JP5410554B2 - 基材を補強するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、総括的には基材を補強するためのシステム及び方法に関連する。本発明の具体的な実施形態では、剪断及び／又は引裂き特性を強化する単層又多層スパイラル補強基材を製作することができる。

当技術分野では、基材の強度及び引裂き品質を増大させる様々な技術が知られている。例えば、平行プライの積層体で製作されたシート、プレート、シェル又は同様のジオメトリのような基材は、平行プライに沿って引裂きを受け易い可能性がある。その結果、改良型の基材は、積層体の各層が隣接する層から約９０°回転した状態で、クロスプライの交互層を含むことができる。クロスプライ積層体は各プライに平行な引裂きに対する基材の耐性を高めるが、クロスプライ積層体は依然として、該基材の強度及び剛性が早期に限界を越える可能性がある直交異方性を有する。具体的には、それを貫通する孔又はアパーチャを有するクロスプライ基材は、該孔又はアパーチャの周辺部の周りに引裂き、剪断破損又は割れを生じ易くなるおそれがある。

米国特許第５６４９３９８号明細書

従って、基材を補強するためのシステム及び方法の改良は、有用であると言える。

本発明の態様及び利点は、以下において次の説明に記載しており、或いはそれら説明から自明なものとして理解することができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。

本発明の一実施形態は、基材を補強するためのシステムである。本システムは、回転装置と、回転装置に連結された第１のガイドと、第１のガイドに当接させて配置された型枠とを含む。補強材が、型枠の周りにかつ第１のガイドに当接させて巻付けられるように供給される。

本発明の別の実施形態は、基材を補強するためのシステムである。本システムは、回転装置と、回転装置に連結された複数のガイドと、隣接するガイド間における型枠とを含む。補強材が、隣接するガイド間における各型枠の周りにかつ少なくとも１つのガイドに当接させて巻付けられるように構成される。

本発明はまた、基材を補強する方法を含むことができる。本方法は、回転装置に第１のガイドを連結するステップと、第１のガイドの第１の側面に型枠を配置するステップとを含む。本方法はさらに、型枠の周りにかつ第１のガイドの第１の側面に当接させて補強材を巻付けるステップを含む。

本明細書を精査することにより、当業者には、そのような実施形態の特徴及び態様並びにその他がより良好に理解されるであろう。

添付図面の図を参照することを含む本明細書の以下の残り部分において、当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示をより具体的に説明する。

本発明の一実施形態による、基材を補強するためのシステムの斜視図。 線Ａ−Ａに沿って取った、図１に示すシステムの平面図。 本発明の別の実施形態による、基材を補強するためのシステムの斜視図。 図３に示すシステムによって製作した製品の斜視図。

以下、本発明の実施形態について詳しく説明するが、その１以上の実施例を図面に示す。発明の詳細な説明では、図面に記載した特徴的構成を示すために数字又は文字を符号として用いる。図面及び発明の詳細な説明では、本発明の同一又は同様の部品を示すために、同一又は同様の符号を用いる。

各実施例は例示にすぎず、本発明を限定するものではない。実際、本発明の技術的範囲又は技術的思想から逸脱せずに、本発明に様々な修正及び変形をなすことができることは当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として例示又は説明した特徴を、別の実施形態に用いてさらに別の実施形態としてもよい。従って、本発明は、かかる修正及び変形を特許請求の範囲で規定される技術的範囲及びその均等の範囲に属するものとして包含する。

本発明の様々な実施形態は、基材を補強するためのシステム及び方法を含む。基材は、補強するのに望ましいあらゆる材料又は材料の組合せを含むことができる。例えば、基材は、均質又はモノリシック材料、クロスプライの複合材料、及び／又は均質及び複合材料の積層組合せを含むことができる。特定の実施形態では、補強材は、基材の一方又は両方の側面に直接適用（施工）することができる。他の特定の実施形態では、補強材は、別個に形成しかつその後補強を必要とする基材上の特定の位置に移動させることができる。例えば、補強材は、基材を貫通する既存の或いは予定の孔又はアパーチャと整列させて、基材を貫通する孔又はアパーチャの端縁部の剪断及び／又は引裂き特性を強化させることができる。

図１は、本発明の一実施形態による、基材１２を補強するためのシステム１０の斜視図を示しており、また図２は、線Ａ−Ａに沿って取った、図１に示すシステム１０の平面図を示している。本システム１０は一般的に、回転装置１４と、１以上のガイド１６と、１以上の型枠１８と、補強材２０とを含む。回転装置１４は、１つの構成要素を別の構成要素に対して回転させる当業者には公知のあらゆる手動又は自動装置を含むことができる。例えば、回転装置１４には、手動クランク、ラチェット及びポール組立体、プーリ組立体、或いは図１に示すような空圧、液圧又は電気モータ２２を含むことができる。

１以上のガイド１６は、回転装置１４に連結されかつ補強材２０の分配及び／又は配置を導く。ガイド１６は、実質的にあらゆる材料のあらゆる寸法又は形状を含むことができる。例えば、ガイド１６は、図１に示すように円形ディスク２４又は方形シート２６を含むことができる。特定の実施形態では、ガイド１６は、補強すべき特定の基材１２さえ含むことができる。それに代えて又はそれに加えて、基材１２は、ガイド１６の１以上の表面上に取付けるか又は固定することができる。いずれにしても、ガイド１６は一般的に、互いにほぼ平行としかつ補強材２０の所望の厚さに従って互いに分離させることができる。例えば、隣接するガイド１６は、補強材２０の厚さの約２倍よりも小さい距離だけ互いに分離させることができる。このようにして、ガイド１６は、補強材２０の単一の厚さ又は層が隣接するガイド１６間に装着され、従って基材１２に施工される補強材２０の最終厚さを制限するのを可能にすることができる。隣接するガイド１６間の距離は特定の実施形態に従って所望に応じて変化させることができること、また隣接するガイド１６間の距離は特許請求の範囲に明確に記載していない限り本発明の限定ではないことが、当業者には容易に分かるであろう。

型枠１８は、ガイド１６の１以上に当接させて配置して、その周りに補強材２０が形成される表面を設けることができる。例えば、図１に示すように、型枠１８は、ガイド１６の１以上の表面に当接することができ、或いは型枠１８は、ガイド１６の１以上内のアパーチャ２８又は孔と整列させかつ／又は該１以上内のアパーチャ２８又は孔を貫通して延びることができる。特定の実施形態では、型枠１８は、隣接するガイド１６間に配置して、さらに該隣接するガイド１６間に所望の間隔を設けるようにすることができる。各実施形態ではほぼ円筒形状として図示しているが、型枠１８は、補強材２０の所望の最終寸法及び形状に応じて、あらゆる寸法又は形状を含むことができる。

補強材２０は、型枠１８の周りにかつガイド１６に当接させて巻付けられるように供給される。補強材２０は、基材を補強する当業者には公知のあらゆる好適な材料を含むことができる。例えば、図１及び図２に示すように、補強材２０は、下に横たわる基材１２と適合性がある連続した不織又は織布或いは撚り線を含むことができる。補強材２０の直径及び剛性は、該補強材２０の所望の寸法及び強度により決まる。例えば、特定の実施形態では、補強材２０内の個々の布又は撚り線は、約６〜１０ミルのオーダの直径及び４インチの不支持長さ当たり約１インチのドループの剛性を有することができる。加えて、補強材２０は、例えばポリビニルブチラール重合体バインダで形成された樹脂ベースのスラリー内にディッピングするか又は該樹脂ベースのスラリーで被覆することができる。使用する場合には、樹脂ベースのスラリーは、補強材２０を型枠１８の周りに巻付けるか又は基材１２に施工する前に或いはそれらの後に該補強材２０に施工することができる。樹脂ベースのスラリーは、補強材２０をそれ自体、ガイド１６及び／又は基材１２に結合することができる接着剤を含むことができる。所望の場合には、樹脂ベースのスラリーは、例えば焼却又は硬化プロセス時に補強材２０に加えられる熱のような熱の存在下で揮発性であるものとすることができる。

図３は、本発明の別の実施形態による、基材１２を補強するためのシステム４０の斜視図を示しており、図４は、図３に示すシステム４０によって製作した補強基材１２の斜視図を示している。図３に示すように、システム４０はここでも同様に、図１及び図２に示す実施形態に関して前述したように回転装置１４と、ガイド１６と、型枠１８と、補強材２０とを含む。具体的には、ガイド１６は回転装置１４に連結され、また型枠１８は、隣接するガイド１６間でかつ該隣接するガイド１６を貫通して延びる。この特定の実施形態では、ガイド１６は基材１２を含み、また補強材２０は、ガイド１６又は基材１２内の既存のアパーチャ２８に近接して隣接するガイド１６又は基材１２間に供給される。図４に示すように、最終製品は、補強材２０が隣接する基材１２間に設置されてアパーチャ２８の周りの外周部を強化した状態で、基材１２の複数層を含む。

図１〜図４に関して前述しかつ図示した実施形態はまた、基材１２を補強する方法を提供することができる。本方法は、回転装置１４に１以上のガイド１６を連結するステップと、ガイド１６の１以上に当接させて或いはそれらを貫通させて型枠１８を配置するステップとを含む。それに代えて又はそれに加えて、型枠１８は、ガイド１６内の既存の又は予定のアパーチャ２８と整列させた状態で配置し或いは該アパーチャ２８を貫通させて挿入することができる。本方法はさらに、図１に示すように、型枠１８の周りにかつガイド１６に当接させて補強材１２を巻付けるステップ或いは図３に示すように、型枠１８の周りにかつ隣接するガイド１６間に複数の補強材２０を巻付けるステップを含むことができる。具体的には、回転装置１４は、ガイド１６が補強材２０の配置を導くか或いは制御する時に、型枠１８及び／又はガイド１６を回転させて該型枠１８上にかつ該型枠１８の周りに補強材２０を引き入れる。得られた補強材２０は、型枠１８及び／又はアパーチャ２８の周りのスパイラル巻付き部として図２及び図４に最も明瞭に示している。図３におけるような特定の実施形態では、ガイド１６は、基材１２を含むことができ、或いは基材１２は、ガイド１６に連結又は接着させることができ、このケースでは、スパイラル巻付き補強材２０は基材１２に直接施工される。それに代えて、スパイラル巻付き補強材２０は、所望に応じて、ガイド１６上に又は該ガイド１６に当接させて形成し、その後ガイド１６から取外し、かつ基材１２に適用することができる。

補強材２０が型枠１８の周りに及び／又はガイド１６に当接させて又は該ガイド１６間に巻付けられると、型枠１８はガイド１６から取外すことができ、かつ補強材２０は当技術分野で公知なように熱処理又は硬化させることができる。それに代えて又はそれに加えて、所望の場合には、型枠１８は、ガイド１６又は基材１２の反対側面上に配置させることができ、かつガイド１６又は基材１２の反対側面に補強材２０を施工するプロセスを反復することができる。いずれの場合にも、ガイド１６は、補強材２０の所望の厚さだけ互いに分離させることができる。例えば、ガイド１６は、補強材２０の厚さの約２倍よりも小さい距離だけ分離させることができる。

本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。

１０ システム
１２ 基材
１４ 回転装置
１６ ガイド
１８ 型枠
２０ 補強材
２２ モータ
２４ 円形ディスク
２６ 方形ディスク
２８ アパーチャ
４０ システム（図３、図４）

Claims (19)

1. 基材（１２）を補強するためのシステム（１０）であって、
   ａ．回転装置（１４）と、
   ｂ．前記回転装置（１４）に連結された第１のガイド（１６）と、
   ｃ．前記第１のガイド（１６）に当接させて配置された型枠（１８）と、
   ｄ．前記型枠（１８）の周りにかつ前記第１のガイド（１６）に連続的に当接させて巻付けられるように供給される補強材（２０）と
   を備えるシステム（１０）。
2. 前記型枠（１８）が、前記第１のガイド（１６）を貫通して延びる、請求項１記載のシステム（１０）。
3. 前記第１のガイド（１６）が前記基材（１２）を含んでいるか、或いは前記基材（１２）が前記第１のガイド（１６）の１以上の表面上に取付けられ又は固定されており、前記補強材（２０）が前記基材に連続的に連結されている、請求項１又は請求項２記載のシステム（１０）。
4. 第２のガイド（１６）をさらに含み、前記型枠（１８）が、前記第１のガイド（１６）及び第２のガイド（１６）間に配置される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のシステム（１０）。
5. 前記第１のガイド（１６）が、前記第２のガイド（１６）にほぼ平行である、請求項４記載のシステム（１０）。
6. 前記第１のガイド（１６）が、前記補強材（２０）の厚さの２倍よりも小さい距離だけ前記第２のガイド（１６）から分離される、請求項４又は請求項５記載のシステム（１０）。
7. 前記型枠（１８）が、前記第２のガイド（１６）を貫通して延びる、請求項４又は請求項５記載のシステム（１０）。
8. 前記基材（１２）が、均質又はモノリシック材料、クロスプライの複合材料、及び均質材料と複合材料の積層組合せからなる群から選択される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム（１０）。
9. 前記補強材（２０）が連続した不織布、織布又は撚り線である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシステム（１０）。
10. 基材（１２）を補強する方法であって、
    ａ．回転装置（１４）に第１のガイド（１６）を連結するステップと、
    ｂ．前記第１のガイド（１６）の第１の側面上に型枠（１８）を配置するステップと、
    ｃ．前記型枠（１８）の周りにかつ前記第１のガイド（１６）の第１の側面に連続的に当接させて補強材（２０）を巻付けるステップと
    を含む方法。
11. 前記第１のガイド（１６）に前記基材（１２）を連結するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
12. 前記型枠（１８）を前記第１のガイド（１６）内のアパーチャ（２８）と整列させるステップをさらに含む、請求項１０又は請求項１１記載の方法。
13. 前記第１のガイド（１６）を貫通させて前記型枠（１８）を挿入するステップをさらに含む、請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。
14. 前記第１のガイド（１６）から前記型枠（１８）を取外すステップをさらに含む、請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項記載の方法。
15. 前記第１のガイド（１６）の第２の側面上に前記型枠（１８）を配置するステップと、
    前記型枠（１８）の周りにかつ前記第１のガイド（１６）の第２の側面に連続的に当接させて前記補強材（２０）を巻付けるステップと
    をさらに含む、請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項記載の方法。
16. 前記第１のガイド（１６）から前記補強材（２０）を取外すステップと、
    前記基材（１２）に前記補強材（２０）を施工するステップと
    をさらに含む、請求項１０乃至請求項１５のいずれか１項記載の方法。
17. 前記第１のガイド（１６）及び第２のガイド（１６）間に前記補強材（２０）を巻付けるステップをさらに含む、請求項１０乃至請求項１６のいずれか１項記載の方法。
18. 前記基材（１２）が、均質又はモノリシック材料、クロスプライの複合材料、及び均質材料と複合材料の積層組合せからなる群から選択される、請求項１０乃至請求項１７のいずれか１項記載の方法。
19. 前記補強材（２０）が連続した不織布、織布又は撚り線である、請求項１０乃至請求項１８のいずれか１項記載の方法。