JP2009516091A5 - - Google Patents

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また、単純な織予備成型品は単一の層である。これは、材料の可能的な強度を制限する。これに対する１つの実現可能な解決策として、繊維のサイズを大きくするという方法がある。もう１つの方法として、多層（layers）又は層（plies）を使用する方法がある。多層を使用することで得られる付加的な利点として、異なる層の縦及び横軸が異なる方向にあるようにそれらの層を配置することで、上記のバイアス繊維と同様の効果を得ることが可能ということがある。しかし、もしこれらの層が樹脂を用いて１つに積層された単一の層の集積体であるならば、そのとき、積層の分離に関する問題が生じる。もしそれらの層が一緒に縫われるならば、そのとき織られる繊維の多くはその縫う工程の間にダメージを受け、その全体的な引っ張り強さも悪い影響を被るであろう。加えて、積層でも多層を縫うにしても、通常、手作業で層を積み重ねる作業が層を配列する際において必要とされる。別法では、それらの層は織工程の一部分として織られる。特に、全体的にバイアス繊維を用いて布の折り合わせ多層を作ることには難しい問題がある。
したがって、積層突起端部又は部分及び一体的三次元織中央コラムを有する、支柱及び補強部において使用するための三次元予備成型品が望まれている。予備成型品の中央部分に三次元構造を使用することによって、厚い構成部材のために必要な手作業による諸層の切断及び配列といった作業を減少させることができ、さらに、従来の積層構成部材よりも受けるダメージを減らすことも可能である。端部に独立した層が存在することによる利点は、積層を特別な性質を有するように作ることが可能ということである。
したがって、独立した織層を備えた積層突起端部を備えた一体的な織三次元中央部分を有する織予備成型品が必要とされている。
本発明の予備成型品は、多くの層及び同様の多くの独立バイアス層からなる三次元織部分から構成されている。三次元織部分の中央又はコラム部分において、全ての層は、互いに織り合わされている、又は織材料の統一体を形成するように一体的に織られる。この部分において使用される繊維構造は、どのような厚い予備成型品のための通常のパターンでもよく、例えば、限定されはしないが、積層（ｐｌｙ−ｔｏ−ｐｌｙ）型、厚さ方向（ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）型、角連結（ａｎｇｌｅ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ）型、又は直交型の構造を使用することができる。その構造の端部において、個々の層は、０°及び９０°の方向に強化して繊維の積層体を形成するために独立しているお互いを織る。ここで、０°とは構造の長手方向に沿っている角度である。バイアス層（layers）又は層（plies）は、例えば±４５°といった０°／９０°以外の付加的な方向を個別に強化するために設けられており、より標準的な積層を形成するために０°／９０°布の諸層の間に挟まれる。バイアス層（layers）又は層（plies）は、縦又は横繊維又は糸を使用することで織られる、又は、不織布とされる、編まれる、もしくは、ＭＤ又はＣＤ繊維又は糸の配列とされる。以下の図面において、縦糸方向とは０°方向に沿った方向、又は構造の長手方向に沿った方向であり、矢印１００で指示されている。
一度望ましい数の縦繊維の層が、望ましい突起部の厚さへとコラムの厚さがテーパー状に減少するように予備成型品から作られたら、バイアス繊維の層のためのギャップ又は空間を設けるために、薄い突起端部１８において予備成型品から縦繊維の付加的な層が外に出される。薄い突起端部１８に留まっている縦繊維は、コラム又は中央部分１６における複数の層２０と一体的に織られ、構造の長手方向に沿って連続しており、互いに独立するように織られる層２４の個別の層を形成する。層又は繊維の積層は、０°及び９０°方向に薄い突起端部１８を強化する。０°／９０°の層２４は互いに織り合わされていないので、例えば±４５°方向といった付加的な方向における強化を提供するバイアス層２６は０°／９０°の層２４の間のギャップに布の積層を形成するように入れられ、マトリックス材料が適用されるとき、該布の積層は薄い突起端部１８において準等方又は多方向の強化をもたらす積層構造を形成する。さらに、図３に示されているように、その構造は、厚いコラム１６の最外側の縦糸繊維に結果としてなる連続した表面繊維２８を有している。
図４Ａ〜４Ｄには本発明のもう１つ別の実施形態が示されており、それは構造３０の一体的な三次元織中央コラム部分３４よりも厚い２つの突起端部３２からなる構造３０の一部分を図示している。前述の実施形態の場合のように、中央コラム部分３４は、織り合わされた又は１つになるように織られた複数の織層３５から構成される。しかし、この構成においては、より厚い突起端部３２を形成するためにコラム部分３４から縦繊維３６を外に出す必要はない。その代わりに、コラム部分３４を構成するために使用される全ての縦繊維３６が、より厚い突起端部３２を構成するために使用される。しかし、コラム部分２４からの縦繊維３６は、厚い突起端部３２において互いに織り合わされはしない。こうすることで、０°／９０°方向に強化を施す厚い突起端部３２における縦繊維４０の間に、バイアス層３８を挟ませることが可能となる。したがって、厚い突起端部３２は、０°／９０°に配置された層又は繊維と、例えば±４５°方向といった層又は繊維のような、０°／９０°以外の方向に配置された個別に構成された繊維の積層とからなる布の積層とを有し、マトリックスが適用されると、結果として準等方又は多方向に強化された積層突起部となる。さらに、図４Ａ〜４Ｄにおいてわかるように、この実施形態にしたがって構成された構造は、積層された厚い突起端部３２から一体的なコラム部分３４へと段状の推移４２を有しており、よって、１つの部分から他の部分へと渡る負荷の移動を改善することができる。
図４Ａ〜４Ｄに示されているように、バイアス層３８の長さ及び配置は図によって異なる。図４Ａ及び４Ｂでは、対称構成を有する突起端部３２が示されている。すなわち、突起端部３２におけるバイアス層３８の長さ及び配置は、中央線又は長手方向の軸Ａ−Ａの周囲で対称となっている。図４Ａはそのような対称構成を示しており、そこでは、中央線Ａ−Ａから突起端部３２の上部表面４３及び底部表面４５の方に進むにつれ、連続するバイアス層３８の長さが突起端部３２の上半分３９及び下半分４１に向かって増大している。図４Ｂには、中央線Ａ−Ａから突起端部３２の上部表面４３及び底部表面４５の方に進むにつれ、突起端部３２の両方の半分部３９及び４１において、連続するバイアス層３８の長さが減少している場合の対称構成が示されている。
図４Ｃ及び４Ｄには、非対称構成を有する突起端部３２が示されている。すなわち、突起端部３２における連続するバイアス層３８の長さが、突起端部３２の底部表面４５から上部表面４３に向かうようにのみ増大又は減少している。図４Ｃには、突起端部３２の底部表面４５から上部表面４３に向かって、突起端部３２の連続するバイアス層３８の長さが増大している場合の非対称構成が示されている。図４Ｄでは、非対称突起端部３２において、突起端部３２の底部表面４５から上部表面４３に向かって連続するバイアス層３８の長さが減少する場合の構成が示されている。
本発明の他の実施形態が図５に示されており、そこでは、２つのメス型突起部又はＵ字型部４８を備える一体的な三次元織中央コラム部分４６を有する構造４４の一部分が図示されている。図５に示されているように、メス型突起端部４８は中央コラム部分４６に対して斜めに配置されており、それによって、メス型突起端部４８は中央コラム部分４６と一直線又は同一直線上にはない。前述の実施形態と同様に、中央コラム部分４６は、織り合わされた又は１つになるように織られた複数の織層５０からなっている。メス型突起端部又はＵ字型部４８を形成するために、一体的なコラム部分４６は、Ｕ字型部の両端部を形成するよう分岐５２している。Ｕ字型部のそれぞれの第１又は角度のついた部分５６において、０°／９０°の層５４は１つになるように連続的に織り合わされている。
Ｕ字型の平行部分又は端部部分６２において、バイアス繊維層６０のために０°／９０°強化層５８の間にギャップを設けるために、縦繊維は予備成型品の角度の付いた部分５６から外に出される。突起端部４８に留まっている縦繊維は、中央コラム部分４６及び角度の付いた部分５４において複数の織層５０とともに一体的に織られており、そして、該縦線は、互いに独立して織られており及び０°と９０°の方向にＵ字型部４８を強化する個別の層を形成する。０°／９０°の層５８は互いに織り合わされてはいないので、例えば±４５°方向といった０°／９０°方向以外の方向における強化は、０°／９０°の層５８の間に入れられるバイアス層６０によって与えられるのであり、該層は、マトリックス材料が予備成型品に加えられるときに準等方又は多方向の強化を提供するＵ字型部における繊維の積層を形成する。
開示された全ての実施形態において、バイアス層が突起端部に挿入された後、織予備成型品は、予備成型品の耐摩耗性を向上させるためにガラス材料の層がその上に編まれることが可能である。
当業者には明らかなように、上記で開示された構造は、これまでに開示された構造に付加することができる多くの形態を有することが可能である。例えば、その構造は、メス型又はＵ字型の突起部構成部を備えた、厚い一体的な三次元織コラムを有することが可能である。また、その構造は、１つの端部にオス型突起部を、他方の端部にメス型突起部を備える厚い一体的三次元織コラムを有することも可能である。加えて、その構造は、それぞれの端部にメス型突起部を備えた、又は一方の端部にオス型突起部及び他方の端部にメス型突起部を備えた、薄い一体的三次元織コラムを有することも可能である。最後に、全ての構造は、主コラム部分を備えた一直線又は同一直線上にある両方の突起部を有すること、主コラム部分に対して角度が設けられた両方の突起部を有すること、１つの突起部は主部分に対して同一直線上にあり他方の突起部は主部分に対して角度が付けられていること、といった構造を取ることも可能である。前記で開示されているのではあるが、突起端部は準等方又は多方向に強化されるように考慮されており、その突起端部はいかなる積層構成をも実際的に取り得る。したがって、本発明の構造、例えば支柱又は補強部は、構造上の特殊な必要性又は望まれる使用法に基づいて様々なタイプの強化又はバランス性の向上を提供するために、様々な異なる構成を有するように設計されることが可能である。
２ 支柱又は補強部
４ 突起端部
６ コラム
８ 支柱又は補強部
１０ コラム
１２ 突起端部
１４ 構造
１６ 中央部分
１８ オス型突起端部
２０ 層
２２ テーパー状の推移
２４ 層
２６ バイアス層
２８ 表面繊維
３０ 構造
３２ 突起端部
３４ 中央コラム部分
３５ 織層
３６ 縦繊維
３８ バイアス層
３９ 上半分
４０ 縦繊維
４１ 下半分
４２ 段状の推移
４３ 上部表面
４４ 構造
４５ 底部表面
４６ 中央コラム部分
４８ ２つのメス型部又はＵ字型部
５０ 織層
５２ 分岐
５４ ０°／９０°の層
５６ 第１又は角度のついた部分
５８ ０°／９０°の層
６０ バイアス層
６２ Ｕ字型部の端部部分
１００ 縦繊維方向
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