JPH0559634A - 三次元織物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｌ字状、Ｕ字状等の異形断面の桁材等のよう
に複数の板状部が接合された形状の複合材の骨格材とし
て使用する場合、応力集中の起こり易い接続部の強度を
高めて引張荷重及び圧縮荷重に対する堅牢性（耐久性）
を向上することができる三次元織物を提供する。 【構成】 複数の板状部１ａ，１ｂが湾曲部２を介して
連続する形状に形成されている。各板状部１ａ，１ｂは
板状部に多層に積層された少なくとも２方向に配列され
た糸からなる糸層が、糸層の厚さ方向に折り返し状に挿
入された厚さ方向糸ｚにより結合されている。湾曲部２
は隣接する板状部１ａ，１ｂに跨がって連続する状態に
配列される面内配列糸からなる糸層と、湾曲部２の厚さ
方向に非折り返し状に配列される厚さ方向成分の糸とし
てのロッドｚｒとから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三次元織物に係り、詳し
くは複数の面を持つ複合材の骨格材として好適な三次元
織物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の三成分の糸から成る直
交３軸の三次元織物あるいは直交３軸の他に長手方向に
対して斜めに配列される成分の糸を含む５軸の三次元織
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。そし
て、三次元織物を前記複合材の骨格材として幅広い用途
に使用可能とするためには、その用途に従い断面形状が
矩形以外の形状、例えばＬ字状、Ｕ字状等の異形断面す
なわち複数の板状部が湾曲部を介して連続する形状に形
成された三次元織物が必要となる。

【０００３】従来、この種の異形断面の三次元織物とし
て特開平１−２９２１６２号公報には、繊維糸条により
相互に交差状態で一体接合された少なくとも２枚のプレ
ートからなり、少なくとも１枚のプレートを除く他のプ
レートが長手方向、横方向及び垂直方向の３軸方向の繊
維糸条によって構成され、前記少なくとも１枚のプレー
トが、長手方向、横方向及び垂直方向の糸条と、長手方
向及び横方向の繊維糸条の配列方向に対して筋かい状に
斜行するとともに互いに交差する２方向の繊維糸条とに
よって５軸配向型に構成したものが提案されている。例
えば、断面Ｈ型の三次元織物は図７に示すように、基準
となる第１のプレート３１と、該プレート３１と直交す
る状態に一体的に形成された４個の第２のプレート３２
とから構成され、各プレート３１，３２は第１のプレー
ト３１の厚さ方向に配列される糸条により連結される。

【０００４】そして、この三次元織物を製造する場合
は、第１の糸条案内管Ｇ１及び第２の糸条案内管Ｇ２を
所定の配設パターンに従って立設し、まず、第１の糸条
案内管Ｇ１の配設区域における第１のプレート３１の下
側に位置する部分にＸ軸及びＹ軸方向に糸条を配列させ
た層を積層形成する。次に両糸条案内管Ｇ１，Ｇ２の配
設区域に第１のプレート３１を構成する糸条をＸ軸、Ｙ
軸及び両方向に対して斜め方向に配列させた層を積層形
成し、その次に第１の糸条案内管Ｇ１の配設区域におけ
る第１のプレート３１の上側に位置する部分にＸ軸及び
Ｙ軸方向に糸条を配列させた層を積層形成する。そし
て、前記各糸条案内管Ｇ１，Ｇ２の一端から糸条をルー
プ状に挿入するとともに糸条案内管Ｇ１，Ｇ２と置換
し、先端ループにかんぬき糸を挿通して抜け止めするこ
とにより、各積層部分がＺ方向に延びる糸条によって連
結されて最終的に三次元織物が製造される。

【０００５】又、湾曲部を持つ複合材として平面布に樹
脂を含浸させたものやＵＤ材（繊維を一方向にシート状
に配列するとともに樹脂を付着した中間基材）等のシー
ト部材３３を多層に重ねて図８に示すように目的とする
形状に構成した後、各層の層間剥離を防止するためにミ
シン掛けにより各層を糸３４で縫合すること（所謂ステ
ッチング）も提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記特開平
１−２９２１６２号公報に開示された三次元織物は互い
に直交する２面の接合部を横切って２面に連続する状態
に配列される糸条が存在しない。例えば、図７の形状の
三次元織物においてＸＹ面及びＹＺ面に連続する状態に
配列される糸条が存在しない。第１のプレート３１のＸ
Ｙ面を構成する糸条は、第２のプレート３２に対して図
７における矢印方向の力が作用した場合、第２のプレー
ト３２に作用する曲げ応力に抗する作用がほとんどな
く、第２のプレート３２を第１のプレート３１との接合
部から剥離させるように作用する力に抗する作用がほと
んどない。従って、複合材の強度が不十分となるという
問題がある。

【０００７】一方、ステッチングの場合は多層に重ねた
平面布やＵＤ材からなる平板部は縫合できるが、湾曲部
の縫合はできず剥離の原因となる。又、ステッチングで
は縫合される平面布やＵＤ材の繊維が針による損傷を受
けるという問題もある。

【０００８】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的はＬ字状、Ｕ字状等の異形断面の
桁材等のように複数の板状部が接合された形状の複合材
の骨格材として使用する場合、応力集中の起こり易い接
続部の強度を高めて引張荷重及び圧縮荷重に対する堅牢
性（耐久性）を向上することができる三次元織物を提供
することにある。

【０００９】

【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、複数の板状部が湾曲部を介し
て連続する形状に形成され、各板状部はその厚さ方向の
成分を構成する糸が板状部に多層に積層された少なくと
も２方向に配列された糸からなる糸層を結合するように
折り返し状に挿入され、湾曲部は隣接する板状部に跨が
って連続する状態に配列される面内配列糸からなる糸層
と湾曲部の厚さ方向に非折り返し状に配列される厚さ方
向成分の糸とから構成されている。

【００１０】

【作用】隣接する板状部を接続する湾曲部を構成する面
内配列糸のうち湾曲部の幅方向と交差する状態で配列さ
れた糸は、糸の張力により緊張され湾曲部の曲率中心に
向かう求心力を受ける。従って、このような面内配列糸
層は板状部と異なり、積層された状態で上下層間を結合
するための糸が存在しなくとも安定な形態を保つ傾向を
もつが、この三次元織物を骨格材とした複合材を形成し
た場合、湾曲部の厚さ方向に非折り返し状に配列される
厚さ方向成分の糸により面内配列糸層の結合が一層高め
られるとともに厚さ方向の引張荷重に対して大きな抵抗
力を示す。又、ある板状部に荷重が加わった場合、当該
板状部と他の板状部に跨がって配列されている糸の存在
により、両板状部の接合部である湾曲部に作用する応力
に対して当該糸が有効に寄与して強度が向上する。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明を具体化した第１実施例を図
１〜図５に従って説明する。

【００１２】三次元織物Ｆは図２に示すように互いに直
交する状態の２枚の板状部１ａ，１ｂが湾曲部２により
接続された断面ほぼＬ字状に形成されている。板状部１
ａ，１ｂは湾曲部２の幅方向と平行に配列された面内配
列糸ｘからなるｘ糸層と、ｘ糸層と平行な面内でこれと
直交する方向に配列された面内配列糸ｙからなるｙ糸層
と、ｘ糸層と平行な面内で面内配列糸ｘ，ｙに対して所
定の角度（この実施例では４５°）で傾斜するように配
列された面内配列糸としてのバイアス糸Ｂからなるバイ
アス糸層と、各糸層と直交する状態で織物の厚さ方向に
配列されて各層を結合する厚さ方向糸ｚとから構成され
ている。

【００１３】前記板状部１ａ，１ｂのｘ糸層，ｙ糸層及
びバイアス糸層は図１に示すように、各層ごとにそれぞ
れ１本の糸が折り返し状に配列されることにより一体に
形成されている。面内配列糸ｙ及びバイアス糸Ｂは前記
湾曲部２の幅方向と交差する状態で板状部１ａ，１ｂに
跨がって連続するように配列されている。そして、湾曲
部２は両板状部１ａ，１ｂに跨がって連続するように配
列された各面内配列糸ｘ，ｙ及びバイアス糸Ｂの一部
と、それらの糸の間に湾曲部２の厚さ方向に非折り返し
状に配列された厚さ方向成分の糸としての多数のロッド
ｚｒとから構成されている。ロッドｚｒは繊維束を樹脂
で固めて形成されている。又、湾曲部２の最外層には湾
曲部２の幅方向と交差する状態に配列された糸すなわち
面内配列糸ｙ又はバイアス糸Ｂからなる糸層が配列され
ている。

【００１４】前記のように、この三次元織物Ｆは全ての
面において面内４軸配向の織物が厚さ方向糸ｚ又はロッ
ドｚｒで結合された５軸配向の三次元織物となってい
る。前記のように構成された三次元織物Ｆに樹脂を含浸
させて形成された複合材に図２の矢印方向の荷重が作用
した場合、三次元織物Ｆの湾曲部２に大きな応力が作用
する。面内配列糸ｙ及びバイアス糸Ｂが両板状部１ａ，
１ｂの接続部である湾曲部２の幅方向と交差する方向に
延びるるとともに両板状部１ａ，１ｂに跨がって配列さ
れているため、それらの糸（繊維）が湾曲部２に作用す
る応力に耐える方向の力を分担するように有効に寄与し
て複合材の強度が向上する。

【００１５】湾曲部２の幅方向と交差する方向に延びる
とともに板状部１ａ，１ｂに跨がって配列された各糸層
は各糸の張力により湾曲面を曲率中心に向かって押さえ
付ける作用があるため、両板状部１ａ，１ｂと異なり折
り返し状に配列される厚さ方向糸ｚにより各糸層を厚さ
方向に押さえ付けて結合する必要はない。湾曲部２に各
糸層の厚さ方向に配列された各ロッドｚｒは湾曲面に沿
って層状に多数配列された各面内配列糸ｘ，ｙ及びバイ
アス糸Ｂの位置規制と、層間結合の役割とを果たす。特
に湾曲部２に加わる外方向への引張荷重に対して大きな
抵抗力を示し、内方向への圧縮荷重に対しては、通常の
積層材より強い耐久力を示す。又、この実施例の三次元
織物は全ての面で５軸配向となっているため、直交３軸
配列の三次元織物を骨格材として使用した複合材に比較
して斜め方向の力に対する変形量が減少し、引張荷重や
圧縮荷重に対してのみならず捩り荷重に対しても高い強
度を発揮する。

【００１６】次に前記の三次元織物Ｆの製造方法の一例
について説明する。三次元織物Ｆを製造する場合は、図
３に示すように三次元織物の外径形状と対応したＬ字状
をなし、糸の配列を規制する多数のパイプ３が所定位置
にその表面と垂直に立設された基板４を使用する。図４
に示すように各パイプ３は基板４に形成された孔４ａに
対して着脱可能に装着されている。基板４の平面部に立
設されたパイプ３の基端には厚さ方向糸ｚが通過可能な
幅の一対の切欠き溝３ａが形成されている。

【００１７】基板４にパイプ３を装着する前に各孔４ａ
にｕ字ピン５が挿通され、ｕ字ピン５間にプレッシャー
バー６が配置される。次に厚さ方向糸ｚがｕ字ピン５に
通された状態で配列される。厚さ方向糸ｚはｕ字ピン５
の１列ごとに１本ずつ配列される。次にｕ字ピン５がパ
イプ３内に挿通されるとともに厚さ方向糸ｚが切欠き溝
３ａ内に挿通された状態でパイプ３が各孔４ａに嵌挿さ
れる。これにより図４（ａ）に示すように厚さ方向糸ｚ
が蛇行状態で配列され、プレッシャーバー６の厚さを選
択することにより厚さ方向糸ｚの必要長が確保される。
この状態で基板４上のパイプ３の間に面内配列糸ｘ，ｙ
及びバイアス糸Ｂが基板４の端部に配置されたパイプ３
と係合する状態で折り返すように配列され、ｘ糸層、ｙ
糸層及びバイアス糸層が順次積層形成される。面内配列
糸ｘは基板４の湾曲部の幅方向に沿った方向に延びる状
態で折り返すように、面内配列糸ｙは基板４の湾曲部の
幅方向と直交する方向に延びる状態で折り返すようにそ
れぞれ配列される。又、バイアス糸Ｂは面内配列糸ｘ，
ｙと４５°の角度をなすように折り返し状に配列され、
その交差方向が互いに逆となるように配列されたバイア
ス糸層が対になる。そして、面内配列糸ｙが最外層とな
るように前記各層が要求強度に応じて必要数積層された
後、織物の繊維密度を高めるとともに厚さを調整するた
め、図５に示すように前記プレッシャーバー６と対応す
る積層糸群７の外側にそれぞれプレッシャーバー８を配
置し、両プレッシャーバー６，８により積層糸群７を圧
縮する。この圧縮操作は面内配列糸ｘ，ｙ及びバイアス
糸Ｂの配列が全て完了した時のみならず、糸の配列段階
の途中で小刻みに行う方が繊維密度のばらつきも少な
く、密度レベルも大きくできるため好ましい。前記プレ
ッシャーバー６，８による積層糸群７の圧縮完了後、基
板４の平面部に立設されたパイプ３が厚さ方向糸ｚで置
換され、湾曲部に立設されたパイプ３が繊維束を樹脂で
固めたロッドｚｒで置換されて各層が連結される。

【００１８】パイプ３と厚さ方向糸ｚとを置換する場合
は基板４の端部に位置するパイプ３を孔４ａ及び積層糸
群７から外した後、ｕ字ピン５を引き上げて図４（ｂ）
に示すようにｕ字ピン５と係合状態にある厚さ方向糸ｚ
の一部を積層糸群７の上方にループ状に引き出す。次に
パイプ３と置換された厚さ方向糸ｚのループ部の抜け止
めを計るため、図４（ｃ）に示すようにループ部に耳糸
Ｐを挿通するとともにｕ字ピン５を取り除き、厚さ方向
糸ｚを引き締める。これにより厚さ方向糸ｚの抜け止め
がなされるとともに当該ループ部が引っ張られて積層糸
群７が厚さ方向に締付けられる。以下、同様にして順次
パイプ３が厚さ方向糸ｚと置換され、図４（ｄ）に示す
ように平面部の積層糸群７を構成する各糸層が厚さ方向
糸ｚにより連結され、プレッシャーバー６、８による圧
縮作用が解除された後も所定の厚みに保持される。基板
４の平面部と対応する部分では積層糸群７を束ね結合す
る作用を持った厚さ方向糸ｚが、各糸層の層間剥離を防
ぐとともに形態保持に不可欠の機能を持つ。

【００１９】一方、基板４の湾曲部と対応する部分に配
列された面内配列糸ｙ及びバイアス糸Ｂは配列時の張力
により緊張され、湾曲面の曲率中心に向かう求心力で基
板４側へ押圧されているため、特別の圧縮操作も積層糸
群７を束ね結合する作用を持った折り返し状に配列され
る厚さ方向糸ｚも不要となる。そして、パイプ３が厚さ
方向糸ｚと置換される代わりに繊維束を樹脂で固めたロ
ッドｚｒで置換される。

【００２０】基板４の平面部に立設されるパイプ３の間
隔は規則的であり、折り返し状に配列される厚さ方向糸
ｚで置換する場合も画一的に処理できるため作業が容易
である。これに対して湾曲部は作成部材により形状が種
々に変化するため画一的な処理ができず、折り返し状に
配列される厚さ方向糸ｚで置換するのは複雑な作業であ
る。しかし、パイプ３をロッドｚｒと置換する作業は簡
単に行うことができる。三次元織物では部材間を結合す
るためのブロック材に適性が高い関係で湾曲部が必ずと
いってもよい程多いため、湾曲部を形成する際の作業が
簡略化されるメリットは大きい。

【００２１】（実施例２）次に三次元織物の製造方法の
別の実施例を図６に従って説明する。この実施例では基
板４の湾曲部の形状と、湾曲部にパイプ３に代えてロッ
ドｚｒが立設されている点とが前記実施例と異なってい
る。すなわち、基板４の湾曲部にはプレッシャーバー６
が配置される位置を残して所定間隔で四半円弧状のロッ
ド挿入部９が膨出形成され、該ロッド挿入部９には繊維
束に含浸された樹脂が半硬化状態のロッドｚｒの一端が
挿入固定される。ロッド挿入部９が膨出形成されていな
い場合には、ロッドｚｒの挿入が可能な基板４の湾曲部
の面積が小さく多数本のロッドｚｒを挿入することがで
きないが、ロッド挿入部９が膨出形成されたことにより
多数本のロッドｚｒの挿入が可能となっている。

【００２２】そして、プレッシャーバー６が基板４上に
配置された状態で前記実施例の場合と同様にして面内配
列糸ｘ，ｙ及びバイアス糸Ｂが、基板４の端部に配置さ
れたパイプ３と係合する状態で折り返すように配列され
てｘ糸層、ｙ糸層及びバイアス糸層が順次積層形成され
る。前記各層が要求強度に応じて必要数積層された後、
積層糸群７上にプレッシャーバー８を配置して積層糸群
７の圧縮操作を行う。その後、前記実施例と同様に基板
４の平面部に立設されたパイプ３を厚さ方向糸ｚと置換
する。基板４の湾曲部には予め繊維束のロッドｚｒが立
設されているため、前記実施例と異なりパイプ３とロッ
ドｚｒとの置換作業が不要となり、生産効率が著しく向
上する。三次元織物Ｆの湾曲部２を構成するロッドｚｒ
はそのまま複合材化されるが、繊維束に含浸された半硬
化状態の樹脂が複合材のマトリックス樹脂の硬化時に完
全硬化されることによりマトリックス樹脂との結合力が
より向上する。

【００２３】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、パイプ３と厚さ方向糸ｚとを置換
する方法として、ｕ字ピン５を使用して厚さ方向糸ｚを
ループ状に挿入するとともに耳糸Ｐにより抜け止めする
方法に代えて、針穴に厚さ方向糸ｚが挿通された針でパ
イプ３を押し出すとともに針を積層糸群７の反対側に抜
き出し、次に隣のパイプ３を前回と反対側から押し出す
操作を繰り返して厚さ方向糸ｚを積層糸群７にジグザグ
状に挿通したり、パイプ３に代えてピンを使用したりし
てもよい。又、バイアス糸Ｂの傾斜角度を４５°以外に
したり、三次元織物Ｆの板状部１ａ，１ｂのいずれか一
方又は両方を５軸配向とする代わりにバイアス糸Ｂをな
くして３軸配向としたり、一対のバイアス糸層を構成す
る各バイアス糸Ｂを面内配列糸ｙに対して６０°の傾斜
角度をなすように配列するとともに面内配列糸ｘを省略
して４軸配向としたりしてもよい。又、各糸層を構成す
る面内配列糸ｘ，ｙ及びバイアス糸Ｂをそれぞれ連続し
た１本の糸で構成する代わりに複数本の糸で構成しても
よい。さらには、三次元織物Ｆの形状はＬ字状に限ら
ず、例えばコ字状やＵ字状等他の形状のものに適用して
もよい。この場合前記Ｌ字状の三次元織物の場合と同様
に、対応する形状の基板に多数のピン又はパイプが装着
されたものを使用して製造することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の三次元織
物はＬ字状、Ｕ字状等の異形断面の桁材等のように複数
の板状部が接合された形状の三次元織物複合材の骨格材
として使用する場合、従来の三次元織物を使用した場合
と異なり応力集中の起こり易い板状部の接合部（湾曲
部）に複数の板状部に跨がって接合部と交差するように
配列される糸が存在するため、それらの糸が接合部に作
用する応力に耐える方向の力を分担するように有効に寄
与して、複合材の強度が向上する。又、湾曲部を構成す
る積層された糸層の厚さ方向に配列される厚さ方向成分
の糸が非折り返し状に配列されているため、厚さ方向成
分の糸を折り返し状に配列する場合に比較して製造が容
易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】面内配列糸及びバイアス糸の配設状態を示す概
略斜視図である。

【図２】三次元織物の概略斜視図である。

【図３】三次元織物の製造に使用する基板を示す斜視図
である。

【図４】厚さ方向糸ｚとパイプの置換手順を示す概略図
である。

【図５】基板、プレッシャーバー、積層糸群及びパイプ
の配置関係を示す概略断面図である。

【図６】第２実施例の基板、プレッシャーバー、積層糸
群、ロッド及びパイプの配置関係を示す概略断面図であ
る。

【図７】従来の三次元織物と糸条案内管の配設位置を示
す模式的斜視図である。

【図８】別の従来の例を示す模式的斜視図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…板状部、２…湾曲部、３…パイプ、４…基
板、７…積層糸群、ｘ…面内配列糸、ｙ…面内配列糸、
ｚ…厚さ方向糸、Ｂ…面内配列糸としてのバイアス糸、
Ｐ…耳糸、Ｆ…三次元織物、ｚｒ…厚さ方向成分の糸と
してのロッド。

フロントページの続き (72)発明者 三田 泰哉 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の板状部が湾曲部を介して連続する
   形状に形成され、各板状部はその厚さ方向の成分を構成
   する糸が板状部に多層に積層された少なくとも２方向に
   配列された糸からなる糸層を結合するように折り返し状
   に挿入され、湾曲部は隣接する板状部に跨がって連続す
   る状態に配列される面内配列糸からなる糸層と湾曲部の
   厚さ方向に非折り返し状に配列される厚さ方向成分の糸
   とから構成されている三次元織物。