JP3829783B2 - Fiber bundle array support member - Google Patents
Fiber bundle array support member Download PDFInfo
- Publication number
- JP3829783B2 JP3829783B2 JP2002264331A JP2002264331A JP3829783B2 JP 3829783 B2 JP3829783 B2 JP 3829783B2 JP 2002264331 A JP2002264331 A JP 2002264331A JP 2002264331 A JP2002264331 A JP 2002264331A JP 3829783 B2 JP3829783 B2 JP 3829783B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber bundle
- fiber
- width
- pin
- arrangement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 258
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Looms (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維束配列用支持部材に係り、詳しくは支持部材に所定ピッチで配置したピン間に繊維束を折り返し状に配列して形成した積層繊維群を厚さ方向糸で結合して三次元繊維構造体を製造する際に、繊維束の配列に使用される繊維束配列用支持部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
繊維強化複合材は軽量の構造材料として広く使用されている。繊維強化複合材のうち、三次元織物(三次元繊維構造体)を強化材として使用したものは強度が非常に高く、航空機等の構造材に使用が考えられ、一部使用されている。このような繊維強化複合材に使用する三次元繊維構造体の製法として、糸(繊維束)が折り返し状に配列された複数の糸層を積層して少なくとも2軸配向となる積層糸群を形成し、その積層糸群を各糸層と直交する厚さ方向糸で結合する製造方法がある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
【0003】
また、前記特許文献1には、糸が折り返し状に配列された前記積層糸群を形成する際に使用する支持部材として、図7に示すように、長方形状に形成されるとともに、ピン51a,51bが周縁に沿って所定ピッチで配置された枠体51が開示されている。各ピン51a,51bは枠体51に取り外し可能に固定され、ピン51aは枠体51の上方に向かって垂直に設けられ、ピン51bは上側が枠体51の外側に向かって傾斜するように設けられている。ピン51aは糸に張力が掛かった状態で配列される際の張力を担い、ピン51bは糸の位置(配列ピッチ)を保持する役割を担う。
【0004】
また、特許文献2には、支持部材に所定ピッチで配置したピン間に繊維束からなる糸を折り返し状に配列して積層糸群を形成する際に、繊維束を扁平な状態でかつ扁平な面が配列面に沿った状態で配列する繊維配列装置が提案されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−218249号公報(段落番号[0033]〜[0051]、図6〜図8,図16)
【特許文献2】
特開2000−199151号公報(段落番号[0015]〜[0029]、図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
三次元繊維構造体の物性を高めるには、繊維束を拡げた状態で積層するのがよい。また、太い繊維束を使用して1層の繊維束層を配列するのに必要な往復回数(折り返し回数)を少なくすることにより、生産性を高めることができる。ところが、従来の枠体を使用した場合は、繊維束を単にピンで折り返して配列するため、繊維束をピンに巻き掛けて折り返す際に繊維束の幅が狭められ、所望の幅を維持できない。また、特許文献2のように繊維束を扁平な状態で配列する繊維配列装置を使用した場合も、拡げられた状態の繊維束がピンで折り返す際に集束(収束)され、一度拡げられた繊維束の幅が狭まってしまう。
【0007】
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は幅広の繊維束の幅を狭めることを極力抑制して配列することができる繊維束配列用支持部材を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため請求項1に記載の発明は、繊維束を折り返し状に配列して少なくとも2軸配向となる積層繊維群を形成し、その積層繊維群を厚さ方向糸で結合して三次元繊維構造体を製造する際に使用される繊維束配列用支持部材である。繊維束配列用支持部材は、前記厚さ方向糸の挿入区域と対応する領域を形成する枠体と、前記領域を囲むように所定ピッチで配設された繊維束折り返し用規制部材と、前記繊維束折り返し用規制部材の内側に前記繊維束折り返し用規制部材の配設ピッチより狭いピッチで配設されるとともに配列された繊維束の幅を保持する幅保持用規制部材とを備えている。
【0009】
この発明では、繊維束配列用支持部材上に配列される繊維束は、繊維束折り返し用規制部材と係合する状態で折り返され、繊維束折り返し用規制部材の内側に該繊維束折り返し用規制部材の配設ピッチより狭いピッチで配設された幅保持用規制部材に貫通された状態で配列される。従って、配列途中において幅保持用規制部材に貫通された状態で繊維束は繊維束折り返し用規制部材と係合して折り返すため、折り返す前に配列された繊維束の幅は、繊維束が繊維束折り返し用規制部材と係合して折り返す際に狭められるのが抑制される。
【0010】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記幅保持用規制部材はピン又はパイプで構成されている。従って、この発明では、繊維束がX方向及びY方向のように互いに直交する方向に配列される場合だけでなく、X方向及びY方向に対して傾斜した状態で配列される場合とで同じ幅保持用規制部材を使用できる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記幅保持用規制部材は先端が尖っている。この発明では、繊維束の配列を行う際、幅保持用規制部材が繊維束を貫通するのが容易になり、繊維束の配列が円滑に行われる。
【0012】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記幅保持用規制部材は複数列に、かつ各列の幅保持用規制部材の位置が配列方向にずれた状態で配置されている。この発明では、繊維束は複数列の幅保持用規制部材に貫通された状態で配列されるため、幅保持用規制部材の各列における配列ピッチが広くても、繊維束を幅方向において多くの異なる位置で貫通し、幅保持機能が高まる。また、幅保持用規制部材を1列にして配列ピッチを狭くした場合に比較して、幅保持用規制部材が繊維束を貫通する際の抵抗が小さくなり、繊維束の配列が円滑に行われる。
【0013】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維束折り返し用規制部材と前記幅保持用規制部材との配設領域との間に、繊維束折り返し用規制部材で折り返した後の繊維束の幅を繊維束拡幅手段で拡げる処理を行うためのスペースが設けられている。この発明では、繊維束折り返し用規制部材で折り返した繊維束が、幅保持用規制部材と対応する位置まで案内される前に、繊維束拡幅手段により幅を拡げる処理が行われる。そして、折り返し時に狭まった幅が拡げられた状態で幅保持用規制部材と対応し、幅保持用規制部材が繊維束を貫通する。その結果、繊維束を所定の幅に保持した状態で配列することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図1〜図4(a),(b)に従って説明する。図1は繊維束配列用支持部材の模式斜視図、図3(a)は繊維束の配列状態を示す模式斜視図である。
【0015】
図1に示すように、繊維束配列用支持部材11は、厚さ方向糸の挿入区域と対応する領域12aを形成する枠体12と、繊維束折り返し用規制部材としての第1のピン13と、配列された繊維束R(図2(a)、図3(a)等に図示)の幅を保持する幅保持用規制部材としての第2のピン14とを備えている。第1のピン13は領域12aを囲むように所定ピッチで配設され、第2のピン14は第1のピン13の内側に第1のピン13の配設ピッチより狭いピッチで配設されている。
【0016】
第1のピン13は上側が枠体12の外側に向かって傾斜するとともに取り外し可能に固定されている。傾斜角度は、例えば45度である。第1のピン13のピッチは、配列された後の繊維束Rの幅と等しく形成されている。従って、第2のピン14は拡幅後の繊維束Rの幅より狭いピッチで配設されている。
【0017】
第2のピン14は枠体12の上方に向かって垂直に設けられ、取り外し可能に固定されている。第2のピン14は、第1のピン13の配設ピッチの1/2のピッチで配設されている。この実施の形態では、例えば、第1のピン13は直径が2mmで隣接する第1のピン13間の間隔が6mmに設定され、第2のピン14は直径が1mmで隣接する第2のピン14間の間隔が3mmに設定されている。第2のピン14は枠体12からの突出長さが、繊維束Rが配列されて形成され、厚さ方向糸で結合される前の状態での後記する積層繊維群31の厚さより長く形成されている。厚さ方向糸で結合される前の積層繊維群31の厚さは、厚さ方向糸で結合された三次元繊維構造体の厚さの2倍程度あり、製品としての三次元繊維構造体の厚さが10mm程度であれば、第2のピン14の突出長さは例えば30mm程度となる。
【0018】
第2のピン14は先端が尖った状態に形成されている。第1のピン13と第2のピン14とはX方向及びY方向において互いに重ならない状態に配列されている。この実施の形態では図2(b)に示すように、隣接する2本の第1のピン13の配置位置の中央を通り第1のピン13の配列方向と直交する直線Lに対して対称位置に、2本の第2のピン14が配置されている。
【0019】
次に前記のように構成された枠体12を使用して、枠体12上に繊維束Rを折り返し状に配列して積層繊維群を形成する繊維束配列方法を説明する。
先ず繊維束配列装置の概要を図3(a),(b)に従って説明する。図3(a)に示すように、繊維束配列装置21は、枠体12を固定するベースプレート22と、繊維束供給ヘッド23と、押圧板24と、ロボットアーム25とを備えている。繊維束供給ヘッド23及び押圧板24はロボットアーム25に一組設けられている。ロボットアーム25は繊維束供給ヘッド23及び押圧板24を、X,Y,Z方向へ移動させるとともに、枠体12の端部でターンさせて往復移動可能に構成されている。
【0020】
繊維束供給ヘッド23は支持筒部26と、その先端に取り付けられた繊維束案内管27とから構成され、支持筒部26の基端がロボットアーム25に固定された中空の支持体28の先端に固定されている。繊維束案内管27は第1のピン13より長く形成されている。
【0021】
支持体28にはブラケット29を介してエアシリンダ30がベースプレート22と直交する方向に延びるように取り付けられ、エアシリンダ30のピストンロッド30aに押圧板24が固定されている。押圧板24は繊維束Rが可及的に(できる限り)扁平になった状態の幅より広い幅で、かつ繊維束Rに沿って移動する際に繊維束Rを傷つけないように先端が円弧状に面取りされた状態に形成されている。エアシリンダ30は押圧板24を、繊維束供給ヘッド23に連なる繊維束Rをベースプレート22側に押圧する押圧位置と、繊維束供給ヘッド23に連なる繊維束Rと係合不能な待機位置とに移動させる。エアシリンダ30はピストンロッド30aの没入状態において押圧板24の先端が第2のピン14の先端と干渉しない位置に配置可能で、ピストンロッド30aの突出状態において押圧板24の先端が枠体12と当接可能な位置に配置可能な長さに形成されている。
【0022】
なお、図3(a)において、枠体12上にX方向又はY方向に配列された繊維束Rを分かりやすくするため、隣接する繊維束Rが隙間を有するように図示しているが、実際は隣接する繊維束Rの間に隙間は殆ど無い状態に配列される。
【0023】
次に繊維束配列装置21を使用して、枠体12上に積層繊維群31を形成する際の作用を図2〜図4(a),(b)に従って説明する。なお、図4(a),(b)では第1及び第2のピン13,14のうち枠体12の長手方向の端部に配置されたもののみ図示し、他のピン13,14は図示を省略している。また、以下の説明において、便宜上図4(a),(b)の左右方向をX方向、紙面と垂直方向をY方向、図4(a),(b)の上下方向をZ方向とする。繊維束Rは炭素繊維の無撚りのマルチフィラメントからなり、マルチフィラメントはフィラメント数が3000〜24000本程度である。
【0024】
ベースプレート22上に枠体12を支持した後、図示しないボビンから繰り出した繊維束Rを支持体28、支持筒部26及び繊維束案内管27に挿通して、繊維束Rの端部を繊維束案内管27の先端から引き出す。そして、ロボットアーム25を駆動させて繊維束供給ヘッド23を枠体12の一隅の配列開始位置に配置し、繊維束Rの先端を枠体12の外側の所定位置に固定する。繊維束Rの固定は例えば図示しない接着テープを使用して行う。
【0025】
この状態で繊維束配列装置21の作動が開始される。先ずロボットアーム25がZ方向に駆動され、繊維束案内管27の先端が繊維束Rの配列に適した位置となるまで繊維束供給ヘッド23が下降されて図4(a)に示す状態となる。次にロボットアーム25が駆動され、繊維束案内管27が配列面に対して垂直に保持された状態で繊維束供給ヘッド23がX方向へ移動される。そして、ボビンから張力調整装置(図示せず)を介して供給される繊維束Rが繊維束案内管27の先端部から所定の張力が付された状態で繰り出される。
【0026】
繊維束Rが第1のピン13に巻き掛けられた時点でロボットアーム25のX方向への駆動が一時停止されるとともにZ方向に駆動され、繊維束案内管27の先端が第2のピン14の先端より高い位置になるまで繊維束供給ヘッド23が上昇される。そして、再びロボットアーム25がX方向に駆動されて、繊維束案内管27が第2のピン14を越え、押圧板24が第2のピン14の内側まで移動された時点でロボットアーム25のX方向へ駆動が一時停止される。次にロボットアーム25のZ方向への駆動により繊維束供給ヘッド23が下降移動され、繊維束案内管27の先端が所定の高さに配置される。次にエアシリンダ30が駆動されて押圧板24が繊維束Rを押圧可能な作用位置に配置され、図4(b)に示す状態となる。次に再びロボットアーム25がX方向へ駆動され、繊維束供給ヘッド23が枠体12の長手方向の第2端部(図4(a),(b)における右端部)に向かって移動される。
【0027】
繊維束案内管27が第2端部側に配置された第2のピン14に近づく位置まで繊維束供給ヘッド23が移動した時点でロボットアーム25のX方向への駆動が一時停止される。そして、前記と同様なロボットアーム25のZ方向及びX方向への駆動により、繊維束案内管27が第2のピン14を越えた後、押圧板24が枠体12の第2端部側に配置された第2のピン14に当接する位置まで繊維束供給ヘッド23が移動した時点でロボットアーム25の駆動が停止される。そして、エアシリンダ30が駆動されて押圧板24が第2のピン14の先端より高い退避位置まで上昇された後、ロボットアーム25が駆動され、繊維束案内管27及び押圧板24が第1のピン13の外側まで移動された時点でロボットアーム25の駆動が停止される。以上で繊維束RのX方向への配列動作の往動が完了する。
【0028】
次にロボットアーム25が駆動され、繊維束案内管27がターンして復動時の繊維束R配列位置へ移動される。そして、その状態からロボットアーム25のX方向への駆動及びZ方向への駆動が前記と同様に行われ、繊維束案内管27が第2のピン14を越え、押圧板24が第2のピン14の内側まで移動された時点でエアシリンダ30が駆動されて押圧板24が作用位置に配置される。次に再びロボットアーム25が駆動され、繊維束供給ヘッド23が枠体12の長手方向の第1端部に向かって移動され、繊維束Rはその幅が拡大された状態で枠体12上にX方向に配列される。
【0029】
繊維束案内管27が第1端部側に配置された第2のピン14に近づく位置まで繊維束供給ヘッド23が移動した時点から、繊維束案内管27及び押圧板24が枠体12の第1端部側に配置された第2のピン14を越えるための昇降動作が前記と同様に行われる。そして、繊維束案内管27及び押圧板24が第1のピン13の外側まで移動された時点でロボットアーム25の駆動が停止される。以上で繊維束RのX方向への配列動作の復動が完了する。
【0030】
以下、前記と同様にして繊維束RのX方向への配列が順次行われ、繊維束供給ヘッド23が所定回数往復動されて繊維束Rの1層分のX方向への配列が完了する。
【0031】
次にロボットアーム25が駆動され、繊維束案内管27がY方向への繊維束Rの配列開始位置と対応する位置まで繊維束供給ヘッド23が移動される。この時ロボットアーム25は図3(a)に示すようにY方向に沿って延びる状態となる。以下、繊維束案内管27の移動方向がY方向である点を除いて、X方向への配列時と同様にしてY方向への繊維束Rの配列が順次行われ、繊維束供給ヘッド23が所定回数往復動されて繊維束Rの1層分のY方向への配列が完了する。
【0032】
次に繊維束Rの斜め(バイアス)方向への配列が行われる。繊維束RはX方向及びY方向に対して45度の角度を成すように配列される。繊維束RをX方向及びY方向に対して45度の角度を成すように配列する場合は、ロボットアーム25のX方向及びY方向の速度成分が同じになるように駆動される。その結果、繊維束供給ヘッド23はX方向及びY方向に対して45度の角度を成すように移動され、繊維束RがX方向及びY方向に対して45度の角度を成すように配列される。この時ロボットアーム25はX方向及びY方向に対して45度の角度で延びる状態となる。
【0033】
繊維束供給ヘッド23が枠体12の幅方向あるいは長手方向の端部において進行方向を90度変更する点を除いて、前記X方向又はY方向への繊維束Rの配列と同様にして繊維束Rの配列が順次行われる。そして、X方向に対して+45度及び−45度の角度を成す2層一組の繊維層が形成される。
【0034】
以下、同様にして、X方向、Y方向及び斜め方向へ繊維束Rが配列され、X方向配列繊維層、Y方向配列繊維層及びバイアス方向配列繊維層が所定数積層されると、積層繊維群31の形成が完了する。そして、積層繊維群31が枠体12ごとベースプレート22から取り外され、公知の方法で厚さ方向糸が領域12aと対応する箇所に挿入されて三次元繊維構造体が形成される。
【0035】
図2(a)に示すように、繊維束Rは第2のピン14に貫通された状態で保持される。従って、押圧板24に押圧されて幅が拡げられた繊維束Rは配列位置を変更するため、第1のピン13に巻き掛けられた場合にも、繊維束Rの幅が狭まるのを抑制できる。また、図2(a)に示すように、第1のピン13に巻き掛けられることにより幅が狭くなった繊維束Rも押圧板24の作用により再び幅が拡げられる。積層繊維群31が厚さ方向糸で結合されて三次元繊維構造体が形成され、樹脂が含浸されて最終製品の複合材が形成される際、第2のピン14の内側の所定の幅の範囲は最終製品としては使用されない。従って、第2のピン14の近くで多少、繊維束Rの幅が狭くなっても支障はない。
【0036】
この実施の形態では以下の効果を有する。
(1) 繊維束配列用支持部材11は、枠体12に所定ピッチで配設された繊維束折り返し用規制部材(第1のピン13)と、第1のピン13の内側に第1のピン13の配設ピッチより狭いピッチで配設されるとともに配列された繊維束Rの幅を保持する幅保持用規制部材(第2のピン14)とを備えている。従って、配列途中において第2のピン14に貫通された状態で繊維束Rは第1のピン13と係合して折り返すため、折り返す前に配列された繊維束Rの幅は、繊維束Rが第1のピン13と係合して折り返す際に狭められるのが抑制される。その結果、太い繊維束Rを使用することができるので、積層繊維群31の各繊維層を形成する際、1層の繊維層を形成するのに必要な繊維束Rの折り返し回数が少なくなり、生産性が向上する。また、繊維束Rの価格も太い繊維束Rの方が安価であるため、生産コストの低減にも寄与する。
【0037】
(2) 幅保持用規制部材(第2のピン14)はピンで構成されている。従って、繊維束RがX方向及びY方向のように互いに直交する方向に配列される場合だけでなく、X方向及びY方向に対して傾斜した状態で配列される場合にも同じ第2のピン14を使用できる。
【0038】
(3) 幅保持用規制部材(第2のピン14)は先端が尖っている。従って、繊維束Rの配列を行う際、第2のピン14が繊維束Rを貫通するのが容易になり、繊維束Rの配列が円滑に行われる。
【0039】
(4) 隣接する2本の第1のピン13の配置位置の中央を通り第1のピン13の配列方向と直交する直線Lに対して対称位置に、2本の第2のピン14が配置されている。従って、第1のピン13と第2のピン14とがX方向又はY方向において一部が重なる状態に配置した場合に比較して、全ての第2のピン14が繊維束Rを貫通し易くなる。
【0040】
(5) 第2のピン14は拡幅後の繊維束Rの幅より狭いピッチで配設されている。従って、繊維束Rは配列方向の両端付近で少なくとも2本の第2のピン14に貫通された状態で保持されるため、拡幅された後の繊維束Rの幅が狭くなるのを抑制する効果が高くなる。
【0041】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
〇 繊維束折り返し用規制部材(第1のピン13)と幅保持用規制部材(第2のピン14)との配設領域との間に、繊維束折り返し用規制部材で折り返した後の繊維束の幅を繊維束拡幅手段(押圧板24)で拡げる処理を行うためのスペースを設けてもよい。図5に示すように、第1のピン13と第2のピン14との間隔を広くすれば、第1のピン13に繊維束Rを巻き掛けて折り返した後、第2のピン14と対応する位置まで移動する間に押圧板24で繊維束Rを幅を拡げる処理を行うことができる。この場合、繊維束Rは折り返し時に狭まった幅が拡げられた状態で第2のピン14と対応し、第2のピン14が繊維束Rを貫通する。その結果、繊維束Rを所定の幅に保持した状態で配列することができる。
【0042】
○ 第2のピン14は先端が尖った形状に限らず、図6(a)に示すように、先端が半球状であってもよい。この場合、第2のピン14が尖ったものに比較して枠体12を取り扱う際に他のものに当たっても傷を与え難い。
【0043】
○ 幅保持用規制部材としてピンに代えてパイプを使用したり、ピンやパイプのように棒状の物に限らず、図6(b)に示すように、板状で先端の厚さが徐々に薄くなったものを使用してもよい。但し板状のものを使用する場合は、繊維束Rの配列方向がX方向及びY方向の2方向の積層繊維群31を形成する際に使用される枠体12となる。バイアス方向への繊維束Rの配列を行う場合は、ピン又はパイプが使用される。
【0044】
○ 繊維束折り返し用規制部材もピンに限らずパイプを使用したり、板状のものを使用してもよい。
○ 第2のピン14は1列に限らず、2列以上の複数列として各列で第2のピン14の位置が第2のピン14の配列方向にずれた構成としてもよい。例えば、図6(c)に示すように、第2のピン14を2列に、かつ各列の第2のピン14の位置が1/2ピッチ分ずれた状態に配設する。この場合、繊維束Rは複数列の第2のピン14に貫通された状態で配列されるため、第2のピン14の各列における配列ピッチが広くても、繊維束Rを幅方向において多くの異なる位置で貫通し、幅保持機能が高まる。また、第2のピン14を1列にして配列ピッチを狭くした場合に比較して、第2のピン14が繊維束Rを貫通する際の抵抗が小さくなり、繊維束Rの配列が円滑に行われる。
【0045】
○ 第1のピン13の配列ピッチは必ずしも拡幅後の繊維束Rの幅と等しくなくてもよく、拡幅後の繊維束Rの幅より広くても、狭くてもよい。
○ 第1のピン13の配列ピッチと無関係に第2のピン14の配列ピッチを設定してもよい。
【0046】
○ 第1のピン13は枠体12の外側に向かって斜めに傾斜して配設される構成に限らず、第2のピン14と同様に垂直に配設したり、あるいは水平に配設してもよい。
【0047】
○ 繊維束Rの配列の際に使用する繊維束拡幅手段は押圧板24に限らず、ローラを使用してもよい。ローラの方が抵抗は少ないが、構造が複雑になる。
○ 繊維束Rの配列は1本ずつ行う方法に限らず、複数本同時に行うようにしてもよい。複数本同時に配列すれば、生産性が向上する。
【0048】
○ 繊維束案内管27の先端(下端)を湾曲させて繊維束Rが水平に引き出されるようにしてもよい。
○ 繊維束Rとして炭素繊維に限らず、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維等の無機繊維を使用したり、ポリアラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維などの高強度・高弾性率の有機繊維の無撚りマルチフィラメントを使用してもよい。
【0049】
前記実施の形態から把握される発明(技術的思想)について以下に記載する。
(1) 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記幅保持用規制部材は拡幅後の繊維束Rの幅より狭いピッチで配設されている。
【0050】
(2) 請求項1〜請求項5及び前記技術的思想(1)のいずれか一項に記載の繊維束配列用支持部材を使用して、繊維束を前記繊維束折り返し用規制部材と係合する状態で折り返し、配列途中において繊維束を前記幅保持用規制部材に貫通された状態で前記繊維束配列用支持部材上に少なくとも2軸配向となる積層繊維群を配列する繊維束の配列方法。
【0051】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項1〜請求項5に記載の発明によれば、幅広の繊維束の幅を狭めることを極力抑制して配列することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 枠体の模式斜視図。
【図2】 (a)は繊維束が第2のピンに貫通された状態を示す模式斜視図、(b)は第1のピン及び第2のピンの配置を示す模式図。
【図3】 (a)は繊維束配列装置の模式斜視図、(b)は押圧板の模式部分拡大図。
【図4】 (a),(b)は作用を説明する模式側面図。
【図5】 別の実施の形態の模式側面図。
【図6】 (a)は別の実施の形態の第2のピンの部分斜視図、(b)は別の実施の形態の幅保持用規制部材の模式斜視図、(c)は別の実施の形態の第2のピンの配列状態を示す模式部分平面図。
【図7】 従来技術の枠体を示す模式斜視図。
【符号の説明】
R…繊維束、11…繊維束配列用支持部材、12…枠体、12a…領域、13…繊維束折り返し用規制部材としての第1のピン、14…幅保持用規制部材としての第2のピン、31…積層繊維群。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fiber bundle arrangement support member, and more specifically, a laminated fiber group formed by arranging fiber bundles in a folded manner between pins arranged at a predetermined pitch on the support member is joined with a thickness direction thread to form a tertiary. The present invention relates to a fiber bundle arrangement support member used for arrangement of fiber bundles when producing an original fiber structure.
[0002]
[Prior art]
Fiber reinforced composites are widely used as lightweight structural materials. Among fiber reinforced composite materials, those using a three-dimensional woven fabric (three-dimensional fiber structure) as a reinforcing material have very high strength and are considered to be used for structural materials such as aircraft, and are partially used. As a method for producing a three-dimensional fiber structure used for such a fiber reinforced composite material, a plurality of yarn layers in which yarns (fiber bundles) are arranged in a folded shape are laminated to form a laminated yarn group having at least biaxial orientation. There is a manufacturing method in which the laminated yarn group is bonded with a thread in the thickness direction orthogonal to each yarn layer (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0003]
Moreover, in the said patent document 1, as shown in FIG. 7, as a supporting member used when forming the said laminated yarn group in which the thread | yarn was arranged in the shape of a return | turnback, while forming in rectangular shape,
[0004]
Further, in Patent Document 2, when forming a laminated yarn group by arranging yarns made of fiber bundles in a folded manner between pins arranged on a support member at a predetermined pitch, the fiber bundles are flat and have a flat surface. There has been proposed a fiber array device that aligns in a state along the array plane.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-218249 (paragraph numbers [0033] to [0051], FIGS. 6 to 8 and FIG. 16)
[Patent Document 2]
JP 2000-199151 A (paragraph numbers [0015] to [0029], FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the physical properties of the three-dimensional fiber structure, it is preferable to laminate the fiber bundle in an expanded state. Further, productivity can be increased by reducing the number of reciprocations (number of folding times) necessary for arranging one fiber bundle layer using a thick fiber bundle. However, when a conventional frame is used, the fiber bundle is simply folded back with a pin and arranged, so that when the fiber bundle is wrapped around the pin and folded back, the width of the fiber bundle is reduced and the desired width cannot be maintained. In addition, when a fiber arrangement device that arranges fiber bundles in a flat state as in Patent Document 2 is used, the fiber bundles that have been expanded are converged (converged) when folded back with pins, and then once expanded. The width of the bundle is narrowed.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a support member for arranging a fiber bundle that can be arranged while suppressing the narrowing of a wide fiber bundle as much as possible. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that a fiber bundle is arranged in a folded shape to form a laminated fiber group having at least biaxial orientation, and the laminated fiber group is bonded with a thickness direction thread. This is a support member for arranging fiber bundles used when producing a three-dimensional fiber structure. The fiber bundle arrangement support member includes a frame that forms a region corresponding to the insertion area of the thickness direction yarn, a fiber bundle folding regulating member disposed at a predetermined pitch so as to surround the region, and the fiber A width holding regulating member that is arranged at a pitch narrower than the arrangement pitch of the fiber bundle folding regulating members and holds the width of the arranged fiber bundles is provided inside the bundle folding regulating member.
[0009]
In this invention, the fiber bundles arranged on the fiber bundle arranging support member are folded back in a state of engaging with the fiber bundle folding back regulating member, and the fiber bundle folding regulating member is placed inside the fiber bundle folding regulating member. Are arranged in a state of being penetrated by the width holding regulating members arranged at a pitch narrower than the arrangement pitch. Accordingly, the fiber bundle engages with the fiber bundle folding-back regulating member and is folded while being penetrated by the width holding regulating member in the middle of the arrangement. Therefore, the width of the fiber bundle arranged before folding is such that the fiber bundle is the fiber bundle. It is suppressed that it is narrowed when it is engaged with the return regulating member and turned back.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the width holding regulating member is constituted by a pin or a pipe. Therefore, in the present invention, not only when the fiber bundles are arranged in directions orthogonal to each other like the X direction and the Y direction, but also when the fiber bundles are arranged in an inclined state with respect to the X direction and the Y direction. A holding regulating member can be used.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the width holding regulating member has a sharp tip. In this invention, when arranging the fiber bundle, it becomes easy for the width holding regulating member to penetrate the fiber bundle, and the fiber bundle is arranged smoothly.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the width holding regulating members are arranged in a plurality of rows, and the positions of the width holding regulating members in each row are set. In the direction of the array Arranged in a shifted state. In this invention, since the fiber bundle is arranged in a state of being penetrated by the plurality of rows of width holding regulating members, even if the arrangement pitch in each row of the width holding regulating members is wide, It penetrates at different positions and the width holding function is enhanced. Further, the resistance when the width holding regulating member penetrates the fiber bundle is reduced and the arrangement of the fiber bundle is smoothly performed as compared with the case where the arrangement pitch is narrowed by arranging the width holding regulating members in one row. .
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, between the fiber bundle folding back regulating member and the width holding regulating member. A space is provided for performing a process of expanding the width of the fiber bundle after being folded back by the fiber bundle folding back regulating member by the fiber bundle widening means. In this invention, before the fiber bundle folded back by the fiber bundle folding back regulating member is guided to the position corresponding to the width holding regulating member, the fiber bundle widening means performs the process of widening the width. Then, the width holding regulating member corresponds to the width holding regulating member in a state where the width narrowed at the time of folding is widened, and the width holding regulating member penetrates the fiber bundle. As a result, the fiber bundles can be arranged in a state where they are held at a predetermined width.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4A and 4B. FIG. 1 is a schematic perspective view of a fiber bundle arrangement support member, and FIG. 3A is a schematic perspective view showing an arrangement state of fiber bundles.
[0015]
As shown in FIG. 1, the fiber bundle
[0016]
The upper side of the
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
Next, a fiber bundle arranging method for forming a laminated fiber group by arranging the fiber bundles R in a folded manner on the
First, an outline of the fiber bundle arranging device will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). As shown in FIG. 3A, the fiber
[0020]
The fiber
[0021]
An
[0022]
In FIG. 3A, the fiber bundles R arranged in the X direction or the Y direction on the
[0023]
Next, the effect | action at the time of forming the
[0024]
After supporting the
[0025]
In this state, the operation of the fiber
[0026]
When the fiber bundle R is wound around the
[0027]
When the fiber
[0028]
Next, the
[0029]
From the point when the fiber
[0030]
Thereafter, the fiber bundle R is sequentially arranged in the X direction in the same manner as described above, and the fiber
[0031]
Next, the
[0032]
Next, the fiber bundle R is arranged in an oblique (bias) direction. The fiber bundles R are arranged so as to form an angle of 45 degrees with respect to the X direction and the Y direction. When the fiber bundles R are arranged so as to form an angle of 45 degrees with respect to the X direction and the Y direction, the
[0033]
The fiber bundle is the same as the arrangement of the fiber bundle R in the X direction or the Y direction except that the fiber
[0034]
Hereinafter, similarly, when the fiber bundle R is arranged in the X direction, the Y direction, and the oblique direction, and a predetermined number of X direction arranged fiber layers, Y direction arranged fiber layers, and bias direction arranged fiber layers are laminated, the laminated fiber group The formation of 31 is completed. Then, the
[0035]
As shown in FIG. 2A, the fiber bundle R is held in a state of being penetrated by the
[0036]
This embodiment has the following effects.
(1) The fiber bundle
[0037]
(2) The width holding restricting member (second pin 14) is formed of a pin. Therefore, not only when the fiber bundles R are arranged in directions orthogonal to each other like the X direction and the Y direction, but also when the fiber bundles R are arranged in an inclined state with respect to the X direction and the Y direction, the same
[0038]
(3) The width holding regulating member (second pin 14) has a sharp tip. Therefore, when arranging the fiber bundle R, the
[0039]
(4) Two
[0040]
(5) The second pins 14 are arranged at a pitch narrower than the width of the fiber bundle R after widening. Therefore, since the fiber bundle R is held in a state of being penetrated by at least two
[0041]
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
A fiber bundle after being folded back by the fiber bundle folding back regulating member between the arrangement region of the fiber bundle folding back regulating member (first pin 13) and the width holding regulating member (second pin 14). A space may be provided for performing a process of expanding the width of the fiber bundle with the fiber bundle widening means (pressing plate 24). As shown in FIG. 5, if the distance between the
[0042]
The
[0043]
○ A pipe is used instead of a pin as a width-holding restricting member, or is not limited to a rod-like object such as a pin or pipe. As shown in FIG. You may use what became thin. However, when a plate-shaped one is used, the
[0044]
The fiber bundle folding back regulating member is not limited to a pin, and a pipe or a plate-like member may be used.
The second pins 14 are not limited to one row, and may be configured such that the positions of the
[0045]
The arrangement pitch of the first pins 13 is not necessarily equal to the width of the fiber bundle R after widening, and may be wider or narrower than the width of the fiber bundle R after widening.
O The arrangement pitch of the second pins 14 may be set regardless of the arrangement pitch of the first pins 13.
[0046]
○ The
[0047]
The fiber bundle widening means used when arranging the fiber bundle R is not limited to the
The arrangement of the fiber bundles R is not limited to the method of performing one by one, and a plurality of fiber bundles may be performed at the same time. If a plurality of lines are arranged at the same time, productivity is improved.
[0048]
The fiber bundle R may be pulled out horizontally by curving the tip (lower end) of the fiber
○ The fiber bundle R is not limited to carbon fiber, but can use inorganic fiber such as boron fiber and silicon carbide fiber, or non-twisted multifilament of high-strength and high-modulus organic fiber such as polyaramid fiber and ultrahigh molecular weight polyethylene fiber May be used.
[0049]
The invention (technical idea) grasped from the embodiment will be described below.
(1) In the invention according to any one of claims 1 to 5, the width-holding regulating members are arranged at a pitch narrower than the width of the fiber bundle R after being widened.
[0050]
(2) Using the fiber bundle arrangement support member according to any one of claims 1 to 5 and the technical idea (1), a fiber bundle is engaged with the fiber bundle folding back regulating member. The fiber bundle is arranged in such a manner that a laminated fiber group that is at least biaxially oriented is arranged on the fiber bundle arranging support member in a state where the fiber bundle is passed through the width holding regulating member in the middle of arrangement.
[0051]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the inventions described in claims 1 to 5, the narrowing of the width of the wide fiber bundle can be suppressed as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a frame.
2A is a schematic perspective view showing a state in which a fiber bundle is penetrated by a second pin, and FIG. 2B is a schematic view showing the arrangement of the first pin and the second pin.
3A is a schematic perspective view of a fiber bundle arranging device, and FIG. 3B is a schematic partial enlarged view of a pressing plate.
FIGS. 4A and 4B are schematic side views for explaining the operation. FIGS.
FIG. 5 is a schematic side view of another embodiment.
6A is a partial perspective view of a second pin according to another embodiment, FIG. 6B is a schematic perspective view of a width holding regulating member according to another embodiment, and FIG. 6C is another embodiment. The typical fragmentary top view which shows the arrangement | sequence state of the 2nd pin of the form.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a conventional frame.
[Explanation of symbols]
R ... fiber bundle, 11 ... fiber bundle arrangement support member, 12 ... frame, 12a ... region, 13 ... first pin as a fiber bundle folding back regulating member, 14 ... second pin as a width holding regulating member Pin, 31 ... laminated fiber group.
Claims (5)
前記厚さ方向糸の挿入区域と対応する領域を形成する枠体と、前記領域を囲むように所定ピッチで配設された繊維束折り返し用規制部材と、前記繊維束折り返し用規制部材の内側に前記繊維束折り返し用規制部材の配設ピッチより狭いピッチで配設されるとともに配列された繊維束の幅を保持する幅保持用規制部材とを備えた繊維束配列用支持部材。A fiber bundle used when producing a three-dimensional fiber structure by forming a laminated fiber group that is at least biaxially oriented by arranging the fiber bundle in a folded shape and bonding the laminated fiber group with a thread in the thickness direction An array support member,
A frame that forms a region corresponding to the insertion area of the thickness direction yarn, a fiber bundle folding restriction member disposed at a predetermined pitch so as to surround the region, and an inner side of the fiber bundle folding restriction member A support member for arranging a fiber bundle, comprising: a width-holding restricting member that is disposed at a pitch narrower than the disposing pitch of the fiber bundle turning-back restricting member and that holds the width of the arranged fiber bundles.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002264331A JP3829783B2 (en) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | Fiber bundle array support member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002264331A JP3829783B2 (en) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | Fiber bundle array support member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004100090A JP2004100090A (en) | 2004-04-02 |
| JP3829783B2 true JP3829783B2 (en) | 2006-10-04 |
Family
ID=32263800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002264331A Expired - Fee Related JP3829783B2 (en) | 2002-09-10 | 2002-09-10 | Fiber bundle array support member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3829783B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4797820B2 (en) * | 2006-06-14 | 2011-10-19 | 株式会社豊田自動織機 | Array head |
| FR2907803B1 (en) * | 2006-10-27 | 2009-01-23 | Airbus France Sas | SYSTEM FOR WEAVING A CONTINUOUS ANGLE |
| DE102010015199B9 (en) * | 2010-04-16 | 2013-08-01 | Compositence Gmbh | Fiber guiding device and apparatus for constructing a three-dimensional preform |
-
2002
- 2002-09-10 JP JP2002264331A patent/JP3829783B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004100090A (en) | 2004-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4128140B2 (en) | Manufacturing method of fiber sheet by extending tow and equipment therefor | |
| EP0865525B1 (en) | Improved warp/knit reinforced structural fabric | |
| JP4534409B2 (en) | Multiaxial stitch base material for reinforcement, fiber reinforced plastic and method for producing the same | |
| JP3070428B2 (en) | 3D fiber tissue manufacturing equipment | |
| JP4249787B2 (en) | Method and apparatus for producing a multiaxial fiber web | |
| JP6474813B2 (en) | Method and means for weaving 3D fabric, 3D fabric product and use thereof | |
| JP6205092B2 (en) | Textile material provided with two obliquely oriented tapes, and method and means for producing the same | |
| JPH07290452A (en) | Method and machine for producing reinforcement for compositeelement | |
| EP0322821A1 (en) | Method of and apparatus for weaving a three-dimensional article | |
| JP6946666B2 (en) | Reinforced fiber laminated sheet and fiber reinforced resin molded product | |
| JP6205093B2 (en) | Method and means for producing a textile material with two obliquely oriented tapes | |
| JP5847033B2 (en) | Carbon fiber stitch substrate and wet prepreg using the same | |
| JP4797820B2 (en) | Array head | |
| JP2015030959A (en) | Woven fabric, and fiber bundle and fiber-reinforced composite material for composing woven fabric | |
| CN104903077A (en) | Multi-needle machine and method for producing reinforced materials | |
| JP3829783B2 (en) | Fiber bundle array support member | |
| JP4940781B2 (en) | Multi-axis substrate manufacturing method | |
| JP2000199151A (en) | Fiber arrangement of laminated yarn group of three- dimensional fiber structure and fiber-arranging apparatus | |
| JP4063183B2 (en) | Method for producing three-dimensional fiber structure | |
| JP3031110B2 (en) | Method and apparatus for producing preform for fiber reinforced composite material | |
| JP4492464B2 (en) | Fiber bundle array device | |
| JP2006002302A (en) | Carbon fiber laminated cloth | |
| JP2005023469A (en) | Bias reinforced fiber sheet | |
| JP2004091992A (en) | Fiber bundle arranging apparatus | |
| FR2890398A1 (en) | Fabric useful for reinforcing composite parts made by vacuum infusion molding comprises two layers of parallel reinforcements oriented in different directions and stitching threads |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041130 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060307 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060404 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060526 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060620 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060703 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120721 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |