JP2008535678A - 複合部品を硬化させるためのハイブリッド・ツーリング - Google Patents

Abstract

本発明は複合部品を硬化するためのハイブリッド・ツーリング（１）に関し、高度の熱分散性を備えた金属材料からつくられた支持構造体（３）と、硬化すべき部品と同一の表面幾何学的形状を備え、ＩＮＶＡＲ３６またはＮＩＬＯ３６からつくられた基板（３１）と、前記支持構造体（３）と基板（３１）との間に位置し、硬化サイクルの間前記基板（３１）の下方での空気の流れを促進するように各セルの側部が十分軽量化されているセル形態であり、ＩＮＶＡＲ３６またはＮＩＬＯ３６からつくられている中間構造体（２１）と、該中間構造体（２１）を支持構造体（３）に対してそれらが膨張自在であるように固定する手段とを含むものである。

Description

本発明は、複合部品（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｉｅｃｅｓ）を硬化させるためのツーリング（ｔｏｏｌｉｎｇ）に関し、特に複合部品を硬化させるための鋼と熱硬化性合金のハイブリッド・ツーリング（ｈｙｂｒｉｄ ｔｏｏｌｉｎｇ）に関するものである。

材料を積層し、その後目標部品の幾何学的形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を提供するモールドにて、オートクレーブ内で硬化させることが複合部品を硬化させる上で必要とされる。硬化サイクルの間樹脂の分子間で結合が行われ、当該材料の所望する機械的特性が得られる。このためには、圧密のツーリング（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｔｉｇｈｔ ｔｏｏｌｉｎｇ）上でかつ真空バッグによって閉鎖した密閉体内に材料のシートを閉じ込め、オートクレーブの内部で当該材料に温度圧力サイクルを作用させる必要がある。

樹脂が硬化する温度でのツーリングの幾何学的形状は当該材料自体とツーリングとの熱膨張係数を考慮した当該部品の最終的な幾何学的形状でなければならない。この効果に対応するためにツーリングの幾何学的な修正係数が適用されるが、それはその設計自体に更なる困難をもたらす。理想的な状況は、当該部品と同じ膨張係数を有する材料をツーリングの製造に使用することであり、一旦硬化されると、樹脂が硬化する瞬間から冷却の間、このようにして当該部品の幾何学的形状は完全にツーリングに適合し、ツーリング上に描かれる基準マーク（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）は正確な位置でその部品に残される。このことは、ツーリングを製造するために使用される材料が、産業上の工程においてその使用を可能とする機械的および耐久特性を保持し、特にその特性を何ら喪失することなくオートクレーブでの作業サイクルにかけられることを含みながら、可能最小の熱質量を有していなければならないという事実と必ず一致する。

構造用鋼のようなツーリングにおいても使用される従来のその他の金属材料に関しては一連の欠点を有しているが、中でも、ＩＮＶＡＲ３６やＮＩＬＯ３６と商業的に呼称されているもののような熱硬化性金属材料を使用することによってオートクレーブでの硬化のためのツーリングの製造に必要な特性を達成することができる。以下は、プロセスに影響する最も重要である比較非優位性（ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ）の中で、指摘しておく必要がある。すなわち、機械的特性が低いこと、熱分散性の低いこと（ｌｅｓｓ ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ）、熱質量が大きいこと、および材料費がはるかに高価であることである。

本発明は、特に、航空産業において必要とされる大型のツーリングの場合に、前述した問題を満足に解決するツーリングを提案する。

本発明によれば、ツーリングは、
− 構造用鋼のような高度の熱分散性を備えた金属材料からつくられた支持構造体と、
− ＩＮＶＡＲ３６あるいはＮＩＬＯ３６のような熱硬化性金属材料でつくられ、硬化すべき部品のものと同一の表面幾何学的形状を備えた基板（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）と、
− ＩＮＶＡＲ３６あるいはＮＩＬＯ３６のような熱硬化性金属材料でつくられ、卵入れカートンのようなタイプのセル形態（ｃｅｌｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を備え、前記支持構造体と基板との間にある中間構造体と、
− 前記中間構造体を支持構造体に固定する手段であって、それらの膨張を自在に許容する手段と、を含む。

ツーリングは、一方では適当な熱機械的性能（ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を達成するために高度な熱分散性を備えた低コストの材料を用い、他方では当該部品とツーリングとの異なる熱膨張係数による制限がなくて複合部品を製造できるようにする熱硬化性金属材料をその有益な面において用いてつくられる。

前述の構成によって、最小の熱質量であるツーリングが、必要原材料を低減し、しかも当該部品の幾何学的形状が正確なものであって、航空産業において使用される大型のツーリングに対して特に望ましい特徴であるように十分な構造的剛性を有したツーリングが得られる。

本発明のその他の特徴や利点は添付図面に関連して本発明の目的を例示する実施例についての以下の詳細説明から理解される。

本発明による硬化のためのツーリング１は先ず、電気溶接した鋼製が好ましい横方向パイプ１１および斜交いのパイプ１３、および巻き上げ点（ｈｏｉｓｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ：図示せず）の領域を補強するための横げたを装着し、クモの巣状（ｉｎ ｔｈｅ ｗｅｂｓ）の六角形の軽量化のための孔９を備えた２本の長手方向ビーム５，７を備え、構造用鋼からつくられることが好ましい支持構造体３を含む。

支持構造体３の上には、ＩＮＶＡＲ３６、ＮＩＬＯ３６等のような熱硬化性合金からつくられた筋交い入りの中間構造体（ｂｒａｃｅｄ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）２１と、これも熱硬化性合金からつくられ、ツーリングと接触する面において硬化すべき部品の幾何学的形状に機械加工され、前記中間構造体の上にある基板３０とが配置される。

水平化プレート（ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｐｌａｔｅｓ）１７，１９は鋼からつくられることが好ましく、一旦支持構造体３が形成されると機械加工されるが、支持構造体３のビーム５，７のフランジ１５にかつそれらの下方で、底側のプレート１７によって支持構造体３の支持平面を、頂側のプレート１９によって中間構造体２１の支持および基準平面を得られるように、溶接される。

従って、前記ビームの下方で溶接された水平化プレート１７は支持構造体３の支持、水平化、および心出し点（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ）を画成する。

溶接された熱硬化性合金のプレートによって形成され、最終的な所望の面に適合するように予め形成されていた基板３１が中間構造体２１に溶接される。基板３１は一旦機械加工されると、その表面全体で耐高温性とされなければならない。

中間構造体２１は、基板３１の下方でオートクレーブでの硬化サイクルの間、空気の流れが促進されるように設計する必要がある。好適な形態は、内側に軽量化のための孔を備えた横方向ブラケット２３および長手方向のブラケット２５によって形成された、図７に詳細に示す構造体である。

横方向のブラケット２３に対する基板３１の支持および溶接は不連続に実行される。支持点の間のブラケットの形状は、軽量化のための孔とブラケットの外形との間で最小の特定距離を保つ円弧２９の形である。長手方向ブラケット２５に対する基板３１の支持と溶接とは横方向ブラケットに対するものと同じ仕方で実行される。

前記の周囲ブラケットは前記基板３１の形状に対して、断続する溶接ビードによって溶接されている底面の周辺全体において完全に適合する。

中間構造体２１は、横方向ブラケット２３に溶接（断続する溶接ビード）された山形鋼３７を介して中間構造体に接合されている、ブロンズ製が好ましい摺動スキッド３５によって支持構造体３に支持されている。前記スキッドはねじ３９によって山形鋼３７に接合されている。

支持構造体３上での中間構造体２１の前述のような支持は、支持構造体３のビーム５，７の頂面１５に溶接されかつ機械加工され、全ての摺動スキッド３５の共通の支持平面を形成する水平化プレート１７において行われる。

支持構造体３上での中間構造体３の固定は、山形鋼３７と、摺動スキッド３５と、水平化プレート１７とビーム５，７のフランジ１５を通過し、前記ビームの側部に締め付けられたナット４３と共に、前記摺動スキッド３５と該スキッドを支持する水平化プレート１７との間で余裕Ａを残してボルト４１を介して実行される。

前記ボルト４１の形状は、何らかの膨張状態においてツーリングの長手方向および横方向の軸線の方向が維持される（膨張の間基板の膨張中心が固定された状態に維持される）ように２個の構造体３，２１の膨張が独自に自在となりうるようにする必要がある。このことは、摺動プレートおよび山形鋼にスリット４５をつくることによって達成される。スリット４５のサイズを決める上で、それらの方向が膨張中心４７とボルト４１の中心との間の接続線のそれと同じである必要があることを斟酌する必要がある。

スリット４５は、水平化プレート１７およびビーム５，７のフランジ１５に固定されたボルト４１の軸線が全体の硬化サイクルの間なんら干渉されることなく摺動しうるように摺動スキッド３５および山形鋼３７において十分な長さである必要がある。

基板３１は該基板においてツーリングの取り付け点を穿孔しうるように前記基板につくられた開口に溶接された（耐密溶接）熱硬化性合金ブロックを耐密性が喪失することなく組み込む必要がある。

特許請求の範囲に規定されている範囲内に含まれる何らの修正も前述した好適実施例に導入することが可能である。

本発明の目的であるツーリングを形成する３個の基本要素を示す概略図を示す。 本発明の目的であるツーリングの、その構成要素を組み立てた状態の隅部の斜視図を示す。 本発明の目的であるツーリングの支持構造体の斜視図を示す。 本発明の目的であるツーリングの支持構造体の隅部の詳細図を示す。 本発明の目的であるツーリングの中間構造体の斜視図を示す。 本発明の目的であるツーリングの中間構造体の平面図を示す。 本発明の目的であるツーリングの中間構造体の隅部の詳細図を示す。 中間構造体を支持構造体に固定する態様を示す斜視図を示す。 中間構造体を支持構造体に固定する手段を形成する諸々の要素の分解した斜視図を示す。 中間構造体を支持構造体に固定する手段を形成する諸々の要素の側面図を示す。 中間構造体を支持構造体に固定するために使用されるボルトのスリットの形状を概略的に示す。

Claims (5)

1. 複合部品を硬化するためのツーリング（１）において、
   ａ）高度の熱分散性を備えた金属材料からつくられた支持構造体（３）と、
   ｂ）熱硬化性の金属材料からつくられ、硬化すべき部品のそれと同一の表面形状を有する基板（３１）と、
   ｃ）前記支持構造体（３）と基板（３１）との間にあって、セル形態であり、各セルの側部は、熱硬化性金属材料からつくられた前記基板（３１）の下方で硬化サイクルの間空気の流れを促進するに十分に軽量化されている中間構造体（２１）と、
   ｄ）前記中間構造体（２１）を支持構造体（３）にそれらの膨張自在性を許容しながら固定する手段を含むことを特徴とする複合部品を硬化するためのツーリング（１）。
2. 前記中間構造体（２１）が軽量化された長手方向のブラケット（２５）と横方向のブラケット（２３）によってつくられていることを特徴とする請求項１に記載の複合部品を硬化するためのツーリング。
3. 前記支持構造体（３）が、横方向の要素（１１，１３）によって接合された両面Ｔ字形の２本の長手方向ビーム（５，７）によって形成され、前記ビームは、底部支持面とその上の中間構造体（２１）の支持面を形成するために、鋼製で、それらのフランジ（１５）に溶接された複数の水平化プレート（１７，１９）を組み込んでいることを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の複合部品を硬化するためのツーリング。
4. 前記中間構造体（２１）を前記支持構造体（３）に固定する手段が、横方向ブラケット（２５）に溶接された山形鋼（３７）に対してねじ（３９）によって接合されている水平化プレート（１７）上の摺動スキッド（３５）と、それらを通過し、かつ前記摺動スキッド（３５）およびアングルブロック（３７）においてスリット形状を有する開口を通して前記水平化プレート（１７）および前記ビーム（５，７）の頂部フランジ（１５）を、前記基板（３１）の膨張中心（４７）に向かう方向にそれらの長手方向軸線を指向させて通過するボルト（４１）を含むことを特徴とする請求項３に記載の複合部品を硬化するためのツーリング。
5. 前記基板（３１）が、前記ツーリングを該基板（３１）に緊密性を喪失することなく取り付けができるように、それにつくられた開口に溶接された熱硬化性合金のブロックを含むことを特徴とする請求項１に記載の複合部品を硬化するためのツーリング。

Images