JP4875095B2 - 三次元環状繊維構造の製作 - Google Patents

Description

本発明は、三次元環状繊維構造の製作に関する。
特に、本発明の特別な分野は、複合材料製の環状部品の補強部材を構成する厚い環状繊維母材（fiber preforms）、特に飛行機のブレーキ用として炭素/炭素（Ｃ/Ｃ）材料製のディスク等のブレーキディスクを製作する分野である。

環状繊維母材をつくるための通常の方法は、二次元の層を相互に重ねて接着して板を作り、そこから母材を切り取る。例えば米国特許第４７９００５２号及び第５７９２７１５号に記載された方法は、大量の材料の屑を生じる明らかな欠点があり、この欠点は炭素繊維或いは炭素前駆繊維の場合のように、繊維が比較的高価な時に特に問題となる。

この欠点を回避して、所望の環状形状にできるだけ近似の形状の繊維構造を直接に得る種々の提案がなされている。米国特許第６００９６０４号及び第６６２８５５号には、螺旋を形成するように巻かれた組みひもによって形成された層相互を重ねて結合することによって、母材を作ることが提案されている。米国特許第６３６３５９３号及び第６３６７１３０号は、重ねて巻かれて相互に結合された螺旋状の布を用いることを提案している。

これらの技術は、糸や繊維トウ（ｔｏｗ）と製造対象の環状母材との間の中間製品である繊維布帛（組みひも或いは螺旋状布）を必要とする。

中間工程を回避するために、特許文献ＷＯ９８/４９３８２には、環状支持体上に乱れた繊維塊を形成し、この繊維をニードリング（ｎｅｅｄｌｉｎｇ）によって結合することが提案されている。しかし、この文献は、特に母材が航空機のブレーキディスク等に用いられる場合のように、機械的特性の品質管理に関する要求や、均一性に関する要求が非常に高い特定分野での使用のために、少なくとも均一性に関して満足な環状母材を得るために実際に使用される必要な手段に関しては記述していない。

米国特許文献２００５/０１７２４６５は、進歩したニードリング手段を有する回転する環状ターンテーブル上の規則的かつ制御された短繊維の堆積によって環状母材を形成することを提案している。これによって、均一な母材を得ることが可能であるが、短繊維を得る中間工程を通るコストが高くなる。

一態様において、本発明は市販されている入手可能な糸或いはトウから環状繊維構造を直接に製造可能な方法を提供し、これによって製造コストをできるだけ軽減するように作業を制限することを課題とする。

（発明の概要）
前記課題は次の工程を含む方法により達成される。
・ 実質的一方向要素で作られた第一繊維シートを準備し、
・ 同軸の円形外リングと円形内リングとの間に一方向及び反対方向に交互に第一繊維シートを並置することによって横断方向の第一環状シートを形成し、前記リング間で第一繊維シートを保持し、
・ 実質的一方向要素で作られた第二繊維シートを準備し、
・ 第二繊維シートを前記外リングと内リングとの間に円周方向に堆積することによって、円周方向の第二環状シートを形成し、
・ 第一環状シート及び第二環状シートを交互に結合し、かつ
・ 実質的一方向要素から直接的に、前記円周方向の第二環状シートにより作られる層と前記横断方向の第一環状シートにより作られる層との交互結合による所定厚の環状繊維構造を得るために、前記外リング及び内リングの軸を中心に第一環状シート及び第二環状シートを回転駆動し複数回の完全回転を行う、各工程を含む。

第一繊維シート及び第二繊維シートは糸或いはトウ、或いは一本のトウを拡げて得られたスライバ、或いは並列された複数のそのようなスライバによって構成される。従って、実際上屑物を出さずに糸或いはトウから直接に環状繊維構造を得ることが可能になる。

本発明の特長によれば、第一繊維シートは、前記外リング（１００）と前記内リングとの間で幅を縮小しながら並置され、前記円周方向シートが、前記外リングと内リングとの間で密度が減少するように形成される。好ましくは、横断方向の第一環状シートは、任意の一周辺に沿って実質的一定の密度になるように並置される。このようにして、横断方向の密度の増加が、第一繊維シートを内リングに向かって狭くしかつ円周方向シートの密度を減少させることによって補償されて、実質的均質な繊維構造を得ることが可能になる。

この方法の別の特長によれば、第一繊維シートは、第一環状シートの繊維要素が、横断方向の第一環状シートの中間周辺で円周方向に対する接線と４５度〜７５度の範囲の角度を形成するように並置される。好ましくは、この角度は約６０度であり、繊維要素が相互間に約６０度の角度を形成する三つの方向で交差する繊維構造が製作される。

好ましくは、横断方向の第一環状シートは、前記外内リングに担持されたペグによって前記外内リングに保持される。

横断方向及び円周方向の第一及び第二環状シートは、前記外内リングを介して回転駆動されることも好ましい。

この方法の別の特長によれば、第一環状シート及び第二環状シートは、前記外内リング間に配置されて、環状繊維構造が作られるにつれて次第に下降する水平環状支持体の上に形成される。この構造体が形成された後、構造体は前記環状支持体と前記外内リングとの間の相対的垂直変位によって解放可能である。

好ましくは、第一及び第二環状シート間の結合は、第一及び第二環状シートが重ねられるにつれて漸次にニードリング等によって行われる。

この方法の他の特長によれば、円周方向の第二環状シートは、横断方向の第一環状シートが並置された後、これらのシート相互が結合される直前に重ねられる。

別の形態によれば、本発明は、この方法を実施するのに適した設備を提供する。

この課題は、次の構成を含む設備によって達成される。
・ 環状支持体の一側に設けられた同心円形の外リングと内リングとの間で環状支持体上に第一繊維シートを運び、かつ一方向及び反対方向へ交互に並置して、横断方向の第一環状シートを形成する装置、
・ 第一環状シートを前記外内リング間に保持する部材、
・ 前記環状支持体上に第二環状シートを運び、かつ前記内リング間で円周方向に堆積して円周方向の第二環状シートを形成する装置、
・ 第一環状シート及び第二環状シート相互を結合する装置、ならびに
・ 第一環状シート及び第二環状シートを前記外内リングの軸を中心に回転駆動する装置を含む。

好ましくは、第一繊維シートを運びかつ並置する装置は、
・ 第一繊維シートを供給する装置と
・ 前記外リングを越える位置と前記内リング内の位置との間を往復移動し、第一繊維シートに作用して、シート幅を縮小しつつ前記内リングの方向へ第一繊維シートを搬送するシャトル形成部材を含む。好ましくは、前記シャトル形成部材は、第一繊維シートを付勢して、前記内リングの曲率に対応する曲率を第一繊維シートに付与しつつ前記内リングへ運ぶ湾曲部を有する。

横断方向の第一環状シートを保持する部材は、前記外内リングに担持されたペグであることも好ましい。

この設備の別の特長は、第一繊維シート上に押し付けることによって、第一繊維シートをペグに係合させるための可動湾曲バーの形状の押圧部材を更に含むことである。

好ましくは、前記回転駆動装置は前記外内リングを含む。

前記環状支持体が垂直方向へ移動可能であることも好ましい。

この設備の他の特長によれば、結合装置は、第二繊維シートを前記環状支持体上に運ぶ装置の直ぐ下流に設けられたニードリング装置である。

図１に示された装置は、垂直な共通軸Ａを有する二つの水平な円形リング、即ち両リングの間に延在する水平環状トレイ即ち支持体１５０を有する外リング１００と内リング２００を具えている。

外リング１００は数十本のペグ１０２による円形列を有する。これらのペグ１０２はリング１００の内縁の直近のリング１００の上面から垂直に上方に延びている。同様に、内リング２００は数十本のペグ２０２の円形の列を有する。これらのペグ２０２は、リング２００の外縁の直近のリング２００の上面から垂直に上方に延びている。これらのリング１００、２００の上面は、実質的に同じ水平面に存在する。

リング１００と２００は、軸Ａを中心に同期して回転する。回転は、それぞれリング１００の外側面及びリング２００の内側面に対する摩擦によって作動する車輪１０６と２０６によって行われる。車輪１０６、２０６はそれぞれのモータによって、或いは同一のモータで伝動装置を介して駆動されるが、これらの駆動手段は図示されていない。別の例として、リング１００、２００は、リング１００と２００のそれぞれの外内縁に沿って形成されたリング歯車と噛合う歯車によって回転駆動されてよい。車輪（リング１００のための１０８等）と走行軌道（図示しない）は、この装置の主要構造１１０に対してリング１００と２００を案内し、支持する。

環状トレイ１５０は回転しないが、例えば三つの作動装置１５４（図３）の垂直ロッド１５２によって支持されて垂直方向に移動可能である。これらの作動装置は同期して、トレイを実質的に水平に保持する。

図１の装置は、更に、リング１００と２００の間に延びる横断方向のシートを形成するための第一繊維シートを供給し且つ設置する装置３００と、リング１００と２００間に延在する円周方向のシートを形成するための第二繊維シートを供給し且つ堆積する装置４００と、前記横断方向のシートと円周方向のシートとを相互に結合する結合装置５００を具えている。この供給・堆積装置４００は供給・設置装置３００の下流で、結合装置５００の直ぐ上流に設けられ、ここで「上流」、「下流」と云う用語はリング１００と２００の回転方向（矢印Ｆ）に関して使用されている。

供給・設置装置３００（図４〜６）は、各トウを拡げて形成された複数のスライバ（ｓｌｉｖｅｒ）３０２（図５、６）を受ける。各スライバは一連のテンションローラ３０３とモータ駆動の車輪３０４を有する引張り装置を通過する。このテンションローラと引張り装置はプレート３０５の上に装備されている。そして、各スライバは張力調節装置を構成するローラ３０６を通過し、ローラ３０６はプレート３０５に形成された垂直スロット３０７内を自由に移動可能である。このような供給装置はそれ自体周知である。

二列のローラ３１４と３１６が、主構造体１１０によって支持されたフレーム３１８に取付けられ、張力下でスライバ３０２を受けて、結合し、スライバを並列することによって繊維シート３２０を形成する（図６）。重ねられた列３１４と３１６のローラは、交互に或いは互い違いに配置され、これらの列３１４と３１６は軸Ａを中心とする円弧に沿って延在し、シート３２０を環状扇形に配置することを容易にする。

供給・設置装置３００は、横たわらせる部材即ちシャトル３２２を更に具え、これは外リング１００の外側に設けられた後位置と内リング２００の内側に設けられた前位置との間を、好適には実質的半径方向において両方向へ平行移動可能である。前後位置間の経路において、シャトル３２２はリング１００と２００の上方を通過する。

後位置から前位置に向かう経路上で、シャトル３２２はシート３２０をガイドして、リング１００と２００との間に伸長するシートのセグメントに環状扇形形状を付与するために、シートを狭くしながら内リング２００へ運ぶ。この目的のために、シャトル３２２は、シートのセグメントの内端の曲率に対応する曲率で湾曲した中心部３２４を有するバーによって形成される。換言すれば、中心部３２４は、シャトル３２２が前位置にある場合、軸Ａを中心とする円弧の形状をしている。この中心部３２４は、シート３２０を確実に狭くするのに適合するように、シャトルの内側に対して概ね凸形状を維持する湾曲部によってシャトルの端部３２６と３２８に連結される。

シャトルの端部３２６、３２８は、主構造体１１０によって担持されている摺動路３３８、３４０に沿って並進移動可能なブロック３３４、３３６に固定された各アーム３３０、３３２に連結されている。これらのブロック３３４、３３６は、モータ駆動される作動装置、ケーブル、ベルト等の駆動手段（図示しない）によって摺動路３３８、３４０に沿って同期移動する。

供給・設置装置３００は、更に、外部材と内部材の二つの押圧部材３４２と３４４を具え、それぞれは水平湾曲バーの形をしている。押圧部材即ち湾曲バー３４２、３４４はリング１００と２００との間でペグ１０２、２０２上に設置される各繊維シートのセグメント１０６の端部に係合するように構成される。バー３４２は、軸Ａを中心とし、ペグ１０２の列の直ぐ外側に位置する円弧の上に延在している。このバー３４２は、設置された繊維シート１０６のセグメントの外端の長さよりも短くなく、且つそれよりも長いことが好ましい。バー３４４は軸Ａを中心とし、ペグ２０２の列の直ぐ内側に位置する円弧の上方に延在する。バー３４４は、設置された繊維シート１０６のセグメントの内端の長さよりも短くなく、且つそれよりも長いことが好ましい。これらのバー３４４と３４６は実質的半円形の断面を有し、それぞれが対応するペグ１０２、２０２に対面する平らな側面を有する。

バー３４２と３４４は、その上流端に、それぞれ、ブラケット３４６と３４８を担持している。ブラケット３４６は、リング１００の上方に延在し、該リングの外側においてトレイ１５０のレベルの下へ延びた垂直部分に連結された水平部分を有する。ブラケット３４８は、リング２００の上方に延在し、該リングの内側においてトレイ１５０のレベルの下へ延びた垂直部分に連結された水平部分を有する。これらのバー３４２と３４４は、以下に詳細に記述するように、垂直方向へ移動可能であり、且つ軸Ａを中心に回動する。この目的のために、ブラケット３４６と３４８は回転−直進アクチュエータによって駆動される。

シャトル３２２とバー３４２、３４４による繊維シート３２０の設置が、図７Ａ〜７Ｇ及び８を参照して記述される。

図７Ａにおいて、シート３２０のセグメント３６０は、バー３４２と３４４によってペグ１０２と２０２上に設置されて係合され、シャトル３２２は後位置を占める。

次いで、シャトル３２２は前位置に向けて動かされ、シート３２０を内リング２００へ向けて運び、バー３４２の上方を通過させる（図７Ｂ）。シャトル３２２はその内側を介してシート３２０へ付勢され、シートを徐々に狭くしてその幅を縮小し、シート３６２の新たに供給されたセグメントの内端３６２ｂに所望の曲率を与える。

バー３４２と３４４を順次に回転しながら上流方向へ移動し、セグメント３６２の下から完全に分離し、シート３２０をシートの張力作用下でペグ１０２に対して密に締結し、その後、バーを上方にそして下方に移動し（これは図６に示された状態である）、セグメント３６２の上方に移動し（図７Ｃ）、最後にバーを下方に移動してセグメント３６２をペグ１０２と２０２に係合させ、内外リングに付勢する（図７Ｄ）。

次に、シャトル３２２を後位置へ移動する。シート３２０を形成しているスライバに働く張力作用下で、シートをバー３４４に巻きつけ、シートの新たなセグメント３６４を内リングと外リングとの間に伸長する（図７Ｅ）。

バー３４２と３４４を、再度連続的に上流へ回転移動し、セグメント３６４の下から完全に離脱し、シート３２０を張力作用下でペグ２０２の周囲に密に締結し、次にバーを上方に移動し、そして下方に移動し、セグメント３６４の上方に設置し（図７F）、最後に降下させてセグメント３６４をペグ１０２、２０２に係合させる（図７G）。これは図７Ａと同じ形態に戻ったものであり、この方法は同様に継続される。

リング１００と２００を回転駆動しながらシート３２０は重ねられる。回転運動は連続されてよい。バー３４２と３４４は、それらをシートの全幅に対して押し付け、シートをペグ１０２と２０２に対して押し付けるのに充分な長さを確保することに留意しなければならない。リング１００と２００は、例えばバー３２２と３４４がシート３２０に対して作用している間に停止する等の不連続な回転をしてよい。

リング１００、２００の回転作用によって、シート３２０のセグメント３６０、３６２、３６４は、図８に示されたように相互に交差して連続的に設置される。リング１００、２００の回転運動とシャトル３２２の平行移動は、シート３２０の所定幅のために連続的外端３６０a及び３６２a等とシートのセグメントの連続的内端３６２ｂ、３６４ｂ等が並置されるように選択されることが好ましい。これにより、リング１００と２００との間に、任意所定円周に沿って実質的一定の密度を有する横断方向のシート３６６が形成されるが、密度は外リング１００と内リング２００との間で増大してよい。このシートの幅は、継続的に設置されるシートのセグメントのスライバ３０２が、円周方向において中間周辺で接線に対して４５度から７５度の範囲の角度aを確実に形成することが望ましい。更に好ましくは、この角度aは図８に示されているように、約６０度である。

供給・堆積装置４００（図９）は、トウを拡げることによって形成される複数のスライバ４０２を受ける。スライバ４０２は図５に示されているものと同様の張力付与装置と準備装置（図示しない）との上方を通過し、次いでディフレクタ・ローラ４０６の上方を通り、ガイド４０８、４１０によってトレイ１５０の上面の上方の近くまで案内される。図９Ａに拡大断面で示されているように、ガイド４０８と４１０は櫛形に形成され、それぞれがリング１００と２００との間で実質的半径方向に整列された列を形定している。これらのガイド４０８と４１０は相互に接近して配置され、ガイド４０８の通路はガイド４１０の通路に対して挿入される（即ち交互に配列される）。ガイド４０８と４１０から案内されるスライバは、リング１００と２００間に伸長する円周方向シート４２０を形成するように並列配置される。これらのスライバ４０２はトレイ１５０に対して垂直方向或いは傾斜方向のガイド４０８と４１０に達する。ガイド４０８と４１０及びそれらが形成する通路には湾曲形状が付与され、スライバ４０２が水平線に対して実質的接線方向にガイドから離れるようされる。ガイド４０８と４１０は、スライバ４０２の幅に対応する幅の通路を有する。これらは円周方向シート４２０を作るスライバ４０２の幅と位置決めを制御するのに役立つ。

装置４００は装置３００の下流に設けられるので、円周方向シート４２０は、リング１００と２００間のトレイ１５０上の横断方向シート３６０上に堆積される。シ−ト３６０の要素（スライバ３０２）が中間周辺で円周方向に対する接線に対して約６０度の角度を形成している図８に示された構成では、円周方向シートの追加は、そのレベルでシート３６０の要素に対して６０度の角度を形成する要素（スライバ４０２）を供給することであり、これはシート相互の結合後に補強要素が約３×６０度の構成となることを意味する。

シート４２０は、シート３６０の密度の増加を補償するために外リング１００と内リング２００との間で密度を減少し、幅全体にわたって実質的均一な密度のシート３６０＋４２０が得られるようにすることが望ましい。この目的のために、シート４２０は、同じ幅を有するが外リングと内リングとの間で低重量のケーブルからのスライバ、或いは図９に示されているように、等重量であるが拡がった幅を有する（拡がりの大きい）ケーブルからのスライバにより形成された又はこれら二つの技術の組み合わせて形成されてよい。

結合装置５００はニードリング装置によって構成されることが好ましい。ニードリング装置は、クランク型機構（図示しない）等によって垂直往復運動をするように駆動されるニードリングヘッド５０２を具えている。ヘッド５０２は、周知のように、繊維を保持して垂直方向（Z方向）に移動することによってシート３６０と４２０を交互結合するために、複数のとげ付きニードル５０４を具えている。

このニードリングヘッドはリングセクタの上方に延在する。ニードリングヘッドの下に位置するトレイ１５０の部分は、ニードル５０４に整合する孔１５６を有し、ニードルはトレイを傷めることなく孔を通過でき、ニードルは外縁と内縁との間に実質的均一なニードリング密度が得られるよう分布している。

結合装置５００は装置４００の直ぐ下流に設けられるので、シート４２０は付与されると直ぐに固定され、シート３６０に固定される前に組織が壊されるリスクを制限する。従って、この方法は好ましいが、必ずしも必須ではない。横断方向シートを形成する前に円周方向シートを付与することが可能である。

リング１００と２００が回転すると、それ自体が重合され交互配置され螺旋状に巻かれた横断方向シート３６０と円周方向シート４２０によって交互に積層されて形成された繊維構造が製作される。二層以上を貫通するニードルによってニードリングが行われ、シート３６０と４２０の新たに形成された部分相互が結合されるだけでなく、形成されつつある環状繊維構造の基礎を形成する部分にも結合される。

この繊維構造の厚みを貫通する実質的均一な結合を得るために、ニードルの貫通深さを確実に実質的一定にすることが望ましい。この目的のために、繊維構造が形成されるにつれて、支持トレイ１５０が下降する。繊維構造の形成の初期に、支持トレイ１５０はペグ１０２、２０２の頂部の近くに位置する水平レベルにある（図１０Ａ）。その後、支持トレイ１５０は下降し（図１０Ｂ）、横断方向シートと円周方向シートは実質的に同一レベルで連続的に形成される。ニードルの貫通深さは二層以上に及び、ニードルは工程の初期において孔１５６を貫通し、繊維構造が一定の厚さに達すると、ニードルはもはや構造体の底層には到達しない。

繊維層が支持体上で形成される際に、支持体が徐々に下降してニードルのための実質的一定の貫通深さを保持しながらニードリングによって繊維層相互を交互結合する技術が観察される必要があるが、それ自体は周知である。この状況において、トレイ１５０が、前述の米国特許第５７９２７１５号に記載されたのと同様な関係に従って下降し、ニードルの貫通深さが米国特許第６３７４４６９号に記載されたように制御可能である。トレイ１５０の下降運動は連続的或いは不連続的に行われ、後者の場合、リング１００と２００の各回転が完了した後に下降工程が中断されてよい。

形成中の繊維構造がニードリングにより交互結合される間、繊維構造はペグ１０２と２０２に係合する横断方向シート３６０の継続的動作によって横断方向で所定位置に保持され、バー３４２と３４４は、シート３２０の新たに並置されたセグメントに対して押し付けられる度に繊維構造をペグに沿って徐々に下降させる。従って、ペグは、形成される環状繊維構造の厚さよりも小さくなく、好ましくは少し大きい高さを確保する必要がある。

環状繊維構造のために望ましい厚さに達すると、ニードリングヘッド５０２とガイド４０８、４１０は後退し、シャトル３２２は後位置を占め、シート３６０と４２０は切断され、繊維構造はトレイ１５０を持ち上げてペグ１０２、２０２から解放されることによって取り外される（図１０Ｃ）。別の例において、繊維構造は内外リング１００と２００を下降させることによって解放され、トレイ１５０は、例えば繊維構造形成の最後に達する位置に保持される。

前述の説明において、各シート３２０、４２０はトウを拡げて得られた複数の並列されたスライバによって形成される。別の例では、シート３２０と４２０の一方及び/又は他方は一本のトウを拡げて、或いは一方向の糸やトウの集合体によって形成される。

他の実施形態では、トウは拡げられ、シートは、米国特許第６６８４５６４号と第６６９０９８７号に記載された種類の自動システムを用いて自動的に位置決め可能である。

繊維シート３２０と４２０を構成する繊維の性質は、意図する用途によって決められる。環状繊維構造がＣ／Ｃ複合材料のブレーキディスク用の母材を構成する場合には、炭素繊維或いは炭素前駆繊維、例えば予備酸化ポリアクリロニトリル繊維の使用が可能である。炭素前駆繊維を使う場合には、炭素への最終的な変換は、繊維構造が作られた後の熱処理によって行われる。

〔実施例１〜４〕
Ｃ／Ｃ複合材料のブレーキディスク用の環状母材を構成する、４４５mmの外徑Ｄ_oと２２６mmの内径Ｄ_iを有する繊維構造が、次のようにして得られた横断方向シートと円周方向シートを重合してニードリングすることによって形成された。

それぞれ、３．７キロテックス（ｋTex）と１．６（ｋTex）の直線重量を有する５０，０００本のフィラメント（５０K）或いは２４，０００本のフィラメント（２４K）で作られた炭素トウが使用された。拡げられた後に横断方向のシートと長手方向のシートを構成するトウの数と、このトウを拡げて得られたスライバの幅Ｗは、次の特性を有する実質的均一な密度を有する母材を得るために選択された。
・ 横断方向のシートを形成するスライバと４５度〜７５度の範囲の中間周辺に対する接線との間の角度aが４５度〜７５度、好ましくは約６０度である。
・ 円周方向のシートの重量分率と横方のシートの重量分率との比Ｒが約１/３：２/３である。

次の表１は、所望特性を得るための種々の可能な組合わせを示す。

〔実施例５〜８〕

手順は実施例１〜４と同じであったが、内径と外径がＤ_o＝５５３mmとＤ_i＝２８９で異なっていた。
表２は、実施例１〜４の場合と同じく、角度ａと比Ｒの好ましい特性を得るための種々の可能な構成を与える。

本発明の方法を可能にする装置の一実施形態を示す概略斜視図。 図１の装置の概略平面図。 図１の装置を示す一部切断斜視図。 横断方向シートを形成するための供給・設置装置を示す図１の装置の概略図。 横断方向シートを構成するスライバの供給方法を示す図。 図１の装置を上から見て横断方向シートの形成を示す概略図。 Ａ〜Ｇは横断方向シートを形成する設置プロセスの手順を示す図。 得られた横断方向シートの部分図。 円周方向シートを形成するための供給・堆積装置を示す概略部分図。 図９の一部拡大図。 Ａ〜Ｃは製作の二段階における環状繊維構造と、それが製作されて取り外される状態を示す概略部分図。

Claims (22)

1. 環状繊維構造を製作する方法であって、
   ・ 実質的一方向要素（３０２）で作られた第一繊維シート（３２０）を準備し、
   ・ 同軸の円形外リング（１００）と円形内リング（２００）の間に一方向及び反対方向に交互に第一繊維シート（３２０）を並置することによって横断方向の第一環状シートを形成し、前記リング（１００，２００）間で第一繊維シートを保持し、
   ・ 実質的一方向要素で作られた第二繊維シート（４０２）を準備し、
   ・ 第二繊維シートを前記外リングと内リングとの間に円周方向に堆積することによって、円周方向の第二環状シート（４２０）を形成し、
   ・ 第一環状シート及び第二環状シートを交互に結合し、かつ
   ・ 実質的一方向要素から直接的に、前記円周方向の第二環状シートにより作られる層と前記横断方向の第一環状シートにより作られる層との交互結合による所定厚の環状繊維構造を得るために、前記外リング及び内リングの軸を中心に第一環状シート及び第二環状シートを回転駆動し複数回の完全回転を行う、各工程を含む方法。
2. 第一繊維シート（３２０）が、前記外リング（１００）と前記内リング（２００）との間で幅を縮小しながら並置され、前記円周方向の第二環状シート（４２０）が、前記外リングと内リングとの間で密度が減少するように形成される、請求項１に記載の方法。
3. 第一環状シートが、任意の一周辺に沿って実質的一定の密度になるように並置される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 第一環状シートの繊維要素が、横断方向の第一環状シートの中間周辺で円周方向に対する接線と４５度〜７５度の範囲の角度を形成するように、第一繊維シート（３２０）が設置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記角度が６０度である、請求項４に記載の方法。
6. 第一繊維シート（３２０）が、拡げられた一本のトウ（ｔｏｗ）又は並列して拡げられた複数本のトウ（３０２）で形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 第二繊維シート（４２０）が、拡げられた一本のトウ又は並列して拡げられた複数本のトウ（４０２）で形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 第一環状シートが、前記外内リングに担持されたペグ（１０２，２０２）によって外リング（１００）と内リング（２００）に保持される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 第一環状シート及び第二環状シートが、前記外リング（１００）と内リング（２００）を介して回転駆動される、請求項８に記載の方法。
10. 第一環状シート及び第二環状シートが、前記外リング（１００）と内リング（２００）との間に配置されて、環状繊維構造が製作されるにつれて次第に下降する水平環状支持体（１５０）の上に形成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 環状繊維構造が形成された後、前記構造体は環状支持体（１５０）と外リング（１００）と内リング（２００）リングとの間の相対的な垂直変位によって解放される、請求項１０に記載の方法。
12. 第一環状シートと第二環状シートとの間の交互結合は、第一及び第二環状シートを付与しながら順次に行われる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 第一環状シートと第二環状シートとの間の結合は、ニードリングによって得られる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 第二環状シートは、第一環状シートの並置後結合前、に付与される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 横断方向の繊維シートによって作られた層が円周方向の繊維シートによって作られた層と交互に重ねて結合された所定厚の環状繊維構造を製作する設備であって、
    ・ 環状支持体の一側に設けられた同心円形の外リング（１００）と内リング（２００）との間で環状支持体（１５０）上に第一繊維シート（３２０）を運び、かつ一方向及び反対方向へ交互に並置して、横断方向の第一環状シートを形成する装置（３００，３２２）、
    ・ 第一環状シートを外内リング間に保持する部材（１０２，２０２）、
    ・ 前記環状支持体（１５０）上に第二環状シート（４２０）を運び、かつ前記外内リング間で円周方向に堆積して円周方向の第二環状シートを形成する装置（４００）、
    ・ 第一環状シート及び第二環状シート相互を結合する結合装置（５００）、ならびに
    ・ 第一環状シート及び第二環状シートを前記外内リングの軸を中心に回転駆動する装置（１０６，２０６）を含む設備。
16. 第一繊維シートを運びかつ並置する装置は、
    ・ 第一繊維シートを供給する装置（３００）と
    ・ 外リング（１００）を越える位置と内リング（２００）内の位置との間を往復移動し、第一繊維シートに作用して、シート幅を縮小しつつ内リングの方向へ第一繊維シートを搬送するシャトル形成部材（３２２）を含む、請求項１５に記載の設備。
17. 前記シャトル形成部材（３２２）は、第一繊維シート（３２０）を付勢して、内リングの曲率に対応する曲率を第一繊維シートに付与しつつ内リング（２００）へ運ぶ湾曲部を有する、請求項１６に記載の設備。
18. 第一環状シートを保持する前記部材（１０２，２０２）は、外リング（１００）及び内リング（２００）に担持されたペグである、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の設備。
19. 第一繊維シート上に押し付けることによって第一繊維シート（３２０）を前記ペグ上に係合させる可動湾曲バー（３４２，３４４）の形状の押圧部材を更に含む、請求項１８に記載の設備。
20. 前記回転駆動装置が、外リング（１００）及び内リング（２００）を含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の設備。
21. 前記環状支持体（１５０）が垂直方向へ移動可能である、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の設備。
22. 前記結合装置（５００）が、第二繊維シート（４２０）を環状支持体（１５０）上に運ぶ装置（４００）の直ぐ下流に設けられたニードリング装置である、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の設備。

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