▶ ジョージア テック リサーチ コーポレイションの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-15
(45)【発行日】2022-07-26
(54)【発明の名称】織布複合材料の連続的な製造のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
D03D 41/00 20060101AFI20220719BHJP
D03D 1/00 20060101ALI20220719BHJP
B29C 70/50 20060101ALI20220719BHJP
D03D 47/28 20060101ALI20220719BHJP
B29C 70/22 20060101ALI20220719BHJP
B29K 105/08 20060101ALN20220719BHJP
【ＦＩ】
D03D41/00 Z
D03D1/00 A
B29C70/50
D03D47/28
B29C70/22
B29K105:08
【請求項の数】
25
(21)【出願番号】P 2018560063
(86)(22)【出願日】2017-05-15
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-08-29
(86)【国際出願番号】 US2017032703
(87)【国際公開番号】W WO2017200935
(87)【国際公開日】2017-11-23
【審査請求日】2020-05-08
(31)【優先権主張番号】62/336,974
(32)【優先日】2016-05-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】504466834
【氏名又は名称】ジョージア テック リサーチ コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100115749
【弁理士】
【氏名又は名称】谷川 英和
(74)【代理人】
【識別番号】100121223
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 悟道
(72)【発明者】
【氏名】オーバステ，クリストファー マルク
(72)【発明者】
【氏名】チェン，フィリップ ソン チェ
(72)【発明者】
【氏名】ワン，ベン
【審査官】▲桑▼原 恭雄
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１３／１７９０３７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】独国特許出願公開第１０２０１２１０１０１６（ＤＥ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０１８３１７４４（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許第０３８８１５２２（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２００３－１３６５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－３５５１５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｄ０３Ｄ ４１／００
Ｄ０３Ｄ １／００
Ｂ２９Ｃ ７０／５０
Ｄ０３Ｄ ４７／２８
Ｂ２９Ｃ ７０／２２
Ｂ２９Ｋ １０５／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
織布複合材料を連続的に形成するための機械であって、１または複数の経糸フィラメントを供給する１または複数のスプールと、
１または複数の経糸フィラメントおよび１または複数の緯糸フィラメントを備える複合材料織布を受け入れるように構成されたローラー集合体と、
前記１または複数のスプールから１または複数の経糸フィラメントを受け入れる複数の経糸ヘッドを備える経糸ラックと、
１または複数の経糸フィラメントの間に１または複数の緯糸フィラメントを挿入して前記複合材料織布を形成する複数の緯糸挿入器を備える緯糸挿入器スタックと、を備え、
各経糸ヘッドが、当該経糸ヘッドの高さに沿って異なる垂直高さに位置する複数のフィラメント溝を備え、
各フィラメント溝は、前記１または複数のスプールのうちのスプールと前記ローラー集合体との間に張られた経糸フィラメントを引っ掛けるように構成されており、
各経糸ヘッドが、独立して垂直方向に移動可能であり、当該経糸ヘッドから前記ローラー集合体へと延出する経糸フィラメントの高さを調節する、機械。
【請求項2】
前記複数の経糸ヘッドが、垂直面において互いに隣接して整列しており、前記複数の経糸ヘッドの各経糸ヘッドは、他の経糸ヘッドの垂直移動と独立して垂直移動することができ、前記経糸ヘッドから前記ローラー集合体へと延出する経糸フィラメントの高さを調整する、請求項１に記載の機械。
【請求項3】
前記ローラー集合体が複合材料織布を固化するように構成されている、請求項１または請求項２に記載の機械。
【請求項4】
１または複数の経糸フィラメントおよび１または複数の緯糸フィラメントを加熱してそれらを融合させる加熱ゾーン、および／または、前記加熱ゾーン内においてフィラメントの温度を監視する温度センサをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の機械。
【請求項5】
前記ローラー集合体が、前記複合材料織布を加熱する加熱ローラー対を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の機械。
【請求項6】
前記ローラー集合体が、前記複合材料織布を冷却する冷却ローラー対をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載の機械。
【請求項7】
１または複数の経糸ヘッドの垂直移動および１または複数の緯糸フィラメントの１または複数の経糸フィラメント間への挿入のシーケンスを制御して所定のパターンを有する複合材料織布を作成するよう構成されたコントローラーをさらに備える、請求項１から請求項６のいずれかに記載の機械。
【請求項8】
前記緯糸挿入器スタックにおける前記複数の緯糸挿入器のうちの前記１または複数は、挿入された各緯糸フィラメントが前記１または複数の経糸フィラメントに対して略直交する方向を向くように、１または複数の緯糸フィラメントを１または複数の経糸フィラメントの間に挿入するように構成されている、請求項１から請求項７のいずれかに記載の機械。
【請求項9】
前記緯糸挿入器スタックは、第１の経糸フィラメント対の間に第１の緯糸フィラメントを、第２の経糸フィラメント対の間に第２の緯糸フィラメントを、同時に挿入するように構成されている、請求項１から請求項８のいずれかに記載の機械。
【請求項10】
１または複数の緯糸挿入器は、レピア緯糸挿入器、エアジェット緯糸挿入器、および／または、慣性緯糸挿入器を備える、請求項１から請求項９のいずれかに記載の機械。
【請求項11】
織布複合材料を連続的に形成する機械であって、１または複数の経糸フィラメントを供給する１または複数のスプールと、
１または複数の経糸フィラメントおよび１または複数の緯糸フィラメントを備える複合材料織布を受け入れるように構成されたローラー集合体と、
前記１または複数のスプールから１または複数の経糸フィラメントを受け入れる複数のヘドル集合体を備える経糸ラックであって、各ヘドル集合体が、
前記１または複数のスプールのうちのスプールと前記ローラー集合体との間に張られた第１の経糸フィラメントを引っ掛ける第１の孔を備える第１のヘドルであって、独立して垂直方向に移動して前記第１の孔の高さを調節可能な第１のヘドルと、
前記第１の経糸フィラメントを受け入れるスロットと、前記１または複数のスプールのうちのスプールと前記ローラー集合体との間に張られた第２の経糸フィラメントを引っ掛ける第２の孔とを有する第２のヘドルであって、独立して垂直方向に移動して前記第２の孔の高さを調節可能な第２のヘドルと、を備える、経糸ラックと、
１または複数の経糸フィラメントの間に１または複数の緯糸フィラメントを挿入して前記複合材料織布を形成する複数の緯糸挿入器を備える緯糸挿入器スタックと、を備える機械。
【請求項12】
前記複数のヘドル集合体が、第１の垂直面において互いに隣接して整列している、請求項１１に記載の機械。
【請求項13】
各ヘドル集合体における前記第１のヘドルが、前記第１の垂直面と略直交する第２の垂直面において、それぞれのヘドル集合体における前記第２のヘドルと隣接するように配置されている、請求項１２に記載の機械。
【請求項14】
前記複数のヘドル集合体のうちのヘドル集合体の前記第１のヘドルの前記第１の孔は、前記ヘドル集合体が中立位置にあるとき、前記ヘドル集合体の前記第２のヘドルの前記スロットと整列する、請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の機械。
【請求項15】
前記複数のヘドル集合体の各ヘドル集合体は、前記第１の経糸フィラメントと前記第２の経糸フィラメントとを受け入れるスロットと、前記１または複数のスプールのうちのスプールと前記ローラー集合体との間に張られた第３の経糸フィラメントを引っ掛ける第３の孔を有する第３のヘドルであって、独立して垂直方向に移動して前記第３の孔の高さを調節可能な第３のヘドルをさらに備える、請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の機械。
【請求項16】
前記複数のヘドル集合体のうちの１または複数における前記第１、第２、および／または、第３のヘドルのうちの１または複数のヘドルの垂直移動および１または複数の緯糸フィラメントの１または複数の経糸フィラメント間への挿入のシーケンスを制御して所定のパターンを有する複合材料織布を作成するよう構成されたコントローラーをさらに備える、請求項１５に記載の機械。
【請求項17】
ローラー集合体と、複数の経糸ヘッドを備える経糸ラックとの間に張られた複数の経糸フィラメントを有する機械を用いて織布複合材料を連続的に形成する方法であって、各経糸ヘッドは、当該経糸ヘッドの高さに沿って異なる垂直高さに位置する複数のフィラメント溝を備え、各フィラメント溝は、経糸フィラメントを引っ掛けるように構成されており、各経糸ヘッドは、独立して垂直方向に移動して、それぞれの経糸ヘッドと関連付けられた経糸フィラメントの前記ローラー集合体に対する高さを調節可能であって、前記複数の経糸ヘッドの第１のサブグループの経糸ヘッドのフィラメント溝における各経糸フィラメントの垂直方向の高さが、前記複数の経糸ヘッドの第２のサブグループの経糸ヘッドの対応するフィラメント溝における経糸フィラメントよりも高くなるように、前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループを第１の垂直方向位置に、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループを第２の垂直方向位置に、垂直方向において配置する工程と、
各緯糸フィラメントが、前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループに関連付けられた経糸フィラメントと、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループに関連付けられた経糸フィラメントとの間に挿入されるように、１または複数の緯糸フィラメントをローラー集合体と経糸ラックとの間に位置する経糸に挿入する工程と、
前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループの経糸ヘッドのフィラメント溝における各経糸フィラメントの垂直方向の高さが、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループの経糸ヘッドの対応するフィラメント溝における各経糸フィラメントよりも低くなるように、前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループを第３の垂直位置に、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループを第４の垂直位置に、垂直方向において再配置することによって、２またはそれ以上の経糸フィラメントの間に前記１または複数の緯糸フィラメントを固定して複合材料織物を作成する工程と、
前記ローラー集合体を作動させて、前記複合材料織物を加熱および圧縮するように構成された対向する一対のローラーを通して前記複合材料織物を引き出すことにより、複合材料織物を固化する工程と、を含む方法。
【請求項18】
複数のフィラメントスプールから出た複数の経糸フィラメントのそれぞれの自由端を、経糸ラックの複数の経糸ヘッドのうちの１つの固有のフィラメント溝を通して送る工程と、前記複数の経糸フィラメントのそれぞれの自由端を前記対向するローラー対を通して送る工程と、によって、前記ローラー集合体と前記経糸ラックとの間に前記経糸を形成する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
ローラー集合体と、複数の経糸ヘッドを備える経糸ラックとの間に張られた複数の経糸フィラメントを有する機械を用いて織布複合材料を連続的に形成する方法であって、各経糸ヘッドは、当該経糸ヘッドの高さに沿って異なる垂直高さに位置する複数のフィラメント溝を備え、各フィラメント溝は、経糸フィラメントを引っ掛けるように構成されており、各経糸ヘッドは、独立して垂直方向に移動して、それぞれの経糸ヘッドと関連付けられた経糸フィラメントの前記ローラー集合体に対する高さを調節可能であって、前記複数の経糸ヘッドの第１のサブグループの経糸ヘッドのフィラメント溝における各経糸フィラメントの垂直方向の高さが、前記複数の経糸ヘッドの第２のサブグループの経糸ヘッドの対応するフィラメント溝における経糸フィラメントよりも高くなるように、前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループを第１の垂直方向位置に、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループを第２の垂直方向位置に、垂直方向において配置する工程と、
各緯糸フィラメントが、前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループに関連付けられた経糸フィラメントと、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループに関連付けられた経糸フィラメントとの間に挿入されるように、１または複数の緯糸フィラメントをローラー集合体と経糸ラックとの間に位置する経糸に挿入する工程と、
前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループの経糸ヘッドのフィラメント溝における各経糸フィラメントの垂直方向の高さが、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループの経糸ヘッドの対応するフィラメント溝における各経糸フィラメントよりも低くなるように、前記複数の経糸ヘッドの前記第１のサブグループを第３の垂直位置に、前記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループを第４の垂直位置に、垂直方向において再配置することによって、２またはそれ以上の経糸フィラメントの間に前記１または複数の緯糸フィラメントを固定して複合材料織布を作成する工程と、
前記複合材料織布の１または複数の経糸フィラメントおよび１または複数の緯糸フィラメントを融合させる加熱ゾーンにおいて前記複合材料織布を加熱する工程と、
前記複合材料織布を圧縮する工程と、を含む方法。
【請求項20】
前記加熱ゾーンは、前記複合材料織布を振動させて弾性損失によって熱を発生させる超音波溶接棒を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記加熱ゾーンは、交番磁界または回転磁界を発生させることによって前記複合材料織布内に電流を誘導して抵抗損失によって熱を発生させる誘導加熱器を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項22】
前記加熱ゾーンは、熱風を前記複合材料織布の周りに循環させる対流装置を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項23】
前記加熱ゾーンは、マイクロ波加熱装置を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項24】
前記複合材料織布を圧縮する工程は、前記ローラー集合体の対向する第１のローラー対を通して前記複合材料織布を引き出すことにより、前記複合材料織布を圧縮する工程を含む、請求項１９から請求項２３のいずれかに記載の方法。
【請求項25】
前記対向する第１のローラー対を通して前記複合材料織布を圧縮した後に、対向する第２のローラー対を通して前記複合材料織布を引き出すことにより、前記複合材料織布が冷却される際に前記複合材料織布に張力を生じさせる工程をさらに備える、請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、織布複合材料の分野に関する。より具体的には、本開示は、制御可能な織物内部形状を有する織布複合材料の連続的な製造に関する。
【背景技術】
【0002】
関連出願への相互参照
本出願は、「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」と題され２０１６年５月１６日付で出願された米国仮出願第６２／３３６，９７４号に基づく優先権を主張するものであり、当該仮出願の全内容が、参照により、以下に全て記載されているかのように本明細書に援用される。
本出願は、「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」と題され２０１６年５月１６日付で出願された米国仮出願第６２／３３６，９７４号に基づく優先権を主張するものであり、当該仮出願の全内容が、参照により、以下に全て記載されているかのように本明細書に援用される。
【0003】
複合材料は、著しく異なる特性を有する２またはそれ以上の異なる材料の組み合わせからなる不均質構造体である。高性能複合材料は、航空宇宙、自動車、防衛、生物医学の分野で幅広く使用されており、高い比強度と弾性率により、頑丈で燃費の良い車両や機器を製造することができる。しかし、現在の高性能複合材料には、その製造手法に固有の、いくつかの欠点がある。
【0004】
複合材料には、主に、積層材と三次元（「３Ｄ」）プリフォームの２種類がある。積層材の場合、織糸が織られて織物となり、その織物は、通例、マトリックス樹脂で予め含浸し、次いで、型に層状に入れられる。積層は、一般的に、手作業で行われるため、積層材が高価になり、またエラーの可能性が増す。積層材は、層状であるという性質のために、面外（すなわち層間）特性が面内特性の１０％程度と低く、層間剥離抵抗性が低く、また面内特性が基布の構造により制限される。
【0005】
３Ｄ複合材料プリフォームは、これら問題のうちいくつかの解決を試みたものであるが、プリフォームには、製作して作業するのが比較的困難であるという制約がある。これには、繊維を適切に整列させるのが困難であること、複合材料形成技術が限られていること、および、複合材料形成プロセスにおいてプリフォームを固化する際に、織物に皺ができる危険性があることが含まれる。３Ｄプリフォームは、複雑なコンピュータ制御の織機で織糸を織ることによって形成される３次元織物構造体である。この織物構造体を型に入れ、マトリックス樹脂を注入する。このプロセスでは、積層材と比較して面外特性が改善されるが、樹脂注入プロセスにより、気泡（例えば、空隙）や繊維のよじれの発生といった欠陥が生じ得る。
【0006】
複合材料は、付加製造によって形成してもよい。しかし、付加製造では、積層材や織布プリフォームを製造することができず、従来技術で形成された複合材料よりも本質的に弱い。現在の付加製造法では、細断した繊維、あるいは連続する繊維を用いる。しかし、細断された繊維は強度と靱性が低く、また連続する繊維は、その織り方に起因して、繊維間で機械的に織り交ぜられることがなく、層間剥離や層内亀裂伝播が生じる。さらに、付加製造を用いて複合材料を形成する公知の方法は、大量の複合材料を迅速に生成するには不十分である。
【0007】
したがって、制御可能な内部形状を有する織布複合材料を連続的に形成するシステムおよび方法が求められる。本開示の実施形態は、このような考察を主題とする。
【発明の概要】
【0008】
制御可能な織物内部形状を有する織布複合材料の連続的な製造のための機械が開示される。一実施形態において、織布複合材料を連続的に形成するための機械は、１または複数の経糸フィラメントを供給する１または複数のスプールを含む。本機械は、さらに、１または複数の経糸フィラメントおよび１または複数の緯糸フィラメントを備える複合材料織布を受け入れるように構成されたローラー集合体を含む。本機械は、さらに、上記１または複数のスプールから１または複数の経糸フィラメントを受け入れる複数の経糸ヘッドを備える経糸ラックを含み、各経糸ヘッドは、当該経糸ヘッドの高さに沿って異なる垂直高さに位置する複数のフィラメント溝を含み、各フィラメント溝は、上記１または複数のスプールのうちのスプールと上記ローラー集合体との間に張られた経糸フィラメントを引っ掛けるように構成されている。各経糸ヘッドは、独立して垂直方向に移動可能であり、当該経糸ヘッドから上記ローラー集合体へと延出する経糸フィラメントの高さを調節する。本機械は、さらに、１または複数の経糸フィラメントの間に１または複数の緯糸フィラメントを挿入して上記複合材料織布を形成する複数の緯糸挿入器を備える緯糸挿入器スタックを含む。
【0009】
本機械の上記複数の経糸ヘッドのうちの１または複数が、１または複数の経糸フィラメントを加熱する加熱要素を含み得る。
【0010】
本機械の上記複数の経糸ヘッドのうちの１または複数が、温度センサを含み得る。
【0011】
本機械の上記ローラー集合体は複合材料織布を固化するように構成され得る。
【0012】
本機械の上記ローラー集合体は、上記複合材料織布を加熱する加熱ローラー対を含み得る。
【0013】
本機械の上記ローラー集合体は、上記複合材料織布を冷却する冷却ローラー対を含み得る。
【0014】
本機械の上記複数の経糸ヘッドは、垂直面において互いに隣接して整列し得る。
【0015】
本機械の上記複数の経糸ヘッドのうち１または複数は、１または複数の緯糸フィラメントが１または複数の経糸フィラメント間に挿入された後に、垂直方向に移動して、１または複数の経糸ヘッドにそれぞれ関連付けられた経糸フィラメントの高さを調節するよう構成され得る。
【0016】
本機械は、さらに、１または複数の経糸ヘッドの垂直移動および１または複数の緯糸フィラメントの１または複数のフィラメント間への挿入のシーケンスを制御して所定のパターンを有する複合材料織布を作成するよう構成されたコントローラーを含み得る。
【0017】
本機械の上記緯糸挿入器スタックにおける上記複数の緯糸挿入器のうちの１または複数は、挿入された各緯糸フィラメントが上記１または複数の経糸フィラメントに対して略直交する方向を向くように、１または複数の緯糸フィラメントを１または複数の経糸フィラメントの間に挿入するように構成され得る。
【0018】
本機械の上記緯糸挿入器スタックは、第１の経糸フィラメント対の間に第１の緯糸フィラメントを、第２の経糸フィラメント対の間に第２の緯糸フィラメントを、同時に挿入するように構成され得る。
【0019】
本機械の１または複数の緯糸挿入器は、レピア緯糸挿入器、エアジェット緯糸挿入器、および／または、慣性緯糸挿入器であり得る。
【0020】
別の実施形態において、織布複合材料を連続的に形成するための機械は、１または複数の経糸フィラメントを供給する１または複数のスプールを含む。本機械は、さらに、１または複数の経糸フィラメントおよび１または複数の緯糸フィラメントを備える複合材料織布を受け入れるように構成されたローラー集合体を含む。本機械はさらに、上記１または複数のスプールから１または複数の経糸フィラメントを受け入れる複数のヘドル集合体を備える経糸ラックを含み、各ヘドル集合体は、上記１または複数のスプールのうちのスプールと上記ローラー集合体との間に張られた第１の経糸フィラメントを引っ掛ける第１の孔を備える第１のヘドルと、上記第１の経糸フィラメントを受け入れるスロットと、上記１または複数のスプールのうちのスプールと上記ローラー集合体との間に張られた第２の経糸フィラメントを引っ掛ける第２の孔とを有する第２のヘドルとを含む。上記第１のヘドルおよび第２のヘドルは、独立して垂直方向に移動して、それぞれ第１の孔と第２の孔の高さを調節可能である。本機械は、さらに、１または複数の経糸フィラメントの間に１または複数の緯糸フィラメントを挿入して上記複合材料織布を形成する複数の緯糸挿入器を備える緯糸挿入器スタックを含む。
【0021】
本機械の上記複数のヘドル集合体は、第１の垂直面において互いに隣接して整列し得る。
【0022】
各ヘドル集合体における上記第１のヘドルは、上記第１の垂直面と略直交する第２の垂直面において、それぞれのヘドル集合体における上記第２のヘドルと隣接するように配置され得る。
【0023】
上記複数のヘドル集合体のうちのヘドル集合体の上記第１のヘドルの上記第１の孔は、上記ヘドル集合体が中立位置にあるとき、上記ヘドル集合体の上記第２のヘドルの上記スロットと整列し得る。
【0024】
上記複数のヘドル集合体の各ヘドル集合体は、上記第１の経糸フィラメントと上記第２の経糸フィラメントとを受け入れるためのスロットと、上記１または複数のスプールのうちのスプールと上記ローラー集合体との間に張られた第３の経糸フィラメントを引っ掛けるための第３の孔を有する第３のヘドルであって、独立して垂直方向に移動して上記第３の孔の高さを調節可能な、第３のヘドルをさらに含み得る。
【0025】
本機械は、上記複数のヘドル集合体のうちの１または複数における上記第１、第２、および／または、第３のヘドルのうちの１または複数のヘドルの垂直移動および１または複数の緯糸フィラメントの１または複数の経糸フィラメント間への挿入のシーケンスを制御して所定のパターンを有する複合材料織布を作成するよう構成されたコントローラーをさらに備え得る。
【0026】
制御可能な織物内部形状を有する織布複合材料を連続的に製造するための方法も開示される。本方法は、ローラー集合体と、複数の経糸ヘッドを備える経糸ラックとの間に張られた複数の経糸フィラメントを有する機械を用い、各経糸ヘッドは、当該経糸ヘッドの高さに沿って異なる垂直高さに位置する複数のフィラメント溝を備え、各フィラメント溝は、経糸フィラメントを引っ掛けるように構成されており、各経糸ヘッドは、独立して垂直方向に移動して、各経糸ヘッドと関連付けられた経糸フィラメントの上記ローラー集合体に対する高さを調節可能である。本方法は、上記複数の経糸ヘッドの第１のサブグループの経糸ヘッドのフィラメント溝における各経糸フィラメントの垂直方向の高さが、上記複数の経糸ヘッドの第２のサブグループの経糸ヘッドの対応するフィラメント溝における経糸フィラメントよりも高くなるように、上記複数の経糸ヘッドの上記第１のサブグループを第１の垂直方向位置に、上記複数の経糸ヘッドの上記第２のサブグループを第２の垂直方向位置に、垂直方向において配置することを含む。本方法は、各緯糸フィラメントが、上記複数の経糸ヘッドの上記第１のサブグループに関連付けられた経糸フィラメントと、上記複数の経糸ヘッドの上記第２のサブグループに関連付けられた経糸フィラメントとの間に挿入されるように、１または複数の緯糸フィラメントをローラー集合体と経糸ラックとの間に位置する経糸に挿入することを、さらに含む。本方法は、上記複数の経糸ヘッドの上記第１のサブグループの経糸ヘッドのフィラメント溝における各経糸フィラメントの垂直方向の高さが、上記複数の経糸ヘッドの上記第２のサブグループの経糸ヘッドの対応するフィラメント溝における各経糸フィラメントよりも低くなるように、上記複数の経糸ヘッドの上記第１のサブグループを第３の垂直位置に、上記複数の経糸ヘッドの前記第２のサブグループを第４の垂直位置に、垂直方向において再配置することによって、２またはそれ以上の経糸フィラメントの間に上記１または複数の緯糸フィラメントを固定して複合材料織物を作成することをさらに含む。本方法は、上記ローラー集合体を作動させて、上記複合材料織物を加熱および圧縮するように構成された対向する一対のローラーを通して上記複合材料織物を引き出すことにより、複合材料織物を固化することをさらに含む。
【0027】
本方法は、複数のフィラメントスプールから出た複数の経糸フィラメントのそれぞれの自由端を、経糸ラックの複数の経糸ヘッドのうちの１つの固有のフィラメント溝を通して送り、複数の経糸フィラメントのそれぞれの自由端をローラー集合体における対向するローラー対を通して送ることにより、ローラー集合体と経糸ラックの間に経糸を作成することを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図7B】図７Ｂは、実施形態の一例による、経糸ヘッドが第１の垂直構成（図７Ｂ）から第２の垂直構成（図７Ｃ）へと移動した際に生じる織り交ぜられたフィラメントを示す、連続複合材料織機の代表的な前面切り欠き図である。
【図7C】図７Ｃは、実施形態の一例による、経糸ヘッドが第１の垂直構成（図７Ｂ）から第２の垂直構成（図７Ｃ）へと移動した際に生じる織り交ぜられたフィラメントを示す、連続複合材料織機の代表的な前面切り欠き図である。
【図8A】図８Ａは、実施形態の一例による、経糸ヘッドが第１の垂直構成（図８Ａ）から第２の垂直構成（図８Ｂ）へと移動した際に生じる織り交ぜられたフィラメントの別の例を示す、連続複合材料織機の代表的な前面切り欠き図である。
【図8B】図８Ｂは、実施形態の一例による、経糸ヘッドが第１の垂直構成（図８Ａ）から第２の垂直構成（図８Ｂ）へと移動した際に生じる織り交ぜられたフィラメントの別の例を示す、連続複合材料織機の代表的な前面切り欠き図である。
【図11A】図１１Ａは、実施形態の一例による、ヘドルが第１の垂直構成（図１１Ａ）から第２の垂直構成（図１１Ｂ）へと移動した際に生じる織り交ぜられたフィラメントの例を示す、ヘドル集合体を備える経糸ヘッド構成を有する連続複合材料織機の代表的な前面切り欠き図である。
【図11B】図１１Ｂは、実施形態の一例による、ヘドルが第１の垂直構成（図１１Ａ）から第２の垂直構成（図１１Ｂ）へと移動した際に生じる織り交ぜられたフィラメントの例を示す、ヘドル集合体を備える経糸ヘッド構成を有する連続複合材料織機の代表的な前面切り欠き図である。
【図12A】図１２Ａは、実施形態の一例による、ヘドルが第１の垂直構成（図１２Ａ）から第２の垂直構成（図１２Ｂ）へと移動した際に生じる織り交ぜられたフィラメントの別の例を示す、ヘドル集合体を備える経糸ヘッド構成を有する連続複合材料織機の代表的な前面切り欠き図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
本開示技術の原理および特徴の理解を容易にするため、例示的な実施形態について以下で説明する。本開示技術の様々な要素を構成するものとして以下に説明する構成要素は、例示的であり、限定的ではない。本明細書に記載された構成要素と同一または同様の機能を果たし得る多くの好適な構成要素が、本開示の電子機器および方法の範囲内に包含されることが意図される。本明細書に記載されていないそのような他の構成要素は、例えば、本開示技術の開発の後に開発された構成要素を含んでいてもよいが、それに限定されない。
【0030】
また、本明細書および添付の請求の範囲で用いられているところの単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明示されていない限り、複数の対象を含むことにも留意されたい。
【0031】
「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、あるいは「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、少なくとも指定された化合物、要素、粒子、または方法ステップが、構成、物品、または方法に存在することを意味するが、他の化合物、物質、粒子、または方法ステップが指定されたものと同一の機能を有している場合であっても、そのような他の化合物、物質、粒子、または方法ステップの存在を除外するものではない。
【0032】
また、１以上の方法ステップに言及した場合、追加される方法ステップや、これら明確に特定されたステップの間に介在する方法ステップの存在が除外されることはないことも理解されるべきである。同様に、装置あるいはシステムにおける１以上の要素に言及した場合、追加される要素や、これら明確に特定された要素間に介在する要素の存在が除外されることはないことも理解されるべきである。
【0033】
本開示の実施形態は、単一ステップのプロセスで織布複合材料の複数の層を形成する機械および方法を提示する。織布複合材料は、カスタマイズされた強度、剛性、および靭性を有する織布複合材料の作成を可能にする動的に制御可能な織物内部形状を有するように、連続的に作成されてもよい。ポリマーで含浸したフィラメントスプールが、連続複合材料織機の一端に搭載され、多層複合材料板が、追加の積層ステップを要することなく当該織機の反対側に出力されてもよい。本開示の連続複合材料織機は、経糸と緯糸のフィラメントの互いに対する間隔を変化させることによって複合材料の密度を変えることができるように構成されてもよい。
【0034】
ここで図面を参照して、本開示の様々な実施形態を、詳細に開示する。図面において、同様の参照符号は同様の部品を表す。図１は、制御可能な織物内部形状を有する複合材料織布を連続的に形成する機械１００（連続複合材料織機１００とも呼ぶ）の部分概略図である。機械１００は、経糸ラック１１０およびローラー集合体１１６を支持するフレーム１０２を含んでいてもよい。以下でより詳細に示されるように、経糸ラック１１０は、ベースプレート１２１とトッププレート１２２の間に配置された複数の経糸ヘッドを含んでいてもよい。フレーム１０２は、オプションとして、緯糸挿入器スタック（図１には示されていない）を支持しているか、あるいは緯糸挿入器スタックが、独立してフレーム１０２に隣接して配置されていてもよい。フレーム１０２は、経糸ラック１１０、ローラー集合体１１６、または連続複合材料織機１００の他の部分の周囲に搭載された断熱板を支持するのに使用可能な、複数の支柱１０８を含んでいてもよい。フレーム１０２は、複数のフィラメントスプール（不図示）を支持するスプールラックマウント１０４を含んでいてもよい。各フィラメントスプールは、例えば、熱可塑性ポリマーで予め含浸または被覆した連続した織糸またはトウを含む、経糸フィラメントのロールを含んでいてもよい。織糸またはトウの材料は、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、あるいは金属繊維を含んでいてもよいが、これらに限定されない。繊維（または繊維の組み合わせ）は、所望の機械的または電気的特性に基づいて選択してもよい。各フィラメントスプールの経糸フィラメントの自由端は、経糸ラック１１０を介してローラー集合体１１６に供給されてもよい。
【0035】
ローラー集合体１１６は、複数の経糸フィラメントを受けるように構成された第１のローラー対１２０を含んでいてもよい。ローラー集合体１１６は、第１のローラー対１２０の間に経糸フィラメントを「挟み込む」ことによって、経糸フィラメントに張力を生じさせてもよい。言い換えれば、ローラー集合体１１６のローラーは、ローラーが適切な反対方向に回転するときに経糸フィラメントを前方に押し出す圧縮力を経糸フィラメントに加えてもよい。第１のローラー対１２０は、織布が第１のローラー対１２０を通って引っ張られるときに複合材料織布に対して圧縮力を加えることによって複合材料織布を圧縮してもよい。ローラー集合体１１６はさらに、複合材料織布をさらに圧縮するために第２のローラー対１３０を含んでいてもよい。いくつかの実施形態によれば、第１のローラー対１２０、および／または、第２のローラー対１３０は、複数のフィラメントスプールから経糸フィラメントを引き出すために、１以上のモーターによって動作されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のローラー対１２０は、材料を加熱して複合材料を固化するために、加熱要素を含んでいてもよい。例えば、第１のローラー対１２０は、カートリッジ形式の抵抗加熱器を含んでいてもよい。カートリッジ加熱器は第１のローラー対１２０のうちの一のローラーと同心状に設置してもよく、また、ローラーとカートリッジ加熱器との機械的な独立性を維持しつつ加熱器をローラーに熱的に連結するために、熱グリスを用いてもよい。いくつかの実施形態では、加熱要素は誘導加熱を行ってもよく、あるいは、加熱要素は、ローラーを通して送り込まれる加熱された作動流体であってもよい。さらに、いくつかの実施形態によれば、第２のローラー対１３０は、結果として得られる複合材料中のポリマーの結晶化度を制御するために、ポリマーマトリックスを凝固させ冷却する冷却要素を含んでいてもよい。例えば、冷却要素は、第２のローラー対１３０のうちの一のローラーと同心状に搭載され、熱グリスと接触する、カートリッジ型熱交換器であってもよい。カートリッジ型熱交換器は、冷却効果を提供するために、それを通して送り込まれる冷却水（または他の作動流体）を有していてもよい。あるいは、第２のローラー対１３０によってオプションとして実行される冷却機能は、低温液体（例えば、液体窒素）を用いることにより、熱いフィラメントの上を流れてそのフィラメントを冷却するように導かれ得る過冷却ガスを生成することによって達成してもよい。
【0036】
複数のフィラメントスプールからの複数の経糸フィラメントをローラー集合体１１６と経糸ラック１１０との間に張ったとき、ローラー集合体１１６と経糸ラック１１０とは、当該複数の経糸フィラメントを十分に引っ掛けて、経糸フィラメントが経糸ラック１１０とローラー集合体１１６との間で略直線状に延伸するように経糸に張力を生じさせてもよい。経糸ラック１１０とローラー集合体１１６との間に張られた経糸フィラメントにおけるこれら略直線状の部分は、以下でより詳細に示されるように、織布を形成するために、緯糸挿入器スタックにおける１以上の緯糸挿入器からの緯糸フィラメントを受け入れることが可能な経糸を形成してもよい。当業者には理解されるように、経糸は、１以上の経糸フィラメントが他の経糸フィラメントからある距離またはある角度だけずれた、複数の経糸フィラメントであってもよい。したがって、複数の経糸フィラメントは、経糸ラック１１０とローラー集合体１１６との間で、ローラー集合体１１６の第１のローラー対１２０の長手方向に直交する方向に互いに平行に配してもよいが、以下でより詳細に説明するように、当該複数の経糸フィラメントのうちの一部または全部は、互いに、垂直方向における異なる高さまたは角度（すなわち経糸フィラメントが経糸ラック１１０からローラー集合体１１６に向かって上方に傾斜／下方に傾斜する角度）で配してもよい。図６により詳細に示されるように、緯糸挿入器スタックは、垂直に積み重ねられた複数の緯糸挿入器を含んでいてもよい。当業者には理解されるように、緯糸挿入器スタックのうちの１以上の緯糸挿入器は、レピア緯糸挿入器、エアジェット緯糸挿入器、および／または、慣性緯糸挿入器であってもよい。例えば、緯糸挿入器スタックのうちの１以上の緯糸挿入器は、米国特許出願公開第２０１６／０３０５０５１号の段落［００７６］～［００７９］に記載されているようなラック・アンド・ピニオン型レピアあるいはエアジェット挿入システムであってもよい。
【0037】
機械１００は、オプションとして、スプールラックマウント１０４と経糸ラック１１０の間に配された、フィラメントガイドプレート１０６を含んでいてもよい。フィラメントガイドプレート１０６は、スプールラックマウント１０４に搭載された複数のフィラメントスプールからの経糸フィラメントを受け入れる複数の開口１０７を含み、経糸フィラメントを経糸ラック１１０へとガイドする、剛性を有するプレートであってもよい。各経糸フィラメントは、経糸ラック１１０に通される前に、フィラメントガイドプレート１０６の個々の開口１０７に通されてもよい。フィラメントガイドプレート１０６は、各経糸フィラメントの位置を、対応する開口１０７に制限することによって、経糸フィラメントにおける複数のフィラメントローラーとフィラメントガイドプレート１１４との間に延びる部分の垂直移動に制約を与えるように機能してもよい。フィラメントガイドプレート１０６は、また、各開口１０７にアンカーポイントを提供することにより、当該複数の経糸フィラメントの横方向の移動を制限するよう機能してもよい。したがって、フィラメントガイドプレート１０６は、経糸フィラメントが機械１００を通って連続的に動くことによって生じる経糸フィラメントの張りの変化のために経糸フィラメント同士が接触したり絡まったりする危険性なしに、複数の経糸フィラメントを経糸ラック１１０に受け入れることができるため、有利である。
【0038】
図１には示されていないが、スプールラックマウント１０４は、複数のフィラメントスプールが平行な行と列に配されるように、複数のフィラメントスプールをグリッド状に搭載することができる。例えば、スプールラックマウント１０４は、図１に示されるフィラメントガイドプレート１０６の、４行（各行１０個）の開口１０７に対応する４行（各行１０個）のフィラメントスプールを、各フィラメントスプールが個々の開口１０７にフィラメントを送ることができるように、支持することができる。図１は、４０個の経糸フィラメント（すなわちフィラメントガイドプレート１０６の開口１０７に対応する４行（各行１０個）の経糸フィラメント）を用いるように構成された機械１００を示しているが、機械１００はこれに限定されず、フィラメントスプールおよび経糸ラック１１０の個数を増やしたり減らしたりすることによって、任意の個数の経糸フィラメントを用いることが理解される。
【0039】
図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、連続複合材料織機１００の代表的な側面図および上面図を示している。図１について上述したように、複数のフィラメントスプール２１０（スプールラック１０４に搭載されてもよい）が、複数の経糸フィラメント２１２を、経糸ラック１１０を介して、ローラー集合体１１６の第１のローラー対１２０に送る。図２Ａおよび図２Ｂは、合計１６本の経糸フィラメント２１２を供給する４×４のグリッドのフィラメントスプール２１０を表している。図２Ａに示されるように、当該複数の経糸フィラメント２１２は、横から見たときに互いに整列して並んだ複数の経糸フィラメント２１２をそれぞれ含む複数の経糸フィラメント行２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、および２１２ｄからなっていてもよい。各経糸フィラメント行２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、および２１２ｄは、スプールラックマウント１０４に垂直方向における異なる高さに搭載された複数のフィラメントスプール２１０から出ている。図２Ｂに示されるように、当該複数の経糸フィラメント２１２は、上から見たときに互いに整列して並んだ複数の経糸フィラメント２１２をそれぞれ含む複数の平行経糸フィラメント列２１２ｅ、２１２ｆ、２１２ｇ、および２１２ｈからなっていてもよい。簡略化および見易さのために、本願の図面の多くは、１６本の経糸フィラメント２１２（すなわち、４行４列の縦糸フィラメント２１２）のみを描いているが、実際には、連続複合材料織機１００は、図１について説明したように、例えば４０本の経糸フィラメント２１２など、さらに多くの経糸フィラメントを用いてもよい。
【0040】
図２Ａおよび２Ｂは、連続複合材料織機１００を用いて織布複合材料２３０を形成するプロセスの流れを例示した図である。ローラー集合体１１６は、複数の経糸フィラメント２１２を、複数のフィラメントスプール２１０から、経糸ラック１１０を介して引き出すように構成されている。いくつかの実施形態では、ローラー集合体１１６は、経糸フィラメント２１２を一定の、あるいは可変の速度で連続的に引っ張るように構成されてもよく、また他の実施形態では、ローラー集合体１１６は、経糸フィラメント２１２を、所定の、あるいは可変の時間間隔で分けられた不連続な「引っ張り」において繰り返し引っ張るように構成してもよい。ローラー集合体１１６に引き込まれる前に、緯糸挿入器スタック２２０は、１以上の緯糸フィラメント２２２を、複数の経糸フィラメント２１２によって形成された経糸に挿入して、織布を形成することができる。緯糸フィラメント２２２は、図３Ａに示されるように、外側の２つの経糸フィラメント列２１２ｅおよび２１２ｈの間の距離に亘るのに足る最小長さを有していてもよい。緯糸フィラメント２２２は、熱可塑性ポリマーで予め含浸または被覆した織糸またはトウからなっていてもよい。織糸またはトウの材料は、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、あるいは金属繊維を含み得るが、これらに限定されない。緯糸フィラメント２２２はまた、不連続繊維強化熱可塑性プラスチックからなっていてもよい。
【0041】
緯糸フィラメント２２２が経糸フィラメント２１２間に挿入されて織布が形成された後、織布に対して圧縮力を加えるローラー集合体１１６によって織布が圧縮されて複合材料となってもよい。複合材料２３０の形成を助けるために、機械１００は、複数の経糸フィラメント２１２および１以上の緯糸フィラメント２２２を加熱してそれらを融合させる加熱ゾーン２４０を含んでいてもよい。経糸フィラメント２１２は、加熱ゾーン２４０に入る前は、室温に保たれてもよい。加熱ゾーン２４０内において、フィラメントの温度をマトリックスポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高く保って、フィラメントの結合を可能にしてもよい。例えば、経糸ラック１１０は、フィラメントをＴｇよりも高温に加熱し、加熱ゾーン２４０は、フィラメントがローラー集合体１１６に到達する前に、フィラメントの温度が溶融温度（Ｔｍ）を超えるまでフィラメントを加熱し続けてもよい。加熱ゾーン２４０は、経糸ラック１１０に関連付けられた加熱要素、第１のローラー対１２０に関連付けられた加熱要素、フレーム１０２の支柱１０８に搭載された断熱パネル、あるいは、それらの所定の組み合わせによって作成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、上記の加熱機能は、あるいは、材料を振動させて弾性損失によって熱を発生させることができる超音波溶接棒、交番磁界または回転磁界を発生させることによって材料内に電流を誘導して抵抗損失によって熱を発生させる誘導加熱器、熱風を材料の周りに循環させる対流装置（例えば、対流式オーブン）、マイクロ波加熱装置、または、当該技術分野においてそのような公知あるいは後に開発された任意の他の加熱方法によって実現されてもよい。
【0042】
上述したように、ローラー集合体１１６は、オプションとして、織布に対してさらなる圧縮力を加えるために第２のローラー対１３０を含んでいてもよい。第２のローラー対１３０は、前に加熱された経糸および緯糸フィラメント２１２、２２２の織布を冷却して織布複合材料２３０の形成を加速させる冷却ゾーン２５０を作成することができる関連冷却要素を有していてもよい。冷却ゾーン２５０では、複合材料の温度を、マトリックスポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）未満に低下させてもよい。マトリックスポリマーにおける結晶化度は、第１の加熱ローラー対１２０と第２の冷却ローラー対１３０との間の送り速度、および、距離を変化させることによって制御することができる。なぜなら、これにより、ポリマーがそのガラス転移温度（Ｔｇ）と溶融温度（Ｔｍ）との間にある時間が決まるからである。ローラー集合体１１６の実施形態は、織布複合材料を加熱する第１の加熱ローラー対１２０と、織布複合材料を冷却する第２の冷却ローラー対１３０とを有するものとして記載されているが、ローラー集合体１１６は、マトリックスポリマーにおける結晶化度を制御するため、任意の個数の加熱ローラー、および／または、冷却ローラーを含んでいてもよい。例えば、ローラー集合体１１６は、３個以上のローラー対を含み、各ローラー対の温度範囲が、複合材料織布が引き込まれる第１のローラー対で最も高温で、最後のローラー対で最も低温であり、各中間ローラー対の温度が、第１のローラー対の温度と最後のローラー対の温度の間で徐々に低下するように設定されていてもよい。
【0043】
連続複合材料織機１００は、経糸ラック１１０、ローラー集合体１１６、および緯糸挿入器スタック２２０と電子的に通信し得るコントローラー２６０を含んでいてもよい。コントローラー２６０は、連続複合材料織機の様々な機能、たとえば、経糸ラック１１０の経糸ヘッドまたはヘドル集合体の垂直動作、経糸ラック１１０の加熱要素、ローラー集合体１１６の一部または全部のローラーの回転速度、ローラー集合体１１６の一部または全部のローラーによって加えられる圧縮力、ローラー集合体１１６の加熱および／または冷却要素、および緯糸挿入器スタック２２０による緯糸フィラメントの挿入などを制御するようプログラム可能な様々な電子機器であり得る。さらに、コントローラー２６０は、連続複合材料織機１００が連続的に織布複合材料２３０を出力できるように、ローラー集合体１１６を通過する材料の前進、緯糸挿入器スタック２２０からの緯糸フィラメントの挿入、および、経糸ラック１１０の経糸ヘッドまたはヘドル構成の変更の相対的なタイミングを制御可能である。いくつかの実施形態では、コントローラー２６０は、複合材料織機１００に所定のデザインの複合材料２３０を生産させるために、所定のプログラムを記憶および実行してもよい。コントローラー２６０は、例えば、プログラム可能な、あるいは、予めプログラムされた、マイクロコントローラー（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ））であってもよい。あるいは、コントローラーは、連続複合材料織機１００の態様を制御する、ＰＣ、サーバ、メインフレーム、あるいはその他のコンピュータプログラム装置であり得る。コントローラー２６０は、スマートフォンまたはタブレット上のアプリケーション（または「アプリ」）を含むことができる。コントローラー２６０は、例えば、直接有線接続、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、インターネット接続、無線接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、近距離無線通信（ＮＦＣ）、あるいは、移動体通信や電波接続などを用いて、システムに接続されてもよい。コントローラー２６０は、同様の接続を介してネットワーク化して、遠隔操作および制御を可能にすることもできる。
【0044】
図３Ａ～図３Ｄは、複数の経糸フィラメント２１２の、互いに対する垂直位置を調節することによって、織布を作成するプロセスを示す。経糸フィラメントの垂直位置とは、経糸ラック１１０における経糸フィラメント２１２の垂直方向における高さのことであってもよい。理解されるように、経糸ラック１１０における経糸フィラメント２１２の高さを変えることによって、経糸フィラメント２１２が、対応するフィラメントスプール２１０から経糸ラック１１０に向かって延伸する角度が変化してもよい。さらに、経糸フィラメントが経糸ラック１１０からローラー集合体１１６に向かって延伸する角度（「経糸角度」）も、経糸フィラメント２１２の高さが調節されると変化する。経糸３００は、経糸フィラメント２１２の少なくとも１つのサブグループが経糸フィラメント２１２の第２のサブグループと異なる高さまたは経糸角度を有するように、複数の経糸フィラメント２１２の高さを調節することによって作成されてもよい。図３Ｂに示されるように、フィラメントスプール２１０の同じ行から出た、経糸ラック１１０において同じ高さにある経糸フィラメント２１２は、横から見ると整列している。
【0045】
以下でより詳細に示されるように、経糸ラック１１０の複数の経糸ヘッドは、それぞれ、垂直方向に移動して当該経糸ヘッドに引っ掛けられる経糸フィラメント２１２の高さを調節できるように構成されている。図３Ａおよび図３Ｂは、第１の垂直構成の経糸ラック１１０における複数の経糸ヘッドを示し、一方、図３Ｃおよび３Ｄは、第２の垂直構成に移動させた経糸ラック１１０の複数の経糸ヘッドを表す。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、経糸フィラメント２１２ｅおよび２１２ｇの第１のグループである第１の行２１２ａは、最初に第１の高さに配置された第１の経糸ヘッドグループ１１１と関連づけられ、経糸フィラメント２１２ｆおよび２１２ｈの第２のグループである第２の行２１２ｂは、最初に第１の高さより低い第２の高さに配置された第２の経糸ヘッドグループ１１２と関連づけられていてもよい。第１の行２１２ａの、経糸ラック１１０とローラー集合体１１６との間に配置された部分３１１と、第２の行２１２ｂの、経糸ラック１１０とローラー集合体１１６との間に配置された部分３１２の相対位置は、１以上の緯糸フィラメント２２２を受け得る経糸３００を構成する。したがって、第１の垂直構成では、図３Ｂに示されるように、緯糸フィラメント２２２は、緯糸挿入器スタック２２０により、経糸フィラメント２１２ｅおよび２１２ｇの第１の行２１２ａと経糸フィラメントの第２の行２１２ｂとの間に挿入することができる。緯糸フィラメント２２２を経糸３００（すなわち、２個以上の経糸フィラメント２１２の間）に挿入した後、経糸フィラメント２１２ｅおよび２１２ｇの第１の行２１２ａが経糸フィラメント２１２ｆおよび２１２ｈの第２の行２１２ｂよりも下に配置されるように、経糸ラック１１０の複数の経糸ヘッドの垂直位置を第２の垂直構成に調節してもよい。図３Ｄに示されるように、こうした経糸ラック１１０の複数の経糸ヘッドの反転により、複数の経糸フィラメント２１２の第１および第２の行２１２ａ、２１２ｂの部分３１１、３１２を、挿入された緯糸フィラメント２２２の背後で互いに交差させ、それにより、織布を作成して複数の経糸フィラメント２１２間に緯糸フィラメント２２２を固定してもよい。次いで、織布の緯糸フィラメント２２２を含む部分を、上述のように、圧縮して織布複合材料２３０とするためにローラー集合体１１６に引き込んでもよい。
【0046】
簡略化および見易さのために、図３Ａ～図３Ｄは、経糸ラック１１０の経糸ヘッドの垂直構成に基づいて、経糸フィラメント２１２の２つの行２１２ａ、２１２ｂを作成するフィラメントスプール２１０の１つの行のみを描いているが、連続複合材料織機１００は、さらに多くの経糸フィラメント行２１２を含んでいてもよいことが理解されよう。例えば、上述のように、連続複合材料織機１００は、複数のフィラメントスプール２１０から延出する４個以上の行の経糸フィラメント２１２を含んでいてもよい。さらに、以下に述べるように、経糸ラック１１０の複数の経糸ヘッドは、それらの垂直方向における相対的な高さを調節して、経糸３００に動的な数の行を作成することができる。さらに、図３Ａ～図３Ｄは、単一の緯糸フィラメント２２２の挿入のみを描いているが、緯糸挿入器スタック２２０は、複数の緯糸フィラメント２２２を、適宜、経糸における垂直方向の異なる高さに同時に挿入してもよいことが理解されよう。このように、そして図７Ａ～図１１Ｂについて以下でより詳細に示されるように、連続複合材料織機１００は、経糸ラック１１０の複数の経糸ヘッドに対する一連の高さ調節、および１以上の緯糸フィラメント２２２の、経糸３００への選択的な挿入により、種々の異なる織りパターンを動的に作成してもよい。
【0047】
図４Ａおよび図４Ｂは、複数の経糸ヘッド４０２を有する経糸ラック１１０の前面および背面を示す図である。図に示されるように、複数の経糸ヘッド４０２のそれぞれは、垂直面において互いに隣接して整列していてもよい。各経糸ヘッド４０２は、当該経糸ヘッド４０２を垂直方向に移動できるようにするリードスクリュー４０４に搭載されていてもよい。特定の経糸ヘッドに関連付けられたリードスクリュー４０４は、当該経糸ヘッド４０２の上方または下方に配置されていてもよい。各経糸ヘッド４０２はまた、経糸ヘッド４０２が横方向に動くのを制限する１以上の線型シャフト４０５に搭載されていてもよい。各経糸ヘッド４０２の垂直移動は、複数の経糸ヘッド４０２の下方に配置されたベースプレート１２１と、複数の経糸ヘッド４０２の上方に配置されたトッププレート１２２とによって制限されていてもよい。いくつかの実施形態では、経糸ヘッド４０２の垂直移動は、リミットスイッチ、ビーム式のセンサ、または経糸ヘッドを駆動するモーター上のエンコーダによって制限されていてもよい。当業者には理解されるように、各リードスクリュー４０４は、リードスクリュー４０４を回転させることができるモーターによって動作され、それにより、関連付けられた経糸ヘッド４０２の垂直位置が、リードスクリュー４０４の回転方向に基づいて、上下に調節されてもよい。各モーターは、コントローラー２６０によって制御されてもよい。いくつかの実施形態では、１以上の経糸ヘッド４０２の垂直移動は、ソレノイド式システム、油圧システム、空気圧システム、ラック・アンド・ピニオン、あるいはその他任意の、経糸ラック１１０における経糸ヘッド４０２の垂直移動を選択的に制御可能にする適切なシステムによって駆動されてもよい。
【0048】
複数の経糸ヘッド４０２における各経糸ヘッド４０２は、他の経糸ヘッド４０２とは独立した垂直移動が可能であってもよい。このように、いくつかの実施形態によれば、複数の経糸ヘッド４０２における各経糸ヘッド４０２は、垂直方向における互いに異なる高さに、動的に配置させることが可能とされていてもよい。いくつかの実施形態では、複数の経糸ヘッド４０２のサブグループは、当該サブグループの各経糸ヘッド４０２が、それぞれ同じ高さを維持するように、連動して移動するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、複数の経糸ヘッド４０２のサブグループは、コントローラー２６０によって動的に形成されたり形成されなかったりしてもよい。
【0049】
図５Ａは、実施形態の一例による、図４Ａおよび図４Ｂの経糸ラック１１０の経糸ヘッド４０２の背面図である。経糸ヘッド４０２は、複数のフィラメント溝５０２と、複数の加熱要素５０４と、１以上の温度センサ５０６とを含んでいてもよい。複数のフィラメント溝５０２は、経糸ヘッド４０２の垂直軸に沿って（すなわち、経糸ヘッド４０２の高さに沿って）異なる位置に配置してもよい。各フィラメント溝５０２は、経糸フィラメント２１２がフィラメント溝５０２を介して経糸ヘッド４０２を通過することができるような、経糸ヘッド４０２の前面から経糸ヘッド４０２の背面まで延びるスロットであってもよい。フィラメント溝５０２は、経糸ヘッド４０２の垂直位置に基づいてフィラメント溝５０２が経糸フィラメント２１２を垂直方向に固定するように、経糸フィラメント２１２を引っ掛けるか、または受け入れるように構成される。言い換えれば、図４Ａおよび図４Ｂに関して上述したように、経糸ヘッド４０２が上方または下方に移動すると、それに対応して、経糸ヘッド４０２のフィラメント溝５０２のそれぞれを通過する複数の経糸フィラメント２１２が、フィラメント溝５０２をそれぞれ通過する箇所において、上方または下方に移動する。フィラメント溝５０２は、挿入された経糸フィラメント２１２が横方向に移動するのを制限しつつ、当該経糸フィラメント２１２がフィラメント溝５０２を通って前方または後方に自由に引っ張られるのを可能にするように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、フィラメント溝５０２は、経糸フィラメント２１２が当該溝を通過する際に、経糸フィラメント２１２に牽引力を加えるように構成されてもよく、これにより、フィラメントの形状、および／または、サイズを、経糸ヘッド４０２によって調節することが可能になる。例えば、いくつかの実施形態では、経糸ヘッド４０２の背面のフィラメント溝５０２の寸法は、経糸ヘッド４０２の前面のフィラメント溝５０２の寸法と異なっていてもよく、これにより、余分な樹脂を除去することを可能にし、かつ／あるいは、経糸フィラメント２１２の再成形を可能にする（引き抜き成形に類似）。
【0050】
加熱要素５０４は、所与のフィラメント溝５０２の両側の経糸ヘッド４０２の内部に一体化され、経糸フィラメント２１２がフィラメント溝５０２を通過する際に経糸フィラメント２１２を加熱してもよい。加熱要素は、例えば、抵抗カートリッジ加熱器または誘導コイルであってもよいが、これらに限定されない。１以上の温度センサ５０６を経糸ヘッド４０２内に一体化して、加熱要素５０４が発生する温度を監視してもよい。いくつかの実施形態では、経糸ヘッド４０２は、経糸フィラメント２１２を、経糸フィラメント２１２のポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）を上回る最低温度まで加熱するように構成されていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、経糸ヘッド４０２は、経糸フィラメント２１２の溶融温度（Ｔｍ）より約２０℃～３０℃低い温度まで経糸フィラメント２１２を加熱するように構成してもよい。上述のように、経糸フィラメント２１２が経糸ヘッド４０２から加熱ゾーン２４０を通ってローラー集合体１１６へと移動すると、ローラー集合体１１６に到達する前に、経糸フィラメント２１２の温度が、特定の温度、例えばＴｍよりも高温に上昇してもよい。図示されていないが、機械１００は、加熱ゾーン２４０、ローラー集合体１１６、および／または、冷却ゾーン２５０内に温度センサを含み、フィラメント、および／または、織布の温度を監視してもよい。コントローラー２６０は、経糸ヘッド５０６の温度を示す、経糸ヘッド５０６の１以上の温度センサ５０６から、１以上の信号を受信してもよく、コントローラー２６０は、１以上の加熱要素５０４に信号を送信して、それらの熱出力を調節してもよい。コントローラー２６０は、経糸ヘッド４０２における温度が、最低温度、例えばＴｇよりも低温であることを示す信号を、温度センサ５０６から受信した場合に、１以上の経糸ヘッド４０２の加熱要素の熱出力を増加させる信号を送ってもよい。
【0051】
図５Ｂおよび図５Ｃは、それぞれ、実施形態の一例による経糸ヘッド４０２の側面図および側面断面図である。上述したように、経糸ヘッド４０２は、経糸ヘッド４０２の垂直移動を容易にするリードスクリュー４０４に搭載されていてもよい。経糸ヘッド４０２はまた、リードスクリュー４０４が発生させるねじり力に抵抗し、経糸ヘッド４０２を経糸ラック１１０内で横方向に安定させる、複数の線型シャフト４０５を含んでいてもよい。例えば、図１に示されるように、経糸ラック１１０の経糸ヘッド４０２の底部から延出する複数の線型シャフト４０５は、ベースプレート１２１の開口に受け入れられ、経糸ラック１１０の経糸ヘッド４０２の上部から延出する複数の線型シャフト４０５は、トッププレート１２２の開口に受け入れられ、それにより、各経糸ヘッド４０２に対して、その他の経糸ヘッド４０２と平行な個々の垂直面において制約を与える。経糸ヘッド４０２は、１以上の断熱材５０８を含んでいてもよく、これは例えば、セラミック断熱材５０８である。セラミック断熱材５０８は、溶融温度（Ｔｍ）に関わらず任意のフィラメントと共に用いることができるため有利である。Ｔｍが低い経糸フィラメント２１２（例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレン）が用いられた場合、セラミック断熱材５０８の代わりに高温ポリマー断熱材５０８が利用されてもよい。いくつかの実施形態によれば、断熱材５０８は、複数の加熱要素５０４の上下両側に配置されてもよく、それにより、熱が、加熱要素５０４から、リードスクリュー４０４、線型シャフト４０５、ベースプレート１２１、トッププレート１２２、あるいは熱に晒されるのが好ましくない経糸ラック１１０の任意の部分へと伝わるのを防ぐ。図５Ｃに示されるように、経糸ヘッド４０２は、経糸ヘッド４０２の構成要素を取り外し可能に一体的に固定してモジュール化できるようにするボルトまたはねじ用の、１以上のボルト孔５１４を含んでいてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、経糸ヘッド４０２のフィラメント溝５０２は、詰まると取り外して交換してもよい。さらに、フィラメント溝５０２を追加または除去して、カスタマイズした個数の異なる層を有する複合材料を構築することができる。
【0052】
図６は、最大３つの別々の緯糸フィラメント２２２を同時に出力するように構成された３つの慣性緯糸挿入器を有する緯糸挿入器スタック２２０の一実施形態を示す。図６に示す緯糸挿入器スタック２２０は、３つの慣性緯糸挿入器ローラー対６０２を含み、慣性緯糸挿入器ローラー対６０２は、それぞれ、緯糸挿入器スタック２２０の背後に位置する緯糸フィラメント源から溝６０６を通ってスリット６０８から出る緯糸フィラメントの連続する撚糸を押し出して、複数の経糸フィラメント２１２によって構成される経糸３００に挿入するように構成されている。緯糸フィラメント２２２の連続する撚糸は、緯糸フィラメントスプールあるいはロール（不図示）から供給され、慣性挿入器ローラー対６０２のうちの１つに送られてもよい。緯糸フィラメント２２２を引っ掛けるローラー対６０２の２つのローラーは、同時に反対方向に回転して、緯糸フィラメント２２２の一部をスプールから引っ張りつつ、緯糸フィラメント２２２の別の部分を、溝６０６を通してスリット６０８に向かって押し出す。ローラー対６０２が発生させる押し出し力は、緯糸挿入器スタック２２０のスリット６０８から所定の長さの緯糸フィラメント２２２を排出するように機能してもよい。１以上のローラー対６０２の回転は、モーター６０４を動力源としてもよい。図６に示されるように、複数のローラー対６０２は単一のモーターによって動作され、各ローラー対６０２が、ローラー対６０２と関連付けられたギアを当該モーターによって駆動される歯車チェーンと係合させることによって、選択的に駆動されるように動作されてもよい。コントローラー２６０は、複数のローラー対６０２に信号を送り、１以上のローラー対６０２を選択的に係合させて、予めコントローラー２６０が実行するようにプログラムされた織りパターンに従って、緯糸挿入器スタック２２０が緯糸フィラメント２２２を排出するようにしてもよい。したがって、緯糸挿入器スタック２２０による緯糸繊維２２２の排出は、ローラー集合体１１６の動きと呼応して動作するようにタイミングをとることができる。いくつかの実施形態では、各ローラー対６０２は、当該ローラー対６０２に関連付けられた固有のモーターによって個別に動作されてもよい。
【0053】
スプールから緯糸挿入器スタック２２０へと供給される緯糸フィラメント２２２は連続的な撚糸であってもよいが、切断装置６１０が、緯糸フィラメント２２２を、ある長さの不連続な緯糸フィラメント２２２が緯糸挿入器スタック２２０から排出されて経糸３００に挿入されるように切断してもよい。したがって、いくつかの実施形態では、慣性緯糸挿入器ローラー対が、所定量回転して所定の長さの緯糸フィラメント２２２を排出するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、経糸３００の反対側に配置されたセンサが、緯糸フィラメント２２２の位置を検出してもよく、対応する慣性緯糸挿入器ローラー対６０２は、緯糸フィラメント２２２が所定の距離だけ排出されたことを示す信号を受信すると回転を停止してもよい。いくつかの実施形態では、当該所定の距離は、緯糸フィラメント２２２が両端の経糸フィラメント２１２ｅ、２１２ｈの列の間の距離をカバーするのに必要な最短距離を表していてもよい。
【0054】
図６に示されるように、緯糸挿入器スタック２２０は、複数の慣性緯糸挿入器ローラー対６０２からの緯糸フィラメント２２２を複数のスリット６０８へと導く複数の溝６０６を含んでいてもよい。溝は、緯糸フィラメント２２２が、溝６０６によって規定される経路に沿って移動するよう制約が与えられるように、緯糸挿入器スタック２２０の本体の内部にあってもよい。スリット６０８は、装置の前面に沿って、垂直方向において異なる高さに配置される緯糸挿入器スタック２２０の縁部の開口であってもよい。いくつかの実施形態では、隣接する各スリット６０８は、共通のオフセット距離だけ垂直方向に離間していてもよい。スリット６０８の位置決めは、図７Ａ～図１２Ｂに関して以下でより詳細に説明するように、緯糸挿入器スタック２２０によって排出される緯糸フィラメント２２２を位置決めして、各緯糸フィラメント２２２が垂直方向における所望の高さで経糸３００に挿入されるように構成されていてもよい。１以上の緯糸フィラメント２２２が経糸３００に挿入された後、緯糸フィラメントは、切断装置６１０によって、ある長さの不連続なフィラメントに切断されてもよい。図６に示されるように、いくつかの実施形態では、切断装置は、緯糸挿入器スタック２２０の本体の内側の、スリット６０８に隣接した位置に配置してもよい。切断装置６１０は、１以上の緯糸フィラメント２２２を切断するために、スリット６０８に配置された緯糸フィラメント２２２に略直交する垂直面内で移動するように構成された１以上のブレードを含んでいてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、切断装置は、一斉に移動するように構成された複数のブレードを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、上記複数のブレードの個数は、スリット６０８の個数に対応していてもよい。いくつかの実施形態では、切断装置は、切断ホイールまたはディスク、レーザー、あるいはウォータージェットであってもよい。
【0055】
図６に示す実施形態は３つの緯糸挿入器のみを描いているが、より多くの慣性緯糸挿入器ローラー対６０２、溝６０６、およびスリット６０８を追加することによって、任意の個数の緯糸挿入器を有する緯糸挿入器スタック２２０を同様に構成することができる。さらに、本実施形態では、緯糸フィラメント２２２の押し出し／排出力を発生させるために慣性緯糸挿入器ローラー対６０２を用いているが、緯糸挿入器スタック２２０は、あるいは上述の通り、１以上のレピア緯糸挿入器、エアジェット挿入器、または、それらの特定の組み合わせを用いて構成されていてもよい。
【0056】
図７Ａ～図８Ｂは、実施形態の一例による連続複合材料織機１００の切り欠き図であって、ローラー集合体１１６から経糸ラック１１０に向かって見た図である。図７Ａに示されるように、連続複合材料織機１００は、図３Ｂについて上述したように、それぞれがローラー集合体１１６に向かって延出し経糸３００を構成する複数の経糸フィラメント２１２を有する、複数の経糸ヘッド４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、および４０２ｄを有していてもよい。本実施形態では、複数の経糸ヘッド４０２のそれぞれが、４個の経糸フィラメント２１２を支持している。連続複合材料織機１００は、複数の経糸ヘッド４０２の横に配置され、緯糸フィラメント２２２を経糸３００に（すなわち、経糸フィラメント２１２の２つの行の間に）挿入するように構成された、緯糸挿入器スタック２２０を含む。図７Ａに示す経糸ヘッド４０２は、それぞれ「中立位置」にあると言える。これは、経糸ヘッド４０２がデフォルトの高さに位置することを意味する。例えば、中立位置は、複数の経糸ヘッド４０２が緯糸挿入器スタック２２０の、垂直方向における中央付近に配置されるような位置であってもよい。例えば、経糸ヘッド４０２は、中立位置にあるときに、緯糸挿入器スタック２２０の真ん中の緯糸挿入器７０２が、経糸ヘッド４０２の経糸フィラメント２１２の真ん中の２つの行の間に中央の緯糸フィラメント２２２ｂを挿入するよう位置合わせされるように配置されてもよい。図７Ａに示されるように、全ての経糸ヘッド４０２が中立位置にあるとき、緯糸挿入器スタック２２０は、経糸フィラメント２１２の間に緯糸フィラメント２２２を挿入して、織布複合材料２３０が交互に０－９０の一方向の複合材料となるような、織り交ぜられていない織りパターンを作成してもよい。
【0057】
図７Ａに示されるように、いくつかの実施形態では、緯糸挿入器スタック２２０は、複数の主緯糸挿入器７０２および複数の副緯糸挿入器７０４を含んでいてもよい。主緯糸挿入器７０２は緯糸挿入器スタック２２０の中央部に垂直に配置されてもよく、一方、副緯糸挿入器７０４は、緯糸スタック２２０の上部および底部に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、主緯糸挿入器７０２は、経糸ヘッド４０２の任意の垂直構成で使用できる緯糸挿入器であってもよいが、一方、副緯糸挿入器７０４は、１以上の経糸ヘッド４０２が、副緯糸挿入器７０４によって排出された緯糸フィラメント２２２が少なくとも１対の経糸フィラメント２１２間に位置するように、十分な垂直距離だけ移動した場合のみ使用できる。各主緯糸挿入器７０２および各副緯糸挿入器７０４は、緯糸挿入器７０２と７０４の任意の組み合わせを用いて緯糸フィラメント２２２を同時に経糸３００に挿入できるように、コントローラー２６０によって互いに独立して制御されてもよい。
【0058】
図７Ｂおよび７Ｃは、経糸フィラメント２１２と緯糸フィラメント２２２とを織り交ぜた織布複合材料２３０を形成するプロセスの一例を示す。図７Ｂに示されるように、緯糸挿入器スタック２２０が複数の緯糸フィラメント２２２を経糸３００に挿入する際、３つの経糸ヘッド４０２ａ、４０２ｃ、および４０２ｄは中立位置にあり、１つの経糸ヘッド４０２ｂは、垂直方向に上昇させた位置にある。図示されているように、経糸ヘッド４０２ｂは、副緯糸挿入器７０４ａの位置が、経糸ヘッド４０２ｂから延出する一番上の経糸フィラメント対２１２の間に緯糸フィラメント２２２ａを挿入する位置となるように、上昇させられる。この場合、経糸ヘッド４０２ｂは、１「段」上昇させられたと言う。経糸ヘッド４０２が上または下に１段動くことは、経糸ヘッド４０２が一対の経糸フィラメント２２２の間から緯糸フィラメント２２２を受け取るように配置された緯糸挿入器７０２および７０４の組が、１単位変化することを意味する。例えば、図７Ｂに示されるように、経糸ヘッド４０２ｂは、１段上昇しているので、１対の経糸フィラメント２１２の間の副緯糸挿入器７０４ａから緯糸フィラメント２２２ａを受け取る位置にあるが、主緯糸挿入器７０２ｃから１対の経糸フィラメント２１２の間の緯糸フィラメント２２２ｄを受け取る位置にはもうない。図７Ｃに示されるように、経糸ヘッド４０２ｂが１段上昇した位置から中立位置に戻ると、経糸ヘッド４０２ｂの各経糸フィラメント２１２は、その下の緯糸フィラメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄを押し下げ、図７Ｃに示す織り交ぜられた織りパターンを生成する。この織りパターンが作成されると、ローラー集合体１１６は、上述のように、経糸フィラメント２１２の、緯糸フィラメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、および２２２ｄを含む部分を第１のローラー対１２０内に引っ張ってフィラメントを圧縮して織布複合材料２３０にするプロセスを実行してもよい。
【0059】
連続複合材料織機１００は、ローラー集合体１１６が経糸ラック１１０を介してフィラメントスプール２１０から経糸フィラメント２１２を引っ張り出し続ける限り織布複合材料２３０を連続的に作成してもよい。連続複合材料織機１００は、織布複合材料を連続的に作成することに加えて、織りパターンを動的に変化させて、カスタマイズ可能な強度および剛性を有する織布複合材料２３０を作成してもよい。織布複合材料２３０の強度は、織物形状の１つの関数であり、これは、連続複合材料織機１００によって制御されてもよい。例えば、たくさんの皺は面内引張強度を低下させ、層間の連結は剥離強度および衝撃強度を増加させ得る。剛性は、織物形状および織り密度の１つの関数であり、これもまた、連続複合材料織機１００により制御可能であってもよい。例えば、高密度の織布は、低密度の織布よりも堅い可能性がある。平織りがより高い面内せん断係数を有する一方、サテン織りはより高い面内引張係数を有し、綾織りは、それらの中間であり得る。
【0060】
連続複合材料織機１００は、織布複合材料２３０の各部の織物形状、および／または、織り密度を動的に変化させることによって、材料全体にわたって異なる特性を有する織布複合材料２３０を生成することができる。例えば、図８Ａおよび図８Ｂは、図７Ｂおよび図７Ｃに示されるものとは別の織りパターンを作成するプロセスの一例を示す。図８Ａに示されるように、緯糸挿入器スタック２２０が緯糸フィラメント２２２を経糸３００に挿入する際、各経糸ヘッド４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、および４０２ｄは異なる段に位置していてもよい。この例では、第１の経糸ヘッド４０２ａは中立位置に配置され、第２の経糸ヘッド４０２ｂは１段上に配置され、第３の経糸ヘッド４０２ｃは２段上に配置され、第４の経糸ヘッド４０２ｄは３段上に配置される。したがって、図８Ａに示されるように、第１の経糸ヘッド４０２ａの経糸フィラメント対２１２は、３つの主緯糸挿入器７０２から緯糸フィラメント２２２ｄ、２２２ｅ、および２２２ｆを受け入れるように配置され、第４の経糸ヘッド４０２ｄの経糸フィラメント２１２は、３つの副緯糸挿入器７０４から緯糸フィラメント２２２ａ、２２２ｂ、および２２２ｃを受け入れるように配置され、第２および第３の経糸ヘッド４０２ｂおよび４０２ｃの経糸フィラメント対２１２は、主および副緯糸挿入器７０２および７０４の組み合わせから緯糸フィラメント２２２を受け入れる。緯糸挿入器スタック２２０が緯糸フィラメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅ、および２２２ｆを経糸３００に挿入した後、上昇させた経糸ヘッド４０２ｂ、４０２ｃ、および４０２ｄは、図８Ｂに示されるように、中立位置に戻り、緯糸フィラメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅ、および２２２ｆを下方に押して、織り交ぜられたパターンを作成する。この例では、３つの緯糸フィラメント２２２ｄ、２２２ｅ、および２２２ｆが、経糸ヘッド４０２ｄの底部に集まり、これにより、面内強度および剛性が改善された局在領域を作成し得るが、衝撃強度、せん断強度および剛性がより低くなり得る。緯糸挿入の際に、１以上の経糸ヘッド４０２が複数段上昇し、１つまたは２つの経糸ヘッド４０２が中立位置に留まるようにして形成された織りパターンは、層間の織り交ぜにより衝撃強度が強化された織布複合材料構造となり得る。
【0061】
なお、図７Ａ～図８Ｂに示される織りパターンは、単一の織布複合材料２３０に順次統合されてもよい。また、図７Ａ～図８Ｂに示す特定の織りパターンは単なる例示であり、１以上の緯糸フィラメント２２２を引き続き挿入する際に、複数の経糸ヘッド４０２の垂直位置を変更することによって、任意の個数の、あるいは種々の異なる織りパターンを得て任意の順序で複合材料２３０に統合してもよい。作成可能な織りパターンの数は、より多くの経糸フィラメント２１２、経糸ヘッド２１２、および／または、緯糸挿入器７０２、７０２を機械１００に追加することによって、さらに増加させ得る。
【0062】
本明細書に開示された概念の説明を容易にするため、図７Ａ～図８Ｂは４つの経糸ヘッド４０２を有する連続複合材料織機１００の実施形態の一例を示しているが、連続複合材料織機１００はこれに限定されず、任意の個数の経糸ヘッド４０２を含んでいてもよい。例えば、連続複合材料織機１００は、１０個またはそれ以上の数の経糸ヘッド４０２を有していてもよい。
【0063】
図９Ａは、実施形態の一例による、複数のへドル集合体９０２を備える別の経糸ラックを有する連続複合材料織機９００の代表的な側面図である。経糸ヘッド４０２と関連付けられた複数の経糸フィラメント２１２の位置を集合的に垂直方向に調節可能な経糸ヘッド４０２とは対照的に、へドル集合体９０２は、へドル集合体９０２に関連付けられた個々の経糸フィラメント２１２を、へドル集合体９０２のヘドル９０４のうちの１つにより、垂直方向に個別に調節できる複数のヘドル９０４を含む。各へドル集合体９０２は、複数のヘドル９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃ、および９０４ｄを含む。複数のヘドル９０４は、それぞれ、当該ヘドル９０４によって垂直方向に調節され得る経糸フィラメント２１２を引っ掛ける孔９１０と、当該ヘドル９０４によって垂直方向に調節されない他の経糸フィラメント２１２を通すスロット９１２とを有している。図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、特定のヘドル９０４が個別に制御するように構成されている制御対象である経糸フィラメント２１２はヘドル９０４の孔９１０を通ってもよく、一方、へドル集合体９０２の別のヘドル９０４によって制御される経糸フィラメント２１２は、その特定のヘドル９０４のスロット９１２を通るか、あるいはその特定のヘドル９０４の底部の下を通ってもよい。各ヘドル９０４は、図４Ａおよび図４Ｂの経糸ヘッド４０２について上述した移動と同様の、独立した垂直移動が可能である。ある特定のヘドル９０４が移動すると、経糸フィラメント２１２の孔９１０によって保持された部分の高さがヘドル９０４の移動に応じて調節される。
【0064】
図４Ａおよび４Ｂに示される経糸ヘッド４０２と同様、複数のへドル集合体９０２は、第１の垂直面において互いに隣接して整列していてもよい。図９Ａに示されるように、へドル集合体９０２の個々のヘドル９０４は、第１の垂直平面に略直交する第２の垂直面において互いに隣接して整列していてもよい。例えば、図９Ａに示されるように、第１のヘドル９０４ａは第２のヘドル９０４ｂに隣接しており、さらにそれは第３のヘドル９０４ｃに隣接しており、さらにそれは第４のヘドル９０４ｄに隣接している。したがって、図９Ａに示されるように、へドル集合体９０２の複数のヘドル９０４は、続けざまに配置されてもよい。複数のへドル集合体９０２は、それぞれ、経糸ヘッド４０２と同様に作動させてもよく、例えば、モーターでリードスクリューを駆動させたり、ソレノイドや、空気圧式または油圧式アクチュエータで作動させたりするなど、垂直移動を可能にする他の任意の方法で作動させてもよい。また、経糸ヘッド４０２同様、各ヘドルの垂直移動は、ベースプレート１２１およびトッププレート１２２、リミットスイッチ、ビーム式のセンサ、またはヘドル集合体を駆動するモーター上のエンコーダによって制限されていてもよい。
【0065】
図９Ｂは、ヘドル集合体９０２'の分解図である。分解したヘドル集合体９０２'中に示されるように、第１のヘドル９１０ａは、第１のヘドル９１０ａによって垂直方向に個別に制御され得る第１のフィラメント２１２ａを受け入れる孔９１０を有している。分解したヘドル集合体９０２'はさらに、第２のヘドル９１０ｂが、第２のヘドル９１０ｂによって垂直方向に個別に制御され得る第２のフィラメント２１２ｂを受け入れる孔９１０と、第１の経糸フィラメント２１２ａを受け入れるスロット９１２を有していることを示している。ヘドル集合体９０２の第３のヘドル９１０ｃは、第３のヘドル９１０ｃによって垂直方向に個別に制御され得る第３のフィラメント２１２ｃを受け入れる孔９１０と、第１の経糸フィラメント２１２ａと第２の経糸フィラメント２１２ｂを受け入れるスロット９１２を有している。ヘドル集合体９０２の第４のヘドル９０４ｄは、第４のヘドル９１０ｄによって垂直方向に個別に制御され得る第４のフィラメント２１２ｄを受け入れる孔９１０と、第１の経糸フィラメント２１２ａと、第２の経糸フィラメント２１２ｂと、第３の経糸フィラメント２１２ｃとを受け入れるスロット９１２を有している。図９Ｃは、各ヘドル９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃ、９０４ｄが、図９Ａに示されるように続けざまに配置されたヘドル集合体９０２"の正面図である。続けざまの構成で整列させたとき、第１の経糸フィラメント２１２ａは、第１のヘドル９０４ａの孔９１０を通過してローラー集合体１１６に向かって延出する前に、第４、第３、および第２のヘドル９０４ｄ、９０４ｃ、および９０４ｂのスロット９１２を通過してもよい。同様に、第２の経糸フィラメント２１２ａは、第２のヘドル９０４ｄの孔９１０を通過して第１のヘドル９０４ａの下を通ってローラー集合体１１６に向かって延出する前に、第４および第３のヘドル９０４ｄおよび９０４ｃのスロット９１２を通過してもよい。第３の経糸フィラメント２１２ｃは、第３のヘドル９０４ｃの孔９１０を通過して第１および第２のヘドル９０４ａおよび９０４ｂの下を通ってローラー集合体１１６に向かって延出する前に、第４のヘドル９０４ｄのスロット９１２を通過してもよい。さらに、第４の経糸フィラメント２１２ｄは、第４のヘドル９０４ｄの孔９１０のみを通過して、第１、第２、および第３のヘドル９０４ａ、９０４ｂ、および９０４ｃの下を通ってローラー集合体１１６に向かって延出してもよい。したがって、第１の経糸フィラメント２１２ａは、第１のヘドル９０４ａによって垂直方向に個別に制御可能であり、第２の経糸フィラメント２１２ｂは、第２のヘドル９０４ｂによって垂直方向に個別に制御可能であり、第３の経糸フィラメント２１２ｃは、第３のヘドル９０４ｃによって垂直方向に個別に制御可能であり、第４の経糸フィラメント２１２ｄは、第４のヘドル９０４ｄによって垂直方向に個別に制御可能である。図９Ａから分かるように、いくつかの経糸フィラメント２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは、いくつかのヘドル９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃの下に位置していてもよいため（例えば、経糸フィラメント２１２ｄは、ローラー集合体１１６に入る前にヘドル９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃの下を通過する）、所与のヘドル９０４の垂直下方向への移動の程度は、それに隣接するヘドル９０４も一緒に移動するのでない限り、ヘドル９０４の底部がその下の経糸フィラメント２１２に接触しないように、当該隣接するヘドル９０４の位置に基づいて制限されてもよい。例えば、図９Ａに示す第２のヘドル９０４ｂを２段下降させるには、第３および第４のヘドル９０４ｃおよび９０４ｄもまた、第２のヘドル９０４ｂの動きに対応して少なくとも２段下降させなければならない。いくつかの実施形態では、ヘドル９０４は、中立位置から下方向にのみ移動するように構成されてもよいが、中立位置または中立位置より１段以上下の位置に戻るためには、上方向に移動するように構成されてもよい。中立位置は、図９Ａおよび図９Ｃに示されるように、ヘドルの孔９１０が、それぞれ、その前方のヘドルの孔９１０の一段下に位置するように複数のヘドル９０４が配置されている位置と考えることができる。いくつかの実施形態によれば、ヒーター要素がヘドル集合体９０２に含まれていてもよいが、他の加熱要素（例えば、赤外線またはマイクロ波加熱要素）を複数のへドル集合体９０２と第１のローラー対１２０の間の領域に配置して、フィラメントをマトリックスポリマーのガラス転移温度より高い温度に加熱してもよい。
【0066】
図１０～図１２Ｂは、実施形態の一例による連続複合材料織機９００の代表的な切り欠き図であって、ローラー集合体１１６から経糸ラック１１０に向かって見た図である。図１０に示されるように、連続複合材料織機９００は、図６に関して上述したのと同様の緯糸スタック挿入器２２０と、図９Ａ～図９Ｃに関して上述したように複数のヘドル集合体９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、および９０２ｄとを含んでいてもよい。図１０は、各ヘドル集合体９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、９０２ｄが、図６に示した実施形態と同様に、複数のヘドル集合体９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃ、９０２ｄの各孔９１０から延出する経糸フィラメントを織り交ぜることなく、緯糸フィラメント２２２を受け入れる位置に経糸を構成するように、中立位置にあるような構成を示している。
【0067】
図１１Ａ～図１１Ｂは、織り交ぜられた織布パターンを連続複合材料織機９００によって形成するプロセスを例示した図である。図１１Ａに示されるように、連続複合材料織機９００の３つのヘドル集合体９０２ａ、９０２ｃ、９０２ｄは中立位置にあるが、１つのヘドル集合体９０２ｂは１「段」下がった位置にある。へドル集合体９０２を参照したとき、「段」は、ヘドル９０４の孔９１０が、孔９１０内に含まれる経糸フィラメント２１２を、隣接する緯糸挿入器スタック２２０の次の緯糸挿入器７０２、７０４の下に押しやるような、へドル集合体９０２の下方への移動を指す。例えば、１段の降下は、ヘドル９０４の孔９１０が、次の挿入器７０４がその中で緯糸フィラメント２２２を挿入するよう構成されているような平面を超えて、垂直方向に移動したことを意味する。図１１Ａに示されるように、第２のヘドル集合体９０２ｂの第４のヘドル９０４ｄは、複数の緯糸フィラメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、および２２２ｄが緯糸挿入器スタック２２０によって挿入される前に、１段降下している。上側の３つの経糸フィラメント２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃが第４のヘドル９０４ｄのスロット９１２を通過するため、それらの位置は、第４のヘドル９０４ｄが動いてもそのままであり、よって、第４のヘドル９０４ｄの孔９１０に引っ掛けられた経糸フィラメント２１２ｄの垂直位置だけが影響を受ける。緯糸フィラメント２２２が経糸に挿入された後、第２のヘドル集合体の第４のヘドル９０４ｄが１段上昇して、中立位置に戻り、図１１Ｂに示されるように、織り交ぜられた織布を形成する。図１２Ａ～図１２Ｂは、連続複合材料織機９００によって形成された、織り交ぜられた織布パターンの別の実施形態を示す。図１２Ａに示されるように、緯糸挿入器スタック２２０によって複数の緯糸フィラメント２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅ、および２２２ｆが挿入される際、第１のヘドル集合体９０２ａは中立位置にあり、第２のヘドル集合体９０２ｂの第４のヘドル９０４ｄは１段下がっており、第３のヘドル集合体９０２ｃの第４のヘドル９０４ｄは２段下がっており、第４のヘドル集合体９０２ｄの第４のヘドル９０４ｄは３段下がっている。第２、第３、および第４のヘドル集合体９０２ｂ、９０２ｃ、および９０２ｄの第４のヘドル９０４ｄが中立位置に戻るのに続いて、図１２Ｂに示すような織り交ぜられたパターンが形成される。図面はヘドル集合体９０２の第４のヘドル９０４ｄが１段以上下降する例のみを示しているが、へドル集合体９０２の第１、第２、および第３のヘドル９０４ａ、９０４ｂ、および９０４ｃは、すべて独立して垂直方向に下降し、ローラー集合体１１６によって経糸が連続的に前方に引き出され圧縮されることによって、複雑に織り交ぜられた様々な織布パターンを動的に作成してもよい。例えば、へドル集合体９０２の第４のヘドル９０４ｄが３段下降すると、第３のヘドル９０４ｃが、１段、２段、または３段下降してもよい。言い換えると、へドル集合体９０２の特定のヘドル９０４が数段下降すると、当該特定のヘドル９０４の前に配置された隣接するヘドル９０４が、同じ段数またはそれより少ない段数下降できるようにしてもよい。
【0068】
図１３は、連続複合材料織機１００を用いて織布複合材料を連続的に形成する方法１３００のフローチャートを示す。連続複合材料織機１００は、ローラー集合体１１６と複数の経糸ヘッド４０２を備える経糸ラック１１０との間に張られた複数の経糸フィラメントを有していてもよい。各経糸ヘッド４０２は、当該経糸ヘッド４０２の高さに沿って垂直方向に異なる位置に配置された複数のフィラメント経路５０２を備えていてもよい（図５Ａ参照）。各フィラメント溝５０２は、経糸フィラメント２１２を引っ掛けるように構成されていてもよく、経糸ヘッド４０２は、それぞれ独立して垂直方向に移動可能で、各経糸ヘッド４０２に関連付けられた経糸フィラメント２１２のローラー集合体１１６に対する高さを調節することができてもよい。
【0069】
本方法は、ブロック１３１０において、複数の経糸ヘッド４０２の第１のサブグループの経糸ヘッド４０２のフィラメント溝５０２における各経糸フィラメント２１２の垂直方向の高さが、複数の経糸ヘッド４０２の第２のサブグループの経糸ヘッド４０２の対応するフィラメント溝５０２における経糸フィラメント２１２よりも高くなるように、複数の経糸ヘッド４０２の第１のサブグループを第１の垂直方向位置に、複数の経糸ヘッド４０２の第２のサブグループを第２の垂直方向位置に配置することを含んでいてもよい。
【0070】
本ブロック１３２０において、本方法は、各緯糸フィラメント２２２が、複数の経糸ヘッド４０２の第１のサブグループに関連付けられた経糸フィラメント２１２と、複数の経糸ヘッド４０２の第２のサブグループに関連付けられた経糸フィラメント２１２との間に挿入されるように、（例えば緯糸挿入器スタック２２０により）１以上の緯糸フィラメント２２２を、ローラー集合体１１６と経糸ラック１１０との間に位置する経糸３００に挿入することを含んでいてもよい。緯糸フィラメント２２２は、複数の経糸ヘッド４０２の第１のサブグループに関連付けられた複数の経糸フィラメント２１２が緯糸フィラメント２２２の上方に位置し、複数の経糸ヘッド４０２の第２のサブグループに関連付けられた複数の経糸フィラメント２１２が緯糸フィラメント２２２の下方に位置するように、経糸３００に挿入されてもよい。緯糸挿入器スタック２２０は、経糸３００における異なる高さに複数の緯糸フィラメント２２２を同時に挿入してもよい。経糸３００に同時に挿入される各緯糸フィラメント２２２は、緯糸フィラメント２２２の上方に位置する異なる経糸フィラメント２１２のサブグループと、緯糸フィラメント２２２の下方に位置する異なるサブグループとを有していてもよい。このように、複数の経糸ヘッド４０２の垂直位置、および挿入された緯糸フィラメント２２２の数および垂直位置に基づき、連続複合材料織機１００は、織布がカスタマイズされた所定の内部形状を完成するように、緯糸フィラメント２２２を経糸３００内に配置してもよい。
【0071】
ブロック１３３０において、本方法は、複数の経糸ヘッド４０２の第１のサブグループの経糸ヘッド４０２のフィラメント溝５０２における各経糸フィラメント２１２の垂直方向の高さが、複数の経糸ヘッド４０２の第２のサブグループの経糸ヘッド４０２の対応するフィラメント溝５０２における各経糸フィラメント２１２よりも低くなるように、垂直方向において、複数の経糸ヘッド４０２の第１のサブグループを第３の垂直位置に、複数の経糸ヘッド４０２の第２のサブグループを第４の垂直位置に再配置することによって、２以上の経糸フィラメント２１２の間に１以上の緯糸フィラメント２２２を固定して複合材料織布を作成することを含んでいてもよい。あるいは、いくつかの実施形態では、経糸フィラメント２１２の第１および第２のサブグループに関連付けられた経糸ヘッド４０２が、例えば、中立位置に戻るように、第３および第４の垂直位置が同じ垂直高さであってもよい。中立位置において、各経糸ヘッド４０２のフィラメント溝５０２は、行をなすように垂直に整列していてもよい。
【0072】
ブロック１３４０において、本方法は、ローラー集合体１１６を作動させて、複合材料織布を加熱および圧縮するように構成された対向する一対のローラー（例えば、第１のローラー対１２０）を通して複合材料織布を引き出すことにより、複合材料織布を固化することを含んでいてもよい。連続複合材料織機１００は、ブロック１３１０、１３２０、１３３０、および１３４０を順に繰り返すことにより、継続的に複合材料織布を作成してもよい。経糸ヘッド４０２のサブグループの垂直位置は、特定の内部形状を有する複合材料織布を作成するために、この継続するプロセスの繰り返しの各回において変化してもよい。例えば、コントローラー２６０は、緯糸フィラメント２２２を挿入する特定のシーケンスと共に経糸ヘッド４０２を移動させる特定のシーケンスを指定する命令を含み、織り交ぜを用いた特定の内部形状を有する織布複合材料２３０を作成してもよい。いくつかの実施形態では、１以上の緯糸フィラメント２２２を経糸３００に挿入するたびにローラー集合体１１６を短く一気に作動させて、複合材料織布における新しく挿入された緯糸フィラメント２２２を含む部分を固化してもよい。いくつかの実施形態では、経糸ヘッド４０２は、１以上の緯糸フィラメント２２２の挿入が実行された後、ローラー集合体１１６が作動する前に、中立位置に戻ってもよい。
【0073】
いくつかの実施形態では、方法１３００は、オプションとして、複数のフィラメントスプール２１０から出た複数の経糸フィラメント２１２のそれぞれの自由端を、経糸ラック１１０の複数の経糸ヘッド４０２のうちの１つの固有のフィラメント溝５０２を通して送り、次いで、さらには、複数の経糸フィラメント２１２のそれぞれの自由端をローラー集合体１１６における対向するローラー対（例えば第１のローラー対１２０）を通して送ることにより、ローラー集合体１１６と経糸ラック１１０の間に経糸３００を作成するステップを含んでいてもよい。
【0074】
方法１３００は、複数の経糸ヘッド４０２を有する経糸ラック１１０を用いる連続複合材料織機１００について記載したが、複数のへドル集合体９０２を用い、図９Ａ～図９Ｃについて上述した構成を有する連続複合材料織機９００に関して同様の方法が実行されてもよい。例えば、経糸３００を形成するため、複数のへドル集合体９０２の第１のサブグループのヘドル９０４は、第１の垂直構成において垂直に配置されてもよく、複数のへドル集合体９０２の第２のサブグループのヘドル９０４の第２のサブグループは、第２の垂直構成に配置されてもよい。緯糸挿入器スタック２２０は、１以上の緯糸フィラメント２２２を、挿入された各緯糸フィラメント２２２が、その上方および下方に位置する経糸フィラメント２１２の異なるサブセットを有するように、経糸３００の垂直方向における異なる高さに挿入してもよい。複数のへドル集合体９０２の第１および第２のサブグループのヘドル９０４の一部またはすべては、異なる垂直構成に変化して、１以上の緯糸フィラメント２２２を織布内に固定してもよい。例えば、すべてのヘドル９０４が中立位置に戻ってもよい。１以上の緯糸フィラメント２２２が織布内に固定された後、ローラー対（例えば、第１のローラー対１２０）を作動させて、織布における１以上の緯糸フィラメント２２２を含む部分を引き込んでもよく、また、上述のように、ローラー集合体１１６が複合材料織布２３０を固化させてもよい。このプロセスは、連続複合材料織機９００によって繰り返され、制御可能な内部形状を有する複合材料織布を連続的に形成してもよい。
【0075】
いくつかの実施形態によれば、連続複合材料織機１００によって織布複合材料２３０が形成された後、織布複合材料２３０は、プリフォーム化されるか、トリミングされるか、かつ／あるいは、従来の射出成型または長繊維熱可塑性成型を用いて三次元構造にされてもよい。例えば、織布複合材料２３０は、ローラー集合体１１６を出た後、例えばウォータージェット、レーザー、せん断プレス、あるいはトリミング方法の他の任意の適切な装置を用いてトリミングしてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、複合材料織機１００は、織布複合材料２３０がローラー集合体１１６を出た後に、織布複合材料２３０をトリミングするように構成されたトリミング装置を含んでいてもよい。トリミング装置は、例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ウォータージェットであってもよい。
【0076】
トリミングした複合材料は、次いで加熱し、プリフォーム形状に打ち抜き／プレス加工してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、複合材料織機１００は、トリミングした複合材料をプレス加工してプリフォーム形状にし得る打ち抜きプレス機を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、複合材料織機１００は、トリミングした複合材料を拾い上げて打ち抜きプレス機内に配置する、ロボットアームを含んでいてもよい。加熱は、例えばオーブン、誘導加熱、または他の適切な加熱方法を用いて行うことができる。プリフォームは、次いで圧縮成型用の型または射出成型用の型に入れ、オーバーモールドしてもよい（例えば、射出、ＤＬＦＴ、ＬＦＴなど）。いくつかの実施形態では、複合材料織機１００は、プリフォームを射出成型またはオーバーモールドする射出成型機を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、複合材料織機１００は、打ち抜きプレス機からプリフォームを拾い上げて射出成型機内に配置するように構成された、ロボットアームを含んでいてもよい。オーバーモールドのプロセスは、プリフォームのテクスチャ化および非構造的突出という特徴の作成を可能にしてもよい。プリフォームを複数回オーバーモールドして、プリフォームに異なる材料を追加したり、プリフォームの異なる側面や部分に材料を追加したりしてもよい。オーバーモールドプロセスに続いて、部品を型から取り出し、トリミングして仕上げてもよい。例えば、部品は、縁がトリミングされてもよく、穴があけられてもよく、研磨されてもよく、あるいは、他のこのような典型的な仕上げプロセスが部品に適用されてもよい。いくつかの実施形態では、複合材料織機１００は、オーバーモールドされたプリフォームを拾い上げ、部品をトリミングして仕上げるように構成された装置内に配置するように構成されたロボットアームを含んでいてもよい。このプロセスを用いて、例えば平坦な、あるいは曲線状の輪郭を有するブラケットやパネル（車体パネルなど）を含む、様々な形状が形成され得るが、これらに限定されるものではない。
【0077】
例えば、２つの部品からなる自動車用ドアを、織布複合材料をドアパネルの外面の形状になるようにプリフォーム化することによって形成し得る。この例では、第１の部品は、滑らかな気流表面を形成可能とし得る第１のオーバーモールドショットと、ドアの内面を形成（例えば、配線用の溝、窓、取っ手などの形成）する第２のオーバーモールドショットによって作成し得る。ドアの内部コンポーネント（例えば配線、窓、取っ手など）が第１の部品の溝に設置されると、内部コンポーネントを包み込むために、第２の部品が第１の部品に接合され得る。構造的な剛性のために必要であれば、第２の部品もまた織布プリフォームを含んでいてもよい。上述の例は、連続複合材料織機１００によって製造された織布複合材料２３０から作られたプリフォームの特定の産業上の用途を示しているが、当業者は、このようなプリフォームが様々な異なる産業上の用途を有することを理解するであろう。
【0078】
いくつかの実施形態では、上述の織布複合材料２３０のトリミング、打ち抜き、射出成型／オーバーモールディング、トリミング、および仕上げのプロセスは、予備トリミング、プリフォーム化、およびオーバーモールドのための型プレス加工を用いて連続的に行い得る。型プレス加工では、プレス作業中、連続的に材料を用い得る。この処理に続いて、上述のように最終的なトリミングを行うことができる。いくつかの実施形態では、プリフォーム化ステップの前において複合材料がＴｍより高い温度を維持している必要があり得るので、連続複合材料織機１００は、冷却ローラーを有していなくてもよい（例えば、第２のローラー対１３０を省略してもよい）。
【0079】
図１４は、複合材料織布がローラー集合体１１６に入る前に、複合材料織布の上面および／または底面にポリマーフィルム１４０２を貼り付けるように構成された連続複合材料織機１００の実施形態の代表的な側面図を示す。ポリマーフィルム１４０２は、純粋なポリマーフィルム、ポリマーが注入された繊維マット、またはその２つの組み合わせであってもよい。ポリマーフィルムローラー１４０４上のポリマーフィルム１４０２のロールは第１のローラー対１２０の上方、および／または、下方に配置することができる。ローラー集合体１１６は（例えば第１のローラー対１２０を介して）ポリマーフィルムローラー１４０４から、ポリマーフィルム１４０２を、上述のようにローラー集合体がフィラメントスプール２１０から経糸フィラメント２１２を引き出すのと同様の方法で、引き出してもよい。ポリマーフィルム１４０２は、ローラー集合体１１６によって固化されたときに、複合材料織布の上面、および／または底面に積層されてもよい。ローラー集合体１１６によって固化された後、固化プロセスにより、そのまま用いることができる、または、上記のオーバーモールドプロセスで用いることができる、完成した平板なパネルである固化織布複合材料２３０が得られる。
【0080】
本願に記載されている設計および機能性は本質的に例示的なものであり、決して本開示を限定するものではない。当業者であれば、本開示の教示が、本明細書で開示された形態および当業者に知られている追加の形態を含む、様々な適切な形態で実施され得ることを理解するであろう。例えば、実行可能な命令が、１以上のプロセッサによって実行されると１以上のプロセッサに上記の方法を実施させるように、非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に格納されていてもよいことを、当業者は認識するであろう。
【0081】
本開示の特定の実施形態は、現在最も実用的な様々な実施形態であると考えられるものに関連して記載されているが、本開示は、開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な変形例および均等な構成を含むことが意図されることを理解されたい。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ用いられており、限定する目的では使用されていない。
【0082】
本明細書では、例を用いて技術の特定の実施形態を開示し、また、任意の装置またはシステムを作製し、使用すること、そこに組み込まれた方法を実行することを含む、当該技術の特定の実施形態を、当業者が実施できるようにする。技術の特定の実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲に定義されており、当業者が思いつく他の実施例を含んでいてもよい。そのような他の例は、特許請求の範囲における文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲における文字通りの言葉とごくわずかに相違する同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれているものとする。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】