。
この方法においては糸あるいはトウの一方向つニブのう
ちの一方が連続的に供給され、他方の糸あるいはトウの
一方向つニブが、第１のウェブの移動方向と直角な方向
の往復運動によって第１のウェブの上に重ねられる。一
方向ウェブ間の相対変位によって、三層のウェブが、９
０°以上の角度。
例えば６０°をなして形成される。
構造体のより高い強度が望まれる場合、特に製造される
べき複合繊物の最終製品に必要とされる特性の機能とし
て強度が望まれる場合、繊維材料は少くともひとつの織
布層から形成される。そのような織布層の材料として次
のものを挙げることができる。
−連続あるいは不連続繊維の織物（サテンあるいは平織
りタイプ）と、この織物上に低い穿刺密度で穿刺された
ウェブとから成る複合体。このウェブは梳毛（カーディ
ング）によって得られた不連続の繊維によるものであっ
ても良し、あるいは、ラッピングによって織物上に付着
された連続繊維から成るものであっても良い。
−連続あるいは不連続フィラメントの糸を経糸、緯糸方
向に織り合わせた単一織物。
−連続あるいは不連続フィラメントの糸を経糸方向に並
べ、緯糸方向にロービングを行なって形成した単一織物
。
上述した材料を構成する繊維は如何なる天然、人工ある
いは合成繊維であっても良く、そのままで、あるいは熱
処理後使用に供される。これ等繊維の性質の選択は、製
品の用途に応じてなされる。
多大な熱および機械的な力に耐えることを要求される複
合材料のための補強構造を製造することが望まれる場合
には、カーボンファイバー、セラミックファイバー（ア
ルミナ、シリコン、カーバイドその他）およびこれ等フ
ァイバーの先駆体（ｐｒ８ｃｕｒ８０ｒｓ）　＋あるい
はまたこれ等先駆体と熱処理を受けたものとの中間の形
態のものを用いるのが最も適している。
三次元構造体の全体あるいはその一部が先駆体あるいは
中間形態の繊維から成る場合には、繊維に最大の強度を
賦与するために構造体を熱処理することが必要となる。
このようにすることによって、特に繊維のモヂュールが
過度に高かったり、あるいは横方向強度が過度に低い場
合に生じがちな穿刺作業中の繊維の切断を防ぐことがで
きる。
カーボンファイバーやセラミックファイバーはこのよう
な場合に相当する。
このように、上述した材料の少くとも一部分をカーボン
あるいはセラミックファイバーの先駆体で構成し、他部
分をカーボンあるいはセラミックファイバーで構成して
も良い。
例えば、穿刺されるべき繊維材料はカーボンファイバー
から成る高抵抗織物に、安定化されたＰ。
Ａ、Ｎファイバー（カーボンの先駆体であるポリアクリ
ロニトリル）の梳毛ウェブで予備穿刺した複合体であっ
ても良い。このような複合体においては織物が必要とさ
れる機械的強度をもたらし、一方繊維のウェブが、重ね
合わされたシートの穿刺をシートを破壊することなく可
能とする。その理由は、安定化されたＰ、Ａ、Ｎによっ
て充填された針のさかとげがカーボンファイバーをひど
く損傷することが無いからである。経済的な理由によっ
て、織物の重量は、必要とされる機械強度を満たす範囲
でできるだけ小さくされる。例えば、表面積あたりの重
量が１００乃至６００　ｇ　／ｍ”の範囲に入るように
選定される。
上述した例において、カーボンファイバーおよび／又は
その先駆体をセラミックファイバーおよび／又はその先
駆体に置き換えても良いことは言うまでもない。また、
カーボンまたはセラミック先駆体の織物をカーボンある
いはセラミックファイバーの梳毛ウェブと結合しても良
いことは言うまでもない。
同様に、カーボンまたはセラミックのファイバーとカー
ボンまたはセラミックの先駆体のファイバーとを組み合
わせ、それぞれ、連続あるいは不連続のフィラメントの
糸を経糸方向に配し、連続あるいは不連続のフィラメン
トの糸を緯糸方向にロービングして得られる織物の経糸
および緯糸として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、平坦な層を穿刺して三次元構造体を製造する
ための本発明の方法を示す外形図、第２乃至第４図は本
発明方法における異なる工程を示す断面図である。 １０・・・プラテン、１２・・・針板、１４・・・支持
デープル、２０・・・ストリップ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　繊維質材料の平坦な層を積み重ねて穿刺し三次元構
    造体を製造するための方法において、前記繊維質材料の
    平坦な層を順次、新しい層を先行層に穿刺により固定し
    つつプラテン上に積み重ね、これを所望の厚さが達成さ
    れるまで行ない、新しい層が積層体に添設される毎にプ
    ラテンと針との距離を変化させて構造体の厚さ全体にわ
    たって均一な穿刺を得ることを特徴とする方法。 ２　特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前記
    プラテンと前記針とが、新しい層が添設されるごとに、
    穿刺層の厚さに等しい距離だけ相互から離れる方向に移
    動せしめられることを特徴とする方法。 ３　特許請求の範囲第１項に記載の方法において、層の
    積層体と針集合体とは相互に対して運動せしめられ、前
    記層の積層体あるいは前記針集合体がその行程端に達す
    る毎に新しい層が、形成されつつある構造体上に重ねら
    れることを特徴とする方法。 ４　特許請求の範囲第１項に記載の方法において、最終
    の層の添設および穿刺が終了した後に仕上げ穿刺が行な
    われ、以って上側層の穿刺密度が他の層における穿刺密
    度とほぼ等しくなることを特徴とする方法。 ５　特許請求の範囲第１項に記載の方法において、仕上
    げ穿刺の量が、針が積層体の最終層に最早到達し得なく
    なるまでに要する量よりも小さいことを特徴とする方法
    。 ６　繊維質材料の平坦な層を順次、新しい層を先行層に
    穿刺により固定しつつプラテン上に積み重ね、これを所
    望の厚さが達成されるまで行ない、新しい層が積層体に
    添設されるごとにプラテンと針との距離を変化させて三
    次元構造体を製造するのに用いられる繊維質材料におい
    て、前記材料は、少くとも部分的に糸あるいはトウの一
    方向層から成り、前記層は交叉状態に配設され旦つ相互
    に予備穿刺されていることを特徴とする繊維質材料。 ７　特許請求の範囲第６項に記載の繊維質材料において
    、前記層は相互に約６０°の角度をなして配設されてい
    ることを特徴とする繊維質材料。 ８　特許請求の範囲６項に記載の繊維質材料において、
    前記層の各々は、それぞれ独立に、ケーブルあるいはト
    ウから構成され、前記ケーブルあるいはトウは、カーボ
    ン、セラミック、カーボン先駆体あるいはセラミック先
    駆体から選ばれたファイバーから成ることを特徴とする
    繊維質材料。 ９　特許請求の範囲第１項に記載の方法を実施するため
    に用いる繊維質材料において、少くとも一層の繊布層を
    有することを特徴とする繊維質材料。 １０　特許請求の範囲第９項に記載の繊維質材料におい
    て、前記材料は少なくとも部分的に連続あるいは不連続
    糸の織物によって構成され、前記織物上に梳毛ウェブが
    予備穿刺されていることを特徴とする繊維質材料。 １１　特許請求の範囲第１０項に記載の繊維質材料にお
    いて、前記織物と前記梳毛ウェブとは、それぞれ独立的
    に、カーボン、セラミック、カーボン先駆体およびセラ
    ミック先駆体から選ばれたファイバーからなることを特
    徴とする繊維質材料。 １２　特許請求の範囲第９項に記載の繊維質材料におい
    て、前記材料は少くとも部分的に織物によって構成され
    、前記織物は連続あるいは不連続の糸による経糸と、ロ
    ービングにより形成された緯糸とからなることを特徴と
    する繊維質材料。 １３　特許請求の範囲に項に記載の繊維質材料において
    、前記経糸と緯糸とは、それぞれ独立的に、カーボン、
    セラミック、カーボン先駆体およびセラミック先駆体か
    ら選ばれたファイバーからなることを特徴とする繊維質
    材料。
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