(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
π（パイ）の形あるいはＴ形状である三次元の形をもつ構造を形作るための平坦な二次元の織物であって、その織物が次のものを備えることを特徴とする織物。
（ａ）前記織物の第１の部分
（ｂ）前記第１の部分に関して折ることができる第２の部分であって、前記第１および第２の両部分が前記三次元の形を作るように折られる
（ｃ）それら第１および第２の両部分を相互に連結する複数の繊維
（ｄ）前記連結のための複数の繊維が定めるものであって、前記第１の部分から前記第２の部分まで至る繊維経路であり、その繊維経路中に短く織った繊維部分と長く織った繊維部分とを備え、そして、それら短く織った繊維部分と長く織った繊維部分とは、前記第１の部分に関して前記第２の部分を折るとき、前記短く織った部分が前記長く折った部分を前記繊維経路に沿って引き、前記織物を折る前と折った後における前記繊維の長さを等しくする
【請求項２】
前記織物は、縦糸および横糸を含み、前記相互に連結する繊維が横糸である、請求項１の織物。
【請求項３】
前記織物は、複合材料を強化するためのプリフォ−ムである、請求項１の織物。
【請求項４】
前記織物は、前記第１および第２の両部分に複数の織り層を備え、しかもまた、複数の繊維経路は、前記第１および第２の両部分の複数の織り層の異なる層の間にある、請求項１の織物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、強化複合材料のための織りプリフォ−ム（前もっての形成物）に関し、特に、平坦に織りかつその最終の形に折るときに、繊維中に好ましくないひずみを生じることがない技術に関する。
【０００２】
【発明の背景】
構造的な構成要素あるいは部品を製造するために、強化複合材料を用いることは今や普及している。特に、重さが軽いこと、強固、丈夫、耐熱性、自らを支える能力、および形作る上で適合するという、好ましい特性が求められるところでは広く普及している。そのような構成要素あるいは部品は、たとえば航空、航空宇宙産業、人工衛星、電池、レクリエ−ション（レ−ス艇やレ−シングカ−など）、その他の分野で用いられる。
【０００３】
そのような構成要素あるいは部品は、典型的に、マトリックス状の材料の中に埋め込んだ強化素材から構成される。強化の構成部分は、ガラス、炭素、セラミックス、アラミド（耐熱性が高く強い軽量の芳香族ポリアミドの合成繊維であり、たとえば商品名「ケブラ−」）、ポリエチレン、および／または物理的、熱的、化学的および／またはその他の好ましい特性、第１には応力に対する大きな耐久性を示すその他の材料から構成される。そのような強化素材、それらは結局は完成品の構成要素になるのであるが、それらを使用するとき、たとえば非常に大きな強度のようなそれら強化素材の望ましい特性が、完成品の複合構成部分に備わる。構成要素である強化素材は、典型的には、織られたり編まれたり、あるいはその他のやり方で強化プリフォ−ムのための好ましい形状および形に作られる。通常、選択理由である強化素材の特性を最大限に利用するように注意が図られる。また、そのような強化プリフォ−ムについては、マトリックス状の材料と組み合わせることにより必要な完成品を得たり、あるいは、完成品の最終生産のために役立つ在庫品を得る。
【０００４】
必要とする強化プリフォ−ムを構成した後、マトリックス状の材料をそのプリフォ−ムに加えあるいは組み込む。それにより、通常は強化プリフォ−ムが、マトリックス状の材料で包まれ、マトリックス状の材料は強化プリフォ−ムの構成要素の間のすき間領域を詰める。マトリックス状の材料としては、たとえば、エポキシ、ポリエステル、ビニル‐エステル、セラミックス、炭素および／またはその他の材料で、必要とする物理的、熱的、化学的および／または他の特性を示すものなど、いろいろな材料を広く適用することができる。マトリックスとして用いる材料としては、強化プリフォ−ムの材料と同じものでも良いし、異なるものでも良く、また、物理的、化学的、熱的あるいは他の特性が類似したものでも良いし、類似しないものでも良い。しかし、通常、それらは、同じ材料ではなく、物理的、化学的、熱的あるいは他の特性が類似しない。なぜなら、第１に複合物を用いる通常の目的は、ただ一つの構成材料だけでは得ることができない組み合わせ特性を完成品で得ることにあるからである。強化プリフォ−ムおよびマトリックス材料は、そのように組み合わされた後、熱硬化処理あるいは他の公知の方法で同じ作業工程において硬化および安定化され、さらに、目的とする構成を製造するための他の作業工程に入る。そのように硬化された、この時点において、マトリックス材料の固体化したものが、通常、強化素材（たとえば、強化プリフォ−ム）に非常に強く付着していることに気付くことが大事である。結局、完成品上の応力が、繊維間の接着剤として機能するそのマトリックス材料を特に通して、実際上移され、補強された強化プリフォ−ムの構成材料によって運ばれる。
【０００５】
平板、シ−ト、長方形状あるいは正方形状の立体などの単純な幾何学的な形状以外の他の形状の構成物を製造することが、しばしば求められる。これを実行する一つの方法として、そのような基礎的な幾何形状を組み合わせることにより、目的とするより複雑な形にすることがある。そのような典型的な組合わせの一つとして、上に述べたようにして作った強化プリフォ−ムを互いにある角度（典型的には、直角）で結合したものがある。強化プリフォ−ムをそのように角度配列して結合する通常の目的は、１あるいはそれ以上の端壁、あるいはたとえば「Ｔ」交差を含む強化プリフォ−ムを形作るために必要な形を作り出すこと、または、たとえば圧力や張力のような外部の力を受けてたわみや破損を生じることに対し、結果として生じる強化プリフォ−ムおよび複合構造の組合わせを強化することにある。ともかく、関連して考慮すべきことは、構成要素の間の各連結をできるだけ強固にすることである。強化プリフォ−ム要素が必要とする非常に高い強度をもつとしても、連結に欠陥があれば、構造的な「連鎖（チェ−ン）」の中の「弱いリンク」になってしまう。
【０００６】
交差する構成の一例について、ＵＳＰ第６，１０３，３３７号が示している。その文献に示す内容は、この明細書の中に含ませる。その文献においては、２つの強化板（プレ−ト）をＴ型に結合する有効な方法を示している。
【０００７】
今まで、そのような結合を作るための他のいろいろな方法が提案されている。パネル構成要素と、角度をもって置く強化のための構成要素とを互いに別々に作り硬化することが提案されている。後者の構成要素は、単一のパネル接触面をもつか、あるいは、一端が二股に分かれて分岐した同一平面上の２つのパネル接触面をもっている。そして、２つの構成要素は、熱硬化接着剤あるいは他の接着材料を用いて、強化のための構成要素のパネル接触面を他の構成要素の接触面に接着によって結合する。しかし、硬化したパネルに対しあるいは複合構造の外皮に対し張力がかかると、結合の有効な強度が接着剤のそれではなく、マトリックス材料のそれであることから、受け入れることができないような小さな値の負荷が「はがし（ピ−ル）」力となり、それが強化のための構成要素をパネルとの界面でパネルから分離してしまう。
【０００８】
そのような両構成要素の界面に金属ボルトやリベットを用いることはできない。なぜなら、そのような付加をすれば、複合構造自体の完全な形の少なくとも一部を破壊し弱めてしまうし、重さを増すことになるし、そのような構成要素と周囲の材料との熱膨張係数に違いを生じてしまうからである。
【０００９】
この問題を解決する他の方法では、結合領域の全域に高い強度の繊維を加えるという考え方を基礎にしている。すなわち、２つの構成要素の一方を他方に縫い、縫い糸によってそのような強化繊維が結合に加わるようにしている。ＵＳＰ第４，３３１，４９５号がそのような方法の一つを示し、また、ＵＳＰ第４，２５６，７９０号がそれを分割したものである。これらの特許は、繊維層を接着によって結合した第１および第２の複合パネル間の接合について示している。第１のパネルは、一端で二股に分かれ、従来技術のように同一平面上の２つのパネル接触面をもつ。その第１のパネルと第２のパネルとを結合するため、両パネルを通して未硬化のフレキシブルな複合糸を縫い込んでいる。その後、両パネルおよび縫い込んだ糸は、共に硬化、つまり同時に硬化される。
【００１０】
また、ＵＳＰ第５，４２９，８５３号が、結合強度を改良する他の方法を示している。
【００１１】
今までも強化のための複合物を構造的に一体化しようとする改良がなされ成功しているが、特にＵＳＰ第６，１０３，３３７号のものでは、接着剤あるいは機械的な結合部材を用いる場合とは異なる方法における問題に取り組みそれを改良するという要求がある。この点から、特殊化した専用の機械によって、三次元（「３Ｄ」）の織り構造を作り出す方法が考えられる。しかし、それにはかなりの費用がかかるし、単純な構造を作り出す織機をもつという求めは多くはない。
【００１２】
他の方法として、二次元（「２Ｄ」）の構造に織り、それを所定の形に折り込むことが考えられる。しかし、その方法では、プリフォ−ムを折り込むときに、一般にところどころゆがめてひずみを生じてしまうことになる。ひずみが生じる原因は、織られた繊維の長さがプリフォ−ムを折り込むときの長さと異なるからである。これによって、織られた繊維の長さが短すぎる領域には、くぼみや波状を生じ、また、織られた繊維の長さが長すぎる領域には、曲げを生じる。これらのひずみは、有害な表面異常を生じ、構成要素の強度およびこわさを減じる。これについては、切断および急激な動きによって軽減することができるが、そのような処理は望ましくない。というのは、手間がかかるし、プリフォ−ムの本来の形を傷つけてしまうからである。
【００１３】
前に述べたように、繊維強化複合物からなる構成要素の中に処理加工した３Ｄプリフォ−ムは、２Ｄの薄板状の複合物に比べて大きな強度をもつので、好ましい。それらのプリフォ−ムは、複合物に平面からずれた負荷を支えることを必要とする用途に特に有用である。
【００１４】
したがって、３Ｄプリフォ−ム製造のための、および／または強化複合構造のための、既存のものに代わる方法および／または改良方法を提供する３Ｄプリフォ−ム技術が求められる。
【００１５】
【発明のサマリ−】
そこで、この発明の第１の目的は、既存のプリフォ−ムおよび／または今までの強化複合構造に代わるもの、および／またはその改良となる３Ｄプリフォ−ムを提供することにある。
【００１６】
また、この発明は、所定の形に折り込むときに、プリフォ−ムを構成する繊維にひずみを生じることがない、そのような３Ｄプリフォ−ムを提供することを他の目的とする。
【００１７】
さらに、この発明は、Ｔ型の強化複合構造を形作る上で特に有用な３Ｄプリフォ−ムを提供することをも目的とする。
【００１８】
これらおよび他の目的および利点を得るため、この発明では、樹脂を注入するに先立ち、平坦に織った後で所定の形に折るようにした３Ｄ織りプリフォ−ムを提供することにより、繊維に好ましくないひずみを生じることがないようにする。これを達成するため、織りをする間に繊維の長さを調節することにより、あるものはある領域で短めにし、他のものについては長めにする。そのような繊維は、その後プリフォ−ムをなめらかな折り目をもつ形に折り込むことによって、一様になる。この技術は、Ｔ型の織りプリフォ−ムに特に適っているが、いろいろな形のものに利用することができる。また、織りプリフォ−ムに言及しているが、当業者にとってみれば、それが不織のもの、たとえば編んであるいは綴じて結合するものにも適用することができることが分かるであろう。
【００１９】
【好適な実施例の詳しい説明】
さて、さらに詳しい図面、そこには同様な部分には同じ符号を付けてあるが、それらの図面を参照しよう。図１のＡ（つまり、図１Ａ）は、横方向の繊維（横糸）１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ（図示のためであり、図示するものに限定するわけではない）と、縦方向の繊維（縦糸）１４とからなる織物１０を示している。前に述べたように、織物はいろいろな材料から作られるが、航空分野に適用するものでは、炭素繊維、つまり炭素をベ−スとした繊維が一般的である。
【００２０】
図１（Ａで示す図１Ａの部分と、Ｂで示す図１Ｂの部分を含む）に示すものによって、所定の形に折り込む織りプリフォ−ムを作るための一般的な方法について考えてみよう。ここで、織物１０には、空きスペ−ス１６があり、その領域では縦糸１４の中の下部の４列が織りから外れている。これは、図１のＢ（つまり、図１Ｂ）に示すように、織物１０の隣接する２つの部分、つまり脚部１８，２０を織物１０に対して垂直に折るためである。
【００２１】
しかし、平坦な織り状態のときと、折った状態のときとに、横糸１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの長さが同じであるため、折ることに応じて、横糸１２Ｂが短すぎる領域２２，２４でくぼみや波状を生じ、また、横糸１２Ｃが長すぎる領域２６，２８で曲げを生じる。領域２２，２４におけるくぼみや波状は、短すぎる横糸１２Ｂが折りに応じて縦糸１４を下方に引っ張ることにより生じる。また、領域２６，２８においては、横糸１２Ｃが長すぎるため、折りに応じてそれらの横糸１２Ｃが外側に曲がる。以上のことが、好ましくない表面異常を起こし、構成要素の強度およびこわさを減じる。
【００２２】
次に、図２（Ａで示す図２Ａの部分と、Ｂで示す図２Ｂの部分を含む）、そこでも同様の部分には同じ符号を付けてあるが、それらの図を参照しよう。図２のＡ（つまり、図２Ａ）における横糸１２Ｂ’は、単に図に示しただけであり、それに限定する意味ではない。織った状態（図２Ａに示す）における繊維の長さと、折り込んだ状態（図２Ｂに示す）における繊維の長さが異なることから、領域３０における繊維長さは短めに、領域３２におけるそれは長めに織ってある。これらの長さの違いは、プリフォ−ムを所定の形に折り込んだときに一様になり（つまり、同じ長さとなり）、好ましい長さを得ることができる。図２Ｂは、プリフォ−ムについての代表的な繊維の経路を示し、折り込んだとき「π（パイ）」型の断面である。繊維１２Ｂ’について、故意に経路を変えた織り方をし、領域３０で短めにし、領域３２で長めにしている。それにより、これを「π（パイ）」の形に折り込むと、短い部分に張力がかかり、また、長い部分に収縮力が生じ、それにより、両側における繊維１２Ｂ’の長さが等しくなり、折った部分が矯正され、すでに述べたようなひずみや曲げを避けることができる。
【００２３】
勿論、図２Ａおよび図２Ｂは、単一の繊維１２Ｂを用いた場合における基本的な考え方を示すだけである。プリフォ−ムの長さ方向に沿うものであり、同じ繊維の経路をもつ多数の繊維がある。また、同様のやり方で横糸を追加して織り、それらの位置に応じて必要とする異なる長さを与えることができる。
【００２４】
図３（Ａで示す図３Ａの部分と、Ｂで示す図３Ｂの部分を含む）に目を移すと、織った状態、およびπ（パイ）形状に折り込んだ状態の織物１０がそれぞれ示されている。プリフォ−ムの形は、図に示すための形を示しているだけである。いわゆる当業者にとって明らかなように、この発明は、多くの形のプリフォ−ムに適用することができる。
【００２５】
図に示すように、π（パイ）形状のプリフォ−ムとなる織物１０の上部の部分３４は、縦糸１４の複数の層と、符号１２’を付けた横糸とからなる。π（パイ）形状のプリフォ−ムの脚部分３６，３８は、同様に、縦糸１４の複数の層と、横糸１２とからなる。先の各例と同じように、織物１０は、目的に適した好ましい織りパタ−ン（たとえば、サテンなど）で織ることができる。また、すぐ前の例のように、この発明は、通常は平坦な織り状態を折り込み状態にするときに生じるひずみや曲げを除去することをねらっている。
【００２６】
図３Ａに示すように、織りのどの位置にあるかに応じて、繊維の経路を決めることができる。たとえば、横糸の繊維４０は、空き領域１６の両側における長さが等しい。繊維４２は、図３Ａの左側が長めで、右側が短めである。同様に、繊維４４は、左側で短めであり、右側で長めである。
【００２７】
そのため、脚部分３６を図３Ｂに示すように下に折ると、図２Ａおよび図２Ｂに関連して述べたことと同じように、各繊維の長さが等しくなる。ここで、２つの脚部分３６，３８の間のスペ−スは、図を分かりやすくするために誇張して示している。
【００２８】
次に、図４（Ａで示す図４Ａの部分と、Ｂで示す図４Ｂの部分を含む）を見ると、Ｔ型のプリフォ−ム５０を作るための配置（レイアウト）が示されている。図４Ａは、織り状態の織物であり、図４Ｂは、折り込んだ状態の織物である。
【００２９】
Ｔ型のものの上部の部分は、２つの脚部分５２，５４から作られている。また、Ｔ型のものの下部は、部分５６である。前の例のように、プリフォ−ムは、目的に適した好ましいパタ−ンで織るようにしているが、横糸の繊維５８を変えることにより、この発明の利点を得るようにしている。この点、繊維５８は、上部で長めであり、下部で短めである。また、繊維６０は、上部で短めであり、下部で長めである。さらに、繊維６２は、上部および下部の両方で等しい長さとなっている。
【００３０】
図４Ｂに示すように、繊維５８，６０は、すでに述べたように、長めおよび短めの繊維の経路に起因した作用をする。それらの繊維は、脚部分５２，５４を相互に連結するように働く。また、繊維６２は、脚部分５２，５４と部分５６とを連結するように働く。
【００３１】
この発明のすべてのプリフォ−ムのどの場合においても、所定の形に折り込んだ後、それらには樹脂が注入されるか、あるいは樹脂で被覆され、求める形状の複合構造を作り出すことになる。
【００３２】
この発明の目的および利点について、上に述べた説明によって明らかになったであろう。好適な実施例について詳しく説明したが、この発明は、その説明によって限定されるわけではない。この発明の技術的範囲については、請求の範囲によって定まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  強化複合物のプリフォ−ムとして用いた例であり、Ａ図が織り状態、Ｂ図が折った状態をそれぞれ示す織物の側断面図である。
【図２】  この発明を適用することにより、強化複合物のプリフォ−ムとして用いた例であり、Ａ図が織り状態、Ｂ図が折った状態をそれぞれ示す織物の側断面図である。
【図３】  この発明を適用することにより、異なる長さの多数の横糸繊維をもつものを示しており、Ａ図が織り状態、Ｂ図が折った状態をそれぞれ示す織物の側断面図である。
【図４】  この発明を適用し別の形をもつものを示し、Ａ図が織り状態、Ｂ図が折った状態をそれぞれ示す織物の側断面図である。
【符号の説明】
１０  織物
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｂ’  横糸（横方向の繊維）
１４  縦糸（縦方向の繊維）
１６  空きスペ−ス
１８，２０，３６，３８，４０，４２  脚部（脚部分）
５０  Ｔ型のプリフォ−ム
５２，５４  脚部分
５８，６０，６２  横糸
【図１】
0004236421.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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