(57)【要約】  本発明は、壁によって仕切られたセルを含むセル構造（例えば、ハニカム構造）の製造方法に関連し、この方法は、壁の形状を再現する溝によってそれぞれ分離されて、セルの形状を再現するロッドを含む保持デバイスを作り、各繊維が連続して隣接するいくつかの溝に配置されるように、連続繊維を溝に配置して壁を形成し、繊維を互いに結合させるために、繊維の周りに母材を形成すること、を含む。本発明は、また、燃料被覆又は消音機といった得られた構造の使用に関する。
2011502833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁によってそれぞれ分離されているセルを含むセル構造の製造方法であって、前記方法は、
前記壁の形状を再現する溝（１３）によってそれぞれ分離されて、セルの形状を再現するロッド（１２、１２ａ、１２ｂ）を含む保持デバイス（１０）を作り、
各繊維が連続して隣接するいくつかの前記溝に配置されるように、連続繊維（１６、１７、１８）を前記溝（１３）に配置して前記壁を形成し、
前記繊維を互いに結合させるために、前記繊維の周りに母材を形成すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記母材を形成した後に、前記保持デバイス（１０）を除去すること、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項３】
前記保持デバイスの前記溝に前記連続繊維を配置した後、且つ前記繊維の周辺に前記母材を形成する前に、前記繊維を前記保持デバイスの前記溝に圧縮すること、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項４】
前記配置は、少なくとも単一の前記連続繊維が前記保持デバイスの端から端までｎ回（ｎ≧１）移動して成されることを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項５】
前記配置は、前記少なくとも単一の連続繊維が前記保持デバイスの全ての前記溝を通って成されることを特徴とする請求項４に記載の構造の製造方法。
【請求項６】
前記繊維の配置は、
溝Ｘと呼ばれる所定の溝を定め、前記溝Ｘに対して平均方向９０°を成す溝に前記連続繊維を配置し、
前記溝Ｘに対して平均方向−３０°を成す溝に前記連続繊維を配置し、
前記溝Ｘに対して平均方向＋３０°を成す溝に前記連続繊維を配置すること、
を含み、
θ方向に対応する平均方向θ°はθ＋３０°、又はθ−３０°の方向であることを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項７】
前記保持デバイスの前記溝の各々は、その厚さにおいて単一の繊維を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の構造の製造方法。
【請求項８】
いくつかの繊維が同時に前記溝に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の構造の製造方法。
【請求項９】
前記セルは、六角形底面を備えるシリンダーであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の構造の製造方法。
【請求項１０】
前記保持デバイスの前記ロッド（１２、１２ａ、１２ｂ）は、六角形パターンに配置されることを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項１１】
前記保持デバイスのロッド（１２、１２ａ、１２ｂ）は、支持台上に支持され、前記支持台は、平面、円錐、又はシリンダーであることを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項１２】
前記保持デバイスのロッド（１２、１２ａ、１２ｂ）は、繊維で構成された布又はひもで覆われることを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項１３】
前記繊維の周辺に前記母材を形成した後に、
構造セルの両端を覆うように、前記構造の１つ又は２つの面上に繊維強化材を配置し、
前記面上の前記繊維強化材を固定すること、
を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の構造の製造方法。
【請求項１４】
前記保持デバイスが除去された後に、前記構造の１つの面又は両面上に前記繊維強化材を配置することを特徴とする請求項１２に従属する請求項１３に記載の構造の製造方法。
【請求項１５】
前記保持デバイスが除去される前に、前記繊維強化材を配置することを特徴とする請求項１２に従属する請求項１３に記載の構造の製造方法。
【請求項１６】
前記母材は、熱可塑性化合物を、繊維安定温度以下、且つ、前記熱可塑性化合物の融解温度よりも高い温度で前記保持デバイスに配置された前記繊維間に注入することによって得られることを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項１７】
前記母材は、熱硬化性の樹脂を、前記保持デバイスに配置された前記繊維間に注入して、前記樹脂の重合が得られるまでそのアセンブリを加熱することによって得られることを特徴とする請求項１記載の構造の製造方法。
【請求項１８】
前記母材の形成は、ガスＣＶＤ又はＣＶＩによって、前記構造の前記壁の密度を高めることを含むことを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項１９】
前記セル構造は、ハニカム構造であることを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項２０】
前記セル構造は、前記セルのセクションが三角形形状、又は平行六面体形状を有することを特徴とする請求項１に記載の構造の製造方法。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０のいずれか一項に記載の方法によって得られるセル構造は、燃料被覆に使用されることを特徴とする。
【請求項２２】
請求項１乃至請求項２０のいずれか一項に記載の方法によって得られるセル構造は、消音機に使用されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維セル構造、特に連続繊維からなる壁を備えるセルを含むハニカム繊維構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム構造（ＮＩＤＡ構造ともいう）は、パターンにしたがって互いに隣接して配置される中空のシリンダからなるセル構造である。一般に、シリンダは、六角形の底面を有して且つ六角形のパターンに配置されるが、他の基本形状及び他のパターンでも可能である。このハニカム状の配置は、高い機械的特性、特に、軽量でありながら高い機械的強度をその構造に与える。
【０００３】
複合ＮＩＤＡ構造は、その構成要素、言い換えれば、繊維及びそれらの母材（matrix）から定義される。繊維は、ＮＩＤＡ構造に機械的特性を与える。母材は、繊維間に存在し、その機能は、繊維を互いに結び付けることである。母材は、構造に結合力を与える。
【０００４】
複合ＮＩＤＡ構造は、それらの母材（有機材料、セラミック、金属）の機能に分類される。
【０００５】
２つの従来技術、−拡張技術（expansion technique）、波形板形成技術−が有機材料の母材でＮＩＤＡ構造の形成に用いられる（明細書の最後で言及される文献１を参照）。
【０００６】
第１の技術（拡張技術）は、繊維（例えば、事前に樹脂含浸された繊維の布）を含む織られた材料の使用すること、それを同じ寸法のシートに切断すること、それらのシート上に樹脂又は接着剤（glue）を平行線状に付着させること、を含む。シートに使用される材料は、ＮＩＤＡ構造においてセルの壁を形成する材料である。
【０００７】
樹脂又は接着剤の幅は、将来的なＮＩＤＡ構造におけるセルの壁の幅と同じであり、２つの隣接する線の間のスペースは、壁の幅の３倍に等しい。新しいシート各々のために、接着領域は、すぐ下ののシートから２つの壁の幅分の距離だけずらして配置される。
【０００８】
これらのシートは、その後、互いに積層されて、その積層物に熱処理が施される。これは、可能な限り加圧下で行われ、樹脂又は接着剤が重合されて、シート間が接着する。したがって、各々のシートは、そのシートの表面積の４分の１以上でそのシートの上下にある別のシートと接触する。
【０００９】
得られた積層物は、その後、所定の幅を有するストリップ（strip）に切断されて、次に、各々のストリップは、積層の厚さ方向に積層されて、六角形のセルが得られる。熱処理によって、樹脂が重合され、剛体材料が形成される。
【００１０】
第２の技術（波形板形成技術）は、シート状のもの、及び変形可能なもの（金属、プラスチック、布）など様々な材料に適用することが可能である。
【００１１】
変形可能な金属で形成されたシートは、（金属又はプラスチックシートの場合）高温で押圧されて、ローラの間を通過してその表面に波形の起伏をつけられるか、又は、（布状のシートの場合）波形状の型の中に配置されて、樹脂の注入されるかのどちらかによって、成形される。
【００１２】
得られた波形板は、それぞれの突出部分で互いに接着されてセルを形成する。
【００１３】
上述した２つの技術の使用は、極めてシンプルであり、安価である。しかし、これら２つの技術には、以下の問題がある。
・３つの壁のうちの１つの壁は直前及び直後の壁（２つの隣接する波形シート又は板の間の接触領域に対応する）の２倍の厚さであるため、結果として得られるＮＩＤＡ構造の壁の厚さが一定でない。
・１つのシートと次のシートとの結合に繊維がなく、これは構造の強度を落とす。特に、２つの隣接するシートの接合に対応するセルのエッジで分離する（開く）リスクがある。
・シートの接着及び成形工程のため、セルの寸法の精度を、３／１０ｍｍよりも高くすることができない。
・（３番目の壁は）２つのシートの厚さ（従来の布で作られたシートの厚さは約６００μｍ）よりも薄い壁の厚さを得ることができない。
【００１４】
第２に、セラミック又はカーボン母材（matrix）でＮＩＤＡ構造を作ることには利点がある。なぜならば、それらは高温下で使用することが可能であり、さらにそれらは、有機材料を母材とするＮＩＤＡ構造よりも堅いためである。
【００１５】
カーボン又はセラミックを母材とする複合ＮＩＤＡ構造は、上述した方法の一つを使って作られる有機材料を母材とするＮＩＤＡ複合構造から得ることが可能である。
【００１６】
例えば、文献２は、カーボン繊維と熱硬化性の有機材料の母材とを含むＮＩＤＡ構造構造の熱分解によって得られるカーボン／カーボンＮＩＤＡ構造の形成を記載している（この場合、有機材料は、熱分解が高い炭素含有量をもたらすように選択される）。この方法の問題は、得られた構造の母材が比較的疎密であり、クラックを含むということである。この構造を強固に且つ密度を高くするために、従来の化学気相浸透（Chemical Vapour Infiltration：ＣＶＩ）技術を使用して、その構造にカーボンを導入する必要がある。その構造が酸化条件の下、高温で使用されなければならない場合、カーボンの代わりにシリコンカーバイドを用いてもよい。
【００１７】
この技術によって得られる構造は、（上述したような）有機材料の母材を含む特定のＮＩＤＡ構造と同じ問題を有し、その構造は、有機材料の母材を含むＮＩＤＡ構造から得られて、厚さ、寸法の精度、及び（セルの壁間の）接合繊維の欠如に関する欠点をそのまま有する。
【００１８】
さらに、熱分解は、熱硬化性樹脂を多孔質カーボン（porous carbon）に変える。しかし、多孔質カーボンはアクセス経路（access path）をほとんど含まないため、ＣＶＩ緻密化（CVI densification）は、繊維材料の中心に連続して到達することができない（CVIは、繊維表面を突き抜けることはない）。したがって、この技術を使用して得られるＮＩＤＡ構造の機械的性質（特に、強度）は、ＣＶＩによって十分に高密度化されたＮＩＤＡ構造の性質よりも劣る。
【００１９】
さらに、この技術は、例えば、ＳｉＣ／ＳｉＣ構造といった高性能セラミックＮＩＤＡ構造提供することができない。高性能ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料を作製するために、シリコンカーバイドの緻密化の前に、非常に薄いカーボン層（数百ｎｍ）をＣＶＩによって直接シリコンカーバイド繊維の上に形成する必要がある。この層は、その後、クラックの偏り、及び繊維と母材との間の結合力の適合を考慮してＳｉＣ／ＳｉＣの性能において、優れた役割を果たす。しかし、ガス法（gaseous method）によって得られるカーボン形成もこれらの性質を有する。技術的に考えて、熱分解された材料が繊維表面に存在する場合、要求されるカーボン層を形成することはできない。
【００２０】
セラミック母材構造を得るための別の方法が文献３に記載されている。この方法は、フェルト状のもの（又は針構造）に平行にスリットを入れること、その後、これらのスリットに横方向に拡張可能な六角形のロッドを突き通すことを含む。例えば、これらの拡張可能なロッドは、ガスで拡張することが可能なものであってもよい。
【００２１】
ロッドの拡張の間、フェルト状の繊維は、ロッドの形状に一致するように変形し、六角形の底面を備えるセルを形成する。
【００２２】
セルが形成される前に、フェルト状のものに樹脂又はセラミック前駆体を浸透させておいてもよい。樹脂又は前駆体の重合は、構造を強固にすることができる。得られたＮＩＤＡ構造は、カーボン又はセラミック母材構造を得るために熱分解される。
【００２３】
この技術を使用して得れらた構造は、繊維がその構造の全ての壁を通っているため、いかなる剥離の問題もない。しかし、以下に述べる問題が生じる。
【００２４】
スリットに対して垂直方向に沿ってフェルト状のものを引き伸ばすことによってセルが得られるため、その構造の全体の体積は、フェルト状のものの初めの体積に対してｄ／ｅ（ｄは２つの壁の間の距離であり、ｅは壁の厚さである）倍になる。そのため、壁における繊維の密度は、フェルト状のものの密度に対して、平均ｄ／ｅ倍に増加する。そのため、壁における繊維の量の平均を調整すること、及び最終的なＮＩＤＡ構造における壁の正確な厚さを維持しながら繊維の最大量を達成することが要求される場合、この方法においては、事前に所定の密度でフェルト状のものを作る必要がある。しかし、メーカーは、ＳｉＣ繊維といったセラミック繊維のために単一の密度（約０．１）フェルトしか販売していない。そのため、この方法では、規定された繊維量のために、その構造の壁の厚さを選択することは不可能である。
【００２５】
さらに、繊維は、スリットが入れられたときにカットされ、他の繊維は、引き伸ばしの間に裂かれる。ダメージを受けた繊維の割合は、六角形セルのサイズが大きくなるほど且つ壁の厚さが減少するほど増加する（セルサイズ及び壁の厚さは、２つのカットされたラインの間の距離によって調整される）。ダメージを受けた繊維の割合は、特に、繊維がより硬い場合に高くなる。これは、得られるＮＩＤＡ構造の機械的性質を低下させる。
【００２６】
最後に、引き伸ばしは、全ての方向に均一ではない。引き伸ばしは、ＮＩＤＡ構造における壁の軸に対して０°、＋３０°、−３０°を成す３方向に沿ってのみ行われ、壁の異なる方向にしたがって繊維の量も異なる結果になる。
【００２７】
ＮＩＤＡ構造は、ＮＩＤＡ構造の上面上または下面上に樹脂を事前に浸透させた布状の１つ又はいくつかの板（例えば、シート）を接着し、得られたアセンブリを重合することによって、セル構造を備えるパネルに使用されることが可能であることに留意する。例えば、カーボン／カーボンＮＩＤＡ構造が使用される場合、この構造の面は、ある程度の厚みを持った樹脂を浸透させたカーボン布構成される閉じられたボード（board）を使用して覆われることができる。アセンブリは、その後、熱分解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】欧州特許第０７９６８２９号
【特許文献２】米国特許第４，８２４，７１１号
【特許文献３】米国特許第６，８３０，７１８号
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】“HexWeb Honeycomb Attributes and Properties: A comprehensive guide to standard Hexcel honeycomb materials, configurations, and mechanical properties”（インターネットサイト（www.hexcel.com）で入手可能な、Hexcel Composites社によって公表されている技術文献（全38ページ）の３ページ目）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明の目的は、従来技術の問題を解決するセル構造(例えば、ハニカム構造)、言い換えれば、壁が強く、厚みと密度とが一定で調整可能な構造を得るための製造製法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の目的は、壁によって分離されたセルを含むセル構造を製造するための方法である。その方法は、以下の工程を含む。
壁の形を再現する溝によってそれぞれのロッドが分離されている、セルの形を再現するロッドを含む保持デバイスを製造すること、
壁を形成するために、それぞれの繊維をいくつかの連続して隣接する溝に配置する、連続繊維を溝に配置すること、
繊維が互いに結合するように、繊維の周辺に母材を形成すること、
を含む。
【００３２】
保持デバイスの溝、言い換えれば、その構造の壁と同等の空間に連続繊維を配置することは、壁の厚さの均一性及び壁のより良好な機械的強度を達成する。加えて、単一の繊維が、いくつかの隣接する壁に属するため、繊維によって壁が互いに結合される。
【００３３】
繊維の周辺に母材を形成は、繊維間の結合を作り出す手段を提供するということに留意する。
【００３４】
有利なことに、この製造方法は、また、母材を形成した後に、保持デバイスを除去する追加の工程を含む。
【００３５】
有利なことに、この製造方法は、また、保持デバイスの溝に連続繊維を配置する工程の後、且つ繊維の周辺に母材を形成する工程の前に、繊維を保持デバイスの溝に圧縮する工程を含む。
【００３６】
一変形例によると、配置は、少なくとも単一の連続繊維が保持デバイスの端から端までｎ回（ｎ≧１）移動して成される。
【００３７】
有利なことに、配置は、少なくとも単一の連続繊維が保持デバイスの全ての溝を通って成される。
【００３８】
有利なことに、繊維配置工程は、以下の工程を含む。
溝Ｘと呼ばれる所定の溝を定め、溝Ｘに対して平均方向９０°を成す溝に連続繊維を配置すること、
溝Ｘに対して平均方向−３０°を成す溝に連続繊維を配置すること、
溝Ｘに対して平均方向＋３０°を成す溝に連続繊維を配置すること、
を含み、θ方向に対応する平均方向θ°はθ＋３０°、又はθ−３０°の方向である。
【００３９】
要求される構造の高さを実現するまで、繊維の３方向への配置が、数サイクル行われる。
【００４０】
他の繊維の経路は、例えば、各六画形の３つの辺に沿って使用されてもよい。
【００４１】
第１の変形例によると、保持デバイスにおける各々の溝は、その厚さにおいて単一の繊維を含む。そのため、その溝の幅は、単一の繊維を収容するように適合される。
【００４２】
第２の変形例によると、単一の繊維のに代わって、いくつかの繊維が同時に溝に配置される。繊維のセットの幅は、保持デバイスの溝の幅に適合されることができる。
【００４３】
溝の幅に応じて、いくつかの繊維は溝に同時に配置されてもよいことは明らかである。
【００４４】
有利なことに、セルは、六角形の底面を備える中空のシリンダである。
【００４５】
有利なことに、保持デバイスのロッドは、六角形パターンに配置される。この場合、“六角形パターン”という表現は、いくつかの隣接するロッド、例えば、隣接する７個のロッドのグループによって形成されるパターンを示す。ロッド間に作り出される溝が繊維で充填されて、所定のハニカム構造を形成することができるように、ロッドは、ロッドの底部の形状に応じて異なるパターン内において均一に配置される。
【００４６】
有利なことに、保持デバイスのロッドは、支持台上に支持され、この支持台は、平面、円錐、又は円筒形である。実際には、平らなＮＩＤＡ構造を得ることが要求されている場合、保持デバイスのロッドは平らな支持台上に配置される。一方、円筒形又は円錐形のＮＩＤＡ構造を得ることが要求されている場合、保持デバイスにおけるロッドは、要求された形（円筒形、円錐形など）の支持台上に配置される。ロッドは、支持台の形状に係らず、基本的に支持台に対して垂直に配置されることに留意する。
【００４７】
保持デバイスのロッドは、カーボン、金属、又は生産条件に適合する他の材料で作られてもよい。
【００４８】
有利なことに、保持デバイスのロッドは、繊維で構成された布（fabric）又はひも（braid）で覆われ、これは、壁の全厚さを維持し、且つ繊維量を一定の保ちながら、垂直面に繊維を追加することを可能にする。
【００４９】
有利なことに、この製造方法は、また、繊維の周辺に母材を形成する工程の後に以下の工程を含む。
構造セルの両端を覆うように、構造の１つ又は２つの面上に繊維強化材を配置すること、
例えば、繊維状のもの、又は繊維強化材及び構造におけるセルの壁を通る繊維を挿入することによって、前記面上の繊維強化材を固定すること、
を含む。
【００５０】
構造上に繊維強化材を配置することによって、セルの両端は閉じられて塞がれることができる。繊維強化材は、セル構造の壁の表面に適合するように平面、円筒、又は円錐形状であってもよい。繊維強化剤は、平らに織られた要素、フェルト状のもの、又は類似の材料であってもよい。
【００５１】
有利なことに、製造工程の間に、保持デバイスが除去されなければならない場合、保持デバイスが除去される工程の後に、繊維強化剤は構造の片面又は両面に配置されてもよい。有利なことに、保持デバイスが除去される工程の前にも、繊維強化剤が配置されてもよい。この場合、除去は、全てのもの（セル構造及び保持デバイス）に熱処理を施すことによってなされてもよい。
【００５２】
特定の一実施形態によれば、セル構造は、ハニカム構造（ＮＩＤＡ）である。ＮＩＤＡ構造のセルは、好ましくは、六角形形状である。
【００５３】
別の特定の実施形態によれば、セル構造は、セルのセクションが三角形形状、平行六面体（正方形、長方形、又はひし形）形状を有する構造であってもよい。
【００５４】
実際には、セル構造は、セルの壁の形状を再現する溝（直線、又は断続的、或いは非断続的なパターンで交差するカーブ）に連続繊維を配置することによって作られるセルを含むいかなる構造であってもよい。
【００５５】
使用される繊維及び母材の性質に応じて、連続する有機材料又は無機材料（ガラス）、セラミック、或いはカーボン繊維と、有機材料、セラミック、又はカーボンの母材とからなるセル構造（例えば、ハニカム構造）を得るために本発明による方法を使用することができる。
【００５６】
第１の変形例によると、母材は、熱可塑性化合物を、繊維安定温度以下（言い換えれば、繊維がその性質を維持する温度以下）且つその熱可塑性化合物の融解温度よりも高い温度で保持デバイスに配置された繊維間に注入することによって得られる。例えば、タイプＥのガラス繊維及び熱可塑性化合物としてのポリプロピレンの安定温度は６００℃であり、その融解温度は２００℃である。
【００５７】
第２の変形例によると、母材は、熱硬化性の樹脂を、保持デバイスに配置された繊維間に注入して、樹脂の重合が得られるまでそのアセンブリを加熱することによって得られる。
【００５８】
別の変形例によると、母材を形成する工程は、ガスＣＶＤ又はＣＶＩによって、構造の壁の密度を高くする工程を含む。使用されるガスは、カーボン母材を得るためには、メタン又は水素、シリコンカーバイド母材を得るためには、メチルトリクロロシラン及び水素であってもよい。
【００５９】
従来技術では知られていないように、本発明による製造方法は、以下の、
全ての壁は、同じ厚みを有し、且つ壁内の繊維量は一定であり、
最大でも数百μｍという厚さである非常に薄い壁を得ることができ、
非常に高い幾何学的精度が得られ、セルのセクションの寸法（例えば、ＮＩＤＡ構造の場合、六角形の寸法）が±５／１００ｍｍ以内の精度であり、セルの壁がその底面に対して（ＮＩＤＡ構造の場合、六角形底面に対して）垂直であって、ずれが±０．５°であり、
その構造は、極度の剛性、又はそれらの非常に高い脆弱性のために織ることが困難な繊維、又は織ることができない繊維（例えば、チラノＳＡ３（tyranno SA3）セラミック繊維は高弾性、又は低強度繊維である）を使用して作られてもよい、
という特徴を備えるセル構造（例えば、ハニカム構造）を作るために使用することができる。
【発明の効果】
【００６０】
このような方法の手順において、一定の壁の厚さを有するセルを備える構造が提供される。セルの壁は、また、同数の繊維を含んでいるため、密度が同じである。さらに、ある一つの壁から他のものまで繊維が連続であるため、セルは互いに固定される。これは、構造の強度を高める。
【００６１】
本発明による方法の別の利点は、セル構造（例えば、ハニカム構造）の母材が、ガス方法（gaseous method）によって付着されてもよいことである。特に、繊維上での熱分解された堆積物の欠如は、カーボン接合を備えるセラミック母材（ＳｉＣ）のセル構造（例えば、ＮＩＤＡ構造）を作ることを可能にする。
【００６２】
本発明による製造方法から得られるセル構造（例えば、ＮＩＤＡ構造）は（強度などの）特徴を有し、それらを第４世代発電所のための核燃料被覆のために使用することを可能にする。これらの構造は、高温（１０００℃程度）で機能することが可能であり、それらは、良好な機械的及び熱的性質がなければならず、且つガス反応性生物を閉じ込めなければならない（セル内の最高圧力は１００バールである）。そのため、本発明による製造方法を使用して得られるセル構造（例えば、ハニカム構造）は、燃料被覆として使用することが可能である。
【００６３】
これらの構造は、また、航空及び宇宙分野において（例えば、構造部品、衝撃又は音を吸収する部品に）、及び高温産業（high temperature industry）において（例えば、熱交換及び断熱に）使用することが可能である。したがって、本発明による製造方法を使用して得られるセル構造（例えば、ハニカム構造）は、音の振動を弱める又は除去する消音機（sound absorber）として使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１Ａ】本発明によるＮＩＤＡ構造の作製に使用される保持デバイスの平面図である。
【図１Ｂ】本発明によるＮＩＤＡ構造の作製に使用される保持デバイスの長手方向の部分的な斜視図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂに示される保持デバイスの六角形の溝への繊維の圧縮に使用されるグレーティングを示す。
【図３Ａ】図１Ａ及び図１Ｂに示される保持デバイスの六角形の溝への繊維の配置ための連続する工程を示す。
【図３Ｂ】図１Ａ及び図１Ｂに示される保持デバイスの六角形の溝への繊維の配置ための連続する工程を示す。
【図３Ｃ】図１Ａ及び図１Ｂに示される保持デバイスの六角形の溝への繊維の配置ための連続する工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本発明は、限定されない例として提示される図面が添付された以下の記述を読むことにより理解され、他の利点及び具体的な特徴が理解されるであろう。
【００６６】
本発明の原理は、作り出されるセル構造のセルの壁となる空間における連続繊維の配置に基づく。六角形セルに基づくＮＩＤＡ構造は、繊維が配置される六角形パターンを形成する溝を得るために、互いに距離を空けて配置された六角形のロッドを含む保持デバイスを使用して作られる（図１Ａを参照）。
【００６７】
例えば、保持デバイスは、溝が六角形パターンに加工されているカーボン板又はカーボン発泡体（carbon foam）を含んでもよい。保持デバイス１０は、基板１１と六角形底面１２ａ、１２ｂを備え、基板上に均一に六角形パターンに配置されているロッドを含む（図１Ｂを参照）。
【００６８】
保持デバイスは、基板なしに、単に六角形底面を備えて六角形パターンに均一に配置されたロットのみを含んでもよく、或いは、取り外し可能な基板を備えていてもよい。ロッドは、溝１３が均一になるように、固定されたまま保持されていなければならない。
【００６９】
溝１３の幅と長さとは、得られるセルの壁の厚さと長さとに対応し、溝１３の高さは、（例えば、図２に示されるような）圧縮手段（compaction tool）１４が溝に挿入できるように、且つ、連続繊維が溝に適合できるように将来的なの壁の高さよりも高い。この圧縮手段は、保持デバイスのロッドのに適合して形を形成するものである。
【００７０】
得られるセルの数と等しい多数のロッド（中央ロッド１２ａ）に加えて、保持デバイスは、中央のロッドの周囲にあって、それらを取り囲む一連のロッド（周辺ロッド１２ｂ）を含み、いずれか１つのロッドと最も近くでそのロッドに隣接するロッドとの距離が溝を形成している。図１Ａにおいて、保持デバイス１０は、７個の中央ロッド１２ａと１２個の周辺ロッド１２ｂとを含む。
【００７１】
周辺ロッドで得られるセルは、中央セルと同数の繊維を含まないため、後に除去されることもできる。この場合、図１Ａに示される保持デバイス１０は、７個の中央セルを備えるＮＩＤＡ構造を作るために使用されることができる。
【００７２】
六角形底面のロッドの端部は、連続繊維の溝１３への配置を容易にするために、円錐形に加工されてもよく、又はカットされてもよい（図１Ｂ参照）。
【００７３】
保持デバイス１０は、溝の底部に開口が備えられていてもよい。これは、これらの開口にロッドを挿入し、それらを加圧することによって、一旦形成されたＮＩＤＡ構造の剥離を容易にするためである。同様に、ＮＩＤＡ構造の剥離（de-insertion）を容易にするために、保持デバイスには剥離剤が塗布されていてもよく、これによって、保持デバイスは再使用されることが可能となる。
【００７４】
垂直方向における繊維量の増加が要求される場合、ロッドは、繊維からなる布（fabric）又はひも（braid）で覆われてもよい。これは、溝の総幅が１ｍｍ以上の状態である場合にのみ可能である。布又はひもの厚みが少なくとも０．３ｍｍはあり、この厚みが溝内に２つある（２つのロッド面）ためである。
【００７５】
それらの扱いを容易にし、それらを溝に配置すること容易にするために、繊維は、第１に、溶剤、例えば、ポリビニルアルコール水溶液に浸されてもよい。繊維の取り扱いののために使用される溶剤は、一旦ＮＩＤＡ構造が出来上がったら後に熱処理によって除去されることが可能である。
【００７６】
単一の連続繊維の使用に代わって、いくつかの連続繊維から構成される連続繊維束（bundle of continuous fibre）を使用してもよいことに留意する。保持デバイスの溝に速く配置させて圧縮するために、連続繊維束の直径を、得られる壁の厚みと同じようにする。
【００７７】
繊維は、その長さに応じて、手動、或いは自動的に溝に配置される。
【００７８】
連続繊維は、１つの一連の配置（又は繊維の層）のための各壁において等量の繊維量を得ることができるように、好ましくは、方向を交互に替えて配置される。
【００７９】
図３Ａ乃至図３Ｃは、保持デバイスの溝に繊維を配置する一方法を示す。簡素化のために、図３Ａに図示された工程の間に既に配置されている繊維は、図３Ｂには図示されないことに留意する。同様に、図３Ａに図示された繊維及び図３Ｂに図示された繊維は、図３Ｃに図示されない。しかし、これらの繊維が溝に存在していることは明らかである。初めは、連続繊維１６を溝ｘと呼ぶ溝と、溝ｘに対して平均方向９０°の全ての溝とに配置することである（図３Ａを参照）。次の工程は、連続繊維１７を溝ｘに対して平均方向−３０°の溝に配置することである（図３Ｂを参照）。最後に、連続繊維１８を溝ｘに対して平均方向＋３０°の溝に配置する（図３Ｃを参照）。角度θ°の平均方向（average orientation）は、θ＋３０°、又はθ−３０°の方向という意味である。したがって、平均方向９０°について、満たされる溝は、溝ｘに対して+１２０°又は+６０°の角度をなす全ての溝である。
【００８０】
一旦、全ての工程が完了すると、中央ロッドでの各溝は２つの繊維を含む、と見ることができる。図３Ａ乃至図３Ｃに示される工程は、要求される壁の高さが得られるまで繰り返される。
【００８１】
このような方法の手順において、一定の壁の厚さを有するセルを備える構造が提供される。セルの壁は、また、同数の繊維を含んでいるため、密度が同じである。さらに、ある一つの壁から他のものまで繊維が連続であるため、セルは互いに固定される。これは、構造の強度を高める。
【００８２】
繊維は、溝に配置された後に、場合によっては、圧縮されてもよい。繊維の圧縮は、溝に繊維を適合させて、均一な繊維の高さを得る方法を提供する。圧縮は、六角形グレーティング（hexagonal grating）１５（保持デバイスのロッド形を形成する（図２参照））を備え、保持デバイスの溝に合致する圧縮具１４を使用して行われる。
【００８３】
一旦、壁が形成されると、それらは、追加の繊維を継ぐ、又は移動させることによって、垂直に繊維が挿入されることにより強固にされることができる（例えば、繊維は、壁の繊維に対して垂直に配置されることができる）。
【００８４】
一旦、要求された壁の高さが得られると、ＮＩＤＡ構造の結合性を維持するために、繊維、又は糸状のもので保持デバイスの周辺ロッドを取り囲むことによってＮＩＤＡ構造の外側のストラッピング（outer strapping）を実現することが可能である。ストラッピングは、後に、切断することによって除去することができ、或いは、熱分解によって、ＮＩＤＡ構造の一部を形成する材料に変わってもよい。例えば、ストラッピングは、フェノール樹脂でコーティングされたカーボン繊維を使用して、それらを加水分解して作り出されてもよい。外側のストラッピングは、製造工程の間、ＮＩＤＡ構造を強固にする。
【００８５】
最後に、一旦、ＮＩＤＡ構造が形成されると、保持デバイスは取り除かれる。保持デバイスは、その上にあるロッドを押圧することによって、引き抜かれてもよい。また、ＮＩＤＡ構造を変形させることなしに保持デバイスを取り除くために、以下に示すように、ロッドの底部で保持デバイスの基板を切断することも可能である。
【００８６】
有機材料の母材でＮＩＤＡ構造を得るためは、上述の工程にしたがって工程を行う必要があり、保持デバイスの溝に配置される前に樹脂を浸透された繊維を使用するか、或いは、得られるＮＩＤＡ構造を含む保持デバイスを型に配置し、ＲＴＭ（Resin Transfer Moulding technique）によって樹脂又はポリマーを注入するか、のいずれかである。樹脂を含むＮＩＤＡ構造は、例えば、加熱することによって、熱分解される。
【００８７】
カーボン又はセラミック母材のＮＩＤＡ構造を得ることが要求される場合、上述の工程を使用して得られるブランクＮＩＤＡ構造は緻密化される必要がある。これは、カーボン堆積及び／又はセラミック化合物の堆積によってなされることができる。
【００８８】
この緻密化を実行するために、ＮＩＤＡ構造を含む保持デバイスは、オーブンに配置されて、且つ、例えば、カーボン、又はセラミック化合物（シリコンカーバイド、又は他のカーバイド）を用いて、ＮＩＤＡ構造の化学的な浸透がなされる。一般的に、１０００℃で適切なガス前駆体を用いて、要求されている緻密化が得られるまで行われる。
【００８９】
何度かの堆積工程、又は緻密化工程の最終工程において、周辺ロッド及び保持デバイスの基板（もしあれば）は、切断して除去されてもよい。中央ロッドは、酸化（例えば、以下のＳｉＣ及びカーボン保持デバイスによる緻密化によって可能である）、又は、ロッドを押圧することによる剥離によって除去されてもよい。
【００９０】
ストラッピングが加えれた場合、そのストラッピングも切断によって取り除かれる。
【００９１】
さらに、ＮＩＤＡ構造は、繊維と同様の性質の布によって、１つ又は２つの面上で閉じられてもよい。これにより、パネルとなる。
【００９２】
布は、ＮＩＤＡ構造の表面を覆って引き伸ばされ、壁に繋がれることによって結合される。繋ぐことは、布及びＮＩＤＡ構造の壁を通っている同じ繊維から構成される糸を使用することによってなされる。
【００９３】
構造が、その上面上及び下面上の織られた要素を保持するよう設計されている場合は、ロッド間に配置されたひも又は糸によって、得られるＮＩＤＡ構造の各壁の厚みと同じ空間で離隔されたロッドのみを備える基板がない保持デバイスを使用するという利点がある。
【００９４】
ＮＩＤＡ構造が、その上面上及び下面上の織られた要素の適用によって全体的に閉じられる場合、保持デバイスのロッドを作る材料は、ＮＩＤＡ構造の特性（例えば、軽量）を悪化させないように、又は、その後に続く工程の間、それが除去できるように選択されることが望ましい。したがって、最終的なＮＩＤＡ構造がカーボン／カーボンＮＩＤＡ構造であり、且つ、断熱及び軽量の特性を備えるＮＩＤＡ構造を得ることが要求される場合、保持デバイスはカーボン発泡体で作られてもよい。最終的なＮＩＤＡ構造がＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料であり、且つ、中空のセルを得ることが要求される場合、保持デバイスはカーボン発泡体(密閉気孔（closed pores）を備える)で作られてもよい。保持デバイスは、ＳｉＣによってＮＩＤＡ構造を部分的に、又は全体的に緻密化した後、５００℃を超える温度下で空気酸化することによって除去されてもよい。
【００９５】
本発明のよる、ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料ＮＩＤＡ構造の形成を説明する。
【００９６】
以下に説明するＮＩＤＡ構造は、辺の長さが８ｍｍ、厚さ１ｍｍ、高さ１０ｍｍの１９個の六角形セルを含む。
【００９７】
１９個のセルを備えるＮＩＤＡ構造を得るために、カーボンで作られて、３５ｍｍの高さを有する３７個のロッドを備え、ロッドの六角形の底面が六角形のパターンに配置されて、それらの端１５ｍｍ以上が円錐形に加工された装置を使用を選択する。使用される装置は、図１Ａ及び図１Ｂで図示されたものと同じである。（±２０μｍの精度で）１ｍｍの厚みの壁を得るために、ロッドは間隔をおいて互いに離隔される。溝は、ロッドの底部から９０°±０．１°で配置される。
【００９８】
ＮＩＤＡ構造の形成に使用される繊維は、例えば、Ｈｉ−Ｎｉｃａｌｏｎ（登録商標）によって提供されるＳｉＣ繊維であってもよい。これらの繊維は、５００の繊維を含む粗紡（roving）形態であり、繊維の一群の直径は１４μｍであり、質量／粗紡の一群の長さ（Ｔｅｘ）は、２０５ｇ／ｋｍである。
【００９９】
繊維は、５％ポリビニルアルコール水溶液にさっと浸されて、例えば、７０ｃｍの長さにカットされ、その後、保持デバイスの溝に手動で配置される。例えば、図３Ａ乃至図３Ｃに示される繊維の配置の原理を使用できる。保持デバイスの寸法を考慮して少なくと一度で装置の全ての溝を充填できるようにするために、ここでの記載における繊維の長さは選択され、他の長さも可能であることに留意する。
【０１００】
一旦、繊維が溝に配置されると、六角形のグレーティング（grating）を備える圧縮具を保持デバイスの溝に適合させることによって、それらは、溝に適合する。この圧縮具は、保持デバイスのロッドに応じた形状を有して、保持デバイスの各ロッドに対応して開口（グレーティング）を備える。
【０１０１】
さらに、配置及び圧縮の一連の工程が行われる。これらの配置及び圧縮の一連の工程は、セルの壁に対して要求された高さが達成されるまで、繰り返される。例えば、計３０回の一連の工程が繰り返された後に、要求された高さが達成される。
【０１０２】
次の工程は、外側の六角柱（outer hexagonal column）を、フェノール樹脂でコーティングされたカーボン繊維（例えば、Ｔ ３００繊維）で取り囲み、これを２５０℃で重合する。さらに、繊維に使用されたポリビニルアルコールは、この温度で除去される。
【０１０３】
保持デバイスのロッドは、底基板との交点で切断される。ロッドの上部はまた、ＮＩＤＡ構造の壁の上部と同じレベルで切断される。ＮＩＤＡ構造の上面及び下面を研磨することによって、調節することが可能である。
【０１０４】
ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料ＮＩＤＡ構造を含むパネルは、セルを覆うために、ＮＩＤＡ構造の大きな面の一つの上に１ｍｍの厚さのＳｉＣ布（例えば、インターロック構造（interlock structure）の布）を伸ばし、例えば、５００の繊維からなる粗紡（roving）（例えば、Ｈｉ−Ｎｉｃａｌｏｎ（登録商標）粗紡）で縫い付けることによって、布とＮＩＤＡ構造の壁との接点でこの布を固定することによって得られる。この例において、布を構造に取り付けるために使用される針の直径は４００μｍであり、縫い目と縫い目との間のスペースは２ｍｍである、言い換えれば、六角形セル６つに辺の各々において、１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、及び７ｍｍで縫い目が存在する。
【０１０５】
フェノール樹脂をカーボンに変えるために、この布とＮＩＤＡ構造とのアセンブリを熱分解炉（pyrolysis oven）に配置する。フェノール樹脂は、後のＣＶＩ緻密化工程の間、炉及びＮＩＤＡ構造を汚染する可能性がある。熱分解条件は、真空状態下で毎時１０℃ごとに温度を８００℃まで上げて、さらに、毎時１００℃ごとに温度を８００℃から１２００℃まで上げ、１２００℃で１時間保ち、その後、温度を毎時１００℃ごと下げることからなる。
【０１０６】
ＮＩＤＡ構造の壁に、厚さおよそ０．２μｍのカーボン膜を形成するために、得られた布とＮＩＤＡ構造とのアセンブリをＣＶＩ緻密化炉（CVI densification oven）に配置する。この形成条件は、温度（Ｔ）＝１０００℃、圧力（Ｐ）＝５ｋＰａ、前駆体としてプロパンを用いて、プロパン導入（propane introduction）は５分３０秒間であり、滞留時間は３秒である。次の工程は、ＳｉＣ膜を形成することである。形成条件は、温度（Ｔ）＝９５０℃、圧力（Ｐ）＝２ｋＰａ、水素中２５％のメチルトリクロロシランを前駆体として用いて、前駆体の浸透は６０時間であり、滞留時間は１秒である。
【０１０７】
（繊維状のフェノール樹脂の熱分解で生じるカーボン母材によって互いに結合されたカーボン繊維から構成される）残っているフープ（retaining hoop）及び保持デバイスの周辺ロッドは、切断することにより除去される。
【０１０８】
残っているアセンブリは、残っているカーボンロッド（中央ロッド）を除去するために、（温度（Ｔ）＝５５０℃、空気を排気して、３０時間）炉に入れる。
【０１０９】
溝に配置された繊維の数と繊維密度とから計算される、壁における単位体積当たりの繊維量は、ｘ、ｙ、ｚ方向に沿って４４％であり、ｘ、ｙ、ｚ方向に垂直な方向に沿って４％である（ｘ、ｙ及びｚ方向は図１Ａに示されている）。
【０１１０】
得られるＮＩＤＡ壁の密度は２．５５であり、空隙率（porosity）は１３％である。
【０１１１】
六角形セルの辺の寸法は、±５／１００ｍｍの精度である。
【０１１２】
［参考文献］
（１）インターネットサイト（www.hexcel.com）で入手可能な、Hexcel Composites社によって公表されている技術文献（全38ページ）の３ページ目の“HexWeb Honeycomb Attributes and Properties: A comprehensive guide to standard Hexcel honeycomb materials, configurations, and mechanical properties”。
【０１１３】
（２）ＥＰ特許第０７９６８２９号（１９９７年３月１７日出願、発明者：Ｇ・ルソー、ＥＡＤＳ社）の“カーボン／カーボン又はカーボン／セラミック複合材料のハニカム構造パネルの製造方法及びそのパネルから構成される構造物”。
【０１１４】
（３）米国特許第４，８２４，７１１号（１９８９年４月２５日出願、発明者：Ｄ．Ｅ．カリオストロ、ＮＡＳＡ）“セラミックハニカム構造及びその製造方法”
【０１１５】
（４）米国特許第６，８３０，７１８号（２００４年１２月１４日出願、発明者：Ｊ．Ｐ．モーム、スネクマモータ社）“ハニカム構造の製造方法”
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【国際調査報告】
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