JPH1024510A

JPH1024510A - 円形繊維強化材

Info

Publication number: JPH1024510A
Application number: JP8201070A
Authority: JP
Inventors: Taiji Ido; 泰二井土; Hiroshi Matsuyama; 浩松山
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】より大きな遠心力に耐える、従ってより高速
で回転することが可能な円形の繊維補強複合材を得るた
めの強化材を提供する。【解決手段】半径方向の経糸Ｒと円周方向の緯糸θと
直交糸Ｚとを備えた円形繊維強化材において、少なくと
も外周部の組織を、経糸Ｒが直交糸Ｚに交絡している組
織および／または緯糸θが直交糸Ｚに交絡している組織
とする。または、緯糸θと直交糸Ｚとを備えた組織にお
いて、少なくとも外周部の緯糸θが、円の径方向外側に
位置する外側直交糸の外側を通りかつこの外側直交糸よ
り径方向内側に位置する内側直交糸の内側を通って、ジ
グザグに交絡している組織とする。これらの組織は、多
層にした強化組織の各層に単独で又は組み合わせて用い
ることができる。上記組織を備えた強化材を用いること
により、大きな遠心力が作用したときの繊維強化複合材
の外周縁の破壊強度を増大できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、円形の繊維強化
材に関するもので、高速で回転する円形の回転体に採用
される繊維強化材の編みないし織り組織に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】回転体に働く遠心力は、密度と回転中心
からの半径に比例し、角速度の二乗に比例する。高速回
転する回転体には、遠心力に起因する大きな応力が作用
し、この応力は、回転体自身の質量に起因するものであ
るから、いかに回転体の肉厚を厚くしても低減すること
ができない。そのため、高速で回転する回転体の材料に
は強度対密度比の大きなものが要求され、炭素繊維で補
強した合成樹脂材がこの要求を満たす材料として用いら
れる。

【０００３】繊維補強複合材（ＦＲＰ）は、引張応力の
かかる方向に強化繊維を配向させている。回転体におい
ては、半径方向と周方向に引張応力が作用する。そのた
め回転体として用いる円形繊維強化材は、繊維が半径方
向と周方向とに延在している。しかしこれら両方向の繊
維のみでは強化体としての形状を保ち得ないので、円の
面直角方向に半径方向繊維と周方向繊維とを縫い付ける
ように挿通した直交糸を設けている。

【０００４】図４は従来の円形繊維強化材の組織を示し
たもので、符号Ｒで示した繊維が円の径方向に延在する
経糸、θで示した繊維が円の周方向に延在する緯糸、Ｚ
で示した繊維が円の面直角方向に延在する直交糸であ
る。経糸Ｒ及び緯糸θは、図の紙面直角方向に多層に配
置されており、それらを直交糸Ｚで結束することによ
り、所望の半径及び厚さを有する円形の強化材が形成さ
れる。

【０００５】遠心力により回転体に作用する応力は、周
方向応力が半径方向応力より大きい。図４に示すような
組織の繊維強化材を備えた複合材をその強度の限界を越
えて高速回転させると、緯糸θが破断して外周に径方向
の亀裂が入り、その亀裂の両側の部分が半径方向にも破
断されて、破片が飛散する。すなわち図４に示すような
強化材を用いた複合材は、回転破壊試験を行うと、外周
部のマトリックスが緯糸θ及び直交糸Ｚと共に破断され
て飛散し、破断後の円の外周には、経糸Ｒの先端が毛羽
になって露出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上のよ
うな知見に基づき、より大きな遠心力に耐える、従って
より高速で回転することが可能な円形の繊維補強複合材
を得ることを課題としており、そのような繊維補強複合
材のための強化材を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の円形繊維強化
材は、半径方向に延在する多数の経糸Ｒと、円周方向に
延在する多数の緯糸θと、経糸Ｒおよび緯糸θの直交方
向に延在する多数の直交糸Ｚとを備えた円形繊維強化材
において、円の少なくとも外周部分において、経糸Ｒが
直交糸Ｚに交絡していることを特徴とするものである。

【０００８】また請求項２の円形繊維強化材は、半径方
向に延在する多数の経糸Ｒと、円周方向に延在する多数
の緯糸θと、経糸Ｒおよび緯糸θの直交方向に延在する
多数の直交糸Ｚとを備えた円形繊維強化材において、少
なくとも円の外周部分の緯糸θが直交糸Ｚに交絡してい
ることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項３の円形繊維強化材は、円の周
方向に延在する多数の緯糸θと面直角方向に延在する多
数の直交糸Ｚとを備え、少なくとも円の外周部分の緯糸
θは、円の径方向外側に位置する外側直交糸の外側を通
りかつこの外側直交糸より径方向内側に位置する内側直
交糸の内側を通って、ジグザグに交絡されていることを
特徴とするものである。

【００１０】上記事項を備えた円形繊維強化材のそれぞ
れは、多層にした強化組織の各層に単独で又は組み合わ
せて用いることができる。特に請求項１記載の構造を備
えた強化組織の層と、請求項２記載の構造を備えた強化
組織の層とを交互に備えた組織は、円の面直角方向に多
数層の強化組織を備えた円形繊維強化材の組織として有
効である。これは、請求項１に組織を備えた層の経糸Ｒ
と請求項２の組織を備えた層の緯糸θとが直交糸Ｚを介
して交絡した組織となるからである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の強化材の組織の
第１の形態を模式的に示したものである。図において符
号Ｒは円の径方向に延在する経糸、Ｚは円の面直角方向
に延在する直交糸である。円の周方向に延在する緯糸は
図１には示してないが、従来構造を示す図４と同様な形
態で経糸Ｒと直交糸Ｚとの間に周方向に配置されてい
る。経糸Ｒは、円の中央部分では従来組織と同様に半径
方向に真っ直ぐに延在しているが、円の外周部において
は、平織りの緯糸と経糸のような関係で、直交糸Ｚに交
絡している。

【００１２】直交糸Ｚは、半径方向及び周方向に略同一
のピッチで配置される関係上、同一円周上に配置される
直交糸Ｚの本数は、外周側ほど多くなる。図１の形態に
おいては、同一円周上に配置される直交糸Ｚの本数を段
階的に増やす組織となっており、外周部の直交糸Ｚと交
絡させた経糸Ｒのあるものは、径方向により長く内側ま
で延びており、他のものは径方向に短い長さで外周部の
何本か（図の例では４本）の直交糸と交絡している。こ
の短い長さの経糸Ｒｓをどの程度の長さに設けるかは、
外周部の直交糸Ｚの配置態様とも関係するが、少なくと
も遠心力によって外周部の破断が起こる位置よりも小径
側まで延在させる必要がある。

【００１３】このように外周部の直交糸Ｚに経糸Ｒを交
絡させた図１の強化組織では、遠心力によって円の外周
部が破断するときに、マトリックス材とともに直交糸Ｚ
が破断されて飛散するのを、当該直交糸に交絡されてい
る経糸Ｒが阻止するので、円形強化材の遠心力による破
壊強度をより高くすることができる。

【００１４】図２はこの発明の第２の実施形態を示した
ものである。この第２の実施形態の組織では、緯糸θが
同一円周上に配置された直交糸Ｚに、平織りの緯糸と経
糸との関係と同様な関係で交絡されている。図２には径
方向に延在する経糸が図示されていないが、経糸は図４
に示す従来構造または図１に示す態様で配置されてい
る。

【００１５】この第２実施態様の構造では、円の外周部
分の緯糸θが直交糸Ｚに交絡されてジグザグに延在して
いる関係上、見掛け上の伸び率が大きくなり、遠心力が
作用したときに緯糸θに係る応力が緩和される。すなわ
ち、緯糸θが交絡されている円の外周部は、交絡されな
い緯糸を備えた円の内部に比べて、周方向に伸びやすく
なり、遠心力のより多くの部分が経糸で負担されるよう
になる。すなわち緯糸θと経糸Ｒにかかる応力が均一化
され、遠心力による円の外周部の破断強度を上げること
ができる。

【００１６】図３はこの発明の第３の実施形態を示した
ものである。この第３の実施形態では、経糸Ｒが設けら
れておらず、緯糸θを外周側に配置された直交糸とそれ
より内側に配置された直交糸との間で、外周側の直交糸
の外側を通り、内周側の直交糸の内側を通るように、ジ
グザグに交絡させることにより、緯糸θが斜め半径方向
に延在される部分を形成し、この斜め半径方向の部分で
円の半径方向に作用する応力を受けるようにしている。

【００１７】この第３実施態様の構造によれば、緯糸θ
が経糸の作用を兼ねた構造となり、第２実施態様のもの
よりさらに緯糸θにかかる応力が緩和され、さらに内径
側にある直交糸によってそれより外径側に位置する直交
糸がマトリックス材とともに破断して飛散するのを阻止
しているから、遠心力による円の外周部の破断をさらに
有効に防止することができる。

【００１８】図５及び図６は、図１ないし図３に示すよ
うな強化材を製造する方法を示したものである。台板１
には直交糸の配置位置に対応する位置に多数の貫通孔２
が設けられている。台板を支持するガイドロッド３に
は、ピン支持板４が摺動自在に挿通され、ピン支持板４
には、直交糸の配置位置に対応する位置に多数のピン５
が抜き取り可能に立設されている。

【００１９】まず最初にピン保持板４を台板１の裏面に
密着させ、ピン保持板に立設したピン５を台板の貫通孔
を通して台板１上に立設する。そして台板１上のピンに
所望の態様で経糸Ｒ及び緯糸θを掛け回す。ピン５への
経糸と緯糸の配置を交互に繰り返すことによって、台板
１上には多数の経糸と緯糸とで組織された多層となった
組織が形成される。そこで形成された強化材を台板１上
から少し持ち上げ、ピン保持板４からピンを抜いて、ピ
ン保持板４を降ろし、ピン５を１本ずつ抜きながら、そ
の抜いた後の孔に直交糸を挿通していくことにより、実
施態様に示すような組織をもった強化材が製造される。

【００２０】このようにして製造された繊維強化材は、
経糸と緯糸とが多層になっているので、その多層になっ
た組織の一部にこの発明の組織を用いることができ、ま
た層毎に前述した第１実施態様ないし第３実施態様の組
織を選択的に組み合わせて構成することもできる。どの
ような組合せの態様を利用するかは、強化繊維及びマト
リックス材の強度及び伸び率などの物性値を考慮して定
めるべきものである。

【００２１】以上説明したこの発明の強化材を用いるこ
とにより、円形の繊維補強複合材に遠心力が作用したと
きの外周部の破壊強度を上げることができ、従来製品よ
り高い回転数に耐えることのできる円形の繊維補強複合
材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施態様の組織を示す模式図

【図２】第２実施態様の組織を示す模式図

【図３】第３実施態様の組織を示す模式図

【図４】従来の組織を示す模式図

【図５】強化材の製造装置を示す斜視図

【図６】強化材の製造装置を示す模式的な横断面図

【符号の説明】

Ｒ経糸 θ 緯糸Ｚ直交糸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半径方向に延在する多数の経糸(R) と、
円周方向に延在する多数の緯糸（θ）と、経糸(R) およ
び緯糸（θ）の直交方向に延在する多数の直交糸(Z) と
を備えた円形繊維強化材において、円の少なくとも外周
部分において、経糸(R) が直交糸(Z) に交絡しているこ
とを特徴とする、円形繊維強化材。
【請求項２】半径方向に延在する多数の経糸(R) と、
円周方向に延在する多数の緯糸（θ）と、経糸(R) およ
び緯糸（θ）の直交方向に延在する多数の直交糸(Z) と
を備えた円形繊維強化材において、少なくとも円の外周
部分の緯糸（θ）が直交糸(Z) に交絡していることを特
徴とする、円形繊維強化材。
【請求項３】円の周方向に延在する多数の緯糸（θ）
と面直角方向に延在する多数の直交糸(Z) とを備え、少
なくとも円の外周部分の緯糸（θ）は、円の径方向外側
に位置する外側直交糸の外側を通りかつこの外側直交糸
より径方向内側に位置する内側直交糸の内側を通って、
ジグザグに交絡されていることを特徴とする、円形繊維
強化材。
【請求項４】円の面直角方向に多数層の強化組織を備
えた円形繊維強化材において、請求項１記載の構造を備
えた強化組織の層と、請求項２記載の構造を備えた強化
組織の層とを交互に備えていることを特徴とする、円形
繊維強化材。