(57)【要約】重ね合わされた複数の層（１２）から構成される繊維構造体をニードリングするための機械であって、鉛直方向に移動可能なニードリングテーブル（１０）と、所定数の有刺ニードル（１８）を有し且つニードリングテーブル上方に鉛直に配置されるニードリングヘッド（１４）と、最大ニードル針入低点を規定するようにニードリングヘッドを鉛直方向に往復運動させるための駆動手段とを具備する機械において、最大ニードル針入低点における繊維構造体の上面の位置を測定するためにニードリングヘッドに配置される測定手段が設けられる。測定手段は繊維構造体の前進方向に対して垂直にニードリングヘッドの中央面に配置されることが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わされた複数の層（１２）から構成される繊維構造体をニードリングするための機械であって、鉛直方向に移動可能なニードリングテーブル（１０）と、該ニードリングテーブル上方に鉛直に配置される所定数の有刺ニードル（１８）を有するニードリングヘッド（１４）と、該ニードリングヘッドを駆動して繊維構造体における最大ニードル針入低点を規定するように該ニードリングヘッドを鉛直方向に往復運動させる手段とを具備する機械において、最大ニードル針入低点における繊維構造体の上面の位置を測定するために前記ニードリングヘッドに配置される測定手段（３６）をさらに具備することを特徴とする機械。
【請求項２】
前記測定手段が繊維構造体の前進方向に対して垂直に前記ニードリングヘッドの中央面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の機械。
【請求項３】
前記繊維構造体の上面の位置を測定するための手段が非接触測定を行う光学組立体（４２）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の機械。
【請求項４】
前記光学組立体がレーザエミッタ・レシーバを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の機械。
【請求項５】
前記レーザエミッタ・レシーバがブロードビームタイプであることを特徴とする請求項４に記載の機械。
【請求項６】
前記繊維構造体の上面の位置を測定するための手段が接触による測定を行う機械的フィーラ（４４〜５２）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の機械。
【請求項７】
前記最大ニードル針入低点を割り出すために、好ましくは、誘導型または光学型のセンサ（５４）をさらに具備することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の機械。
【請求項８】
前記最大ニードル針入低点における前記測定手段によって測定される繊維構造体の上面の位置の関数でもって鉛直方向における前記ニードリングテーブルの変位を制御するプロセッサ手段（５８）をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の機械。
【請求項９】
重ね合わされた複数の層（１２）から構成される繊維構造体を製造する方法であって、ａ）ニードリングテーブルに配置された厚みのある第１の層上に厚みのある第２の層を重ね合わせる工程と、ｂ）これら重ね合わせられた厚みのある２つの層をニードリングヘッド（１４）の有刺ニードル（１６）を用いて予め定められた条件下で互いに接続する工程と、ｃ）これら重ね合わされた２つの層の上面の位置であって、最大ニードル針入低点におけるニードリングヘッドで測定される位置の関数でもって決定される程度の変位工程を介してニードリングテーブルをニードリングヘッドに対して変位させる工程と、ｄ）厚みのある先の層上に厚みのある新しい層を重ね合わせる工程と、ｅ）該厚みのある先の層上に該厚みのある新しい層を前記予め定められた条件下で結合する工程と、ｆ）引き続く厚みのある層のために、上記工程ｃ）であって該工程ｃ）における変位が構成される繊維構造体の上面の位置であって最大ニードル針入低点におけるニードリングヘッドで測定される位置の関数でもって決定される上記工程ｃと上記工程ｄ）と上記工程ｅ）とを繰り返す工程とを具備する方法。
【請求項１０】
繊維構造体の上面の位置が繊維構造体の全長に亘ってリアルタイムで得られる瞬間測定値を平均することによって測定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、高温にて使用され、あるいは、ロケットエンジンの構造部分に使用され、あるいは、航空機や陸上車用の非常に高性能のブレーキディスクに使用される保護用の部品を製造するのに用いられるニードリングされた繊維構造体の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
ブレーキディスクは、特に大きな剪断力を発生する制動に耐えられなければならない。そして、航空機では、ブレーキディスクに大きな応力がかかるので、こうした現象は顕著である。
【０００３】
層を剥離してしまうような剪断力に耐えられるように、ブレーキディスクは構造的に均一でないことが最小となるように製造されなければならない。不均一なブレーキディスクは、応力特性も不均一であるので、裂けてしまう可能性が著しく大きな局所的な領域を有することになる。
【０００４】
従来、ブレーキディスクは、Ｚ方向、すなわち、層を横断する方向に針入する１組の有刺ニードルによってニードリングされる重ね合わされた複数の層から構成される強化繊維構造体から製造される。この繊維構造体は、適切なサイズに切断された後に炭化され、次いで、マトリックス形成材料を用いて緻密化され、最後に、任意の熱処理が施される。層は支持体上で重ね合わせられる。一般的に、層が重ね合わされると、支持体が下降せしめられ、個々の層がニードリングされる。こうして得られる最終製品の力学特性は、繊維強化構造体に使用される実際のニードリング密度によって大きく左右される。「実際の」ニードリング密度とは、繊維構造体の基本体積で見て１立方センチメートル（ｃｍ３）当たりのニードルの刺の数の関数であって、単位面積当たりのニードリング密度、Ｚ方向における針入度合、下向き変位工程の程度、および、ニードルの機能的な特性を含む。
【０００５】
今日のニードリング法によれば、その幾つかでは、特に下向き工程の程度を調整することによって優れた結果が得られるが、所望通りに完全に均一なものを得ることは困難である。重ね合わされた各層についてニードリングされる層の厚さに等しい距離だけニードルと層支持体との間の距離を増大することが米国特許第４７９００５２号で提案されている。同様に、欧州特許第０７３６１１５号では、層支持体について変位工程を採用することによって、所定の関係に従って程度が小さくされる変位工程を層支持体に対して採用することによって、重ね合わされた各層の厚さを一定の厚さにしようとしている。
【０００６】
こうした方法の不都合は、層支持体に対する下向き変位工程の程度が、特に、結果として得られる繊維構造体を構成する層の数の関数でもって理論的に予め大まかに計算され、ニードルの実際の針入度については何ら考慮されないということである。残念ながら、均一性の優れた最終繊維構造体を得るための必要条件である均一なニードリング密度を保証するためにも、上記パラメータを知ることが重要である。さらに、繊維構造体が厚いと、針入度の認識に関する誤差マージンはそれだけ大きくなる。
【０００７】
欧州特許出願第０６９５８２３号は、ニードリング操作間において繊維構造体の上面の位置を測定し、ニードルの動作領域の横に配置されたフィーラローラによってニードル針入度の認識を改善するようにしている。
【０００８】
しかしながら、こうした解決方法も、繊維構造体がニードリング力の作用で測定の実行によっても検出されない程度に圧縮されてしまうので不満足なものである。繊維構造体の変形を考慮できないという不都合は、実際のニードル針入度について正確な認識を得ることができないことを意味する。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的および定義
そこで、本発明は、繊維構造体を形成する各層をニードリングしている間に繊維構造体の変形を考慮するために、ニードリング毎に繊維構造体における実際のニードル針入深さを測定できるようにすることによって上記不都合を軽減したニードリング機械およびそれに関連する方法を提案する。
【００１０】
上記目的は、重ね合わされた複数の層から構成される繊維構造体をニードリングするための機械であって、鉛直方向に移動可能なニードリングテーブルと、該ニードリングテーブル上方に鉛直に配置される所定数の有刺ニードルを有するニードリングヘッドと、該ニードリングヘッドを駆動して繊維構造体における最大ニードル針入低点を規定するように該ニードリングヘッドを鉛直方向に往復運動させる手段とを具備する機械であって、最大ニードル針入低点における繊維構造体の上面の位置を測定するために前記ニードリングヘッドに配置される測定手段をさらに具備する機械によって達成される。
測定手段をニードルボードに配置することによって、ニードリング力の効果でもって繊維構造体が圧縮される程度を考慮し、実際のニードル針入深さを割り出すことができる。
【００１１】
前記測定手段が繊維構造体の前進方向に対して垂直に前記ニードリングヘッドの中央面に配置されることが好ましい。
また、好ましい実施の形態では、繊維構造体の上面の位置を測定するための前記手段が非接触測定を行う光学組立体を有する。また、該測定手段がブロードビームタイプのレーザエミッタ・レシーバを有することが好ましい。
また、代替可能な実施の形態では、前記測定手段が接触による測定を行う機械的フィーラを有する。
【００１２】
最大ニードル針入低点を測定するために、好ましくは、誘導型または光学型のセンサが設けられ、最大ニードル針入低点における前記測定手段によって測定される繊維構造体の上面の位置の関数でもって鉛直方向におけるニードリングテーブルの変位を制御するプロセッサ手段を設けることが有利である。
また、本発明は、繊維構造体を製造するために上記機械を使用する方法、および、該方法によって得られる繊維構造体を提供する。繊維構造体の上面の位置は、繊維構造体の全長に亘ってリアルタイムで行われる瞬間測定を平均することによって測定されることが好ましい。
図面を参照し、非限定的な表現を用いた後述の記載を読めば、本発明の特性と利点は、さらに明らかに理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好ましい実施形態の詳細な説明
平坦な繊維構造体をニードリングするための機械の２つの実施の形態が、図１および図２に示されている。もちろん、シートまたは布が平坦に重ね合わさるように環状で且つ螺旋状に撚られるか否か、あるいは、シートが重ね合わさるようにマンドレル上に巻き付けられるか否かに係わらず、本発明は平坦な構造体の製造のみに限定されるものではなく、繊維シートを巻回することによって構造体を製造することも本発明の適用範囲である。
【００１４】
従来通り、機械は、製造される最終構造体に応じて決まる長さおよび幅を有し且つ連続した層で重ね合わさるようにして次々に供給される層またはシート１２を支持するために「ニードリング」テーブル１０を有する。ニードリングテーブルは、ニードルボード１６に設けられた所定数の従来の有刺ニードル１８を有するニードリングヘッド１４の下に鉛直に配置されており、ニードリングヘッドは、１つ以上のモータによって駆動される１つ以上のクランク組立体２０によって鉛直方向に往復動するように駆動せしめられることができる。ニードリングテーブル上方には機械のフレーム２４に固定されたストリッパ２２が設けられ、このストリッパ２２はニードルが上昇するときに繊維構造体がついてきてしまうことを防止する。もちろん、ニードリングテーブルおよびストリッパの両方には、ニードルを通過させるためのそれぞれ対応する孔２６、２８が穿孔されている。ニードリングテーブルは、例えば、モータ駆動のウォームねじによって構成された装置３０による駆動により鉛直方向に移動せしめられる。上流側と下流側とに配置された２連の駆動ローラ３２、３４（入口プレスおよび出口プレスとしても公知）は、繊維構造体をニードリングヘッドに向かって水平方向に給送する。
【００１５】
本発明は、最大ニードル針入低点において繊維構造体における有刺ニードルの実際の針入深さを割り出すために繊維構造体の上面の位置を測定するためにニードリングヘッド１４に配置される手段３６を提供する。有刺ニードルの行程がこれら有刺ニードルが接続されるフレームに対して一定であって、ニードリングテーブルがフレームに対して既知の距離に配置されているので、有刺ニードルが織物材料に針入する深さは、ニードリングテーブルと測定された上面との間に存在する材料の厚さに直接関係する。
【００１６】
このため、測定手段３６はフレーム２４に固定され、ニードリングボード１６（およびストリッパ２２）には、それぞれ、測定手段と繊維構造体の上面との協働を可能にするオリフィス３８，４０が穿孔される。
【００１７】
図示した例では、この協働は、接触なしで（繊維構造体の上面の位置を遠隔的に測定することによって）、あるいは、接触ありで（機械的フィーラを繊維構造体の上面上へと下げることによって）行うことができる。
【００１８】
図１は、非接触タイプの測定手段がレーザエミッタ・レシーバ４２のような光学式測定組立体によって構成されている本発明の好適な実施形態を示している。エミッタは、ニードルボードとストリッパとを通して繊維構造体の上面に向かってレーザビームを送り、次いで、該繊維構造体の上面がレーザビームをレシーバに反射する。先の測定によってエミッタとニードリングテーブルとの間の距離が認識されているので、レーザビームの往復経路を分析することによってエミッタと繊維構造体の上面との間の距離が割り出され、そして、これにより、ニードリングテーブルに支持された繊維構造体の厚さが十分に正確に求められる。さらに、繊維構造体の目立った欠陥を伴う問題を避けるために、レーザ組立体はブロードビームタイプであることが好ましい（この種のレーザは、ビームの全幅に亘る測定による統合効果を奏するからである）。もちろん、赤外線がないほうが好ましいが、赤外線で動作する光学式測定組立体を使用してもよい。
【００１９】
図２は代替的な実施の形態を示しており、ここでの測定手段はフレーム２４に固定された内側のピストン４４によって形成される機械的フィーラによって構成され、フレーム２４上には外側のスリーブ４６が摺動可能に装着されており、スリーブは（ニードルボードおよびストリッパを通過した後に）繊維構造体に直接接触する僅かに丸い端部を有する。スリーブは、フレーム２４に固定される制御モジュール４８からピストンに流体、好ましくは、圧縮空気を制御して注入することによって摺動せしめられる。流体の圧力はニードリングすべき繊維構造体の性質（硬度、反発反応）に基づいて調整され、スリーブが繊維構造体上で跳ねることがないよう調整される。また、スリーブは、その頂端に、フレームに固定されたレーザまたは赤外線エミッタ・レシーバ５２のような光学式測定組立体と協働するための反射カラー５０を有する。エミッタがビームをスリーブ上の反射カラーに導き、次いで、ビームが反射カラーによってレシーバに反射される。フィーラの端部がニードリングテーブルに接触したときのエミッタとレシーバとの間の距離が事前の測定によって判っているので、フィーラの端部が繊維構造体の上面に接触したときのエミッタとレシーバとの間の距離を（ビームの往復経路を分析することによって）割り出すことで、ニードリングテーブルに支持された繊維構造体の厚さが十分に正確に求められる。
【００２０】
上述した両実施形態において、測定手段３６は（もちろん、ニードリングヘッド１４の中央面から相当に離れていてもよいが）繊維構造体が前進する方向に対して垂直にニードリングヘッド１４の中央面に配置されることが好ましい。繊維構造体がニードリングヘッドの下に互いに平行に前進する２つの隣接プレートの形態であるならば、測定手段を２つにしてもよい。図３に示した構造では、ニードリングヘッドは並んで配置された２つの独立したニードルボードを有し、この場合、測定手段は各ボードの略中心に配置される。理解しやすいように、図３は、２つの別個の位置における上記代替的な実施の形態の機械を示し、一方の位置（図３の左側半部）はニードリングヘッドが上昇した静止位置に対応し、他方の位置（右側部分）はニードリングヘッドが最大ニードル針入低点におけるニードリングヘッドの位置に対応する。
【００２１】
最大ニードル針入低点は、例えば、フレームに固定された誘導型または光学型のセンサ５４によってリアルタイムで測定され、このセンサは、例えば、ニードリングヘッドの鉛直方向における往復運動を制御するためのクランク組立体２０上の特定のカムプロフィル５６と協働する。このカムプロフィルは、好ましくは、低点に近接したところで、ニードルボードの下降行程中に時間期間（単に、単一で瞬間的な測定時間ではない）を決定し、この時間期間中に測定手段３６が動作して複数の測定値を得て、これら測定値から、センサ５４および測定手段３６の両方に接続された演算処理モジュール５８がニードリングされた層の厚さの第１の平均値を割り出す。これら測定は繊維構造体を水平方向へ前進させる各々の工程の後に続いて繰り返され、所定のパスの終わりに得られる一組の値は有刺ニードルの実際の平均針入度を決定するために使用され、これに基づきニードリングテーブルを駆動するためにプロセッサ手段５８に接続された装置３０が次のパスを受け入れるようにニードリングテーブルを自動的に鉛直方向に移動させ、ここで、ニードリングテーブルの下向き工程の程度が有刺ニードルが決められた距離だけ繊維構造体に針入するように制御される。
【００２２】
このように、本発明の機械で実施されるニードリング法は、次のように要約することができる。初めに、ニードリングテーブルに配置された厚みのある第１の層上に厚みのある第２の層が重ね合わせられ、これら重ね合わせられた２つの層が所定の条件下でニードリングヘッドの有刺ニードルによって互いに接合される。その後、最大ニードル針入低点において適切な測定手段によって測定される２つの重ね合わせ層の上面の位置の関数でもって決定される程度の変位工程によって、ニードリングテーブルがニードリングヘッドに対して移動せしめられる。最後に、先の厚みのある２つの層上に厚みのある第３の層が重ね合わせられ、この厚みのある第３の層が同じ所定の条件下で先の厚みのある２つの層に接合される。そして、繊維構造体が所望の厚さに形成されるまで、上述した工程が次の層に対しても繰り返される。
【００２３】
上述した機械で実施される方法は、最初に、１つまたは２つの重ね合わせ層をニードリングテーブル１０の上に配置することにあり、次に、これら層は、前進ローラ３２、３４によって繊維構造体の全長に亘って水平方向に移動せしめられる間に、ニードルボード１６を用いたニードリングによって互いに接合される。次いで、ニードリングテーブルは決定サイズの変位工程によって下降されて、第３の層を重ね合わせ、次いで、所望の厚さとなるまで他の２つの層等にニードリングできるようにする。
【００２４】
本発明においては、変位工程の決定された程度は固定の程度でもなく、また、所定の降下関係を受けることもなく、繊維構造体において所望の実密度のニードリングが得られるように最大ニードル針入低点において測定される繊維構造体の先の層における実際のニードル針入度から決定され、ここでの密度は一定であったり、あるいは、繊維構造体の厚さによって変わる密度であったりする。したがって、ニードリングテーブルの所定の程度の下向き工程が行われ、ニードルが決定された距離だけ繊維構造体に針入せしめられるように、繊維構造体の上面の位置はニードルの中央で測定される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】繊維構造体をニードリングするための本発明の機械の第１の実施形態の概略図である。
【図２】繊維構造体をニードリングするための本発明の機械の第２の実施形態の概略図である。
【図３】図２の機械の側面図であり、右側部分は有刺ニードルの最大針入の位置に示されている。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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