JP2024517462A - 複合織合せガス格納容器組立体 - Google Patents

Abstract

実質的に円筒形の型の上にフィラメントを巻回することによって形成された構造シェルを有する圧力容器が提供される。構造シェルは、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを有する。第１のフィラメントは、第１の材料を含む。第１のフィラメントは、型の周りで一次フープ方向に巻回される。第２のフィラメントは、第２の材料を含む。第２の材料は、第１の材料とは異なる。第２のフィラメントは、型の周りで一次ヘリカル方向に巻回される。第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、型上で層に織り合わせられる。

Description

任意の優先出願の参照による組込み
本出願とともに出願された出願データシートにおいて外国のまたは国内の優先権主張が確認されるあらゆる出願は、３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．５７の下で参照により本明細書に組み込まれる。例えば、本出願は、参照により全体として本明細書に組み込まれている、２０２１年５月７日に出願した米国仮特許出願第６３／２０１６６７号の優先権を主張するものである。

本開示は、高圧力定格ガスシリンダ、低コスト高耐久性ガスシリンダおよび／または他のガス格納容器構造を提供するためのライナおよび補強構造を有するガスシリンダ組立体に関する。

ガスシリンダは、圧力容器として、また、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）のための燃料タンクとして構成可能であり、また、輸送用途において水素を貯蔵するために使用され得る。そのようなタンクは、４つの異なるタイプに分類され得る。タイプ３およびタイプ４のタンク設計は、それぞれ金属ライナおよびポリマーライナ、ならびに繊維強化材を用いる。繊維強化材は、構造補強を提供するために、フィラメント巻回層を含む。タイプ４のタンクは、他のタンクのタイプとは異なり、腐食にさらされず、貯蔵時の単位体積当たりの重量がより軽く、かつ、製作コストが安い。

繊維強化フィラメントをライナ上に巻回することは、複雑なプロセスである。タンクが加圧されたときに、径方向における荷重は、軸方向における荷重よりも遙かに大きい。結果として、繊維は、軸方向において提供される補強を上回る径方向における補強を提供しなければならない。補強の差は、タンクの中央円筒形セクションにおいて繊維の１つの巻回パターンを提供し、かつ、タンクのドーム形端部にわたって異なる巻回パターンを提供することによって得られる。

これらの巻回パターンを提供するために、従来のタンク加工は、中央セクション巻回パターンからドーム形端部巻回パターンに移行することを伴う。１つの技法では、移行は、径方向の補強のために巻回されている繊維フィラメントを中央セクションの終わりで切断することによって達成される。次いで、繊維フィラメントの自由端をタンクに接続し、繊維フィラメントを再配向し、タンクの周りに端部パターンを巻回することにより、端部セクションパターンの巻回が開始され得る。この手法は、大量生産においては実際的でない。別の技法では、移行は、摩擦の限度内で繊維角度を中央セクションにおける高角度から端部セクションパターンにおけるより低い角度へゆっくりと導くことによって達成される。しかし、この手法は、構造的に必要とされるよりも多くの材料を巻回することを伴い、それにより、重量、厚さ／直径、巻回時間、およびコストが増大する。

実際的な大量生産に適したプロセスを提供するために、また、生産の妥協を少なくするために、圧力容器および燃料タンク、ならびにパイプを含む他のガス格納容器組立体などのガスシリンダの生産における繊維巻回技法の改善が必要とされている。そのような生産の妥協は、巻回パターン移行の制限に起因して生じ得る。改善は、フープストランドとヘリカルストランドとを同時に巻回して織合せ構造(interwoven structure)を得ることによって達成され得る。この手法は、フープストランドおよびヘリカルストランドに同じまたは異なる材料を使用して、改善された単位重量当たりの補強を提供することができる。

一部の応用では、織合せを促進するためにフープストランドおよびヘリカルストランドの独立した適用を可能にする巻回装置が提供され得る。巻回装置は、必要とされる場所にはより高い強度を有しまたより低い強度で十分な場所にはより少ない余剰繊維を有する織合せ構造を提供するために、異なる材料および／または材料の異なる組成を用いて同時に巻回することを促進できることが好ましい。

１つの例では、パイプまたは圧力容器などのガス格納容器組立体が、単一３次元織合せ層によって補強されたライナを含み得る。単一３次元織合せ層の内面は、ライナの外側表面と直接接触し得る。単一３次元織合せ層の外面は、完全に形成されたタンクの外面を形成し得る。いくつかの事例では、完全に形成されたタンクの外面はまた、塗装されるかまたは他の方法で仕上げられるが、そのような事例では、追加的な構造層は必要とされない。

一次フープストランドおよび一次ヘリカルストランドを織り合わせる方法が、異なる剛性の材料でまたは異なる剛性の材料の組成物で形成された個別の層間に個別の境界を伴わずに複合構造を提供することができる。そのような構造は、層間剥離に関してかつ／または特定の衝撃の角度もしくは衝撃力の方向において層状構造よりも遙かに耐久性があると考えられる。

別の実施形態では、スピンドルに型（例えば、金属ライナもしくはポリマーライナ、パイプライナ、マンドレル、および／または取外し可能な型）が取り付けられる方法が提供される。型は、スピンドルを使用して回転される。型が回転している間に、第１の材料の第１のフィラメントが一次フープ方向に巻回される。第１のフィラメントが巻回されている間に、第２のフィラメントを一次ヘリカル方向に同時に巻回する。第１のフィラメントと第２のフィラメントとを同時に巻回することにより、型の周りに配置されて型を補強する織合せ構造が提供される。型がライナである場合、型は、完成品に、例えば圧力容器またはパイプ組立体に組み込まれ得る。いくつかの方法では、型は、フィラメントの内層が構造体の自由表面、例えば内側を形成するように、取外し可能である。

いくつかの方法では、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントの巻回は、第１の構成（例えば、ライナの経線に対する角度）において第１のアイを有する第１のキャリッジ、および第２の構成（例えば、ライナの経線に対する角度）において第２のアイを有するキャリッジにより、独立して制御される。第１のキャリッジおよび第２のキャリッジは、ライナまたは他の型上での複数回のパスを経て３次元構造を作り出すように制御可能であり、３次元構造は、各パスにおいて織り合わせられ、後続のパスによって適用される補強層の個別の歪み境界層部分を伴わない。

いくつかの方法では、第１のフィラメントを巻回しかつ第２のフィラメントを同時に巻回するステップは、例えば完全な補強構造の内側境界から完全な補強構造の外側境界まで連続している第１のフィラメントおよび第２のフィラメントのうちの少なくとも１つを用いて行われる。本明細書では、完全な補強構造は、用途にとって十分に強固であり、かつ、補強構造の外側に表面仕上げ、塗装、または他の層を含むことを必要としないものである。

いくつかの方法では、第１のフィラメントを巻回するステップは、巻回装置の第１のアイをライナ（または、より一般的には型）の経線に対して第１の角度範囲にわたって調節するステップを含み、第２のフィラメントを同時に巻回するステップは、巻回装置の第２のアイをライナ（または、より一般的には型）の経線に対して第２の角度範囲にわたって調節するステップを含む。いくつかの手法では、第１の角度範囲は、第２の角度範囲と重複しない。第１の角度範囲は、一次フープ方向に対応してもよく、第２の角度範囲は、一次ヘリカル方向に対応する。第１の角度範囲は、約８０度から約１００度の間であり得る。第２の角度範囲は、約２０度から約－２０度の間であり得る。

１つの実施形態では、実質的に円筒形の型上のフィラメント巻線によって形成された構造シェルを有する圧力容器、またはより一般的にはパイプなどのガス格納容器組立体が提供される。型は、いくつかの実施形態では、軽量の、例えばポリマーのライナであり得る。型は、いくつかの実施形態では、金属ライナであり得る。型は、いくつかの実施形態では、取外し可能であり得る。構造シェルは、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントを有する。第１のフィラメントは、第１の材料を含む。第１のフィラメントは、型の周りで一次フープ方向に巻回される。第２のフィラメントは、第２の材料を含む。第２の材料は、第１の材料とは異なる。第２のフィラメントは、型の周りで一次ヘリカル方向に巻回される。第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、型上で層に織り合わせられる。

別の実施形態では、実質的に円筒形の型（例えば、ポリマーライナ、軽量ライナ、軽量ポリマーライナ、金属ライナ、パイプライナ、マンドレル、および／または取外し可能な型）と、第１のフィラメントと、第２のフィラメントと、を含む、圧力容器、またはより一般的にはパイプ組立体などのガス格納容器組立体が提供される。第１のフィラメントは、型の周りで一次フープ方向に巻回される。第２のフィラメントは、型の周りで一次ヘリカル方向に巻回される。第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、第１のフィラメントの第１の部分が第２のフィラメントの上に配置され、かつ、第１のフィラメントの第２の部分が第２のフィラメントの下に配置されるように、型の上に織られる。本明細書では、一方のフィラメントは、その長さが圧力容器の径方向において他方のフィラメントとライナとの間である場合、他方のフィラメントの下にある。

第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、同じ材料であってもよい。第１のフィラメントおよび第２のフィラメントが同じ材料のものである場合、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントの組成は、同じであってもよい。第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、同じ材料のものであってもよいが、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、異なる材料特性を有することができる。例えば、第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、同じ材料を含むことができるが、第１のフィラメントは、より大きな強度を有して構成されてもよい。第１のフィラメントおよび第２のフィラメントは、異なる材料、例えば炭素強化フィラメントおよびガラス強化フィラメントを含むことができる。

本発明の特徴は、単に例示することが目的である添付の概略的な図面と併せて以下の詳細な説明を読んだときに理解され得る。図面は、以下の図を含む。

２キャリッジ巻回装置における複数の巻回アイを使用して例えば圧力容器または燃料タンクといった改善されたガスシリンダを形成するプロセスの一部分を示す図である。 図１の巻回装置および巻回装置を用いてフィラメントを巻回する方法をさらに示す概略図である。 織り構造の一部分が詳細に示されている、図１に見られるガスシリンダの概略図である。 織り構造の別の部分が詳細に示されている、図１に見られるガスシリンダの概略図である。 織り構造の別の部分が詳細に示されている、図１に見られるガスシリンダの概略図である。 織り構造の別の部分が詳細に示されている、図１に見られるガスシリンダの概略図である。 図１～図３Ｄに示された巻回装置および方法によって作製されたガスシリンダの一部分の断面図である。

本明細書は、様々な実施形態の特定の詳細を説明するが、本明細書は単に例示のためのものであり、決して限定するものと解釈されるべきではないことが、理解されるであろう。さらに、そのような実施形態の様々な応用例、および、当業者なら思いつくであろうその修正もまた、本明細書において説明される一般概念に含まれる。本明細書において説明されるありとあらゆる特徴、および、そのような特徴のうちの２つ以上の特徴のありとあらゆる組合せが、そのような組合せに含まれる特徴が相互に矛盾していない限り、本発明の範囲内に含まれる。

本出願は、新規なガスシリンダ、ならびにそのようなガスシリンダを作製するための方法および装置を開示する。本明細書では、「シリンダ」とは、貯蔵タンク、圧力容器、およびガスを貯蔵するために使用され得る他のコンテナを含む用語であり、また、必ずしも直円筒などの特定の形状に限定されるものではなく、かつ／または、断面において一定のもしくは不変の円形状を有するものではない。新規な装置および方法は、第１の方向に巻回された第１の繊維と第２の方向に巻回された第２の繊維との織合せ構造を作り出す。巻回プロセスにより、織り合わせられた繊維の３次元構造がもたらされ、この構造は、構造内の個別の境界層、特に剛性に関する境界層を回避する。織り合わせられた繊維の３次元構造は、例えば繊維の連続ストランドにより連続的に形成されて、層間の移行のために繊維を切断することまたは留まることを回避することができる。そのような境界層を排除することにより、補強構造は、特定の故障モードを回避するとともに、それと同時に、いくつかの実施形態では高圧力定格を得て、いくつかの実施形態では高耐久性を得て、いくつかの実施形態では高圧力定格と高耐久性との両方を得る。

図１は、巻回装置５０、および巻回装置５０によって作製されている圧力容器１００を示す。巻回装置５０は、２キャリッジ装置である。本開示は、２キャリッジに限定されるものではなく、複数キャリッジの実施態様の他の例では２つよりも多くのキャリッジに及び得る。巻回装置５０は、織合せフィラメントを用いて圧力容器１００を作製するように構成される。織合せフィラメントは、独立して制御され得る複数のキャリッジを使用してフィラメントを同時に巻回することによって形成される。巻回装置５０はスピンドル５４を含み、このスピンドル５４上に構造シェル１０４が作製され得る。構造シェル１０４は、実質的に円筒形の型またはライナ１０８を含み得る。ライナ１０８は、軽量構造を有してポリマーで形成可能であり、また、本明細書においては軽量ライナと呼ばれることもある。他の用途に対しては、他の円筒形の型が巻回装置５０上で使用され得る。スピンドル５４は、ライナ１０８がその長手軸線の周りで回転するときにライナ１０８を支持することができる回転チャックまたは類似の装置を含む。スピンドル５４の回転は、スピンドル５４に機械的に連結されたモータ５８によって提供され得る。

ライナ１０８の周りでのフィラメントの巻回は、巻回装置５０のキャリッジによって行われ得る。巻回装置５０は、第１のアイ６６を有する第１のキャリッジ６２、および、第２のアイ７４を有する第２のキャリッジ７０を含み得る。第１のキャリッジ６２は、スピンドル５４の一方の側に配置され得る。第１のキャリッジ６２は、スピンドル５４がライナ１０８を支持する空間の側面に沿って移動され得る。第１のキャリッジ６２の移動は、フィラメントが第１のパターンでライナ１０８に適用されることを可能にする。例えば、第１のキャリッジ６２は、ライナ１０８に一次径方向支持を提供するのによく適しているフィラメント１１２を第１のアイ６６から繰り出すように構成され得る。第１のアイ６６は、第１の材料組成または第１の構成を備える第１のフィラメント１１２Ａを繰り出すことができる。第１のフィラメント１１２Ａは、フープフィラメントであってもよい。

第２のキャリッジ７０は、第１のキャリッジ６２から離間され、かつ、ライナ１０８が支持され得る空間に沿って移動するように構成され得る。第２のキャリッジ７０は、ライナ１０８がスピンドル５４に取り付けられたときに、ライナ１０８における第１のキャリッジ６２とは反対の側に配置され得る。第２のキャリッジ７０は、第１のキャリッジ６２とは独立に移動するように構成され得る。第２のキャリッジ７０は、第２のフィラメント１１２Ｂを繰り出すように第２のアイ７４を配向させることができる。第２のフィラメント１１２Ｂは、いくつかの応用例では、第１の材料組成とは異なる第２の材料組成を備え得る。第２のフィラメント１１２Ｂは、第２のフィラメント１１２Ｂをヘリカルフィラメントとして使用されるのによく適したものにする構成を有し得る。いくつかの応用例では、第２のフィラメント１１２Ｂは、第１のフィラメント１１２Ａと同じ材料を含む。いくつかの応用例では、第２のフィラメント１１２Ｂは、第１のフィラメント１１２Ａと同じ材料または同じ複数の材料を含む。第１のフィラメント１１２Ａと同じ材料または同じ複数の材料で形成される場合、第２のフィラメント１１２Ｂは、同じ構成、または異なる構成であり得る。例えば、第１のフィラメント１１２Ａは、高強度の構成（例えば、約７００ｋｓｉ以上、約８００ｋｓｉ以上、約９００ｋｓｉ以上、約１０００ｋｓｉ以上、約１１００ｋｓｉ以上、約１２００ｋｓｉ以上、約１３００ｋｓｉ以上、または端点としての前述の数字の任意の組合せによって定められる任意の範囲内の強度を有する高強度炭素繊維材料構成）を有することができ、第２のフィラメント１１２Ｂは、より低いまたは低い強度の構成（例えば、約３００ｋｓｉ以上、約４００ｋｓｉ以上、約５００ｋｓｉ以上、約６００ｋｓｉ以上、もしくは約６５０ｋｓｉ以上、または端点としての前述の数字の任意の組合せによって定められる任意の範囲内の強度を有する低いまたはより低い強度の炭素繊維材料構成、あるいは約３００ｋｓｉの強度を有するガラス繊維材料）のものであり得る。より一般的には、炭素繊維以外の高強度構成のための前述の範囲内の強度特性を有する、本明細書において説明される繊維ラッピングに適した炭素繊維以外の材料もまた、第１のフィラメント１１２Ａに使用され得る。より低いまたは低い強度の構成のための前述の範囲内の強度特性を有する、本明細書において説明される繊維ラッピングに適した炭素繊維およびガラス繊維以外の材料もまた、第１のフィラメント１１２Ａに使用され得る。

図２は、巻回装置５０、および、構造シェル１０４を製造するプロセスのさらなる詳細を示す。ライナ１０８は、側面図で示されている。上述のように、ライナ１０８は、その長手軸線ＬＡの周りで回転するようにスピンドル５４によって支持される。巻回装置５０は、第１のアイ６６および第２のアイ７４をライナ１０８に沿った様々な位置へ移動させるように制御される。２つのそのような位置が、図２に見られる。具体的には第１のフィラメント１１２Ａを一次フープ方向１１６に繰り出すように第１のアイ６６が制御される巻回位置Ｗ１が、実線に見られる。一次フープ方向１１６は、第１のフィラメント１１２Ａの長手軸線がライナ１０８の経線と垂直に近い方向に配向される方向である。巻回位置Ｗ１における一次フープ方向１１６は、ライナ１０８の経線（例えば、長手軸線ＬＡに平行な線）から６０度から９０度の間のフープ角度１３７に対応し得る。いくつかの事例では、一次フープ方向１１６は、ライナ１０８の経線から７０度から９０度の間のフープ角度１３７に対応する。いくつかの事例では、一次フープ方向１１６は、ライナ１０８の経線から８０度から９０度の間のフープ角度１３７に対応する。

いくつかの事例では、一次ヘリカル方向１２０は、ライナ１０８の経線の約－２０度から約０度の間のヘリカル角度１３８に一致し、ここで、負の角度は、長手軸線の左側における起点から右側に向かって延びる第１の線と一次ヘリカル方向１２０などの第２の線との間の角度として時計回りの方向に測定される。一次ヘリカル方向１２０は、ライナ１０８の経線の約－１０度から約０度の間のヘリカル角度１３８に対応し得る。一次ヘリカル方向１２０は、ライナ１０８の経線の約－５度から約０度の間のフープ角度１３７に対応する。

図２は、フープ角度１３７において右側に向かって配向された第１のフィラメント１１２Ａの３つのストランドを示す。これらの３つのストランドは、別々のストランドであるように思われるが、通常は、ライナ１０８の周りに延在する連続的な第１のフィラメント１１２Ａのセグメントであり、各セグメントは、示されるように隣り合うセグメントから短い距離だけ離間される。第１のフィラメント１１２Ａの隣り合うセグメント間の距離は、スピンドル５４（およびライナ１０８）の回転速度、第１のキャリッジ６２の移動速度、および第１のフィラメント１１２Ａの厚さを含む、いくつかの要因に依存する。同様に、第２のフィラメント１１２Ｂは、右側端部が左側端部に対して下向きに角度を付けられかつ長手軸線ＬＡの位置の下に位置して配向された３つの別々のストランドであるように思われる。これらのストランドは、通常は、ライナ１０８の周りに巻かれる連続的な第２のフィラメント１１２Ｂの隣り合うセグメントである。第２のフィラメント１１２Ｂの隣り合うセグメント間の間隔は、ライナ１０８の回転速度、第２のキャリッジ７０の移動速度、第２のアイ７４の配向、および第２のフィラメント１１２Ｂの厚さの関数であろう。

第２のフィラメント１１２Ｂは、第１のフィラメント１１２Ａと同時にライナ１０８に巻回されて、本明細書において論じられる織合せ構造を形成する。第１のキャリッジ６２および第１のアイ６６は、巻回位置Ｗ１におけるライナ１０８に対する予め定められた配向を有する。第２のキャリッジ７０および第２のアイ７４もまた、位置Ｗ１におけるライナ１０８に対する予め定められた配向を有する。言い換えれば、巻回位置Ｗ１は、図２に見られる特定の巻回の瞬間における第１のアイ６６および第２のアイ７４の両方の配向を定める。巻回位置Ｗ１は、一次フープ方向１１６を作り出す第１のアイ６６の配向と、一次ヘリカル方向１２０を作り出す第２のアイ７４の配向と、を定め得る。いくつかの事例では、負のヘリカル角度１３８および９０度未満のフープ角度１３７を提供する他の巻回位置が、ライナ１０８の中心長さに沿って提供され得る。これらの角度は、各パス内で不規則に変化し得る。これらの角度は、各パス内で所定の態様で変化し得る。これらの角度は、第１のパスから後続のパスまで所定の態様で変化し得る。

図２は、巻回装置５０の別の巻回条件または巻回構成に対応する巻回位置Ｗ４を示す。巻回位置Ｗ４では、第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０は、第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂが巻回位置Ｗ１の角度とは異なる角度において繰り出されるように移動される。第１のキャリッジ６２は、巻回位置Ｗ１における第１のキャリッジ６２の位置から離間された位置までライナ１０８の長手軸線に沿って移動される。第１のアイ６６は、フープ角度１６７に配向される。フープ角度１６７は、ライナ１０８の経線から約９０度から約１２０度の間であり得る。いくつかの事例では、一次フープ方向１１６は、ライナ１０８の経線から約１１０度から約９０度の間のフープ角度１６７に対応する。いくつかの事例では、一次フープ方向１１６は、ライナ１０８の経線から約１００度から約９０度の間のフープ角度１６７に対応する。

巻回位置Ｗ４は、いくつかの事例では、一次ヘリカル方向１２０がライナ１０８の経線から約０度から約２０度の間のヘリカル角度１６８に対応することを実現する。一次ヘリカル方向１２０は、ライナ１０８の経線の約０度から約１０度の間のヘリカル角度１６８に対応し得る。一次ヘリカル方向１２０は、ライナ１０８の経線の約０度から約５度の間の位置に対応し得る。巻回位置Ｗ４は、巻回装置５０の動作時に変化し得る。例えば、ライナ１０８の巻きの一部分が、９０度よりも大きいフープ角度１６７と０度よりも大きいヘリカル角度１６８との第１の組合せを有することができ、ライナ１０８の巻きの第２の部分が、９０度よりも大きいフープ角度１６７と０度よりも大きいヘリカル角度１６８との別の組合せを有することができる。

以下でさらに論じられるように、巻回位置Ｗ１と巻回位置Ｗ４との間の他の巻回位置が可能である。いくつかの事例では、第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０は、以下でさらに論じられるように、ライナ１０８の完全な被覆を提供するためにライナ１０８の長さに沿って数回移動する。第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０が移動するにつれて、巻回位置Ｗ１および巻回位置Ｗ４は、経線に対するまたは互いに対する第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂの角度が構造シェル１０４の長さにわたって変化するように、変化し得る。

図２は、巻回プロセスにより第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂの織り構造または織合せ構造がもたらされることを示す。プロセスは、フィラメント１１２が一次ヘリカル方向に再配向されることを可能にするために第１のフィラメント１１２Ａの切断を必要とすることなしに、フィラメント１１２および第２のフィラメント１１２Ｂの連続的なストランドがライナ１０８の完全な被覆を達成することを可能にする。第１のフィラメント１１２Ａの位置は、より多くの径方向補強を必要とするライナ１０８の部分に限定され得る。また、第２のフィラメント１１２Ｂは、軸方向荷重に対してライナ１０８を支持する目的のために構成され得る。第２のフィラメント１１２Ｂは、一次フープ方向に再配向される必要はなく、そのように再配向することは、材料の非効率的な使用を必要とするであろうし、第２のキャリッジ７０および第２のアイ７４の可能な移動を制限するであろう。

図２は、第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０が巻回位置Ｗ１において前進するにつれて第２のフィラメント１１２Ｂの単一のターンが第１のフィラメント１１２Ａの隣り合うストランドの上下を通過することを示す。具体的には、第２のフィラメント１１２Ｂの中央のセグメントは、第１のフィラメント１１２Ａの左側の２つのセグメントの上を通過し、そして示された第１のフィラメント１１２Ａの最も右側のセグメントの下を通過することが分かる。それにより、第２のフィラメント１１２Ｂおよび第１のフィラメント１１２Ａの織合せ構造または織り構造が提供される。第１のフィラメント１１２Ａにも同じことが言える。第１のフィラメント１１２Ａの中央のセグメントは、第２のフィラメント１１２Ｂの上側２つのセグメントの下を通過する一方で第２のフィラメント１１２Ｂの最も下側のセグメントの上を通過することが分かる。それにより、第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂの織合せ構造または織り構造が提供される。第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂのこれらの上下配置は、以下でさらに論じられるように、３次元織合せ構造物が形成されたときに径方向において層１２８の一面にわたって材料特性の均一化、特に剛性の均一化を実現する。

巻回位置Ｗ１は、第１の編組角度(braid angle)αを作り出す。第１の編組角度αは、一次フープ方向１１６における第１のフィラメント１１２Ａと一次ヘリカル方向１２０における隣り合って織られる第２のフィラメント１１２Ｂとの間で、約９０度、約９５度、約１００度、約１０５度、約１１０度、または前述の端点のうちの任意の２つによって定められる範囲内であり得る。巻回位置Ｗ４は、一次ヘリカル方向１２０と一次フープ方向１１６との間に第４の編組角度θを作り出す。第４の編組角度θは、一次フープ方向１１６における第１のフィラメント１１２Ａと一次ヘリカル方向１２０における隣り合って織られる第２のフィラメント１１２Ｂとの間で、約９０度、約９５度、約１００度、約１０５度、約１１０度、または前述の端点のうちの任意の２つによって定められる範囲内であり得る。１つの実施形態では、巻回位置Ｗ４における第４の編組角度θは、巻回位置Ｗ１における第１の編組角度αと同じである。

図３Ａ～図３Ｄは、第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂがライナ１０８上で層１２８に織り合わせられている織り構造１２４の４つの部分を示す。図３Ａは、第１のフィラメント１１２Ａの第１の織合せフープストランド１３４がフープ角度１３７に配向されており、第２のフィラメント１１２Ｂの第１の織合せヘリカルストランド１３６がヘリカル角度１３８に配向されている、織り構造１２４の一部分を示す。フープ角度１３７は、ライナ１０８の経線から９０度未満の角度を含む。ヘリカル角度１３８は、ライナ１０８の経線から反時計回りの方向に測定された例えば約－２０度の負の角度を含む。フープ角度１３７およびヘリカル角度１３８の他の値は、上述されている。１つの実施形態では、第１の編組角度αは、連続的なフィラメント１１２Ａ、１１２Ｂの隣り合う編み組みされたセグメント間に画定される。第１の編組角度αは、１つの実施形態では、例えば約８０度であるフープ角度１３７および約マイナス２０度であるヘリカル角度１３８により、約１００度である。第１の編組角度αの他の値は、上述されている。前述の織り構造１２４は、隣り合う編み組みされたストランド間に第１の織合せ１３２を形成する。

図３Ｂは、第１のフィラメント１１２Ａの第２の織合せフープストランド１４４がフープ角度１４７に配向されており、第２のフィラメント１１２Ｂの第２の織合せヘリカルストランド１４６がヘリカル角度１４８に配向されている、織り構造１２４の別の部分を示す。フープ角度１４７は、ライナ１０８の経線から９０度を超える角度、例えば約９５度、約１００度、約１０５度、約１１０度、約１１５度、約１２０度、または端点として前述のいずれかを含む範囲内の角度を含み得る。ヘリカル角度１４８は、ライナ１０８の経線から反時計回りの方向に測定される負の角度を含む。ヘリカル角度１４８は、ヘリカル角度１３８の例のいずれかと同じであってもよい。１つの実施形態では、第２の編組角度βが、連続的なフィラメント１１２Ａ、１１２Ｂの隣り合う編み組みされたセグメント間に画定される。第２の編組角度βは、１つの実施形態では、例えば約１１０度であるフープ角度１４７および約マイナス２０度であるヘリカル角度１４８により、約１３０度である。フープ角度１４７およびヘリカル角度１４８のための前述の例示的な値の組合せにより、他の第２の編組角度βが可能である。前述の織り構造１２４は、隣り合う編み組みされたストランド間に第２の織合せ１４２を形成する。

図３Ｃは、第１のフィラメント１１２Ａの第３の織合せフープストランド１５４がフープ角度１５７に配向されており、第２のフィラメント１１２Ｂの第３の織合せヘリカルストランド１５６がヘリカル角度１５８に配向されている、織り構造１２４の別の部分を示す。フープ角度１５７は、ライナ１０８の経線から９０度未満の角度を含む。フープ角度１５７は、フープ角度１３７に関連して上述された角度のいずれかであってもよい。ヘリカル角度１５８は、正の角度を含み得る。１つの実施形態では、第３の編組角度δが、連続的なフィラメント１１２Ａ、１１２Ｂの隣り合う編み組みされたセグメント間に画定される。第３の編組角度δは、１つの実施形態では、例えば約８０度であるフープ角度１５７および約２０度であるヘリカル角度１５８により、約６０度であり得る。ヘリカル角度１５８は、ヘリカル角度１３８に関連して上述された角度のいずれかの絶対値であり得る。第３の編組角度δは、フープ角度１５７およびヘリカル角度１５８に関連して開示された角度の任意の組合せであり得る。前述の織り構造１２４は、隣り合う編み組みされたストランド間に第３の織合せ１５２を形成する。

図３Ｄは、第１のフィラメント１１２Ａの第４の織合せフープストランド１６４がフープ角度１６７に配向されており、第２のフィラメント１１２Ｂの第４の織合せヘリカルストランド１６６がヘリカル角度１６８に配向されている、織り構造１２４の別の部分を示す。フープ角度１６７は、ライナ１０８の経線から９０度を超える角度を含む。フープ角度１６７は、フープ角度１４７に関連して開示された任意の値に対応する値であり得る。ヘリカル角度１６８は、正の角度、例えばヘリカル角度１５８に関連して開示された値のいずれかを含む。１つの実施形態では、第４の編組角度θが、連続的なフィラメント１１２Ａ、１１２Ｂの隣り合う編み組みされたセグメント間に画定される。第４の編組角度θは、１つの実施形態では、例えば約１１０度であるフープ角度１６７および約２０度であるヘリカル角度１６８により、約９０度であり得る。第４の編組角度θの他の値が、フープ角度１６７およびヘリカル角度１６８に関連して開示された値の組合せによって決定され得る。前述の織り構造１２４は、隣り合う編み組みされたストランド間に第４の織合せ１６２を形成する。

第１の織合せ１３２、第２の織合せ１４２、第３の織合せ１５２、および第４の織合せ１６２はそれぞれ、別々の巻回位置から生じ得る。例えば、第１の織合せ１３２は、巻回位置Ｗ１に対応し、第４の織合せ１６２は、巻回位置Ｗ４に対応する。４つの別々の巻回位置は、図３Ａ～図３Ｄに示された４つの織合せを生成することができるが、巻回方法は、４つよりも多くの巻回位置を含むことができる。第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂの巻回角度は、一次フープ方向１１６のための最高巻回角度から一次ヘリカル方向１２０のための最低巻回角度へそれぞれ変化し得る。いくつかの事例では、ある巻回位置に複数のターンが設けられ、続いて、構造体の縁部、反曲点、または物理的特徴などの圧力容器１００の境界状態に近づく角度を調節するために、異なる巻回位置に１つまたは複数のターンが設けられ得る。

図４は、圧力容器１００の壁の概略的な断面を示す。１つの実施形態では、圧力容器１００の最も内側の空洞は、ライナ１０８の内壁によって取り囲まれる。ライナ１０８は、上述のように、軽量ポリマーライナであり得る。ライナ１０８の外面は、３次元織合せ構造物を備える層１２８によって取り囲まれ得る。層１２８は、ライナ１０８がスピンドル５４によって回転されるときに、ライナ１０８に沿った巻回装置５０の第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０の２回から３０回のパスによって形成され、いくつかの事例では６回から２０回のパスによって、例えば１５回のパスによって形成される。各パスは、一次フープ方向１１６において第１のフィラメント１１２Ａの１個から１０個のループを適用することができ、いくつかの事例では２個から８個のループを、例えば４個、５個、６個、または７個のループを適用することができる。各パスは、一次ヘリカル方向１２０において第２のフィラメント１１２Ｂの１個から１０個のループを適用することができ、いくつかの事例では２個から８個のループを、例えば４個、５個、６個、または７個のループを適用することができる。各パスにおいて、また、ライナ１０８の１回転ごとに、第２のフィラメント１１２Ｂは、例えば第１のフィラメント１１２Ａの各弓状セグメントに第２のフィラメント１１２Ｂの１つまたは複数の（例えば、複数の）連続するセグメントの上下を通過させ、かつ／または、第２のフィラメント１１２Ｂの各弓状セグメントに第２のフィラメント１１２Ｂの１つまたは複数の（例えば、複数の）連続するセグメントの上下を通過させて、第１のフィラメント１１２Ａと織られる。結果として得られるものは、編み組みされた強化材の連続的な層１２８である。第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０の各パスにより、第１のアイ６６および第２のアイ７４が、ライナ１０８の外面に適用された初期厚さに対して追加的な織り厚さを構築するので、層１２８は、３次元織合せ構造物である。構造シェル１０４の剛性は、第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂが層１２８の様々な径方向位置において同じ割合で存在することに起因して、層１２８にわたって径方向において均一である。

層１２８の連続的な性質は、図４によって示されており、図４は、最内側部分と最外側部分との間に個別の境界層を含まずに、層１２８の最内側部分１２８Ａにある内面境界における実線と、層１２８の最外側部分１２８Ｂにある外面境界における実線と、を示す。図４における破線は、層１２８の全厚さが、ライナ１０８にわたる第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０の多数のパスの結果によるものであり得ることを示す。しかし、巻回プロセスにより、それらの巻回パス間には剛性特性の境界がない大量の連続的な材料がもたらされる。本明細書において開示される巻回プロセスはまた、一次ヘリカル方向のいずれのフィラメントも伴わずにフィラメントが主としてフープ方向にのみ配向される領域と、一次フープ方向のいずれのフィラメントも伴わずにフィラメントが一次ヘリカル方向にのみ配向される隣り合う領域と、の間の、個別の境界を回避する。破線は、層１２８が第１のキャリッジ６２および第２のキャリッジ７０の４回のパスで作られ得ることを示唆するが、パスの数は、ライナ１０８を支持フィラメント内に完全に包み込むために、１５回以上のパスを含む任意の数であってよい。

これまで述べてきたことの１つの例示的な応用例は、水素ガスを使用する燃料電池車両および他の用途において使用され得る水素ガスシリンダの生産におけるものである。この応用例では、圧力容器１００は、運用時に故障することなしに７００バールの圧力を維持するように構成される。第１のフィラメント１１２Ａは、上述のように一次フープ方向に巻回される高強度炭素繊維材料を含む。第２のフィラメント１１２Ｂもまた、上述のように一次ヘリカル方向に巻回される炭素繊維材料を含む。１つの実施形態では、第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂは、同じ強化性能を有する繊維を含み、例えば、同じ材料組成を有して形成され、また、同一の繊維であってもよい。第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂは、どちらも径方向荷重支持に寄与するが、第２のフィラメント１１２Ｂは、軸方向荷重支持により寄与する。いくつかの事例では、第２のフィラメント１１２Ｂは、より低性能の（例えば、より低い強度の）構成の炭素繊維であり得る。繊維を織り合わせることにより、水素ガスシリンダの生産は、迅速に完了し得る。これは、少なくとも部分的には、繊維を切断するかまたは巻回角度をフープ角度からヘリカル角度に変更することにより繊維をフープ方向とヘリカル方向との間で移行させる必要性を減らすまたは排除することに起因する。織合せ構造は、フィラメント１１２Ａ、１１２Ｂの材料特性が異なる場合でも、均一な剛性を提供する。

これまで述べてきたことの別の例示的な応用例は、ＣＮＧ貯蔵のためのより低コストの、またいくつかの事例ではより高耐久性の、ガスシリンダの作製におけるものである。この手法では、第１のフィラメント１１２Ａは、高強度材料で構成され得る。第２のフィラメント１１２Ｂは、より低強度の（同じまたは異なる）材料で構成され得る。第１のフィラメント１１２Ａは、高強度炭素繊維を含み得る。第２のフィラメント１１２Ｂは、より低強度の材料、例えばガラス繊維を含み得る。ガラス繊維のより低い強度は、構造的に必要とされるよりも多くの材料を巻回することを必要とする。具体的には、ガラス繊維は、炭素繊維よりも厚い。追加的な材料は、重量の不利益をもたらす。しかし、ガラス繊維は炭素繊維よりもコストが低いので、全体的なコストはより低くなり得る。また、ガラス繊維は、より耐久性があり、かつ、より高い耐火性を有する。さらに、ガラス繊維はまた、厚いことにより、切断および取扱いによる摩耗などの表面損傷にあまり影響されない。より剛性の低いガラスはまた、損傷した場合に分解する傾向が低い。より厚い端部分はまた、落下衝撃損傷に対してより抵抗性がある。これは、接着剤によって保持されるものでありまたシリンダを保護するために追加されるものである追加的な発泡体「バンパ」を伴わずに炭素－ガラスバージョンの圧力容器１００が輸送されることを可能にし得る。

これまで述べてきたことの別の例示的な応用例は、パイプ組立体の作製におけるものである。この組立体では、パイプライナなどの型が用意され得る。パイプライナは、ライナ１０８に類似し得る。パイプ組立体は、圧力容器１００とは異なり、ライナの端部において閉鎖され得ない。それにより、ガスおよび他の流体を運ぶパイプ組立体の機能が維持される。パイプ組立体は、高強度材料で構成され得る第１のフィラメント１１２Ａを組み込むことができる。第２のフィラメント１１２Ｂは、同じ材料、またはより低強度の（同じもしくは異なる）材料で構成され得る。第１のフィラメント１１２Ａは、高強度炭素繊維を含むことができる。第２のフィラメント１１２Ｂもまた、高強度炭素繊維を含むか、または、より低強度の材料、例えばより低強度の炭素繊維もしくはガラス繊維を含むことができる。パイプ組立体において第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂを織り合わせることにより、高い破裂圧力性能が提供され得る。パイプ組立体において第１のフィラメント１１２Ａおよび第２のフィラメント１１２Ｂを織り合わせることにより、他の巻回技法と比較して高速のスループットが提供され得る。

本明細書において開示される実施形態は、以下の利点のうちの１つまたは複数を提供する。１つの方向に巻回される繊維に、例えば一次ヘリカル方向１２０に巻回される第２のフィラメント１１２Ｂに、より低コストの繊維を使用することにより、大幅なコスト削減が実現され得る。上述のように、第２のフィラメント１１２Ｂは、第２のフィラメントに使用され得る材料の２つの例として、ガラス繊維および／またはより低強度の炭素繊維を含み得る。これらの繊維は、いくつかの事例ではより高強度の構成を有する一次フープ方向１１６に巻回される第１のフィラメント１１２Ａよりも、大幅に低コストのものであり得る。上述のように、第２のフィラメント１１２Ｂに使用される一部の繊維（例えば、ガラス繊維）は、より厚いものである場合があり、したがって、圧力容器１００の端部セクションをより厚くすることになり得る。より厚い端部セクションは、落下試験成績および／または他の耐久性に関する測定基準を改善するための戦略の排除を可能にし得る。それにより、バンパまたは他の耐久性強化材を設けることに関連するコスト、重量、および製造プロセスを減らすかまたは排除することができる。さらに、ガラス繊維は、非導電性であるという追加的な便益を提供し、したがって、金属製ボスにガルバニック絶縁を提供する。金属製ボスは、例えば圧力容器１００の外側の配管への接続のために、かつ／または圧力容器１００の機械的な支持のために、いくつかの実施形態において圧力容器１００に組み込まれる。より低い圧力を加えられる繊維、例えばガラス繊維は、圧力容器１００が破裂した場合に破砕しにくい。したがって、圧力容器１００の一部分において、例えば圧力容器１００のドーム形端部の外面などにおいて厚さ全体にわたってそのような繊維を設けることにより、破裂時の材料の閉じ込めが強化される。

上述のように、一次フープ方向１１６および一次ヘリカル方向１２０に同時に繊維を巻回することにより、単一のアイ／単一のキャリッジが用意されたときのこれらの方向間での移行の必要性を排除することができる。同時巻回のこれらのおよびその他の便益は、フープ層およびヘリカル層を順番にまたは全く別々の層として巻回することと比較して、巻回装置５０がスループットを増大させ、巻回回数を減少させ、かつ／または生産能力を高めることを可能にする。いくつかの事例では、層１２８は、３次元織合せ構造を提供し得る。層１２８の外面は、圧力容器１００の外面にあり得る。いくつかの実施形態では、上述の圧力容器１００の他の便益とともに慣習的な外観を提供するために、第１のフィラメント１１２Ａの完全な巻回が提供され得る。慣習的な外観を提供することに加えて、この追加的な仕上げ層は、移行により多くを依存するタンク巻回手法の代わりに、例えば自動スキージ、サンディング、および他のさらなるガスシリンダ加工といった他の生産システムを使用することを可能にし得る。

本発明の特定の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は、単なる例として提示されたものであり、本開示の範囲を限定するようには意図されていない。実際には、本明細書において説明される新規な方法およびシステムは、様々な形態で具現化され得る。さらに、本明細書において説明されるシステムおよび方法における様々な省略、置換、および変更が、本開示の精神から逸脱することなく行われ得る。添付の特許請求の範囲およびその均等物は、本開示の範囲および精神に入るような形態または修正をカバーするように意図されている。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによってのみ定められる。

特定の態様、実施形態、または例に関連して説明される特徴、材料、特性、または群は、それらが矛盾しない限りこの節または本明細書の別の場所で説明される任意の他の態様、実施形態または例に応用可能であると理解されるべきである。本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む）において開示される特徴の全て、および／またはそのように開示される任意の方法もしくはプロセスのステップの全ては、そのような特徴および／またはステップのうちの少なくともいくつかが互いに排他的な組合せを除いて、任意の組合せで組み合わせられ得る。保護は、前述の任意の実施形態の詳細に制限されない。保護は、本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む）において開示される特徴のうちの任意の新規な１つの特徴または任意の新規な組合せ、あるいはそのように開示される任意の方法またはプロセスのステップのうちの任意の新規な１つのステップもしくは任意の新規な組合せに及ぶ。

さらに、別々の実施態様の文脈で本開示において説明されるいくつかの特徴はまた、単一の実施態様において組み合わせて実施され得る。逆に、単一の実施態様の文脈で説明される様々な特徴もまた、複数の実施態様において別々に、または任意の適切な部分的組合せで実施され得る。さらに、特徴は特定の組合せで作用すると上記で説明される場合があるが、いくつかの事例では、主張される組合せからの１つまたは複数の特徴が、その組合せから削除される場合があり、また、組合せは、部分的組合せ、または部分的組合せのバリエーションとして主張され得る。

さらに、動作は、特定の順序で図面に示されるかまたは明細書において説明され得るが、望ましい結果を得るために、示された特定の順序でもしくは連続的な順序でそのような動作が行われる必要はなく、または、全ての動作が行われる必要もない。示されていないまたは説明されていない他の動作が、例示的な方法およびプロセスに組み込まれ得る。例えば、１つまたは複数の追加的な動作が、説明された動作のうちのいずれかの前に、後で、同時に、またはその間に行われ得る。さらに、動作は、他の実施態様では再編成されるかまたは再度順序付けされ得る。いくつかの実施形態では、示されかつ／または開示されたプロセスに取り入れられる実際のステップは図に示されたものとは異なる場合があることを、当業者は理解するであろう。実施形態に応じて、上記のステップのうちのいくつかが除去される場合もあれば、他のステップが追加される場合もある。さらに、上記で開示された特定の実施形態の特徴および特質は、さらなる実施形態を形成するために様々な形で組み合わせられることが可能であり、そのようなさらなる実施形態の全てが、本開示の範囲に含まれる。また、上記の実施態様における様々なシステム構成要素の区別は、全ての実施態様においてそのような区別を必要とするものと理解されるべきではなく、また、説明された構成要素およびシステムは一般に、単一の製品において一緒に組み込まれるか、または複数の製品にパッケージ化され得ることが、理解されるべきである。

本開示の目的上、特定の態様、利点、および新規な特徴が、本明細書において説明される。必ずしも全てのそのような利点が任意の特定の実施形態に従って得られ得るのではない。したがって、例えば、必ずしも本明細書において教示または示唆され得る他の利点を得ることなしに、本明細書において教示された１つの利点または利点の群を得る態様で本開示が具現化または実施され得ることを、当業者は認識するであろう。

「～することができる（ｃａｎ）」、「～することができた（ｃｏｕｌｄ）」、「～してもよい（ｍｉｇｈｔ）」、または「～であろう（ｍａｙ）」などの条件的な文言は一般に、そうでないことが具体的に述べられていない限り、または、使用される文脈内で違った風に理解されない限り、特定の特徴、要素、および／またはステップを特定の実施形態が含む一方で他の実施形態は含まないことを伝えるように、意図されている。したがって、そのような条件的な文言は一般に、特徴、要素、および／またはステップが多少なりとも１つまたは複数の実施形態に必要とされること、あるいは、それらの特徴、要素、および／もしくはステップが任意の特定の実施形態に含まれるかまたは任意の特定の実施形態において実行されるべきかどうかをユーザ入力またはユーザによる働きかけを伴ってまたは伴わずに決定するための論理を１つまたは複数の実施形態が必然的に含むことを意味するようには意図されていない。

「Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの少なくとも１つ」という表現などの接続詞的な文言は、そうでないことが具体的に述べられていない限り、さもなければ、項目、用語、などがＸ、Ｙ、またはＺのいずれかであり得ることを伝えるために一般に使用される文脈で理解される。したがって、そのような接続詞的な文言は、一般に、特定の実施形態が少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ、および少なくとも１つのＺの存在を必要とすることを意味するようには意図されていない。

本明細書において使用される「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、「概して（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」といった用語などの、本明細書において使用される程度に関する文言は、なおも所望の機能を実行するかまたは所望の結果を得る、述べられた値、量、または特性に近い値、量、または特性を表す。例えば、「おおよそ」、「約」、「概して」、および「実質的に」といった用語は、述べられた量の１０％未満、５％未満、１％未満、０．１％未満、および０．０１％未満の範囲内の量を意味し得る。別の例として、特定の実施形態では、「概して平行（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ）」および「実質的に平行（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ）」といった用語は、１５度、１０度、５度、３度、１度、または０．１度以下だけ厳密に平行から逸脱する値、量、または特性を意味する。

本開示の範囲は、この節または本明細書の別の場所における好ましい実施形態の具体的な開示によって限定されるようには意図されておらず、この節もしくは本明細書の別の場所で提示されるかまたは将来提示されるような特許請求の範囲によって定められ得る。特許請求の範囲に記載の文言は、特許請求の範囲において用いられている文言に基づいて広義に解釈されるべきであり、かつ、本明細書においてまたは出願の審査中に説明される例に限定されるものではなく、そのような例は、包括的なものと解釈されるべきである。

５０ 巻回装置
５４ スピンドル
５８ モータ
６２ 第１のキャリッジ
６６ 第１のアイ
７０ 第２のキャリッジ
７４ 第２のアイ
１００ 圧力容器
１０４ 構造シェル
１０８ ライナ
１１２ フィラメント
１１２Ａ 第１のフィラメント
１１２Ｂ 第２のフィラメント
１１６ 一次フープ方向
１２０ 一次ヘリカル方向
１２４ 織り構造
１２８ 層
１２８Ａ 最内側部分
１２８Ｂ 最外側部分
１３２ 第１の織合せ
１３４ 第１の織合せフープストランド
１３６ 第１の織合せヘリカルストランド
１３７ フープ角度
１３８ ヘリカル角度
１４２ 第２の織合せ
１４４ 第２の織合せフープストランド
１４６ 第２の織合せヘリカルストランド
１４７ フープ角度
１４８ ヘリカル角度
１５２ 第３の織合せ
１５４ 第３の織合せフープストランド
１５６ 第３の織合せヘリカルストランド
１５７ フープ角度
１５８ ヘリカル角度
１６２ 第４の織合せ
１６４ 第４の織合せフープストランド
１６６ 第４の織合せヘリカルストランド
１６７ フープ角度
１６８ ヘリカル角度
ＬＡ 長手軸線
Ｗ１ 巻回位置
Ｗ４ 巻回位置
α 第１の編組角度
β 第２の編組角度
δ 第３の編組角度
θ 第４の編組角度

Claims (27)

1. 実質的に円筒形の型上のフィラメント巻線によって形成された構造シェルを備える圧力容器であって、前記構造シェルが、
   前記型の周りで一次フープ方向に巻回される、第１の材料組成を備える第１のフィラメントと、
   前記第１の材料組成とは異なる第２の材料組成を備える第２のフィラメントであって、前記型の周りで一次ヘリカル方向に巻回される、第２のフィラメントと、
   を備え、
   前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントが、前記型上で層に織り合わせられる、圧力容器。
2. 前記第１の材料組成が、炭素繊維を含む、請求項１に記載の圧力容器。
3. 前記第２の材料組成が、ガラス繊維を含む、請求項１に記載の圧力容器。
4. 前記第１の材料組成が、炭素を含み、かつ、より高い強度を提供し、前記第２の材料組成が、炭素を含み、かつ、より低い強度を提供する、請求項１に記載の圧力容器。
5. 前記層が、前記型の外面から前記圧力容器の外面まで前記型の前記外面と前記圧力容器の前記外面との間に層境界を伴わずに連続的な広がりを有する、請求項１に記載の圧力容器。
6. 前記層が、３次元織合せ構造物を含む、請求項１に記載の圧力容器。
7. 前記層が、前記３次元織合せ構造物の第１の部分において第１の角度で互いの上で交差する第１のフープフィラメントおよび第１のヘリカルフィラメントを備え、前記第１のフープフィラメントおよび前記第１のヘリカルフィラメントが、前記３次元織合せ構造物の第２の部分において第２の角度で互いの上で交差する、請求項６に記載の圧力容器。
8. 前記第１の角度が、約９０度であり、前記第２の角度が、約１１０度である、請求項７に記載の圧力容器。
9. 型をスピンドルに取り付けるステップと、
   前記スピンドルを使用して前記型を回転させるステップと、
   前記型を回転させている間に、第１のフィラメントを一次フープ方向に巻回するステップと、
   前記第１のフィラメントを巻回している間に、第２のフィラメントを一次ヘリカル方向に同時に巻回するステップと、
   を含む方法であって、
   前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントの同時の巻回により、前記型の周りに配置されて前記型を補強する織合せ構造が提供される、方法。
10. 前記第１のフィラメントが、前記第２のフィラメントよりも高い強度を有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１のフィラメントが、より高強度の炭素構成を有し、前記第２のフィラメントが、より低強度の炭素構成を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の材料を巻回するステップが、炭素繊維を巻回するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記第２の材料を巻回するステップが、ガラス繊維を巻回するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のフィラメントを巻回するステップ、および、前記第２のフィラメントを同時に巻回するステップが、完全な補強構造の内側境界から前記完全な補強構造の外側境界まで連続的である前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントのうちの少なくとも一方を用いて行われる、請求項９に記載の方法。
15. 前記第１のフィラメントを巻回するステップが、巻回装置の第１のアイをライナの経線に対して第１の角度範囲にわたって調節するステップを含み、前記第２のフィラメントを同時に巻回するステップが、前記巻回装置の第２のアイを前記ライナの前記経線に対して第２の角度範囲にわたって調節するステップを含み、前記第１の角度範囲は、前記第２の角度範囲と重複しない、請求項９に記載の方法。
16. 前記第１の角度範囲が、一次フープ方向に対応し、前記第２の角度範囲が、一次ヘリカル方向に対応する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の角度範囲が、約８０度から約１００度の間である、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第２の角度範囲が、約２０度から約－２０度の間である、請求項１５に記載の方法。
19. 実質的に円筒形のライナと、
    前記ライナの周りで一次フープ方向に巻回される第１のフィラメントと、
    前記ライナの周りで一次ヘリカル方向に巻回される第２のフィラメントと、
    を備える圧力容器であって、
    前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントが、前記第１のフィラメントの第１の部分が前記第２のフィラメントの上に配置され、かつ、前記第１のフィラメントの第２の部分が前記第２のフィラメントの下に配置されるように、前記ライナ上に織られる、圧力容器。
20. 前記第１のフィラメントが、第１の材料を含み、前記第２のフィラメントが、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、請求項１９に記載の圧力容器。
21. 前記第１の材料が、炭素繊維を含む、請求項２０に記載の圧力容器。
22. 前記第２の材料が、ガラス繊維を含む、請求項２０に記載の圧力容器。
23. 前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントが、前記ライナの外面から前記圧力容器の外面まで前記ライナの前記外面と前記圧力容器の前記外面との間に層境界を伴わずに連続的な広がりを有する３次元織合せ層に巻回される、請求項１９に記載の圧力容器。
24. 前記３次元織合せ層が、前記層の第１の部分において第１の角度で互いの上で交差する第１のフープフィラメントおよび第１のヘリカルフィラメントを備え、前記第１のフープフィラメントおよび前記第１のヘリカルフィラメントが、前記層の第２の部分において第２の角度で互いの上で交差する、請求項２３に記載の圧力容器。
25. 前記第１の角度が、約９０度であり、前記第２の角度が、約１１０度である、請求項２４に記載の圧力容器。
26. 前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントが、それぞれ、前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントの長手軸線に沿ってほぼ同じ強度を有するように構成される、請求項１９に記載の圧力容器。
27. 前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントが、どちらも炭素繊維を含む、請求項２６に記載の圧力容器。

Images