(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリママトリックスに埋設された複数の繊維を含む第１の複合材スキンと、
ポリママトリックスに埋設された複数の繊維を含む第２の複合材スキンと、
前記第１の複合材スキンの少なくとも一部分と前記第２の複合材スキンの少なくとも一部分との間に位置付けられ、それらに結合したコアであって、セル壁によって画定される複数のセルを含み、前記複数のセルのそれぞれが、前記第１および第２の複合材スキンの少なくとも一部分に対して垂直な長さ方向の軸を有する、コアと、
前記第１の複合材スキンまたは前記第２の複合材スキンのうち１つ以上が第１の幾何学的構成から第２の幾何学的構成へと遷移する遷移領域と、および
前記第１の複合材スキンまたは前記第２の複合材スキンのうち１つ以上の上に配置された１つ以上のパッチを画定する複数の補強繊維であって、前記１つ以上のパッチのそれぞれが前記遷移領域内に位置付けられている、複数の補強繊維と、
を含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項２】
請求項１に記載の補強複合材構造であって、前記複数の補強繊維が、整列繊維を含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項３】
請求項１から２のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記１つ以上のパッチのうち少なくともいくつかが、互いに対し平行に配置されていることを特徴とする補強複合材構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記遷移領域が、曲げ線を含み、前記１つ以上のパッチのうち少なくともいくつかが、前記遷移領域の前記曲げ線に対して垂直に延在するように配置されていることを特徴とする補強複合材構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記複数の補強繊維が、ランダム配向繊維を含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記複数の補強繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、またはプラスチック繊維のうち１種以上を含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記コアが、プラスチックチューブ、カードボード、板紙、低密度発泡体、または高密度発泡体のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材構造であって、前記コアが、互いに結合した複数のポリカーボネートチューブを含むことを特徴とする複合材構造。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記第１の幾何学的構成における前記第１または第２の複合材スキンにおける１つ以上の第１の部分が、前記第２の幾何学的構成における前記第１または第２の複合材スキンにおける１つ以上の第２の部分に対して、非平行の角度に配向されていることを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記第１の幾何学的構成において前記コアが第１の厚さを有し、前記第２の幾何学的構成において前記コアが前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有することを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１１】
複数の幾何学的領域を有する補強複合材構造であって、
ポリママトリックスに埋設された少なくとも１つの第１の繊維シートを含む第１の複合材スキンと、
ポリママトリックスに埋設された少なくとも１つの第２の繊維シートを含む第２の複合材スキンと、
前記第１の複合材スキンの少なくとも一部分と前記第２の複合材スキンの少なくとも一部分との間に位置付けられ、それらに結合したコアであって、セル壁によって画定される複数のセルを含み、前記複数のセルのそれぞれが、前記第１および第２の複合材スキンの少なくとも一部分に対して垂直な長さ方向の軸を有する、コアと、
を含み、
前記複数の幾何学的領域のうち第１の幾何学的領域は、前記第１および第２の複合材スキンの第１の部分によって画定される第１の幾何学的構成を有し、
前記複数の幾何学的領域のうち第２の幾何学的領域は、前記第１および第２の複合材スキンの第２の部分によって画定される第２の幾何学的構成を有し、前記第２の幾何学的構成は、前記第１の幾何学的構成とは異なり、
前記複数の幾何学的領域のうち遷移領域は、前記第１の幾何学的領域と前記第２の幾何学的領域とを接続し、
前記補強複合材構造が、前記第１の複合材スキンまたは前記第２の複合材スキンのうち１つ以上の上に配置された１つ以上のパッチを画定する複数の補強繊維であって、前記１つ以上のパッチのそれぞれが前記遷移領域内に位置付けられている、複数の補強繊維を更に含む、
ことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１２】
請求項１１に記載の補強複合材構造であって、前記第１の複合材スキンまたは前記第２の複合材スキンに付着し、少なくとも部分的にこれらに取り囲まれた金属インサートを更に含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１３】
請求項１２に記載の補強複合材構造であって、前記金属インサートが、前記コアによって少なくとも部分的に取り囲まれ、前記インサートが、前記第１の複合材スキンまたは前記第２の複合材スキンによって前記コアから隔離されていることを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記第１および第２の複合材スキンの前記繊維シートのそれぞれが、炭素繊維シートを含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記１つ以上のパッチのうち少なくともいくつかが、互いに対し平行に配置されていることを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記１つ以上のパッチが、放射状パターンで配置された複数のパッチを含み、前記パッチのそれぞれが、別のパッチとは異なる角度で配向するようになることを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１７】
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記１つ以上のパッチのうち少なくともいくつかが、前記第１の複合材スキンまたは前記第２の複合材スキンのうち１つ以上に圧入されていることを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１８】
請求項１１から１７のいずれか１項に記載の補強複合材構造であって、前記第１および第２の複合材スキンの複数のポリママトリックスが、異なる硬化ポリマ樹脂を含むことを特徴とする補強複合材構造。
【請求項１９】
補強複合材構造を製作するための方法であって、
第１の樹脂含浸繊維シートと、
第２の樹脂含浸繊維シートと、
前記第１の樹脂含浸繊維シートの少なくとも一部分と前記第２の樹脂含浸繊維シートとの間に配されたコアであって、セル壁によって画定される複数のセルを含み、前記複数のセルのそれぞれが、第１および第２の複合材スキンの少なくとも一部分に対して垂直な長さ方向の軸を有する、コアと、および
１つ以上のパッチを画定する複数の補強繊維であって、前記１つ以上のパッチのそれぞれがスタックアセンブリの第１の領域に位置付けられ、前記第１の樹脂含浸繊維シートまたは前記第２の樹脂含浸繊維シートのうち１つ以上と接触した複数の補強繊維と、
を含むスタックアセンブリを配置する工程と、および
前記複数の補強繊維の少なくともいくつかに樹脂を塗布する工程と、
前記スタックアセンブリの第１の領域の少なくとも一部分から遷移領域を形成するために、前記スタックアセンブリを圧縮する工程であって、前記遷移領域が、第１の幾何学的領域と、前記第１の幾何学的領域とは異なる第２の幾何学的領域とを接続し、少なくともいくつかの前記パッチが前記遷移領域に位置している、工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記第１の樹脂含浸繊維シートもしくは前記第２の樹脂含浸繊維シートのうち１つ以上の樹脂、または前記複数の補強繊維の前記少なくともいくつかに塗布された樹脂を硬化する工程を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９から２０のいずれか１項に記載の方法であって、前記第１の幾何学的領域の少なくとも一部分が、非平行の向きで前記第２の幾何学的領域の少なくとも一部分に対する非平行な配向を示すことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記遷移領域が、前記第１の幾何学的領域および前記第２の幾何学的領域の間に曲げ線を画定し、複数の前記パッチのうちの少なくともいくつかが前記第１の幾何学的領域から前記第２の幾何学的領域まで前記曲げ線に対して垂直に延在することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１９から２２のいずれか１項に記載の方法であって、前記スタックアセンブリを圧縮する前に、前記スタックアセンブリに隣接するインサートを位置付ける工程を更に含み、
前記スタックアセンブリを圧縮する工程が、前記インサートを前記スタックアセンブリに押し込み、前記スタックアセンブリに隣接する前記コアがそれに応じて圧縮され、前記インサートおよび前記スタックアセンブリを圧縮する成形型の外形と同じ形を持つようにする工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１９から２３のいずれか１項に記載の方法であって、前記第１の樹脂含浸繊維シートもしくは前記第２の樹脂含浸繊維シートのうち１つ以上の樹脂、または前記複数の補強繊維の少なくともいくつかに塗布された樹脂を硬化する工程が、成形型内で前記樹脂を少なくとも部分的に硬化させる工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１９から２４のいずれか１項に記載の方法であって、前記スタックアセンブリを圧縮する工程が、
成形型キャビティの内側に前記スタックアセンブリを位置付ける工程と、および
前記成形型キャビティを形成する第１の成形型部分および第２の成形型部分に圧力を印加することにより、前記スタックアセンブリを圧縮する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の補強複合材構造であって、前記１つ以上のパッチのそれぞれの少なくとも一部が、前記コアの中の前記複数のセルの長い軸に対して垂直に延在することを特徴とする補強複合材構造。
【請求項２７】
請求項１１に記載の補強複合材構造であって、前記１つ以上のパッチのそれぞれの少なくとも一部が、前記コアの中の前記複数のセルの長い軸に対して垂直に延在することを特徴とする補強複合材構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強複合材構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連特許出願の相互参照）
本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６１４号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。
【０００３】
本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６３２号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。
【０００４】
本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６５２号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。
【０００５】
本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６７０号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。
【０００６】
本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６８５号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。
【０００７】
本出願は、２０１５年１月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／１０８，８３７号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。
【０００８】
複合材構造は、任意数の好適な用途に使用することができる。一般に、複合材構造はまた、重量強度比の低減が重要である各種用途にも用いることができる。例えば、複合材構造は、車両シャーシ、通信機器用パネル、輸送手段または車両（例えば、自転車、オートバイ、トラック等）用フレームまたは本体部分、農業用途（例えば、農業機器）、エネルギ関連用途（例えば、風力、太陽）、衛星用途、航空宇宙用途、建設材料（例えば、建築材料等）、ならびに消費者製品（例えば、特に家具、便座、および電気製品）に用いることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、複合材構造の製造者および使用者は、複合材構造の改善を求め続けている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般に、本明細書に記載された実施形態は、１つ以上の補強遷移領域（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）（例えば、内部または外部の角部（ｃｏｒｎｅｒ）または曲げ部（ｂｅｎｄ）、接合部、穴部、厚さ変化部（ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）など）において比較的高い曲げ剛性を持ち、比較的軽い重量を持ち得る補強複合材構造、およびそのような複合材構造の関連製作方法に関する。例えば、補強複合材構造（例えば、１つ以上の補強領域を含む複合材サンドイッチ）は、少なくとも２つの複合材スキン、１つの遷移領域、および遷移領域に隣接し遷移領域に対する高い曲げ剛性が得られるように構成された補強繊維（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ  ｆｉｂｅｒ）の少なくとも１つの群を含んでいてもよい。上記のように補強された複合材サンドイッチは、補強繊維なしの複合材サンドイッチよりも大きな、遷移領域の曲げ剛性および／または正味曲げ剛性を示し得る。
【００１１】
一実施形態として、第１の複合材スキンおよび第２の複合材スキンを含む補強複合材構造が挙げられる。第１および第２の複合材スキンのそれぞれは、ポリママトリックスに埋設された複数の繊維を含む。補強複合材構造はまた、第１の複合材スキンの少なくとも一部分と第２の複合材スキンの少なくとも一部分との間に位置付けられそれらに結合したコアを含む。更に、補強複合材構造は、第１の複合材スキンまたは第２の複合材スキンのうち１つ以上が第１の幾何学的構成から第２の幾何学的構成へと遷移する遷移領域を含む。補強複合材構造はまた、遷移領域内に位置付けられ第１の複合材スキンまたは第２の複合材スキンのうち１つ以上に付着した、複数の補強繊維を含む。
【００１２】
実施形態には、複数の幾何学的領域を有する補強複合材構造も含まれる。特に、補強複合材構造は、第１の複合材スキンおよび第２の複合材スキンを含む。第１および第２の複合材スキンのそれぞれは、ポリママトリックスに埋設された複数の繊維を含む。更に、補強複合材構造は、第１の複合材スキンの少なくとも一部分と第２の複合材スキンの少なくとも一部分との間に位置付けられそれらに結合したコアを含む。加えて、複数の幾何学的領域のうち第１の幾何学的領域は、第１および第２の複合材スキンの第１の部分によって画定される第１の幾何学的構成を有し、複数の幾何学的領域のうち第２の幾何学的領域は、第１および第２の複合材スキンの第２の部分によって画定される第２の幾何学的構成を有し、第２の幾何学的構成は第１の幾何学的構成と異なっている。補強複合材構造はまた、第１の幾何学的領域と第２の幾何学的領域とを接続する遷移領域を含む。更に、補強複合材構造は、遷移領域内に位置付けられ第１の複合材スキンまたは第２の複合材スキンのうち１つ以上に付着した、複数の補強繊維を含む。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態は、補強複合材構造を製作するための方法を包含する。前記方法は、第１の樹脂含浸繊維シート、第２の樹脂含浸繊維シート、および第１の樹脂含浸繊維シートを第２の樹脂含浸繊維シートから隔離するコアを含む、スタックアセンブリを形成する工程を含む。スタックアセンブリはまた、スタックアセンブリの第１の領域に位置付けられ第１の樹脂含浸繊維シートまたは第２の樹脂含浸繊維シートのうち１つ以上と接触した複数の補強繊維を含む。前記方法は、スタックアセンブリの第１の領域の少なくとも一部分から遷移領域を形成するために、複数の補強繊維の少なくともいくつかに樹脂を塗布しスタックアセンブリを圧縮する工程を更に含む。遷移領域は、第１の幾何学的領域と、第１の幾何学的領域とは異なる第２の幾何学的領域とを接続する。
【００１４】
本開示における実施形態のいずれかの特徴は、制限なく、相互に組み合わせて用いてもよい。加えて、本開示の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面を考慮すれば、当業者にとって明らかとなるであろう。
【００１５】
理解を容易にするため、各種添付図全体を通じて、同じエレメントに同じ参照番号が振られている。図は一律の縮尺に従ったものではないことに留意されたい。これらの図は本発明の典型的実施形態を表すものにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことを踏まえて、本発明の実施形態が、以下の添付図面を用いることにより、追加的特徴および詳細と共に記述され説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に従う、遷移領域付近において実質的に平行なパターンで整列した補強繊維の群により補強された補強複合材構造の斜視図である。
【図２Ａ】一実施形態に従う、補強複合材構造を製作するためのスタックアセンブリの斜視図である。
【図２Ｂ】一実施形態に従う、スタックアセンブリから製作された補強複合材構造の側面図である。
【図３Ａ】一実施形態に従う、遷移領域付近に金属インサートおよび繊維補強材（ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）を含む補強複合材構造の断面図である。
【図３Ｂ】一実施形態に従う、遷移領域付近に繊維補強材（ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）を含む補強複合材構造の部分的断面図である。
【図４Ａ】一実施形態に従う、放射状に配置された補強繊維の群の平面図である。
【図４Ｂ】一実施形態に従う、補強繊維の群を含む複合材構造の等角図である。
【図５】一実施形態に従う、遷移領域付近においてランダム配向繊維により補強された補強複合材構造の断面図である。
【図６Ａ】一実施形態に従う、複合材構造の角部周囲に延在したランダム配向繊維の平面図である。
【図６Ｂ】一実施形態に従う、複合材構造の角部周囲に延在した整列繊維（ａｌｉｇｎｅｄ  ｆｉｂｅｒｓ）の平面図である。
【図７】一実施形態に従う、補強遷移領域を有する補強複合材構造を形成するための工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
一般に、本明細書に記載された実施形態は、１つ以上の補強遷移領域（例えば、内部または外部の角部または曲げ部、接合部、穴部、厚さ変化部など）において比較的高い曲げ剛性を持ち、比較的軽い重量を持ち得る補強複合材構造、およびそのような複合材構造の関連製作方法に関する。例えば、補強複合材構造（例えば、１つ以上の補強領域を含む複合材サンドイッチ）は、少なくとも２つの複合材スキン、１つの遷移領域、および遷移領域に隣接し遷移領域に対する高い曲げ剛性が得られるように構成された補強繊維の少なくとも１つの群（例えば、整列繊維またはランダム配向繊維）を含んでいてもよい。上記のように補強された複合材サンドイッチは、補強繊維なしの複合材サンドイッチよりも大きな、遷移領域の曲げ剛性および／または正味曲げ剛性を示し得る。
【００１８】
一部の実施形態において、複合材スキンは、ポリママトリックス（例えば、固化または硬化ポリマ樹脂）、およびポリママトリックスに埋設された複数の繊維または繊維のシート（例えば、ランダムに配向された不連続炭素繊維シート）を含む。一般に、固化または硬化ポリマ樹脂は、実質的に完全に硬化または固化されているか、部分的に硬化または固化されている（例えば、ポリマ樹脂が少なくとも部分的に粘性を有する場合など）。更に、硬化および固化の後、ポリマ樹脂は、複合材サンドイッチの１つ以上の要素またはエレメント（例えば、繊維シート、コア、または補強繊維の群）との間に、適度に強固な結合を形成することができる。少なくとも１つの実施形態において、ポリマ樹脂は、固化または硬化したとき、複合材サンドイッチに対する構造剛さおよび／または支持を提供する。
【００１９】
一般に、複合材構造（例えば、複合材サンドイッチ）は、任意数の装置および／または構造において、任意数の好適な要素（複合材要素）またはエレメントとして使用されるか、それらの要素またはエレメントを形成することができる。例えば、補強複合材構造は、自動車などの車両内の要素（例えば、構造部材またはフレーム部材、パネル等）として使用することができる。一部の実施形態において、補強複合材構造は、家具、床板等に使用することができる。いずれの場合も、補強複合材構造は、各種用途において構造部材および／または非構造部材として使用することができる。
【００２０】
１つ以上の実施形態において、補強複合材構造は、１つ以上の群の補強繊維によって補強された（例えば、剛化された）少なくとも１つの遷移領域を有する複合材サンドイッチを含んでいてもよい。例えば、補強複合材構造は、少なくとも１つの第１の複合材スキン、少なくとも１つのコア、第１の複合材スキンから見て実質的にコアの反対側にある少なくとも１つの第２の複合材スキン、および繊維補強材（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｆｉｂｅｒｓ）により補強され得る少なくとも１つの補強（例えば、剛化）遷移領域を有し得る。１つ以上の実施形態において、補強複合材構造は、少なくとも１つの複合材スキン、少なくとも１つのコア、および（例えば、任意数の好適な配置および／またはグルーピングを持つことができる）繊維補強材（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｆｉｂｅｒｓ）を備えた少なくとも１つの補強（例えば、剛化）遷移領域を持ち得る。
【００２１】
遷移領域は、隣接領域の幾何学的配置の変化または遷移（少なくとも１つの幾何学的構成から、少なくとも１つの他の幾何学的構成または複数の幾何学的構成への変化または遷移、例えば、厚さ、外形、方向等の変化）がある部分を１つ以上含んでいてもよい。遷移領域は、隣接領域が互いに異なる方向を持ち得る１つ以上の仮想的曲げ線または曲げ点を含んでいてもよい。追加的または代替的に、一実施形態において、遷移領域は、緩慢もしくは急激な曲率変化部、穴部もしくは間隙、または複合材サンドイッチ等の１つ以上の層（例えば、複合材スキン、コア、インサートなど）の厚さおよび／もしくは前記層間の厚さなどの寸法変化部を持つ、角部または曲げ部（例えば、内側、外側、複合角部）を含んでいてもよい。
【００２２】
一部の実施形態において、遷移領域の寸法または厚さ変化部は、当該変化部に付随するインサートに隣接していてもよく、例えば当該変化部の中または上の金属インサートに隣接していてもよい。遷移領域は、曲率の連続変化部または曲率の不連続変化部を少なくとも１つ含んでいてもよい。使用中、複合材サンドイッチの遷移領域には、補強複合材構造の他の領域よりも大きな応力負荷（例えば、圧縮または引張応力負荷）がかかることがある。１つ以上の実施形態において、補強複合材構造は、補強繊維の１つ以上の群（例えば、束、配列、細片等）により補強された少なくとも１つの遷移領域を有していてもよい。補強繊維の１つ以上の群は、遷移領域において、補強繊維なしで形成された複合材構造よりも大きな応力抵抗性を実現することができる。
【００２３】
一部の実施形態において、補強複合材構造は、金属インサートを含んでいてもよい。例えば、平面または湾曲した補強複合材構造は、より厚い第１の部分、より薄い第２の部分、および第１の部分を第２の部分に接続する遷移領域を有する複合材サンドイッチを含んでいてもよい。金属インサートは、複合材サンドイッチのより薄い第２の部分に付着していてもよく、複合材サンドイッチのより薄い第２の部分とより厚い第１の部分との間にある厚さの差の少なくとも一部を構成していてもよい。一部の実施形態において、金属インサートを有する補強複合材構造は、複数の補強繊維（例えば、ランダムに配置された繊維、群の形態の繊維、１列以上の形態の繊維、束の形態の繊維等）も含んでいてもよい。例えば、補強繊維は、複合材構造の遷移領域および／またはより薄い第２の部分を剛化するために、遷移領域付近において複合材サンドイッチに付着し得る二次元パターンを形成するように配置されてもよい。
【００２４】
図１は、複数の幾何学的領域または異なる幾何学的構成を持つ複数の部分を含み、異なる幾何学的構成を持つ２つ以上の幾何学的領域または部分を接続する遷移領域１１４を含む、補強複合材構造１００の等角図である。特に、補強複合構造１００は、第１の幾何学的構成（例えば、外形、厚さ等）を持つ第１の幾何学的領域１０１Ａ、および第１の幾何学的構成とは異なる第２の幾何学的構成を持つ第２の幾何学的領域１０１Ｂを含んでいてもよい。一部の実施形態において、異なる幾何学的領域の幾何学的構成は、以下で詳細に説明する、補強複合材構造における少なくとも部分的に画定される複合材スキンであってもよいと理解すべきである。
【００２５】
一実施形態において、補強複合材構造１００は、幾何学的領域１０１Ａ、１０１Ｂなどの異なる幾何学的領域を接続する遷移領域１１４に沿って、補強繊維の１つ以上の分離した群により補強されていてもよい。図示されるように、補強複合材構造１００は、第１の部分１０２、第２の部分１０４、および遷移領域１１４（例えば、第２の部分１０４に対して非平行の角度に配向された第１の部分１０２から遷移する角部領域）を含んでいてもよい。遷移領域１１４は、第１の部分１０２と第２の部分１０４とを接続することができる。図示された実施形態に示されるように、複合材構造１００における第１の部分１０２は、第２の部分１０４よりも厚くてもよい。遷移領域１１４は、第２の部分１０４と第１の部分１０２とを接続することができる。
【００２６】
一部の実施形態において、遷移領域１１４は、屈曲していてもよく、あるいは曲げ線１１２付近に形成されてもよい（例えば、曲げ線１１２は、上部表面１１６または底部表面（図示せず）に対して全体的に平行である平面上に位置していてもよい）。少なくとも１つの実施形態において、遷移領域１１４は、厚さの変化（例えば、第１の区画における第１の幾何学的構成から、第１の幾何学的構成とは異なる厚さを持つ第２の幾何学的構成への変化などの、緩慢または急激な厚さの変化）によって、少なくとも部分的に画定されてもよい。例えば、少なくとも１つの遷移領域１１４は、第１の複合材スキンおよび第２の複合材スキンの一方または両方が、個別にまたは組み合わされて、第１の幾何学的構成から第２の幾何学的構成へと形状を変化させる構成（例えば、第１の角度から第２の角度への曲がり、第１の厚さから第２の厚さへの厚さの変化）を含んでいてもよい。
【００２７】
補強複合構造１００はまた、遷移領域１１４の上部表面１１６または底部表面（図示せず）の１つ以上に付着した（本明細書に記載された任意数の好適な配置を持つ）複数の補強繊維１０８を含んでいてもよい。以下に詳細に記載されているように、補強繊維１０８の群は、１つ以上のパッチ１０９を形成または画定してもよい。即ち、例えば、補強繊維１０８は、遷移領域１１４において連続的または均一な分布の代わりにパッチ１０９内に分散していてもよい（例えば、遷移領域１１４において、パッチ１０９間に補強繊維がなくてもよい）。あるいは、補強繊維１０８は、遷移領域１１４に沿って、全体的に均一に分散していてもよい。補強複合材構造は、任意の好適な距離を隔てて配置された任意数のパッチ１０９を含み得ると理解すべきである。一部の実施形態において、補強繊維１０８は、全体として二次元のパッチ１０９を形成してもよい（例えば、パッチの１つ以上が、単層または多層の補強繊維を含んでいてもよい）。あるいは、補強繊維１０８は、全体として三次元のパッチ１０９を形成してもよい。
【００２８】
更に、パッチ１０９の１つ、複数、またはそれぞれは、遷移領域１１４に付着した第１および第２のパッチ部分１０９Ａ、１０９Ｂを含んでもよい。より具体的には、例えば、第１のパッチ部分１０９Ａを付着させ、および／または複合材サンドイッチ１０１の第１の部分に隣接し得る遷移領域１１４の第１の部分を補強することができ、第２のパッチ部分１０９Ｂを付着させ、および／または複合材サンドイッチ１０１の第２の部分に隣接し得る（例えば、全体的に第１の部分の反対側にある）遷移領域１１４の第２の部分を補強することができる。
【００２９】
一部の実施形態において、補強複合材構造１００は、第１の（例えば、上部の）複合材スキン１１０Ａと第２の（例えば、底面の）複合材スキン１１０Ｂとの間に位置付けられ両方に結合したコア１０６を含む複合材サンドイッチ１０１を含んでいてもよい。以下でより詳細に論じるように、コア１０６は、その中の１つ以上の間隙または空隙のため、少なくとも部分的に複合材スキンよりも軽くなり得る。図１に示されるように、第２の部分１０４は、実質的に中実のコア１０６を有することができ（例えば、１つ以上の複合材スキンが、直接接触して、一体式の複合材スキン部分を形成することができ）、または、いくつかの実施形態では、複合材サンドイッチの１つ以上の部分の局所的圧縮等により、第１の部分１０２よりも短いコア高さを有してもよい。この点は、「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓａｎｄｗｉｃｈ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｂｅｎｄｉｎｇ  Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ」という表題のＰＣＴ国際出願第  （代理人整理番号２４３７２０ＷＯ０１＿４９６７１４−１５）に詳細に記載されており、当該出願は、本願と同時に出願され、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６１４号および２０１５年１月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／１０８，８３７号に対する優先権を主張するものであり、前記出願のそれぞれの開示全体を本願に引用して援用する。
【００３０】
一部の実施形態において、コア１０６は、少なくとも１つの遷移領域の少なくとも一部分を通じて延在してもよく、ここで、コアの１つ以上の部分は、第１の幾何学的構成から第２の幾何学的構成へと幾何学的に変化してもよく、この変化は前述した幾何学的構成の変化のいずれかと類似するか同一である（例えば、コアの１つ以上の部分が、屈曲している、および／またはコアの隣接部分よりも圧縮されている）。一部の実施形態において、複合材サンドイッチ（複合材スキンおよびコアを含む）は、第１の幾何学的構成から第２の幾何学的構成へと幾何学的配置を変化させる遷移領域を含んでもよい。
【００３１】
コア１０６は、プラスチックチューブまたは高密度発泡体の１つ以上の壁によって画定されるコアなどの、複数の（例えば、束状の）セルを含む「硬質」コアであってもよい。前記コアは高い曲げ剛性を示し得る。「硬質」コアは、複合材スキンに沿った水平荷重方向において高いエネルギ吸収性を示し得る。１つ以上の実施形態において、複合材サンドイッチのコア１０６を形成するために、コアブランクを製作時に部分的に圧縮し、および／または加熱してもよい。例えば、ポリマ樹脂に含浸した繊維シート間にコアブランクを位置付け、一緒に加熱および／または圧縮して、少なくとも部分的に軟化させ（例えば、融解させ）、および／またはコアブランクを圧縮し、複合材サンドイッチ１００のコア１０６を形成してもよい。特に、ポリマ樹脂と組み合わされた繊維シートは、複合材サンドイッチ１０１の第１および第２の複合材スキン１１０Ａおよび１１０Ｂを形成し得る。これらは（コアブランクから形成された）コア１０６に結合する。一部の実施形態において、異なる高さまたは厚さにコアブランクを圧縮し、コアの異なる部分ごとに対応して異なる厚さを持つコア１０６を形成してもよい。したがって、一部の実施形態において、複合材サンドイッチ１０１の異なる部分は、異なる厚さを有していてもよい（例えば、複合材サンドイッチ１０１は、三次元の構成を有していてもよい）。更に、複合材サンドイッチ１０１は、全体として、平面状および／または非平面状表面を持つパネルとして形成されてもよい。
【００３２】
コアブランクまたはコア材料および構成は、実施形態ごとに変わり得る。一般に、比較的硬いコアは、コアの一方の端からコアの他方の端へと全荷重を効率的に伝達することができる。例えば、「硬質」コアは、塑性材料（例えば、熱可塑物、熱硬化物等）を含むコアブランクから形成されてもよく、対応する１つ以上のセル壁によって画定される複数のセルを含んでもよい（例えば、塑性材料は、セルが任意数の好適な断面形状、例えば円形、多角形等を有する、ハニカム様構造を画定してもよい）。本明細書に記載されたコアブランクは、本明細書にて開示された補強複合材構造における（例えば、１つ以上の繊維シートによる）積層化および／または圧縮されたコアの非圧縮前駆体であってもよい。一部の実施形態において、プラスチックチューブ（例えば、低コスト材料を含み、比較的軽量であり得る、飲用ストロ）またはその他の構造体材料を、１つに組み合わせるか一体的に形成し、コアブランクを集合的に形成してもよい（例えば、各ストロがコアの対応セルを画定し、隣接コアがセル間の隙間または空間内の追加セルを画定するようにしてもよい）。追加的または代替的に、高密度発泡体ならびにその他の好適なおよび／または圧縮可能な材料（例えば、多孔質であるか、小さなまたは微小な細孔またはセルを含んでもよく、材料内で三次元配置を持つ材料）が、コアブランクに含まれてもよい。一部の実施形態において、コアブランクまたは得られたコア１０６の特定の領域内で所望の剛性または圧縮性が得られるように、セル抜板における１つの領域が、同一セル抜板の別領域内のセルとは異なる寸法（例えば、直径および／または高さ）を持つセルを含んでもよい。
【００３３】
追加的または代替的実施形態において、コア１０６の１つ以上の部分は、比較的軟質であってもよく、板紙もしくはカードボードまたは低密度発泡体などの比較的軟質の材料を含むか、そのような材料から構成されてもよい。「軟質」コアは、コアの端に荷重が印加されたとき、コアの一方の端からコアの反対側の端へと全荷重を伝達しないことができる。例えば、「軟質」コアは、板紙またはカードボード等から形成されてもよい。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の少なくとも７０％を意味する。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の少なくとも８０％を意味する。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の少なくとも９０％を意味する。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の１００％を意味する。「軟質」コアは、複合材スキンに対して実質的に垂直である鉛直方向において、「硬質」コアよりも大きなエネルギ、振動、または衝撃を吸収することができる。例えば、「軟質」コアは、「硬質」コアよりも大きな音響エネルギを吸収し、または減衰させることができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、複合材スキン１１０Ａ−Ｂは、ポリママトリックスおよびポリママトリックス中に少なくとも部分的に埋設された連続および／または非連続繊維（例えば、炭素繊維）を含んでもよい。１つ以上の実施形態によれば、ポリママトリックスは、ポリマ樹脂（例えば、少なくとも部分的に硬化された形態のもの）から形成され得る。ポリママトリックスまたはポリマ樹脂は、１種以上の熱硬化物、１種以上の熱可塑物、１種以上の硬化剤、１種以上のフィラー材料、１種以上の第ＶＩＩＩ族触媒、またはこれらの組合せなどの構成成分の混合物を含んでいてもよい。例えば、ポリマ樹脂またはポリママトリックスは、エポキシなどの第１の熱硬化物およびポリウレタンなどの第２の熱硬化物を含んでいてもよい。エポキシが容量でポリマ樹脂の約１０％〜約４０％（例えば、約２５％〜約３５％）を構成し、ポリウレタンがポリマ樹脂の残余の少なくとも一部を構成してもよい。ポリマ樹脂は、得られる硬化複合材積層の弾力性または硬度を改善するために、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはポリエチレンなどの、比較的高い粘度を有する１種以上の熱可塑物を含んでいてもよい。一部の実施形態において、ポリマ樹脂は、ポリマ樹脂の１つ以上の構成成分の硬化を触媒するように構成された少なくとも１種の硬化剤の１種以上を含んでいてもよい。一部の実施形態において、ポリマ樹脂は、ポリマ樹脂の１種以上の構成成分（例えば、エポキシ）の反応において化学媒介物質として作用するように、コバルト、ニッケル、または鉄などの少なくとも１種の第ＶＩＩＩ族金属材料を含んでもよい。一部の実施形態において、ポリマ樹脂は、収縮率を低減するために、少なくとも１種のフィラー材料を含んでいてもよい。本明細書にて開示されるポリマ樹脂は、比較的短い硬化時間（例えば、約５分以下）を持つ一方で、比較的小さい収縮率（例えば、約３％未満）を示し得る。例えば、ポリマ樹脂と硬化ポリママトリックスとの間の容積収縮率は、約３％未満になり得る。本明細書で使用するとき、用語「硬化する」または「硬化された」は、少なくとも部分的にまたは完全に硬化するか硬化されたという意味を含む。
【００３５】
好適なポリマ樹脂、その構成成分、および構成成分の容積は、「Ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｒｅｓｉｎ，  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ａｐｐｌｙｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ，  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｌａｍｉｎａｔｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」という表題のＰＣＴ国際特許出願第  （代理人整理番号２４３７２１ＷＯ０１＿４９６７１４−２５）に記載されたもののいずれかを含んでもよい。当該出願は、本願と同時に出願され、２０１４年６月４日に出願された米国特許出願第６２／００７，６３２号および２０１５年１月２８日に出願された米国特許出願第６２／１０８，８３７号に対する優先権を主張するものであり、それぞれの開示全体を本願に引用して援用する。
【００３６】
ポリウレタンおよびエポキシの混合物などのポリママトリックスは、硬化後に耐水性になってもよい。一般に、第１の熱硬化物（例えば、ポリウレタン）は少なくとも部分的に透水性であり、別の熱硬化物（例えば、エポキシ）は実質的に耐水性であってもよい。したがって、耐水性熱硬化物が十分な量で使用される場合、ポリママトリックスは、耐水性を持つか水封状態であってもよい。一部の実施形態において、ポリマ樹脂は、複合材サンドイッチのコアに対する複合材スキンの結合を補強できるポリウレタン発泡体（例えば、微細発泡体）の形成を可能にすることができる。
【００３７】
本明細書に記載された１つ以上の実施形態に従って形成された複合材スキンは、プラスチックチューブなどの「硬質」コアから剥がれないことが見出された。いくつかの実施形態では、選択された量の発泡（例えば、微細発泡体の形成）が、ポリマ樹脂および得られる硬化ポリママトリックスにおいて望ましい場合がある。例えば、発泡が多すぎると、ポリマ樹脂が急速すぎる速度で硬化して耐水性を失うことがあり（例えば、過度の多孔性が生じ、ポリマ樹脂中のエポキシが水の侵入を防げなくなる）、および／または強度が損なわれることがある。発泡が少なすぎると、ポリマ樹脂がコアに対し弱い結合を形成することがある。発泡体は、ポリマ樹脂発泡体中のポリウレタンとして、開口部からコアブランクまたはコアのセルまたはチューブ内部に浸潤し、それによって硬化時にセルまたはチューブに対する機械的結合を形成する。一実施形態において、ポリママトリックスは、エポキシおよびポリウレタンの液体混合物中での凝縮または蒸気生成により硬化中に形成される、エポキシおよびポリウレタン発泡体の混合物を含んでもよい。一実施形態において、コアは、ポリマ樹脂から形成され少なくとも部分的に複数のセルの１つ以上へと延在する発泡体（例えば、微細発泡体）を介して、第１の複合材スキンまたは第２の複合材スキンの少なくとも１つへ固定してもよい。一部の実施形態において、第１のポリママトリックスは第１のポリマ樹脂から作製され、第２のポリママトリックスは第２のポリマ樹脂から作製されてもよく、ここで、第１のポリマ樹脂と第２のポリマ樹脂は異なる。例えば、第１のポリママトリックスは、エポキシポリウレタン混合物中に、第２のポリマ樹脂よりも多くの量のエポキシを有するポリマ樹脂を含んでもよい。一部の実施形態において、第１のポリママトリックスと第２のポリママトリックスは、その中に実質的に同一または完全に同一の（硬化）ポリマ樹脂を含んでもよい。
【００３８】
上記のように、第１および／または第２の複合材スキン１１０Ａ〜１１０Ｂの構成および／または組成（例えば、ポリママトリックスおよび／または補強繊維の組成）は、実施形態ごとに異なる場合がある。一般に、第１および／または第２の複合材スキン１１０Ａ〜１１０Ｂの樹脂に埋設された繊維は、連続繊維（例えば、織布シートなどの、複合材スキンの端部間に延在する繊維）であっても、および／または不連続もしくは短繊維であってもよい。一部の実施形態において、不連続繊維は、材料コストを大幅に低減するため、樹脂移送成形（「ＲＴＭ」）などによる屑繊維からの再生利用繊維であってもよい。また、繊維も任意数の好適な材料を含んでもよい（例えば、繊維は、炭素繊維、ガラス繊維等であってもよい）。一部の実施形態において、第１および／または第２の複合材スキン１１０Ａ〜１１０Ｂは、追加的または代替的に、ポリママトリックスに埋設された配向または整列連続繊維を含んでもよい。更に、繊維（連続および／または不連続繊維）は、繊維シートを画定するように一緒に配置されてもよい。一部の実施形態において、繊維シート中の繊維は、一緒に重ね合わせてもよく、および／または一緒に織り合わせてもよい。あるいは、繊維を緩くまとめて位置付け、および／またはマット状にして、繊維シートを画定してもよい。一実施形態では、緩く位置付けられた繊維をまとめて結合または接着させて、繊維シートを形成してもよい。
【００３９】
一実施形態において、繊維シート（例えば、複合材スキン）の補強繊維の群に用いる炭素繊維は、東レ１ｋ、３ｋ、６ｋ、１２ｋ、２４ｋ、および４８ｋ群などによる群または束（例えば、細片、シートなど）の形態で提供されてもよい。炭素繊維の各群はまた、炭素繊維が高温に加熱されたとき繊維同士が結合できるように、繊維の外側表面に若干の結合剤を含んでいてもよい。
【００４０】
ほぼ同じ長さの補強繊維が、繊維機械内の連続繊維から製造され得る。繊維機械は、所望する任意のパターンで複合材の上に繊維を堆積させるために自動で前後に動くように構成されてもよい。繊維機械はまた、連続繊維をほぼ同じ長さに切断するように構成されてもよい。例えば、繊維の長さは、複合材構造を剛化または補強するのに十分なものにすることができる。繊維は、少なくとも長さ１００ｍｍ、例えば長さ約１８０ｍｍ、長さ約１００ｍｍ〜約１ｍ、長さ約１５０ｍｍ〜約５００ｍｍ、長さ約２００ｍｍ〜約３００ｍｍ、または長さ約１００ｍｍ〜約４００ｍｍであり得る。繊維シートもしくは複合材スキン中の個々の繊維の長さ、または繊維シートもしくは複合材スキンの長さは、変わることも実質的に同一であることもある。
【００４１】
剛化された遷移領域を持つ複合材サンドイッチを形成するために、補強繊維の１つ以上の群（例えば、ランダム配向繊維の分離した群）などの追加補強繊維を、複合材構造またはサンドイッチの遷移領域へと形成され得るスタックアセンブリの領域の上に位置付け、補強複合材構造を形成してもよい。一般に、スタックアセンブリは、樹脂含浸繊維シートおよびそれらの間に位置付けられたコアブランクを含んでいてもよい。一部の実施形態において、スタックアセンブリは、上記のように、遷移領域内に位置付けられた補強繊維を含んでいてもよい。
【００４２】
スタックアセンブリは、加工または成形前に、実質的に平面であってもよい。一部の実施形態において、スタックアセンブリは、ポリマ樹脂含浸繊維シートまたは層（「プリプレグ」）を含んでもよい。１つ以上の実施形態において、スタックアセンブリは、樹脂含浸繊維シートを含んでもよい（例えば、樹脂含浸繊維シートを製作するために、繊維シート上へのポリマ樹脂の吹き付け、散布、圧延等を行ってもよい）。スタックアセンブリは、樹脂含浸繊維シート間にコアを含んでいてもよい。
【００４３】
織布繊維などの配向または整列連続繊維は、不連続繊維よりも高い耐疲労性を持つことができ、ランダム配向不連続繊維よりも外見的に美しく見えることがあるが、コストは高くなる。配向連続繊維を含む複合材スキンは、硬化前に延びることは一切できないか、ランダム配向不連続繊維を含む複合材スキンほどにはできない。延びることができることにより、コアを軟化するために加熱したときおよび／または成形型内で加圧したときなどに、複合材サンドイッチが任意の形状に形成されることが可能になる。配向連続繊維を含む複合材スキンの繊維シートは、ランダム配向不連続繊維を含む複合スキンほど多くポリマ樹脂を吸収することはできない。
【００４４】
補強繊維１０８の群は、遷移領域１１４に沿って補強領域を形成するように配置または群化することができる。例えば、補強繊維１０８の群は、前述の繊維または繊維シートのいずれかと同一または類似の材料を含む。例えば、補強繊維１０８の群は、炭素またはガラス繊維などの、ランダム配向不連続繊維または連続配向繊維を含んでいてもよい。補強繊維１０８の群は、複合材スキンの繊維シートと同じ厚さであっても、より厚いまたは薄い厚さであってもよい。例えば、補強繊維１０８の群は、隣接複合材スキンの繊維シートの厚さの約２５％〜約２００％、例えば、隣接複合材スキンの繊維シートの厚さの約２５％〜約１００％、約３５％〜約７５％、約４０％〜約５０％、約１００％〜約２００％、約１２０％〜約１８０％、約１４０％〜約１６０％、約５０％、約７５％、約１００％、約１２５％、約１５０％、または約２００％であってもよい。
【００４５】
補強繊維１０８の群は、第１の複合材スキン１１０Ａに接触させてまたはその下に位置付け、全体として複合材スキンまたは複合材サンドイッチの荷重または応力ベクトルに合わせて整列させて、当該複合材スキンまたは複合材サンドイッチが、補強繊維１０８の群なしの複合材スキンまたは複合材サンドイッチと比べて比較的高い曲げ剛性を示すようにしてもよい。一実施形態において、補強繊維１０８の群は、実質的に直線的な形態（例えば、細片）、実質的に円形の形態（例えば、パッチ）、実質的に多角形の形態（例えば、正方形パッチまたは矩形細片）、不規則形態（例えば、繰り返し現れるか定義可能な角度または一定の曲線を持つ側面）、および放射状構造（例えば、中心点から複数の細片が広がるもの）、またはこれらのいずれかの組合せを示し得る。いくつかの実施形態では、補強繊維１０８の群が、繊維１０８の群の１つ以上の隣接する群に対して１つ以上のパターンまたは関係性で位置付けられてもよく、例えば互いに対して実質的に平行であっても実質的に直線的に整列していてもよい。
【００４６】
一部の実施形態において、補強繊維１０８は、複合材スキンまたは積層の遷移領域１１４（例えば、交差部または角部）全体に位置付けられるか、少なくとも部分的にそれと重なっていてもよい。例えば、補強繊維１０８のうち少なくともいくつかは、遷移領域１１４の曲げ線１１２に対して実質的に垂直に整列されていてもよい。一部の実施形態において、補強繊維１０８のうち少なくともいくつかは、遷移領域１１４の曲げ線１１２に対して実質的に平行に位置付けられていてもよく、例えば、曲げ線１１２に対して平行であるかそれに重なる線形直列で、曲げ線１１２に沿って延在していてもよい。一部の実施形態において、補強繊維１０８のうち少なくともいくつかは、遷移領域１１４の曲げ線１１２に対して斜角に位置付けられていてもよい。
【００４７】
補強繊維１０８の相対位置および／または配列は、遷移領域１１４を剛化するか、遷移領域１１４付近において補強複合材構造の曲げ剛性を高めることに役立ち、補強複合材構造１００が大きな曲げ荷重に耐えることができるようにする（例えば、複合材サンドイッチ１０１の対向部分は、曲げ線１１２付近において曲げ荷重を受けることがある）。一部の実施形態において、補強繊維１０８のうち少なくともいくつかはまた、曲げ線１１２および／またはＹ軸に対して鈍角または鋭角に配向されてもよい。例えば、補強繊維１０８のうち少なくともいくつかは９０度未満の角度を有していてもよく、補強繊維１０８のいくつかは９０度〜１８０度の角度を有していてもよく、補強繊維のいくつかは約９０度の角度を有していてもよい。一部の実施形態において、補強繊維１０８の群は、曲げ線１１２からの種々の角度にて整列されていてもよい。例えば、Ｘ軸からの角度は、１０度〜９０度の範囲、または９０度〜１７０度の範囲で変化し得る。Ｘ軸からの複数の角度で位置付けられた補強繊維の群を持つ実施形態において、補強複合材（サンドイッチ）構造体は、均一に整列した補強繊維の群による１つの方向だけではなく、複数の方向からの応力に耐えることができる。
【００４８】
補強繊維１０８の群の中で配向または整列繊維（例えば、織布炭素繊維シート）を利用する実施形態において、個々の配向繊維は、整列繊維が遷移領域１１４に対して垂直になる（例えば、繊維が、曲げ線１１２に対して平行ではなく、曲げ線１１２を横断して延在する）ように位置付けられていてもよい。更に、補強繊維１０８のうち少なくともいくつかは、第１および／または第２の複合材スキン１１０Ａ〜１１０Ｂの繊維に対して、相対的に平行、垂直、または斜角の位置関係で整列されていてもよい。一部の実施形態において、ランダム配向不連続繊維などの補強繊維１０８が、複合材サンドイッチ１０１を補強するために使用されてもよい。ランダム配向不連続繊維は、特定の個々の方向における曲げ応力に耐えるように構成された整列繊維とは対照的に、任意の方向の曲げ応力に耐えることができる。
【００４９】
上記のように、補強繊維１０８は、群の形態で配置されてもよく、および／または遷移領域１１４を補強できる１つ以上の外形もしくはパッチ（例えば、パッチ１０９）を画定してもよい。一般に、パッチ１０９の外辺部は、遷移領域１１４に対して任意の好適な方向、例えば補強繊維１０８に関連して前述した方向を持っていてもよい。更に、パッチ１０９を形成する補強繊維１０８は、パッチ１０９のそれぞれの内部で、および／またはパッチの外辺部または外形に対して、任意数の好適な方向を持っていてもよい。
【００５０】
図示された実施形態において、補強複合材構造１００は、上部表面１１６に補強繊維１０８のパッチ１０９を有するものとして示されているが、いくつかの実施形態（図示せず）では、補強複合材構造１００は、追加的または代替的に、遷移領域１１４を補強するために（例えば、複合材スキン１１０Ｂに付随する）底部表面に付着した補強繊維を含んでいてもよい。例えば、補強繊維は、互いに対して実質的に平行に整列されてもよく、遷移領域に対してまたは遷移領域の曲げ線１１２に対して実質的に垂直であってもよい。
【００５１】
一部の実施形態において、複合材構造は、１つ以上の側壁を含み、その中におよび／またはその間に１つ以上の繊維領域を持っていてもよい。図２Ａは、遷移領域２０４における補強繊維２０２により補強され得る補強複合材構造２００の分解斜視図である。補強複合材構造２００は、遷移領域２０４により接続された第１の側壁２０８Ａおよび第２の側壁２０８Ｂを含んでもよい。遷移領域２０４は、図示されたような角部領域であってもよく、または、その他の実施形態では、１つ以上の外形、厚さ等の変化部を示してもよい。第１の側壁２０８Ａおよび第２の側壁２０８Ｂは、複合材サンドイッチの１つ以上の部分などの１つ以上の構成部分から作製されるか、それらを含んでもよい。
【００５２】
特に、例えば、補強複合材構造２００の複合材サンドイッチは、第１および第２の複合材スキン２１２Ａ、２１２Ｂ、およびそれらの間に位置付けられそれらに結合したコア２０６を含んでいてもよい。複合材スキン２１２Ａまたは２１２Ｂは、複合材スキンの厚さを増加させ得る、別々の繊維シートから形成された２つ以上の複合材積層を含んでいてもよい。複合材サンドイッチは、それを持つ複合材構造の引抜き荷重を増加させるためにＮＣＦまたは織布を含んでもよい。補強複合材構造２００はまた、補強繊維２０２を含んでもよく、場合によっては、インサート（例えば、金属インサート）が複合材サンドイッチに含まれていてもよい。第１の側壁２０８Ａおよび第２の側壁２０８Ｂは、同一の構成部品の異なる部分を含んでいてもよい。例えば、第１の複合材スキン２１２Ａが、第１の側壁２０８Ａ、遷移領域２０４、および第２の側壁２０８Ｂの一部を形成し、遷移領域２０４が第１の側壁と第２の側壁の間に延在していてもよい。
【００５３】
一部の実施形態において、遷移領域２０４を補強するために、補強繊維２０２が、遷移領域２０４に（例えば、直接接触するか結合されて）位置付けられ、例えば遷移領域２０４の少なくとも一部にまたがっていてもよい。補強繊維の群は、第１および第２の複合材スキン２１２Ａ、２１２Ｂの上部（例えば、外側表面）に位置していてもよく、あるいは代替的または追加的に、第１の複合材スキン２１２Ａと第２の複合材スキン２１２Ｂとの間、例えばコア２０６と第１の複合材スキン２１２Ａとの間に、位置していてもよい。
【００５４】
一部の実施形態において、第２の側壁２０８Ｂは、実質的に中実であってもよく、および／または実質的に複合材スキン２１２Ａ〜２１２Ｂのみを含み、それらの間にコアを持たないものであってもよい。更に、補強繊維２０２は、第１の複合材スキン２１２Ａと第２の複合材スキン２１２Ｂとの間、またはこれらの１つ以上の外側表面付近に位置付けられていてもよい。あるいは、一部の実施形態において、コア２０６は、第１の側壁２０８Ａ、第２の側壁２０８Ｂ、およびこれらの間の遷移領域２０４（例えば、角部領域）などを通じて、実質的に複合材サンドイッチ全体にわたり延在していてもよい。
【００５５】
遷移領域２０４は、第１および第２の側壁２０８Ａ、２０８Ｂが互いに対して屈曲および／または配向している場所付近の曲げ線２１０を含んでいてもよい。一般に、上記のように、遷移領域２０４における曲げ部は、任意数の構成を持ち得る（例えば、実質的に鋭角の内部角部を形成してもよく、丸みを持っていてもよく、不規則な遷移部を含んでいてもよい）。したがって、曲げ線２１０は、一般に、第１および第２の側壁２０８Ａ、２０８Ｂが互いに対して配向されている場所付近の位置に対応し得る。
【００５６】
一部の実施形態において、第１の側壁２０８Ａは、第２の側壁２０８Ｂと同じ厚さを持っていてもよい。代替的または追加的実施形態において、第１の側壁２０８Ａは、第２の側壁２０８Ｂとは異なる厚さを持っていてもよい（例えば、コア２０６の一部が、異なる態様で圧縮されているか、異なる厚さに圧縮されていてもよい）。一部の実施形態において、第１の複合材スキン２１２Ａは、第２の複合材スキン２１２Ｂと同じ厚さを持っていてもよい。その他の実施形態において、第１の複合材スキン２１２Ａは、第２の複合材スキン２１２Ｂとは異なる厚さを持っていてもよい。厚さの違いは、遷移領域において第１の厚さから第２の厚さに遷移するものであってもよい。
【００５７】
補強複合材構造２００は、遷移領域２０４に（例えば、遷移領域２０４上にまたがって、またはその周囲に）補強材または補強繊維２０２の少なくとも１つの群を取り付けることで、複合材サンドイッチ構造体を補強または剛化することにより、形成されてもよい。補強繊維２０２は、遷移領域２０４全体にまたがってもよい。遷移領域２０４は、１つ以上の曲率変化部および／または厚さ変化部などの、形状または外形変化部を示してもよい。
【００５８】
一部の実施形態において、遷移領域２０４は、程度の大きな形状または外形変化部、約４５度以上の１つ以上の角度、または側壁同士の比較で約５０％以上の厚さ変化部を示してもよい。補強繊維２０２は、補強複合材構造２００の第１の側壁２０８Ａの少なくとも一部にわたり、遷移領域にまたがり、および第２の側壁２０８Ｂの少なくとも一部にわたり、延在していてもよい。補強繊維２０２は、第１の側壁２０８Ａに付着した第１の部分２０２Ａおよび第２の側壁２０８Ｂに付着した第２の部分２０２Ｂ、ならびにこれらの間に延在する中間部分を含んでいてもよい。一部の実施形態において、第１の部分２０２Ａおよび第２の部分２０２Ｂは、互いに対して実質的に垂直（図２Ａ〜２Ｂ）、平行、または斜角になるように整列していてもよい。上記のように、補強繊維２０２は、群またはパッチの形態で配置されてもよい。補強繊維２０２により形成されるパッチは、好適な外形および／または配列を持ち得る（例えば、補強パッチの配列は、補強繊維２０２の配列と類似するか同一であり得る）ことを理解すべきである。
【００５９】
一部の実施形態において、補強繊維２０２は、図２Ａに示されるように、コア２０６と第１の複合材スキン２１２Ａとの間に配されていてもよく、および／またはコア２０６と第２の複合材スキン２１２Ｂとの間に配されていてもよい（図示せず）。一部の実施形態において、補強繊維は、図２Ｂに示されるように、第１の複合材スキン２１２Ａの上におよび／またはそれに接触した状態で配されてもよい。一部の実施形態において、補強繊維２０２の群は、第２の複合材スキン２１２Ｂの上に位置していてもよい。一部の実施形態において、１つ以上の補強繊維２０２の群が、コア２０６と第１または第２の複合材スキン２１２Ａまたは２１２Ｂとの間、第１の複合材スキン２１２Ａの上、第２の複合材スキン２１２Ｂの上、またはこれらを組み合わせて、配されてもよい。本明細書で使用するとき、用語「の上に（ｏｖｅｒ）」は、接触、付着、または固着しているという意味を含む。
【００６０】
図２Ａの補強複合材構造２００は、少なくともその一部を成形型内で加圧し、および／またはその１つ以上の部分を加熱して複合材スキン（例えば、１つ以上の炭素繊維シート中のポリマ樹脂）を少なくとも部分的に硬化させることなどにより、組み立てて（例えば、成形型および／または成形機内に位置付けて）一体型補強複合材構造に形成してもよい。
【００６１】
図２Ｂは、図２Ａに類似する遷移領域２０４付近において整列補強繊維２０２の群により補強された補強複合材構造２００’の側面図である。図示されるように、第１の側壁（例えば、複合材サンドイッチ）２０８Ａと第２の側壁（例えば、複合材スキン）２０８Ｂに接続し、それらの間にある、遷移領域２０４（例えば、角部および厚さ変化部）が存在していてもよい。結合複合材スキン（例えば、コアを持たないもの）は、第１の複合材スキン２１２Ａおよび第２の複合材スキン２１２Ｂを含んでもよい。第２の側壁２０８Ｂの結合複合材スキンは、２つの別々の異なる複合材スキンを含んでいるものとして表される（例えば、複数の硬化複合材スキンは、互いに結合しているが、別々のものである）。ただし、一部の実施形態において、第２の側壁２０８Ｂは、繊維シート同士の境界または合せ目が実質的にない１つの複合材スキンを含む場合がある。
【００６２】
例えば、樹脂含浸繊維シートの加圧および硬化は、繊維が埋設された実質的に一体のポリママトリックスをもたらし得る。いくつかの実施形態では、ポリマ樹脂の薄層が、硬化状態および／または非硬化状態で、第２の側壁２０８Ｂにおいて第１の複合材層２１２Ａと第２の複合材層２１２Ｂとの間に配されてもよい。いくつかの実施形態では、コア２０６（例えば、第１の側壁２０８Ａ内のものと同一のコア２０６または異なるコア２０６）が、第２の側壁２０８Ｂにおいて第１の複合材層２１２Ａと第２の複合材層２１２Ｂとの間に配されてもよい。一部の実施形態において、コア２０６は、第１の側壁２０８Ａと第２の側壁２０８Ｂとの間にある遷移領域２０４の少なくとも一部分を通じて延在していてもよい。図２Ｂに示されるように、コア２０６は、補強複合材構造２００’の１つ以上の部分、例えば第１の側壁２０８Ａ、第２の側壁２０８Ｂ、または遷移領域２０４（図示せず）中で、先細および／または終端になってもよい。一部の実施形態において、コア２０６は、第１の側壁２０８Ａと第２の側壁２０８Ｂとの間にある遷移領域２０４の少なくとも一部分を通じて延在していてもよい。
【００６３】
図示されるように、補強繊維２０２は、複合材構造に対して１つ以上の位置を取り得る。例えば、補強繊維２０２の群は、第１の複合材スキン２１２Ａ上部の２１４Ａ（図２Ｂ）、第１の複合材スキン２１２Ａとコア２０６との間の位置２１４Ｂ（図２Ａ）、コア２０６と第２の複合材スキン２１２Ｂとの間の位置２１４Ｃ、または第２の複合材スキン２１２Ｂの下（例えば、外側表面上）の位置２１４Ｄに位置付けられていてもよい。位置２１４Ａ〜２１４Ｄは、補強複合材構造２００’の縦寸法または横寸法に沿って延在していてもよい。補強繊維２０２は、異なる方向に整列していてもよい（例えば、特定の用途での荷重条件に依存して、上記で開示されているように、遷移領域２０４の曲げ線に対して垂直または傾いた角度を形成していてもよい）。補強複合材構造２００’に付随した補強繊維２０２は、遷移領域２０４に対するトルク、応力、歪みをもたらし得る、第１の側壁２０８Ａまたは第２の側壁２０８Ｂの１つ以上に対する力に抵抗する、追加の剛性または剛さを実現することができる。
【００６４】
一部の実施形態において、遷移領域は、複合材サンドイッチまたは補強複合材構造の１つ以上の部分の厚さ変化部を含んでいてもよい。図３Ａは、遷移領域３０８付近に金属インサート３０２などのインサートおよび繊維補強材（ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）（例えば、１つ以上の群の補強繊維３１４）を含む、補強複合材構造３００の断面図である。補強複合材構造３００は、第１の複合材スキン３１８Ａ、第２の複合材スキン３１８Ｂ、およびこれらの間のコア３０４を含む複合材サンドイッチ（例えば、複合材プレートまたはシート）３１６を含んでいてもよい。第１の複合材スキン３１８Ａ、第２の複合材スキン３１８Ｂ、およびコア３０４は、その組成、寸法、または性質を含めて、本明細書にて開示された複合材スキンまたはコアと類似または同一のものであってもよい。
【００６５】
複合材サンドイッチ３１６は、１つ以上のより厚い第１の区画３０６、１つ以上のより薄い第２の区画３１０、および第１の区画３０６の１つ以上と第２の区画３０８の１つ以上を接続する１つ以上の遷移領域３０８を含んでいてもよい。複合材サンドイッチ３１６全体は、１つ以上の要素の厚さ変化部を含んでいることが示される１つ以上の遷移領域３０８を持ち、実質的に平面（またはいくつかの実施形態では、図２Ａ〜２Ｂに示されるように非平面）であってもよい。複合材サンドイッチ３１６の遷移領域３０８は、連続的または不連続的（例えば、段差のある）厚さ変化部を持っていてもよい。一部の実施形態において、遷移領域３０８の末端の角部３３０は、応力集中を大面積に拡散するために丸みを帯びていてもよく、これにより鋭い角部などの離散点における破損の可能性を低減することができる。図３Ａに示されるように、遷移領域３０８は、一定または可変の勾配３２２を持っていてもよい。いくつかの実施形態では、遷移領域３０８は、一定または可変の曲線を持っていてもよい。いくつかの実施形態では、遷移領域３０８は、段差（図示せず）などの不連続厚さ変化部を持っていてもよい。
【００６６】
補強複合材構造３００は、その１つ以上の領域において複合材サンドイッチ３１６を支持するために、または締結具もしくは他の構造体のための付着点を付与するために、金属インサート３０２を含んでいてもよい。金属インサート３０２は、より厚い第１の区画３０６とより薄い第２の区画３１０との間における厚さの違いの少なくとも一部を生じる、複合材サンドイッチ３１６の厚さ変化部に対して、実質的に相補的な形状を有していてもよい（例えば、複合材サンドイッチ３１６内に形成されたポケットまたは斜面に嵌め込まれるか結合されてもよい）。
【００６７】
一部の実施形態において、金属インサート３０２は、アルミニウム、鋼、マグネシウム、チタン等の任意の金属または合金から形成され得る。金属インサート３０２は、より薄い第２の区画３１０に接着剤により付着し、および／もしくは樹脂ポリマに結合していてもよく、ならびに／またはボルトなどの１つ以上の締結具により固定されていてもよい（図示せず）。一実施形態において、金属インサート３０２は、ボルトを固定するための締結穴３１２（例えば、ねじ穴）を含んでいてもよい。一部の実施形態において、金属インサート３０２は、代替的または追加的に、接着剤または締結具などにより、第１の区画３０６に付着していてもよい。いくつかの実施形態では、金属インサート３０２の代わりに、非金属インサートが使用されてもよい。非金属インサートのための好適な材料としては、プラスチック、木材、セラミックス、液体セル（ｆｌｕｉｄ  ｃｅｌｌ）等が挙げられる。金属インサートは、複合材サンドイッチを形成する前後などに、複合材スキン３１８Ａおよび３１８Ｂの外部に位置付けられていてもよい。そのような実施形態では、複合材スキン層の内側に配された金属インサートを持つ複合材構造と比較して、生産時間短縮およびコスト削減を達成することができる。ただし、一部の実施形態において、金属インサートは、複合材スキン内部に位置付けられてもよい。
【００６８】
例えば、複合材スキン３１８Ｂは、ポケットを形成してもよく、および／または金属インサート３０２を少なくとも部分的に取り囲んでいてもよい。更に、金属インサート３０２を収容するポケットまたは窪みが、コア３０４内に形成されてもよい（例えば、コア３０４は、少なくとも部分的に金属インサート３０２を取り囲んでもよく、複合材スキン３１８Ｂによって金属インサート３０２から隔離されていてもよい）。一部の実施形態において、少なくとも複合材スキン３１８Ｂにより画定されるポケットまたはへこみは、複合材スキン３１８Ｂおよび／またはコア３０６に対して、金属インサートの位置および／または配向を決定し得る（例えば、へこみは１つ以上の先細側壁を持ち得る）。いくつかの実施形態では、コア３０６の少なくとも一部分を含むへこみの形成により、第１の厚さを持つ複合材サンドイッチ３１６の一部分と第２の厚さを持つ（第１の厚さよりも厚い）複合材サンドイッチ３１６の別の部分との間の遷移領域３０８などの、遷移領域が生じ得る。複合材サンドイッチ内のへこみは、インサートから独立した成形型から形成されてもよく、インサートを未硬化複合材サンドイッチに押し込むことで形成されてもよい。インサートは、複合材サンドイッチが硬化した後または硬化する前に、へこみ内に配置されてよい。
【００６９】
補強複合材構造３００は、代替的または追加的に、複合材サンドイッチ３１６の上部表面、例えば複合材スキン３１８Ａ上に付着した、補強繊維３１４を含んでいてもよい。補強繊維３１４および／またはその配置は、限定されないが繊維の種別（例えば、炭素、ガラス、連続または不連続）または繊維のアグロメレーションの形態（例えば、ランダム配向シートまたは織布シート）を含めて、本明細書にて開示された補強繊維のいずれかと類似または同一であってよい。補強繊維３１４は、複合材サンドイッチ３１６の遷移領域３０８を覆っていてもよく（例えば、実質的に遷移領域３０８の全体にわたって延在していてもよく）、複合材サンドイッチ３１６の第２の区画３１０の一部および／または第１の区画３０６の一部を覆い延在していてもよい。一部の実施形態において、補強繊維３１４の群は、複合材サンドイッチの初期形成中に複合材サンドイッチに加えられてもよい（例えば、複合材サンドイッチ３１６の要素と共に一体的に形成されてもよい）。一部の実施形態において、補強繊維３１４は、複合材サンドイッチ３１６が形成（例えば、硬化）された後に、複合材サンドイッチ３１６に追加してもよい（例えば、付着させてもよい）。一部の実施形態において、補強繊維３１４は、金属インサート３０２と複合材スキン３１８Ｂとの間、または複合材スキン３１８Ａもしくは３１８Ｂと複合材サンドイッチ３１６のコア３０４との間（図示せず）に、位置付けられていてもよい。
【００７０】
一部の実施形態において、複合材サンドイッチ３１６は、複合材スキン３１８Ａと複合材スキン３１８Ｂとの間に配置されてそれらに結合したコア３０４から形成されてもよい。複合材スキン３１８Ａ、３１８Ｂは、ポリママトリックスに埋設された整列連続繊維またはランダム配向不連続繊維を含んでいてもよい。より薄い第２の区画３１０は、中実の複合材構造を持っていてもよく（例えば、複合材構造のみを含んでいてもよく）、またはより厚い第１の区画３０６と比較して高さが低いコアを持っていてもよい。この場合も、コアは、比較的高い曲げ剛性を持つ、複数のポリマセルなどの「硬質」コア材料（例えば、ポリカーボネートチューブの束または高密度発泡体）を含んでいてもよい。コアは、高いエネルギ吸収性を持つ、カードボードもしくは板紙または低密度発泡体などの「軟質」コア材料を、代替的または追加的に含んでいてもよい。例えば、一実施形態において、複合材サンドイッチは、１つ以上の「硬質」コアおよび／または１つ以上の「軟質」コアなどの、１つ以上のコアを１つ以上の複合材スキンの間などに含んでいてもよい（例えば、１つ以上のコアが、互いに直接隣接しているか、それらの間の１つ以上の複合材スキンによって隔離されている場合）。一実施形態では、硬質コアのセルに、部分的に軟質コア材料を入れてもよい（例えば、ポリカーボネートチューブに部分的に板紙を入れるなど）。
【００７１】
一部の実施形態において、複合材サンドイッチは、実質的に均一なコアブランク高さで形成し、次いで、加熱および／または圧縮して、１つ以上の各種高さのコアを持つ複合材要素を、成形型内で所望の外形等に形成してもよい。複合材サンドイッチ３１６の厚さ変化部は、成形型内などで、コアブランクを圧縮して、ある領域の深さを別の領域の深さよりも大きくすることによる影響を受け得る（例えば、コアブランクおよび樹脂含浸繊維シートを加熱し５〜１０ｂａｒ（例えば、約６ｂａｒ）で圧縮して、複合材サンドイッチ３１６を形成してもよい）。複数のポリカーボネートセル（例えば、プラスチックストロ）などの「硬質」コアブランクの使用は、コアブランクおよび得られたコアが、軟質コア材料を使用した場合よりも大きな圧力に耐えることを可能にする。更に、成形型の形状または所望のコア高さに更に合致させるために加圧しているとき、プラスチックチューブなどの「硬質」コア材料を、追加的に軟質化または加熱してもよい（例えば、少なくとも部分的に融解させてもよい）。一部の実施形態において、厚さ変化部は、複合材サンドイッチ３１６の１つ以上の部分でのコアの不存在により得ることができる。一部の実施形態において、複合材サンドイッチ３１６の厚さ変化部は、（例えば、加圧および／または成形に関係なく）異なる領域において異なる厚さを持つコアブランクを使用することによる影響を受け得る。一部の実施形態において、得られた加圧コアは、より高いコア高さを持つ少なくとも１つの区画およびより低いコア高さを持つ少なくとも１つの区画を示していてもよい。
【００７２】
いくつかの実施形態では、複合材サンドイッチまたはプレート３１６が形成される前に、繊維３１４が追加されてもよい。図３Ｂは、成形型３２０Ａ〜３２０Ｂ内に配された、遷移領域３０８付近の補強繊維３１４の群を含む、補強複合材構造３００’の部分的断面図である。例えば、複合材サンドイッチは、ポリマ樹脂含浸繊維シートまたは層（例えば、ポリウレタン−エポキシポリマ樹脂含浸炭素繊維シート）を含む複合材スキン３１８Ｂ、圧縮コア３０４、およびポリマ樹脂含浸繊維シート（例えば、追加のポリウレタン−エポキシポリマ樹脂含浸炭素繊維シート）を含む上部複合材スキン３１８Ａ、ならびにポリマ樹脂を塗布された（例えば、吹き付けられるか手作業で塗布された）補強繊維３１４を含んでいてもよい。補強繊維３１４は、本明細書にて開示された補強繊維およびその配置のいずれかと類似または同一であってよい。一実施形態において、補強繊維３１４の群は、ポリマ樹脂を吹き付けるために備えられた吹き付け積層システムから吹き付けられた細断繊維、およびＧＲＡＣＯ（登録商標）（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）のＲＳ  Ｃｈｏｐ  Ｇｕｎまたはその同等物などから吹き付けられた細断繊維を含んでいてもよい。
【００７３】
一部の実施形態において、複合材サンドイッチおよび／または補強複合材スキンを製造するため、上部成形型部分３２０Ａおよび下部成形型部分３２０Ｂを含む成形型内に、アセンブリ２００と類似または同一のスタックアセンブリが位置付けられていてもよい。補強複合材構造を形成するため、スタックアセンブリを加圧および／または加熱し、（例えば、一定時間加熱して）硬化させてもよい。一実施形態において、第１の複合材スキン３１８Ａは、上部成形型部分３２０Ａ付近（例えば、直接接触しているか近い位置）に配置されていてもよく、第２の複合材スキンは、下部成形型部分３２０Ｂ付近に配置されてもよい（例えば、上部および下部成形型部分３２０Ａ〜３２０Ｂは、補強複合材構造を製作するためにスタックアセンブリを圧縮および／または造形する成形型キャビティを画定してもよい）。
【００７４】
一実施形態において、コア３０４は、第１の複合材スキン３１８Ａと第２の複合材スキン３１８Ｂの一方または両方に隣接して配置されていてもよい。一部の実施形態において、補強繊維の１つ以上の群は、コア３０４と、第１の複合材スキン３１８Ａおよび第２の複合材スキン３１８Ｂの１つ以上との間に配置されていてもよい。一部の実施形態において、補強繊維の１つ以上の群は、上部成形型部分３２０Ａと第１の複合材スキン３１８Ａとの間、および／または下部成形型部分３２０Ｂと第２の複合材スキン３１８Ｂとの間に位置付けられていてもよい。
【００７５】
一部の実施形態において、上部成形型部分３２０Ａまたは下部成形型部分３２０Ｂは、複合材サンドイッチにおける１つ以上のポケット、曲線、角度、またはその他の遷移領域を形成するように構成されてもよい。一実施形態では、上部成形型部分３２０Ａまたは下部成形型部分３２０Ｂ付近に配された補強繊維３１４の群により、そこに形成された補強複合材構造が、１つ以上のポケット、曲線、角度、またはその他の遷移領域を示すことがある。例えば、第１の複合材スキン３１８Ａ上に配された補強繊維３１４の群が、成形型に充填され、加圧および／または加熱されるとき、コアブランク内の隣接する１つ以上のセルは、成形型キャビティに対して補強繊維３１４の群を合わせるために、少なくとも部分的に変形（例えば、圧縮）されてもよい。
【００７６】
補強繊維３１４の群に隣接しているコア３０４は、他の領域よりも圧縮されてもよく、補強複合材構造の上部表面が上部成形型部分３２０Ａにより造形され、補強繊維が圧縮され補強複合材構造の上部表面を変形させるようにしてもよい（例えば、補強繊維は、補強複合材サンドイッチの上部表面の隣接領域と実質的に同一平面または共面であってもよい）。一部の実施形態において、下部成形型３２０Ｂに隣接する第２の複合材スキン３１８Ｂに補強繊維の群を追加するために、同様の方法を用いてもよい。補強繊維３１４の群および／または第１の複合材スキン層３１８Ａは、それらの中または上にポリマ樹脂を含んでいてもよく、これにより、加熱および／または圧縮中に、補強繊維３１４の群および第１の複合材スキン３１８Ａが少なくとも部分的に結合することが可能になる。
【００７７】
１つ以上の実施形態において、補強のため、複合材スキンに、少なくとも部分的に補強繊維３１４を含浸させてもよい。補強繊維３１４は、外部表面から内部に向かい複合材サンドイッチ上に形成された、へこみ内に配されていてもよい。一実施形態において、補強複合材構造の外側表面（例えば、上部および／または下部表面）は、１つ以上のポケットが補強繊維の１つ以上の群で満たされて、実質的に滑らかであってもよい。そのように形成された補強複合材構造の外側表面が、成形型の内部表面を補完してもよい。図３Ｂに示されるように、一部の実施形態において、コアブランクは、コア３０４を形成するために、１つ以上の側面から変形（例えば、圧縮）されていてもよい。１つ以上の実施形態では、成形型を一定の持続時間にわたり加熱し、複合材スキン中のポリマ樹脂を硬化させ、成形型の外形が、複合材サンドイッチを含む得られた補強複合材構造において保持されるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、硬化後の補強のために、更なる補強繊維の群を追加してもよい。
【００７８】
図４Ａは、放射状に配置された（例えば、中心点から放射状に延在するように整列した）補強繊維の平面図である。上記のように、強化繊維は、細片、ブランケット、シートなどの任意数の構成を持ち得る多くの形態群またはパッチを含んでいてもよい。図４Ａに示されるように、複数の補強繊維が、放射状パターン４００Ａの形態で配置されてもよい。補強繊維４０２は、繊維４０２の全ての群が重なる重複領域４０４を持つように配置されてもよい。
【００７９】
更に、補強繊維４０２は、互いに異なる定位（例えば、約１つ以上の座標または軸）を持ち得る補強繊維のパッチまたは群４０２Ａ、４０２Ｂの形態で配置されていてもよい。放射状パターン４００Ａは、（図３Ａに示される）補強繊維３１４を備えていてもよい。放射状パターン４００Ａには、（例えば図１に示される）単一の方向に沿った補強繊維１０８の群の線形パターンと比較して、いくつかの利点があり得る。例えば、放射状パターン４００Ａは、種々の方向での荷重に対して複合材を補強することができる。
【００８０】
更に、補強繊維４０２および／またはそれらから形成され放射状パターン４００Ａの形態で配置されたパッチは、単一工程でより大きな表面積をカバーする（例えば、単一点に対する複数の方向からの応力に対する抵抗性を与える）ことができる場合がある。この抵抗性は、互いに離れて適用されているが類似の方向で配置されている補強繊維の複数の群では得ることができない。一部の実施形態において、４０２Ａおよび４０２Ｂのうち少なくともいくつかは、類似または他と異なる方向で配置された配向繊維の１つ以上を含んでいてもよく、またはランダム配向繊維を含んでいてもよい。
【００８１】
図４Ｂは、複合材スキン４１２の繊維シートまたは層の上に（例えば、それに結合した状態で）配された補強繊維４０８の群の等角図である。例えば、補強繊維４０８の群は、複合材スキンまたはそれを含む複合材構造を補強するために、応力を緩和することが期待される複合材スキン内の１点の周囲にパターン４１０の形態で配置されていてもよい。好適なパターンとしては、図示されている日輪型パターン、チェッカーボードパターン、線形パターン、ランダム配置、格子柄パターン、またはこれらのいずれかの組合せが挙げられる。補強繊維４０８は、接着剤、１つ以上の締結具、縫製、加圧および／もしくは加熱、またはこれらのいずれかの組合せなどの任意の好適な付着手段により、複合材スキン４１２に付着させることができる。このようなパターンは、種々の方向での荷重に耐える遷移領域を剛化することに役立ち得る。
【００８２】
一部の実施形態において、補強複合材構造は、複合材サンドイッチ内の複合材スキンの１つ以上の領域により補強された複合材サンドイッチを含んでいてもよい。図５は、ランダム配向繊維５０６を持つ遷移領域５０８により補強された補強複合材構造５００の断面図である。補強複合材構造５００は、第１のより薄い区画５０２と第２のより薄い区画５０４との間の遷移領域５０８の補強のために繊維５０６のより厚い部分を含む、繊維シートまたは層を持つ複合材スキン５１２Ａを含んでいてもよい。前記繊維シートは、本明細書にて開示された任意の構成により、本明細書にて開示された任意の繊維を含んでいてよい。補強複合材構造５００は、コア５１０の上部にある第１の複合材スキン５１２Ａとコア５１０の下にある第２の複合材スキン５１２Ｂとの間に、コア５１０を含んでいてもよい。
【００８３】
一実施形態において、コア５１０は、１つ以上の区画内で、１つ以上の他の区画より大きな高さを持っていてもよく、例えば、第１の区画５０２での高さは、第２の区画５０４での高さよりも大きくなっている。遷移領域５０８は、曲率変化部（例えば、図示されている可変勾配および／または複心曲線）を含んでいてもよい。図５に示されているように、複合材スキン５１２Ａの厚さは、遷移領域において、第１の区画５０２および第２の区画５０４での厚さよりも大きくてもよい。より大きな厚さを持つ複合材スキンの部分は、遷移領域５０８に隣接する第１の区画５０２および第２の区画５０４と少なくとも部分的に重複していてもよい。一部の実施形態において、より厚い部分５０６の厚さは、繊維シートまたは複合材スキン５１２Ａの残り部分の厚さの約１２０％であってもよく、例えば、繊維シートまたは複合材スキン５１２Ａの隣接領域の厚さの約１２０〜約３００％、約１３０〜約２００％、約１４０〜約１８０％、または約１５０％であってもよい。
【００８４】
図６Ａは、補強複合材構造６０１に含まれる（例えば、複合材サンドイッチに適用される）ランダム配向補強繊維６０２の平面図である。ランダム配向繊維６０２は、本開示の実施形態に従い、補強複合材構造６０１の角部周囲、例えば、補強複合材構造６０１の１つ以上の側面（例えば、表面）に配されていてもよい。補強複合材構造６０１は、任意の外形で屈曲し得る１つ以上の遷移領域６０４を含んでいてもよい。図６Ａに示されるように、ランダム配向補強繊維６０２は、複合材構造６０１の輪郭に沿って遷移領域６０４の上に（例えば、それに適用し結合して）配されていてもよい。
【００８５】
一実施形態において、補強繊維６０２の厚さおよび／または密度は、補強複合材構造６０１の横断面にわたって変化し得る。例えば、補強繊維６０２は、複合材構造の横断面の中央６０８において、より厚くなっているか、より高密度に詰め込まれていてもよく、中央６０８から離れた距離にある端６０６において、より薄くなり、補強繊維６０２が中央６０８付近を中心とした鐘形曲線となる厚さまたは密度を示すようになっていてもよい。ランダム配向繊維６０２の厚さまたは密度の変化は、遷移領域における応力集中を緩和し、遷移領域を強化し得る。連続的な厚さの変化部は、補強複合材構造５００（図５）にも示されている。
【００８６】
一部の実施形態において、１つ以上の補強繊維６１０が、複合材スキン６１２の１つ以上の輪郭の周囲に配されていてもよい。図６Ｂは、本開示の実施形態に従い補強複合材構造６１２の角部周囲に配された補強繊維６１０（例えば、整列または配向繊維）の平面図である。図６Ｂに示されているように、補強繊維６１０は、複合材構造６１２に沿って遷移領域の上に配されていてもよく、および／または複数のパッチを形成してもよい（例えば、補強繊維６１０によって形成されたパッチは、上記のような任意数の好適な方向を持っていてもよい）。一部の実施形態において、補強繊維６１０は、補強複合材構造６１２の湾曲に対して実質的に垂直に配されていてもよい。その他の実施形態において、補強繊維６１０は、補強複合材構造６１２に沿った個々の点において、補強複合材構造６１２に対して平行または斜角になっていてもよい。
【００８７】
ポリマ樹脂を追加補強繊維の上に塗布してもよい（例えば、吹き付けるか手作業で散布してもよい）。次いで、樹脂含浸繊維層を持つ複合材スタックを含むスタック全体、およびポリマ樹脂を吹き付けた補強繊維を、加圧される成形型内に置き、および／または硬化させて、所望の外形の補強複合材構造を形成してもよい。
【００８８】
図７は、剛化または補強遷移領域を有する補強複合材構造の形成方法７００のフローチャートである。方法７００は、部分的スタックアセンブリの１つの領域（例えば、遷移領域を形成し得る領域）の上に補強繊維を配するアクト７０２を含んでもよい。例えば、部分的スタックアセンブリは、対向する樹脂含浸繊維シートおよびそれらの間に位置付けられたコアブランクを含んでいてもよい。遷移領域は、上記のような任意数の構成を有するように形成されてもよい。
【００８９】
方法７００は、液体ポリマ樹脂などのポリマ樹脂を補強繊維に含浸させるアクト７０６を含んでもよい。例えば、ポリマ樹脂は、補強繊維の少なくともいくつかの上に、例えば補強繊維およびそれに隣接した複合材スキンの繊維シートの上に（例えば上面に）、散布しおよび／または吹き付けることができる。代替的または追加的に、（例えば補強繊維が樹脂含浸繊維シートに接触するようにして）補強繊維に樹脂含浸繊維シートのポリマ樹脂を含浸させてもよい。本明細書にて開示され、または引用して援用されたポリマ樹脂は、例えば、約５％〜４０％のエポキシを含有する、エポキシとポリウレタンの混合物として使用することができる。一実施形態において、ポリマ樹脂を塗布する工程には、補強繊維の群の上に液体ポリマ樹脂を吹き付ける工程が含まれてもよい。一実施形態において、ポリマ樹脂を塗布する工程は、例えば、流し込み、浸漬、またはへら、こて、ブラシ、ローラ等での散布（ｓｐｒｅａｄ）により、補強繊維の群の上に液体ポリマ樹脂を手作業で塗布する工程を含んでもよい。
【００９０】
一実施形態において、方法７００は、成形型内にスタックアセンブリを位置付けるアクト７１０を含んでもよい。特に、例えば、スタックアセンブリは、樹脂含浸繊維シート、コアブランク、補強繊維、金属インサート、またはこれらの組合せを含んでもよい。成形型内にスタックアセンブリを位置付ける工程は、第１の成形型部分上に第１の繊維シートを位置付ける工程を含んでもよい。成形型内にスタックアセンブリを位置付ける工程は、第１の繊維シート上にコアブランクを位置付ける工程を含んでもよい。成形型内にスタックアセンブリを位置付ける工程は、コアブランク上に第２の繊維シートを位置付ける工程を含んでもよい。成形型内にスタックアセンブリを位置付ける工程は、１つ以上の繊維シート付近に、例えば繊維シートと成形型との間に、または繊維シートとコアとの間に、金属インサートを位置付ける工程を含んでもよい。成形型内にスタックアセンブリを位置付ける工程は、得られる複合材サンドイッチを補強するために、第１の繊維シートまたは第２の繊維シートのうち１つ以上の上に複数の補強繊維を配するまたは位置付ける工程を含んでもよい。補強繊維は、本明細書にて開示された任意の構成またはそれらの組合せにより位置付けられてよい。一部の実施形態において、ポリマ樹脂は、位置付け前に、繊維シートまたは補強繊維の群に塗布されてもよい。一部の実施形態において、ポリマ樹脂は、位置付け後、金属インサート配置前に、繊維シートまたは補強繊維の群に塗布されてもよい。第１の繊維シート、第２の繊維シート、補強繊維の群、金属インサート、およびコアブランクは、本明細書に記載された任意の繊維シート、補強繊維の群、金属インサート、またはコアブランクに類似するか同一のものであってよい。
【００９１】
一実施形態において、方法７００は、成形型内でスタックアセンブリを圧縮するアクト７１４を含んでもよい。例えば、スタックアセンブリを圧縮する工程は、スタックアセンブリを加熱しながらスタックアセンブリに加圧する工程、例えば成形型に加圧しながら成形型を加熱する工程を含んでもよい。方法７００は、スタックアセンブリ中の樹脂を硬化させるアクト７１６を含んでもよい。ポリマ樹脂を硬化させる工程は、ポリマ樹脂を少なくとも部分的に硬化させ、補強繊維の群を自身の上に有する複合材サンドイッチが全体で１つの補強複合構造へと凝集するようにする工程を含んでもよい。ポリマ樹脂を硬化させる工程は、ポリマ樹脂を加熱する工程を含んでもよい。ポリマ樹脂を加熱する工程は、約７０℃超の温度、例えば、約９０℃以上、約１００℃以上、約１２０℃以上、約１３０℃以上、約７０℃〜約２００℃、約９０℃〜約１５０℃、約１００℃〜約１８０℃、約１２０℃〜約１６０℃、または約１３０℃まで、ポリマ樹脂を加熱する工程を含んでもよい。ポリマ樹脂を硬化させる工程は、圧縮スタックアセンブリを成形型内で加熱する工程を含んでもよい。圧縮スタックアセンブリを成形型内で加熱する工程は、スタックアセンブリが成形型内で圧力下にあるときに行われてもよい。加熱は、繊維中のポリマ樹脂を少なくとも部分的に硬化するのに適した任意の持続時間、例えば本明細書にて開示された任意の時間または時間範囲にわたり行われてもよい。ポリマ樹脂を硬化させる工程は、圧縮スタックアセンブリをオーブンまたはキルン内で加熱する工程を含んでもよい。ポリマ樹脂を硬化させる工程は、圧縮スタックアセンブリを周囲条件にて既定の持続時間にわたり静置する工程を含んでもよい。硬化は、４０秒以上、例えば約２分以上、約２分〜１日、約５分〜約１０時間、約１０分〜約２時間、約１５分〜１時間、約１分〜約１０分、約２分〜約１５分、約３分〜約８分、または約５分にわたり行われてもよい。
【００９２】
上記の方法により、１つ以上の補強遷移領域を持つ補強複合材構造を形成することができる。補強複合材構造は、ポリママトリックスに埋設された複数の繊維を含む第１の複合材スキンおよびポリママトリックスに埋設された複数の繊維を含む第２の複合材スキン、少なくとも１つの遷移領域、ならびに少なくとも１つの遷移領域上に位置付けられた補強繊維の少なくとも１つの群であって、遷移領域を形成するために複合材サンドイッチに付着した補強繊維の少なくとも１つの群を有する、複合材サンドイッチを含んでいてもよい。
【００９３】
いくつかの実施形態を説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく、種々の改変、代替構造、および同等物を利用できることが当業者には理解されるであろう。更に、本発明を不必要にあいまいにすることを避けるため、多数の周知のプロセスおよびエレメントが記載されていない。したがって、上記の記載を本発明の範囲を限定するものと捉えるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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