JP2010521336A - 複合材料の補剛材を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの補剛材要素を作るための方法に関するものである。この方法は、ほぼ同一の二つの細長いフランク２及び４にして、中央部分６の両側に二つの側方突出部１０及び１４を各々が有する二つの細長いフランク２及び４を繊維プレートから切り出す段階と、二つのフランク２及び４を重ね合わせて、側方突出部と中央部分との間の境界を表す二本の平行線８及び１２に沿って二つのフランク２及び４を縫合する段階と、このように形成された組立体の両側で、フランジ２２及び２４を形成するために、側方突出部１０及び１４を縫合線に沿って折り曲げる段階とを含んでいる。

Description

本発明は、特に航空機に用いられるパネルのような薄い構造要素を補剛するための複合材料から作られた補剛材要素に関するものである。

飛行機又はヘリコプタは薄い構造要素を含んでおり、前記薄い構造要素は、そのサイズが非常に大きいことがあり、また可能な限り軽量のままである一方で、様々な方向で作用する様々な機械的応力に耐える必要がある。

そのような薄い構造要素を、例えば炭素繊維、ガラス繊維、又はアラミド繊維のような繊維でできたプレートから作ることはよく知られている。プレート内で、繊維は、特に製織によって互いに集められた層の中に共に集められている。プレートは、それの切断と取扱いを可能にする一定の強度を保有している。そのようなプレートから切り出された部分は、次に共に組み立てられ、その後それらは、構造要素を得るために重合可能樹脂で含浸される。

薄い構造要素に剛性を与える一方で前記薄い構造要素の重量を最小限に抑える一つのよく知られた手段は、補剛材をそれに付加することにある。

先行技術が、特に次の文献、米国特許第４６２２５４号明細書、欧州特許出願公開第１０２３９８６号明細書、欧州特許出願公開第００５６３５２号明細書、米国特許第５５１８５６４号明細書、及び米国特許第４９６６８０２号明細書によって明らかにされている。

本発明は、薄い構造要素を作るために用いられる薄いプレートに類似した薄いプレートから補剛材を作るための非常に単純な手段を提供することを目的とする。

このために、本発明は少なくとも一つの補剛材要素を製造する方法を提供する。この方法は以下の段階、即ち、
ほぼ同一の二つの細長いフランクにして、中央部分の両側に二つの側方突出部を各々が有する二つの細長いフランクを繊維プレートから切り出す段階と、
二つのフランクを重ね合わせて、側方突出部と中央部分との間の境界を表す二本の平行線に沿って二つのフランクを縫合する段階と、
このように形成された組立体の両側で、側方突出部を縫合線に沿って折り曲げる段階と、を含んでいる。

このように折り曲げられた側方突出部は、補剛材要素の補強リブを形作っており、前記リブは、フランクの中央部分を構成する補剛材要素のウェブの両側にフランジを形成するように、平行な二平面内においてペアで延在している。縫合線はこのように自然な折線を構成する。これら縫合線は、前記リブの基部からこのように延びており、またリブが補剛材に接続される箇所を構成し、そのことにより良好な結合性と、損傷に耐える高い能力とをその結果生じた部分に対するより大きな剛性と共に提供する。

本発明はより良く理解されることが可能であり、また他の特徴及び利点は、添付図面を参照して、一例として示された次の説明を読んだときより一層明瞭になる。

図１は、二つのフランクの斜視図であり、前記二つのフランクは、本発明の特定の実施形態における補剛材要素を作るために、繊維プレートから切り出されて、縫合によって一体に組み立てられたものである。 図２は、図１の二つのフランクが折り曲げられた後の斜視図である。 図３は、補剛材要素の斜視図であるが、前記補剛材要素は変更実施形態として作られたものである。 図４は、図３の補剛材要素の部分表面図である。 図５は、本発明の特定の実施形態における、一体に組み立てられた補剛材要素の斜視図である。 図６は、図５の補剛材要素が折り曲げられた後の斜視図である。 図７は、格子状に配列された補剛材を備えるパネルの表面図である。 図８は、図７の切断線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる前記パネルの断面図である。 図９は、一体に組み立てられた補剛材のための補強の斜視図である。

図１は、補剛材要素がどのように細長い補剛材の形に作られるかを示している。製造は二つの同一のフランク２及び４を繊維プレートから切り出すことにより始まり、前記フランクは細長い形状に切り出される。層を重ね合わせることにより作り出されたプレートを用いることが有利であり、このように切り出されたフランクの取扱いを容易にするように層に対して結合性を与えるのに適した接続手段であって、例えば層間縫合又は製織を含む接続手段によって、前記層はそれ自身が相互接続される。繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、又はさらにアラミド繊維であり得る。

各フランク２及び４は、各フランクの全長にわたって延在する矩形細片を形作る中央部分６を有している。中央部分６は、その長辺に沿って及び対称の様態で二つの側方突出部１０及び１４に部分的に境を接しており、前記側方突出部１０及び１４は小さな幅の矩形細片を形作っている。これら側方突出部１０及び１４は、中央部分６の端の手前で終わっており、そのことにより中央部分の二つの自由端１６及び１８が形成されており、それら二つの自由端はこの実施形態では長さが同一である。

フランク２及び４は重ね合わされて、二本の平行で直線状の縫合線８及び１２によって共に縫合され、前記縫合線８及び１２は各フランクの中央部分６に沿って延びると共に、側方突出部１０及び１４を中央部分から分けている。

図２は、次の製造段階におけるフランク２及び４を示している。この段階では、二つのフランクの二つの側方突出部１０が共通平面内に延在するように及び同様に二つの側方突出部１４が共通平面内に延在するように、側方突出部１０及び１４は中央部分６の両側で縫合線８及び１２に沿って直角に折り曲げられる。これは、二つのフランク２及び４の間の接触平面に関して対称形のフランジ２２及び２４を作り出し、前記フランジ２２及び２４は、フランクの中央部分によって構成される補剛材のウェブの両側で延びている。次に樹脂は、この実施例では重合されることによって硬化される。

次に、このように作られた組立体は、例えば圧力下又は真空下の射出樹脂浸透のような周知のトランスファー法によって樹脂含浸される。

補剛材１の横断面は概ねＩ形であり、フランク２及び４の二つの隣接する中央部分６が補剛材のウェブ２０を形成し、側方突出部１０及び１４が補剛材のフランジ２２及び２４を形成している。この周知のＩ形断面は、様々な機械的ストレスに直面して良好な強度、特に良好な曲げ強度を提供する梁であって、使用される材料の量を最小限に抑えることにより重量及び製造コストの制限を可能にする梁の形で補剛材を作ることを可能にする。

本発明の補剛材１が良好な結合性を有することが観察されるだろう、というのも二つのフランク２及び４によって形成された二つの対称部分が、補強繊維を含む縫合線８及び１２によって、それらの長さに沿って共に結合され、前記補強繊維は、それら自身が樹脂で含浸されるとともにウェブ２０に垂直な方向に延びているためである。縫合のタイプは、この方向で繊維数をより多く又はより少なくするように構成されてよい。

さらに、縫合線８及び１２は、ウェブ２０の縁、即ちフランジ２２及び２４の基部に沿って形成され、そこでは応力は大きく、また前記縫合線は、組立体に良好な剛性を与えるように上手く離隔された二つの線を占める。

図３及び４は、補剛材の実施形態の変形例を示しており、前記補剛材は、図１のフランク２及び４に類似した二つのフランク２及び４であって二本の縫合線８及び１２によって一体に組み立てられた二つのフランク２及び４から製造されている。

折り曲げ工程の前に、フランク２及び４の各々の自由端１６は、背中合わせに係合されているが、繊維プレートから同様に切り出された第１、第２、及び第３補強要素３０、３２、及び３４によって覆われる自由端の外側面を有している。

補強要素３０、３２、及び３４は、形状が矩形であって、それらの三つの辺が自由端１６の外形に合っている。第１補強要素３０について、フランク２及び４の中央部分の方に向けられた第４の辺は、側方突出部１０及び１４の端とほぼ同一水準で終わっている。第２補強要素３２の第４の辺及び第３補強要素３４の第４の辺は、フランク２及び４の端に向かって増加する厚さの階段部分を形成するように連続的にずらされている。

組立体を一体に保持する一方で前記平面に垂直な方向に補強繊維を加えるように、最大の第１補強要素３０から始まる複数の縫合線３８に沿って、支持フランク２及び４と二組の補強要素３０、３２、及び３４は、それらの厚さを横切って共に縫合される。接続要素が補剛材１の端１６に、例えば端１６に穴をあけて、その結果生じた穴に金属の接続要素を嵌めることにより固定されてもよい。曲げモーメントが接続要素に作用した場合、曲げモーメントは、補強要素３０、３２、及び３４の厚さの規則的な変化の結果として、補剛材のウェブ２０に連続的に伝達される。一例として、接続要素は、補剛材の端に装着されて接続アームとして用いられるヒンジ式カバーであってよい。

もちろん、補強要素の数は、獲得が望まれる剛性の関数として変えられてよい。どんな固定要素も補剛材に取り付けられる必要がなければ、補剛材の一方又は両方の自由端を省くことも可能である。

図５及び６は、例えば格子を形成する補剛材要素を形成する目的の組立方法を示している。第１補剛材半加工品４０ａが、前述の方法によって作り出され、また共に縫合された二つのフランク２ａ及び４ａを有している。側方突出部１０ａ及び１４ａはまだ折り曲げられていない。

ほぼ等しい幅の第２補剛材半加工品４０ｂも作り出され、それは共に縫合された二つのフランク２ｂ及び４ｂを同様に具備している。その側方突出部は同様にまだ折り曲げられていない。

二つの補剛材半加工品４０ａ及び４０ｂは、平らな一方が平らな他方に長手方向で重ね合わされ、それらの中央部分は少なくとも部分的に重なり合っている。第２補剛材半加工品４０ｂの自由端１６ｂは第１補剛材半加工品４０ａの中央部分６ａに配置される。第２補剛材半加工品４０ｂの自由端１６ｂを第１補剛材半加工品４０ａの中央部分６ａに結合するために縫合線４８が設けられる。重ね合わされるフランクの全てがまだ平坦であるという事実から、この工程は容易になされる。

図６で見られるように、次に第２補剛材半加工品４０ｂは、この実施例では、縫合された端１６ｂと第２補剛材半加工品４０ｂの残りの部分との間の境界を定める折り曲げ線Ｌに沿って第１補剛材半加工品４０ａに対して直角に折り曲げられる。その後、フランジ２２ａ及び２２ｂを形成するように、各補剛材半加工品の側方突出部１０ａ、１４ａ、１０ｂ、及び１４ｂが順々に前述したように折り曲げられる。これは、二つの相互接続された補剛材によって構成された補剛材格子を提供する。

補剛材４０ａ及び４０ｂの各々の中央部分６ａ及び６ｂの幅を等しく選択することによって、二つの補剛材のフランジ２２ａ及び２２ｂは共通平面内に延在する。加えて、第２補剛材半加工品４０ｂを折り曲げ線Ｌに沿って折り曲げることにより、一方の補剛材から他方の補剛材に延びるフランジ２２ａ及び２２ｂの連続性が獲得される。

本発明の特定な様相では、繊維プレートから切り出された補強細片５２ａ及び５２ｂであって、補剛材のフランジ２２ａ及び２２ｂ上に取り付く補強細片５２ａ及び５２ｂを加えることによって補剛材は補強される。図６に示される実施例では、補強細片５２ａは第１補剛材４０ａのフランジ２２ａを覆う一方で、補強細片５２ｂは第２補剛材４０ｂのフランジ２２ｂを覆う。補強細片は、図８においても見ることができる縫合線５４によってフランジ２２ａ及び２２ｂ上に縫合される。この点で、補強細片５２ａ及び５２ｂが、補剛材４０ａと４０ｂとの間の接合部で重なり合い、そのことによってこの接続を補強することに貢献していることが観察されるだろう。

図７は、繊維プレートから切り出されて例えばジグ又は型内で整形されたパネル６０を補剛するための網目状格子の形をした補剛材要素を形成するように、前述の技術を使用して組み立てられた複数の補剛材６２及び６８を示している。このように作られた補剛材の格子は前記パネルの上に配置されて、前記パネルに接触するフランジがそれに縫合される。

図８は、補剛材格子の補剛材６２の一つがパネル６０にどのように取り付けられるかを示している。縫合線６４が補剛材の底フランジ２４をパネル６０に結合する。補剛材格子を作り出している全ての補剛材の全てのフランジが、もちろんパネル６０に縫合される。

同一の材料をパネル６０及び補剛材６２及び６８に使用することにより、組立体は全面的に均一であることが保証され、同様の材料を用いて作られる接続部を有している。

図９は、他のタイプの補強細片７２を示しており、前記補強細片７２は、十字形であって、第１補剛材６２の頂部フランジと第１補剛材６２の両側から延びて整列されている二つの補剛材６８の頂部フランジとを同時に覆っている。縫合線６６が十字形細片７２と補剛材６２および６８のフランジとを共に接続する。この補強は、図７に示される網目状格子における交叉点を補強するのに特に適している。

このように作り出された、補剛材格子とパネルとによって構成された組立体は、次に例えば周知のトランスファー法によって樹脂で含浸され、その後に重合される。

これは、損傷に順応するその能力を著しく高める縫合線を備える補剛パネルを作り出す。縫合線は、例えばパネルと補剛格子との間の界面における樹脂層間剥離を引き起こす衝撃の場合に、補剛材の分解又はパネルからの分離を防止する。

通常は、縫合線は、特にタフト縫合を利用して、様々な異なる縫合を使用して実施されてよい。縫合線の数は、接続部の特定の補強程度を達成するように構成されてよい。フランク及び補強細片を作り出している繊維と同じタイプの繊維を用いることが好適である。

さらに、補剛材の機械的強度を周知の様態で高めるように、補剛材のための補強繊維の方向は、補剛材が受けるストレスの方向の関数のような補剛方向を特別扱いするようにされてよい。

Claims (9)

1. 少なくとも一つの補剛材要素を作るための方法であって、
   ほぼ同一の二つの細長いフランク（２、４）にして、中央部分（６）の両側に二つの側方突出部（１０、１４）を各々が有する二つの細長いフランク（２、４）を繊維プレートから切り出す段階と、
   前記二つのフランク（２、４）を重ね合わせて、前記側方突出部と前記中央部分との間の境界を表す二本の平行線（８、１２）に沿って前記二つのフランク（２、４）を縫合する段階と、
   このように形成された組立体の両側で、フランジ（２２、２４）を形成するために、前記側方突出部（１０、１４）を前記縫合線に沿って折り曲げる段階と、を含む方法。
2. 前記フランクの前記中央部分（６）は、前記補剛材要素の少なくとも一つの自由端（１６、１８）を形成するために、前記側方突出部を越えて延びている、請求項１に記載の方法。
3. 繊維プレートから切り出された少なくとも一つの補強要素（３０、３２、３４）が、前記自由端に縫合される、請求項２に記載の方法。
4. 複数の補強要素（３０、３２、３４）が、前記自由端の両側に縫合される、請求項３に記載の方法。
5. 補剛材要素の製造方法であって、
   ほぼ同一の二つの細長いフランク（２ａ、４ａ）にして、中央部分（６ａ）の両側に二つの側方突出部（１０ａ、１４ａ）を各々が有する二つの細長いフランク（２ａ、４ａ）を繊維プレートから切り出す段階と、
   第１補剛材半加工品（４０ａ）を得るために、前記二つのフランク（２ａ、４ａ）を重ね合わせて、前記側方突出部と前記中央部分との間の境界を表す二本の平行線（８ａ、１２ａ）に沿って前記二つのフランク（２ａ、４ａ）を縫合する段階と、
   ほぼ同一の二つの細長いフランク（２ｂ、４ｂ）にして、中央部分（６ｂ）の両側に二つの側方突出部（１０ｂ、１４ｂ）を各々が有すると共に、少なくとも一つの自由端（１６ｂ）を有する二つの細長いフランク（２ｂ、４ｂ）を繊維プレートから切り出す段階と、
   第２補剛材半加工品（４０ｂ）を得るために、前記二つのフランク（２ｂ、４ｂ）を重ね合わせて、前記側方突出部と前記中央部分との間の境界を表す二本の平行線（８ｂ、１２ｂ）に沿って前記二つのフランク（２ｂ、４ｂ）を縫合する段階と、
   第２補剛材半加工品（４０ｂ）の前記自由端（１６ｂ）が前記第１補剛材半加工品（４０ａ）の前記中央部分（６ａ）に面するように、前記二つの補剛材半加工品を重ね合わせる段階と、
   前記第２補剛材半加工品の前記自由端（１６ｂ）を前記第１補剛材半加工品の前記中央部分に縫合する段階と、
   前記第２補剛材半加工品（４０ｂ）が前記第１補剛材半加工品（４０ａ）に対して交叉して延びるように、前記第２補剛材半加工品（４０ｂ）を折り曲げる段階と、
   前記側方突出部（１０ａ、１４ａ、１０ｂ、１４ｂ）がフランジ（２２ａ、２４ａ、２２ｂ、２４ｂ）を形成するように、前記側方突出部（１０ａ、１４ａ、１０ｂ、１４ｂ）を前記縫合線（８ａ、１２ａ、８ｂ、１２ｂ）に沿って直角に折り曲げる段階と、を含む補剛材要素の製造方法。
6. 繊維プレートから切り出された補強細片（５２ａ、５２ｂ）が前記フランジ上に縫い合わされる、請求項５に記載の製造方法。
7. 前記補強細片（５２ａ、５２ｂ）が前記補剛材要素の接合部で交差している、請求項６に記載の製造方法。
8. 繊維プレートから切り出された十字形補強材（７２）が前記補剛材要素の接合部における前記フランジ上に縫い合わされている、請求項５に記載の製造方法。
9. 補剛パネルの製造方法であって、
   繊維プレートからパネル（６０）を切り出す段階と、
   請求項１又は請求項５に記載された方法により補剛材要素を製造する段階と、
   前記補剛材要素を前記パネル上に配置して、前記パネルに面している前記補剛材要素のフランジを前記パネルに縫合する段階と、を含む補剛パネルの製造方法。

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