JP4190412B2 - 複合合成構造体ならびに連続ファイバから複合合成構造体に加工する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に複合合成構造体ならびに合成ファイバ／レジンからこのような複合構造体に加工する装置および方法に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、トラスまたはシリンダのような複数の螺旋および／または逆螺旋要素によって複合構造体に加工する装置および方法に関する。

複合トラス構造体は、単位重量当たりの荷重耐久能力を強化できる米国特許第５，９２１，０４８号に開示されている。このような構造体は、例えば、縦軸の周りで相互反対方向に形成された複数の螺旋要素を含む複合形状を有する。各螺旋要素は、螺旋形状に相互端を連結した複数の順次真直セグメントを有する。各螺旋要素は軸の周りに単数完全回転を形成する３つのセグメントを含むので、螺旋要素は、軸にそって見たとき、真直セグメントによって形成される三角形断面形状を有する。

複数の螺旋要素は、１）軸の周りで一方向にまたは一角度向きで形成された離間螺旋要素と、および２）軸の周りで別方向にまたは反対角度向きで形成された離間逆螺旋要素とを含む。螺旋および逆螺旋要素の真直セグメントは、軸にそって見たとき、三角形断面形状を形成する。さらに、螺旋要素は、３）離間回転螺旋要素と、４）離間回転逆螺旋要素とを含む。離間回転逆螺旋要素は、各螺旋および逆螺旋要素に類似しているが、螺旋および逆螺旋要素に関して軸の周りに回転される。螺旋および逆螺旋要素は第１三角形形状を形成し、回転螺旋および回転逆螺旋要素は第２三角形形状を形成するが、第１三角形形状に関して回転され、６点の星形形状をしている。

様々な螺旋要素は、構造体の長さにそって基本的な繰返しパターンを形成する。さらに、様々な螺旋要素は、内外結節点において互いに交差し、外結節点が内結節点よりも軸からさらに離間されている。例えば、螺旋および逆螺旋要素は内外結節点において交差する。構造体は、軸に平行な構造体の長さにそって延びる軸方向要素を含む。このような軸方向要素は、例えば、内結節点および／または外結節点において螺旋要素に交差する。

重量を低下しかつ強度を増加させるために合成材料からなるこのような構造体を形成することが望ましい。さらに、構造体の強度を最大化させるために連続ファイバから螺旋および軸方向要素を形成することが望ましい。したがって、ファイバは様々な角度で構造体にそって横断している。上述したように、このような構造体は、予期しない剛性、強度または単位重量当たりの荷重耐久能力を示した。

しかし、このような構造体の加工は非常に困難であることがわかった。このような構造体の広範囲な用途は、このような構造体を迅速、容易、および／または安価に製造するために無力であることによって挫折された。このような構造体は複雑な外形または形状を有することがわかる。また、このような複雑な外形は従来の製造技術には十分に適していないこともわかる。

種々の製造工程が合成ファイバ／レジンに対して存在する。例えば、引抜き成形工程においては、ファイバおよびレジンは所望の連続断面形状を有するダイから押し出され、引き抜かれる。別の例としては、編上げ工程が連続閉鎖層状のソックスまたはスリーブ形状にファイバを重ねる。このようなスリーブはマンドレルまたはダイの周りに形成または配置される。別の例としては、マンドレル技術が中実モデルまたはマンドレルの周りにファイバを巻き付けて、連続中実外面が、ファイバが配置されている所望の形状を有する状態にする。ファイバがレジンで含侵されそしてレジンが硬化して剛性の構造体をマンドレルの周りに形成した後に、マンドレルが取り除かれて剛性の構造体を残す。

これらの既存の技術は、上述した複合三次元構造体の連続または容積製造に適しているようには見えない。例えば、構造体の複合三次元特質は、外結節点間で構造体を貫通する真直セグメントを有し、構造体自体から除去するのに困難な構造体として形成されたマンドレルをつくることがわかる。同様に、複合三次元構造体は変化する断面形状と従来の引抜き成形技術に適していない不連続または開放表面構造体を有していることがわかる。別の例としては、編上げ技術が上述したようなより複雑な開放構造体に加工するようにどのように用いられうるかは不明である。

さらに、結節点における様々な螺旋要素の交差は問題があることもわかった。様々なファイバが交差するので、９０％程度構造体の強度を低下させる間隙がファイバ間に形成されることがわかる。

複合螺旋形状を持った複合構造体に加工する装置および／または方法を開発することが有利であることが認識されてきた。さらに、重ねたファイバ間の間隙の発生を防止または阻止することが有利であることも認識されてきた。

本発明は、複合合成三次元構造体、連続ファイバから複合合成構造体に加工する方法および装置を提供する。このような構造体は、縦軸の周りで相互反対方向に巻き付き、かつ結節点で互いに交差する螺旋および逆螺旋要素を含む。螺旋および逆螺旋要素は順次個別セグメントから形成される。追加の縱部材が縦軸に平行に延び、結節点で交差する。

本加工方法は、供給源から処理経路にそって縦軸の周りに複数の連続ファイバを引き抜くことを含む。ファイバの少なくともいくつかが縦軸の周りに相互反対方向に巻き付けられて、結節点において交差する螺旋および逆螺旋要素を形成する。ファイバは、螺旋および逆螺旋要素に実質的に係合せずに、選ばれた結節点に集中する位置に実質的においてのみ処理経路に係合される。選ばれた結節点が縦軸から半径方向外方に維持されて、螺旋および逆螺旋要素において順次個別のセグメントをつくる。レジンがファイバに塗布され、硬化される。

本発明のより詳細な観点にもとづいて、本加工方法は、螺旋および逆螺旋要素の外側から選択された結節点に係合することをさらに含む。選択された結節点は螺旋および逆螺旋要素の外側から発生する力によって半径方向外方に維持される。したがって、構造体は従来の内マンドレルなしに形成される。

本発明の別のより詳細な観点にもとづいて、本加工方法は、結節点において互いに交差する異なる配向で少なくとも２つの異なるストランドを含む所定配向の複数の細長いストランドを形成するように複数の連続ファイバを配置することを含む。複数のファイバは、結節点で重ねられ、纏められる。ファイバは結節点で小型化されて間隙を減少する。ファイバはストランドを撚ることによって纏められる。さらに、ファイバは、ストランドの周りに他のファイバを巻き付けることによって纏められて外側ファイバの層によって巻き付けられたほぼ一方向のファイバの心を形成する。さらに、ストランドは少なくとも１つのストランドを編み上げることによって纏められる。さらに、ストランドは、ストランドの周りに他のファイバを編み上げることによって、外側編上げファイバの層によって巻き付けられたほぼ一方向のファイバの心を形成する。

構造体に加工する装置または機械は、複数の連続ファイバを供給する複数のファイバ供給源と、ファイバ供給源から縦軸を有する処理経路を通して連続ファイバを引き抜く引抜き機とを含む。複数の回転要素がファイバ供給源に関連され、縦軸の周りで相互反対方向に処理経路に関して回転でき、結節点において交差する螺旋および逆螺旋要素を形成するように連続ファイバを相互反対方向に巻き付ける。支持フレームが、処理経路にそって配置され、複数の係合部材を含み、結節点において処理経路内に集中された実質的箇所でのみ螺旋および逆螺旋要素に係合し、螺旋および逆螺旋要素に順次個別のセグメントを形成するように前記縦軸から半径方向外方に前記螺旋および逆螺旋要素の結節点を維持する。レジン塗布機が連続ファイバにレジンを塗布する。

本発明のより詳細な観点にもとづいて、支持フレームは螺旋および逆螺旋要素の外側に配置された外側支持フレームである。複数の係合部材は処理経路の周りに配置されて螺旋および逆螺旋要素の外側から結節点に係合する。したがって、構造体は従来のマンドレルなしに形成される。

上述したように、三次元構造体は共通角度配向とおよび縦軸の周りで一方向に巻き付く順次個別セグメントとをそれぞれ有する複数の離間螺旋要素を含む。構造体は、螺旋要素に関して反対の角度配向とおよび縦軸の周りで反対方向に巻き付く順次個別セグメントとをそれぞれ有する複数の離間逆螺旋要素を含む。螺旋および逆螺旋要素が結節点において交差する。さらに、複数の縱部材が、螺旋および逆螺旋要素を結節点において交差させ、縦軸にほぼ平行に向けられる。螺旋および逆螺旋要素ならびに縱部材が複数の連続ファイバから形成される。

本発明のさらに詳細な観点にもとづいて、少なくともいくつかのファイバが、螺旋要素、逆螺旋要素、縱部材からなる群から少なくとも２つの部材の一部を形成する。ファイバは、結節点において移行する。

本発明の別のさらに詳細な観点にもとづいて、複数の連続ファイバの少なくともいくつかは、細長いファイバの心とおよびその細長いファイバの心を包囲する編上げファイバのスリーブとを含む。

図面に示した実施例を参照する。特別の言語は同じものを表すようにここでは用いられる。それにもかかわらず、本発明の範囲がそれによって限定されないことを理解されたい。ここに図示した本発明の特徴の変更、修正、ここに図示した発明の原理の追加（当業者にとって起こりうる、また、この開示が占有する）は、本発明の範囲内にあることを考慮されるべきである。

本発明は、緊張されたファイバ配置または配列として言及された独特の方法論を導入する。これは、自由空間に複合合成ファイバ／レジン構造体に加工または配列する驚異的な有用性を顕示する。方法は、別のファイバ・ストランドを可変向きに織り交ぜ、または重ね巻きするのに適した支持骨組みを形成するように、緊張縱ファイバによって横ファイバの１またはそれを超える回転ストランドを織り交ぜることを含む。これらの収集撚合せファイバは、レジンで被覆され、この緊張骨組み形状に硬化されて非常に高い負荷能力および剛性を有するが非常に軽量で、頑丈な構造を形成する。構造体の開放特性は、最少の重量のみならず、多数の異なった構造用途にも適している。骨組みまたは格子状構造はまた、追加の構造体または非構造体外皮によって被覆されてもよい。

本緊張ファイバ配置または配列方法は、複合三次元合成構造体に加工するように、図１から図３ｂに示す装置１０を備えている。三次元トラス構造体は、このような装置および方法の使用から得られる利益を持つ分野の特別な例である。例えば、装置１０および方法は、米国特許第５，９２１，０４８号に開示されているような三次元トラス構造体に加工するように利用されうる。その特許の開示がここに参考、類似または関連構造体として組み入れられる。説明の便宜上、装置１０および方法は、後述しかつ図４ａおよび図４ｂに示すように、「８結節点」構造１２に加工することに関してここに記載される。本発明の装置１０および方法は、例えば、６または１２結節点（米国特許第５，９２１，０４８号に記載）、その他のｎ結節点等を含むその他の構造体に加工するように利用されうる。

図４ａおよび図４ｂにおいて、その他のｎ結節点のみならず８結節点構造体１２は、構造体１２の長さまたは縦軸１４にそって繰返しパターンで配置された複数の要素または部材によって特徴付けられる。構造体１２は、縦軸１４にそって巻き付けられかつ縦軸の周りに巻き付く螺旋を形成する複数の螺旋要素２０として概念化されかつ記載される。各螺旋要素２０は、螺旋形状に相互端を連結された複数の順次個別セグメント２２によって形成される。各順次個別セグメント２２は、直線状であり、隣接セグメントに関して角度を付けて向けられる。したがって、各弦巻きまたは螺旋要素は、順次真直セグメントによって形成される。一観点において、３またはそれを超える真直セグメント２２は、縦軸１４にそって見たとき、多角形断面形状をつくる縦軸１４周り単数概略完全回転を形成する。例えば、単数完全回転を形成する３つのセグメントは三角形を形成し、単数完全回転を形成する４つのセグメントは方形（図示せず）または長方形を形成するなどである。複数の螺旋要素は縦軸にそって離間されるので、螺旋要素は同軸でかつ咬み合う。様々な螺旋要素は、後述するように、外結節点２６および内結節点２８において交差する。

一観点においては、要素２０は、１）複数の離間螺旋要素３０と、２）螺旋要素に取り付けられた複数の離間逆螺旋要素３４とを含む。螺旋要素３０および逆螺旋要素３４は、共通の縦軸を有するが、縦軸の周りに角度を付けた配向で対向されている。したがって、螺旋要素３０は縦軸の周りに一方向に巻き付き、逆螺旋要素３４は縦軸の周りに他の方向に巻き付く。上述したように、螺旋要素３０および逆螺旋要素３４は、内結節点２８および外結節点２６において互いに交差する。螺旋要素３０および逆螺旋要素３４の真直セグメント２２は、縦軸にそって見たとき、第１の断面形状を共に形成する。例えば、上述したように、３つのセグメントは三角形を形成し、４つのセグメントは方形（図示せず）または長方形を形成するなどである。

さらに、要素２０は、３）離間回転螺旋要素３８と、４）離間回転逆螺旋要素４２とをさらに含む。両要素３８および４２は類似しているが、螺旋要素３０および逆螺旋要素３４に関して回転されている。上述した螺旋および逆螺旋要素に類似して、回転螺旋要素３８および回転逆螺旋要素４２は縦軸の周りで相互反対方向に巻き付く。回転螺旋要素３８および回転逆螺旋要素４２は、第１断面形状に関して回転された第２断面形状を形成する。回転螺旋要素および回転逆螺旋要素のセグメント、したがって第２断面形状は、螺旋および逆螺旋要素、したがって第１断面形状に関して縦軸の周りに回転される。

一観点においては、すべての螺旋要素２０は、縦軸周りの単数概略完全回転を形成する少なくとも３つの順次真直セグメント２２を含む。例えば、螺旋要素２０は、図示するように、縦軸１４周りの単数概略完全回転を形成する少なくとも４つの順次真直セグメント２２を含むことができる。したがって、螺旋要素３０および逆螺旋要素３４の各々における４つの真直セグメント２２は、第１方形断面形状を形成する。同様に、回転螺旋要素３８および回転逆螺旋要素４２の４つの真直セグメントは、第２方形断面形状を形成する。この第２断面形状は第１断面形状と同軸ではあるが、第１断面形状に関して回転され、８点星（図４ｂ）をつくる。構造体１２はこのようにして８外結節点２６を有する。

一観点においては、螺旋要素３０、逆螺旋要素３４、回転螺旋要素３８、回転逆螺旋要素４２の各々における螺旋要素２０の数は、各要素における真直セグメントの数と同じである。したがって、要素２０は４つの螺旋要素３０、４つの逆螺旋要素３４、４つの回転螺旋要素３８、４つの回転逆螺旋要素４２、合計で１６の螺旋要素を含む。上述したように、螺旋要素３０、逆螺旋要素３４、回転螺旋要素３８、回転逆螺旋要素４２の各々における４つの螺旋要素２０は、構造体が要素間にある空間に関して開放形状を有するように、互いから離間されている。

さらに、真直または軸方向要素は長手方向に延び、内結節点２８および／または外結節点２６と交差する。例えば、構造体１２は、図４ａおよび図４ｂに示すように、８つの内結節点２８に交差する８つの真直または軸方向内要素４６を含む。したがって、図示する構造体１２は２４の要素を含む。さらに、代案として、構造体は、図４ｅおよび図４ｆに示すように、８つの外結節点２６と交差する８つの真直または軸方向要素４７を含む。要素は、その長さにそって延びる連続ファイバと共に合成ファイバ／レジンから形成される。生成合成体は、強化された剛性および単位重量当たりの荷重耐久能力を示すことがわかった。

しかし、生成構造体の試験から、複合形状が製造に困難であることがわかった。例えば、真直セグメントが外結節点２６間で延び、外結節点２６が縦軸１４から大きな距離にあり、セグメントが内結節点２８において構造体を貫通し、内結節点２８が縦軸１４から小さい距離にある。真直セグメントが開放中央心を様々な角度で包囲するトラス構造体を横に交差するので、真直セグメントは構造体の複雑性にさらに加わる。一方の断面形状のセグメントは他方の断面形状を横断する。このようにして、構造体は従来のマンドレル技術によっては容易、迅速、安価に製造することが困難である。

図１から図３ｂを参照すれば、装置または機械１０は、連続ファイバもしくはトウ５０またはファイバのストランドから上述したトラス構造体のような複合合成構造体に加工するように示されている。上述したように、図示する装置１０は、三次元、８結節点トラス構造体１２を加工するように構成される。もちろん、装置１０は異なる形状を有する他の複合構造体に加工するように構成されてもよいことを理解されたい。

装置１０は、連続ファイバ５０が複合構造体１２に配置される処理経路５８を持ったフレームまたはベース支持部材５４を含む。処理経路５８は、構造体１２の縦軸１４と同軸の縦軸を有する。連続ファイバ５０および生成構造体１２が矢印６０に示すように、装置１０の処理経路５８を通して引き抜かれる。後にさらに詳述するように、引抜き機は連続ファイバ５０および／または構造体１２を処理経路５８から引き抜き、緊張状態にファイバ５０を維持する。ファイバ５０は処理経路５８に配置され、構造体１２の集合体のための動作骨組みを形成する軸方向支持形状を与えるように緊張して引き抜かれる。この骨格構造体は、従来の内マンドレル、ダイ、または対象物の全面を支持するように構成されたその他の内成形機に頼らずに、複合開放構造体の形成を可能にする。再び、複合三次元構造体の全内面を支持するように構成された従来の内マンドレルは構造体から除去するのに困難であることがわかる。

複数のファイバ供給源６２は、連続ファイバ５０を与えるようにフレームまたはベース支持部材５４に関連されるかまたは連結される。したがって、連続ファイバ５０は、ファイバ供給源６２から装置１０または処理経路５８をかいして引き抜かれる。ファイバ供給源６２は、連続ファイバ５０が巻き付けられる中央供給コイルまたは外供給スプールを含む。緊張ファイバの連続解除を容易にする任意のファイバ源がこの装置に利用されてもよい。

図２ａに示すように、装置１０は各要素のための別個のファイバ供給源６２を含む。したがって、この実施例においては、装置１０は２４箇のファイバ供給源６２（図２ａおよび図２ｂに示すように、４つの螺旋源６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ；４つの逆螺旋源６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ；４つの回転螺旋源６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ；４つの回転逆螺旋源６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ；８つの真直源６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ、６７ｅ、６７ｆ、６７ｇ、６８ｈ）を含む。もちろん、ファイバ供給源６２の数は、加工されるべき構造体の形状にもとづいて変わる要素の数によって決まることを理解されたい。ファイバ供給源６２は、ファイバを処理経路から引き抜くことを容易にするために、種々の傾斜で半径方向に離間された位置で縦軸１４の周りに離間される。

さらに、各ファイバ供給源６２は、構造体１２の個々の要素を形成するようにストランド内に一緒に纏められる複数のファイバまたはトウ５０を与える。例えば、単独のトウは数千の個々のファイバから形成される。後にさらに詳細に述べるように、各ファイバ供給源６２からの複数のファイバまたはトウ５０は、撚られ、一緒に回転され（図１の矢印６８によって示される）、巻き付けられ、編み上げられ、またはストランドを形成するように組み紐と共に重ねられる。

回転または変位要素は、ファイバ供給源６２およびフレームまたはベース支持部材５４と関連されて、周囲矢印７０、７２によって示されるように、処理経路５８または縦軸１４の周りにファイバ５０またはファイバ供給源６２を変位する。回転要素は、処理経路５８に関して縦軸１４の周りで相互反対方向７０、７２に回転可能な第１および第２回転要素を含んでいて、螺旋要素３０および逆螺要素３４を形成する。

例えば、第１回転要素は第１方向７０に４つの螺旋源６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ（４つの螺旋要素３０について）を回転し、また、第２回転要素は第２方向７２に４つの螺旋源６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ（４つの逆螺旋要素３４について）を回転する。第１回転要素はまた第１方向７０に４つの回転螺旋源６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄを回転し、そして、第２回転要素は第２方向７２に４つの回転逆螺旋源６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄを回転する。代案として、第３回転要素は第１方向７０に４つの回転螺旋源６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ（４つの回転螺旋要素３８について）を回転し、また、第４回転要素は第２方向７２に４つの回転逆螺旋源６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ（４つの螺旋要素４２について）を回転する。

図５ａにおいて、第１回転要素または４つの螺旋源６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄは第１方向７０に第１経路７３に従い、また、第２回転要素または４つの回転螺旋源６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄは第２方向７２に第２経路７４に従う。経路７３、７４は一部を共有するが、ファイバ供給源６２が図示するように異なる方向に移動する間に互いに通過する別個の部分を有している。同様に、第３回転要素または４つの回転螺旋源６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄは第１方向７０に第３経路７５に従い、また、第４回転要素または４つの回転逆螺旋源６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄは第２方向７２に第４経路７６に従う。

回転要素は、ファイバ供給源６２が移動する経路上にトラックを含む。回転要素は、回転フレームが回転するときファイバ供給源が経路にそって移動するようにファイバ供給源６２が連結された回転フレームを含む。

図５ｂから図５ｄにおいて、第１螺旋源６３ａは、図形上肉太に表現されたファイバによって縦軸１４（図１−図２ｂ）の周りに第１方向に回転している状態で示される。同様に、第１回転螺旋源６５ａは、図形上破線で肉太に表現されたファイバによって縦軸１４の周りに第１方向に回転している状態で示される。

図示しかつ上述したように、ファイバ供給源が移動するトラックまたは経路はほぼ円形である。代案として、トラックまたは経路は真直または方形もしくは長方形でもよい。図５ｅにおいて、回転要素またはファイバ供給源の経路またはトラックの別の形体が示される。経路またはトラックは、形成されるべき構造体の断面形状により緊密に類似する真直形状を有する。

再び図１において、配向案内部材７７は、フレームまたはベース支持部材５４に関連され、ファイバ供給源６２と処理経路５８との間に配置されて、連続ファイバ５０を縦軸１４の周りに所望の予備処理形状に角度再配向するために複数のファイバ供給源６２から連続ファイバ５０を受ける。配向案内部材は、ファイバ供給源６２から処理経路５８までファイバ５０を案内するリングである。処理形状は、ファイバ５０の再配向をファイバ供給源６２から処理経路５８にそって縦方向応力骨組み構造体までを表す。

中間支持要素または部材８０は、処理経路５８に配置され、フレームまたはベース支持部材５４に関連される。中間支持部材８０は、処理経路５８の周りに配置された複数の係合部材８４を含んでいて、要素２０の外結節点２６のような結節点に係合し、縦軸１４から半径方向外方に要素２０の結節点２６を指向維持する。このようにして、中間支持部材８０および／または係合部材８４は、螺旋要素３０および逆螺旋要素３４に順次個別または真直セグメント２２を形成する。中間支持部材８０および／または係合部材８４は、構造体１２の形状にファイバ５０を支持する。後にさらに詳述するように、係合部材８４は、ファイバ５０が処理経路５８を通して引き抜かれるとき、構造体１２と共に移動する。中間支持部材８０および／または係合部材８４は、後述するように、ファイバを処理経路から引き抜く引抜き機または牽引部材である。中間支持部材８０は、構造体１２の周りに配置され、係合部材８４が図示するように構造体１２の外部から結節点２６に係合する。係合部材８４は、ファイバ５０が巻き付けられるフック、切欠き、または溝付きヘッドを含む。中間支持部材８０および／または係合部材８４は、構造体の全内面を支持するように構成された従来の内マンドレルに反して、ファイバ用の外支持構造体を形成する。

係合部材８４は、結節点においてのみ構造体に係合または接触する。係合または接触は結節点においてまたはそれにそって集中される。係合部材８４は、縦軸１４から半径方向外方に結節点を偏倚させる。このようにして、係合部材８４は結節点において構造体に半径方向力を発生する。係合部材８４は、構造体に真直セグメントを形成する。係合部材８４は、連続する従来の内マンドレルなしに、構造体の結節点を支持するように動作する自由空間点を間欠的に確立する。

中間支持部材８０および／または係合部材８４は、ファイバ５０に関して半径方向に移動可能で動作可能であって、ファイバ５０を軸方向支持形状から縦軸１４に関して半径方向経路にそって三次元構造体１２を表す安定伸長位置まで間欠的に引き抜くかまたは変位させる。したがって、構造体１２の形状または動作骨組みは、内マンドレルまたはキャビティ・ダイの助けなしに、維持される。

中間支持部材８０および／または係合部材８４は、構造体１２の所望のサイズまたは直径に対応するように半径方向外方に配置される。一観点においては、係合部材８４は、任意の所望のサイズまたは直径の構造体１２が形成されるように、縦軸１４に関して調節自在に定置される。中間支持部材８０および／または係合部材８４は、直径の変化が処理中に達成されるように処理期間中半径方向外方に配置される。

係合部材８４は、結節点の数に対応した組または群に設けられる。例えば、中間支持部材８０は構造体１２の８つの結節点２６に対応した８組の係合部材８４を有する。一観点においては、組の数は結節点の所望の数に対応するように調節可能である。別の観点においては、多数の組が設けられて、いくつかのみが所望の結節点の数にもとづいて用いられる。

中間支持部材８０および／または係合部材８４の調節自在特性は、幾何学的特別工具の容易な製造のために設けられる。従来の構造体になされたわずかな変更が、新マンドレルを加工することを要求する。

上述したように、中間支持部材８０および／または係合部材８４は、構造体の外側からファイバを支持し、維持する。このようにして、中間支持部材８０および／または係合部材８４は、構造体の内部を横断または交差する様々なセグメントと干渉しない。上述したように、従来の内連続マンドレルは、内部を横断または交差するセグメントのために構造体の内部から引き抜くことを困難にしている。別の観点においては、中間支持部材８０および／または係合部材８４は、代案として、構造体の内部に配置されてもよい。係合部材は、上述したように、結節点においてのみ構造体に係合または接触する。構造体の内側に配置された係合部材は、非連続内支持を与える。係合部材は、処理経路にそって動き、処理経路の終点において内方に回動または移動して、構造体の横断または交差セグメントとの干渉を回避する。このような形状は、内部に多くの余裕を許す大直径構造体にとって有用である。

レジン塗布機９０は、フレームまたはベース支持部材５４に関連されて、当該技術においては公知のように、連続ファイバ５０にレジンを塗布する。レジン塗布機９０はレジンをファイバに噴霧または滴下するノズルを含む。レジンはファイバ５０に塗布され、ファイバ５０が係合部材８４によって支持される。さらに、係合部材がレジンの塗布を阻止しないように、レジンが係合部材８４によって係合する前にファイバ５０に塗布される。ノズルまたはスプレーは、レジンをファイバに塗布する手段の一例である。レジンをファイバに塗布する他の手段は、例えば、ファイバが引き抜かれるレジン浴、多スプレー・ノズル、プレプレグ（予備含浸された）ファイバ等を含む。ファイバにレジンを塗布することは、液体レジン／ファイバ合成物をつくる。

炉、熱源、またはその他の硬化装置９６が、当該技術において公知のように、レジンの硬化を助けるためにフレームまたはベース支持部材５４に関連されてもよい。レジンは、ファイバ５０が係合部材８４によって支持されている間に、硬化される。炉または熱源は、レジンまたは液体ファイバ／レジン合成物を硬化させる手段の一例である。レジンを硬化させるその他の手段は、例えば、熱、強制空気、ＵＶ放射、マイクロ波、電子ビーム、レーザ・ビーム等を含む。レジンまたは液体ファイバ／レジン合成物を硬化させることは、多方向負荷に耐えることができる頑丈な剛性三次元トラス構造体をつくる。

図６において、引抜き機または牽引部材がフレームまたはベース支持部材５４に関連されて、軸方向張力を付加し、処理経路５８をかいして連続ファイバ５０および／または構造体１２を引き抜く。引抜き機は、硬化構造体と咬み合う歯を持った歯車状装置１００の使用によって硬化レジン／ファイバ合成構造体に係合する。引抜き機は、軸方向要素のような構造体または要素を掴む把持機によって構造体に係合する。把持機は、空気圧式、液圧式に、電気式、または機械式に作動されてもよい。上述したように、構造体１２およびファイバ５０が処理経路５８をかいして引き抜かれるので、中間支持部材８０および／または係合部材８４は構造体１２と共に動く。一観点においては、係合部材８４は中間支持部材８０にそって動くことができる。別の観点においては、係合部材８４は、引抜き機または牽引部材として用いられてもよい。このようにして、構造体１２は所望の長さに加工され、同時に種々の半径方向寸法を持って加工される。

カッタ１１０は、構造体１２を所望の長さに切断するためにフレームまたはベース支持部材５４に関連される。カッタ１１０は、種々の要素および／またはセグメントをかいして切断するブレードを含み、縦軸１４に関して任意の横配向にそって動作されてもよい。さらに、カッタは、高圧流体ジェット、水ジェット、レーザ・ビーム、またはその他の切断機械を含む。

様々な要素（螺旋、逆螺旋、真直、または軸方向）のファイバが交差および／または重なる。両場合においては、間隙が個々のファイバまたはトウ間に生じ、要素、セグメントまたは全体構造の強度を９０％まで低下する。装置１０は、ファイバを撚り、巻き付けおよび／または編み上げることによって間隙を減少させる機構を有利に含む。図７から図９は、それぞれ撚られ、巻き付けられ、編み上げられたファイバを示す。

装置１０は、ファイバ供給源６２からの複数のファイバ５０を一緒に撚る（図１および図２ａにおいて矢印６８で示される）撚合せ部材を含む。撚合せ部材は、回転要素とファイバ供給源６２との間で連結され、ファイバ供給源６２を捩ることができる。さらに、撚合せ部材は、回転要素またはフレームに回転自在に連結されたファイバ供給源６２を含む。撚合せ部材は、図７に示すように、複数の隣接ファイバを互いの周りに撚り合わせ、ファイバ間の間隙を減少または防止する。

さらに、装置１０はファイバ群を巻き付ける巻付け部材を含む。巻付け部材は、複数のファイバの周りに回転でき、別の複数のファイバによって複数のファイバを巻き付けて、ファイバ間のいかなる間隙をも減少または防止する。さらに、図２ａに示すように、ファイバ供給源６２は、内ファイバ供給源１３６とおよび外ファイバ供給源１３８とを含む。外ファイバ供給源１３８は、外ファイバ供給源からの外ファイバが内ファイバ供給源１３６および外ファイバ供給源からの内ファイバの周りに巻き付けられるように、内ファイバ供給源の周りに回転できる（図１および図２ａにおいて矢印６８によって示される）。このようにして、巻付け部材は、図８に示すように、巻き付けられたファイバ１４２の層によって包囲されたほぼ真直なファイバ５０の心１４０を形成する。

さらに、装置は、ファイバ１６０を編み上げる編上げ機構を含む。編上げ機構は、互いに編成するように構成されたファイバ供給源６２を含む。ファイバ供給源６２は、ファイバまたはトウが互いに通過または互いの間を通過してファイバを編み上げまたは編成するように、図２ａに示すように、複数のファイバ５０またはトウを分離するように構成される。このようにして、種々のファイバ供給源におけるファイバが互いに横断し、および／または互いに交差して、図９に示すように、編上げを形成する。

さらに、編上げスリーブ１６２は、図９ｂに示すように、真直または撚合せファイバ１６３の心をカプセル状に包囲する。装置は、複数のファイバを別の複数のファイバによって巻き付けるように複数のファイバの周りに回転する編上げ機構を含む。内外ファイバ供給源は、編上げ機構を含む外ファイバ供給源を設けられる。

図１０ａから図１０ｃにおいて、ファイバの編成関係は、加工されるべき構造体１２の内結節点２８において図示される。図示した結節点は構造体の任意の交点または結節点を表すことがわかる。螺旋要素３０、逆螺旋要素３４、真直または軸方向内部材４６は内結節点において交差する。上述したように、要素３０、３４、４６のファイバ５０は互いに重なる。特に、図１０ａおよび図１０ｃに示すように、螺旋要素３０および逆螺旋要素３４は真直または軸方向要素４６のファイバ５０間を通過する。もちろん、すべての要素が他の要素のファイバ間を通過できることを理解されたい。例えば、図２ａにおける真直または軸方向ファイバ供給源６７ａのようなファイバ供給源からのファイバまたはトウは、図２ａにおける螺旋供給源６４ａおよび逆螺旋供給源６５ａのようなファイバまたはその他のファイバ供給源が通過するように、十分な距離で分離されている。さらに、要素は単に互いに通過することが理解される。しかし、ファイバを重ねることまたは交差することは、ファイバ間に間隙を形成する。前述したように、このような間隙は構造体の強度を９０％程度まで低下させる。構造体の強度は束として収集ファイバの相乗効果から派生することがわかる。このようにして、ファイバを絶縁または分離することは、構造体の強度に及ぼす有害な効果を有する。要素３０、３４および／または４６のファイバ５０は、上述したように、有利に撚られ、巻き付けられ、編み上げられ、または編上げと共に巻き付けられて、ファイバを密集させ、間隙を減少し、ファイバおよび構造体の強度を増加する。

代案として、要素の結節点または交点のファイバの関係は、その他の形状を有する。図１０ｃにおいて、螺旋要素３０、逆螺旋要素３４、真直または軸方向内部材４６は、内結節点２８において交差する。軸方向内部材４６のファイバは、軸方向内部材４６を包囲する螺旋要素３０と逆螺旋要素３４とのファイバによって単独のトウまたはストランド状態に維持される。このようにして、軸方向内部材４６は螺旋要素３０と逆螺旋要素３４とに交差する。したがって、軸方向内部材４６のファイバは、間隙なしにほぼ真直形状に共に維持される。図２ａにおいて螺旋供給源６４ａおよび逆螺旋供給源６５ａのようなファイバ供給源からのファイバまたはトウは分離されて、ファイバの周りまたは図２ａにおいて真直または軸方向供給源６７ａのようなその他のファイバ供給源の周りを通過する。螺旋要素３０および逆螺旋要素３４は同様に一緒に維持されて、軸方向内部材４６がそれらを包囲することがわかる。

図１０ｅにおいて、螺旋要素３０、逆螺旋要素３４、真直または軸方向内部材４６は、単独の位置にある内結節点２８において交差する。要素が結節点において交差するように上述されたが、多くのファイバが嵩張る結節をつくり、間隙を導入することがわかる。さらに、多くのファイバの交点は、ファイバの構造性能を低下するファイバ内の非線形性をつくる。一観点においては、結節点または交点は互いに関してずらされる。このようにして、結節点または交点はずらされまたは離間されて、互いに緊密に異なる結節点または交点の集合を形成する。図１０ｆにおいて、螺旋要素３０、逆螺旋要素３４、軸方向内部材４６は、異なる位置において交差し、互いに緊密に複数の結節点または交点を形成する。螺旋要素３０および逆螺旋要素３４は、一方の結節点２８ａにおいて互いに交差する。螺旋要素３０は別の結節点２８ｂにおいて軸方向内部材４６と交差し、逆螺旋要素３４は別の結節点２８ｃにおいて交差する。このようにして、交点の単独結節点は２またはそれを超える結節点または交点に分離されて、交点の嵩を軽減し、間隙を減少する。

装置１０は、１またはそれを超える結節点なしに構造体をつくるように構成される。図１１ａおよび図１１ｂにおいて、正規の間隔の１つ（２０２で示す）における結節点なしに加工された別のトラス構造体２００が示される。このような形状は、図１１ｃおよび図１１ｄに示すように、別のトラス構造体または対象物２０３をトラス構造体２００に接続することを容易にするトラス構造体２００に対してフラッタ領域を与える。上述したように、構造体の強度を確保するために連続ファイバから構造体を形成することが望ましい。このような結節点が構造体から切除される間に、そうすることがファイバを切断し、ファイバ、要素および／または構造体の強度を低下する。図示するトラス構造体２００は、しかし、結節点なしに、連続ファイバを持って形成される。トラス構造体２００は、結節点を形成した螺旋要素および逆螺旋要素のような要素のいくつかの角度向きまたは配向を変えることによって形成される。例えば、肉太で図示した一方の逆螺旋要素２０４は、第２方向７２に構造体の周りに巻き付けられ、次いで真直または軸方向内部材４６の一方にそって長手方向に連続し、第１方向７０に構造体の周りに巻き付く。対応する螺旋要素は同様に再配向されることがわかる。このようにして、逆螺旋要素２０４は螺旋要素２０６になるように向きを逆転する。トラス構造体２００を形成するために、対応するファイバ供給源は逆転されたそれらの向きを有する。

図１１ａおよび図１１ｂに示すトラス構造体２００は、単独の連続ファイバまたはストランドが構造体の２またはそれを超える別要素を形成する別形式のトラス構造体の一例である。例えば、図１１ａおよび図１１ｂに示すように、単独の連続ファイバまたはストランドが構造体の３つの異なる要素、すなわち、逆螺旋要素２０４、真直または軸方向内部材４６、および螺旋要素２０６を形成するように示されている。単独の連続ファイバまたはストランドは、移行結節点２０７において互いの要素から移行する。いくつかの要素間のファイバまたはストランドを移行することは、いくつかの利点を有する。例えば、ファイバを移行することはある所望の要素におけるファイバの数またはパーセンテージを増加し、他要素のファイバの数またはパーセンテージを減少し、所望の要素に強度を加え、このようにして所望の用途または公知の応力もしくは負荷集中に対して構造体を設計できる。さらに、ファイバを移行することは、ファイバの特性の利点を得るために、ファイバを所望の方向に整列させるように、所望の結節点においてファイバの配向を変えることができる。例えば、複数のファイバを交差することは、応力または負荷がファイバ間に置かれるようにし、その場合ファイバがファイバそれ自体にそう（そこではファイバは強くなる）よりもむしろ弱くなる。このようにして、ファイバを移行することは、ファイバを交差することがファイバに対して応力または負荷をかけ、構造体の強度を増すように、ファイバを再配向できる。

装置１０は、生成構造体への接続を容易にする手段を与えるように構成される。例えば、図１１ｅにおいて、結節点２１０は穴２１２を設けられる。このような穴２１２は、ペグまたはロッドの周りにファイバまたは螺旋要素３０および逆螺旋要素３４を巻き付けることによって形成される。このようなペグまたはロッドは、係合部材８４の一部となる。例えば、係合部材８４は、要素３０、３４が巻き付けられるフックを含む。フックそれ自体は生成穴を形成する。代案として、分離ペグまたはロッドが用いられてもよい。ペグまたはロッドは、ネジ穴を形成するようにネジ切りされていてもよい。

さらに、本方法および装置は、テーパを持った構造体を形成するように構成される。図１２ａおよび図１２ｂにおいて、いずれの方向にもテーパを付けたテーパ形成構造体２２０、２２４が示されている。テーパ形成構造体２２０、２２４は、中間支持部材２２６および／または係合部材２２８をテーパ付き形状に形成することによって形成される。係合部材２２８は、テーパ形成構造体２２０、２２４をつくるために、縦軸１４に近づくかまたはそこからさらに離れて配置される。中間支持部材２２８は、処理経路にそって構造体と共に動く。両構造体２２０、２２４は、連続構造体を形成するように順次つくられる。

さらに、本方法および装置は、図１３に示すように、弓形軸２４２を伴った湾曲構造体２４０を形成するように構成される。装置は弓形処理経路を含む。円弧の内側にある係合部材２４４は共に密接して配置され、また、円弧の外側にある係合部材２４６は互いに離れて配置される。ファイバ位置決めの不一致は、半径の変化を有する部品をつくることに適用される。

さらに、装置は非対称構造体を形成するように構成される。係合部材は、構造体の所望の形状を達成するように構成される。係合部材８４は、対称構造体に加工するために縦軸１４の周りに対称状に配置されるように図１において示された。例えば、図１４において、係合部材２８０は、より楕円形形状または断面を持った構造体２８２を形成するように楕円形状にまたは楕円形状に配置される。翼形形状等のようなその他の形状が形成されてもよいことがわかる。

別の観点においては、本方法および装置は、図１５に示すように、長さにそってテーパを付けたテーパ付き外部材３００のようなテーパ付き要素を形成するように構成される。このような構造体３０４は、構造体の一端または一部において厚くかつ強く、他端または一部において薄く、軽いテーパ付きストランド３００を設けられる。ファイバ供給源は、テーパを形成するようにストランドまたはトウにおけるファイバの数を増加または減少するように構成される。

別の観点においては、本方法および装置は、図１６ａから図１６ｄに示すように、方形または長方形断面を構造体３３０に形成するように構成される。構造体３０４は、方形断面を形成するように構成された６つの外結節点３３４を含む。例えば、外支持フレームおよび／または係合部材は、構造体の頂部において３組の係合部材を持って、また底部において３組を持って定置される。

別の観点においては、本方法および装置は、図１７ａおよび図１７ｂに示すように、外皮、シェル、またはグリッド３５４を含む円または管に似始める多結節点構造体３５０を形成するように構成される。

図１から図５ｄにおいて、合成ファイバ／レジンから複合三次元構造体に加工するための緊張ファイバ設置または配置方法が装置１０を用いるように示されている。複数の連続ファイバが、縦軸を伴う処理経路を通りそれにそって引き抜かれる。ファイバは、１またはそれを超える供給源から引き抜かれる。上述したように、ファイバは、ファイバに係合し、処理形状または処理段階を通してファイバを進め、最終的に湾曲した構造体にする引抜き機によって引き抜かれる。

少なくともいくつかのファイバは縦軸の周りで相互反対方向に巻き付けられて、１）螺旋要素と、２）結節点で交差する逆螺旋要素とを形成する。さらに、いくつかのファイバは、縦軸の周りで相互反対方向および異なる配向に巻き付けられて、３）回転螺旋要素と、４）回転逆螺旋要素とを形成する。上述したように、ファイバ源は、軸の周りで可変長さと変化配向を持つ経路にそって回転される。

複数の連続ファイバは、所定の構造を実現するように所望の形状を有する骨組み構造体に配列される。骨組みは、１）処理経路にそって配向されかつ縦軸から離間された連続真直ストランドと、２）縦軸の周りで一方向に巻き付く順次個別または真直セグメントを持った螺旋ストランドと、３）縦軸の周りで別の反対方向に巻き付く順次個別または真直セグメントを持った螺旋ストランドとを含む。螺旋および逆螺旋ストランドは結節点において交差する。骨組みは、回転螺旋要素および回転逆螺旋要素を含む。

螺旋および逆螺旋要素は、結節点において縦軸から半径方向外方に向けられまたは強制されて、螺旋および逆螺旋要素に順次個別または真直セグメントを形成する。
選択された結節点は、中間支持要素の係合部材によって係合され、定置されて、真直セグメントを正しい配向に維持する。選択された結節点は、順次真直セグメントを螺旋および逆螺旋要素に（そして回転螺旋要素および回転逆螺旋要素に）つくるように縦軸から半径方向外方に向けられる。結節点は、残りのセグメントよりも縦軸から大きい距離にある。一観点においては、結節点は係合され、螺旋要素および逆螺旋要素の外側から維持される。

連続ファイバが配置され、織られ、編まれ、編み上げられ、湾曲され、結節点位置へ移動され、安定化され、硬化される間に、骨組みは処理経路にそって同時に引き抜かれる。これらの動作は、骨組みが処理経路にそって進むとき、順次または同時に適用される。レジンがすべてのファイバを完全に湿らすように処理形状期間中またはそれ以前に、連続ファイバに塗布される。上述したように、レジンはスプレー・ノズルのような塗布機によって塗布される。レジンは、上述したような炉またはその他の装置によって硬化される。

さらに、複数の連続ファイバが配列されて、結節点において互いに交差する別配向を持って少なくとも２つの異なるストランドを含む複数の細長いストランドを所定の配向で形成する。複数のファイバは、結節点で重ねられ、しばしば複数のファイバ間に間隙を形成する。したがって、各ストランドにおける複数のファイバは、ファイバを小型化しかつ間隙を減少するように一体に纏められる。各ストランドにおいてファイバを一緒に纏める工程は、ストランドを撚ること、外ファイバの層によって巻き付けられたほぼ単方向ファイバの心を形成するようにストランドの周りに他のファイバを巻き付けること、ストランドを一緒に編み上げること、および／または真直もしくは撚られた内ファイバの周りに外ファイバを編み上げることを含む。

さらに、ファイバまたはトウは各要素、部材、またはストランド内で開始されるかまたは終了して、その長さまたは構造体の長さにそってストランドの数を減少または増加する。このようにして、ストランド、要素、または部材の直径またはサイズがその長さまたは構造体の長さにそって増加または減少する。ファイバの数は構造体の強度に影響を及ぼすことがわかる。いくつかの用途が構造体の長さにそって異なる強度を要求することがわかる。例えば、ユティリティ・ポールについて、より大きい荷重耐久能力がベースにおいて要求され、また、より小さな荷重耐久能力が頂部において要求される。

装置または方法は、第１の多数ファイバから開始され、工程が進行するに従って、ファイバまたはトウの数を減少または不連続にする。例えば、各ファイバ供給源は複数のファイバ供給源を含むか、または複数のファイバを与える。ストランドまたは要素を形成する複数のファイバ供給源内の選択されたファイバ供給源は、ストランドまたは要素内のファイバまたはトウの数を減少するように終了される。このようにして、ストランドまたは要素は一端においてより多いファイバまたはトウ、したがってより大きい荷重耐久能力を有し、また、他端においてより少ないファイバまたはトウ、したがってより小さい荷重耐久能力を有する。代案として、装置または方法は、第２の少数ファイバから開始され、工程が進行するに従って、ファイバまたはトウを増加または追加する。

図４ｃにおいて、異なる形状を持ったトラス構造体１２を一体形成することが望ましい。このような異なる形状は、構造体の端を別の物体に接続することを容易にする。例えば、構造体１２は、管状または円筒形断面形状を有する端３００と共に一体形成される。装置１０は、当該技術においては公知のように、異なる形状を形成するように装置１０内に挿入されうるマンドレルを含む。例えば、円形断面形状を有するマンドレルが装置１０に挿入される。ファイバ供給源からのファイバ５０は、マンドレルの周りに巻き付けられて、管状または円筒形断面形状を持った端３００を形成する。中間支持部材８０および／または係合部材８４の動作は、ファイバがマンドレルの周りに巻き付けられるようにマンドレルが装置１０内にある間は、保留されてもよい。もちろん、その他の形状が一端に形成されてもよいことを理解されたい。

図４ｄにおいて、外皮、シェル、グリッド３１０を有するトラス構造体１２を形成することが望ましい。外皮またはシェルは構造体１２を閉鎖する。外皮またはシェルは合成ファイバ／レジンから形成される。装置１０は、連続層内でトラス構造体１２の周りに複数のファイバを巻き付ける。装置１０は、構造体の外部の周りに配置されるべき中間支持部材８０および／または係合部材８４のために、構造体が形成されてしまった後に、第２段階において構造体１２に巻き付ける。代案として、中間支持部材および／または係合部材が構造体の内部に配置されているときのように、構造体が形成されつつある間に、装置１０は構造体１２に巻き付ける。

上述したように、ファイバは好ましくは連続しており、カーボン、ガラス、玄武岩、アラミドまたはその他のファイバでもよい。レジンは、ＰＶＣのような熱可塑性レジンまたはエポキシもしくはビニール・エステルのような熱硬化性レジンでもよい。

上述したように、緊張ファイバ配置方法および装置は、ファイバを骨組み開放構造体に引っ張ることによって任意の型式の構造体に対して構成される。さらに、上述した方法および装置は、アイソグリッド構造体のような総体的に多角形断面強化構造体に加工するために用いられる。

本発明の実施例にもとづく複合合成構造体に加工する装置の斜視図である。 図１の装置の端面図である。 図１の装置の端面図であって、簡明のためにファイバ群が単独の代表ファイバに減少されている。 図１の装置の部分斜視図である。 図１の装置の部分端面図である。 図１の装置によって加工されるべき例示構造体の側面図である。 図４ａの例示構造体の端面図である。 図４ａの例示構造体の側面図であって、円形断面への一体移行を示す。 図４ａの例示構造体の端面図であって、外皮、シェル、またはグリッドを示す。 図１の装置によって加工されるべき例示構造体の側面図である。 図４ｅの例示構造体の端面図である。 図１の装置の概略端面図であって、移動経路を示す。 図１の装置の概略端面図であって、装置の動作を示す。 図１の装置の概略端面図であって、装置の動作を示す。 図１の装置の概略端面図であって、装置の動作を示す。 図１の装置の概略端面図であって、移動経路を示す。 図１の装置の一部概略図であって、引張切断機構を示す。 本発明にもとづく図１の装置によって撚られた複数ファイバの斜視図である。 本発明にもとづく図１の装置によって巻き付けられた複数ファイバの斜視図である。 本発明にもとづく図１の装置によって編み上げられた複数ファイバの斜視図である。 本発明にもとづく図１の装置によってファイバの心を包囲する編上げファイバ・スリーブの斜視図である。 図４ａの構造体の部分斜視図であって、結節点または交点を示す。 図４ｂの構造体の部分斜視図であって、結節点または交点を示す。 図４ａおよび図４ｂの構造体の断面図であって、交点を示す。 図４ａおよび図４ｂの構造体の断面図であって、交点を示す。 図４ａおよび図４ｂの構造体の部分側面図である。 図４ａおよび図４ｂの構造体の別の部分側面図であって、ずれた交点を示す。 規則的に起こる結節点の１つもなしに、本発明にもとづいて加工された構造体の側面図である。 規則的に起こる結節の１つもなしに、本発明にもとづいて加工された構造体の側面図である。 規則的に起こる取付け用結節点の１つもなしに、本発明にもとづいて加工された構造体の側面図である。 規則的に起こる取付け用結節点の１つもなしに、本発明にもとづいて加工された構造体の側面図である。 図４ａおよび図４ｂの構造体の部分側面図であって、結節点を示す。 本発明にもとづいて加工されたテーパ付き構造体の側面図である。 本発明にもとづいて加工されたテーパ付き構造体の側面図である。 本発明にもとづいて加工された弓形構造体の上面図である。 本発明にもとづいて加工された構造体の端面図である。 本発明にもとづいて加工された構造体の側面図である。 本発明にもとづいて加工された長方形構造体の斜視図である。 図１６ａの長方形構造体の上面図である。 図１６ａの長方形構造体の側面図である。 図１６ａの長方形構造体の端面図である。 本発明にもとづいて加工された構造体の斜視図である。 図１７ａの構造体の斜視図であって、外皮またはシェルを示す。

Claims (27)

1. 合成ファイバ／レジンから複合三次元構造体に加工する方法であって、
   ａ）供給源から処理経路にそって縦軸の周りに複数の連続ファイバを引き抜く工程と、
   ｂ）ファイバの少なくともいくつかを前記縦軸の周りに相互反対方向に巻き付けて、結節点において交差する螺旋および逆螺旋要素を形成する工程と、
   ｃ）前記螺旋および逆螺旋要素に実質的に係合させずに選ばれた結節点に集中する位置に実質的においてのみ前記処理経路にファイバを係合させる工程と、
   ｄ）前記縦軸から半径方向外方に前記選ばれた結節点を維持して、前記螺旋および逆螺旋要素において順次個別のセグメントをつくる工程と、
   ｅ）レジンをファイバに塗布する工程と、
   ｆ）レジンを硬化する工程と、
   からなる加工方法。
2. 前記選択された結節点に係合する工程（ｃ）は前記螺旋および逆螺旋要素の外側から選択された結節点に係合することをさらに含み、前記選択された結節点を維持する工程（ｄ）は前記螺旋および逆螺旋要素の外側から発生する力によって半径方向外方に前記選択された結節点を維持することをさらに含む、請求項１に記載の加工方法。
3. 前記維持する工程（ｄ）は前記縦軸から半径方向外方に選択された結節点を移動させる工程をさらに含む、請求項１に記載の加工方法。
4. 前記維持する工程（ｄ）は前記螺旋および逆螺旋要素によって形成された内部空間の内側に配置された内部マンドレルを使用せずに前記ファイバを所望の形状に維持することをさらに含む、請求項１に記載の加工方法。
5. 複数の連続ファイバを所望の形状をした骨組構造体に配置する工程からさらになり、
   前記骨組構造体は少なくとも次のものを含み、
   １）前記処理経路にそって配向されかつ前記縦軸から離間された連続直線状ストランドと、
   ２）前記縦軸の周りで一方向に巻き付く順次個別セグメントを持った螺旋ストランドと、
   ３）前記縦軸の周りで別の反対方向に巻き付く順次個別セグメントを持った逆螺旋ストランドと、ただし前記螺旋および逆螺旋ストランドは結節点において交差している、
   請求項１に記載の加工方法。
6. ａ）複数の連続ファイバを前記処理経路にそってかつ相互反対方向に縦軸の周りに案内する工程からさらになり、該工程が
   １）縦軸の周りに共通角度配向をそれぞれ有する少なくとも２つの離隔螺旋要素と、
   ２）前記２つの螺旋要素に関して反対の角度配向を有する少なくとも２つの螺旋要素に取り付けられた少なくとも１つの逆螺旋要素と、を形成し、
   前記結節点に係合維持することが、縦軸の周りに単独のほぼ完全な回転を形成する螺旋形状で端部相互を順次接続された少なくとも３つの細長い個々のセグメントを形成する、
   請求項１に記載の加工方法。
7. 複数本の連続ファイバを所望の形状をした骨格構造体に配置する工程からさらになる、請求項１に記載の加工方法。
8. 前記連続ファイバを配置しながら、前記骨格構造体を前記処理経路にそって同時に引き抜く工程からさらになる、請求項７に記載の加工方法。
9. ａ）長手方向要素を形成するように複数の連続ファイバの他方を前記処理経路および縦軸にそって該縦軸にほぼ平行に案内する工程と、
   ｂ）螺旋、逆螺旋、長手方向要素を内部結節点において交差させる工程と、
   からさらになる、請求項１に記載の加工方法。
10. ａ）長手方向要素を形成するように複数の連続ファイバの他方を前記処理経路および縦軸にそって該縦軸にほぼ平行に案内する工程と、
    ｂ）螺旋、逆螺旋、長手方向要素を外部結節点において交差させる工程と
    からさらになる、請求項１に記載の加工方法。
11. ａ）少なくとも１つの結節点において互いに交差する異なる配向で少なくとも２つの異なるストランドを含む所定配向の複数の細長いストランドを形成するように複数の連続ファイバを配置する工程と、
    ｂ）複数のファイバを結節点で重ねる工程と、
    ｃ）複数のファイバを各ストランドに一緒に纏める工程と、
    からさらになる、請求項１に記載の加工方法。
12. 複数のファイバを前記結節点で重ねる工程（ｂ）は該複数のファイバ間に間隙を形成することを含み、前記複数のファイバを纏める工程（ｃ）はファイバを一緒に密集させかつ前記間隙を減少させることを含む、請求項１１に記載の加工方法。
13. 前記ファイバを各ストランドに一緒に纏める工程（ｂ）は少なくとも１つのストランドを撚ることを含む、請求項１１に記載の加工方法。
14. 前記ファイバを各ストランドに一緒に纏める工程（ｂ）は
    少なくとも１つのストランドの周りに他のファイバを巻き付けて外側ファイバの層によって巻き付けられたほぼ一方向のファイバの心を形成することを含む、請求項１１に記載の加工方法。
15. 前記ファイバを各ストランドに一緒に纏める工程（ｂ）は少なくとも１つのストランドを編み上げることを含む、請求項１１に記載の加工方法。
16. 前記ファイバを各ストランドに一緒に纏める工程（ｂ）は、少なくとも１つのストランドの周りに他のファイバを編み上げて外側編上げファイバの層によって巻き付けられたほぼ一方向のファイバの心を形成することを含む、請求項１１に記載の加工方法。
17. 合成ファイバ／レジンから複合三次元構造体に加工する装置であって、
    ａ）複数の連続ファイバを供給する複数のファイバ供給源と、
    ｂ）前記ファイバ供給源から連続ファイバを引き抜く引抜き機と、
    ｃ）前記複数のファイバ供給源と前記引抜き機との間に形成されかつ縦軸を有する処理経路と、
    ｄ）前記ファイバ供給源に関連され、縦軸の周りで相互反対方向に前記処理経路に関して回転でき、結節点において交差する螺旋および逆螺旋要素を形成するように前記連続ファイバを相互反対方向に巻き付ける複数の回転要素と、
    ｅ）前記処理経路にそって配置され、複数の係合部材を含み、結節点において前記処理経路内に集中された実質的箇所でのみ螺旋および逆螺旋要素に係合し、前記螺旋および逆螺旋要素に順次個別のセグメントを形成するように前記縦軸から半径方向外方に前記螺旋および逆螺旋要素の結節点を維持する支持フレームと、
    ｆ）連続ファイバにレジンを塗布するレジン塗布機と、
    からなる加工装置。
18. 前記支持フレームは前記螺旋および逆螺旋要素の外側に配置された外側支持フレームを含み、前記複数の係合部材は前記処理経路の周りに配置されて前記螺旋および逆螺旋要素の外側から結節点に係合する、請求項１７に記載の加工装置。
19. 前記回転要素に関連され、複数の隣接ファイバを互いの周りに撚るように撚り可能な撚り部材からさらになる、請求項１７に記載の加工装置。
20. 前記回転要素に関連され、巻き付けられたファイバの層によって包囲されたほぼ真っ直ぐなファイバの心を形成するように別の複数のファイバで複数のファイバを巻く巻付け部材からさらになる、請求項１７に記載の加工装置。
21. 前記回転要素に関連され、複数のファイバを編上げストランドに撚り合わせる編上げ部材からさらになる、請求項１７に記載の加工装置。
22. 前記係合部材は結節点を半径方向外側に変位させるように縦軸から半径方向外側に変位可能である、請求項１７に記載の加工装置。
23. 前記連続ファイバは内部マンドレルを使用せずに前記係合部材によって前記処理経路内で所望の形状に維持される、請求項１７に記載の加工装置。
24. ほぼ真っ直ぐな合成ファイバ／レジン・セグメントから複合三次元トラス集合体を加工する機械であって、前記セグメントが前記複合三次元トラス集合体の長手軸の周りに螺旋回転によって前記セグメントの所定角度再配向を形成する結節点間でファイバの連続長さを巻き付けることによって形成され、
    ａ）ベース支持部材と、ただし該ベース支持部材は該部材に装着された複数のファイバ供給源を含み、少なくとも１つのファイバ供給源は回転要素を含み、該回転要素は該回転要素および関連した供給源が前記加工機械内で処理を行うようにファイバを供給する間に前記長手軸に関して角度変位させることと、
    ｂ）前記複数のファイバ供給源からの連続ファイバの配列を受けかつ前記連続ファイバの配列を前記長手軸の周りに所望の予備処理形状に角度的に再配向するように前記ベース支持部材に隣接して配置された配向案内部材と、
    ｃ）前記予備処理形状に続いて前記長手軸のまわりに形成された処理経路にそって前記連続ファイバの配列を引っ張りかつ前記三次元トラス集合体用動作骨組構造体を形成する軸方向および半径方向支持形状を与えるように前記処理経路にそってファイバの少なくとも一部を緊張した状態に維持する牽引部材と、
    ｄ）前記ベース支持部材と前記牽引部材との間に配置されかつ少なくとも１つのファイバを前記ファイバ配列に関して前記軸方向支持形状から前記三次元トラス集合体を代表する安定伸長位置へ前記長手軸に関して半径方向経路にそって間欠的に移動させる少なくとも１つの間欠半径方向移動支持要素と、ただし前記三次元トラス集合体は内部マンドレルまたはキャビティ・ダイの助けなしに前記動作骨組構造体の周りで安定トラス形状に維持されることと、
    ｅ）液体ファイバ／レジン合成物を形成するように前記処理経路に再位置決めする前に前記ファイバ配列に未硬化レジンを塗布する手段と、
    ｆ）多方向負荷に耐えうる頑丈な三次元トラス集合体を展開させるように安定トラス形状状態にある間に前記液体ファイバ／レジン合成物を硬化する手段と、
    からなる加工機械。
25. ａ）共通角度配向とおよび縦軸の周りで一方向に巻き付く順次個別セグメントとをそれぞれ有する複数の離間螺旋要素と、
    ｂ）前記螺旋要素に関して反対の角度配向とおよび縦軸の周りで反対方向に巻き付く順次個別セグメントとをそれぞれ有する複数の離間逆螺旋要素と、ただし前記螺旋および逆螺旋要素が結節点において交差することと、
    ｃ）前記螺旋および逆螺旋要素を結節点において交差し、縦軸にほぼ平行に向けられた複数の縱部材と、
    ｄ）前記螺旋および逆螺旋要素ならびに前記縱部材が複数の連続ファイバから形成されることと、
    ｅ）少なくとも２つの前記螺旋および逆螺旋要素ならびに前記縱部材の一部を形成する少なくともいくつかのファイバと、ただし該ファイバが前記螺旋要素、前記逆螺旋要素、前記縱部材からなる群の少なくとも２つの部材間で結節点において移行することと、
    からなる三次元構造体。
26. ａ）共通角度配向とおよび縦軸の周りで一方向に巻き付く順次個別セグメントとをそれぞれ有する複数の離間螺旋要素と、
    ｂ）前記螺旋要素に関して反対の角度配向とおよび縦軸の周りで別の反対方向に巻き付く順次個別セグメントとをそれぞれ有する複数の離間逆螺旋要素と、ただし前記螺旋および逆螺旋要素が結節点において交差することと、
    ｃ）前記螺旋および逆螺旋要素ならびに前記縱部材が複数の連続ファイバから形成されることと、
    ｄ）細長いファイバの心とおよび該細長いファイバの心を包囲する編上げファイバのスリーブとを含む複数の連続ファイバの少なくともいくつかと、
    からなる三次元構造体。
27. 結節点における前記螺旋および逆螺旋要素の交点が結節点におけるファイバ間に間隙を形成する傾向があり、前記編上げファイバのスリーブが前記細長いファイバの心を一緒に圧縮して間隙を減少する、請求項２６に記載の構造体。

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