(57)【要約】【課題】炭素繊維、ガラス繊維または炭化ケイ素系繊維などの無機繊維の糸に可撓性を持たせて、製織時の折損を防止し、更に無機繊維織物を積層して縫合する場合、ミシン針と無機繊維との衝突を回避して繊維の糸切れや摩耗などの損傷を防止して、繊維強化樹脂材料の骨格材として強度の高い三次元無機繊維織物の製造方法を提供するものである。【解決手段】複数本の炭素繊維１を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸５でカバーリングして収束し、このカバーリングした収束糸６を、ミシン針４が貫通する空隙７を形成するようにメッシュ状の織物８を製織し、次いでこの織物８を複数枚積層して、ミシン針４を前記空隙７に挿入して縫合糸１１により積層織物８、８間の縫合を行なった後、カバーリングした鞘糸５を精練または焼却して開繊することを特徴とするものである。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の無機繊維を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸でカバーリングして収束し、このカバーリングした収束糸を製織してメッシュ状の織物を形成した後、カバーリングした鞘糸を精練または焼却して開繊することを特徴とする無機繊維織物の製造方法。
【請求項２】
無機繊維が炭素繊維、ガラス繊維または炭化ケイ素系繊維であることを特徴とする請求項１記載の無機繊維織物の製造方法。
【請求項３】
複数本の無機繊維を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸でカバーリングして収束し、このカバーリングした収束糸を、ミシン針が貫通する空隙を形成するようにメッシュ状の織物を製織し、次いでこの織物を複数枚積層して、ミシン針を前記空隙に挿入して縫合糸により積層織物間の縫合を行なった後、カバーリングした鞘糸を精練または焼却して開繊することを特徴とする三次元無機繊維織物の製造方法。                        
【請求項４】
複数本の無機繊維を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸でカバーリングして収束し、このカバーリングした収束糸を、認識糸を織り込んでミシン針が貫通する空隙を形成するように製織してメッシュ状の織物を形成した後、この織物を複数枚積層してテーブルにセットし、ＣＣＤカメラを取付けたミシンまたは／および前記テーブルをＸ―Ｙ方向に移動可能な送り装置に取付けて、ＣＣＤカメラにより認識糸の位置を画像認識し、前記認識糸をガイドとして送り装置を制御し、空隙の位置にミシン針を挿入して縫合糸により積層織物間の縫合を行なった後、カバーリングした鞘糸を精練または焼却して開繊することを特徴とする三次元無機繊維織物の製造方法。
【請求項５】
認識糸として、無機繊維と色差のある繊維、または蛍光処理した繊維を用いることを特徴とする請求項４記載の三次元無機繊維織物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂材料の骨格材として使用される炭素繊維、ガラス繊維または炭化ケイ素系繊維などの無機繊維織物およびこれを複数枚積層した三次元無機繊維織物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭素繊維を用いた織物を重ねて骨格材とし、これに樹脂を含浸させて所定の形状に成型した繊維強化樹脂材料が、ロケットや航空機、電車、自動車のボディー材料として使用されるようになってきた。従来の炭素繊維織物を製造する方法は、図１４に示すように、複数本の炭素繊維１を束ねてこれに樹脂を含浸させて帯状の糸２を形成し、これを経糸Ｘと緯糸Ｙとして製織し、炭素繊維織物３を形成している。これは樹脂を含浸させて帯状に形成した糸２を使用しているので、可撓性が少なく、炭素繊維１を曲げると折損する問題があり、製織する工程での取扱が面倒であった。
【０００３】
また図１５に示すように炭素繊維織物３を積層して縫合する場合、従来はＺピン方式や、ステッチ方式（例えば特許文献１）などの方法により行なっていたが、ミシン針４を挿入する時に炭素繊維１と衝突して繊維の糸切れや摩耗などの損傷を生じて強度が低下する問題があった。特にロケットや航空機の翼やボディーなど、薄くて高強度が要求される繊維強化樹脂材料の骨格材として用いる場合には、縫合時の炭素繊維１の糸切れが強度を低下させる大きな問題となっていた。
【特許文献１】特開２００３−３４２８５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記問題を改善し、炭素繊維、ガラス繊維または炭化ケイ素系繊維などの無機繊維の糸に可撓性を持たせて、製織時の折損を防止した無機繊維織物の製造方法を提供するものである。更に本発明は、無機繊維織物を積層して縫合する場合、ミシン針と無機繊維との衝突を回避して繊維の糸切れや摩耗などの損傷を防止し、繊維強化樹脂材料の骨格材として有効な強度の高い三次元無機繊維織物の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１記載の無機繊維織物の製造方法は、複数本の無機繊維を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸でカバーリングして収束し、このカバーリングした収束糸を製織してメッシュ状の織物を形成した後、カバーリングした鞘糸を精練または焼却して開繊することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の請求項２記載の無機繊維織物の製造方法は、無機繊維が炭素繊維、ガラス繊維または炭化ケイ素系繊維であることを特徴とものである。
【０００７】
本発明の請求項３記載の三次元無機繊維織物の製造方法は、複数本の無機繊維を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸でカバーリングして収束し、このカバーリングした収束糸を、ミシン針が貫通する空隙を形成するようにメッシュ状の織物を製織し、次いでこの織物を複数枚積層して、ミシン針を前記空隙に挿入して縫合糸により積層織物間の縫合を行なった後、カバーリングした鞘糸を精練または焼却して開繊することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項４記載の三次元無機繊維織物の製造方法は、複数本の無機繊維を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸でカバーリングして収束し、このカバーリングした収束糸を、認識糸を織り込んでミシン針が貫通する空隙を形成するように製織してメッシュ状の織物を形成した後、この織物を複数枚積層してテーブルにセットし、ＣＣＤカメラを取付けたミシンまたは／および前記テーブルをＸ―Ｙ方向に移動可能な送り装置に取付けて、ＣＣＤカメラにより認識糸の位置を画像認識し、前記認識糸をガイドとして送り装置を制御し、空隙の位置にミシン針を挿入して縫合糸により積層織物間の縫合を行なった後、カバーリングした鞘糸を精練または焼却して開繊することを特徴とするものである。
【０００９】
更に本発明の請求項５記載の三次元無機繊維織物の製造方法は、認識糸として、無機繊維と色差のある繊維、または蛍光処理した繊維を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る請求項１記載の無機繊維織物の製造方法によれば、複数本の無機繊維を束ねて、水溶性または可燃性の鞘糸でカバーリングして収束糸の状態にしてから織物にするので、取扱が容易で曲げによる折損を防止でき、この後、開繊することにより炭素繊維織物を形成することができる。
【００１１】
また請求項２記載の無機繊維織物の製造方法によれば、無機繊維が炭素繊維、ガラス繊維または炭化ケイ素系繊維など、可撓性が低い繊維でも収束糸の状態にしてから織物にするので、取扱が容易で曲げによる折損を防止することができる。
【００１２】
また請求項３記載の三次元無機繊維織物の製造方法によれば、ミシン針が貫通する空隙が形成されているメッシュ状の織物の状態で積層して、積層織物間を縫合するので、ミシン針とメッシュ状の織物の面内糸である無機繊維との衝突が回避されて無機繊維の糸切れや摩耗などの損傷が防止される。更にこれを開繊することにより三次元無機繊維織物を製造するので、これを骨格材として使用した繊維強化樹脂材料の強度を向上させることができる。
【００１３】
また請求項４記載の三次元無機繊維織物の製造方法によれば、ＣＣＤカメラにより、認識糸の位置を画像認識し、この位置に基づいてミシン針の挿入部分をコンピュータで演算して、その位置座標を決定するので、メッシュ状の織物をテーブル上に斜めにセットしても認識糸に沿って縫合していき無機繊維の切断を防止することができる。
【００１４】
また請求項５記載の三次元無機繊維織物の製造方法によれば、認識糸として、無機繊維と色差のある繊維、または蛍光処理した繊維を用いることにより、ＣＣＤカメラによる認識糸の位置の認識が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の一形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。先ず図１（Ａ）に示すように、複数本の炭素繊維１に樹脂を少し含浸させて帯状に形成した糸２を芯糸として、水溶性または可燃性の鞘糸５でカバーリングした収束糸６を形成する。水溶性の鞘糸５としては、例えば湯で溶解するポリビニールアルコール糸を用い、また可燃性の鞘糸５としては、例えばナイロン糸やポリエステル糸など焼却できる繊維を用いる。
【００１６】
またこのカバーリング方法としてはシングル巻きでも、あるいは図１（Ｂ）に示すように、ダブル巻きでも良い。次に、カバーリングした収束糸６を経糸Ｘと緯糸Ｙとして製織機で平織すると、図２に示すように空隙７が格子状に形成されたメッシュ状の織物８が製織される。このように複数本の炭素繊維１を芯糸として鞘糸５でカバーリングすることにより、収束糸６は丸糸となってその外周が鞘糸５で補強されるので、炭素繊維１は曲げに対して強くなり、糸の取扱が容易で、準備や製織工程がスムーズに行なえる。
【００１７】
この後、水溶性の鞘糸５でカバーリングされた収束糸６により製織したメッシュ状の織物８は、湯に浸漬すると鞘糸５が溶解して精練され、収束していた炭素繊維１が開繊して、図３に示すように経糸Ｘと緯糸Ｙが密に織られた炭素繊維織物９が形成される。また可燃性の鞘糸５でカバーリングされた収束糸６により製織したメッシュ状の織物８は、バーナーで燃焼させると鞘糸５が焼却されて、収束していた炭素繊維１だけが残って開繊し、経糸Ｘと緯糸Ｙが密に織られた炭素繊維織物９が形成される。
【００１８】
従って図１４に示す従来のように、複数本の炭素繊維１を帯状に形成した糸２を経糸Ｘと緯糸Ｙとして平織する方法に比べて、一旦、収束糸２の状態にしてから平織するので、取扱が容易で曲げによる折損を防止できる。更に筬の形状を変えることにより空隙７の間隔を狭くして、高密度の炭素繊維織物９を形成することもできる。
【００１９】
なお上記説明では無機繊維として炭素繊維を用いた場合について説明したが、ガラス繊維または炭化ケイ素系繊維を用いても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
次に本発明の他の実施の形態を説明する。先ず図１に示すように複数本の炭素繊維１に樹脂を少し含浸させて帯状に形成した糸２を芯糸として、水溶性または可燃性の鞘糸５でカバーリングして収束し、カバーリングした収束糸６を経糸Ｘと緯糸Ｙとして製織機で平織して、図２に示すようにミシン針４が貫通する空隙７が形成されたメッシュ状の織物８を製織する。ここまでの工程は上記説明と同様である。
【００２１】
次にこのメッシュ状の織物８を図４に示すように複数枚積層してから、図５に示すようにミシンで縫合すると、ミシン針４は空隙７を貫通して、図７に示すようにＰＢＯ繊維、アラミド繊維、炭素繊維などの縫合糸１１で縫合される。この時、ミシン針４としては先端が球形のボール状になったものや、あるいは図６に示すようにボールペン状にボール１２が回転自在に支持されたものを使用する。従って先端が、球状に形成されたミシン針４がメッシュ状の織物８の面内糸であるカバーリングされた収束糸６と衝突しても、互いに断面が円形であるのでその表面で滑って、収束糸６を損傷することなく縫合することができる。
【００２２】
この後、水溶性の鞘糸５でカバーリングされた収束糸６により製織したメッシュ状の織物８を、湯に浸漬して鞘糸５を溶解させて精練すると、収束していた炭素繊維１が開繊し、図８に示すように経糸Ｘと緯糸Ｙが密に織られた三次元炭素繊維織物１３が形成される。また可燃性の鞘糸５でカバーリングされた収束糸６により製織したメッシュ状の織物８は、バーナーで燃焼すると鞘糸５が焼却されて、収束していた炭素繊維１だけが残って開繊し、密に織られた三次元炭素繊維織物１３が形成される。
【００２３】
従って本発明方法によれば、ミシン針４が貫通する空隙７が形成されているメッシュ状の織物８の状態で積層して縫合するので、ミシン針４とメッシュ状の織物８の面内糸である炭素繊維１との衝突が回避されて炭素繊維１の糸切れや摩耗などの損傷が防止される。更にこれを縫合・開繊することにより三次元炭素繊維織物１３を製造するので、これを骨格材として使用した繊維強化樹脂材料の強度を向上させることができる。
【００２４】
次に画像認識により縫合する本発明の他の実施の形態を説明する。先ず図９に示すように、カバーリングした収束糸６を筬１５に通す。この筬１５は、単位幅の羽１６を３個並設し、この横に単位幅の半分の幅の空き羽１７を形成し、羽１６にそれぞれカバーリングした収束糸６を通すと共に、空き羽１７の片側に隣接する羽１６に認識糸１８を通して織成すると図１０に示すように、認識糸１８を織り込んだミシン針４が貫通する空隙７を形成したメッシュ状の織物８Ａが形成される。
【００２５】
またこれとは別に、認識糸１８を入れずに図９に示す筬１５にカバーリングした収束糸６だけを通して製織し、ミシン針４が貫通する空隙７を形成したメッシュ状の織物８Ｂを２枚形成する。この認識糸１８のない２枚のメッシュ状の織物８Ｂを重ね、更に一番上に認識糸１８を入れたメッシュ状の織物８Ａを図１０に示すように重ねて、縫合糸１１で縫合する。この認識糸１８としてはカバーリングした炭素繊維１の収束糸６が灰色なので、これと色調の異なる例えば白色のものを用いる。またこの認識糸１８は、鞘糸５と同様に精練または焼却して開繊できる材質が好ましい。
【００２６】
このミシン装置は、図１２および図１３に示すように基台２０の上に縦方向に沿って２本のレール２１が取付けられ、ここにローラ２２を設けたテーブル２３が縦方向に可動自在に取付けられている。このテーブル２３のフレーム２４は、図１３に示すように基台２０に取付けたモータ２５に接続したボールネジ２６によりＸ方向に可動自在に支持されている。
【００２７】
またミシン２７は図１２に示すように、両側にモータ支持台２８、２８が立設されこの間にＹ方向に可動自在に支持されている。モータ支持台２８、２８の間には２本のボールネジ２６、２６と２本のミシン駆動シャフト３０、３０およびガイドレール４１が平行に取付けられている。上部のボールネジ２６はモータ３１に接続され、ベルト３２を介して下部のボールネジ２６に連結され、同期して回転するようになっている。また上部のミシン駆動シャフト３０はモータ３３に接続され、ベルト３２を介して下部のミシン駆動シャフト３０に連結され、同期して回転するようになっている。
【００２８】
上部のボールネジ２６とガイドレール４１にはミシン支持部３４が取付けられ、Ｙ方向に可動自在に支持されている。また針板３５に取付けた釜３６は下部のボールネジ２６と下部のミシン駆動シャフト３０に取付けられ、Ｙ方向に可動自在に支持されている。前記ミシン支持部３４にはシリンダ３７とガイドシャフト３８によりミシン本体３９が上下動自在に支持されている。
【００２９】
このミシン本体３９に取付けたミシン針４は、図示しない駆動機構を介して上部のミシン駆動シャフト３０に連結され、このミシン針４と下方の釜３６とは同期してＹ方向に移動するようになっている。更にミシン本体３９の横にはＣＣＤカメラ４０が斜め下方に向かって取付けられている。
【００３０】
次に上記構成のミシン２７により縫合する作用について説明すると、先ずテーブル２３の上に、図１０に示すように認識糸１８のない２枚のメッシュ状の織物８Ｂを重ね、更に一番上に認識糸１８を入れたメッシュ状の織物８Ａを重ねてセットする。次にＣＣＤカメラ４０で一番上に重ねたメッシュ状の織物８Ａの画像を認識して、認識糸１８、１８が交差する部分Ｃを検知する。この検知した交差部分Ｃから所定のＸーＹ方向に離れた距離に設定したミシン針４の挿入部分をコンピュータで演算して、その位置座標を決定する。
【００３１】
次にこの位置情報に基づいてモータ２５を駆動させると、テーブル２３がＸ方向に移動し、モータ３１を駆動させると、ミシン針４と釜３６が動機してＹ方向に移動して、前記位置座標までメッシュ状の織物８を移動させる。ここでモータ３３を駆動させることによりミシン針４が上下動し、釜３６が回転して縫合糸１１により縫合される。この過程で、ＣＣＤカメラ４０で画像を認識して、隣接する認識糸１８、１８の交差部分Ｃを検知し、ミシン針４の次の挿入部分の位置座標を演算している。このように認識糸１８の交差部分Ｃを画像認識しながら順次縫合することにより、図１０に示す状態とする。
【００３２】
この後、水溶性の鞘糸５でカバーリングされた収束糸６と認識糸１８により製織したメッシュ状の織物８Ａ、８Ｂを縫合した織物を、湯に浸漬して鞘糸５と認識糸１８を溶解させて精練すると、収束していた炭素繊維１が開繊し、図１１に示すように経糸Ｘと緯糸Ｙが密に織られた三次元炭素繊維織物１３が形成される。また可燃性の鞘糸５でカバーリングされた収束糸６と認識糸１８により製織したメッシュ状の織物８は、バーナーで燃焼すると鞘糸５と認識糸１８が焼却されて、収束していた炭素繊維１だけが残って開繊し、密に織られた三次元炭素繊維織物１３が形成される。
【００３３】
従って、ＣＣＤカメラ４０により、認識糸１８の交差部分Ｃの位置を画像処理して認識し、この位置に基づいてミシン針４の挿入部分をコンピュータで演算して、その位置座標を決定するので、メッシュ状の織物８をフレーム２４上に斜めにセットしても炭素繊維１の切断を防止することができる。更に、筬１５は図９に示すように、認識糸１８を通した部分の横に空き羽１７を形成し、この広い部分にミシン針４の挿入部の位置座標を設定しているので、炭素繊維１の切断を防止することができる。
【００３４】
なお上記説明ではテーブル２３をＸ方向に、ミシン２７をＹ方向に移動させる場合について示したが、テーブル２３を固定し、ミシン２７をＸーＹ方向に移動させても良く、またミシン２７を固定し、テーブル２３をＸーＹ方向に移動させる構造でも良い。この場合、ＣＣＤカメラ４０はテーブル２３に取付けても良い。また認識糸１８としてカバーリングした収束糸６と色差のある繊維を用いた場合について示したが、蛍光処理した繊維を用いることもでき、この場合には紫外線を照射しながら、発光した認識糸１８をＣＣＤカメラ４０で認識しながら縫合する。
【実施例】
【００３５】
以下本発明の実施例を説明する。炭素繊維１を６０００本、帯状に形成した糸２をポリビニールアルコール糸を鞘糸５としてダブルカバーリングして灰色の収束糸６を形成する。これを経糸Ｘおよび緯糸Ｙとし、また認識糸１８として白色のポリビニールアルコール糸を用い、これを図９に示す筬１５に通して製織し、幅４０ｃｍ、長さ１ｍのメッシュ状の織物８Ａを形成した。この場合、筬密度は地部が６．５（羽／ｃｍ）、空き羽１３．０（羽／ｃｍ）とし、経糸総数を３６５本（地部の炭素繊維収束糸１５６本、耳部の炭素繊維収束糸１５６本、認識糸５３本）、緯糸打込数１６．５（本／吋）とし、糸配列を炭素繊維収束糸３本、認識糸１本の繰り返しとした。
【００３６】
また同様に認識糸１８を入れずに平織したメッシュ状の織物８Ｂを２枚形成した。次に図１２および図１３に示すテーブル２３の上に、認識糸１８のない２枚のメッシュ状の織物８Ｂを重ね、更に一番上に認識糸１８を入れたメッシュ状の織物８Ａを重ねてセットする。次にＣＣＤカメラ４０で一番上に重ねたメッシュ状の織物８Ａの画像を認識して、認識糸１８、１８が交差する部分Ｃを検知し、この検知した交差部分から所定のＸーＹ方向に離れた距離に設定したミシン針４の挿入部分をコンピュータで演算して、その位置座標を決定する。
【００３７】
次にこの位置座標に基づいてテーブル２３をＸ方向に、ミシン針４と釜３６をＹ方向に移動して、前記位置座標までメッシュ状の織物８Ａ、８Ｂを移動させて、ミシン針４を上下動させてアラミド繊維糸を縫合糸１１として順次縫合する。次に３枚縫合されたメッシュ状の織物８Ａ、８Ｂを湯に浸漬して、ポリビニールアルコール糸で形成された鞘糸５と認識糸１８を溶解させて精練すると、収束していた炭素繊維１が開繊し、密に織られた三次元炭素繊維織物１３が形成された。この三次元炭素繊維織物１３はミシン針４による炭素繊維１の損傷がなく、繊維強化樹脂材料の骨格材として強度の高い織物を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明方法により製造された無機繊維織物および三次元無機繊維織物は、ロケットや航空機、電車、自動車のボディー材料として使用される繊維強化樹脂材料の骨格材として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は炭素繊維をカバーリングして収束糸を形成している状態を示す正面図である。
【図２】図１のカバーリングした収束糸を用いて平織したメッシュ状の織物を示す平面図である。
【図３】メッシュ状の織物を開繊した炭素繊維織物を示す平面図である。
【図４】平織したメッシュ状の織物を複数枚重ねた状態を示す平面図である。
【図５】平織したメッシュ状の織物を複数枚重ねてミシンで縫合している状態を示す断面図である。
【図６】ボールが回転自在に支持されたミシン針を示す断面図である。
【図７】平織したメッシュ状の織物を複数枚重ねて縫合糸で縫合した状態を示す平面図である。
【図８】図７に示す縫合したメッシュ状の織物を開繊した三次元炭素繊維織物を示す平面図である。
【図９】収束糸と認識糸を通した筬を示す正面図である。
【図１０】認識糸を織り込んだメッシュ状の織物を重ねて縫合糸で縫合した状態を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す縫合したメッシュ状の織物を開繊した三次元炭素繊維織物を示す平面図である。
【図１２】ミシンを示す正面図である。
【図１３】ミシンを示す側面図である。
【図１４】従来の帯状の炭素繊維糸を平織した炭素繊維織物を示す平面図である。
【図１５】図１４の炭素繊維織物を複数枚重ねてミシンで縫合している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    炭素繊維                                              
２    帯状の糸                                              
３    炭素繊維織物                                          
４    ミシン針                                              
５    鞘糸                                                  
６    カバーリングした収束糸                                
７    空隙                                                  
８    メッシュ状の織物                                      
９    炭素繊維織物                                          
１１  縫合糸                                                
１２  ボール                                                
１３  三次元炭素繊維織物                                    
１５  筬                                                    
１６  羽                                                    
１７  空き羽                                                
１８  認識糸                                                
２０  基台                                                  
２１  レール                                                
２２  ローラ                                                
２３  テーブル                                              
２４  フレーム                                              
２５  モータ                                                
２６  ボールネジ                                            
２７  ミシン                                                
２８  モータ支持台                                          
３０  ミシン駆動シャフト                                    
３１  モータ                                                
３２  ベルト                                                
３３  モータ                                                
３４  ミシン支持部                                          
３５  針板                                                  
３６  釜                                                    
３７  シリンダ                                              
３８  ガイドシャフト                                        
３９  ミシン本体                                            
４０  ＣＣＤカメラ                                          
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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