JP2003525138A - 複合材及び金属コンポーネントのための製造、成形、接着、接合、及び修理システム - Google Patents

複合材及び金属コンポーネントのための製造、成形、接着、接合、及び修理システム

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JP2003525138A
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Abstract

(57)【要約】 損傷領域を持つ複合材コンポーネント（１）を修理する方法であって、損傷領域の上に複合材レイアップ（７）を置く工程と、損傷領域の上に少なくとも一つの圧力室（３，４）を配置する工程であって、圧力室は変位可能なアバットメントフェース（５，６）を含む、工程と、圧力室（３，４）を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、圧力室のアバットメントフェースと複合材との間のレイアップを圧縮し、その温度を上昇させてレイアップの硬化を行う工程と、を備えた方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、概ね、金属や複合材のような材料からできたコンポーネントのため
の製造及び修理システムに関する。本発明は、航空産業での用途に適用可能であ
り、該用途との関係で本発明を説明するが、本発明はまた、産業全般に適用可能
であることを理解されたい。
【０００２】 近年の航空機の機体は種々の材料にて構成することができる。一般的に使用さ
れている材料には、アルミニウムやその他の金属が含まれ、複合材料もまた種々
の航空機コンポーネントを製造するために現在使用されている。
【０００３】 機体及び航空機コンポーネントの高精度特性は、特別な製造方法の使用を要求
する。さらに、そのような機体又はコンポーネントを修理するために特別な装置
が必要とされる。本発明は、複合材及び金属コンポーネントを修理し、接合し、
製造するためのシステムに関する。本発明を航空産業での用途との関係で説明す
るが、本発明はまた、その他の応用にも適用可能である。
【０００４】 「複合材」という用語は、産業界において、繊維材料に熱可塑性又は熱硬化性
樹脂を含浸させて積層体又は複数層を形成することで製造されたコンポーネント
を特定するために使用される。複合材は、胴体、翼、テールフィン、ドア等の航
空機コンポーネントを提供するために航空宇宙産業で幅広く使用されている。そ
の理由は、複合材コンポーネントが、比較的軽量であると同時に金属に比して構
造強度が高いという物理的特性を備えているからである。そのような複合材コン
ポーネントは、典型的には、外側及び内側スキンで被覆されたハニカムコアを持
つサンドイッチ構造を備えている。
【０００５】 そのような複合材コンポーネントを少なくとも部分的に及び全体的に通る孔を
修理することが可能である。一般的な手法では、損傷した部分を航空機から取り
外し、真空バッグを持つ電気ブランケットを用いて孔を修理する。未硬化の樹脂
が含浸された繊維材料の層で形成された「プレプレッグ」で、修理すべき領域を
覆う。プレプレッグを硬化するために電気ブランケットで該領域を加熱する。真
空バッグは、電気ブランケットを修理領域に保持すると同時に、プレプレッグに
圧縮力を与える。
【０００６】 しかしながら、この手法を用いた修理は、必ずしも常に満足のいくものである
とは言えなかった。それは、電気ブランケットにより加えられる熱の不一致が硬
化の信頼性を損なうためである。また、真空バッグ圧縮の使用はプレプレッグか
らエアーを除去する上で必ずしも効果的ではなく、修理領域が十分にボイドフリ
ーにならないからである。
【０００７】 複合材コンポーネントを製造する現在の手法は、硬化のためのオートクレーブ
を使用する。これは、この手法によって製造することができる複合材の最大寸法
を、オートクレーブの最大実効寸法に制限してしまう。このため、軍用ジェット
戦闘機のような航空機の胴体の製造において複合材コンポーネントを使用するこ
とが可能ではあるが、これまでのところ、寸法上の制限及び大型オートクレーブ
のコストの問題から、商用輸送旅客機のような大型航空機の胴体を複合材コンポ
ーネントを用いて製造することが極めて困難で実際上不可能であった。該胴体は
、後に接合しなければならない多くの別体の胴体セクションから作り上げなけれ
ばならない。オートクレーブ手法を用いて製造された複合材コンポーネントはさ
らに完全に硬化される。そのような完全に硬化された２つのコンポーネントが引
き続いて接合される場合には、二次接着性能の劣化がもたらされる。そのような
二次接着は、接合領域及び部品が同時に完全に硬化される場合の接着とは同じ強
度にはならない。このようにして接合された複合材は、二次接着時に層間剥離を
起こしてバラバラになりやすい。
【０００８】 オートクレーブ手法はまた、接着剤を用いて各種の金属セクション又は部品を
接着する必要がある場合に、金属から作られた複合材を製造する際にも使用され
る。ここでもまた、この手法を用いて製造できる金属コンポーネントの寸法がオ
ートクレーブの寸法によって制限される。また、コンポーネント全体を加熱し、
冷却する必要があるために、接合された金属コンポーネント中に歪みが発生する
リスクがある。
【０００９】 複合材、金属、又は他の材料から作られた航空機コンポーネントを修理するた
めの改良されたシステムを提供できることが有益である。
【００１０】 さらにまた、製造プロセスにおいてオートクレーブを必要とすることなく、複
合材、金属、又は他の材料から作られた航空機コンポーネントを接着し、形成す
ることができれば有益である。
【００１１】 そこで、本発明の第１の目的は、複合材コンポーネントを修理するための改良
された手法及び装置を提供することにある。
【００１２】 これを念頭において、本発明の一つの特徴によれば、損傷領域を持つ複合材コ
ンポーネントを修理する方法であって、 損傷領域の上に複合材レイアップを置く工程と、 損傷領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変
位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、 圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、圧力室のアバット
メントフェースと複合材との間のレイアップを圧縮すると共にその温度を上昇さ
せてレイアップの硬化を行う工程と、を備えた方法が提供される。
【００１３】 複合材レイアップは、硬化樹脂が付与された繊維材料層を含む標準ラミネート
でも良い。それに代えて、複合材レイアップは、硬化樹脂を予め含浸させたプレ
プレッグでもい。
【００１４】 アバットメントフェースは、弾性的に変形可能なシート材料で形成された弾性
的に変形可能な膜によって提供され得る。例えば、シリコーンのようなラバー又
は同等の高温ラバー又はプラスチックが使用され得る。
【００１５】 弾性的に変形可能な膜を用いた圧力室を持つ利点は、複合材レイアップの厚さ
の変化に対処できると同時にレイアップ全体にわたって均一な圧力を提供できる
ことである。これは、レイアップからの空気の排除及び過剰樹脂の排除を促進す
る。そのため、結果として得られた修理された領域には気泡がほとんどなく或い
はまったくなく、修理の改善が図られる。
【００１６】 水やオイルのような流体を循環させて加熱機構として使用することで、より均
等な熱伝達がレイアップに対して行われる。圧力室のアバットメントフェースを
介して迅速な熱伝達が行われる。さらに、加熱された流体の循環によって、レイ
アップの薄い領域及び厚い領域の両方を同じ一般的な温度及び熱エネルギーにて
加熱しながら、複合材レイアップのすべての領域を、より均等な温度とすること
ができる。
【００１７】 それに代えて、圧力室の残りの部分に浮動の関係にて支持された剛性のモール
ドフェースによってアバットメントフェースを提供することができる。例えば、
圧力室の残りの部分にモールドフェースを相互接続する、周囲が弾性的に変形可
能又は可撓なフランジによってモールドフェースを支持することができる。
【００１８】 本方法は、好ましくは、圧力室内の圧力を周期的に変動させる工程をさらに含
む。こにより、アバットメントフェースに振動圧力波が与えられて複合材レイア
ップが振動環境下に置かれ、レイアップからの空気の除去が促進される。その結
果、修理された領域は、硬化された複合材レイアップ内には気泡がほとんどない
か或いはまったくなく、樹脂対繊維の比が比較的均一となる。
【００１９】 アバットメントフェースが弾性的に変形可能な膜である場合、「コール」プレ
ート又は表面輪郭に一層正確な別個のモールドを、圧力室のアバットメントフェ
ースとレイアップとの間に配置することができる。修理工程の際に、コールプレ
ートと複合材コンポーネントとの間に複合材レイアップを挟み込むことができる
。このコールプレート又はモールドは、ひとたび修理された複合材コンポーネン
トの表面形状に一致する表面を提供するように成形することができる。そのよう
なコールプレートは、そのコンポーネントの空気力学的な円滑さを確保する必要
がある場合に使用することができる。振動圧力波が使用される場合には、圧力波
は、レイアップを圧縮し、レイアップの上の位置にあるときにコールプレートの
形にレイアップを固めることを助けることができる。
【００２０】 浮動の剛性モールドフェースを持つアバットメントフェースの使用はまたコー
ルプレートと同様に機能し、モールドフェースは、複合材コンポーネントを成形
するための表面を提供する。
【００２１】 上述の方法は、複合材コンポーネントがへこまされた時及び複合材コンポーネ
ントが完全に貫通された時の両方で使用できる。しかしながら、後者の場合には
、修理される側と反対側の孔の一側に初期パッチを設ける必要があるかも知れな
い。これは、複合材コンポーネントが修理される際に、損傷領域からの樹脂の損
失等を防止する。従って、ひとたび孔の反対側にパッチが付与されると、本発明
による方法を複合材コンポーネントの損傷領域の修理に使用することができる。
それに代えて、パッチを複合材レイアップと同時に付与することもできる。
【００２２】 従って、多くの異なる修理シーケンスを使用することができる。
【００２３】 ａ） 損傷領域の一方の側に最初のパッチを置き、本発明による方法及び装置
を用いて損傷領域の反対側を修理する。
【００２４】 ｂ） 本発明による方法及び装置を用いて損傷領域の各側を修理する。
【００２５】 ｃ） 本発明による方法及び装置を用いて損傷領域の両側を同時に修理する。
【００２６】 最も好ましい修理方法は、複合材部品の外側スキンの上にモールド又はコール
プレートを置き、その部品を裏面から圧縮して、厚さの不完全さはすべて裏面に
反映されるようにする。
【００２７】 修理すべき損傷領域に加えられる圧力のバランスをとるために第２圧力源を設
けることもまた好ましい。
【００２８】 第１及び第２圧力室の間に損傷領域が位置するように、第２圧力容器を、複合
材コンポーネントの損傷領域の反対側で第１圧力室の反対側に配置することがで
きる。第２圧力室もまた、変位可能なアバットメントフェースを持つことができ
る。第２圧力室のアバットメントフェースは弾性的に変形可能な膜かも知れない
。それに代えて、アバットメントフェースは、修理すべき複合材部品の形状に合
致した形状を持つ浮動で比較的剛性のフェースを持つかも知れない。
【００２９】 複合材コンポーネントの修理の際に、第１及び第２圧力室を複合材の損傷領域
の両側に配置して、第２圧力室から、第１圧力室により加えられる力と等しく且
つ反対向きの力を複合材コンポーネントに加えても良い。
【００３０】 圧力室の構造は強度が高く、耐漏性を持つ必要があるが、均衡した圧力を使用
することにより、比較的軽い構造であると同時に、対向する圧力室のアバットメ
ントフェースが大きな力及び高い圧力に抗することできるようになる。そのため
、アバットメントフェースは、より少ない熱エネルギーで加熱され、より少ない
熱エネルギー損失で冷却され得る。従って、硬化を実行するための全熱エネルギ
ー及び硬化時間を最少化することができる。
【００３１】 もちろん、第２圧力室は、複合材コンポーネントの反対側に損傷領域のための
パッチを提供する複合材レイアップを硬化するように機能することもできる。
【００３２】 しかしながら、均衡した圧力を提供することは本発明にとって重要ではなく、
本方法は、圧力室によって複合材コンポーネントに加えられる圧力ひいては力を
比較的小さくすることで、この均衡した力を用いること無しで実施することがで
きることに留意されたい。
【００３３】 また、複合材レイアップに代えて金属パッチを使用することにより、同様の方
法を金属コンポーネントの修理に用いることができることにも留意されたい。
【００３４】 従って、本発明の他の特徴によれば、損傷領域を持つ金属コンポーネントを修
理する方法であって、損傷領域の上に接着剤を持つ金属パッチを置く工程と、損
傷領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変位可
能なアバットメントフェースを含む、工程と、圧力室を通して昇温昇圧下で流体
を循環させ、これにより、圧力室のアバットメントフェースと金属コンポーネン
トとの間の金属パッチを圧縮して成形し、その温度を上昇させて金属パッチの圧
縮、成形、及び接着を行う工程と、を備えた方法が提供される。修理されるコン
ポーネントについての真空をプロセス中に提供することも有益である。この金属
コンポーネントの修理方法を使用する利点は、複合材コンポーネントに対してこ
の修理方法を使用する場合と同じである。特に、圧力室を通して昇温昇圧下で流
体を循環させることにより、金属パッチへの圧力を比較的均一にし、パッチ全体
の温度分布を比較的均一にすることができる。これは、弾性的に変形可能な膜に
よって提供された圧力室のアバットメントフェースによって促進することができ
る。
【００３５】 さらに、圧力室内の圧力を周期的に変動させることができる。これは、金属パ
ッチと金属コンポーネントとの間の接着剤からの気泡の除去を助け、結果として
得られた接着の中の気泡を最少化することができる。
【００３６】 さらに、複合材コンポーネントの修理にコールプレートを使用することができ
、コールプレートと金属コンポーネントとの間に金属パッチが挟み込まれる。し
かしながら、もしも修理にコールプレートを使用するならば、金属パッチが付与
されるべき金属コンポーネントの表面は、金属パッチの深さまで凹んでいるか窪
んでいることが好ましい。これは、修理された領域に平滑な仕上げを施すことを
助ける。
【００３７】 本発明のさらなる特徴によれば、コンポーネント上の損傷領域を修理するため
の装置であって、変位可能なアバットメントフェースを持つ少なくとも一つの圧
力室と、少なくとも一つの圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させるための
流体循環手段と、圧力室のアバットメントフェースを損傷領域に近接させて損傷
領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置するための配置手段と、を備えた装置
が提供される。
【００３８】 圧力室はハウジングを含み、ハウジングの一側に変位可能なアバットメントフ
ェースを設けることもできる。変位可能なアバットメントフェースは弾性的に変
形可能な膜でも良く、又は、前述したように浮動で剛性のモールドフェースによ
って提供されても良い。このハウジングは、修理される複合材又は金属コンポー
ネントの形状に概ね合致させて成形しても良い。例えば、ハウジングは、胴体パ
ネルの湾曲面の概略形状に対応させて、断面で見たときに概ね弓形の形状にする
ことができる。
【００３９】 それに代えて、ハウジングは、翼又テールフィンのエッジを修理できるように
するために「Ｕ型」の断面形状でも良い。他の形状もまた考えられる。ハウジン
グは複合材又は金属コンポーネントの形状に正確に従っている必要はない点に留
意されたい。なぜなら、アバットメントフェースはコンポーネントの形状に合致
するための十分な「順応性」を持っているからである。
【００４０】 それに代えて、圧力室ハウジングを一つ又は複数のポイントで蝶番式に取り付
けて、ハウジングを複合材又は金属コンポーネントに、より近接して適合するよ
うに調整できるようにしても良い。
【００４１】 上記構成において、弾性的に変形可能な膜をハウジングに直接固定して圧力室
を形成することもできる。しかしながら、それに代えて、ハウジングにより支持
された内部の可撓性膨張バッグによって弾性的に変形可能なフェースを提供する
こともできる。
【００４２】 流体循環手段は、流体供給ラインを介して圧力室から又は圧力室へ流体を循環
させるための流体ポンプ、及び循環させる流体を収容する少なくとも一つの流体
リザーバを含んでいても良い。
【００４３】 流体は、流体リザーバに供給される圧縮ガスによって加圧することができる。
圧縮ガス源がガスラインを介して流体リザーバに通じていても良い。一連の流体
リザーバを設け、それぞれが異なる温度の流体を収容していても良い。これによ
り、流体の所要温度に応じて異なる流体リザーバから流体を供給することができ
るので、圧力室を通して循環される流体の温度を迅速に変更することが可能にな
る。従って、複合材を硬化温度まで迅速に加熱し、続いて、修理されたもの及び
周囲のラミネートを、ホットスポットを残すことなく、ひいては歪みを残すこと
なく迅速に冷却して、より優れた硬化プロセスを達成することができる。それに
代えて、サイクルを完成させるようにして、流体を加熱するためのヒーターを持
つ一つの流体源及び流体を冷却するための熱交換器を使用することもできる。
【００４４】 本装置は、さらに、圧力室又は各圧力室の内部の圧力を周期的に変動させる振
動又は衝撃手段を含んでも良い。一つの構成例としては、圧力室は、圧力室を振
動させるためにそこに固定された音波又は超音波バイブレーターを含み、これに
より、複合材レイアップが振動環境に置かれる。それに代えて、圧力室を介した
流体の流れを周期的に遮断して、「ウォーターハンマー」として一般に知られて
いる圧力波効果を生成するために使用される遮断弁によって振動を達成すること
も可能である。圧力効果を達成するための他の方法としては、周期的衝撃装置を
用いることができる。これは、例えば、剛性のモールドそれ自身に対して、又は
圧力室の流体の内部に吊下されたプレート又は圧力室の構造体に設けられたプレ
ートに対して周期的衝撃力を与える「ジャックハンマー」又は「リベットガン」
を含むことができる。圧力室内の圧力に周期的振動又は圧力波効果を生じさせる
ためのその他の手段もまた考えられる。
【００４５】 本装置は、損傷領域に対して均衡した圧力を与えることができるように、二つ
の前記圧力室を含んでいても良い。従って、配置手段が、損傷領域の両側に圧力
室をそれぞれ配置するかも知れない。
【００４６】 本装置は航空機の上にてその場で使用することが可能であり、修理すべきコン
ポーネントを航空機から取り外す必要がない。従って、この目的のために配置手
段が選定される。例えば、損傷領域の上に圧力室を配置するために真空パッドを
使用することができる。さらに、装置を所定の位置に保持し、パッチを圧縮し、
さらに修理物からの空気の除去を支援するために、パッチそれ自身に真空が用い
られるかも知れない。
【００４７】 それに代えて、修理される航空機のセクション上に圧力室をラインでくくりつ
けることもできる。さらに、装置を支持するために別個の自立構造を設けること
もできる。
【００４８】 その場で修理することの利点は、航空機から取り外して修理するための除去作
業及びそれによるロスタイムを生じさせることなく、滑走路上で航空機の上で複
合材又は金属コンポーネントを修理することができる点である。
【００４９】 本発明による修理方法は、また、複合材コンポーネント部品の製造にも容易に
適合させることができる。
【００５０】 そこで、本発明の第２の目的は、複合材コンポーネントを接合するための改良
された方法及び装置を提供することにある。
【００５１】 これを念頭に置いて、本発明のさらに他の特徴によれば、複合材コンポーネン
トを接合する方法であって、２つの別個の複合材コンポーネントを近接した関係
に配置し、これにより、それらの間に接合領域を提供する、工程と、少なくとも
硬化樹脂を含む接合材料を接合領域に付与する工程と、接合領域の上に少なくと
も一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変位可能なアバットメントフ
ェースを含む、工程と、圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これによ
り、圧力室の変位可能なアバットメントフェースで接合領域を圧縮し、その温度
を上昇させて接合領域の硬化を行う、工程と、を備えた方法が提供される。
【００５２】 複合材コンポーネントは、それらの間に接合領域を提供するために近接した関
係で配置された縁部を含んでいても良い。二つの複合材コンポーネントはひとた
び接合されると単一の連続したパネルを形成する。
【００５３】 それに代えて、一方の前記複合材コンポーネントの縁部が、他方のコンポーネ
ント、例えばライトアングルジョイントのフェースに近接して配置されるかも知
れない。この場合、二つの複合材コンポーネントによって定義されるコーナー領
域が接合領域となり得る。他方のコンポーネントのフェースから延びる複合材コ
ンポーネントは、例えば、機体又はコンポーネント部品の内部パネル上の支持リ
ブかも知れない。
【００５４】 接合材料は、硬化されていないラミネート又はプレプレッグかも知れないし、
接合領域にわたる位置に溶融され又は硬化されることもできる。しかしながら、
その他の接合材料を使用することもできる。例えば、熱可塑性シートが、圧力に
よって押圧され、熱によって接合領域の位置に溶融される。それに代えて、樹脂
トランスファーモールドアプローチを使用して、真空下で接合領域に樹脂が引き
出されてコンポーネントの浸潤及び接合が行われるようにすることもできる。さ
らにまた、樹脂インジェクションモールディングアプローチを使用することもで
きる。この場合、負荷を保持するために乾燥ファイバが使用され、圧力により樹
脂が接合領域に供給される。
【００５５】 圧力室の残りの部分に浮動の関係で支持された剛性モールドフェースによって
、圧力室の変位可能なアバットメントフェースを提供することもできる。例えば
、弾性的に変形可能なフランジが剛性のモールドフェースを圧力室の残りの部分
に相互接続するかも知れない。剛性のモールドフェースが、複合材レイアップの
表面に適合した正確なプロファイルを提供するかも知れない。
【００５６】 モールドフェースは、接合領域の表面を形成するために機能する表面を持って
いる。例えば、複合材コンポーネントを接合して連続的なパネルを形成する場合
、モールドフェースは、接合領域が、各複合材コンポーネント部品の表面の残り
の部分と同じ空気力学的平滑さを持つことを確実にするかも知れない。
【００５７】 しかしながら、接合領域に圧力を与えるための弾性的に変形可能な膜を圧力室
が持つことも可能である。接合領域に対して精密な形状及び高度の平滑さが要求
される場合には、コールプレート又は別個に配置されて正確に整合されたモール
ドを膜と接合領域との間に使用することも可能である。
【００５８】 連続的なパネルを製造するための複合材コンポーネントの縁部を硬化しないま
まにしておくか、或いは部分的にのみ硬化することによって、二次接着の問題を
解消することができる。これは、複合材コンポーネントを製造するためにオート
クレーブを使用する場合には容易には行えない。なぜなら、硬化率及び硬化温度
をコンポーネント全体にわたって制御することが容易ではないからである。
【００５９】 「共硬化」接着を実施するためにオートクレーブを使用する場合には、ジグ及
び／又は他の固定具を用いて部品を正確な位置に配置しなければならない。この
ジグは、オートクレーブの内部へ移動できるように、部品と共に輸送可能でなけ
ればならない。これは、ジグで保持された部品の事後的な不整合及び歪みが発生
する可能性があることを意味する。比較すると、本発明においては、ジグを移動
させる必要がないので、ジグ及び／又は固定具を、コンクリートの床のような頑
丈な表面に永久的に固定することができる。従って、部品は、ジグの事後的な移
動の必要無しに、正確に整合させることができる。これにより、製造公差をより
小さくすることができる。
【００６０】 参考としてその詳細がここに組み込まれている本出願人のオーストラリア特許
第６９７６７８号には、コンポーネントの硬化率の変化を許容する複合材コンポ
ーネントの製造方法が記載されている。これは、記載された方法において、コン
ポーネントを硬化するために使用される流体の温度及び循環流を制御することに
よって達成することができる。従って、未硬化状態にしておくか又は部分的にの
み硬化することが許される縁部を除いて、コンポーネントを完全に硬化すること
ができる。このようにして製造された複合材コンポーネントが本発明によって接
合される場合、結果として得られた接合領域は二次接着ではない。これは、接合
材料が完全な機械的及び化学的接着を生じ、接合される各コンポーネントの縁部
が同時に完全に硬化されるからである。
【００６１】 第２圧力室によって接合領域の反対側に均衡用の圧力を与えることができる。
第２圧力室は、接合領域に係合するための弾性的に変形可能な膜の形体のアバッ
トメントフェースを含んでいるかも知れない。
【００６２】 接合領域の両側に圧力室を設けて、対向する均衡した力をそこに与えることに
よって、接合領域の歪みを抑制することができる。
【００６３】 圧力室又は各圧力室が接合領域に配置されると、上述した修理方法及び装置に
おける様式と同じ様式にて、圧力室を通して流体が昇温昇圧下で循環され得る。
また同様に、圧力を周期的に変化させて、アバットメントフェース及びひいては
接合領域に対して、振動圧力波を提供することもできる。
【００６４】 また、製造される部品の差異化された加熱又は冷却を達成することもできる。
これは、例えば、アバットメントフェースに近接して又は一体に配置された別個
の流体バッグ、袋又は管によって提供された補助の流体室を用いて達成すること
ができる。流体は、補助の流体室を介して異なる温度で圧力室に循環されるかも
知れない。従って、補助の流体室に近接した部品の領域は、部品の残りの部分と
比較して異なる率で硬化され得る。これは、部品の縁部を未硬化状態にしておく
か又は部分的に硬化するために使用されるかも知れない。それはまた、部品の本
体内の特定の領域を部分的に硬化して、引き続いて該領域にコンポーネントを接
着することを可能とする。
【００６５】 上述した方法はまた、別個の金属コンポーネントを一体に接着するために適用
することもできる。
【００６６】 そこで、本発明の更なる特徴によれば、金属コンポーネントを接着する方法で
あって、 ２つの別個の金属コンポーネントを近接した関係に配置し、これにより、それ
らの間に接着領域を提供する、工程と、 少なくとも一つの金属セクション及び接着剤を含む接着材料を接合領域に付与
する工程と、 接着領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変
位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、 圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、圧力室の変位可能
なアバットメントフェースで接着領域を圧縮し、その温度を上昇させて接着領域
の接着を行う、工程と、を備えた方法が提供される。
【００６７】 二つの金属コンポーネントが単一の連続したパネルに接着される場合、金属セ
クションは細長の金属ストリップセクションかも知れない。しかしながら、一つ
の金属コンポーネントの縁部が他のコンポーネントのフェースに角度を持って接
着される場合、二つの金属アングルセクションが提供され、一つは二つのコンポ
ーネントの間に定義された各コーナーに配置される。
【００６８】 そこで、本発明の他の特徴によれば、変位可能なアバットメントフェースを持
つ少なくとも一つの圧力室と、 二つの別個のコンポーネントを近接した関係に配置することにより提供された
接合領域の上に圧力室を配置するための配置手段と、 接合領域を圧縮してその硬化又は接着を行うために、少なくとも一つの圧力室
を通して昇温昇圧下で流体を循環させるための流体循環手段と、を備えた装置が
提供される。
【００６９】 本装置は、さらに、追加の圧力室、及び、他方の圧力室に対して均衡する圧力
を提供するために、追加の圧力室を接合領域の反対側に配置する配置手段を含ん
でもよい。
【００７０】 一方の圧力室のアバットメントフェースは浮動で剛性のモールドフェースの形
体でも良く、他方の圧力室のアバットメントフェースは弾性的に変形可能であっ
ても良い。
【００７１】 流体循環手段は、上述した修理装置のものと同じであっても良い。さらに、修
理装置のように、圧力を周期的に変動させるために又は圧力室内に圧力波効果を
生成するために、振動又は衝撃手段が含まれていても良い。
【００７２】 圧力室は、その一側にアバットメントフェースが設けられた細長の直線ハウジ
ングを含むことができる。そのような圧力室は、近接したコンポーネントの間の
直線接合領域のために使用される。
【００７３】 それに代えて圧力室は、その内周縁又は外周縁に設けられたアバットメントフ
ェースを持つ環状ハウジングを有することができる。そのような圧力室は、航空
機のための胴体セクション、或いはボート、潜水艦、又は他の大型構造物のハル
セクションを接合するために使用され得る。
【００７４】 本発明による接合方法及び装置は、多くの別個の複合材又は金属パネルで形成
された航空機の胴体全体のセクションを互いに接合するために使用することがで
きる。この提案された発明は、もちろん、一体物に製造することが容易ではない
複合材又は金属コンポーネントから他の大型構造物を製造するために使用するこ
ともできる。
【００７５】 本発明は、また、「トップハット」及び「Ｔ型」セクションのような金属セク
ションを金属パネル及び当業者に良く知られたセクションに接着するために適用
することもできる。トップハットセクションは、機体の金属パネルを支持及び補
強するために使用され、通常はリベットを用いて金属パネルに固定される。固定
に先立ってパネル及びトップハットセクションを保持するために精巧なジグが必
要とされる。それに代えて、オートクレーブ内で接着剤を用いてトップハットセ
クションを金属パネルに接着することができる。しかしながら、トップハットセ
クションは、オートクレーブ内でそれらに加えられる高い圧力に起因して、いく
らか「平坦化する」傾向があることが見出されている。
【００７６】 そこで、本発明の他の目的は、トップハット及び他のセクションを金属パネル
に接着するための改良された方法及び装置を提供することにある。
【００７７】 これを念頭において、本発明の更なる特徴によれば、セクションを金属パネル
に接着する方法であって、セクションは中央部及び両側フランジ部を持ち、前記
方法は、金属パネルとフランジ部との間に接着剤を付与し、セクションをそのフ
ランジ部が金属パネルのすぐ近くになるように金属パネルに近接配置する工程と
、フランジ部のそれぞれの上に各圧力室を配置する工程であって、各圧力室は変
位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、 各圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、それぞれの圧力
室の変位可能なアバットメントフェースでフランジ部を圧縮すると共にその温度
を上昇させてフランジ部の金属パネルへの接着を行う、工程と、を備えた方法が
提供される。
【００７８】 各圧力室内の温度及び圧力は同じであっても良い。これは、セクションに歪み
が発生する可能性を低減する。既に述べたように、圧力室によって圧力変動を与
えることもできる。
【００７９】 金属パネルの反対側は支持ジグで支えられているかも知れない。それに代えて
、金属パネルの反対側は、オーストラリア特許第６９７６７８号に示されたもの
と同様の浮動モールドで支持されているかも知れない。
【００８０】 圧力を均衡させる対向圧力がジグ又は浮動モールドによってフランジ部に与え
られるかも知れない。より詳細には、フランジ部に圧力を与えるものと同様の他
の一対の圧力室によって、均衡させる圧力を与えることができる。さらにまた、
対向する圧力室は、中間のジグ又は浮動モールドを必要とせずに、金属の反対側
に圧力を直接与えることもできる。
【００８１】 セクションは、中央チャネル部を持つトップハットセクション又は当業者に良
く知られた他のセクションかも知れない。それに代えて、セクションは、中央ウ
ェブ部を持つ「Ｔ型」セクションかも知れない。
【００８２】 従って、本発明の更に他の特徴によれば、セクションを金属パネルに接着する
ための装置であって、セクションは中央チャネル部及び両側フランジ部を持ち、
前記装置は、 互いに離間して平行な関係で配置された一対の細長の圧力室であって、各圧力
室は変位可能なアバットメントフェースを持つ、一対の細長の圧力室を含み、 セクションの中央チャネル部は、セクションのフランジ部の上に各圧力室のア
バットメントフェースをそれぞれ配置可能なようにして、圧力室同士の間に配置
可能であり、フランジ部を金属パネルに圧縮して接着するために各圧力室を通し
て昇圧昇温下で流体を循環させるための流体循環手段を含む、装置が提供される
。
【００８３】 本装置は、セクションの中央部をその中に収容する寸法の中央チャネルを持つ
剛性の細長ハウジング、及び二つの圧力室の壁を提供する対向する側部チャネル
で形成することもできる。各圧力室のアバットメントフェースを、弾性的に変形
可能な膜によって提供することもできる。
【００８４】 流体循環手段を両圧力室に同時に連通させて、各圧力室内の流体の温度及び圧
力を同一にすることができる。
【００８５】 金属パネル及び協働するセクションの意図された形状に従って、ハウジングは
平坦かも知れないし、湾曲しているかも知れない。
【００８６】 本発明による一対の対向する装置を提供して、接着プロセスの際に、二つの装
置の間に金属パネル及びセクションを配置可能とすることもできる。二つの装置
は協働する湾曲を持っていても良く、これにより、それらの間に湾曲した態様で
パネルを保持して金属パネルの最終プロファイルに適合させることもできる。従
って、装置はパネルのためのジグとして機能する。
【００８７】 本発明はまた、ハニカム金属パネル又は接着された金属層で形成された金属パ
ネルのような金属複合材の製造にも適用することができる。
【００８８】 そこで、本発明の更なる特徴によれば、金属複合材コンポーネントを製造する
方法であって、 金属複合材料をその間にある接着剤と共に、対向する圧力室の間に配置する工
程であって、各圧力室は変位可能なアバットメントフェースを持つ、工程と、 各圧力室を通して昇温症圧下で流体を循環させ、これにより、対向するアバッ
トメントフェースの間の前記金属複合材料を曲げ、成形し、及び圧縮すると共に
、前記金属複合材料の温度を上げて前記金属への前記接着剤の接着を行う、工程
と、を備えた方法が提供される。
【００８９】 各アバットメントフェースと複合材料との間に空気ブリーザークロスを配置し
てそれらの間の空気の排除を促進することもできる。
【００９０】 一つのアバットメントフェースは、平坦な、或いは輪郭付けられた表面に湾曲
が付与された浮動の圧力プレートの形体とすることができる。それに代えて、浮
動モールドによってアバットメントフェースを提供することができる。弾性的に
変形可能な膜によって反対側のアバットメントフェースを提供することができる
。
【００９１】 本方法は、さらに、所望のプロファイル形状への金属複合材の成形／曲げを助
けるために、各圧力室内に周期的な圧力変動を与える工程をさらに有することが
できる。
【００９２】 金属複合材は、例えば、その対向する面に金属スキンが設けられた中央金属ハ
ニカムコアを含んでいても良い。各金属スキンと中央ハニカムコアとの間に接着
剤を設けることができる。各金属スキンは、過剰の接着剤及び空気を複合材から
逃すことができるように、複数のブリーダー孔を含んでいても良い。
【００９３】 それに代えて、金属複合材は、接着剤シートが間に設けられた複数の金属シー
ト層を含んでいても良く、本方法は、金属シートを所望のプロファイルに接着し
成形する。金属シートは、空気及び接着剤を逃すために複数の孔を含んでいるか
も知れない。積層された材料の圧密を真空が助けるかも知れないが、これはプロ
セスを実行する上で必要ではない。
【００９４】 本発明の好ましい実施形態を示した添付図面を参照して本発明をさらに説明す
ることが便利である。他の実施形態も可能であり、従って添付図面の詳細事項は
本発明についての先行する記述の一般事項に取って代わるものと理解すべきでは
ない。
【００９５】
【発明の実施の形態】
複合材コンポーネント修理システム、複合材コンポーネント接合システム、金
属コンポーネント接合システム、及び金属複合材パネル製造システムは、いずれ
も、同様の共通特徴を用いている。そこで、以下の記述は、特に断らない限り、
これらのシステムのすべてに関連する。また、本発明の各種の実施形態における
対応する特徴は、明瞭化するために概ね同一の参照番号を付している点にも留意
されたい。
【００９６】 まず初めに図１を参照する。そこには、修理すべき損傷領域２を持つ複合材コ
ンポーネント１の部分断面図が示されている。第１圧力室３が損傷領域２の一方
の側に設けられ、第２圧力室４が、損傷領域２に近接する複合材部品１の他方の
側に配置されている。
【００９７】 本発明が二つの複合材又は金属コンポーネント１を接合するために使用される
場合、接合領域は第１及び第２圧力室３，４の間に配置されるであろう点に留意
されたい。従って、これに関する記述及び本発明の以下の例の実施形態はまた、
当該接合方法にも適用することができる。第１圧力室３は、弾性的に変形可能な
膜５の形体の、変位可能なアバットメントフェース５を含んでいる。この膜は、
シリコーン又は他の高温プラスチック又は材料のようなラバーで形成することが
できる。第２圧力室４は、同様に、弾性的に形成可能な膜の形体の、変位可能な
アバットメントフェース６を含んでいる。硬化樹脂で含浸された複数層の積層材
料で形成された複合材レイアップ７が、複合材コンポーネント１の一方の側に配
置され、損傷領域２（又は接合領域）を架橋している。この複合材層７は、修理
のための「パッチ」として機能する。複合材部品のスキン１０にギャップ９の形
体で与えられた損傷は、パッチとして与えられた複合材レイアップ７と反対側に
ある。修理プロセスに先立って、ギャップ９の上には修理複合材レイアップ８が
配置されている。このさらなる複合材レイアップ８もまた、硬化樹脂で含浸され
ている。複合材コンポーネント１は、ハニカム材料１２のコアが間に設けられた
二つの外側スキン１０，１１のサンドイッチの形体である点に留意されたい。修
理複合材レイアップ８は、ギャップ８を被覆すると共に複合材コンポーネント１
のコア１２内に設けられたいかなるキャビティをも充填するのに十分な材料を含
んでいる。
【００９８】 本発明による方法の実施の際に、各圧力室３，４のアバットメントフェース５
，６は損傷領域２の両側のそれぞれに対して押し付けられる。そして、昇温昇圧
下の流体が各圧力室３，４を通して循環され、これにより、各複合材レイアップ
７，８が加圧され、各レイアップ内の樹脂の硬化が達成される。ピール層及びブ
リーザークロス（図示せず）をレイアップ７，８の間に配置して、各圧力室のア
バットメントフェース６，５のレイアップ７，８からの分離を支援したり、過度
の硬化樹脂をそこから除去できるようにすることも可能である。
【００９９】 図２は、図１と同様な構成を示しているが、第１圧力室３のアバットメントフ
ェース５と修理複合材レイアップ８との間にコールプレート又は精密モールドが
設けられている点で異なる。コールプレート１５は、修理時に複合材コンポーネ
ント１の所望の形体に予備成形することができる比較的軟らかい金属で形成する
ことができる。コールプレート１５は、修理時に、修理された複合材コンポーネ
ント１の表面が所望の形を持つことを確実にする。これは、修理時に、コンポー
ネント表面１０が滑らかであることが要求される場合、例えば航空機又はボート
での適用において重要であり、そして圧力室は、硬いモールドに対して部品を所
望の形に圧縮する際に最も効果的に機能する。モールドは圧力室に対して分離さ
れ又は分離可能であるので、部品を硬化するために圧力室により熱及び圧力が加
えられる前に、まず最初にモールドを正確且つ堅固にフレームワークに配置して
、部品を正確な整合にて保持することができる。このようにして、モールド、部
品、ひいては硬化されたコンポーネントの最も正確な整合が可能となる。
【０１００】 図３は、本発明の他の可能な実施形態を示しており、これもまた図１及び図２
に示した構成に似ている。主な違いは、第１圧力室３が、弾性的に変形可能なフ
ランジ１８によって第１圧力室３の残りの部分に接合された浮動モールドフェー
ス１７の形体のアバットメントフェース１５を持っている点である。浮動モール
ドフェース１７は、比較的硬く、修理複合材コンポーネント１が所要のプロファ
イル及び滑らかさを持っていることを確保することによって、図２のコール／モ
ールドプレート１５と同じように機能する。
【０１０１】 前記構成のすべてにおいて、修理（又は接合）工程の際に第１及び第２圧力室
３，４の両方の内部の流体に、周期的に変動する圧力波が与えられ、複合材レイ
アップ７，８からのエアーの除去が促進される。さらに、二つの圧力室を使用す
ることにより、複合材コンポーネント１にバランスよく力を加えることができる
。
【０１０２】 図４は、第１圧力室３の流体循環システム２０の各種コンポーネントを示して
いる。図４には示されていないが、流体循環システム２０はまた、第２圧力室４
に接続されていることにも留意されたい。
【０１０３】 このシステム２０は、温度の異なる流体を収容した三つの流体リザーバ２１，
２２，２３を含んでいる。そのため、最も高い温度の流体は第１流体リザーバ２
１に保持され、中間の温度の流体は第２流体リザーバ２２に保持され、冷たい流
体２３は第３流体リザーバに収容されている。流体リザーバ２１，２２，２３の
それぞれは、圧縮空気源２４からの圧縮空気によって加圧されている。圧縮空気
は、圧縮空気ライン２５を介して、第１及び第２流体リザーバ２１，２２の上部
容量を相互接続する導管２６に送られる。同様の導管２７が第２及び第３流体リ
ザーバ２２，２３を相互接続している。従って、同じ空気圧が流体リザーバのそ
れぞれの流体に加えられる。流体供給ライン２８は圧力室３に流体を供給し、流
体戻りライン２９は流体を圧力室３から流体リザーバに還流する。流体ポンプ３
０が圧力室３の真空側に設けられている。
【０１０４】 バイブレーター３１が圧力室３に取り付けられている。このバイブレーター３
１は、圧力室３内に周期的に変動する圧力波を含み、これにより、複合材レイア
ップ７，８が振動環境におかれる。これは、複合材レイアップ７，８の積層され
た層の間からの気泡の除去を促進するように機能する。これはまた、頂部及び底
部からの振動力のバランスをとることによって、或いは頂部及び底部の振動がま
さに同時に同じ振動数及び同じ振幅で発生するようにバランスが取られた振動数
を用いることによって、促進することができる。もしこの手法に従わない場合に
は、たった一つの振動源のみが供用され、これは、創造され又は形成されるべき
精密な表面とは反対の可撓膜側から発せられる。
【０１０５】 図５は、航空機のための胴体セクション同士を接合するのに適した本発明を示
している。これらの胴体セクション５０は、それら自身、本発明による方法によ
って接合された、より小さな一連の複合材パネルで形成することができる。それ
ぞれが円形断面を持つ二つの胴体セクション５０がジグ上に支持され、一緒にさ
れてそれらの間に接合領域が提供される。第１圧力室３は分割された環状リング
の形体であり、第１圧力室３のアバットメントフェース５がその内周に配置され
ている。圧力室はまた、支持フレームワークに別個に配置されうる別個のバッグ
又は膨張可能な袋で構成することもできる。第１圧力室３は、胴体セクション５
０を全体的に取り囲んでいる。第２圧力室４は、胴体セクション５０の内部に置
かれている。この第２圧力室４はまた、アバットメントフェース６がその外周に
配置された環状リングの形体である。それ以外は、この胴体接合構成は、前述の
修理及び接合方法と同様に機能する。
【０１０６】 図６ａ及び図６ｂは、本発明による航空機翼５２の製造シーケンスを示してい
る。翼５２は、まず最初に頂部翼スキン５４を、頂部翼スキン５４のプロファイ
ルを規定するモールド（図示せず）内に置く。飛行中に翼５２の頂部に加えられ
る負荷が大きいので、翼５２の頂部翼スキン部分は最初に製造される。翼スパー
５５，５６は、本発明による方法で製造された接合部を用いて頂部翼スキン５４
に接合される。この方法については、以下で、より詳細に説明する。底部翼スキ
ン５３は、好ましくはモールド内に保持されながら、翼５２の残りの部分の上に
置かれ、本発明により製造された更なる接合部６２によって翼スパー５５，５６
に接合される。そして、接合部６２を製造するための接合材料６４は、底部翼ス
キン５３が頂部に置かれる前に、各翼スパー５５，５６の頂部の両側に最初に固
定される。本発明による圧力室を提供するために、袋６６，６８が翼５２内の中
空部に配置される。翼スキン５２，５３への翼スパー５５，５６の接合部６０，
６２の接着を完了するために、加熱され、加圧された流体が袋６６，６８を介し
て循環される。これは、加圧を伴うかも知れないし、同時に、モールドへの歪み
力を最小にするために頂部及び底部のモールド内の流体の圧力を伴うかも知れな
い。袋６６，６８は、接合部が形成された後にアクセスホールを介して翼５２か
ら除去することができる。
【０１０７】 袋６６，６８は、図６ｂに示された翼スパー５５，５６間の翼５２内の全容積
を充填することができる。しかしながら、より小さな袋／管又は他の流体室を容
積内にジグで支持して使用することも考えられる。ジグは、接合されるべき領域
に近接させて流体室を保持する。例えば、細長の流体室を、各接合部６０，６２
に近接して翼スパーの容積内に配置されたジグによって配置することができる。
そのような構成を用いることによって、使用後に翼５２から流体室を容易に除去
することができる。翼スキン５２，５３及び翼スパー５５，５６は複合材料で形
成することができる。図７は、図６ａ及び図６ｂに示されたタイプの横方向ジョ
イントにて複合材コンポーネントを接合するための方法及び装置を示している。
この接合方法はまた、産業全般に適用されるので、そのような一般的な適用につ
いて説明する。
【０１０８】 図７は、ジグ７２上に支持された複合材パネル７０を示している。これに代え
て、オーストラリア特許第６９７６７８号に記載されたタイプの浮動モールド上
に複合材パネル７０を支持することもできる。複合材パネル７０，７４の間に規
定されたコーナーのそれぞれに複合材ジョイントを付与することによって、第２
複合材コンポーネント７４を第１複合材コンポーネントに接合することができる
。
【０１０９】 本発明による装置７５は、ジョイントの長さに沿って延びる細長のハウジング
７６を含み、ハウジング７６は弾性的に変形可能な膜７８を支持し、これにより
、その中に圧力室８０が形成される。同様の圧力室８０がパネル７４の反対側に
設けられ、ジョイントを硬化する際にパネル７４へ加えられる圧力がバランスす
る。これにより、パネル７４に圧力が加えられている際にパネル７４が動くこと
がない。しかしながら、圧力室８０の一方は、他方の圧力室８０と反対側のパネ
ル７４の一側に配置されたジグによって置き換えることができる点に留意された
い。複合材ジョイント９０は、横方向パネル７４を定位置に保持するためにコー
ナーに樹脂の隅肉８２を最初に付与することで準備される。この樹脂隅肉８２は
、また、樹脂浸潤クロス又はプレプレッグクロス８４の層を置くことができる湾
曲部を提供する。この湾曲部は、最終的な複合材ジョイントに皺が形成される可
能性を最小にする。樹脂で浸潤されたプレプレッグクロス又は乾燥ファブリック
シート８４の上に、ピール層又はリリースクロス８６が設けられる。最後に、リ
リースクロスの上にブリーザークロス８８が設けられる。ピール層８６及びブリ
ーザークロス８８の目的についてはすでに説明したのでここでは繰り返さない。
ひとたび圧力室８０が各種層の上に配置されると、高温高圧の流体が圧力室８０
を介して流れ、これにより、ジョイント材料が加熱され押圧される。さらに、各
圧力室内で圧力を周期的に変動させる。同じ流体源から両方の圧力室８０へ供給
することによって、横方向パネル７４全体に圧力をバランスさせ、パネル７４を
変位させる力の発生を防止する。
【０１１０】 このようにして、ジョイント材料を、本発明による装置によって加熱し、硬化
することができる。
【０１１１】 最終的な複合材ジョイント９０が図８に示されており、この図は複合材パネル
７０，７４の間に形成されたコーナーに対してジョイント９０が圧縮されている
様子を示している。応力が小さいジョイント９０の周縁よりも大きな応力を受け
やすいコーナーにて複合材ジョイント９０がより厚くなるようにして、各種のプ
レプレッグ層が置かれる。
【０１１２】 本発明による方法及び装置は、金属コンポーネントを接合するために使用する
こともできる。金属コンポーネントを接合するために使用される装置７５は、図
７に示されたような複合材コンポーネントを接合するために使用される装置と同
一である。そこで、対応する特徴には同一の参照符号が付されている。主な違い
は、二つの金属パネル９２，９４の間の横方向ジョイントを提供するために、異
なる材料が使用される点である。ジョイント材料は金属アングルプレート９６を
含み、アングルプレート９６と金属パネル９２，９４との間には接着剤が設けら
れている。ブリーザークロス８８が金属アングルプレート９６の上に設けられ、
これにより、接着剤中に捕捉されたいかなる気泡の逃がしも可能となる。圧力室
８０は、金属アングルプレート９６をパネル９２，９４に接着するように機能し
、これによりジョイントが完成する。接着剤にてパネル９２，９４に接着された
金属アングルプレート９６を持つ最終的なジョイントが図１０に示されている。
アングルプレート９６を接着するこの方法は、接着剤を硬化するためにアッセン
ブリー全体をオートクレーブ内に入れる従来の方法に比べて、よりエネルギー効
率が高く、より時間の無駄が少ない。また、アッセンブリー全体を加熱し、その
後に冷却する必要がある場合には、ジョイント又は金属コンポーネントが歪んで
しまう可能性がある。
【０１１３】 図９に示したような金属コンポーネント間のジョイントを形成する方法はまた
、図１１に示したようなクローズアウト構成を接着するために使用することもで
きる。そのような構成はハニカム又は他の複合材パネルから形成され、パネル９
８の周縁が絞られて薄いセクション１００が周囲に形成されている。金属アング
ルプレート９６は、パネルの周縁１００の間の接合領域に付与され得る。図１０
に示したような複合材ジョイントはパネルの接合にも使用できる点に留意された
い。
【０１１４】 航空機産業で使用されている他の製造形態は、トップハット及び「Ｔ型」又は
他のセクションで補強された金属パネルである。これらのセクションは現在、一
般的に、金属パネルにリベットで留められている。この製造プロセスは、孔を穿
ってリベットを装着する際にパネル及びセクションを所定の位置に保持するため
の複雑なジグを必要とする。これは、非常に時間を無駄にするプロセスになりう
る。しかしながら、本発明は、そのようなトップハットセクションを金属パネル
に迅速に固定することを可能とする。図１２は、左から右に向かって、トップハ
ットセクション１０２を金属パネル１０４に固定するための各種工程を示してい
る。金属パネル１０４は、オーストラリア特許第６９７６７８号に示されたタイ
プのジグ１０６又は浮動モールドで支持することができる。
【０１１５】 トップハットセクション１０２は、中央チャネル部１０６及び両側の周囲フラ
ンジ部１０８を含んでいる。本発明による装置１０９は、中央チャネル部１１２
を持つ細長のハウジング１１０及び両側の側部チャネル１１５を含んでいる。中
央チャネル部１１２は、トップハットセクション１０６の中央チャネル部１０７
を収容するのに十分な寸法を有している。各側部チャネル１１５は、弾性的に変
形可能な膜１１７を支持する。そのため、圧力室１１８が、側部チャネル１１５
のそれぞれの中に設けられている。
【０１１６】 図１２の最も左側に示されているように、金属パネル１１４とトップハットセ
クション１０２のフランジ部１０８との間に接着剤１１９が置かれる。トップハ
ットセクション１０２は、各フランジ部１０８の上に二つの圧力室１１８のそれ
ぞれを適用させて金属パネル１０４に対して置かれる。加圧下で加熱流体を循環
させることにより接着剤１１９が硬化され、これにより、トップハットセクショ
ン１０２を金属パネル１０４に接着することができる。トップハットセクション
１０２の中央チャネル部１０７には圧力が加えられていないので、硬化プロセス
中にトップハットセクション１０２が歪むことがない。
【０１１７】 図１２の最も右側に、最終的に固定されたトップハットセクション１０２が示
されている。
【０１１８】 図１３は、図１２に示された方法の変形例を示しており、当該装置１０９がジ
グ１０６の両側に設けられており、これにより、圧力室１１８によってトップハ
ットセクション１０２のフランジ部に加えられる圧力のバランスがとられる。
【０１１９】 図１４は、図１３の方法のさらなる変形例であり、ジグ１０６が除去されてい
る。これは、両側の圧力室１１８が金属パネル１０６に対して均衡した力を与え
るので、金属パネルを支持するためのジグが不要となったためである。さらに、
例えば航空機の胴体の部品を形成するときに、装置１０９のハウジングをトップ
ハットセクションの一般的な湾曲及びプロファイルに従って湾曲させて、金属パ
ネル１０６をトップハットセクションに形成することもできる。
【０１２０】 両側の湾曲したハウジング１１０は金属パネルの両側に設けることができ、こ
れにより、金属パネルを所定の位置に保持することでジグのように機能すると共
に、トップハットセクション１０２のそこへの固定を可能として、トップハット
セクションに金属パネルを形成する。図１５に模式的に示された構成は、トップ
ハットセクション１０２をそこに固定する際に金属パネル１０４を所要の湾曲形
状に維持するための複雑なジグを必要としない。
【０１２１】 本発明を金属複合材パネルを製造するために使用することもできる。図１６に
示したように、製造すべきパネルの各種コンポーネントが、本発明による二つの
圧力室（図示せず）の間に配置されている。一方の圧力室は浮動圧力プレート１
２０を含んでおり、他方の圧力室は可撓袋１２２を含んでいる。製造すべきパネ
ルのコンポーネントは、二つの金属スキン１２６の間に配置された中央ハニカム
パネルコア１２４を含んでいる。完成したパネル１２１が図１７に示されている
。接着剤が金属スキン１２６の上に噴霧され又はローラーで塗布され、本発明に
よる方法は、金属スキンをハニカムコア１２４に接着するように機能する。さら
にまた、可撓袋と一方の金属スキン１２６との間に、そこから空気を逃がすため
に、ブリーザークロス１２７が設けられている。さらに、本発明による方法は、
金属パネル１２１を所要の形状に形成するように機能することもできる。例えば
、図１７に示されたパネル１２１はコンプレックスカーブに形成されたものであ
る。これは、形成プロセスに際に圧力室内の圧力を周期的に変動させることによ
って支援される。金属スキン１２６には、形成プロセスの際にパネル１２１のコ
アの内部から空気を逃すための複数の孔が設けられている。本発明による方法は
、金属スキン１２６の両周縁を一緒に圧縮して接着することもできる。
【０１２２】 同様の手法を、接着層１３４が間に配置された複数層の有孔金属シート１３２
から形成された複合材パネル１３０を製造するために使用することができる。図
２０に示されているように、金属パネルに複数の孔１３３を穿設しても良い。金
属パネルの圧縮及び形成の際に空気を確実に逃すために、接着剤層はそこから空
気を逃すための通路１３６を含み、室温にて堅い又は弾性の構造であっても良い
。圧縮及び形成がひとたび完了すると、部品が加熱されて接着剤が溶け、スキン
同士が接着されてパネルが形成される。また、ケブラーのような補強材料を接着
剤層１３４内に入れることもできる。
【０１２３】 本発明による方法及び装置は、アルミニウムシートのような金属の超塑性変形
のような他の製造手法のために使用することもできる。約２５０℃の温度で、そ
のような材料は容易に変形する。これは、変形すべきシートを対向する圧力室間
に配置し、上述した温度以上の流体を循環させ、それと共に、循環する流体内に
圧力波効果又は周期的圧力変動を付与することによって達成される。各種の金属
パネル層のために異なるタイプの金属を使用することができ、例えば、腐食及び
浸食に耐えるように外側スキンを薄いチタンとし、軽量化及び製造容易化のため
に内側スキンをリチウムアルミニウムとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、複合材コンポーネントの修理に使用される本発明による方法の第１の
好ましい実施形態を示した模式図である。
【図２】 図２は、複合材コンポーネントの修理に使用される本発明による方法の第２の
好ましい実施形態を示した模式図である。
【図３】 図３は、複合材コンポーネントの修理に使用される本発明による方法の第３の
好ましい実施形態を示した模式図である。
【図４】 図４は、本発明による装置のための流体循環回路を示した模式図である。
【図５】 図５は、本発明の第４の例の実施形態による航空機の胴体セクションを接合す
るための好ましい配置を示した模式図である。
【図６ａ】 図６ａは、本発明による航空機の翼の製造シーケンスを示した模式図である。
【図６ｂ】 図６ｂは、本発明による航空機の翼の製造シーケンスを示した模式図である。
【図７】 図７は、本発明の第５の好ましい実施形態による手法を用いた複合材パネルの
横方向ジョイントを示した断面図である。
【図８】 図８は、図７の横方向ジョイントの完成時を示した断面図である。
【図９】 図９は、本発明の第６の好ましい実施形態による金属パネルの横方向ジョイン
トを示した断面図である。
【図１０】 図１０は、図９の横方向ジョイントの完成時を示した断面図である。
【図１１】 図１１は、図９に示した方法及び装置を用いたクローズアウトのための完成し
た横方向ジョイントを示した断面図である。
【図１２】 図１２は、本発明の第７の好ましい実施形態による、トップハットセクション
の金属パネルへの接着シーケンスを示した模式断面図である。
【図１３】 図１３は、本発明の第８の好ましい実施形態による、トップハットセクション
の金属パネルへの接着シーケンスを示した模式断面図である。
【図１４】 図１４は、本発明の第９の好ましい実施形態による、トップハットセクション
の金属パネルへの接着シーケンスを示した模式断面図である。
【図１５】 図１５は、トップハットセクションを湾曲パネルに接着するために使用される
、図１４に示した装置の模式側面図である。
【図１６】 図１６は、金属ハニカムコアを持つ金属複合材パネルを製造するために使用さ
れる、本発明の第１０の好ましい実施形態の模式断面図である。
【図１７】 図１７は、図１６に示した方法によって製造されたパネルを示した断面図であ
る。
【図１８】 図１８は、複数層の金属シートで形成された金属複合材パネルを製造するため
に使用される、本発明の第１１の好ましい実施形態の模式断面図である。
【図１９】 図１９は、図１８に示した方法によって製造されたパネルを示した断面図であ
る。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１０月３日（２００１．１０．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (48)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 損傷領域を持つ複合材コンポーネントを修理する方法であって、 前記損傷領域の上に複合材レイアップを置く工程と、 前記損傷領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、前記圧
    力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、 前記圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、前記圧力室の
    前記アバットメントフェースと前記複合材との間の前記レイアップを圧縮すると
    共にその温度を上昇させて前記レイアップの硬化を行う工程と、を備えた方法。
  2. 【請求項２】 損傷領域を持つ金属コンポーネントを修理する方法であって、 前記損傷領域の上に接着剤を持つ金属パッチを置く工程と、 前記損傷領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、前記圧
    力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、 前記圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、前記圧力室の
    前記アバットメントフェースと前記金属コンポーネントとの間の前記金属パッチ
    を圧縮して成形すると共にその温度を上昇させて前記金属パッチの圧縮、成形、
    及び接着を行う工程と、を備えた方法。
  3. 【請求項３】 前記圧力室内の圧力を周期的に変動させる工程を含むことを特徴とする請求項
    １又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記変位可能なアバットメントフェースは、弾性的に変形可能なシート材料で
    形成された弾性的に変形可能な膜によって提供される、請求項１又は２に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 前記変位可能なアバットメントフェースと前記複合材レイアップとの間にコー
    ルプレート又は剛性モールドを配置する工程を含む、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記変位可能なアバットメントフェースは、前記圧力室の残りの部分に対して
    浮動の関係で支持された剛性モールドフェースによって提供される、請求項１又
    は２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記損傷領域の反対側にパッチを配置する工程を含む、請求項１又は２に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 前記損傷領域の反対側に変位可能なアバットメントフェースを持つ第２圧力室
    を配置する工程を含む、請求項１又は２に記載の方法。
  9. 【請求項９】 各圧力室内の流体圧力は少なくとも略同じである、請求項１０記載の方法。
  10. 【請求項１０】 コンポーネント上の損傷領域を修理するための装置であって、 変位可能なアバットメントフェースを持つ少なくとも一つの圧力室と、 前記少なくとも一つの圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させるための流
    体循環手段と、 前記圧力室の前記アバットメントフェースを前記損傷領域に近接させて前記損
    傷領域の上に前記少なくとも一つの圧力室を配置するための配置手段と、を備え
    た装置。
  11. 【請求項１１】 前記変位可能なアバットメントフェースは、弾性的に変形可能なシート材料で
    形成された弾性的に変形可能な膜によって提供されている、請求項１０記載の装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記変位可能なアバットメントフェースは、前記圧力室の残りの部分に浮動の
    関係にて支持された剛性のモールドフェースによって提供されている、請求項１
    ０記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記流体循環手段は、流体供給ラインを介して前記圧力室に流体を循環させる
    ための流体ポンプを含む、請求項１０記載の装置。
  14. 【請求項１４】 流体リザーバに連通してその内部の流体を加圧するための圧縮ガス源を含む、
    請求項１３記載の装置。
  15. 【請求項１５】 複数の流体リザーバを含み、各リザーバがそれぞれ異なる温度の流体を収容す
    る、請求項１３又は１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記圧力室内で、圧力又は圧力波効果を周期的に変動させるための振動手段を
    含む、請求項１０記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記振動手段は、前記圧力室に取り付けられたバイブレーターを含む、請求項
    １６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記振動手段は、前記圧力室への流体の流れを周期的に遮断するための遮断弁
    を含む、請求項１６記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記振動手段は、前記圧力室又はその中を循環する流体に周期的な衝撃力を与
    えるための周期的衝撃装置を含む、請求項１６記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記損傷領域の両側に配置することができる変位可能なアバットメントフェー
    スを持つ２つの前記圧力室を含む、請求項１０記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記損傷領域の上に前記圧力室を配置するための配置手段を含む、請求項１０
    記載の装置。
  22. 【請求項２２】 複合材コンポーネントを接合する方法であって、 ２つの別個の複合材コンポーネントを近接した関係に配置し、これにより、そ
    れらの間に接合領域を提供する、工程と、 少なくとも硬化樹脂を含む接合材料を前記接合領域に付与する工程と、 前記接合領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、前記圧
    力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、 前記圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、前記圧力室の
    前記変位可能なアバットメントフェースで前記接合領域を圧縮すると共にその温
    度を上昇させて前記接合領域の硬化を行う、工程と、を備えた方法。
  23. 【請求項２３】 金属コンポーネントを接着する方法であって、 ２つの別個の金属コンポーネントを近接した関係に配置し、これにより、それ
    らの間に接着領域を提供する、工程と、 少なくとも一つの金属セクション及び接着剤を含む接着材料を前記接合領域に
    付与する工程と、 前記接着領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、前記圧
    力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、 前記圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、前記圧力室の
    前記変位可能なアバットメントフェースで前記接着領域を圧縮すると共にその温
    度を上昇させて前記接着領域の接着を行う、工程と、を備えた方法。
  24. 【請求項２４】 前記圧力室内の圧力を周期的に変動させる工程を含む、請求項２２又は２３に
    記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記変位可能なアバットメントフェースは、弾性的に変形可能なシート材料で
    形成された弾性的に変形可能な膜によって提供される、請求項２２又は２３に記
    載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記接合領域又は前記接着領域の反対側に変位可能なアバットメントフェース
    を持つ第２圧力室を配置する工程を含む、請求項２２又は２３に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 各圧力室内の流体圧力は少なくとも略同じである、請求項２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 変位可能なアバットメントフェースを持つ少なくとも一つの圧力室と、 二つの別個のコンポーネントを近接した関係に配置することにより提供された
    接合領域の上に前記圧力室を配置するための配置手段と、 前記接合領域を圧縮してその硬化又は接着を行うために、前記少なくとも一つ
    の圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させるための流体循環手段と、を備え
    た装置。
  29. 【請求項２９】 前記変位可能なアバットメントフェースは、弾性的に変形可能なシート材料で
    形成された弾性的に変形可能な膜によって提供されている、請求項２８記載の装
    置。
  30. 【請求項３０】 前記変位可能なアバットメントフェースは、前記圧力室の残りの部分に浮動の
    関係にて支持された剛性のモールドフェースによって提供されている、請求項２
    ８記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記流体循環手段は、流体供給ラインを介して前記圧力室に流体を循環させる
    ための流体ポンプ、及び循環される流体を収容する少なくとも一つの流体リザー
    バを含む、請求項２８記載の装置。
  32. 【請求項３２】 流体リザーバに連通してその内部の流体を加圧するための圧縮ガス源を含む、
    請求項３１記載の装置。
  33. 【請求項３３】 複数の流体リザーバを含み、各リザーバがそれぞれ異なる温度の流体を収容す
    る、請求項３１又は３２に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 前記圧力室内で、圧力又は圧力波効果を周期的に変動させるための振動手段を
    含む、請求項２８記載の装置。
  35. 【請求項３５】 前記振動手段は、前記圧力室に取り付けられたバイブレーターを含む、請求項
    ３４記載の装置。
  36. 【請求項３６】 前記振動手段は、前記圧力室への流体の流れを周期的に遮断するための遮断弁
    の形体の振動手段を含む、請求項２８記載の装置。
  37. 【請求項３７】 前記振動手段は、前記圧力室又はその中を循環する流体に周期的な衝撃力を与
    えるための周期的衝撃装置を含む、請求項３６記載の装置。
  38. 【請求項３８】 前記接合領域又は前記接着領域の両側に配置可能である変位可能なアバットメ
    ントフェースを持つ二つの前記圧力室を含む、請求項２８記載の装置。
  39. 【請求項３９】 前記圧力室を前記接合領域又は前記接着領域の上に配置するための配置手段を
    含む、請求項２８記載の装置。
  40. 【請求項４０】 前記アバットメントフェースに近接して又は一体に配置された少なくとも一つ
    の補助の流体室を含み、流体は、差異化された加熱／冷却のために、前記補助の
    流体室を介して異なる温度にて前記圧力室内の流体に循環される、請求項２８記
    載の装置。
  41. 【請求項４１】 セクションを金属パネルに接着する方法であって、前記セクションは中央部及
    び両側フランジ部を持ち、前記方法は、前記金属パネルと前記フランジ部との間
    に接着剤を付与し、前記セクションをそのフランジ部が前記金属パネルのすぐ近
    くになるように前記金属パネルに近接配置する工程と、前記フランジ部のそれぞ
    れの上に各圧力室を配置する工程であって、各圧力室は変位可能なアバットメン
    トフェースを含む、工程と、 各圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、それぞれの前記
    圧力室の前記変位可能なアバットメントフェースで前記フランジ部を圧縮すると
    共にその温度を上昇させて前記フランジ部の前記金属パネルへの接着を行う、工
    程と、を備えた方法。
  42. 【請求項４２】 前記セクションはトップハットセクションである、請求項４０記載の方法。
  43. 【請求項４３】 前記セクションはＴ型セクションである、請求項４０記載の方法。
  44. 【請求項４４】 セクションを金属パネルに接着するための装置であって、前記ｔ型セクション
    は中央チャネル部及び両側フランジ部を持ち、前記装置は、 互いに離間して平行な関係で配置された一対の細長の圧力室であって、各圧力
    室は変位可能なアバットメントフェースを持つ、一対の細長の圧力室を含み、 前記トップハットセクションの前記中央チャネル部は、前記トップハットセク
    ションの前記フランジ部の上に各圧力室の前記アバットメントフェースをそれぞ
    れ配置可能なようにして前記圧力室同士の間に配置可能であり、前記フランジ部
    を前記金属パネルに圧縮して接着するために各圧力室を通して昇圧昇温下で流体
    を循環させるための流体循環手段を含む、装置。
  45. 【請求項４５】 金属複合材コンポーネントを製造する方法であって、 金属複合材料をその間にある接着剤と共に、対向する圧力室の間に配置する工
    程であって、各圧力室は変位可能なアバットメントフェースを持つ、工程と、 各圧力室を通して昇温症圧下で流体を循環させ、これにより、対向するアバッ
    トメントフェースの間の前記金属複合材料を曲げ、成形し、及び圧縮すると共に
    、前記金属複合材料の温度を上げて前記金属への前記接着剤の接着を行う、工程
    と、を備えた方法。
  46. 【請求項４６】 前記圧力室内の圧力を周期的に変化させる工程を含む、請求項４５記載の方法
    。
  47. 【請求項４７】 前記コンポーネントは二つの金属スキンの間に配置された中央ハニカムパネル
    コアを含む、請求項４５又は４６に記載の方法。
  48. 【請求項４８】 接着層が間に設けられた複数の有孔金属シートを特徴とする請求項４５又は４
    ６に記載の方法。
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