JP2000026165A

JP2000026165A - 耐圧滑り材料、耐圧滑り部材、耐圧滑り部材を用いた圧縮ガス緊急放出装置およびエアバッグ装置

Info

Publication number: JP2000026165A
Application number: JP10205874A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hanzawa; 茂半澤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】耐圧滑り材料を応用して、新規なエアバッグ装
置を提供する。【解決手段】圧力ガスが収容されており、圧縮ガス排出
口３０ａが設けられている容器３０と、圧縮ガス排出口
３０ａを密閉している栓２９と、栓２９を圧縮ガス排出
口３０ａに対して押圧し、固定している耐圧滑り部材２
２Ａと、耐圧滑り部材を栓２９へと向かって押圧するた
めの押圧手段２３とを備えており、耐圧滑り部材が、特
定の耐圧滑り材料からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐圧滑り材料、耐
圧滑り部材、圧縮ガス緊急放出装置およびエアバッグに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるエアバッグ装置は、車両内の安
全装置である。衝突等の際には、発火によって高圧燃焼
ガスが発生し、折り畳まれていた樹脂製のエアバッグに
対して高圧燃焼ガスが解放され、エアバッグを膨張させ
る。

【０００３】しかし、発火によって高圧ガスを発生させ
る方式のエアバッグ装置においては、ガスが高温である
ため、冷却手段が必要であるし、高温の燃焼ガスが車内
に排出されると、車内で酸欠状態をもたらすおそれがあ
る。

【０００４】そこで、空気を圧縮して圧力容器内に収容
し、必要に応じて圧力容器を穿孔または一部破砕し、高
圧空気をエアバッグ内に拡散させることが知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ため、本発明者は、圧縮ガスを収容する容器の排出口に
栓をし、この栓を耐圧滑り部材で押圧し、固定すること
を試みた。しかし、このような耐圧滑り部材は、圧縮空
気の多大な圧力に抵抗できるだけの大きな荷重の下で、
低い摩擦係数、動摩擦係数を有する材質であることが必
要である。しかも、５年以上、あるいは１０年以上の長
期間にわたって、正確に作動し得る材質でなければなら
ない。即ち、圧縮空気の多大な圧力に抵抗できるだけの
大きな荷重の下で、長期間保持した後にも、低い動摩擦
係数を保持し続け、これによって突然に応力が加わった
ときに、正確に、瞬時にスライドできる材質でなければ
ならない。現在、耐圧滑り材料としては、ゴム質、ある
いはプラスチック質のものが知られているが、これらは
特に経時変化が大きく、長期間保持した後には荷重下で
の動摩擦係数が顕著に低下するため、正確、確実な作動
を期待できない。

【０００６】本発明の課題は、大きな荷重の下でも比較
的に小さい動摩擦係数を保持するような耐圧滑り材料を
提供することであり、特に長期間経過した後で、そのよ
うな特性を有し得る耐圧滑り材料を提供することであ
る。

【０００７】また、本発明の課題は、このような耐圧滑
り材料を応用して、新規なエアバッグ装置を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも炭
素繊維の束と炭素繊維以外の炭素成分とを含有するヤー
ンが三次元的に組み合わされ、互いに分離しないように
一体化されているヤーン集合体と、このヤーン集合体中
で隣り合う前記ヤーンの間に充填されている、Ｓｉ−Ｓ
ｉＣ系材料からなるマトリックスとを備えている繊維複
合材料からなることを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、前記の耐圧滑り材料を含
んでいることを特徴とする、耐圧滑り部材に係るもので
ある。

【００１０】また、本発明は、圧力ガスが収容されてお
り、圧縮ガス排出口が設けられている容器と、圧縮ガス
排出口を密閉している栓と、栓を圧縮ガス排出口に対し
て押圧し、固定している耐圧滑り部材と、この耐圧滑り
部材を栓へと向かって押圧するための押圧手段とを備え
ており、耐圧滑り部材が、前記の耐圧滑り部材であるこ
とを特徴とする、圧縮ガス緊急放出装置に係るものであ
る。

【００１１】また、本発明は、前記の圧縮ガス緊急放出
装置と、この圧縮ガス緊急放出装置から放出された前記
圧縮ガスによって膨張する膨張手段とを備えていること
を特徴とするエアバッグ装置に係るものである。

【００１２】最初に、本発明の耐圧滑り材料の使用方法
について述べ、続いて、その具体例としてのエアバッグ
装置について述べる。

【００１３】図１は、本発明の耐圧滑り材料の使用方
法、要求特性について説明するための模式的断面図であ
る。

【００１４】台座ないし物体２１上に、本発明の耐圧滑
り材料を含む耐圧滑り部材２２を設置する。即ち、台座
ないし物体２１と接触するように耐圧滑り部材２２を設
置し、荷重（押圧手段）２３から、模式的に図示する押
圧力を加える。Ｃは、この押圧力の方向である。この結
果、耐圧滑り部材２２には、矢印Ｃの方向へと向かって
圧力が加わっている。この状態で、長期間放置した後
に、矢印Ａで示すような水平方向の水平力を加えると、
矢印Ｂで示すように耐圧滑り部材２２が確実に滑るよう
にする必要がある。

【００１５】このような耐圧滑り材料が得られれば、図
２に模式的に示すエアバッグ装置および圧縮ガス緊急放
出装置を実現できる。即ち、２４は、物体である容器で
あり、容器２４中には圧力容器３０が収容されている。
容器３０の放出口３０ａには栓２９が収容されており、
栓２９の上に耐圧滑り部材２２Ａが載置されており、耐
圧滑り部材２２Ａが矢印Ｃのように、物体である栓２９
へと押圧されている。

【００１６】この状態で、例えば５年、あるいは１０年
といった長期間経過するが、このときにエアバッグ装置
を装着した自動車に衝撃が加わると、その衝撃がセンサ
ーによって感知され、所定の図示しない水平力印加機構
が作動し、矢印Ａのように耐圧滑り部材２２Ａに水平力
を加える。これに応答して、耐圧滑り部材２２Ａが矢印
Ｂのように栓２９に対してスライドし、栓２９が放出さ
れ、容器２４内に圧縮空気が放出される。この空気は、
ネック２７を通過し、エアバッグ２６を膨張させる。

【００１７】なお、図１において、台座ないし物体２
１、台座ないし物体２４は特に制限はされず、例えば何
らかの重量物、構造物、構築物、円盤、地面なども含
む。そして、耐圧滑り材料の用途は、従来、耐圧滑り特
性が要求されていた、例えばゴム質やプラスチック質の
耐圧滑り部材が使用されてきた用途に対して、すべて適
用することができる。

【００１８】以下、本発明の新規な耐圧滑り材料につい
て説明する。これは、いわゆるＣ/ Ｃコンポジットを基
本とし、その基本的な構成に改善を加えた新しい概念の
材料である。

【００１９】直径が１０μｍ前後の炭素繊維を、通常、
数百本〜数万本束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、この
繊維束を二次元または三次元方向に配列して一方向シー
ト（ＵＤシート）や各種クロスとしたり、また上記シー
トやクロスを積層したりすることにより、所定形状の予
備成形体（繊維プリフォーム）を形成し、この予備成形
体の内部に、ＣＶＩ法（Chemical Vapor Infiltration
：化学的気相含浸法）や無機ポリマー含浸焼結法等に
より、炭素から成るマトリックスを形成して成るＣ／Ｃ
コンポジットが知られている。

【００２０】この繊維複合材料は、母材としてＣ／Ｃコ
ンポジットを用いており、その炭素繊維の構造が、破壊
されることなく保持されているという大きな特徴を有し
ている。Ｃ／Ｃコンポジットにシリコンを含浸した繊維
複合材料は知られているが、これは炭素繊維の構造が破
壊されているので、Ｃ／Ｃコンポジットの耐衝撃性、強
度、高潤滑性、耐磨耗性が失われていた。

【００２１】しかも、ヤーン集合体中で隣り合うヤーン
の間に、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料からなるマトリックスを充
填した微構造を有しており、この微構造から極めて高い
耐圧滑り性が発現するものと思われる。この機構は明ら
かではないが、おそらく、ヤーン集合体が繊維複合材料
の一種の骨材として作用し、同時に、ヤーン間を充填す
るＳｉ−ＳｉＣ系材料が、各ヤーンの強化材として作用
し、あるいは各ヤーンに作用する応力を分散しているも
のと思われる。これによって、ヤーン集合体やＳｉ−Ｓ
ｉＣ系材料単独では得られなかった耐圧滑り特性が発現
するものと思われる。しかも、この繊維複合材料を構成
する物質は、炭化珪素、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料、炭素繊維
であって、いずれもゴム質やプラスチック質と比べて極
めて酸化されにくく、劣化しにくい材質であり、例えば
熱い車内や温暖の変化の激しい屋外やビル、マンション
の屋外、基礎などにおいても、温度変化、湿度等の影響
による劣化をほとんど受けない材質である。従って、従
来の耐圧滑り材料に比べて経時劣化がほとんどないこと
は自明である。

【００２２】本発明において、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料と
は、主成分としてシリコンと炭化珪素とを含有する材料
の総称である。本発明では、Ｃ/ Ｃコンポジットまたは
その成形体に対して、シリコンを含浸させるが、この際
シリコンはコンポジット内の炭素成分ないし樹脂成分と
反応し、一部炭化されるために、ヤーン集合体の間に
は、一部炭化されたシリコンが生成する。このマトリッ
クスにおいては、ほぼ純粋に珪素が残留している珪素相
から、ほぼ純粋な炭化珪素相に至るまで、いくつかの異
相を含み得る。つまり、このマトリックスは、典型的に
は珪素相と炭化珪素相とからなるが、珪素相と炭化珪素
相との間に、珪素をベースとして炭素の含有量が傾斜的
に変化しているＳｉ−ＳｉＣ共存相を含み得る。Ｓｉ−
ＳｉＣ系材料とは、このようなＳｉ−ＳｉＣ系列におい
て、炭素の濃度が０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％まで変化
している材料の総称である。

【００２３】好ましくは、マトリックスが、ヤーンの表
面に沿って生成している炭化珪素相を備えている。この
場合には、各ヤーンそれ自体の強度がより一層向上し、
破壊しにくくなることから、繊維複合材料の耐圧滑り性
が一層向上する。

【００２４】また、好ましくは、マトリックスが珪素か
らなる珪素相を備えており、この珪素相とヤーンとの間
に炭化珪素相が生成している。この場合には、ヤーンの
表面が炭化珪素相によって強化されるのと共に、マトリ
ックスの中央部分が比較的に硬度の低い珪素相からなる
ことから、微視的な応力分散が一層促進される。

【００２５】また、好ましくは、マトリックスが、ヤー
ンの表面から離れるのに従って珪素の含有比率が上昇す
る傾斜組成を有している。

【００２６】また、好ましくは、ヤーン集合体が複数の
ヤーン配列体を備えており、各ヤーン配列体がそれぞれ
複数のヤーンを略平行に二次元的に配列することによっ
て形成されており、各ヤーン配列体が積層されることに
よってヤーン集合体が構成されている。これによって、
繊維複合材料が、複数層のヤーン配列体を一方向へと向
かって積層した積層構造を有することになる。従って、
ヤーン配列体の積層の方向に対して垂直に応力を加える
ときに、繊維複合材料の耐圧滑り性が最も高くなる。

【００２７】この場合において特に好ましくは、隣接す
るヤーン配列体における各ヤーンの長手方向が互いに交
差している。これによって、一層応力の分散が促進され
る。隣り合うヤーン配列体におけるヤーンの長手方向
は、特に好ましくは、直交している。

【００２８】また、好ましくは、マトリックスが、繊維
複合材料の中で互いに連続することで三次元網目構造を
形成している。この場合において特に好ましくは、マト
リックスが各ヤーン配列体において略平行に二次元的に
配列されており、隣り合う各ヤーン配列体中に生成して
いるマトリックスが互いに連続しており、これによって
マトリックスが三次元格子を形成している。

【００２９】また、隣り合うヤーンの間隙には、１００
％マトリックスが充填されていても良いが、ヤーンの間
隙のうち一部をマトリックスが充填している場合も含
む。

【００３０】ヤーン中の炭素繊維以外の炭素成分は、好
ましくは炭素粉末であり、特に好ましくは黒鉛化した炭
素粉末である。

【００３１】図３は、ヤーン集合体の概念を説明するた
めの概略斜視図であり、図４（ａ）は図３のＩＶａ−Ｉ
Ｖａ線断面図であり、図４（ｂ）は図３のＩＶｂ−ＩＶ
ｂ線断面図である。図５は、図４（ａ）の一部拡大図で
ある。

【００３２】繊維複合材料７の骨格は、ヤーン集合体６
によって構成されている。ヤーン集合体６は、ヤーン配
列体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆを上下方向に
積層してなる。各ヤーン配列体においては、各ヤーン３
が二次元的に配列されており、各ヤーンの長手方向が略
平行である。上下方向に隣り合う各ヤーン配列体におけ
る各ヤーンの長手方向は、直交している。即ち、各ヤー
ン配列体１Ａ、１Ｃ、１Ｅの各ヤーン２Ａの長手方向
は、互いに平行であり、かつ各ヤーン配列体１Ｂ、１
Ｄ、１Ｆの各ヤーン２Ｂの長手方向に対して直交してい
る。

【００３３】各ヤーンは、炭素繊維と、炭素繊維以外の
炭素成分とからなる繊維束３からなる。ヤーン配列体が
積層されることによって、三次元格子形状のヤーン集合
体６が構成される。各ヤーンは、後述するような加圧成
形工程の間に押しつぶされ、略楕円形になっている。

【００３４】各ヤーン配列体１Ａ、１Ｃ、１Ｅにおいて
は、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリックス８Ａが
充填されており、各マトリックス８Ａはヤーン２Ａの表
面に沿ってそれと平行に延びている。各ヤーン配列体１
Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙に
は、マトリックス８Ｂが充填されており、各マトリック
ス８Ｂは、ヤーン２Ｂの表面に沿ってそれと平行に延び
ている。

【００３５】本例では、マトリックス８Ａ、８Ｂは、そ
れぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相４Ａ、４
Ｂと、炭化珪素相４Ａ、４Ｂよりも炭素の含有割合が少
ないＳｉ−ＳｉＣ系材料相５Ａ、５Ｂからなっている。
炭化珪素相中にも珪素を一部含有していてよい。また、
本例では、上下方向に隣接するヤーン２Ａと２Ｂとの間
にも、炭化珪素相４Ａ、４Ｂが生成している。

【００３６】各マトリックス８Ａと８Ｂとは、それぞれ
ヤーンの表面に沿って細長く、好ましくは直線状に延び
ており、各マトリックス８Ａと８Ｂとは互いに直交して
いる。そして、ヤーン配列体１Ａ、１Ｃ、１Ｅにおける
マトリックス８Ａと、これに直交するヤーン配列体１
Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおけるマトリックス８Ｂとは、それぞ
れヤーン２Ａと２Ｂとの間隙部分で連続している。この
結果、マトリックス８Ａ、８Ｂは、全体として、三次元
格子を形成している。

【００３７】図６は、他の実施形態に係る耐圧滑り材料
を構成する他の繊維複合材料の要部を概略的に示す部分
断面斜視図である。本例では、上下方向に隣り合う各ヤ
ーン２Ａと２Ｂとの間には炭化珪素相が実質的に存在し
ていない。各ヤーン配列体において、隣り合うヤーン２
Ａと２Ａとの間、あるいはヤーン２Ｂと２Ｂとの間に
は、それぞれマトリックス８Ａ、８Ｂが形成されてい
る。マトリックス８Ａ、８Ｂの形態は、上下方向に隣り
合うヤーン間に炭化珪素相がないことを除けば、図３−
図５の例と同様である。各マトリックス８Ａ、８Ｂは、
それぞれ、ヤーン２Ａ、２Ｂの表面に接して生成してい
る炭化珪素相５Ｃと、その内側にヤーンとは離れて生成
しているＳｉ−ＳｉＣ系材料相４Ｃとを備えている。

【００３８】Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相においては、それぞ
れ、ヤーンの表面から離れるほど、炭素濃度が少なくな
る傾斜組成を有していることが好ましく、あるいは、珪
素相からなっていることが好ましい。

【００３９】図７（ａ）に示すように、本発明の耐圧滑
り部材１１は、Ｃ/ Ｃコンポジット１５と、Ｃ/ Ｃコン
ポジット１５の表面にシリコンが含浸されることによっ
て生成する繊維複合材料層１３とを備えていることが好
ましく、繊維複合材料層１３上に珪素層１４が生成して
いてよい。なお、１２は、珪素を含浸させる前のＣ/ Ｃ
コンポジット本体の範囲を示す。また、図７（ｂ）に示
すように、耐圧滑り部材１６の全体を、本発明の繊維複
合材料から形成することも好ましい。

【００４０】繊維複合材料層１３を設ける場合には、そ
の厚さは、０．０１〜１００ｍｍであることが好まし
い。さらに、繊維複合材料層におけるＳｉ濃度が、表面
から内部に向かって小さく成ることが好ましい。

【００４１】本発明の繊維複合材料は、炭素繊維を１０
〜７０重量％含有していれば、例えば窒化ホウ素、ホウ
素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングステン、モ
リブデン等の炭素以外の他の元素を含んでいてもよい。

【００４２】ここで、Ｓｉ−ＳｉＣ材料を母材に含潰さ
せて成る繊維複合材料層１３の厚さは、０．０１〜１０
０ｍｍであることが好ましく、０．０５〜５０ｍｍであ
ることがより好ましく、０．１〜１０ｍｍであることが
さらに好ましい。

【００４３】尚、繊維複合材料層１３におけるSi濃度
は、表面から内部にかけて90／１００〜０／１００の範
囲で傾斜するように形成することが好ましい。

【００４４】又、本発明の繊維複合材料は、窒化ホウ
素、ホウ素、銅、ビスマス、チタン、クロム、タングス
テン及びモリブデンから成る群より選択した１又は２以
上の物質を含有してもよい。

【００４５】これらの物質は潤滑性を有するため、Ｃ／
Ｃコンポジットから成る母材に含有させることにより、
Ｓｉ−ＳｉＣ材料が含浸した母材の部分においても、繊
維の潤滑性を維持することができ、物性の低下を防ぐこ
とができる。

【００４６】尚、例えば、窒化ホウ素の含有量は、Ｃ／
Ｃコンポジットから成る母材１００重量％に対し、０．
１〜４０重量％であることが好ましい。０．１重量％未
満では窒化ホウ素による潤滑性付与の効果が十分に得ら
れず、40重量％を超える場合は窒化ホウ素の脆さが複合
材料に現れてくるからである。

【００４７】本発明の繊維複合材料は、好ましくは以下
の方法によって製造できる。

【００４８】即ち、炭素繊維の束に対して、最終的にマ
トリックスとなる粉末状のバインダーピッチ、コークス
類を包含させ、更に必要に応じてフェノール樹脂粉末等
を含有させることによって、炭素繊維束を作製する。炭
素繊維束の周囲に、熱可塑性樹脂から成る柔軟な被膜を
形成し、柔軟性中間材料を得る。この柔軟性中間材料
を、ヤーン状にし（特願昭６３−２３１７９１号明細
書）、必要量を積層した後、ホットプレスで３００〜２
０００℃、常庄〜５００ｋｇ／ｃｍ²の条件下で成形す
ることによって、成形体を得る。または、この成形体
を、必要に応じて７００〜１２００℃で炭化させ、１５
００〜３０００℃で黒鉛化して、焼結体を得る。

【００４９】炭素繊維は、石油ピッチ若しくはコールタ
ールピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調整、溶融紡
糸、不融化及び炭素化して得られるピッチ系炭素繊維並
びにアクリロニトリル（共）重合体繊維を耐炎化及び炭
素化して得られるＰＡＮ系炭素繊維のいずれのものでも
よい．

【００５０】マトリックスの形成に必要な炭素前駆体と
しては、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂及びタール、ピッチ等が用いられるが、これらはコー
クス類、金属、金属化合物、無機及び有機化合物等を含
んでいてもよい

【００５１】次いで、上記のように作製された成形体又
は焼結体とＳｉとを、1100〜1400℃の温度域、炉内圧
０．１〜１０ｈＰａで１時間以上保持する。好ましく
は、この際、成形体又は焼結体とSiの合計重量１ｋｇ当
たり０．１ＮＬ（ノルマルリットル：１２００℃、圧力
０．１ｈＰａの場合、５０６５リットルに相当）以上の
不活性ガスを流しつつ、成形体又は焼結体表面にＳｉ−
ＳｉＣ層を形成する．次いで、温度１４５０〜２５００
℃、好ましくは１７００〜１８００℃に昇温して前記成
形体又は焼結開気孔内部へＳｉ−ＳｉＣ材料を溶融、含
浸成形させる。又、この過程において、成形体を用いた
場合は、前記成形体の焼成も行われ、繊維複合材料が生
成する。

【００５２】成形体又は焼結体とＳｉを、１１００〜１
４００℃の温度、０．１〜１０ｈＰａの圧力に１時間以
上保持し、かつその際、成形体又は焼結体とSiの合計重
量１ｋｇ当たり不活性ガスを０．１ＮＬ以上、好ましく
は１ＮＬ以上、さらに好ましくは１０ＮＬ以上流すよう
に制御することが望ましい。

【００５３】このように、焼成時（即ち、Ｓｉの溶融、
含浸前の段階）不活性ガス雰囲気にすることにより、無
機ポリマーないし無機物のセラミックス化への変化に伴
うＣＯ等の発生ガスを焼成雰囲気より除去し、また大気
中のＯ₂等による外部からの焼成雰囲気の汚染を防止す
ることによりその後にＳｉを溶融、含浸して得られる複
合材料の気孔率を低く維持することができる。

【００５４】また、成形体又は焼結体へＳｉを溶触、含
浸する際には、雰囲気温度を１４５０〜２５００℃、好
ましくは１７００〜１８００℃に昇温する。この場合、
焼成炉内庄は０．１〜１０ｈＰａの範囲が好ましい．

【００５５】柔軟性中間材料を使用し、珪素の含浸、溶
融と組み合わせると、成形体または焼結体において、ヤ
ーンの間隙には細長い開気孔が残る傾向があり、この細
長い開気孔に沿って珪素が焼結体または成形体の奥まで
浸透し易い。この浸透の過程で、珪素がヤーンの炭素と
反応してヤーン表面側から徐々に炭化し、本発明の繊維
複合材料を生成する。

【００５６】繊維複合材料層の深さの調節は、成形体又
は焼結体の開気孔率及びその細孔径により行う。例え
ば、Ｓｉ−ＳｉＣ材料層の厚さを０．０１〜１０ｍｍと
する場合には、少なくとも成形体又は焼結体の表面近傍
における開気孔率を５〜５０％、平均細孔径を１μｍ以
上とする。成形体又は焼結体の開気孔率は１０〜５０％
であることが好ましく、平均細孔径は１０μｍ以上とす
ることが好ましい。開気孔率を５％未満とすると、成形
体または焼結体中のバインダーを除去しきれず、５０％
より大きくすると、母材の内部深くにまでＳｉ−ＳｉＣ
材料が含浸形成し、複合材料の耐衝撃性が低下するから
である。

【００５７】また、繊維複合材料層をＣ/ Ｃコンポジッ
トの表面に形成するには、少なくとも表面近傍の開気孔
率が焼結中に０．１〜３０％になるように調整した成形
体を用いることが好ましい。

【００５８】成形体又は焼結体の開気孔率を、表面から
内部に向かって小さく成るようにするには、バインダー
ピッチの異なるブリフォームドヤーンから成る複数のブ
リフォームドシートを、内側から表層側に向かってバイ
ンダーピッチが大きく成るように配置して成形すること
により行う。

【００５９】又、繊維複合材料層における珪素濃度に傾
斜を設ける場合には、表面近傍の開気孔率が表面から内
部に向かって小さく成るように調整した焼結体、又は少
なくとも表面近傍の開気孔率が焼結中に表面から内部に
向かって小さく成るように調整した成形体を用いて、複
合材料の製造を行う。

【００６０】

【実施例】次に、本発明を実施例を用いてさらに詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。以下の各実施例の繊維複合材料を製造し、各繊
維複合材料について、以下の特性を評価した。

【００６１】（開気孔率の測定方法）開気孔率（％）＝〔（Ｗ３−Ｗｌ）／（Ｗ３−Ｗ２）］
×１００（アルキメデス法による。）乾燥重量（Ｗｌ）：１００℃のオ←ブンで1Hr乾燥さ
せ、その後秤量水中重量（Ｗ２）：試料を煮沸し、開気孔中に完全に水
を侵入させて水中にて秤量飲水重量（Ｗ３）：開気孔中に完全に水を侵入させた試
料を大気中にて秤量

【００６２】（圧縮強さの評価方法）テストピースに圧
縮荷重を加え、下記の式により算出した。圧縮強さ＝Ｐ／Ａ（式中、Ｐは最大荷重時の荷重、Ａはテストピースの最
小断面積を表す。）

【００６３】（層問剪断強さの評価方法）テストピース
の厚さｈの４倍の距離を支点間距離として３点曲げを行
い、下式により算出した。層間セン断強さ＝３Ｐ／４ｂＨ（式中、Ｐは破壊時の最大曲げ荷重、ｂはテストピース
の幅を表す。）

【００６４】（動摩擦係数の評価方法）６０ｍｍｘ６０
ｍｍｘ５ｍｍ（厚さ）のテストピースをジグにセットし
て回転させ、相手材（ＳＵＪ、１０ｍｍ球）を一定の荷
重Fp（Ｎ）でテストピースに押し付け、その際の摩擦力
Ｆｓ（Ｎ）を測定した。動摩擦係数の値は下式により算
出した。荷重は、２００ｋｇ／ｃｍ２、５００ｋｇ／ｃ
ｍ２、または１０００ｋｇ／ｃｍ２とした。摩擦係数μ＝Ｆｓ／Ｆｐ

【００６５】（実施例１）炭素繊維を一方向に引き揃え
たものにフェノール樹脂を含浸させることで、直径10μ
ｍの炭素長繊維を約１万本束ね、繊維束（ヤーン）を
得、このヤーンを図３のように配列し、ブリプレグシー
トを得た。シートを、ホットプレスで１８０℃、１０ｋ
ｇ／ｃｍ²で処理し、樹脂を硬化させた。次いで、窒素
中で２０００℃で焼成し、Ｃ／Ｃコンポジットを得た。
得られたＣ／Ｃコンポジットの密度は１．０ｇ／ｃ
ｍ³、開気孔率は５０％であった。

【００６６】次に、得られたＣ／Ｃコンポジットを、純
度９９．８％で平均粒径１ｍｍのＳｉ粉末で充填された
カーボンるつぼ内に立設した。次いで、焼成炉内にカー
ボンるつぽを移動した。焼成炉内の温度を１３００℃、
不活性ガスとしてアルゴンガス流量を２０ＮＬ／分、焼
成炉内庄を１ｈＰａその保持時間を４時間として処理し
た後、焼成炉内の圧力をそのまま保持しつつ、炉内温度
を１６００℃に昇温することにより、Ｃ／Ｃコンポジッ
トにＳｉを含浸させ、本発明の繊維複合材料を得た。本
例では、Ｃ／Ｃコンポジットの全体が、本発明の繊維複
合材料に変化していた。

【００６７】得られた繊維複合材料の密度、開気孔率、
圧縮強さ等の測定結果を表１、２に示す。また、図１１
は、耐圧滑り特性を示す。尚、各データは、繊維複合材
料の表層近傍から切り出したテストピースについてのも
のである。

【００６８】また、図８はこのテストピースの表層に対
して断面方向のセラミック材料の組織を示すＥＰＭＡ
（電子線マイクロアナライザー）写真であり、図９は同
じセラミック材料の組織を示すＳＥＭの反射電子像写真
である。図１０は、図８、９から解読される、ヤーンの
境界領域における微構造を示す模式的断面図である。

【００６９】図８〜図９の写真から、ＳｉとＣが０．０
１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度前後の規模の微視的な所定の濃
度勾配を有することが分かる。即ち、図１０において、
マトリックス８Ｂのうちヤーン２Ｂの表面に近い側に
は、ヤーン２Ｂの表面に沿って炭素繊維相５Ｃが生成し
ており、その内側に珪素相４Ｃが生成している。なぜな
ら、図９から両者の組織の相違を観測でき、かつ図８か
ら、相５Ｃには炭素と珪素とがいずれも存在しており、
相４Ｃには炭素が見られないからである。

【００７０】（実施例２）実施例１と同様にして製造し
たＣ／Ｃコンポジットに、フェノール樹脂を含浸し、オ
ーブン中で１８０℃、常圧で樹脂を硬化させた後、窒素
中で２０００℃焼成した。この工程をさらに５回線り返
してＣ／Ｃコンポジットを得た。得られたＣ／Ｃコンポ
ジットの密度は１．４ｇ／ｃｍ³、開気孔率は３０％で
あった。

【００７１】次に、得られたＣ／Ｃコンポジットに、実
施例１と同様にＳｉを含浸させて複合材料を製造した。

【００７２】得られた複合材料の特性を表１、２に示
す。尚、各データは、Ｓｉ−ＳｉＣ材料とＣ／Ｃコンポ
ジットが十分複合化しているＣ／Ｃコンポジット表層近
傍から切り出したテストピースについてのものである。
また、耐圧滑り特性については、実施例１と同様の結果
を得た。

【００７３】（実施例３）繊維複合材料層を含む耐圧滑
り部材を作製した。Ｃ／Ｃコンポジットは以下の方法に
て製造した。ブリフォームドヤーン法によりブリフォー
ムドヤーンを製造し、これを用いて一方向ブリフォーム
ドヤーンシートを製造した。これを炭素繊維が互いに直
交するように積層し、ホットプレスで６００℃、１００
ｋｇ／ｃｍ²で成形した。次いで、窒素中で２０００℃
で焼成しＣ／Ｃコンポジットを得た。得られたＣ／Ｃコ
ンポジットの密度は１．８ｇ／ｃｍ³、開気孔率は１０
％であった。

【００７４】次に、得られたＣ／Ｃコンポジットに、実
施例１と同様にＳｉを含浸させて複合材料を製造した。
繊維複合材料の厚さは１０ｍｍであった。

【００７５】得られた複合材料の特性を表１、２に示
す。尚、各データは、繊維複合材料の表層近傍から切り
出したテストピースについてのものである。また、耐圧
滑り性については、実施例１と同様の結果を得た。

【００７６】（実施例４）実施例１と同様にして、繊維
複合材料層を含む耐圧滑り部材を作製した。ただし、繊
維複合材料層に窒化ホウ素が含有されるように、Ｃ／Ｃ
コンポジットの製造工程において窒化ホウ素を添加し
た。繊維複合材料層の厚さは３０ｍｍとした。

【００７７】得られた視合材料の特性を表１、２に示
す。尚、各データは、Ｓｉが十分含浸されている繊維複
合材料層の表層近傍から切り出したテストピースについ
てのものである。また、耐圧滑り性については、実施例
１と同様の結果を得た。

【００７８】（実施例５）実施例１と同様にして、繊維
複合材料層を含む耐圧滑り部材を作製した。繊維複合材
料層におけるＳｉ濃度が、表面から内部に向かって小さ
くなるように傾斜を持たせた。繊維複合材料層の厚さは
３ｍｍとした。又、Ｓｉ濃度の傾斜は、炭素繊維量と比
して、繊維複合材料層の表面から内部にかけて１００／
０〜０／１００の範囲で傾斜するように形成した。

【００７９】Ｃ／Ｃコンポジットは以下の方法にて製造
した。ブリフォームドヤーンのバインダーピッチの比率
を20２０〜６０としてブリフォームドヤーン法により、
１０種類のブリフォームドヤーンを製造し、これを用い
て一方向ブリフォームドシートを製造した。厚みの中央
に、バインダーピッチの比率が２０のブリフォームドシ
ートを配置し、その表層側に向かってバインダーピッチ
の比率が大きくなるように順にブリフォームドシートを
配置し、最も表層側にバインダーピッチの比率が６０の
ブリフォームドシートを配置し、これらを炭素繊維が互
いに直交するように積層し、ホットプレスで６００℃、
１００ｋｇ／ｃｍ²で成形した。次いで、窒素中で２０
００℃で焼成し、Ｃ／Ｃコンポジットを得た。得られた
Ｃ／Ｃコンポジットの密度は１．６ｇ／ｃｍ³、開気孔
率は１０％であった。

【００８０】次に、得られたＣ／Ｃコンポジットに、実
施例１と同様にＳｉを含浸させて複合材料を製造した。

【００８１】得られた複合材料の特性を表１、２に示
す。また、耐圧滑り性については、実施例１と同様の結
果を得た。

【００８２】

【表１】

【００８３】

【表２】

【００８４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、極
めて優れた耐圧滑り性を有する耐圧滑り材料を提供で
き、これを応用したエアバッグ装置も提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐圧滑り部材ないし材料の使用方法を
模式的に示す断面図である。

【図２】エアバッグ装置を模式的に示す図である。

【図３】本発明の繊維複合材料７のヤーン集合体６の形
態を模式的に示す斜視図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は、繊維複合材料の要部の微構
造を模式的に示す断面図であり、図３のＩＶａ−ＩＶａ
線断面図、ないしＩＶｂ−ＩＶｂ断面図に相当する。

【図５】図４（ａ）の要部拡大図である。

【図６】他の実施形態に係る繊維複合材料の微構造を模
式的に示す部分断面斜視図である。

【図７】（ａ）は、耐圧滑り部材１１を示す断面図であ
り、（ｂ）は耐圧滑り部材１６を示す断面図である。

【図８】本発明の実施例の繊維複合材料の組織を示すＸ
線マイクロアナライザー写真である。

【図９】本発明の実施例の繊維複合材料の微構造を示
す、走査型電子顕微鏡による反射電子像写真である。

【図１０】図８、図９の微構造の説明図である。

【図１１】本発明の実施例の耐圧滑り性を示すグラフで
ある。

【図１２】摩擦係数と、滑った距離との関係を示すグラ
フである。

【図１３】摩擦係数と、滑った距離との関係を示すグラ
フである。

【図１４】摩擦係数と、滑った距離との関係を示すグラ
フである。

【図１５】摩擦係数と、滑った距離との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆヤーン配列体
２Ａ、２Ｂヤーン３炭素繊維束４
Ａ、４Ｂ炭化珪素相５Ａ、５Ｂ珪素相
６ヤーン集合体７繊維複合材料１１、
１６耐圧滑り部材１３繊維複合材料層１
５Ｃ／Ｃコンポジット２１台座ないし物体２２耐圧滑り部材
２３荷重または押圧手段２４台座ないし物体
２５エアバッグ装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも炭素繊維の束と炭素繊維以外の
炭素成分とを含有するヤーンが三次元的に組み合わさ
れ、互いに分離しないように一体化されているヤーン集
合体と、このヤーン集合体中で隣り合う前記ヤーンの間
に充填されている、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料からなるマトリ
ックスとを備えている繊維複合材料からなることを特徴
とする、耐圧滑り材料。
【請求項２】前記マトリックスが、前記ヤーンの表面に
沿って生成している炭化珪素相を備えていることを特徴
とする、請求項１記載の耐圧滑り材料。
【請求項３】前記マトリックスが珪素からなる珪素相を
備えており、この珪素相と前記ヤーンとの間に前記炭化
珪素相が生成していることを特徴とする、請求項２記載
の耐圧滑り材料。
【請求項４】前記マトリックスが、前記ヤーンの表面か
ら離れるのに従って珪素の含有比率が上昇する傾斜組成
を有していることを特徴とする、請求項１−３のいずれ
か一つの請求項に記載の耐圧滑り材料。
【請求項５】前記ヤーン集合体が複数のヤーン配列体を
備えており、各ヤーン配列体がそれぞれ複数の前記ヤー
ンを略平行に二次元的に配列することによって形成され
ており、前記各ヤーン配列体が積層されることによって
前記ヤーン集合体が構成されていることを特徴とする、
請求項１−４のいずれか一つの請求項に記載の耐圧滑り
材料。
【請求項６】隣接する前記ヤーン配列体における各ヤー
ンの長手方向が互いに交差していることを特徴とする、
請求項５記載の耐圧滑り材料。
【請求項７】前記マトリックスが、前記繊維複合材料の
中で互いに連続することで三次元網目構造を形成してい
ることを特徴とする、請求項１−５のいずれか一つの請
求項に記載の耐圧滑り材料。
【請求項８】前記マトリックスが前記各ヤーン配列体に
おいて略平行に二次元的に配列されており、隣り合う前
記各ヤーン配列体中に生成している前記マトリックスが
互いに連続しており、これによって前記マトリックスが
三次元格子を形成していることを特徴とする、請求項６
記載の耐圧滑り材料。
【請求項９】請求項１−８のいずれか一つの請求項に記
載の耐圧滑り材料を含んでいることを特徴とする、耐圧
滑り部材。
【請求項１０】前記耐圧滑り部材の全体が前記耐圧滑り
材料からなることを特徴とする、請求項９記載の耐圧滑
り部材。
【請求項１１】前記耐圧滑り部材が、前記耐圧滑り材料
からなる表層部と、Ｃ／Ｃコンポジットからなる非含浸
部とを備えていることを特徴とする、請求項９記載の耐
圧滑り部材。
【請求項１２】圧力ガスが収容されており、圧縮ガス排
出口が設けられている容器と、前記圧縮ガス排出口を密
閉している栓と、前記栓を前記圧縮ガス排出口に対して
押圧し、固定している耐圧滑り部材と、この耐圧滑り部
材から前記栓へと向かって押圧力を発生させる押圧手段
とを備えており、前記耐圧滑り部材が、請求項９−１１
のいずれか一つの請求項に記載の耐圧滑り部材であるこ
とを特徴とする、圧縮ガス緊急放出装置。
【請求項１３】請求項１２記載の圧縮ガス緊急放出装置
と、この圧縮ガス緊急放出装置から放出された前記圧縮
ガスによって膨張する膨張手段とを備えていることを特
徴とする、エアバッグ装置。