JPH02289472A - 熱構造用複合材料パーツの製造に用いられる複数のエレメントを結合する方法 - Google Patents

熱構造用複合材料パーツの製造に用いられる複数のエレメントを結合する方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱構造の複合材料パーツの製造に際して構成す
るエレメントを結合する方法に関する。
（従来の技術〕 熱構造の複合材料は基本的にそのコアーとしてマトリッ
クスによって圧縮された繊維強化組織体を含んで成り、
強化組織体の繊維およびマトリックス材料は高温で優れ
た機械的物性を必要とする応用に対して満足するように
選択される。熱構造の複合材料の典型的例はカーボン・
カーボン材料（炭素繊維強化組織体と炭素マトリックス
）、カーボン・セラミック　（炭素繊維強化構造物と例
えば炭化珪素であるセラミックマトリックス）およびセ
ラミック・セラミック（セラミック繊維強化構造物とセ
ラミックマトリックス）を含む。
幾つかの応用分野、特に宇宙および航空分野において、
熱構造の複合材料から作られた大型のパーツに対して常
に増加する需要がある。例えば宇宙船の構造パーツを形
成する剛直化したウェブ組立体の場合がある。
〔発明が解決しようとする課題］ 幾つかの個別に作られたパーツを最終的には機械的手段
又は接着によって組立てることによって大型のパーツを
作ることを計画することができる。
しかしながら熱構造の複合材料から作られて予め二次加
工された複数のエレメントを組合わす公知の方法は実際
に行うことが困難であるかあるいは完全な満足を与えな
い。
１つの解決策は、複数の強化組織体を個別に作り、これ
ら個別の強化組織体を何等かの方法で前以って圧縮した
後に複数の強化組織体のエレメントを組合わせ、組合わ
された複数のエレメントのコアーにマトリックス材料で
同時に圧縮することから成る。強化組織体の複数のエレ
メントはそれらを単に相互接触するようにした上で、ツ
ールを用いてその接触を保たせている。強化組織体の複
数のエレメント間の連結はこれらエレメントの多孔性構
造体のコアー内へのマトリックス材料の浸透によって得
られる。この浸透は例えば公知の薬品蒸気蒸着法によっ
て行うことができる。
この浸透によって行うタイプの結合は、マトリックス材
料によって効果的な結合を得るために、大きな接触面積
を必要とし、製造中および使用時に常に凝・縮ロスを生
ずる危険を有する。
本発明の目的は、従来技術の方法の問題点を有するする
ことなく、大型の熱構造の複合材料パーツを製造するこ
とを可能にする方法を提供することにある。
より詳しくは、本発明の目的は、複数の強化組織体のエ
レメントの相互の接触面積が小さい時でさえ、得られた
パーツに凝１ｉｆＯスの危険がないように、前以って組
合わされた複数の強化組織体のエレメントを共圧縮する
ことによって熱構造の複合材料パーツを製造する方法を
提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の前記目的は強化組織体で作られた複数のエレメ
ント間の構造上の連結が繊維組織体を有する少なくとも
１個の結合手段によって得られ、その結合手段を前記複
数の強化組織体のエレメントの少なくとも１つに形成さ
れる対応する収容部分の形状に一致させるために、前記
収容部分に係合される前に前記結合手段を圧縮し、この
前以って与えられた圧縮を無くすことによって結合手段
の繊維組織体を緩和させ、それによって結合手段を収容
部分に固定することによって達成される。
マトリックスによって共圧縮するに先立って複数の強化
組織体を前以って効果的に組合わせることが結合手段の
その対応する収容部分−・の固定を確実にし、パーツの
圧縮工程における凝集ロスを防ぐように作用する。この
固定効果が、結合手段を含む強化組織体を形成する多孔
性の複数のエレメントの孔の中へのマトリックス材料の
浸透によって生ずる結合と併用される。この事が、パー
ツが用いられた時に事実上凝縮ロスの危険を解消する効
果的な連結を保証し、且つ強化組織体の前取って組合わ
された複数のエレメント間の接触面積を小面積にとどめ
るのを可能にする。
結合手段を、組合わされることになる強化組織体の複数
のエレメント内に形成される所定の収容部分に係合され
る繊維組織体の合わせピンの形態にすることができる。
この他に、前記結合手段を組合わされることになる複数
の強化＆ＩＩ織体のエレメント中の片方の部分に形成す
ることができる。
強化組織体のエレメントを形成する繊維と結合手段の繊
維組織体を形成する繊維が炭素、セラミックあるいは熱
効果（例えば膨張）に関して互いに両立し得る材料のよ
うな原料から作られる。
結合手段の圧縮は、対応する収容部分内に結合手段が挿
入される迄、その中に結合手段が保たれるツールを用い
て達成することができる。
この他に、結合手段は、結合手段を圧縮された状態に保
つために、結合手段の繊維組織体の複数の繊維の中に接
合剤を含浸させることによって、圧縮された状態に維持
することができる。含浸される物質としては、対応する
収容部分に圧縮されて且つ含浸された結合手段が挿入さ
れた後に、結合手段の繊維組織体の緩和を可能にするた
めに除去されるか柔らかくされるものが用いられる。
〔実施例〕
添付図面を参照した非限定で示す下記実施例の説明によ
り本発明は容易に理解されよう。
−船釣に言えば、本発明は複合製品パーツを製造するの
に用いることができる。この複合製品パーツの強化組織
体は複数個の個別エレメントから製造することができ、
その後個別エレメントは組合わされて最終のパーツを得
るために同時に圧縮される。
第１図から第５図に図示した例では、製造される複合製
品パーツは強化組織体である２枚の板状ニレメン）　１
１　、１２を組合わせることによって形成された強化！
ＩＩ織体を圧縮することによって得られる（第１図）。
目的とする用途に必要とされる性質をパーツに与えるた
めに、公知のタイプの繊維強化組織体をニレメン目１，
１２を形成する複合材料に対して用いることができる。
したがって、エレメント１１．１２は複数の層を例えば
重ね合わせることによって形成された同じ繊維組織体か
ら作ることができる。この繊維組織体として、互いに結
合されていない材料の複数の層（二次元組織体。
２０）、複数の層に対して例えば横方向に複数本の糸を
植付けることによって相互結合されたもの、あるいは複
数の層をニードルパンチ加工したもの（三次元組織体、
３Ｄ）を用いることができる。作られることになるパー
ツの形状に応じて、それぞれのニレメン１−１１．１２
は複雑に変わった形状、例えば断面形状の異なるものを
用いることができる。
それぞれのエレメントｉｉ　、　１２は繊維組織体に樹
脂を含浸させることによって適切な形態を維持させるこ
とができる。樹脂としては例えばマトリックスの浸透の
前あるいは浸透中に除去することができるもの、あるい
はマトリックスの材料と両立する残分を外すことができ
るものが選ばれる。
ある場合には、薬品蒸気蒸着あるいは液体浸透によって
付着することができるように選択されたマトリックス材
料を用いて圧縮するか、弱く圧縮するとよい。
ニレメン目１，１２の構造上の組合わせは、好ましくは
幾本かの合わせピン１３によって行われる。
この合わせピン１３は、製造されるパーツの完全な強化
組織体を作るために互いに接触する板状ニレメン）１１
．１２の一部分の所定な位置に形成された孔１４　、１
５によって形成される収容部分に挿入して固定される。
孔の高さにおいて、適切な保持を維持するために、エレ
メント１１　、１２が好ましくは含浸された２ＤＩＪｔ
織体、３Ｄ組ｍ体、より好ましくはニードルパンチ加工
された３０ｍ織体であるとよい。説明を節単にするため
に、１個の合わせピン１３と孔１４　、１５に対応する
１つの組合体を図示する０例えば第１図に示すように、
板状エレメント１２の板状エレメント１１から見て反対
側の面の孔１５の端部にくぼみ１５ａが形成される。
第２図に示すように、合わせピンは例えば３Ｄ織繊維織
体の板１６からツール１７を用いて円柱体を切り出すこ
とによって得ることができる。円柱体の長さし、すなわ
ちプレー）１６の厚さは板状エレメント１，１２を合わ
せた厚さ、すなわち孔１４と孔１５によって形成される
長さより僅かに大きい。一方円柱体の直径は孔１４　、
１５の直径より大きく、且つくぼみ１５ａの位置におけ
る孔１５の最大直径と少なくとも同じである。
切り出された後に、合わせピンは外周から圧縮されて、
その内径が孔１４　、１５の内径と実質的に等しい管１
８の中にはめられる。管１８は組合わされた板状ニレメ
ン目１　、１２の孔１４　、１５に同軸に位置決めされ
、その結果合わせピン１３は管１８内で案内され、且つ
合わせピン１３の端部１３ａに対して押付力を与えるピ
ストン１９を用いて孔１４゜１５の中に挿入される。
合わせピンの挿入は例えば板状エレメント１１の側から
行われ、合わせピン１３のピストン１９と係合する側の
端部と反対側の端部１３ｂが板状ニレメン）１２の外側
面の位置に達する迄行われる。
管１８を外した後の合わせピン１３の形状の例を第４図
に示す。合わせピン１３の繊維組織体に加えられ、現在
は解除されている管１８の圧縮効果が、孔１５のくぼみ
部を占めている合わせピン１３の端部１３ｂと、合わせ
ピン１３の長さしを板状エレメント１１　、１２の厚さ
の合計より大きくすることによって形成される板状ニレ
メン１−１１の外側表面上のヘッドを緩和される。合わ
せピン１３の先太の端部１３ｂと合わせピン１３のヘッ
ド１３ａが孔１４　、１５内へ合わせピン１３を固定す
る効果を与え、強化組織体であるニレメンｌ−１１、１
２間に障害物を与えることによって構造的連結を形成す
る。
合わせピン１３はその端部１３ａ、１３ｂ間では圧縮さ
れたま−で残る。
板状ニレメン目１，１２が組合わされた後、合わせピン
１３と共に圧縮される。この圧縮は、例えば繊維組織体
の利用可能な孔の内側にマトリックス材料を薬品蒸気蒸
着させることによって行われる。強化ｍｍ体である２つ
のエレメントが構造的連結によって組合されているので
、圧縮工程中に完全な凝集を維持することが可能である
。第５図に示すように、マトリックスが加えられると、
板状ニレメンＨ１，１２および合わせピン１３の境界面
が密接しているために、マトリックスを構成する材料が
板状ニレメン日１．１２および合わせピン１３を相互に
接着させるのに役立つ。この接着が、合わせピン１３に
よって作られた機械的固定に組合わされて、凝集ロスに
対する高抵抗を具備した最終パーツを与えることになる
。圧縮処理後合わせピン１３の外側に突出するヘッド１
３ｅは機械加工によって除（。これとは別に、板状プレ
ート１１゜１２の厚さの合計に実質的に等しい長さの合
わせピンを用い、板状９°レー）１１の外側表面の孔１
４の端部にくぼみを形成してもよい。板状ニレ１フ１１
，１２間を連結する構造的結合は孔１４　、１５より大
きい外径を有するそれぞれの円錐体部分を合わせピンの
両側に合わせピンの膨張によって形成することによって
得られる。
他の実施例において、くぼみ無しの孔が作られ、７Ｌ１
４　、１５の外側に突出するそれぞれの端部に、繊維強
化ｍ繊体の膨張によってヘッドを形成することができる
のに充分な長さを有する合わせピン１３を用いる。この
場合の結合効果は合わせピンの両端部に形成され、板状
プレー）１１．１２の外側表面を押付ける２つのヘッド
によって作られる。
第６図に示す他の実施例において、板状ニレメン目ｌ、
１２に形成された孔１４　、１５は、板状エレメントの
外側面に大径部を有する円錐体である。例えば第３図に
示すようなタイプの手段を用いることによって軸線方向
に一直線に揃えられた孔１４゜１５に挿入された後、合
わせピン１３は孔１４　、１５の全ての容積を占め、板
状プレー）１１．１２を相互に固定する。
第８図および第１Ｏ図は合わせピンが板状ニレメン）　
１１　、１２の孔１４　、１５の内側に固定される前に
繊維組織体から作られた合わせピン１３を圧縮状態に保
つ別の方法を示す。
第２図に示すように、例えば３Ｄタイプの繊維組織体の
プレートを切り出すことによって得られた合わせピンは
、トリル加工によって作られるとよい円筒形スリーブ２
８の内側に導入される間に、その外周から圧縮される。
このように圧縮状態に保たれた合わせピン１３は、槽２
９に浸漬することによって樹脂が含浸される。
樹脂を含浸し、乾燥させた後、スリーブ２８は外され、
樹脂によって圧縮状態に保たれた合わせピン１３は孔１
４　、１５の中に導入される（第９図）。
含浸樹脂はマトリックスの浸透に先立って、除去される
ことが可能な性質、すなわち少なくとも柔らかくなる性
質に応じて選ばれる。樹脂の除去されることが可能な性
質又は柔らか（なる性質は圧縮効果を押さえる効果を有
しく第１θ図）、その結果第１図から第５図を参照した
前述の説明のように、繊維組織体の緩和によって合わせ
ピン１３はそれ自身を孔１４　、１５の中に固定する。
含浸される樹脂の除去されることが可能な性質又は柔ら
かくなる性質は化学処理又は温度を上げることによって
達成される。後者の場合には、マトリックス材料の浸透
を行う前に温度を上昇させると有利である。
板状ニレメン）　１１　、１２の圧縮処理に先立って、
現実に残留物の痕跡がないように熱処理によって除去さ
れる不安定樹脂から作られているものを用いることが好
ましい。軽化又は熱分解処理後に残留物を残す樹脂はそ
の残留物がマトリックス樹脂に適合する限り用いること
ができる。
前述とは別に、スリーブ２８内に圧縮された合わせピン
１３が、スリーブ２８を除去した後に合わせピンを圧縮
状態に保つように、冷却によって固化される液体に含浸
される。浸漬された液体が解けることが合わせピンがそ
の位置に配置された際に合わせピン１３の組織体を緩和
させる。
それぞれのパーツ２１　、２２に形成された円錐台形の
め（ら孔２４　、２５の中にそれぞれ導入された圧縮さ
れた状態で含浸されている合わせピン２３によって、強
化ＩＪｌ織体２１　、２２の２つのパーツを組合わせる
状態を第１１図および第１２図に示す。７Ｌ２４゜２５
の直径は孔の底に向がって増大し、その結果合わせピン
がその圧縮状態から緩和された時に、合わせピン２３は
２つのパーツ２１　、２２を一緒に固定する。
第１３図および第１４図は、強化組織体である２つのエ
レメント・間の結合手段が組合わされる２つのエレメン
トの少なくとも片方のエレメントの部分によって形成さ
れている本発明の他の実施例を示す。ここにおいて、複
合パーツは２つのニレメンＬ３Ｌ３２を組合わすことに
よって形成された繊維強化組織体の圧縮によって得られ
る。エレメント３１は、例えば、板状であるエレメント
３２に垂直に組合わせることができるように作られた板
状形状を有する。Ｍ１合わせはエレメント３１の一端に
形成された指状部分３３によって達成され、その指状部
分３３はエレメント３２に形成すれた孔の中に挿入する
ことができる。指状部分３３と孔３４は機械加工によっ
て得られる（図においては、説明を節単にするために、
１個の指状部分と１個の孔だけが示される）。この孔は
エレメント２２の厚さに応じて円錐台形の通し孔がめく
ら孔である。指状部分３３は圧縮された状態で孔３４の
中に挿入される。指状部分３３の直径は圧縮状態が解除
された時に指状部分が孔３４の全容積を満たすように選
ばれる（第１４図）。
組合わされた後に、エレメント３１　、３２は７１−　
’Ｊソックス料の薬品蒸気蒸着によって共圧縮される。
マトリックス材料が、指状部分３３によって与えられた
構造上の結合に組合わされる、エレメント３１　、３２
間の接着を行い、最終パーツがぐα実に必要な凝縮強度
を持つようにする。
第１５図に示した変形実施例では、その端部にくぼみ３
４ａを有する孔３４は円柱杖形状を有する。
指状部分の組織体をくぼみ３４ａの位置で片眼させるこ
とによって指状部分を孔の中に固定することができる。
指状部分の繊維組織体の緩和の後に、ニレメンｌ−３１
，３２の間の境界面にふくらみが形成されることを避け
るために指状部分３３の底部に首部３３ａが形成される
。
既に説明したように、剛性化されたウェブ構造体を形成
する熱構造用複合材料パーツの製造に特定の用途を本発
明は有する。
開化剤とウェブを構成しているパーツの部分に相当する
異なった形状のエレメント５１　、５１’　、　５２に
強化組織体が作られている。第１６図に示すように、繊
維強化組織体のそれぞれのエレメントが、ニレメン１−
５１　、５１’の端部に形成された指状部分５３　、５
３’によって規定された障害物を用いて指状部分５３．
５３’をエレメント５２に形成された孔５４に結合し、
指状部分５３をエレメント５１′に形成された孔５４′
に結合することによって、構造的に組合わされる。
繊維強化構造体の複数のエレメントの片方に一体に形成
されている代わりに、結合手段５３．５３’を別個の合
わせピン等の形状にして、組合わされることになるエレ
メントの所定の孔に挿入させてもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第５図は本発明の方法の第１実施例を示す、強
化組織体であるエレメントが組合わされた後圧縮される
ことによって熱構造用複合材料を製造する工程を段階的
にそれぞれ示す断面図であり、第６図および第７図は強
化組織体である２個のエレメントを組合わせるための他
の方法を示す断面図であり、第８図〜第１Ｏ図は結合手
段を圧縮し、結合手段を圧縮状態に保つ他の方法をそれ
ぞれ示す断面図であり、第１１図および第１２図は強化
ｔｌＩｌａ体である２個のエレメントを組合わせるため
のさらに他の方法をそれぞれ示す断面図であり、第１３
図および第１４図は本発明の第２実施例による熱構造用
材料パーツの製造における各工程をそれぞれ示す断面図
であり、第１５図は第１３図および第１４図に示した方
法の変形例を示す断面図であり、第１６図は剛性剤が設
けられたウェブの形状をした熱構造用複合材料パーツの
生産に用いられる本発明の方法の応用例を示す斜視図で
ある。 １１　、１２・・・板状エレメント、 １３　、２３−・・合わせピン、　　１３ａ、　１３ｂ
一端部、１４　、１５　、３４−・・孔、　　　　１５
　ａ　−＜ぼみ、■６・・・プレート、 １９・・・ピストン、 ２４　、２５・・・めくら孔、 ３３・・・指状部分、 １８・・・管、 ２１　、２２・・・パーツ、 ３１　、３２・・・エレメント、 ３３ａ・・・首部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、強化組織体で作られた複数のエレメント間の構造上
    の連結が繊維組織体を有する少なくとも１個の結合手段
    によって得られミ該結合手段を前記複数の強化組織体の
    エレメントの少なくとも１つに形成される対応する収容
    部分の形状に一致させるために、前記収容部分に係合さ
    れる前に前記結合手段を圧縮し、この前以って与えられ
    た圧縮を無くすことによって結合手段の繊維組織体を緩
    和させ、それによって結合手段を収容部分に固定し、そ
    の後前記強化組織体の複数のエレメントと前記結合手段
    が共圧縮されることを特徴とする前以って組合わされた
    強化組織体のエレメントを共圧縮することによって熱構
    造の複合材料パーツを製造する方法。 ２、前記結合手段が、組合わされることになる複数の強
    化組織体のエレメント内に形成された所定の収容部分内
    に係合される繊維組織体の合わせピンの形態である請求
    項１に記載の方法。 ３、組合わされることになる複数の強化組織体のエレメ
    ントに樹脂が含浸される請求項１に記載の方法。 ４、組合わされることになる複数の強化組織体のエレメ
    ントが、該複数のエレメントの共圧縮のために選ばれた
    マトリックス材料によって弱く圧縮される請求項１に記
    載の方法。 ５、前記結合手段が組合わされる複数の強化組織体のエ
    レメントの片方の部分から成る請求項１に記載の方法。 ６、前記結合手段の圧縮が、結合手段が対応する収容部
    分に収容される迄、その中に結合手段が保たれているツ
    ールを用いて行われる請求項１に記載の方法。 ７、前記結合手段が圧縮され、圧縮された状態で結合手
    段を維持するために結合手段の繊維組織体の複数の繊維
    を結合する物質に浸漬され、該浸漬用物質が、圧縮且つ
    浸漬された結合手段が対応する収容部分に挿入された後
    に、繊維組織体の緩和を可能にするために、除去される
    か柔らかくされることができる物質から成ることを特徴
    とする請求項１に記載の方法。
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