JP2004536725A - 複合積層体にｚ軸強化繊維を挿入する方法 - Google Patents

Abstract

ｚ軸強化繊維（７）を多層複合積層体（３０）に挿入する方法。ｘ軸繊維およびｙ軸繊維から作製される材料層は、上部表面および底部表面を有するハウジングを有するｚ繊維堆積マシン（７３）に自動的に移動される。ｚ軸開口部が、上部表面および底部表面それぞれに形成される。テーパー付けされた前方先端部を有する細長中実棒（３５）が底部表面の開口部のごく近位に整列される。この棒は、始めにモーター（５０）によって回転され、次いで、アクチュエーター（６１）によってｘ−ｙ材料の層の厚さを完全に通って、上向きに作動される。ｚ軸を有する第１の中空管（１６）は、上部表面の開口部の軸方向に整列され、繊維束（７）は、第１の中空管（１６）を通ってその底部末端に隣接する位置まで下向きに貫かれる。

Description

【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、複合体材料を製造する方法に関し、より具体的には、ｚ軸繊維強化をｘ−ｙ軸複合体材料に取り込むためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の複合体材料は、樹脂マトリクス材料および多数の２次元繊維から作製されており、ｘ−ｙ軸方向に連続的であるが、材料の厚みを作り出すために層状に積層される。複合材料構築物において、ガラス繊維、炭素繊維、またはアラミド繊維のような繊維材料が、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のようなマトリクス材料と組み合わせられ、この構築物は、従来の２次元構造体の例である。得られる構造体は、２次元材料（層（ｐｌｙ）として公知）の「層形成（ｌａｙｅｒｉｎｇ）」から製造される。このマトリクスは、（多くの場合において少なくとも１桁）繊維よりも強度が弱いため、これらの複合体の限界強度に対する負荷試験が行なわれる場合のこれらの複合体の破損メカニズムは、クラッキングもしくは座屈またはマトリクス材料の分離である。このメカニズムが起こる場合、複合体は、薄層に裂けるかまたは繊維材料の層が分離されることが公知である。
【０００３】
全ての層を一緒に結ぶｚ軸方向繊維を用いて２次元複合体材料の複数の層を織り混ぜるかまたは結ぶために、いくつかの試みがなされている。これを行なうことで、薄膜に裂けることは、遅延されるかまたは解消され得る。３−Ｄブレーディング、３−Ｄ織りおよびｚ軸ピン止めを含むいくつかの技術が使用されている。これらの方法の全てが、不足、欠陥および高価で非常な労力を有している。
【０００４】
Ｆｕｓｃｏら、米国特許第５，５８９，０１５号は、複合構造体に強化ピンを挿入するための方法およびシステムに関する。超音波エネルギーがピンに適用され、そして圧力が、２つの積層体を接合するためまたは単一の複合構造体を強化するために、複合構造体中にピンを挿入するために同時に適用される。
【０００５】
Ｃｈｉｌｄｒｅｓｓ、米国特許第５，９３５，６８０号は、コアを通って各化粧シートに延びる複数のｚ軸ピンを利用する、組み合わせられたｚ軸ピンサンドイッチ構造に関する。ピンは、組み合わせられた構築物中に垂直からずらして配置され、複合構造体の航空宇宙産業適用における他の構造エレメントへの接続のための、クラック耐性周囲ファスナーを提供する。
【０００６】
Ｂｏｙｃｅら、米国特許第４，８０８，４６１号は、ｚ軸強化エレメントを利用する積層貫通型強化構造体およびその構造体が高温および分解に供されるような、これらの強化エレメントを複合構造体中に駆動するための方法を開示する。
【０００７】
Ｃａｍｐｂｅｌｌら、米国特許第５，７８９，０６１号は、補剛材で強化されたアセンブリおよびその製造法を開示する。Ｂｏｙｃｅら、米国特許第５，６６７，８５９号もまた、接合される２つの複合接着質の厚さを通りぬける強化エレメントを含むことによって複合体部分を接合する使用を開示する。Ｃａｍｐｂｅｌｌら、米国特許第５，８２７，３８３もまた、補剛材強化アセンブリおよびその製造法を開示する。
【０００８】
他の特許（Ｂｏｙｃｅら、米国特許第５，６２４，６２２号およびＢｏｙｃｅら、米国特許第５，７４１，５７４号）は、発泡体コア内に封入されるトウ部材の使用を教示し、このトウ部材は、合わせられた複合構造体を形成するために対向する化粧シート間に伸長する。Ｂｏｙｃｅら、米国特許第５，１８６，７７６号は、積層貫通型強化および超音波エネルギーによって複合積層体を加熱および軟化させ、次いでその中に強化繊維を挿入する工程を含む方法についての技術を教示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ｚ軸強化のために、不安定な強化繊維を複合積層体中に挿入する、新規の方法を提供することである。
【００１０】
本発明の目的はまた、不安的なｚ軸強化繊維を複合積層体中に挿入するための新規の機械を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、実質的なｚ軸繊維強化を有する新しいタイプの複合体材料を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、多くの３−Ｄバーストック、シートおよび複合サンドイッチ構造体を、連続的な自動化された様式で製造するための新しい方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（発明の要旨）
積層体のｚ軸強化のために不安定な強化繊維を複合積層体に挿入する方法は、ｚ軸繊維堆積材料を必要とする。チャンバの側面は、上面と底面との間に形成され、そのチャンバの中にｘ−ｙ軸材料が供給される。チャンバの側面は、ｘ−ｙ軸材料の縁部を限定する。側面に沿って間隔を開けられた複数のｚ軸繊維堆積マシンが存在し、それによって複数のｚ軸繊維が、同時にｘ−ｙ軸材料中に堆積され得る。各ｚ軸繊維堆積マシンは、上面および底面中にそれぞれ固有の開口部を有し、これらは整列される。底面の各開口部より下は、テーパー付けされた前方先端部を有する細長中実棒である。この棒は、「経路堆積プローブ」（ＰＤＰ）として公知である。このＰＤＰは、モーターによって回転され、次いで、底面の開口部、ｘ−ｙ軸材料および上面の開口部を通って上向きに作動される。可動式中空管が上面の各開口部上に取り付けられ、この中空管の開始位置は、上面の開口部にわずかに挿入された底部末端を有する。ｚ軸繊維束は、固定ロール上に収容され、そのロールから連続的に自由に引かれる。各ｚ軸繊維束の前方末端は、可動式中空管の１つを通ってその底部末端に隣接する位置まで下向きに貫かれる。新しいｚ軸繊維束が必要とされる場合に、所定の長さのｚ軸繊維束を、各可動式中空管に再供給するための構造が存在する。
【００１４】
ＰＤＰがその最も上方の位置まで上向きに作動された後、次いで、その開始位置まで下向きに引っ込められ、そして同時にその可動式中空管は、ｘ−ｙ軸材料に作製された穴を通って下向きに移動する。この現象が起こっている間、ＰＤＰの先端部は、可動式中空管の底部末端に挿入されたままであり、ＰＤＰによって作製されるｘ−ｙ軸材料の開口部を通る中空管の滑らかな侵入を保証する。各ｚ軸繊維堆積ユニットは、可動式中空管が上向きに引かれる場合に、ｘ−ｙ軸材料からｚ軸繊維が引かれるのを防ぐための機構を有する。一旦この可動式中空管が上方の位置に上げられると、ｘ軸材料中に挿入されたｚ軸繊維の頂部末端が切断される。これが、全サイクルを完了させる。同時に、ハウジングの幅にわたって、他のｚ軸繊維堆積ユニットそれぞれがそれらのサイクルを完了する。次に、ｚ−ｙ軸材料が前方にステップされ、ｚ軸繊維が堆積されるための新しい位置を提供する。あるいは、この方法は、ｘ−ｙ軸複合体材料を前方にステッピングさせる代わりに、ハウジングを後方にステッピングさせるための構造を提供し得る。
【００１５】
ｘ−ｙ軸材料がその中にｚ軸繊維を堆積させた後、ｚ軸繊維は、引抜成形ダイに対して前方に移動する。従って、加熱されたダイが層の複合体材料を硬化させ、そしてそれは硬化３−Ｄ繊維複合体材料としてダイから出る。この材料は複数のグリッパーの互い違いのグリップ端によって連続的にダイから引かれ、この複数のグリッパーは、動作制御液圧シリンダーに結合される。
【００１６】
（好ましい実施形態の説明）
ｚ軸強化繊維を複合積層体に挿入する方法が、ここで図面の図１〜６を参照することによって、記載される。
【００１７】
図１は、新規なｚ軸繊維堆積プロセスおよび関連する機械の概略立面図を示す。１つのみのｚ軸繊維堆積ユニットの主要な要素が、この図に示されている。図１の説明に続いて、複数のｚ軸繊維堆積構成要素の、より詳細な、拡張した説明が議論される。
【００１８】
図１において、代表的なＸ−Ｙ軸材料の断面が、番号３０によって同定される。材料３０は、ｘ−ｙ軸材料の、連続的に移動する積層体である。引抜成形および連続加工の方向は、ｘ軸の方向であり、紙面の中へと規定される。ｙ軸方向は、三次元材料３０に沿って左から右の方向である。ｚ軸方向は、３−Ｄ材料３０を通って上から下である。ほんの数層（ｌａｙｅｒ）または「層（ｐｌｙ）」のｘ−ｙ軸材料３０が示されているが、明らかに、複数の層が示され得る。単一層の材料３０は、他のプロセスによって製造されるｘ軸材料およびｙ軸材料から作製され、その後、ｚ軸繊維堆積プロセスに組み込まれる。このｘ−ｙ軸材料は、織られたガラス繊維もしくは縫われたガラス繊維、または各々の組み合わせであり得るか、あるいはこの材料は、マットもしくは一方向の織物であり得るか、または炭素もしくはアラミドのような他の繊維であり得る。
【００１９】
材料３０は、上部プレート２０および底部プレート２１によってのみ示されるハウジング内のチャンバによって、ｚ軸方向に収容される。このハウジングの側面プレート（図示せず）は、材料３０の縁部を制限する。ｙ軸に沿って複数のｚ軸堆積点が存在し、そして図１は、これらの点の１つのみを示すので、収容ハウジング内のチャンバおよびｘ−ｙ軸材料の縁部は、図示されない。プレート２０および２１は、非常に小型のセットの層３０がハウジングを通して引き出され、ｘ−ｙ軸材料３０がｚ軸繊維を受け取る前、または引抜成形ダイに入る前に、このｘ−ｙ軸材料のほぼ最終的なｚ軸方向圧縮に圧縮するように、予め間隔を空けられる。材料３０は、樹脂材料を含浸されていないかもしれず、そして熱硬化性である場合には、プレート２０および２１によって規定される収容ハウジング内のチャンバに入る前に、脱バルキング（ｄｅｂｕｌｋ）され得る。
【００２０】
先に言及されたように、材料３０はまた、操作またはプロセスを変化させることなく、サンドイッチ構造であり得る。図１に示されるように、材料３０は、ｘ−ｙ軸繊維材料の層の積み重ねであり、これらは、ｚ軸方向繊維の堆積の後に、擬似等方性の棒材に加工される。材料３０が、（例えば）１インチの厚さである場合、この１インチの厚さを作製するために、３６層のｘ−ｙ軸材料が存在し得る。ｘ−ｙ軸材料の中間層の代わりに、コア材料２８（例えば、発泡体プラスチック、ハニカム材料、またはバルサ材）を使用することは、単純な設計事項である（図４〜６を参照のこと）。これらのコア材料は、低密度であり、そしてサンドイッチ構造構築物において使用される。この様式で、材料３０は、６層のｘ−ｙ軸材料を上部に有し得、０．７５インチの厚さのコア材料および６層のｘ−ｙ軸材料を下部に有し得る。本明細書中に記載されるｚ軸繊維堆積方法は、材料３０が１００％ｘ−ｙ軸繊維材料であっても、コアならびに上部２７および下部２９の「表皮」材料を有するサンドイッチ材料であっても、同じである。
【００２１】
ｚ軸繊維堆積機構の主要な要素が、図１に示されているが、特定の機構がどのように支持または始動されるかの詳細の全ては、示されていない。このプロセスの第一の工程は、材料３０が、上部表面２０と下部表面２１との間の収容ハウジング内のチャンバに引き込まれることである。材料３０は、停止される。なぜなら、この機械は、引抜成形速度と同期して移動するからである。このことは、「経路堆積プローブ」（ＰＤＰ）３５が材料３０を通して挿入されることを可能にする。あるいは、材料は、連続的に移動し得、そして堆積プロセスは、ガントリーであり得、そして引抜成形速度と同期し得る。ＰＤＰ３５は、テーパ状の前先端、シャンク部分、および後端部を有する、細長中実棒である。ＰＤＰ３５は、まずモータ５０によって回転され、次いで、アクチュエータ６１によって上向きに始動される。
【００２２】
次いで、繊維束（単一の線７によって示される）がｘ−ｙ軸材料３０の積み重ねに堆積されるプロセスが開始する。この繊維束は、単一の線として示されるが、実際には、これは、数百または数千もの連続繊維フィラメントを含む、ガラス、炭素、または他の繊維束であり得る。このプロセスは、ｚ軸繊維堆積プロセスと称される。ｚ軸繊維束７は、静止ロール５に含まれ、この繊維束は、ロール５から連続的に自由に引き出される。この繊維束は、ガイダンスブッシング１０および２つの管を通して供給され、これらの管の一方は、静止外側管１５であり、そして他方は、可動管１６である。静止外側管１５および可動内側管１６は、非常に厳密な許容差で同軸状であり、そして両方が、２つの位置で貫入されて、繊維クランプ１２Ａおよび繊維クランプ１２Ｂを受容する。繊維クランプ１２Ａは、定義によれば、静止外側管１５に貫入するので、静止している。繊維クランプ１２Ｂは、定義によれば、可動内側管１６のｚ軸方向の機構の移動と共に移動しなければならないので、可動である。可動繊維クランプ１２Ｂは、管１６が移動する場合に伸長しても伸長しなくてもよい。クランプ１２Ｂの始動機構は、管１６の始動機構とは独立しており、これらの機構の両方が、明瞭さのために、図１に示されている。繊維クランプ１２Ａおよび１２Ｂの目的は、異なる時点で異なる目的で、それぞれ管１５および１６の内側に繊維束のポジティブなクランピングを提供することである。
【００２３】
一旦、ＰＤＰ３５が回転され、ｚ軸方向に起動され、そしてｘ−ｙ軸繊維層３０に完全に貫入すると、ＰＤＰ３５はまだ、可動管１６の外側に接触せず、材料３０を完全に通過する。この時点で、ＰＤＰ３５は、回転を停止される。
【００２４】
先に言及されたように、ＰＤＰ３５の回転は、ｘ−ｙ軸材料３０における最小の力および最小の繊維損傷での、材料３０の貫入を補助する。このプロセスにおける次の工程は、以下の通りである：繊維クランプ１２Ａがクランプを放され、そして繊維クランプ１２Ｂがクランプされる。繊維クランプ１２Ｂを、クランプ位置で始動させることによって、繊維束７が可動管１６の内壁に固定され、そして繊維束７が管１６と共に移動することを可能にする。
【００２５】
一旦、クランプ１２Ｂが繊維束７を可動内側管１６に固定すると、管１６の下端部がＰＤＰ３５（これはすでに、ｘ−ｙ軸材料３０に貫入している）の外側と接触するまで、機構（図示せず）が内側管１６をｚ軸の方向に下向きに移動させるが、今度は、回転しない。
【００２６】
次に、内側管１６を移動させる機構は、繊維束７を移動させ、そしてＰＤＰ３５をｘ−ｙ軸材料３０の全体に通す。ＰＤＰ３５は、材料３０に通して挿入されるべき内側管１６のための通路を形成している。ＰＤＰ３５の特定の量の低い始動力は、内側管１６がＰＤＰ３５と密接し、接触することを保証する。この技術は、管１６およびクランプされた繊維束７が、ｘ−ｙ軸材料３０を通って平滑に入ることを保証する。繊維束７は、このプロセスによって、スプール５から引き抜かれる。
【００２７】
次に、繊維クランプ１２Ｂは、非クランプ位置に解放され、そして繊維クランプ１２Ｂは、クランプ位置に始動される。この様式で、繊維クランプ１２Ａは、繊維束７を静止管１５の内壁に対して固定する。このことは、繊維束７が静止状態のままであり、そしてｘ−ｙ軸材料３０内に堆積されることを確実にする。これに続いて、可動内側管１６がｘ−ｙ軸材料３０から引き抜かれ、そしてｚ軸方向に上向きに始動されて、図１に示される元の位置に戻される。この工程がなされる際に、繊維束７は動かない。繊維束７は、ｚ軸方向で繊維束に完全に堆積されたままになる。次に、繊維束７は、せん断プレート２５および２６によって、ｘ−ｙ軸材料３０の上部において、せん断される。せん断プレート２６の静止部分は、決して動かない。可動部分２５は、アクチュエータ６０によって始動される。これは、鋏による切断に非常に類似して、繊維束７を切断し、そして繊維束７（スプール５まで続く）が、ｚ軸繊維を堆積された束から分離されることを可能にする。このことは、第二のｚ軸繊維堆積の準備を可能にする。この準備としては、繊維束７の端部を可動内側プレート１６の端部に対して調節することが挙げられる。図１に示されるように、繊維束７の端部は、管１６の下端部からわずかに内側に引き込まれる。このことは、次のサイクルの際に繊維が内側管１６とＰＤＰ３５との接点の間に捕捉されることなく、ＰＤＰ３５の先端の点が管１６に入ることを可能にするために、必要である。これは、以下のように達成される。
【００２８】
一旦、せん断プレート２５が、堆積したｚ軸繊維を繊維束７から切断すると、繊維束７の端部は、内側管１６の下にわずかに延びる。次に、繊維クランプ１２Ａが解放され、そして繊維クランプ１２Ｂが始動され、そしてクランプされる。内側管１６が、図１に示されるように、繊維束７の端部が図１に示されるものと同じ相対位置にくるまで、ｚ軸方向にさらに上向きに始動される。次に、クランプ１２Ａが始動され、そしてクランプされ、そしてクランプ１２Ｂが解放され、クランプを外される。これに続いて、内側管１６がｚ軸方向に下向きに、図１に示される位置まで移動され、従って、可動内側管１６の端部と繊維束７の端部との相対位置が、図１に支援されるようになる。ここで、このサイクルは、繰り返されるよう設定される。
【００２９】
先に記載された操作の全ては、迅速に起こり得る。図１に示されるようなデバイスのいくつかのユニットが、並列して設置される。図１のデバイスの全てを収容する全体のハウジングの移動が、ｘ−ｙ軸材料３０ならびにプレート２５および２６が静止したままで起こる。この様式で、例えば、材料３０が停止している間に、第一のサイクルにおいて堆積された２つのｚ軸繊維の位置の間に、余分のｚ軸繊維が堆積され得る。事実上、１つの列にある多数のｚ軸繊維束が、材料３０が静止した状態で、堆積され得る。一旦、ｙ方向に線状の堆積されたｚ軸繊維として規定される列が完了すると、材料３０は、図１の機械に対して移動し得、そしてｚ軸繊維の第二の列が堆積され得る。この新たな列は、必要に応じて、同じパターンまたは食い違ったパターンを有し得る。
【００３０】
図１における１つの他のデバイスが、言及を必要とする。基部ＰＤＰ３５においてＰＤＰとモータ５０との間に位置するばね４０は、特定の目的を有する。内側管１６がＰＤＰ３５と接触し、引き続いてＰＤＰ３５をｘ−ｙ軸材料３０の層を通して押し戻す際に、これら２つの間の相対的な力が特定の値を超える場合、管の端部の口の広がりが起こり得る。管の端部１６の口の広がりは、機構の破損を生じる。ばね４０は、この過剰の差の力を防止し、従って、管１６の端部の口の広がりを生じさせない。
【００３１】
図２は、引抜成形プロセスに組み込まれたｚ軸繊維堆積マシンの、概略側面立面図である。ｘ−ｙ軸材料３０の２−Ｄ層は、ロール７０上に貯蔵される。これらの層は、樹脂タンク３１を通して引かれ、このタンクにおいて、この２Ｄ材料は、樹脂で含浸される。次いで、これらの層は、脱バルキングブッシング７２を通して引かれ、引き続いて、このブッシングにおいて、これらの層（ｐｌｙ）は、積み重ねられ、そしてｘ−ｙ軸材料３０がｚ軸繊維堆積マシン７３に進行するにつれて、各々の引き続くブッシング７２が、この材料の積み重ねから、次第に少しずつ増加する量の樹脂を絞り出す。一旦、マシン７３を通ると、３−Ｄ繊維（ここで、ｚ軸繊維が堆積されたので、番号３１によって同定される）は、引抜成形ダイ７４に進行する。ここで、加熱されたダイが、飛行中に複合材料を硬化させ、そしてこの材料は、硬化した３Ｄ繊維複合材料３２として、このダイを出る。この材料は、２つのグリッパー７５（これは、運動制御液圧シリンダー７６に取り付けられている）の交互のグリッピング作用によって、連続的にこのダイから引き出される。シリンダー７６は、ＣＮＣ型のシリンダーであり、そしてｚ軸堆積について、材料３０を正確に位置付けおよび時間決めし得る。
【００３２】
図１に先に記載され、そしてクランプ１２Ａおよび１２Ｂ、ならびに外側管１５および内側管１６によって示される供給機構の代替は、図３に示される機構によって置換され得る。これらの機構は、以下の記載において明らかであるように、図１のクランプシステムより精密な運動制御を必要とする。
【００３３】
図３の構成要素は、図１のキャリアプレート２０より上に示される構成要素を置換する。主要な新たな構成要素は、管１６、ウレタンリール１９、遊びベアリング１８、ばね１７、駆動ベルト２２、およびＣＮＣ型の運動制御モータ２３である。これらの構成要素の全ては、フレーム（図示せず）に密接に接続されており、このフレームは、ＣＮＣ型のモータおよびボールねじ（図示せず）によって、キャリアプレート２０および２１を通して駆動される。この様式で、構成要素１６、１９、１８、１７、２２および２３の全ては、同期したユニットとして一緒に動く。
【００３４】
図３に示される実施形態は、同じ繊維ロール５、繊維トウまたは束７、およびガイダンスブッシング１０を有する。遊びベアリング１８およびウレタンホイール１９は、繊維束７のポジティブなクランピングを提供する。ばね１７は、既知の量の横向きの力が繊維束７をクランプすることを保障する。運動制御モータ２３がロック位置（回転しない）にある場合、繊維束７がクランプされ、そして移動し得ない。モータ２３が回転する場合、繊維束７は、管１６に対して移動する。なぜなら、管１６の位置は、図３の他の構成要素１９、１８、１７、２２および２３と常に同じであるからである。この様式で、繊維束７は、管１６内で移動し得ないようにクランプされ得るか、または運動制御モータ２３の回転によって、管１６内で移動し得るかの、いずれかである。
【００３５】
図３に示される機構は、図１において同定されるものの置換物であり得ることが、ここで明らかであるはずである。繊維束７がクランプされた管１６が、ＣＮＣモータ（図示せず）によって、ｘ−ｙ軸材料３０を通して移動される場合、モータ２３は、回転しない。しかし、管１６がｘ−ｙ軸材料３０から引き抜かれる場合、モータ２３は、ＰＤＰ３５の引き抜きと正確に同じ速度で回転する。このことは、現代の精密な運動制御ハードウェアおよびソフトウェアを用いて達成され得る。このことを行う際に、管１６が引き抜かれている場合でさえも、繊維束７は、ｘ−ｙ軸材料３０に対して静止したままである。
【００３６】
図３における機構の利点は、図１におけるその対応物と同じ機能を提供するが、クランプ１２Ａおよび１２Ｂの交互のクランプを排除することによって、プロセスの速度が改善され得ることである。それにもかかわらず、いずれのセットの機構も、開示される本発明のために実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、ｚ軸繊維堆積ユニットの概略側面立面図である。
【図２】図２は、引抜成形プロセスを組み込んだｚ軸繊維堆積ユニットの概略側面立面図である。
【図３】図３は、ｚ軸繊維堆積ユニットの第１の代替実施形態の概略側面立面図である。
【図４】図４は、ｘ−ｙ軸繊維材料の形態をなすそれぞれの表皮で上面および底面上を被覆されたコアを有するサンドイッチ構造を図示する、概略部分断面図である。
【図５】図５は、図４の線５−５に沿った、拡大概略断面図である。
【図６】図６は、図５の線６−６に沿った、拡大概略断面図である。

Claims (17)

1. 積層体のｚ軸強化のために複合積層体に不安定な強化繊維を挿入する方法であって、該方法は、以下：
   ｚ軸繊維をｘ軸繊維およびｙ軸繊維から作製される材料層に取り込む前に、少なくとも１つの該材料層を提供する工程であって、該層は、上面、下面および所定の厚さを有する、工程；
   テーパー付けされた前方先端部、シャンク部分、後端およびｚ軸を有する細長中実棒を提供し、該棒の該前方先端部を該少なくとも１つの材料層の上下面のうちの一方に近位に配置する工程；
   前端、後端、内壁表面およびｚ軸を有する第１の可動式細長中空管を提供し、該第１の可動式中空管の該前端を該少なくとも１つの材料層の上下面のもう一方に近位に配置する、工程；
   前端を有するｚ軸繊維束を提供し、該繊維束の前端が、該第１の可動式管の前端まで十分に移動するまで、該繊維束の前端を該第１の可動式中空管の後端に挿入する工程；
   該中実棒を該材料層に、および該材料層を通って、所定の距離だけ挿入する工程；
   該ｚ軸繊維束を該第１の中空管の内壁に一時的に固定し、その結果該繊維束が該第１の中空管と共に移動する工程；該第１の中空管の前端が該中実棒の外表面と接触するまで、ｚ軸方向に該第１の中空管を移動する工程；および
   該第１の中空管および該第１の中空管に固定された該ｚ軸繊維束を、該材料層の全厚を通って移動させる工程であって、同時に該材料層から該中実棒を引き抜く工程、
   を包含する、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記第１の中空管の内壁から前記ｚ軸繊維束を取り外し、次いで前記材料層から該第１の中空管を引き抜き、それによって該ｚ軸繊維束を、該第１の中空管が引き抜かれる際に該材料層内に固定したままにしておく、次の工程をさらに包含する、方法。
3. 前記中実棒が、前記材料層への挿入の間、回転している、請求項２に記載の方法。
4. 請求項２に記載の方法であって、前記ｚ軸繊維束から、前記材料層中に堆積されているｚ軸繊維を分離する工程をさらに包含する、方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記材料層を前方にステッピングし、その結果前記工程が、さらなるｚ軸繊維を該材料層に堆積するために繰り返され得る工程をさらに包含する、方法。
6. 請求項４に記載の方法であって、ｚ軸強化のために不安定な強化繊維を複合積層体中に挿入する操作を実施する仕組みを後方にステッピングする工程であって、前記材料層が静止したままである、工程をさらに包含する、方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、複合体材料を硬化するために、引抜成形ダイを通して新たに挿入されたｚ軸繊維を有する前記材料層を通過させる工程をさらに包含する、方法。
8. 互いの上に積み重ねられる複数の材料層であって、その中にｚ軸繊維が挿入される材料層をさらに備える、請求項１に記載の方法。
9. 前記材料層のいくつかが、コア材料の層によって互いに垂直方向に間隔を開けられている、請求項８に記載の方法。
10. 前記コア材料の層が、発泡体プラスチックから作製される、請求項９に記載の方法。
11. 前記コア材料の層が、バルサ材から作製される、請求項９に記載の方法。
12. 前記繊維束が、ガラス繊維から作製される、請求項１に記載の方法。
13. 前記繊維束が、炭素繊維から作製される、請求項１に記載の方法。
14. 前記コア材料の層が、ハニカム材料から作製される、請求項９に記載の方法。
15. 前記繊維束が、アラミド繊維から作製される、請求項１に記載の方法。
16. 前記中実棒の後端が、前記中空管の前端の口広げを防ぐためにダンパーばねを有する、請求項１に記載の方法。
17. 前記材料層の前方へのステッピングおよび前記さらなるｚ軸繊維の該材料層への堆積が同期して行なわれる、請求項５に記載の方法。

Images