JPS6119432B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、母体材料（マトリツクス材料）が布
帛で補強されている複合構造物に関する。一般に
使用されるこの型式の補強物の一例として、ヨツ
トの様な熱硬化性樹脂構造体を強化する通常不織
布であるガラス布帛の使用がある。最近におい
て、炭素繊維使い布帛は、例えば、英国特許第
1362801号、第1378886号、第1407966号に記述さ
れている如く、航空機のブレーキ円板の様な高い
強度を必要とする構造体を補強するために提案さ
れており、これ等の特許では、前記円板は、炭素
マトリツクス内に炭素繊維使いの布帛を有してい
る。

従来から用いられている補強用布帛は不織布あ
るいは織物である。これら布帛が補強用として用
いられる場合に、これら布帛が長方形に作られて
いることに欠点を生ずる。例えば補強されたブレ
ーキ円板を作るために前記布帛から円板を作るこ
とが必要になつたときに、複数の円板を長方形の
布帛から切出して作らなければならず、この事は
織物の相当量の部分を廃棄せざるを得なくなるこ
とを意味する。またその布帛が織物の場合、糸の
配向は複数の平行な経糸とその経糸と90゜で交差
する複数の緯糸の方向に限定される。この事は、
例えばブレーキ円板の場合のように本来はブレー
キ円板の放射方向で補強することが望ましい複合
構造物において、希望する糸配向を得ることを困
難することを意味する。

本発明の目的は、廃棄布帛部分の発生を避ける
ことができ且つ、より大きな補強の効果を与える
ことができるように布帛中の糸の配向を与えるこ
とができる複合構造物用補強布帛を提供すること
にある。

本発明の目的は１枚の布帛パネルまたは複数の
布帛パネルの積層物で補強されたマトリツクス材
料から成る複合構造物であつて、該布帛パネルが
ほぼ円板の形状を有し、且つ複数の扇形部分を連
続することによつて形成されている編地であり、
前記それぞれの扇形部分が編地中の複数のコース
の長さを変えることによつて形成されていること
を特徴とする複合構造物によつて達成される。

本発明の複合構造物は、それぞれがほぼ円板の
形状の複数の布帛パネルを形成するように、コー
スの長さを変化させながら糸を編み、そのパネル
をマトリツクス材料内に単独または積層して埋込
む手順を含んで成る複合構造物の製造方法によつ
て作ることができる。

大抵の最終用途では、ほゞ円板形状の編地パネ
ルは、複数のパネルが積層された形状でマトリツ
クスに埋込まれて使用され、この積層されたパネ
ル数は、複合構造物の所望の厚さが得られるよう
に選定される。この様な積層物は、別個の複数の
円板状パネルから形成されるかまたは連続的に螺
旋状に編成された一連の円状編地から形成されて
もよい。

ほゞ円板状の補強布帛は、ブレーキ円板と、ク
ラツチ板と、種々の円筒形ないし管状構造とを包
含する幾つかの用途で必要とされる。現在、航空
機ブレーキ円板に使用されているように織物が使
用されるときには、補強布帛の円板は、織つたシ
ートから切断され、その結果甚しい屑を生じるこ
とになる。この屑は、本発明により解消される
が、それは、これ等のパネルが、コース長を変化
させる技法で所要の円板形状に直接編まれるから
である。また、織機に仕掛けるために使用される
屑糸の発生も避けられる。

編地構造が織物の経糸と緯糸とで生じる様な糸
の優先的な方向性を全く要しない点で、編地自体
は織物に優る利点を有している。一方、附加的な
強度を、附加的な糸を好ましくはコースに沿つて
緯入れ、すなわち挿入することにより、編まれた
パネルの所望の方向に形成し得る。特に、リブ構
造では、緯入れされた糸は、編まれた糸との係合
で生じる湾曲が僅かであるか全くなく真直に横た
わり、緯入れされた糸の方向で最大布帛強度が得
られる。その他の有用な構造は、両面構造と、編
成編目で間隔を置いて接合されて２重の布帛とし
て編まれたシングルジヤージイ構造とである。

この編地構造は、複数のパネルの積層物が、マ
トリツクス材料内に圧縮される場合に更に利点を
生じる。それは、隣接するパネルの複数の編目が
相互に干渉して引裂強度を改善するからである。
パネルが連続的に螺旋状に編成された一連の円状
編地から形成されている場合には、複数のパネル
間の機械的結合が附加的な強度を与える。ほゞ円
板状の複数のパネルは、編地を螺旋状に連続的に
編むことによつて、複数のパネルの連続体として
編成することが好ましい。損失糸と編成手数と
は、螺旋状の編地が互いに上下に重ねられて圧縮
された時における所望の厚さの積層を与えるよう
な長さに螺旋状編地を編成することで低減され
る。これと異なり、個別の相次いだ複数のパネル
は、完全な円板の場合には360゜である所望の角
度周期で螺旋編地内に抜き糸を編込むことで得ら
れる。

この円板形状のパネルは、針を編地モードから
出し入れしてその結果コース長を変更し得る装置
を有する横編み機で連続した螺旋状編地として編
まれるとよい。この横編機は、ジヤガードまたは
その他の模様機構で制御可能である。この編地
は、特願昭44―89684号に記述されたプレツサフ
ートの様な適当な手段またはベレツト……
（beret）機における様なシンカで針に保持され
る。

プレツサフートを具備した適当な機械として、
JDRPMの名称の下にスイス国ノイシヤテルのエ
ドワード・デユビード・エンド・シー・エス・エ
イで製造されるＶ型ベツド横編み機がある。平型
ベツドのベレツト機は、同様に使用し得るが、通
常この機械で編まれるシングルジヤジイ布が端縁
でカールする傾向があつて重ねるのが困難になる
という特有の欠点を有している。また、ベレツト
機は、糸を緯入れするための装置を有していな
い。

この平型ベツドの横編み機は、簡単にするため
に実質的に等しい大きさから成り且つ同一パター
ンの編みコースを有する相次いだ扇形に糸を編む
ことによつて、螺旋状の編地を作るために用いら
れる。それぞれの扇形の形状は、実質的に半径方
向の１またはそれ以上の長いコースを編んだ後、
扇形が完成されるまで針を編むモードから次第に
取出して経続するコースの長さを次第に短く編
み、次に総ての針を次の扇形の開口した長いコー
スを編むための作用に復帰させることで形成され
る。これと異なり、扇形は、このシーケンスを逆
にして、短いコースから出発してコース長を次第
に長くして編んでもよい。さらに他の異なる方法
は、短いコースから出発して最長コースへ増大し
た後、同様な短いコースに再度減少するものであ
る。

編成工程におけるコース長を変更する技法は、
円板状パネルの大きさと形状とを制御する上で大
きい融通性を与えると共に、１つの編み目の差異
によつて形状等の変動を制御することの容易さに
より高い精度を与える。全体の円板形状は、例え
ば、ブレーキ円板の軸に適合するのに必要な如く
中心孔を残したり、例えば、最終の複合構造の
種々な「切落し」に適合する如く円板の周縁を成
形することによつて変更し得る。

中心孔が必要なとき、中心孔の直経は、編まれ
る全長の半経方向コースの数により制御され、全
長コースの数が増加するに従い増大する。これ等
のコースは、上述の如く、扇形の初まり、終りま
たは中央で一体に配置される。しかしながら、全
長コースの数コース以上が１つの扇形内にあると
き、中心孔の周辺の歪みを防止するため、幾つか
を両端に位置させ、残りを中央に位置させること
が有利であり得る。

前述のデユビードＶ型ベツド平編み機の生産量
は、各々が一本置きのコースへ供給する如く針に
糸を供給する２つのヤーンキヤリヤの組を使用す
ることで増大し得る。扇形を編む際、コース長が
次第に減少（または増大）するとき、隣接するコ
ース間よりも１本置きのコース間のコース長に大
きい差異が明らかに存在し、従つて、１つの１本
置きのコースから次の１本置きのコースへ進む
際、編地に孔を残す惧れが増大する。この惧れを
低減するため、その両者が、扇形を形成する様に
編成の進行中にコース長を次第に低減（または増
大）する１本置きのコースの２組を設け、隣接す
るコース間のコース長の差異が、１本置きのコー
ス間のコース長の差異よりも大きくなる様にコー
スのパターンを変更してもよい。

附加的な糸は、１本置きのコースのそれぞれに
附加的な糸を供給する２つの附加的なヤーンキヤ
リヤを用いてコースに沿い緯入れされてもよい。
しかしながら、この機械の利用度は、複数の針に
供給する２つのヤーンキヤリヤの組に対し唯一の
附加的なヤーンキヤリヤを用いて一本置きのコー
ス１組に沿つてのみ緯入れする如く使用されると
すれば最大にされる。それは、この様にして、多
数の螺旋状編地が同一の針床で相接して編み得る
からである。従つて、前述のデユビード機では、
２つの附加的なヤーンキヤリヤが２つの針供給キ
ヤリヤの各組に設けられたときに３つの螺旋に過
ぎないのに比し、１つの附加的なヤーンキヤリヤ
では航空機ブレーキ円板に好適な寸法の４または
５の螺旋を同時に編み得る。

パネルを編む糸は、フイラメント糸あるいは紡
積糸でもよく、用いられる繊維又はフイラメント
は、所望の補強程度に応じて選定される。本明細
書では、「繊維」と「フイラメント」とは、その
意味が異なる如く使用される場合を除き、交換可
能なものとして使用される。

本発明の複合構造物編地パネルは、炭素繊維糸
を含んで構成されると好ましい。炭素繊維糸は、
脆くして編む際に損傷し易いので、好適な方法
は、炭素繊維の中間製品として適切に酸化された
繊維を有する糸から編地を編み、その後繊維を炭
化するように繊維自体を加熱する方法である。よ
り大きい強度を有するものとして好適な前記中間
製品の糸は、燃焼またはその他の悪影響を受ける
ことなく炭化過程に耐える強い黒化された繊維を
生じる如く、酸化状態下であると共に張力下で加
熱された繊維から成る。この糸の１つは、英国特
許第1110791号に開示されている如く、200乃至
300℃の温度で張力下に保たれながら空気中にお
いて酸化されたアクリル繊維から成る糸である。

この中間製品としての糸は、所望のほゞ円板状
のパネルに非常に満足な状態で編み得ることが判
明した。

本出願の第２の発明は炭素繊維の中間製品とし
て好適な酸化された繊維または炭素繊維から成る
糸を用いた布帛パネルであつて、該布帛パネルは
ほぼ円板の形状を有し、且複数の扇形部分を連続
することによつて形成されている編地であり、前
記それぞれの扇形部分が編地中の複数のコースの
長さを変えることによつて形成されていることを
特徴とする布帛パネルを含有する。

この布帛パネルが酸化された中間製品繊維を有
するとき、布帛パネルはこの繊維を炭化するため
に加熱される。例えば、酸化されたアクリル繊維
の糸から成るパネルは、1000℃またはそれ以上の
温度まで不活性雰囲気中で加熱される。このパネ
ルは、好ましくは、マトリツクス材料に合体され
るに先立ち炭化されるが、マトリツクス材料と共
に所定の位置でこれ等（少くとも部分的に）を炭
化することも可能である。炭素繊維補強炭素マト
リツクスを形成する１つの方法は、酸化された中
間製品繊維から成る糸を用いて円板状に編まれた
パネルを炭化し、炭化されたパネルを型内に積層
し、その積層物を熱硬化性樹脂に埋封し、樹脂を
硬化し、引続いて樹脂炭化するために得られた複
合物を加熱する手順を含んで成る。樹脂マトリツ
クスを炭化する方法は、ある場合には「樹脂炭
化」法と称せられ、フイラメント／樹脂複合物に
関するこの方法の一変更実施例は、英国特許第
1352141号に開示されている。

炭素繊維補強炭素マトリツクスを形成する他の
方法は、炭素蒸着法によるものである。この方法
は、メタンの様な炭化水素ガスの雰囲気中で炭素
繊維布帛を加熱し、布帛の周りに炭素マトリツク
スを形成するように、炭素を前記ガスから布帛へ
沈着させる手順を含んで成る。この加熱は、例え
ば誘導加熱を用いることにより布帛に限定され、
通常この過程は、負圧下で実施される。炭素繊維
糸から成る補強編物と、補強不織布への炭素蒸着
法に関する記述は、1970年10月28日および29日の
米国カルフオルニア州サンフランシスコ市におけ
る米国セラミツク協会の第23回太平洋岸地区大会
で提出されたD.W.バウアーとW.V.コツレンスキ
イとによる「蒸着炭素含浸物質に対する構造と強
度との間の関係」と題する資料に包含されてい
る。

炭素蒸着法では、補強布帛は、この方法が実施
される際に既に炭化されているか、または少くと
も部分的に炭化可能である。

本出願の第３の発明は炭素繊維を用いて作られ
た複数の布帛パネルの積層物が埋封された炭素マ
トリツクスから成るブレーキ円板であつて、該布
帛パネルが中心孔を有するほぼ円板の形状を有
し、且つ複数の扇形部分を連続することによつて
形成されている編地であり、前記それぞれ扇形部
分が編地中の複数のコースの長さを変えることに
よつて形成されていることを特徴とするブレーキ
円板を含有する。

本発明を添化図面を参照して下記に説明する。

第１、第２図に示す円板は、連続的に螺旋状に
形成された別個の円板または単一巻（360゜）を
示す。この２つの図では、円板は、ブレーキ円板
の軸に適合する中心孔３を有するように、同心の
内周１、外周２を備えている。

第１図では、編成コースの配列は、環状円板を
幾つかの扇形４，５，６等に区分するものとして
示され、この各扇形の中心のコースは、半径方向
へ環状部の全巾にわたつて延び、両側のコース
は、長さが次第に短くなり、半径方向の配列から
次第に外れる様になつている。２つの扇形が接合
する処では、対応するコース７，８および９，１
０は扇形が向合う角度にほゞ等しい角度で接合す
る。

上述の編成コースの配列により、環状円板は、
コースに沿い１本またはそれ以上の糸を緯入れす
ることで半径方向に著しく強化される。第３ａ図
は、１×１リブ構造に編むように１４をヤーンキ
ヤリヤ１３が供給するＶ型横編み機の針１１，１
２等を図式的に示し、一方、第３ｂ図は、同一の
針上で連続して編成されるコースの間に緯入れさ
れるように、２本の糸１６，１７を供給するヤー
ンキヤリヤ１５を示す。この緯入れされた糸は、
真直な通路から外れることなく前後のリブのうね
間に保持され、これによつてコースの方向で高度
の補強が得られる。

第２図には、ベレツト機で得られるコース配列
の代表的な模様に示す。円板は、同様に平行なコ
ースの扇形１８，１９，２０等に区分されている
が、この場合には、各扇形は、全巾の半径方向コ
ース２１から出発し、これに続くコースは、次第
に長さが短くなり、最終の短いコース２２の後、
総ての針は、前のコースに連結する他の全巾のコ
ース２３を編む操作に復帰する。

第４図は、炭素マトリツクス２６に埋封された
炭素繊維糸製編地の環状円板２４，２５等の積層
物を有するブレーキ円板の断面を示す。この積層
物は、別個の複数の環状円板あるいは連続的に螺
旋状に編成された布帛を包含し得る。

第５図は、図示の両面構造に編むように針床に
夫夫糸３１，３２をヤーンキヤリヤ２９，３０が
供給するＶ形横編み機の針床２７，２８を示す。
別のヤーンキヤリヤ３３は、コンパクトで重量の
ある布帛を作るために２個の針床２７，２８に渡
つて編成される１本置きのコースに沿い４本の糸
（総体的に３４）を緯入れする。

第６図は、第５図に示すものと同一の針とヤー
ンキヤリヤとを示すが、この場合には、各針床
は、夫々糸３５，３６によつてシングルジヤージ
イ構造を編み、２本の附加的な糸３７，３８のみ
が緯入れされる。この構造は、編地の間に保持さ
れる緯入れされた糸と、編目により中間の離融し
た個所と両縁とで接合された編地とを有する平た
い管状の２重編物を構成する。

第７図は、異なるコース配置を有する２つの扇
形３９，４０を示す円板状に編まれたパネルの一
部の図式的な図である。扇形３９では、コース
は、最長のコース４１から最短のコース４２へそ
の長さが次第に短くなる。１本置きのコースに糸
を供給する２つのヤーンキヤリヤで編まれると
き、１本置きのコースの２組ａ，ｂが作られ、組
ａのコース４１と、組ａの次のコース４３との間
のコース長の差異は、組ａのコース４１と、隣接
する組ｂのコース４４との間のコース長の差異よ
りも大きい。この比較的大きいコース長の差異
は、編地に孔を生じることになるので、１本置き
のコースの２つのヤーンキヤリヤで編む時の好適
なコース配置は、扇形４０に示すような配置であ
る。

扇形４０では、コースの２組ｃ，ｄは、組ｃの
コースよりも平均的に短い組ｄのコースにより一
層明瞭に区分され、組ｃの１本置きのコース４
５，４６間のコース長の差異は、隣接する組ｃの
コース４５と組ｄのコース４７との間の差異より
も小さい。この配置は、１本置きのコース間のコ
ース長の差異が低減されるのを可能にし、従つ
て、孔の形成の危険が低減される。

本発明は、下記の実施例で例示される。

実施例 １ 「コーテル」（商標）アクリル繊維フイラメン
トのトウが218℃で３時間炉内において張力下で
酸化される。トウ中のフイラメントは全体を黒化
され、次の炭化に耐えるように充分に安定化され
ている。

酸化したトウは、アクリル繊維用標準仕上剤を
含有する水溶液仕上浴（スパン・トウイーン／ミ
イリユーベA45の１％重量の）中を通され、この
仕上剤は、トウ重量の0.35％重量で付与される。
このトウは、乾燥された後、3.5個／cmのクリン
プがスタツフアボツクス中でつけられる。

クリンプを与えられたトウは、ターボステープ
ラ（Turbostapler）でトツプに作られ、そのト
ツプは単糸番手88テツクス（Tex）の双糸を得る
べく、そ毛紡積機を用いて紡積された。この糸
は、プレツサと、糸を緯入れ、すなわち挿入する
ための附加的なヤーンキヤリヤとを備える７ゲー
ジのデユビイドJDRPM式Ｖ形横編み機で連続し
た螺旋形編地に編まれた。この編地は、第１図に
図式的に示すコースの模様に１×１リブ構造で編
まれ、同じ糸が、第３図に関して説明した如くコ
ースに沿つて緯入れされた。出来上つた編地は、
半径方向への最小の伸張度を有していた。

10枚のの円状物に相当する螺旋状の一連の円状
編地はこの螺旋が相互に連結された10枚の環状円
板の管状積層物を押し潰された状態で形成するよ
うに編まれる。この環状円板は、700mmの外径
と、200mmの内径とを有し、10mmの厚さの積層物
に形成された。

次に、円板状の積層物は、炉中で炭化される際
に成形されるようにこれを保持する格子状プラテ
ン間に保持された。炭化は、１時間にわたり窒素
雰囲気中で、1400℃の温度まで積層物を加熱する
ことで実施された。

次に、炭化された積層物は、20mmHgの負圧で
窒素稀釈メタンガスが流通する炭素蒸着炉内に設
置された。円板状の積層物は、編地円板の繊維上
と繊維間とにメタンガスによつて炭素の沈着を生
じるように、2000℃に誘導加熱された。この処理
は、ほゞ連続的な炭素のマトリツクスが円板状積
層物の内部と周囲とに形成されるまで経続され
た。

最終の炭素繊維編地／炭素マトリツクスの環状
構成物は、航空機のブレーキ円板として使用する
のに好適であつた。

実施例 ２ 単糸番手が88テツクスである双糸が、実施例１
に記述した如く、酸化されたアクリル繊維から作
られた。螺旋状編物は、実施例１と同一の方法で
同一の寸法にこの糸から編まれたが、抜き糸のコ
ースが各全回転の間に、即ち360゜の間隔で挿入
される点のみ異る。編成後、この抜き糸は、個々
の環状円板を分離するように引抜かれ、それぞれ
の円板には、２つの自由端が当接する半径方向ス
リツトが形成されている。

この円板７枚を用いて管状の積層物を組立て、 次に、この積層物は、実施例１と同様に炭化さ
れた次に、個々の円板は、フエノールフオルムア
ルデヒド樹脂（「エロフエン」0808―チバ・ガイ
ギー社）で含浸され、圧力下の型内に再積層され
た。この型は、樹脂を硬化するため加熱された後
放冷され、管状複合構造物が取出された。次に、
該複合構造物は、炭化炉内に装入され、樹脂を燃
焼して除去し炭素繊維円板を包囲するマトリツク
スとして炭素残留物を残すために、窒素雰囲気中
で1400℃の温度において１時間にわたり加熱され
た。

本発明におけるように直接円板状に編成するこ
とによつて得られた補強布帛を用いることの効果
は２つあげられる。その第１番目は長方形の織物
から切出すことによつて生ずる廃棄布帛の発生を
避けることができるので、布帛材料の使用を実質
的に経済的にすることができることである。こよ
うな廃棄布帛のコストは、特に炭素繊維から作ら
れたような高性能布帛の場合には相当に高くな
る。

第２番目には補強性能に関して重要な利点を提
供することにある。すなわち編物構造には付加的
に真直ぐな糸を挿入することが可能であり、その
方向で最大の補強を与えるために円板形状の中で
の特定の方向に付加的な真直ぐな糸を挿入するこ
とができる。例えば実質的に放射方向のコースを
編成し、そのコースに沿つて付加的な真直ぐな糸
を挿入すれば円板の半径方向に最大の補強を与え
ることができる。この事は回転構造体における遠
心力に関連して重要である。

編成された複数の円板パネルの積層物は、この
積層物が圧縮される時に、隣接するパネルの複数
の編目が互いに干渉して引裂強度を改善する。ま
た、このような積層物を、螺旋状に連続して編成
することによつて一連の布帛パネルとして形成す
ることができ、この事は個々の布帛パネルを積層
物に配置する手間を除き、同時に螺旋状に連続し
た布帛パネルを用いることによつて積層物の機械
的強度を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は編地から成る１枚の円板中における編
成コースの配列を示す略示平面図であり、第２図
はベレツト機で作られた異なる編成コース配列を
有する編地製円板の第１図同様の略示平面図であ
り、第３ａ図は１×１リブ編地を編成するための
針の配置と糸の供給方法を示す略示平面図であ
り、第３ｂ図は挿入糸を緯入れする際の針と糸と
の関係を示す略示平面図であり、第４図は補強編
地から成る円板の積層状態を示すブレーキ円板の
断面図、第５図は両面編地を編成する際のＶ形横
編み機の針と糸の配置を示す略示平面図であり、
第６図は第５図と同様な図であるが各針床上でシ
ングルジヤージイを編成する際での略示平面図で
あり、第７図は円板状に編まれたパネルの扇形の
コースの２つの異なる配置を示す略示平面図であ
る。 ３…中心孔、７〜１０，２１〜２３，４１〜４
７…コース、２４，２５…環状円板、２６…炭素
マトリツクス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １枚の布帛パネルまたは複数の布帛パネルの
   積層物で補強されたマトリツクス材料から成る複
   合構造物であつて、該布帛パネルがほぼ円板の形
   状を有し、且つ複数の扇形部分を連続することに
   よつて形成されている編物であり、前記それぞれ
   の扇形部分が編地中の複数のコースの長さを変え
   ることによつて形成されていることを特徴とする
   複合構造物。 ２ 前記複数の扇形部分を螺旋状に連続すること
   によつて複数のほぼ円板状の布帛パネルが一連に
   形成されており、且つ積層物内で前記ほぼ円板状
   の布帛パネルが互いに対面するように配置されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の複合構造物。 ３ 炭素繊維を用いて作られた複数の布帛パネル
   の積層物が埋封された炭素マトリツクスから成る
   ブレーキ円板であつて、該布帛パネルが中心孔を
   有するほぼ円板の形状を有し、且つ複数の扇形部
   分を連続することによつて形成されている編地で
   あり、前記それぞれの扇形部分が編地中の複数の
   コースの長さを変えることによつて形成されてい
   ることを特徴とするブレーキ円板。 ４ 炭素繊維の中間製品として好適な酸化された
   繊維または炭素繊維から成る糸を用いた布帛パネ
   ルであつて、該布帛パネルはほぼ円板の形状を有
   し、且複数の扇形部分を連続することによつて形
   成されている編地であり、前記それぞれの扇形部
   分が編地中の複数のコースを長さを変えることに
   よつて形成されていることを特徴とする布帛パネ
   ル。