JP2017501891A - 三次元織りによって得られた繊維プリフォームを裁断する切断テーブル、及び該テーブルを使用した切断方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、三次元織りによって得られた、２つの部分１２，１４を有する繊維プリフォーム１０を裁断する切断テーブル１００であって、該２つの部分が、少なくとも１つの隔離ゾーン（１６）によって互いに結合され、異なる形状の輪郭線１２ａ，１４ａを有しており、該切断テーブルが、裁断されるべき前記繊維プリフォームの該２つの部分のうちの一方を平らに受容するための凹部１０８を備えた天板１０４と、裁断するために、そして該天板に締め付けられるために、該繊維プリフォームの２つの部分の間に介在する犠牲板１１０と、該凹部内に位置決めされていない該繊維プリフォームの部分に押し付けられるように構成された少なくとも１つの切断テンプレート１１４と、該切断テンプレートに圧密圧力を加える手段１１８とを含む、切断テーブルに関する。【選択図】図６

Description

本発明は、三次元織りによって得られた、２つの区別可能な部分を含む繊維プリフォームであって、２つの区別可能な部分が、異なる形状の輪郭線を有し、隔離ゾーンによって互いに結合されている、繊維プリフォームの一般分野に関する。

三次元織りによって得られたある特定の繊維プリフォームは、隔離（non-interlinking）ゾーンを含み、これらのゾーンによって、単独の平織りプリフォームを使用して、複雑な形状の部品を複合材料から製造することが可能になる。例えば、これらの部品は、航空機タービンエンジンのためのファンブレード・プラットフォームであってよく、これらのプラットフォームは、基部と、補強材を形成する２つの脚部とを有するπ字形繊維プリフォームから得ることができる。基部は１つの部分を形成し、２つの脚部は、基部とは区別可能な別の部分を形成する。これらの部分は隔離ゾーンによって互いに結合されている。

このようなプリフォームを製造する際に直面する問題点の１つは、プリフォームの２つの隔離された部分から裁断されたプロフィール（最終輪郭を形成する）が必ずしも同じではないことである。このような状況では、ウォータージェット切断の利用を考えることはできないので、２つのプリフォーム部分のプロフィールを手で次々に裁断することが必要である。

しかし、繊維プリフォームからの手動裁断を制御することは難しい。このような手動裁断は不正確な切断をもたらし、再現性及び繊維の損失の問題を招くおそれがある。

従って、本発明の目的は、上述の欠点を有さない切断テーブル及び切断方法を提供することである。

本発明によれば、この目的は、三次元織りによって得られた、２つの部分を有する繊維プリフォームを裁断する切断テーブルであって、２つの部分が、少なくとも１つの隔離ゾーンによって互いに結合され、異なる形状の輪郭線を有しており、切断テーブルが、被裁断プリフォームの部分のうちの一方を平らに受容するための凹部を備えた天板と、裁断するために、そして天板に締め付けられるために、プリフォーム部分間に介在する犠牲板と、凹部内に位置決めされていない繊維プリフォーム部分に押し付けられるように構成された少なくとも１つの切断テンプレートと、切断テンプレートに圧密圧力を加える手段とを含む、切断テーブルによって達成される。

本発明の切断テーブルは、単一の工具内部の複数の束縛手段、例えばプリフォーム部分の裁断時にプリフォーム部分を均一且つ正確に圧密化する手段、変形又は繊維除去のリスクなしにプリフォーム部分を正確に裁断する手段、及び操作者に対する負傷のリスクを制限する手段を組み入れている点において卓越している。こうして、本発明の切断テーブルによって、繊維プリフォームを裁断し、再現性の問題を制限することがより容易になる。

切断テーブルは、天板の上方で鉛直に取り付けられたアクチュエータを含んでよく、アクチュエータは、切断テンプレートに圧密圧力を加えるために切断テンプレートを受容するように構成されている。

各犠牲板は天板上にインデキシング・スクリュによって締め付けるのに適するようにしてよい。天板の凹部は、２つの被裁断プリフォーム部分に共通する輪郭線に相当するプロフィールを有してよい。

切断テンプレートが、切断テンプレートをプリフォーム上に位置決めするための少なくとも２つのインデキシング・フィンガを有していると有利である。同様に、切断テンプレートが切断工具の通過を容易にするために、面取りされたエッジを有していると有利である。最後に、切断テンプレートが、プリフォームが裁断されている間のプリフォームの保持を最適化する目的で、切断テンプレートの周囲に圧密化リップを有していると有利である。

天板は回転式であり、円形であり、水平であり、そして凹部を備えた頂面を含むことが好ましく、これにより操作者の切断作業を容易にする。

本発明の別の目的は、上記切断テーブルによって繊維プリフォームを裁断する方法であって、この方法が、
プリフォーム部分のうちの一方を切断テーブル内の凹部内に平らに位置決めしながら、切断テーブルの天板上に裁断のためにプリフォームを配置し、
２つのプリフォーム部分の間に犠牲板を配置し、切断テーブルの天板にこれらの犠牲板を締め付け、
切断テーブルの天板の凹部に位置決めされていないプリフォーム部分上に切断テンプレートを配置し、
切断テンプレートに圧密圧力を加え、
切断テンプレートによって覆われたプリフォーム部分を、テンプレートの輪郭線の周りで裁断し、そして、
他方のプリフォーム部分上で上記段階を繰り返すことを含む、方法を提供することである。

この方法は、両プリフォーム部分の輪郭線を包含する共通の輪郭線の周りで、プリフォームをウォータージェットによって前切断する事前段階を含んでよい。

非制限的な特徴を有する実施態様を示す添付の図面を参照しながら、本発明の他の特徴及び利点が明らかになる。

図１Ａは、本発明が用いる繊維プリフォームの一例を上方及び下方から見た状態で示す概略図である。 図１Ｂは、本発明が用いる繊維プリフォームの一例を上方及び下方から見た状態で示す概略図である。 図１Ｃは、図１Ａの繊維プリフォームのＩＣ−ＩＣ線で示す断面図である。 図２は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図３は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図４は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図５は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図６は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図７は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図８は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図９は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図１０は、図１Ａ〜１Ｃの繊維プリフォームに適用される本発明の切断方法の種々の段階を示す図である。 図１１は、本発明の切断テーブルのための切断テンプレートを示す図である。

本発明は、三次元（３Ｄ）織りによって得られた、２つの部分を有する繊維プリフォームを裁断することであって、２つの部分が、少なくとも１つの隔離ゾーンによって互いに結合され、異なる形状の輪郭線を有している、繊維プリフォームを裁断することに関する。このような繊維プリフォームは、単独の平織りプリフォームから複雑な形状の複合材料部品を形成するのを可能にする。

非制限的な用途例は、航空機タービンエンジンのためのファンブレード・プラットフォームを製作する際に繊維プリフォーム、例えば図１Ａ〜１Ｃに示されたプリフォームを使用する例である。

これらの図面は、３Ｄ織りによって得られる繊維プリフォーム１０であって、成形し、樹脂を注入し、又はマトリックスで緻密化し、そして場合によっては機械加工を施した後、ファンブレード・プラットフォームを得るのに役立つ、繊維プリフォーム１０を示す概略図である。

「３Ｄ織り（3D weaving）」という用語は、プリフォームの縦糸が波状軌道に追従することによって、隔離ゾーンを除いて、異なる横糸層に属する横糸を連結することを意味するものと理解されるべきであり、３Ｄ織り、具体的にはインターロック織りは表面の２Ｄ織りを含み得ることが理解される。国際公開第２００６／１３６７５５号パンフレットに記載されているように、種々の３Ｄ織り、例えばインターロック織り、多重繻子織り、多重平織りを用いることができる。

繊維プリフォーム１０はその厚さ方向に２つの区別可能な部分、つまり上側部分１２と下側部分１４とを有している。これらの部分のそれぞれは複数の重なり合った糸層によって形成されており、そして単独の繊維構造を形成するように、隔離ゾーン１６によって互いに結合されている。この隔離ゾーン１６内では、繊維プリフォームの上側部分の糸層は、下側部分の糸層と連結されている（逆も同じ）。

さらに、繊維プリフォームの部分１２及び１４は、異なる輪郭線を有する。図１Ａは、プリフォームの上側部分１２（陰影付き）の輪郭線１２ａを示しているのに対して、図１Ｂは、プリフォームの下側部分１４の輪郭線１４ａを示している（上側部分のプロフィールは破線で描かれている）。

図２〜１１を参照しながら、このような繊維プリフォームを得ることを可能にする本発明の切断方法の種々の段階を続いて説明する。

切断方法の最初の段階は、３Ｄ織りによって、図２に示されているような繊維構造２０を形成することである。この繊維構造は（厚さ方向で）２つの区別可能な部分から形成されている。これらの部分は所定の隔離ゾーン２２によって一体化されている。この図では、繊維構造を形成する糸の縦糸方向及び横糸方向と、構造が織られる時の構造の進行方向Ｆとを見ることができる。

この繊維構造から出発して、後続の段階は、得ようとする両繊維プリフォーム部分の輪郭線を包含する共通の輪郭線Ｃに沿って、繊維構造をウォータージェットによって前切断することにある。この作業は、図３に示された前切断プリフォーム３０を得ることを可能にする。この前切断プリフォームは、予め調製された隔離ゾーン１６によって互いに結合された（厚さ方向の）２つの区別可能な部分を有する。

このように前切断されたプリフォーム３０を、図４に概略的に示されているように、本発明による切断テーブル１００に位置決めする。

この切断テーブル１００は具体的にはスタンド１０２を含む。このスタンド１０２には水平の天板１０４が、鉛直方向軸線Ａ−Ａを中心として回転するように取り付けられている。天板１０４は、凹部１０８を備えた頂面１０６を有している。凹部１０８は、被裁断プリフォーム部分のうちの一方を平らに受容するようになっている。これを目的として、凹部１０８は、被裁断プリフォーム部分の両方に共通の輪郭線Ｃに相当するプロフィールを有する。

図４に示された例では、切断テーブルの天板１０４の凹部１０８内に位置決めされたプリフォーム３０の部分３２は、裁断後に繊維プリフォームの下側部分を形成するようになる部分である。

次いで、２つのプリフォーム部分の間に裁断のために犠牲板１１０（この例では２枚）を介入させる。これらの犠牲板１１０は、前切断済のプリフォーム３０の隔離ゾーン１６の輪郭線と合致し、これらは天板の凹部内に位置決めされたプリフォーム部分３２を保護するのに役立つ。

犠牲板１１０をこうして切断テーブル上に位置決めしたら、これらの犠牲板を例えばそれぞれ２つのインデキシング・スクリュ１１２によって、切断テーブルの天板１０４に締め付け（図６）、ひいては犠牲板が適切な切断操作中に動くことを防止する。

次の段階は図７に示されており、繊維プリフォームの、切断テーブルの天板の凹部内に位置決めされていない部分３４に切断テンプレート１１４を当て付けることにあり、この例における切断テンプレートは、裁断済プリフォームの上側部分１２の輪郭線に相当する輪郭線１１４ａを有する。

切断テンプレート１１４は、犠牲板１１０に対して２つのインデキシング・フィンガ１１６を有することにより、切断テンプレートが前切断済プリフォーム３０上に適切に位置決めされることを保証すると有利である。

その後、切断テンプレート１１４上に圧密圧力を加えることによって、プリフォームの繊維が切断テンプレートの周縁で保持されるのを可能にし、これにより、適切な切断操作中に繊維が動くことを防止する。

これを目的として、切断テンプレート１１４は、切断テーブルの天板１０４の上方で鉛直に取り付けられたアクチュエータ１１８の自由端に水平に締め付けられている。切断テンプレート上にアクチュエータによって加えられる圧密圧力は典型的には３バール〜５バールである。

切断テンプレートが当て付けられると、切断テンプレートの輪郭線に沿ってプリフォーム部分３４を裁断し始めることができる。この裁断は、それ自体周知の様々な方法で、例えば鋼又はセラミックから成る刃を使用して手で行うことができる。

図７に示された例では、繊維プリフォーム部分３４の陰影付きゾーンは、この段階中に切り離されるべきゾーンに相当する。注目すべきなのは、鉛直方向軸線Ａ−Ａを中心として切断テーブルの天板１０４を回転させることにより、操作者は切断ゾーンに常にアクセスできるので、この切断段階はより容易になる点である。

切断が完了すると、繊維プリフォーム３０の部分３４は、図１Ａ〜１Ｃに示された裁断済プリフォーム１０の上側部分１２に相当する。次いで、切断テンプレートを切断テーブルから取り外し、プリフォーム３０を上記テーブルと同様の別の切断テーブル１００’に移す（図８及び９）。この切断テーブル１００’は具体的には、丁度裁断されたばかりのプリフォーム部分３４の輪郭線に相当するプロフィールの凹部１０８’を備えた天板１０４’を有している。

繊維プリフォーム３０をこうして切断テーブル１００’上に、その上側部分１２が天板１０４’の凹部１０８’内に位置決めされた状態で置く。

次いで、プリフォーム部分３４を裁断する場合と同様に操作を行う。具体的に言えば、同じ犠牲板１１０を天板１０４’に取り付けて締め付け、そして別の切断テンプレート１１４’を被裁断プリフォーム部分３２に当て付ける。この切断テンプレートの輪郭１１４’ａは裁断済プリフォームの下側部分１２の輪郭線に相当する（図１０）。アクチュエータ１１８’によって圧密圧力を加えた後、このような他の切断テンプレート１１４’の輪郭線の周りで繊維プリフォーム部分３２を裁断し始めることができる。図１０の例では、繊維プリフォーム部分３２の陰影付きゾーンは、切り離されるゾーンに相当する。

繊維プリフォーム３０の部分３２は裁断されると、図１Ａ〜１Ｃに示された裁断済プリフォーム１０の下側部分１４に相当する。次いで切断テンプレート１１４’及び犠牲板１１０を取り外すことにより、繊維プリフォームが取り出されるのを可能にする。このとき、繊維プリフォームは、図１Ａ〜１Ｃに示されたプリフォームに相当する。

図１１に示されているような本発明の別の有利な構成では、切断テンプレート１１４及び１１４’のぞれぞれが、切刃１２２の通過を容易にするための面取りされたエッジ１２０を有している。典型的には、この面取りされたエッジ１２０は、鉛直方向切断線と約４５°の角度αを成すことができる。

やはり図１１に示されているような本発明の別の有利な構成では、切断テンプレート１１４及び１１４’のそれぞれは、プリフォームが裁断されている間のプリフォーム３０の保持を最適化する目的で、切断テンプレートの周囲に圧密化リップ１２４を有している。従って、このような圧密化リップ１２４（例えば約５ミリメートル（ｍｍ）の幅を有する）の存在は、切断のためのゾーンの周りに位置するゾーンへの加圧を制限するのに役立つ。

Claims (10)

1. 三次元織りによって得られた、２つの部分（１２，１４）を有する繊維プリフォーム（１０）を裁断する切断テーブル（１００）であって、該２つの部分が、少なくとも１つの隔離ゾーン（１６）によって互いに結合され、異なる形状の輪郭線（１２ａ，１４ａ）を有しており、該切断テーブルが、
   裁断されるべき前記繊維プリフォームの該２つの部分のうちの一方を平らに受容するための凹部（１０８）を備えた天板（１０４）と、
   裁断するために、そして該天板に締め付けられるために、該繊維プリフォームの２つの部分の間に介在する犠牲板（１１０）と、
   該凹部内に位置決めされていない該繊維プリフォームの部分に押し付けられるように構成された少なくとも１つの切断テンプレート（１１４）と、
   該切断テンプレートに圧密圧力を加える手段（１１８）とを含む、切断テーブル。
2. 前記天板の上方で鉛直に取り付けられたアクチュエータ（１１８）を含み、該アクチュエータは、前記切断テンプレートに圧密圧力を加えるために該切断テンプレートを受容するように構成されている、請求項１に記載の切断テーブル。
3. 各犠牲板（１１０）は前記天板上にインデキシング・スクリュ（１１２）によって締め付けるように形成されている、請求項１又は２に記載の切断テーブル。
4. 前記切断テンプレートが、該切断テンプレートを前記繊維プリフォーム上に位置決めするための少なくとも２つのインデキシング・フィンガ（１１６）を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の切断テーブル。
5. 前記切断テンプレートが切断工具（１２２）の通過を容易にするために、面取りされたエッジ（１２０）を有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の切断テーブル。
6. 前記切断テンプレートが、前記繊維プリフォームが裁断されている間の該プリフォームの保持を最適化する目的で、該切断テンプレートの周囲に圧密化リップ（１２４）を有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の切断テーブル。
7. 前記天板の前記凹部が、前記裁断されるべき繊維プリフォームの前記２つの部分に共通する輪郭線に相当するプロフィールを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の切断テーブル。
8. 前記天板が回転式であり、円形であり、水平であり、そして前記凹部（１０８）を備えた頂面（１０６）を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の切断テーブル。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の、切断テーブル（１００）によって繊維プリフォームを裁断する方法において、
   該方法が、
   該繊維プリフォームの部分（３２）のうちの一方を前記切断テーブル内の凹部（１０８）内に平らに位置決めしながら、該切断テーブルの天板（１０４）上に裁断のために該繊維プリフォーム（３０）を配置する段階と、
   該繊維プリフォームの２つの部分（３２，３４）の間に犠牲板（１１０）を配置し、該切断テーブルの天板に該犠牲板を締め付ける段階と、
   該切断テーブルの天板の凹部に位置決めされていない繊維プリフォームの部分（３４）上に前記切断テンプレート（１１４）を配置する段階と、
   該切断テンプレートに圧密圧力を加える段階と、
   該切断テンプレートによって覆われた該繊維プリフォームの部分を、該切断テンプレートの輪郭線の周りで裁断する段階と、
   前記繊維プリフォームの他方の部分上で上記段階を繰り返す段階とを有する、切断テーブル（１００）によって繊維プリフォームを裁断する方法。
10. 前記繊維プリフォームの両方の部分の輪郭線を包含する共通の輪郭線の周りで、前記繊維プリフォームをウォータージェットによって前切断する事前段階を含む、請求項９に記載の方法。

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