JP2014015041A - フランジ付き複合構成部品を製造するための装置および該フランジ付き複合構成部品を製造する方法 - Google Patents

フランジ付き複合構成部品を製造するための装置および該フランジ付き複合構成部品を製造する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フランジ付き複合構成部品を製造するための装置および該フランジ付き複合構成部品を製造する方法を提供する。
【解決手段】複合構成部品１２が提供される。この複合構成部品は、第１の複合材料８６と、第１の複合材料に結合された複合構造物９０と、複合構造物に結合された第２の複合材料８８とを含み、第２の複合材料は、複合構造物に一体に結合された第１のフランジ１８を含み、また、複合構造物に対して実質的に直交するように配置され、第１のフランジは、約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有するインターフェースを含む。
【選択図】図１

Description

本明細書に記載の実施形態は、一般に、構成部品を製造するための装置に関し、より詳細には、フランジ付き複合構成部品を製造するための方法およびシステムに関する。
構成部品は、その剛性を向上させるために、および／または他の部品との組み立てを容易にするために、しばしばフランジを有する。一部の従来のプロセスは、構成部品上にフランジを形成するように実施されている。一部の既知のプロセスでは、フランジは、定位置でボルト留めされる別個の金属部片を含む。
複合構成部品は航空宇宙産業など種々の分野で使用されている。一部のプロセスでは、管状の複合構成部品を形成するために、円筒形構成の構成部品材料が堆積される。しかし、複合構成部品上にフランジを形成するための現在のプロセスは労働集約的であり、フランジの品質が作業者に依存する可能性がある。従来では、作業者がフランジ付き構成の構成部品材料を手動で順番に積み重ねていたが、これは、円筒構成としてレイアップするプロセスよりも遅くなり得る。
また、ローラの寸法、動きの複雑さ、および、複合材料の配置中の操作の複雑さなど固有の機械の限界により、自動または半自動で複合材料からフランジをレイアップする場合でも時間を要する可能性があり、またそうすることが困難となる場合がある。より具体的には、現行の機械および工具を使用して複合材料内に小さい湾曲部または角度を作製している間に問題が生じる。既知の機械および工具は、一般にはフランジの曲げ半径が１０インチ（２５．４ｃｍ）以上であるような、大きいすみ肉湾曲（ｆｉｌｌｅｔ ｂｅｎｄ）を有するフランジを製造することのみに限定される可能性があり、これは用途によっては実用的ではない場合がある。
米国特許出願公開第２０１１／０２２６４０７号明細書
一態様では、フランジ付き複合構成部品を製造する方法が提供される。この方法は、複合構造物を第１の複合材料に結合することを含む。この方法は、第２の複合材料を複合構造物に結合すること、および、複合構造物内に第１の膨張デバイスを配置することを含む。形成要素が、型に接して、第１の複合材料、複合構造物および第２の複合材料のうちの少なくとも１つに結合される。この方法は、型と、形成要素と、圧力要素との間に空間を画定するように、形成要素に圧力要素を結合することを含む。この方法は、第２の複合材料を複合構造物から離して空間内へと移動させることにより第１のフランジを形成するのを促進することを目的として、第２の複合材料に力を加えるために第１の膨張デバイスを膨張させることを含む。
別の一態様では、複合構成部品が提供される。この複合構成部品は、第１の複合材料と、第１の複合材料に結合された複合構造物とを含む。第２の複合材料が複合構造物に結合される。第２の複合材料は複合構造物に一体に結合されたフランジを含み、また、複合構造物に対して実質的に直交するように配置される。フランジは、約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有するインターフェースを含む。
別の一態様では、フランジ付き複合構成部品を製造するための装置が提供される。この装置は複合材料に結合されるように構成された型を含み、また、型に結合された形成要素を含む。圧力要素が形成要素に結合され、それにより、型と、形成要素と、圧力要素との間に空間が画定される。この装置は、型に結合されて空間内に配置される膨張デバイスを含み、ここでは、この膨張デバイスは、形成要素および圧力要素に形成力を加えるように構成される。位置決め装置が膨張デバイスに接触するように複合材料内に配置され、この位置決め装置は、空間内で膨張デバイスを位置決めするのを促進するように構成される。
型と、形成要素と、圧力要素と、膨張デバイスとを有する例示の構成部品形成装置を示す側断面図であり、型に結合された状態の複合材料を示している。 図１に示される例示の装置によって形成されるフランジ付き構成部品を示す前方斜視図である。 例示の型と、形成要素と、圧力要素と、複合材料から例示のフランジを形成するための位置にある膨張デバイスとを示す側断面図である。 例示の型と、別の形成要素と、別の圧力要素と、別の膨張デバイスとを示す側断面図であり、形成された例示のフランジを示している。 複合材料から別の例示のフランジを形成するための、図４に示される例示の型と、形成要素と、圧力要素と、膨張デバイスとを示す側断面図である。 複合材料から形成された例示のフランジを示す側断面図である。 フランジ付き構成部品を製造する方法を示す例示の流れ図である。 フランジ付き構成部品を製造する方法を示す例示の流れ図である。
図１は例示の構成部品形成装置１０の側断面図を示す。図２は、図１に示される装置１０によって形成されるフランジ付き構成部品１２の前方斜視図を示す。構成部品１２は、第１のフランジ１８および第２のフランジ２０を有する複合材料１４を含む。別法として、２つより少ないフランジまたは３つ以上のフランジが、本明細書に説明されるように構成部品１２を機能させるのを可能にするのに使用されてもよい。フランジ１８、２０は複合材料１４（図１に示される）から形成され、その複合材料１４に一体に結合される。
一実施形態では、装置１０は、型２２と、形成要素２４と、圧力要素２６と、第１の膨張デバイス２８と、第２の膨張デバイス３０とを含む。さらに、装置１０は、第１の膨張デバイス２８に結合された第１の位置決め要素３２と、第２の膨張デバイス３０に結合された第２の位置決め装置３３とを含み、またさらに、空間６８と、厚さ１０８を有する複合材料１４とを加熱するように構成された温度制御デバイス３４を含む。
型２２はマンドレル３６および支持要素３８を含む。マンドレル３６は複合材料１４を支持するように構成され、支持要素３８は、後で考察するように構成部品の形成中、マンドレル３６を支持するように構成される。一実施形態では、マンドレル３６および支持要素３８は環状形状であり、限定しないが、所定の剛性を有する金属または金属合金など種々の材料から形成される。別法として、マンドレル３６および支持要素３８は、本明細書で説明されるように装置１０が機能するのを可能にするような任意の形状であってよく、またそのような材料組成であってよい。
一実施形態では、マンドレル３６は、第１の側面４０、第２の側面４２、および、第１の側面４０と第２の側面４２との間にある表面４４を含む。マンドレル３６は、互いに対して実質的に直交するように配置される第１の部分４６および第２の部分４８をさらに含む。さらに、第１の部分４６は第１の端部５０および第２の端部５２を含む。第１の端部５０は第２の端部５２に対して角度が付けられる。温度制御デバイス３４は、空間６８に熱を加えるようにさらには厚さ１０８を有する複合材料１４を加熱するように構成され、および／または、複合材料１４から熱を除去するように構成される。一実施形態では、温度制御デバイス３４は、加熱された強制空気を複合材料１４上まで誘導するように構成される。別法として、任意のタイプの温度制御デバイスを、本明細書で説明されるように装置１０が機能するのを可能にするために加熱および冷却を行うのに使用することができる。
支持要素３８は第１の部分５６および第２の部分５８を含む。第２の部分５８はマンドレルの第２の部分４８に結合され、マンドレルの第２の部分４８を越えて延在し、結果として、支持要素３８は、構成部品の形成中、発生する形成力に反応するように構成される。一実施形態では、支持要素３８は環状リング形状を含む。別法として、支持要素３８はディスク形状を含んでもよい。支持要素３８は、本明細書で説明されるように装置１０が機能するのを可能にする任意の形状を有することができる。
形成要素２４は、構成部品の形成中、第１の膨張デバイス２８および第２の膨張デバイス３０のうちの少なくとも１つを収容するように構成される。形成要素２４は、互いに実質的に直交するように配置される第１の部分６０および第２の部分６２を含む。各部分６０および６２は、マンドレル３６に向かって配向される個別の側面６３および６４を有する。一実施形態では、第１の部分６０は圧力要素２６に結合され、第２の部分６２は支持要素３８に結合される。第２の部分６２は、第２の部分６２とマンドレル３６との間に開口部６６を画定するようにマンドレル３６から離間される底部６５を含む。さらに、空間６８が、少なくとも型２２と、形成要素２４と、圧力要素２６とによって画定される。
圧力要素２６は形成要素２４に結合され、構成部品の形成中、第１の膨張デバイス２８および第２の膨張デバイス３０のうちの少なくとも１つに圧力を加えるように構成される。より具体的には、一実施形態では、圧力要素２６は、締結具７０により形成要素２４に調整可能に結合される。一実施形態では、締結具７０は調整ねじを含む。別法として、説明されるように装置１０が機能するのを可能にするように、形成要素２４に対して圧力要素２６を結合するのを可能にする任意の調整機構が使用されてよい。
圧力要素２６は、頂部７４と、底部７６と、第１の側面７８と、第２の側面８０とを含む。圧力要素２６は、底部７６と第２の側面８０との間に曲線端部８４をさらに含む。一実施形態では、曲線端部８４は、空間６８の方に向かって外側に湾曲するのを促進するように凸形湾曲部として構成される。さらに、一実施形態では、曲線端部８４は、約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を含む。別法として、曲線端部８４は、約１０インチ（２５．４ｃｍ）より大きい曲げ半径を有することができる。さらに、一実施形態では、曲線端部８４は、約１インチ（２．５４ｃｍ）から約５インチ（１２．７ｃｍ）の間の曲げ半径を有する。さらに、一実施形態では、曲線端部８４は、約１インチ（２．５４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する。
各膨張デバイス２８および３０は、限定しないが、ブチル材料、シリコーンゴム、フッ素エラストマおよびナイロンバッギングフィルム（ｎｙｌｏｎ ｂａｇｇｉｎｇ ｆｉｌｍ）など、可撓性材料を含む。一実施形態では、膨張デバイス２８および３０はブラダーを含む。さらに、膨張デバイス２８および３０は、膨らませるために物質（図示せず）を膨張デバイス２８および３０内まで通過させるように構成されたバルブ（図示せず）を含む。バルブは、物質を膨張デバイス２８および３０内へ送出するのを促進するように供給源（図示せず）に連結される。物質は、例えば空気または水など、圧縮性流体および／または非圧縮性流体を含むことができる。さらに、位置決め装置３２が第１の膨張デバイス２８に接触し、第２の位置決め装置３３が第２の膨張デバイス３０に接触する。第１の位置決め装置３２は、構成部品の形成中、第１の膨張デバイス２８を位置決めするのを促進するように構成され、第２の位置決め装置３３は、構成部品の形成中、第２の膨張デバイス３０を位置決めするのを促進するように構成される。
複合材料１４はマンドレル３６に結合される。複合材料１４は、物理的特性および／または化学的特性が異なる２つ以上の構成材料を有する材料を含む。一実施形態では、複合材料１４は、マトリックス材料（図示せず）および強化材料（図示せず）を含む。マトリックス材料が強化材料を囲んで支持し、このマトリックス材料は金属材料および／または非金属材料を含むことができる。非金属材料には、限定しないが、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、石炭酸樹脂、ポリアミド樹脂、およびそれらの混合物など、の材料が含まれる。強化材料は、マトリックス材料の特性を向上させるような機械的特性および物理的特性を加える。強化材料には、例えば繊維または層など、構造物が含まれる。繊維には、限定しないが、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、芳香族ポリアミド繊維、およびそれらの混合物など、材料が含まれる。１つまたは複数の繊維には、マンドレル３６上に堆積または配置される前に、１つまたは複数の樹脂が予め含浸されてよい。
複合材料１４は、第１の複合材料８６と、第２の複合材料８８と、複合構造物９０とを含む。複合構造物９０は第１の複合材料８６に結合され、さらには第２の複合材料８８に結合される。一実施形態では、複合構造物９０は、第１の繊維層９２と、第２の繊維層９４と、ハニカム構造物９６とを含む。ハニカム構造物９６は第１の繊維層９２および第２の繊維層９４に結合され、それらの間に配置される。ハニカム構造物９６は、ハニカム構造物９６内にセル１００を画定する複数の壁９８を含む。一実施形態では、複合構造物９０は、第１の複合材料８６と第１の繊維層９２とを織り合わせることにより、第１の複合材料８６に結合される。さらに、複合構想物９０は、第２の複合材料８８と第２の繊維層９４とを織り合わせることにより第２の複合材料８８に結合される。別法として、複合構造物９０を第１の複合材料８６および第２の複合材料８８に接合するために任意の結合機構を使用することができる。
第１の複合材料８６は複数の繊維１０２を含み、第２の複合材料８８は複数の繊維１０３を含む。一実施形態では、繊維１０２および１０３は同じ材料組成を含む。別法として、第１の複合材料８６の繊維１０２は、第２の複合材料８８の繊維とは異なる材料組成を有することができる。一実施形態では、第２の複合材料８８は第１の複合材料８６の繊維１０２の数より多い数の繊維１０３を含み、また、第１の複合材料８６の厚さ１０６より大きい厚さ１０４を有する。第１の複合材料８６の厚さ１０４および第２の複合材料８８の厚さ１０６は、多様な物理特性を有する構成部品１４を作製するために変化する。別法として、第１の複合材料８６の繊維１０２の数および厚さ１０６は、第２の複合材料８８の繊維１０３の数および厚さ１０６と同じであるか、またはそれらを上回ってよい。
一実施形態では、第１の複合材料８６は、マンドレルの第２の側面４２に結合される。第１の複合材料８６は、例えば、テープを配置すること、繊維を配置すること、および／または、手動または自動でレイアップすることなど、任意の種々の技術（図示せず）を使用して第２の側面４２上に堆積され得る。複合構造物９０は、マンドレル３６から離れて空間６８に向かうように延在するように構成される。さらに、第２の複合材料８８が、形成要素２４とマンドレル３６の間、さらには、圧力要素２６とマンドレル３６との間に堆積される。
膨張デバイス２８および３０が繊維１０３内に挿入され、第１の位置決め装置３２および第２の位置決め装置３３が繊維１０３の一部分の中に配置される。第１の膨張デバイス２８は第２の複合材料８８内に配置され、ここでは、第１の膨張デバイス２８と繊維１０３の上部層１０５との間の繊維１０３の厚さ１０８が、第２の膨張デバイス３０と繊維１０３の上部層１０７との間の繊維１０３の厚さ１１０より小さい。繊維１０３の厚さ１０８および１１０は、異なるサイズを有するフランジ１８および２０を作製するために変化する。別法として、繊維１０３の厚さ１０８および１１０は、同様のサイズのフランジ１８および２０を作製するために実質的に等しくてもよい。収縮状態にある第１の膨張デバイス２８は、第２の複合材料８８の繊維１０３の第１の部分１０９を、空間６８内に、圧力要素２６の曲線端部８４に向かって配置するように構成される。収縮状態にある第２の膨張デバイス３０は、第２の複合材料８８の繊維１０３の第２の部分１１１を、開口部６６内で、形成要素２４の第２の部分６２に向かって配置するように構成される。
図３は、型２２と、形成要素２４と、圧力要素２６と、複合材料１１４から第１のフランジ１８を形成するための位置１１２にある第１の膨張デバイス２８との側断面図を示す。第１の膨張デバイス２８は膨らんだ状態で示されており、ここでは、物質１１４が、第１の膨張デバイス２８を膨らませるためにバルブ（図示せず）を介して第１の膨張デバイス２８内に送出されている。一実施形態では、第１の膨張デバイス２８は、第２の複合材料８８が、局所的に積層が変形するのを最小化または排除するのを促進するために（図示せず）、制御される所定の率で膨らむ。第１の膨張デバイス２８は、膨らむと、形成要素２４、圧力要素２６および第１の位置決め装置３２のうちの少なくとも１つにより空間６８内に収容される。
支持要素３８は、膨張デバイス２８が膨らむことに反応するように、さらには、形成要素２４が移動するのに抵抗するための力を加えるように構成される。同様に、締結具７０が、膨張デバイス２８が膨らむことに反応するように、さらには、圧力要素２６が移動するのに抵抗するための力を加えるように構成される。第１の膨張デバイス２８は、第２の複合材料８８の繊維１０３の第１の部分１０９に対して形成力を加えるように構成される。より具体的には、第１の膨張デバイス２８は、第１のフランジ１８を形成するために曲線端部８４の周りで繊維１０３を制御可能に曲げるように構成される。一実施形態では、第１のフランジ１８は、第１の部分１１６と、第２の部分１１８と、それらの間にあるインターフェース１２０とを有するように形成される。第１の部分１１６は第２の部分１１８に対して実質的に直交するように配置され、また、インターフェース１２０は約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する。一実施形態では、インターフェース１２０は約１インチ（２．５４ｃｍ）から約５インチ（１２．７ｃｍ）までの間の曲げ半径を有する。別法として、インターフェース１２０は約１０インチ（２５．４ｃｍ）を越える曲げ半径を有することができる。さらに、一実施形態では、インターフェース１２０は、約１インチ（２．５４ｃｍ）から約５インチ（１２．７ｃｍ）の間の曲げ半径を有する。さらに、一実施形態では、インターフェース１２０は１インチ（２．５４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する。
図４は、型２２と、別の形成要素２４’と、別の圧力要素２６’と、型２２に沿った別の位置１２２にある別の支持要素３８’との側断面図を示し、さらに、第１のフランジ１８を示しており、ここでは、第１の膨張デバイス２８および第１の位置決め装置３２が除去されている。形成要素２４’、圧力要素２６’および形成要素３８’は、それぞれ、形成要素２４、圧力要素２６および形成要素３８（図１に示される）と同様である。この例示の実施形態では、形成要素２４’、圧力要素２６’および形成要素３８’は、型２２に沿った新たな位置１２２を埋め合わせるのを促進するために、対応する形成要素２４、圧力要素２６および形成要素３８（図１に示される）とは異なるサイズを有する。より具体的には、形成要素２４、圧力要素２６および形成要素３８（図１に示される）が型２２から取り外され、形成要素２４’、圧力要素２６’および形成要素３８’が、互いに、さらには型２２に調整可能に結合される。さらに、圧力要素２６’の湾曲した端部８４’も、対応する湾曲した端部８４（図１に示される）とは異なるサイズを有する。別法として、湾曲した端部８４’は湾曲した端部８４（図１に示される）と同様のサイズを有してもよい。
第１のフランジ１８が、第２の複合材料８８から一体に形成されてその第２の複合材料８８に結合されて示されている。形成要素２４’および圧力要素２６’は、マンドレル３６を基準にして位置１２２のところで示されており、第１のフランジ１８から離れている。より具体的には、第２の膨張デバイス３０、位置決め装置３３および繊維１０３の第２の部分１１１が、空間６７内に配置される。さらに、圧力要素２６の底部７６および曲線端部８４’が繊維１０３に接触するように配置される。収縮状態にある第２の膨張デバイス３０が、繊維１０３の第２の部分１１１を空間６７内に配置させる。
図５は、型２２と、形成要素２４’と、圧力要素２６’と、支持要素３８’と、複合材料８８から第２のフランジ２０を形成するための第２の膨張デバイス３０との側断面図を示す。第２の膨張デバイス３０が膨らんだ状態で示されており、物質１１４が、第２の膨張デバイス３０を膨らませるためにバルブ（図示せず）を介して第２の膨張デバイス３０内に送出されている。一実施形態では、第２の膨張デバイス３０は、第２の複合材料８８が、局所的に積層が変形するのを最小化または排除するのを促進するために（図示せず）、制御される所定の率で膨らむ。第２の膨張デバイス３０は、膨らむと、第２の位置決め装置３３、形成要素２４’、圧力要素２６’および支持要素３８’のうちの少なくとも１つにより空間６７内に収容される。
支持要素３８’は、膨張デバイス３０が膨らむことに反応するように、さらには、形成要素２４’が移動するのに抵抗するための力を加えるように構成される。同様に、締結具７０が、圧力要素２６’が移動するのに抵抗するための力を加えることを目的として、膨張デバイス３０が膨らむことに反応するように構成される。第２の膨張デバイス３０は、繊維１０３の第２の部分１１１に対して形成力を加えるように構成される。膨張デバイス３０は、第２のフランジ２０を形成するのを促進するために曲線端部８４’の周りで繊維１０３の第２の部分１１１を制御可能に曲げるように構成される。より具体的には、第２のフランジ２０は、第１の部分１２６と、第２の部分１２８と、それらの間にあるインターフェース１３０とを有するように形成される。第１の部分１２６は第２の部分１２８に対して実質的に直交するように配置され、また、インターフェース１３０は約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する。一実施形態では、インターフェース１３０は約１インチ（２．５４ｃｍ）から約５インチ（１２．７ｃｍ）までの曲げ半径を有する。別法として、インターフェース１３０は約１０インチ（２５．４ｃｍ）を越える曲げ半径を有することができる。さらに、一実施形態では、インターフェース１３０は、約１インチ（２．５４ｃｍ）から約５インチ（１２．７ｃｍ）の間の曲げ半径を有する。さらに、一実施形態では、インターフェース１３０は約１インチ（２．５４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する。
図６は、複合材料１４から形成されたフランジ１８および２０の側断面図を示す。一実施形態では、第２のフランジ２０は、第１のフランジ１８の厚さ１３４とは異なる厚さ１３２を有する。この例示の実施形態では、厚さ１３２は厚さ１３４より大きい。別法として、第２のフランジ２０は、第１のフランジ１８より薄い厚さまたは第１のフランジ１８と実質的に等しい厚さを有する。フランジ１８および２０の厚さを変化させることにより、構成部品１２（図１に示される）に異なる物理特性を提供することが促進される。
図７は、例えば構成部品１２（図２に示される）など、フランジ付き複合構成部品を製造する方法７０２を示す例示の流れ図７００である。方法７０２は、第１の複合材料８６（図１に示される）など第１の複合材料を例えば型２２（図１に示される）など型上に配置すること７０４を含む。複合構造物９０（図１に示される）など複合構造物が第１の複合材料に結合される７０６。方法７０２は、例えば第２の複合材料８８（図１に示される）など第２の複合材料を複合構造物に結合すること７０８を含む。一実施形態では、複合構造物を第１の複合材料に結合することは、複合構造物の少なくとも１つの繊維を第１の複合材料の少なくとも１つの繊維に織り合わせること７０５を含み、第２の複合材料を複合構造物に結合することは、第２の複合材料の少なくとも１つの繊維を複合構造物の少なくとも１つの繊維に織り合わせること７０７を含む。
方法７０２は、第１の複合材料、複合構造物および第２の複合材料のうちの少なくとも１つを保持するために、例えば形成要素２４（図１に示される）など形成要素を位置決めすること７１０をさらに含む。圧力要素２６（図１に示される）など圧力要素が形成要素に結合され７１２、それにより、少なくとも型と、形成要素と、圧力要素との間に例えば空間６８（図１に示される）など空間が画定される。方法７０２はまた、例えば第１の位置決め装置３２（図１に示される）など位置決め装置を第２の複合材料内に挿入すること７１４を含む。さらに、方法７０２は、例えば第１の膨張デバイス２８（図１に示される）など第１の膨張デバイスを第２の複合材料内に配置すること７１５を含む。第１の位置決め装置３２が第１の膨張デバイスに接触するように配置される。
方法７０２は、例えば第２の複合材料８８など第２の複合材料を加熱すること７１６をさらに含む。この例示の方法７０２では、第２の複合材料を加熱すること７１６は、高温強制空気を第２の複合材料の方に誘導することを含む。より具体的には、高温強制空気が、第２の複合材料の繊維部分１１１など外側の繊維まで誘導される。加熱すること７１６は、本明細書で説明されるように装置が機能するのを可能にする任意のタイプの熱添加を含むことができる。別法として、加熱すること７１６は、第１の複合材料および／または複合構造物を加熱することを含むことができる。第１の膨張デバイスは、第１のフランジ１８（図１に示される）など第１のフランジを形成するのを促進することを目的として第２の複合材料を複合構造物から離して空間内へ移動させるために第２の複合材料に力を加えるように、所定の率で調整可能に膨張される７１８。方法７０２はまた、約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する第１のフランジを形成すること７２０を含む。別法として、方法７０２は、約１０インチ（２５．４ｃｍ）より大きい第１のフランジの曲げ半径を製造することを含む。さらに、方法７０２は、約１インチ（２．５４ｃｍ）から約５インチ（１２．７ｃｍ）の間の曲げ半径を製造することを含む。方法７０２は、一実施形態では、約１インチ（２．５４ｃｍ）未満の曲げ半径を製造することを含む。方法７０２は、例えば第２の複合材料８８など第２の複合材料を冷却すること７２２を含む。この例示の方法７０２では、第２の複合材料を冷却すること７２２は、強制空気を第２の複合材料の方に誘導することを含む。より具体的には、高温強制空気が、第２の複合材料の外側の繊維１０７など、外側の繊維まで誘導される。冷却すること７２２は、本明細書で説明されるように装置が機能するのを可能にする任意のタイプの熱除去を含むことができる。別法として、冷却すること７２２は、第１の複合材料および／または複合構造物を冷却することを含むことができる。
方法７０２は、形成要素および圧力要素をマンドレルに沿わせて移動させること７２４をさらに含む。第２の膨張デバイス３０（図１に示される）など第２の膨張デバイスが、例えば空間６７（図４に示される）など空間内に収容される。方法７０２は、例えば第２の複合材料８８（図５に示される）など第２の複合材料を加熱すること７２５を含む。さらに、方法７０２は、例えば繊維１０３（図５に示される）の第２の部分１１１など、第２の複合材料の繊維の第２の部分を加熱することを含む。方法７０２は、第２のフランジ（図１に示される）など第２のフランジを形成するのを促進することを目的として第２の複合材料を複合構造物から離して空間内へ移動させるために第２の複合材料に力を加えるように第２の膨張デバイスを膨張させること７２６を含む。方法７０２はまた、約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する第２のフランジを形成することを含む。別法として、方法７０２は、約１０インチ（２５．４ｃｍ）より大きい第２のフランジの曲げ半径を製造することを含むことができる。方法７０２は、第２の膨張デバイスを膨張させた後で第２の複合材料を冷却すること７２８を含む。別法として、方法７０２は、第１の複合材料および／または複合構造物を冷却することを含むことができる。
本明細書で説明されるシステムおよび方法の技術的効果には、第１の複合材料、第２の複合材料および複合構造物からフランジ付き複合構成部品を製造する方法、フランジ付き複合構成部品、ならびにフランジ付き複合構成部品を製造するための装置のうちの少なくとも１つが含まれる。
フランジ付き複合構成部品を製造するための装置および方法の例示の実施形態を上で詳細に説明した。これらの方法およびシステムは本明細書で説明される特定の実施形態のみに限定されず、むしろ、システムの構成部品および／または方法のステップは、本明細書で説明される別の構成部品および／またはステップから独立させて別個に利用され得る。例えば、これらの方法は、別の製造システムおよび製造方法と組み合わせても使用することができ、本明細書で説明されるシステムおよび方法のみと共に実施されることに限定されない。また、例示の実施形態は、多くの別の構成部品形成用途と併せて実施および利用され得る。
本発明の種々の実施形態の特定の特徴は、示される図面もあれば示されない図面もあるが、これは便宜的なものにすぎない。本発明の原理に従い、図面の任意の特徴が任意の別の図面の任意の特徴と組み合わせて引用および／または特許請求され得る。
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、例を使用する。特許性のある本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者には思い付く別の例を含むことができる。このような別の例は、特許請求の範囲の文字通りの意味と違わない構造的要素を含む場合には、または、特許請求の範囲の文字通りの意味とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。
１０ 装置
１２ 構成部品
１４ 複合材料
１８ 第１のフランジ
２０ 第２のフランジ
２２ 型
２４ 形成要素
２６ 圧力要素
２８ 第１の膨張デバイス
３０ 第２の膨張デバイス
３２ 第１の位置決め装置
３３ 第２の位置決め装置
３４ 温度制御デバイス
３６ マンドレル
３８ 形成要素
４０ 第１の側面
４２ 第２の側面
４４ 表面
４６ 部分
４８ 第２の部分
５０ 第１の端部
５２ 第２の端部
５６ 第１の部分
５８ 第２の部分
６０ 第１の部分
６２ 第２の部分
６３ 個別の側面
６４ 個別の側面
６５ 底部
６６ 開口部
６７ 空間
６８ 空間
７０ 締結具
７４ 頂部
７６ 底部
７８ 第１の側面
８０ 第２の側面
８４ 曲線端部
８６ 第１の複合材料
８８ 第２の複合材料
９０ 複合構造物
９２ 第１の繊維層
９４ 第２の繊維層
９６ ハニカム構造物
９８ 複数の壁
１００ セル
１０２ 複数の繊維
１０３ 繊維
１０４ 厚さ
１０５ 上部層
１０６ 厚さ
１０７ 外側繊維
１０８ 厚さ
１０９ 第１の部分
１１０ 厚さ
１１１ 第２の部分
１１２ 位置
１１４ 物質
１１６ 第１の部分
１１８ 第２の部分
１２０ インターフェース
１２２ 位置
１２６ 第１の部分
１２８ 第２の部分
１３０ インターフェース
１３２ 厚さ
１３４ 厚さ
７００ 例示の流れ図
７０２ 方法
７０４ 第１の複合材料を型上に配置する
７０５ 複合構造物の少なくとも１つの繊維を第１の複合材料の少なくとも１つの繊維に織り合わせる
７０６ 複合構造物を第１の複合材料に結合する
７０７ 第２の複合材料の少なくとも１つの繊維を複合構造物の少なくとも１つの繊維に織り合わせる
７０８ 第２の複合材料を複合構造物に結合する
７１０ 型に接して、第１の複合材料、複合構造物および第２の複合材料のうちの少なくとも１つに結合するために形成要素を位置決めする
７１２ 型と、形成要素と、圧力要素とによって空間を画定するために圧力要素を形成要素に結合する
７１４ 第２の複合材料内に位置決め装置を挿入する
７１５ 第２の複合材料と複合構造物との間に第１の膨張デバイスを配置する
７１６ 第２の複合材料を加熱する
７１８ 第１のフランジを形成するのを促進することを目的として第２の複合材料を複合構造物から離して空間内へ移動させるために第２の複合材料に力を加えるように、調整される所定の率で第１の膨張デバイスを膨張させる
７２０ 約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する第１のフランジを形成する
７２２ 第１の複合材料、複合構造物および第２の複合材料のうちの少なくとも１つを冷却する
７２４ 形成要素および圧力要素をマンドレルに沿わせて移動させて空間内で第２の膨張デバイスを収容する
７２５ 第２の複合材料を加熱する
７２６ 第２のフランジを形成するのを促進することを目的として第２の複合材料を複合構造物から離して空間内へ移動させるために第２の複合材料に力を加えるように、第２の膨張デバイスを膨張させる
７２８ 第２の複合材料を冷却する

Claims (20)

  1. フランジ付き複合構成要素を製造する方法であって、
    複合構造物を複合材料に結合するステップと、
    第２の複合材料を前記複合構造物に結合するステップと、
    前記第２の複合材料内に第１の膨張デバイスを配置するステップと、
    型に接して、前記第１の複合材料、前記複合構造物および前記第２の複合材料のうちの少なくとも１つに形成要素を結合するステップと、
    前記型と、前記形成要素と、圧力要素との間に空間を画定するように、前記形成要素に圧力要素を結合するステップと、
    前記第２の複合材料を前記複合構造物から離して前記空間内へと移動させることにより第１のフランジを形成するのを促進することを目的として、前記第２の複合材料に力を加えるために前記第１の膨張デバイスを膨張させるステップと
    を含む方法。
  2. 前記第１の膨張デバイスに接触させるように位置決め装置を前記第２の複合材料内に挿入するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
  3. 前記第１の膨張デバイスを膨らませる前に前記第２の複合材料を加熱するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
  4. 前記第１の膨張デバイスを膨らませた後に前記第２の複合材料を冷却するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
  5. 前記複合構造物を前記第１の複合材料に結合するステップが、前記複合構造物の少なくとも１つの繊維を前記第１の複合材料の少なくとも１つの繊維に織り合わせるステップを含む、請求項１記載の方法。
  6. 前記第２の複合材料を前記複合構造物に結合するステップが、前記第２の複合材料の少なくとも１つの繊維を前記複合構造物の少なくとも１つの繊維に織り合わせるステップを含む、請求項１記載の方法。
  7. 前記第１の膨張デバイスがブラダーを含み、前記第１の膨張デバイスを膨張させるステップが、前記ブラダーを膨らませるステップを含む、請求項１記載の方法。
  8. 前記第１のフランジに前記力を加えるステップが、約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有する前記第１のフランジを形成するステップを含む、請求項１記載の方法。
  9. マンドレルに沿わせて前記形成要素および前記圧力要素を移動させるステップ、ならびに、第２の膨張デバイスを収容するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
  10. 前記第２の複合材料を前記複合構造物から離れるように移動させることにより第２のフランジを形成するのを促進することを目的として、前記第２の複合材料に力を加えるために前記第２の膨張デバイスを膨張させるステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
  11. 第１の複合材料と、
    前記第１の複合材料に結合された複合構造物と、
    前記複合構造物に結合された第２の複合材料であって、前記複合構造物に一体に結合された第１のフランジを備え、また、前記複合構造物に対して実質的に直交するように配置され、前記第１のフランジが、約１０インチ（２５．４ｃｍ）未満の曲げ半径を有するインターフェースを備える、第２の複合材料と
    を備える複合構成部品。
  12. 前記第１の複合材料および前記第２の複合材料が繊維および樹脂を含む、請求項１１記載の複合構成部品。
  13. 前記複合構造物がハニカム構成を備える、請求項１１記載の複合構成部品。
  14. 前記第１の複合材料が、前記第２の複合材料とは異なる厚さを有する、請求項１１記載の複合構成部品。
  15. 前記曲げ半径が約１インチ（２．５４ｃｍ）未満である、請求項１１記載の複合構成部品。
  16. 前記第２の複合材料が、前記第１のフランジとは異なる厚さを有する第２のフランジを備える、請求項１１記載の複合構成部品。
  17. 複合材料に結合されるように構成された型と、
    前記型に結合された形成要素と、
    前記型と、前記形成要素と、圧力要素との間に空間を画定するために前記形成要素に結合された圧力要素と、
    前記複合材料内に配置される膨張デバイスであって、前記形成要素および前記圧力要素に形成力を加えるように構成された膨張デバイスと、
    前記膨張デバイスに接触するように前記複合材料内に配置され、また、前記空間内で前記膨張デバイスを位置決めするのを促進するように構成された位置決め装置と
    を備える、フランジ付き複合構成部品を製造するための装置。
  18. 温度制御デバイスをさらに備える、請求項１７記載の装置。
  19. 前記圧力要素が第１の側面および第２の側面を備え、前記第２の側面が、前記空間に向かって配向される曲線端部を備える、請求項１７記載の装置。
  20. 前記圧力要素が前記形成要素に調整可能に結合され、また、前記空間内で前記曲線端部を調整可能に位置決めするように構成される、請求項１９記載の装置。
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