JP2000054240A - 複合部材用の補強材、該補強材の製造方法及び装置 - Google Patents
複合部材用の補強材、該補強材の製造方法及び装置Info
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Abstract
平行な方向において高い剪断強さを補強材に与えないだ
けでなく、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
できない。従って、高い剪断強さと高い耐層間剥離性を
有する繊維補強材を提供する。 【解決手段】 本発明は、補強材を貫通するステッチ
(27.1、27.2;30.1、30.2;33.
1、33.2;36.1、36.2)を縫い糸で形成す
ることによって補強された繊維基体(22、23)を有
する複合部材用の補強材の製造に関し、本発明によれ
ば、前記ステッチは傾斜しており、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。前記繊維基
体は、交差してステッチが通り抜ける網目(24)を形
成する糸(22、23)の層から成ることが好都合であ
る。
Description
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。
うな補強材を製造する方法は、例えば米国特許第228
3802号、第3322868号、第4080915
号、第4863660号、第4917756号、第55
15798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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
基体糸と縫い糸との優れた絡み合いが得られる。
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。
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。
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。
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。
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3
0゜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。
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。
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。
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。
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。
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。
る複数の針6を備えることができることを示している。
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。
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3
0.1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3
3.2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。
2、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。
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2
5、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3
6.2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。
面図である。
図である。
部分を概略的に示す平面図である。
る。
である。
面図である。
目の概略平面図である。
略的な斜視および断面図である。
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、1
4.1,14.2,27.1,27.2,30.1,3
0.2,33.1,33.2,36.1,36.2…
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。
Claims (24)
- 【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、 該ステッチ(14、27、30、33、36)の少なく
ともいくつかは傾斜すると共に、前記繊維基体(1)の
前記外表面(1S)に対して30゜以下の傾斜角度
(A、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】 前記傾斜角度は、10゜以下である請求
項1記載の補強材。 - 【請求項3】 前記縫い糸(12)は、少なくとも、前
記繊維基体をその前記外表面(1S)から貫通する第1
ステッチ(27)から成り且つ第1ステッチ方向(D
1)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)を貫通している請求項1記載の補強材。 - 【請求項4】 前記繊維基体(1)は、少なくとも、第
1糸方向(X)を定める互いに平行な直線糸(22)か
ら成る第1層(20)を有しており、 前記第1ステッチ方向(D1)は、該第1糸方向(X)
と異なっている請求項3記載の補強材。 - 【請求項5】 前記繊維基体(1)は、さらに少なくと
も、前記第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)から成る第2層
(21)を有しており、 前記第1ステッチ方向(D1)は、該第2糸方向(Y)
とも異なっている請求項4記載の補強材。 - 【請求項6】 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
通している請求項3記載の補強材。 - 【請求項7】 該第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6記載の補強
材。 - 【請求項8】 前記繊維基体(1)を前記外表面(1
S)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、前記第1および第
2糸方向(X、Y)と異なり且つ前記第1および第2ス
テッチ方向(D1、D2)と異なった第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(3
2)の第3列(31)を有している、請求項4記載の補
強材。 - 【請求項9】 前記第3傾斜角度の値は、前記第1およ
び第2角度の値と同一である請求項8記載の補強材。 - 【請求項10】 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)を貫通している請求項8記載の補強材。 - 【請求項11】 該第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10記載の補
強材。 - 【請求項12】 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、それぞれ0゜および90
゜の方向を定めており、 前記第1、第2、第3および第4ステッチ方向(D1、
D2、D3およびD4)は、それぞれ45゜、225
゜、135゜および315゜である請求項10記載の補
強材。 - 【請求項13】 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、辺の長さがaの少なくと
も正方形状の網目(24)を形成しており、前記第1ス
テッチ方向(D1)は、該網目(24)の対角線に沿っ
た向きであると共に、前記第1ステッチ(27)の間隔
は、√2aである請求項4記載の補強材。 - 【請求項14】 前記第2ステッチ(30)の間隔は、
√2aである請求項6記載の補強材。 - 【請求項15】 前記第3ステッチ方向(D3)は、前
記網目(24)の他方の対角線に沿った向きであり、前
記第3ステッチ(33)の間隔は、√2aである請求項
8記載の補強材。 - 【請求項16】 前記第4ステッチ(36)の間隔は、
√2aである請求項10記載の補強材。 - 【請求項17】 前記第1層(20)および前記第2層
(21)は、前記ステッチ(14、27、30、33、
36)が通り抜ける網目(24)を画成する請求項5記
載の補強材。 - 【請求項18】 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17記載の補強材。 - 【請求項19】 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18記載の補強材。 - 【請求項20】 外表面(1S)から貫通するステッチ
から成るステッチ線を縫い糸(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
補強材を製造する方法であって、 該ステッチ(27、30、33、36)は、前記外表面
(1S)に対して30゜以下の傾斜角度(A、B)を成
して斜めに製造される、補強材製造方法。 - 【請求項21】 前記傾斜角度は、10゜以下である請
求項20記載の方法。 - 【請求項22】 繊維基体(1)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(12)を前記繊維基体(1)に該繊維
基体(1)の外表面(1S)から挿入することができる
針(6)と、 該針(6)をその長手方向軸線に沿って往復動させる作
動手段(7)と、 前記針に対する前記繊維基体の相対移動を生じる手段
(4)とを備えており、 前記針(6)は、前記繊維基体(1)の前記外表面(1
S)に対して30゜以下の傾斜角度(A、B)を成して
傾斜している、補強材製造装置。 - 【請求項23】 前記角度は10゜以下である請求項2
2記載の装置。 - 【請求項24】 互いに平行に配置されて、前記作動手
段(7)によって一緒に作動させられる幾つかの針
(6)を有している請求項22記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9807278A FR2779749B1 (fr) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | Armature fibreuse pour piece de matiere composite, ainsi que procede et dispositif pour sa realisation |
FR9807278 | 1998-06-10 |
Publications (2)
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