(57)【要約】  湾曲され得るとともに湾曲の方向に連続繊維を有する３次元の織られたプリフォームを形成する機器および方法が開示される。それによって形成される織られたプリフォームも開示される。【選択図】図５
2021532008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲したプリフォームを形成する方法であって、
織機から前進するプリフォーム織物の繊維に少なくとも１セットの対合するクランプを適用するステップであって、少なくとも１つのペアの対合するクランプはそれらの間で前記プリフォーム織物の少なくとも一部を捕え、前記少なくとも１セットのクランプは前記織機から前進する前記繊維の少なくとも一部を引っ張ることによって繊維の長さの増大を引き起こす幾何学的形状を有する、適用するステップと、
前記プリフォームを湾曲に形成するステップとを含み、
前記繊維は、前記プリフォーム織物の長さに沿って連続的である、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記プリフォーム織物に適用される少なくとも２セットの対合するクランプがあり、前記対合するクランプは、それらの間にファブリックを受け入れるように構成されている、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
前記プリフォーム織物を間で圧縮するように対合するクランプの各セットに力を付与するステップを含む、方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の方法において、前記繊維の長さの増加は、縦方向である、方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかに記載の方法において、
前記少なくとも２セットの対合するクランプを互いに隣接して配設するステップと、
前記少なくとも２セットの対合するクランプを互いに接合するステップとを含む、方法。
【請求項６】
請求項２または３に記載の方法において、
前記２つ以上のセットの対合するクランプを前記ファブリックの別々の位置に配置するステップであって、前記別々の位置ごとに縦方向の前記繊維の長さを増大させるが、他の位置では増大させないように配置するステップを含む、方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法において、対合するクランプの各セットは、上側クランプ部分および下側クランプ部分を含む、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記下側クランプ部分は、２つの対を成す部品である、方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の方法において、前記繊維の前記長さは、前記湾曲の内側におけるよりも前記湾曲の外側でより大きい、方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の方法において、前記繊維の前記長さは、前記湾曲の内側におけるよりも前記湾曲の外側でより短い、方法。
【請求項１１】
湾曲した織られたプリフォームであって、
複数の横繊維と、
前記プリフォームの基部を形成するように前記複数の横繊維と織り交ぜられる複数の縦繊維とを備え、
前記プリフォームの前記基部は前記プリフォームの長さにわたって連続的な前記縦繊維で湾曲され、前記縦繊維の一部は他の縦繊維よりも長い、湾曲した織られたプリフォーム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の湾曲した織られたプリフォームにおいて、前記織られたプリフォームの湾曲は凸状であり、前記縦繊維の長さは、前記プリフォームの前記湾曲の内側の方よりも前記プリフォームの前記湾曲の外側の方で大きい、湾曲した織られたプリフォーム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の湾曲した織られたプリフォームにおいて、
前記基部と一体的に織られるとともに前記基部の長さに沿って湾曲している少なくとも１つの脚を備え、
前記少なくとも１つの脚を形成する縦繊維は、前記少なくとも１つの脚の内側湾曲の方よりも前記少なくとも１つの脚の外側湾曲の方で大きい、湾曲した織られたプリフォーム。
【請求項１４】
請求項１１に記載の湾曲した織られたプリフォームにおいて、前記織られたプリフォームの湾曲は凹状であり、前記縦繊維の長さは、前記プリフォームの前記湾曲の内側の方よりも前記プリフォームの前記湾曲の外側の方で短い、湾曲した織られたプリフォーム。
【請求項１５】
請求項１１または１４に記載の湾曲した織られたプリフォームにおいて、
前記基部と一体的に織られるとともに前記基部の長さに沿って湾曲している少なくとも１つの脚を備え、
前記少なくとも１つの脚を形成する縦繊維は、前記少なくとも１つの脚の内側湾曲の方よりも前記少なくとも１つの脚の外側湾曲の方で短い、湾曲した織られたプリフォーム。
【請求項１６】
上側クランプと、
前記上側クランプと対合可能な下側クランプと
を備えるクランプであって、
前記上側クランプは、前記下側クランプと対合するとともにそれらの間にファブリックを受け入れるように構成された相補形状を有する、クランプ。
【請求項１７】
各クランプが上側クランプ部分および下側クランプ部分ならびに一体接続部分を有する２つ以上のクランプ
を備える成形用クランプシステムであって、
前記２つ以上のクランプは、前記接続部分によって互いに接続可能であり、それらの間にファブリックを受け入れるように構成されている、成形用クランプシステム。
【請求項１８】
刃部を有する上側クランプと、
前記上側部分と分離可能および対合可能であり、下側クランプの第１の部分および下側クランプの第２の部分を有する下側クランプと
を備えるクランプであって、
前記下側クランプの第１および第２の部分は、前記上側および下側クランプが一緒に対合されるときに前記上側クランプの前記刃部が間隙に入るようにそれらの間に前記間隙を有する、クランプ。
【請求項１９】
各クランプが刃部を備えた上側クランプ部分と下側クランプ部分とを有し、各クランプが一体接続部分を含む、２つ以上のクランプ
を備える成形用クランプシステムであって、
各下側クランプはそれぞれの上側クランプと分離可能および対合可能であり、前記下側クランプは下側クランプの第１の部分および下側クランプの第２の部分を有し、前記上側クランプおよび下側クランプが一緒に対合されるときに、それらの間の間隙が前記刃部を受け入れ、
前記２つ以上のクランプは、前記接続部分によって互いに接続可能であり、それらの間にファブリックを受け入れるように構成されている、成形用クランプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月１日に出願した米国仮出願第６２／７１３，２０６号の優先権の利益を主張するものであり、これは、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、織られたプリフォームに関し、特に、強化複合材料に使用される織られたプリフォームに関する。より詳細には、本発明は、連続繊維強化で湾曲される織られたプリフォームに関する。
【背景技術】
【０００３】
構造構成部品を生産するために強化複合材料を使用することは、特に、軽量、高強度、高靭性、高熱抵抗、および高い形成および成形される能力といった望ましい特性が大いに有利に利用できる用途において現在広く行き渡っている。そのような構成部品は、例えば、航空、航空宇宙、衛星、高性能娯楽製品、および他の用途に使用される。
【０００４】
典型的には、そのような構成部品は、マトリックス材に埋め込まれた強化材料からなる。強化構成部品は、ガラス、炭素、セラミック、アラミド、ポリエステル、ならびに／あるいは所望の物理的特性、熱特性、化学特性、および／または他の特性（それらの間で主要なものは、応力破壊に対する強度である）を示す他の材料などの材料から作製することができる。
【０００５】
完成した構成部品の構成要素に最終的になるそのような強化材料の使用を通じて、高強度などの強化材料の望ましい特性は、完成した複合構成部品に与えられる。典型的な構成強化材料は、織られ、編まれ、または強化プリフォームのための所望の構成および形状に他の方法で向けられ得る。通常、構成強化材料が選択される特性の最適な利用を確実にすることに特に注意が払われる。
【０００６】
所望の強化プリフォームが構築された後、マトリックス材がプリフォームに導入されてもよく、それによって強化プリフォームは、マトリックス材に入れられることになり、マトリックス材は、強化プリフォームの構成要素間の隙間の領域を満たす。マトリックス材と組み合わされた強化プリフォームは、所望の完成構成部品を形成することができ、または完成構成部品の最終的な生産のためのワーキングストックをもたらす。
【０００７】
マトリックス材は、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エポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、セラミック、炭素、ならびに／あるいは他の材料などの幅広い種類の材料のいずれかであり得る。マトリックスとしての使用の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、同等の物理的特性、化学的特性、熱的特性、および／または他の特性を有しても有していなくてもよい。しかしながら、そもそも複合材料の使用に求められる通常の目標は、１つの構成材料単独の使用によっては達成可能ではない完成製品の特性の組合せを実現することであるので、典型的には、それらは、同じ材料とならず、または同等の物理的特性、化学的特性、熱的特性、および／または他の特性を有さない。そのように組み合わされると、次いで、強化プリフォームおよびマトリックス材は、熱硬化性の方法または他の知られている方法によって同じ作業で硬化および安定化され得、次いで、所望の構成部品を生産することに向けて他の作業を受ける。そのように硬化された後、次いで、通常、マトリックス材の固化した塊は、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ことをこの時点で留意することが重大である。
【０００８】
織られたプリフォームを生産する一般的な方法は、２次元（「２Ｄ」）構造を織り、それを３次元（「３Ｄ」）形状に折り曲げることである。折り曲げられるプリフォームの利益は、強化されるパネルと強化しているパネルの間の接合の強度である。それらが一緒に織られるとき、パネルは、強化材料、および最終的な複合物においては、マトリックス材を共有し、単一の構成を作り出す。一体に織られた強化フランジまたは脚と母材または基部との間の連結は、先行技術の強化のように接合の強度については付着の強度だけに頼る弱いリンクでない。代わりに、プリフォームの繊維は、脚と基部を一緒に一体的に織る。
【０００９】
しかしながら、しばしば、湾曲などの複雑な形状が強化を必要とする。１つまたは複数の直立している脚を備えたフランジ基部を有する折り曲げられたＴ形またはＰｉ形プリフォーム強化、およびフランジ基部を有する他のプリフォーム強化は、湾曲面に対処するために脚のダーツ処理を必要とする。折り曲げられるプリフォームのフランジ材料が湾曲形状を仮定するとき、湾曲面の長さは、湾曲の内側から脚の外側へ必然的に変わる。湾曲したときにより大きい半径を有する表面である湾曲の外側の弧の長さは増加し、一方、湾曲の内側で、弧の長さは減少する。典型的な折り曲げられるプリフォームの脚は、湾曲面に対処することが必要とされるときに長さを変えることができない。湾曲面に対処するために、脚は、ダーツ処理されなければならない。すなわち、脚は、変化した弧の長さに脚が合うことを可能にするために切断されなければならないか、または不連続な繊維を有しなければならない。
【００１０】
典型的には、切断は、湾曲の局所半径に沿っているが、他の半径でない切断も、長さの変化に対処するために使用され得る。湾曲したプリフォームの内側における減少した長さを可能にするために、脚は切断され、切断した縁は重なり合うことが可能にされ、または余分な材料が除去される。同様に、湾曲の外側における増加した長さに対処するために、脚は切断され、脚の切断した縁間に三角形の間隙をもたらす。どちらの構成でも、ダーツ処理は、各脚における強化繊維の連続性を破断させる。３ＤのＴプリフォームまたはＰｉプリフォームの脚のダーツ処理は、曲線の周りに主負荷経路を与える繊維を切断することをダーツ処理が伴うので、プリフォームの負荷容量を下げ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
湾曲したプリフォームを形成する方法は、織機から前進するプリフォーム織物の繊維に少なくとも１セットの対合するクランプを適用するステップであって、少なくとも１つのペアの対合するクランプはそれらの間でプリフォーム織物の少なくとも一部を捕える、適用するステップを含む。少なくとも１セットのクランプは織機から前進する繊維の少なくとも一部を引っ張ることによって繊維の長さの増大させる幾何学的形状を有する。プリフォーム織物は、湾曲に成形される。そして、繊維は、ファブリックの長さに沿って連続的である。いくつかの実施形態では、繊維の長さは、湾曲の内側におけるよりも湾曲の外側でより大きい。他の実施形態では、繊維の長さは、湾曲の内側におけるよりも湾曲の外側でより短い。
【００１２】
一実施形態では、対合するクランプの各セットは、一対のクランプである。別の実施形態では、対合するクランプの各セットは、少なくとも３つのクランプである。対合するクランプは、上側クランプ部分と下側クランプ部分とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、下側クランプ部分は、少なくとも２つの対合部分を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、プリフォーム織物に適用される少なくとも２セットの対合するクランプがある。プリフォーム織物を間で圧縮するように対合するクランプの各セットに力が付与される。隣接した対合するクランプは、互いに対合することができる。２つ以上のセットの対合するクランプは、別々の位置ごとに繊維の長さを増大させるが、他の位置では増大させないようにプリフォーム織物の別々の位置に配設することができる。
【００１４】
他の実施形態では、湾曲した織られたプリフォーム、例えば、複数の横繊維と、プリフォームの基部を形成するように複数の横繊維と織り交ぜられる複数の縦繊維とを備える湾曲した織られたプリフォームであって、プリフォームの基部はプリフォームの長さにわたって連続的な縦繊維で湾曲され、縦繊維の一部は他の縦繊維よりも長い、湾曲した織られたプリフォームが本明細書に記載されている。
【００１５】
いくつかの実施形態では、織られたプリフォームの湾曲は凸状であり、縦繊維の長さは、プリフォームの湾曲の内側の方よりもプリフォームの湾曲の外側の方で大きい。さらなる実施形態では、プリフォームは、基部と一体的に織られるとともに基部の長さに沿って湾曲している少なくとも１つの脚を備え、少なくとも１つの脚を形成する縦繊維は、少なくとも１つの脚の内側湾曲の方よりも少なくとも１つの脚の外側湾曲の方で大きい。
【００１６】
他の実施形態では、織られたプリフォームの湾曲は凹状であり、縦繊維の長さは、プリフォームの湾曲の内側の方よりもプリフォームの湾曲の外側の方で短い。さらなる実施形態では、プリフォームは、基部と一体的に織られるとともに基部の長さに沿って湾曲している少なくとも１つの脚を備え、少なくとも１つの脚を形成する縦繊維は、少なくとも１つの脚の内側湾曲の方よりも少なくとも１つの脚の外側湾曲の方で短い。
【００１７】
本発明は、下側クランプに対合可能な上側クランプなどのクランプであって、上側クランプは、下側クランプと対合するとともにそれらの間にファブリックを受け入れるように構成された相補形状を有する、クランプにも関する。別の実施形態では、本発明は、刃部を有する上側クランプと、上側部分と分離可能および対合可能であり、下側クランプの第１の部分および下側クランプの第２の部分を有する下側クランプとに関し、下側クランプの第１および第２の部分は、上側および下側クランプが一緒に対合されるときに上側クランプの刃部が間隙に入るようにそれらの間に間隙を有する。
【００１８】
さらに他の実施形態では、本発明は、各クランプが上側クランプ部分および下側クランプ部分ならびに一体接続部分を有する２つ以上のクランプを備える成形用クランプシステムであって、２つ以上のクランプは、接続部分によって互いに接続可能であり、それらの間にファブリックを受け入れるように構成されている、成形用クランプシステムに関する。いくつかの実施形態では、本発明は、各クランプが刃部を備えた上側クランプ部分と下側クランプ部分とを有し、各クランプが一体接続部分を含む、２つ以上のクランプを備える成形用クランプシステムであって、各下側クランプはそれぞれの上側クランプと分離可能および対合可能であり、下側クランプは下側クランプの第１の部分および下側クランプの第２の部分を有し、上側クランプおよび下側クランプが一緒に対合されるときに、それらの間の間隙が刃部を受け入れ、２つ以上のクランプは、接続部分によって互いに接続可能であり、それらの間にファブリックを受け入れるように構成されている、成形用クランプシステムに関する。
【００１９】
本発明のさらなる理解を与えるために含まれる添付図面は、本出願に組み込まれ、本出願の一部を構成する。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、明細書と共に、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】
【００２０】
【図１】図１Ａは、最終的な形状に織られるおよび折り曲げられるようなＴプリフォームの一例を示す図である。  図１Ｂは、最終的な形状に織られるおよび折り曲げられるようなＴプリフォームの一例を示す図である。  図１Ｃは、最終的な形状に織られるおよび折り曲げられるようなＴプリフォームの一例を示す図である。
【図２】図２Ａは、湾曲したＴプリフォームの一例を示す図である。  図２Ｂは、湾曲したＴプリフォームの一例を示す図である。
【図３】プリフォームの根元と比べてプリフォームの先端で繊維の長さを増加させるクランプの幾何学的形状の一例を示す図である。
【図４Ａ】ファブリックの幅の縁間で繊維を伸張させたファブリックを示す図である。
【図４Ｂ】ファブリックの幅の縁間で繊維を伸張させたファブリックを示す図である。
【図５】繊維の長さを増大させるように対合するクランプのペアをプリフォーム織物に適用することを示す図である。
【図６】プリフォーム織物の繊維を伸張させるためのクランプの別の実施形態を示す図である。
【図７】図７Ａは、図６のクランプの適用を示す図である。  図７Ｂは、図６のクランプの適用を示す図である。
【図８−１】図８Ａは、形成できる複雑な幾何学的形状を有するプリフォームの例を示す図である。  図８Ｂは、形成できる複雑な幾何学的形状を有するプリフォームの例を示す図である。  図８Ｃは、形成できる複雑な幾何学的形状を有するプリフォームの例を示す図である。
【図８−２】図８Ｄは、形成できる複雑な幾何学的形状を有するプリフォームの例を示す図である。  図８Ｅは、形成できる複雑な幾何学的形状を有するプリフォームの例を示す図である。
【図９】形成され得るＯプリフォームの一例を示す図である。
【図１０】本発明によるクランプ設計の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示における用語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」を意味することができ、または米国特許法における用語「備えている」または「備える」に一般に与えられる意味を有することができる。用語「から本質的になっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」または「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、特許請求の範囲に使用される場合、米国特許法においてそれらに説明された意味を有する。本発明の他の態様は、以下の開示（および本発明の範囲内）に記載され、そこから明らかである。
【００２２】
用語「スレッド」、「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。本明細書に使用される「スレッド」、「繊維」、「トウ」、および「ヤーン」は、モノフィラメント、マルチフィラメントヤーン、撚糸、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、二成分ヤーン、ならびに当業者に知られている任意の材料の牽切繊維から作製されたヤーンを指し得る。ヤーンは、炭素、ナイロン、レーヨン、繊維ガラス、木綿、セラミック、アラミド、ポリエステル、金属、ポリエチレンガラス、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することができる。
【００２３】
用語「折り曲げられる」は、展開、屈曲、およびファブリックの形状を操作するための他のそのような用語を含む「形成」を意味するために本明細書で幅広く使用される。
【００２４】
本発明、その使用により達成される本発明の利点および目的をより良く理解するために本発明の非限定の実施形態が添付図面に示されるとともに、対応する構成要素が同じ参照番号によって特定される添付の説明事項の参照がなされる。
【００２５】
従来のストレート織機巻取り装置に連続繊維の湾曲したプリフォームを作り出す方法が開示される。機械で折られるファブリックは、完成したファブリックを前進および収集する方法と結び付けられた織成機構を含む織機を用いて作り出される。「直線巻取り（Ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｔａｋｅ−ｕｐ）」は、ファブリックが、不連続なプリフォームを織るのに適合した短い長さで縦または縦目方向（ＭＤ：Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に集められることを意味する。
【００２６】
直線巻取りを用いて織られる典型的な形状は、様々な応用において構造強化部材として使用されるＰｉ形プリフォーム、またはＴ形プリフォームを含む。縦方向と横方向の両方の連続繊維で作製されたこれらの形状は、縦方向または巻取り方向の幾何学的形状または湾曲形状を形成することが難しい可能性がある。
【００２７】
一例として、図１Ａ〜図１Ｃは、Ｔプリフォーム織物１００からＴプリフォームを形成する簡略化されたバージョンを示す。縦繊維および横繊維は、点線によって示された織機１０６において織り交ぜられる。Ｔプリフォーム織物が織られるとき、ファブリックは、完成したファブリックを受け取る巻取ロール（図示せず）の方へ方向Ａに前進する。すでに形成されているが、まだ巻取ロールに巻き取られていないファブリックの部分は、「織り前（ｆｅｌｌ）」１０８と呼ばれる。
【００２８】
Ｔプリフォーム織物は、基部部分１０２ａ、１０２ｂと、脚部１０４とを含む。脚部１０４の根元１１０は、基部部分１０２ａ、１０２ｂと織り交ぜられ得る。基部部分１０２ａ、１０２ｂは、その交差面１１４では織り交ぜられず、脚部１０４の残りは、その交差線１１０で以外の基部部分で織り交ぜられない。Ｔプリフォーム織物１００は、織られ、巻取ロールの方へその上へ前進する。Ｔプリフォーム織物の所望の長さＬが織られると、ファブリックは、織機から取り除くことができる。基部部分１０２ａ、１０２ｂ、および脚部１０４は、Ｔプリフォーム１２０を形成するように折り曲げることができる。
【００２９】
限定するものではないがＰｉ、Ｈ、Ｏ、およびＩを含む他のプリフォーム形状が、当業者に知られるようにその最終的な形態に織られるおよび折り曲げられてもよい。プリフォームのいずれかは、複合物を形成するようにマトリックス材が含浸されてもよい。
【００３０】
図２Ａは、湾曲したプリフォームの一例を示す。説明のために、図２Ａおよび他の図面に示された曲線は、「凸状」と呼ばれる。したがって、例は、凸状Ｔ形プリフォームであるが、限定するものではないがＰｉ、Ｈ、Ｏ、およびＩを含む他のプリフォーム形状が考えられる。図１のファブリックと同様に、Ｔプリフォーム織物は、基部部分２０２ａ、２０２ｂと、脚部２０４とを含む。基部部分２０２ａ、２０２ｂ、および脚部２０４は、Ｔプリフォーム２２０を形成するように折り曲げられる。
【００３１】
基部部分２０２ａ、２０２ｂ、および脚部２０４は、縦繊維２２２から織られる。図２Ｂに示されるように、縦方向の縦繊維２２２の長さＬ２は、湾曲したＴプリフォームの外側または先端２２４の方よりも湾曲したＴプリフォームの内側または根元２２６の方で短い。したがって、図１にあるように織られたプリフォームを湾曲させるために、縦方向の繊維長さは、湾曲したプリフォームの根元でよりも湾曲したプリフォームの先端でより大きくなければならない。
【００３２】
湾曲したプリフォームは当業界で知られているが、これらの先行技術のプリフォームは、湾曲の内側の方と比べて湾曲の外側の方でプリフォームの追加の長さを与えるようにプリフォームが延伸または湾曲させられることを可能にするために、繊維を切断すること、または牽切繊維などの不連続の短い繊維からこの長さを作製することを必要とした。追加の長さを与えることにおける繊維の切断および／または不連続により、プリフォームの弱体化、強度の損失がある。
【００３３】
対照的に、本開示は、完成構造が湾曲できるとともに湾曲の方向に連続繊維強化を有するように追加の長さの繊維を有するプリフォーム、およびこのプリフォームを織るプロセスを提供する。連続繊維は、不連続な繊維よりも大きいプリフォーム強度を提供する。「連続繊維」は、ファブリックの全長に沿って破断を有さない繊維である。本開示の実施形態では、ファブリックの繊維は、プリフォームの湾曲の方向に連続的であり、ファブリックの幅にわたって変化する長さを有することができる。プリフォーム織物の幅にわたって変化する長さは、湾曲部を形成するために、繊維を切断することなくまたは不連続的な繊維を有することなく、ファブリックの長さで湾曲部を形成することを可能にする。
【００３４】
本開示の目的のために、プリフォームの湾曲の方向は、ファブリックの縦方向または縦目方向（ＭＤ）に沿っていると仮定される。しかしながら、開示した技法は、横方向または横目方向（ＣＤ：Ｃｒｏｓｓ−Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）だけに、または縦方向と組み合わせて、ファブリックの湾曲を生じさせるために使用され得ることが考えられる。
【００３５】
この湾曲を作り出すために、本開示の一実施形態によれば、直立脚２０４の繊維の長さは、ファブリックが織機から取り出されるときに１つまたは複数のクランプをファブリックに適用することによってプリフォーム脚の内側根元２２６よりもプリフォーム直立脚の外側先端２２４の方でより長く作製される。クランプは、織りの前に適用することができる。クランプの形状は、プリフォームが所望の形状に形成されるときにプリフォームの湾曲を可能にするために繊維の長さの増加に対処するようにさらなる繊維長さをプリフォームに引き込むように設計されている。
【００３６】
本発明の実施形態では、各クランプは、織機から取り出す縦繊維の長さを徐々に増大させる。図１０に示されたクランプでは、例えば、湾曲の内側のより短い半径（Ｒｉ）に対してプリフォーム湾曲の外側のより長い半径（Ｒｏ）に対処するために、クランプは、各クランプセグメントが織機から取り出す縦繊維に適用されるときに、プリフォーム湾曲の内側における縦繊維（Ｗｉ）の結果として得られる長さがプリフォーム湾曲の外側の縦繊維（Ｗｏ）よりも短いように設計される。繊維ＷｏおよびＷｉの結果として得られる長さの差が示される。
【００３７】
図８Ｃ、図８Ｄ、および図８Ｅの例に示されるように、プリフォーム織物は凹状に作製されると考えられる。基部部分８０２ａ、８０２ｂを有する図８Ｄなどの凹状のプリフォーム織物の実施形態では、直立脚８０４を形成する縦繊維の長さは、凸状プリフォーム織物のものと反対である。すなわち、直立脚８０４の繊維の長さは、プリフォーム脚の内側根元８２６の方よりもプリフォーム直立脚の外側先端８２４の方で短い。最終的なプリフォーム形状の幾何学的形状が、必要な湾曲の形成を可能にするためにプリフォーム長さにわたって繊維の必要な長さを決定することの一般的理解を当業者は理解するであろう。繊維がファブリックの長さにわたって連続的であるように繊維の長さを変更することは、本開示によるプリフォーム織物の形成を、先行技術の湾曲したプリフォームの長さにわたって不連続な繊維から区別する。
【００３８】
図３は、クランププリフォーム３００の一例を示す。クランプ３００は、織機から出るプリフォーム織物に適用される。クランプは、クランプ根元端３２６が直立脚の根元端に適用され、クランプ先端端部３２４が直立脚の先端端部に適用されるようにプリフォーム織物上に向けられる。図１および図２にあるような凸状湾曲については、クランプ根元端は直線であり、これは、Ｔプリフォーム直立脚の根元端が湾曲したプリフォームにおける繊維の最小長さを有するので繊維の長さを増加させない。クランプ先端端部は、凸状湾曲のプリフォーム織物繊維を長くさせるための幾何学的形状または形状を有する。すなわち、クランプの幾何学的形状により、クランプ根元端の方でなくクランプ先端端部の方にわたって横切るように追加された繊維巻取り長さが織機から引き出される。幾何学的形状は、直立脚を備えた凸状プリフォームの先端端部が湾曲したプリフォームにおける最長繊維を有するので、クランプ先端端部でより目立つ又は顕著である（織機からより大きい繊維巻取り長さを引き出させる）。繊維の長さが湾曲したプリフォームの根元の方でより短くなるので、クランプの幾何学的形状は、クランプ根元端の方で減少する。このようにして、繊維は、湾曲したプリフォーム織物直立脚の先端で最も長く、根元で最も短い。もちろん、クランプの幾何学的形状は、凹状の湾曲を備えたプリフォームの直立脚に対して逆にされる。
【００３９】
典型的には、クランプは、プリフォーム織物上にセットで組み付けられる。クランプの各セットは、対合する幾何学的形状を有する２つ以上のクランプを含む。クランプのセット間でプリフォーム織物を挟むクランプの作用は、織機を通じてさらなる繊維巻取り長さを引き出す。クランプセットの幾何学的形状は、巻取り長さが、凸状の湾曲を備えたプリフォームについての根元（プリフォームの内側湾曲）から直立脚の先端（プリフォームの外側湾曲）へ増加するように先細りしている（凹状の湾曲を備えたプリフォームについて逆のクランプ幾何学的形状）。繊維の長さの増大により、プリフォーム織物を湾曲したプリフォーム全体にわたって連続的な長さの繊維を備えた図２の湾曲したプリフォームに形成することを可能にする。プリフォームの湾曲は、繊維の連続的な長さで実現され、牽切繊維のように繊維を切断するまたは繊維を短くすることによって弱められない。
【００４０】
図３に示されたクランプの幾何学的形状は、例示のためのものにすぎない。設計上の考慮事項が、クランプに選択される特定の幾何学的形状を決定する。また、クランプの幾何学的形状は、プリフォームの長さにわたってプリフォーム織物の代替の外形または湾曲を与えるようにプリフォームの長さにわたって変更されてもよい。
【００４１】
図４Ａは、ファブリックの幅に沿ってどこかで繊維の伸張を行うようにクランプの幾何学的形状が配置されているファブリックを示す。すなわち、繊維は、ファブリックの幅にわたって湾曲を引き起こすようにファブリックの幅縁(width edges)間で伸張され得る。一実施形態では、クランプセットは、ファブリックの中心に向かって繊維の伸張を引き起こすように配置される。一実施形態では、プリフォーム織物は、湾曲の長さに沿って連続繊維を備えた２つの湾曲したプリフォームを作り出すために縦方向の中間で切断されてもよい。図４Ｂに示されるように、本実施形態では、湾曲は、プリフォーム織物の平面内に配置される。クランプの幾何学的形状は、多層ファブリックに繊維の伸張を引き起こすように作製することができると考えられる。層のいくつかは、リフォーム織物の平面の湾曲に従う図２に示されたプリフォーム織物の平面または基部から１つまたは複数の直立している脚に折り曲げることができる。
【００４２】
図５は、クランプのセットが、ファブリックが織機５０６から出るときにプリフォーム織物５０４上に組み付けられた対合するクランプ５０２ａ、５０２ｂのペアである一実施形態を示す。これらのクランプは、クランプ間でプリフォーム織物を押し、プリフォームの長さに沿って連続繊維の長さを変更するために対合するクランプに付与される力Ｆによる織りプロセス全体にわたって所定の位置に保持することができる。クランプペアを一緒に保持する力は、限定するものではないが、ねじおよびナット、ばねなどを含む当業者に知られている任意のやり方で実現することができる。一実施形態では、５０８、５１０などの隣接したクランプペアは、互いに対して組み付けられてもよい。
【００４３】
図６は、プリフォーム織物に適用されるときに繊維を伸張させるために１セットのクランプ６００が交わるように配置されている一実施形態を示す。セットのクランプ６００は、刃部６０８を有する上側クランプ６０２を含む。下側クランプ６１０は、その間に刃部６０８を受け入れる間隙６１２を有する部分６０４、６０６を有する。下側クランプ６１０は、単一部品または取り付けられた別々の部品であってもよい。別々の部品の場合、クランプセット６００は、上側クランプ６０２および下側クランプ６０４、６０６を有することが考えられ得る。クランプセット６００についての別々の部品の利点は、各部品が機械的に同じであり得るので、部品を製造および保管する費用を減少させることである。また、下側クランプ６０４、６０６間の間隙６１２は、異なっているプリフォーム織物の厚さに対応するように変更することができる。
【００４４】
図７Ａ〜図７Ｂは、一緒にされたセットのクランプ６００を示す。図７Ａでは、上側クランプ６０２は、プリフォーム織物の上部に配置され（明確には図示されていない）、下側クランプ６１０は、プリフォーム織物の下に配置されている。上側クランプおよび下側クランプは、上側クランプの刃６０８が下側クランプの間隙６１２に入らないように距離７０２で隔てられている。
【００４５】
凸状プリフォームのための刃部は、適用されるときにファブリック繊維を伸張させる幾何学的形状を有する。一実施形態では、刃部は、刃部の端７０６の方よりも中央７０４の方でより目立ちまたはより大きい。すなわち、刃部は、プリフォーム織物の繊維が、刃の端の周りよりも刃のより目立つ中央の方で横切る距離がより長くなるように成形されている。上述したように、刃部の幾何学的形状は、プリフォーム織物の繊維が刃の端の周りよりも刃のあまり目立たない中央の方で横切る距離が短くなるように、凹状のプリフォームでは逆である。
【００４６】
力Ｆは、上側クランプと下側クランプを一緒に動かすように付与される。図７Ｂに示されるように、距離７０２は、刃部６０８が下側クランプの間隙６１２に入るように狭くされる。距離７０２は、上側クランプおよび下側クランプの刃部および交差面の周りでプリフォーム織物の通過を可能にするように必要に応じて調整される。刃部６０８により、刃の端の周りよりも目立つ刃の中央７０４の方でプリフォーム織物の繊維が横切る距離がより長くなる。
【００４７】
図２は、単一の湾曲を有するファブリックを生じる一例を示すが、より複雑な幾何学的形状を実現するための様々なクランプセットを設計することも可能である。例えば、楕円形プリフォームは、プリフォームの長さに沿ってクランプ湾曲の振幅を変えることによって作り出されてもよい。図９では、本発明により作製されたＯプリフォーム９００の一例が示されている。クランプペアは、プリフォーム織物のいくつかの部分に適用されてもよく、他の部分に適用されないことが考えられる。すなわち、追加の繊維長さが、プリフォーム織物のいくつかの領域において織機から引っ張られ、プリフォーム織物の他の領域で引っ張られなくてもよい。このようにして、湾曲部分および直線部分を有するプリフォームの複雑な幾何学的形状が形成され得る。そのような複雑な形状のプリフォームのいくつかの例が、図８に示されている。
【００４８】
必要なファブリックの長さが織られ、プリフォーム織物が織機から取り除かれると、任意の残っているクランプが取り除かれ、プリフォーム織物が最終形態に成形されることが可能になる。実施形態のいずれでも、最終形態は、マトリックス材で含浸されてもよい。マトリックス材は、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、炭素、および当業者に知られている他のそのような材料を含む。
【００４９】
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。
【図１】
2021532008.tif 000003
【図２】
2021532008.tif 000004
【図３】
2021532008.tif 000005
【図４Ａ】
2021532008.tif 000006
【図４Ｂ】
2021532008.tif 000007
【図５】
2021532008.tif 000008
【図６】
2021532008.tif 000009
【図７】
2021532008.tif 000010
【図８−１】
2021532008.tif 000011
【図８−２】
2021532008.tif 000012
【図９】
2021532008.tif 000013
【図１０】
2021532008.tif 000014
【国際調査報告】
2021532008.tif 000015
2021532008.tif 000016
2021532008.tif 000017