JPS63500952A - 多方向性枠を有する中空部品を完全に製造するためのチャック及びそのチャックを用いた該中空物品の製造方法 - Google Patents

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】 多方向性枠を有する中空部品を完全に製造するためのチェック及びそのチェック を用いた該中空物品の製造方法。

本発明は、少なくとも三つの異なった方向に伸びたワイヤー、糸又は繊維によっ て構成された枠を有する中空部品を完全に製造するためのチャック（ｃｈｕｃｋ ）に関する。

本発明はそのようなチャックにより、この種の中空部品を製造するための方法に も関する。

少なくとも三つの異なった方向に伸びているワイヤーからなる枠と、その枠を確 実に緻密化する充填材料によって構成された中空部品は現在特に重要になってい る。

「緻密化」とは、枠中の間隙を満たすことができる単−又は複数の操作で、その 密度を増加する効果を有する操作を意味するものと理解されたい、このように製 造された物品の価値は、全ての方向に対するそれらの機械的及び熱的強度特性に 大きく依存する。そのような物品は自動車及び航空機の分野で特によく用いられ 、例えばクラッチ及びブレーキ物品の製造及び自動車の燃焼室及びピストンの壁 を製造するのに用いられる。

そのような部品の製造については、Ｃｏ＋５ｍ１ｓｓａｒｉａｔ　ａ１’　Ｅｎ ｅｒｇｉｅ　Ａ　ｔｏｓ＋１ｑｕｅによって１９７７年９月２３日に出願された フランス特許第２，４０８，６７６号には、特に、製造される部品の大きさ及び その部品の枠を構成するワイヤーの密度の両方に関し、それによって与えられる かなりの可能性、及び製造が行なわれる容易さにより、特に興味のある方法が記 載されている。

この方法は、ポリウレタンを基にした発泡体又はフェノール系発泡体の如き、予 め穴をあけるか又はあけずに直接押し込むことにより針状体（ｐｒｏｎｇ）を取 り付けることができる材料から作られた支持体チャックを用いることに基づいて いる。最初の操作中、糸状織物材料を、例えば、硬化用樹脂を含浸させることに よって予め固くしたものから作られた針状体の列を、それら針状体の間にそれら の周囲を取り巻き且つ長手方向にあいた間隙（ｐａｓｓａｇｅ）を定めるように 前記支持体に取り付ける６次にそれら針状体の間に形成された間隙中にワイヤー 又は糸を編み込みながら巻き付けることによって周囲を取り巻き且つ長手方向に 付けていき、連続的に重なり合った層を形成するようにする。このようにして得 られた、ワイヤー又は糸を三つの異なった方向に編み合わせることによって構成 された構造体は、ある割合の空腔を有し、次にそれら空腔にフェノール系樹脂の 如き充填材料を導入する。約１７０℃に温度を上昇することにより樹脂を重合さ せ、それによって構造体が確実に堅固になり、その緻密化を完了することができ るようにする０次にチャックを機械的処理により除去する。

この方法は、その機械的性質により本質的に選択される支持体チャックを用いる ことに本質的に基づいている。

従って、それがつくられる材料は、部品の内側に満足すべき形状を確実に与え、 且つ取り付けられた針状体に良好な抵抗性を確実に与えるのに充分な堅さのもの でなければならないが、限定された力を用いて針状体を取り付けることができる のに充分な変形性をもたなけれればならない、この方法で従来用いられていた発 泡体は、樹脂の重合に相当して約１７０℃までの温度上昇に耐えること′　もで きなければならない、しかし、そのようなチャックを形成するために現在用いら れているポリウレタンを基にした発泡体及びフェノール系発泡体は、ある特別な 場合、構造体の緻密化中に到達するはるかに高い温度に耐えることはできない。

第一の特別の場合は、構造体の緻密化が、前記構造体に充填されるフェノール系 樹脂の如き高い熱分解残渣を生ずる樹脂の熱分解によって得られる方法に関する ０例えば、その樹脂の熱分解は約７００℃での熱処理を必要とし、それにはポリ ウレタン又はフェノール系発泡体チャックは耐えることはできない。

他の特別な場合は、高温（８００〜９００℃）で溶融するコールタールが、構造 体の緻密化を確実に行なわせるために用いられている方法に関する。

現在のチャックが前記方法を通して用いることができない第三の特別な場合は、 所謂炭素−炭素中空部品の製造に関し、その場合、構造体を構成する繊維及びそ の空腔を満たしてその緻密化を確実にする材料は、炭素によって構成されている 。従って、構造体を緻密化するのにどのような方法が用いられようとも、フェノ ール系発泡体又はポリウレタンを基にした発泡体のチャックが耐えることのでき る温度限界を充分越えて温度を上昇させることが常に必要である。このことは、 Ｃｏｍ＋＊１ｓｓａｒｉａｔ　ａ　Ｉ。

Ｅｎｅｒｇｉｅ　Ａ　ｔｏｍｉｑｕｅによって１９８１年１１月２６日に出願さ れたフランス特許第８，１２２，１６３号に特に例示されており、そこには炭素 −炭素部材を製造する場合に、約１１００℃までの温度上昇を必要とする緻密化 方法が特に記載されている。

Ｃｑｍｍｉｓｓａｒｉａｔ　ａ　ｌｏＥｎｅｒｇｉｅ　Ａ　ｔｏａ＋１ｑｕｅ及 び０ｆｆｉｃｅＮａｔｉｏｎａｌ　ｄ’　Ｅｔｕｄｅｓ　ｅｔ　ｄｅ　Ｒｅｃｈ ｅｒｃｈｅｓ　Ａｅｒｏｓｐａｔｉａｌｅｓによって１９８０年３月２８日に出 願されたフランス特許第２．４７９．１７３号も参照することができ、それによ れば部品、特に炭素−炭素型の緻密化は高温（６００〜９００℃）及び高圧でコ ールタールを注入することにより得られている。

今まで述べてきた全ての場合において、それらは明らかに何ら限定的なものでは ないが、針状体を取り付けて、それら針状体の間に形成された間隙中に繊維を編 み込んで巻き付ける操作を行なうために用いられるチャック上のｍ遺体を緻密化 することが現在不可能である。現在のところ針状体の機械的取り付けを可能にす るのに必要な機械的性質及び７００〜１１００℃以上の温度を可能にする適切な 熱的抵抗を有するチャックは存在していない。

このため緻密化工程中そのような温度に現在到達すると、発泡体チャックを機械 加工により取り除き、それをそのような温度に耐えることができる他の材料（例 えば金属）から作られたチャックに、緻密化を行なう前に置き代えることが標準 的なやり方である。

このようにその部品の製造中チャックを取り替えることが必要であると言うこと は、第一にコスト及び時間を増大することにより、第二に、部品と、緻密化中に 用いられるマンドレル（ｎ＋ａｎｄｒｅ　ｌ　）との間の膨張差から生ずること がある問題の如き、補助的な技術的問題が入ることにより、その方法にとって不 利益となっていることは直ちに明らかになることである。

本発明は、特にフランス特許第２，４０８，６７６号に記載されている方法を遂 行するのに必要な機械的性質及び、緻密化工程中温度上昇が７００℃を越えた温 度に達した時でさえ、同じチャックで完工程を行なうことができるようにする熱 的抵抗性の両方を有するチャックに関する。

従って、本発明はチャックの上に針状体を取り付け、それら針状体の間に形成さ れた間隙中に少なくとも二つの異なった方向に繊維を取り付け、次にこのように して得られたチャック上の構造体’ｔｍ密化することにより、中空部品を完全に 製造するためのチャックにおいて、そのチャックが少なくともその周辺領域で、 針状体の取り付は及び緻密化を可能にする圧縮強度、例えば、１〜５０Ｍ　Ｐ　 ａの圧縮強度を有する少なくとも一種類の材料によって構成されており、しかも 前記材料は少なくとも約７００℃の温度までその幾何学的一体性を維持している ことを特徴とするチャックを与えるものである。

好ましくは用いられる材料はシリカ又はアルミナの如き無機材料である。１１０ ０℃まで、及びそれをかなり越えた所までの温度上昇を可能にするシリカが好ま しい。

本発明の第一の具体例によれば、その材料は発泡体の形をしており、即ちそれは 例えば多孔質又は細胞状の構造をしている。もし製造される部品の形状によって 必要になるならば、チャックは、少なくとも二つの発泡体ブロックで、同じく　 少なくとも約７００℃の温度に耐えることができる固着剤（ｇｌｕｅ）によって それらフ゛ロックに結合された少なくとも一つの内部結合部材によって結合され た少なくとも二つの発泡体ブロックからなる。

本発明の他の具体例によれば、無機材料は、少なくとも約７００℃の温度に耐え ることができる固着剤によって内部支持体に結合される、フェルトの形になって いる。

本発明によるチャックは本質的に、その機械的特性が針状体の取り付は及び維持 を可能にすること及びそれが少なくとも約７００℃の温度に耐えることができる ことを特徴とする。このように、そのチャックは、フランス特許第２，４０８， ６７６号に記載された方法を行なうのに特に有利に用いることができ、その場合 、部品の枠を構成する構造体を緻密化する工程が７００℃に等しいか又はそれを 越える温度上昇を必要とする。しかしこの用途に限定されるものではなく、その ようなチャックは、緻密化工程が７００℃へ温度を上昇させることなく行なわれ る時でさえ、フランス特許第２，４０８，６７６号に記載された方法を遂行する ために用いることができることは容易に分かる。このことは特に、本発明による チャックがシリカから作られている場合に当てはまる。この材料のコストは、従 来用いられていたフェノール系発泡体のコストより充分低い。

本発明は、既知のやり方で、特にフランス特許第２．４０８，６７６号で知られ ているやり方で、チャック上に針状体を取り付け、それら針状体の間に少なくと も二つめ異なった方向に伸びている間隙を形成し、それら針状体の間に形成され た間隙中に繊維を取り付け、前記方向の各々の方向に交互に伸びている繊維の層 を形成し、そしてこのようにして得られた構造体を緻密化する諸工程からなる中 空部品の製造方法にも関する。

本発明によれば、この方法は、構造体を緻密化する工程が少なくとも約７００℃ の温度で行なわれた時、全ての工程が前記材料から作られた単一のチャックによ って行なわれ・ることを特徴とする。

チャック上に針状体を固定即ち取り付ける前に、機械的加工又は、チャックを構 成する材料がフェルトの形をしている場合には成形によって、チャックを希望の 形にする。

本発明を実施するある実施例を次に記載するが、それは例示のためであって、本 発明を何等限定するものではない。

少なくとも三つの異なった方向に伸びているワイヤー、糸又は繊維の枠を有する 中空部品の製造方法は、従って、その製造中温度が７００℃以上まで上昇する時 でさえ、部品の製造が単一のチャック上で全部行なわれることを特徴とする。

既知のやり方で、この方法の第一段階は、チャックの周辺領域に、例えば約１５ ｍｍの深さに針状体を取り付けることからなり、それら針状体は好ましくは与え られた長さ及び直径を有する繊維のワイヤーで、熱硬化性樹脂を予め含浸させる ことにより、特に固化されているワイヤーによって構成されている。針状体の取 り付けは、チャックに直接又は予め穴を開けた後、行なわれる０両方の場合共、 取り付けを行なうために針状体に加えられる力は限定されており、特に小さな系 の針状体の場合には、限定されている。

針状体は与えられた網目状系に従ってチャック上に取り付けられ、それらの間に 少なくとも二つの異なった方向に間隙を形成するようにする。製造される部品が 回転部材である場合、針状体は通常径方向に取り付けられ、それらの間に長手方 向の間隙及び周囲を取り巻く間隙を形成するようにする。

本方法の第二工程中、このようにして針状体の間に形成された間隙中に、それら 間隙によって定められた方向に交互に配向された一本以上の繊維の層が交互に配 列される。回転部材を製造する特別な場合には、繊維の層は、針状体の間に形成 された長手方向の間隙及び周囲を取り巻く間隙中に交互に置かれる。これら操作 を行なうことを可能にする機械は、フランス特許第２，３１５，５６２号に詳細 に記載されている。これらの操作中、針状体は、それらの配列が糸の取り付けを 妨げる程変形しないように、チャックによって充分堅固に保たれなければならな いことに注意すべきである。

針状体を構成する繊維又はワイヤー又は糸は、針状体の間に形成された間隙中に 置かれる繊維、ワイヤー又は糸等と同じように、単繊維スライバー（ｓｌｉｖｅ ｒ＞等でもよい、更に製造される部品の目的用途の機能により、それらワイヤー は黒鉛、炭素、ガラス、シリカ、ポリアミド、ポリイミド、等でもよい。

針状体の間に形成された間隙中に満足すべき数の繊維を置くと、チャックの周り には、少なくとも三つの異なった方向に伸びている繊維によって構成され、製造 しようとする部品の枠を形成する構造体が形成される。この構造体は、繊維の網 の形をしており、それらの間にその構造体の厚さ全体に亘って分布したすき間或 は空腔が形成されている。

緻密化と呼ばれる本方法の最後の段階は、それら構造体のすき間或は空腔を満た し、密度を増大し、それを堅固にする働きをする。

製造される部品の機能として、この緻密化工程は、温度上昇を必要とし、それは いろいろと変えることができる０例えば、緻密化が樹脂を構造体中に注入し、次 にその樹脂を重合することによって行なわれる場合には、温度は約１５０℃を越 えない。

しかし、緻密化工程がフェノール系樹脂の熱分解を必要とする場合には、温度は 約７００℃まで上昇する。同じやり方で、緻密化がコールタールを注入すること によって行なわれる場合には、その注入は高圧化で、６００〜９００℃の温度で 行なわれる。最後に緻密化が液体炭化水素、例えば、シクロヘキサンを構造体中 で熱分解することによって行なわれるならば、温度上昇は１０００〜１３００’ Ｃに達することがある。

本発明によれば、もし緻密化工程が、仮えぞの緻密化工程が高温度で行なわれる 場合でも、前に針状体が取り付けられ、連続的な層の形に繊維が付けられていた チャックから構造体を取り除くことなく行なわれるならば、チャックは相反する 機械的及び熱的抵抗条件を満足しなければならない。

第一に、針状体をチャックに取り付けそしてそれを固定することが満足なやり方 で行なうことができるようにするためには、その材料は、針状体を適所に維持す るのを確実にする圧縮強度σ　を持ち且つ取り付は中その幾何学的一体性を維持 ながら、その取り付けを可能にする充分な多孔性をもたなければならない。

実際に、この第一条件を満足する材料は、実験的やり方で決定される。このため に、約１＋ｏｍ径の鋼針状体を１０〜１５ｍ＋ａの深さに亘ってその材料中に取 り付け、それら針状体の間に非常にわずかな間隙（例えば、２〜３　ｍｍ）を残 すようにする０次に、それら針状体を引き抜き、チャックの材料がその幾何学的 一体性を維持するかどうかを確定する。

チャックを形成する材料の圧縮強度は、針状体の取り付けにより弱くなるにもか かわらず、一般に緻密化に伴う圧力増大にチャックが耐えることができるように 適切なものでなければならない。例えば緻密化は約７７０ｋＰａの圧力で行なわ れる。

これらの希望の良好な機械的強度特性を満足させるため、発泡体又はフェルトの 形になっている材料が好ましい。

チャックによって満たされる必要がある第二の条件は、それが少なくとも約７０ ０’Ｃの温度までその幾何学的一体性を維持しなければならないことである。

更に材料の密度ρは０．５より低いのが好ましく、問題の温度条件、即ち例えば 、Ｏ〜約７００℃の温度では膨張係数αは１００ｘ　１０−’／’Ｃより小さい のが好ましい。

最後にチャックの弾性係数Ｅと、緻密化中に達する最大温度（例えば７００℃） 及び周囲温度（即ち２０℃）との関係は、０．５を越えているのが好ましい。

これら条件を満足する材料の第一の群は、ある鉱物即ち無機発泡体、特にシリカ 発泡体からなる。これらの発泡体は電気融解により得られたガラス状シリカ（９ ９，５％以上のＳｉＯ２水準）から製造することができる。それらは次のように して製造される。スリップ中に化学灼熱発火剤を配合する０次にその混合物を注 型し、ブロックの形で加熱する。この形の発泡体は、特に、コトロニシス（Ｃｏ ｔｒｏｎｉｃｓ）社から“′発泡体３１０型１°“と言う名前で、ベスビアス（ Ｖｅｓｕｖｉｕｓ）社から゛グラスロック（Ｇ　Ｉａｓｓｒｏｃｋ）５０発泡体 ″と言う名前で市販されている。

これらシリカ発泡体の機械的強度特性は約８００℃まで改良され、約１１００℃ まで依然として用いることができる。

更に、それらの最終的密度は約０．５である。

シリカ発泡体はブロックの形をしており、チャックは機械加工、例えば回転部材 を製造する場合には、旋盤で機械加工することにより、それから直接作ることが できる。

製造しようとする部品の大きさ、特に長さが、利用できる発泡体ブロックの大き さを越えている場合には、二つ以上のブロックを端と端を続けて配置することに より、チャックを製造することができる。

しかしこれらのブロックは端と端を直接−緒に結合することが出来ないかも知れ ない。従って、用いられる接着剤も少なくとも約７００℃の温度に耐えることが できなければならない、しかしそのような接着剤はシリカ発泡体よりもはるかに 硬く、二つのブロックを分ける接合部の中心に針状体を取り付けることをできな くするであろう。

このため中心部の穴をブロックの各々に開け、その穴内に一つ以上の長手方向の 溝をつけ、次に別々のブロックを、その溝の中にビン又は鉤の形の結合部材を入 れることにより結合することが提案されている。それら結合部材も、シリカ発泡 体又は少なくとも約７００℃の温度に耐えることができる他の材料からつくるこ とができる。

それらのビンは、上記温度に耐えることができる固着剤又はセメントの助けを借 りて溝中に固定される。例えば、アルミナ材料及び無機結合剤によって構成され た固着剤を用いることができる。

次にチャックの外側の機械加工は、切断工具を使って、シリカブロックの材料を 取り除くことにより行なわれる。

針状体の取り付けが行なわれるチャックの周辺領域を製造するための本発明の他 の具体例として、フェルトの形の鉱物又は無機材料（シリカ、アルミナ等）を利 用する。

そのようなフェルトは、層の形で市販されており、それらの厚さは一般に６〜２ ５ｍｍ変動している。この材料は、尋物は湿っていて順応性があるが、約８０℃ で少なくとも４８時間通風下で加熱すると、硬くなり、その最初の形を維持する 。その時、その機械的及び熱的特性は、無機材料から作られた発泡体のものと同 じである。

本発明によれば、シリカ繊維及び無機結合剤、例えば水溶液中のコロイド状シリ カ又は珪酸塩の混合物によって構成されたフェルトを利用するのが好ましい。例 えば、カーレン（Ｋ　ｅｒｌａｎｅ）社から市販されているカーレンＨＤシート フェルトを、同じ会社から市販されている硬化剤Ｄ１５と共に用いることができ る。そのようなフェルトは、少なくとも１１００℃までの温度上昇を可能にする 。

無機結合剤を含浸させたアルミナ繊維から形成されたフェルトを使用することも できる。そのようなフェル１〜は約１６５０℃の温度に連続的に耐えることがで き、一時的には２０００℃に近い温度に耐えることができる。

実際には、フェルト層はその方法によって課せられた機械的及び熱的条件も満足 する材料から作られた内部支持体の上に置かれる。それは、特にセメント又は他 の耐火性構造材料でもよく、或は堅固な格子又は網でもよく、或は低膨張係数を 有するインパール鋼の如き材料から作られた他の金属支持体でもよい。

フェルトは、それが使用温度即ち、少なくとも約７００℃の温度に耐えられるよ うなやり方で選択された接着剤によって内部支持体に固定される。この目的のた め、約１６５０℃の温度に連続的に耐えることができるアルミナ材料及び無機結 合剤によって構成された接着剤を利用する。

シリカ発泡体と同様に、鉱物フェルトは、加熱後従来の機械的処理法により機械 加工し、チャックの外側に希望の形即ち形態を与えることができる。これは加圧 化での成形又はモールデングによって得ることもできる。実際に、フェルトはこ の種の成形によく適合する。

フェルトを用いる他の利点は、それが湿潤している時、非常に順応性があること である。大きくて複雑な幾何学的な形態のブロックを製造することもできる。特 に、回転対称をもたない部品の製造は、このやり方で製造されたチャックを用い ることにより促進される。更に、シリカフェルトを用いることにより、酸化性雲 囲気、特に空気中で作業することが可能になる。

最後にシリカフェルトを用いることにより、現在知られているチャックと比較し て、チャックのコストを著しく低下することができることに注意すべきである。

この特徴は、緻密化工程中の温度が、従来のポリウレタンを基にした又はフェノ ール系発泡体チャックを使用することを可能にする充分低い場合でさえ、そのよ うなチャックの使用を容認することができる。

上記例はシリカ発泡体又はシリカ又はアルミナフェルトの使用に限定されている 。何故ならシリカ及びアルミナは、チャックに課せられた機械的及び温度抵抗条 件を満たす発泡体及び又はフェルトの形で市販されている現在知られている材料 だからである。

しかし、本発明は、これらの材料に限定されるものではなく、緻密化に必要な少 なくとも７００℃の温度に対する抵抗及び機械的強度条件を満たす全ての材料又 は材料混合物に適用される。特に、黒鉛発泡体の如き発泡体或は、それぞれ不活 性雰囲気中で約１７００及び２２５０℃の温度に耐えることができる炭化珪素及 び炭化硼素フェルトの如きフェルトを用いることもできる。

結論として、本発明によるチャックの結果、緻密化工程が少なくとも７００℃の 温度で行なわれる場合でも、多方向性枠を用いた中空部品の製造に含まれる全て の操作を単一のチャックで行なうことが今度できるようになった。

ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ｒＦＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴ工０ＮＡＬ　Ｓ三ＡＲＣＨｌ’ｌ 三ＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．チャックの上に針状体を取り付け、それら針状体の間に形成された間隙中に 少なくとも二つの異なった方向にワイヤー又は繊維を取り付け、次にチャックの 上にこのようにして得られた構造体を緻密化することにより、中空部品を完全に 製造するためのチャックにおいて、前記チャックが、少なくともその周辺領域中 に、針状体の取り付け及び緻密化を可能にする圧縮強度をもつ少なくとも一つの 材料によって構成され、しかも前記材料が少なくとも７００℃の温度までその幾 何学的一体性を維持することを特徴とするチャック。
2. ２．材料が鉱物材料であることを特徴とする前記第１項に記載のチャック。
3. ３．鉱物材料がシリカであることを特徴とする前記第１項に記載のチャック。
4. ４．鉱物材料が発泡体の形をしていることを特徴とする前記第２項〜第３項のい ずれか１項に記載のチャック。
5. ５．少なくとも二つの発泡体ブロックで、少なくとも約７００℃の温度に耐える ことができる固着剤によってそれらブロックに結合されている少なくとも一つの 内部結合部材によって結合された発泡体ブロックからなることを特徴とする前記 第４項に記載のチャック。
6. ６．鉱物材料が少なくとも約７００℃の温度に耐えることができる固着剤によっ て一つの内部支持体に結合されたフエルトの形をしていることを特徴とする前記 第２項〜第３項のいずれか１項に記載のチャック。
7. ７．チャックに針状体を取り付け、それら針状体の間に少なくとも二つの異なっ た方向に伸びている間隙を形成し、それら針状体の間に形成された間隙中に糸を 付けて前記方向の各々の方向に交互に伸びている糸の層を形成し、そしてこのよ うにして得られた構造体を少なくとも約７００℃の温度で緻密化する諸工程から なる中空部品の製造方法において、全ての前記工程が前記第１項〜第６項のいず れか１項に従って得られた単一のチャックによって行なわれることを特徴とする 中空部品の製造方法。
8. ８．針状体の取り付け前に、チャックを機械加工してそれに希望の形を与えるこ とを特徴とする前記第７項に記載の方法。
9. ９．針状体の取り付け前に、チャックを成形してそれに希望の形を与えることを 特徴とする前記第７項〜第８項のいずれか１項に記載の方法。