JP2024502619A - 最適化されたリブ補強複合構造体 - Google Patents

Abstract

リブ補強複合構造体は、ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合フェースシートを含む。複合フェースシートにグリッドパターンでポリマーコアが配置されており、グリッドパターンは、第２の一連の経路と交差する第１の一連の経路を有する。一連の経路同士の間の空間に材料の空隙が形成される。ポリマーコアの上面に複合リブキャップが配置される。複合リブキャップは、ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を含む。複合リブキャップのポリマーマトリクスの連続強化繊維の繊維は、押出成形されたポリマーコアのグリッドパターンの第１の一連の経路と第２の一連の経路とに沿った方向に配向される。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２１年１月８日に出願された仮出願第６３／１３５，４３７号の優先権の利益を主張し、その内容全体を参照により完全に本明細書に援用するものとする。

説明
発明の分野
本発明は、概して、高い比強度と高い比剛性とを有する構造体、およびその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、製造のための新規な方法を利用したグリッド補強複合構造体に関する。

発明の背景
アイソグリッドおよびオルソグリッドなどのグリッド補強構造体は、構造体の重量を軽減する手段として周知である。金属などの等方性材料を成形または機械加工することにより、リブ状の特徴部を作製し、重量を軽減することが一般的な手法である。しかしながら、構造体の大部分を複雑に成形するかまたは複雑に機械加工することは高価である。高度な複合材料を使用すると構造的な効率がさらに改善されることは、従来技術の範囲内で周知である。

高い比強度および高い比剛性（強度または弾性率を密度で除算した値）を有する高度な複合材料は、構造的な性能を向上させる。高度な複合材料は、付加的な複雑さを付加する。なぜなら、これらの材料は、典型的には高価であり、これらの材料を、特に複雑な表面上で荷重経路の方向に配置することが困難であるからである。ＡＦＰ（自動繊維配置）およびＡＭ（付加製造）などの新技術により、複雑な構造体の製造が向上している。しかしながら、これらの新技術は、グリッド補強構造体の経済的な製造に対処することができなかった。基本的な課題は、連続繊維複合材料がノードで互いに交差し、それにより、ノードでの厚さが増大し、その結果、パネルの厚さが増大し、構造的な効率が低下することである。各ストリップを切断し、ノードで新しいストリップを再開することが可能であるが、このことは時間を要し、欠陥の傾向にある。

高度な複合材料の層同士の間に軽量コアが挟持される補強スキン構造体を使用することにより、構造的な効率を改善できることが、従来技術の範囲内で周知である。このアプローチは、Ｉビームのように断面係数を増大させることにより、構造体の比強度と比剛性とを最大化させる。しかしながら、カプセル化されたコアは、湿気を吸収する傾向にあり、構造体の層間剥離および破損につながる可能性がある（例えば、航空機が高い湿度で離陸し、高高度に移動すると、複合スキン同士の間で水蒸気が膨張する）。典型的なコア材料は、ハニカムフォームまたはポリマーフォームである。

フォームコアを含むアイソグリッド構造体を作製することも、従来技術の範囲内で既知である。例えば、２００８年のＬＳＵ修士論文「Quasi-Static and Impact Characterization of Sandwich Structures with an Iso-Grid Stiffened Syntactic Foam Core」は、予備形成されたベイをフォームコアで充填することについて説明している。

課題は、高度な複合材料を使用するグリッド補強構造体を経済的に製造することである。

当該技術分野で必要とされていることは、グリッド補強構造体の構造的な性能を最も低い材料コスト、製造コストおよびライフサイクルコストで最適化する方法である。

発明の概要
本発明は、革新的なかつ最適化されたグリッド補強構造体およびグリッド補強構造体を経済的に製造する方法を提供する。ベイをフォームコアで充填する代わりに、本発明は、リブ構造体自体にコアを組み込む。

本発明は、高い比強度および／または高い比剛性を必要とする構造体に関する。このような用途は、概略的に重要性の高い順に、人工衛星、打ち上げロケット、垂直離着陸体、航空機、地上輸送体、水上船舶、潜水艇などを含む。経験則として、１ｌｂの軽量化には、人工衛星の場合には１ｌｂあたり１０，０００ドル、垂直離着陸体の場合には１ｌｂあたり１，０００ドル、航空機の場合には１ｌｂあたり１００ドル、地上輸送体の場合には１ｌｂあたり１０ドルの価値がある。このような巨大な規模には、これらの経済的な制約に対処するための適切な技術が必要である。本発明は、異なる材料および異なるプロセスではあるが、これらの材料およびプロセスの同一の革新的な使用により、これら全ての規模に対処する。

定義：本明細書で使用する場合、高度な複合材料とは、炭素繊維などの連続繊維とポリマーなどのマトリクスとの組み合わせを指す。ＡＦＰとは、業界標準の複合処理方法である自動繊維配置を指す。ＡＭとは、（機械加工のような減算プロセスとは対照的に）材料を付加することにより構造体を形成するプロセスである付加製造を指す。オルソグリッドとは、主に二方向の特性のための一般的に長方形の開口を備えたグリッド補強構造体を指す。アイソグリッドとは、等方性材料の場合と同様に、主に三方向の特性のための一般的に三角形の開口を備えたグリッド補強構造体を指す。アニソグリッドとは、例えば円錐面または複雑な表面など、全ての方向に異なる特性のための一般的に異なる開口を備えたグリッド補強構造体を指す。短繊維とは、より容易に複雑な形状に形成することができるように、ミリメートルオーダーの短い長さに切断された繊維強化材を指す。ＣＮＣとは、自動化された機械加工であるコンピュータ数値制御を指す。フェースシートとは、本発明の目的では、平形または複雑な形状であってよい連続繊維強化複合表面を指す。ＦＦＦとは、押出成形されたビードを溶着して構造体を形成する付加製造プロセスである溶融フィラメント製造を指す。ＭＥＸとは、ＦＦＦを含むより一般的な付加製造プロセスである材料押出成形を指す。グリッド補強構造体とは、隆起したリブ補強材の格子のパターンによって支持されたフェースシートを指す。ＨＧＭとは、典型的には、直径１０～３００μｍの中空のガラスの微小球を指す。アイソグリッドとは、等方性のグリッド補強構造体を指す。等方性とは、全ての方向の特性を指す。ノードとは、グリッド補強構造体の交点を指す。オルソグリッドとは、直交異方性の（直角に強い）グリッド補強構造体を指す。直交異方性とは、直角の特性を指す。ＰＥＥＫとは、高性能熱可塑性ポリマーであるポリエーテルエーテルケトンを指す。断面係数とは、高さとともに剛性が指数関数的に増大するビーム（またはリブ）の設計にとって重要な所与の断面積の幾何学的な特性を指す。比強度とは、材料の強度を材料の密度で除算したものを指す。比剛性とは、材料の剛性（弾性率）を材料の密度で除算したものを指す。構造的な効率とは、構造体の重量に対する構造体の耐荷重能力の比率を指す。シンタクチックフォームとは、典型的には、密度を下げるためにＨＧＭが充填されたポリマーを指す。プリプレグとは、複合テープを形成するためにポリマーなどのマトリクスを予め含浸させた一般的な連続繊維強化材を指す。

開示された実施形態は、コア材料を備えた高度な複合表面と、革新的な製造技術とを使用することによって、グリッド補強構造体の特性を最適化する。（１）成形および（２）ＡＭという２つの基本的な製造アプローチが存在し、同一の目標を達成するが、異なる用途に有利である。

材料：
高度な複合材料：複合材料は、定義上、２つ以上の材料の組み合わせである。高度な複合材料は、連続繊維強化材と、典型的にはポリマーであるマトリクスとの組み合わせである。仮出願第’４３７号の図１のグラフは、金属と、無充填ポリマー（ＰＥＥＫまたはポリエーテルエーテルケトン）と、短炭素繊維が充填されたＰＥＥＫと、連続繊維強化ＰＥＥＫ（ＡＳ４およびＩＭ７は、異なる等級の炭素繊維強化材）との比強度および比弾性率の比較を示している。

グラフに示されているように、連続繊維強化により、構造体の比強度および比剛性が大幅に増大する。連続繊維リブキャップは、極めて肉厚である必要がなく、ひいては、ノードでの厚さの増大の問題を最小限に抑える。しかしながら、繊維は、必要に応じてノードで切断されて再開されてよく、リブキャップの厚さが減少し、ひいては、時間および欠陥率のペナルティが軽減される。これらは本発明の目的である。

コア材料：本発明は、コア材料の使用を伴い、コア材料は、フェースシートとリブキャップとの間の隙間を埋める材料である。コア材料の機能は、サンドイッチ構造体のフェースシート同士の間でまたは本発明のフェースシートとリブキャップとの間でせん断荷重を伝達することである。実際、コアは、Ｉビームのウェブのように機能し、ウェブは、耐荷重フランジ同士の間の軽量な分離器として機能する。Ｉビームでは、フランジが主な引張荷重と圧縮荷重とを支えるため、ウェブは比較的軽量であってよい。サンドイッチ構造体のコア材料は、理想的には、スキン積層物の材料と比較して軽量である。

工学理論によれば、サンドイッチ積層物の曲げ剛性がサンドイッチ積層物の厚さの二乗にほぼ比例することが判っている。したがって、複合材料のコアの目的は、断面係数を増大させるために、低密度のコア材料で効果的に積層物を厚くすることによって、積層物の厚さを増大させることである。これにより、極めて少ない重量の付加で剛性が劇的に向上する。

本発明の要旨は、軽量コア材料と、連続繊維強化フェースシートおよび連続繊維強化リブキャップとを備えた軽量のグリッド補強構造体を効率的に製造することである。コア材料は、独立気泡フォーム、シンタクチックフォーム、無充填ポリマーおよび（短繊維、ナノチューブ、グラフェンなどの）充填ポリマーであってよいが、これらに限定されない。

製造方法：
オーバーモールド：複合オーバーモールドは、複合構造体に特徴部を経済的に付加するために使用されている比較的新しい技術である。一般的な思想は、強度と剛性とのために高度な複合フェースシートを使用し、それを型に挿入し、その後、熱可塑性ポリマーを成形して（リブなどの）複雑な特徴部を安価に作製することである。この目的のために、典型的には射出成形が使用されるが、圧縮成形、トランスファー成形、樹脂トランスファー成形などの他の成形方法を使用することもできる。

オーバーモールドでは、構造体のサイズおよび形状は、工具の制約により制限される。例えば、閉じられたセクションまたは輪郭のあるセクションでは、成形後の工具の取外しが困難であるかまたは不可能である。このようなグリッド補強された形状は、典型的には金属から機械加工される。

付加製造：付加製造は、複合構造体に特徴部を製造および／または付加するために有利に使用することができる。使用することができるＡＭ技術は数多く存在するが、本明細書では、説明のために、フィラメントベースおよびペレットベースなどの押出成形プロセスに焦点を当てる。仮出願第’４３７号の図４は、押出成形ヘッドを通してフィラメントを供給する基本的なＦＦＦプロセスと、ポリマーペレットをスクリュー押出成形機に供給するポリマービード押出成形プロセスとを示している。

連続繊維フェースシートおよび／または連続繊維リブキャップには、プリプレグなどの連続繊維強化熱可塑性テープが自動的に分配されて固化されるその場固化と呼ばれるプロセスを使用してプリントを行うことができる。

連続繊維フェースシートは、プリントされてよいかまたは事前に製造してプリンタに挿入されてよい。次いで、コア材料は、設計荷重に従って、フェースシート上に押出成形され、フェースシート上にグリッドパターンで接着されてよい。次いで、連続繊維リブキャップは、リブ上にプリントされてよく、リブにサンドイッチ型構造体が作製される。

上述の付加製造プロセスは、付加的な軸（従来の３軸よりも多くの軸）を備えたロボットが使用される場合、複雑な形状を備えたグリッド補強構造体を製造することができるため、汎用性が極めて高い。

一実施形態では、リブ補強複合構造体を製造するための方法は、
１）ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を含む複合フェースシートと、
２）ポリマーマトリクス中に連続強化繊維をリブ補強材のパターンで含む複合リブキャップであって、繊維がリブの方向に配向される、複合リブキャップと、
３）フェースシートとリブキャップとの間に射出成形されたポリマーコアと
を備える。

コア材料は、ポリマーフォームおよび／またはシンタクチックフォーム、ポリマーまたは充填ポリマーであってよい。連続強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維および／または任意の他の適切な繊維を含むことができる。

別の実施形態では、リブ補強複合構造体を製造するための方法は、
１）ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を含む複合フェースシートと、
２）フェースシートにリブ補強材のパターンで接着された押出成形されたポリマーコアと、
３）ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を含むポリマーコアに接着された複合リブキャップであって、強化繊維がリブの方向に配向される、複合リブキャップと
を備える。

コア材料は、材料押出成形付加製造を使用して押出成形されてよく、フェースシートに接着されてよい。連続繊維リブキャップは、コア材料にその場固化することができる。コア材料は、ポリマーフォーム、シンタクチックフォーム、ポリマー、充填ポリマーおよび／または任意の他の適切な材料であってよい。連続強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維および／または任意の他の適切な繊維を含むことができる。

得られる製品または構造体は、任意の所望の形状および／またはサイズを有することができる。構造体は任意の形状であってよい。

本発明を少なくとも１つの実施形態に関して説明してきたが、本発明は、本開示の精神および範囲内でさらに変更することができる。したがって、本出願は、その一般原理を使用して、本発明のあらゆる変形、使用、または適応をカバーすることを意図している。さらに、本出願は、本発明が関連する技術分野における既知または慣例の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲の範囲内に入る、本開示からの逸脱をカバーすることを意図している。

添付図面は本発明を説明するものである。
複合フェースシートと複合リブキャップとを有する、リブ補強複合構造体の製造方法の第１の実施形態を示す側断面図である。 図１からの続きであり、フェースシートとリブキャップとの上に配置され、したがって射出成形されるコアを収容するための成形室を形成する型を示す図である。 図１からの続きであり、フェースシートとリブキャップとの間の成形されたコアを示す図である。 図３からの続きであり、型が取り外され、図１～図３のリブ補強複合構造体の完成した構造体を明らかにする図である。 オルソグリッドタイプの構造体を示す、図４の構造体の等角図である。 複合フェースシートから開始されるリブ補強複合構造体の製造方法の第２の実施形態を示す側断面図である。 図１からの続きであり、コア材料がフェースシート上に直接的に層状に分配されて、したがってリブ構造体が形成される様子を示す図である。 図７からの続きであり、プリプレグ材料がリブ上に直接的に配置されて、リブキャップが形成される様子を示す図である。 図８からの続きであり、図６～図８のリブ補強複合構造体の完成した構造体を明らかにする図である。 オルソグリッドタイプの構造体を示す、図９の構造体の等角図である。 セグメント化されたプリプレグ経路を含む第１のステップで配置されるリブキャップの等角図である。 図１１Ａからの続きであり、鉛直方向の連続的なプリプレグ経路を含む第２のステップを示す図である。 図１１Ｂからの続きであり、別の鉛直方向の連続的なプリプレグ経路を含む第３のステップを示す図である。 図１１Ｃからの続きであり、グリッドパターン全体にわたって均一な経路厚さが得られる、別の鉛直方向にセグメント化されたプリプレグ経路を含む第４のステップを示す図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、リブ補強複合構造体１０を製造するための方法の一実施形態の側断面図である。図１は、ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合フェースシート１２を示す。フェースシートから距離１３を離して、フェースシートの上方に、同じくポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合リブキャップ１４が位置決めされている。ここに示すように、また、本明細書で論じる任意の実施形態では、複合フェースシートおよび／または複合リブキャップの連続強化繊維は、炭素繊維および／またはガラス繊維を含んでよい。

完成したリブ補強構造体１０を示す図５を見ると最も良く理解できるように、複合リブキャップは、グリッドパターンで形成されることに留意されたい。ここで、グリッドパターンは、単純化されたオルソグリッドであるものの、限定されるわけではないが、他の任意の数の平行リブまたは非平行リブを横切って延在する任意の数の平行リブまたは非平行リブを含む任意のグリッド構成を使用してよいことが当業者には理解される。ここで、図５に示すように、グリッドパターンは、第２の一連の平行な線１８と交差している第１の一連の平行な線１６を含み、材料の空隙２０が、一連の平行な線同士の間の空間に形成される。線は幅を有するため、線は経路またはセクションとして記述することもできる。また、上述したように、線同士は互いに平行でなくてよく、アセンブリ全体の構造的な必要性に応じて角度を変化させてよい。さらに、線／経路は、曲がってよく、直線に沿わなくてもよい。

複合リブキャップのポリマーマトリクスの連続強化繊維の繊維は、第１の一連の平行な線と第２の一連の平行な線とに沿った方向に配向される。これは、リブ１６では繊維が方向１７に沿って延在し、リブ１８では繊維が方向１９に沿って延在することを意味する。

図２は、図１と同様であるが、複合リブキャップ１４の上に位置決めされた第１の型２２を示している。ここに示すように、複合フェースシート１２とリブキャップ１４とは水平方向に配置されている。しかしながら、実際の使用では、第１の型２２がその中にリブキャップをより容易に捕捉できるように、複合フェースシート１２とリブキャップ１４とは鉛直方向に位置決めされる可能性が高いことに留意されたい。したがって、各ステップの違いを分かりやすくするために、水平方向の図を使用している。

図２に示すように、第１の型は、複合リブキャップを複合フェースシートから距離１３を置いて固定する。第１の型は、複合リブキャップの材料の空隙の部分２３を通って延在して、複合フェースシートと係合し、それにより、複合フェースシートと複合リブキャップとの間に中空の空間２４が形成される。任意選択で、第２の型２６が、複合フェースシートの裏面２７に配置されて、付加的な構造的な支持が提供されてよい。（図１に最もよく示されているように、裏面２７は、フェースシート１２の表面２８の反対側にある。）型２２および型２６は、鋼、ステンレス鋼、アルミニウムまたは射出成形プロセスに適した任意の金属から製造されてよい。代替的に、他の複合構造体または材料を使用して、型が形成されてもよい。

図３は、複合フェースシートの表面と、複合リブキャップと、第１の型とによって画定された中空の空間２４内にコア材料３０を射出成形する様子を示す。熱可塑性コア材料の場合、コア材料３０は射出される際に高温であり、加圧されるが、その後、冷却されて、複合フェースシートとリブキャップとに接着される。熱硬化性コア材料の場合、樹脂は、一般的には加熱が必要であり、硬化させられて、フェースシートとリブキャップとに接着される。

冷却後、第１の型と第２の型とは、複合フェースシート、複合リブキャップおよびコア材料から取り外され、それにより、図４に示すようなリブ補強複合構造体が得られる。

図４および図５に見られるように、コア材料の様々な側壁３２は、複合フェースシートまたは複合リブキャップによって覆われていない。これは、構造体の層間剥離および破損につながる可能性のある、カプセル化されたコア間の水分の吸収を防ぐために重要である。

コア材料の側壁およびリブキャップの側部３２は、離型を補助するために、（０°から４５°までの）抜け勾配を有してよいことにも留意されたい。典型的には、１～５°の角度が使用される。付加的に、型自体の側壁は、コア材料が型に接着することを防止する離型剤で被覆されてよい。

ここに示すように、また、本明細書で論じる任意の実施形態では、コア材料は、ポリマーフォームまたはシンタクチックフォームであってよい。付加的に、コア材料は、独立気泡フォーム、無充填ポリマーまたは充填ポリマーであってよく、充填材は、短繊維、ナノチューブまたはグラフェンであってよいが、これらに限定されない。

図４および図５から分かるように、複合フェースシート、複合リブキャップおよび得られるリブ補強複合構造体は平形である。しかしながら、これらの構造体は、１つの曲面、２つの曲面または任意の数の複合曲面および特徴部を有するように製造されて、その結果、フェースシートの曲面とリブキャップの曲面とが、フォームコア材料の高さの変化に伴って、互いに一致したり、互いに一致しなかったりしてよいことが、当業者には理解される。また、複雑な形状の場合には、工具を取り外すことができるように特殊な工具が必要となる場合があることも当業者には理解される。このような特殊な工具は、折畳み式、ねじり下げ式、形状記憶式またはその他の適切な手段であってよい。本明細書に開示される教示に従って使用することができる各用途に必要な様々な形状を推進するものは、設計目的および構造要件である。

図６は、リブ補強複合構造体１０を製造するための方法の別の実施形態の側断面図である。図６は、単にポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合フェースシート１２の出発点を示す。

図７は、複合フェースシート１２にグリッドパターンで押出成形されたポリマーコア３４を堆積させるインジェクタ３３を示す。前に教示したように、グリッドパターンは、第２の一連の平行な線または非平行な線と交差する任意の数の平行な線または非平行な線を含んでよく、材料の空隙が、一連の線／リブ同士の間の空間に再び形成される。ここに示す押出成形されたポリマーコアは、溶融フィラメント製造により複数の層３５ａ～３５ｉを使用して堆積させられる。１つ以上の任意の「ｎ」個の層を使用して、このようなコア構造体を作製することができることが当業者には理解される。また、他の形態の付加製造または従来の製造手段を使用してコア３４を作製することができることも当業者には理解される。

図８は、リブのコア材料３４が形成された後、押出成形されたポリマーコアの上面３６に複合リブキャップ１２を堆積させる代表的な手段を示す。ここでは、その場固化プロセスが使用され、プリプレグ材料３８がローラ４０および様々なヒータ４２の使用によって自動的に分配され、固化される。この図は理解を容易にするために簡略化されていることを理解されたい。ローラ４０は、必要に応じて、１つであってもよいし、任意の数および形状のローラであってもよい。同様に、ヒータは、１つまたは任意の数の、加熱空気または指向性光エネルギーヒータなどのタイプのヒータであってよい。

プリプレグの堆積は、図９に完成して示されるように、１つ以上の層３９ａ～３９ｃを用いて行うことができる。したがって、１つまたは任意の「ｎ」個の層を利用してよいことが当業者には理解される。

さらに、図１０に最もよく示されているように、複合リブキャップのポリマーマトリクスの連続強化繊維の繊維は、先に教示したように、押出成形されたポリマーコアのグリッドパターンの第１の一連の平行な線と第２の一連の平行な線とに沿った方向に配向される。これは、プリプレグを方向１７に沿って配置し、次いで、プリプレグを方向１９に沿って配置することによって行われる。リブのノード４４には重畳部が存在し、方向１７のプリプレグが方向１９のプリプレグと重畳する。しかしながら、プリプレグの厚さは比較的薄いため、重畳部の蓄積が不必要に厚くなったり、無駄になったりはしない。

図１１Ａ～１１Ｄに関して、接合部４４でのリブキャップ１４が厚い場合または均一なリブ高さが必要な場合、リブキャップのプリプレグ３９ｎの層は、１つおきに切断されてよく、前述したようにノードで再開されてよい。例えば、プリプレグが図１１Ａの方向１７に配置されているとき、接合部４４上にまたは接合部４４にプリプレグが配置されないように、プリプレグは停止されて開始されてよい。次いで、図１１Ｂでは、プリプレグは、接合部４４を通過する方向１９に配置されてよい。次いで、図１１Ｃでは、プリプレグが再び方向１７に配置されるとき、プリプレグは接合部４４で停止されて開始されるのではなく、代わりに、接合部４４を通って配置される。次いで、図１１Ｄでは、プリプレグは、方向１９に配置されるが、接合点４４で停止されて開始される。このようにして、このプロセスは、方向１７および方向１９に沿った経路の残りの部分と比較して接合部４４が過度に厚くならないように繰り返すことができる。したがって、各接合部は、第１の一連の経路および第２の一連の経路の、交互に連続するプリプレグ層を有し、このプリプレグ層は、第１の一連の経路および第２の一連の経路の、残りの部分と同一の厚さの接合部を形成する。

本明細書で教示される全ての実施形態について、複合フェースシートおよびリブキャップとリブのコア材料との間の接着を補助するために、フェースシートおよびリブキャップのポリマーマトリクスに使用されるポリマーは、コア材料に使用されるものと同じまたは相溶性のポリマーであってよい。これにより、リブ補強複合構造体の材料特性の間に均一性がもたらされ、層間剥離とその他の熱膨張係数の様々な不一致とが防止される。

説明のために幾つかの実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、それぞれに様々な修正を加えることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による場合を除き、限定されるものではない。

１０ リブ補強複合構造体
１２ 複合フェースシート
１３ 距離
１４ 複合リブキャップ
１５ グリッドパターン
１６ 第１の一連の平行な線／経路／リブ
１７ 第１の一連のリブの繊維方向
１８ 第２の一連の平行な線／経路／リブ
１９ 第２の一連のリブの繊維方向
２０ リブ同士の間の空隙
２２ 第１の型
２３ 第１の型の部分
２４ 中空の空間
２６ 第２の型
２７ 複合フェースシートの裏面
２８ 複合フェースシートの表面
３０ コア材料
３２ コア材料の側壁
３３ インジェクタ
３４ 押出成形されたポリマーコアの材料
３５ａ～３５ｉ 押出成形されたポリマーコアの層
３６ 押出成形されたポリマーコアの上面
３８ プリプレグ材料
３９ａ～３９ｃ プリプレグ材料の層
４０ ローラ
４２ １つ以上のヒータ
４４ リブキャップの接合部／ノード

Claims (20)

1. リブ補強複合構造体を製造するための方法であって、
   ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合フェースシートを形成するステップと、
   ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合リブキャップを形成するステップであって、前記複合リブキャップは、グリッドパターンで形成され、前記グリッドパターンは、第２の一連の経路と交差する第１の一連の経路を備え、前記一連の経路同士の間の空間に材料の空隙が形成され、
   前記複合リブキャップの前記ポリマーマトリクスの前記連続強化繊維の繊維が、前記第１の一連の経路と前記第２の一連の経路とに沿った方向に配向される、複合リブキャップを形成するステップと、
   前記複合リブキャップを前記複合フェースシートから距離を置いて固定する第１の型を提供するステップであって、前記第１の型は、前記複合リブキャップの前記材料の空隙を通って延在し、前記複合フェースシートと係合して、前記複合フェースシートと前記複合リブキャップとの間に中空の空間が形成される、提供するステップと、
   前記複合フェースシートと、前記複合リブキャップと、前記第１の型とによって画定された前記中空の空間にコア材料を注入するステップと、
   前記第１の型を前記複合フェースシート、前記複合リブキャップおよび前記コア材料から取り外して、それにより、前記リブ補強複合構造体を得るステップと
   を含む、方法。
2. 前記コア材料の側壁が、前記複合フェースシートまたは前記複合リブキャップのいずれによっても覆われない、請求項１記載の方法。
3. 前記フェースシートおよびリブキャップの、前記ポリマーマトリクスに使用されるポリマーが、前記コア材料に使用されるのと同一のポリマーである、請求項１記載の方法。
4. 前記複合フェースシートと、前記複合リブキャップと、前記第１の型とによって画定された前記中空の空間への前記コア材料の注入は、射出成形、圧縮成形、トランスファー成形または樹脂トランスファー成形を含む、請求項１記載の方法。
5. リブ補強複合構造体を製造するための方法であって、
   ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合フェースシートを形成するステップと、
   前記複合フェースシートにグリッドパターンで、押出成形されたポリマーコアを堆積させるステップであって、前記グリッドパターンは、第２の一連の経路と交差する第１の一連の経路を備え、前記一連の経路同士の間の空間に材料の空隙が形成され、前記押出成形されたポリマーコアは、材料押出成形プロセスによって複数の層を使用して堆積させられる、押出成形されたポリマーコアを堆積させるステップと、
   前記押出成形されたポリマーコアの上面に複合リブキャップを堆積させるステップであって、前記複合リブキャップは、ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を含み、前記複合リブキャップの前記ポリマーマトリクスの前記連続強化繊維の繊維が、前記押出成形されたポリマーコアの前記グリッドパターンの前記第１の一連の経路と前記第２の一連の経路とに沿った方向に配向される、複合リブキャップを堆積させるステップと
   を含む、方法。
6. 前記コア材料の側壁が、前記複合フェースシートまたは前記複合リブキャップのいずれによっても覆われない、請求項５記載の方法。
7. 前記フェースシートおよびリブキャップの、前記ポリマーマトリクスに使用されるポリマーが、前記押出成形されたポリマーコアに使用されるのと同一のポリマーである、請求項５記載の方法。
8. 前記第２の一連の経路と交差する前記第１の一連の経路は、接合部を画定し、各接合部は、前記第１の一連の経路および前記第２の一連の経路の、交互に連続するプリプレグ層を有し、前記プリプレグ層は、前記第１の一連の経路および前記第２の経路の、残りの部分と同一の厚さの接合部を形成する、請求項５記載の方法。
9. リブ補強複合構造体であって、
   ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を有する複合フェースシートと、
   前記複合フェースシートにグリッドパターンで配置されたポリマーコアであって、前記グリッドパターンは、第２の一連の経路と交差する第１の一連の経路を備え、前記一連の経路同士の間の空間に材料の空隙が形成される、ポリマーコアと、
   前記ポリマーコアの上面に配置された複合リブキャップであって、ポリマーマトリクス中に連続強化繊維を含み、前記複合リブキャップの前記ポリマーマトリクスの前記連続強化繊維の繊維が、押出成形された前記ポリマーコアの前記グリッドパターンの前記第１の一連の経路と前記第２の一連の経路とに沿った方向に配向される、複合リブキャップと
   を備える、リブ補強複合構造体。
10. 前記フェースシートおよびリブキャップの、前記ポリマーマトリクスに使用されるポリマーが、前記ポリマーコアに使用されるのと同一のポリマーである、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
11. 前記コア材料の側壁が、前記複合フェースシートまたは前記複合リブキャップのいずれによっても覆われない、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
12. 前記コア材料は、ポリマーフォーム、シンタクチックフォーム、独立気泡フォーム、無充填ポリマーまたは充填ポリマーであり、充填材が、短繊維、ナノチューブまたはグラフェンである、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
13. 前記複合フェースシートおよび／または複合リブキャップの前記連続強化繊維は、炭素繊維および／またはガラス繊維を含む、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
14. 前記複合フェースシートは平形であり、かつ／または前記複合リブキャップは平形である、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
15. 前記複合フェースシートは、少なくとも１つの曲面を備える、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
16. 前記複合リブキャップは、前記複合フェースシートの前記少なくとも１つの曲面と同一の曲面を備える、請求項１５記載のリブ補強複合構造体。
17. 前記リブ補強複合構造体は、
    前記複合フェースシートを形成するステップと、
    前記複合リブキャップを形成するステップであって、
    前記複合リブキャップの前記ポリマーマトリクスの前記連続強化繊維の繊維が、前記第１の一連の経路と前記第２の一連の経路とに沿った方向に配向される、前記複合リブキャップを形成するステップと、
    前記複合リブキャップを前記複合フェースシートから距離を置いて固定する第１の型を提供するステップであって、前記第１の型は、前記複合リブキャップの前記材料の空隙を通って延在し、前記複合フェースシートと係合して、前記複合フェースシートと前記複合リブキャップとの間に中空の空間が形成される、提供するステップと、
    前記複合フェースシートと、前記複合リブキャップと、前記第１の型とによって画定された前記中空の空間にコア材料を注入するステップと、
    前記第１の型を前記複合フェースシート、前記複合リブキャップおよび前記コア材料から取り外して、それにより、リブ補強複合構造体を得るステップと
    を含む方法によって製造される、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
18. 前記複合フェースシートと、前記複合リブキャップと、前記第１の型とによって画定された前記中空の空間への前記コア材料の注入は、射出成形、圧縮成形、トランスファー成形または樹脂トランスファー成形を含む、請求項１７記載のリブ補強複合構造体。
19. 前記リブ補強複合構造体は、
    前記複合フェースシートを形成するステップと、
    前記複合フェースシートに前記グリッドパターンで、前記押出成形されたポリマーコアを堆積させるステップであって、前記押出成形されたポリマーコアは、材料押出成形プロセスによって複数の層を使用して堆積させられる、前記押出成形されたポリマーコアを堆積させるステップと、
    前記押出成形されたポリマーコアの上面に前記複合リブキャップを堆積させるステップであって、前記複合リブキャップの前記ポリマーマトリクスの前記連続強化繊維の繊維が、前記押出成形されたポリマーコアの前記グリッドパターンの前記第１の一連の経路と前記第２の一連の経路とに沿った方向に配向される、前記複合リブキャップを堆積させるステップと
    を含む方法によって製造される、請求項９記載のリブ補強複合構造体。
20. 前記第２の一連の経路と交差する前記第１の一連の経路は、接合部を画定し、各接合部は、前記第１の一連の経路および前記第２の一連の経路の、交互に連続するプリプレグ層を有し、前記プリプレグ層は、前記第１の一連の経路および前記第２の経路の、残りの部分と同一の厚さの接合部を形成する、請求項１９記載のリブ補強複合構造体。

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