JP2013535361A - 型ツール - Google Patents
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Abstract
Description
それら型ツールのメインボディ用材料には、代表的にはカーボン、ガラスまたはセラミックの各フォームを使用する。それらの材料には特定の有益性があるが、重大な欠点もある。これらの各フォームは脆いため、どうしても割れてツールスキンから剥離し易い。カーボンフォームの場合はその燃焼性や吸湿性に関する懸念がある。カーボンフォーム材料は比較的高価であり、ツールは一般に、N2加圧下のオートクレーブ内で成形する必要がある。セラミックフォームは特に稠密な材料でありそれが、比較的大型の型ツール成形上の制約となり得る。
積層した一連のツールボディセクションにおけるあるツールボディセクションは、積層したツールボディセクションの少なくとも一つの他のツールボディセクションと相互に直接接触し得る。
ツールボディは、相互に直接接触し得る横並び構成に配列した少なくとも2つのツールボディセクションを含み得る。
ツールボディは、積層構成下の複数のツールボディセクション層を含み得る。
ツールボディの各ツールボディセクションは、樹脂材料製のアウタースキンを有するインナーポリマーフォームを含み得る。
前記樹脂材料は好ましくは、繊維強化型のものであって且つカーボンファイバー、グラスファイバー、アラミド及びその他の1つまたは1つ超等のファイバー補強材で補強した、硬化した、または硬化性樹脂材料を含み得る。ファイバー補強材は方向性を有し得、かくして、ツールボディセクションに特定方向に対する比較的高い強度または剛性等のある種の特性を与え得る。例えば、ファイバー補強材は、特定方向で長手方向に伸延し、かくして単方向ファイバー補強特性を与える構成とされ得る。ファイバー補強材は材料のX、Y、Zの各軸方向の2つまたは夫々において伸延され得る。
あるいは、または更には樹脂材料は、PES、PPIS、PI、PEI、PEEKの1つまたは1つ超等の熱可塑性樹脂を含み得る。
ファイバー補強した樹脂材料はその熱膨張係数が8ppm未満、好ましくは5ppm未満であり得る。
アウタースキンは、ツールボディセクションのインナーコアの周囲を伸延し、かくして当該インナーコアの膨張を制限し、インナーコアの周囲に補強スリーブを形成し得る。アウタースキンはラミネート構造を有し得る。
ポリマーフォームコアはその密度が250kg/m3未満、及び、150kg/m3未満であり得る。
ポリマーフォームは、その熱膨張係数が20〜80ppmであり得る。
あるいは、または更には、各ツールボディセクションはその硬化中等において相互融合され得る。各ツールボディセクションは、先に説明した如く方向性を有し得、また、ツールボディ内で直交関係下に配列され得る。
各ツールボディセクションは、ツールボディに方向性または等方性を与えるべく配列され得る。
ファイバー補強材は、単方向性の、織上げ、編上げ、縫合、編み組み、及びまたはニット織構造等の連続的構造を有し得る。
ファイバー補強材は、等方性のチョップドマット構造等の不連続的構造を有し得る。
ツールボディは、ツールボディセクションの複数の層にして、その各々が複数のツールボディセクションを含む層を含み得る。
ある層内のツールボディセクションの幾つか、そしてある実施例では全てが、全体的に相互平行下に、好ましくは隣り合う各ツールボディセクションが相互接触する状態下に伸延する。
各ツールボディセクションは、四角形、矩形、三角形、五角形、六角形、七角形、八角形、円形、あるいは楕円等の、対称的な横断面を有することが好ましい。
ある層内の各ツールボディセクションの断面は同じであり得る。
あるツールボディ内の各ツールボディセクションの断面は同じであり得る。
型スキンは、ツールボディに固定され得るが、当該固定は接着剤あるいは類似の結合材による結合であり得る。型スキンは、ツールボディ上における型スキンの硬化時あるいは硬化中の融合等によりツールボディに直接固定され得る。
型スキンは、ツールボディ内の各ツールボディセクションの、またはその大半におけるアウタースキンのそれと同じ樹脂材料及びまたはファイバー補強材を含み得る。
型スキン内のファイバー補強材は、型スキン内では単方向性であり得、多方向性、あるいは全体的に等方性であり得る。
本発明の他の様相によれば、少なくともその2つが、その樹脂材料のアウタースキン内にインナーポリマーフォームコアを含み且つその一方が他方の上部に重ねられた複数のツールボディセクションを含むツールボディが提供される。
ツールボディは先に説明した任意のものの如くであり得る。
少なくとも2つのツールボディセクションが横並び構成下に配置され得る。
各ツールボディセクションは相互に直接接触され得る。
一連のツールボディセクションが、横並び構成下に伸延してツールボディセクションの1つの層を形成し得る。
ツールボディセクションの複数の層が積層構成下に配列され得る。
各ツールボディセクションが上述した如く使用され得る。
各層内の各ツールボディセクションは全体的に同一方向に伸延し、例えば、ツールボディセクションが細長い場合は、ある層内の各ツールボディセクションはその全てが全体に相互に平行である。
アウタースキン内のファイバー補強材が方向性を有する実施例では、ある層内の隣り合う各ツールボディセクションが、全体に平行な方向性を、あるいは別様には全体的に直交する/相互に直角となる方向性を持つように配列され得る。
隣り合う各ツールボディセクションは結合材を用いて相互結合させ得る。あるいは、隣り合う各ツールボディセクションは、アウタースキン内の樹脂材料の硬化中における相互融合等により相互に直接結合され得る。他の実施例では、ツールボディセクションの幾つかあるいは全ては相互に結合または融合され得ない。
型スキンは先に説明したものであり得る。
硬化性のアウタースキンと型スキンとを同一の硬化ステージ中に硬化させ得る。
型スキンをツールボディ上に直接位置付けし得、あるいは1つまたは1つ超の結合層等による単数あるいは複数の介在層、エラストマー系の層等のコンプライアント層を提供し得る。
型スキンをプレプレグの形態下にツールボディ上に位置付け得る。型スキンは多層積層体であり得る。
型スキンは、好ましくはその硬化時に、機械加工、研磨あるいはその他等により型スキンを提供するべく仕上げされ得る。
また本発明によれば、物品の成形方法であって、上述した如き型ツールの型スキン上に成形性材料を配置するステップ、前記成形性材料に成形条件を受けさせるステップ、を含む方法が提供される。
前記高温は250℃までの温度であり得る。前記成形条件には、1バール以上の、恐らくは50〜150psi(約0.344827585MPa〜1.034482775MPa)であり得る圧力条件が含まれ得る。
アウタースキン18は、カーボンファイバー、グラスファイバー、アラミド、及びその他等のファイバー補強材で補強した硬化性樹脂材料を含む。
ファイバー補強材は代表的には樹脂材料内に含浸され、アウタースキン18は代表的には可撓性のプレプレグ形態下にコアに被着される。結合材またはタッキング材を用いて、硬化前の硬化性のアウタースキン18をコア16の周囲に然るべく保持させ得る。
ファイバー補強材の方向性はツールボディセクション14の、そして結局はツールボディ12及び型ツール10の所望の機械特性に従い選択され得る。
ファイバー補強材は、単方向性の、織上げ、編上げ、縫合、編み組み、及びまたはニット織構造等の連続的構造を有し得る。
更に他の実施例ではファイバー補強材は不連続的なものであり得る。
任意の好適なファイバー補強材を使用し得るが、代表的には、カーボンファイバー、グラスファイバー、アラミド、及びその他を使用し得る。
ツールボディ12形成時には、ツールボディセクション14の数、サイズ、形状及びタイプと、及び当該ツールボディセクション14のアセンブリの形態とを、ツールボディ12の所望の最終的なサイズ、形状及び機械特性に従い選択する。
次いで、第2の層に類似する構成の層を第3の層上に直接配置する。
従って、図1のツールボディ12は、4層に積層したツールボディセクションを含む、一般に全体に矩形ジオメトリのものとなる。
先に説明した如く、ツールボディセクション14は代表的には硬化条件下に配置される。当該条件は特にアウタースキン18に付与される。ツールボディセクション14が所望形態化されるとツールボディ12が、代表的には250℃までの高い硬化温度を含む硬化条件を受ける。従来の硬化法を使用し得る。
ツールボディセクション14が所望状態に硬化した後、ツールボディ12を形成する。
ある実施例では、ツールボディセクション14またはその特定の何れかを相互融合及びまたは相互結合させるための薬品を使用し得る。
ある実施例ではツールボディセクション14は相互に固定取り付けされ得ないが、当該構成はツールボディセクションを相互固定する場合ほどの有益性は無いと考えられる。
当業者は、ツールボディセクション14、また結局はツールボディ12及び型ツール10に所望の特性を提供するために好適な特定の方向特性を有するツールボディセクションを製造し得る。
型スキン20は代表的には、熱硬化性及び又は熱可塑性樹脂の1つまたは1つ超等の、ファイバー補強した樹脂材料である。型スキン20は代表的には、硬化性条件下にツールボディ12を覆って被着され、また、従来のラミネート技法を用いて被着され得る。型スキン20は代表的には、カーボンファイバー、アラミド、グラスファイバー、あるいは任意の好適なファイバー補強材等のファイバー補強材を含み得る。
代表的実施例において、型スキン20をツールボディ12の最外部のツールボディセクション14の外側表面を直接覆って配置するが、必要であれば、結合層等の単一あるいは複数の介在層あるいは、エラストマー層等の中間層をツールボディ12と型スキン20との間に配置し得る。
型スキン20は、その配置後、代表的にはツールボディ12上の型スキン20を硬化させる硬化条件を受ける。型スキン20は、硬化プロセス中に代表的にはツールボディ12の外側表面に融合し、かくして型スキン20を然るべく固定する。これは各ツールボディセクション14を相互保持し、かくして型ツール10の一体性を保証する上でも役つ。
ある実施例では型スキン20を、ツールボディセクション14が尚、硬化条件下にある間にツールボディ12を覆って配置し、かくしてツールボディセクション14及び型スキン20を当該同じ硬化ステージ中に相互硬化させ得る。
型ツール10の型スキン22は図4では簡略例示上、極く簡単な平面として示される。しかしながら、型スキン22は代表的にはもっと複雑なプロファイルを有し得る。
図6には図5のツールボディ12が示され、その上部には外側の型スキン20が形成されている。型スキン22bは、図1〜4に関して説明したと同様にして形成されるが、若干複雑化したプロファイルを有している。
当該構成は、型スキン20がそれら断面を有効に閉鎖することから、型ツール10のパフォーマンスを何ら損ねないものであることが分かった。しかしながら、当該構成では、型スキン20をツールボディセクション14のアウタースキン18の上縁部に固定結合あるいは融合させることが好ましい。アウタースキン18と型スキン20とに同一または互換性の材料を用いることが、アウタースキン18と型スキン20との結合及び又は融合を容易化し、かくして安定化した型ツール10の形成上役立ち得る。
ある実施例では、ツールボディ12内に、サイズ、形状、そして組成の異なるツールボディセクション14を使用し得る。断面が四角形以外のツールボディセクション14を使用可能である。代表的には、対称的な断面は有益であり、また特には、ツールボディセクション14がその間部分に有意の間隙のない状態で連続するボディを形成するために役立つよう、相互に密着する断面が想定されよう。例えば、矩形、矩形三角形、五角形、六角形、七角形の断面を使用し得る。しかしながらある実施例では、円及び楕円の断面等のその他形状を使用できる。
本発明の型ツールによれば、既知の型ツールを上回る数多くの利益が提供される。
本発明の型ツール10はポリマーフォームの膨張により、認識可能な程度の変形を生じることもない。
かくして本発明の型ツール10は、比較的軽量でしかも取り扱い及び操作が比較的容易い、大型の、極めて構造的に堅固な形態を取り得る。従って、本発明の型ツール10は、特には、総括熱膨張係数が小さく、高温下で使用可能な軽量のツールが要求される、航空機機体バレルへの自動ファイバーワインディング及び自動テーププレースメント用等の大型スケールのマンドレル、翼桁、航空機翼スキン及びその他の大型複合コンポーネント用のテーププレースメント用ツール、の製造上特に有益である。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
12 ツールボディ
14 ツールボディセクション
16 インナーポリマーフォームコア
18 アウタースキン
20 型スキン
22b 型スキン
112 型ツールボディ
114 ツールボディセクション
Claims (76)
- 成形性材料を成形するための型ツールであって、
複数のツールボディセクションを含むツールボディにして、前記ツールボディセクションの少なくとも2つが、その樹脂材料製のアウタースキン内にインナーポリマーフォームコアを含み、且つ、その一方を他方の上部に重ねて積層したツールボディと、
該ツールボディを覆って伸延する型スキンにして、前記成形性材料をその上で成形し得る型表面を提供する型スキンと、
を含む型ツール。 - 少なくとも3つのツールボディセクションが積層される請求項1に記載の型ツール。
- 積層したツールボディが、少なくとも1つの他の積層されたツールボディセクションと直接相互接触する請求項1または2に記載の型ツール。
- ツールボディが、横並び形態下に配置した少なくとも2つのツールボディセクションを含む請求項1〜3の何れかに記載の型ツール。
- 前記ツールボディセクションが相互に直接接触する請求項4に記載の型ツール。
- 一連のツールボディセクションが横並び形態下に伸延してツールボディセクションの層を形成する請求項4または5に記載の型ツール。
- ツールボディが、積層形態のツールボディセクションからなる複数の層を含む請求項6の型ツール。
- ツールボディ内の各ツールボディセクションが、その樹脂材料製のアウタースキン内にインナーポリマーフォームコアを含む請求項1〜7の何れかに記載の型ツール。
- 樹脂材料が、ファイバー補強材を含むファイバー補強された樹脂材料である請求項1〜8の何れかに記載の型ツール。
- 樹脂材料が硬化される請求項1〜9の何れかに記載の型ツール。
- 樹脂材料が硬化性を有する請求項1〜9の何れかに記載の型ツール。
- ファイバー補強材が、ツールボディセクションにおける特定方向の強度を比較的高める方向性を有する請求項9〜11の何れかに記載の型ツール。
- ファイバー補強材が樹脂材料のX、Y、Zの各軸の2つまたは各々の方向に伸延する請求項9〜12の何れかに記載の型ツール。
- 樹脂材料が熱硬化性樹脂を含む請求項1〜13の何れかに記載の型ツール。
- 樹脂材料が熱可塑性樹脂を含む請求項1〜13の何れかに記載の型ツール。
- ファイバー補強された樹脂材料の熱膨張係数が8ppm未満である請求項9〜15の何れかに記載の型ツール。
- ファイバー補強された樹脂材料の熱膨張係数が5ppm未満である請求項1〜16の何れかに記載の型ツール。
- アウタースキンがツールボディセクションのインナーポリマーフォームコアの周囲に伸延し、かくして該インナーポリマーフォームコアの膨張を制限する請求項1〜17の何れかに記載の型ツール。
- アウタースキンが積層構造を有する請求項1〜18の何れかに記載の型ツール。
- インナーポリマーフォームコアの密度が250kg/m3未満である請求項1〜19の何れかに記載の型ツール。
- インナーポリマーフォームコアの密度が150kg/m3未満である請求項1〜19の何れかに記載の型ツール。
- インナーポリマーフォームコアの熱膨張係数が20及び80ppmの間である請求項1〜21の何れかに記載の型ツール。
- ツールボディ内の隣り合うツールボディセクションが相互に固定される請求項1〜22の何れかに記載の型ツール。
- 前記ツールボディ内の隣り合うツールボディセクションが相互に結合される請求項1〜23の何れかに記載の型ツール。
- 前記ツールボディ内の隣り合うツールボディセクションが相互に融合される請求項1〜24の何れかに記載の型ツール。
- 少なくとも幾つかのツールボディセクションが方向性を有し、且つ、ツールボディ内で直交関係下に配置される請求項1〜25の何れかに記載の型ツール。
- ツールボディセクションの少なくとも幾つかが細長く、且つ、ツールボディセクションのアウタースキン内のファイバー補強材が、該ツールボディセクションの長手方向に少なくとも全体に沿って伸延する請求項1〜26の何れかに記載の型ツール。
- ファイバー補強材が、単方向、織上げ、編上げ、縫合、編み組み、及びまたはニット織構造等の連続的構造を有する請求項1〜27の何れかに記載の型ツール。
- ファイバー補強材が、等方性のチョップドマット構造等の不連続的構造を有する請求項1〜27の何れかに記載の型ツール。
- ある層におけるツールボディセクションの少なくとも幾つかが全体に相互平行状態下に伸延する請求項6〜29の何れかに記載の型ツール。
- 交互する層におけるツールボディセクションが全体に同一方向に伸延し得る請求項7〜30の何れかに記載の型ツール。
- ある層内のツールボディセクションの少なくとも幾つかが、隣り合う層におけるツールボディセクションと全体に相互直交状態下に伸延する請求項7〜31の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンが、硬化した樹脂材料を含む請求項1〜32の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンが、硬化性樹脂材料を含む請求項1〜32の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンが、ファイバー補強材で補強された樹脂材料を含む請求項1〜34の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンがツールボディに固定される請求項1〜35の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンが結合剤によりツールボディに結合される請求項1〜36の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンがツールボディに融合される請求項1〜36の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンが、ツールボディ内のツールボディセクションまたはその大半におけるアウタースキンのそれと同一または類似の熱膨張係数を有する請求項1〜38の何れかに記載の型ツール。
- 型スキンが、ツールボディ内のツールボディセクションまたはその大半におけるアウタースキンのそれと同一または類似の樹脂材料及びまたはファイバー補強材を有する請求項1〜39の何れかに記載の型ツール。
- 型スキン内のファイバー補強材が型表面において単方向性を有する請求項1〜40の何れかに記載の型ツール。
- 型スキン内のファイバー補強材が多方向性を有する請求項1〜40の何れかに記載の型ツール。
- 複数のツールボディセクションを含むツールボディであって、前記ツールボディセクションの少なくとも2つが、その樹脂材料製のアウタースキン内にインナーポリマーフォームコアを含み、且つその一方を他方の上部に重ねて積層したツールボディ。
- 成形性材料を成形するための型ツールの製造方法であって、複数のツールボディセクションを配列してツールボディを形成するステップにして、前記ツールボディセクションの少なくとも2つが、その樹脂材料製のアウタースキン内にインナーポリマーフォームコアを含み、且つその一方を他方の上部に重ねて積層されるステップと、前記ツールボディを覆って型スキンを形成し、かくして、成形性材料をその上で成形し得る型表面を提供するステップと、を含む方法。
- 少なくとも3つの一連のツールボディセクションが積層される請求項44に記載の方法。
- ツールボディセクションが、隣り合う各ツールボディセクションが相互に直接接触するように積層される請求項44または45に記載の方法。
- 少なくとも2つのツールボディセクションが横並び形態下に配列される請求項44〜46の何れかに記載の方法。
- ツールボディセクションが相互に直接接触する請求項47に記載の方法。
- 一連のツールボディセクションが横並び形態下に伸延して1層のツールボディセクションを形成するよう配列される請求項47または48に記載の方法。
- 複数のツールボディセクションが積層構成下に配列される請求項49に記載の方法。
- ツールボディセクションが、相互接触状態化に配列され、かくして、実質的に連続するツールボディを提供する請求項44〜50の何れかに記載の方法。
- 各層内のツールボディセクションが全体に同一方向に伸延する請求項49〜51の何れかに記載の方法。
- アウタースキン内のファイバー補強材が方向性を有し、ある層内の隣り合うツールボディセクションが全体に平行化される方向性を有するように配列される請求項49〜52の何れかに記載の方法。
- アウタースキン内のファイバー補強材が方向性を有し、ある層内の隣り合うツールボディセクションが全体に相互直交化する方向性を有するよう配列される請求項49〜52の何れかに記載の方法。
- アウタースキン内のファイバー補強材が方向性を有し、隣り合う層内のツールボディセクションが全体に相互直交化する方向性を有するよう配列される請求項49〜54の何れかに記載の方法。
- アウタースキン内のファイバー補強材が方向性を有し、隣り合う層内のツールボディセクションが全体に相互平行化する方向性を有するよう配列される請求項49〜54の何れかに記載の方法。
- 隣り合うツールボディセクションが結合剤を用いて相互結合される請求項44〜56の何れかに記載の方法。
- 隣り合うツールボディセクションが、アウタースキン内の樹脂材料の効果中に相互に融合される請求項44〜56の何れかに記載の方法。
- ツールボディは、その形成後にツールボディセクションを相互に融合または結合する条件を受ける請求項44〜58の何れかに記載の方法。
- ツールボディが、ツールボディセクション内の硬化性の樹脂材料を降下させる硬化条件を受ける請求項44〜59の何れかに記載の方法。
- ツールボディが型ツールのための所望の全体プロファイルに賦形される請求項44〜60の何れかに記載の方法。
- 型スキンが、硬化性条件下にツールボディ上に位置付けられ、その場で硬化される請求項44〜61の何れかに記載の方法。
- アウタースキン及び型スキンが共に硬化ステージ中に硬化される請求項44〜62の何れかに記載の方法。
- 型スキンがプレプレグの形態下にツールボディ上に位置付けられる請求項44〜63の何れかに記載の方法。
- 型スキンが、ツールボディ上に位置付けた多層積層体である請求項44〜64の何れかに記載の方法。
- ツールボディの製造方法であって、少なくとも2つのツールボディセクションを一方を他方に重ねて積層するステップを含み、各前記ツールボディセクションが、その樹脂材料製のアウタースキン内にインナーポリマーフォームコアを含む方法。
- 物品の成形方法であって、請求項1〜43の何れかに記載の如き型ツールの型表面上に成形性の材料を配置するステップと、該材料に成形条件を受けさせるステップと、を含む方法。
- 前記成形条件が250℃までの高温を含む請求項67に記載の方法。
- 前記成形条件が、1バールを超える圧力条件を含む請求項67または68に記載の方法。
- 前記圧力が約0.344827585MPa〜1.034482775MPa(50〜150psi)の範囲のものである請求項69に記載の方法。
- 添付図面を参照して実質的に説明された型ツール。
- 添付図面を参照して実質的に説明されたツールボディ。
- 添付図面を参照して実質的に説明された型ツールの製造方法。
- 添付図面を参照して実質的に説明されたツールボディの製造方法。
- 添付図面を参照して実質的に説明された物品の成形方法。
- 前記何れかの請求項に記載した如きと同一発明またはその関連発明の範囲内あるいは範囲外を問わず、本明細書に実質的に記載された新規な事項を含む新規な記載事項またはその組み合わせ。
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