JP2014024334A - 相互薄板状の金属シートで補強された積層複合材の屈曲および補強部材 - Google Patents

相互薄板状の金属シートで補強された積層複合材の屈曲および補強部材 Download PDF

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Abstract

【課題】繊維強化複合材において、板厚方向での強度、層間剥離強度に優れた、補強方法を提供する。
【解決手段】屈曲を支持する断面の形状および局所的な接続補強を有する積層細長部材を作成する方法であって、特に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）において、層状アセンブリを形成するため、硬化性のある可撓性プライ６６間に、一つ以上の金属シート６８を配置し、補強部材を形成するため、前記アセンブリを硬化することを含む方法。これにより、部材の板厚方向の層間強度が飛躍的に向上する。
【選択図】図３

Description

この発明は、積層複合材の部材の補強に関する。各種実施形態は、繊維強化積層複合材の補強および屈曲部材に関する。
炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、強度重量比の高い構造部材を提供するため、広く使用されている。炭素繊維強化プラスチックは、内部に炭素繊維が埋め込まれている熱硬化性または熱可塑性ポリマー（”樹脂”）マトリクスを含むポリマー複合材料から作成される。ＣＦＲＰ構造部材は繊維強化シートの層から作成され、その後、繊維強化シートを接合して複合材を作成する。これらの複合材は、機体、翼、および航空機の外殻の他のコンポーネント等の航空機の構造体に広く使用されている。これらの複合材は、部材の構造的統合性を高めるため、複合材の部材の層間における薄い金属シートによって強化できる。
航空機等の構造体向けの屈曲および補強部材の作成にも、ＣＦＲＰは使用される。屈曲および補強部材は通常、断面を有するよう形成された細長部材であって、断面内にある軸周囲で耐屈曲性を呈する。Ｉセクション、ＴセクションおよびＣセクションはこのような部材の例である。積層ＣＦＲＰシートのような部材を形成することで、部材に沿って、屈曲およぶ補強に対し効果的な強度を持つ部材を提供する。しかしながら、他の部材またはコンポーネント等への接続箇所において、このような部材に荷重がかかると、問題が生じる。
ＣＦＲＰ部材は、この部材を構成するシート沿いの方向に沿っては、高度な強度をもたらす。しかしながら、このような部材の板厚方向（シートからシートへの方向）の強度は主として、シート間の接合強度および繊維を支持するシートのプラスチックマトリクスの強度である。これらの強度は、繊維が延在する方向に沿った繊維強化シートの強度より桁違いに小さい。この板厚方向の強度が小さいことにより、屈曲および補強部材の接続箇所において問題が生じる。このような接続は、ＣＦＲＰ部材の板厚方向に延在する開口部を貫通するボルトやリベット等の従来の接合具によってなされる。このような接合具によってＣＦＲＰにかかる荷重は、部材を形成するシートの層間剥離を引き起こして、または内部に繊維が埋め込まれているマトリクスへの損傷を引き起こして、ＣＦＲＰ部材への損傷を引き起こす可能性がある。このような損傷は通常、１つの面から、前記１つの面に対し傾いているもう１つの面へと荷重経路が方向を変える領域で生じる（フランジからウェブに推移するときの半径細部等）。
図１はＩセクションＣＦＲＰ部材１０への接続に対する公知の補強を示す。部材１０は、略平行な２つの個別のフランジ１４および１６で作成されており、これらのフランジはフランジ１４と１６間に延在し、かつ、フランジ１４と１６に対し略垂直なウェブ１２によって接続されている。図１は、ラジアスブロック２２とアングルフィッティング２６による、２箇所の接続補強を示している。ラジアスブロック２２とアングルフィッティング２６は、フランジ１４と対面するフランジ１６の表面１７を貫通して、部材１０に対する接続を強化する。接合具２４と２８は、表面１７に隣接するコンポーネントまたは部材に接続するため、フランジ１６を貫通する。
接合具２４にはラジアスブロック２２を覆うセクションおよびラジアスブロック２２とフランジ１６を貫通するもう１つのセクションとが含まれる。ラジアスブロック２２はフランジ１６の表面１７と対向する表面に隣接して配置され、フランジ１６に対し、接合具２４を介して荷重分散を行う。接合具２８も同様に、アングルフィッティング２６とフランジ１６を貫通する。さらに、アングルフィッティング２６はウェブ１２に隣接して延在し、接合具３０はアングルフィッティング２６とウェブ１２を貫通して部材１０のフランジ１６とウェブ１２の統合性をさらに高め、接合具２８からウェブ１２へと荷重伝達している。
ラジアスブロック、アングルフィッティングおよびＣＦＲＰ部材への荷重をかけるための同様の接続補強具は、ＣＦＲＰ部材に対する必要な接続強度を提供する。このような接続補強具は、部材１０等の屈曲または補強部材への接続箇所を含む構造体の組み立て中に、配置および固定される必要がある追加部品である。これらの追加部品および構造体への組み込みを必要とする労力によって、部材１０等の屈曲または補強部材を含む構造体への追加コストがかさみ、これらの構造体の組み立て労力が増す。
一態様において、ラジアスブロックとアングルフィッティング等の外部補強部材を必要とせず、接合具によってかかる接続荷重を支持するよう作成される積層屈曲および補強部材が記載されている。
別の態様において、積層炭素繊維強化プラスティック屈曲および補強部材が記載されている。前記部材は、外部補強部材を必要とせず、前記部材に係合する接合具によってかかる荷重を支持し、接合具が前記部材に係合する箇所に隣接する部材のセクションに荷重伝達するよう作成される。
さらに別の態様において、前記部材にかかる荷重を支持する強度を付与する補強レイヤを前記部材内に含む積層屈曲および補強部材が記載されている。
さらに別の態様において、屈曲および補強部材に使用され、かつ、部材内に補強レイヤを含む積層部材を構成内に製造する方法がもたらされる。
追加の態様において、屈曲および補強部材に使用され、かつ、ラジアスブロックとアングルブロック等の外部補強具を必要とせず、接合具から部材へと荷重伝達するための強度を付与する積層部材を構成内に製造する方法がもたらされる。
さらなる追加の態様において、接合具が部材に係合する箇所におけるＣＦＲＰ部材の一部分の形状に金属シートを形成すること、および部材を補強するためＣＦＲＰ部材内へ金属シートを積層することが記載されている。
さらなる追加の態様において、接合具が部材に係合する箇所におけるＣＦＲＰ部材の一部分の形状に金属シートを形成することおよび前記ＣＦＲＰ部材の１つ以上の隣接するセクションの形状について記載され、ならびに接続箇所において部材を補強するため、かつ、前記ＣＦＲＰ部材の隣接するセクションへの推移を補強するため、ＣＦＲＰ部材内へ金属シートを積層することが記載されている。
本発明の別の態様によると、屈曲を支持する断面の形状を有し、かつ、局所的な接続補強を有する積層細長部材を作成する方法が開示される。前記方法は、部材の選択された１つ以上の部分の形状に１つ以上の金属シートを形成すること、層状アセンブリを形成するため、硬化性のある可撓性プライ間に前記１つ以上の金属シートを配置すること、補強部材を形成するため、前記アセンブリを硬化することを含み、前記硬化性のある可撓性プライには炭素繊維が含まれ、前記プライは接着マトリクスに含侵される。
前記金属シートはチタニウムで形成される。金属シートを形成するステップは、前記部材の選択された部分の形状に２つ以上の金属シートを形成することを含む。金属シートを配置するステップはさらに、接着フィルムを第１の金属シートの表面に適用すること、および前記接着フィルムに隣接して第２の金属シートを配置することを含む。金属シートを形成するステップは、前記部材の選択された部分の形状に２つ以上の金属シートを形成することを含む。前記金属シートを配置するステップはさらに、隣接する金属シート間に１つ以上のプライがあるように、前記２つ以上の金属シートを相互に隣接して配置することを含む。前記配置ステップはさらに、金属シートを第１の硬化性プライと第２の硬化性プライ間に配置すること、および第３の硬化性プライを前記金属シートの端部に隣接して配置すること、および前記第１の硬化性プライと前記第２の硬化性プライ間の金属シートから延在することを含む。１つ以上の金属シートを形成するステップは、前記細長部材のフランジセクションから前記細長部材の隣接するウェブセクションに延在するシートを形成することを含む。および金属シートを形成するステップは、２つ以上のシートを形成することを含み、各シートは前記細長部材のフランジセクションの外側端部からそのフランジセクション沿いに前記細長部材の隣接するウェブセクションまで、フランジの距離を延在するよう形成されており、その後、前記金属シートは前記細長部材のフランジセクションから前記細長部材のウェブセクション沿いにウェブの距離を延在し、金属シートのフランジの距離が増大するにつれ、金属シートの前記ウェブの距離が増大し、前記２つ以上の金属シートを配置するステップは、より長いフランジの距離を有する金属シートをより短いフランジの距離を有するシートに隣接して配置することを含み、その結果、より短いフランジの距離とウェブの距離を有する隣接する金属シートよりも、より長いフランジの距離を有する金属シートが前記細長部材のフランジセクションの外側端部からさらに遠くへ延在し、その後、前記細長部材のウェブセクション沿いにさらに遠くへ延在する。
本発明の別の態様によると、屈曲を支持する断面の形状を有し、かつ、局所的な接続強化を有する積層細長部材を作成する方法が開示される。前記方法は、部材の選択された１つ以上の部分の形状に１つ以上の金属シートを形成すること、第１の層状アセンブリを形成するため、硬化性のある可撓性プライ間に前記１つ以上の金属シートを配置すること、第２の層状アセンブリを形成するため、硬化性のある可撓性プライを相互に隣接するよう配置すること、前記第１の層状アセンブリを前記第２の層状アセンブリに隣接および接触するように配置すること、補強部材を形成するため、第１の層状アセンブリと第２の層状アセンブリを硬化することを含む。
金属シートを形成するステップは、前記第１の層状アセンブリの選択された部分の形状に２つ以上の金属シートを形成することを含む。前記金属シートを配置するステップはさらに、前記２つ以上の金属シートを隣接する金属シート間に１つ以上のプライがあるように、相互に隣接して配置することを含む。および、１つ以上の金属シートを形成する前記ステップは、前記第１の層状アセンブリのフランジセクションから前記第１の層状アセンブリの隣接するウェブセクションに延在するシートを形成することを含む。金属シートを形成する前記ステップは２つ以上のシートを形成することを含み、各シートは前記細長部材のフランジセクションの外側端部からそのフランジセクション沿いに前記細長部材の隣接するウェブセクションまでのフランジの距離を延在するよう形成されており、その後、前記金属シートは前記細長部材のフランジセクションから前記細長部材のウェブセクション沿いにウェブの距離を延在し、金属シートのフランジの距離が増大するにつれ、金属シートの前記ウェブの距離が増大し、前記２つ以上の金属シートを配置するステップは、より長いフランジの距離を有する金属シートをより短いフランジの距離を有するシートに隣接して配置することを含み、その結果、より短いフランジの距離とウェブの距離を有する隣接する金属シートよりも、より長いフランジの距離を有する金属シートが前記細長部材のフランジセクションの外側端部からさらに遠くへ延在し、その後、前記細長部材のウェブセクション沿いにさらに遠くへ延在する。
本発明のさらに別の態様によると、屈曲を支持する断面の形状を有する、補強積層細長部材が開示される。前記部材は、前記断面内にある軸周囲で屈曲を支持する断面の形状を有する前記細長部材を形成する硬化性プライの複数のレイヤ、および前記細長部材内に形成されたプライ間の１つ以上の金属シート、および単一部材を形成するため、プライ間の金属シートと硬化された硬化性プライを含む。
開口部は前記部材が前記金属シートを含む箇所で前記部材を貫通し、前記開口部（穴）は前記部材を貫通する接合具を受容するようサイズ設定されている。前記硬化性プライは炭素繊維を含み、かつ、前記プライは接着マトリクスに含侵される。前記１つ以上の金属シートはチタニウムで形成される。前記形成された金属シートは補強部材のフランジセクションから補強部材の隣接するウェブセクションに延在する。前記形成された金属シートは２つ以上の金属シートを含み、各シートは前記補強積層部材のフランジセクションの外側端部からそのフランジセクション沿いに前記補強積層部材の隣接するウェブセクションまでのフランジの距離を延在するよう形成されており、その後、前記金属シートは前記補強積層部材のフランジセクションから前記補強積層部材のウェブセクション沿いにウェブの距離を延在し、金属シートの前記フランジの距離が増大するにつれ、金属シートの前記ウェブの距離が増大し、前記２つ以上の金属シートは前記補強積層部材内に配置され、その結果、より長いフランジの距離を有する金属シートがより短いフランジの距離を有する金属シートに隣接し、より短いフランジの距離とウェブの距離を有する隣接する金属シートよりも、より長い距離を有する金属シートが前記補強積層部材のフランジセクションの外側端部からさらに遠くへ延在し、その後、前記補強積層部材のウェブセクション沿いにさらに遠くへ延在する。前記部材がＴ形状部材、Ｉ形状部材、Ｃ形状部材、およびハット形状部材の１つを含む。
上述の特徴、機能および利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現可能であるか、またはさらなる別の実施形態で組み合わせることが可能である。さらなる別の実施形態の詳細は以下の説明および図面を参照すると理解できる。
図１は、接続を強化するためのラジアスブロックとアングルフィッティングを持つ先行技術のＩセクション部材を示す。 図２は、本発明を具現化する屈曲および補強部材を示す。 図３は、Ｃ形状セクションのフランジと隣接するウェブの一部分の断面を示す。 図４は、Ｃ形状セクションのフランジと隣接するウェブの一部分の別の構成の断面を示す。 図５は、Ｃ形状部材の斜視図であり、前記部材を製造するための積層材の形態である。 図６は、Ｔ形状セクションの断面である。 図７は、図６のＴ形状セクションのコンポーネントの断面である。 図８は、前記部材のコンポーネントで形成されたＩ形状部材の斜視図であり、前記部材を製造するための積層材の形態である。 図９は、部材の溶接されたＴ形状の金属補強具である。 図１０は、図９の補強具を含むＴ形状部材の断面である。 図１１は、積層部材の押出されたＴ形状の金属補強具である。 図１２は、図１１の補強具およびさらなる補強具を含む積層Ｔ形状部材の断面である。
記載された実施形態は、接合具によりかかる荷重を含む、積層部材によりかかる荷重の支持に関する。具体的には、積層繊維強化シートを材料として、薄い金属シートで形成された屈曲または補強部材について記載されている。屈曲および補強部材内で接合具が前記部材を貫通する箇所に、金属シートを提供することができる。積層屈曲または補強部材を強化するため、前記薄い金属シートが接合具から延在し、接合具によってかかる荷重を支える。
これより、添付図面を参照して各種実施形態について以下詳述するが、添付図面には各種実施形態が示されている。しかしながら、各種実施形態は多くの異なる形態に具現化でき、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとはみなされない。これらの実施形態は、特許請求の範囲に係る当該発明の全範囲に包含される実施例である。全体を通して、同じ参照番号は同じ要素を示している。
図２は、積層炭素繊維強化シートから形成できる様々な断面を有する、４つの屈曲および補強部材を示す。部材３２はＣ形状断面を有する部材で、部材３４はハット形状断面を有する部材である。部材３６はＩ形状断面を有する部材で、部材３８はＴ形状断面を有する部材である。以下に記載のとおり、部材３２と３４は、単一のコンポーネントとして形成できる。また以下に記載のとおり、部材３６と３８は、複数のコンポーネントから形成できる。
図３は部材３２等のＣ形状断面を有する部材の部分４０の断面である。図３はフランジ４２を示しており、フランジ４２は外側４８からフランジ方向沿いにウェブセクション４４まで延在し、ウェブセクション４４の箇所で部分４０は約９０度曲がり、その結果ウェブセクション４４はフランジ４２に対し略垂直にウェブセクション４６まで延在し、ウェブセクション４６はセクション４４の方向から、かつ、セクション４４の方向沿いに続く。
セクション４２、４４、４６には炭素繊維強化プライ６６の層が含まれる。炭素繊維強化プライ６６はフランジ４２の外側４８から、フランジ４２を通り、ウェブセクション４４を通って、ウェブセクション４６まで続く。ＣＦＲＰプライ６６（硬化性のある可撓性プライとも言う）は、０．００５〜０．０１０インチの厚さであり、テープまたはファブリックとしてよく、また熱硬化性または熱可塑性の接着マトリクスに含侵されてよい。フランジ４２とウェブセクション４４には、チタニウムシート６８も含まれ、チタニウムシート６８は外側４８からフランジ４２に沿って、ウェブセクション４４へと延在する。チタニウムシート６８（金属シートとも言う）は、０．００４〜０．０２０インチの厚さである。この厚さの範囲がＣＦＲＰシートにとって、好ましい積層をもたらす。チタニウムシート６８は部材と共に曲がり、フランジ４２を通って、ウェブセクション４４に沿って延在する。図３に示すように、各チタニウムシート６８は２つの炭素繊維強化プライ６６の間に少なくとも配置され、フランジ４２を通ってウェブセクション４４へと延在する。チタニウムシート６８は外側４８からの距離が増大するにつれ、フランジ４２からウェブ４４に沿ってより漸進的に長くなる距離を延在する。ウェブセクション４４は、フランジ４２からの距離が増大し、その箇所におけるチタニウムシート６８の数が減じていくにつれ、フランジの方向沿いに幅が狭くなる。ウェブセクション４６は炭素繊維強化プライ６６のみで構成されているので、ウェブセクション４６の幅は一定である。
図４は、部材３２等のＣ形状セクションの部分５０の断面である。図４はフランジ４２を示しており、フランジ４２は外側４８からフランジ方向沿いにウェブセクション７４まで延在し、ウェブセクション７４の箇所で部材は約９０度曲がり、その結果ウェブセクション７４はフランジ４２に対し略垂直にウェブセクション７６まで延在し、ウェブセクション７６はセクション７４の方向から、かつ、セクション７４の方向沿いに続く。セクション４２、７４、および７６には炭素繊維強化プライ６６の積層が含まれ、炭素繊維強化プライ６６の積層は、外側４８からフランジ４２、ウェブセクション７４、およびウェブセクション７６へと延在する。図４に示すように、チタニウムシート６８が外側４８からフランジ４２とウェブセクション７４へと延在する。チタニウムシート６８は部分５０と共に曲がり、フランジ４２から遠ざかりウェブセクション７４に沿って延在する。チタニウムシート６８は外側４８からの距離が増大するにつれ、フランジ４２からウェブ７４に沿ってより漸進的に長くなる距離を延在する。炭素繊維強化プライ６６は、ウェブセクション７４沿いのチタニウムシート６８の最も離れた範囲近傍から開始し、チタニウムシート７８に隣接して配置され、ウェブセクション７４と７６に沿って延在する。図４に示すように、フランジ４２とウェブセクション７４を部分的に形成する炭素繊維強化プライ６６は、外側４８からフランジ４２、ウェブセクション７４を通って、ウェブセクション７６へと続く。フランジ４２からの距離が増大しても、チタニウムシート６８からウェブセクション７４と７６に沿って続く炭素繊維プライ６６が原因で、ウェブセクション７４は大体同じ幅のままである。
図３の部分４０のチタニウムシート６８は、２つの炭素繊維強化プライ６６の間に配置される。図４の部分５０のチタニウムシート６８は、１つ以上のチタニウムシート６８に隣接して配置される。図４の部分５０の隣接するチタニウムシート６８間に接着フィルムが適用される。
図５は部材３２を支持するため成形された、形成支持材７８内に配置されたＣ形状チャネル部材３２を示す。部材３２は炭素繊維強化プライ６６とチタニウムシート６８で形成できる積層部材である。部材３２はレイアッププロセスによって支持材７８内に形成できる。チタニウムシート６８は図３と４に示される曲げ構成に形成された後、脱脂される。その後、チタニウムシートにゾル‐ゲル処理がなされる。いくらかの期間の保存が必要な場合、プライマの層が曲げチタニウムシートに適用される。上述のとおり、炭素繊維強化プライ６６と曲げチタニウムシート６８は、形成支持材７８内に相互に隣接して配置される。レイアッププロセスには、隣接プライ６６間への、強化プライ６６の形成に使用される接着剤の塗布が含まれる。図４のチタニウムシート６８が相互に隣接する部分５０の構成等の構成に対しては、接着フィルムが隣接チタニウムシート６８間に適用される。プライ６６とチタニウムシート６８が上述の構成にレイアップされた後、これらは適切な高温および周囲の圧力下で、真空引きおよび硬化され、プライ６６の樹脂を硬化させ、プライ６６とチタニウムシート６８を接合させる。硬化プロセスによって、単一の複合材の部材が作成される。
図６は、ウェブ８４に結合されたフランジ８２を有するＴ形状断面を形成するＣＦＲＰ部材８０の断面を示す。フランジ８２は第１の外側９２から第２の外側９４へ幅方向に延在する。フランジ８２は第１の外側９２から第２の外側９４へ延在する上面９６を形成する。ウェブ８４はフランジ８２から、フランジの上面９６の反対方向に延在する。
Ｔ形状部材８０は、外側のフランジセクション１０２、２つのアングルセクション１０４と１０６、および隙間充填ヌードル１０８の４つのコンポーネントから形成される。外側のフランジセクション１０２は第１の外側９２から第２の外側９４へ、およびフランジの上面９６から延在し、フランジの上面９６からウェブ８４へ向かって延在するフランジ８２の部分を形成する。アングルセクション１０４はフランジ８２のセクションを形成するフランジセクション１１２を有し、フランジ８２のセクションは第１の外側９２からウェブ８４へと延在し、その後曲がってフランジ８２から、フランジの上面９６の反対方向に延在してウェブ８４のセクションを形成する。フランジセクション１１２は外側のフランジセクション１０２に隣接し、その結果、フランジセクション１１２と外側のフランジセクション１０２は共に第１の外側９２に隣接するフランジを形成する。アングルセクション１０６はフランジ８２のセクションを形成するフランジセクション１２２を有し、フランジ８２のセクションは第２の外側９４からウェブ８４へと延在し、その後曲がってフランジ８２から、フランジの上面９６の反対方向に延在してウェブ８４のセクションを形成する。フランジセクション１２２は外側のフランジセクション１０２に隣接し、その結果、フランジセクション１２２と外側のフランジセクション１０２は共に第２の外側９４に隣接するフランジを形成する。アングルセクション１０４と１０６は、フランジの外側セクション１０２に隣接して相互に出会い、かつ、相互に隣接しながら延在し、ウェブ８４を形成する。フランジの外側セクション１０２およびアングルセクション１０４と１０６は、アングルセクションの曲がりに隣接する箇所にある空洞と境を接する。ヌードル１０８はフランジの外側セクション１０２およびアングルセクション１０４と１０６と隣接し、この空洞を充填する。ヌードル１０８は接着充填材またはロールアップ繊維と組み合わせた接着充填材で形成できる。あるいは、ヌードルは低密度の発泡体で形成できる。
外側のフランジセクション１０２は炭素繊維強化プライ６６の積層で形成される。ＣＦＲＰプライ６６は、０．００５〜０．０１０インチの厚さであり、テープまたはファブリックとしてよく、また熱硬化性または熱可塑性の接着マトリクスに含侵される。
アングルセクション１０４と１０６はフランジ８２の部分を形成する領域内およびウェブ８４の領域内に、炭素繊維強化プライ６６の積層によって、チタニウムシート６８を材料に形成される。チタニウムシート６８は０．００４〜０．０２０間の厚さである。この厚さの範囲がＣＦＲＰシートにとって、好ましい積層をもたらす。図６と７に示されるとおり、チタニウムシート６８は第１の外側９２と第２の外側９４から、アングルセクション１０４と１０６のそれぞれフランジセクション１１２と１２２を延在する。チタニウムシート６８はアングルセクション１０４と１０６と共に曲がり、フランジ８２から遠ざかりウェブ８４に沿って延在する。チタニウムシート６８はフランジセクション１１２と１２２からそれぞれ推移領域１１４と１２４へと延在する。アングルセクション１０４と１０６の炭素繊維強化プライ６６は第１の外側９２と第２の外側から、それぞれフランジセクション１１２と１２２を通り、その後それぞれ推移セクション１１４と１２４を通り、それぞれウェブ８４のセクション１１６と１２６へと延在する。図示のとおり、アングルセクション１０４と１０６の各チタニウムシート６８は２つの炭素繊維強化プライ６６間に配置される。
図６と７に示されるとおり、チタニウムシート６８はフランジセクション１１２と１２２を延在する。各アングル部材１０４と１０６内で、チタニウムシート６８はそれぞれ第１の外側９２と第２の外側９４からの距離が増大するにつれ、フランジ８２からウェブ８４に沿ってより漸進的に長くなる距離を延在する。さらに、フランジ８２からウェブ８４沿いに延在するチタニウムシート６８の距離は、第１の外側と第２の外側から延在するチタニウムシート６８の距離と同じで、図６に示すように、ウェブ８４の中央に配置される最長のチタニウムシート６８を基準に、対称的な構成を形成する。図６と７に示すように、アングルセクション１０４と１０６それぞれの部分を形成する炭素繊維強化プライ６６は第１の外側９２と第２の外側９４から、フランジセクション１１２と１２２をそれぞれ通り、推移セクション１１４と１２４をそれぞれ通り、ウェブセクション１１６と１２６へとそれぞれ続く。ウェブ８４は、フランジ８２からの距離が増大し、その箇所におけるチタニウムシートの数が減じていくにつれ、第１の外側９２と第２の外側９４間の方向沿いに幅が狭くなる。ウェブ８４は炭素繊維強化プライ６６のみで構成されているウェブセクション１１６と１２６においては幅が一定である。
Ｔ形状部材８０は、相互接合プロセスによって製造できる。外側のフランジセクション１０２は、炭素繊維強化シート６６を積層して外側のフランジセクション１０２を形成した後、そのセクションを予備硬化することによって予備硬化される。２つのアングルセクション１０４と１０６は、チタニウムシート６８を図６と７に示す上述の構成に形成することで、製造できる。チタニウムシートはＣ形状チャネル部材３２を参照して説明したように準備できる。２つのアングルセクション１０４と１０６はその後、予備硬化され、部材８０の各コンポーネントを形成する。予備硬化された外側のフランジセクション１０２、アングルセクション１０４と１０６、およびヌードル１０８が組み立てられ、真空引きされる。その後、このアセンブリは高温高圧でオートクレーブで硬化され、単一の複合材の部材が形成される。
図８に上述の予備硬化された複数のコンポーネントから１つの部材を形成する代替の方法を示す。図８は２つのＣ形状部材１３２および２つの外側のフランジセクション１０２によって形成されるＩセクション部材３６を示す。各部材１３２は上述の部材３２と同様の方法で形成される。部材をその内部に形成する７８等の支持材ではなく、ツール１４４周囲に２つのＣ形状部材１３２がそれぞれ形成され、その結果、各部材１３２のウェブ１３４およびフランジ１３６と１３８がツール１４４に隣接される。ウェブ１３４の表面はツール１４４と対向する。部材１３２が相互に隣接して配置される結果、ツール１４４と向かい合う各部材の表面は、他方の部材１３２のウェブ１３４の向かい合う表面と隣接する。ヌードル１０８は対向して延在するフランジ１３６と１３８間の部材１３２と隣接するよう配置される。外側のフランジセクション１０２は炭素繊維強化プライ６６で形成され、対向して延在するフランジ１３６と１３８に隣接して配置される。このアセンブリは真空引きされ、高温高圧でオートクレーブで硬化される。このプロセスには単一の複合材の部材を形成するにあたり、１つの硬化ステップのみが必要である。
図９と１０に、Ｔ形状部材を形成できるＴセクションまたはＩ形状部材のウェブとフランジセクションの代替の構成が示されている。図９は、溶接されたチタニウムのＴセクションの断面である。Ｔセクション１５０はプレート１５２と１５６で形成される。図９のとおり、プレート１５２は端部１５１と端部１５３から延在する。プレート１５６は端部１５５と端部１５７から延在する。プレート１５６はその端部１５５が端部１５１と１５３間にある箇所でプレート１５２と隣接して配置され、プレート１５６はプレート１５２に対して略垂直に延在する。プレート１５６は端部１５５でプレート１５２に対し溶接される。
図１０は、Ｔセクション１５０を含むＴ形状部材１７０の断面である。外側のフランジセクション１０２はプレート１５６と向かい合うプレート１５２の表面と隣接し、端部１５１から端部１５３へと延在する。外側のフランジセクション１０２は炭素繊維強化プライ６６の積層で形成される。アングル部分１７２と１８２は端部１５１と１５３から、外側のフランジセクション１０２と向かい合うプレート１５２の表面に隣接するプレート１５６へとそれぞれ延在する。アングル部分１７２と１８２は端部１５１と１５３からそれぞれプレート１５６へと延在するフランジセクション１７４と１８４が含まれ、かつ、アングル部分１７２と１８２は曲がって推移セクション１７６と１８６をそれぞれ形成し、推移セクション１７６と１８６は、プレート１５２に対して略垂直にかつプレート１５２から遠ざかって、プレート１５６沿いに延在する。アングル部分１７２と１８２は上述のアングル部分１０４と１０６と同様に炭素繊維強化プライ６６のレイヤで形成され、またチタニウムシート６８で形成される。プレート１５６近くの推移セクション１７６と１８６内のチタニウムシート６８は、プレート１５６の方向沿いの距離を延在し、その距離はプレート１５６からより遠いチタニウムシート６８が延在する距離より長い。ヌードル１０８はプレート１５６のプレート１５２への溶接箇所のプレート１５６の両側に配置され、プレート１５２と１５６およびアングルセクション１７２と１８２間の空洞を充填する。アングルセクション１７２と１８２の炭素繊維強化プライ６６はチタニウムシート６８から延在し、炭素繊維強化セクション１９２を形成する。Ｔ形状部材１７０は単一部材として形成できるため、Ｔ形状部材１７０を真空引きし、高温高圧でオートクレーブで硬化して、単一ステップ内の硬化で単一部材を形成する。
図１１と１２に、Ｔ形状部材を形成できるＴセクションまたはＩ形状部材のウェブとフランジセクションの代替の構造が示されている。図１１は図９のＴセクション１５０の断面と同様のＴ形状断面を有する部材２１０を示す。Ｔセクション２１０は、略平らなフランジプレート２１２、フランジプレート２１２に対し垂直に延在する略平らなウェブプレート２１６、およびフランジプレート２１２とプレート２１６間の推移セクション２１４を形成する単一部材として押出される。
図１２は、Ｔセクション２１０を含むＴ形状部材２２０の断面である。部材２２０は図１０の上述の部材１７０と類似する。部材２２０には推移セクション２１４を有する部材２１０が含まれ、推移セクション２１４は部材２２０の隣接アングルセクション２２２と２３２に適合するよう形成されている。アングルセクション２２２と２３２および部材２１０によって空洞は形成されないため、この種の空洞を充填するためのヌードル１０８は不要である。単一のチタニウムシート６８がアングルセクション２２２と２３２を延在する。ウェブセクション２４２にはウェブセクションの向かい合う表面上に配置され、アングルセクション２２２と２３２から延在する炭素繊維強化プライ６６が含まれる。Ｔ形状部材２２０は単一部材として形成できるため、Ｔ形状部材２２０を真空引きし、高温高圧でオートクレーブで硬化して、単一ステップ内の硬化で単一部材を形成する。
本発明に係る部材を形成後、当該部材のチタニウムシートが配置されている箇所に、ボルトもしくは他の接合具を受容するため、ドリルで穴をあける。
本発明は、特定の形状セクションと使用することに何ら限定されない。本発明は、各種の構造部材に合うよう適合でき、本発明に係る部材は従来の構造的形状以外の形態に作成できる。さらに、所望の強度を達成するため、積層金属シートの数、形状、サイズ、厚さを変更できる。同様に、シートを形成する金属および繊維強化シートを形成する材料は記載した実施形態のものとは異なってよい。
１０ 部材
１２ ウェブ
１４ フランジ
１６ フランジ
１７ 表面
２２ ラジアスブロック
２４ 接合具
２６ アングルフィッティング
２８ 接合具
３０ 接合具
３２ 部材
３４ 部材
３６ 部材
３８ 部材
４０ 部分
４２ フランジ
４４ ウェブセクション
４６ ウェブセクション
４８ 外側
５０ 部分
６６ 炭素繊維強化プライ
６８ チタニウムシート
７４ ウェブセクション
７６ ウェブセクション
７８ 支持材
８０ 部材
８２ フランジ
８４ ウェブ
９２ 第１の外側
９４ 第２の外側
９６ フランジの上面
１０２ 外側のフランジセクション
１０４ アングルセクション
１０６ アングルセクション
１０８ ヌードル
１１２ フランジセクション
１１４ 推移セクション
１１６ ウェブセクション
１２２ フランジセクション
１２４ 推移セクション
１２６ ウェブセクション
１３２ 部材
１３４ ウェブ
１３６ フランジ
１３８ フランジ
１４４ ツール
１５０ Ｔセクション
１５１ 端部
１５２ プレート
１５３ 端部
１５５ 端部
１５６ プレート
１５７ 端部
１７０ 部材
１７２ アングル部分
１７４ フランジセクション
１７６ 推移セクション
１８２ アングル部分
１８４ フランジセクション
１８６ 推移セクション
２１０ 部材
２１２ フランジプレート
２１４ 推移セクション
２１６ ウェブプレート
２２０ Ｔ形状部材
２２２ アングルセクション
２３２ アングルセクション
２４２ ウェブセクション

Claims (15)

  1. 屈曲を支持する断面の形状および局所的な接続補強を有する積層細長部材（１０）を作成する方法であって、前記方法は、
    部材の選択された１つ以上の部分の形状に１つ以上の金属シート（６８）を形成すること、
    層状アセンブリを形成するため、硬化性のある可撓性プライ（６６）間に前記１つ以上の金属シート（６８）を配置すること、および
    補強部材を形成するため、前記アセンブリを硬化すること
    を含む方法。
  2. 前記硬化性のある可撓性プライ（６６）には炭素繊維が含まれ、前記硬化性のある可撓性プライ（６６）は接着マトリクスに含侵される請求項１に記載の方法。
  3. 前記金属シート（６８）はチタニウムで形成される請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記金属シート（６８）を形成するステップは、前記部材の選択された部分の形状に２つ以上の金属シートを形成すること、および
    前記金属シート（６８）を配置するステップはさらに、接着フィルムを第１の金属シート（６８）の表面に適用すること、および前記接着フィルムに隣接して第２の金属シート（６８）を配置すること、
    を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記金属シート（６８）を形成するステップは、前記部材の選択された部分の形状に２つ以上の金属シート（６８）を形成すること、および
    前記金属シート（６８）を配置するステップはさらに、隣接する金属シート（６８）間に１つ以上の硬化性のある可撓性プライ（６６）があるように、前記２つ以上の金属シート（６８）を相互に隣接して配置すること、
    を含む請求項１に記載の方法。
  6. 前記配置するステップはさらに、金属シート（６８）を第１の硬化性のある可撓性プライ（６６）と第２の硬化性のある可撓性プライ（６６）間に配置すること、第３の硬化性のある可撓性プライ（６６）を前記金属シート（６８）の端部に隣接して配置すること、および前記第１の硬化性のある可撓性プライ（６６）と前記第２の硬化性のある可撓性プライ（６６）間の前記金属シート（６８）から延在すること、
    を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記１つ以上の金属シート（６８）を形成するステップは、前記細長部材のフランジセクションから前記細長部材の隣接するウェブセクションに延在する前記金属シート（６８）を形成すること
    を含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記金属シート（６８）を形成するステップは、２つ以上の金属シート（６８）を形成することを含み、各金属シート（６８）は前記細長部材の前記フランジセクションの外側端部からそのフランジセクション沿いに前記細長部材の前記隣接するウェブセクションまで、フランジの距離を延在するよう形成されており、その後、前記金属シート（６８）は前記細長部材の前記フランジセクションから前記細長部材の前記ウェブセクション沿いにウェブの距離を延在し、前記金属シート（６８）の前記フランジの距離が増大するにつれ、金属シート（６８）の前記ウェブの距離が増大する、および
    前記２つ以上の金属シート（６８）を配置する前記ステップは、より長いフランジの距離を有する金属シート（６８）をより短いフランジの距離を有する金属シート（６８）に隣接して配置することを含み、その結果、より短いフランジの距離とウェブの距離を有する隣接する金属シート（６８）よりも、より長いフランジの距離を有する金属シート（６８）が前記細長部材の前記フランジセクションの前記外側端部からさらに遠くへ延在し、その後、前記細長部材の前記ウェブセクション沿いにさらに遠くへ延在する、
    請求項７に記載の方法。
  9. 屈曲を支持する断面の形状を有する、補強積層細長部材（１０）であって、
    前記断面内にある軸周囲で屈曲を支持する断面の形状を有する前記細長部材を形成する硬化性のある可撓性プライ（６６）の複数のレイヤ、および
    前記細長部材内に形成された硬化性のある可撓性プライ（６６）間の１つ以上の金属シート（６８）、および
    単一部材を形成するため、前記硬化性のある可撓性プライ（６６）間の前記金属シート（６８）と硬化された前記硬化性のある可撓性プライ（６６）
    を含む補強積層細長部材（１０）。
  10. 開口部は前記部材が前記金属シート（６８）を含む箇所で前記部材を貫通し、前記開口部は前記部材を貫通する接合具を受容するようサイズ設定されている、請求項９に記載の補強積層部材（１０）。
  11. 前記硬化性のある可撓性プライ（６６）には炭素繊維が含まれ、かつ、前記硬化性のある可撓性プライ（６６）は接着マトリクスに含侵される請求項９または１０に記載の補強積層部材（１０）。
  12. 前記１つ以上の金属シート（６８）はチタニウムで形成される請求項９〜１１のいずれか一項に記載の補強積層部材（１０）。
  13. 前記形成された金属シート（６８）が前記補強部材のフランジセクションから前記補強部材の隣接するウェブセクションへと延在する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の補強積層部材（１０）。
  14. 前記形成された金属シート（６８）は２つ以上の金属シート（６８）を含み、各金属シート（６８）は前記補強積層部材の前記フランジセクションの外側端部からそのフランジセクション沿いに前記補強積層部材の前記隣接するウェブセクションまで、フランジの距離を延在するよう形成されており、その後、前記金属シート（６８）は前記補強積層部材の前記フランジセクションから前記補強積層部材の前記ウェブセクション沿いにウェブの距離を延在し、前記金属シート（６８）の前記フランジの距離が増大するにつれ、金属シート（６８）の前記ウェブの距離が増大し、前記２つ以上の金属シート（６８）は前記補強積層部材内に配置され、その結果、より長いフランジの距離を有する金属シート（６８）が、より短いフランジの距離を有する金属シート（６８）に隣接し、より短いフランジの距離とウェブの距離を有する隣接する金属シート（６８）よりも、より長いフランジの距離を有する金属シート（６８）が前記補強積層部材の前記フランジセクションの前記外側端部からさらに遠くへ延在し、その後、前記補強積層部材の前記ウェブセクション沿いにさらに遠くへ延在する、
    請求項１３に記載の補強積層部材（１０）。
  15. 前記部材が、Ｔ形状部材、Ｉ形状部材、Ｃ形状部材、およびハット形状部材の１つを含む、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の補強積層部材（１０）。
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