JP2015006792A - 連続圧縮成形用ツーリングダイの、ずらして配置された斜面 - Google Patents

Abstract

【課題】複合材料に皺を発生させることなく熱可塑性複合部品を製作することを可能にし、スクラップ率及び生産原価を低減させ、部品の品質及び他の効率を上昇させる。【解決手段】ツーリングダイの入口側に、ずらして配置された斜面フィーチャを有し、ツーリングダイの受入縁部の幅に沿った表面輪郭内の屈曲部間の各セクションの斜面フィーチャの長さをずらすことにより、余分の材料が詰まったり完成した熱可塑性部品に皺を形成したりすることが防止され、ツーリングダイの幅に沿った各セクション内のテーパの長さは、予備成形された部品の脈動前進距離と揃えられるツーリングダイを用いて予備成形済み熱可塑性複合積層板から熱可塑性複合部品を製作するための連続圧縮成形プロセス及び装置。【選択図】なし

Description

熱可塑性複合材部品を製作するための多数のプロセスが存在する。加圧成形、打抜き加工、及びオートクレーブ成形といった非連続的プロセスに加えて、押出し、引抜き、ローラー成形、及び圧縮成形といった連続的プロセスが存在する。種々の断面構成を有する直線的及び曲線的な連続長の熱可塑性複合部品の連続的製作プロセスが、同一権利者による米国特許第７８０７００５号（Ｒｕｂｉｎら）、同第７８７１５５３号（Ｗｉｌｋｅｒｓｏｎら）、及び同第８３３３８５８号（Ｒｕｂｉｎら）に示されており、ここで言及したことによりこれら各々の全体を本明細書に包含する。

上記のプロセスは、例えば航空宇宙産業を含む広い用途に適切な使途を見出す。プロセスは、理想的には、航空機胴体の骨組の支持に用いられる補強部材といった熱可塑性複合部品の製造に適している。熱可塑性複合補強部材の例として、限定されないが、胴体外板、翼外板、操縦面、ドアパネル、アクセスパネル、竜骨梁、床梁、及び甲板ビームが挙げられる。

熱可塑性複合部材を製作するための連続的圧縮成形（ＣＣＭ）の一般的な実装態様では、一又は複数の未固結熱可塑性プライの両面をステンレススチール箔又はカプトン層で覆い、熱可塑性複合材ブランクを形成し、このブランク材をＣＣＭプロセスアセンブリに供給する。ＣＣＭプロセスアセンブリは、互いに連続する関係にある予備成形ユニットと加圧又は圧密化ユニットとを有する。例えば、部品の長さに沿った湾曲、或いは他の形状又はフィーチャを、部品の加圧成形された形状中に提供するために、他のユニットが含まれてもよく、或いは予備成形ユニット又は圧密化ユニットがこのようなフィーチャを提供するように構成されてもよい。

ＣＣＭプロセスアセンブリの予備成形ユニットは、平坦な又は平面的な熱可塑性複合材ブランクの連続供給を、規定されたいずれかのレイアップに（例えば、一又は複数のスプール上に巻きつけることができるスプール巻き材料の形態に、又はスタック材の形態に）受ける吸入端を有することができる。予備成形ユニットは、熱可塑性複合材ブランクを、選択された断面構成を有する予備成形済み積層板に成形する成形表面を有する。予備成形ユニットは、様々な成形表面を使用することができ、熱可塑性複合材ブランクに選択された断面構成を付与するために適切な、当業者に既知のいずれかの設計を有することができる。

選択された断面構成を有する予備成形済み積層板は、予備成形ユニットを出てＣＣＭプロセスアセンブリの圧密化ユニットに入り、そこで予備成形済み積層板内の一又は複数のプライは、熱及び圧力の印加を用いて圧密化され、単一の、加圧成形された一体式熱可塑性複合部品（例えば、上述の補強部材）を形成する。例えば、図１に示すように、圧密化ユニットは、予備成形ユニットの成形表面と一致するツーリングダイ１の一又は複数の対応する組を含みうる。ツーリングダイ１の対応する組のうちの上部ツーリングダイ２には、予備成形済み積層板５（ツーリングダイ１間を前進するように示されている）の上側表面４の輪郭と一致する第１の輪郭表面３が設けられる。下部ツーリングダイ６には、第１の輪郭表面３と相補的で、予備成形済み積層板５の下側表面８の輪郭と一致する第２の輪郭表面７が設けられる。ツーリングダイ１は、機械的、電気的、油圧式、空気圧式、又は他の種類のアクチュエータ（図示しない）に連結され、アクチュエータは上部ツーリングダイ２と下部ツーリングダイ６とを、押出された状態のツール閉位置（図１参照）と、後退した状態のツール開位置との間で、互いに向かって、及び互いから離れるように動かす。予備成形済み積層板５が、上部ツーリングダイ２と下部ツーリングダイ６との間で動くとき、予備成形済み積層板５は加熱され、ツーリングダイ１は予備成形済み積層板５内の熱可塑性プライを所望の形状及び厚みに圧密化するために十分な圧力を提供する。

予備成形済み積層板５が、図１に示すような「ハット」形状の断面構成のような、二つ以上の屈曲部と三つ以上のセグメントとを伴う断面構成を有するとき、予備成形済み積層板５内の熱可塑性プライの片側又は両側を囲むステンレススチール箔又はカプトン層が、予備成形済み積層板５がツーリングダイ１の中へと、さらにはその中を前進する際に、傾斜した側方セグメント９に捕まってしまう場合があることが判明している。これにより、予備成形済み積層板５のツーリングダイ１の表面３、７に沿った良好な滑動が妨げられ、箔及び／又は予備成形済み積層板５内に皺１０が形成されることがある。箔及び／又は予備成形済み積層板５の皺は、部品の品質を低下させ、スクラップ率と生産原価を上昇させる。したがって、処理技術を向上させ、且つ複合材料、或いは箔又はカプトン材層に皺を発生させることなく熱可塑性複合部品を製作することを可能にし、スクラップ率及び生産原価を低下させ、部品の品質及び他の効率を上昇させることを助ける必要がある。

上述の目的、並びに自明である他の目的は、通常、ＣＣＭプロセスに熱可塑性複合部品を製作するためのツーリングダイを提供することにより達成され、このツーリングダイは、ツーリングダイの入口側にずらして配置された斜面を有している。ツーリングダイの受入縁部から、断面構成の各セグメントの斜面フィーチャの長さをずらすことにより、ツーリングダイと皺の間に余分な材料が捕まること、及び完成した熱可塑性部品に皺が形成されることが防止される。

下記に詳述する本発明の主題の一態様は、連続圧縮成形プロセスにおいて熱可塑性複合部品を製作するためのツーリングダイである。このツーリングダイは、断面構成内に少なくとも第１のセグメントと第２のセグメントとを形成する少なくとも第１の屈曲部を含む断面構成を伴う輪郭表面を有する。ツーリングダイの入口側には一の斜面フィーチャが含まれており、このフィーチャは、第１のセグメントの入口側から第１の長さにわたって延び、且つ第２のセグメントの入口側から、第１の長さより大きい第２の長さにわたって延びる。第２のセグメントは、第１のセグメントよりツーリングダイの外縁の近くに位置している。

別の態様は熱可塑性複合部品の製作方法であり、この方法は、熱可塑性複合材のブランクを、断面構成内に少なくとも第１のセグメントと第２のセグメントとを形成する少なくとも第１の屈曲部を含む断面構成を有する予備成形済み積層板に予備成形するステップ、予備成形済み積層板の断面構成と一致する輪郭表面と、断面構成の第１のセグメントの入口側から第１の長さにわたって延び、且つ断面構成の第２のセグメントの入口側から第１の長さより大きい第２の長さにわたって延びるツーリングダイ入口側の斜面フィーチャとを有する上部ツーリングダイ及び下部ツーリングダイを有するダイプレスを提供するステップ、並びにダイプレスを用いて予備成形済み積層板を圧密化するステップを含む。断面構成の第２のセグメントは、第１のセグメントよりツーリングダイの外縁の近くに位置している。

さらなる態様は、連続圧縮成形された熱可塑性複合部品の表面の型あとを防止する方法であり、この方法は、断面構成内に少なくとも第１のセグメントと第２のセグメントとを形成する少なくとも第１の屈曲部を含む断面構成を有する予備成形済み積層板を予備成形するステップ、予備成形済み積層板の断面構成と一致する輪郭表面を有する上部及び下部ツーリングダイの入口側のずらした斜面フィーチャ中に、予備成形済み積層板を供給するステップ、並びにツーリングダイ中で予備成形済み積層板を前進させ、第１のセグメント内のずらして配置された斜面フィーチャから圧力を印加した後で第２のセグメント内において圧力を印加するステップを含む。断面構成の第２のセグメントは、第１のセグメントよりツーリングダイの外縁の近くに位置している。

また、断面構成の各セグメント内の斜面フィーチャの長さを予備成形済み積層板が前進する脈動距離と揃えることにより、断面構成の最も内側のセグメント内の斜面フィーチャの長さは最短距離を有し、ツーリングダイの外縁に向かって連続する各セグメント内の斜面フィーチャは、脈動距離の整数倍ずつ徐々に長くなる。

ずらして配置された斜面の他の目的、フィーチャ、及び利点は、添付図面と併せて詳細な説明を考慮すると明らかになるであろう。

ここで、種々の実施形態を、本発明の上述の態様及び他の態様を例示するために図面を参照して説明する。

「ハット」形状の型熱可塑性複合部品を製作するための上部及び下部ツーリングダイの端面図である。 Ａ〜Ｅは、それぞれ「Ｕ字」、「Ｉ字」、「Ｚ字」、「Ｊ字」、及び「ハット」構成の形状の断面構成を有するように製造された熱可塑性複合部品の断面図である。 図１の線ＳＳ−ＳＳ、ＭＳ−ＭＳ、及びＳＳ−ＳＳに沿った下部ツーリングダイの表面輪郭に含まれる斜面フィーチャの部分断面図である。 図１の線ＳＳ−ＳＳ、ＭＳ−ＭＳ、及びＳＳ−ＳＳに沿った下部ツーリングダイの表面輪郭に含まれる別の斜面フィーチャの部分断面図である。 下部ツーリングダイの斜視図である。 図４の線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、及びＣ−Ｃに沿った下部ツーリングダイの表面輪郭中にずらして配置された斜面フィーチャの部分断面図である。 図４の線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、及びＣ−Ｃに沿った下部ツーリングダイの表面輪郭に含まれる、別のずらして配置された斜面フィーチャの部分断面図である。 ずらして配置した斜面フィーチャを用いた連続圧縮成形プロセスを示すフロー図である。 航空機の生産及び保守方法を示すフロー図である。 航空機のブロック図である。

以下に図面について説明する。複数の異なる図面において、類似の要素は同じ参照番号を有している。

後述する詳細な開示では、ＣＣＭプロセスアセンブリの圧密化ユニット内におけるツーリングダイを用いた熱可塑性複合積層板の連続圧縮成形（ＣＣＭ）のための方法及び装置について記載しており、このツーリングダイは、その受入縁部に又は縁部近傍に、ずらして配置された斜面フィーチャを有している。ずらして配置された斜面フィーチャは、予備成形済み積層板がツーリングダイ中を前進する際に、予備成形済み積層板の余分な材料が、ツーリングダイの中央からツーリングダイの側面に向かって側方外側へ押し出されることを可能にし、したがって完成した熱可塑性複合部品に皺が形成されることを防止する。

開示される方法及び装置は、例えば、平面状の断面構成、或いは二つ以上のセグメントを形成する一又は複数の屈曲部又は湾曲部を有する断面構成（例えば、「Ｖ字」形状の断面構成）を含む断面構成を有する熱可塑性複合部品を製作するＣＣＭプロセスに使用することができる。本方法及び装置のずらして配置された斜面フィーチャは、断面構成内に三つ以上のセグメントを形成する二つ以上の屈曲部を有する断面構成（「Ｕ字」（又は溝）、「Ｉ字」、「Ｚ字」、「Ｊ字」、「Ｔ字」形状の断面構成、或いは他のいずれかの望ましい断面形状）を伴う熱可塑性複合部品を製作するとき、機能強化を提供する。連続的製作プロセスにより形成される熱可塑性複合部品の断面構成の例は図２Ａ〜２Ｅ、すなわち図２Ａ（溝）、図２Ｂ（Ｉビーム）、図２Ｃ（Ｚビーム）、図２Ｄ（Ｊビーム）、及び図２Ｅ（ハット）に示されている。

ＣＣＭプロセスアセンブリは、一般的に、図１に示すタイプのツーリングダイを有する圧密化ユニットを採用している。図１は、一組のツーリングダイ１の幅全体にわたる入口側端面図である。上部ツーリングダイ２は第１の輪郭表面３を有し、下部ツーリングダイ６は、第１の輪郭表面３と相補的な第２の輪郭表面７を有する。輪郭表面３、７は「ハット」の形状の断面構成を形成し、この断面構成は第１及び第２の傾斜した側方セグメント９に囲まれた中央セグメント１１と、中央セグメント１１と側方セグメント９の間の屈曲部１２を有している。

ツーリングダイ１の入口側端部は、予備成形ユニットの出口端から予備成形済み積層板５を受ける。この入口側端部は、予備成形済み積層板５が圧密化ユニットに入る際の、予備成形済み積層板５中のプライの型あとを防止し、且つかさばり係数に対応するために（すなわち、上部ツーリングダイ２の第１の輪郭表面３と下部ツーリングダイ６の第２の輪郭表面７の間に予備成形済み積層板５が入るための十分な間隙を提供するために）、丸みを帯びた受入縁部と、受入縁部近傍の斜面フィーチャとを有することができる。斜面フィーチャには、上部ツーリングダイ２と下部ツーリングダイ６の輪郭表面３、７の間に空間を提供するテーパ部分であって、受入縁部で広く、次第に狭くなって輪郭表面３、７が互いに近づくにつれて徐々に圧力を増加させるテーパ部分が含まれる。

図３Ａ及び３Ｂは、下部ツーリングダイ６の受入縁部１６近傍の輪郭表面７の部分断面図であり、断面は、図１の線ＳＳ−ＳＳ（側方セグメント９の表面輪郭を示す）、及び線ＭＳ−ＭＳ（中央セグメント１１の表面輪郭を示す）に沿って取得されている。上部ツーリングダイ２の輪郭表面３の部分断面図も同じである。予備成形済み積層板５は、ツーリングダイ１の中を矢印１５により示される方向に移動する。受入縁部１６は、ツーリングダイ１の挿入が滑らかになるように丸みを帯びている。受入縁部１６近傍の輪郭表面７は、受入縁部１６から輪郭表面７が所望の高さ１７に到達するまで輪郭表面７を上方に徐々に持ち上げるテーパ部分１４からなる斜面フィーチャを含んでいる。

図３Ａに示すように、テーパ部分１４は、受入縁部１６において始まり、輪郭表面７の受入縁部１６から所望の高さ１７までのテーパ長２０にわたる。テーパ長２０は、点線２１により示すように、中央セグメント１１と側方セグメント９で同じである。図３Ｂでは、テーパ部分１４は受入縁部１６から短い距離１８を置いて始まり、所望の高さ１７までのテーパ長２０にわたる。短い距離１８及びテーパ長２０は、図３Ｂに点線２２及び２３により示すように、中央セグメント１１と側方セグメント９で同じである。受入縁部１６からの短い距離１８は、（図３Ｂに示すように）平坦であっても、テーパ部分１４の傾斜角度とは異なる傾斜角度を有する第２のテーパ部分（図示しない）を含んでもよい。

断面構成の各セグメント内の斜面フィーチャ内の、ツーリングダイの受入縁部から測定されるテーパ部分の長さ、又は受入縁部から短い距離を置いたテーパ部分の長さをずらすことにより、余分な材料がツーリングダイ間に捕まること、並びに熱可塑性部品に皺が形成されることが防止される。テーパ部分は、断面構成の中央セグメントのテーパ部分の長さが最も短くなり、ツーリングダイの側面に向かって出てゆく連続的に隣接するセグメントそれぞれのテーパ部分の長さが、連続する隣接セグメントのうちの直前のセグメントのテーパ部分の長さより次第に長くなるように、配置されるべきである。このようにテーパ部分の長さをずらして配置することにより、予備成形済み積層板がツーリングダイの中を前進する際に、予備成形済み積層板の余分な材料が、中央セグメントから、中央セグメントの両側で次に隣接するセグメントへ、次いで次の隣接するセグメントへと、ツーリングダイの側面に向かって側方外側に押し出される。

ずらして配置された斜面フィーチャを採用する例示的下部ツーリングダイ３０が図４に示されている。ツーリングダイ３０は、ハット形状の断面構成を有す予備成形済み積層板を圧密化するための輪郭表面３２を有している。表面輪郭３２は、中央セグメント３４と、央セグメント３４の両側の側方セグメント３６、及び外側セグメント３８とを有している。本明細書に開示される、ずらして配置された斜面フィーチャは、どのような断面構成でも採用することができるが、ずらして配置された斜面フィーチャの利点は、例えば図２Ａ〜２Ｅに示す種類の、少なくとも二つの屈曲部と三つのセグメントとを有する断面形状により強化される。

下部ツーリングダイ３０は、一組のツーリングダイ１の雄部分であり、相補的輪郭表面を有する上部ツーリングダイ（図示しない）と共に使用される。図４の矢印４０は、予備成形済み積層板がツーリングダイの中を入口側４２から出口側（図示しない）へ進行する方向を示している、

ツーリングダイ３０の入口側４２は、入口側４２において下部ツーリングダイ３０の輪郭表面３２とそれに相補的な上部ツーリングダイの輪郭表面との間の空間を増大させることにより、圧密化ユニットのツーリングダイ間に挿入される予備成形済み積層板のかさばり係数に対処する斜面フィーチャ４４を含む。斜面フィーチャ４４は、ツーリングダイ３０の受入縁部４６から一定の長さにわたり、受入縁部４６（図５Ａ）から延びるか、又は受入縁部４６から短い距離を置いて延びる（図５Ｂ）テーパ部４８を含むことができる。

図５Ａ及び５Ｂは、図４の線Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、及びＣ−Ｃに沿った三つの部分断面図に、例示的な下部ツーリングダイ３０に採用されうる、ずらして配置された斜面フィーチャの一実施例を示している。線Ａ−Ａにおける断面図は、中央セグメント３４の斜面フィーチャを示している。線Ｂ−Ｂにおける断面図は、側方セグメント３６の斜面フィーチャを示している。線Ｃ−Ｃにおける断面図は、外側セグメント３８の斜面フィーチャを示している。セグメント３４、３６、及び３８の各々において、受入縁部４６は、予備成形済み積層板がツーリングダイに入るときに、鋭角部分により予備成形済み積層板が詰まったり、壊れたり、裂けたりすることを防ぐために十分な丸みを有している。斜面フィーチャは、輪郭表面３２を下回る深さ５０まで受入縁部４６を下げるために設けられている。

図５Ａに示すように、セグメントの各々に含まれる斜面フィーチャは、下げた受入縁部４６からテーパ部分４８が所望の高さに到達するまでの長さＬＡ、ＬＢ又はＬＣにわたる、徐々に大きくなる上向きのテーパ部分４８を含む。テーパ部分４８は、上述のような、斜面フィーチャの所望の深さ５０と、長さＬＡ、ＬＢ、又はＬＣとによって決定される角度５２で設けられる。

図５Ｂに示す別の実施形態では、セグメントの各々に含まれる斜面フィーチャ４４は、受入縁部４６とテーパ部分４８との間に位置する平坦セクション５４も含む。平坦セクション５４は、受入縁部４６から約３インチ、好ましくは約２インチにわたって延びる長さ５６を有する。平坦セクション５４の長さ５６は、中央セグメント３４、側方セグメント３６、及び外側セグメント３８の各々において同じである。

中央セグメント３４、側方セグメント３６、及び外側セグメント３８それぞれのテーパ部分４８の長さＬＡ、ＬＢ、及びＬＣは異なっている。中央セグメント３４のテーパ部分４８の長さＬＡが最も短い（すなわち、中央セグメント３４の斜面フィーチャ４４は受入縁部４６に最も近い位置で終端する）。側方セグメント３６のテーパ部分４８の長さＬＢは、中央セグメント３４のテーパ部分４８の長さＬＡより長い。外側セグメント３８のテーパ部分４８の長さＬＣは、側方セグメント３６のテーパ部分４８の長さＬＢより長く、したがって最も長いテーパ部分４８である。したがって、セグメント３４、３６、３８の各々における受入縁部４６からの斜面フィーチャ４４の長さはずれており、中央セグメントの斜面フィーチャの長さが最も短く、外側セグメントの斜面フィーチャの長さが最も長く、中央セグメントから外側セグメントまで連続して隣接するセグメントの各々における斜面フィーチャの長さは、直接隣接する直前のセグメントより大きくなっている。

テーパ部分４８の長さ、したがって中央セグメント３４、側方セグメント３６、及び外側セグメント３８の斜面フィーチャ４４の長さがずれていることは、ツーリングダイ３０の斜面フィーチャ４４と輪郭表面３２の間の境界６０を示す図５Ａ及び５Ｂの垂直な点線５８により示されている。中央セグメント内の境界６０（断面Ａ−Ａに示す）は受入縁部４６に最も近いので、中央セグメント３４の斜面フィーチャ４４が最も短い。同様に、外側セグメント３８内の境界６０は受入縁部４６から最も長い距離に位置するので、外側セグメント３８の斜面フィーチャ４４が最も長い。

隣接するセグメント内のテーパ部分４８の長さＬＡ、ＬＢ、ＬＣ間の差は、ほぼ等しい。例えば、中央セグメント３４のテーパ部分４８の長さＬＡは、側方セグメント３６のテーパ部分４８の長さＬＢより４分の１インチ短く、側方セグメント３６のテーパ部分４８の長さＬＢは、外側セグメント３８のテーパ部分４８の長さＬＣより４分の１インチ短い。ずれの増分６２は、それらがすべてほぼ等しい場合、予備成形済み積層板の大きさと形状とに基づいて、約８分の１インチ〜約１インチの間で変化させることができる。

ＣＣＭプロセスアセンブリ内の圧密化ユニットは、ツーリングダイが後退した状態のツール開位置にある間に、圧密化ユニット内部で予備成形済み積層板を徐々に前進させて予備成形ユニットから離す脈動デバイスを有することができる。予備成形済み積層板は、使用される材料及び所望の圧密化レベルに応じて、例えば４分の１インチ、２分の１インチ、又は４分の３インチといった所定の控えめな長さ（すなわち、脈動距離）だけ、徐々に前進する。上部及び下部のダイは、予備成形済み積層板の前進運動が停止すると、予備成形済み積層板の、ツーリングダイ間に位置する部分を圧密化するために十分な所定の力又は圧力で互いの方向へと動き、次いでこれらダイは開いて予備成形済み積層板は脈動距離を前進する。このような前進と停止のプロセスは、予備成形済み積層板が全長にわたって圧密化されるまで繰り返される。

ずれの増分６２は、脈動距離の整数倍（例えば、１倍、２倍、３倍、又はそれよい多い倍数）となるように選択される。例えば、予備成形済み部品の脈動距離が１０秒毎に４分の１インチである場合、斜面フィーチャ４４のずれの増分６２は、４分の１インチ、２分の１インチ、又は４分の３インチとすることができる。したがって、斜面フィーチャ４４のずれの増分６２は、予備成形済み積層板の脈動距離と揃っている。

斜面フィーチャ４４のテーパ部分４８の深さ５０及び長さＬＡ、ＬＢ、ＬＣは、通常、製作される熱可塑性複合部品の形状に基づいて決定される。深さ５０は、予備成形済み積層板の、予備成形ユニットを出るときの厚みに基づいていてよい。受入縁部４６の斜面フィーチャ４４の深さ５０は、好ましくは、輪郭表面３２の高さを０．０５０〜０．３００インチだけ下回る。テーパ部分４８の長さ、したがって斜面フィーチャ４４の長さは、熱可塑性複合積層材料の特性に基づいて決定することができ、且つ上述のような、ずらして配置された斜面フィーチャ４４を形成するために、断面構成の各セグメントで異なっていなければならない。中央セグメント３４、側方セグメント３６、及び外側セグメント３８それぞれの、ツーリングダイ３０の受入縁部４６から斜面フィーチャ４４と輪郭表面３２との境界６０までの斜面フィーチャ４４の長さは、約２〜６インチの範囲内とすることができる。

図６は、ずらして配置された斜面フィーチャを有するツーリングダイを用いて熱可塑性複合部品を製作する連続圧縮成形プロセス７０のフロー図である。ステップ７２では、製作される熱可塑性複合部品の断面構成を選択し、所望の大きさ及び形状を決定する。次いでステップ７４において、相補的な設計を生むためのスプリングバックについて部品の形状を解析する。ステップ７６では、製作される熱可塑性複合部品の大きさ及び形状と、従来技術に既知の他のプロセスパラメータとに基づいて、製作速度及び脈動距離を選択する。ステップ７８では、製作される部品の相補的設計に一致するツーリングの設計を選択し、熱、圧力、並びに前進速度及び距離といったプロセスパラメータを決定する。ステップ８０で、ツーリングダイ３０の中央セグメント３４の斜面の公称の長さ及び深さを決定するために、ツーリングの設計を精緻化する。次いでステップ８２において、側方セグメント３６と、外側セグメント３８のような任意の追加セグメントとの斜面の長さ及び深さを、上述のように、中央セグメント３４から連続して隣接するセグメントそれぞれのテーパ部分４８の長さＬＡ、ＬＢ、ＬＣが直接隣接する直前のセグメントより大きくなるように決定する。次いでステップ８４において、ずらして配置された斜面設計を有するツーリングダイを製作し、ステップ８６において、ずらして配置された斜面設計を有するツーリングダイを用いて熱可塑性複合部品を製作する。

本発明の実施形態は、図７に示す航空機の製造及び保守方法１００、及び図８に示す航空機１０２の観点から説明することができる。例示的方法１００は、製造前の段階に航空機１０２の仕様及び設計１０４と材料調達１０６とを含み、これには、熱可塑性複合部品を製作するためのツーリングダイとＣＣＭプロセスとが含まれる。製造段階では、航空機１０２のコンポーネント及びサブアセンブリの製造１０８と、システムインテグレーション１１０とが行われる。その後、航空機１０２は、認可及び納品１１２を経て運航１１４される。顧客により運航される間に、航空機１０２は定期的な整備及び保守１１６（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。

方法１００のプロセスの各々は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。

図８に示されるように、例示的方法１００によって製造された航空機１０２は、複数のシステム１２０及び内装１２２を有する機体１１８を含むことができる。高レベルのシステム１２０の例には、推進システム１２４、電気システム１２６、油圧システム１２６、及び環境システム１３０のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、熱可塑性複合部品を利用する他の産業にも適用しうる。

本明細書に具現化された装置と方法は、製造及び保守方法１００の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、製造プロセス１０８に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機１０２の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリに類似の方法で製作又は製造される。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機１０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１０２のコストを削減することにより、製造段階１０８及び１１０の間に利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせのうちの一又は複数を、航空機１０２の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守１１６に利用することができる。

特定の例示的実施形態を参照して本発明を説明したが、このような実施形態は例示を目的とするものであって限定を目的とするものではない。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形例が可能であること、及びその要素を同等物に置換することが可能であることを理解するであろう。加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の教示に多数の修正を加えて特定の状況に適応させることが可能である。したがって、特許請求の範囲は、開示した特定の実施形態に限定されない。以下に規定される方法クレームは、ここに記載するステップが、アルファベット順に又は記載順に実行されることを要すると解釈されるべきでなく、二つ以上のステップが、一方の実行中の少なくとも一部の間に、それらステップが同時に実行されることを排除していない。さらに、本発明は以下の条項による実施形態を含む。

条項１６
連続圧縮成形した熱可塑性複合部品の表面の型あとを防止する方法であって、
断面構成内に少なくとも第１のセグメントと第２のセグメントとを形成する少なくとも第１の屈曲部を含む断面構成を有する予備成形済み積層板を予備成形すること、
予備成形済み積層板の断面構成と一致する輪郭表面を有する上部及び下部ツーリングダイの入口側の斜面フィーチャ中に予備成形済み積層板を供給すること、並びに
ツーリングダイの中で予備成形済み積層板を前進させて、第１セグメントのずらして配置された斜面フィーチャから圧力を印加した後で、第２のセグメントにおいて圧力を印加すること
を含む方法。

条項１７
断面構成の第２のセグメントは、第１のセグメントよりツーリングダイの外縁の近くに位置している、条項１６に記載の方法。

条項１８
断面構成内に、第２のセグメントよりツーリングダイの外縁の近くに位置する第３のセグメントを形成する少なくとも第２の屈曲部を提供すること、及び第２のセグメントのずらして配置された斜面フィーチャから圧力を印加した後で第３のセグメントにおいて圧力を印加することをさらに含む、条項１７に記載の方法。

条項１９
圧力は、予備成形済み積層板がツーリングダイの中を前進する脈動距離の整数倍に選択されたずれの増分において、第１のセグメント、第２のセグメント、及び第３のセグメントに印加される、条項１７に記載の方法。

１ ツーリングダイ
２ 上部ツーリングダイ
３ 第１の輪郭表面
４ 積層板の上側表面
５ 予備成形済み積層板
６ 下部ツーリングダイ
７ 第２の輪郭表面
８ 積層板の下側表面
９ 側方セグメント
１０ 皺
１１ 中央セグメント
１２ 屈曲部
１４ テーパ部分
１６ 受入縁部
１７ 所望の高さ
１８ 短い距離
２０ テーパ長
３０ ツーリングダイ
３２ 輪郭表面
３４ 中央セグメント
３６ 側方セグメント
３８ 外側セグメント
４２ 入口側
４４ 斜面フィーチャ
４６ 受入縁部
４８ テーパ部分
５０ 斜面フィーチャの深さ
５２ テーパ部分の角度
５４ 平坦セクション
５６ 平坦セクションの長さ
６０ 斜面フィーチャと輪郭表面の境界
６２ ずれの増分

Claims (15)

1. 連続圧縮成形プロセスにおいて熱可塑性複合部品を製作するためのツーリングダイであって、
   断面構成内に少なくとも第１のセグメントと第２のセグメントとを形成する少なくとも第１の屈曲部を含む前記断面構成を有する輪郭表面、並びに
   前記ツーリングダイの入口側に位置する斜面フィーチャであって、前記第１のセグメントの前記入口側から第１の距離にわたって延び、且つ前記第２のセグメントの前記入口側から前記第１の長さより大きな第２の長さにわたって延びる斜面フィーチャ
   を備えるツーリングダイ。
2. 前記第２のセグメントは、前記第１のセグメントより前記ツーリングダイの外縁の近くに位置している、請求項１に記載の前記ツーリングダイ。
3. 前記断面構成内に第３のセグメントを形成する少なくとも第２の屈曲部をさらに備え、前記第３のセグメントの前記斜面フィーチャは、前記入口側から、前記第２のセグメントの前記第２の長さより大きな第３の長さにわたって延び、前記第３のセグメントは、前記第２のセグメントより前記ツーリングダイの前記外縁の近くに位置している、請求項２に記載の前記ツーリングダイ。
4. 前記第２の長さと前記第１の長さとの差が前記第３の長さと前記第２の長さとの差に概ね等しいことにより、ずれの増分が形成されている、請求項３に記載の前記ツーリングダイ。
5. 前記ずれの増分は、約８分の１インチ〜約１インチの範囲内である、請求項４に記載の前記ツーリングダイ。
6. 前記第１の長さ、前記第２の長さ、及び前記第３の長さは、約２インチ〜６インチの範囲内である、請求項３に記載の前記ツーリングダイ。
7. 前記斜面フィーチャは、前記ツーリングダイの前記入口側の受入縁部が所望の高さを所望の深さだけ下回るように、前記受入縁部から所望の高さまで延びるテーパ部分を含んでいる、請求項１に記載の前記ツーリングダイ。
8. 前記斜面フィーチャは、前記ツーリングダイの前記入口側の受入縁部が所望の高さを所望の深さだけ下回るように、前記受入縁部から短い距離を置いて所望の高さまで延びるテーパ部分を含んでいる、請求項１に記載のツーリングダイ。
9. 前記所望の深さは０．０５０インチ〜０．３００インチの範囲内である、請求項７に記載の前記ツーリングダイ。
10. 前記所望の深さは０．０５０インチ〜０．３００インチの範囲内である、請求項８に記載の前記ツーリングダイ。
11. 熱可塑性複合部品を製作する方法であって、
    熱可塑性材料のブランク材を予備成形して、断面構成内に少なくとも第１のセグメントと第２のセグメントとを形成する少なくとも第１の屈曲部を含む前記断面構成を有する予備成形済み積層板にすること、
    前記予備成形済み積層板の前記断面構成と一致する輪郭表面と、前記ツーリングダイの入口側に位置する斜面フィーチャであって、前記断面構成の前記第１のセグメントの前記入口側から第１の長さにわたって延び、且つ前記断面構成の前記第２のセグメントの前記入口側から前記第１の長さより大きな第２の長さにわたって延びる斜面フィーチャとを伴う上部及び下部ツーリングダイを有するダイプレスを提供すること、並びに
    前記ダイプレスを用いて前記予備成形済み積層板を圧密化すること
    を含む方法。
12. 前記断面構成の前記第２のセグメントは、前記第１のセグメントより前記ツーリングダイの外縁の近くに位置している、請求項１１に記載の前記方法。
13. 前記断面構成内に前記第２のセグメントより前記ツーリングダイの前記外縁の近くに位置する第３のセグメントを形成する少なくとも第２の屈曲部を設けること、並びに、前記入口側から前記第２のセグメントの前記第２の長さより大きな第３の長さにわたって前記第３のセグメント内の前記斜面フィーチャを延ばすことをさらに含む、請求項１２に記載の前記方法。
14. 前記斜面フィーチャ内にずれの増分を提供することであって、前記第２の長さと前記第１の長さとの差が前記第３の長さと前記第２の長さとの差に概ね等しい、提供することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ずれの増分は、前記予備成形済み積層板が前記ツーリングダイの中を前進する脈動距離の整数倍となるように選択する、請求項１４に記載の前記方法。

Images