JP4705175B2 - 複合材料コネクティングロッドの作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料コネクティングロッドの作製方法に関する。

例えば、マンドレルの周りにフィラメントを巻き付けて得られる、あるいは実際には繊維織物の層を巻き付けて得られる、複合材料の中空体を含むコネクティングロッドが知られている。

中空体の厚みは、フィラメント又は層を適当な回数巻き付けることによって得られる。

中空体が層を積み重ねて作られている複合材料コネクティングロッドも知られている。現行技術は以下の特許文献：米国特許第５７９８０１３号、ドイツ国特許第２０１１９２８７号、欧州特許第０６７８６８１号、米国特許第５０３３５１４号、ドイツ国特許第３７２６３４０号に説明されている。

本発明の目的は、中空体の複合コネクティングロッドを製造する新規方法を提案することである。

この目的を達成するために、本発明は、互いに滑ることが可能なように重ね合わせて結合された複数の１次層から構成される複合繊維布帛から、対向する２つの縁部を有するパターンを切り抜く工程と、１次層が互いに滑って２つの縁部に面取り形状を付与するように、パターンをチューブに巻く工程と、面取り形状の縁部を重ね合わせて接合する工程とを含む、複合材料コネクティングロッドの作製方法を提供する。

このようにして、多層布帛の縁部と縁部を接合することによって、中空体のコネクティングロッドが得られる。面取りされた縁部を重ね合わせることによって、樹脂をコネクティングロッドに適用して重合した後で、引張及び圧縮において許容可能な強度をコネクティングロッドに付与するための、十分な強度を接合部に付与できる。

図１を参照すると、本発明の方法は、２つのフォーク１０３を有するチューブ本体１０２を含む完全な複合コネクティングロッド１００であって、２つのフォーク１０３のそれぞれが２つの対面する突出部１０４を備える、複合コネクティングロッド１００を得るためのものである。

図２に示す本発明の特定態様によれば、最初の工程は、繊維布帛、この例では炭素繊維布帛から、パターン１１０を切り抜くことにあり、そのパターン１１０は、対向する２つの縁部１１２を有する中央部分１１１と、パターンの対称軸１１４の両側において、中央部分１１１の各端に２つの延長部を含む、中央部分１１１から突出する４つの延長部１１３を有する。

繊維布帛は、複数の１次層を結合するために、ある１次層から他の１次層へ延在する縦糸繊維によって相互に繋がれた横糸繊維を有する複数の１次層を含んでなる、いわゆる「２．５Ｄ」織りから得ることが好ましい。そのように１次層の間を結合することにより、１次層を互いに固定することを可能にしつつ、パターンを成形しているときに１次層間における相対的な滑りも可能にする。

この点において、好ましい布帛は特許文献のフランス国特許第２７５９０９６号に記載の布帛であり、図６を参照して以下説明される。この布帛は、以下によって構成される基本織りを含む。

・第１に、布帛の厚さ方向Ｅにそれぞれ延在する少なくとも８つの列Ｃ１〜Ｃ８にまとめられており、かつ、所定ピッチＰで間隔が空けられた、少なくとも３本の重なり合う横糸繊維を有する列Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８と、同じピッチＰで間隔が空けられた、少なくとも４本の重なり合う横糸繊維を有する列Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７との間で交互する互い違いの配置で配設されている、少なくとも２８本の横糸繊維１〜２８であって、少なくとも７つの１次層Ｎ１〜Ｎ７を画定するように延在する少なくとも２８本の横糸繊維１〜２８。

・第２に、横糸繊維方向にオフセットしている少なくとも４つの平行な面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に配設されている、少なくとも１２本の縦糸繊維２９〜４０であって、各面が、これらの面のそれぞれに次のように配置された３本の重なり合う平行な縦糸繊維を含む。

・第１の縦糸繊維（番号がそれぞれ２９、３２、３５、３８）は、４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の最上部の横糸繊維（１、８、１５、２２）を、先の列から少なくとも２ピッチＰ分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ５、Ｃ７、Ｃ１、Ｃ３）の中間上部の横糸繊維（１６、２３、２、９）と繋ぐ。第１の縦糸繊維は、最初の列から少なくとも４ピッチＰ分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の上端の横糸繊維（１、８、１５、２２）の上に戻る。

・第２の縦糸繊維（番号がそれぞれ３０、３３、３６、３９）は、４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間上部の横糸繊維（２、９、１６、２３）を、先の列から少なくとも２ピッチＰ分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ５、Ｃ７、Ｃ１、Ｃ３）の中間下部の横糸繊維（１７、２４、３、１０）と繋ぐ。第２の縦糸繊維は、最初の列から少なくとも４ピッチＰ分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間上部の横糸繊維（２、９、１６、２３）の上に戻る。

・第３の縦糸繊維（番号がそれぞれ３１、３４、３７、４０）は、４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間下部の横糸繊維（３、１０、１７、２４）を、先の列から少なくとも２ピッチＰ分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ５、Ｃ７、Ｃ１、Ｃ３）の最下部の横糸繊維（１８、２５、４、１１）と繋ぐ。第３の縦糸繊維は、最初の列から少なくとも４ピッチＰ分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間下部の横糸繊維（３、１０、１７、２４）の上に戻る。

平行な縦糸繊維（２９、３０、３１；３２、３３、３４；３５、３６、３７；３８、３９、４０）の位置は、ある面から他の面に１ピッチＰ分長手方向にオフセットしている。連続線は面Ｐ１の縦糸繊維２９、３０、３１を表し、短い破線は面Ｐ２の縦糸繊維３２、３３、３４を表し、１点鎖線は面Ｐ３の縦糸繊維３５、３６、３７を表し、最後に長い破線は面Ｐ４の縦糸繊維３８、３９、４０を表す。オフセットが特にはっきりと確認できる。

図２に戻ると、パターン１１０は、横糸繊維がパターン１１０の対称軸１１４に沿って延在するように、布帛から切り抜かれる。

本発明の特定態様によれば、次にパターン１１０を巻き上げて、その縁部１１２を互いに近づけることによってチューブを形成する。図３に線図で示すように、縁部が面取りされた形状となるように布帛の層は互いに滑り、このとき滑り量は対称軸１１４においてゼロで縁部１１２に近傍において最大である。

次に縁部１１２を互いに当てて配置する。得られるチューブの厚さが接合区域で実質的に一定であるように、縁部１１２の一方の端面がパターン１１０の内面にもたれていることが好ましい。

この例では縁部１１２は平行でないため、円錐形のチューブ状部分が得られる。しかしながら、平行な縁部１１２を有するパターン１１０を切断することによって同様の方法で円筒形のチューブ状部分を得ることが可能である。

本発明の特定態様によれば、図４に示すように、横糸繊維によって形成された１次層を分離するために、縦糸繊維が延長部１１３の端部から取り除かれる。こうして、互いに間隔を空けることが可能な１次層Ｎ１〜Ｎ７（真横から見たところ、太線によって表される）が作られる。中間層１１６（細線によって表され１つの中間層のみが参照番号を付されている）は、中間層１１６を構成する繊維が、斜めに、好ましくは１次層Ｎ１〜Ｎ７を構成する横糸繊維に対して４５度の角度で延在するように、隣り合った１次層の間に挿入されている。

中間層１１６は、端部の厚さを一定かつ布帛の厚さの実質的に２倍にするために、延長部１１３の厚さを徐々に変化させるような方法で配設されることが好ましい。このようにするために、延長部１１３の中央からの距離の増加に伴って長さの増加する中間層１１６が挿入される。

次に、延長部１１３の端部を補強するために、１次層Ｎ１〜Ｎ７及び中間層１１６を横断して横断繊維１１７を導入する（図中、横断繊維は点線で表され、それらの１つのみが参照番号を有する）。こうして、特に強くてこれらの層が互いに滑ることを防止する３次元構造がその端部に付与される。横断繊維は縫うことによって挿入されることが好ましい。

中間層を取り付けたパターンはマンドレル（不図示）上で成形される。その後、従来の樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）法を用いて、樹脂をパターンの繊維及び中間層の繊維の間に拡散する。

このようにして、重なり合った縁部１１２は樹脂によって結合される。重なり合った面取り面は、接合部（図１に見られる）が非常に強く、その接合部によってコネクティングロッドが引張及び圧縮の両方の応力に耐えるのに適したものとなるように、２つの縁部１１２の間により大きな結合領域を提供する。

こうして、両端に延長部によって形成された、厚みの増した２つのアームを有する強いチューブ本体が製造され、そのアームは対になって互いに対面して延在する。次に、アームを突出部１０４に変形するために、アームを切断して成形しそれらに穴を開けることが残っている。こうして、全体が複合材料で作られた図１に示すコネクティングロッドが製造される。

好ましくは、そして図５に示すように、突出部はそれぞれ一対のリング１２０を備え、各対は、突出部１０４のうち１つの穴の中に延在する円筒部分１２２及び突出部１０４の側面の１つに接して延在するカラー１２３を有する第１のリング１２１と、第１のリング１２１の円筒部分１２２の内側で密接して延在する円筒部分１２６及び円筒部分１２２の端部にもたれているカラー１２７を有する第２のリング１２５とを含む。その円筒部分１２２の長さは、突出部がカラー１２３及び１２７の間で軽く締め付けられるように、突出部の幅１０４よりもごく僅かに短いことが好ましい。

そのようなコネクティングロッドは、着陸装置用の折り畳み式支柱又はステーを構成するために有利に使用される。本発明のコネクティングロッドがこのような用途で有利に使用できるように、そのような支柱は、ヒンジで連結されており本質的に引張及び圧縮において作動する、２つのコネクティングロッド要素を含む。加えて、そのような支柱又はステーは、例えばタイヤによって跳ね上げられた石からの衝撃に耐えることも可能であることが知られている。使用される「２．５Ｄ」布帛は、その高い耐衝撃性及び耐剥離性について特に周知である。

このような寸法取りは、金属支柱又はステーと比較して重量の節約が顕著であることを示す。その上、製造時間も非常に短縮される。

本発明は上記記載に制限されない。逆に、本発明は特許請求の範囲の定める範囲内にある任意の変形を含む。

特に、図６を参照して特定の布帛の使用を説明したが、より多数の１次層を有する同様の布帛を使用することも可能であり、あるいは実際には、１次層が互いに滑ることが可能な他の布帛を使用することも可能である。そのような布帛は、１次層を重ね合わせてそれらを緩く縫い合わせることによって得ることが可能である。

縁部と縁部の接合を補強するために、重合の前に２つの縁部を縫い合わせることも可能である。

本発明の方法により得られるコネクティングロッドの斜視図である。 本発明のコネクティングロッドを作製するための切り抜きパターンの正面図である。 図１のコネクティングロッドの本体を通る線III−IIIの横断面である。 真横から見たときの図１のパターンの部分図である。 図１の線V−Vの横断面図である。 本発明の方法を実施する際に使用するのに適した、結合された複数の層を含む布帛の線図である。

Claims (9)

1. 互いに滑ることが可能なように重ね合わせて結合された複数の１次層（Ｎ１、．．．、Ｎ７）から構成される複合繊維布帛から、対向する２つの縁部（１１２）を有するパターン（１１０）を切り抜く工程と、前記１次層が互いに滑って前記２つの縁部に面取り形状を付与するように、前記パターンをチューブに巻く工程と、面取り形状の前記縁部を重ね合わせて接合する工程とを含む、複合材料コネクティングロッドの作製方法。
2. 前記パターンを、
   ・第１に、前記布帛の厚さ方向（Ｅ）にそれぞれ延在する少なくとも８つの列（Ｃ１〜Ｃ８）にまとめられており、かつ、所定ピッチ（Ｐ）で間隔が空けられた、少なくとも３本の重なり合う横糸繊維を有する列（Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８）と、同じピッチ（Ｐ）で間隔が空けられた、少なくとも４本の重なり合う横糸繊維を有する列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）との間で交互する互い違いの配置で配設されている、少なくとも２８本の横糸繊維（１〜２８）であって、少なくとも７つの１次層（Ｎ１〜Ｎ７）を画定するように延在する少なくとも２８本の横糸繊維（１〜２８）と、
   ・第２に、前記横糸繊維方向にオフセットしている少なくとも４つの平行な面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に配設されている、少なくとも１２本の縦糸繊維（２９〜４０）であって、各面が、これらの面のそれぞれに次のように配置された３本の重なり合う平行な縦糸繊維、すなわち
   ・４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の最上部の横糸繊維（１、８、１５、２２）を、先の列から少なくとも２ピッチ（Ｐ）分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ５、Ｃ７、Ｃ１、Ｃ３）の中間上部の横糸繊維（１６、２３、２、９）と繋ぎ、最初の列から少なくとも４ピッチ（Ｐ）分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の上端の横糸繊維（１、８、１５、２２）の上に戻る、第１の縦糸繊維（番号がそれぞれ２９、３２、３５、３８）と、
   ・４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間上部の横糸繊維（２、９、１６、２３）を、先の列から少なくとも２ピッチ（Ｐ）分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ５、Ｃ７、Ｃ１、Ｃ３）の中間下部の横糸繊維（１７、２４、３、１０）と繋ぎ、最初の列から少なくとも４ピッチ（Ｐ）分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間上部の横糸繊維（２、９、１６、２３）の上に戻る、第２の縦糸繊維（番号がそれぞれ３０、３３、３６、３９）と、
   ・４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間下部の横糸繊維（３、１０、１７、２４）を、先の列から少なくとも２ピッチ（Ｐ）分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ５、Ｃ７、Ｃ１、Ｃ３）の最下部の横糸繊維（１８、２５、４、１１）と繋ぎ、最初の列から少なくとも４ピッチ（Ｐ）分間隔の空いた４つの横糸繊維列（Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７）の中間下部の横糸繊維（３、１０、１７、２４）の上に戻る、第３の縦糸繊維（番号がそれぞれ３１、３４、３７、４０）と、
   を含み、平行な縦糸繊維（２９、３０、３１；３２、３３、３４；３５、３６、３７；３８、３９、４０）の位置が、ある面から他の面に１ピッチ（Ｐ）分長手方向にオフセットしている、少なくとも１２本の縦糸繊維（２９〜４０）と
   から構成される基本織りを含む布帛から切り抜く、請求項１に記載の方法。
3. 前記パターンが対称軸（１１４）を有し、前記１次層が、前記対称軸に沿って延在する横糸繊維を有するように、前記パターンを前記布帛から切り抜く、請求項２に記載の方法。
4. 前記パターンをチューブに形成したときに対面することになる少なくとも２つの延長部（１１３）を有するように、前記パターンを切り抜く、請求項１に記載の方法。
5. 前記延長部における前記１次層（Ｎ１、．．．、Ｎ７）を互いに分離させ、複合繊維布帛の中間層（１１６）を前記１次層の間に滑り込ませる、請求項４に記載の方法。
6. 前記中間層が、前記延長部において前記１次層を形成する横糸繊維に対して斜めに配向した繊維を有する、請求項５に記載の方法。
7. 前記１次層及び前記中間層を通して横断繊維（１１７）を挿入する、請求項５に記載の方法。
8. 樹脂を注入し重合した後に、前記延長部に穴を開けて、連結フォークの突出部（１０４）を形成する、請求項５に記載の方法。
9. 開けられた前記穴にリングの対（１２０）を取り付ける、請求項８に記載の方法。

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