JPH0379469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は構造用の複合材料或はこれ等の材料の
要素に関連する技術に関し、特に、構造用の不織
布からなる湾曲繊維構造体に関する。本発明の湾
曲繊維構造体では、好ましくは、少なくともヤー
ンのあるものは不織布の軸に対して90°より他の
角度で傾斜しており、且ヤーンの傾斜は湾曲面上
に確実に維持される。

大量のエネルギを消費する鉄道、船舶及び宇宙
船の分野を含む輸送産業においては、極端に強固
で耐久性があり同時に軽量である構造用の材料が
強く要求されている。例えば、従来の合金に代え
て、アルミニユームのような軽い合金が常に求め
られている。別の代用品の一つは、繊維を補強し
たプラスチツクを含む複合材料である。この分野
の製品の例には、モジユラスが約６ミリオンを超
える硝子繊維、ケブラー、ボロン及びグラフアイ
ト等の構造用ヤーンの複数のプライよりなる縫わ
れた構造用の不織布を硬化性樹脂で含浸し、その
後に成形操作を行うことにより造られた強固かつ
軽量の構造体があげられる。前記の縫われた不織
布と、それから製造される製品は例えば米国特許
第4416929号、第4484459号及び第4550045号に示
されている。樹脂を含浸して形成された製品は、
一般に「繊維フオーム」なる名称で知られてい
る。

これ等の米国特許には、真直な縁部のみを有す
る製品が示されており、換言すれば、複雑な形状
即ち湾曲部を有さない簡単な構造の製品が示され
ている。然しながら、湾曲した形が求められる
と、従来の技術では湿つた予め含浸されたテープ
を用いる。何となれば該テープの使用に関する技
術が進んでいるからである。大抵の環境下では、
複雑な湾曲部はかかるテープを用いる事によつて
容易に形成できる。

然しながら、宇宙で使用される装置において
は、構造用のヤーンの多くの層を含む事が必要で
あつて、然もヤーンは不織布の軸に対して30°よ
り大きい角度、たとえば±45°の角度に傾斜する。
予め含浸されたテープ或は不織布を用いて、前記
の傾斜した構造を有する湾曲繊維構造体を製造す
る場合には、少なくとも２つの問題が生ずる。第
１の問題は、不織布を揃えて湾曲する為に、構造
用ヤーンの傾斜がしばしばゆがめられ或は構造体
全体が破損する事である。ヤーンは与えられた角
度に曲がるかもしれないが、湾曲部の半径に沿つ
て一様に曲げるのは困難である。飛行機等の縦通
材（stringers）及び強化部材のような特別な部
材は、傾斜が一定且一様になるように、かつ再現
性の良好な技術を用いて製造しなければならな
い。第２の問題は、前記の湿つたテープまたは他
の部材が湾曲面に沿つて曲げられると、これ等の
テープはゆがんだり、しわになつたりすることで
ある。かかるゆがみ及びしわのために、製品内に
しばしば空所やひびを生じ、したがつて、該製品
は構造上の欠陥を有し、これは勿論大抵の利用分
野において使用できない。

従つて、傾斜が湾曲部に沿つて一定の角度で維
持され、そして樹脂含浸および成形操作を行うの
に適した湾曲したヤーンを有する湾曲繊維構造体
の開発が強く望まれていた。今迄は、このような
繊維構造体を製造する方法は全く知られていなか
つた。

本発明の目的は、傾斜したヤーンを有する湾曲
繊維構造体の製造方法を提供する事である。本発
明の繊維構造体では、ヤーンの傾斜は一定の値で
湾曲部に確実に維持され、しかも、繊維構造体の
中の不織布にしわやゆがみを生ずる事なく樹脂に
含浸でき、かつその次の硬化操作も適切に実施で
きる。

本発明の他の目的は、前記した要求に合致した
繊維の構造体を提供する事である。

本発明のこれ等の目的の達成のために次の操作
を行う。所定の巾、長さ及び湾曲をもつ繊維構造
体の所望の形状に対応する形状の開口を有する型
を造る。最終製品に望まれる複数のプライを有
し、かつ、最終製品の傾斜に関する要求に合致す
る適当なプライ内配向性を有する縫われた構造用
の不織布を型にとりつけ、形状画定用の前記開口
を完全に覆うようにする。

その後、保持糸が開口の形に順応して開口のラ
インに平行に縫い付けられる。縫われた糸は開口
の全長に沿つて延び、この縫い付けは開口の一方
の縁部から他方の縁部迄にわたつて繰り返えされ
る。

縫われた繊維構造体は開口の形に順応してい
る。然しながら、容易に含浸できる製品にする為
には、型上に先に重ねた繊維構造体の端部も又縫
う必要がある。この作業をする為に、弓形に沿つ
て移動をし得るよう垂直に設けられた揺動腕を使
用し、縫われた繊維構造体の縁が固定されないよ
うな態様で繊維構造体を揺動腕にとりつける。ミ
シンを繊維構造体の上に配置し、弓形に沿つて揺
動腕を動かすことにより先にぬつたラインに平行
になるように繊維構造体に再び縫い付け操作を行
う。各ラインの終了後にミシンを僅かに移動さ
せ、別のラインに沿つて縫い、かくして、繊維構
造体の巾全体にわたつて縫い付けを行う。その後
にトリミング操作を行い、余分なものを除去す
る。

得られた製品は、形状画定用の前記開口の湾曲
面に対応する湾曲面を有し、最終繊維構造体の
個々のプライ内の各傾斜ヤーンは湾曲部を横切る
傾斜を確実に維持する。乾燥した繊維構造体が型
への取りつけの際に曲げられる時には、繊維は生
じた引張り力に応じて滑動し、従つて、傾斜はヤ
ーンの湾曲によつて確実に維持される。勿論、不
織布全体が曲げられるから、所望の傾斜角は確実
に維持される。このようにして仕上げられた製品
はその後樹脂に含浸でき、そして硬化でき、これ
によつて所望の構造用の製品が得られる。

本発明の湾曲繊維構造体を作る為に型或は型板
を使用しなければならない。適当な型を第１図に
示す。型は開口１０２を有する型１００で表わさ
れている。開口１０２は所望の最終の繊維構造体
の長さ、巾及び湾曲形状に応ずるように形成され
る。

最終品に所望される数のプライを有する構造用
の不織布１０４を、完全に開口１０２を閉塞する
ように型１００にとりつける。この取り付けはク
ランプ１１０、或はテープ、接着剤等を含む従来
の手段によつてなされる。不織布１０４は、その
うちの少なくとも若干のプライが斜めの方向の構
造用ヤーン１０６および１０８を含むものであ
る。

本発明では、乾燥した（dry）不織布が使用さ
れ、即ち、全く樹脂に含浸されていない不織布が
使用される。かかる不織布が用いられた場合に
は、構造用のヤーンが型１００の開口１０２のま
わりに曲げられる時、不織布の中で或る程度滑動
し得る。この湾曲は曲率に沿つて一様であり、最
終の湾曲形状になると、その曲率に応じて繊維構
造体の一方の長い縁から他方迄或る程度ヤーン自
身は湾曲するが、ヤーンの傾斜は残る。かくし
て、本発明の重要な条件の一つは乾燥した（すな
わち無含浸の）構造用不織布を使用することであ
る。これにより本発明は、湿つた製品と見なされ
る公知のテープ等を含む従来技術とは明確に区別
出来る。

第３図に示すように、湾曲した織物１０４を担
持する型１００はテーブル１２０のような支持体
上におかれ、このテーブルはミシンユニツト１１
２の近傍に配置できる。ミシンユニツト１１２
は、テーブル１２０から離れたり或はテーブル１
２０の方に向かつて移動できる別のローラー付テ
ーブル１２２上におかれる。繊維構造体の一側に
始まり、他方の側部迄平行線を形成するように、
支持糸を用いて湾曲不織布に縫い付けが行われ
る。これ等の平行な糸を１１４で示す。用いられ
るミシンは任意の工業用のものでよいが、操作ヘ
ツドとミシン針１１６は十分強度があり、かつ、
100プライ或はそれ以上の繊維構造体を貫く寸法
を有するものであるべきである。

同様に、縫い糸１１４は任意のもので良いが、
最終製品の要求に合致するのに十分な強さを必要
とする。実質的に、糸１１４は湾曲した形で繊維
構造体中に残る。好ましい実施例においては、こ
れ等の糸は所望用途に応じて実質的に任意の種々
の合成或は天然の糸が用いられるが、ポリエステ
ルの糸及びポリアミドの糸たとえばケブラー糸を
用いるのが非常に好ましい。

不織布の縫いつけを容易にする為に、案内１１
８が用いられる。案内１１８は、縫い糸１１４が
出来るだけ平行になるように開口１０２の形に対
応した形のものであるべきである。若し型１００
に或る形の軌道を設けるか或は縫いつけ操作のと
きに型１００が手動で動かされるならば、案内１
１８はなくても良い。

この最初の縫い付け工程の終期には、繊維構造
体に対する縫い付けはほとんど完全に終了してお
り、不織布は所望の形態のものになつている。不
織布は型１００からはずされるが縫い付けによつ
て画定された湾曲形状はそのまま残る。然しなが
ら、型１００にとりつけられていた繊維構造体の
端部は尚ゆるい状態である。一様な強度と特性を
有する最終製品を得る為に、これ等の端部は所望
の湾曲率形体になるように再び縫われなければな
らない。好ましい実施例においては、この目的を
達成する為に、前記のごとく一部縫われた不織布
１０４は、弓形に沿つて移動し得る揺動腕１２４
にとりつけられる。揺動腕１２４はその動きを自
由にする為に例えば三脚１２６にとりつけられ
る。可動のテーブル１２２上のミシンユニツト１
１２のような適当なミシンユニツト、或は任意の
他のミシンが織物を上方から縫うような位置に、
織物１０４に接近して配置される。縫い付けが進
むにつれて揺動腕はその弓形に沿つて動く。各弓
形の端部において、ミシンは僅かに移動し、揺動
腕１２４は復帰する。この工程は繊維構造体の端
部が完全に縫いつけられる迄繰り返される。この
工程の終りで、余分のヤーン或は不織布は除去さ
れる。ミシンユニツトと繊維構造体とを近接関係
で位置させる方法及び繊維構造体の湾曲部に沿つ
て縫い付ける方法として、任意の公知方法が利用
できる。かくして繊維構造体は確実に一定に保持
され、そして、適切に支持されたミシンは所定の
通路に沿つて水平方向および垂直方向に移動し得
る。

得られた製品を第５図に示す。元の乾燥した不
織布は湾曲した形の製品になり、元の不織布内の
各傾斜層の傾斜は点Ａから点Ｂ迄製品の湾曲部に
沿つて維持されている。湾曲部の半径と傾斜した
ヤーンとの交叉によつて決まる角度θは、不織布
の湾曲部全体において総て等しい。このθの値
は、この交叉が織物の内方でも、中間でも或は外
方の縁で測られても同じである。なぜならば、傾
斜したヤーンが曲線に沿つて曲げられたときに、
傾斜が維持されるように実質的に滑動して湾曲形
態のものになるからである。

仕上げられた製品は硬化性樹脂に含浸でき、次
で成形でき、これによつて、所定の条件をみたす
非常に強い強度の複合体からなる構造用製品が得
られる。この製造操作は反復可能な操作である。

勿論、繊維構造体の形態は限定されない。本明
細書には簡単な湾曲形態が例示されているが、別
の形のものも製作でき、その例には補強用部品と
して用いられるＪ形の製品やかご形の製品があげ
られる。これらの製品は、かご形の製品の場合の
ように複数の湾曲部及び直線部を有するものであ
つてもよく、あるいは添付図面に記載の単純な長
い湾曲部を有するものであつてもよい。本発明は
湾曲形態の種類に限定されないが、少なくとも湾
曲自体は必要である。

この繊維構造体から製造される最終製品は二次
元的形態のものだけに限定されない。若し、Ｚの
断面を有する物品の場合のようにフランジを付け
るように繊維構造体を曲げる事が必要であれば、
繊維構造体はその巾に沿つて可撓であるからこれ
はマツチドモールド成形法のような従来の方法に
よつて容易に成形できる。繊維構造体が撓まない
唯一の方向は湾曲の方向である。

【図面の簡単な説明】

第１図は形態を画定する開口を有する適当な型
の平面図、第２図は形態画定用開口を完全にみた
すように型に取りつけられた構造用不織布の平面
図、第３図は型の開口内の第１の縫製操作を示す
斜視図、第４図は装置内に組み込まれたミシンと
一体の、本発明の第２の裁縫製操作を実施するの
に用いられる垂直に設けられた揺動腕の正面図、
第５図は仕上げられた繊維構造体の一例の平面図
である。 １００……型、１０２……開口、１０４……構
造用の不織布、１０６，１０８……ヤーン、１１
０……クランプ、１１２……ミシンユニツト、１
１４……糸、１１８……案内、１２０……テーブ
ル、１２２……テーブル、１２４……揺動腕、１
２６……三脚。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構造用のヤーンの複数のプライを有する縫わ
   れた構造用の不織布よりなる所望の湾曲した形
   の、乾燥した湾曲繊維構造体であつて、少なくと
   も１つのプライのヤーンは前記不織布の軸に対し
   て傾斜し、この傾斜したヤーンは前記湾曲に沿つ
   て一定の傾斜角を維持し、前記の湾曲した形は、
   前記湾曲に沿う不織布内に縫われた糸によつて維
   持される湾曲繊維構造体。 ２ 前記構造用のヤーンは、硝子繊維、ポリアミ
   ド、ボロン及びグラフアイトよりなる群から選ば
   れた材料よりなるものである特許請求の範囲第１
   項記載の湾曲繊維構造体。 ３ 前記所望の湾曲形状は、一定の半径の単純な
   湾曲形状である特許請求の範囲第１項記載の湾曲
   繊維構造体。 ４ 前記の縫われた糸は、ポリエステル或はポリ
   アミドからなるものである特許請求の範囲第１項
   記載の湾曲繊維構造体。 ５ 前記湾曲形状は、一定でない半径の、複雑な
   湾曲形状である特許請求の範囲第１項記載の湾曲
   繊維構造体。 ６ 前記の複雑な湾曲は、何れかの端部で前記湾
   曲部に隣接する直線部を有する特許請求の範囲第
   ５項記載の湾曲繊維構造体。 ７ 構造用のヤーンの複数のプライよりなり、少
   なくとも一つのプライのヤーンが不織布の軸に対
   して傾斜している乾燥した構造用の不織布を、所
   望形状画定用開口を有する型に、開口のまわりに
   前記不織布を曲げる事によつて開口を完全に覆う
   ような形で取りつける工程と、前記開口の端部か
   ら端部へ前記開口の湾曲形状に平行に、開口内で
   第１の保持糸を複数列縫う工程と、縫われた不織
   布を形からはずす工程と、前記第１の糸に平行に
   前記不織布の縁に沿つて第２の保持糸を複数列縫
   う工程と、前記不織布の余分なものを除去して、
   所望の形にするトリミング工程とよりなる、所望
   の湾曲した形の、乾燥した湾曲繊維構造体の製造
   方法。 ８ 前記不織布の縁の前記縫いつけのために、弓
   形に沿つて動き得るように垂直に設けられた揺動
   腕に不織布をとりつけ、前記揺動腕を、縫製用ユ
   ニツトを基準として移動しながら前記不織布に縫
   いつけ操作を行う特許請求の範囲第７項記載の湾
   曲繊維構造体の製造方法。 ９ 前記構造用のヤーンは、硝子繊維、ポリアミ
   ド、ボロン及びグラフアイトよりなる群から選ば
   れる特許請求の範囲第８項記載の湾曲繊維構造体
   の製造方法。 １０ 前記糸は、ポリエステル或はポリアミド繊
   維からなるものである特許請求の範囲第７項記載
   の湾曲繊維構造体の製造方法。