JP2014504218A5

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Publication number: JP2014504218A5
Application number: JP2013538732A
Authority: JP
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-10-07

Description

別の一例となる複合部品の製造方法は、ＳＭＰ装置の少なくとも一部の上に複合材料を塗布し、複合材料の少なくとも一部が剛性のある成型ツールに支持されるように、剛性のある成型ツールの内部の凹部に複合材料およびＳＭＰ装置を入れ、複合材料およびＳＭＰ装置の上方に原材料不浸透性シートを置き、剛性のある成型ツールおよび／またはＳＭＰ装置に対して原材料不浸透性シートを密封するステップを含んでも良い。次に、この方法は、複合材料の硬化温度に複合材料を加熱し、剛性のある状態から展性のある状態にモジュラスを変化させるきっかけをＳＭＰ装置に与え、複合材料に向かって原材料不浸透性シートと展性のある状態にあるＳＭＰ装置とを動かすのに十分な圧力差を発生させ、それによって複合部品になるように、複合材料の硬化前と硬化中に剛性のある型に対して複合材料の少なくとも一部を押し付けることを含んでも良い。

本発明のさらに別の実施形態では、一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法は、ＳＭＰ装置を展性のある状態にするきっかけを与え、製造される複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように展性のある状態にあるＳＭＰ装置を形作り、内部に補強材を入れるために形成された１つ以上の凹部を有するＳＭＰ装置を形作り、ＳＭＰ装置を剛性のある状態にするきっかけを与え、１つ以上の凹部に補強材を入れ、ＳＭＰ装置と１つ以上の凹部の内部にある補強材の露出面の上に複合材料を塗布し、複合部品を製造するために圧力と熱によってＳＭＰ装置上の複合材料と補強材とを相互硬化または相互結合するステップを含んでも良い。

本発明のさらに別の実施形態では、一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法は、形成される複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように、ＳＭＰ装置を形作るか、または成型し、内部に補強材を入れるように構成された１つ以上の凹部を含むように、ＳＭＰ装置を形作るか、または成型し、１つ以上の凹部の中に補強材を入れ、ＳＭＰ装置と１つ以上の凹部の内部にある補強材の露出面の上に複合材料を塗布し、複合部品を製造するために圧力と熱によってＳＭＰ装置上の複合材料と補強材とを相互硬化または相互結合するステップを含んでも良い。本発明のこの実施形態では、ＳＭＰ装置は、複合材料と補強材との相互硬化または相互結合の間中ずっと、剛性のある状態のままにあっても良い。

図面の簡単な説明
本発明の実施形態は、添付された図面を参照して以下に詳細に記載されている。
本発明の一実施形態に従って組み立てられ、上部に複合材料を置かれたマンドレルとして使用されることを示すＳＭＰ装置の斜視図である。ＳＭＰ装置が、空気袋として作用するように外側に膨張され、外側の型に向かって複合材料を押し付けている状態の、図１のＳＭＰ装置の垂直断面の正面図である。剛性のある膨張状態にあるＳＭＰ装置の別の実施形態の斜視図である。本発明の一実施形態に従って組み立てられた内側マンドレルツールの斜視図である。図４に示された内側マンドレルツールの上方にスライドされ、内側マンドレルツールに対して収縮させるように加熱された後の、図３のＳＭＰ装置の分解斜視図であり、さらに、自身の各端部で内側マンドレルツールに対してＳＭＰ装置を密封するように構成された複数のエンドシールを示す。本発明の一実施形態に従って組み立てられ、複合部品に相互結合または相互硬化されるように構成された内側補強材の斜視図である。所望の剛性のあるツールの配置構成になるように図５のＳＭＰ装置を形成するのを補助するために、本発明の一実施形態に従って組み立てられたダミー外板とダミー補強材の部分斜視図である。図６のダミー外板とダミー補強材の部分斜視図であり、さらに、ダミー補強材の上方に置かれた補強用挿入部材を示す。本発明の一実施形態に従って組み立てられた剛性のある外側ツールの中に入れられた、図５の内側マンドレルツールの分解斜視図である。内部に形成された１つ以上の凹部の中にダミー内側補強材がある状態の、所望の剛性のあるツールの配置構成にある図５のＳＭＰ装置の斜視図である。内部に形成された１つ以上の凹部から内側補強材が取り外された状態の、所望の剛性のあるツールの配置構成にある図９のＳＭＰ装置の斜視図である。内部に形成された１つ以上の凹部の中に図６ａの内側補強材がある状態の、所望の剛性のあるツールの配置構成にある図５のＳＭＰ装置の斜視図である。ＳＭＰ装置の上と内側補強材の周囲に複合材料が塗布された状態の、図９のＳＭＰ装置の斜視図である。複合材料の硬化後の図１１のＳＭＰ装置と複合材料の部分斜視図であり、ＳＭＰ装置が加熱され、内側マンドレルツールに向かって収縮された時点での、ＳＭＰ装置と硬化された複合材料との間のスペースを示す。内側マンドレルツール、剛性のある外側ツール、およびそこから取り外されたＳＭＰ装置を用いて、剛性のある胴体になるように一緒に相互硬化または相互結合された、図１２の複合材料と図６の内側補強材の斜視図である。本発明の一実施形態に従って、所望の剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置を形成する方法のフローチャートである。本発明の一実施形態に従って、ＳＭＰ装置を使用して胴体を製造する方法のフローチャートである。２つのＳＭＰ装置と剛性のある成型ツールとの間に形成され、各々が本発明の一実施形態に従って組み立てられたＪ−ストリンガの部分断面図である。本発明の一実施形態に従って、ＳＭＰ装置を使用して複合補強材を製造する方法のフローチャートである。

複合部品を形成するためにＳＭＰ装置１２の上に置かれた複合材料１４は、低温の樹脂、高温の樹脂、硬質の樹脂、プリプレグ、湿式処理されたファイバ、乾燥したファイバ、連続のファイバ、不連続のファイバ、刻まれたファイバ、ガラス、ケブラ、炭素、および／またはコアを含んでも良く、またはそれらの形態をしていても良い。コアは、複合材料の２つの層を分離する全てのオフセット部品として本書に定義される。例えば、コアは、発泡体、熱可塑性物質、ハニカム材料、アルミニウム、ファイバガラス、フェノール、炭素、ノメックスなどを含んでも良い。コアは、コアパネル、ハニカムコア、またはサンドイッチパネルコアということができる。さらに、複合材料１４の化学的構成は、エポキシ、ＢＭＩ、ベンゾキサジン、ビニル、アクリル、ポリエステル、ポリアミド、フタロニトリル、および従来技術の中で公知のあらゆる他の類似物質を含んでも良い。複合材料１４は、自動ファブリックプレイスメント法、自動ファイバプレイスメント法、自動フィラメントワインディング法、ファブリックプレイスメント法、ハンドレイアップ法、または従来技術の中で公知のあらゆる他の方法を使用して、ＳＭＰ装置１２の上に置かれても良い。複合材料１４は、低温硬化プロセスおよび／または高温硬化プロセスによって、オートクレーブの中と外で固められるか、または硬化されるように構成されても良い。

本発明のいくつかの実施形態では、（複合フレーム、ストリンガ、またはコアなどの内側補強材のような）部品が複合材料１４に相互結合または相互硬化されるために凹部の中に入れられても良いように、ＳＭＰ装置１２の中に凹部（キャビティ）４０が形成されても良い。次に、複合材料１４は、それに対して相互結合または相互硬化される部品とＳＭＰ装置１２の両方の上方および／または上に置かれても良い。これらの凹部４０は、あらゆる機械的な取り付けを必要とせずに、複合材料１４の適所に相互結合または相互硬化される部品を複合材料１４の塗布中に保持しても良い。さらにまたは代わりに、様々な拘束を使用して、複合材料１４の塗布中に内側補強材を適所に保持しても良い。次に、ＳＭＰ装置１２による圧力は、硬化中の複合材料に対してこれらの部品または内側補強材を押し付けるので、それらを一緒に相互硬化または相互結合させることができる。

複合材料が塗布された時点で、ＳＭＰ装置１２と複合材料１４は、複合材料１４を硬化させる、および／または複合材料１４に対して他の部品または内側補強材を相互硬化または相互結合させるためにそれに対して加えられる熱と圧力を有しても良い。さらに、熱を使用して、ＳＭＰ装置１２のモジュラスを変化させても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２と複合材料１４は、剛性のある外側ツール２８の窪んだスペースの中に置かれ、複合材料１４を硬化させるのに必要なように加熱および加圧されても良い。いくつかの実施形態では、この硬化プロセス中に使用される加熱温度は、ＳＭＰ装置１２のＴｇよりも高温であり、ＳＭＰ装置１２を自身の展性のある状態に切り替えることを引き起こすかもしれないし、（例えば、オートクレーブによって）ＳＭＰ装置１２の内部および／または外部から加えられる圧力差は、ＳＭＰ装置１２を剛性のある外側ツール２８に向かって移動させることを引き起こすかもしれない。具体的には、熱は、ＳＭＰ装置１２を剛性のあるツールの配置構成から空気袋の配置構成になるように変化させ、その内部で、ＳＭＰ装置１２は、フレキシブルかつ膨張可能になり、図２に示されるように、剛性のある外側ツール２８に対して複合材料１４を押し付けるための内側の空気袋として作用するかもしれない。さらに、本発明のいくつかの実施形態では、圧力が所望の圧力の最高値まで強められた時点で、小さな圧力差または加圧がＳＭＰ装置１２にその温度がＴｇを超過するまで加えられても良い。

図５に示されるように、エンドシール１８、２０は、ＳＭＰ装置１２と内側マンドレルツール１６との間の、ＳＭＰ装置１２の対向する２つの端部３２、３４の位置、またはそれらに隣接した位置に気密シールを与えるように構成されたあらゆるエンドフィッティング、シール、および／またはシーラントであっても良い。例えば、エンドシール１８、２０は、ＳＭＰ装置１２の開口端部に隣接したＳＭＰ装置１２の一部を覆うように、内側マンドレルツール１６の対向する２つの端部３２、３４に取り付けるような形状で構成されたスエージロックであり、それによって、ＳＭＰ装置１２の内部に圧力容器を形成しても良い。ＳＭＰ材料の性質のせいで、エンドシール１８、２０、ＳＭＰ装置１２、および／または内側マンドレルツール１６の間の適切なシールを形成するのに熱を必要としても良い。本発明のいくつかの実施形態では、エンドシール１８、２０は、実質的に円形のスエージロックであっても良い。膨張圧力は、本発明のいくつかの実施形態では、エンドシール１８、２０を通って供給された１つ以上のエアライン（図示せず）によって圧縮ガスをＳＭＰ装置１２の中に注入することによって導入されても良い。しかしながら、ＳＭＰ装置１２に加えられる圧力は、本発明の範囲から逸脱せずに、エンドシール１８、２０、内側マンドレルツール１６、および／または剛性のある外側ツール２８のあらゆる開口部を通って供給されても良い。留意すべきことは、本発明のいくつかの実施形態では、エンドシール１８、２０は、省略されても良く、むしろ、さらにまたは代わりに剛性のある外側ツール２８に対してＳＭＰ装置１２を密封するように構成されても良いということである。

補強用挿入部材２６は、図７に示されるように、インバーのようなニッケル鋼合金などの剛性のある材料で作製されても良く、ＳＭＰ装置１２に面する内側補強材２４の一部および／またはダミー内側補強材２３の一部に接触および／または結合しても良い。補強用挿入部材２６は、ＳＭＰ装置１２の形成をより容易にするために、内側補強材２４および／またはダミー内側補強材２３の鋭い角と曲げを緩和するように構成されても良い。具体的には、補強用挿入部材２６は、内側補強材２４の内の１つ以上および／またはダミー内側補強材２３の内の１つ以上によって示された１つ以上の角度で結合するまたはその角度以内にあるように構成されても良い。例えば、内側補強材２４の１つまたはダミー内側補強材２３の１つが直角を示す場合、補強用挿入部材２６の１つは、直角で交わる、内側補強材２４またはダミー内側補強材２３と直角で結合するように構成された２つの表面を有しても良い。補強用挿入部材２６は、さらに、内側補強材２４またはダミー内側補強材２３から離れた、実質的に水平である表面および／またはより段階的な複数の角度を示す表面からなる複数の表面を有しても良い。例えば、補強用挿入部材２６の内の１つ以上は、本書に後述されるように、剛性のある外側ツール２８に向かって外側に移動される際にＳＭＰ装置１２と接触する、面取りされたまたは角度のある少なくとも１つの表面および／または丸い複数のエッジを有しても良い。補強用挿入部材２６は、さらに、内側補強材２４、ダミー内側補強材２３、および／または剛性のある外側ツール２８の内側表面のカーブと実質的に一致するように、長さ方向に湾曲されても良い。

補強用挿入部材２６を備えた内側補強材２４および／またはダミー内側補強材２３は、図１０に示され、本書に後述されるように、ＳＭＰ装置１２に溝または長くて狭い窪みのような凹部40を形成するように構成されても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ダミー内側補強材２３および／または補強用挿入部材２６は、ＳＭＰ装置１２に凹部４０を形成するように構成されても良く、あとで内側補強材２４と取り替えられても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２が剛性のあるツールの配置構成になった時点で、ダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、および／または補強用挿入部材２６は、凹部４０から取り外され、補強用挿入部材２６に対抗して胴体１５の内部で相互硬化されるように構成された、未硬化の内側補強材２４と取り替えられても良い。あるいは、ＳＭＰ装置１２が剛性のあるツールの配置構成になった時点で、ダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、および／または補強用挿入部材２６は、凹部４０から取り外され、補強用挿入部材２６に対抗して胴体１５に相互結合されるように構成された、予め硬化された内側補強材２４と取り替えられても良い。

一般的に、胴体１５の製造方法は、内側補強材２４のための凹部４０を備えた剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形成し、ＳＭＰ装置１２の凹部４０の中に、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４と補強用挿入部材２６とを入れ、ＳＭＰ装置１２の上に未硬化の複合材料１４を置き、次に、剛性のある外側ツール２８の中に、そのＳＭＰ装置１２と未硬化の複合材料１４とを入れるステップを含んでも良い。製造方法は、次に、硬化プロセス中に剛性のある外側ツール２８に対して複合材料１４を押し付けるために、ＳＭＰ装置１２を膨張させるか、または別の方法で膨張させると同時に、圧力と熱によって複合材料１４を硬化させ、次に、複合材料１４が硬化された時点で、縮小された断面にＳＭＰ装置１２を移動させ、結果として得られる胴体の内部からＳＭＰ装置１２を取り出すステップを含んでも良い。それによって、内側補強材２４は、胴体に対して内側補強材２４を取り付けるための機械的締結具の必要性をなくし、複合材の胴体に相互結合および／または相互硬化される。胴体に対して内側補強材２４を相互硬化または相互結合するための、本書に記載されている複数の製造方法を使用して、さらに、本書に列挙されたあらゆる様々な航空機部品のような、従来技術の中で公知のあらゆる複合部品に対して補強材または他の部品を相互硬化または相互結合しても良い。

補強用挿入部材２６は、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４のサイズと配置構成を模倣するような形状で構成されたダミー内側補強材２３と共に、剛性のある外側ツール２８の中にあるダミー外板２２の上に配置されても良い。ダミー内側補強材２３は、後で凹部４０から取り外され、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４と取り替えられても良い。次に、補強用挿入部材２６を備えた、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４は、胴体１５を製造する複合材料１４と内側補強材２４とを相互結合または相互硬化するために、溝または凹部４０の中に入れられても良い。

上述されているように、ダミー内側補強材２３は、省略され、および／または、本書に記載されているあらゆるステップにおいて、未硬化のまたは硬化された状態にある内側補強材２４と取り替えられても良い。例えば、内側補強材２４および／または補強用挿入部材を使用して、凹部４０を形成しても良い。本発明の１つの実施形態では、内側補強材２４は、予め硬化されても、および／またはＳＭＰ装置１２の成形中に硬化されても良く、後でその硬化中の複合材料１４に相互結合されて、胴体１５を製造しても良い。

製造方法１４００は、さらに、ブロック１４１４に記載され、図８に示されるように、剛性のある外側ツール２８の内側に、内側マンドレルツール１６と共にＳＭＰ装置１２を置き、次に、ブロック１４１６に記載されるように、ＳＭＰ装置１２を加熱および加圧するステップを含んでも良い。熱と圧力は、ＳＭＰ装置１２を膨張させてダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、内側補強材２４、および／または補強用挿入部材２６に対して押し付けても良い。上述されているように、ＳＭＰ装置１２は、それを形成可能かつ膨張可能にするＳＭＰ装置１２のモジュラスを変化させるために、ＴｇにまたはＴｇよりも高温に加熱されても良い。しかしながら、本書に記載されているように、さらに他の方法を使用して、ＳＭＰ装置１２のモジュラスを変化させても良い。さらに、本発明の代替の実施形態では、方法ステップ１４１０〜１４１４は、形成される複合部品の内側表面を模倣するような形状で構成された、ＳＭＰ装置１２の中に所望の凹部４０を形成するための突起部を含むあらゆる剛性のある外側の型の内側にＳＭＰ装置１２を置くステップと取り替えられても良い。

圧力または圧力差は、図４に示されるように、内側マンドレルツール１６の膨張用の１つ以上の開口部３６を通って与えられた強制的な圧縮ガスによるような多くの方法で発生させられても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２を膨張させるのに必要な圧力は、ＳＭＰ装置１２の厚さおよび／または外形寸法に依存しても良い。さらに、使用されたＳＭＰ材料のタイプおよび／またはＳＭＰ装置１２の設計は、さらに、ＳＭＰ装置１２を変形させることの容易さまたは困難さに影響を与えても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２を膨張させるのに、平方インチ当たり１〜１５０重量ポンド（ｐｓｉｇ）（０．０７０３〜１０．５ｋｇ重／ｃｍ ^２）の範囲の圧力またはより狭い３０〜９０ｐｓｉｇ（２．１１〜６．３３ｋｇ重／ｃｍ ^２）の範囲の圧力を加えても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２を膨張させるのに、約４５ｐｓｉｇ（３．１６ｋｇ重／ｃｍ ^２）をＳＭＰ装置１２の内部に加えても良い。さらに、本書に記載されている製造方法の、ＳＭＰ装置１２が加熱および加圧されるあらゆるステップでは、ＳＭＰ装置１２が軟質になり始める際に、ＳＭＰ装置１２が凹んで複合材料１４から離れることを防ぐために、加熱温度がＴｇまでまたはＴｇよりも高温に上げられる際に、低い圧力差を発生させても良い。次に、ＳＭＰ装置１２がＴｇを超えた後のある時点で、圧力差は、十分な所望の量に高められても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２を十分に展性を持たせるのに必要な熱が加えられ、その時点で、ＳＭＰ装置１２の内部に加えられる圧力が、３０〜９０ｐｓｉ（２．１１〜６．３３ｋｇ／ｃｍ ^２）のような硬化サイクル圧力に高められるまでは、約５〜１０ｐｓｉ（０．３５２〜０．７０３ｋｇ／ｃｍ ^２）の低い圧力が、ＳＭＰ装置１２の内部に加えられても良い。

次に、製造方法１４００は、ブロック１４１８に記載されるように、剛性のあるツールの配置構成でＳＭＰ装置を固めるために、ＳＭＰ装置１２を冷却することを含んでも良い。膨張圧力は、ＳＭＰ装置１２の温度がＴｇよりも低温に冷却され、ＳＭＰ装置がその膨張された剛性のあるツールの配置構成で固められる際に、連続的に加えられても良い。それによって、ＳＭＰ装置１２は、ＳＭＰ装置１２の中に溝または凹部４０を形成するダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、内側補強材２４、および／または補強用挿入部材２６に従って形作られる。次に、ブロック１４２０に記載されるように、製造方法１４００は、剛性のある外側ツール２８からＳＭＰ装置１２と内側マンドレルツール１６とを取り外すことを含んでも良い。ダミー外板２２は、図９に示されるように、ＳＭＰ装置１２からさらに取り外されても良い。図１０ａは、ダミー内側補強材２３がさらに取り外された後に結果として得られる、それによって、製造方法１４００によって形成された凹部４０を明らかにする、剛性のあるツールの配置構成にあるＳＭＰ装置１２を示す。図１０ｂは、図９でダミー内側補強材２３があった場所に内側補強材２４が置かれた結果として得られる、剛性のあるツールの配置構成にあるＳＭＰ装置１２を示す。

図１５に示されるように、製造方法１５００は、ブロック１５０２と図１４の製造方法のステップに記載されるような、剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形成するステップを最初に含んでも良い。上述されているように、このステップは、完成した胴体１５の内部にある内側補強材２４の所望の位置に対応する配置構成で、ＳＭＰ装置１２に凹部４０を形成する必要があるかもしれない。様々な方法を使用して、溝または凹部４０が内部に形成された所望の剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形作っても良い。

ＳＭＰ装置１２が剛性のあるツールの配置構成になるように形成された時点で、胴体１５を製造する製造方法１５００は、ブロック１５０４に記載され、図１０ｂに示されるように、ＳＭＰ装置１２の凹部の中に硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４と補強用挿入部材２６とをセットするステップを含んでも良い。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態では、内側補強材２４が、剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を加熱し、かつ形成する間に、複数の補強用挿入部材２６の上またはその間に既に配置されていた場合に、内側補強材２４と補強用挿入部材２６は、それらがＳＭＰ装置１２の中に作製した結果として得られる溝または凹部４０の内部にそのままあり、ステップ１５０４が省略されても良い。

次に、方法１５００は、ブロック１５０６に記載され、図１１に示されるように、ＳＭＰ装置１２の上に未硬化の複合材料１４の一部を塗布するステップを含んでも良い。具体的には、本書に後述されるように、複合材料１４は、ＳＭＰ装置１２と凹部４０の中にある内側補強材２４の両方の上に塗布されても良く、内側補強材２４の少なくとも一部は、接触して胴体１５の複合材料１４に相互硬化または相互結合しても良い。未硬化の複合材料１４は、自動ファブリックプレイスメント法、自動ファイバプレイスメント法、自動フィラメントワインディング法、および／またはハンドレイアップ法のような、従来技術の中で公知のあらゆる方法を使用して、ＳＭＰ装置１２の上に置かれても良い。上述されているように、複合材料１４は、低温の樹脂、高温の樹脂、硬質の樹脂、プリプレグ、湿式処理されたファイバ、乾燥したファイバ、連続のファイバ、不連続のファイバ、刻まれたファイバ、ガラス、ケブラ、炭素、および／またはコアを含んでも良く、またはそれらの形態をしていても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２と複合材料１４との間に障壁および／または離型材が置かれ、それらが複合材料１４の硬化後により容易に分離されても良い。障壁または離型材は、フィルム、プラスチックなどであっても良い。障壁または離型材は、さらに例えば、結合可能側と解放側を有しても良い。

剛性のある成型ツール５２は、機能と設計が上述されている剛性のある外側ツール２８に類似しているまたは同一であっても良く、スチールのような、複合材料１４の硬化中に剛性のあるままであることができるあらゆる材料で作製されても良い。あるいは、剛性のある成型ツール５２は、複合材料１４の硬化中に剛性のあるままであるように構成されたＳＭＰ材料で作製されても良い。例えば、剛性のある成型ツール５２は、図１０ａに示されたＳＭＰ装置１２であり、図１６に示されたＳＭＰ装置１２のＴｇは、本発明のこの代替の実施形態では、剛性のある成型ツール５２のＴｇと異なっても良い。剛性のある成型ツール５２は、補強材の少なくとも１つの所望の外側表面を形成するように構成されても良い。例えば、剛性のある成型ツール５２は、未硬化の複合材料１４が内部に置かれる、内部に形成された凹部５６を含み、補強材５０の少なくとも１つの壁を形成しても良い。図１６に示されるように、凹部５６は、底面とそれぞれ９０°以外の角度で底から伸びる２つの側壁を備えた凹みであっても良い。

次に、製造方法１７００は、ブロック１７０６に記載されるように、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の中に複合材料１４を塗布されたＳＭＰ装置１２を入れることを含んでも良い。あるいは、複合材料１４が、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の中に入れられて、次に、剛性のあるツールの配置構成にあるＳＭＰ装置１２が、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の内部の複合材料１４の上に置かれても良い。

しかしながら、多くの技術を使用して、本発明の範囲から逸脱せずに、ＳＭＰ装置１２に接するように複合材料１４をセットし、両方を剛性のある成型ツール５２の凹部の中に置くことができる。更に、本発明のいくつかの実施形態では、１つ以上のＳＭＰ装置を使用して、補強材５０を製造しても良い。例えば、図１６に示されるように、上述されているようなＳＭＰ装置１２の特性を有する２つのＳＭＰ装置５８、６０は、Ｊ−ストリンガの配置構成にある補強材５０を製造するために、複合材料１４の対向する表面を支持するように形作られるかまたは成型される。具体的には、補強材５０は、実質的にＪ−状の断面を有する長尺な補強材であっても良い。複合材料１４は、ハンドレイアップ法または従来技術の中で公知のあらゆる他の方法を使用して、図１６に示されるような２つのＳＭＰ装置５８、６０と剛性のある成型ツール５２との間に配置されても良い。次に、外装用積層板６２は、２つのＳＭＰ装置５８、６０の上方に置かれ、補強材５０のＪ状の断面を形成する複合材料１４の端部と接触しても良い。本発明のこの実施形態では、本書に後述されるように、外装用積層板６２と複合材料１４は、一緒に相互結合されても良い。

従って、一般に、製造方法１７００は、ブロック１７０８に記載されるように、ＳＭＰ装置１２の上方に、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の内部にある少なくとも一部の複合材料１４に接触する別の層の複合材料または外装用積層板６２を置くステップを含んでも良い。次に、ブロック１７１０に記載されるように、製造方法は、複合材料１４の上方に原材料不浸透性シート５４および／または外装用積層板６２を置き、ブロック１７１２に記載されるように、剛性のある成型ツール５２に対して原材料不浸透性シートを密封し、それによって複合材料１４の周囲に気密境界を形成することを含んでも良い。気密境界は、さらに、ＳＭＰ装置１２を覆うように、および／またはそれに対抗して形成されるのに対して、ＳＭＰ装置１２のために少なくとも１つの通気開口部（図示せず）を残しても良いので、ＳＭＰ装置１２の内部のスペースが、気密境界の外側の大気にさらされたままであっても良い。

本発明は、添付された図面に示された好ましい実施形態に関して記載されているが、留意すべきことは、クレームに記載されるような本発明の範囲から逸脱せずに、本書において等価物を使用し、代用品を作製できるということである。例えば、本書に記載されているように、ＳＭＰ装置１２の内側または外側に加えられた真空力または膨張圧力のあらゆる実例は、単に一例となるものであり、所望の型および／または複合材料１４に向かってＳＭＰ装置１２を移動させることができる圧力差を作るための、従来技術の中で公知のあらゆる技術と置き替えることができる。さらに、所望の剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形作るための様々な形状、配置構成、およびツール類が、本書に記載されている一方で、留意すべきことは、本書に記載されている製造方法の複数のステップの内の１つ以上を使用し、あらゆる型または型と剛性のあるツール類の組み合わせを使用して、ＳＭＰ装置１２の形状を定義しても良いということである。

Claims

一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法であって、
形成されるべき前記複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように、ＳＭＰ（形状記憶高分子）装置を整形し、または注入成形し、
前記補強材を内部に配置するように構成された１つ以上の凹部を含むように、前記ＳＭＰ装置を整形し、または注入成形し、
前記凹部中に前記補強材を入れ、
前記ＳＭＰ装置、および前記１つ以上の凹部内にある前記補強材の露出面上に複合材料を塗布し、
圧力と熱によって、前記ＳＭＰ装置上の前記補強材を前記複合材料と相互硬化または相互結合して、前記複合部品を製造するものであり、
前記ＳＭＰ装置は、前記複合材料との前記補強材の相互硬化または相互結合の間中ずっと、剛性のある状態に維持され、
前記ＳＭＰ装置上に形成されるべき前記複合部品の前記第１の表面に対応するように、前記ＳＭＰ装置を整形する工程は、
剛性と耐久性のある材料で作製された内側マンドレルツールの上方に前記ＳＭＰ装置を配置し、
外側の型の中に前記ＳＭＰ装置と前記内側マンドレルツールとを配置し、
前記内側マンドレルツールまたは前記外側の型に対して前記ＳＭＰ装置の端部を密封し、
前記ＳＭＰ装置が展性のある状態になり始める温度Ｔｇよりも高温に前記ＳＭＰ装置を加熱し、かつ前記外側の型に向かって前記ＳＭＰ装置を膨張させ、
Ｔｇよりも低温に前記ＳＭＰ装置を冷却し、
前記外側の型から剛性のある状態の前記ＳＭＰ装置を取り除くものであることを特徴とする方法。
前記補強材を前記複合材料と相互硬化または相互結合する工程は、
前記複合材料のまわりに原材料不浸透性シートを密封し、
前記原材料不浸透性シートの外側および／または内側に圧力差を誘導することによって、前記複合材料に対して前記原材料不浸透性シートを押し付け、
前記原材料不浸透性シートが前記複合材料に対して押し付けられている間、前記ＳＭＰ装置が前記剛性のある状態で、前記複合材料を複合硬化温度に加熱する請求項１に記載の方法。
前記補強材は、フレーム、ストリンガ、複合コア、および前記複合材料の追加層の内の少なくとも１つを含む請求項１または２に記載の方法。
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って、予め硬化される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って硬化されない請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
さらに、前記ＳＭＰ装置を前記剛性のある状態から展性のある状態にさせ、
前記複合部品内から前記ＳＭＰ装置を取り除くものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記ＳＭＰ装置は、温度Ｔｇよりも高温に加熱された時、前記展性のある状態にされるように構成され、前記複合材料の硬化温度は、Ｔｇ未満であり、前記ＳＭＰ装置は、前記複合部品になるまで前記複合材料が硬化している間、剛性のある状態のままである請求項６記載の方法。
さらに、前記ＳＭＰ装置に前記複合材料を塗布するのに先立って、前記ＳＭＰ装置と前記補強材との間の前記凹部に剛性のある補強用挿入部材を配置するものであり、
前記凹部は、前記剛性のある補強用挿入部材と前記補強材の両方がその中にあることを可能にするサイズと形状である請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法であって、
ＳＭＰ（形状記憶高分子）装置を展性のある状態にさせ、
形成されるべき前記複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように、前記展性のある状態で前記ＳＭＰ装置を整形し、
前記補強材を内部に配置するように構成された１つ以上の凹部を含むように、前記ＳＭＰ装置を整形し、
前記ＳＭＰ装置を剛性のある状態にさせ、
前記凹部内に前記補強材を配置し、
前記ＳＭＰ装置と、前記凹部内にある前記補強材の露出面との上に複合材料を塗布し、
前記複合部品を製造するために、圧力と熱によって、前記ＳＭＰ装置上の前記複合材料と前記補強材を相互硬化または相互結合するものであり、
前記相互硬化または相互結合する工程は、
前記複合材料のまわりに原材料不浸透性シートを密封し、
前記原材料不浸透性シートの外側および／または内側に圧力差を誘導することによって、前記複合材料に対して前記原材料不浸透性シートを押し付け、
前記原材料不浸透性シートが前記複合材料に対して押し付けられている間、前記ＳＭＰ装置が前記剛性のある状態で、前記複合材料を複合硬化温度に加熱し、
前記ＳＭＰ装置上に形成されるべき前記複合部品の前記第１の表面に対応するように、前記ＳＭＰ装置を整形する工程は、
剛性と耐久性のある材料で作製された内側マンドレルツールの上方に前記ＳＭＰ装置を配置し、
外側の型の中に前記ＳＭＰ装置と前記内側マンドレルツールとを配置し、
前記内側マンドレルツールまたは前記外側の型に対して前記ＳＭＰ装置の端部を密封し、
前記ＳＭＰ装置が展性のある状態になり始める温度Ｔｇよりも高温に前記ＳＭＰ装置を加熱し、かつ前記外側の型に向かって前記ＳＭＰ装置を膨張させ、
Ｔｇよりも低温に前記ＳＭＰ装置を冷却し、
前記外側の型から剛性のある状態の前記ＳＭＰ装置を取り除くものであることを特徴とする方法。
前記補強材は、内側補強材である請求項９に記載の方法。
前記補強材は、フレーム、ストリンガ、コア、および前記複合材料の追加層の内の少なくとも１つを含む請求項９または１０に記載の方法。
前記複合部品は、航空機の一体構造の胴体、翼、ナセル、航空機のパネル、航空機のダクト、航空機の構造用支持材、硬質な積層板で作製された航空機の部品、一体的に補強された積層板、またはコアが補強されたサンドイッチ構造体、または航空機の部品用の内側補強材である請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って、予め硬化される請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って硬化されない請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
さらに、前記複合材料の硬化後に前記原材料不浸透性シートを取り除き、
前記ＳＭＰ装置を前記剛性のある状態から前記展性のある状態にさせ、
前記ＳＭＰ装置が前記展性のある状態にある間に、前記複合部品内から前記ＳＭＰ装置を取り除くものである請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
前記ＳＭＰ装置は、温度Ｔｇよりも高温に加熱された時、前記展性のある状態にされるように構成され、前記複合材料の硬化温度は、Ｔｇ未満であり、前記ＳＭＰ装置は、前記複合部品になるまで前記複合材料が硬化している間、剛性のある状態のままである請求項９〜１５のいずれか１項に記載の方法。
さらに、前記複合材料のまわりに前記原材料不浸透性シートを密封する工程の前に、前記複合材料の輪郭と表面仕上げをコントロールするために、前記複合材料の上方に当て板シートを配置し、前記当て板シートのまわりに前記原材料不浸透性シートを密封する請求項９〜１６のいずれか１項に記載の方法。
さらに、前記ＳＭＰ装置に前記複合材料を塗布するのに先立って、前記ＳＭＰ装置と前記補強材との間の前記凹部内に剛性のある補強用挿入部材を配置するものであり、
前記凹部は、前記剛性のある補強用挿入部材と前記補強材の両方がその中にあることを可能にするようなサイズと形状である請求項９〜１７のいずれか１項に記載の方法。
一体化された硬化特徴を備えた複合部品の製造方法であって、
ＳＭＰ（形状記憶高分子）装置を展性のある状態にさせ、
形成されるべき前記複合部品の第１の表面の所望の配置構成に略対応するように、前記展性のある状態で前記ＳＭＰ装置を整形し、
内側補強材を配置するように構成された１つ以上の凹部を含むように、前記ＳＭＰ装置を整形し、
前記ＳＭＰ装置を剛性のある状態にさせ、
前記凹部内に前記内側補強材を配置し、
前記ＳＭＰ装置と、前記凹部内にある前記内側補強材の露出面との上に複合材料を塗布し、
前記複合部品を製造するために、圧力と熱によって、前記ＳＭＰ装置上の前記複合材料と前記内側補強材を相互硬化または相互結合するものであり、
前記相互硬化または相互結合する工程は、
前記複合材料のまわりに原材料不浸透性シートを密封し、
前記原材料不浸透性シートの外側および／または内側に圧力差を誘導することによって、前記複合材料に対して前記原材料不浸透性シートを押し付け、
前記原材料不浸透性シートが前記複合材料に対して押し付けられている間、前記ＳＭＰ装置が前記剛性のある状態で、前記複合材料を複合硬化温度に加熱し、
前記複合部品から前記原材料不浸透性シートを取り外し、
前記ＳＭＰ装置を前記剛性のある状態から前記展性のある状態にさせ、
前記ＳＭＰ装置が前記展性のある状態にある間に、前記複合部品内から前記ＳＭＰ装置を取り除くものであり、
前記ＳＭＰ装置上に形成されるべき前記複合部品の前記第１の表面に対応するように、前記ＳＭＰ装置を整形する工程は、
剛性と耐久性のある材料で作製された内側マンドレルツールの上方に前記ＳＭＰ装置を配置し、
外側の型の中に前記ＳＭＰ装置と前記内側マンドレルツールとを配置し、
前記内側マンドレルツールまたは前記外側の型に対して前記ＳＭＰ装置の端部を密封し、
前記ＳＭＰ装置が展性のある状態になり始める温度Ｔｇよりも高温に前記ＳＭＰ装置を加熱し、かつ前記外側の型に向かって前記ＳＭＰ装置を膨張させ、
Ｔｇよりも低温に前記ＳＭＰ装置を冷却し、
前記外側の型から剛性のある状態の前記ＳＭＰ装置を取り除くものであることを特徴とする方法。
前記内側補強材は、フレーム、ストリンガ、コア、および前記複合材料の追加層の内の少なくとも１つを含む請求項１９に記載の方法。
前記ＳＭＰ装置は、温度Ｔｇよりも高温に加熱された時、前記展性のある状態に変化し始めるように構成され、前記複合材料の硬化温度はＴｇ未満であり、前記ＳＭＰ装置は、前記複合部品になるまで前記複合材料が硬化している間、剛性のある状態のままである請求項１９または２０に記載の方法。
さらに、前記ＳＭＰ装置に前記複合材料を塗布するのに先立って、前記ＳＭＰ装置と前記内側補強材との間の前記凹部に剛性のある補強用挿入部材を配置するものであり、
前記凹部は、前記剛性のある補強用挿入部材と前記内側補強材の両方がその中にあることを可能にするサイズと形状である請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の方法。