JP2016526116A5

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Publication number: JP2016526116A5
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Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2034-05-13

Description

複合材物品のための繊維プリフォーム構造及びその製造方法

本開示は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、複合材ファン格納容器などのガスタービンエンジン用複合材物品の繊維プリフォーム構造及びその製造方法に関する。

ガスタービンエンジンは通常、高圧及び低圧圧縮機、燃焼器、及び少なくとも１つのタービンを含む。圧縮機は、空気を圧縮し、この圧縮空気が燃料と混合されて燃焼室に送られる。次いで、混合気は、点火されて高温の燃焼ガスを発生して、該燃焼ガスがタービンに送られ、タービンは、燃焼ガスからエネルギーを抽出して、圧縮機を駆動すると共に、飛行中に航空機を推進させるため又は発電機などの負荷に動力を供給するための仕事を生成する。

航空機で使用されるガスタービンエンジンは、ハブを備えたファンを有し、中心軸線の周りに回転するためのファンブレードが配置される。エンジンが様々な条件で運転している際に、エンジン内に異物を吸い込む場合がある。より具体的には、大型の鳥から雹、砂及び雨まで、様々なタイプの異物がガスタービンエンジンの入口に取り込まれる可能性がある。異物はブレードに衝突する可能性があり、結果として衝突されたブレードの一部がロータから外れる場合がある。破断したファンブレードが、遠心力を受けて回転ハブから半径方向外向きに動かされて航空機の胴体に衝突した場合には、航空機及びその乗員に重大な損傷を生じる恐れがある。

このような損傷を防ぐ試みとして、ファンブレード及び何らかの異物を格納するため外周の周りにほぼ円筒形のファン格納容器を含めることが一般的である。ファン格納容器もまた、異物損傷に曝される可能性があり、ロータブレードがエンジンファンケースを穿孔し、エンジンファンケースの外面に沿って亀裂を生じさせることになる。加えて、異物損傷は、エンジンの一部の膨出又は歪曲を生じさせ、結果としてエンジンファンケース全体に沿った応力の増加をもたらす可能性がある。ファン格納容器は通常、金属材料から製造され、結果としてエンジン及びひいては機体の重量増大をもたらす。複合材料から作られたファン格納容器は、優れた耐衝撃性及び損傷許容特性と、金属製ケースに比べて重量の有意な低減とを兼ね備えている。

布地（例えば、織物、編組）で作られた複合積層体は、一方向積層体と比べて優れた損傷許容性を有することが知られており、このような布繊維プリフォームは、格納機能を得るためのファン格納容器シェルの繊維構造（構築）に好適である。しかしながら、布地を用いた公知の複合材製造プロセスは一般に、手作業工程を伴い、コスト効果が高くはない。最近の自動繊維プレースメント（ＡＦＰ）機械の開発により、複合材構成部品の自動化されたコスト効果の高い製造方法が可能となっている。しかしながら、従来の繊維プレースメント工程は、布地を利用すること及び縦方向繊維を含む繊維帯と樹脂を互いに隣接して配置することによる一方向積層体を生成することができない。

従って、ファン格納容器のような複合材物品用の新規布繊維プリフォームを提供すること、及び全体の重量を増加させることなく、高い耐衝撃性及び優れた損傷許容性をもたらす製造方法を提供することが望ましいであろう。

米国特許第４，３８５，９５２号明細書

従来技術に関するこれら及び他の欠点は、複合材物品の布繊維プリフォーム構造及びその製造方法を提供する本開示によって対処される。

本開示の１つの態様は、複数の繊維帯を備える複合材物品用の繊維プリフォーム構造であって、複数の繊維帯の各々が１つずつ所定の位置及び配向で配置されて複数の繊維帯の間にかみ合わせパターン形成する繊維プリフォーム構造である。複数の繊維帯の各々は、所定の間隔で並行に配置された複数の繊維トウを含んでおり、その繊維帯内の各々の繊維トウの間に１以上のギャップを画成する。複数の繊維帯は、複数の繊維帯の各々をその前に布設された同一平面内にない複数の繊維帯の１以上とインターリーブ配置することにより、面内及び面外配向で織り込まれて、１以上のギャップを充填し、均一に覆われた多層組立体を形成する。複数の繊維帯は、３以上の異なる配向角を含む。

本開示の別の態様は、複合材物品の繊維プリフォーム構造であって、第１の配向角に配向した第１の繊維帯と、第１の配向角とは異なる第２の配向角に配向した第２の繊維帯と、第１の配向角及び第２の配向角とは異なる追加の配向角に各々が配向した少なくとも１つの追加の繊維帯と、その前に配置された複数の繊維帯の間に形成される１以上の間隔が１以上のその後に配置される繊維帯により完全に塞がれるまで、その前に配置された複数の繊維帯と所定のオフセット量で離間した関係で配置される追加の繊維帯とを含む。複数の繊維帯の各々は、１つずつ所定の位置及び配向で配置されて複数の繊維帯の間に織り込まれたかみ合わせパターンを生成する。複数の繊維帯は、複数の繊維帯の各々をその前に布設された同一平面内にない複数の繊維帯の１以上とインターリーブ配置することにより、面内及び面外配向で織り込まれる。

本開示の更に別の態様は、複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法である。本方法は、（ａ）第１の配向角で延在する第１の繊維帯を堆積するステップと、（ｂ）第１の繊維帯に対して１８０度とは異なる第２の配向角であって第１の配向角とは異なる第２の配向角で延在する第２の繊維帯を堆積するステップと、（ｃ）第１の繊維帯及び第２の繊維帯に対して１８０度とは異なる追加の配向角であって第１の配向角及び第２の配向角とは異なる追加の配向角で各々が延在する少なくとも１つの追加の繊維帯を堆積するステップと、（ｄ）堆積された各繊維帯が、その前に同じ配向角で堆積された繊維帯から所定の間隔（ｘ）をなすようにステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップと、（ｅ）複数の堆積された繊維帯がある区域を均一に覆って繊維帯の層を画成するまでステップ（ｄ）を繰り返すステップと、（ｆ）ステップ（ａ）〜（ｃ）の間に配置された各繊維帯が、ステップ（ａ）〜（ｃ）における繊維帯の堆積中に配置される同じ配向角を有するそれぞれの繊維帯に直接隣接して配置されるように、複数の追加の繊維帯を堆積させることにより完全な被覆が達成されるまでステップ（ｅ）を繰り返すステップとを含む。複数の繊維帯は、繊維帯の各々をその前に布設された同一平面内にない繊維帯の１以上とインターリーブ配置することにより面内及び面外配向で織り込まれる。

本開示の更に別の態様は、複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法であって、（ａ）所定の間隔で並行に配置されて各々の間に１以上のギャップを画成する繊維トウのグループを含む、第１の配向角で延在する第１の繊維帯を堆積するステップと、（ｂ）所定の間隔で並行に配置されて各々の間に１以上のギャップを画成する繊維トウのグループを含み、第１の繊維帯に対して１８０度とは異なる第２の配向角であって第１の配向角とは異なる第２の配向角で延在する第２の繊維帯を堆積するステップと、（ｃ）所定の間隔で並行に配置されて各々の間に１以上のギャップを画成する繊維トウのグループを含み、その前に堆積された繊維帯の配向角に対して１８０度とは異なる追加の配向角であってその前に堆積された繊維帯の配向角とは異なる追加の配向角で延在する少なくとも１つの追加の繊維帯を堆積するステップと、（ｄ）堆積された各繊維帯が、その前に同じ配向角で堆積された繊維帯から所定の間隔（ｘ）をなすようにステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップと、（ｅ）複数の堆積された繊維帯がある区域を均一に覆って繊維帯の層を画成するまでステップ（ｄ）を繰り返すステップと、（ｆ）ステップ（ａ）〜（ｃ）の間に配置された各繊維帯が、ステップ（ａ）〜（ｃ）における繊維帯の堆積中に配置される同じ配向角を有するそれぞれの繊維帯に直接隣接して配置されるように、複数の追加の繊維帯を堆積させて、層状組立体を画成することにより完全な被覆が達成されるまでステップ（ｅ）を繰り返すステップと、（ｇ）その前に堆積された層状組立体に隣接して少なくとも１つの追加の層状組立体を堆積して、１以上のギャップを充填してプライを画成することにより完全な被覆が達成されるまでステップ（ａ）〜（ｆ）を繰り返すステップとを含む。複数の繊維トウ及び繊維帯は、繊維トウ及び繊維帯の各々をその前に布設された同一平面内にない繊維トウ及び繊維帯の１以上とインターリーブ配置することにより面内及び面外配向で織り込まれる。

本開示の種々の態様に関連して上記で記載される特徴要素の様々な改善が存在する。別の特徴要素もまた、これらの種々の態様に組み込むことができる。これらの改善及び追加の特徴要素は、個別に又は何れかの組み合わせで存在することができる。例えば、例示の実施形態の１以上に関連して以下で検討する種々の特徴要素は、本開示の上述の態様の何れかに単独で又は何らかの組み合わせで組み込むことができる。この場合も同様に、上記で提示された概要は、本開示の特定の態様及び内容についての読者の理解を得るためのものであり、請求項に記載された主題に対して限定するものではない。

本開示の上記及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。

本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係るガスタービンシステムの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る例示的なファン格納容器の概略断面図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る繊維プリフォーム構造の概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る例示的な繊維帯の一部を示す部分的に完成したレイアップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る例示的な繊維帯の一部の複数の繊維トウの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る例示的な繊維帯の一部の複数の繊維トウの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る例示的な繊維帯の一部の複数の繊維トウの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る例示的な繊維帯の一部の複数の繊維トウの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る例示的な繊維帯の一部の複数の繊維トウの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複数の繊維帯の一部の概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法のステップの概略図。本明細書で図示又は説明される１以上の実施形態に係る複合材物品の繊維プリフォーム構造を形成する方法の概略図。

本開示は、単に例証の目的で特定の実施形態を参照して説明されるが、本開示の他の目的及び利点は、本開示による図面に関する以下の説明により明らかになるであろう。好ましい実施形態が開示されるが、これらは限定を意図するものではない。むしろ、本明細書で記載される一般原理は、単に本開示の範囲の例示とみなされ、本開示の範囲から逸脱することなく多くの変更を行うことができることを更に理解されたい。

本明細書で使用される用語「第１」、「第２」及び同様のものは、順序、数量、又は重要度を示すものではなく、むしろある要素を別の要素と区別するために使用される。「１つの」といった用語は、本明細書においては数量の限定を表しておらず、言及された品目の少なくとも１つが存在することを表している。数量に関連して使用される修飾語「約」は表示値を含めて、文脈によって決まる意味を有する（例えば、特定の量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。用語「上側」、「下側」、「上部」、「底部」、「第１」、「第２」、又は同様のものは、読み手を指定の構成部品に向けさせることを意図している。

更にまた、本明細書で使用される「１つ又は複数の」という前置表現は、前置される用語の単数及び複数の両方を含み、従って当該用語の１つ以上を含むことを意図している（例えば、「開口」は、別途指定のない限り、１つ以上の開口を含むことができる）。本明細書全体を通じて、「１つの実施形態」、「別の実施形態」、「ある実施形態」、及びその他などへの言及は、実施形態に関して記載された特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの実施形態に含まれており、他の実施形態に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。同様に、「特定の構成」という表現は、本構成に関して記載された特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの構成に含まれており、他の構成に存在する場合もあり、存在しない場合もあることを意味する。これに加えて、記載される本発明の特徴要素は、様々な実施形態及び構成において何らかの好適な様態で組み合わせることができる点を理解されたい。

複合材物品のための繊維プリフォーム構造及びその製造方法が以下に記載される。本方法は、強度を向上させるために、インターリーブ配置により織り込まれた複数の繊維帯から複合材布繊維プリフォームを作製することに関する。本方法は、自動繊維プレースメント（ＡＦＰ）工程を含み、該工程は、樹脂バインダーにおける複数の縦方向に配向された繊維からほぼ構成される個別の繊維トウ、一群の繊維トウ、又はスリットテープを利用する。１つの実施形態において、複数の個別の繊維トウは、ツール表面上に堆積される繊維帯に形成される。織物タイプの複合材は、繊維プレースメント工程による異なる配向を含む複数の繊維帯をレイアップして布繊維プリフォームを形成することにより製造される。複数の層又はパイルを積層するためのＡＦＰの使用、及びより具体的には所定の複雑な経路を移動させる能力により、複雑な複合材構造体の製造を可能にする。

まず、本明細書で記載されるような構造の繊維プリフォームから構成された、ガスタービンエンジン１０のファン格納容器４０について説明する。図１は、ガスタービンエンジン１０を概略的に例示している。ガスタービンエンジン１０は、ファン組立体１２と、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含むコアエンジン１３とを備える。エンジン１０はまた、高圧タービン１８、低圧タービン２０、及びブースタ２２を含む。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外向きに延在するファンブレード２４のアレイを含む。エンジン１０は、吸気側２８と排気側３０とを有する。１つの実施例において、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナティ所在のＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙから入手可能なＧＥ９０である。ファン組立体１２及びタービン２０は、第１のロータシャフト３１により結合される。圧縮機１４及びタービン１８は、第２のロータシャフト３２により結合される。本開示は、特定のガスタービンエンジンでの使用に限定されず、図１に示したエンジンは、例証の目的のものに過ぎない。

作動中、空気は、ファン組立体１２を通って中心軸線３４に沿って流れ、圧縮された空気が高圧圧縮機１４に供給される。燃焼器１６には、高度に圧縮された空気が送給される。燃焼器１６からの空気流（図１には示さず）は、タービン１８，２０を駆動し、該タービン２０は、シャフト３１を介してファン組立体１２を駆動する。

図２は、ファン格納容器４０の概略断面図であり、図３は、本明細書で記載される方法に従って製造された、ファン格納容器４０の一部、より詳細には繊維プリフォームの概略等角図である。図２を参照すると、例示的な実施形態において、ファン格納容器４０は、ファン組立体の長さ４４にほぼ等しい長さ４２を有する硬質壁の格納システムである。より具体的には、長さ４２は可変のサイズであり、ファン格納容器４０がファン組立体１２の主要格納ゾーン４６を囲むようにされる。本明細書で用いる場合の主要格納ゾーンとは、ファンブレード２４がファン組立体１２から放出される可能性が最も高い、ファン組立体１２の周りで軸方向及び円周方向の両方に延在するゾーンを意味する。

図３に示す例示的な実施形態では、ファン格納容器４０は、各々が本明細書で記載されるような複数の繊維トウ又はスリットテープ５０を含む幾つかの繊維帯５２を備えた繊維プリフォーム４８を含む。特定の実施形態において、繊維トウ５０の各々は一群の繊維を含む。より詳細には、１つの実施形態において、繊維トウは、トウ当りに約３，０００〜約５０，０００本の繊維を含む。典型的には、繊維トウが５０，０００本よりも多い繊維を含む場合には、繊維プリフォーム４８の強度が低下するが、繊維トウが３，０００本よりも少ない繊維を含む場合には、製造コストが増加する。例えば、図４及び図１０に示すように、繊維トウ５０は、幾つかの繊維帯５２にグループ化され、半径方向に配置された複数の層（本発明で説明する）を形成する。繊維帯５２は、複数の繊維帯５２の各々をその前に布設された同一平面内にない複数の繊維帯５２の１以上とインターリーブ配置することにより、面内及び面外配向で織り込まれる。例えば、図４〜図１０に示すように、複数の繊維帯５２の各々は、それぞれの繊維帯５２において各繊維トウ５０間に１以上のギャップ５４を画成するように所定の間隔で並行に配置された複数の繊維トウ５０を含む。１つの実施形態において、繊維トウ間の所定の間隔は、トウ幅の整数倍である。

各繊維帯５２は、樹脂のようなバインダー中に１以上の繊維トウ５０を含む。各繊維トウ５０は、一定の幅を有した繊維束により画成される。図５をより具体的に参照すると、例示の実施例において、繊維帯５２は、複数のギャップ５４により離隔された４つの繊維トウ５０から構成される。１つの実施形態において、繊維帯５２は、幅が約「ｘ」インチであり、４つの繊維トウ５０から構成され、各繊維トウ５０間にギャップ５４を有している。１つの実施形態において、ｘ＝２インチであり、各ギャップ５４が約０．２５インチの寸法を有し、各個々のトウ５０の幅にほぼ等しいようになる。図６に示すような代替の実施形態において、繊維帯５２は、各個々の繊維トウ５０の幅よりも大きな寸法を有するギャップ５４により離隔された、複数の繊維トウ５０を含むことができる。

図７〜図９に最もよく例示されるように、複数の繊維帯５２の各々は、複数のギャップ５４により離隔されたあらゆる数の繊維トウ５０から構成することができる。ここで図７を参照すると、図５の実施形態とほぼ同様の実施形態において、幅「ａ」が約２．０インチに等しい繊維帯５２が例示され、各々の間にギャップ５４を形成させた４つの個々の繊維トウ５０を含む。図８は、幅「ｂ」が約１．０インチに等しい繊維帯５２が例示され、各々の間にギャップ５４を形成させた２つの個々の繊維トウ５０を含む。図９は、幅「ｃ」が約０．５インチに等しい繊維帯５２が例示され、隣接する繊維トウ５０との間にギャップ５４を形成させた１つの繊維トウ５０を含む。複数の繊維帯５２が特定数の繊維トウ５０を含み且つ特定の寸法の幅を有するように例示され説明してきたが、これは限定を意図するものではなく、また、複数の繊維帯５２は、各繊維トウ５０との間にギャップ５４を形成したあらゆる数の繊維トウ５０から構成することができる点を理解されたい。

特定の応用において、複合材プリフォームを形成するために複数の繊維タイプを用いることが望ましい。従って、特定の実施形態において、繊維トウ５０のうちの少なくとも１つが第１の材料を含み、繊維トウ５０のうちの少なくとも１つが第２の材料を含む。繊維タイプは、所与の層内で混在させることができ、すなわち、異なる繊維タイプを用いてプライ又は異なるプライを形成することができる。１つの実施例において、衝突面において、より硬質で耐剪断性のある繊維を組み込むことができ、背面付近の繊維は、エネルギー吸収性が強化されるように選択することができる。硬質で耐剪断性のある繊維の非限定的な実施例は、金属又はセラミック繊維を含む。比較的エネルギー吸収性が高い繊維の非限定的な実施例は、Ｓガラス、アラミド繊維（例えば、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）及びＴｗａｒｏｎ（登録商標））、並びに配向ポリエチレン繊維（Ｓｐｅｃｔｒａ（登録商標）及びＤｙｎｅｅｍ（登録商標）など）を含む。Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）は、バージニア州リッチモンド所在のＥ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓａｎｄＣｏｍｐａｎｙによって販売されており、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）アラミド繊維は、オランダ国所在のＴｅｊｉｎＴｗａｒｏｎによって販売されている。Ｓｐｅｃｔｒａ（登録商標）繊維は、ニュージャージー州モリス所在のＨｏｎｅｙｗｅｌｌＳｐｅｃｉａｌｔｙＭａｔｅｒｉａｌｓにより販売されている。Ｄｙｎｅｅｍ（登録商標）繊維は、オランダ国所在のＤｕｔｃｈＳｔａｔｅＭｉｎｅｓ（ＤＳＭ）により販売されている。

他の応用において、混合繊維タイプのプライを形成することが望ましい。すなわち、繊維帯５２のうちの少なくとも１つは、第１の材料を含む少なくとも１つの繊維トウ５０を用いて形成され、繊維帯５２のうちの少なくとも１つは、第２の材料を含む少なくとも１つの繊維トウ５０を用いて形成される。例えば、ガラス繊維は、炭素（グラファイト）繊維と織編させて、結果として得られる複合材物品の穿刺抵抗を高めることができる。他の応用において、第１及び第２の材料を含む繊維トウ５０は、繊維プリフォーム４８の異なる領域上に布設される。例えば、１以上のプライ内で、高靱性繊維（Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）又はＳガラスのような）は衝突ゾーンに布設することができ、高強度繊維（炭素繊維など）は、非衝突ゾーンに布設される。

望ましくは、繊維プリフォーム４８、及び従ってファン格納容器４０の製造は、多様なサイズの脅威に対する保護に対して適合可能である。穿刺抵抗性については、最適な単位セルサイズは、穿通する異物のサイズによって決まる。特定の実施形態において、繊維トウ５０の繊維帯５２のうちの少なくとも１つが第１の幅を有し、繊維トウ５０の繊維帯５２のうちの少なくとも１つが第２の幅を有し、この第１及び第２の幅は異なる。例えば、１つの実施形態において、繊維帯５２の幅は、約０．１２５インチ（０．３１７５ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）にわたることができる。幅の小さい繊維帯であるほど、より小さな発射体（例えば、エンジン破片）に対して保護し、より大きな繊維帯であるほど、より大きな突出物（例えば、ファンブレードの前縁）に対して保護をする。加えて、巻回パターンの緊密性を調整することができる。

特定の実施形態において、摩耗性又は吸音ライナ（図示せず）などの内部構成要素は、繊維プリフォーム４８の円筒形マンドレルとして使用される。特定の実施形態において、繊維プリフォーム４８が吸音ライナ上に配置される。他の実施形態において、繊維プリフォーム４８が摩耗性ライナ上に配置される。例示的な摩耗性又は吸音ライナは、同一出願人による、２０１０年５月１１日付けの「ＦａｎｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔｃａｓｅｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」の米国特許第７，７１３，０２１号に記載されており、本特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる。

ここで図１１〜図１９を参照すると、本開示の方法の実施形態における連続したステップが示されている。図示のように、ファン格納容器４０などの複合材物品の繊維プリフォームを形成する方法７０は、各々が１以上の繊維トウ５０から構成される複数の繊維帯５２をツール６２上に配置（巻回などによる）して、複数の配置層６４を蓄積するステップを含む。図１１〜図１７は、繊維帯５２をツール６２上に配置するステップを描いている。最初に、ステップ７２において、第１の配向角α１で延在する第１の繊維帯５２ａがツール６２上に堆積される。次に、ステップ７４において、第２の繊維帯５２ｂが堆積される。第２の繊維帯５２ｂは、第１の繊維帯５２ａに対して１８０度とは異なる第２の配向角α２で延在するように堆積され、第２の配向角α２は第１の配向角α１と等しくない。

次にステップ７６において、第３の繊維帯５２ｃが堆積される。第３の繊維帯５２ｃは、第１の繊維帯５２ａ及び第２の繊維帯５２ｂに対して１８０度とは異なる第３の配向角α３にて延在するように堆積され、ここで第３の配向角α３は、第１の配向角α１及び第２の配向角α２と等しくない。１つの実施形態において、次にステップ７８において、第４の繊維帯５２ｄが堆積される。第４の繊維帯５２ｄは、第１の繊維帯５２ａ、第２の繊維帯５２ｂ及び第３の繊維帯５２ｃに対して１８０度とは異なる第４の配向角α４にて延在するように堆積され、ここで第４の配向角α４は、第１の配向角α１、第２の配向角α２、及び第３の配向角α３と等しくない。層６４を形成するための４つの異なる配向角α１，α２，α３，α４それぞれでの４つの繊維帯５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｄの堆積が本明細書で記載されているが、１つの実施形態において、結果として３つよりも多い異なる配向角での堆積を含む、３つの配向角での複数の繊維帯５２の堆積を行うことができる点を理解されたい。一例として、０度、６０度、及び−６０度での繊維帯の堆積を含む実施形態が、本明細書で企図される。

次に、ステップ８０において、ステップ７２〜７８を繰り返して、図１２に示すような追加の層６４を形成し、各堆積された繊維帯５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ、その他が、その前に同じ配向角で堆積された繊維帯から所定の間隔「ｘ」を有するようになる。所定の間隔「ｘ」は、トウ幅の整数倍であり、複数の繊維帯５２の各配向に対して異なることができる点を理解されたい。例えば、最初に堆積された繊維帯５２ａとその後に堆積された繊維帯５２ａとの間の間隔「ｘ」は、最初に堆積された繊維帯５２ｂとその後に堆積された繊維帯５２ｂとの間の間隔「ｘ」と等しくない場合がある。ステップ７２〜７８は、図１３で最もよく示されるように、複数の堆積された繊維帯５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ、その他が、所定の間隔で均一な全分率（例えば、１／２又は１／３）に対して繊維帯全てを満たすまで繰り返される。ステップ８０は、繊維帯５２間の間隔「ｘ」によって生成されるギャップが完全に覆われるまで繰り返される。

ステップ８２において、図１４〜図１７に最もよく示されるように、追加の複数の繊維帯５２ａ，５２ｂ，５２ｃ及び５２ｄを堆積することにより完全な被覆が達成されるまでステップ８０を繰り返し、その結果、最初のステップ７２〜８０の間に配置された各繊維帯は、図１５において隣接して堆積された繊維帯５２ａ〜５１ａにより示されるように、追加の繊維帯５２の後続の堆積中に配置された同じ配向角を有するそれぞれの繊維帯５２に直接隣接して配置されるようになる。ステップ８２において、ステップ８０は、繊維帯５２間の間隔「ｘ」が完全に覆われるまで繰り返される。

ステップ７２〜８２は、複数の配向角（ｎ）を有する繊維帯５２の複数（ｎ）の層（ギャップ５４を含む）を生成して、織り込まれ均一に覆われた層状組立体６５（図１７）を形成する。図５に示す繊維帯において、ステップ７２〜８２に従って各々形成された後続の層状組立体は、その前の層状組立体６５における繊維トウ５０の隣に堆積されて、ギャップ５４を充填し、完全に被覆されたプライを形成する。ギャップ５４が、図６に示すような１つの繊維トウ５０の幅よりも大きい場合には、ステップ７２〜８２を繰り返して、ギャップ５４を完全に被覆してプライを完成させるようにする。

１つの実施形態において、第１の配向角α１は約６１度に等しく、第２の配向角α２は約−６１度に等しく、第３の配向角α３は約１７度に等しく、第４の配向角α４は約−１７度に等しい。特定の配向角及び４つの異なる角度が提示されたが、これは限定を意図するものではなく、本開示により追加の配向角が企図される点は理解されたい。

結果として得られる所望の部品の幾何形状、サイズ、配向角及び繊維帯幅に基づいて、図１８に代替の方法９０が開示され例示される。方法９０の例示の実施形態において、上述したようにステップ７２〜７８の各々は、ステップ全体のサブセットとして繰り返すことができる。例えば、１つの実施形態において、円筒形部品において、ステップ７２及び７４を３回繰り返した後、ステップ７６〜７８を実施してサブセットコースを画成することができる。次いで、その後に述べるようにステップ８０及び８２を実施することができる。

図１１を再度参照すると、図示のように、複数の繊維トウ５０がまとめられ、ツール６２上に繊維帯５２として布設されて繊維プリフォーム４８を形成する。用途に応じて、同じ繊維タイプ又は異なる繊維タイプを用いることができ、その非限定的な実施例は、上記で検討したように炭素（グラファイト）繊維及びガラス繊維を含む。

特定の実施形態において、熱硬化性樹脂は、繊維布設プロセスの特定の段階で硬化される。他の実施形態において、熱硬化性樹脂は、布設プロセスの最後に硬化される。硬化手法は、使用される樹脂のタイプに応じて変わることができるが、硬化手法の非限定的な実施例は、樹脂の加熱又は紫外（ＵＶ）放射線への曝露を含む。加熱法の一般的な１つの実施例は、樹脂に対する赤外（ＩＲ）放射線の照射により、又は密閉オーブン又はオートクレーブ内に配置することによって達成される。樹脂の化学的性質により、使用できる硬化手法のタイプが決定付けられることになる。

例示的な実施形態において、図３、図４及び図１７により最もよく示されるように、ステップは、繊維トウ５０を幾つかの繊維帯５２にグループ化するステップと、複数の繊維帯５２の各々をその前に布設された同一平面内にない複数の繊維帯５２の１以上とインターリーブ配置して巻回パターンを形成することにより面内及び面外配向で織り込むステップとを含む。図５〜図９にに示すように、繊維帯５２の各々におけるギャップ５４は、図４及び図１０において最もよく示されるように繊維帯５２内で２次的な繊維トウ５０ベースのインターリーブ配置を生成する。このインターリーブ配置は、層６４のうちの１以上の少なくとも一部に沿って少なくとも１つの巻回パターンを形成することができる。例えば、図７〜図９に関して上述したように、繊維トウ５０がグループ化されて繊維帯５２を形成する。繊維帯５２の幅は、繊維帯５２の各々においてより多くの又はより少ない繊維トウ５０を含めるようにすることによって調整することができる。加えて、巻回パターンの緊密性を調整して、巻回パターンを変えることができる。

上述の繊維プリフォーム構造及び当該構造を含むファン格納容器並びにその製造方法には多くの利点がある。このような利点には、大小の脅威に対して耐衝撃性があること、強度の向上、パイルの層間剥離の低減、異なる材料、異なるトウ厚さ、及び異なる巻回パターンのような様々な特徴を容器に組み込む全体的機能が挙げられる。他の利点として、容器重量の軽減、製造の容易性、及びコスト節減が可能なことが挙げられる。

本明細書では、本開示の特定の特徴のみを例示し説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者には想起されるであろう。従って、本開示の真の精神の範囲内にあるこのような修正及び変更の全ては、添付の請求項によって保護されるものとする点を理解されたい。

４０ファン格納容器
４８繊維プリフォーム
５０繊維トウ
５２繊維帯
５４ギャップ
６５多層組立体