JP2008500233A - 窓枠の製造方法 - Google Patents

Abstract

航空機の外装シェルに据え付けられる窓枠、すなわち、１つ以上の外側フランジと、１つの内側フランジと、これら２つのフランジに対して直角をなしてこれら２つのフランジの間に配置された１つの垂直フランジと、を備えた窓枠の製造方法において、先ず、複数の、個々のサブストラクチャからなる半完成部材を作成する。次に、これを成形型に挿入して、その内部に圧力及び温度下で樹脂を注入する。このように連続的に作成した構成材は成形型内で硬化する。半完成部材は層構造をもち、それはウェブ材料、繊維束、あるいは繊維束とウェブ材料との組み合わせを含む。
【選択図】 図１

Description

本出願については、２００４年８月９日に提出された米国特許仮出願第６０／６００，１０３号の出願日の利益を請求するとともに、その開示内容を参照することによってここに援用し、そして、２００４年５月２４日に提出されたドイツ特許出願第１０ ２００４ ０２５ ３８１号の出願日の利益を請求するとともに、その開示内容を参照することによってここに援用する。

本発明は、航空機の外装シェルに設置される窓枠の製造方法に関する。

今日製造されて運航している殆どの航空機では、アルミニウム製の窓枠が使用され、それは、鍛造、トルーイング（形直し）、及びカッピングによって作成された部分を備える。窓枠は、全部で３つの部分、つまり、外側のフランジと、内側のフランジと、そして、これら２つのフランジに対して直角をなし、かつそれらの間に配置された垂直フランジから成る。窓枠は通常、外側のフランジに亘って２列のリベットで、航空機構造体、つまり航空機の外装シェルに接続される。窓要素は、内側のフランジに置かれ、それは通常、２枚の窓ガラスと、これらの間に配置されたシーリングと、を備える。そして、この窓要素は、リテイナ又はダウンホルダを介してその位置で固定され、このダウンホルダは窓枠と接続される。

このような窓枠は、窓要素を固定するだけでなく、歪みの増大を吸収する機能も有し、この歪みの増大は、荷重を伝達する外装シェルに設けられた、窓用の比較的大きい切欠部の端で起こる。そのため、窓枠の外側のフランジは、ある面では、この切欠部を補強する役目をもち、他面では、外側のフランジを介して、枠と外装シェルとがリベットにより互いに接続される。既知のアルミニウム窓枠は通常、鍛造によって製造されるため、リベットの力分布に適した枠形状の断面分布を得ることができず、その理由は、簡易なリベット締めを可能にするために、フランジの傾きが最大で約２度にもなり得るからである。

内側のフランジは、窓要素を受け入れる役割を果たし、ここで、傾かせることにより窓の取り付けが簡単になる。同時に、客室に広がる、内側の圧力からの現存する荷重が、この内側のフランジを介して航空機の外装シェルへと伝達される。

垂直フランジは、できるだけ小さい重量で外装シェルにおける張力を最小限に抑えるために、通常、枠に関する補強リブとして専ら機能する。また、この垂直フランジには通常、アイボルトが付設されるとともに、これを用いて窓要素用のダウンホルダ又はリテイナがその位置に保持される。同時に、垂直フランジはまた、窓要素を取り付ける際のガイドとなる。

本発明の目的は、このような窓枠を簡易に、かつ適応性があってしかも費用効率よく製造することを可能にする、窓枠の製造方法を提供することにある。

本発明の例示的な実施形態によると、航空機の外装シェルに設置される窓枠の製造方法が提供され、この窓枠は、１つ以上の外側のフランジと、１つの内側のフランジと、これらのフランジに対して直角をなしてこれらフランジの間に配置された１つの垂直フランジと、を備え、これによって、航空機構造体との接続が、外側のフランジを介して行われるとともに、内側のフランジには、保持される窓要素が付設され、この窓要素が垂直フランジを介して保持される。

ある態様によると、最初に、複数の、個々のサブストラクチャ（基礎構造物）からなる半完成部材を作成し、次に、これを成形型に入れ、その中に、圧力及び温度下で樹脂を注入する。次いで、このように作成された構成材が成形型内で硬化する。

本発明は、繊維組成の構造に作成される複数の異なる窓枠を、費用効率よく製造することを可能にし、これにより、現在まで使用されているアルミニウムの窓枠と比較して、５０パーセントまでの軽量化を達成することができる。この大幅な軽量化の可能性を秘めているにもかかわらず、このような構成材の費用は、アルミニウムを鍛造した部材から作られた窓枠と比較して、高くならない。

同時に、平均壁厚が５ｍｍであって、公差が僅かに約０．２ｍｍとされる、本発明に係る繊維窓枠を作成することができ、これは、約４パーセントの製造公差に相当する。これに対して、アルミニウムを鍛造した枠では、製造方法にも依るが、約１．５ｍｍの公差が許容され、これは、上記と同じ壁厚において約３０パーセントの製造公差に相当する。したがって、本発明によれば、個々の窓枠間の重量のばらつきが実質的に低減されるだけでなく、同時に、航空機への枠の据え付けや枠への窓要素の取り付けが簡単になる。そして、達成し得る更なる利点として、本発明に係る窓枠について安全性の向上や、断熱性の大幅な向上が挙げられる。

以下に、本発明について、添付図面に示した実施形態を参照して、さらに詳しく説明する。

図１に示す窓枠１は、繊維構造で作成されており、既知のアルミニウムを鍛造した枠と同様に、１つの外側のフランジ２と、１つの内側のフランジ３と、これら２つのフランジの間に配置された１つの垂直フランジ４と、を有する。但し、従来のアルミニウム窓枠とは対照的に、この場合の外側のフランジ２は、均一な周方向のエッジを有する。また、この外側のフランジ２は、対応するアルミニウムを鍛造した部材と対照的に、半径方向での異なる領域において様々な厚さを有する。これにより、リベット締めやシェルの切欠部の領域において、実質的に向上した材料の利用がもたらされる。図２は、詳細な断面図において、それをより明確に示しており、航空機の外装シェル５におけるこのような窓枠１の据え付け位置を示している。本図に示されているのは、枠を外装シェル５に接続するためのリベット位置６、そして、２枚の窓ガラス７及び８であり、これらの窓ガラスは、シーリング９とともに窓要素を形成する。

窓枠１は、いわゆる「レジントランスファ成形」、即ちＲＴＭ技術によって製造される。これに関して、最初に、プリフォーム（予備成形物）と称するモールド部材１０を繊維から作成する。次に、これを２部品の成形型に入れ、成形型を閉じ、圧力及び温度下で樹脂を成形型に注入する。完成した構成材１は、引き続いて成形型内で硬化する。

プリフォームは、いわゆるサブプリフォーム技術で作成され、このサブプリフォーム技術では、完成した窓枠１が、図３の分解図に示すように、個々のサブストラクチャ要素、つまりサブプリフォーム１１乃至１７を組み合わせて構成される。図４は、個々のサブストラクチャ１１乃至１７を組み合わせて完成した繊維組成の窓枠１について、その構造を示す断面図である。比較的多くの、異なるサブストラクチャによって、このように作成された窓枠１に課される様々な高さの仕様に対して、簡単に適応することができる。したがって、例えば、より小さい荷重の場合には、サブプリフォーム、あるいはサブストラクチャ要素１４を取り去ることができ、反対に、より厳密な仕様の場合には、１以上のサブストラクチャ要素１４又は場合によっては１５をも付設することができる。これにより生じる厚さの違いは、個々のサブプリフォームの接続可能性（ｃｏｎｎｅｃｔｉｂｉｌｉｔｙ）を良好にすることで補償される。壁厚が異なる場合に、領域全体の補償のために、航空機のシェル５をサブプリフォーム１５に対して平行に変位させることができ、これにより、良好な接続可能性がもたらされる。

上記プリフォームは、原理上、３つの異なる方法で、
ウェブ（織物）の半完成部材から、
繊維束から、
ウェブの半完成部材と繊維束との組み合わせから、作成することができる。

図５は、ウェブの半完成部材からなる窓枠１の層構造を示す断面図である。本図において、符号２０は、内側のフランジにおける０°のハブを示し、符号２１は、全ての外側領域における±６０°の層及び外側のフランジ２から内側のフランジ３へと延びる、±６０°の層を示し、符号２２は、垂直フランジ４の領域における０°の層及び９０°の層を示す。これらの層方向は、外側のフランジ２と、内側のフランジ３と、垂直フランジ４の境界で測定される。この領域以外では、曲線状に配置されるウェブの半完成部材について、以下の事実が与えられる。
垂直フランジ４：
全ての繊維は、それらが測定された方向のままである。
内側のフランジ３及び外側のフランジ２
０°の繊維は、それらが測定された方向のままである。
±４５°の繊維は、それらが測定された方向のままであるが、曲がっている。
±６０°の繊維は、それらが測定された方向のままであるが、曲がっている。

図６は、繊維束を有する、荷重に適合した層構造を示しており、ここではまた、繊維束の層構造についての断面図を示す。本図において、符号２０は、内側のフランジにおける０°のコアを示し、符号２３は、全ての外側領域における±６０°の層及び外側のフランジ２から内側のフランジ３へと延びる、±６０°の層とを有する繊維束を示しており、符号２４は、垂直フランジ４の領域における０°の層及び９０°の層を有する繊維束を示し、符号２５は、外側のフランジ２の領域における±４５°の層を有する繊維束を示す。これらの層方向については、外側のフランジ２と、内側のフランジ３と、垂直フランジ４の境界で測定される。繊維が荷重方向に沿うように繊維の進行方向を達成するために、窓枠１には、ある構造が選定され、これを要約すると以下のようになる。
外側のフランジ２：
リベット締めの領域において、擬似等方性の放射状構造
垂直フランジ４：
主荷重を受けるための０°のコア
外側における±６０°の層
内側のフランジ３：
主に０°方向
外側における±６０°の層
補強のための９０°

このように、それぞれ配置された繊維に対して、以下の詳細が与えられる。
垂直フランジ４：
全ての繊維は、それらが測定された方向のままである。
内側のフランジ３及び外側のフランジ２：
０°の繊維は、それらが測定された方向のままである。
±４５°の繊維は、それらの角度を±６０°に変更する。
±６０°の繊維は、それらの角度を±７０°に変更する。

最後に、図７は、ウェビングと繊維束との組み合わせを有する層構造を示す。ここでまた、符号２０は、内側のフランジにおける０°のハブのウェブ層を示し、また、符号２７は、０°のコイル状プッシュ（ｃｏｉｌｅｄ ｐｕｓｈ）を示し、符号２８は、±６０°のウェブ層を示し、符号２９は、０°及び９０°のウェブ層を示す。

このようにして作成された窓枠１は、一般的なアルミニウム窓枠に比べて、略同じ製造費用で、約５０パーセント軽量化される。その公差は、これに対応するアルミニウム構成材の公差よりも本質的に小さいものとされる。同時に、この枠は、一般的なアルミニウム窓枠よりも高い安全性と、さらに良好な断熱性を提供するものである。

尚、「備える」という語は、他の要素や工程を排除するのではなく、そして、「１つ」を意味する不定冠詞が複数個の要素を排除しないことに留意されたい。また、各種の実施形態に関連して記載した要素を組み合わせてもよい。

請求項における参照符号が、該請求項の範囲を限定すると解釈されてはならないことにも留意されたい。

窓枠を示す斜視図である。 図１による窓枠の据え付け位置での詳細を示す断面図である。 図１の窓枠の構造を示す分解斜視図である。 図１の窓枠を示す詳細な断面図である。 第一のプリフォームの構造を示す断面図である。 第二のプリフォームの構造を示す断面図である。 第三のプリフォームの構造を示す断面図である。

Claims (6)

1. 航空機構造体を有する航空機の外装シェルに据え付けられる窓枠を製造する方法であって、
   前記窓枠が、外側のフランジと、内側のフランジと、垂直フランジと、を備え、該垂直フランジは、前記内側のフランジ及び前記外側のフランジに対して略直角をなし、かつ前記内側のフランジと前記外側のフランジとの間に配置されており、前記外側のフランジは、前記窓枠を航空機に接続させるために、前記航空機構造体への接続に適合され、窓要素は、支持のための前記内側のフランジで終端とされ、
   複数の、個々のサブストラクチャ（１１乃至１７）からなる半完成部材を提供するステップと、
   前記半完成部材を成形型に挿入するステップと、
   前記成形型に樹脂を注入するとともに、この注入が圧力及び温度下で行われるステップと、
   注入後の前記半完成部材を前記成形型の中で硬化させて、前記窓枠（１）を形成するステップと、を有する方法。
2. 前記した複数の、個々のサブストラクチャを組み立てて、前記半完成部材を提供するステップをさらに有し、
   前記した複数の、個々のサブストラクチャは、前記半完成部材を前記成形型に挿入する前に組み立てられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記した複数の、個々のサブストラクチャを接続するために、熱可塑性溶接を行うステップをさらに有する、請求項２に記載の方法。
4. ウェブ材料から作成される層構造をもった前記半完成部材を提供するステップをさらに有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 繊維束で作成される層構造をもった前記半完成部材を提供するステップをさらに有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
6. 繊維束とウェブ材料との組み合わせからなる層構造をもった前記半完成部材を提供するステップをさらに有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。

Images