(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象部品の引張り応力の主作用面内に略等ピッチで配向されたＸ方向及びＹ方向の糸条と、上記作用面と平行な面内に略等ピッチで配向され、前記Ｘ方向及びＹ方向の糸条に交叉する方向の糸条と、上記作用面と平行な面内に対象部品のラウンド部の曲率に近似した曲線で当該ラウンド部の曲率中心から径方向に略等ピッチで配向されたラウンド方向の糸条とを含み、上記各方向の糸条をＺ方向に適宜積層して構成され、かつ、これらの積層体を結束するためにＺ方向に貫通して配向されるＺ方向の糸条の配置ピッチ及び密度を、対象部品のラウンド部以外の部分では、略均等とし、ラウンド部では前記ラウンド方向の糸条と干渉する部分のＺ方向の糸条を間引いて配置してあることを特徴とするラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体。
【請求項２】
対象部品の引張り応力の主作用面内にＸＹ平面をとり、このＸＹ平面に投影される対象部品の輪郭形状に対し、Ｚ方向の糸条案内管をＸＹ平面内に略均等なピッチ及び密度で配置し、当該対象部品のラウンド部に対しては、当該ラウンド部の曲率に近似した曲線で当該ラウンド部の曲率中心から径方向に略等ピッチでラウンド方向の糸条を配置する場合に妨げとなる位置にあるＺ方向の糸条案内管を予め間引いておき、この状態で、ラウンド部には、ラウンド部の曲率に近似させた曲線に沿って径方向に等ピッチでラウンド方向の糸条を配向し、ラウンド部及びそれ以外の部分には、Ｘ方向及びＹ方向及びＸ方向及びＹ方向に交叉する方向の複数の糸条を配向し、これらのラウンド方向の糸条及びＸ方向及びＹ方向の糸条並びにＸ方向及びＹ方向に交叉する方向の糸条をＺ方向に適宜積層し、これらの積層体に対して、Ｚ方向の糸条を前記Ｚ方向の糸条案内管に置換してＺ方向に貫通させて配向し、このＺ方向の糸条で前記積層体を結束して対象部品の形状に近似した三次元繊維構造体を製造したことを特徴とするラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙飛翔体、航空機、自動車、鉄道車両、船舶、その他の産業機械の部品として用いられるラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体の作成は、図５の（Ａ）に例示するような引張り応力の作用方向に対して、略馬蹄形平面をもつ部材の場合では、ラウンド形状に沿う方向に配向されたラウンド方向の糸条１０とこれに交叉して径方向に放射状に配向される径方向の糸条２０とをＸＹ平面内で略馬蹄形に沿って交互に交叉配置してＺ方向に積層し、これらと直交するＺ方向に上記積層体を貫通縫合する如くＺ方向の糸条３０を配置して全体を結束することにより三次元構造体を構成している。
【０００３】
この場合、具体的な作成手順として、先ず、Ｚ方向の糸条３０の配置位置に予め糸条案内管４０（図５の（Ｂ）参照）をベース部材（図示省略）上に立設配置しておき、この状態でラウンド方向の糸条１０と径方向の糸条２０とを交互に所定高さ分まで積層した後、前記糸条案内管４０を一端から一本づつ順次引抜き、この引抜き時、Ｚ方向の糸条３０を連行して糸条案内管４０の抜き後にＺ方向の糸条３０を置換配置する。
【０００４】
上記Ｚ方向の糸条３０は、図５の（Ｂ）のように、先端を２つ折りにして二重糸の状態で例えば底面から上面に向けて積層方向に貫通挿入され、上面側に折り返しループ３０ａを形成して配置され、底面では隣接するＺ方向の糸条３０に連続した状態で配置されている。そして、上面側の折り返しループ３０ａは、隣接するループ３０ａにチエーンステッチ状に連綴され、これによって、三次元構造体を結束させている。
【０００５】
前記糸条案内管４０の配置状態は、両側の直線部５０、６０では平面ＸＹ方向に対して略等ピッチ及び密度で配置され、ラウンド部７０では円周座標ｒ，θによって配置される。この場合、ｒは、ラウンド部の曲率中心からの半径方向位置座標値であり、θは、ラウンド部の円周方向位置座標値である。
【０００６】
ラウンド方向の糸条１０の配向方法は、一方の直線部５０からラウンド部７０に沿うように円弧状に配向され、他方の直線部６０に直線状に配向される。また、径方向の糸条２０は、上記糸条１０に略直交するように蛇行配向され、ラウンド部７０では、糸条案内管４０の円周座標配置に対応して径方向に放射状に配向される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、Ｚ方向の糸条案内管４０をラウンド部７０の円周座標上に放射状に配置していたため、製作せんとする部品の形状毎にベース部材に対する糸条案内管４０の立設配置ピッチ及び位置を設計し直す必要があり、製造の準備に手数と時間が掛かり、コストアップの問題があった。しかも、ラウンド部７０の糸条案内管４０の配置が直線部の糸条案内管４０の配置のピッチ及び密度と異なるため、引張り応力の主作用面となるＸＹ平面内に配向可能な糸条は、ラウンド方向の糸条１０と径方向の糸条２０に制限され、他の方向の糸条の配向が困難となり、強度向上が図り難く、その上、ラウンド部７０の径方向内外での糸条配置ピッチ及び密度が内側ほど狭く密となり、外側ほど広く疎となるという不均一な糸条配置ピッチ及び密度の分布となり、ラウンド部７０の径方向内外で強度差が発生し、直線部５０、６０に対する強度も低下するという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、円弧状を含む糸条配置において糸条案内管を略直交配置させることにより、糸条案内管の配置作業を簡単化し、かつその位置固定を容易にし、糸条を多方向に配向可能として強度向上を図り、しかも、ラウンド部における糸条配置ピッチ及び密度の分布を均一化し得る複合材強化用繊維構造体とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、対象部品の引張り応力の主作用面内に略等ピッチで配向されたＸ方向及びＹ方向の糸条と、上記作用面と平行な面内に略等ピッチで配向され、前記Ｘ方向及びＹ方向の糸条に交叉する方向の糸条と、上記作用面と平行な面内に対象部品のラウンド部の曲率に近似した曲線で当該ラウンド部の曲率中心から径方向に略等ピッチで配向されたラウンド方向の糸条とを含み、上記各方向の糸条をＺ方向に適宜積層して構成され、かつ、これらの積層体を結束するためにＺ方向に貫通して配向されるＺ方向の糸条の配置ピッチ及び密度を、対象部品のラウンド部以外の部分では、略均等とし、ラウンド部では前記ラウンド方向の糸条と干渉する部分のＺ方向の糸条を間引いて配置してあることを特徴とするものである。
【００１０】
上記構成とすることにより、引張り応力の主作用面となるＸＹ平面内に多方向の糸条を略均等なピッチと密度で配向することができると共に、ラウンド部に沿う方向の糸条も配向でき、全体の強度を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明は、対象部品の引張り応力の主作用面内にＸＹ平面をとり、このＸＹ平面に投影される対象部品の輪郭形状に対し、Ｚ方向の糸条案内管をＸＹ平面内に略均等なピッチ及び密度で配置し、当該対象部品のラウンド部に対しては、当該ラウンド部の曲率に近似した曲線で当該ラウンド部の曲率中心から径方向に略等ピッチでラウンド方向の糸条を配置する場合に妨げとなる位置にあるＺ方向の糸条案内管を予め間引いておき、この状態で、ラウンド部には、ラウンド部の曲率に近似させた曲線に沿って径方向に等ピッチでラウンド方向の糸条を配向し、ラウンド部及びそれ以外の部分には、Ｘ方向及びＹ方向及びＸ方向及びＹ方向に交叉する方向の複数の糸条を配向し、これらのラウンド方向の糸条及びＸ方向及びＹ方向の糸条並びにＸ方向及びＹ方向に交叉する方向の糸条をＺ方向に適宜積層し、これらの積層体に対して、Ｚ方向の糸条を前記Ｚ方向の糸条案内管に置換してＺ方向に貫通させて配向し、このＺ方向の糸条で前記積層体を結束して対象部品の形状に近似した三次元繊維構造体を製造したことを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成とすることにより、ラウンド部における糸条案内管の配置作業は、当該ラウンド部の曲率中心から径方向に略等ピッチでラウンド方向の糸条を配置する場合に妨げとなる位置にあるＺ方向の糸条案内管を予め間引いておくだけでよく、この間引き位置の求め方は、対象部品のラウンド部の曲率と径方向の配置ピッチとを与えてコンピュータの計算機能を利用することにより、簡単に求めることができ、従って、糸条案内管の配置作業を簡単化することができ、糸条案内管を立設するベース部材の共用化を可能としてコストダウンを図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係るラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体の実施の形態を図面を参照して説明する。図１〜図４は、本発明に係るラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体の糸条配向状態の説明用平面図であって、図１はラウンド方向の糸条１の配向状態を示し、図２はＸ方向の糸条２の配向状態を示し、図３はＹ方向の糸条３の配向状態を示し、図４はＸ方向及びＹ方向の糸条２、３に対して斜め４５度に交叉する方向の糸条４の配向状態を示している。なお、この場合、対象部品の引張り応力の主作用面の平面形状が略Ｕ形の場合を例示しており、両側に直線部６、７を持ち、ラウンド部８の外側( 図面上部）に厚肉の頭部９を持つ形状を示している。
【００１４】
本発明において、Ｚ方向に配置される糸条案内管５は、図１〜図４に示すように、ＸＹ平面内に略均等なピッチ及び密度でベース部材（図示省略）に着脱可能に立設した構造を基本構造とするもので、対象部品の形状に応じて、不要な部分の糸条案内管５はベース部材から抜き取られるものである。
【００１５】
そして、ラウンド部８における糸条案内管５の配置作業は、当該ラウンド部８の曲率中心から径方向に略等ピッチでラウンド方向の糸条１を配置する場合に妨げとなる位置にあるＺ方向の糸条案内管５を予めベース部材から抜き取って間引いておくものである。この間引き位置の求め方は、対象部品のラウンド部８の曲率と径方向の配置ピッチとを与えてコンピュータの計算機能を利用することにより容易に求められる。この場合、対象部品の輪郭形状に沿う位置にある糸条案内管５は、可能な限り間引かずに残すのが好ましい。
【００１６】
本発明において、ラウンド方向の糸条１は、図１に示すように、糸条案内管５が間引かれて残っている糸条案内管５に沿って配向されるため、ラウンド部８の曲率に近似した曲線で径方向に等ピッチで配向される。このピッチは、糸条案内管５のベース部材に対するＹ方向植設ピッチと等しいピッチとされる。
【００１７】
糸条１の配向は、糸を自動的に繰り出すヘッド（図示省略）をベース部材上でＸＹＺ方向に制御移動させる公知の装置によって行われるもので、そのための移動制御プログラムは、例えば、対象部品の形状に関する情報をコンピュータに入力することにより、自動的に経路データ等が演算され、求められたものを利用する。
【００１８】
上記ラウンド方向の糸条１は、ラウンド部８だけでなく、両側の直線部６、７及び頭部９にも配向されるもので、直線部６、７及び頭部９では、Ｙ方向の糸条３と同様な方向に配向するものである。具体的には、ラウンド方向の糸条１は、図１の右下の始端１ａから右側の直線部７の最外側とその１つ内側のＹ方向に配列されている糸条案内管５の間のＹ方向通路を通ってラウンド部８に至り、そこから左側の直線部６の最外側とその１つ内側のＹ方向に配列されている糸条案内管５の間のＹ方向通路を通って下端に至らしめ、そこから１つ内側のＹ方向通路を折り返して上行させ、ラウンド部を経て右側の直線部７を下行し、その下端から１つ内側のＹ方向通路を折り返して上行させ、ラウンド部８を経て左側の直線部６を下行し、これを繰り返して両側の直線部６、７とラウンド部８の下半分に均等に配向している。そして、そこからさらに左側の直線部６の外側を上行させてラウンド部８の上側に必要な肉厚になるまで左右に折り返しながらラウンド部８の曲率に近似した曲線に沿って配向している。そして、ラウンド部８の配向が終了すると、そこから頭部９の上端まで左外側を通って上行させ、左端部のＹ方向通路から右端部のＹ方向通路まで順次上下に折り返して配向させている。ラウンド部８の糸条１の配向が上下に分かれているのは、直線部６、７の肉厚とラウンド部８の肉厚との差の関係によるもので、その配向は、上記のものに限定されるものではなく、対象部品の形状により、適宜の配向経路が設定されるものである。
【００１９】
Ｘ方向の糸条２は、図２に示すように、対象部品の形状に対応して、左側の直線部６の下端からラウンド部８を経て頭部９の上端に至るまで糸条案内管５の配列により形成されているＸ方向通路に沿って左右に折り返しながら連続して配向されている。この場合、ラウンド部８のＸ方向の糸条２の配置ピッチ及び密度はラウンド部８以外の部分、即ち、直線部６、７及び頭部９と同一であることに注目されたい。なお、右側の直線部７は別のＸ方向の糸条２’が使用されている。
【００２０】
Ｙ方向の糸条３は、図３に示すように、対象部品の形状に対応して、左側の直線部６からラウンド部８及び頭部９を経て右側の直線部７に至るまで糸条案内管５の配列により形成されているＹ方向通路に沿って上下に折り返しながら連続して配向されている。この場合も、ラウンド部８のＹ方向の糸条３の配置ピッチ及び密度はラウンド部８以外の部分、即ち、直線部６、７及び頭部９と同一であることに注目されたい。
【００２１】
Ｘ方向及びＹ方向に交叉する方向の糸条４は、図４に示すように、対象部品の輪郭形状に対応して、左側の直線部６の下端からラウンド部８を経て頭部９の上端に至るまで糸条案内管５の配列により形成されている斜め方向通路に沿って左右に折り返しながら連続して配向されている。この場合、ラウンド部８の斜めに交叉する方向の糸条４の配置ピッチ及び密度はラウンド部８以外の部分、即ち、直線部６、７及び頭部９と同一であることに注目されたい。なお、右側の直線部７は別の斜めに交叉する方向の糸条４’が使用されている。
【００２２】
上記以外に、例えば、逆の方向に傾斜する方向の糸条（図示省略）を配向することができ、また、必要に応じて、傾斜角度が４５度以外の角度（例えば、３０度、６０度、其の他任意の角度）の方向の糸条を配向することができる。
【００２３】
上記各方向の糸条は、Ｚ方向に必要な厚さになるまで順次或いは適宜の組合せ順序で積層される。各方向の糸条の配向は、前記と同様に、自動的に糸を繰り出すヘッドをベース部材上でＸＹＺ方向に制御移動可能とした装置により行われる。そして、この積層体に対して、糸条案内管５の位置にＺ方向の糸条を置換配置し、全体を結束して対象部品の形状に対応した三次元繊維構造体を製造する。Ｚ方向の糸条は、図面には記載していないのであるが、糸条案内管５の位置に図５の（Ｂ）と同様に置換配置されるものであると解されたい。このようにして製造された三次元繊維構造体は、公知の方法により繊維強化複合材とされるものである。
【００２４】
本発明の製造方法は、円形、楕円形、長円形その他ラウンド部を有する輪郭形状の三次元構造からなる複合材強化用繊維構造体の製造に適用できるものである。
【００２５】
なお、糸条案内管５を立設配置するためのベース部材に形成する糸条案内管５の立設配置ピッチはＸ方向及びＹ方向でできるだけ緻密に均等とし、製造対象物の形状に応じて、糸条案内管５の立設位置を適宜選択し、ラウンド部等の複雑な形状部分では一部間引きして配置することにより、ラウンド部等の複雑な形状部分に沿う方向に近似させて糸条を配向することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ラウンド部における糸条配置ピッチ及び密度の分布が均一で強度分布が一様な複合材強化用繊維構造体が得られる。また、本発明の製造方法によれば、ラウンド部における糸条案内管の配置作業を簡単化することができ、糸条案内管を立設するベース部材を各種の形状に対して共用化することが可能となり、従って、ラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体の製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体のラウンド方向の糸条配向状態の説明用平面図。
【図２】  本発明に係るラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体のＸ方向の糸条配向状態の説明用平面図。
【図３】  本発明に係るラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体のＹ方向の糸条配向状態の説明用平面図。
【図４】  本発明に係るラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体のＸ方向及びＹ方向に交叉する方向の糸条配向状態の説明用平面図。
【図５】  （Ａ）は従来のラウンド部を有する複合材強化用繊維構造体のラウンド部の糸条配向状態の説明用平面図、（Ｂ）はその側面図。
【符号の説明】
１    ラウンド方向の糸条
２    Ｘ方向の糸条
３    Ｙ方向の糸条
４    ＸＹに交叉する方向の糸条
５    Ｚ方向の糸条案内管
６    直線部
７    直線部
８    ラウンド部
９    頭部
【図１】
0003910270.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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