(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス材と、該マトリクス材を補強する強化材とを備えてなり、該強化材は、螺旋状織物を使用し、該螺旋状織物は、螺旋状に配列する経糸と、該経糸に交互に交絡しながら前記経糸の径方向に配置する緯糸と、最外周の前記経糸の外側に沿って前記緯糸に交互に交絡する熱溶融糸とを有し、該熱溶融糸は、前記各緯糸に融着し、前記緯糸は、前記熱溶融糸の外側において切り揃えることを特徴とする電力貯蔵用フライホイール用の高速回転体。
【請求項２】
前記緯糸には、最内周の前記経糸の内側に沿う第２の熱溶融糸を交互に交絡させることを特徴とする請求項１記載の電力貯蔵用フライホイール用の高速回転体。
【請求項３】
前記第２の熱溶融糸は、前記各緯糸に融着し、前記緯糸は、前記第２の熱溶融糸の内側において切り揃えることを特徴とする請求項２記載の電力貯蔵用フライホール用の高速回転体。
【請求項４】
前記緯糸には、最外周の前記経糸の内側に沿う第３の熱溶融糸を交互に交絡させて融着することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の電力貯蔵用フライホール用の高速回転体。
【請求項５】
前記経糸は、内側から外側に向けて径方向の配列ピッチを小さくすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の電力貯蔵用フライホール用の高速回転体。
【請求項６】
前記経糸は、内側から外側に向けて順に繊度を大きくすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか記載の電力貯蔵用フライホール用の高速回転体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力貯蔵用フライホイールとして好適に使用することができる電力貯蔵用フライホイール用の高速回転体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力貯蔵用フライホイール、ブレーキディスク、回転砥石等に使用する高強度の高速回転体は、螺旋状織物を強化材とする複合材料によって製造することがある。螺旋状織物は、周方向に経糸が連続しており、高速回転体の耐遠心力強度を有効に強化することができるからである。
【０００３】
螺旋状織物は、炭素繊維やアラミド繊維などの高強度繊維を経糸、緯糸として使用するとともに、経糸を螺旋状に湾曲させ、経糸の径方向に緯糸を配置し、両者を螺旋形のシート状に織り上げて形成することができる。このものは、高強度繊維を経糸、緯糸に使用しているから、織物の外周部分において緯糸を折り返すことが難しく、外周部分において経糸がばらけてしまうことを避けるために、緯糸を最外周の経糸から十分長く突出させる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、緯糸が最外周から過大に長く突出しているため、型枠に収納してマトリクス材を充填するに際し、緯糸の突出部分が型枠に接触して螺旋状織物を型枠の軸心上に正しく位置決めすることができないことがあり、螺旋状織物を使用する強化材がマトリクス材に対して偏心し、回転体の回転中心に対して偏心してしまうおそれがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、最外周の経糸の外側に沿って配設する熱溶融糸を各緯糸に融着させ、緯糸を切り揃える螺旋状織物を強化材として使用することによって、強化材を型枠内に正しく位置決めし、マトリクス材に対して容易に同心状に位置させることができる電力貯蔵用フライホイール用の高速回転体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、マトリクス材と、マトリクス材を補強する強化材とを備えてなり、強化材は、螺旋状織物を使用し、螺旋状織物は、螺旋状に配列する経糸と、経糸に交互に交絡しながら経糸の径方向に配置する緯糸と、最外周の経糸の外側に沿って緯糸に交互に交絡する熱溶融糸とを有し、熱溶融糸は、各緯糸に融着し、緯糸は、熱溶融糸の外側において切り揃えることをその要旨とする。
【０００７】
なお、緯糸には、最内周の経糸の内側に沿う第２の熱溶融糸を交互に交絡させることができ、第２の熱溶融糸は、各緯糸に融着し、緯糸は、第２の溶融糸の内側において切り揃えることができる。
【０００８】
さらに、緯糸には、最外周の経糸の内側に沿う第３の熱溶融糸を交互に交絡させて融着することができる。
【０００９】
なお、経糸は、内側から外側に向けて径方向の配列ピッチを小さくしてもよく、内側から外側に向けて順に繊度を大きくしてもよい。
【００１０】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、螺旋状織物は、最外周の経糸の外側に沿う熱溶融糸が各緯糸に融着し、熱溶融糸を介して各緯糸の最外周からの突出部分が互いに連結されるから、最外周を含む外周部分の経糸のばらけを防止するとともに、熱溶融糸の外側において各緯糸を端正に短く切り揃えることができる。そこで、螺旋状織物は、強化材として使用するとき、型枠に対して正しく位置決めして収容し、マトリクス材を型枠に充填することにより、マトリクス材に対して強化材を正しく同心状に位置させ、全体強度を一様に補強することができる。
【００１１】
なお、螺旋状織物は、経糸、緯糸として、たとえばピッチ系またはＰＡＮ系の炭素繊維の他、ガラス繊維、アラミド繊維、チラノ繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ボロン繊維、チタン酸カリウム繊維、ジルコニア繊維、炭化ケイ素繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリアクリレート繊維、全芳香族ポリエステル繊維、超高分子ポリエチレン繊維、高強度ビニロン繊維、高強度アクリル繊維、金属繊維などの高強度繊維を使用することができる。これらの繊維は、任意の単糸太さのフィラメントを幅数ｍｍ、厚さ０．１〜０．４ｍｍ程度の偏平断面に平行に引き揃え、任意の繊度のマルチフィラメント糸として使用するものとし、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維等は、直径５〜１０μｍ程度の単糸を１０００〜３６０００本程度集合させることが好ましい。また、アラミド繊維等は、１〜５ｄ程度の単糸を集合して全糸デニールを数千ないし数万ｄとすることが好ましい。
【００１２】
ただし、経糸、緯糸は、同一の繊度にする他、互いに異なる繊度であってもよく、両者は、同一の素材または異なる素材であってもよい。なお、ここでいう繊度とは、経糸または緯糸の断面の大きさをいう。また、経糸は、内側より外側に比弾性率、比強度が大きいものを使用してもよい。
【００１３】
また、マトリクス材としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、エチレンビニルアルコール共重合体などの高強度エンジニアリングプラスチック材料を使用することができる。なお、これらの材料は、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性等を向上させるために、適切な有機化合物、無機物、砥粒、セラミックス、金属等の繊維、ウィスカ、粉末等を充填材として分散混入し、または表面コーティングしてもよい。
【００１４】
熱溶融糸は、低温度領域において溶融する熱可塑性樹脂からなる繊維であって、たとえばナイロン６等のポリアミドや、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の一般用プラスチック材料が広く使用可能である。
【００１５】
一方、螺旋状織物は、経糸、緯糸を平織り、綾織り、朱子織り等の任意の織組織に製織して形成することができる。螺旋状織物を製織するに際しては、レピア機構やニードル機構の他、エアまたは水ジェットを使用する流体ジェット方式等のあらゆる緯入れ方式の織機を使用することが可能である。
【００１６】
最内周の経糸の内側に沿う第２の熱溶融糸を設ければ、緯糸は、第２の熱溶融糸を介して内周側の突出部分が互いに連結され、最内周を含む内周部分の経糸のばらけを防止することができる。
【００１７】
第２の熱溶融糸を融着させる緯糸は、第２の熱溶融糸の内側において切り揃え、最内周から内向きに突出する長さを最小にすることができ、軸心上に開口部分を有する中空円筒状の高速回転体を成形するとき、型枠の中子と干渉するおそれがない。
【００１８】
最外周の経糸の内側に沿う第３の熱溶融糸を設ければ、緯糸は、最外周の経糸の内側、外側にそれぞれ第３の熱溶融糸、最外周側の熱溶融糸を配置し、外周部分の経糸のばらけを一層有効に防止することができる。
【００１９】
内側から外側に向けて経糸の径方向の配列ピッチを小さくすれば、経糸は、内側から外側に向けて径方向に経糸密度を増大させ、径方向の緯糸密度の低下を補償して、螺旋織物全体として均一な目付けを実現し、または、内側から外側に向けて目付けを漸増させることができる。
【００２０】
経糸は、内側から外側に向けて順に繊度を大きくすることにより、径方向の実質的な経糸密度を内側から外側に向けて増大させ、径方向の緯糸密度の低下を補償し、径方向の配列ピッチを小さくする場合と同等の効果を得ることができる。
【００２１】
なお、第２、第３の熱溶融糸は、それぞれ最外周側の熱溶融糸と同一または異なる熱可塑性樹脂を使用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
電力貯蔵用フライホイール用の高速回転体１０は、マトリクス材１１、強化材１２からなる複合材料により一体成形してなる（図１）。
【００２４】
強化材１２として使用する螺旋状織物Ｓは、螺旋状に配列する経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …と、経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …に交互に交絡しながら経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …の径方向に配置する緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …と、最外周の経糸Ｓｐ  の外側に沿って緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に交互に交絡する熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  とを設けて形成されている（図２、図３）。なお、螺旋状織物Ｓには、最内周の経糸Ｓｐ  の内側に沿って第２の熱溶融糸Ｓ２  、Ｓ２  が付設され、第２の熱溶融糸Ｓ２  、Ｓ２  は、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に交互に交絡されている。
【００２５】
螺旋状織物Ｓは、経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …を製織して外径Ｄ１  、内径Ｄ２  ≪Ｄ１  の螺旋形のシート状に形成されている。経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …は、径方向に均一な配列ピッチｄに配列して螺旋状に湾曲されており、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …は、経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …の径方向に放射状に配列されている。緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …は、螺旋状織物Ｓの最外周側の熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  、内周側の第２の熱溶融糸Ｓ２  、Ｓ２  のそれぞれ外側、内側において切り揃えられ、最外周の経糸Ｓｐ  の外側、最内周の経糸Ｓｐ  の内側にそれぞれ長さＬ１  、Ｌ２  だけ短く突出している。
【００２６】
熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  は、それぞれ緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に交互に交絡しながら螺旋状織物Ｓの最外周部分に織り込まれている。熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  は、加熱により溶融し、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に融着されている。一方、第２の熱溶融糸Ｓ２  、Ｓ２  は、それぞれ緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に交互に交絡しながら螺旋状織物Ｓの最内周部分に織り込まれ、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に融着されている。
【００２７】
螺旋状織物Ｓは、熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  、第２の熱溶融糸Ｓ２  、Ｓ２  により各緯糸Ｓｆ  を保持するとともに、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に対する最外周、最内周の経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  の相対移動を防止して経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …のばらけを防止することができる。緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …は、熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  、第２の熱溶融糸Ｓ２  、Ｓ２  が融着することにより両端部において互いに連結することができるからである。そこで、各緯糸Ｓｆ  は、最外周、最内周の経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  からそれぞれ外向き、内向きに突出する突出部分の長さＬ１  、Ｌ２  を最小にして切り揃えることができる。
【００２８】
かかる螺旋状織物Ｓは、高速回転体１０を形成するマトリクス材１１を補強するための強化材１２として使用することができる（図１）。
【００２９】
高速回転体１０は、外径Ｄ１ａ≧Ｄ１  、内径Ｄ２ａ≦Ｄ２  ≪Ｄ１ａの中空円筒状に形成されている。マトリクス材１１は、軸心Ｃのまわりに円形の開口部分１１ａを有し、強化材１２は、軸心Ｃのまわりにマトリクス材１１に対して同心状に埋設され、マトリクス材１１の全高に亘って積層されている。そこで、強化材１２は、マトリクス材１１の全体を補強することができる。
【００３０】
高速回転体１０は、次のようにして一体成形する（図４、図５）。ただし、図５（Ｂ）は、同図（Ａ）の模式平面図である。
【００３１】
すなわち、軸方向に積層された螺旋状織物Ｓを強化材１２として型枠Ｗに収容する。このとき、強化材１２は、外径Ｄ１  、内径Ｄ２  に端正に形成されているから、型枠Ｗの軸心Ｃａ  に対して同心状に正しく位置決めすることができる。つづいて、型枠Ｗを型締めし、型枠Ｗ内をエア抜きしてマトリクス材１１を型枠Ｗに充填する。なお、型枠Ｗは、マトリクス材１１の充填に先き立ってエア抜きしてもよく、マトリクス材１１を充填しながらエア抜きしてもよい。このとき、マトリクス材１１は、強化材１２に均一に含浸して一体化する。マトリクス材１１が硬化すると、マトリクス材１１、強化材１２を型枠Ｗから離型させ、表面を仕上げ加工し、高速回転体１０を完成する。
【００３２】
このようにして製造する高速回転体１０は、マトリクス材１１、強化材１２により一体成形されており、強化材１２の経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …が周方向に連続しているため、外周部分の機械的強度が大きく、高速回転時の耐遠心力強度を強大にすることができる。
【００３３】
以上の説明において、図２、図３に示す螺旋状織物Ｓの外周側には、１本の熱溶融糸Ｓ１  を緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に交互に交絡させてもよく（図６（Ａ））、２本以上の熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  …を緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に交絡させてもよい（同図（Ｂ）、（Ｃ））。ただし、図６（Ｂ）は、２本の熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  を各緯糸Ｓｆ  の左右両側において上下に交差させる形態を図示しており、同図（Ｃ）は、４本の熱溶融糸Ｓ１  、Ｓ１  …を２本ごとに各緯糸Ｓｆ  の両側において上下に交差させる形態を図示している。なお、第２の熱溶融糸Ｓ２  も、図６の熱溶融糸Ｓ１  と同様に、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に対して１本または２本以上を交互に交絡させてもよい。また、第２の熱溶融糸Ｓ２  は、これを省略してもよく、このとき、緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …は、内側における切揃え処理も省略するものとする。
【００３４】
また、螺旋状織物Ｓは、最外周の経糸Ｓｐ  の内側に沿って第３の熱溶融糸Ｓ３  を緯糸Ｓｆ  、Ｓｆ  …に交互に交絡させてもよい（図７）。第３の熱溶融糸Ｓ３  は、最外周側の熱溶融糸Ｓ１  とともに、経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …のばらけを防止することができる。なお、第３の熱溶融糸Ｓ３  も、１本または２本以上としてもよい。
【００３５】
さらに、経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …は、螺旋状織物Ｓの内側から外側に向けて径方向の配列ピッチｄを小さくして配列してもよく（図８（Ａ））、内側から外側に向けて順に繊度を大きくしてもよい（同図（Ｂ））。経糸Ｓｐ  、Ｓｐ  …は、螺旋状織物Ｓの内側から外側に向けて緯糸密度が低下しても、それを補償することができる。
【００３６】
【他の実施の形態】
強化材１２は、適当なターン数ごとに分離する螺旋状織物Ｓ、Ｓ…を軸方向に積層して形成してもよく（図９（Ａ））、１ターンごとに分離する螺旋状織物Ｓ、Ｓ…を軸方向に積層して形成してもよい（同図（Ｂ））。強化材１２は、螺旋状織物Ｓ、Ｓ…を軸方向の適当な厚さのブロックごとにマトリクス材１１を充填して行くことにより、マトリクス材１１を一層均一に含浸させることができる。なお、螺旋状織物Ｓ、Ｓ…は、切断位置Ｓａ  が小さいターン数を介して一致して耐遠心力強度を不当に低下させることがないように、切断位置Ｓａ  を周方向に適切に移動させながら積層するものとする。
【００３７】
なお、高速回転体１０は、薄い円板状に形成してもよく（図１０（Ａ）、（Ｂ））、円柱状に形成してもよい（同図（Ｃ））。また、マトリクス材１１には、軸心Ｃのまわりに開口部分１１ａを形成してもよく（同図（Ｂ））、形成しなくてもよい（同図（Ａ）、（Ｃ））。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、最外周の経糸の外側に沿って熱溶融糸を配設し、最外周から突出する緯糸を短く切り揃える螺旋状織物を強化材として使用することによって、強化材を型枠内に容易に正しく位置決めし、マトリクス材と同心状に位置させることができるから、マトリクス材を均一に補強し、強大な耐遠心力強度を容易に実現することができるという優れた効果がある。
【００３９】
また、マトリクス材、強化材は、一体成形することができるから、たとえばフィラメントワインディング法、マルチリング法などの従来の製法に比して、製造コストを削減し、均一な品質を容易に保証することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体構成斜視説明図
【図２】螺旋状織物の斜視説明図
【図３】図２の要部拡大平面説明図
【図４】製造工程説明図（１）
【図５】製造工程説明図（２）
【図６】他の実施の形態を示す要部拡大模式説明図（１）
【図７】他の実施の形態を示す要部拡大模式図
【図８】他の実施の形態を示す要部拡大模式説明図（２）
【図９】他の実施の形態を示す要部分解斜視説明図
【図１０】他の実施の形態を示す斜視説明図
【符号の説明】
Ｓ…螺旋状織物
Ｓｐ  …経糸
Ｓｆ  …緯糸
Ｓ１  …熱溶融糸
Ｓ２  …第２の熱溶融糸
Ｓ３  …第３の熱溶融糸
ｄ…配列ピッチ
１０…高速回転体
１１…マトリクス材
１２…強化材
【図１】
0003620021.tif 000002
【図２】
0003620021.tif 000003
【図３】
0003620021.tif 000004
【図４】
0003620021.tif 000005
【図５】
0003620021.tif 000006
【図６】
0003620021.tif 000007
【図７】
0003620021.tif 000008
【図８】
0003620021.tif 000009
【図９】
0003620021.tif 000010
【図１０】
0003620021.tif 000011