JP2002210737A - 高速回転体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マトリクス材を均一に補強し、耐遠心力強度
を向上させる。 【解決手段】 螺旋状に配列する経糸と、経糸に交互に
交絡しながら径方向に配置する緯糸と、最外周の経糸の
外側に沿って緯糸に交互に交絡する熱溶融糸Ｓ1 とを備
える螺旋状織物Ｓを強化材として使用する。螺旋状織物
Ｓは、熱溶融糸Ｓ1 が各緯糸に融着することにより、経
糸のばらけを防止し、熱溶融糸Ｓ1 の外側において緯糸
を短く切り揃えることができ、マトリクス材を充填する
型枠内に正しく位置決めして収容することができる。

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、電力貯蔵用フラ
イホイール、回転砥石等の用途に好適に使用することが
できる高速回転体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力貯蔵用フライホイール、ブレーキデ
ィスク、回転砥石等に使用する高強度の高速回転体は、
螺旋状織物を強化材とする複合材料によって製造するこ
とがある。螺旋状織物は、周方向に経糸が連続してお
り、高速回転体の耐遠心力強度を有効に強化することが
できるからである。

【０００３】螺旋状織物は、炭素繊維やアラミド繊維な
どの高強度繊維を経糸、緯糸として使用するとともに、
経糸を螺旋状に湾曲させ、経糸の径方向に緯糸を配置
し、両者を螺旋形のシート状に織り上げて形成すること
ができる。このものは、高強度繊維を経糸、緯糸に使用
しているから、織物の外周部分において緯糸を折り返す
ことが難しく、外周部分において経糸がばらけてしまう
ことを避けるために、緯糸を最外周の経糸から十分長く
突出させる必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術による
ときは、緯糸が最外周から過大に長く突出しているた
め、型枠に収納してマトリクス材を充填するに際し、緯
糸の突出部分が型枠に接触して螺旋状織物を型枠の軸心
上に正しく位置決めすることができないことがあり、螺
旋状織物を使用する強化材がマトリクス材に対して偏心
し、回転体の回転中心に対して偏心してしまうおそれが
あるという問題があった。

【０００５】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、最外周の経糸の外側に沿って配設する
熱溶融糸を各緯糸に融着させ、緯糸を切り揃える螺旋状
織物を強化材として使用することによって、強化材を型
枠内に正しく位置決めし、マトリクス材に対して容易に
同心状に位置させることができる高速回転体を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの発明の構成は、マトリクス材と、マトリクス材
を補強する強化材とを備えてなり、強化材は、螺旋状織
物を使用し、螺旋状織物は、螺旋状に配列する経糸と、
経糸に交互に交絡しながら経糸の径方向に配置する緯糸
と、最外周の経糸の外側に沿って緯糸に交互に交絡する
熱溶融糸とを有し、熱溶融糸は、各緯糸に融着し、緯糸
は、熱溶融糸の外側において切り揃えることをその要旨
とする。

【０００７】なお、緯糸には、最内周の経糸の内側に沿
う第２の熱溶融糸を交互に交絡させることができ、第２
の熱溶融糸は、各緯糸に融着し、緯糸は、第２の溶融糸
の内側において切り揃えることができる。

【０００８】さらに、緯糸には、最外周の経糸の内側に
沿う第３の熱溶融糸を交互に交絡させて融着することが
できる。

【０００９】なお、経糸は、内側から外側に向けて径方
向の配列ピッチを小さくしてもよく、内側から外側に向
けて順に繊度を大きくしてもよい。

【００１０】

【作用】かかる発明の構成によるときは、螺旋状織物
は、最外周の経糸の外側に沿う熱溶融糸が各緯糸に融着
し、熱溶融糸を介して各緯糸の最外周からの突出部分が
互いに連結されるから、最外周を含む外周部分の経糸の
ばらけを防止するとともに、熱溶融糸の外側において各
緯糸を端正に短く切り揃えることができる。そこで、螺
旋状織物は、強化材として使用するとき、型枠に対して
正しく位置決めして収容し、マトリクス材を型枠に充填
することにより、マトリクス材に対して強化材を正しく
同心状に位置させ、全体強度を一様に補強することがで
きる。

【００１１】なお、螺旋状織物は、経糸、緯糸として、
たとえばピッチ系またはＰＡＮ系の炭素繊維の他、ガラ
ス繊維、アラミド繊維、チラノ繊維、アルミナ繊維、シ
リカ繊維、ボロン繊維、チタン酸カリウム繊維、ジルコ
ニア繊維、炭化ケイ素繊維、ポリアクリロニトリル繊
維、ポリアクリレート繊維、全芳香族ポリエステル繊
維、超高分子ポリエチレン繊維、高強度ビニロン繊維、
高強度アクリル繊維、金属繊維などの高強度繊維を使用
することができる。これらの繊維は、任意の単糸太さの
フィラメントを幅数mm、厚さ０．１〜０．４mm程度の偏
平断面に平行に引き揃え、任意の繊度のマルチフィラメ
ント糸として使用するものとし、たとえば、炭素繊維、
ガラス繊維、アルミナ繊維等は、直径５〜１０μｍ程度
の単糸を１０００〜３６０００本程度集合させることが
好ましい。また、アラミド繊維等は、１〜５ｄ程度の単
糸を集合して全糸デニールを数千ないし数万ｄとするこ
とが好ましい。

【００１２】ただし、経糸、緯糸は、同一の繊度にする
他、互いに異なる繊度であってもよく、両者は、同一の
素材または異なる素材であってもよい。なお、ここでい
う繊度とは、経糸または緯糸の断面の大きさをいう。ま
た、経糸は、内側より外側に比弾性率、比強度が大きい
ものを使用してもよい。

【００１３】また、マトリクス材としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイ
ミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセター
ル、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスル
ホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミ
ド、ポリアミドイミド、エチレンビニルアルコール共重
合体などの高強度エンジニアリングプラスチック材料を
使用することができる。なお、これらの材料は、機械的
強度、耐熱性、耐摩耗性等を向上させるために、適切な
有機化合物、無機物、砥粒、セラミックス、金属等の繊
維、ウィスカ、粉末等を充填材として分散混入し、また
は表面コーティングしてもよい。

【００１４】熱溶融糸は、低温度領域において溶融する
熱可塑性樹脂からなる繊維であって、たとえばナイロン
６等のポリアミドや、ポリエチレン、ポリスチレン、ポ
リプロピレン、ポリカーボネート等の一般用プラスチッ
ク材料が広く使用可能である。

【００１５】一方、螺旋状織物は、経糸、緯糸を平織
り、綾織り、朱子織り等の任意の織組織に製織して形成
することができる。螺旋状織物を製織するに際しては、
レピア機構やニードル機構の他、エアまたは水ジェット
を使用する流体ジェット方式等のあらゆる緯入れ方式の
織機を使用することが可能である。

【００１６】最内周の経糸の内側に沿う第２の熱溶融糸
を設ければ、緯糸は、第２の熱溶融糸を介して内周側の
突出部分が互いに連結され、最内周を含む内周部分の経
糸のばらけを防止することができる。

【００１７】第２の熱溶融糸を融着させる緯糸は、第２
の熱溶融糸の内側において切り揃え、最内周から内向き
に突出する長さを最小にすることができ、軸心上に開口
部分を有する中空円筒状の高速回転体を成形するとき、
型枠の中子と干渉するおそれがない。

【００１８】最外周の経糸の内側に沿う第３の熱溶融糸
を設ければ、緯糸は、最外周の経糸の内側、外側にそれ
ぞれ第３の熱溶融糸、最外周側の熱溶融糸を配置し、外
周部分の経糸のばらけを一層有効に防止することができ
る。

【００１９】内側から外側に向けて経糸の径方向の配列
ピッチを大きくすれば、経糸は、内側から外側に向けて
径方向に経糸密度を増大させ、径方向の緯糸密度の低下
を補償して、螺旋織物全体として均一な目付けを実現
し、または、内側から外側に向けて目付けを漸増させる
ことができる。

【００２０】経糸は、内側から外側に向けて順に繊度を
大きくすることにより、径方向の実質的な経糸密度を内
側から外側に向けて増大させ、径方向の緯糸密度の低下
を補償し、径方向の配列ピッチを小さくする場合と同等
の効果を得ることができる。

【００２１】なお、第２、第３の熱溶融糸は、それぞれ
最外周側の熱溶融糸と同一または異なる熱可塑性樹脂を
使用することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を以って発明の実施の
形態を説明する。

【００２３】高速回転体１０は、マトリクス材１１、強
化材１２からなる複合材料により一体成形してなる（図
１）。

【００２４】強化材１２として使用する螺旋状織物Ｓ
は、螺旋状に配列する経糸Ｓp 、Ｓp…と、経糸Ｓp 、
Ｓp …に交互に交絡しながら経糸Ｓp 、Ｓp …の径方向
に配置する緯糸Ｓf 、Ｓf …と、最外周の経糸Ｓp の外
側に沿って緯糸Ｓf 、Ｓf …に交互に交絡する熱溶融糸
Ｓ1 、Ｓ1 とを設けて形成されている（図２、図３）。
なお、螺旋状織物Ｓには、最内周の経糸Ｓp の内側に沿
って第２の熱溶融糸Ｓ2、Ｓ2 が付設され、第２の熱溶
融糸Ｓ2 、Ｓ2 は、緯糸Ｓf 、Ｓf …に交互に交絡され
ている。

【００２５】螺旋状織物Ｓは、経糸Ｓp 、Ｓp …、緯糸
Ｓf 、Ｓf …を製織して外径Ｄ1 、内径Ｄ2 ≪Ｄ1 の螺
旋形のシート状に形成されている。経糸Ｓp 、Ｓp …
は、径方向に均一な配列ピッチｄに配列して螺旋状に湾
曲されており、緯糸Ｓf 、Ｓf…は、経糸Ｓp 、Ｓp …
の径方向に放射状に配列されている。緯糸Ｓf 、Ｓf …
は、螺旋状織物Ｓの最外周側の熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 、内
周側の第２の熱溶融糸Ｓ2 、Ｓ2 のそれぞれ外側、内側
において切り揃えられ、最外周の経糸Ｓp の外側、最内
周の経糸Ｓp の内側にそれぞれ長さＬ1 、Ｌ2 だけ短く
突出している。

【００２６】熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 は、それぞれ緯糸Ｓf
、Ｓf …に交互に交絡しながら螺旋状織物Ｓの最外周
部分に織り込まれている。熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 は、加熱
により溶融し、緯糸Ｓf 、Ｓf …に融着されている。一
方、第２の熱溶融糸Ｓ2 、Ｓ2は、それぞれ緯糸Ｓf 、
Ｓf …に交互に交絡しながら螺旋状織物Ｓの最内周部分
に織り込まれ、緯糸Ｓf 、Ｓf …に融着されている。

【００２７】螺旋状織物Ｓは、熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 、第
２の熱溶融糸Ｓ2 、Ｓ2 により各緯糸Ｓf を保持すると
ともに、緯糸Ｓf 、Ｓf …に対する最外周、最内周の経
糸Ｓp 、Ｓp の相対移動を防止して経糸Ｓp 、Ｓp …の
ばらけを防止することができる。緯糸Ｓf 、Ｓf …は、
熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 、第２の熱溶融糸Ｓ2 、Ｓ2 が融着
することにより両端部において互いに連結することがで
きるからである。そこで、各緯糸Ｓf は、最外周、最内
周の経糸Ｓp 、Ｓp からそれぞれ外向き、内向きに突出
する突出部分の長さＬ1 、Ｌ2 を最小にして切り揃える
ことができる。

【００２８】かかる螺旋状織物Ｓは、高速回転体１０を
形成するマトリクス材１１を補強するための強化材１２
として使用することができる（図１）。

【００２９】高速回転体１０は、外径Ｄ1a≧Ｄ1 、内径
Ｄ2a≦Ｄ2 ≪Ｄ1aの中空円筒状に形成されている。マト
リクス材１１は、軸心Ｃのまわりに円形の開口部分１１
ａを有し、強化材１２は、軸心Ｃのまわりにマトリクス
材１１に対して同心状に埋設され、マトリクス材１１の
全高に亘って積層されている。そこで、強化材１２は、
マトリクス材１１の全体を補強することができる。

【００３０】高速回転体１０は、次のようにして一体成
形する（図４、図５）。ただし、図５（Ｂ）は、同図
（Ａ）の模式平面図である。

【００３１】すなわち、軸方向に積層された螺旋状織物
Ｓを強化材１２として型枠Ｗに収容する。このとき、強
化材１２は、外径Ｄ1 、内径Ｄ2 に端正に形成されてい
るから、型枠Ｗの軸心Ｃa に対して同心状に正しく位置
決めすることができる。つづいて、型枠Ｗを型締めし、
型枠Ｗ内をエア抜きしてマトリクス材１１を型枠Ｗに充
填する。なお、型枠Ｗは、マトリクス材１１の充填に先
き立ってエア抜きしてもよく、マトリクス材１１を充填
しながらエア抜きしてもよい。このとき、マトリクス材
１１は、強化材１２に均一に含浸して一体化する。マト
リクス材１１が硬化すると、マトリクス材１１、強化材
１２を型枠Ｗから離型させ、表面を仕上げ加工し、高速
回転体１０を完成する。

【００３２】このようにして製造する高速回転体１０
は、マトリクス材１１、強化材１２により一体成形され
ており、強化材１２の経糸Ｓp 、Ｓp …が周方向に連続
しているため、外周部分の機械的強度が大きく、高速回
転時の耐遠心力強度を強大にすることができる。

【００３３】以上の説明において、図２、図３に示す螺
旋状織物Ｓの外周側には、１本の熱溶融糸Ｓ1 を緯糸Ｓ
f 、Ｓf …に交互に交絡させてもよく（図６（Ａ））、
２本以上の熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 …を緯糸Ｓf 、Ｓf …に
交絡させてもよい（同図（Ｂ）、（Ｃ））。ただし、図
６（Ｂ）は、２本の熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 を各緯糸Ｓfの
左右両側において上下に交差させる形態を図示してお
り、同図（Ｃ）は、４本の熱溶融糸Ｓ1 、Ｓ1 …を２本
ごとに各緯糸Ｓf の両側において上下に交差させる形態
を図示している。なお、第２の熱溶融糸Ｓ2 も、図６の
熱溶融糸Ｓ1 と同様に、緯糸Ｓf 、Ｓf …に対して１本
または２本以上を交互に交絡させてもよい。また、第２
の熱溶融糸Ｓ2 は、これを省略してもよく、このとき、
緯糸Ｓf 、Ｓf …は、内側における切揃え処理も省略す
るものとする。

【００３４】また、螺旋状織物Ｓは、最外周の経糸Ｓp
の内側に沿って第３の熱溶融糸Ｓ3を緯糸Ｓf 、Ｓf …
に交互に交絡させてもよい（図７）。第３の熱溶融糸Ｓ
3 は、最外周側の熱溶融糸Ｓ1 とともに、経糸Ｓp 、Ｓ
p …のばらけを防止することができる。なお、第３の熱
溶融糸Ｓ3 も、１本または２本以上としてもよい。

【００３５】さらに、経糸Ｓp 、Ｓp …は、螺旋状織物
Ｓの内側から外側に向けて径方向の配列ピッチｄを小さ
くして配列してもよく（図８（Ａ））、内側から外側に
向けて順に繊度を大きくしてもよい（同図（Ｂ））。経
糸Ｓp 、Ｓp …は、螺旋状織物Ｓの内側から外側に向け
て緯糸密度が低下しても、それを補償することができ
る。

【００３６】

【他の実施の形態】強化材１２は、適当なターン数ごと
に分離する螺旋状織物Ｓ、Ｓ…を軸方向に積層して形成
してもよく（図９（Ａ））、１ターンごとに分離する螺
旋状織物Ｓ、Ｓ…を軸方向に積層して形成してもよい
（同図（Ｂ））。強化材１２は、螺旋状織物Ｓ、Ｓ…を
軸方向の適当な厚さのブロックごとにマトリクス材１１
を充填して行くことにより、マトリクス材１１を一層均
一に含浸させることができる。なお、螺旋状織物Ｓ、Ｓ
…は、切断位置Ｓa が小さいターン数を介して一致して
耐遠心力強度を不当に低下させることがないように、切
断位置Ｓa を周方向に適切に移動させながら積層するも
のとする。

【００３７】なお、高速回転体１０は、薄い円板状に形
成してもよく（図１０（Ａ）、（Ｂ））、円柱状に形成
してもよい（同図（Ｃ））。また、マトリクス材１１に
は、軸心Ｃのまわりに開口部分１１ａを形成してもよく
（同図（Ｂ））、形成しなくてもよい（同図（Ａ）、
（Ｃ））。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、最外周の経糸の外側に沿って熱溶融糸を配設し、最
外周から突出する緯糸を短く切り揃える螺旋状織物を強
化材として使用することによって、強化材を型枠内に容
易に正しく位置決めし、マトリクス材と同心状に位置さ
せることができるから、マトリクス材を均一に補強し、
強大な耐遠心力強度を容易に実現することができるとい
う優れた効果がある。

【００３９】また、マトリクス材、強化材は、一体成形
することができるから、たとえばフィラメントワインデ
ィング法、マルチリング法などの従来の製法に比して、
製造コストを削減し、均一な品質を容易に保証すること
ができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体構成斜視説明図

【図２】 螺旋状織物の斜視説明図

【図３】 図２の要部拡大平面説明図

【図４】 製造工程説明図（１）

【図５】 製造工程説明図（２）

【図６】 他の実施の形態を示す要部拡大模式説明図
（１）

【図７】 他の実施の形態を示す要部拡大模式図

【図８】 他の実施の形態を示す要部拡大模式説明図
（２）

【図９】 他の実施の形態を示す要部分解斜視説明図

【図１０】 他の実施の形態を示す斜視説明図

【符号の説明】

Ｓ…螺旋状織物 Ｓp …経糸 Ｓf …緯糸 Ｓ1 …熱溶融糸 Ｓ2 …第２の熱溶融糸 Ｓ3 …第３の熱溶融糸 ｄ…配列ピッチ １０…高速回転体 １１…マトリクス材 １２…強化材

フロントページの続き (72)発明者 長屋 重夫 愛知県名古屋市東区東新町１番地 中部電 力株式会社内 (72)発明者 鹿島 直二 愛知県名古屋市東区東新町１番地 中部電 力株式会社内 (72)発明者 出村 達太郎 石川県金沢市武蔵町３番１号 (72)発明者 成實 清幸 愛知県名古屋市東区東桜１丁目１番６号 住友電気工業株式会社中部支社内 (72)発明者 上野 桂二 愛知県名古屋市東区東桜１丁目１番６号 住友電気工業株式会社中部支社内 Ｆターム(参考） 4F072 AB04 AB06 AB08 AB09 AB10 AB11 AD08 AD23 AD38 AD41 AD44 AD45 AD46 AL11 AL16 4L048 AA05 AA18 AA19 AA25 AA48 AA53 AB01 AB06 AB20 AC09 AC14 AC18 BA22 BB06 BD08 CA01 CA06 DA24 DA41 EA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス材と、該マトリクス材を補強
   する強化材とを備えてなり、該強化材は、螺旋状織物を
   使用し、該螺旋状織物は、螺旋状に配列する経糸と、該
   経糸に交互に交絡しながら前記経糸の径方向に配置する
   緯糸と、最外周の前記経糸の外側に沿って前記緯糸に交
   互に交絡する熱溶融糸とを有し、該熱溶融糸は、前記各
   緯糸に融着し、前記緯糸は、前記熱溶融糸の外側におい
   て切り揃えることを特徴とする高速回転体。
2. 【請求項２】 前記緯糸には、最内周の前記経糸の内側
   に沿う第２の熱溶融糸を交互に交絡させることを特徴と
   する請求項１記載の高速回転体。
3. 【請求項３】 前記第２の熱溶融糸は、前記各緯糸に融
   着し、前記緯糸は、前記第２の熱溶融糸の内側において
   切り揃えることを特徴とする請求項２記載の高速回転
   体。
4. 【請求項４】 前記緯糸には、最外周の前記経糸の内側
   に沿う第３の熱溶融糸を交互に交絡させて融着すること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の
   高速回転体。
5. 【請求項５】 前記経糸は、内側から外側に向けて径方
   向の配列ピッチを小さくすることを特徴とする請求項１
   ないし請求項４のいずれか記載の高速回転体。
6. 【請求項６】 前記経糸は、内側から外側に向けて順に
   繊度を大きくすることを特徴とする請求項１ないし請求
   項５のいずれか記載の高速回転体。