(57)【要約】【課題】ケーシングと収束部分とのユニットを形成するために必要とされる部品と動作との数を減じ得る、ユニットを形成する方法を提供する【解決手段】本発明は、ケーシングと収束部分とのユニットを形成する方法に関する。この方法は、第１のタイプの繊維で形成された第１の繊維プリフォーム（５０）と、第１のタイプの繊維とは異なる第２のタイプの繊維で形成され、かつ第１のプリフォームに配置される第２の繊維プリフォーム（１００）とから繊維強化材（１５０）を形成する工程と、ケーシングと収束部分との形成されるユニットの形状に一致した形状を有するように、前記繊維強化材を工具（２００）に維持する工程と、前記繊維強化材に熱硬化性樹脂（２０４）を含浸させ、この樹脂を重合させる工程とを含む。【選択図】  図２１
2008169830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと収束部分とのユニットを形成する方法であって、
ケーシングと収束部分との形成されるユニットの収束部分に対応した第１の繊維プリフォーム（５０）を、第１のタイプの繊維で形成することと、ケーシングと収束部分との形成されるユニットのケーシング部分に対応し、かつ前記第１のプリフォームに配置される第２の繊維プリフォーム（１００）を、前記第１のタイプの繊維とは異なる第２のタイプの繊維で形成することとにより、繊維強化材（１５０）を形成する工程と、
ケーシングと収束部分との形成されるユニットの形状に一致した形状に前記繊維強化材を維持する工程と、
前記繊維強化材に熱硬化性樹脂（２０４）を含浸させ、この樹脂を重合させる工程とを具備する、方法。
【請求項２】
前記第１の繊維プリフォーム（５０）は、５０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１未満の熱伝導率を示す繊維で形成されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記第１の繊維プリフォーム（５０）は、ピッチ前駆体の炭素繊維、ＰＡＮ前駆体の炭素繊維、若しくは、レーヨン前駆体の炭素繊維で形成されることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項４】
前記第２の繊維プリフォーム（１００）は、少なくとも３０００ＭＰａの引っ張り強度と、少なくとも２００ＧＰａのヤング係数とを示す繊維で形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１の方法。
【請求項５】
前記第２の繊維プリフォーム（１００）は、ＰＡＮ前駆体の炭素繊維、若しくは、ピッチ前駆体の炭素繊維で形成されることを特徴とする請求項４の方法。
【請求項６】
前記熱硬化性樹脂（２０４）は、構造的な特徴と、少なくとも５０％のコークスの分留とを有する重付加の樹脂であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１の方法。
【請求項７】
前記第１の繊維プリフォーム（５０）は、複数の環状の繊維層（３０１ないし３０ｉ）からなり、各繊維層は、角度αで方向付けされた第１のシリーズの繊維（２２）と、角度−αで方向付けされた第２のシリーズの繊維（２３）とを少なくとも有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１の方法。
【請求項８】
前記第１の繊維プリフォームは、前記環状の繊維層（３０１ないし３０ｉ）を、エッグカップ形状、若しくは、円錐形状の工具（４０）に積み重ねることにより形成され、各層は、前記工具の軸線に対して角度βで工具に配置されることを特徴とする請求項７の方法。
【請求項９】
各環状の繊維層（３０）の前記第１のシリーズの繊維（２２）と第２のシリーズの繊維（２３）とは、環状のスペース（２７）を規定する２つのカンバス（２０，２１）間への繊維の自動的な配列並びに縫い付けにより形成され、前記層（３０）の各々は、円環状の接続部（３１）がこの層に形成された後に切断されることにより、前記カンバスから除去されることを特徴とする請求項７又は８の方法。
【請求項１０】
前記第２のプリフォーム（１５０）は、互いに重ねられた第１の繊維層（６０）と第２の繊維層（８０）とから少なくとも形成され、前記第１の繊維層（６０）は、所定の方向に向けられた繊維（１２２）を有し、また、前記第２の繊維層（８０）は、第１の層（６０）の前記繊維（１２２）に対して垂直に向けられた繊維（８１）の層を、前記第１の層（６０）に配置することにより形成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１の方法。
【請求項１１】
前記第１の層（６０）は、環状のスペース（１２７）を規定する２つのカンバス（１２０，１２１）間への繊維（１２２）の自動的な配列並びに縫い付けにより形成され、前記層は、円環状の接続部（６１）がこの層に形成された後に切断されることにより、前記カンバスから除去されることと、前記第２の層（８０）は、円錐状の工具（７０）の形状に保持されながら、前記第１の層にフィラメント巻きされることにより形成されることとを特徴とする請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記第２の繊維プリフォームは、互いに重ねられた第１のシリーズの繊維と第２のシリーズの繊維とを少なくとも有する少なくとも１つの繊維層からなり、前記第１のシリーズの繊維は、角度αで方向付けされた繊維を有し、また、第２のシリーズの繊維は、角度−αで方向付けされた繊維を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１の方法。
【請求項１３】
各繊維層の前記第１のシリーズの繊維と第２のシリーズの繊維とは、環状のスペースを規定している２つのカンバス間への繊維の自動的な配列並びに縫い付けにより形成され、各層は、円環状の接続部がこの層に形成された後に、前記カンバスから除去されることを特徴とする請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記第１のプリフォームと第２のプリフォームとは、互いに別々に形成され、前記第２のプリフォームは、前記繊維強化材を形成するように、前記第１のプリフォーム上に配置されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１の方法。
【請求項１５】
前記第２の繊維プリフォームは、前記繊維補強財を形成するように、前記第１の繊維プリフォームに直接形成されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１の方法。
【請求項１６】
前記第１の繊維プリフォーム（５０）と第２の繊維プリフォーム（１００）とは、互いに重ねられ、これら繊維プリフォームからなる前記繊維強化材（１５０）は、工具（２００）に配置され、この工具は、前記強化材（１５０）が中に保持される内側スペース（２０３）を規定する鋳型コア（２０１）と外側の鋳型（２０２）とを有することと、前記熱硬化性樹脂（２０４）は、圧力勾配が、前記強化材の底部中に注入された樹脂を強化材の上部に向けて流させるように、前記内側スペース（２０３）中に確立された状態で、強化材の底部中に注入されることとを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１の方法。
【請求項１７】
前記工具は、前記繊維強化材をほぼ均一な温度に維持するためのヒータ手段（２１０，２１１）を有することを特徴とする請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記工具は、温度調整された流体（２１１）を循環させることにより加熱されることを特徴とする請求項１７の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にロケットの排気ノズル、即ち出口コーン用の部品を形成するのに使用されるケーシングと収束部分とのユニットを形成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の部品は、「収束部分」として称される内側部分を有し、この内側部分は、高温ガスの流れに直接さらされるので、温度と摩耗とに耐える優れた能力を示すことが本質的に求められる。この部品は、また、「ケーシング」として称される外側部分を有し、この外側部分は、部品に優れたスチフネスを与えるという主な機能を有している。
【０００３】
特に、収束部分とケーシングとが示す必要のある特性のために、これら２つの部分は、別々に形成される。形成の後に、これら部品は、ケーシングと収束部分とのユニットを形成するように一体にされる。
【０００４】
複合の収束部分若しくはケーシングを形成するのに現在使用されている方法は、樹脂、例えばフェノール樹脂が予め含浸された炭素繊維の層をドレープ成形やモールド成形することにある。より詳細には、この方法は、予め含浸された繊維層を、成形されるユニットの形状を示す鋳型にロゼットパターンでドレープ成形することと、これら繊維層をダイヤフラムにより真空状態に圧縮することと、必要に応じて雌型を導入することと、このユニットをオートクレーブ若しくはプレス機で重合することと、部品を鋳型から外すこととを含んでいる。これにより、剛性な部品が、繊維強化材で製造される。
【０００５】
また、例えば、スリーブをフィラメント巻きすること、ブレーディングすること、若しくは、ニッティングすることを含む方法のような、複合の収束部分若しくはケーシングを形成する他の知られた方法が、ある。
【０００６】
これにもかかわらず、これら組み合わせの方法では、ケーシングと収束部分とのユニットを形成するのに必要とされる部品の数が比較的多く、同様に、多くの時間が必要とされ、かくして、製造のコスト高をもたらす。
【０００７】
さらに、収束部分とケーシングとは別々に成形されるので、これら２つの部材を一緒に組み合わせることは、複雑であり、含浸の困難さを示す。例えば、ケーシングと収束部分との間の接触面を互いにアライメントするには、更なる機械加工が必要とされ、従って、これに伴う製造の時間とコストとが増加される。さらに、２つの部材を一緒に結合するには、全ての場所で良好な接着を得るように、組み合わせ面が準備されることと、使用された接着剤全体を良好に制御することとが、必要である。
【０００８】
さらに、上記の方法は、実施することが困難である。特に、繊維強化材を形成するように繊維層をドレープ成形することは、成形支持体に直接果たされる手動の動作である。この動作では、正確な制御が、強化材の全ての場所での繊維の配列並びに量において維持されることが不可能である。
【０００９】
さらに、多くの既存の方法は、乾燥した繊維よりも可撓性の小さい予め含浸された繊維を使用し、このため、収束部分とこれに関連したケーシングとのような回転本体の形状に整合するように層を成形することを、よりいっそう難しくしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ケーシングと収束部分とのユニットを形成するために必要とされる部品と動作との数を減じることのできる、ユニットを形成する方法を提案することにより、従来の方法の欠点を改善する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、以下のようなケーシングと収束部分とのユニットを形成する方法により達成される。この方法は、
ケーシングと収束部分との形成されるユニットの収束部分に対応した第１の繊維プリフォームを、第１のタイプの繊維で形成することと、ケーシングと収束部分との形成されるユニットのケーシング部分に対応し、かつ前記第１のプリフォームに配置される第２の繊維プリフォームを、第１のタイプの繊維とは異なる第２のタイプの繊維で形成することとにより、繊維強化材を形成する工程と、
ケーシングと収束部分との形成されるユニットに一致した形状に前記繊維強化材を維持する工程と、
前記繊維強化材に熱硬化性樹脂を含浸させ、この樹脂を重合させる工程とを含む。
【００１２】
かくして、収束部分用の繊維プリフォームとケーシング用の繊維プリフォームとが組み合わされた繊維強化材を形成することにより、本発明の方法は、ケーシングと収束部分との複合ユニットを最小の動作で形成することを可能にしている。繊維強化材が形成されると、この繊維強化材には、重合された場合に収束部分とケーシングとの両方に共通するマトリックスを構成してこれら２つの構造体の両方を単一の部品中に形成する樹脂が、一度に含浸される。かくして、ケーシングと収束部分とのユニットを形成するのに必要とされる動作の数は、かなり減じられる。さらに、収束部分とケーシングの部分とに夫々対応した２つの「乾燥した」繊維のプリフォームを使用して共通の繊維強化材を形成することにより、これら２つの部分を互いに組み合わせることは、比較的容易である。これは、乾燥した繊維からなる繊維プリフォームが、成形されるのに適しているためである。
【００１３】
さらに、本発明の方法により得られるケーシングと収束部分とのユニットを形成するのに必要な部品と動作との数は、製造コストをかなり減じる役割を果たす。これは、特に、繊維強化材を形成するための単一の工具と、単一の注入並びに重合サイクルを使用して樹脂の含浸並びに重合を果たすための単一の工具とを使用することが、可能なためである。本発明の方法により、中間の機械加工並びに接着の必要性はない。
【００１４】
収束部分を形成する第１のタイプのプリフォームは、低い熱伝導率を示す繊維、即ち、１メートル当り１ケルビン当り５０ワット（Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１）未満、好ましくは２０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１未満の熱伝導率を示す繊維を使用して形成されている。このような繊維は、特に、ピッチ前駆体の炭素繊維、ポリアクリロニトリル前駆体（ＰＡＮ-前駆体）の炭素繊維、若しくは、レーヨン前駆体の炭素繊維により構成されることができる。
【００１５】
ケーシング部分を形成する第２の繊維プリフォームは、少なくとも３０００メガパスカル（ＭＰａ）の引っ張り強度、好ましくは３４００ＭＰａ以上の強度を示す繊維で形成されている。このような繊維は、また、少なくとも２００ギガパスカル（ＧＰａ）のヤング係数、即ち弾性率を示す。このような繊維は、特に、ＰＡＮ前駆体の炭素繊維、若しくは、ピッチ前駆体の炭素繊維により構成されることができる。
【００１６】
本発明の一態様では、前記第１の繊維強化材は、複数の環状の繊維層からなる。各繊維層は、角度αで方向付けされた第１のシリーズの繊維と、角度−αで方向付けされた第２のシリーズの繊維とを少なくとも有している。環状の繊維層は、円錐形状若しくはエッグカップ形状の工具に積み重ねられ、各繊維層は、工具の軸線に対して角度βで、工具に配置される。
【００１７】
各環状の繊維層の第１並びに第２のシリーズの繊維は、環状のスペースを規定している２つのカンバス間に繊維を自動的に配列並びに縫い付けることにより、形成される。各繊維層は、円環状の接続部がこの繊維層に形成された後に切断されることにより、カンバスから除去される。このように、収束部分のプリフォームを形成するための繊維層は、２つのカンバス間に平らに形成されることができ、かくして、繊維の配列を正確に制御することが、可能にされる。さらに、２つのカンバス間に繊維を配列するための自動縫い付けマシンを使用することにより、繊維の配列を自動で行い、特に使用された繊維の配列並びに量において同じ繊維層を形成することが可能である。
【００１８】
一実施形態では、前記第２のプリフォームは、互いに重ねられた第１並びに第２の繊維層から少なくともなっている。この第１の繊維層は、所定の方向に向けられた繊維を有し、また、第２の繊維層は、第１の繊維層の繊維に対して垂直に向けられた繊維層を第１の繊維層上に配置することにより、形成される。第１の繊維層は、環状のスペースを規定している２つのカンバス間に繊維を自動的に配列並びに縫い付けることにより形成され、この繊維層は、円環状の接続部がこの層に形成された後に切断されることにより、カンバスから除去される。また、第２の繊維層は、第１の繊維層が、エッグカップ形状若しくは円錐形状の工具の形状に保持されたまま、フィラメント巻きにより第１の繊維層に形成される。
【００１９】
他の実施形態では、第２の繊維プリフォームは、互いに重ねられた第１並びに第２のシリーズの繊維を少なくとも有する少なくとも１つの繊維層からなっている。第１のシリーズの繊維は、角度αで方向付けされた繊維を有し、また、第２のシリーズの繊維は、角度−αで方向付けされた繊維を有している。各繊維層のこれら第１並びに第２のシリーズの繊維は、環状のスペースを規定している２つのカンバス間に繊維を自動的に配列並びに縫い付けすることにより、形成される。各繊維層は、円環状の接続部がこの繊維層に形成された後に切断されることにより、カンバスから除去される。
【００２０】
前記第２の繊維プリフォームは、第１の繊維プリフォームとは別に形成されても良いし、第１の繊維プリフォームに直接形成されても良い。
【００２１】
互いに重ねられた第１並びに第２の繊維プリフォームからなる繊維強化材は、工具中に配置される。この工具は、強化材が中に保持される内側スペースを規定する鋳型コアと外側の鋳型とを有している。熱硬化性樹脂は、圧力勾配が、繊維強化材の底部中に注入された樹脂を強化材の上部に向けて流すように、前記内側のスペース中に確立された状態で、繊維強化材の底部中に注入される。かくして、注入並びに重合は、同じ工具を使用して単一のサイクルで果たされる。
【００２２】
前記熱硬化性樹脂は、構造的な特徴を示し、かつ少なくとも５０％のコークスの留分を有した重付加の樹脂である。
【００２３】
本発明の他の特徴並びに効果は、非限定的な例として与えられている本発明の特定の実施形態の、添付図面を参照した以下の説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、マトリックスを形成するように、２つのタイプの繊維から繊維強化材を形成することと、この強化材に樹脂を含浸させることとを主に含む、ケーシングと収束部分とのユニットを形成する方法を提案している。この繊維強化材は、形成されるユニットの収束部分とケーシングとに夫々対応した２つの繊維プリフォームにより構成される。
【００２５】
繊維強化材を形成する前記収束部分に対応した第１のプリフォームは、特に低い熱伝導率を示す第１のタイプの耐火性の繊維、即ち、約５０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１、好ましくは２０Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１未満の熱伝導率を示す繊維で形成される。一例によると、この第１のタイプの繊維は、ピッチ前駆体(pitch-precursor)の炭素繊維、ＰＡＮ前駆体(PAN-precursor)の炭素繊維、若しくは、レーヨン前駆体(rayon-precursor)の炭素繊維であることができる。
【００２６】
繊維強化材を形成する前記ケーシングに対応した第２のプリフォームは、特に大きな機械的強度を示す第２のタイプの繊維、即ち、少なくとも３０００ＭＰａ、好ましくは、３４００ＭＰａ以上の引っ張り強度(traction strength)を示し、かつ少なくとも２００ＧＰａのヤング係数、即ち弾性率を示す繊維で形成される。この第２のタイプの繊維は、特にＰＡＮ前駆体の炭素繊維、若しくは、ピッチ前駆体の炭素繊維により形成されることができる。
【００２７】
ケーシングと収束部分との形成されるユニットの収束部分に対応した前記第1の繊維プリフォーム自体は、互いに重ねられた繊維層体から形成される。
【００２８】
本発明の実施形態では、各繊維層は、最初に、カンバスに平らに形成される。図１に示されているこの実施形態では、各繊維層は、互いに異なる２つの方向に向いて夫々配列された複数のシリーズの繊維２２，２３、例えば、ピッチ前駆体の炭素繊維により構成されている。このような２つの異なる向きでの繊維の配列により、異なる方向への機械的な歪みに耐える機能が、最終成形品に与えられる。
【００２９】
この繊維層は、環状のスペース２７を規定している２つのカンバス２０，２１から形成される。これらカンバス２０，２１は、環状のスペース２７の内周と外周とをそれぞれ規定し、このスペースは、層に必要なディメンションよりもわずかに大きいように選択された幅λを有している。
【００３０】
前記シリーズの繊維２２，２３は、いわゆる調整繊維配列(tailored fiber placement)（ＴＦＰ）技術を使用することにより、即ち、繊維２２，２３をカンバスに夫々の角度α，−αで配列並びに縫い付けるように自動縫い付けマシンをプログラムすることにより、位置付けされる。この角度α並びに角度−αは、例えば、約＋４５°並びに−４５°に夫々対応することができる。このＴＦＰ技術は、繊維を、自動縫い付けマシンを使用して裏地（カンバス）に正確な位置で縫い付けることにより、配設並びに固定することにある。
【００３１】
これにもかかわらず、本発明では、前記ＴＦＰ技術が、異なる方法で使用される。例えばＵＳ ２００４/００７４５８９に記載されているように、ＴＦＰ技術は、層の一体部分を形成する布地に繊維を配列並びに縫い付けるために使用されている。本発明では、裏地（カンバス）が、それとは別に使用され、即ち、形成される繊維層の形状並びにディメンションを規定するのに使用される。この裏地は、最後の繊維層には見られない。通常のＴＦＰ技術が使用されると、裏地への繊維層の縫い付けは、過度のスチフネスを示し、かくして、例えば、展開されることのできない三次元の回転面に密に適合するように変形されるのに適さないだろう。
【００３２】
具体的に、図２並びに３に一例として示されているように、前記マシンは、第1のシリーズの繊維２２ａを前記環状のスペース２７に角度−αで配列する。このために、マシンは、例えば元ピッチ(ex-pitch)の繊維糸を有するリール（図示されず）から繊維２２ａを送出し、ガイド２５により繊維を環状のスペース２７に位置付ける。このようにして配列されるように繊維を保持するために、マシンは、例えばポリエチレン若しくはポリエステルからなる非常に細い糸２６を使用して、繊維をこれの両端部のところでカンバス２０，２１に縫い付けるステッチングヘッド(stitching head)２４を有している。このような繊維の配列並びに縫い付けは、マシンの数値制御部にプログラムされている。
【００３３】
前記スペース２７の環状形状と、このスペースへの繊維の径方向の配列とのために、マシンにより配列された繊維間には間隙が形成される。これら間隙は、環状のスペースの外周部に接近するにつれて大きくなっている。層の全ての場所で実質的に同じ繊維密度を維持させるために、様々な長さの更なる繊維２２ｂが、図４に示され得るように、繊維２２ａ間に形成された間隙中に加えられる。このような状況において、自動縫い付けマシンは、更なる繊維２２ｂを前記間隙に配置して、隣接した繊維に縫い付けることにより、繊維２２ａ間の間隙を充填するようにプログラムされている。
【００３４】
図５Ａに示されているように、この縫い付けマシンは、次に、シリーズの繊維２３ａを角度−αでシリーズの繊維２２（繊維２２ａ並びに２２ｂを有する）上に配列する。そして、更なる繊維２３ｂが、第２のシリーズの繊維２３（繊維２３ａ並びに２３ｂ）を形成するように、繊維２３ａ間に形成された間隙中に充填されるために加えられる（図５Ｂ）。
【００３５】
これら工程は、角度−α並びにαで夫々配設され重ねられた複数のシリーズの繊維を形成するように、任意に繰り返されることができる。
【００３６】
これら全ての間隙が充填されると、前記環状のスペース２７は、互いに異なる２つの方向に向けられた少なくとも２つのシリーズの繊維２２，２３を含む層３０により、ふさがれる。次に、ステッチングのサークル３１が、繊維層３０をカンバスから除去する前に繊維を保持しておくために、環状のスペースの内周部近くに形成される（図６）。この除去は、例えば、切断工具２８，２９（例えば、ナイフ、電気メス、圧力のかかったウォータジェット、レーザ等）を使用して、環状のスペース２７の内周方向並びに外周方向に沿って層３０を切断することにより、果たされることができる（図７）。
【００３７】
この結果、非常に良好な可撓性を維持し、かくして、工具への位置付けを容易にしつつ、円形のステッチング３１により互いに保持された繊維層３０が、与えられる（図８）。
【００３８】
ケーシングと収束部分とのユニットの収束部分に対応した繊維プリフォームが、前記繊維層３０ために上述された方法で全てが形成される複数の繊維プリフォームからなる層体から形成される。より詳細には、図９並びに１０に示されているように、複数の層３０１，３０２，３０３，３０４，・・・，３０ｉが、工具４０に積み重ねられる。この工具は、形成される収束部分の形状に対応し、エッグカップ形状をしている。これら層３０１ないし３０ｉは、工具の底面４３と上面４２との間の工具の直径が次第に減少するのに適合するように夫々短くなった夫々の内径を有するように形成されている。これら層３０１ないし３０ｉは、また、工具４０の上面４２に接近するのに従って収束部分の壁厚が厚くなるように次第に増加した夫々の環状幅を有するように形成されることができる。図１０に示されているように、これら層は、収束部分の軸線に平行な軸線４４に対して約１０°の角度βをなすように、工具に配置されることが好ましい。このために、工具４０は、底面４３にリム４１を有している。このリムは、重ねられた最初の層が角度βで保持され、この結果、次の夫々の層がスタックのこの方向を維持することを可能にする。
【００３９】
図１１は、上述されたように、工具４０の底面４３と上面４２との間に環状の層の全てを積み重ねて得られた収束部分のための繊維プリフォーム５０を示している。
【００４０】
本発明の特定の実施形態では、ケーシングと収束部分との形成されるユニットの「ケーシング」部分に対応した第２の繊維プリフォームが、少なくとも１つの繊維層と、他の層とを重ね合わせることにより形成される。前記少なくとも１つの繊維層は、織物の軸線に対応した第１の方向に向けられた繊維を有し、「０°の層」として称される。また、前記他の層は、織物の軸線並びに０°の層の繊維に対して垂直な第２の方向に向けられ、「９０°の層」として称される。これら少なくとも２つの層のこのような重ね合わせは、ケーシングに必要とされるスチフネスに応じて、複数回繰り返されることができる。
【００４１】
各０°の層は、ケーシングと収束部分とのユニットのための繊維強化材の収束部分を構成する層を形成するために上述されたのと同じ方法で形成される。即ち、図１２に示されているように、０°の層に必要なディメンションよりもわずかに大きいように選択された幅λの環状のスペース１２７を規定している２つのカンバス１２０，１２１間に、繊維１２２ａ、例えばＰＡＮ前駆体の炭素繊維を径方向に配列することにより形成される。これら繊維１２２ａは、ＴＦＰ技術を使用して、即ち、環状のスペース１２７をできるだけふさぐように繊維１２２ａを配列並びに縫い付けるように自動縫い付けマシンをプログラムすることにより、位置付けされる。
【００４２】
上述されたように、層の全ての場所で実質的に同じ繊維密度を維持させるために、自動縫い付けマシンは、更なる繊維１２２ｂを、繊維１２２ａ間の間隙に配列して、隣接した繊維に縫い付けることによりこれら間隙を充填するように、プログラムされている（図１３）。
【００４３】
全ての間隙が充填されると、環状のスペース１２７は、全ての場所でほぼ一定である密度で繊維を有する層を形成する。ステッチングのサークルが、繊維層をカンバスから除去する前に繊維を一緒に保持しておくように、環状のスペースの内周部近くに形成される。
【００４４】
図１４は、カンバスから除去された後の０°の層６０を示しており、繊維１２２（繊維１２２ａ，１２２ｂを有する）が、ステッチングのサークル６１により一緒に保持され、かくして、繊維が高度な可撓性を保持することが可能にされ、繊維が工具の形状に適合することが容易にされる。
【００４５】
図１５は、９０°の層の０°の層への形成に使用されるのに適した工具７０の一例を示している。この工具７０は、エッグカップ形状であり、形成されるケーシング用の繊維プリフォームの形状に対応している。この工具には、９０°の層の１つを形成するために使用されるピンを通過させるのに適したスロット７１が、形成されている。図１６は、工具７０に位置付けられた（即ち、工具に成形された）０°の繊維層６０を示している。繊維１２２は、繊維層６０の外径部近くで比較的自由であるので、この外径部は、工具７０の球形状に密に適合する。この後に、ピン７３を支持したストリップ７４が、工具の各スロット７１中に配置される(図１７）。
【００４６】
９０°の層８０が、フィラメントワインディングにより０°の層６０に直接形成される（図１８）。このために、工具７０の上部７２は、ワインディングマシン９０のマンドレル９１に取着される。このようにして、マシン９０は、層６０に連続的なループを形成するように巻き状態に応じて変位されるアーム９３に装着されたヤーンガイド９２により、糸９４を連続的に送出しながら、工具７０を回転させる。これらループは、前記ピン７３間に保持される。糸９４は、０°の層６０の繊維１２２を形成している材料と同じ材料（例えば、ＰＡＮ前駆体の炭素繊維）で形成されることが好ましい。
【００４７】
巻き動作が終了したとき、前記０°の層６０は、９０°の層８０により、即ち、下にある層６０の繊維１２２に対して垂直に方向付けられた繊維８１を有する層により完全にカバーされる（図１９）。
【００４８】
かくして、ケーシングと収束部分との形成されるユニットのケーシング部分に対応した繊維プリフォーム１００自体が、少なくとも１つの０°の繊維層６０を、工具７０に巻かれることにより形成された少なくとも１つの９０°の層８０と交差させることにより、形成される。各０°の層は、スタックの増量を考慮するように層６０の幅をわずかに増加させ得るごとに、上述された方法を用いて形成される。
【００４９】
異なる実施形態において、ケーシング部分に対応した繊維プリフォームが、また、収束部分のために上述された層３０に類似した１つ以上の層、即ち、例えば、＋４５°並びに−４５°に対応し得る可能性のある角度α並びに−αで夫々配列された２つのシリーズの繊維を各々が有する層から形成されることができる。これら層を組み合わせる方法は、前記層３０を組み合わせるために上述された方法と一致し、従って、再び説明されない。ケーシングの繊維プリフォームを形成するようにこのように組み合わされた層は、層の各々が、形成されるケーシングの面に対応した工具７０の作業面（図１６の層６０によりカバーされた面）をカバーするのを可能にするために、比較的大きな幅を示した、収束部分のプリフォームのために組み合わされた層とは異なる。
【００５０】
従って、図２０に示されているように、収束部分に対応した第１の繊維プリフォーム５０は、ケーシングと収束部分とのユニットのための繊維強化材１５０を形成するように、ケーシングに対応した第２の繊維プリフォーム１００と一体にされる。
【００５１】
異なる実施形態では、ケーシング用の第２のプリフォームは、収束部分用の第１のプリフォームに直接形成されることができる。ケーシングのプリフォームが０°の層と９０°の層とからなっている場合、収束部分に対応した繊維プリフォームは、上述したように、層が約１０°のβの角度で積み重ねられ得るように底部にリムを有した工具７０に類似した工具に形成される。ケーシングに対応したプリフォームは、上に説明したように、少なくとも１つの０°の層と、０°の層に巻き付けられることにより形成された１つの９０°の層とを、収束部分用のプリフォームに位置付けることにより形成される。ケーシングのプリフォームが、角度α並びに−αの２つのシリーズの繊維を各々が有する層で形成されている場合、これら層は、収束部分のプリフォームに直接配設される。
【００５２】
本発明に従ってケーシングと収束部分とのユニットを形成する方法の以下の工程は、単一の動作により共通のマトリックスで繊維強化材１５０の密度を増加させることにある。このために、この強化材１５０には、熱処理により重合された熱硬化性樹脂が含浸される。
【００５３】
このために、繊維強化材に樹脂を含浸させることと、同じ鋳型でこの樹脂を重合することとにある樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）の良く知られた方法が、使用される。本発明の文脈の中でＲＴＭ方法を実施するために、図２１並びに２２に示されているような特別な工具２００が、樹脂を、ケーシングと収束部分とのユニットの繊維強化材中に注入し、重合させ得るように、開発されている。
【００５４】
より詳細には、図２１に示されているように、前記工具２００は、例えばスチールで形成された鋳型コア２０１と外側の鋳型２０２とを有している。この鋳型コアと外側の鋳型との間に、第１並びに第２の繊維プリフォーム５０，１００からなる繊維強化材１５０が、配置される。
【００５５】
前記コア２０１と外側の鋳型２０２とは、図２２に示されているように組み合わされると、強化材１５０により占有される内側スペース２０３を規定する。このスペース中に、樹脂２０４が、外側の鋳型２０２の底部に形成された供給オリフィス２０５を通して、注入される。注入の圧力は、この供給オリフィス２０５のところで制御される。この供給オリフィス２０５は、強化材１５０の底部の全周に渡って樹脂を分配するように機能する円形のチャネル２０６と連通している。外側の鋳型２０２は、また、上部に、部分的な真空状態で排気ダクト２０８に接続されるオリフィス２０７、例えばこのような３つのオリフィスと連通した円形のチャネル２０９を有している。このような構成により、圧力勾配が、樹脂が中に注入される強化材１５０の底部と、オリフィス２０７近くに位置された強化材の上部との間に確立され得る。このようにして、強化材１５０の大径部分を通して注入される熱硬化性樹脂２０４は、スペース２０３中を円形のチャネル２０９まで流れることにより、強化材全体に含浸される。そして、円形のチャネルのところで、余分な樹脂の存在が、オリフィス２０７を通して除去される。前記工具２００は、（図示されていない）液圧により、閉成されたままである。
【００５６】
前記繊維強化材中に注入された樹脂の重合を開始するために、工具は、使用された樹脂の重合温度に対応した温度に上昇並びに維持される必要がある。このために、工具２００は、様々なタイプ（抵抗性、誘導性等）であり得るヒータ手段を有している。図示されている工具の実施形態において、工具のコアは、前記鋳型コア２０１中に形成され、かつ熱油２１１が循環される流れ回路２１０により加熱される。樹脂は、前記供給オリフィス２０５に接続された注入ヘッド（図示されず）を加熱することにより、適切な注入温度で工具中に注入される。ヒータ手段のような循環油を使用することの更なる効果は、重合動作がなされると、発熱反応がもたらされ得るので、オイルが、また、強化材の温度を調整する役割を果たすことである。
【００５７】
本発明に使用される樹脂は、ケーシングと収束部分とのユニットに対応した最終成形品が、機械力と摩耗との両方に耐える能力を示すマトリックスを形成することを可能にする必要がある。このため、使用される樹脂は、重合された場合に、最終成形品のケーシング部分にとって特に有用な構造的特性を示す重付加の樹脂(polyaddition resin)である。この樹脂は、また、少なくとも５０％のコークスの留分(coke fraction)を示し、従って、重合の後に形成されたマトリックスが、燃焼ガスの流れを受ける内壁の収束部分に特に必要とされるような摩耗に十分耐えることを可能にしている。
【００５８】
さらに、この樹脂は、ＲＴＭ方法に適していなければならず、即ち、この樹脂が強化材の繊維中に注入されるのを容易にするように低い粘性を示すことが好ましい。一例によると、使用される樹脂は、フェノール・トリアジン(phenolic triazine)タイプのシアン酸エステル樹脂であり得る。
【００５９】
注入並びに重合の後に、成形品は、鋳型から外される。この成形品は、オプションとして、熱機械特性を向上させる（ガラス転移温度を上昇させる）ように、例えば１８０°で２時間のサイクルのような、ポストベーキング(post-baking)のサイクルを受けることができる。最後に、この成形品は、過剰な樹脂を除去するようにトリミングされ、面取りの機械加工がなされる。この成形品は、モールド成形されているために、必要なディメンションに従っているので、他の機械加工は、必要とされない。
【００６０】
図２３に示されているように、姿勢制御ロケットに適合するように直接使用され得るケーシングと収束部分とのユニット２５０を構成している単一の部品が、利用可能である。このユニット２５０は、姿勢制御ロケットの高温ガスに耐えるように熱特性のために主に選択された第１のタイプの繊維で形成された内側部分２５１と、優れたスチフネスを与え、かつ機械力に耐えるように、構造的な特性のために主に選択された第２のタイプの繊維で形成された外側部分２５２とを有している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に従った、２つの異なる方向への繊維の配列を示している平面図である。
【図２】本発明の実施形態に従った、２つのカンバス間への第１のシリーズの繊維の配列を示している概略的な平面図である。
【図３】図２の一部（ＩＩＩを参照）の拡大斜視図であり、自動縫い付けマシンによる繊維の配列並びに縫い付けを示している。
【図４】図２のシリーズの繊維の一部（ＩＶを参照）の拡大図であり、更なる繊維の配列並びに縫い付けは、自動縫い付けマシンにより果たされる。
【図５Ａ】２つの異なる方向に向けられた繊維を有する繊維層の形成を示している概略図である。
【図５Ｂ】２つの異なる方向に向けられた繊維を有する繊維層の形成を示している概略図である。
【図６】図２の繊維層のＶＩ−ＶＩ線に沿って切断された半断面図であり、ステッチングのサークルがどのように形成されるのかを示している。
【図７】図２の繊維層のＶＩ−ＶＩ線に沿って切断された半断面図であり、繊維層のカンバスからの除去を示している。
【図８】２つのシリーズの繊維が配置され、更なる繊維が追加され、そしてカンバスが除去された後の図２の繊維層を示している概略的な平面図である。
【図９】工具に層を積み重ねることにより形成された収束部分のプリフォームを示している概略図である。
【図１０】図９の積み重ねられた層の配置を詳細に示している断片的な斜視図である。
【図１１】図９の工具に形成された収束部分の繊維プリフォームの概略的な斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に従って形成された繊維層を示している概略的な斜視図である。
【図１３】図１２の層の一部（ＸＩＩＩを参照）の拡大図であり、この層には、更なる繊維が、自動縫い付けマシンにより配置並びに縫い付けられている。
【図１４】更なる繊維が加えられ、カンバスが除去された後の図１２の繊維層を示している概略的な平面図である。
【図１５】ケーシング部分用の繊維プリフォームを形成するのに使用される工具の概略的な斜視図である。
【図１６】図１４の繊維層が配置された図１５の工具の概略的な斜視図である。
【図１７】図１６の工具へのピンのストリップの位置付けを示している概略的な詳細図である。
【図１８】フィラメント巻きの導入の概略的な斜視図である。
【図１９】繊維層上にフィラメント巻きの層をさらに含んだ図１６の工具の概略的な斜視図である。
【図２０】収束部分の繊維プリフォームをケーシングの繊維プリフォームと一体的にすることにより形成された、ケーシングと収束部分とのユニット用の繊維強化材の部分的な断面斜視図である。
【図２１】繊維プリフォーム中に樹脂を注入してこの樹脂を重合するのに使用される工具を示している斜視図である。
【図２２】樹脂が繊維プリフォーム中に注入されたのを示している断片的な断面の概略図である。
【図２３】本発明の方法に従って形成されたケーシングと収束部分とのユニットが装着された姿勢制御ロケットの後部の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
５０…第１の繊維プリフォーム、１００…第２の繊維プリフォーム、１５０…繊維強化材、２０４…熱硬化性樹脂
【図１】
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【図２】
2008169830.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【外国語明細書】
2008169830000001.pdf