JP3138750B2 - 繊維プリフォーム成形法およびその装置 - Google Patents

繊維プリフォーム成形法およびその装置

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JP3138750B2
JP3138750B2 JP11058052A JP5805299A JP3138750B2 JP 3138750 B2 JP3138750 B2 JP 3138750B2 JP 11058052 A JP11058052 A JP 11058052A JP 5805299 A JP5805299 A JP 5805299A JP 3138750 B2 JP3138750 B2 JP 3138750B2
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光司 西尾
賢一郎 井頭
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株式会社先進材料利用ガスジェネレータ研究所
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は繊維プリフォーム成
形法およびその装置に関する。さらに詳しくは、屈曲部
の形状の如何にかかわらずに繊維を巻付けることのでき
る繊維プリフォーム成形法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンやジェットエンジン(以
下、ガスタービンで代表する)には繊維強化セラミック
ス(CMC)、繊維強化プラスチック(FRP)、繊維
強化金属(FRM)、カーボン/カーボンコンポジット
(C/C)などの繊維強化複合材料(以下、単に複合材
という)が用いられている。
【0003】この複合材は、例えばフィラメント・ワイ
ンディング法により成形される。このフィラメント・ワ
インディング法によりガスタービン用耐熱複合材燃焼器
ライナ(以下、複合材ライナという)を成形した場合、
従来の成形装置においては繊維に過度の張力を与えると
ともに、繊維送り出し口の移動により繊維巻出しから送
り出し間で繊維に捻じりが与えられるために、繊維特性
を劣化させ、複合材ライナなどの最終製品の強度が損な
われるという問題がある。
【0004】 かかる従来のフィラメント・ワインディ
ング法による成形における問題を解決すべく、本出願人
はすでに特願平6ー215825号(特開平8ー721
56号)により、繊維巻出し工程、表面処理工程、およ
び巻取り工程からなる繊維強化材料の繊維プリフォーム
を成形するフィラメント・ワインディング成形法におい
て、前記繊維巻出し工程および巻取り工程の繊維巻出
し、巻取りが必要最小限の繊維張力で行われ張力による
繊維特性の劣化を防止するとともに、前記巻取り工程の
前記繊維巻取りが、前記表面処理工程から送り出される
繊維を左右に変向することなく送り出し、軸方向に移動
する巻取り型で巻き取り、捻じりによる繊維特性の劣化
を防止したことを特徴とするフィラメント・ワインディ
ング成形法、およびボビン巻きの繊維を巻き出して、送
り出し、表面処理を行い、巻取り型に巻回して繊維強化
複合材料前駆体の繊維プリフォームを形成するフィラメ
ント・ワインディング成形装置において、前記繊維を送
り出す送出しローラと表面処理を行う含浸ローラの間の
前記繊維のたるみ量を略一定にして、張力を一定にする
速度指令を前記送出しローラに出力し、送出し速度を調
整する装置と、前記含浸ローラから送り出される前記繊
維を吊り下げたダンサロールを略一定の位置に保持して
前記繊維の張力を一定にする速度指令を前記巻取り型に
出力し、巻取り速度を調整する装置と、軸方向に往復動
する前記巻取り型に、前記含浸ローラから送り出される
前記繊維の通路と略同一な垂直面内から前記繊維を送り
出す送出し口を設けたことを特徴とするフィラメント・
ワインディング成形装置を提案している。
【0005】しかしながら、複合材が適用される部品の
形状は、部分的に径が変化した屈曲部を有する構造が一
般的であり、前記本出願人の提案にかかわる成形法ある
いは成形装置により、屈曲部において繊維巻取り速度、
繊維送り出し速度、繊維送り出し口、成形型などの移動
速度を調整しても、繊維の滑りを生じないで巻付けが可
能な形状には限界があるという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、屈曲部における
形状の如何を問わずに繊維に滑りを生じさせることなく
巻付けることができる繊維プリフォーム成形法およびそ
の装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の繊維プリフォー
ム成形法は、フィラメント・ワインディング法を用いる
繊維プリフォーム成形法であって、成形型の繊維が巻付
けられる面を加熱しながら繊維を巻付けることを特徴と
する。
【0008】本発明の繊維プリフォーム成形法において
は、繊維プリフォーム成形品に孔を形成する孔明け用部
材を成形型に植設してから繊維を巻付けるようにされて
もよい。
【0009】一方、本発明の繊維プリフォーム成形装置
は、フィラメント・ワインディング法を用いる繊維プリ
フォーム成形装置であって、成形型の繊維巻付け部を加
熱する加熱手段を備えてなることを特徴とする。
【0010】本発明の繊維プリフォーム成形装置におい
ては、繊維プリフォーム成形品に孔を形成する孔明け用
部材が植設されている成形型を用いてもよい。
【0011】
【作用】本発明によれば屈曲部の形状如何にかかわらず
繊維が滑ることがないので、繊維を成形型に均一に巻付
けることができる。そのため、繊維プリフォームの品質
を向上できる。
【0012】本発明の好ましい態様によれば、成形品を
成形型から離脱させると同時に、所望箇所に所望形状の
孔が形成されるので、孔明けを必要とする繊維プリフォ
ームの成形工程が短縮される。また、孔明けの際に繊維
を切断することがないので、孔明けに伴う成形品の品質
の劣化は生じない。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかか
る実施の形態のみに限定されるものではない。
【0014】 参考例 図1に示すような屈曲部11およびその前後にピン2が
植設されている、分割構造のアルミニウム合金からなる
ガスタービンの燃焼器ライナ用成形型1を用いてフィラ
メント・ワインディング法により成形型1外面に繊維を
巻付け繊維プリフォームを作製した。
【0015】この成形型1の屈曲部11およびその前後
におけるピン2の植設は、成形型1の屈曲部11および
その前後に直径1mm程度の穴12を軸方向および円周
方向に所定配列で多数形成し、その穴12に巻付けられ
る繊維と同材質(炭化珪素繊維)の太径(直径:約0.
14mm)の繊維を差し込めるだけ(7〜8本程度)差
し込み接着剤で固定し、そして突出長さを巻付け繊維厚
みと同程度に調整することにより行った。
【0016】かかるピン2が植設された成形型1を用い
てフィラメント・ワインディング法により炭化珪素繊維
に有機珪素ポリマーを含浸させながら約5mmの厚さで
繊維の巻付けを行った。この場合、成形型1の屈曲部1
1およびその前後に前述のようにピン2が植設されてい
るために、屈曲部11およびその前後においては巻付け
られる繊維がピン2に捕捉され、巻付けられた繊維が屈
曲部11の斜面に沿って滑り落ちることがなく、所望厚
さで巻付けることができる。すなわち、均一に所望厚さ
で巻付けられた繊維プリフォームが得られる。
【0017】得られた含浸材付繊維プリフォームを約2
00℃で加熱・乾燥させ、含浸材を固化させた。しかる
のち、成形型1を分解して離型し、繊維プリフォーム単
体を採取した。なお、前記加熱により成形型1に植設さ
れているピン2を固定している接着剤が分解・離散し、
繊維プリフォーム単体はピン2が突き刺さった状態で離
型された。そして、ピン2の繊維プリフォームの内外面
から突出した部分のみを切除した。これは、ピン2の繊
維プリフォーム内に残存した部分を繊維プリフォームの
剪断強度を高める繊維とするためである。
【0018】しかして、この繊維プリフォームにマトリ
ックス前駆体ポリマー溶液を含浸・転化することにより
複合化し、ガスタービン用繊維強化複合材料製燃焼器ラ
イナとした。すなわち、複合材ライナとした。
【0019】 このように、この参考例によれば、成形
型1の屈曲部11およびその前後にピン2を植設して繊
維を巻付けるようにしているので、屈曲部11の形状如
何にかかわらず繊維に滑りを生じさせることなく巻付け
ることができる。また、巻付けに使用した繊維と同材質
のピン2が繊維プリフォーム内に残存しているので、得
られた成形品の剪断強度が増大される。
【0020】 なお、この参考例において、図2に示す
ように、成形型1の所望位置に孔明け用部材13を植設
して繊維の巻付けを行えば、成形型1の離型と同時に所
望位置に所定の孔径の孔を有する繊維プリフォームを成
形できる。この場合、繊維を切断することなく孔明けが
なされるので、孔明けに伴う繊維プリフォームの特性劣
化は生じない。
【0021】 実施の形態 図3に概略図で示すような装置(以下、加熱式巻付け装
置という)Hを用いてフィラメント・ワインディング法
により分割構造のアルミニウム合金からなるガスタービ
ンの燃焼器ライナ用成形型3の外面に繊維5を巻付け、
繊維プリフォームを作製した。なお、図3において成形
型3は作図の便宜上、簡略化して描かれている。
【0022】この加熱式巻付け装置Hは、上流工程に設
けられた浸漬装置Gによりマトリックス前駆体ポリマー
M溶液が含浸された繊維5を成形型3に成形型3を回転
かつ軸方向に移動させながら巻付ける際に、その巻付け
部32を加熱手段4により加熱しながら繊維5を巻付け
るものである。
【0023】この加熱手段4は、例えばハロゲンランプ
41とされ、そしてこの加熱手段4により繊維5は約2
00℃に加熱されながら巻付けられる。この加熱のた
め、巻付けられた繊維5に含浸されているマトリックス
前駆体ポリマーMは繊維5が巻付けられた直後に成形型
3外面上あるいは繊維5,5間で乾燥・固化するので、
巻付け直後に剛性のある繊維ポリマーの複合成形体が得
られる。
【0024】 しかして、この加熱式巻付け装置Hによ
り所定の厚さまで繊維5を巻付け、参考例と同様にして
複合化を行い、ガスタービン用繊維強化複合材料製燃焼
器ライナとした。すなわち、複合材ライナとした。
【0025】 このように、この実施の形態によれ
ば、成形型3の繊維5が巻付けられる部分(巻付け部3
2)を加熱しながら繊維5を巻付けているので、巻付け
と同時に繊維5が乾燥・固化するため屈曲部31の形状
如何にかかわらず繊維に滑りを生じさせることなく巻付
けることができる。
【0026】 なお、この実施の形態においても参考
と同様に、成形型に孔明け用部材を植設しておけば、
孔を有する繊維プリフォームを得ることができる。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば繊
維プリフォーム成形において、成形型の屈曲部の形状の
如何にかかわらず繊維に滑りを生じさせることなく巻付
けがなされるという優れた効果が得られる。
【0028】本発明の好ましい態様によれば、成形品を
成形型から離脱させると同時に、所望箇所に所望形状の
孔が形成されるので、孔明けを必要とする繊維プリフォ
ームの成形工程が短縮されるという優れた効果も得られ
る。また、孔明けの際に繊維を切断することがないの
で、孔明けに伴う成形品の品質の劣化は生じないという
効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例に用いられている成形型の概
略図である。
【図2】 参考例において孔明け部材が植設されている
成形型の概略図である。
【図3】 実施の形態に用いられている成形装置の概
略図である。
【符号の説明】
1 成形型 11 屈曲部 12 穴 13 孔明け用部材 2 ピン 3 成形型 31 屈曲部 32 巻付け部 4 加熱手段 41 ハロゲンランプ 5 繊維 H 加熱式巻付け装置 G 浸漬装置 M マトリックス前駆体ポリマー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B29K 105:08 (72)発明者 井頭 賢一郎 神戸市西区高塚台2丁目8番1号 川崎 重工業株式会社西神工場内 株式会社先 進材料利用ガスジェネレータ研究所西神 分室内 (56)参考文献 特開 平8−72156(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 70/00 - 70/88

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィラメント・ワインディング法を用い
    る繊維プリフォーム成形法であって、成形型の繊維が巻
    付けられる面を加熱しながら繊維を巻付けることを特徴
    とする繊維プリフォーム成形法。
  2. 【請求項2】 フィラメント・ワインディング法を用い
    る繊維プリフォーム成形法であって、繊維プリフォーム
    成形品に孔を形成する孔明け用部材を成形型に植設して
    から繊維を巻付けることを特徴とする請求項1記載の繊
    維プリフォーム成形法。
  3. 【請求項3】 フィラメント・ワインディング法を用い
    る繊維プリフォーム成形装置であって、成形型の繊維巻
    付け部を加熱する加熱手段を備えてなることを特徴とす
    る繊維プリフォーム成形装置。
  4. 【請求項4】 フィラメント・ワインディング法を用い
    る繊維プリフォーム成形装置であって、繊維プリフォー
    ム成形品に孔を形成する孔明け用部材が植設されている
    成形型を用いることを特徴とする請求項3記載の繊維プ
    リフォーム成形装置。
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