(57)【要約】【課題】少なくとも１つの周方向繊維を有する複合層を含む積層構造を有する複合シムを提供することである。【解決手段】その複合層は、半径方向に配向の繊維、一軸方向に配向の繊維及び／又は二軸方向に延在する繊維での複合層が組合わされる。かかる積層構造を採用することによって、本発明は、金属シムの必要な強度及びこわさを有し、同時に複合シムが一般に伴う有利な重量特性を有するシムを提供する。かかる複合シムを含む積層軸受も提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの周方向繊維を含む第１の複合層から成ることを特徴とする積層構造を有する複合シム。
【請求項２】
前記積層構造が、さらに複数の軸方向繊維を含む第２の複合層から成り、前記第１の複合層が第１の側面と該第１の側面の反対側の第２の側面を有し、前記第２の複合層が第１の側面と該第１の側面の反対側の第２の側面を有し、前記第１の複合層の第１の側面が前記第２の複合層の第１の側面に積層されることを特徴とする請求項１記載の複合シム。
【請求項３】
前記積層構造が、さらに少なくとも１つの周方向繊維を含む第３の複合層から成り、該第３の複合層が前記第２の複合層の第１の側面に積層されることを特徴とする請求項２記載の複合シム。
【請求項４】
前記積層構造が、さらに複数の軸方向繊維を含む第３の複合層から成り、該第３の複合層が前記第１の複合層の第２の側面に積層されることを特徴とする請求項２記載の複合シム。
【請求項５】
前記第２の複合層が複数の積層複合副層から成り、前記第３の複合層が複数の積層複合副層から成ることを特徴とする請求項４記載の複合シム。
【請求項６】
前記第２及び第３の複合層の複合副層が一軸繊維を含むことを特徴とする請求項５記載の複合シム。
【請求項７】
前記第２及び第３の複合層の複合副層の各々の一軸繊維が、複合副層の各々の軸を規定する軸に沿って配向され、前記複合副層が隣接複合副層の軸が角度的にオフセットされるように配置されることを特徴とする請求項６記載の複合シム。
【請求項８】
前記第２の複合層が少なくとも４つの複合副層を含み、前記第３の複合層が少なくとも４つの複合副層を含むことを特徴とする請求項７記載の複合シム。
【請求項９】
前記第２の複合層の４つの複合副層が、それらのそれぞれの軸が０°、＋４５°、−４５°及び９０°方向にあるように配置され、前記第３の複合層の４つの複合副層が、それらの軸が９０°、−４５°、＋４５°及び０°方向にあるように配置されることを特徴とする請求項８記載の複合シム。
【請求項１０】
前記第２の複合層が二軸及び三軸の織り布から成る群から選択される層を含み、前記第３の複合層が二軸及び三軸の織り布から成る群から選択される層から成ることを特徴とする請求項４記載の複合シム。
【請求項１１】
前記第１の複合層がさらに重合体材料を含むことを特徴とする請求項１記載の複合シム。
【請求項１２】
前記重合体材料がエポキシから成ることを特徴とする請求項１１記載の複合シム。
【請求項１３】
少なくとも１つのル−プ巻き繊維が炭素、黒鉛、ガラス、アラミド及びホウ素繊維から成る群から選択されることを特徴とする請求項１記載の複合シム。
【請求項１４】
前記複合シムが０．０２５ｃｍ〜１．２７ｃｍの間の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の複合シム。
【請求項１５】
実質的に同心的に配向される繊維を含む第１の複合層から成ることを特徴とする積層構造を有する複合シム。
【請求項１６】
前記複合構造がさらに、前記第１の複合層に積層された第２の複合層から成り、該第２の複合層が複数の軸方向繊維を含むことを特徴とする請求項１５記載の複合シム。
【請求項１７】
前記第２の複合層が複数の積層複合副層から成ることを特徴とする請求項１６記載の複合シム。
【請求項１８】
前記第１の複合層が実質的に同心的に配向される複数の繊維から成ることを特徴とする請求項１５記載の複合シム。
【請求項１９】
前記実質的に同心的に配向される複数の繊維が、ア−チ状繊維であることを特徴とする請求項１８記載の複合シム。
【請求項２０】
前記複数のア−チ状繊維が実質的に同心リングとして配向された複数の円を形成することを特徴とする請求項１９記載の複合シム。
【請求項２１】
複数の弾性層；及び該複数の弾性層に交互に積層された複数のシムから成り；該シムの少なくとも１つが少なくとも１つの周方向繊維を含む第１の複合層から成る積層構造を有する複合シムであることを特徴とする積層軸受構造物。
【請求項２２】
前記積層構造を有する複合シムが、さらに複数の軸方向繊維を含む第２の複合層から成り、前記第１の複合層が第１の側面と該第１の側面の反対側の第２の側面を有し、前記第２の複合層が第１の側面と該第１の側面の反対側の第２の側面を有し、前記第１の複合層の第１の側面が前記第２の複合層の第１の側面に積層されることを特徴とする請求項２１記載の積層軸受。
【請求項２３】
前記積層構造を有する複合シムが、さらに複数の軸方向繊維を含む第３の複合層から成り、該第３の複合層が前記第１の複合層の第２の側面に積層されることを特徴とする請求項２２記載の積層軸受。
【請求項２４】
前記第２の複合層が複数の積層複合副層から成り、前記第３の複合層が複数の積層複合副層から成ることを特徴とする請求項２３記載の積層軸受。
【請求項２５】
前記第２及び第３の複合層の複合副層が一軸繊維を含むことを特徴とする請求項２４記載の積層軸受。
【請求項２６】
前記第２及び第３の複合層の複合副層の各々の一軸繊維が、複合副層の各々の軸を規定する軸に沿って配向され、前記複合副層が隣接複合副層の軸が角度的にオフセットされるように配置されることを特徴とする請求項２５記載の積層軸受。
【請求項２７】
前記第２の複合層が少なくとも４つの複合副層を含み、前記第３の複合層が少なくとも４つの複合副層を含むことを特徴とする請求項２６記載の積層軸受。
【請求項２８】
前記第２の複合層の４つの複合副層が、それらのそれぞれの軸が０°、＋４５°、−４５°及び９０°方向にあるように配置され、前記第３の複合層の４つの複合副層が、それらの軸が９０°、−４５°、＋４５°及び０°方向にあるように配置されることを特徴とする請求項２７記載の積層軸受。
【請求項２９】
前記複合シムが０．０２５ｃｍ〜１．２７ｃｍの間の厚さを有することを特徴とする請求項２１記載の複合シム。
【請求項３０】
第１の複合層の部分を囲む少なくとも１つの繊維を含む第１の複合層から成る積層構造を有することを特徴とする複合シム。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの繊維が周方向であることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの周方向繊維が複数の同心円から成ることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの周方向繊維が螺旋から成ることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項３４】
前記積層構造がさらに複数の軸繊維を含む第２の複合層から成り、前記少なくとも１つの周方向繊維が複数の同心円から成ることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項３５】
前記積層構造が複数の交互の第１及び第２の複合層から成ることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項３６】
前記軸方向繊維が角度をもって配置され、連続層の軸方向繊維の配向角度が異なることを特徴とする請求項３４記載の複合シム。
【請求項３７】
前記積層構造がさらに複数の半径方向繊維を含む第２の複合層から成り、前記少なくとも１つの周方向繊維が複数の同心円から成ることを特徴とする請求項３３記載の複合シム。
【請求項３８】
前記積層構造が複数の交互の第１及び第２の複合層を含むことを特徴とする請求項３６記載の複合シム。
【請求項３９】
さらに、複数の半径方向に延在する繊維から成る第２の複合層、及び複数の一軸繊維から成る少なくとも１つの第３の複合層から成ることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項４０】
シムが複数の第１、第２及び第３の複合層を含むことを特徴とする請求項３８記載の複合シム。
【請求項４１】
シムがフラストコニカルであることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項４２】
シムが円筒形であることを特徴とする請求項３０記載の複合シム。
【請求項４３】
シムが軸を有し、少なくとも１つの繊維が該軸を囲むことを特徴とする請求項４２記載の複合シム。
【請求項４４】
シムが、少なくとも１つの縦方向の繊維から成ることを特徴とする請求項４３記載の複合シム。
【請求項４５】
シムが、さらに直径方向に延在する少なくとも１つの縦方向の繊維から成ることを特徴とする請求項４４記載の複合シム。
【請求項４６】
シムが、さらにシムの外側のまわりに延在する少なくとも１つの縦方向の繊維から成ることを特徴とする請求項４４記載の複合シム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合シム構造物に関し、特に、この発明は高許容荷重の積層軸受に使用される複合シム構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性材料の圧縮荷重積載量は、弾性材料と非伸長性材料の交互層（それらの層は予測圧縮荷重の方向に配置される）を含む積層を形成することによって増加することが一般に知られている。かかる積層体は軸受として使用されてきた。高許容荷重の積層（ＨＣＬ）軸受として知られるかかる軸受けの一つは、ヘリコプタ−のロ−タ軸受としての使用を含む種々の用途に商的に容認されてきた。
【０００３】
ＨＣＬ軸受の商的容認は、それらの積層構造によって提供されるユニ−クな特性のためである。その積層構造は、積層体に平行な剪断または捩じれ方向における弾性材料の降伏能を維持しながら、弾性材料の圧縮荷重積載量を増すことができる。期待圧縮荷重が増すと、ゴム層は圧縮バルジ歪みを少なくするために薄く維持しなければならない。しかしながら、ゴムの厚さ全体は捩じれ運動を受け入れる必要がある。したがって、特定の荷重を支えるためには著しい数の弾性層を必要とする。したがって、一般にシムとして知られる著しい数の非伸長性層も必要とする。
【０００４】
シムは、軸受への圧縮荷重並びに半径方向及び円周方向の支持応力を取り扱うことができなければならない。シムは、典型的に黄銅、アルミニウム、チタン、鋼又はステンレス鋼製の金属薄板である。金属シムは、多くの用途に対して必要な物理的特性を提供するが、これらのシムは軸受のコストを増し、特に必要な捩じれ特性を得るために多数の層を必要とする時に、軸受構造物に著しい量の好ましくない重量を加える。金属シムは用途によって経験する連続荷重に耐えるのに十分な強度及びこわさ（剛性）を有さない場合がある。
【０００５】
金属シムの代わり、又は金属シムが適当でない場合に、複合又は補強プラスチック・シムも使用される。かかる複合シムの例は、Ｃｌｉｎａｒｄ，Ｊｒ．米国特許第４、１０８、５０８号、並びにＷｉｌｓｏｎらの米国特許第４、２６３、２４３号、ＭｃＧｒｅｇｏｒの米国特許第４、７０８、７５８号及びＲａｉｎｅｓの米国特許第５、２９７、８７４号に教示されている。複合シムは軸受の重量を減少できるが、これらのシムは高強度及び高こわさのような他の必要な物理的特性を提供できない。
【０００６】
上記は現在の装置及び方法に存在することが知れれている限界を説明した。したがって、上記の限界を解消する代替品を提供することが有利であることは明白である。したがって、以後にさらに詳しく開示する特徴を含む適当な代替品が提供される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、金属シムの必要な物理的特性と複合シムの重量及びコストを組合せたシムを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、金属シムよりも強い強度及びこわさを有するシムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、かかるシムを利用する軸受の形状を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これら及び他の目的は、例えば第１の複合層の中心のような層の一部分を実質的に囲む少なくとも１つの繊維を有する第１の複合層を含む積層構造を有する複合シムを提供することによって実現できる。その複合シムは一つ以上の第１の複合層を含み得る。かかる積層構造を採用することによって、本発明は、金属シムよりも良好な強度及びこわさ並びに複合シムに一般に伴う所望の重量及びコスト特性を有するシムを提供できる。
【００１１】
本発明の一実施態様により、第１の複合層の少なくとも１つの繊維は螺旋型を形成する繊維から成る。本発明の別の実施態様により、第１の複合層の少なくとも１つの繊維は複数の同心周方向に延在する円から成る。本発明の別の実施態様により、第１の複合層は少なくとも１つの半径方向に配向された繊維と少なくとも１つの周方向に配向された繊維の組合せからも成る。
【００１２】
本発明の別の実施態様により、複合層の積層構造は実質的に半径方向に配向される少なくとも１つの繊維を含む少なくとも１つの第２の複合層から成る。
【００１３】
本発明の別の実施態様により、複合構造は一軸方向に配向された少なくとも１つの繊維を含む少なくとも１つの第３の複合層から成る。本発明の積層構造物は複数の第３の複合層を含み、その各々は連続の第３の複合層が角度的にずれるように配置された積層構造物の第３の複合層の軸に沿って配向されたそれぞれの少なくとも１つの繊維を有する。その連続の第３の複合層は第１又は第２の複合層に隣接又は該複合層と分離される。繊維の軸は０°、＋４５°、−４５°及び９０°方向にあるように配向されるように配置される。
【００１４】
本発明の別の実施態様により、複合シムは第１、第２及び第３の複合層の組合せ体を含む積層構造物から成る。
【００１５】
本発明の別の実施態様により、積層された軸受は複数の弾性層及び該複数の弾性層と交互に積層された複数のシムを含む。そのシムの少なくとも１つは積層構造物を有する複合シムである。その積層構造物は第１の複合層に沿って所定の場所を実質的に囲む少なくとも１つの繊維を有する第１の複合層を含む。
【００１６】
本発明の別の実施態様により、本発明の積層構造物は管状であって、軸及び軸に実質的に平行に配向された複数の繊維の円周方向に配向された複数の繊維を含む。
【００１７】
本発明の前記及び他の特徴は、添付図面と共に考えたときに本発明の次の詳細な説明から明白になると思われる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、発明の好適な実施態様が示されている添付図面を参照して以下にさらに詳しく説明する。しかしながら、この発明は多くの異なる形態で具体化できるので、ここに示した実施態様に限定されると解釈すべきではなく、むしろこれらの実施態様はこの開示が完全であって、かつ当業者に本発明の範囲を完全に伝達するように提供される。
【００１９】
本発明の複合シムの多数の実施態様が、次の明細書に開示される、そして複合シムは一般に参照記号１０、１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ，１０Ｄ、１０Ｅ，１０Ｆ、１０Ｇ及び１０Ｈで以下に引用される。
【００２０】
図１には、本発明による積層構造物を有する複合シム１０の実施態様が記載されている。複合シム１０は平らなシムとして示されているが、本発明の複合シムは当業者には既知の、限定ではないが、平、球状、円錐形及びフラストコニカル（切頭円錐形）を含む種々の形状に成形できる。円錐形のシムの例を図８に示し、以下に説明する。
【００２１】
複合シム１０は第１の複合層１１、第２の複合層１２及び第３の複合層１３を含む。この実施態様は３つの複合層を示すが、本発明の複合シムは３つの複合層より多い又は少ない複合層を含むことを理解されたい。さらに、その複合シムは円形の形状で記載説明されるが、その複合シムは非円形にできることを理解されたい。例えば、複合シムは長方形、オ−バル又は丸コ−ナをもった四角にできる。
【００２２】
明瞭にするために、一般的用語「層」は積層部材又はシム１０を構成する個々の部材を意味するために使用するが、当業者は「プライ（層）」又は「ラミナエ」のような層（複数）も意味する。
【００２３】
第１の複合層１１は繊維１１Ａを含有する。繊維１１Ａは層の中心部を囲み、図２に示すように複合層に渦巻模様を形成するように考えらる。図１に示した実施態様は唯一の複合層１１を含むが、本発明の複合シムは複数のかかる層を含むと理解されたい。例えば、図示の実施態様において、層１１の中心部を囲む繊維１１Ａを有するさらに別の複合層を第２の複合層１２の上（即ち、複合副層１２１の上）に、及び／又は第３の複合層１３の下（即ち、複合副層１３１の上）に配置できる。
【００２４】
図１に示した実施態様は渦巻繊維を有する第１の複合層を含むが、実質的に同心的に配向される繊維の一実施態様に過ぎないことを理解されたい。さらに詳しくは、渦巻繊維は実質的に同心的に配向される弧状繊維の一実施態様に過ぎないことを理解されたい。弧状繊維の別の実施態様は、実質的に同心リングを形成する繊維である。かかる実施態様は図３及び図４に示す、それらは複合層の中心を囲む複数の同心円２１１Ａを含む層２１１を含む積層体構造を開示する。実質的に同心的配向の繊維を含む本発明の複合層はシムにかかる半径方向外側の力に抵抗するのに役立つ。かかる力は、軸受の軸方向負荷中に生じる弾性層の半径方向外側への膨脹の結果として弾性層に積層された複合シムを含む積層軸受に生じる。明瞭にするために、以下に記載の層１１及び２１１の弧状繊維の形状は、以後集約的に「円周方向繊維」と呼ぶ。
【００２５】
図３及び図４に示した積層体構造以下に詳細に記載する。
図１に示した積層体構造に戻ると、複合層１２は４つの複合副層１２１、１２２、１２３及び１２４を含む。同様に、複合層１３は４つの複合副層１３１、１３２、１３３及び１４４を含む。図１に示した実施態様の第２及び第３の複合層は４つの副層を示すが、本発明によりその第２及び第３の複合層は零のように少なく（即ち、第１の複合層は単層構造である）又は数千又はそれ以上の副層を含むと理解されたい。第２及び第３の複合層が副層を含む場合、それらは約２〜５００の副層、さらに望ましくは約２〜５０の副層、最適には約３〜１０の副層を有することが望ましい。一般に、これらの範囲並びに以下に示すものも両端を含むと理解されたい。さらに、図１に示した実施態様の第２及び第３の複合層は同数の副層を含むが、本願発明の第２及び第３の複合層は異なる数の副層も含有できるものと理解されたい。
【００２６】
図１に示した実施態様における各複合副層１２１〜１３４は接尾記号「Ａ」で参照番号に対応させることによって示す一軸繊維を含む。例えば、複合副層１２１は一軸繊維１２１Ａを含む。異なる副層における一軸繊維は異なる特性を有する。例えば、副層１２１における一軸繊維１２１Ａは高係数の炭素繊維であるが、副層１２２における一軸繊維１２２Ａは低係数の炭素繊維であった。同様に、層１２における一軸繊維の全てが高係数の炭素繊維であるが、層１３における一軸繊維の全てが中間係数の炭素繊維であった。
【００２７】
所定の複合副層の一軸繊維の方向が繊維上の矢印によって示すように軸を規定する。この軸はそれぞれの副層の相対的方向を比較するために参照方向によって呼ばれる。しかしながら、参照方向又は角度は単に相対的なものであって、絶対的ものではない。一軸繊維１２１Ａは０°方向に整列している。同様に、一軸繊維１２２Ａは＋４５°方向に、一軸繊維１２３Ａは−４５°方向、そして一軸繊維１２４Ａは９０°方向に整列するように示されており、全て一軸繊維１２１Ａを引用している。したがって、本実施態様では、第２の複合層１２の４つの複合副層１２１、１２２、１２３及び１２４が、それらの一軸繊維によって規定されるそれぞれの軸が０°、＋４５°、−４５°及び９０°方向又はそれらの組合せであるように配置される。同様に、図１に示すように、第３の複合層１３の４つの複合副層１３４、１３３、１３２及び１３１がそれぞれの軸が９０°、−４５°、＋４５°及び０°方向又はそれらの組合せであるように配置される。したがって、図１に示した実施態様では、第２及び第３の複合層の複合副層は第１の複合層１１を中心にして対称的である。換言すると、第１の複合層１１に最も近い複合副層１２４と１３４は同一方向の９０°を有し、次の最も近い複合副層１２３と１３３は同一方向−４５°を有する、など。図１に示した実施態様の副層は第１の複合層１１を中心として対称的に配向されるが、本発明による副層は対称的に配向する必要がないことを理解されたい。
【００２８】
図１の実施態様に示すように、複合副層１２１−１３４は、２つに隣接複合副層の軸（それらのそれぞれの繊維によって規定される）が角度的にずれるように配置される。例えば、複合副層１２１の軸と複合副層１２２の軸は＋４５°度ずれている。このオフセット角は２つの軸によって形成される鋭角として定義される、そしてその角度は−９０°と＋９０°の間の全ての角度である。
【００２９】
一軸繊維について繊維配向の特定の角度を示し説明したが、本発明の複合シムの一軸層は適当な角度で配向された繊維を有することを理解されたい。さらに、本発明のシムは一軸層の適当な組合せから成る。
【００３０】
別の実施態様の複合シム１０Ａ及び１０Ｂをそれぞれ図３及び図４に開示する。図３に示すように、複合シム１０Ａは、層１２１の中心部を囲む周方向に間隔を持った第１の複合層２１１及びそれぞれの一軸繊維１２１Ａ，１２４Ａ及び１３２Ａを含む副層１２１、１２４及び１３２を含む、そしてそれらのそれぞれの繊維は複合シム１０に関して前記した全ての特性及び特徴を含む。複合シム１０Ａは連続一軸層の間に層１２１を含み、その連続一軸層１２１、１２４及び１３２の各々は異なる軸に沿って配向の繊維を有する。
【００３１】
１０Ａのように、図４に開示した複合シム１０Ｂは層の中心を囲む円周方向に間隔をもった繊維２１１Ａを有する第１の複合層２１１を含む。また、シム１０Ｂは交互の複数の副層２２１を含む、その各々は複合層２２１の中心から半径方向に配向された間隔をもった半径方向繊維から成る。複合層１０Ｂにおいて層２１は層２２１を分ける。
【００３２】
さらに別の実施態様の複合シム１０Ｃを図５に示す。図５の複合シムは前記半径方向層２２１、同心層２１１及び一軸層１２２、１２４、１３２及び１３３を含む。その半径方向層と同心層は連続一軸層を分け、連続一軸層の繊維軸は異なる。
【００３３】
図６に別の実施態様の複合第１層３１１を示す。その複合第１層は半径方向配向繊維２２１Ａと同心円２１１Ａの網状組織から成る。第１の層３１１は前記複合シムの実施態様１０、１０Ａ，１０Ｂ，又は１０Ｃのいずれかに含まれる。層３１１は当業者に極織りと呼ばれる構造からなる。その極織りは半径方向に延在する繊維２２１Ａに継ぎ合わせる渦巻又は一連の同心円から成る。極織りを重ねて平層３１１を形成する前に、渦巻又は同心円えの配置又はアコ−ディオンのように縦方向に延在される。層３１１は１つ以上の極織り層から成る。
【００３４】
図７には、本発明の第２の実施態様による積層構造物を有する複合シム１０Ｄを示す。その複合シムは第１の複合層３１、第２の複合層３２及び第３の複合層３３を含む。図７に示す第１の複合層３１は円周方向繊維１１Ａを含有する。図７に示す実施態様は円周方向繊維を有する１つの複合層のみを示すが、本発明の複合シムはかかる層を１つ以上含有できることを理解されたい。
【００３５】
図７における第２の複合層３２は繊維の二軸網状構造を形成する繊維３２Ａを含む。その繊維網状構造は当業者には既知の種々の手段によって形成される。例えば、その繊維網状構造は、織り、ニット、ニ−ドルド、縫製または他の方法で成形される布を形成する。同様に、第３の複合層３３は、繊維の二軸網状構造を形成する繊維３３Ａを含む。繊維の二軸網状構造を示したが、本発明によっていずれの繊維多軸網状構造（三軸繊維網状構造を含む）も使用できることを理解されたい。第２の複合層３２及び第３の複合層３３は共に図７に二軸繊維網状構造を含むものとして示したが、その網目構造は同一である必要はない。例えば、第２の複合層３２は二軸繊維網目構造を含み、第３の複合層は三軸の繊維網目構造を含むことができる。
【００３６】
図８は、切頭円錐形から成る本発明の別の実施態様の複合シム１０Ｅを示す。そのシム１０Ｅを中心軸５０及びその中心軸を囲む複数の周繊維５１１Ａを含む。図８に示すように、それらの繊維は切頭円錐形の間に間隔をもっている。切頭円錐形シム１０Ｅのそれぞれの内壁５４及び外壁５５は、両端５１及び５２の間にも延在し軸５０を囲む複数の繊維５２２Ａによって画定される。内壁５４は中空内部５３を画定する。シムの厚さは両端５１と５２を隔てる距離である。
【００３７】
図１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃは、図においてそれぞれ１０Ｆ，１０Ｇ及び１０ｈとして一般に同定する本発明のさらに別の実施態様の複合シムを示す。各管状複合シム１０Ｆ，１０Ｇ及び１０Ｈは、中心縦軸６０及び該中心縦軸６０を囲む円周繊維を含む。これらの繊維は各円筒形シムに６１１Ａとして同定される。それらの周繊維は複数の縦方向配向一軸繊維６２２Ａによって封じられている。図１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃに示すように、シム１０Ｆ，１０Ｇ及び１０Ｈはシム外層を画定する縦方向延在の繊維を含む。シム１０Ｇ及び１０Ｈも外及び内シム層６２２Ａの間の縦方向に延在するシム層６２２Ａを含む。シム１０Ｈは、図１０Ｃに示すように円筒形シム６１１Ａを完全に囲むために縦繊維６２２Ａと一体に作られている横方向に延在する繊維６３３Ａも含む。
【００３８】
図示及び説明した複合シム１０Ａ〜１０Ｈは一定数の層から成るが、複合シム１０Ａ〜１０Ｈは複合シム１０の説明に関して記載した多層を含む。周層１１、２１１、５１１及び６１１は、前記内層の外にシム外層でもある。
【００３９】
本発明の複合シム１０、及び１０Ａ〜１０Ｈは、或る一定のサイズ及び物理的特性を有する。例えば、本発明の複合シムは、下限と上限の間の厚さを有する。下限は好適には約０．０１２７ｃｍ，さらに望ましくは約０．０２５４ｃｍ，最適には０．０６３５ｃｍである。上限は好適には約１．２７ｃｍ，さらに望ましくは約０．６３５ｃｍ，最適には０．２５４ｃｍである。
【００４０】
本発明の複合シムは、当業者には既知の種々の方法によって成形できる。例えば、積上げ副層／層は減圧バッグ及びオ−ブンまたはオ−トクレ−ブ硬化される。積上げ副層／層は、減圧硬化よりも厳しい寸法公差を提供できるマッチドダイ成形法を使用して硬化させるのが望ましい。
【００４１】
本発明の複合層及び副層はある一定のサイズ特性を有することが望ましい。例えば、本発明の複合層は、下限と上限の間の厚さを有する。下限は好適には約０．００２５４ｃｍ，さらに望ましくは約０．００５０８ｃｍ，最適には０．０１０１ｃｍである。上限は好適には約０．２５４ｃｍ，さらに望ましくは約０．１２７ｃｍ，最適には０．０５０８ｃｍである。種々の複合層の厚さは同一または異なる。同様に、本発明による複合副層は下限と上限の間の厚さを有する。下限は好適には約０．００１２７ｃｍ，さらに望ましくは約０．００２５４ｃｍ，最適には０．００５０８ｃｍである。上限は好適には約０．１２７ｃｍ，さらに望ましくは約０．０６３５ｃｍ，最適には０．０２５４ｃｍである。
【００４２】
本発明の複合層及び複合副層は、当業者には既知の種々の方法によって成形される。例えば、本発明の複合層及び複合副層は、湿式積上げ法またはフィラメント巻き法によってプレプレグまたはトウプレグを使用して成形される。完全硬化層を使用して接着剤によって一緒に接着できる。
【００４３】
本発明により使用される繊維は、当業者には既知の種々の繊維にすることができる。適当な繊維は、ガラス、アスベスト、黒鉛、炭素及びホウ素製繊維、並びにアラミド及び高分子量連鎖延長ポリエチレン繊維のような剛性重合体繊維、アルミニウム繊維、アルミニウムシリケ−ト繊維、酸化アルミニウム繊維、チタン繊維、マグネシウム繊維、岩綿繊維、鋼繊維等を含む。これらの繊維の中で望ましい繊維は炭素繊維である。
【００４４】
繊維の外、本発明による複合層及び複合副層はマトリックス材料を含む。一般に、そのマトリックス材料は荷重を補強繊維に伝達し、かつ繊維を環境から保護する。そのマトリックス材料は当業者には既知の種々の材料にすることができる。例えば、マトリックス材料は重合体材料、セラミック材料または金属にすることができる。そのマトリックス材料は重合体材料が望ましい。複合材の重合材料は、一般に、エポキシ樹脂、フェノ−ル樹脂、ポリエステル樹脂、シャネ−ト樹脂、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾ−ル及びビスマレイミド樹脂のような熱硬化重合体を含む全ての通常の固体重合体にすることができる。
【００４５】
本発明の実施に使用するのに適当な熱硬化重合体の代表的樹脂は、レソルシノ−ル、ｐ−第三オクチルフェノ−ル、クレゾ−ル、アルキル化フェノ−ルノボラック、フェノ−ルポリビニルブチラ−ル、及びフェノ−ルクレゾ−ルを含む熱硬化性樹脂及びホルムアルデヒド、アセトアルデヒド又はフルフラ−ルのようなアルデヒドを含む熱硬化性樹脂；ピロメリット二無水物、３、３´４、４´−ベンゾフェノン−カルボン酸二無水物及びメタフェニレンジアミンを主成分とした硬化性樹脂；ビスフェノ−ルＡ又はその誘導体（例えば、ビスフェノ−ルＡのジグリシジルエ−テル）又はグリセロ−ルのようなポリオ−ルとエピクロロヒドリン及びポリアルキレンポリアミンのよな多官能性アミンのような架橋剤又は硬化剤との反応生成物を含有する樹脂のような熱硬化エポキシド又はエポキシ樹脂；マレイン酸又はフマル酸（それらはフタル酸又はアジピン酸のような飽和酸と併用される）のような不飽和ジカルボン酸と、ジアリルオルトフタレ−ト、ジアリルイソフタレ−ト、ジアルリルフマレ−ト及びジアリルマレエ−トのようなジアリルフタレ−トから誘導される樹脂を含む熱硬化性アリル樹脂を含むスチレン又はジアリルフタレ−トのようなエチレン性不飽和硬化剤の使用時に硬化するエチレン、プロピレン、ジエチレン及びジプロピレングリコ−ルのような二価アルコ−ルとの反応生成物のような熱硬化ポリエステル樹脂；ジイソシアネ−ト、例えば、トルエンジイソシアネ−ト、メチレンジフェニルジイソシアネ−ト、又はイソホロンジイソシアネ−ト、又は重合体イソシアネ−トと、ポリプロピレングリコ−ルのような多価アルコ−ル、及び必要ならば、水のようなさらに別の架橋剤との反応から得られるものを含む熱硬化ポリウレタンのような熱硬化フェノ−ル樹脂を含む。
【００４６】
本発明の複合シムは、充填材のような他の材料も含む。代表的な充填材はケイ酸カルシウム、シリカ、粘土、タルク、マイカ、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、三水和アウミナ、炭酸ナトリムムアルミニウム、バリウムフェライト等を含む。
【００４７】
図９を参照して、本発明の積層軸受４０の実施態様を説明する。その積層軸受４０は、複数の複合シム１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅと交互に積層された複数の弾性層４１を含む。図９に示した積層軸受のシムの全てが複合シムであるように示されているが、１つのシムのように少しのシムが複合軸受を画定することを理解されたい。８つの弾性層４１を示されているが、本発明の積層軸受は２つの弾性層と少しの弾性層を含ことができる。また、本発明の積層軸受は１つの複合シム１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ又は１０Ｅと少しの複合シムを含むことができる。さらに、積層軸受４０は軸受の外層として弾性層４１を示しているが、複合シムは軸受の外層の１つ又は両方にすることができる。その積層軸受４０は円筒形として示されているが、本発明の積層軸受は球状及びフラストコニカル（切頭円錐形）を含む当業者には既知の全ての形状にできる。それらは図９において同一の厚さを有するように模式的に示されているが、本発明の弾性層４１及び複合シム１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ又は１０Ｅは異なる厚さをもつことができる。さらに、種々の弾性層４１の厚さ自身は異なることができる。同様に、種々の複合シムは異なる厚さ及び異なる積層（堆積）を有し得る。シムは、複合及び金属シムから構成される、さらに詳しくは、その複合シムは異なる繊維配向を含み、金属シムは１種以上の金属シムから構成できる。それぞれのシム層は可変寸法を有し得る。例えば、そのシムはシム外周部分が内周部分よりも厚いように内向きテ−パにすることもできるし、シムの直径は軸方向に変えることができる。
【００４８】
弾性層４１は当業者には既知の弾性材料製にできる。適当な弾性材料は、天然ゴム、臭素化ブチルゴム、塩素化ブチルゴム、ポリウレタンエラストマ−、フルオロエラストマ−、ポリエステルエラストマ−、ブタジエン／アクリロニトリルエラストマ−、シリコ−ンエラストマ−、ポリ（ブタジェン）、ポリ（２、３−ジメチルブタジェン）、ポリ（ブタジェン−ペンタジェン）、及びポリ（イソブチレン）のような共役ジェンから誘導のゴム、エチレンプロピレン−ジエン・タ−ポリマ−（ＥＰＤＭ）ゴム及びスルホン化ＥＰＤＭゴム、ポリ（クロロプレン）、クロロスルホン化又は塩素化ポリ（エチレン）、及びポリ（フルフィド）エラストマ−のようなゴムを含む。他の例は、ポリ（スチレン）、ポリ（ビニル−トルエン）、ポリ（ｔ−ブチルスチレン）、ポリエステル等のようなガラス又は結晶質ブロック、ポリ（ブタジェン）、ポリ（イソプレン）のようなエラストマ−ブロックのようなブロック共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブチレン共重合体、ポリエ−テルエステル等、例えばポリ（スチレン）−ポリ（ブタジェン）、−ポリ（スチレン）、及びスチレンブタジエンブロック共重合体を含む。弾性層４１は天然ゴム及びポリブタジェンの混合物を含むことが望ましい。
【００４９】
さらに、弾性層４１は、前記のような補強繊維を含む。弾性層４１は当業者には既知の種々の手段によって測定される硬度を有する。例えば、弾性層４１の硬度は、下限及び上限の間のショア−Ａで測定されるショア−硬度を有する。その下限は、約２０、好適には約２５、そして最適には約３０が望ましい。上限は、約９５、好適には約８５、そして最適には約８０が望ましい。弾性層４１は、上限及び下限の間の厚さを有する。その下限は約０．０１２７ｃｍ，好適には約０．０２５４ｃｍ，最適には約０．０３８１ｃｍが望ましい。上限は約２．５４ｃｍ，好適には約１．２７ｃｍ，最適には約０．６３５ｃｍが望ましい。
【００５０】
複合シム１０及び１０Ａ〜１０Ｈは本発明によるシムである。本発明による複合シムの２、３の実施態様を図１〜図８及び１０ａ〜１０ｃを参照して説明したので、それらをさらに説明しない。
【００５１】
本発明の積層軸受は、圧縮成形、トランスファ−成形、射出成形及び後加硫接着を含む当業者には既知の方法によって成形される。
【００５２】
本発明の積層軸受の物理的特性は、軸受の使用要件に依存して変わる。例えば、本発明のシムは特注にできる、そして弾性層は所定の要件を満たすように選択される。
【００５３】
本発明は上記一般的用語で説明した。次の実施例は本発明をさらに説明するためのものである。複合シムは、Ｗ゜コアとＸ゜／Ｙ゜／Ｚ゜の積層を有する複合シムが次の構造を有するように記載される：Ｘ゜／Ｙ゜／Ｚ゜／Ｗ゜／Ｚ゜／Ｙ゜／Ｘ゜。次の実施例におけるシムは全て次の寸法特性を有する円錐形状であった：１４．９８ｃｍ外径、６．８５ｃｍ内径、５゜の円錐角度、及び０．１０１６ｃｍ厚さ。
【００５４】
比較例Ａ
次の方法を用いて円錐形シムの個々のばね定数を決定するために、いくつかの円錐形シムを軸方向に試験した。そのシムはインストロン機械の平らな部分に配置した。次にピストンを使用してシムの最上面軸荷重を加えた。荷重１３．６ｋｇ（３０ｌｂ）の荷重下でのシムの軸方向のたわみを記録した。次にばね定数は、軸方向荷重をたわみ量で割って計算した。チタン、アルミニウム、及び複合シムを試験した。その複合シムは異なる積層（堆積）を有したが、周方向繊維を含まなかった。それらの結果を下記の表Ａに示す。
【００５５】
【表１】
2004510105.tif 000002
【００５６】
比較例Ｂ
１２層の設計の０゜／６０゜／−６０゜積層を有する複合シムを使用して作った高容量の積層軸受について終極荷重試験を行なった。次の方法に従ってその終極荷重試験を行なった。その軸受は、軸受の積層層が表面と平行になるように平らな表面に配置した。次にその軸受の最上面に軸方向力を加えた。目視検査によって座屈を測定した。座屈した時に印加した力の量を測定した。その軸受は１０４、３２８ｋｇの圧縮荷重で座屈した。
【００５７】
実施例１
比較例Ａで記載した方法を用いて本発明の円錐形シムの軸方向試験をした。ここで使用した積層は、０．０５１ｃｍの中心周方向層をもった０゜／６０゜／−６０゜であった。そのシムの平均ばね定数は２５５ｋｇ／ｃｍであった。
【００５８】
実施例２
比較例Ａで記載した方法を用いて本発明の円錐形シムの試験をした。０．０５１ｃｍの中心周方向層の０゜／６０゜／−６０゜／９０゜積層を有するシム及び０．０５ｃｍの中心周方向層の０゜／９０゜の積層を有するシムを試験した。フ−プコアをもった０゜／６０゜／−６０゜／９０゜積層を有するシムの平均ばね定数は２９８ｋｇ／ｃｍであった。それらの結果かを表２に示す。
【００５９】
【表２】
2004510105.tif 000003
【００６０】
実施例３
比較例Ａで記載した方法を用いて本発明の３３枚の円錐形シムの軸方向試験をした。ここで使用した積層は、０．０５１ｃｍの中心周方向層の０゜／４５゜／−４５゜／９０゜であった。そのシムは、高容量積層軸受へのアセンブリを含む終極荷重試験の前にプロセスの変動を測定する試験をした。シムのばね定数は２０６〜３３５ｋｇ／ｃｍの範囲で試験した、平均ばね定数は２８２ｋｇ／ｃｍであった。
【００６１】
実施例４
０．０５１ｃｍの周方向層の０゜／４５゜／−４５゜／９０゜の積層を有した本発明の円錐形複合シムを含んだ高容量積層軸受について終極荷重試験を行なった。その終極荷重試験は比較例Ｂで記載した方法にに従って行なった。その軸受は約１６９６４６ｋｇの圧縮荷重で座屈した。
【００６２】
前記実施例で示したように、本発明の複合シムは従来の複合シムより優れたこわさ（剛性）特性を有することが分析的に期待された。例えば、０．０５１ｃｍの周方向層のた０゜／６０゜／−６０゜の積層を有する本発明の複合シムは、９０゜コアの０゜／６０゜／−６０゜の積層を有する従来の複合シム（それは１７８．５ｋｇ／ｃｍの平均ばね定数を有するのみであった）と比較して２５５ｋｇ／ｃｍの平均ばね定数を有した。
【００６３】
実際に、本発明の複合シムはチタン又はアルミニウム製の金属シムよりも良好なこわさ特性を有する。例えば、例えば、０．０５１ｃｍの周方向層のた０゜／６０゜／−６０゜の積層を有する本発明の複合シムは、平均ばね定数２０５ｋｇ／ｃｍ及び１８７ｋｇ／ｃｍをそれぞれ有するチタン及びアルミニウム・シムと比較して２５５ｋｇ／ｃｍの平均ばね定数を有した。さらに、本発明の複合シムは類似のこわさ特性を有する金属シムよりも軽い（それは航空分野のような重量が問題となる用途においては有利である）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合シムの実施態様の分解図を示す略図であって、その複合シムは、複合層の中心部を螺旋状に囲む繊維の複合層を有し、一軸繊維を含む多数の複合層も有する。
【図２】層の中心部を螺旋状に囲む繊維を有する複合層を示す略図である。
【図３】本発明による複合シムの実施態様の分解図を示す略図であって、その複合シムは、中心円として配向の繊維の多数の複合層及び一軸方向に配向の繊維の多数の層を有する。
【図４】本発明による複合シムの実施態様の分解図を示す略図であって、その複合シムは、半径方向に配向の繊維での多数の複合層及び同心円として配向の繊維での多数の複合層を有する。
【図５】本発明による複合シムの実施態様の分解図を示す略図であって、その複合シムは、半径方向に配向の繊維での多数の複合層、同心的に配向の繊維での多数の複合層及び一軸方向に配向の繊維での多数の複合層を有する。
【図６】繊維の周及び半径方向層の組合せから成る第１の複合層を示す略図である。
【図７】本発明による複合シムの実施態様の分解図を示す略図であって、その複合シムは、二軸配向繊維を含む複合層を有する。
【図８】切頭円錐形複合シムの縦断面図である。
【図９】本発明による積層軸受の実施態様を示す略図である、
【図１０】管状複合シムの縦横断面図である。
【図１１】管状複合シムの縦横断面図である。
【図１２】管状複合シムの縦横断面図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ　複合シム
１１　　第１の複合層
１１Ａ　第１の複合層の繊維
１２　　第２の複合層
１３　　第３の複合層
１２１、１２２、１２３、１２４　　複合副層
１２１Ａ、１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ　　複合副層の繊維
１３１、１３２、１３３、１３４　　複合副層
１３１Ａ、１３２Ａ、１３３Ａ、１３４Ａ　　複合副層の繊維
【図１】
2004510105.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004510105.tif 000008
【図６】
2004510105.tif 000009
【図７】
2004510105.tif 000010
【図８】
2004510105.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004510105.tif 000056
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