(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面（１Ｓ）から貫通するステッチ（１４、２７、３０、３３、３６）を縫い糸（１２）で形成することによって補強された繊維基体（１）を有する複合部材用の補強材であって、
前記繊維基体（１）は、第１糸方向（Ｘ）を定める互いに平行な直線糸（２２）から成る少なくとも第１層（２０）と、記第１層（２０）に重なり且つ第２糸方向（Ｙ）を定める互いに平行な直線糸（２３）から成る少なくとも第２層（２１）とを有しており、
前記第１および第２糸方向（Ｘ、Ｙ）は、互いに垂直を成すと共に、少なくとも正方形状の網目（２４）を形成しており、
前記縫い糸（１２）は、
ａ）前記繊維基体（１）をその前記外表面（１Ｓ）から貫通する第１ステッチ（２７）から成り且つ前記網目（２４）の一の対角線に平行である第１ステッチ方向（Ｄ１）を定める、互いに平行な第１ステッチ線（２６）の第１列（２５）を形成しており、
該第１ステッチ（２７）の各々は、傾斜すると共に、前記繊維基体（１）の前記外表面（１Ｓ）に対して３０°以下の第１傾斜角度（Ａ）を成して斜めに前記繊維基体（１）を貫通しており、
ｂ）前記繊維基体（１）をその前記外表面（１Ｓ）から貫通する第２ステッチ（３０）から形成されると共に、前記第１ステッチ方向（Ｄ１）に平行な第２ステッチ方向（Ｄ２）を定める、互いに平行な第２ステッチ線（２９）の第２列（２８）を有しており、
該第２ステッチ（３０）の各々は、傾斜すると共に、前記第１ステッチの傾斜角度と逆向きで、前記繊維基体（１）の前記外表面（１Ｓ）に対して３０°以下の第２傾斜角度（Ｂ）を成して斜めに前記繊維基体（１）を貫通しており、
ｃ）前記繊維基体（１）を前記外表面（１Ｓ）から、前記外表面（１Ｓ）に対して３０°以下の第３傾斜角度（Ａ）を成して斜めに貫通する第３傾斜ステッチ（３３）から形成されると共に、前記網目（２４）の別の対角線に平行である第３ステッチ方向（Ｄ３）を定める、互いに平行な第３ステッチ線（３２）の第３列（３１）を有しており、そして
ｄ）前記繊維基体（１）をその前記外表面（１Ｓ）から貫通する第４ステッチ（３６）から形成されると共に、前記第３ステッチ方向（Ｄ３）に平行な第４ステッチ方向（Ｄ４）を定める、互いに平行な第４ステッチ線（３２）の第４列（３１）を有しており、
該第４ステッチ（３６）の各々は、傾斜すると共に、前記第３ステッチ（３３）の傾斜角度と逆向きで、前記繊維基体（１）の前記外表面（１Ｓ）に対して３０°以下の第４傾斜角度（Ｂ）を成して斜めに前記繊維基体（１）を貫通している、補強材。
【請求項２】
前記第１、第２、第３及び第４傾斜角度は、各々１０°以下である請求項１記載の補強材。
【請求項３】
前記第２傾斜角度（Ｂ）は、前記第１傾斜角度（Ａ）に対して対称的である請求項１記載の補強材。
【請求項４】
前記第４傾斜角度（Ｂ）は、前記第３傾斜角度（Ａ）に対して対称的である請求項１記載の補強材。
【請求項５】
前記網目の辺の長さはａであり、前記第１、第２、第３及び第４ステッチのピッチは、ａ×２１/２である請求項１記載の補強材。
【請求項６】
縫った後に、厚さ方向に交互して食い違いに配置された網目（２４）から成る２つの網状構造体を有している請求項１記載の補強材。
【請求項７】
２つの網状構造体の食い違いのずれ（ｑ）は、少なくとも前記網目（２４）の辺（ａ）の約半分である請求項６記載の補強材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元に分布させた強力繊維から成り、硬化基材に埋め込んで複合部材を形成するための補強材に関する。本発明はまた、そのような補強材を製造する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元に分布させた繊維から成るそのような補強材を製造する方法は、例えば米国特許第２２８３８０２号、第３３２２８６８号、第４０８０９１５号、第４８６３６６０号、第４９１７７５６号、第５５１５７９８号、第５５４３００５号および第５６４２，６７９号で知られている。これらの既知の技術では、そのような繊維の基体、例えば少なくとも２方向に交差させた繊維の基体を形成してから、往復動する針によって連続した縫い糸をこの繊維基体に挿入することにより、基体の繊維を縫い合わせるが、連続した縫い糸によって、各々が繊維基体を直角に貫通する一連のステッチから成るステッチ線が形成されるように、針を繊維基体に対して相対移動させる。
【０００３】
これらの既知の複合補強材を使用することから、これらのステッチは、繊維基体に平行な方向において高い剪断強さを補強材に与えないことがわかっている。さらに、通常通りに繊維の重合層でこの繊維基体を形成した場合、ステッチは、これらの層の層間剥離を防止することができない。
【０００４】
剪断強さおよび耐層間剥離性におけるそのような限界を説明するために、以下の推測を行うことができる。すなわち、
基材に平行な力を補強材に加えた時、各ステッチを構成している２本の糸は、圧縮および引張りのいずれでも機能することができず、
各ステッチの２本の糸の、それらに直交する方向でのそのような力に対する抵抗力が単に低い可能性があり、
各ステッチの２本の糸は、それらの糸が貫通する層を構成している繊維を分離させ、そのために縫い糸の直径と少なくとも同一の幅の隙間を形成する。そのような隙間は、層間の接触面積を減少させ、その結果、今度は補強材の剪断強さを低下させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、これらの問題点を解決し、高い剪断強さと高い耐層間剥離性を有する上記形式の繊維補強材を製造できるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明によれば、外表面から貫通するステッチを縫い糸で形成することによって補強された繊維基体を有する複合部材用の補強材は、ステッチの少なくとも一部が傾斜して、繊維基体の外表面に対して３０゜以下の傾斜角度を成して斜めに繊維基体を貫通していることを特徴としている。好ましくは、傾斜角度は、１０゜以下である。傾斜ステッチを形成した後、補強材にタンピング作業を加える場合、タンピング後にそれらの傾斜角度はさらに小さくなるであろう。
【０００７】
このため、本発明に従った繊維補強材では、各ステッチの２本の糸を補強材の厚さ方向に対して大きく傾斜させることによって、２本の糸が厚さ方向に補強材の繊維を結合させるだけでなく、ステッチ線の方向の引張りおよび圧縮の両方またはいずれか一方で機能することもできる。従って、２本の糸は、補強材に高い剪断強さおよび高い耐層間剥離性を持たせることができる。
【０００８】
本発明は、
繊維基体がどのような性質（フェルト、重合層等）であっても、
繊維基体がどのような形（シート状、中空体等）であっても、
ステッチがどのような方法（結び目の有無）であっても、
実施できることに注意されたい。
【０００９】
縫い糸が、繊維基体をその外表面から貫通する第１ステッチから成り且つ第１ステッチ方向を定める、少なくとも互いに平行な第１ステッチ線の第１列を形成している場合、第１ステッチの各々は傾斜して、繊維基体の外表面に対して３０゜以下の第１傾斜角度を成して斜めに繊維基体を貫通していることが好都合である。
【００１０】
ステッチが補強材の内部を傾斜したジグザグ経路で進む場合、この補強材は、第１ステッチ方向に平行な方向において、第１ステッチ線の代わりに同じ方向の直線糸を用いた補強材よりも大きい変形能力を有していることに注意されたい。このため、本発明に従った補強材を、必要に応じて、表面を平坦に開くことができない形状に適用することができる。
【００１１】
繊維基体が、第１糸方向を定める互いに平行な直線糸から成る少なくとも第１層を有している通常の場合、第１ステッチ方向は、第１糸方向と異なっていることが好都合である。さらに、繊維基体が、第１層に重なって且つ第１糸方向と異なった第２糸方向を定める、少なくとも互いに平行な直線糸から成る追加の第２層を有している場合、第１ステッチ方向は、第２糸方向とも異なっていることが好都合である。
【００１２】
本発明に従った補強材の剪断強さおよび耐層間剥離性の特性を第１ステッチ方向の両方の向きで同一にするために、補強材は、繊維基体をその外表面から貫通する第２ステッチから成り且つ第１ステッチ方向に平行な第２ステッチ方向を定める、互いに平行な第２ステッチ線の第２列を有することができ、第２ステッチの各々は傾斜していると共に、第１ステッチの傾斜角度と逆向きで繊維基体の外表面に対して３０゜以下の第２傾斜角度を成して斜めに繊維基体を貫通しており、この第２傾斜角度は、第１傾斜角度に対して対称的であることが好都合である。
【００１３】
本発明に従った補強材は、さらに、繊維基体を外表面から、外表面に対して３０゜以下の、好ましくは１０゜以下で、第１および第２傾斜角度と同一の第３傾斜角度を成して斜めに貫通する第３傾斜ステッチから形成され且つ第１および第２糸方向と異なると共に、第１および第２ステッチ方向と異なった第３ステッチ方向を定める、互いに平行な第３ステッチ線の第３列を有することができる。
【００１４】
第２ステッチ方向に関連して説明したのと同様の方法で、本発明に従った補強材は、繊維基体を外表面から貫通する第４ステッチから形成され且つ第３ステッチ方向に平行な第４ステッチ方向を定める、互いに平行な第４ステッチ線の第４列を有しており、該第４ステッチの各々は傾斜していると共に、第３ステッチの傾斜角度と逆向きで繊維基体の外表面に対して３０゜以下の第４傾斜角度を成して斜めに繊維基体を貫通しており、該第４傾斜角度は、第３傾斜角度に対して対称的であることが好都合である。
【００１５】
このため、第１および第２糸方向が互いに垂直を成し、それぞれ補強材の０゜および９０゜の方向を定める通常の場合、第１、第２、第３および第４ステッチ方向をそれぞれ４５゜、２２５゜、１３５゜および３１５゜にすることによって、構造および特性が実質的に等方性である補強材が得られる。
【００１６】
さらに、第１および第２糸方向が互いに垂直を成して、辺の長さがａの少なくともほぼ正方形の網目を形成している場合、第１ステッチ方向が網目の対角線に沿った向きであり、第１および第２ステッチの間隔が√２ａであることが好都合である。
【００１７】
第３ステッチ方向を網目の他方の対角線に沿った対称的な向きにすることができ、第３および第４ステッチの間隔を√２ａにすることができる。
【００１８】
これによって、本発明に従った補強材内に基体糸と縫い糸との優れた絡み合いが得られる。
【００１９】
幾つかの重合層の第１および第２糸方向の糸の間に斜めに挿入された第１、第２、第３および第４ステッチは、それらの糸を分離させるため、その結果ある層の第１方向の糸がすぐ下の層の第１方向の糸に対してずれると共に、ある層の第２方向の糸がすぐ下の層の第２方向の糸に対してずれる。このため、ある層とすぐ下の層との間で、第１方向の糸が食い違いに配置され、同じことが第２方向の糸にも当てはまる。
【００２０】
上述したように、第１および第２糸方向が辺をａとする正方形の網目を形成している場合、第１、第２、第３および第４ステッチのステッチ角度を他のパラメータ、例えばステッチの糸の断面積と共に調節することによって、隣接した２層間で、第１および第２方向の糸をそれぞれａ／２、ずらすことができる。このため、縫った後に、第１および第２糸方向は、補強材の厚さ方向に食い違い配置された２つの網状構造体を形成する。
【００２１】
本発明は、また、繊維基体から複合部材用の補強材を製造する装置であって、
連続した縫い糸を繊維基体にその外表面から挿入することができる針と、
針を往復動させる手段と、
針に対する繊維基体の相対移動を生じさせる手段とを備えている既知の形式の装置に関する。
【００２２】
本発明によれば、そのような装置は、針が、繊維基体の外表面に対して３０゜以下、好ましくは１０゜以下の角度を成して傾斜していることを特徴としている。
【００２３】
同様に、本発明によれば、外表面から貫通するステッチから成るステッチ線を縫い糸で形成することによって補強された繊維基体を有する複合部材用の補強材を製造する方法は、ステッチが、外表面に対して３０゜以下、好ましくは１０゜以下の傾斜角度を成して斜めに形成されることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
添付の図面から、本発明をいかに実現できるかを明確に理解できるであろう。これらの図面において、同一番号は、同一部材を示している。
【００２５】
図１は、支持体２に載置された繊維基体１と、この繊維基体１にステッチを挿入するための縫い機３とを示している。
【００２６】
縫い機３は、例えば、詳細に示していない既知の方法で、支持体２に平行であるが互いに垂直を成す２方向ＸおよびＹと、それらに直交する方向Ｚとに沿って移動可能であると共に、この方向Ｚ回りに回転可能である、アーム４に取り付けられている。縫い機３は、縫い機をアーム４に連結させることができるベース５を有しており、このベース５には、例えば空圧式アクチュエータ等のアクチュエータ７によって往復縫い運動を行わせることができる縫針６が取り付けられている。縫針６は、固定ガイド８で並進方向に案内され、針は固定ガイド８に挿通されて、その鈍端でスライド９に締着されており、このスライド９は、アクチュエータ７によって作動させられて、ガイド１０によって案内されて摺動する。縫い機は、支持体２に対して傾斜して、縫針６を繊維基体１の外表面１Ｓに対して３０゜以下、好ましくは約１０゜の角度Ａで傾斜させている。
【００２７】
図２にさらに詳細に示されているように、傾斜した縫針６は、中空であるか、横目穴１１が設けられているか、またはその両方であって、例えばガイド８に収容されている調節可能な糸ホルダ１３を介して縫い糸１２が供給される。このため、縫い糸１２を備えた縫針６は、繊維基体１にステッチ１４を形成することができ、各ステッチは、互いにほぼ平行であるが繊維基体１に対して角度Ａを成して傾斜している２本の糸１４．１および１４．２で構成されている。斜めのステッチ１４は、繊維基体１の厚さに対して斜めの方向に繊維基体１を貫通し、糸１５で互いに連結されてステッチ線を形成している。ステッチ１４は、図１および図２には結び目がない形式のものとして示されている（その場合、針６の尖った先端が支持体２に突き刺さる）が、支持体２が役立つ限り、他のいずれの形式でももちろんよい。
【００２８】
また、縫い機３は、Ｘ、ＹおよびＺ方向に平行に移動できると共に、Ｚ方向回りに回転可能であるため、繊維基体１に如何なる所望の形状および向きのステッチ線でも形成できることも理解されるであろう。
【００２９】
図３は、適宜、縫い機３が、同時に作動する複数の針６を備えることができることを示している。
【００３０】
図４乃至図９に示されている本発明に従った繊維補強材の図示の実施例では、繊維基体１が層２０および２１を重ねて形成されているものと仮定している。層２０は、互いに平行であり且つ０゜として選択されたＸ方向に平行な複数本の直線糸２２で構成されている一方、層２１は、互いに平行であり且つＸ方向に垂直な、従って９０゜を成すＹ方向に平行な複数本の直線糸２３で構成されている。糸２２および２３は、最初、それらの糸の間に、例えば辺の長さがａの正方形を成す網目２４から成る網状構造体を形成している。
【００３１】
図１および図２に関連して上述したように、図４乃至図９の繊維基体１は、以下のものを形成する縫い糸１２によって補強される。すなわち、
繊維基体１の外表面１Ｓに対して３０゜以下、好ましくは１０゜以下の傾斜角度Ａを成す糸２７．１および２７．２で構成されて繊維基体１をその外表面１Ｓから貫通する傾斜ステッチ２７（ステッチ１４と同様である）から成ると共に、４５゜のステッチ方向Ｄ１を定める、互いに平行なステッチ線２６の第１列２５（図５参照）。ステッチ２７の間隔ｐは√２ａであり、２本のステッチ線２６間の距離ｄも√２ａである。
繊維基体１の外表面１Ｓに対して３０゜以下、好ましくは１０゜以下の傾斜角度Ｂ（Ａと同一であるが、それに対して対称的）を成す糸３０．１および３０．２で構成されて繊維基体１をその外表面１Ｓから貫通する傾斜ステッチ３０（ステッチ１４と同様である）から成ると共に、２２５゜のステッチ方向Ｄ２を定める、互いに平行なステッチ線２９の第２列２８（図６参照）。ステッチ３０の間隔ｐは√２ａであり、２本のステッチ線２９間の距離ｄも√２ａである。
繊維基体１の外表面１Ｓに対して３０゜以下、好ましくは１０゜以下の傾斜角度Ａを成す糸３３．１および３３．２で構成されて繊維基体１をその外表面１Ｓから貫通する傾斜ステッチ３３（ステッチ１４と同様である）から成ると共に、１３５゜のステッチ方向Ｄ３を定める、互いに平行なステッチ線３２の第３列３１（図７参照）。ステッチ３３の間隔ｐは√２ａであり、２本のステッチ線３２間の距離ｄも√２ａである。
繊維基体１の外表面１Ｓに対して３０゜以下、好ましくは１０゜以下の傾斜角度Ｂ（上記のものと同一）を成す糸３６．１および３６．２で構成されて繊維基体１をその外表面１Ｓから貫通する傾斜ステッチ３６（ステッチ１４と同様である）から成ると共に、３１５゜のステッチ方向Ｄ４を定める、互いに平行なステッチ線３５の第４列３４（図８参照）。ステッチ３６の間隔ｐは√２ａであり、２本のステッチ線３５間の距離ｄも√２ａである。
【００３２】
分かり易くするために、図４の直線糸２２、２３およびステッチ線２６、２９、３２、３５は互いに分離して示されている。実際には、図４の補強材は、より現実的には、図９および図１０に示されているような形である。
【００３３】
以下の点に注意されたい。すなわち、
補強された繊維基体（補強材）１のタンピングを行う場合、タンピング後には傾斜ステッチ２７、３０、３３および３６の傾斜角度は、それらを挿入した角度ＡまたはＢより小さくなり、
図４乃至図９の補強された繊維基体（補強材）１は、６方向の糸２２、２３、２５、２８、３１および３４を有する三次元補強材を形成しており、これは可撓性を有し、傾斜ステッチによって形成された列２５、２８、３１および３４の方向の可撓性によって、平坦に開くことができない形状の支持体に適用することができ、
それぞれのステッチ２７、３０、３３および３６の糸２７．１および２７．２、３０．１および３０．２、３３．１および３３．２、そして３６．１および３６．２は、重なった個々の層２０および２１の糸２２と糸２３との間に挿入されて、それらの糸２２および２３を分離させるため、（図１０に示されているように）縫った後では、連続した２層２０の糸２２は、食い違い配置になり、連続した２層２１の糸２３も、食い違い配置になる。隣接した２層２０（または２１）の糸２２（または２３）の間のずれｑは、図４に示されているように、ａ／２になるように設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従った方法および装置を示す概略側面図である。
【図２】  図１の縫い機の部分断面図である。
【図３】  図１および図２の縫い機の代替実施例を示す図である。
【図４】  本発明に従った補強材の例示的な実施例の一部分を概略的に示す平面図である。
【図５】  図４のＶ−Ｖ線に沿った拡大断面図である。
【図６】  図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大断面図である。
【図７】  図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った拡大断面図である。
【図８】  図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った拡大断面図である。
【図９】  図４乃至図８の補強材の例示的な実施例の網目の概略平面図である。
【図１０】  図９の網目に対応した補強材部分を示す概略的な斜視および断面図である。
【符号の説明】
１…繊維基体、２…支持体、３…縫い機、４…アーム、５…ベース、６…縫針、７…アクチュエータ、８…固定ガイド、９…スライド、１０…ガイド、１１…横目穴、１２……縫い糸、１４，２７，３０，３３，３６…ステッチ、１５，２２，２３…糸、２０，２１…層、２４…網目、２５…第１列、２６，２９，３２，３５…ステッチ線、２８…第２列、３１…第３列、３４…第４列、１４．１，１４．２，２７．１，２７．２，３０．１，３０．２，３３．１，３３．２，３６．１，３６．２…糸、１Ｓ…外表面、Ａ，Ｂ…角度、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ステッチ方向、ｄ…距離、ｐ…間隔、ｑ…ずれ。
【図１】
0004435904.tif 000002
【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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