JP3447016B2 - Method for manufacturing carbon fiber carbon composite material washer - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、従来には存在しない全
く新規な炭素繊維炭素複合材料（以下、「Ｃ／Ｃコンポ
ジット」と称す）の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】座金は、機械要素間の締結部材として、
各種の機械、装置或いは機構に用いられており、今日に
おいては、日常家庭用品や工業用品、更にはその他の分
野において、必要不可欠の重要な部品となっている。 【０００３】従来の座金は、一般にステンレス鋼、イン
コネル等の金属材料にて製造されているものであり、更
に近年、耐熱性、耐摩耗性及び耐腐食性に優れたセラミ
ックス材料を用いて製造されたものが知られている。 【０００４】しかし、金属材料製座金は、耐熱性に劣
り、高温の使用環境下において使用が不可能又は長期的
な使用が不可能である。例えば、金属製座金としては、
ステンレス鋼、低合金鋼、工具鋼などが主に使われる
が、耐熱性合金と称されるものであっても 400℃を越え
る温度では、強度低下及び変形が著しく急激なヘタリが
起こるので、このような環境下では使用できないという
問題があった。またインコネル、ハステロイなどの超耐
熱性合金でも、700 ℃を越える温度では、強度低下及び
変形が著しく、急激なヘタリが起こるので、このような
環境下では座金として使用できないという問題があっ
た。 【０００５】また、一般に金属製の座金は種類によって
は錆が発生しやすく、耐摩耗性も劣り、更には磁場の影
響を受けた場合には磁化され易いので、磁場の影響を受
け易い環境下における使用に制限を受ける等という問題
があった。 【０００６】窒化珪素、ジルコニアなどのセラミックス
製座金は、繰り返し高温で使用すると破壊する可能性が
高く、従って熱衝撃に弱く、500 〜1000℃を越える温度
で急激に強度低下及び変形または破損する。また靭性が
ないため壊れやすく破損しないように取り扱いが極めて
困難性を伴う等という問題があった。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高強
度、高弾性率、軽量である特徴を有するＣ／Ｃコンポジ
ットを用いて、高温においても優れた形状及び寸法安定
性を有し、高硬度、耐摩耗性、耐触性、靭性が高く、熱
衝撃に強く、密度が高く、従って高温度下での使用にお
いてもゆるみを生じさせないＣ／Ｃコンポジット製座金
の製造方法を提供することである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記従来
の問題点を解決すべく、高強度、高弾性率、軽量等の特
徴を有するＣ／Ｃコンポジットに着目して鋭意研究の結
果、従来の座金では得られない高温における優れた形状
及び寸法安定性、高硬度、耐摩耗性、耐蝕性、高靱性、
強い熱衝撃性、高密度の座金を得ることを知見し、本発
明の完成するに至ったのである。 【０００９】すなわち、本発明の製造方法により得られ
たＣ／Ｃコンポジット製座金は高温でのゆるみを防止す
る座金であって、座金材料としてＣ／Ｃコンポジットを
用いている。 【００１０】Ｃ／Ｃコンポジットには、含浸法、ＣＶＤ
法等の従来の方法により製造したＣ／Ｃコンポジットの
他、好ましくは、プリフォームドヤーン法によるＣ／Ｃ
コンポジットを用いることができる。 【００１１】ＣＶＤ法により得られるＣ／Ｃコンポジッ
トは、炭素繊維を予め簡単に成形し、炉に入れて高温下
で加熱し、次いで炭化水素系ガスを炉内に通して分解炭
化させ、炭素を表面に沈着固化させるものである。 【００１２】他に、本発明に用いるＣ／Ｃコンポジット
を得る方法として、炭素繊維の束、織布、不織布など
を、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に
より所望の形状に成形した後、不活性ガス雰囲気で熱処
理を行って樹脂を炭化させる方法もある。 【００１３】また炭素繊維で強化した樹脂成形体を焼成
炭化し、更に樹脂が炭化する際に分解物が抜けてできた
気孔に樹脂を含浸して炭化する操作を繰り返すことによ
り、本発明に用いるＣ／Ｃコンポジットを得る方法もあ
る。 【００１４】本発明に使用するＣ／Ｃコンポジットに用
いる炭素繊維としては、石油ピッチ若しくはコールター
ルピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調整、溶融紡糸、
不融化及び炭素化して得られるピッチ系炭素繊維並びに
アクリロニトリル（共）重合体繊維を耐炎化及び炭素化
して得られるＰＡＮ系炭素繊維の何れのものでもよい。 【００１５】プリフォームドヤーン法により得られるＣ
／Ｃコンポジットが特に好ましく、当該プリフォームド
ヤーンは本件出願人による特願昭61−182483号に記載さ
れた方法により製造するものである。 【００１６】プリフォームドヤーンにおいては、炭素繊
維束の周囲に熱可塑性樹脂からなる柔軟な被覆（即ちス
リーブ）が設けられている。 【００１７】プリフォームドヤーンで用いる炭素繊維束
は、フィラメントのデニール数が約0.05〜約600 の範囲
内で、フィラメント数が約50〜300000のもの、特にフィ
ラメントのデニール数が約0.25〜約16で、フィラメント
数が約100 〜約48000 のものが好ましく、該スリーブの
肉厚は一般的には、均一なスリーブ形成及びプリフォー
ムドヤーンの柔軟性のため約５〜約1000μm とするのが
良く、特に約10〜約300 μm とするのが好ましい。 【００１８】従って、プリフォームドヤーンとしては、
炭素繊維束に含有される最終的にマトリックスとなる粉
末状のピッチ、コークス類の粉末類も含めて、直径約0.
1 〜約10mmの範囲のものが適切であり、約0.5 〜約５mm
のものが好ましい。前記繊維束の周囲に上記スリーブを
設けることによって、プリフォームドヤーンの補強用繊
維含有量は、補強効果及び高品質で均一な成形品を得る
ため約５〜約70容量％の範囲で任意に選択される。 【００１９】プリフォームドヤーンにおいて、柔軟なス
リーブ形成材として用いる熱可塑性樹脂は、後加工にお
ける成形温度で完全に溶解する樹脂であり、例えばポリ
アミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド
イミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテ
ルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニ
レンサルファイド等のポリマーが挙げられる。更に具体
的にはポリアミドとしては、ナイロン66、ナイロン12、
ナイロン6/66/12 ターポリマーのようなホモ又はコポリ
マーが用いられる。またポリエステルとしては、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、
ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリオキシエト
キシベンゾエート、全芳香族ポリエステル等のホモポリ
マー又はこれらコポリマーが用いられる。 【００２０】次いで得られた炭素繊維束を熱可塑性樹脂
で被覆してなる比較的太い柔軟性プリフォームドヤーン
と、比較的細い熱可塑性樹脂繊維糸又は比較的細い炭素
繊維束を、その何れか一方を経糸とし、他方を緯糸とし
て製織して一方向プリフォームドシートを製造する。 【００２１】当該プリフォームドシートは、本件出願人
による特願昭63−231791号公報に開示されている。当該
プリフォームドシートの経糸若しくは緯糸として用いら
れる熱可塑性樹脂繊維糸は、後加工における成形温度で
完全に溶融する樹脂繊維糸であり、例えばポリアミド、
ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリス
チレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミドイミド、ポ
リイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホ
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサル
ファイド等のポリマーの繊維が挙げられる。更に具体的
には、ポリアミド繊維としては、ナイロン66、ナイロン
６、ナイロン12、ナイロン6/66/12 ターポリマーのよう
なホモ又はコポリマーから得られる繊維が用いられ、ま
たポリエステル繊維としては、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−
２，６−ナフタレート、ポリオキシエトキシベンゾエー
ト、全芳香族ポリエステル等のホモポリマー又はこれら
のコポリマーから得られる繊維が用いられ、この熱可塑
性樹脂繊維糸としてはできるだけ細い糸を使用するのが
良く、前記プリフォームドヤーンに対して、直径が1/5
以下のものを使用するのが、プリフォームドヤーンの直
線性を保持して通常織物にしたことによる後加工時の強
度低下を殆どなくすため好ましい。 【００２２】更に、プリフォームドヤーンと熱可塑性樹
脂繊維との交織割合は、プリフォームドヤーン中の補強
用繊維と熱可塑性樹脂との割合によって変わり、また成
形後の複合材料の用途によっても変わるが、通常プリフ
ォームドシート全体での補強用繊維の割合が約３〜約70
容量％程度になるようにするのが好ましい。 【００２３】上記座金には、ばね座金、平座金等があ
る。ばね座金にはコイル系ばね座金、歯付き座金、波形
座金等が含まれ、平座金には波形座金等が含まれる。 【００２４】次に本発明のＣ／Ｃコンポジット製座金の
製造方法を、本発明の一実施例に基づいて説明する。 【００２５】本発明のＣ／Ｃコンポジット製座金の製造
方法は、原料プリフォームドヤーンをヤーン状またはテ
ープ状またはシート状として、芯棒に間隙保持用コイル
材（中子）とともに少なくとも１周分巻き付け、原料プ
リフォームドヤーンとコイル材（中子）を交互に配置し
た後、ホットプレスで約 300〜2000℃，常圧〜500 kg／
cm² の条件下で成形し、成形品からコイル材（中子）を
取外し、次いで必要に応じて 700〜1200℃で炭化、1500
〜3000℃で黒鉛化し成形品を１周分毎に切断することを
特徴とするものである。 【００２６】さらに、本発明に係る参考例として、Ｃ／
Ｃコンポジット製座金の他の製造方法は、原料プリフォ
ームドヤーンをシート状として、積層し、ホットプレス
で 300〜2000℃で加圧下でブロック状に成形し、この成
形品を必要に応じて 700〜1200℃で炭化、1500〜3000℃
で黒鉛化することによりＣ／Ｃコンポジット製ブロック
を得、このブロックを機械研削加工により座金に成形す
ることも可能である。 【００２７】上記ブロックには四角形断面のもの円筒状
のもの等種々の形状のものを用いることができる。ま
た、研削加工としては、例えば座金の円形状の外径、内
径をせん盤により加工した後、せん盤加工その他の研削
加工により、所望の座金形状を削り出すようにする。 【００２８】本発明により、ばね座金及び平座金の双方
が製造できるが、平座金については参考例の方法により
製造することも可能である。 【００２９】温度が 300℃未満だとマトリックスの炭化
が十分に行なわれず、また成形品が十分に作製されない
ため好ましくない。2000℃を超える温度又は500kg/cm²
以上の圧力だと装置的にも大規模なものが必要となり好
ましくない。特に、 300℃以上、好ましくは 500℃以上
でホットプレス処理をおこなった際には成形体中に揮発
分が殆ど残存せず、従って、次いで、黒鉛化処理しても
ガスの発生がないため、気孔が殆どなく、再含浸処理、
炭化処理、黒鉛化処理を繰り返すことなしに、充分な機
械的強度を有する複合材料を得ることができる。 【００３０】更に、上記Ｃ／Ｃコンポジット製座金の他
に、酸化防止、浸炭防止、表面の平滑化等のため、Ｃ／
Ｃコンポジット基材の表面に各種のコーティングを施し
たものも使用することができる。 【００３１】該コーティングには、SiC, TiC, ZrC, WC,
TiN, ZrN, AlN, BN, Si₃N₄, Al₂O₃, TiO₂，Cr₂O₃, SiO
₂ 等のセラミックス類、Cr, Zr, Ti, Si, B 等の金属
類、ガラス類、グラッシーカーボン等を用いることがで
きる。 【００３２】またコーティングする方法としてはＣＶＤ
法、ＰＶＤ法、イオンプレーティング、スパッタリン
グ、溶射、水性ガラスコーティング、レーザー蒸着法、
プラズマ溶射、メッキライニング、塗装等の従来の方法
を用いることができ、コーティングは、最終製品である
座金に直接、又はＣ／Ｃコンポジット基材に施してもよ
い。なお、Ｃ／Ｃコンポジットの製法自体はＣＶＤ法、
含浸法によるものを用いてもよく、この場合も同様の座
金を製造することができる。 【００３３】本発明の方法を用いて、高温で使用するこ
とができる重ね板ばね、引張および圧縮コイルばね、ね
じりコイルばね、ガータスプリング、竹の子ばね、トー
ションバー、渦巻きばね、皿ばね、薄板ばね、線細工ば
ね、輪ばね、ファスナばね、止め輪、スプリングピン、
ばね板ナット、シート用ばね等を製造することもでき
る。 【００３４】さらに、Ｃ／Ｃコンポジットを得た後、機
械加工により板形状に加工し、これを重ねて板ばねを製
造することができる。またＣ／Ｃコンポジットを皿ばね
形状に機械加工することにより皿ばねを得ることもでき
る。 【００３５】 【実施例】本発明を次の実施例及び比較例により説明す
る。 【００３６】実施例１ 炭素繊維含有率（Ｖｆ）が40％となるように調製した原
料プリフォームドヤーンをシート（テープ）状として、
芯棒に間隙保持用コイル材（中子）とともに１周分巻き
付けて、原料プリフォームドヤーンとコイル材（中子）
が交互に配置するようにした。これをホットプレスで約
550℃，200 kg/cm²の条件下で成形した。成形品からコ
イル材（中子）を取外し、次いで 800℃で炭化、2000℃
で黒鉛化してＣ／Ｃコンポジット製コイルばねを得た
（図１，図２，図３参照）。得られたＣ／Ｃコンポジッ
ト製ばね座金は、 密度1.6g/cm³ 外径（Ｄ）18.4mm 内径（ｄ）10.2mm
幅（ｂ）3.7mm 厚さ（ｔ）2.5mm であった。 【００３７】このばね座金をＭ１０（ＪＩＳ Ｂ０２０
５、ＪＩＳ Ｂ１１６３）のＣ／Ｃコンポジット製のボ
ルトとナットで締めつけ、1200℃に昇温する試験を50回
繰り返し行った後、ボルトとナットを取り外したとこ
ろ、Ｃ／Ｃコンポジット製ばね座金に形状及び寸法の変
化はみられなかった。 【００３８】比較例１ インコネル製のばね座金をＭ１０のＣ／Ｃコンポジット
製のボルトとナットで締めつけ、1200℃に昇温した後、
ボルトとナットを取り外したところ、インコネル製のば
ね座金は、形状及び寸法が変形してばね特性が消失し再
使用できなかった。 【００３９】比較例２ 窒化珪素製のばね座金をＭ１０のＣ／Ｃコンポジット製
のボルトとナットで締めつけ、1200℃に昇温した後、ボ
ルトとナットを取り外したところ、窒化珪素製のばね座
金は、ばね高さが約10％小さくなった。 【００４０】実施例２ 炭素繊維含有率（Ｖｆ）が40％となるように調製した原
料プリフォームドヤーンをシート又はテープ状として、
芯棒に間隙保持用コイル材（中子）とともに10周分巻き
付けて、原料プリフォームドヤーンとコイル材（中子）
が交互に配置するようにした。これをホットプレスで約
530℃，250 kg/cm²の条件下で成形した。成形品からコ
イル材（中子）を取外し、次いで 800℃で炭化、2000℃
で黒鉛化したものを１周分ずつに切断してＣ／Ｃコンポ
ジット製ばね座金を10個を得た。得られたＣ／Ｃコンポ
ジット製ばね座金は、 密度1.6g/cm³ 外径（Ｄ）28mm 内径（ｄ）16.2mm 幅
5.2mm 厚さ（ｔ）4mm であった。 【００４１】このばね座金のうち１個をＭ１６（ＪＩＳ
Ｂ０２０５、ＪＩＳ Ｂ１１６３）のＣ／Ｃコンポジ
ット製のボルトとナットで締めつけ、1200℃に昇温する
試験を100 回繰り返し行った後、ボルトとナットを取り
外したところ、Ｃ／Ｃコンポジット製ばね座金に形状及
び寸法の変化はなかった。 【００４２】参考例１ 炭素繊維含有率（Ｖｆ）が40％となるように調製した原
料プリフォームドヤーンをシート状として積層し、ホッ
トプレスで約550℃，200 kg/cm²で成形した。次いで 80
0℃で炭化、2000℃で黒鉛化し、Ｃ／Ｃコンポジット製
の板を得た。これを機械加工によって座金の形状にして
Ｃ／Ｃコンポジット製平座金を得た（図４，図５参
照）。得られた平座金は、 密度1.6g/cm³ 外径（Ｄ）37mm 内径（ｄ）22mm 厚さ
（ｔ）3.2mm であった。 【００４３】この平座金をＭ２０（ＪＩＳ Ｂ０２０
５、ＪＩＳ Ｂ１１６３）のＣ／Ｃコンポジット製のボ
ルトとナットで締めつけ、１２００℃に昇温する試験を
７０回繰り返し行った後、ボルトとナットを取り外した
ところ、Ｃ／Ｃコンポジット製平座金に形状及び寸法の
変化はなかった。 【００４４】比較例３ インコネル製の平座金をＭ２０のＣ／Ｃコンポジット製
のボルトとナットで締めつけ、1200℃に昇温した後、ボ
ルトとナットを取り外したところ、インコネル製の平座
金は、ボルトとナットの形状に圧痕を生じて使用できな
くなった。 【００４５】参考例２ 更に、参考例１を実施した条件下で、Ｃ／Ｃコンポジッ
ト製の板を得た後、これを機械加工により幅50mm、厚さ
８mmとして全長600 mmの３枚重ねあわせの重ね板ばねを
製造し（図６，７参照）、そのばね定数は2.1 kg／mmで
あった。 【００４６】参考例３ また同様に参考例１を実施した条件下でＣ／Ｃコンポジ
ット製の板を得た後、これを機械加工により外径（Ｄ）
100 mm、内径（ｄ）50mm、厚さ（ｔ）３mm、高さ（ｈ）
1.5 mmの皿ばねを製造した。 【００４７】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明のＣ／Ｃコ
ンポジット製座金の製造方法により得られたＣ／Ｃコン
ポジット製座金は、Ｃ／Ｃコンポジット材の性質により
金属製座金に比して耐摩耗性、耐蝕性、耐薬品性が良
く、また靭性が高いのでセラミックス製座金に比して機
械的強度が高く、耐熱性が高く、熱衝撃性にも強く、高
温での使用においても形状及び寸法の変かを呈さず、締
め付けに緩みが生ぜず繰り返し使用することができると
いう効果が得られる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a completely novel carbon fiber carbon composite material (hereinafter referred to as "C / C composite") which has not existed conventionally. . [0002] Washers are used as fastening members between mechanical elements.
It is used in various machines, devices and mechanisms, and is today an indispensable and important component in daily household and industrial products, as well as in other fields. Conventional washers are generally made of a metal material such as stainless steel or inconel. In recent years, they have been manufactured using a ceramic material having excellent heat resistance, abrasion resistance and corrosion resistance. Are known. However, the metal material washer has poor heat resistance, and cannot be used in a high-temperature use environment or cannot be used for a long time. For example, as a metal washer,
Stainless steel, low-alloy steel, tool steel, etc. are mainly used, but even at what is called a heat-resistant alloy, at temperatures exceeding 400 ° C, the strength decreases and the deformation becomes extremely sharp. There is a problem that it cannot be used in such an environment. Also, super-heat-resistant alloys such as Inconel and Hastelloy have a problem that, at temperatures exceeding 700 ° C., the strength is significantly reduced and deformed, and sharp settling occurs, so that they cannot be used as washers in such an environment. In general, metal washers are susceptible to rust depending on the type, have poor abrasion resistance, and are easily magnetized under the influence of a magnetic field. However, there is a problem that the use is restricted. [0006] Ceramic washers made of silicon nitride, zirconia, or the like are highly likely to break down when used repeatedly at high temperatures, and are therefore susceptible to thermal shock, and rapidly drop in strength and deform or break at temperatures exceeding 500-1000 ° C. In addition, there is a problem that handling is extremely difficult so that it is fragile and does not break due to lack of toughness. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a C / C composite having characteristics of high strength, high elastic modulus and light weight, and to provide excellent shape and dimensional stability even at high temperatures. A method of manufacturing a C / C composite washer having high hardness, high wear resistance, high touch resistance, high toughness, high thermal shock resistance, high density, and which does not loosen even when used at high temperatures. To provide. Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present inventors have focused on a C / C composite having features such as high strength, high elastic modulus and light weight. As a result of research, excellent shape and dimensional stability at high temperature that cannot be obtained with conventional washers, high hardness, wear resistance, corrosion resistance, high toughness,
The inventor found that a high thermal shock resistance and a high density washer were obtained, and the present invention was completed. That is, the C / C composite washer obtained by the manufacturing method of the present invention is a washer for preventing loosening at a high temperature, and uses a C / C composite as a washer material. The C / C composite has an impregnation method, CVD
In addition to the C / C composite produced by a conventional method such as the C / C method, preferably, the C / C by a preformed yarn method
Composites can be used. In the C / C composite obtained by the CVD method, carbon fibers are simply formed in advance, heated in a furnace at a high temperature, and then decomposed and carbonized by passing a hydrocarbon-based gas through the furnace. It is deposited and solidified on the surface. Another method of obtaining a C / C composite used in the present invention is to form a bundle of carbon fibers, a woven fabric, a nonwoven fabric, etc. into a desired shape with a thermosetting resin such as a phenol resin or an epoxy resin. There is also a method in which heat treatment is performed in an inert gas atmosphere to carbonize the resin. [0013] Further, the resin molded body reinforced with carbon fibers is calcined and carbonized, and further, an operation of impregnating the pores formed by decomposed products when the resin is carbonized and impregnating the resin with carbonized carbonized carbonized carbonized carbon is used in the present invention. There is also a method of obtaining a C / C composite. As the carbon fiber used in the C / C composite used in the present invention, a petroleum pitch or coal tar pitch is used as a raw material, and a pitch for spinning, melt spinning,
Any of pitch-based carbon fibers obtained by infusibilizing and carbonizing and PAN-based carbon fibers obtained by oxidizing acrylonitrile (co) polymer fiber to flame and carbonizing may be used. C obtained by the preformed yarn method
/ C composite is particularly preferred, and the preformed yarn is manufactured by the method described in Japanese Patent Application No. 61-182483 filed by the present applicant. In the preformed yarn, a flexible coating (that is, a sleeve) made of a thermoplastic resin is provided around the carbon fiber bundle. The carbon fiber bundle used in the preformed yarn has a filament denier in the range of about 0.05 to about 600, and has a filament number of about 50 to 300,000, in particular, a filament denier of about 0.25 to about 16 The number of filaments is preferably about 100 to about 48000, and the thickness of the sleeve is generally about 5 to about 1000 μm for uniform sleeve formation and flexibility of the preformed yarn. Preferably, it is about 10 to about 300 μm. Therefore, as a preformed yarn,
The powdery pitch, which eventually becomes the matrix contained in the carbon fiber bundle, and the diameter of about 0.
A range of 1 to about 10 mm is suitable, and about 0.5 to about 5 mm
Are preferred. By providing the above-mentioned sleeve around the fiber bundle, the reinforcing fiber content of the preformed yarn is arbitrarily in the range of about 5 to about 70% by volume in order to obtain a reinforcing effect and a high quality and uniform molded article. Selected. In the preformed yarn, the thermoplastic resin used as a flexible sleeve-forming material is a resin that completely dissolves at a molding temperature in post-processing, such as polyamide, polyester, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinylidene fluoride, and the like. Examples include polymers such as polyamide imide, polyimide, polyether imide, polyether sulfone, polyether ether ketone, and polyphenylene sulfide. More specifically, as a polyamide, nylon 66, nylon 12,
Homo or copolymers such as nylon 6/66/12 terpolymers are used. As polyester, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate,
A homopolymer such as polyethylene-2,6-naphthalate, polyoxyethoxybenzoate, a wholly aromatic polyester, or a copolymer thereof is used. Next, a relatively thick flexible preformed yarn obtained by coating the obtained carbon fiber bundle with a thermoplastic resin, and a relatively thin thermoplastic resin fiber yarn or a relatively thin carbon fiber bundle are used. One-way preformed sheet is manufactured by weaving one as a warp and the other as a weft. The preformed sheet is disclosed in Japanese Patent Application No. 63-231791 filed by the present applicant. The thermoplastic resin fiber yarn used as the warp or the weft of the preformed sheet is a resin fiber yarn that is completely melted at a molding temperature in post-processing, for example, polyamide,
Fibers of a polymer such as polyester, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinylidene fluoride, polyamide imide, polyimide, polyether imide, polyether sulfone, polyether ether ketone, and polyphenylene sulfide are exemplified. More specifically, as the polyamide fiber, a fiber obtained from a homo or copolymer such as nylon 66, nylon 6, nylon 12, or nylon 6/66/12 terpolymer is used. As the polyester fiber, polyethylene terephthalate is used. , Polybutylene terephthalate, polyethylene-
Fibers obtained from homopolymers such as 2,6-naphthalate, polyoxyethoxybenzoate and wholly aromatic polyesters or copolymers thereof are used, and as the thermoplastic resin fiber yarn, it is preferable to use as thin a yarn as possible. 1/5 diameter for preformed yarn
The use of the following is preferred because the linearity of the preformed yarn is maintained and almost no reduction in strength during post-processing due to the formation of a normal woven fabric. Furthermore, the interwoven ratio between the preformed yarn and the thermoplastic resin fiber varies depending on the ratio between the reinforcing fiber and the thermoplastic resin in the preformed yarn, and also varies depending on the use of the composite material after molding. However, usually, the ratio of the reinforcing fibers in the entire preformed sheet is about 3 to about 70.
It is preferable to set the volume to about% by volume. The washer includes a spring washer and a flat washer. The spring washer includes a coil spring washer, a toothed washer, a corrugated washer, and the like, and the flat washer includes a corrugated washer. Next, a method for manufacturing a C / C composite washer of the present invention will be described based on an embodiment of the present invention. In the method for producing a C / C composite washer of the present invention, the raw material preformed yarn is formed into a yarn shape, a tape shape or a sheet shape, and the core rod is provided with at least one round together with a gap holding coil material (core). After winding and alternately arranging the raw material preformed yarn and coil material (core), hot press to about 300 ~ 2000 ℃, normal pressure ~ 500 kg /
Formed under the condition of cm ^2, the coil material (core) is removed from the molded product, and then carbonized at 700 to 1200 ° C if necessary.
It is characterized in that it is graphitized at 30003000 ° C. and the molded article is cut every one revolution. Further, as a reference example according to the present invention, C /
Another method of manufacturing a C-composite washer is to form a raw preformed yarn into a sheet, stack it, and form it into a block under pressure at 300 to 2000 ° C. with a hot press. Carbonized at ~ 1200 ℃, 1500 ~ 3000 ℃
It is also possible to obtain a block made of a C / C composite by graphitizing the block, and to form this block into a washer by mechanical grinding. The block may have various shapes such as a square cross section and a cylindrical shape. As the grinding process, for example, after the outer diameter and the inner diameter of the circular shape of the washer are machined by a cutting machine, a desired washer shape is cut out by a machining process such as a cutting machine. According to the present invention, both a spring washer and a flat washer can be manufactured, but the flat washer can also be manufactured by the method of the reference example. If the temperature is lower than 300 ° C., carbonization of the matrix is not sufficiently performed, and a molded article is not sufficiently produced. Temperature exceeding 2000 ℃ or 500kg / cm ²
If the pressure is higher than the above, a large-scale apparatus is required, which is not preferable. In particular, when hot pressing is performed at 300 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, almost no volatile components remain in the molded body, and therefore, no gas is generated even after the graphitization processing. Almost no porosity, re-impregnation,
A composite material having sufficient mechanical strength can be obtained without repeating carbonization and graphitization. Further, in addition to the above-mentioned C / C composite washer, C / C composite is also used for preventing oxidation, preventing carburization, and smoothing the surface.
What applied various coatings to the surface of the C composite base material can also be used. The coating includes SiC, TiC, ZrC, WC,
TiN, ZrN, AlN, BN, Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Cr ₂ O ₃ , SiO
Ceramics such as ₂ , ceramics such as Cr, Zr, Ti, Si, and B, glass, and glassy carbon can be used. As a coating method, CVD is used.
Method, PVD method, ion plating, sputtering, thermal spraying, aqueous glass coating, laser evaporation method,
Conventional methods such as plasma spraying, plating lining, painting, etc. can be used, and the coating may be applied directly to the final washer, or to a C / C composite substrate. The C / C composite manufacturing method itself is a CVD method,
An impregnation method may be used, and in this case, a similar washer can be manufactured. Using the method of the present invention, leaf springs, tension and compression coil springs, torsion coil springs, garter springs, bamboo shoot springs, torsion bars, spiral springs, disc springs, leaf springs, which can be used at high temperatures, Wirework springs, ring springs, fastener springs, retaining rings, spring pins,
Spring plate nuts, seat springs and the like can also be manufactured. Further, after obtaining the C / C composite, the C / C composite is processed into a plate shape by machining, and this is laminated to produce a leaf spring. Also, a disc spring can be obtained by machining the C / C composite into a disc spring shape. The present invention will be described with reference to the following examples and comparative examples. Example 1 A raw material preformed yarn prepared so as to have a carbon fiber content (Vf) of 40% was formed into a sheet (tape).
One turn is wound around the core rod together with the coil material (core) for maintaining the gap, and the raw material preformed yarn and coil material (core)
Are arranged alternately. About this with a hot press
It was molded at 550 ° C and 200 kg / cm ² . Remove the coil material (core) from the molded product, then carbonize at 800 ℃, 2000 ℃
To obtain a C / C composite coil spring (see FIGS. 1, 2 and 3). The resulting spring washer made of C / C composite has a density of 1.6 g / cm ³ outer diameter (D) 18.4 mm inner diameter (d) 10.2 mm
The width (b) was 3.7 mm and the thickness (t) was 2.5 mm. This spring washer is set to M10 (JIS B020).
5. Tighten with C / C composite bolts and nuts according to JIS B1163), repeat the test of raising the temperature to 1200 ° C 50 times, and then remove the bolts and nuts. And no change in dimensions. Comparative Example 1 A spring washer made of Inconel was tightened with an M10 C / C composite bolt and nut and heated to 1200 ° C.
When the bolts and nuts were removed, the Inconel spring washer was deformed in shape and size, lost its spring characteristics, and could not be reused. Comparative Example 2 A silicon nitride spring washer was tightened with a M10 C / C composite bolt and nut, the temperature was raised to 1200 ° C., and the bolt and nut were removed. The spring height was reduced by about 10%. Example 2 A raw material preformed yarn prepared so as to have a carbon fiber content (Vf) of 40% was formed into a sheet or tape.
The preformed yarn and coil material (core) are wound around the core rod for 10 turns together with the coil material (core) for maintaining the gap.
Are arranged alternately. About this with a hot press
Molding was performed at 530 ° C and 250 kg / cm ² . Remove the coil material (core) from the molded product, then carbonize at 800 ℃, 2000 ℃
The graphitized material was cut by one turn to obtain 10 C / C composite spring washers. The obtained C / C composite spring washer has a density of 1.6 g / cm ³ outer diameter (D) 28 mm inner diameter (d) 16.2 mm width
The thickness was 5.2 mm and the thickness (t) was 4 mm. One of the spring washers is M16 (JIS
B0205, JIS B1163) Tighten with C / C composite bolts and nuts according to JIS B1163), repeat the test of raising the temperature to 1200 ° C 100 times, and then remove the bolts and nuts. And no change in dimensions. REFERENCE EXAMPLE 1 Raw material preformed yarns prepared so as to have a carbon fiber content (Vf) of 40% were laminated as a sheet, and were molded by hot pressing at about 550 ° C. and 200 kg / cm ² . Then 80
Carbonization was performed at 0 ° C. and graphitization was performed at 2000 ° C. to obtain a C / C composite plate. This was machined into the shape of a washer to obtain a C / C composite flat washer (see FIGS. 4 and 5). The obtained flat washer had a density of 1.6 g / cm ³ outer diameter (D) 37 mm inner diameter (d) 22 mm thickness (t) 3.2 mm. This flat washer was replaced with M20 (JIS B020).
5. Tighten with C / C composite bolts and nuts according to JIS B1163). After repeating the test of raising the temperature to 1200 ° C. 70 times, the bolts and nuts were removed. And no change in dimensions. COMPARATIVE EXAMPLE 3 A flat washer made of Inconel was tightened with an M20 C / C composite bolt and nut and heated to 1200 ° C., and then the bolt and nut were removed. Indentations occurred in the shape of the nut and the nut, making it unusable. REFERENCE EXAMPLE 2 Further, a C / C composite plate was obtained under the conditions in which Reference Example 1 was carried out, and the three plates were superposed by machining to have a width of 50 mm, a thickness of 8 mm, and a total length of 600 mm. (See FIGS. 6 and 7), and the spring constant was 2.1 kg / mm. Reference Example 3 Similarly, after obtaining a C / C composite plate under the conditions in which Reference Example 1 was carried out, this was machined into an outer diameter (D).
100 mm, inner diameter (d) 50 mm, thickness (t) 3 mm, height (h)
A 1.5 mm disc spring was manufactured. As described in detail above, the C / C composite washer obtained by the method for producing a C / C composite washer of the present invention is a metal washer due to the properties of the C / C composite material. Higher abrasion resistance, corrosion resistance, chemical resistance, and higher toughness.Higher mechanical strength, higher heat resistance, higher thermal shock resistance, and higher temperature resistance than ceramic washers. Even in use, there is no change in shape and dimensions, and the effect of being able to be used repeatedly without causing looseness in tightening is obtained.

【図面の簡単な説明】 【図１】Ｃ／Ｃコンポジット製ばね座金の平面図であ
る。 【図２】Ｃ／Ｃコンポジット製ばね座金のＡ−Ａ側面図
である。 【図３】Ｃ／Ｃコンポジット製ばね座金のＡ−Ａ平面図
である。 【図４】Ｃ／Ｃコンポジット製平座金の側面図である。 【図５】Ｃ／Ｃコンポジット製平座金の平面図である。 【図６】重ね板ばねの側面図である。 【図７】重ね板ばねの平面図である。 【図８】皿ばねの側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view of a spring washer made of C / C composite. FIG. 2 is an AA side view of a C / C composite spring washer. FIG. 3 is an AA plan view of a C / C composite spring washer. FIG. 4 is a side view of a C / C composite flat washer. FIG. 5 is a plan view of a C / C composite flat washer. FIG. 6 is a side view of a leaf spring; FIG. 7 is a plan view of a leaf spring; FIG. 8 is a side view of the disc spring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長尾 博孝 埼玉県川口市末広１丁目17番３号 第２ 川口ハイツ１Ｆ 株式会社 アクロス内 (56)参考文献 特開 平５−306166（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−80639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−40764（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−264947（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−314793（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248363（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−183413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−20057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−71140（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−95925（ＪＰ，Ｕ) 実開 平７−35815（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16B 43/00 C04B 35/52 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Hirotaka Nagao 1-17-3, Suehiro, Kawaguchi-shi, Saitama 2nd Kawaguchi Heights 1F Across Co., Ltd. (56) References JP-A-5-306166 (JP, A) JP-A-2-80639 (JP, A) JP-A-63-40764 (JP, A) JP-A-6-264947 (JP, A) JP-A-1-314793 (JP, A) JP-A-2-248363 (JP, A) JP-A-1-183413 (JP, A) JP-A-47-20057 (JP, A) JP-A-61-71140 (JP, A) JP-A-5-95925 (JP, U) Kaihei 7-35815 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) F16B 43/00 C04B 35/52

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 原料プリフォームドヤーンをヤーン状ま
たはテープ状またはシート状として、芯棒に間隙保持用
コイル材（中子）とともに少なくとも１周分巻き付け、
原料プリフォームドヤーンとコイル材（中子）を交互に
配置した後、ホットプレスで約３００〜２０００℃、常
圧〜５００ｋｇ／ｃｍ^２の条件下で成形し、成形品から
コイル材（中子）を取外し、次いで７００〜１２００℃
で炭化した後、１５００〜３０００℃で黒鉛化し、成形
品を１周分毎に切断して、炭素繊維炭素複合材料製座金
を得ることを特徴とする炭素繊維炭素複合材料製座金の
製造方法。(57) [Claims 1] The raw material preformed yarn is formed into a yarn shape, a tape shape, or a sheet shape, and is wound around a core rod together with a gap maintaining coil material (core) for at least one round,
After alternately arranging the raw material preformed yarn and the coil material (core), the material is molded by hot pressing under conditions of about 300 to 2000 ° C. and normal pressure to 500 kg / cm ^2. ), Then 700-1200 ° C
And carbonizing at 1500 to 3000 ° C., and cutting the molded product every one turn to obtain a carbon fiber carbon composite material washer.