JP2015178265A - 接合タブ及び成形器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】種々のプリプレグ層を様々な向きにレイアップすることが出来、製造しようとする複合材料構造体の厚みに応じて、様々な数の層を用いることが出来る装置の提供。【解決手段】ツールプレート(202)と、ツールプレート(202)に相互接合されたタブ(204)と、タブに関連付けられた一群のアラインメント部(210,212)と、を備え、ツールプレート(202)は、ツール(102)と共に用いることによって複合材部品(300)を形成するように構成されており、一群のアラインメント部(210,212)は、複合材部品(300)を形成するために用いるツール(102)に対して、ツールプレート(202)を位置合わせするように構成されている装置。【選択図】図3

Description

本開示は、接合タブ及び成形器具に関する。
航空機の設計及び製造において、複合材料が占める割合が増えつつある。航空機に複合材料を用いることによって、航空機の重量を減らすことができる。このように重量を減らすことによって、有料荷重容量や燃料効率などの性能特性を改善することができる。また、複合材料を用いることによって、航空機の様々な部品の耐用年数を延ばすことができる。
複合材料は、2つ又はそれ以上の機能部品を組み合わせることによって形成された、高強度且つ軽量の材料である。例えば、複合材料は、強化繊維がポリマー樹脂マトリックスに結合されたものであってもよい。繊維は、一方向性であってもよいし、織布または織物の形態であってもよい。繊維及び樹脂を配置し硬化することによって、複合材料が形成される。
また、複合材料を用いて航空宇宙産業用の複合材構造体を作製することによって、結果的には、航空機の各部分を、より大きな構成部分又はセクションとしてして製造することができる。例えば、航空機の胴体部を、円筒形のセクションとして形成することができる。他の例として、限定するものではないが、翼のセクションを連結して翼を形成したり、スタビライザーセクションを連結してスタビライザーを形成したりすることもできる。
複合材構造体を製造する際には、通常、複合材料層をツール(tool)の上にレイアップする。複合材料層は、繊維をシート状にしたものであってもよい。これらのシートは、織物、テープ、トウ、あるいはその他の適当な形態をとるものであってもよい。いくつかのケースにおいて、上記シートに、樹脂を注入または予備含浸させてもよい。このようなタイプのシートは、通常、プリプレグとよばれる。
種々のプリプレグ層を様々な向きにレイアップすることができ、製造しようとする複合材構造体の厚みに応じて、様々な数の層を用いることもできる。これらのプリプレグ層は、手作業によってレイアップしてもよいし、テープ積層機やファイバー配置装置(fiber placement system)などの自動積層設備を用いてレイアップしてもよい。
しばしば、成形器具(tooling devices)を用いて複合材構造体の表面が形成される。例えば、複合材料層の上にツールプレート(tooling plate)を載置することによって、所望の形状の複合材部品の形成に利用する。
通常、ツールプレートは、硬化前の複合材部品上に載置される。当該複合材部品とツールプレートとの間に、保護用の被覆層を配置してもよい。硬化中に、圧力、熱、又は、圧力と熱の両方が、ツールプレートによって複合材レイアップに伝達される。このようにして、ツールプレートによって、複合材部品の滑らかな表面が形成される。
ツールプレートは、様々な形状や大きさの物があり、所定数の異なるタイプの材料によって形成される。ツールプレートの大きさ及び形状は、当該プレートを用いて形成しようとする複合材部品の表面形状に基づいて、選択される。
ツールプレートの形状を形成した後、ツールプレートに対して種々の加工を行うことによって、ツールプレートに様々な特異部分を形成してもよい。これらの特異部分は、複合材部品の形成に用いるツールに対してツールプレートを位置合わせするためのアラインメント部を含んでもよい。例えば、ツールプレートに穿孔することによって、アラインメント部を形成してもよい。
しかし、このようにしてツールプレートを製造すると、多くの時間がかかったり、ツールプレートに対して加工を行う際に失敗が起こるリスクが増えたりする。例えば、ツールプレートが複合材料で形成されている場合、ツールプレートに対する加工を硬化後に行う場合がある。硬化後のツールプレートにこのような加工を行うと、ツールプレートに不具合が起こる場合がある。このような不具合の例としては、空隙の発生、層の剥がれ、異物の破片(FOD: foreign object debris)の混入、ひび割れ、その他の不具合がある。不具合のあるツールプレートを用いて複合材部品を形成すると、所望の形状又は表面特性を有する複合材部品にならない場合がある。従って、複合材部品を再加工または廃棄しなければならない場合がある。
また、ツールプレートは、その耐用年数にわたって、複数の複合材部品の形成に使用されうる。ある程度の期間使用すると、ツールプレートは摩耗し、アラインメント部が変形する場合がある。すると、複合材部品を製造する際に、アラインメント部を用いてツールプレートの位置合わせを行っても、所望の精度の位置合わせが実現できない場合がある。従って、上述した問題点の少なくともいくつか、並びに上記以外の問題点も考慮に入れた方法及び装置が望まれている。
例示的な一実施形態において、装置は、ツールプレートと、ツールプレートに相互接合されたタブと、タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備える。ツールプレートは、ツールと共に用いることによって複合材部品を形成するように構成されている。一群のアラインメント部は、複合材部品を形成するために用いるツールに対して、ツールプレートを位置合わせするように構成されている。
別の例示的な実施形態において、成形器具の形成方法が提供される。第一の数の複合材料層を、ツール上にレイアップする。一群のアラインメント部を有するタブを、第一の数の複合材料層に対して配置する。第二の数の複合材料層をレイアップする。第二の数の複合材料層の一部が、タブの平面部を覆うようにする。第一の数の複合材料層と、第二の数の複合材料層と、タブとを相互接合することによって、成形器具を形成する。
さらに別の例示的な実施形態において、複合材部品の形成方法が提供される。ツールに対して、所定数の複合材料層を配置する。所定数の複合材料層上に成形器具を配置する。成形器具は、ツールプレートと、当該ツールプレートと相互接合された、一群のアラインメント部を有するタブと、を備える。
特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態において個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって、より明らかになるであろう。
例示的な実施形態に特有のものと考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。ただし、例示的な実施形態、及び、好ましい使用の形態、さらなる目的及び利点は、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を下記の添付図面と共に参照することによって、最も理解されるであろう。
例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置を示す図である。 例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置を示す図である。 例示的な一実施形態による成形装置及び複合材部品の分解図である。 例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。 例示的な一実施形態によるタブの上面図である。 例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。 例示的な一実施形態によるタブの上面図である。 例示的な一実施形態による、ツール上に形成された成形器具を示す図である。 例示的な一実施形態による、ツール上の第一の数の複合材料層を示す図である。 例示的な一実施形態による、ツール上のタブ及び第一の数の複合材料層を示す図である。 例示的な一実施形態による、ツール上の第二の数の複合材料層を示す図である。 例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。 例示的な一実施形態による、成形器具デザイン環境のブロック図である。 例示的な一実施形態による、成形器具を形成するためのプロセスのフローチャートである。 例示的な一実施形態による、成形器具を用いた複合材部品を形成するためのプロセスのフローチャートである。 例示的な一実施形態による、航空機の製造及びサービス方法をブロック図で示したものである。 例示的な一実施形態を実施し得る航空機をブロック図で示したものである。
例示的な実施形態においては、1つ又は複数の問題点が認識及び考慮されている。例えば、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることの1つは、複合材構造体を形成するためにツールプレート(tooling plate)を配置する際に、ツールプレートによって複合材構造体に所望の形状が形成されるように、当該プレートを配置することが望ましい、ということである。さらに、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることとして、複合材構造体を形成するためのツール(tool)に対してツールプレートを位置合わせするための一つの方法は、ツールプレートに設けたアラインメント部(alignment feature)を利用することである、ということである。例示的な一実施形態において、このアラインメント部は、複合材構造体を形成するためのツールの面から突出するピン上に配置され、これによって、ツールプレートを、複合材レイアップに対して望ましい状態に配置することができる。
ただし、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることであるが、ツールプレートにアラインメント部を形成するには、多くの時間がかかり、望ましくない。例えば、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることであるが、現在のツールプレートの製造方法の中には、ツールプレートの製造に要する時間を増やす原因となる様々な工程を含むものがある。例えば、複合材料製のツールプレートの製造方法の中には、複合材料を硬化する工程と、これに続いて、ツールプレートに対して穿孔もしくはルータ加工(routing operations)またはその両方を行うことによってアラインメント部を形成する工程と、を含むものがある。硬化後のツールプレートに対してこれらの加工作業を行うと、不具合が発生するリスクが増し、所望したものとは異なる形状または表面特性を有する複合材部品が形成される場合がある。
従って、例示的な実施形態において、成形器具を形成するための方法及び装置が提供される。例示的な一実施形態においては、装置は、ツールプレートと、当該ツールプレートに関連付けられたタブと、当該タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備える。ツールプレートは、ツールと共に用いることによって、複合材部品を形成するように構成されている。一群のアラインメント部は、複合材部品を形成するためのツールに対して、ツールプレートを位置合わせするように構成されている。
図面、特に、図1を参照すると、同図には、例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置(tooling system)が示されている。この図示の例では、成形装置100は、複合材部品を形成するために用いる部品を含む。この実施例では、成形装置100は、ツール102を含む。
図示のように、ツール102は、複合材部品を形成するために用いられる構造体である。例えば、この実施例では、ツール102は、レイアップマンドレル(layup mandrel)である。ツール102は、面103を有しており、当該面に、所定数の複合材料104の層をレイアップすることができる。本明細書において、「所定数の」アイテムとは、1つ又は複数のアイテムをいうものとする。例えば、所定数の複合材料104の層とは、1つ又は複数の複合材料層である。
この実施例では、所定数の複合材料104の層が、ツール102に対して配置されている。換言すれば、所定数の複合材料104の層が、ツール102上にレイアップされている。
この実施例では、所定数の複合材料104の層は、様々な形態をとることができる。例えば、所定数の複合材料104の層は、織物、布、テープ、トウ、あるいはその他の適当な複合材料の形態をとってもよい。いくつかの実施例では、所定数の複合材料104の層の各層内に、樹脂が注入されている。所定数の複合材料104の層に樹脂が注入されている場合、当該所定数の複合材料104の層は、プリプレグの形態を有する。
他の実施例では、所定数の複合材料104には樹脂が注入されていない。この場合、硬化前または硬化中に、様々な含浸技術を用いて、当該所定数の複合材料104の層に樹脂を注入してもよい。
図示のように、ツール102は、一群のピン106を含む。一群のピン106は、ツール102の面103から突出する部品である。本明細書において、「一群の」アイテムとは、1つ又は複数のアイテムをいうものとする。例えば、一群のピン106とは、1つ又は複数のピンである。
一群のピン106は、ツール102及び所定数の複合材料104の層に対して、成形器具(図示せず)のアラインメントを行えるように構成されている。図示のように、一群のピン106は、ツール102の一端に配置されたピン110と、ツール102の他端に配置されたピン112とを含む。
次に、図2を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置を示している。この図示の例では、成形装置100は、成形器具(tooling device)200をさらに含む。
成形器具200は、複合材部品の表面を成形するために用いられる、あらかじめ形成された器具である。換言すれば、成形器具200は、複合材部品の形成プロセスとは別のプロセスにおいて形成される。
この実施例では、成形器具200は、硬化中の所定数の複合材料104の層に対して、所望のレベルの圧力、熱、又はこれらの両方を付与するように構成されている。この実施例では、成形器具200は、所定数の複合材料104の層上に配置されている。
成形器具200は、所定数の複合材料104の層によって形成される所望の部品と実質的に同じ大きさ及び形状となるように構成されている。この実施例では、所定数の複合材料104の層と成形器具200との間には、保護層又は離型剤(図示せず)が設けられている。
図示のように、成形器具200は、ツールプレート202及び一群のタブ204を含む。ツールプレート202は、ツール102と共に用いることによって、複合材部品を形成するように構成されている。この図示の例では、ツールプレート202は、成形器具200の構成部品である。例えば、ツールプレート202は、当て板(caul plate)であってもよい。
ツールプレート202を用いて、複合材部品の外側のモールドライン(mold line)が形成される。「外側のモールドライン」とは、複合材部品の外面である。このように、ツールプレート202は、複合材部品を形成するために用いられる所定数の複合材料104の層の硬化中に、複合材部品の外面を形成するように構成されている。ツール102の面103は、内側のモールドライン、すなわち、複合材部品の内面を形成する。
ツールプレート202は、この実施例では、様々なタイプの材料を含みうる。例えば、ツールプレート202は、金属、合金、コルク、複合材料、またはその他の適当な種類の材料から選択される少なくとも1つの材料を含みうる。この図示の例においては、ツールプレート202は、複合材料によって構成されている。具体的には、ツールプレート202は、複合材料の第一の層、及び、複合材料の第二の層を備える。
本明細書において、「少なくとも1つの」という語句がアイテムのリストについて用いられる時は、リストアップされたアイテムの1つまたは複数の様々な組み合わせを使用してもよいということであり、リストのアイテムの1つだけを必要とする場合もあることを意味する。アイテムは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってもよい。換言すると、「少なくとも1つの」は、あらゆる組み合わせのあらゆる数のアイテムをリストから使用してもよいが、リスト上の全てのアイテムを必要とするわけではないということを意味する。
例えば、「アイテムA、アイテムB、アイテムCの少なくとも1つ」は、アイテムA;アイテムAとアイテムB;アイテムB;アイテムAとアイテムBとアイテムC;又は、アイテムBとアイテムC、を意味する場合がある。いくつかのケースにおいて、「アイテムA、アイテムB、アイテムCの少なくとも1つ」は、例えば、限定するものではないが、2個のアイテムAと、1個のアイテムBと、10個のアイテムC;4個のアイテムBと7個のアイテムC;又は、他の適当な組み合わせであってもよい。
図示のように、一群のタブ204は、ツールプレート202に物理的に関連付けられている。この実施例では、一群のタブ204などの第一の部品が、ツールプレート202などの第二の部品に対して、第二の部品に対する固定(secured)、第二の部品に対する接合(bonded)、第二の部品に対する取り付け(mounted)、第二の部品に対する溶接(welded)、第二の部品に対する締結(fastened)、他の適当な方法による第二の部品に対する接続、またはそれらの組み合わせ、によって、関連付けられると考えてよい。また、第三の部品を用いて、第一の部品を第二の部品に接続してもよい。また、第一の部品を第二の部品の一部として形成すること、第二の部品の延長部として形成すること、またはそれらの組み合わせ、によって、第一の部品が第二の部品に関連付けられると考えてもよい。
一群のタブ204は、タブ206及びタブ208を含む。この実施例では、タブ206及びタブ208は、ツールプレート202と相互接合される(co-bonded)ことによって、成形器具200を形成している。
1つの部品が他の部品と相互接合される、という場合、これら2つの部品の少なくとも1つの硬化中に、第一の部品と第二の部品とが互いに接合されることを意味する。この例においては、一群のタブ204は、ツールプレート202と接合される前に、予備硬化される。これによって、その後にツールプレート202が硬化される際に、一群のタブ204がツールプレート202に接合される。成形器具200の形成は、複合材部品の形成とは別のプロセスにおいて行われる。
図示の例においては、一群のアラインメント部210が、タブ206に関連付けられている。同様に、一群のアラインメント部212が、タブ208に関連付けられている。一群のアラインメント部210及び一群のアラインメント部212は、ツールプレート202を、複合材部品を形成するのに用いるツール102に対して位置合わせするように構成されている。一群のアラインメント部210は、中央のアラインメント部を含んでおり、これを用いて、ツールプレート202をツール102に対して位置合わせすることができる。
この実施例では、アラインメント部210は開口である。これらの開口は、様々な形状の穴であってもよい。例えば、一群のアラインメント部210の一つとして採用される穴の形状は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形、及びその他の適当な形状から選択された1つであってもよい。
この実施例では、タブ206に設けられた一群のアラインメント部210の1つは、ツール102に設けられたピン110を挿入することができるように構成されている一方、タブ208に設けられた一群のアラインメント部212の1つは、ツール102に設けられたピン112を挿入することができるように構成されている。このように、一群のアラインメント部210及び一群のアラインメント部212は、複合材部品を形成する際に、ツール102に対してツールプレート202を位置合わせし、当該ツールプレートの所定数の方向における移動を制限するように、構成されている。さらに、一群のアラインメント部210及び一群のアラインメント部212は、複合材部品が所望の形状となるように、ツール102及び所定数の複合材料104の層に対して、ツールプレート202を位置合わせするように構成されている。
次に、図3を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形装置及び複合材部品の分解図を示している。この実施例では、図1に示した所定数の複合材料104の層が硬化されて、複合材部品300を形成している。
所定数の複合材料104の層を、種々の硬化プロセスを用いて硬化することにより、複合材部品300を形成することができる。これらの硬化プロセスは、所望の温度及び圧力を、所定数の複合材料104の層にかける。例えば、真空バッグを用いて、ツール102上の所定数の複合材料104の層に真空を印加してもよい。次に、所定数の複合材料104の層を、所定時間オートクレーブ内に入れる。真空の印加は、オートクレーブ内における硬化中に行ってもよい。他の実施例では、実施の形態に応じて他の硬化プロセスを用いてもよい。
同図に示すように、ツールプレート202は、複合材部品300の外側のモールドライン302を形成する。特に、ツールプレート202の内面304が、外側のモールドライン302を形成する。ツール102の面103は、複合材部品300の内側のモールドライン306を形成する。ツール102及び成形器具200を用いて複合材部品300を形成した後は、複合材部品300をツール102から取り外し、航空機又はその他の適当な構造体に取り付ける。
次に、図4を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。図示の例では、図2に示したタブ208がツールプレート202と相互接合される前の状態における、一群のアラインメント部212を有するタブ208が示されている。
図示のように、タブ208は、所定数の様々な材料で形成してもよい。例えば、タブ208は、熱可塑性材料、熱硬化性材料、フェノール樹脂、金属、合金、フッ化エチレンプロピレン、又は他の適当な材料から選択される少なくとも1つの材料で形成してもよい。タブ208の材料は、ツールプレート202と相互接合する際に、タブ208が変形しないように選択される。
この図示の例では、タブ208は、一群のアラインメント部212に加えて、平面部402及び所定数の面取り縁部404を含む。平面部402は、タブ208における実質的に平らな部分である。平面部402は、タブ208をツールプレートに接合するための接合面を形成するように構成されている。
この図示の例では、面取り縁部404は、タブ208の平面部402から延びる削り面である。面取り縁部404も、タブ208をツールプレートに接合するための接合面を形成するように構成されている。特に、面取り縁部404を設けることによって、ツールプレート202を形成するための複合材料層を下向きに傾斜させることができ、これによって、硬化後のタブ208とツールプレート202との間に空隙やしわが発生する可能性を減らすことができる。
図示のように、一群のアラインメント部212は、タブ208の平面部402に設けられている。一群のアラインメント部212のそれぞれは、開口、溝、スロット、切り欠き、突起、あるいは、図1に示したツール102に対してタブ208を位置合わせするように構成された他のタイプの特異部分から選択される1つを含んでいてもよい。この実施例では、一群のアラインメント部212は、タブ208の平面部402に形成された開口406を含む。開口406のそれぞれは、開口406のうちの他の開口と同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
各開口406の形状は、ツール102に対してタブ208をどのようにして位置合わせするかに基づいて選択してもよい。例えば、図1に示したツール102の面103から突出するピンを開口406に挿入する場合は、ツール102を用いて作業を行っている間、タブ208、及び、タブ208に取り付けられたツールプレート202の移動を所定数の方向において制限できるような形状に、開口406を形成してもよい。例えば、開口406を、タブ208に取り付けられたツールプレート202が軸周りに回転しないような形状に形成してもよい。
この図示の例では、一群のアラインメント部212は、第一のアラインメント部408、第二のアラインメント部410、及び、第三のアラインメント部412を備える。第一のアラインメント部408、第二のアラインメント部410、及び、第三のアラインメント部412は、タブ208をツールプレート202と相互接合させて成形器具200を形成する前に、形成される。換言すれば、第一のアラインメント部408、第二のアラインメント部410、及び、第三のアラインメント部412は、予備機械加工される(pre-machined)。従って、第一のアラインメント部408、第二のアラインメント部410、及び、第三のアラインメント部412を形成するための工程は、成形器具200の硬化後には行われない。
この図示の例では、成形器具200は、図3に示した複合材部品を形成するためのツール102とは別のツール上で形成される。成形器具200を形成するために用いるツールは、当該ツールの面から突出するピンを有する。これらのピンを用いて、タブをツールに対して位置合わせすることができる。
第一のアラインメント部408は、複合材部品300を形成するために用いられるツール102に関連付けられている。この図示の例では、ツール102は、第一のツールである。第二のアラインメント部410及び第三のアラインメント部412は、成形器具200を形成するために用いられる第二のツールに関連付けられている。
図示のように、第一のアラインメント部408は、タブ208に取り付けられたツールプレート202を、複合材部品300を形成するためのツール102に対して位置合わせするように構成されている。この実施例では、第一のアラインメント部408は、開口414を含んでおり、当該開口は、図1に示したツール102に関連付けられたピン112を挿入するように構成されている。
第二のアラインメント部410は、成形器具200を形成するための第二のツールに対してタブ208を位置合わせするように構成されている。この図示の例では、第二のアラインメント部410は、開口416を含んでおり、当該開口は、成形器具200を形成するための第二のツールに関連付けられた第一のピンを挿入するように構成されている。
第三のアラインメント部412も、成形器具200を形成するための第二のツールに対してタブ208を位置合わせするように構成されている。この実施例では、第三のアラインメント部412は、開口418を含んでおり、当該開口は、成形器具200を形成するための第二のツールに関連付けられた第二のピンを挿入するように構成されている。
この図示の例では、タブ208は、ツールプレート202の一端で、ツールプレート202と相互接合されるように構成されている。ツールプレート202に沿う様々な箇所で、所定数の追加のタブをツールプレート202と相互接合させてもよい。
次に図5を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの上面図である。この実施例では、図4における矢印5−5の方向に見たタブ208を示している。この図では、開口406の形状がより詳細に示されている。
図示のように、開口414は、円形状500を有する。開口414を円形状500とすることによって、図1及び図2に示したピン112をタブ208に挿入した際に、ツール102に対する成形器具200の移動を制御することができる。この実施例では、開口414の円形状500は、図2に示した成形器具200の、3つの方向における移動を制限する。具体的には、開口414の円形状500は、ツール102のピン112が挿入された際に、x方向、y方向、及びz方向における成形器具200の移動を制限する。
この実施例では、開口418は、円形状502を有する。開口418を円形状502とすることによって、成形器具200を形成するために用いる第二のツールに対するタブ208の移動を制御することができる。この実施例では、開口418の円形状502は、タブ208をツールプレート202に接合する際に、x方向、y方向、及びz方向におけるタブ208の移動を制限する。
図示のように、開口416は、楕円形状504を有する。開口416を楕円形状504とすることによって、成形器具200を形成するために用いる第二のツールに対するタブ208の移動を制御することができる。この実施例では、開口416の楕円形状504は、タブ208をツールプレート202に接合する際に、タブ208の回転を制限する。このように、開口416及び開口418によって、成形器具200を形成する際の、タブ208の望ましくない移動が制限される。
次に、図6を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。この図示の例では、図2に示したタブ206がツールプレート202と相互接合される前の状態における、タブ206が示されている。
図示のように、タブ206は、タブ208と同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。タブ208と同様に、タブ206の材料は、ツールプレート202と相互接合する際にタブ206が変形しないように、選択される。
この実施例では、タブ206は、一群のアラインメント部210に加えて、平面部600及び面取り縁部602を含む。一群のアラインメント部210は、タブ206の平面部600に設けられた開口606を含む。この実施例では、一群のアラインメント部210は、予備機械加工される。すなわち、一群のアラインメント部210は、タブ206をツールプレート202と接合する前に形成される。
図示のように、開口606の形状は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形、及びその他の適当な形状から選択された1つであってもよい。開口606のそれぞれは、開口606のうちの他の開口と同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
各開口606の形状は、ツールに対してタブ206をどのようにして位置合わせするかに基づいて選択してもよい。例えば、図1及び図2に示したツール102を用いて作業を行っている間、タブ208に取り付けられたツールプレート202の移動を所定数の方向において制限できるような形状に、開口606を形成してもよい。
この図示の例では、一群のアラインメント部210は、第一のアラインメント部608、第二のアラインメント部610、及び、第三のアラインメント部612を備える。第一のアラインメント部608は、図3に示した複合材部品300を形成するために用いられるツール102に関連付けられている。第二のアラインメント部610及び第三のアラインメント部612は、図2に示した成形器具200を形成するために用いられる第二のツールに関連付けられている。
図示のように、第一のアラインメント部608は、タブ206に取り付けられたツールプレート202を、複合材部品300を形成するためのツール102に対して位置合わせするように構成されている。この実施例では、第一のアラインメント部608は、開口614を含んでおり、当該開口は、図1に示したツール102に関連付けられたピン112を挿入するように構成されている。
第二のアラインメント部610は、成形器具200を形成するための第二のツールに対して、タブ206を位置合わせするように構成されている。この図示の例では、第二のアラインメント部610は、開口616を含んでおり、当該開口は、成形器具200を形成するための第二のツールに関連付けられた第三のピンを挿入するように構成されている。
第三のアラインメント部612も、成形器具200を形成するための第二のツールに対してタブ206を位置合わせするように構成されている。この実施例では、第三のアラインメント部612は、開口618を含んでおり、当該開口は、成形器具200を形成するための第二のツールに関連付けられた第四のピンを挿入するように構成されている。タブ206は、タブ208とは反対側のツールプレート202の端部で、ツールプレート202と相互接合されるように構成されている。
タブ206における一群のアラインメント部210、及び、タブ208におけるアラインメント部212として、それぞれ3つのアラインメント部が示されているが、タブ206もしくはタブ208またはこれらの両方に設けるアラインメント部の数を、これより少なくしても多くしてもよい。例えば、2個、3個、10個又はその他の数のアラインメント部を、タブ206もしくはタブ208またはこれらの両方に設けてもよい。
次に図7を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの上面図である。この実施例では、図6における矢印7−7の方向に見たタブ206を示している。この図では、開口606の形状がより詳細に示されている。
図示のように、開口614は、楕円形状700を有する。開口614を楕円形状700とすることによって、図1及び図2に示したツール102に対する成形器具200の移動を制御することができる。具体的には、開口614の楕円形状700は、タブ208の開口414にピン112が挿入され、且つ、図2に示したタブ206の開口614にピン110が挿入された時に、成形器具200の回転を制限することができる。このように、タブ206及びタブ208は、成形器具200が望ましくない移動又は回転をしないように、成形器具200の動きを制御する。
また、タブ206及びタブ208によって、成形器具200をツール102に対して位置合わせし、これによってツール102上に成形器具200を適切にそろえることができる。開口614の楕円形状700は、やはり回転を抑制しつつ、多少の可動範囲を与える。この可動範囲があることによって、ツール102のピン110及びピン112に、成形器具200を嵌めやすくなる。例えば、仮にピン110とピン112との距離が、開口616と開口614との距離と正確に等しくない場合でも、開口614内に可動範囲があることによって、成形器具200をツール102に対して適切に配置することができる。
図示の例では、開口618は、円形状702を有する。開口618の円形状702は、タブ206をツールプレート202に接合する際に、x方向、y方向、及びz方向におけるタブ206の移動を制限する。
図示のように、開口616は、楕円形状704を有する。開口616の楕円形状704は、タブ206をツールプレート202に接合する際に、タブ206の回転を制限する。このように、開口616及び開口618によって、成形器具200を形成する際の、タブ206の望ましくない移動が制限される。
次に、図8を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上に形成された成形器具を示す図である。この図示の例では、ツール800上に形成された後の成形器具200を示している。この実施例では、ツール800は、第二のツールである。成形装置100の成形器具200を用いて図3に示した複合材部品300を形成する前に、ツール800を用いて成形器具200が形成される。
図示のように、ツール800は、面802を有しており、当該面に、所定数の複合材料104の層をレイアップして、ツールプレート202を形成することができる。ツール800によって、図3に示したツールプレート202の内面304が形成される。ツールプレート202を硬化する際に、タブ206及びタブ208がツールプレート202と相互接合される。
この実施例では、ツール800は、一群のピン804を含む。一群のピン804は、ツール800の面802から突出する部品である。一群のピン804は、ツール800に対する、タブ206及びタブ208のアラインメントを行えるように、構成されている。一群のピン804は、図3に示した複合材部品300を形成するためのツール102に、タブ206及びタブ208を適切に嵌合できるように、互いに離間して配置されている。例えば、図4に示したタブ208の開口414及び図6に示したタブ206の開口614を、図1及び図2に示したツール102上に配置した際に、これら開口の位置がピン112及びピン110の位置にそれぞれ揃うように、一群のピン804を互いに離間させる。
一群のピン804は、ピン806、ピン808、ピン810及びピン812を含む。ピン806及びピン808は、ツール800の一端に配置される一方、ピン810及びピン812は、ツール800の他端に配置されている。図示の例では、図6に示したタブ206の開口616及び開口618が、それぞれ、ピン806及びピン808を挿入できるように構成されている。同様に、図4に示したタブ208の開口416及び開口418が、それぞれ、ピン810及びピン812を挿入できるように構成されている。
タブ206及びタブ208が一群のピン804によって位置決めされている間に、ツールプレート202は、タブ206及びタブ208と相互接合される。この実施例では、硬化後の成形器具200を示している。
図9〜図11は、成形器具200を形成するための各工程における、ツール800上の成形器具200を示している。具体的には、図9〜図11は、成形器具200の形成、及び、タブ206とツールプレート202との相互接合を示している。タブ208は、タブ206と同時に、且つ、同じ方法で、ツールプレート202と相互接合される。
図9を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上の第一の数の複合材料層を示している。この図示の例では、第一の数の複合材料900の層が、ツール800上にレイアップされている。
この実施例では、第一の数の複合材料900の層は、4つの複合材料層である。他の実施例では、実施の形態に応じて、より多い数又は少ない数の層を用いてもよい。
図示のように、ツール102には、スペーサー902が配置されている。スペーサー902の厚みは、第一の数の複合材料900の層と実質的に同じである。このスペーサー902の厚みがあるために、タブ206(同図には図示せず)を共通平面内に保持することができる。この実施例では、スペーサー902は、シム(shim)の形態をとってもよい。スペーサー902は、ピン806及びピン808を挿入するためのバカ穴904を含む。スペーサー902の長さ及び幅は、第一の数の複合材料900の層からはみ出すタブ206の部分全体を支持可能な寸法とされている。スペーサー902は、成形器具200を形成するために行われる種々の工程の間、タブ206を支持する。
図10を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上のタブ及び第一の数の複合材料層を示している。この図示の例では、一群のアラインメント部210を有するタブ206が、第一の数の複合材料900の層上に載置されている。
この実施例では、ツール800のピン806が開口616に挿入される一方、ツール800のピン808が開口618に挿入されるように、タブ206が第一の数の複合材料900の層上に載置されている。この実施例では、タブ206の一部が、スペーサー902の上にも載置されている。開口618の円形状702及び開口616の楕円形状704によって、タブ206の移動が制御されている。
次に、図11を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上の第二の数の複合材料層を示している。この図示の例では、第二の数の複合材料1100の層が、ツール800上にレイアップされている。第二の数の複合材料1100の層は、4つの層を含んでいてもよいし、他の数の層を含んでいてもよい。
図示のように、第二の数の複合材料1100の層は、当該第二の数の複合材料1100の層の一部がタブ206の平面部600を覆うように、タブ206上にレイアップされる。第一の数の複合材料900の層と、第二の数の複合材料1100の層と、タブ206とを相互接合する前の段階で、タブ206は、第一の数の複合材料900の層と第二の数の複合材料1100の層との間に位置している。この状態で、第一の数の複合材料900の層及び第二の数の複合材料1100の層を硬化することによって、ツールプレート202、すなわちタブ206が相互接合されたツールプレート202を形成することができる。
第一の数の複合材料900の層及び第二の数の複合材料1100の層が硬化されるにつれて、タブ206が、第一の数の複合材料900の層及び第二の数の複合材料1100の層と相互接合され、成形器具200が形成される。このように、図2に示したツールプレート202、タブ206、タブ208によって、位置決め当て板が形成される。
成形器具200の形成の間、図9〜図11を参照しつつ説明した工程に追加する工程あるいはこれらに代わる工程を行ってもよい。例えば、樹脂テープの層を、一群のアラインメント部210上に載置することによって、一群のアラインメント部210の形状を維持してもよい。この実施例では、樹脂テープはフッ化エチレンプロピレン(FEP)の形態を有する。この樹脂テープによって、開口606への樹脂の流入が抑制される。樹脂テープは、タブ208と第二の数の複合材料1100の層との界面だけでなく、タブ206と第一の数の複合材料900の層との界面にも載置してもよい。
図12を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。この実施例では、タブ1200は、成形器具用のタブの形状の他の実施形態の一例である。
図示のように、タブ1200は、一群のアラインメント部1202、平面部1204、及び、平面部1206を有する。平面部1206は面取り縁部1208を含む一方、平面部1204は、一群のアラインメント部1202を含む。平面部1206は、タブ100をツールプレートに接合するための接合面を形成するように構成されている。
この図示の例では、一群のアラインメント部1202は、開口1209の形態を有する。一群のアラインメント部1202は、第一のアラインメント部1210、第二のアラインメント部1212、及び、第三のアラインメント部1214を備える。開口1215、開口1216及び開口1217は、それぞれ、第一のアラインメント部1210、第二のアラインメント部1212、及び、第三のアラインメント部1214に対応している。
この実施例では、第一のアラインメント部1210は、複合材構造体を形成するためのツールに対して、タブ1200を位置合わせする。第二のアラインメント部1212及び第三のアラインメント部1214は、成形器具を形成するためのツールに対してタブ1200を位置合わせし、タブ1200をツールプレートと相互接合する際に、タブ1200を所望の位置に保持する。図2に示したタブ206及びタブ208と同様に、タブ1200に対する加工作業は、タブ1200をツールプレートに接合する前に行われる。
図13を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形器具デザイン環境のブロック図を示している。図示のように、デザイン環境1300は、成形器具1304用のデザイン1302を生成するように構成されており、さらに成形器具1304の製造に用いることもできる。図2に示した成形器具200は、この図に示した成形器具1304の具体的な実施形態の一例である。
この実施例では、デザイン手段1306は、デザイン1302を生成するものであり、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせとして実施することができる。ソフトウェアを用いる場合は、デザイン手段1306によって行われる操作は、プロセッサユニット上で動作するように構成されたプログラムコードによって実施される。ファームウェアを用いる場合は、デザイン手段1306によって行われる操作は、データとして永続メモリに格納されて、プロセッサユニット上で動作するプログラムコードによって実施される。ハードウェアを用いる場合は、当該ハードウェアは、デザイン手段1306による操作を行うために動作する回路を含む。
実施例では、ハードウェアは、回路システム、集積回路、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルロジックデバイス、又は、所定数の操作を行うように構成された他の適当なタイプのハードウェアの形態であってもよい。プログラマブルロジックデバイスの場合は、当該デバイスは、所定数の操作を行うように構成してもよい。当該デバイスは、後に構成を変更してもよいし、所定数の操作を行う恒久的な構成としてもよい。プログラマブルロジックデバイスの例としては、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルアレイロジック、フィールドプログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、及び、他の適当なハードウェアデバイスを含む。また、プロセスは、無機要素を一体化させた有機要素によって実施してもよいし、人間を除く有機要素によって全体を構成してもよいし、またはこれらの組み合わせであってもよい。例えば、プロセスは、有機半導体の回路として実施してもよい。
本実施例では、デザイン手段1306は、コンピューターシステム1308内に設けられている。コンピューターシステム1308は、所定数のコンピューターによって構成されている。コンピューターシステム1308内に2つ以上のコンピューターが存在する場合、これらのコンピューターは、ネットワークなどの通信媒体を介して、互いに通信を行ってもよい。
図示のように、デザイン手段1306は、成形器具1304のデザイン1302を生成する際に使用する入力1310を受け取る。例えば、入力1310は、入力パラメータ1312を含んでもよい。入力パラメータ1312は、例えば、成形器具1304を用いて形成される複合材部品1317の外面1316の形状1314を示すもの、あるいは、他の適当なパラメータであってもよい。例えば、入力パラメータ1312は、図3に示した成形器具200及びツール102を用いて形成する複合材部品300について所望される外側モールドライン302の形状を含んでいてもよい。
デザイン手段1306は、入力1310を用いて、デザイン1302を生成するように構成されている。具体的には、デザイン手段1306は、成形器具1304のデザインパラメータ1318を生成してもよい。
図示のように、デザインパラメータ1318は、種々のパラメータを含む。例えば、デザインパラメータ1318は、成形器具1304の部品1320を示すものであってもよい。部品1320は、例えば、ツールプレート1322及びタブ1324の少なくとも1つを含むものであってもよい。この実施例では、タブ1324は、一群のアラインメント部1326を含む。
図示のように、デザインパラメータ1318は、寸法1330、材料1332、位置1333、または他の適当なパラメータの少なくとも1つを含むことによって、成形器具1304の種々の部品を表すものであってもよい。
例えば、入力1310で指定された複合材部品1317の外面1316の形状1314を成形器具1304が形成しやすいように、寸法1330及び材料1332を用いてツールプレート1322をカスタマイズしてもよい。例えば、寸法1330によって、ツールプレート1322における、第一の複合材料1334の層の数、及び、第二の複合材料1336の層の数を示してもよい。
この実施例では、寸法1330は、様々な形態をとることができる。これらの形態は、図1〜3及及び図8〜11に示した実施例のものを含んでもよい。
材料1332は、タブ1324の材料を示すものであってもよい。寸法1330は、タブ1324の寸法、一群のアラインメント部1326の形状、またはそれらの両方を含むものであってもよい。
この実施例では、位置1333は、タブ1324における一群のアラインメント部1326の位置を示す。位置1333は、さらに、成形器具1304を形成する際における、第一の数の複合材料1334の層、第二の数の複合材料1336の層、またはそれらの両方に対するタブ1324の配置位置を含む。
製造システム1342は、デザイン1302を用いることによって、成形器具1304を製造することができる。具体的には、製造システム1342におけるツール1344を用いて、成形器具1304が製造される。成形器具1304が製造されると、今度は、製造システム1342内のツール1346を用いて、複合材部品1317が形成される。
図13に示したデザイン環境1300及びデザイン環境1300内の構成要素は、例示的な実施形態が実施されうる態様を、物理的又は構成的に限定することを意図したものではない。図示した構成要素に加え、別の構成要素を用いたり、あるいは、代替の構成要素を用いてもよい。
図1〜12に示した様々な構成要素は、図1にブロックとして示した構成要素を物理的構造としてどのように実施し得るか、を例示したものである。また、図1〜12に示した構成要素の中には、図13の構成要素と組み合わせたり、図13の構成要素と共に用いたり、またはその両方を行うことができるものもあるであろう。
例えば、ツールプレート202は、図3に示した複合材部品300の外側のモールドライン302を形成するための滑らかな面を形成しているものとして説明したが、ツールプレート202を用いて手触りのある面(textured surface)を形成することもできる。他の実施例では、一群のアラインメント部210、一群のアラインメント部212、またはこれらの両方のアラインメント部の数を、より多くしても少なくしてもよい。
さらに他の実施例では、一群のアラインメント部210及び一群のアラインメント部212は、開口以外の形態を有する。例えば、いくつかの実施例では、一群のアラインメント部210及び一群のアラインメント部212の少なくとも一方は、溝であってもよい。
図14を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形器具を形成するためのプロセスのフローチャートである。図14に示したプロセスは、図13に示したデザイン環境1300において実施することができる。具体的には、当該プロセスを用いて、ツールプレート1322及びタブ1324を有する成形器具1304を形成することができる。
当該プロセスでは、まず、ツール上に、第一の数の複合材料の層をレイアップする(工程1400)。次に、当該プロセスでは、一群のアラインメント部を有するタブを、第一の数の複合材料の層に対して配置する(工程1402)。いくつかの実施例では、第一の数の複合材料の層上に、2つ以上のタブを配置してもよい。一群のアラインメント部を利用して、ツール上にタブを配置してもよい。当該一群のアラインメント部は、第一の数の複合材料の層上にタブを配置する前に、タブに予備機械加工されている。
次に、当該プロセスでは、ツールとタブの下面との間にスペーサを配置する(工程1404)。当該スペーサーは、シムの形態を有しており、タブと、第一の数の複合材料の層と、第二の数の複合材料の層との相互接合の間、タブを支持するために用いられる。
その後、当該プロセスでは、第二の数の複合材料の層をレイアップする(工程1406)。工程1406において、第二の数の複合材料の層の一部が、タブの平面部を覆う。
次に、当該プロセスでは、第一の数の複合材料の層と、第二の数の複合材料の層と、タブとを相互接合することによって、成形器具を形成し(工程1408)、この後、プロセスが終了する。工程1408において、タブは、第一の数の複合材料の層及び第二の数の複合材料の層が硬化する際に、これらの層に接合される。
図15を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形器具を用いた複合材部品を形成するためのプロセスのフローチャートである。図15に示したプロセスは、図13に示したデザイン環境1300において実施することができる。具体的には、図13に示した成形器具1304及びツール1344を用いて複合材部品1317を形成するために、当該プロセスを用いることができる。
当該プロセスでは、まず、所定数の複合材料層をツールに対して配置する(工程1500)。次に、当該プロセスでは、ツールプレートと一群のアラインメント部を有するタブとを備える成形器具を、当該所定数の複合材料層上に配置する(工程1502)。一群のアラインメント部を有するタブは、ツールプレートと相互接合されている。
次に、当該プロセスでは、ツールの面から突出しているピンを、一群のアラインメント部の一つに挿入することによって、成形器具を所定数の複合材料層に対して位置合わせする(工程1504)。次に、当該プロセスでは、所定数の複合材料層を硬化させることによって、複合材料部品を形成し(工程1506)、その後、当該プロセスは終了する。この実施例では、所定数の複合材料層を硬化させている間に、成形器具によって複合材料部品の表面が形成される。
上述した種々の実施形態におけるフローチャート及びブロック図は、例示的な一実施形態における装置及び方法のいくつかの可能な実施態様の構造、機能、及び動作を示すものである。この点において、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、工程またはステップ、若しくはそれらの一部または組み合わせ、の少なくとも1つを表わしうる。
例示的な一実施形態のいくつかの代替の態様においては、ブロックに示した機能が、図に示した順序とは異なる順序で起こってもよい。例えば、いくつかのケースにおいて、連続するものとして示されている2つのブロックは、ほぼ同時に実行されてもよいし、あるいは、機能によっては、これらのブロックが逆の順序で実行されてもよい。また、フローチャート又はブロック図に示したブロックに、他のブロックをさらに追加してもよい。
本開示の例示的な実施形態を、図16においては航空機の製造及びサービス方法1600に関連させ、図17においては航空機1700に関連させて説明する。まず、図16を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による航空機の製造及びサービス方法を、ブロック図の形態で示している。生産開始前の工程として、航空機の製造及びサービス方法1600は、図17に示した航空機航空機1700の仕様決定及び設計1602と、材料調達1604とを含む。
生産中には、図17の航空機1700の部品及び小組立品(subassembly)の製造1606、及び、システムインテグレーション1608が行われる。その後、図17の航空機1700は、認証及び納品1610の工程を経て、使用1612に入る。顧客による使用1612中は、図17の航空機1700は、定例のメンテナンス及びサービス1614に組み込まれる。当該サービスは、調整、変更、再磨き上げ、及び他のメンテナンスまたはサービスを含みうる。
航空機の製造及びサービス方法1600の各工程は、システムインテグレーター、第三者、オペレーター、又はこれらの組み合わせによって実行または実施することができる。これらの例において、オペレーターは顧客であってもよい。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、航空機メーカー及び主要システム(majority-system)下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体(military entity)、サービス組織(service organization)などであってもよい。
図17を参照して説明すると、同図は、例示的な一実施形態を実施しうる航空機をブロック図で示している。この例において、航空機1700は、図16に示した航空機の製造及びサービス方法1600によって生産され、複数のシステム1704及び内装1706を備えた機体1702を含みうる。システム1704の例には、1つ又はそれ以上の駆動系1708、電気系1710、油圧系1712、環境系1714が含まれる。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。また、航空産業に用いた場合を例として示しているが、種々の例示的な実施形態を、例えば自動車産業などの他の産業に適用してもよい。
本明細書において実施される装置及び方法は、図16に示した航空機の製造及びサービス方法1600おける、少なくとも1つの段階において、採用することができる。特に、図3に示した成形器具200及びツール102で形成された複合材部品300は、航空機の製造及びサービス方法1600におけるどの段階で使用してもよい。また、成形器具200、成形器具200内の部品、複合材部品300、またはこれらの組み合わせは、部品及び小組立品の製造1606において形成してもよい。他の実施例では、複合材部品300は、システムインテグレーション1608、定例のメンテナンス及びサービス1614、又は、航空機の製造及びサービス方法1600における他の段階の少なくとも1つにおいて、複合材部品300を取り付け又は再加工してもよい。
一実施例では、図16における部品及び小組立品製造工程1606で作製される部品又は小部品は、航空機1700が図16に示した使用1612にある間に作製される部品又は小部品と同様に作製してもよい。また、さらに他の例として、1つ又はそれ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、図16における部品及び小組立品製造工程1606及びシステムインテグレーション1608などの製造段階で用いてもよい。1つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、航空機1700が、図16における使用1612の際、もしくは、メンテナンス及びサービス1614において、またはそれらの組み合わせにおいて、用いてもよい。様々な例示的な実施形態を用いることによって、組み立てを迅速化したり、航空機1700にかかるコストを低減したりすることができるであろう。
このように、例示的な実施形態は、成形器具200を形成するための方法及び装置を提供する。例示的な一実施形態において、成形器具200は、ツールプレート202、ツールプレート202に関連付けられたタブ206、及び、タブ206に関連付けられた一群のアラインメント部210を備える。成形器具200は、ツールプレート202に関連付けられたタブ208をさらに含む。タブ208には、一群のアラインメント部212が関連付けられている。成形用器具200は、ツール102と共に用いることによって、複合材部品300を形成するように構成されている。一群のアラインメント部210及び一群のアラインメント部212は、複合材部品300を形成するために用いるツール102に対して、ツールプレート202を位置合わせするように構成されている。一群のアラインメント部210及び一群のアラインメント部212は、さらに、成形器具200を形成するために用いるツール800に対して、タブ206及びタブ208のそれぞれを位置合わせするように構成されている。
一群のアラインメント部を有する予備機械加工したタブを用いることによって、現在用いられているシステムを用いる場合に比べて、より効率的且つ正確に成形器具を製造することができるであろう。タブをツールプレートの所定数の複合材料層と相互接合すれば、成形器具に対して行われてきた穿孔工程、ルータ加工工程、及びその他の工程をさらに行う必要性が減る、あるいは、無くなる。また、予備機械加工されたタブは、大量生産環境において迅速に生産したり、あるいはメーカーから購入したりすることができる。その結果、複合材部品を形成するための成形器具の製造に要する時間を短縮できるであろう。
また、予備機械加工したタブを用いて成形器具を製造することによって、成形器具の形成において、不具合が起こるリスクが低減する。成形器具の形成後に当該器具に対して行う作業数を減らすことによって、ひび割れ、空隙の発生、層の剥がれ、その他の不具合を減らすことができる。その結果、再加工または廃棄が必要となる成形器具の数を、減らすことができる。また、成形器具が不具合の少ない状態で製造されると、そのような成形器具を用いて形成された複合材部品の表面は、現在用いられているプロセスで形成された場合に比べて、より望ましい状態となり、再加工の必要性が少ない。
予備機械加工によってタブにアラインメント部を形成する方が、硬化された後の成形器具にアラインメント部を形成する現在の技術を用いた場合より、より正確に形成することができる。例えば、タブに開口を形成する際に、より正確な測定を行うことができる。アラインメント部を形成するための測定をより正確に行うことによって、これらのタブが形成された成形器具が、より高い確率で、ツールの面から突出するピンに適切に嵌合する。
さらに、予備機械加工したタブは汎用性があるため、成形器具に対して行う作業数や、複合材部品を形成するのに必要な作業数を増やすことなく、様々な数のタブを、様々なタイプの成形器具に用いることができる。また、これらの予備機械加工タブのアラインメント部は、現在用いられている製造方法で形成されたものほど早く摩耗しないであろう。
様々な例示的な実施形態の説明は、例示および説明のために提示したものであり、すべてを網羅することや、開示した形態での実施に限定することを意図するものではない。多くの変更または変形が当業者には明らかであろう。また、例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる特徴をもたらしうる。選択した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
付記1 ツールと共に用いることによって複合材部品を形成するように構成されたツールプレートと、
前記ツールプレートと相互接合されたタブと、
前記タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備えてなり、
前記一群のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するために用いる前記ツールに対して、前記ツールプレートを位置合わせするように構成されている、装置。
付記2 前記タブは、熱可塑性材料、熱硬化性材料、フェノール樹脂、金属、合金、フッ化エチレンプロピレンから選択される少なくとも1つの材料によって形成されている、付記1に記載の装置。
付記3 前記ツールは第一のツールであり、前記一群のアラインメント部は、
前記ツールプレートを前記第一のツールに対して位置合わせするように構成された第一のアラインメント部と、
前記タブを、当該装置を形成するための第二のツールに対して位置合わせするように構成された第二のアラインメント部と、を備え、
前記第一のアラインメント部及び前記第二のアラインメント部は、前記タブと前記ツールプレートとを相互接合する前に形成されている、付記1に記載の装置。
付記4 前記第一のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するための前記第一のツールに関連付けられたピンを挿入するように構成された開口を含む、付記3に記載の装置。
付記5 前記第二のアラインメント部は、前記第二のツールの面から突出する第一のピンを挿入するように構成された開口を含む、
前記第二のツールの前記面から突出する第二のピンを挿入するように構成された開口を含む第三のアラインメント部をさらに備える、付記4に記載の装置。
付記6 前記一群のアラインメント部は、前記複合材部品を形成する際に、前記ツールに対する前記ツールプレートの所定数の方向における移動を制限するように構成されている、付記1に記載の装置。
付記7 前記ツールプレートは、
第一の数の複合材料層と、
第二の数の複合材料層と、を備えてなり、
前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合する前に、第一の数の複合材料層と第二の数の複合材料層との間に前記タブが位置している、付記1に記載の装置。
付記8 前記ツールプレートと前記一群のアラインメント部とが、位置決め当て板を形成している、付記1に記載の装置。
付記9 前記タブは、
平面部と、
前記平面部に設けられた所定数の面取り縁部と、を備える、付記1に記載の装置。
付記10 前記一群のアラインメント部は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形から選択される1つの形状を有する開口を含む、付記1に記載の装置。
付記11 前記ツールプレートは、前記複合材部品を形成するために用いられる所定数の複合材料層の硬化中に、前記複合材部品の外面を形成するように構成されている、付記1に記載の装置。
付記12 成形器具の形成方法であって、
ツール上に第一の数の複合材料層をレイアップすることと、
一群のアラインメント部を有するタブを、前記第一の数の複合材料層に対して配置することと、
第二の数の複合材料層をレイアップし、その際に前記第二の数の複合材料層の一部が前記タブの平面部を覆うようにすることと、
前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合することによって前記成形器具を形成することと、を含む方法。
付記13 前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を用いて、前記ツール上に前記タブを配置する、付記12に記載の方法。
付記14 前記一群のアラインメント部は開口を含み、
前記ツールに関連付けられた一群のピンを、前記開口の少なくとも一つに挿入することをさらに含む、付記12に記載の方法。
付記15 前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を前記タブに形成することをさらに含む、付記12に記載の方法。
付記16 前記ツールと前記タブの下面との間にスペーサーを配置することによって、前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層との相互接合が行われる間、前記タブを支持すること、をさらに含む、付記12に記載の方法。
付記17 前記一群のアラインメント部に樹脂テープの層を配置することによって、前記一群のアラインメント部の形状を維持すること、をさらに含む、付記12に記載の方法。
付記18 複合材部品の形成方法であって、
ツールに対して所定数の複合材料層を配置することと、
前記所定数の複合材料層に成形器具を配置することと、を含み、
前記成形器具は、ツールプレートと、前記ツールプレートと相互接合され、且つ、一群のアラインメント部を有するタブと、を備える、方法。
付記19 前記所定数の複合材料層を硬化することによって複合材部品を形成することをさらに含み、前記所定数の複合材料層の硬化中に、前記成形器具を用いて前記複合材部品の面を形成する、付記18に記載の方法。
付記20 前記ツールの面から突出するピンを前記一群のアラインメント部の一つに挿入することによって、前記成形工具を前記所定数の複合材料層に位置合わせする、付記19に記載の方法。

Claims (15)

  1. ツールと共に用いることによって複合材部品を形成するように構成されたツールプレートと、
    前記ツールプレートと相互接合されたタブと、
    前記タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備えてなり、
    前記一群のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するために用いる前記ツールに対して、前記ツールプレートを位置合わせするように構成されている、装置。
  2. 前記ツールは第一のツールであり、前記一群のアラインメント部は、
    前記ツールプレートを前記第一のツールに対して位置合わせするように構成された第一のアラインメント部と、
    前記タブを、当該装置を形成するための第二のツールに対して位置合わせするように構成された第二のアラインメント部と、を備え、
    前記第一のアラインメント部及び前記第二のアラインメント部は、前記タブと前記ツールプレートとを相互接合する前に形成されている、請求項1に記載の装置。
  3. 前記第一のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するための前記第一のツールに関連付けられたピンを挿入するように構成された開口を含む、請求項2に記載の装置。
  4. 前記第二のアラインメント部は、前記第二のツールの面から突出する第一のピンを挿入するように構成された開口を含み、
    前記第二のツールの前記面から突出する第二のピンを挿入するように構成された開口を含む第三のアラインメント部をさらに備える、請求項3に記載の装置。
  5. 前記ツールプレートは、
    第一の数の複合材料層と、
    第二の数の複合材料層と、を備えてなり、
    前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合する前に、第一の数の複合材料層と第二の数の複合材料層との間に前記タブが位置している、請求項1に記載の装置。
  6. 前記ツールプレートと前記一群のアラインメント部とが、位置決め当て板を形成している、請求項1に記載の装置。
  7. 前記タブは、
    平面部と、
    前記平面部に設けられた所定数の面取り縁部と、を備える、請求項1に記載の装置。
  8. 前記一群のアラインメント部は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形から選択される1つの形状を有する開口を含む、請求項1に記載の装置。
  9. 前記ツールプレートは、前記複合材部品を形成するために用いられる所定数の複合材料層の硬化中に、前記複合材部品の外面を形成するように構成されている、請求項1に記載の装置。
  10. 成形器具の形成方法であって、
    ツール上に第一の数の複合材料層をレイアップすることと、
    一群のアラインメント部を有するタブを、前記第一の数の複合材料層に対して配置することと、
    第二の数の複合材料層をレイアップし、その際に前記第二の数の複合材料層の一部が前記タブの平面部を覆うようにすることと、
    前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合することによって前記成形器具を形成すること、とを含む方法。
  11. 前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を用いて、前記ツール上に前記タブを配置する、請求項10に記載の方法。
  12. 前記一群のアラインメント部は開口を含み、
    前記ツールに関連付けられた一群のピンを、前記開口の少なくとも一つに挿入することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  13. 前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を前記タブに形成することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
  14. 前記ツールと前記タブの下面との間にスペーサーを配置することによって、前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層との相互接合が行われる間、前記タブを支持すること、をさらに含む、請求項10に記載の方法。
  15. 前記一群のアラインメント部に樹脂テープの層を配置することによって、前記一群のアラインメント部の形状を維持すること、をさらに含む、請求項10に記載の方法。
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