特表 2022-534030 三次元織り支持ビーム、およびそれを作製する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-27

(54)【発明の名称】三次元織り支持ビーム、およびそれを作製する方法

(51)【国際特許分類】

   D03D 25/00 20060101AFI20220720BHJP

   D03D 1/00 20060101ALI20220720BHJP

   B29B 15/12 20060101ALI20220720BHJP

   B29K 105/10 20060101ALN20220720BHJP

【ＦＩ】

D03D25/00

D03D1/00 A

B29B15/12

B29K105:10

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021569327

(86)(22)【出願日】2020-05-19

(85)【翻訳文提出日】2021-12-20

(86)【国際出願番号】 US2020033581

(87)【国際公開番号】W WO2020236805

(87)【国際公開日】2020-11-26

(31)【優先権主張番号】62/851,329

(32)【優先日】2019-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】508135080

【氏名又は名称】アルバニー エンジニアード コンポジッツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100117640

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 達己

(72)【発明者】

【氏名】ギルバートソン，ブロック

【テーマコード（参考）】

4F072

4L048

【Ｆターム（参考）】

4F072AA04

4F072AA07

4F072AA08

4F072AB28

4F072AB33

4F072AG02

4F072AL02

4F072AL04

4L048BA09

4L048BA22

4L048DA41

(57)【要約】

各アームの長さにわたって連続的な縦糸繊維補強部を有する交差しているＣビームの少なくとも２つのアームを備えた十字形状の強化構造が開示されている。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

織りプリフォームを形成する方法であって、
第１の織物を前記織りプリフォームの第１の部分における第２の織物の上に織るステップであって、前記第１および第２の織物は、横繊維と織り合わせられる縦糸繊維をそれぞれ含む、織るステップと、
クロスオーバー部分の後に、前記第１の織物が前記織りプリフォームの第２の部分における前記第２の織物の下に織られるように、前記第１の織物の縦糸繊維を前記織りプリフォームの前記クロスオーバー部分で前記第２の織物の縦糸繊維と織り合わせるステップと、を含み、
前記第１および第２の織物における前記縦糸繊維は、前記クロスオーバー部分にわたって連続的である、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
前記第１の織物は、単層織物または多層織物であり、
前記第２の織物は、単層織物または多層織物である、方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の織りプリフォームを形成する方法であって、前記第１の織物の縁部に接する前記縦糸繊維、および前記第２の織物の縁部に接する前記縦糸繊維は、前記クロスオーバー部分において浮いている、方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
前記第２の織物に対してある角度をなすように前記第１の織物を前記クロスオーバー部分を中心として回転させるステップを含む、方法。

【請求項5】

請求項４に記載の織りプリフォームを形成する方法であって、前記角度が９０度である、方法。

【請求項6】

請求項３から５のいずれかに記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
Ｈビーム、Ｉビーム、Ｔビーム、Ｌビーム、およびパイビームからなる群から選択される断面形状を前記プリフォームに有させるように前記第１および第２の織物の縁部を折り曲げるステップを含む、方法。

【請求項7】

請求項３から６のいずれかに記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
前記第１の織物の前記縁部をＣビームに折り曲げるステップと、
前記第２の織物の前記縁部をＣビームに折り曲げるステップと、を含む方法。

【請求項8】

複合支持構造を形成する方法であって、
請求項７に記載の織りプリフォームを形成するステップと、
前記織りプリフォームをマトリックス材料で含浸するステップと、を含む方法。

【請求項9】

横繊維と織り合わせられる縦糸繊維の第１の織物と、
横繊維と織り合わせられる縦糸繊維の第２の織物と、
を備える織りプリフォームであって、
前記第１の織物の前記縦糸繊維は、前記第１の織物における前記縦糸繊維および前記第２の織物における前記縦糸繊維が、クロスオーバー部分にわたって連続的であるように、前記クロスオーバー部分で前記第２の織物の前記縦糸繊維と織り合わせられ、
前記第１の織物および前記第２の織物は、前記クロスオーバー部分とは違う場所では互いに織り合わせられない、織りプリフォーム。

【請求項10】

請求項９に記載の織りプリフォームであって、
前記第１の織物は、単層織物または多層織物であり、
前記第２の織物は、単層織物または多層織物である、織りプリフォーム。

【請求項11】

請求項９または１０に記載の織りプリフォームであって、
横繊維と織り合わせられる縦糸繊維の第３の織物を備え、前記第３の織物は、単層または多層織物であり、
前記第３の織物の前記縦糸繊維は、前記第３の織物における前記縦糸繊維および前記第２の織物における前記縦糸繊維がクロスオーバー部分にわたって連続的であるように、前記クロスオーバー部分で前記第２の織物の前記縦糸繊維と織り合わせられ、
前記第３の織物および前記第２の織物は、前記クロスオーバー部分とは違う場所では互いに織り合わせられず、
前記第１、第２、および第３の織物は、残りの織物のうちの少なくとも１つの他のものとある角度をなす、織りプリフォーム。

【請求項12】

請求項９または１０に記載の織りプリフォームであって、前記第１および第２の織物は、Ｈビーム、Ｉビーム、Ｔビーム、Ｌビーム、およびパイビームからなる群から選択される断面形状を有する、織りプリフォーム。

【請求項13】

請求項９から１１のいずれかに記載の織りプリフォームであって、前記第１および第２の織物は、それぞれＣビームである、織りプリフォーム。

【請求項14】

請求項９から１１のいずれかに記載の織りプリフォームであって、前記第１の織物の縁部に接する前記縦糸繊維および前記第２の織物の縁部に接する前記縦糸繊維は、前記クロスオーバー部分において浮いている、織りプリフォーム。

【請求項15】

請求項１４に記載の織りプリフォームと、
マトリックス材料と、
を備える複合支持構造。

【請求項16】

織りプリフォームを形成する方法であって、
横繊維と織り合わせられる縦糸繊維を含む少なくとも３つの織物を織るステップであって、各織物は、前記織りプリフォームの第１の部分における第２の織物の上に織られた第１の織物を有する、織るステップと、
織物ごとに少なくとも２つのクロスオーバー部分があるように前記少なくとも３つの織物の各々をそれぞれのクロスオーバー部分で少なくとも１つの残りの織物と織り合わせるステップと、を含み、
別の織物の上に織られた交差している織物は、前記少なくとも３つの織物の各クロスオーバー部分の後に、前記別の織物の下に織られ、
前記交差している織物における前記縦糸繊維は、各クロスオーバー部分にわたって連続的である、方法。

【請求項17】

請求項１６に記載の織りプリフォームを形成する方法であって、前記少なくとも３つの織物の各々は、単層織物または多層織物である、方法。

【請求項18】

請求項１６または１７に記載の織りプリフォームを形成する方法であって、前記少なくとも３つの織物の縁部に接する前記縦糸繊維は、クロスオーバー部分ごとに浮いている、方法。

【請求項19】

請求項１６から１８のいずれかに記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
前記少なくとも３つの織物が前記少なくとも３つの織物のうちの少なくとも１つの他のものとある角度をなすように、前記少なくとも３つの織物を、前記クロスオーバー部分を中心として回転させるステップを含む、方法。

【請求項20】

請求項１６から１９のいずれかに記載の織りプリフォームを形成する方法であって、４つの織物があり、各織物は他の２つの織物と正確に交差している、方法。

【請求項21】

請求項２０に記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
前記４つの織物の各々の縁部をＣビームに折り畳むステップを含む、方法。

【請求項22】

請求項１６から１９のいずれかに記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
Ｈビーム、Ｉビーム、Ｔビーム、Ｌビーム、およびパイビームからなる群から選択される断面形状を有するように前記少なくとも３つの織物の各々の縁部を折り曲げるステップを含む、方法。

【請求項23】

請求項１６から１９のいずれかに記載の織りプリフォームを形成する方法であって、
前記少なくとも３つの織物の各々の縁部をＣビームに折り畳むステップを含む、方法。

【請求項24】

複合支持構造を形成する方法であって、
請求項２１に記載の織りプリフォームを形成するステップと、
前記織りプリフォームをマトリックス材料で含浸するステップと、を含む方法。

【請求項25】

複合支持構造を形成する方法であって、
請求項２３に記載の織りプリフォームを形成するステップと、
前記織りプリフォームをマトリックス材料で含浸するステップと、を含む方法。

【請求項26】

横繊維と織り合わせられる縦糸繊維を有する少なくとも３つの織物を備え、各織物は、織りプリフォームの第１の部分における第２の織物の上に織られた第１の織物を有する、織りプリフォームであって、
前記少なくとも３つの織物の各々は、織物ごとに少なくとも２つのクロスオーバー部分があるようにそれぞれのクロスオーバー部分で少なくとも１つの残りの織物と織り合わせられ、
別の織物の上に織られた交差している織物は、前記少なくとも３つの織物の各クロスオーバー部分の後に、前記別の織物の下に織られ、
前記交差している織物における前記縦糸繊維は、各クロスオーバー部分にわたって連続的である、織りプリフォーム。

【請求項27】

請求項２６に記載の織りプリフォームであって、前記少なくとも３つの織物の各々は、単層織物または多層織物である、織りプリフォーム。

【請求項28】

請求項２６または２７に記載の織りプリフォームであって、前記少なくとも３つの織物の縁部に接する前記縦糸繊維は、クロスオーバー部分ごとに浮いている、織りプリフォーム。

【請求項29】

請求項２６から２８のいずれかに記載の織りプリフォームであって、前記少なくとも３つの織物は、前記少なくとも３つの織物のうちの少なくとも１つの他のものとある角度をなす、織りプリフォーム。

【請求項30】

請求項２６から２９のいずれかに記載の織りプリフォームであって、前記少なくとも３つの織物は、Ｈビーム、Ｉビーム、Ｔビーム、Ｌビーム、およびパイビームからなる群から選択される断面形状を有する、織りプリフォーム。

【請求項31】

請求項２６から２９のいずれかに記載の織りプリフォームであって、４つの織物があり、各織物は他の２つの織物と正確に交差している、織りプリフォーム。

【請求項32】

請求項３１に記載の織りプリフォームであって、前記４つの織物の各々は、Ｃビームである、織りプリフォーム。

【請求項33】

請求項２９に記載の織りプリフォームであって、前記少なくとも３つの織物の各々は、Ｃビームである、織りプリフォーム。

【請求項34】

請求項３２に記載の織りプリフォームと、
マトリックス材料と、
を備える複合支持構造。

【請求項35】

請求項３３に記載の織りプリフォームと、
マトリックス材料と、
を備える複合支持構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、支持ビームの形態を有する三次元織りプリフォームに関する。詳細には、本開示は、ビームの両方の長さに沿って連続的な縦糸補強部を有する交差している支持ビームと、それを作製する方法とを含む。

【背景技術】

【0002】

構造的構成部品を製造するために、強化複合材料を用いることは、特に、望ましい特性が、軽量、強固、強靭、耐熱性、自らを支える能力、ならびに形成および成形されることに適合可能であることに求められる応用において、今や広く普及している。そのような構成部品は、例えば、航空、航空宇宙産業、人工衛星、レクレーション分野（レース艇やレーシングカー）、およびその他の応用において使用されている。

【0003】

典型的には、そのような構造的構成部品は、強化構成部分に使用され得る。構造的構成部品は、マトリックス材料に埋め込まれた強化材料から作製される、例えばＩビーム、Ｈビーム、またはＣビームの形状の強化プリフォームを有する強化複合材を含み得る。支持ビームは、ガラス、カーボン、セラミック、アラミド、ポリエチレン、ならびに／あるいは所望の物理的、熱的、化学的および／または他の特性（その中で重要なのは、応力破壊に対する大きな強度である）を示す他の材料などの材料から作製することができる。最終的に完成した強化構成部品の構成要素になるそのような材料を使用することによって、非常に高い強度などの材料の所望の特性が、完成した強化構成部品に授けられる。構成の強化プリフォームは、典型的には、織られるか、編まれるか、不織加工されるか、または他の方法で所望の構成および形状に向けられ得る。通常、構成の強化材料が選択された理由となる特性の最適な利用を確実にするために特別な注意が払われる。通常、そのような強化プリフォームは、所望の完成した強化構造的構成部品を形成するために、または完成した強化構成部品の最終製造のためのワーキングストックを製造するために、マトリックス材料と組み合わせられる。

【0004】

所望の強化プリフォームが構築された後、マトリックス材料は、プリフォームへまたはプリフォームの中に導入されてもよく、これによって、典型的には、強化プリフォームは、マトリックス材料に包まれることになり、マトリックス材料は、強化プリフォームの構成要素間の隙間のエリアを満たす。マトリックス材料は、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、セラミック、カーボン、ならびに／あるいは所望の物理的、熱的、化学的、および／または他の特性をやはり示す他の材料などの多種多様な材料のいずれかであり得る。マトリックスとして使用するために選ばれる材料は、強化プリフォームの材料と同じであってもなくてもよく、同等の物理的、化学的、熱的、または他の特性を有しても有さなくてもよい。しかしながら、典型的には、それらは、同じ材料とはならないか、または同等の物理的、化学的、熱的、または他の特性を有さない。というのも、そもそも複合材を用いる際に求められる通常の目的は、ただ一種類の構成材料を使用するだけでは達成できない特性の組合せを完成品で実現することにあるからである。そのように組み合わされると、強化プリフォームおよびマトリックス材料は、次いで、熱硬化処理または他の知られている方法によって同じ作業工程において硬化および安定化され、そして、所望の構成部品の製造に向けて他の作業を受けることができる。硬化された後、通常、マトリックス材料の固化した塊が、強化材料（例えば、強化プリフォーム）にとても強く付着する。結果として、繊維または他の構成材料間で接着剤として作用するそのマトリックス材料を特に介して、完成した構成部品に対する応力は、強化プリフォームの構成材料に有効に伝達され、これによって担われ得る。

【0005】

プリフォーム強化支持ビームの典型的な組合せは、プリフォームによって互いに対してある角度（典型的には、直角）になされる。つなぎ合わされた強化プリフォームのそのような角度構成の通常の目的は、圧力または張力などの外力に複合構造がさらされるとたわみまたは破損に対して生成する、結果として得られる複合構造を強くするために強化プリフォームの形成に求められる形状を作り出すことである。いずれにせよ、関連する考慮事項は、強化支持ビーム間の各接合をできる限り強くさせることである。強化プリフォーム構成にしばしば所望のとても高い強度を与えると、接合の弱さが、有効に、構造的「チェーン」における「弱い連結」になる。

【0006】

支持ビームは、それらが交差する接合に取り付けられる。大部分の取付け手法は、例えば、リベット、ボルト、クリップなどの留め具を用いる、金属に受容可能なものに重点をおく。特に、互いに交差しているＣビームの形状における支持ビームは、それらが交差する取付けのためのエリアがほとんどない。標準的なビームの構築方法は、概して、副ビームの端部が取り付けられる１つの連続的な主ビームを含む。この設計に対する改善は、主ビームと副ビームのウェブの交差点にわたって連続的な繊維を組み込む。しかしながら、Ｃビームプリフォームの場合には、交差部分において少なくとも１つの方向にフランジの切断部がある。切断されたフランジは、連続的なフランジと小さい重ね剪断ジョイントを形成することができる（図１参照）が、ジョイントにわたって土台として働くブラケット、留め具、および／または追加の別個の部品を用いて強化することを必要とする交差部分に利用可能な重複領域は限られている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

織りプリフォームの第１の部分における第２の織物の上に織られた第１の織物を含む織りプリフォーム、およびそれを形成する方法が開示されている。上記第１の織物の縦糸繊維は、クロスオーバー部分の後に、上記第１の織物が上記織りプリフォームの第２の部分における上記第２の織物の下に織られるように、上記織りプリフォームの上記クロスオーバー部分で上記第２の織物の縦糸繊維と織り合わせられる。上記第１および第２の織物における上記縦糸繊維は、上記クロスオーバー部分にわたって連続的である。上記第１および第２の織物は、単層織物または多層織物とすることができる。

【0008】

一実施形態では、上記第１の織物の縁部に接する上記縦糸繊維および上記第２の織物の縁部に接する上記縦糸繊維は、上記クロスオーバー部分において浮いている。

【0009】

別の実施形態では、上記第１の織物は、上記第２の織物に対してある角度をなすように上記クロスオーバー部分を中心として回転させることができる。上記なす角度は、最終的な構造的構成部品の構成に応じて、９０度または任意の所望の角度とすることができる。

【0010】

さらに別の実施形態では、上記第１および第２の織物は、Ｃビームに折り曲げられる。複合構造は、上記プリフォームをマトリックス材料で含浸させることによって形成されてもよい。

【0011】

横糸繊維と織り合わせられる縦糸繊維を含む少なくとも３つの織物を織るステップを含み、各織物は、織りプリフォームの第１の部分における第２の織物の上に織られた第１の織物を有する織りプリフォーム、およびそれを作製する方法がさらに開示されている。上記少なくとも３つの織物の各々は、織物ごとに少なくとも２つのクロスオーバー部分があるようにそれぞれのクロスオーバー部分で少なくとも２つの残りの織物と織り合わせられる。上記少なくとも３つの織物の各クロスオーバー部分の後に、別の織物の上に織られた交差している織物が、上記別の織物の下に織られる。上記交差している織物における上記縦糸繊維は、各クロスオーバー部分にわたって連続的である。上記少なくとも３つの織物の各々は、単層織物または多層織物とすることができる。

【0012】

一実施形態では、上記少なくとも３つの織物の縁部に接する上記縦糸繊維は、クロスオーバー部分ごとに浮いている。上記少なくとも３つの織物は、上記少なくとも３つの織物が上記少なくとも３つの織物のうちの少なくとも１つの他のものとある角度をなすように上記クロスオーバー部分を中心として回転させることができる。

【0013】

別の実施形態では、上記少なくとも３つの織物は、Ｃビームに折り曲げられてもよい。

【0014】

別の実施形態では、４つの織物があり、各織物は他の２つの織物と正確に交差しており、４つの織物は、Ｃビームに折り曲げられてもよい。

【0015】

本発明のさらなる理解をもたらすために含まれている添付図面は、本明細書の一部に組み込まれ、これを構成する。本明細書に示された図面は、本発明の様々な実施形態を示し、その記述とともにと共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】フランジを備えた形成されたままの十字形の紙のモデルを示す図である。

【図2】紙のモデルを用いて十字形を形成する間の横繊維の交差点の線の動きを示す一連のイメージ図である。

【図3】縦糸が摺動することを可能にするプリフォームの平面図である。

【図4】形成されたままのフランジの交差点の平面図である。

【図5】１つのクロスオーバー部分を有する織られたままのプリフォームの断面図である。

【図6】織られたままの本開示によるプリフォームの平面図である。

【図7】図６のプリフォームの底面図である。

【図8】十字形に形成された図７のプリフォームを示す図である。

【図9】図８の十字形に関するフランジに折り曲げられる上縁部の平面図である。

【図10】図８の十字形に関するフランジに折り曲げられる下縁部の底面図である。

【図11】本開示によるＣビーム十字形の複合材を示す図である。

【図12】交差点内の３つの異なる縦コラムの破断図である。

【図13】本開示により織られ、形成されたＩビーム十字形を示す図である。

【図14】単一のクロスオーバー部分を有する織られたままのプリフォームの断面図である。

【図15】４つのクロスオーバー部分を有する織られたままのプリフォームの断面図である。

【図16】９つのクロスオーバー部分を有する織られたままのプリフォームの断面図である。

【図17】４つのクロスオーバー部分を有する織られたままのプリフォームから形成されたＣビーム十字形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示における用語「備えること、含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「含むこと、備えること（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」を意味するか、あるいは、米国特許法における用語「備えること、含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」に一般に与えられる意味を有する。特許請求の範囲で使用される場合に、用語「～から本質的に成ること」または「～から本質的に成る」は、米国特許法においてそれらに帰する意味を有する。本発明の他の態様は、以下の開示で説明されるか、または、以下の開示から（および本発明の範囲内で）明らかである。

【0018】

用語「糸」、「繊維」、「トウ」、および「ヤーン」は、以下の説明において交換可能に使用される。「糸」、「繊維」、「トウ」、および「ヤーン」は、本明細書で使用されるとき、モノフィラメント、マルチフィラメントヤーン、ツイステッドヤーン、マルチフィラメントトウ、テクスチャードヤーン、編組トウ、コーテッドヤーン、複合ヤーン、ならびに当業者に知られている任意の材料の伸縮性破断繊維から作製されたヤーンを含む。ヤーンは、カーボン、ナイロン、レーヨン、繊維グラス、綿、セラミック、アラミド、ポリエステル、金属、ポリエチレングラス、および／あるいは所望の物理的、熱的、化学的、または他の特性を示す他の材料で作製され得る。

【0019】

本明細書で使用されるとき、「織物」は、横繊維と織り合わせられる縦糸繊維を意味し、織物は、単層織物または多層織物であり得る。用語「多層織物」は、本明細書で便宜のために使用され、単層織物も含む。

【0020】

用語「折り曲げられる」は、「形成すること」を意味するために本明細書で広く使用され、これは、折り曲げ解除すること、曲げること、および織物の形状を操作するための他のそのような用語を含む。用語「Ｃフランジ」および「Ｃビーム」は、Ｃ形断面を有する構造を指すために交換可能に使用される。同様に、用語「Ｈビーム」、「Ｉビーム」、「Ｔビーム」、「Ｌビーム」、および「πビーム」（パイビーム）は、それぞれ、Ｈ形、Ｉ形、Ｔ形、Ｌ形、またはπ形（パイ形）断面を有する構造を指すために使用される。しかしながら、この断面形状の一覧は、網羅的とみなされるべきではない。すなわち、全ての断面形状が考えられる。用語「支持ビーム」は、任意の断面形状を有するビームを含むように使用される。

【0021】

以下の説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「横」、「縦」、「上方」、「下方」、「～の上」、「～の下」などの用語は、関係を示す便宜上の単語であり、用語を限定するものとして解釈されるべきではないと理解される。

【0022】

本発明、その利点、およびその使用によって達成される目的をよりよく理解するために、本発明の非限定的な実施形態が添付の図面に例示されており、対応する構成要素は同じ参照数字によって特定されている、添付の説明事項の参照がなされる。

【0023】

本開示は、支持ビームの形状で強化プリフォームを備えた構造的構成部品に向けられる。一実施形態では、Ｃ形断面（Ｃビーム）およびアームの長さにわたる繊維の連続性、または少なくとも十字形のＣビームアームが交差するクロスオーバー部分にわたる繊維の連続性を備えたアームを有する三次元（３Ｄ）の織られた十字形プリフォームが開示されている。したがって、本開示は、アームが交差する場所でアームを取り付けるために、Ｃビームアームにおいて繊維を切断する必要がないまたは留め具を使用する必要がない織られたＣビーム支持プリフォームを提供する。

【0024】

図１は、Ｃビーム１０４、１０６を有する３Ｄプリフォーム十字形１００の所望の最終形状のモデルを示す。後述するように、Ｃビームは、Ｃビームの交差しているフランジ１０２に沿って連続的な縦糸を有するように織られる。この構成は、十字形の両方向Ｘ、Ｙに連続的な繊維を有するＣビームまたはアームを備えた十字形をもたらす。Ｘ方向が第１のアームにおける縦糸繊維の方向であり、Ｙ方向が第２のアームにおける縦糸繊維の方向である。すなわち、Ｃビームのフランジ１０２は、十字形の長さにわたって、および詳細には十字形のＣビーム同士が交差する位置であるクロスオーバー部分１０８にわたって連続的な縦トウを有する。

【0025】

Ｃビームのフランジは、クロスオーバー部分にわたる繊維の連続性なしでＣビーム十字形にわたる結果として得られる十字形強化プリフォームの曲げ剛性の増大をもたらすことができる。本開示は、十字形のＸ方向とＹ方向の両方における織物の繊維の連続性を同時に実現することをもたらす。同時の連続性は、所望の形成されたままのクロスオーバー位置が織られたままのクロスオーバー位置とは異なるので、先行技術のＣビーム十字形において妨げられる。すなわち、フランジの横繊維は、Ｃビームフランジの形成を可能にするためにクロスオーバー位置における縦糸繊維の必要な摺動を禁止する。図２Ｃは、このクロスオーバー位置のポジションの変化を示す。

【0026】

図２は、説明のための紙のモデルを用いてアーム（見えない）を回転させることによって（平面図により）Ｃビーム十字形構造の形成を示す。Ｃビーム十字形構造を形成する加えられたフランジ（２０４、２０６、および図２におけるような）は、交差しているアーム２０４、２０６によって形成される線に沿って力または荷重が加えられるときに、フランジの付いていない十字形（すなわち、フランジ１０２なし）にわたって剛性を増大させる。しかしながら、十字形アームの交差を助けるためにフランジにおいて縦糸繊維を切断することは、フランジ方向の１つに繊維の不連続をもたらす結果になる。縦糸繊維の不連続は、続いて塗布される樹脂ボンドがクロスオーバー部分にわたって移ることができる限界まで構造の性能を劣化させ得る弱い箇所を作り出す。

【0027】

Ｃビーム十字形の両方向にフランジ全体にわたって連続的な繊維を維持することで、結果として得られるプリフォームの各アームの長さに沿って引張剛性および圧縮剛性を増大させることができる。本発明は、Ｃビーム十字形のアームの各フランジに沿って同時に縦糸繊維の連続を可能にする。

【0028】

一実施形態では、アームの可動域全体にわたるフランジのクロスオーバー部分において、縦糸繊維の少なくとも一部が浮く、すなわち、横繊維と織り合わせられない。すなわち、十字形の第１のアームのフランジにおける縦糸繊維は、クロスオーバー部分における十字形の第２のアームの縦糸繊維に対して自由に摺動する。この特徴は、Ｃビームの平織されたアームが、アームの形成されたままの幾何学的形状にクロスオーバー部分を中心として回転させられることを可能にすることができる。

【0029】

図３は、織られるときのＣビームの１つのアーム３００を示す。Ｃビームは、平織である。平織のＣビームの縁部３０２、３０４は、Ｃビームのフランジの中に後で形成される。縁部３０２、３０４の縁部部分３０６、３０８における縦糸繊維は、横繊維と織り合わせられない。したがって、部分３０６、３０８における縦糸繊維が浮く。縁部３０６、３０８において縦糸繊維が浮いていることで、アーム３００における縦糸繊維が、アームの縁部をＣビーム断面形状に折り曲げられるように、別の交差しているアームにおける縦糸繊維に対して摺動することを可能にすることができる。縦糸繊維がアーム３００の幅にわたって浮いている縁部部分３０２、３０４の寸法は、折り曲げられるときにＣビームフランジの長さを決定することができ、これは、典型的には０．２５４ｃｍ（０．１インチ）から５．０８ｃｍ（２インチ）の範囲内であるが、より大きい長さおよびより小さい長さのフランジが考えられる。アーム３００の長さに沿った縁部部分３０６、３０８の寸法は、任意の幅および長さとすることができるが、典型的には、幅は縁部部分３０２、３０４の幅に適合し、長さは横切るアーム（図３に図示せず）の幅に対応する。しかしながら、縁部部分３０６、３０８の範囲の寸法範囲は、開示された構造における限定要因ではない。

【0030】

図４は、フランジ付きのＣビーム十字形が形成された後のフランジの交差点の平面図を示す。図４では、水平アームのクロスハッチングは、上から見えるＣビーム十字形の第１のアーム４０６のフランジを表し、垂直アームのクロスハッチングは、Ｃビーム十字形の第２のアーム４０４のフランジを表す。フランジ４０４、４０６は、互いに直角に、または最終的な十字形構造について任意の所望の角度で形成することができる。

【0031】

第１のアーム４０６の長さに沿った水平線は、第１のアーム４０６の縦トウ４０８を表す。縦トウ４０８に直角な線は、第１のアーム４０６の横トウ４１２を表す。同様に、第２のアーム４０４の長さに沿った垂直線４１０は、第２のアーム４０４の縦トウ４１０を表す。そして、縦トウ４１０に直角な線は、第２のアーム４０４の横トウ４１４を表す。

【0032】

第１のアーム４０６および第２のアーム４０４が横切る位置が、十字形の交差点（クロスオーバー部分４０２）である。図４では、横トウ４１２、４１４は、形成されたプリフォームのクロスオーバー部分４０２における第１および第２のアームのフランジに存在しない。

【0033】

図５は、織物が織機から落ちたときの織られたままの織物プリフォーム５００の縦糸方向の断面図を示す。図示のプリフォームは、１つのクロスオーバー部分５１８を有する十字形構造を形成する２つの多層織物５０２、５０４を含む。多層織物５０２は、クロスオーバー部分の前に多層織物５０４の下に織られる。多層織物５０２は、クロスオーバー部分の後に多層織物５０４の上に織られる。

【0034】

後の図における識別のために、多層織物５０２は、クロスオーバー部分の前に、織物の一方の側に表面５１４Ａを有し、織物の反対側に５１４Ｂを有する。多層織物５０２は、クロスオーバー部分の後に、織物の一方の側に表面５１２Ａを有し、織物の反対側に５１２Ｂを有する。同様に、多層織物５０４は、クロスオーバー部分の前に、織物の一方の側に表面５１０Ａを有し、織物の反対側に５１０Ｂを有する。多層織物５０４は、クロスオーバー部分の後に、織物の一方の側に表面５１６Ａを有し、織物の反対側に５１６Ｂを有する。

【0035】

第１および第２の多層織物の縦糸繊維は、それらがフランジに折り曲げられるクロスオーバー部分において浮き、第１および第２の多層織物における縦糸繊維が、クロスオーバー部分にわたって連続的である。第１の多層織物は、Ｃビーム十字形の第１のアームを形成するために後で使用され得る。同様に、第２の多層織物は、Ｃビーム十字形の第２のアームを形成するために後で使用され得る。第１および第２の多層織物は、織物が互いに対して所望の角度にあるようにクロスオーバー部分を中心として回転させられる。特定の実施形態では、第１の多層織物と第２の多層織物の間の角度は、９０度である。しかしながら、４５度などの他の角度が考えられる。第１の多層織物の縁部は、第１の多層織物がＣ形断面を有するようにフランジを形成するように折り曲げられる。同様に、第２の多層織物の縁部は、第２の多層織物がＣ形断面を有するようにフランジを形成するように折り曲げられる。

【0036】

プリフォームは、プリフォームの所望の長さについて第１の多層織物が第２の多層織物の上に織られている二次元（平織）構造である。第１の多層織物は、クロスオーバー部分の後に、第１の多層織物が第２の多層織物の（真）下に織られるように、プリフォームのクロスオーバー部分で第２の多層織物と交差する。すなわち、本開示による１つのクロスオーバー部分を有する十字形構造において、第１および第２の多層織物は、クロスオーバー部分で互いに織り合わせられ、他の場所ではプリフォームに互いに織り合わせられない。

【0037】

図６から図１１は、図５の表面の識別を用いて、１つのクロスオーバー部分を有する織りプリフォーム５００を形成する際の図を示す。図６は、１つのクロスオーバー部分５１８を備えたＣビーム構造に形成する前の平織の織物プリフォームの平面図である。織物の縁部６２０、６２２に接する部分５０６、５０８における縦糸繊維は、横繊維と織り合わせられない。したがって、部分５０６、５０８における縦糸繊維は浮く。図５で識別される表面５１０Ａ、５１２Ａは、中点６１４のそれぞれの側の織物プリフォームの平面図に見られる。

【0038】

図７は、平面図において織り合わせられる領域５０６、５０８が底面図において織り合わせられない図６の織物プリフォーム５００の底面図である。図５で識別される表面５１４Ａ、５１６Ａは、中点６１４のそれぞれの側の織物プリフォームの底面図に見られる。

【0039】

図８は、織物５０２、５０４を互いに対して回転させることによって図５に示された平織の織物をＣビーム十字形に形成することを示す。説明のために、多層織物５０２の織物表面５１２Ａ、５１２Ｂ、および５１４Ａ、５１４Ｂは、図５に示された矢印ＪおよびＫの方向に回転させられる。

【0040】

図９は、図８のＣビーム十字形をＣビーム十字形に形成することを示す平面図である。縁部６２０、６２２は、それぞれフランジ９０２、９０４を形成するように折り曲げられ、Ｃビーム断面形状になる。クロスオーバー部分５１８における縦糸繊維は浮いており、これにより縁部６２０、６２２が折り曲げられることが可能になる。例えば、クロスオーバー部分５１８における部分５０６の縦糸繊維は、横繊維と織り合わせられない。したがって、クロスオーバー部分における多層織物５０２の縦糸繊維は、横繊維によって邪魔されることなく、クロスオーバー部分における多層織物５０４の浮いている縦糸繊維に対して摺動することができる。残りの縁部は、十字形構造の他のアームにＣビーム断面形状を形成するように同様に折り曲げられる。

【0041】

図１０は、図９に形成されたＣビーム十字形の底面図を示す。上述した図９と同様に、クロスオーバー部分５１８における縦糸繊維は浮いており、これにより縁部６２０、６２２が折り曲げられることが可能になる。例えば、クロスオーバー部分５１８における部分５０８の縦糸繊維は、横繊維と織り合わせられない。したがって、クロスオーバー部分における多層織物５０２の縦糸繊維は、横繊維によって邪魔されることなく、クロスオーバー部分における多層織物５０４の浮いている縦糸繊維に対して摺動することができる。

【0042】

Ｃビーム十字形構造の形成後に、プリフォームは、複合材を形成するようにマトリックス材料で含浸されてもよい。複合Ｃビーム十字形の一例は、図１１に示されている。

【0043】

図１２は、Ｃビーム十字形（形成後）のフランジクロスオーバー部分における３つの縦コラムＡ、Ｂ、およびＣを示す。第１のアームのフランジの縦トウ１８０４、および第２のアームのフランジの縦トウ１８０６は、横繊維と織り合わせられない。示されているように、第１のアームの縦トウ１８０４は、クロスオーバー部分１８０２にわたって第２のアームの縦トウ１８０６と織り合わせられる。この特徴は、織られたままのプリフォームから所望の十字形形状に形成されるときに、Ｃビームのアームがクロスオーバー部分を中心として回転することを可能にする。

【0044】

本発明は、図１３に示されたＩビーム十字形プリフォーム１３００を作製するために適用することもできる。プリフォームは、第１のアーム１３０６および第２のアーム１３０４を備える。第１のアーム１３０６および第２のアーム１３０４の各々は、２つの対向したフランジ１３０２を有する。第１および第２のアームは、クロスオーバー部分１３０８で交差する。

【0045】

本発明は、Ｃビーム十字形構造に形成され得るたった１つのクロスオーバー部分を有する織りプリフォームに限定されない。複数のクロスオーバー部分と平織されるＣビーム断面形態を有する十字形構造が、形成され得る。図１４から図１６は、十字形構造を形成するために使用され得る多層織物の断面図を示す。限定されるものではないが、「Ｈビーム」、「Ｉビーム」、「Ｔビーム」、「Ｌビーム」、および「πビーム」を含む他の断面形態を有するプリフォームが、同様に考えられる。

【0046】

図１４は、２つの多層織物１４０２、１４０４および単一のクロスオーバー部分１４００_１を有する平織のプリフォームの断面図を示す。多層織物１４０２は、クロスオーバー部分１４００_１の一方の側の多層織物１４０４の上に、およびクロスオーバー部分の別の側の多層織物１４０４の下に織られる。上で詳細に説明されたように、プリフォームは、「十字」または「Ｘ形」を有するＣビーム構造に形成することができる。

【0047】

図１５は、４つの多層織物１５０２、１５０４、１５０６、１５０８、および４つのクロスオーバー部分１５００_１、１５００_２、１５００_３、１５００_４を有する平織のプリフォームの断面図を示す。各多層織物は、他の２つの多層織物の各々との２つのクロスオーバー部分を含む。いずれの場合にも、第１の多層織物は、クロスオーバー部分の一方の側の第２の多層織物の上に、およびクロスオーバー部分の他方の側の第２の織物の下に織られる。例えば、多層織物１５０２は、多層織物１５０６および１５０８の各々との２つのクロスオーバー部分１５００_１、１５００_４を含む。織物１５０２は、クロスオーバー部分１５００_１の一方の側の織物１５０６の上に、およびクロスオーバー部分１５００_１の他方の側の織物１５０６の下に織られる。織物１５０２は、クロスオーバー部分１５００_４の一方の側の織物１５０８の上に、およびクロスオーバー部分１５００_４の他方の側の織物１５０８の下に織られる。同様の織りは、残りの織物１５０４、１５０６、１５０８のそれぞれについて達成され得る。この実施形態では、結果は、開放領域１５１８の境界を定める「ハッシュ」または「番号」記号形の形態を有する十字形構造になる。

【0048】

図１７は、図１５に示された織物から形成された十字形構造の説明図である。図１７に示された十字形構造は、４つのアーム１５０２、１５０４、１５０６、１５０８を含む。各アームは、クロスオーバー部分で他の２つのアームと交差する。したがって、各アームは、２つのクロスオーバー部分を有する。アーム１５０２は、多層織物１５０６および１５０８の各々とのクロスオーバー部分１５００_１、１５００_４を含み、アーム１５０４は、多層織物１５０６および１５０８の各々とのクロスオーバー部分１５００_２、１５００_３を含み、アーム１５０６は、多層織物１５０２および１５０４の各々とのクロスオーバー部分１５００_１、１５００_２を含み、アーム１５０８は、多層織物１５０４および１５０２の各々とのクロスオーバー部分１５００_３、１５００_４を含む。上述したように、結果は、開放領域１５１８の境界を定める「ハッシュ」または「番号」記号の形態を有する構造になる。

【0049】

図１６は、６つの多層織物１６０２、１６０４、１６０６、１６０８、１６１０、１６１２とともに９つのクロスオーバー部分１６００_１、１６００_２、１６００_３、１６００_４、１６００_５、１６００_６、１６００_７、１６００_８、１６００_９を有する平織のプリフォームの断面図を示す。各織物は、３つの他の織物との３つのクロスオーバー部分を含む。例えば、織物１６０２は、織物１６０８、１６１０、１６１２の各々とのクロスオーバー部分１６００_１、１６００_２、１６００_３を含む。このやり方で織られたプリフォームは、図示の複雑な十字形パターンになる。

【0050】

この構造を拡張する、または本明細書に説明された基本的な２つのアームの十字形から他の構造を創出する他の実施が考えられる。図１４～図１６に説明されたパターンは、所望の構造のために続けられてもよい。そのような構造は、三角形、長斜方形(rhomboid)、五角形、六角形などの構造を含むが、これらに限定されない。

【0051】

実施形態のいずれでも、織りプリフォームは、マトリックス材料で含浸され得る。マトリックス材料は、エポキシ、ビスマレイミド、ポリエステル、ビニルエステル、セラミック、カーボン、および他のそのような材料を含む。

【0052】

他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【国際調査報告】