(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料の環状部品を製造するためのプリフォーム製造方法であって、次の工程から成ることを特徴とする。：
楕円状断面のマンドレル（10）を提供すること；及び
スリーブ軸に対して垂直でない平面に沿って切断した後に環状部品（４）が、得られるような楕円状スリーブ（２）の形にプリフォームを作るためにマンドレル（10）上に繊維質材料のストリップ（１）を積層された層に巻き取ること。
【請求項２】
積層された層がニードリングによって互いに連結されたことを特徴とする請求の範囲１による方法。
【請求項３】
ストリップ（１）の幅の上に伸びているニードル板（５）を使って、それぞれの新しい層が、巻き取りと同時にニードリングされることを特徴とする請求の範囲２による方法。
【請求項４】
巻き取りとニードリングの工程中に、ニードル板（５）とマンドレル（10）との運動は、それらの接触の瞬間に、ニードル板のニードリング表面が、ニードリングされる巻き取り層に面している部位に対して接線方向にある平面にあるようにしたことを特徴とする請求の範囲３による方法。
【請求項５】
巻き取りとニードリングの工程中に、マンドレル（10）とニードル板（５）との運動が、外側巻き取り層の部位が、常に接触直線（Ｍ）の長さ方向に沿ってニードリング平面（Ｔ）に対して接線方向であるようにしたことを特徴とする請求の範囲４による方法。
【請求項６】
巻き取りとニードリングの工程中に、マンドレル（10）とニードル板（５）の運動が、ニードリング平面（Ｔ）における接触直線（Ｍ）の位置が往復運動で変位するようにしたことを特徴とする請求の範囲５による方法。
【請求項７】
巻き取りとニードリングの工程中に、ニードリング平面（Ｔ）における接触直線（Ｍ）の位置が固定されたままであって、マンドレルの軸（Ｓ）が楕円経路に沿って周期的に運動していることを特徴とする請求の範囲５による方法。
【請求項８】
巻き取りとニードリングの工程中に、マンドレル（10）は、外側巻き取り層の部位が常に固定されたニードリング位置（Ｍ）にあるように運動し、ニードリング板（５）は、該ニードリング板のニードリング表面がニードリングされる層に面している部位に対して接線方向を維持するように方向を変えることを特徴とする請求の範囲４による方法。
【請求項９】
巻き取りとニードリングの工程中に、マンドレル（10）がその軸周りに回転すると同時に、マンドレルの軸（Ｓ）がニードリング平面又はニードリング位置に近付いたり遠のいたりする往復運動で変位することを特徴とする請求の範囲６又は８による方法。
【請求項１０】
巻き取りとニードリングの工程中に、ニードル板（５）が一定の振動数で突き刺すことを特徴とする請求の範囲２乃至９の何れか一つによる方法。
【請求項１１】
巻き取りとニードリングの工程中に、マンドレル（10）とニードリング板（５）との間の平均距離が、多層体の厚さが増加するに伴って増すことを特徴とする請求の範囲２乃至10の何れか一つによる方法。
【請求項１２】
マンドレル（10）の端が相互に平行であり、スリーブの正断面に対して傾いている平面であり、巻き取りとニードリングの工程中に、巻き取りを行う方法において、スリーブ（10）と材料のストリップ（１）との間に相対的変位があり、該相対的変位はマンドレルの縦方向の往復運動に伴って起こることを特徴とする請求の範囲２乃至10の何れか一つによる方法。
【請求項１３】
先行する請求の範囲のどれかによるプリフォーム（２）の製造と、スリーブ軸に対して垂直でない平面に沿って楕円状スリーブをリングに切断することと、からなることを特徴とする複合材料の環状部品の製造方法。
【請求項１４】
スリーブの切断角度（α）が、切断されたリング（４）がそれらの内周で、外周で、又は内周と外周との間に予め定めた位置で、円形断面を有するように選択されることを特徴とする請求の範囲13による方法。
【請求項１５】
スリーブの切断角度（α）が、切断されたリング（４）がそれらの半分幅で円形であるように選択されることを特徴とする請求の範囲14による方法。
【請求項１６】
スリーブ（２）が、少なくとも１回のスリーブ緻密化工程後に切断されることを特徴とする請求の範囲13、14或は15による方法。
【請求項１７】
スリーブ（２）が、温度勾配化学蒸気浸入法によって緻密化されることを特徴とする請求の範囲16による方法。
【請求項１８】
請求の範囲13乃至17の何れか一つにより環状部品（４）を製造すること及び環状部品の内側及び／又は外側を機械加工することからなることを特徴とするブレーキディスクの製造方法。
【請求項１９】
巻き取り工程中に、平面繊維質材料布ストリップ（１）がマンドレル（10）に巻き取られ、その一方向がマンドレルへの供給方向に直線を成すことを特徴とする請求の範囲18による方法。
【請求項２０】
複合材料の環状部品の製造のためのプリフォームを製造するための装置であって、
楕円状断面のマンドレル（10）；及び
楕円状スリーブの形にプリフォーム（２）を製造するために、マンドレル（10）上に繊維質材料ストリップ（１）を多層に巻き取る手段（１00）
からなることを特徴とする。
【請求項２１】
同時に楕円状マンドレル（10）上に巻き取られる層を突き刺すためのニードル板（５）をさらに含み、それによって、ニードリングによって層を互いに連結することを特徴とする請求の範囲20による装置。
【請求項２２】
ニードル板（５）のニードリング表面が、接触する瞬間に、突き刺されるプリフォームの外側巻き取り層に面する部位に対して接線方向にある平面にあるように、ニードル板（５）及び／又はマンドレル（10）を動かすための手段（26,28）をさらに含むことを特徴とする請求の範囲21による装置。
【請求項２３】
ニードル板（５）及び／又はマンドレル（10）を動かすための手段（26,28）は、いつでも、プリフォームの外側巻き取り層の部位が、接触直線（Ｍ）の長さに沿ってニードリング平面（Ｔ）に対して接線方向にあるように、配置されていることを特徴とする請求の範囲22による装置。
【請求項２４】
ニードル板（５）及び／又はマンドレル（10）を動かすための手段は、ニードリング平面（Ｔ）にある接触直線（Ｍ）の位置が往復運動で変位し、ニードル板（５）がその変位に従って変位するように配置されていることを特徴とする請求の範囲23による装置。
【請求項２５】
ニードル板（５）及び／又はマンドレル（10）を動かすための手段は、マンドレルの軸（Ｓ）が、ニードリング平面（Ｔ）にある接触直線（Ｍ）の位置が固定されたままにするために、楕円経路（Ｑ）に沿って周期的に運動するように配置されていることを特徴とする請求の範囲23による装置。
【請求項２６】
ニードル板（５）及び／又はマンドレル（10）を動かすための手段は、いつでも、外側巻き取り層の部位がニードリング位置（Ｍ）に固定され、ニードル板（５）のニードリング表面が、突き刺されるプリフォームの外側巻き取り層に面する位置に対して接線方向のままであるように、その方向を変えるためにマンドレルを動かすように配置されていることを特徴とする請求の範囲22による装置。
【請求項２７】
ニードル板（５）及び／又はマンドレル（10）を動かすための手段は、マンドレルの軸を、ニードリング平面又は位置に近付いたり遠のいたりするために往復運動で動かすように設計されていることを特徴とする請求の範囲23による装置。
【請求項２８】
ニードル板（５）が一定周期で突き刺すように適合させることを特徴とする請求の範囲20乃至27の何れか一つによる装置。
【請求項２９】
巻き取り多層体の厚さが増加するにつれ、マンドレル（10）とニードル板（５）間の平均距離が増すようにする手段（26）をさらに含むことを特徴とする請求の範囲20乃至28の何れか一つによる装置。
【請求項３０】
マンドレル（10）の端が、互いに平行でスリーブ軸に対して垂直でない平面であり、巻き取り中にマンドレル（10）とストリップ（１）との間の相対的変位を制御するための手段が備えられ、その相対的変位はマンドレルの縦方向に往復運動で起きることを特徴とする請求の範囲20乃至29の何れか一つによる装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、複合材料から成る環状部品及びそのような部品のためのプリフォームを製造するための方法と装置に関し、また部品及びプリフォームそのものに関する。さらに詳しくは、本発明は、マンドレルに繊維質ストリップを巻き取ることによってプリフォームを製造する方法と装置、マトリックスによって緻密化する前でも後でもリングに切断されることになっている多層に巻かれたもの（多層巻体）に関する。
複合材料部品のためにプリフォームを製造する従来の方法は、繊維質材料の平坦な層を積み重ねること、望みの形状のプリフォームを得るためにその多層体を切断又は機械加工すること、及びその後プリフォームを緻密化することから成る。製造される部品がブレーキディスク又は他の環状部品である場合、材料の約半量が、多層体から環状プリフォームを製造する時に失われる。
幾つかの提案が、そのような損失を減らすために提唱されている。１つの提案は、層がその時積み重ねられた状態である、繊維質材料層から緻密化された環状プリフォームのそれぞれを、扇形に並べた形で集合することにある。そのような方法は損失を減らすが、しかしそれを避けることはできない。
フランス特許出願FR−Ａ−1506672に述べられた後続の提案を、図1Aから1Dまでを参考として下文に記述する。環状の、又は円筒状の構成物が、円筒状スリーブ（図1B）を製造するために、円筒状マンドレル上に繊維質ストリップを巻き取ること（図1A）によって製造される。巻き取り中、重ねられた層は、ニードリングによって互いに結合される。この円筒状スリーブは、緻密化した環状プリフォームを得るために、その軸に垂直に切断される（図1C）。
上記の方法に似たものがまたフランス特許出願FR−Ａ−2584107に記載されている。
その方法は材料の損失を避けるが、その方法によって製造されたプリフォームから作られた部品は、使用中に現れてくる不利な性質を有する。ブレーキディスクは、使用中に接線方向に剪断応力を受ける。その応力は、ディスクを可動或は固定部位に連結するために内側或は外側縁に形成された切欠き部（図1D）において、特に高い。その様な剪断応力Ｅは、部品が薄層に裂ける原因となり得る、即ち部品はプリフォームの層の分離によって破壊されるのである。
１つの態様において、本発明は、層間剥離に対して高い抵抗を有し、かつ本方法を行なうことによる材料の損失を制限するような複合材料の環状部品のためのプリフォームを製造する方法と装置を提供する。
本発明の方法と装置において、繊維質材料のストリップは、楕円形スリーブを形成するために、楕円形マンドレル周りに巻き取られる。楕円形スリーブは、緻密化するのに環状プリフォームを製造するために斜めに切断されるか、或は、１回或はそれ以上の緻密化工程の終了まで切断を遅らせて、スリーブ自身が緻密化のためにプリフォームとして働くこともあり得る。切断面は、楕円形スリーブの正断面に対して傾いている、即ち、切断面はスリーブ軸に対して垂直ではない。切断されたリングの内側縁と外側縁とは環状構成物を得るために機械加工される。
上に述べた方法と装置は、長軸を通り、楕円の平面に対するαの角度をなす平面における楕円の投影図は、楕円の長軸に等しい直径の円である事実を活用している。角度αは次の式を使って計算できる。：
cosα＝b/a
ここで：
2a＝楕円の長軸及び2b＝楕円の短軸
本発明のこの態様の原理は図2Aから2Dに図示している。
図2Aは楕円形マンドレルの周りに巻き取られた繊維質材料のストリップを示し、図2Bは多層体によって製造されるスリーブによって製造された楕円形スリーブの切断面を示す。この例では、スリーブから切断されたリングは、その半分幅では完全な環状であるが、内側周囲及び外側周囲では楕円形である。リングは、その内側周囲或は外側周囲で、或はリングの周囲からの異なる距離で環状となるように、切断面を選択することもできる。（理論的には、切断面は、切断されたリングがその幅全体を通して楕円形になるように、選択するもできるだろうが、これは、環状構成物を得るために除去される材料の量を増やすであろう。）
切断に続いて、リングの内側及び外側周囲は、全体に環状である構成物（図2Cを参照）を製造するために機械加工される。そのような構成物から製造された部品を使用しているとき、接線方向にある剪断応力Ｅは、もはや部品のプリフォームを構成する多層の層間剥離を促進する方向にはない（図2Dを参照）。
本発明のこの態様において、環状部品製造のためのプリフォームは、材料の少量の損害ですむ方法によって製造することができ、これらのプリフォームは、使用中に層間剥離するのが減少した傾向を有する環状部品を作ることができる。
スリーブの正断面に対する切断角度が45゜に近いほど、接線のその方向に剪断下の層間剥離に対して、このスリーブから切断された部品の抵抗力が大きくなる。しかしながら、材料の消耗はこの角度（これ以降は「切断角度」"cutting angle"とする）が増すとともに増加する。よって、切断角度は、機械で良く役割を果たし、また受け入れられる材料損害を有する部品を得るために、最適化されなければならない。切断角度は、好ましくは10゜から45゜の範囲である。45゜の切断角度が使われるとき、材料消耗は、かなり高く、約35％である。よって、10゜から30゜の範囲で切断角度を使用することがさらに有利である。
この本発明の第１態様は、また、プリフォームの製造及び緻密化、切断及びプリフォームの機械加工の工程という前文に述べた方法からなる、複合材料の環状部品を製造する方法を含む。部品の付加的な機械加工は、例としてブレーキディスクのような特別な使用に部品を適合させるために必要であろう。
ブレーキディスクのプリフォームは、前酸化処理したポリアクリロニトリル（PAN）、カーボンロービング（出願FR−Ａ−2669940）やハイブリッドヤーン（フランス特許出願、番号9506200）の織り糸やヤーンから形成された平面状の織物のニードリングによって有利に製造される。従来技術において、平面織物、例えばヤーンや織り糸の布やシートは、切断されて環状ブレーキディスクにするスラブを形成するために、互いにニードリングされる。
材料が高い熱機械応力に曝される時、一般的にブレーキディスクの場合のように、機械的及びトライポロジー的性質において不均一であるのを避けるために、性質が材料全体を通して一定に保たれることは重要である。よって、ニードリング緻密化が、ブレーキディスクのプリフォームあるいはプリフォーム源として働くスリーブ中で均一に保たれるのは重要である。しかしながら、もしスリーブが楕円形マンドレル周りに巻き取られることによって製造されるなら、ニードリングが困難になる。
FR−Ａ−2584107に述べられた従来方法において、繊維質ストリップが円筒状マンドレル周りに巻き取られると、巻き取られた夫々の層は、マンドレル上に巻き取られてくるとすぐに、ニードル板によってニードリングされる。マンドレルはその軸周りに回転しており、その軸の在る位置は固定されており、マンドレルの母線に平行に伸びているニードル板は、マンドレルの軸に対し垂直方向に往復運動をする。ニードル板の変位の振幅は一定である。この方法を通して巻き取られる層内に均一なニードリング深さを確かにするために、ニードル板とマンドレル軸間の平均距離は、層の累積厚さの増加により増えていく。
そのような方法は、楕円形マンドレルには直接使用することはできない。
さらにまた別の態様において、本発明は、繊維質材料のストリップが楕円形マンドレル周りに巻き取られ、重り合った層が均一にニードリングされている環状部品の製造のためのプリフォームを製造する方法と装置を提供する。
このために、本発明によると、繊維質材料のストリップが楕円形マンドレル周りに巻き取られ、巻き取られた層がニードルを使ってニードリングされる一方で、マンドレルとニードル板の平均位置との間の変位が、マンドレル断面の偏心率を補正するように制御される。ニードル板とマンドレル間の変位は、ニードル板の平均位置に対して固定された平面（ニードル平面）においてニードリングされるように、ニードル板と層が接触するようなものが好ましい。
ニードル板の制御は、もしニードリング頻度が一定のままであって、その結果、単位面積あたりの一定ニードリング密度を得るために、ニードル板とニードリングされる表面間の相対速度を一定に保つ必要があるなら、単純化される。接触の瞬間に、ニードル板のニードリング表面が、単位面積あたりの一定ニードリング密度を得るために、対面するニードリング表面に対して接線方向にある平面上にあることはまた、基本的なことである。これらの状態を満たすための構成要素の変位は、ニードル板の変位率が一定に保たれ、マンドレルの回転速度及び／又はマンドレルの軸の変位率が変化するのならば、容易なことである。
次の記載において、ニードル板及び／又はマンドレルの軸の変位が述べられる。ニードル板の変位のそれぞれは、マンドレルの適当な変位によって、或はニードル板の変位とマンドレルの変位の組合せによって、とって代わることができるし、その反対も可能であることを理解しておくべきである。重要な点は、巻かれた層の均一なニードリングをもたらすニードル板とニードリングされる表面との間の相対的な動きを作ることである。
しかしながら、ニードリングされたプリフォームの製造においてよく知られているように、板にあるニードルは、マンドレルの各々の回転で、全く同じ位置に突き刺してはならない。なぜならそのような方法は、製造されたスリーブ中に弱められた範囲をつくるからである。これを避けるために要求される僅かな相殺は、マンドレルに対して縦方向に（即ち、マンドレルの回転軸に平行方向に）、ニードル板（又はマンドレル）を変位することによって成すことができる。
本発明の第１態様において、第１実施例に、楕円形マンドレルは、その周囲周りに繊維質材料のストリップを巻き取るように、その軸周りに回転する、と同時に、マンドレルの軸は、ニードリング平面に対して垂直である経路に沿って、周期的にニードリング平面に近付いたり遠のいたりする。マンドレル上に巻き取られた外側層の曲面状の表面は、接触する範囲が直線にニードリング平面との一瞬の接触をする。マンドレルの軸の変位は、ニードリング平面が接触線で接線をなすような位置に曲面状表面を維持するように規制される。これは、ニードリング平面と一瞬接触する曲面状表面の部分が、往復運動を伴ってこの表面をすべることを意味する。マンドレルの曲面状表面に面したニードル板は、マンドレル周りに巻き取られた外側層を突き刺したり、刺し通したりするように、ニードリング平面に近付いたり遠のいたりする。ニードル板はまた、巻き取られた層の表面とニードリング平面との接触線の動きに従うために、ニードリング平面における往復運動で変位する。接触の瞬間に、ニードル板のニードリング表面は、直面するニードリング表面の接線に沿った方向に向く。
この第１実施例はまたマンドレルの軸を固定して保持することによって実施することもできる。ニードル板とマンドレル間に要求される相対的動きは、ニードル板の変位だけによって生じる。
第２実施例において、楕円形マンドレルはその軸周りに回転したままで、同時に、マンドレルの軸は、ニードリング平面に対して垂直である経路に沿って、ニードリング平面に周期的に近付いたり遠のいたりする。この第２実施例において、外側巻き取り層の曲面状表面がニードリング平面に一瞬接触する範囲は、この平面中では変位しない。；しかし、ニードリング平面に対する曲面状表面の方向は、マンドレルの回転につれて、周期的に変化する。よって、ニードル板はニードリング平面中で変位する必要はない。ニードリングするためにニードル板と層間の接触の瞬間に、巻き取られた層の外側表面に対して、ニードリング平面において接線方向であるようにするため、ニードル板のニードリング表面の方向は、周期的に振動すれば充分である。
第３実施例において、楕円形マンドレルは、その軸周りに回転し、同時に、マンドレルの軸は２つの半楕円によって作られた経路に従って変位する。この変位は、いつでも、外側巻き取り層の曲面状表面の一部が、曲面状表面の部分に対して接線にあるニードリング平面内の固定された位置にあるようになる。ニードル板はニードリング平面において、この固定された位置で突き刺し、ニードリング表面の方向は固定されたままでもよい。
これら３つの実施例の第１のものが、その比較的操作上の平易の故に好ましい。
本発明のさらに別の態様において、環状部品を製造するためのプリフォームは、斜めに切断することのできる楕円形マンドレルを製造するために、巻き取り層の同時で均一なニードリングとともに、楕円形マンドレル上に繊維質材料のストリップを巻き取ることによって製造することができる。
本発明の第２態様は、また、プリフォームの製造前に述べた方法とプリフォームの緻密化、切断及び機械加工の工程からなる複合材料の環状部品を製造する方法を提供する。緻密化は、マンドレルからスリーブを取り去る前でも後でも始めることができる。スリーブはまた、緻密化の前、又は１回又はそれ以上の緻密化工程後に、環状部品に切断することができる。なるべくなら、この方法で一体化した材料は、第１の緻密化工程の後でより強くなるので、少なくとも第１の緻密化工程はスリーブの切断前に行う。
一つの既知の緻密化方法は、従来の等温等圧化学蒸気浸入方法である。緻密化されるための要素は、ガスの入った容器内に置かれ、そのガスは、予め定めた温度と圧力下で、その成分が互いに分解又は反応するマトリックスを構成する材料を生成する。従来法において、容器は、一般的にはグラファイトの受容体を含み、これは浸入用チャンバーの範囲を定めるもので、容器を取り囲む誘導コイルと結合されている。この方法が、スリーブから環状部品を製造するのに採用されるとき、スリーブは一般的には緻密化前に切断され、それでガスは、より容易に均一的に部品内の気孔に浸入することができる。しかしながら、これは繰り返される緻密化の中断が起こり、部品の表面が完全に孔を再開口するようにはぎ取られるのを可能にし、ガスが再び浸透するのを許す。
楕円形スリーブで、少なくともスリーブの部分的緻密化が、スリーブを切断する前に温度勾配型化学蒸気浸入法によって行うことができる。この方法において、スリーブは、誘導コイルとスリーブが配置された中心コアの間の誘導回路によって加熱することができる。よって、温度勾配は、ローターと接触している最も熱い表面であるスリーブの内側表面と、外側表面の間に確立する。
緻密化は、その上、外側表面から最も遠いスリーブのこれらの部分において促進され、望まない沈着によって表面孔の早すぎる閉塞というリスクを減少させ、スキニングの必要を除く。スリーブは、スリーブが適当な性質のものであるとき（例えば、カーボンであるとき）、誘導コイルとスリーブ間の誘導結合で直接に加熱することができることも注意すべきである。温度勾配化学蒸気浸入緻密化法は、例えば、フランス特許出願FR−Ａ−2711647に記載されている。
本発明の第１及び第２態様に従って環状部品を製造する際の、材料の損失をさらに減らすために、楕円形断面スリーブを製造することができ、その両端は、スリーブの正断面に対して傾いている平面、即ち、スリーブの予想される切断面に平行である面である。
本発明のさらに他の特徴と利点は、実例を用いてなされ、しかしそれに制限されるものではないが、付随している図面を参考にしてなされる以下の説明から明らかとなるであろう。
図１（図1Aから1B）は、複合材料の環状部品のための環状プリフォームを製造する従来方法、円筒状マンドレルを使用する方法を図示している。；
図２（図2Aから2D）は、複合材料の環状部品を製造するための本発明の方法、楕円形マンドレルを使用する方法を図示する。；
図３は、本発明の方法を使って環状部品を製造する際の、典型的な工程を示しているフローチャートである。；
図４（図4Aから4C）は、環状構成物を得るために、本発明に従って楕円形スリーブを切断することを図示する。；
図５（図5Aから5C）は、予め決定した寸法を有する環状構成物を得るために、本発明の楕円形スリーブを切断する例を図示する。；
図６は、本発明の楕円形マンドレル上にストリップを巻き取る第１の方法において、楕円形マンドレルとニードル板の配置を示す。；
図７は、第１の巻き取り方法における楕円形マンドレルの配置を示す図解（ダイアグラム）である。；
図８は、楕円形マンドレル上にストリップを巻き取る第２の方法を示す図解（ダイアグラム）である。；
図９は、本発明の楕円形マンドレル上にストリップを巻き取る第３の方法における楕円形マンドレルとニードル板の位置を示す。；
図10は、第３の巻き取り方法における楕円形マンドレルの変位を示す図解（ダイアグラム）である。；及び
図11は、本発明の巻き取り及びニードリング方法の第１実施例を行うための装置の実施態様の側面図である。
本発明の方法を使って複合材料環状部品を製造するためのプリフォームを製造すること、部品そのものを製造することは、図３に示すように数段階から成っている。
第１工程E1は、楕円形マンドレル周りに繊維質材料のストリップを巻き取ることからなる。繊維質材料ストリップは、複合材料部品を製造するための既知の材料、或はそのような材料の混合物からなる。繊維は、適当な形状にある（ヤーン、連続織り糸、ロービング等からなるシート、ストリップ、織り布等）。繊維を構成する材料は、予想される用途による。ブレーキディスクにとって、カーボンファイバーが好ましく使用され、しかし、特殊なセラミックでは、別の材料が適当であろう。
巻き取り層は、それらがマンドレル上に留まるようにニードリングされる（工程E1′）。下に記述したように、幾つかの方法がニードリング緻密化が均一であるのを確実にするのに可能である。マンドレル上に巻き取られた多層体が、望ましい厚さに達したとき、巻き取りは停止される。このように製造された楕円形スリーブは、その後、内側孔そのものを満たすため、例えば化学蒸気浸入によって、緻密化されるのに好ましく（工程E2）、リングを得るために斜めに切断される（工程E3）。よって、楕円形スリーブは、緻密化されるプリフォームを構成する。
スリーブは緻密化開始前に切断することもできる。；この場合、切断された繊維質リングは、緻密化されるプリフォームを構成する。これは、楕円形スリーブが、マンドレルを引き抜くのが可能であるために十分に強いときだけ可能である。通常、巻き取り層のニードリングは、要求される強さのスリーブを製造するのに十分である。スリーブは、樹脂で満たした繊維質材料の層からも製造することができ、スリーブは、重合化している樹脂による巻き取り層から単一片を形成するために、マンドレルを引き抜く前に処理されたものである。
楕円形スリーブが、巻き取り後マンドレルから取り去るのに十分な強さがなければ、そのときは、緻密化を始めてしまい、スリーブが十分に一体化するまで続けることができる（工程E2′）。この時に、マンドレルは引き抜くことができ、スリーブはリングに切断することができる（工程E3′）。このように製造された予め緻密化された構成物は、機械加工後、緻密化を完成するために、緻密化装置に戻せる（工程E2″）。
既に述べた従来の等温化学蒸気浸入法が使われると、もしマンドレルが引き抜かれ、プリフォームが緻密化の前か、遅くとも緻密化行程中に切断されるのなら、緻密化された部品はより均一であろう。反対に、前述のように温度勾配法が使われるのならば、スリーブは緻密化が完了するまで切断せずに置いておくことができる。；プリフォーム緻密化は均一であり、材料損失はスキニングが要求されないので減少する。
楕円形スリーブから切断されたリングは、完全な環状ではない。リングは、完全な環状型にするために機械加工しなければならない（工程E4）。
前に述べた環状構成物から、ブレーキディスクの様な環状部品を製造するために、１つ以上の付加的工程が必要とされる。例えば、部品は、その最終使用目的に適するように最終機械加工を施されなければならない。部品がブレーキディスクとして使用されるとき、この最終機械加工は、部品の内側縁或は外側縁に溝を形成する。
前に述べた１つ以上の工程は、１つ以上のロボットを使って行うことができる。ロボット手段の使用は、同時に巻き取り及びニードリングをする場合において、楕円形スリーブを製造するときに特に予想される。先に引用したFR−Ａ−2584107に記載されているように、第１層にニードリングするとき、ニードルがダメージを受けずに入り込むことができるように、マンドレルにフェルトのような保護コーティングをして提供することができることもさらに示す。
本発明の方法を行うための装置について述べる前に、楕円形スリーブの切断工程と同時巻き取り及びニードリング工程に関して、さらに詳細をここで示す。スリーブの切断を図４と５を参照にして下に説明する。
図4Aと4Bは、センターホール３（巻き取りに使用された楕円形マンドレルに一致する）を有する楕円形スリーブ２を図示する。図4Aは端面図、図4Bは側面図である。この例において、切断平面は、スリーブの正断面に対して30゜の角度をなしている。AD線及びBC線はリング４の範囲を定める２つの切断平面を示す。
楕円形スリーブ２の切断は、長軸を通り抜け、楕円の平面に対してαの角度をなす平面における楕円の投影が、楕円の長軸に等しい直径の円であることを利用する。角度αと楕円の寸法との間の関係は、次の式によって与えられる。；
cosα＝b/a
ここでは  2a＝楕円の長軸；及び
2b＝楕円の短軸
材料の層が楕円形マンドレル上に巻き取られるとき、外側層によって規定された楕円のb/a比は、マンドレルによって規定された楕円のものと異なる（図4Aを参照）。そこで、マンドレルの軸に対して垂直な平面に相対して傾いている切断平面において、円形がスリーブの内側縁で得られるが、しかし、楕円形がスリーブの外側縁で得られる。それで楕円形スリーブから切断されるリングの偏心率は、リングの幅を通して一定ではない。切断角度αは、好ましくは、切断されたリングの内側縁（マンドレル）でも、切断されたリングの外側縁（スリーブの外側）でも、或は内側及び外側縁間の中間距離でも、円形を作るように選択され、リングの外側及び／または内側縁は、円形を得るために機械加工にかけられる。
さらに、たとえ切断平面に一致するそれぞれのリングの面が平行であっても、それらは距離ｘだけずれている。これは、リングの縁（内側及び外側）の曲面は、切断平面に一致する面に垂直ではないことを意味する（図4C参照）。これは、精密な円形を作るために切断したリングを機械加工するための付加的理由である。
図4Cは、リングの内側及び外側縁間の中途の切断平面内において、即ちリングの半分幅位置で、円形にする平面を使用して切断したリング４を示す。図中の点線は、全く円形の構成物を製造するために除去しなければならないリングの部分と一致する。
先に説明したように、接線方向に剪断応力を受けやすい環状部品を製造するための環状プリフォームで、切断角度は、材料損失と環状部品の層間剥離に対する望ましい抵抗性と間の平衡を最高に能率的にするように選択する。この点で、10゜から45゜の範囲の切断角度が好ましく、10゜から30゜の範囲の角度が、材料損失の減少に関しては高い有用性を示してきた。切断角度が一度選択されると、マンドレルの偏心率は、望ましい幅で、切断平面において円形を得られるように選択することができる。
楕円状マンドレルの寸法と、規定された内側及び外側寸法でプリフォームを製造するために巻き取りによって得られるスリーブの厚さを選択するときに、切断されたリングの内側及び外側寸法への機械加工の効果を考慮に入れなければならない。図５は切断の例を示す。
図5Aは、図４の切断平面ADかBCのどれか一つにおける切断されたリング４の形を示す（その形はリングの厚さに沿った同じものである）。切断されたリングの半分幅での位置は円形を有する（図５の円C1を参照）。リングの外側及び内側縁は楕円形なのでリング縁は円形を得るために機械加工にかけなければならない（図中の外側円Ce及び内側円Ciの周り）。
図5Bと5Cは、図4Bの平面AD及びBCに規定された内側円（CiAD、CiBC）及び外側円（CEAD、CEBC）間のずれを示す図解（ダイアグラム）を表す。；このずれは、リング４の前面と背面に存在する。楕円状スリーブの寸法と切断角度間の関係と、リング12を機械加工した後得られた環状構成物の寸法（図5Aの陰部分を除去）は、図５に直ちに見ることができる。2a1と2b1が、内側縁によって規定された楕円状の長軸及び短軸の長さであり、2a2と2b2が、軸に垂直な平面でスリーブの外側縁によって規定される長軸と短軸の長さであるならば、αは、スリーブ軸に垂直な平面に相対した切断角度であり、ｄ及びＤは、製造される環状プリフォームの内側直径及び外側直径であり、ｅはそれの厚さであり、次の規則を有する。；
ｄ≧2a1＋ｘ
≧2a1＋e.tanα
及び
Ｄ≦2a2−ｘ
≦2a2−e.tanα
環状プリフォームの望ましい寸法がｄ＝250mm、Ｄ＝450mm及びｅ＝25mmで、及び切断角度が30゜であるならば、楕円形マンドレルは225mmより大きくない長軸2a1を有さなければならず、スリーブの外側表面によって規定される楕円は、少なくとも475mmの長軸2a2を有さなければならない。さらに、cosα＝b/aはスリーブの半分幅に適合するので、2a1＝225mm及び2a2＝475mmの値を使う：
cos45゜＝（1/2）（b1＋b2）／（1/2）（a1＋a2）
0.707＝（1/2）（b1＋b2）/175
0003657272.tif 000002
巻き取り層（2xｆ）が2b2−2b1＝2a2−2a1＝2xzの厚さなので
マンドレルの短軸2b1が122.5mmに等しく、スリーブの外側表面によって規定された楕円の短軸2b2は372.5mmに等しい。
先に述べた切断方法の重要性の一つは、楕円状スリーブの端が使用されていないことである。図５の例において、約30の部品が、スリーブ端で約350mmの損失となる1.5メートル（ｍ）の長さであるスリーブから得ることができる。明らかに、この損失は、スリーブがもっと長ければさらに小さなパーセントを表す。
本発明は、スリーブの正断面に対して傾いている平面、即ち、スリーブの予測される切断平面に対して平行である平面を両端に有する楕円状断面のスリーブを使うことによって、材料損失をさらに減じるように実行することもできる。これによって、部品はスリーブの全体長さから切断することができ、使用しない材料は端に残されない。そのような形のスリーブは、巻き取り中の往復運動で軸に沿ったマンドレルの変位によって製造することができる。そのようなスリーブはまた、マンドレルに対して縦方向に、巻き取り中に往復運動による、巻き取りのために繊維質材料を供給するためのローラーの変位によって得ることができる。かなり小さなスリーブの切断角度が使われる時、この方法は、シートの変形やスリーブから切断された部品の摩擦表面に相対する繊維物の角度に関して非常に大きな不安定性は生じさせない。
巻き取り工程をここで述べる。ニードリングが同時に行われる時、この工程は、ニードリング密度が均一であるのを確実にするために、用いなければならない。これは、マンドレルの断面にある偏心率を補正するために、ニードル板とマンドレルが互いに相対して周期的に変位することを意味する。
図６は、巻き取られた層を同時ニードリングする巻き取り方法の第１実施例を示す。この実施例において、楕円形マンドレル10は、その外周の周りに繊維質材料ストリップ１を巻き取るために、その軸Ｓ周りを回転するように動く。同時に、マンドレルの軸Ｓは、ニードリング平面Ｔに対し垂直な直線経路Δに沿って、平面Ｔに周期的に近づいたり遠のいたりする。マンドレル上に巻き取られた外側層の曲面は、ニードリング平面Ｔに瞬間的に接触し、その接触範囲は、直線Ｍである。巻き取られた層の外側表面に面するニードル板５は、マンドレルに巻き取られた外側層を突き刺したりニードリングしたりするために、ニードリング表面Ｔに対して垂直に往復運動をする。
この実施例において、軸周りの半回転が記載されているマンドレルの変位を図７に示す。図中の楕円Γは、マンドレル10に巻き取られた外側層を表す。直線Δに沿ったマンドレルの軸Ｓの変位の限界は、位置ＡとＢであり、楕円Γの長軸がニードリング平面Ｔに垂直であるとき、軸Ｓは限界Ａにあり（図７の位置１及び５）、楕円Γの短軸がニードリング平面Ｔに垂直であるとき、軸Ｓは限界Ｂにある（図７の位置３）。マンドレルの軸が動くにつれて、マンドレルに巻き取られた外側層の曲面状表面とニードリング平面Ｔの間の接触直線Ｍは、２つの限界Me間を往復運動しながらこの平面中を動く（図７の位置２及び４）。
ニードル板５もまた、ニードリング平面Ｔにある接触直線Ｍの動きに従うために、往復運動で変位する。
単位面積当り一定密度でニードリングを維持するために、ニードル板の突き刺し頻度が一定であるならば、ニードル板とマンドレルに巻き取られた外側層間の相対接線速度は一定でなければならない。ニードリング平面Ｔにおける接触直線Ｍの移転速度（VT）は、位置Ａ及びＢ間のマンドレル軸の変位率と、回転軸周りのマンドレルの回転率を同調させることによって一定に保たれる。
長軸2a2と短軸2b2のある楕円Γにとって、両極Ma間の距離は２（a2−b2）である。楕円が軸CC′の円筒の正断面であるならば（Ｃは楕円Γの中心である）、先に述べた移転速度を使って軸CC′を動かすのが好ましい。この場合、マンドレルが回転率ω（ｔ）で回るならば、速度VTは一定であり、多軸シートや繊維を、一定の接線速度でマンドレル上に巻き取ることができる。
本発明は、マンドレルの回転軸が固定されたままで、巻き取り層の同時ニードリングを伴う巻き取り方法の第１実施例の変形方法を供する。ニードル板とマンドレル間の要求される相対運動は、ニードル板だけの変位によって作られる。この場合、ニードリングはもはや単一面では起こらないが、一連の相互に平行な平面では起こる。接触の瞬間での一定相対速度を得るために、ニードル板変位速度は、一定に保たれるのが好ましく、マンドレルの回転速度は変化する。
さらに、例えば、ニードリングストロークは一定のままでかつ数層の厚さに等しいから、ニードリング中にプリフォームの厚さが増すことでニードリング深さを一定に保つためには、マンドレルの回転ごとに、マンドレルはニードル板の平均位置から離れなければならない。この運動は、マンドレル及び／又はニードル板の変位によって影響を受けるのは明らかである。最後の層の巻き取り後、先に引用したFR−Ａ−2584107に述べられたように、外周縁の近くに位置する層におけるニードリング密度を一定に保つために、多数の仕上げのニードリングパスを行い得る。
図８は、マンドレルの軸が周期的に、直線経路Δにそって２つの限界Ａ、Ｂ間をニードリング平面Ｔに近付いたり遠のいたりする一方で、楕円状マンドレル10がその軸Ｘ周りを回転したままにあるような第２実施例を示す。この時、マンドレル軸の運動は、マンドレル上に巻き取られた外側層の曲面状表面が、ニードリング平面Ｔ或は固定された直線Ｍの部位の接線に沿って働くようなものである。よって、ニードル板５は、ニードリング平面中を変位する必要はない。しかしながら、ニードル板は、直線Ｍでニードリングするために、層の曲面状表面に対し垂直な方向への方向づけをするために、周期的に振動する方向づけ可能なヘッドを有する。平面Ｔに相対してニードル板のニードリング表面の方向ｊは、２つの極je間を変化する、つまり：
0003657272.tif 000003
2a2＝外側巻き取り層によって規定される楕円の長軸
2b2＝外側巻き取り層によって規定される楕円の短軸
この第２実施例は、マンドレルの回転率、方向Δへのマンドレル軸の変位速度、及びニードル板方向における振動速度の好ましい制御によって、単位面積当り一定ニードリング密度をつくり出す。
図９と10は、楕円状マンドレルが軸周りに回転したままであり、同時に、マンドレル軸が２つの半楕円によって形成された経路Ｑによって運動する（図９参照）第３実施例を示す。マンドレルの運動の結果として、巻き取られた層の外側曲面状表面は、固定された直線Ｍに沿ってニードリング平面に対してずっと接線方向のままである。これは、ニードル板がニードリング平面の固定された範囲を突き刺し、この平面に相対して固定された方向であることを意味する。この解決策は、２つの先の解決策よりも実行するのに機械的により複雑となる（（マンドレルが軸周りを半回転するように外側巻き取り層によって規定された楕円の動きを示す図10を参照）。それにもかかわらず、ロボット的手段がマンドレルの運動を制御するのに使用されると、実行するのがより容易である。図11は、先に述べた巻き取り及びニードリング方法の第１実施例を行うための装置を示し、マンドレルの軸が動かない変形方法では、ニードル板は楕円状経路に従って動く。この場合、ニードル板と外側巻き取り層間の接触は、多数の相互に平行な平面で起き、ニードル板は、接触の瞬間にニードリングするために表面に対して接線方向にある。
図11の装置は、フロアー3000に挿入された機械化したプレート200上に全て配置されたマンドレル組立部100、ニードリング組立部500、及びペイアウト組立部600からなる。
ペイアウト組立部600は、中心コア周りに巻き取られた繊維質材料ストリップ１のスプール６からなる。連動したモーター（ギアモーター）７はストリップ１を繰り出し、マンドレル組立部100に供給するためにスプール６の中心コアの回転を制御する。繰り出しが始まると、ストリップ１は、一回転がなされてストリップの自由端が第２層の始まり部の下に捕捉されるまで、マンドレル周りに手動で巻き入れられる。織端ガイドセル８は、ストリップが連続巻き取り中にマンドレル組立部に相対して適当に配置されるのを確実にする。スプール６の直径を測定するためのセル９は、巻き取り中にスプール６の直径の変化を測定するために、スプールの真下に装備される。直径測定セル９は、例えば光学手段を使用して、連続的に或は周期的にスプール６の直径を探知する。直径測定セル９が発した信号は、マンドレル上に巻き取られた層の厚さが増加するにつれ、マンドレル組立部100とニードリング組立部500間の距離が増すようにするために使用される。
マンドレル組立部100において、低偏心率楕円状マンドレル10は、フレーム12上に塔載された中心シャフト上に据え付けられる。フレーム12は、プレート200上に据え付けられ、ペイアウト組立部600にある直径測定セル９によって生じる信号の状態によって、ニードリング組立部500から離れるように変位することができるようにプレート200の下に伸びている中心ガイド13によってガイドされる。連動したモーター（ギアモーター）14は、中心シャフト及びそれによってマンドレル10をも回転させる。この実施例において、連動したモーター（ギアモーター）14は、ニードリングされる表面とニードル板間の相対的接線速度を一定に保つために、マンドレル10の回転率を変える。
中心シャフトは、中心シャフトとそれによってマンドレルが縦方向、即ちマンドレル10の軸方向に沿って動けるように、フレーム上に配置され、その運動は周期的であり、同じ放射状平面でニードリングがいつも起きるのを防御するためにニードル板を僅かに突き刺し位置からずらすのに使用される。ローラー16は、巻き取り層を保持するのに、マンドレル10上の外側巻き取り層に対して当てる。図11において、矢印Ａは、巻き取り中にローラー16によってできる経路を示す。
ニードリング組立部500は、ニードリングされる繊維質材料ストリップ１の幅を横断して伸びており、伸長できるアーム20の第１の端部でガイドされるニードル板５を含む。伸長できるアームの他方の端部は、ハウジング22上に塔載される。アーム20は、第１の端部で持ち上げられ、ハウジング22で支えているシリンダー23によって、ニードリング中にスリーブの表面に対して押しつけられる。ニードル板は、横方向、即ち図11の水平方向に突き刺す。ニードル板ストライキングの往復運動は、ハウジング22に内蔵された偏心ドライブ駆動装置29によって発生する。この実施例において、ニードル板５のストライク頻度は一定に保たれる。ニードリング組立部500はまた、ニードリング中に繊維質ストリップから分離するであろう繊維小片を抜き取ることのできる抽出装置24を内包する。
スライド25の上に立つハウジング22は、連動したモーター（ギアモーター）26の制御下で、マンドレル組立部100から遠のいたり、近付いたりできるように変位可能に塔載され、ロッド13をガイドする。さらに別の連動したモーター（ギアモーター）28は、ハウジング22の垂直変位を制御する。連動したモーター（ギアモーター）26、28は、先に述べた巻き取り及びニードリング方法の第１実施例の変形方法に従って、ニードル板の周期的楕円状運動を生じさせるために制御される。連動したモーター（ギアモーター）26はまた、スリーブがより厚くなるにつれて、ニードリング深さを一定に保つように制御される。
前述の方法と装置は、種々の使用のために、特にブレーキディスクにおいて環状部品のためのプリフォームを製造するのに使用することができる。先に述べたプリフォーム製造方法及び繊維の構成材料の選択は、目的とする部品の性質に適合させることができる。ブレーキディスクプリフォームによって、巻き取り中の摩擦面に相対する繊維方向の選択は、プリフォームを最高に活用するための要因となる。
例として、もし先に述べた巻き取り及びニードリング方法において、一方向がニードリングヘッドのもとでシートの供給方向に平行であるために、平面（０゜及び90゜）繊維（シート或は織り布）が巻き取られ、リングが45゜の切断角度で切断されると、繊維が45゜の角度で摩擦面に相対して傾斜しているブレーキディスクを得ることができる。ブレーキディスクがそのような方法によって製造されるプリフォームから作られるとき、使用中の剪断応力はもはや内層方向には向かわないであろう。
さらに、２つの既定織り糸方向のカーボンヤーン（２或は３方向）の多軸布或はシートの巻き取り、目的とするブレーキディスクの摩擦面に相対した繊維のアタック角度は選択することができる。一方向の織り糸は連続カーボンフィラメントによって構成され、FR−A2669940にあるようなロービングヤーンによって確実にされたニードリングがなされた結合は、もう一方の方向にある（ニードルは適当な方向を向いている）。
【図８】
0003657272.tif 000004
【図１】
0003657272.tif 000005
【図２】
0003657272.tif 000006
【図３】
0003657272.tif 000007
【図５】
0003657272.tif 000008
【図４】
0003657272.tif 000009
【図６】
0003657272.tif 000010
【図７】
0003657272.tif 000011
【図９】
0003657272.tif 000012
【図１０】
0003657272.tif 000013
【図１１】
0003657272.tif 000014