JP2016501756A - 複合プリプレグテープを使用して湾曲した複合構造体を製造する方法 - Google Patents

Abstract

湾曲したウェブと少なくとも１つの湾曲したフランジを有する複合スティフナを製造する方法が提示される。実質的に直線的なある長さの一方向プリプレグテープがキャリア上に配置される。少なくとも１つの湾曲したフランジは、第１の湾曲したツール表面上にテープの第１の部分を誘導するようにキャリアを使用することによって形成される。湾曲したウェブは、第２の湾曲したツール表面上にテープの第２の部分を形成するため、キャリアを使用することによって形成される。【選択図】図１

Description

本開示は概して、湾曲した複合構造体を製造するためのプロセスに関し、より具体的には、複合プリプレグテープを使用して、複合曲面を有するスティフナなどの複合構造体を製造する方法を扱う。

プリプレグプライをツール上にレイアップする間には、繊維が荷重経路に確実に追随し、レイアップが正確な寸法を有し、隙間、皺及び／又は座屈が実質的になくなるように、プライをツールの曲面、輪郭及び／又は特徴に厳密に一致させることが必要になることがある。プライを湾曲したツール表面に一致させる既知の技法には、レイアッププロセス中のダーティング、カッティング及び／又はスプリッティング、並びにプライを輪郭ツール面に一致させるための広範囲にわたるハンドスイーピングが含まれる。このような技法は多大な時間を要することがあり、及び／又は所望の機械的強度を有する硬化部分が得られないことがある。この問題に対するもう１つの解決策には、湾曲したプライを形成するため、輪郭ツール上に比較的幅の狭いスリットプリプレグテープを徐々に誘導する方法がある。しかしながら、スリットテープのレイダウンは時間がかかるため、スリットテープの使用は材料コストを増大させ、生産率を低下させる。

したがって、実質的に直線的な一方向プリプレグテープを使用して、湾曲した複合プライ、特に０度のプライをレイアップして形成する方法が必要となっている。また、湾曲したツールの周囲にスリットテープの個々の細片を徐々に誘導する必要性を回避する、湾曲した０度のプライをレイアップして形成する方法が必要となっている。

開示した構成は、ツールの複雑な形状、輪郭及び特徴に一致させつつ、直線的な一方向プリプレグテープを支持し、配置し、変形する方法を提供する。一方向プリプレグテープの直線的な長さは、複合曲面を有する構造体を形成するために使用される。本方法は、プライがレイアップされる際に、皺及び／又は座屈から守るため、レイアッププロセス中にテープから形成されるプライを支持する変形可能なキャリアフィルムを利用する。キャリアフィルムの使用により、プリプレグプライを正確に配置し、輪郭ツール面に一致させる必要に応じて均一に変形させることが可能になる。キャリアフィルムはまた、取扱い及び移送中に複合プライを安定させるために使用され得る。本方法では、０度のプライを徐々にレイアップするのに、幅の狭いスリットテープ、及び比較的高価なスリットテープ自動配置機器の使用は不要になる。本方法はまた、レイアッププロセス中の手作業、プライのダーティング、カッティング及び／又はスプリッティングに対するニーズを低減又は不要にすることができる。更に、本方法は、複合プリプレグテープの全幅を使用することにより、複雑な輪郭の構造体をレイアップ及び形成するための時間を短縮し得る。加えて、本方法はプライ境界の精度を向上させ、必要に応じてプライ材料のより均一な変形をもたらすことがあり、結果的に湾曲した複合部品の強度及び見栄えを改善する。

開示されている方法は、変形可能なキャリアフィルム上に０度のプライを、実質的に線形な方向すなわち直線方向にレイアップすることを含む。０度のプライは、種々の層に、又は間隔を空けたセグメントに配置される、複数の幅のプリプレグテープ又は単一幅のテープを含み得る。プライセグメントは、所望のプライ長を作り出すため、その後の形成操作で交互にずらした後に重ね合わされてもよい。

開示されている一実施形態によれば、ツール上に複合パーツをレイアップする方法が提示される。本方法は、実質的に０度の繊維配向を有する一方向繊維で強化されたある長さの複合樹脂テープを提供すること、及びテープを変形可能なキャリアフィルム上に配置することを含む。本方法は、形成ツールの第１の曲面上にテープ及びキャリアフィルムを形成すること、並びに、続いて形成ツールの第２の曲面上の湾曲した軸の周囲にテープ及びキャリアフィルムを形成することを更に含む。本方法はまた、形成されたプリプレグテープからキャリアフィルムを取り除くことを含む。キャリアフィルム上にテープを配置することは、キャリアフィルムに直接触れるようにテープを配置し、当該テープをキャリアフィルムに圧迫することを含む。本方法は、テープの長さ方向に沿って、少なくとも１つのエッジの輪郭を形成することを更に含む。テープは、形成プロセス中にキャリアフィルムを変形することによって、ツールの第２の曲面上に形成されてもよい。

開示されている別の構成によれば、少なくとも２つの湾曲した脚を有する複合構造体を製造する方法が提供されている。本方法は、実質的に０度の繊維配向である一方向の強化繊維を有するある長さの複合プリプレグテープを提供する。本方法は、テープをフィルムに接着すること、並びに、形成ツールの第１の曲面上にフィルム及びテープの幅の第１の部分を形成することで、構造体の第１の脚を形成することを更に含む。本方法は、形成ツールの第２の曲面上にフィルム及びテープの幅の第２の部分を形成することで、構造体の第２の脚を形成することを更に含む。本方法はまた、形成されたテープからフィルムを取り除くこと、及び形成されたプリプレグテープを硬化することを含む。

さらに別の構成によれば、湾曲したウェブと少なくとも１つの湾曲したフランジを有する複合スティフナを製造する方法が提示される。本方法は、キャリアフィルム上に直線的なある長さの一方向プリプレグテープをレイアップすることを含む。本方法は、第１の湾曲したツール表面上にテープの第１の部分を誘導するためキャリアフィルムを使用することによってフランジを形成すること、及び第２の湾曲したツール表面上にテープの第２の部分を形成するようにキャリアフィルムを使用することによってウェブを形成することを更に含む。本方法は、形成されたテープからキャリアフィルムを取り除くこと、及び形成されたプライを硬化することを更に含む。

更なる構成によれば、輪郭面を有するツール上にマルチプライ複合部品をレイアップする方法が提示される。本方法は、変形可能なキャリアフィルムを提供すること、強化繊維をキャリアフィルム部分に含浸させるなど、キャリアフィルムの一部を変形に対して強化することを含む。本方法はまた、キャリアフィルムの表面上に複合ダブラを配置すること、及びキャリアフィルムの表面上にリリースフィルムの細片を配置することを含む。複合プライは、ダブラ及びリリースフィルムの細片を覆うキャリアフィルムの表面上に配置される。本方法は、キャリアフィルム表面上で隣り合うように、複数の一方向プリプレグ繊維テープをレイダウンすることを含む。

本開示の一態様によれば、ツール上に複合部品をレイアップする方法であって、実質的に０度の繊維配向を有する一方向繊維で強化されたある長さの複合樹脂テープを提供すること、複合樹脂テープを変形可能なキャリアフィルム上に配置すること、形成ツールの第１の曲面上に複合樹脂テープ及びキャリアフィルムを形成すること、形成ツールの第２の曲面上の湾曲した軸の周囲に複合樹脂テープ及びキャリアフィルムを形成すること、並びに複合樹脂テープからキャリアフィルムを取り除くこと、を含む方法が提示される。有利には、キャリアフィルム上への複合樹脂テープの配置を含む方法は、キャリアフィルムに複合樹脂テープを圧迫することを含む。有利には、本方法は、テープの長さ方向に沿って、少なくとも１つの複合樹脂テープのエッジの輪郭を形成することを更に含む。有利には、複合樹脂テープの輪郭形成を含む方法は、エッジに沿って複合樹脂テープを切断することによって実施される。有利には、複合樹脂テープ及びキャリアフィルムの形成を含む方法は、キャリアフィルムを変形することを含む。有利には、キャリアフィルムの変形を含む方法は、複合樹脂テープ及びキャリアフィルムがツールの第２の表面上に形成されるにつれて実施される。

本開示の更なる態様によれば、実質的に０度の繊維配向を有する一方向繊維で強化されたある長さの複合樹脂テープを提供すること、キャリアフィルム上に複合樹脂テープを変形可能に配置すること、形成ツールの第１の曲面上に複合樹脂テープ及びキャリアフィルムを形成すること、形成ツールの第２の曲面上の湾曲した軸の周囲に複合樹脂テープ及びキャリアフィルムを形成すること、並びに複合樹脂テープからキャリアフィルムを取り除くこと、を含む方法によってレイアップされる複合部品が提供される。

本開示の更なる態様によれば、少なくとも２本の脚を有する湾曲した複合構造体を製造する方法であって、実質的に０度の繊維配向である一方向の強化繊維を有するある長さの複合プリプレグテープを提供すること、テープをフィルムに接着すること、形成ツールの第１の曲面上にフィルム及びテープの幅の第１の部分を形成することで構造体の第１の脚を形成すること、形成ツールの第２の曲面上にフィルム及びテープの幅の第２の部分を形成することで構造体の第２の脚を形成すること、形成されたテープからフィルムを取り除くこと、及び形成されたテープを硬化すること、を含む方法が提示される。有利には、第２の脚を形成することを含む方法は、ツールの第２の曲面上に、湾曲した折り曲げ線の周囲で、フィルムを圧迫し、テープの幅の第２の部分をせん断変形させることによって実施される。有利には、ツールの第２の曲面上にフィルムを形成することを含む方法は、フィルムを変形することを含む。有利には、本方法は、テープの長さ方向に沿って、少なくとも１つのエッジの輪郭を形成することを更に含む。有利には、テープのエッジの輪郭を形成することを含む方法は、エッジに沿ってテープを切断することによって実施される。

本開示の更なる態様によれば、実質的に０度の繊維配向である一方向の強化繊維を有するある長さの複合プリプレグテープを提供すること、テープをフィルムに接着すること、形成ツールの第１の曲面上にフィルム及びテープの幅の第１の部分を形成することで構造体の第１の脚を形成すること、形成ツールの第２の曲面上にフィルム及びテープの幅の第２の部分を形成することで構造体の第２の脚を形成すること、形成されたテープからフィルムを取り除くこと、及び形成されたテープを硬化すること、を含む方法によって製造される湾曲した複合構造体が提供される。

本開示の更に別の態様によれば、湾曲したウェブと少なくとも１つの湾曲したフランジを有する複合スティフナを製造する方法であって、実質的に直線的なある長さの一方向プリプレグテープをキャリア上に配置すること、第１の湾曲したツール表面上に前記テープの第１の部分を誘導するようにキャリアを使用することによって少なくとも１つの湾曲したフランジを形成すること、及び第２の湾曲したツール表面上にテープの第２の部分を形成するようにキャリアを使用することによって湾曲したウェブを形成すること、を含む方法が提示される。有利には、湾曲したウェブを形成することを含む方法は、テープの第２の部分が第２の湾曲したツール表面上に形成されるにつれてキャリアを変形することを含む。有利には、テープの第１の部分を誘導することを含む方法は、テープの幅の第１の部分を誘導することを含み、また、テープの第２の部分を形成することはテープの幅の第２の部分を形成することを含む。有利には、単一幅のテープを含む方法は、少なくとも１つの湾曲したフランジ及び湾曲したウェブを形成するために使用される。有利には、湾曲したウェブを形成することを含む方法は、第２のツール表面上に、湾曲した折り曲げ線の周囲で、テープの幅の一部をせん断変形させることを含む。有利には、本方法は、湾曲したウェブ及び少なくとも１つの湾曲したフランジが形成された後に、テープからキャリアを取り除くこと、及びテープを硬化することを更に含む。有利には、本方法は、第１の湾曲したツール表面に少なくとも１つの湾曲したフランジを固定することを更に含み、第１のツール表面に少なくとも１つの湾曲したフランジが固定される間に、湾曲したウェブを形成することが実施される。有利には、キャリア上にテープを配置することを含む方法は、キャリア上のテープのオフセットセグメントを順次形成することによって、キャリア上にテープの重複セグメントを形成することを含む。有利には、キャリア上にテープを配置することを含む方法は、セグメントを重ね合わせることを含む。有利には、本方法は、少なくとも１つの湾曲したフランジ及び湾曲したウェブが形成される前に、その長さ方向に沿ってテープのエッジの輪郭を形成することを含む。

本開示の更なる態様によれば、実質的に直線的なある長さの一方向プリプレグテープをキャリア上に配置すること、第１の湾曲したツール表面上にテープの第１の部分を誘導するようにキャリアを使用することによって少なくとも１つの湾曲したフランジを形成すること、及び第２の湾曲したツール表面上にテープの第２の部分を形成するようにキャリアを使用することによって湾曲したウェブを形成すること、を含む方法によって製造される複合スティフナが提供される。

本開示の更に別の態様によれば、レイアップが一致するように輪郭面を有するツール上にマルチプライ複合部品をレイアップする方法であって、変形可能なキャリアフィルムを提供すること、キャリアフィルムに強化繊維を含浸させるなど、キャリアフィルムの一部を変形に対して強化すること、キャリアフィルムの表面上に複合ダブラを配置すること、キャリアフィルムの表面上にリリースフィルムの細片を配置すること、キャリアフィルムの表面上で隣接するように複数のコースの一方向プリプレグ繊維テープをレイダウンするなど、ダブラ及びリリースフィルムの細片を覆うキャリアフィルムの表面上に０度のプリプレグプライを配置すること、キャリアフィルムに対してプライ、ダブラ及びリリースフィルムの細片を圧迫すること、キャリアフィルムを使用してプライをレイアップツールに移送すること、キャリアフィルムを変形させてプライをレイアップツールの輪郭領域に一致させることによりプライを変形させるなど、レイアップツール上にダブラ、リリースフィルムの細片及びプライをレイアップするようにキャリアフィルムを使用すること、並びにプライがレイアップされてレイアップツールに一致したらプライからキャリアフィルムを取り除くこと、を含む方法が提示される。

変形に先立って、変形可能なキャリアフィルム上に保持される複合プリプレグの平面図である。 図１の「２」に示す方向から見たキャリアフィルムの隅の斜視図である。 図２の「３」に示す方向から見たプライの図である。 フィルムに貼付された複合材料の幾つかのコースを示すキャリアフィルムの平面図である。 図４の「５」で指定された領域の図である。 図１と同様の図であるが、変形されたキャリアフィルム及びプライを示している。 変形後のプライ及びキャリアフィルムの隅を示す図２と同様の図である。 図７の「８」に示す方向から見た変形されたプライの断面図である。 プライを扇型のパターンに引き延ばすように変形されたキャリアフィルム上の９０度プライの平面図である。 変形前の、圧迫された４５度プライを有するキャリアフィルムの平面図である。 図１０と同様の図であるが、直交方向に変形されたキャリアフィルム及びプライを示している。 プライ、プライダブラ及びそこに貼付されたリリースフィルム細片を有するキャリアフィルムの断面図である。 繊維強化材を包含する実質的に変形不能な領域を含むキャリアフィルムの変形前の図である。 図１３と同様の図であるが、変形されたキャリアフィルムの一部を示している。 内部に強化材の孤立した領域を有するキャリアフィルムの平面図である。 図１５の線１６−１６に沿って切り取った断面図である。 一体形成されたエンボスを有するキャリアフィルムの図である。 プライのレイアップ用に変形可能なキャリアを使用する、複合構造体をレイアップする方法のフロー図である。 複合スティフナの斜視図である。 図１９に示したスティフナを形成するため、変形可能なキャリアフィルムを使用して複合プライをレイアップするためのステップを示す概略図である。 ０度のプライを有するプライキャリアアセンブリの平面図である。 ０度のプライが複数のテープセグメント層を含む、代替プライキャリアアセンブリの断面図である。 湾曲した形成ツールの端面図である。 ツール上に形成され得るように配置されたプライアセンブリと共に、図２３に示された湾曲した形成ツールの斜視図である。 図２３と同様の図であるが、第１の湾曲したツール表面上に誘導され固定されたプライキャリアアセンブリの第１の部分を示す。 図２５と同様の図であるが、第２の湾曲したツール表面上に形成されたプライキャリアアセンブリの第２の部分を示す。 図２６と同様の図であるが、形成されたプライから取り除かれた変形可能なキャリアフィルムを示している。 ０度のプライのエッジが輪郭形成された代替的なプライキャリアアセンブリの平面図である。 図２８に示す輪郭形成されたプライから製造された輪郭エッジを有する複合構造体の斜視図である。 湾曲した複合構造体を形成する方法のフロー図である。 航空機の製造および保守方法のフロー図である。 航空機のブロック図である。

図１、２及び３を参照すると、複合樹脂材料のプライ３０は、プライキャリアアセンブリ３４を形成するため、キャリアフィルム３２に対面接触するように保持される。キャリアフィルム３２は、複合部品レイアップ（図示せず）を製造するレイアッププロセス中に、プライ３０を移送するため及び／又はプライ３０をツール（図示せず）に貼付するために、使用されてもよい。図１〜３に図解されている実施例では、プライ３０は９０度の配向を有する一方向強化繊維を含むプリプレグであってもよいが、部品レイアップ中の他のプライ（図示せず）は所定のプライ計画に基づく他の繊維配向を有してもよい。

繊維４０は、硬化後に所望の配向で繊維４０を保持するマトリクスとして作用する、好適なポリマー樹脂４２が予め含浸されている。以下でより詳細に説明されるように、複合プライ３０は、レイアッププロセス中に変形される前に、長さＬ_１及び幅Ｗ_１を有する。プライ３０は、プライ３０の未硬化樹脂４２の粘着性によってキャリアフィルム３２に接着されるが、プライ３０とキャリアフィルム３２の間に必要な粘着をもたらすため、追加の粘着付与剤が使用されてもよい。キャリアフィルム３２上にプライ３０を配置した後、プライから座屈、皺又は他の不整合が実質的になくなるように、プライ３０はキャリアフィルム３２に圧迫されることがある。

キャリアフィルム３２の取扱い、及び／又はレイアッププロセス中にキャリアフィルム３２を変形、操作及び／又は保持するために使用されるキャリアフィルム３２へのハードウェア又は機器（図示せず）の取り付けを容易にするため、プライ３０の周囲のキャリアフィルム３２上に一又は複数のエッジマージン３６、３８を残すため、プライ３０はキャリアフィルム３２上に配置されることがある。以下で説明されるように、キャリアフィルム３２上に圧迫されると、プライキャリアアセンブリ３４は、ツール（図示せず）の様々な輪郭及び形状に適合するように変形され得る。キャリアフィルム３２は樹脂４２の制御された均一な変形又は非均一な変形を可能にし、プリプレグプライ３０をオフラインレイアップステーション（図示せず）からレイアップツール（図示せず）まで移送するためのキャリアとしてのみ使用される。本明細書で使用されているように、「変形する」及び「変形すること」は、単純曲面や複合曲面、及び一又は複数の平面を含む一又は複数の方向に、プライ材料を伸張及び／又はせん断変形させることを意味する。

キャリアフィルム３２は少なくとも一方向に変形されてもよく、図示されている実施例では、方向は繊維４０の配向を横断するＸ軸４４に沿っている。キャリアフィルム３２は、例えば、限定するものではないが、ラテックスラバー或いは用途に適した厚みを有する天然又は合成の変形可能な材料を含み得る。キャリアフィルム３２の材料は、変形後に実質的に元のサイズ及び形状に戻る弾性材料であってもよい。レイアッププロセス中、対向するエッジマージン３８でキャリアをつかみ、Ｘ軸４４にほぼ沿って、矢印４６で示される対向方向にキャリアフィルム３２を引っ張ることによって、プライ３０は変形される。

プライ３０の変形前、繊維４０は間隙ｄ１を有する。粘弾性樹脂４２（図３）は、繊維方向に垂直な方向（この場合、Ｘ軸４４）に変形されると降伏し、これにより繊維４０は、繊維方向に平行な方向、すなわちＹ軸４５に沿ってほぼ同時にずれる又はせん断変形するため、プリプレグプライ３０はレイアップツール（図示せず）の輪郭に一致することが可能になる。

図４及び５を参照すると、手動により又は自動繊維配置機器（図示せず）を使用することにより、実質的に平行な関係性で及び当接する関係性で隣接するように、キャリアフィルム３２上に一方向分割テープ又はトウの複数の個別なコース４８ａ、４８ｂ、４８ｃを配置することによって、プライ３０はキャリアフィルム３２に貼付される。用途及び使用される個別の材料によっては、コース４８のエッジ５０はわずかに重なり合うこと、或いはコース４８の間にギャップＧを形成することがある。キャリアフィルム３２の変形は、ツール（図示せず）上へのプライ３０のレイアップ中に、コース４８の間の重ね合わせ又はギャップＧのサイズを制御するために使用される。さらに、キャリアフィルム３２は、プライ３０を形成するために使用されるプリプレグ材料のグレードを変更するために使用されてもよい。例えば、プリプレグ材料のグレード（面積重量）は、材料を均一の変形することによって所望のグレードに変えることができる。このようにキャリアフィルム３２のプリプレグ材料のグレードを変更することは、部品重量及び／又は材料コストを軽減し得るインターリーフダブラの製造の点で有用になり得る。

図６、７及び８は、図１の矢印４６の方向でＸ軸４４に沿って変形した後のプライ３０を図解している。図６から、プライ３０の幅Ｗ_１はほぼ同じままであるが、キャリアフィルム３２の変形の結果として、プライ３０はより大きな長さＬ_２まで変形されていることがわかる。キャリアフィルム３２の変形はプライ３０の樹脂４２を効果的に変形させ、結果的にｄ_１（図３）よりも大きな寸法ｄ_２（図８）まで強化繊維の間隙を増大させる。この方法でプライ３０を変形することにより、レイアッププロセス中にツール表面（図示せず）の輪郭及び他の特徴により適切に一致し得るようになり、レイアップ中にプライ材料を安定させることができる。キャリアフィルム３２は、ツール（図示せず）上に形成される際のプリプレグプライ３０の割れ、皺及び／又は座屈を防止し、レイアッププロセス中にプライ３０をツール上に正確に配置することを可能にする。ここで、一般的に、図１〜８に関連して上述のように９０度のプライ３０を変形するときには、繊維４０はＸ軸４４に沿って、実質的に均一に変形すると予測され得る。しかしながら、９０度でないプライ３０を変形するときには、繊維変形は均一でないことがある。例えば、０度のプライ３０（図示せず）をＸ軸４４の方向に変形するとき、プライ３０の端部５５（図６）近傍の繊維４０は、０度の配向を保持するプライ３０の中心５７近傍の繊維４０に対してある角度（図示せず）でせん断変形することがある。このせん断効果は徐々に起こり、中心５７から端部５５に向かって増大する。このせん断変形に対する補償は、プライ３０の端部５５を予め選択された角度（図示せず）で切断することによって実現されてもよい。４５度のプライ３０を変形するときには、繊維４０のせん断変形と伸張の両方が起こり得る。

図９は、９０度のプライ３０を単一平面内で放射状又は扇状のパターン６５に変形するためのキャリアフィルム３２の使用を図解するもので、繊維方向は実線で示されている。この図には示されていないが、これと同じ放射状パターン６５は別の平面に変形されてもよい。

図１０及び１１は、図１０に示す変形に先立って、幅Ｗ_１及び長さＬ_１を有する４５度の繊維配向を有するプリプレグプライ３０を図解している。この実施例では、キャリアフィルム３２に印加される適切な張力５２により、キャリアフィルム３２は直交するＸ軸４４及びＹ軸４５に沿って変形し、同様にプライ３０を長さＬ_２及び幅Ｗ_２よりも大きく変形させる。Ｙ軸４５に沿ったキャリアフィルム３２の伸張により、繊維４０の配向角は４５度を超える角度θまで変化する。図１〜１０のプライの実施例では、１つの軸又は２つの直交軸４４、４５に沿って変形されることが示されているが、用途並びにプライ３０を一致させなければならないツールの幾何形状の要件、更にはキャリアフィルム３２にどれだけの張力５２が印加されるかによって、プライ３０は他の方向及び他の平面内に変形されることがある。しかも、以下で説明するように、キャリアフィルム３２の一又は複数の部分のみを変形して、レイアッププロセス中に、プライ３０の対応部分（図示せず）のみを変形させることも可能である。

幾つかの用途では、事前に配置するキャリアフィルム３２を使用して、プライ３０に沿って、レイアップアセンブリの追加アイテム、例えば、限定するものではないが、ダブラ、リリースフィルム及びカウルプレートなどをツール（図示せず）上に配置することもできる。例えば、図１２は、複合ダブラ５４がプライ３０とキャリアフィルム３２との間に挟まれるように、キャリアフィルム３２上に配置されたプライ３０を示している。同様に、リリースフィルムの細片５６は、キャリアフィルム３２上のエッジマージン３６に沿って、プライ３０とキャリアフィルム３２との間に挟まれており、これはレイアップされたプライ３０からのキャリアフィルム３２の分離及び剥離に役立ち得る。
したがって、この実施例では、レイアッププロセス中に、キャリアフィルム３２を使用することにより、プライ３０、ダブラ５４及びリリースフィルム細片５６を互いに正確に配置することが可能になり、一回のステップでツール（図示せず）上にレイアップされる。

既に述べたように、幾つかの用途では、レイアッププロセス中にプライ３０の一部のみを変形することが可能、或いは望ましい。キャリアフィルム３２の変形は、部品の幾何形状及び変形要件に適合する幾つかの任意の技法を用いて、プライキャリアフィルム３２の弾性を選択的に抑制するように調整可能である。図１３は、レイアッププロセス中にキャリアフィルム３２が変形されるにつれて、変形に抵抗する強化材５８を含むセクション３２ｃを有するキャリアフィルム３２を示している。この実施例では、セクション３２ｃの強化は、キャリアフィルム３２が変形される方向、この実施例ではＸ軸４４に沿った方向に配向された一方向繊維６０をキャリアフィルム３２に含浸することによって実現される。

変形前には、図１３に示すように、キャリアフィルム３２は長さＬ_１を有し、強化セクション３２ｃは幅Ｒ_１を有する。キャリアフィルム３２が繊維６０の軸方向に対応するＸ軸４４に沿って変形されるとき、強化セクション３２ｃの両側にあるフィルム３２の非強化セクション３２ａ、３２ｂは変形可能であるため、繊維６０は実質的に変形せず、その結果、強化セクション３２ｃの幅Ｒ_１はほぼ同じままであるが、一方キャリアフィルム３２全体の長さはＬ_２まで変形する。キャリアフィルム３２にある程度の変形を許容するが、キャリアフィルム３２の非強化領域よりは少ない変形を許容する強化セクション３２ｃに、強化材５８を採用することも可能である。強化材５８は、例えば、限定するものではないが、キャリアフィルム３２内のクロスステッチング（図示せず）を含んでもよい。使用される強化材の種類によっては、キャリアフィルム３２が伸張されるとき、強化セクション３２ｃの幅Ｗは、より狭くなることもあればならないこともある。

図１３及び１４に示した実施例の場合、強化セクション３２ｃはキャリアフィルム３２の中央に配置され、強化材５８はその幅Ｗ全体にわたって延在する。図１５は、強化材５８の領域はキャリアフィルム３２のエッジマージン３６、３８から内側にあり、キャリアフィルム３２の領域内の中心を外れた位置に配置されている実施例を示している。図１３及び１４に示されている実施例と同様に、図１５に示されてる強化材５８の領域はまた、一方向性又は多方向性のキャリアフィルム３２内に強化繊維６０（図１４参照）を組み込むことができる。例えば、繊維６０は、２つの直交方向、例えば、強化繊維の配向に対応するＸ軸４４及びＹ軸４５の方向に沿った変形に抵抗するように、キャリアフィルム３２に織り込まれて一体化されてもよい。同様に、繊維６０は、他の方向で強化材５８の領域内のキャリアフィルム３２の変形に抵抗するため、付加的な配向、例えば４５度の配向で配置されてもよい。強化材５８の領域は一般的に正方形で示されるが、他の様々な形状が可能である。

キャリアフィルム３２の局所変形を防止又は低減するには、他の強化技法も可能である。例えば、図１６に示すように、図１３、１４及び１５の実質的に非変形である強化材５８の領域は、キャリアフィルム３２の厚みＴ_１を強化材５８の領域の厚みＴ_２まで増やすことによって実現され得る。図１７は所望の強化を実現するための別の技法を示しており、キャリアフィルム３２は所望のパターン６３で、この事例では一又は複数の方向での変形に抵抗する菱形のパターンで型押しされたディンプル６２を含む。用途によっては、実質的に非変形である強化材５８の領域を実現する上述の技法のうちの複数を採用することが望ましい。例えば、限定するものではないが、型押しされたディンプル６２ｂ、フィルム厚Ｔ_２の増加及び強化繊維６０の組み合わせが使用されることがある。キャリアフィルム３２の異なる領域で程度の異なるフィルム伸張を実現するため、上述の一又は複数の強化技法の使用が可能になることがある。

ここで、前述の変形可能なキャリアフィルム３２を使用して、プライをレイアップして複合部品を形成する方法のステップを大まかに示す図１８に注目する。６４では最初に、アプリケーション及びレイアップされるプライ３０に適したサイズ及び形状を有する変形可能なキャリアフィルム３２が提供される。６６では、所望により、変形可能なキャリアフィルム３２の一部が強化され得る。６８では、リリースフィルム５６（図１２）は、レイアップ後にプライ３０からのキャリアフィルム３２の除去に役立つように、必要に応じて、変形可能なキャリアフィルム３２に貼付されてもよい。７０では、一又は複数のプライダブラ５４（図１２）又は他の材料は、所望により、変形可能なキャリアフィルム３２に貼付されてもよい。

７２では、プリプレグプライ３０は、手動により、或いはプリプレグ材料のコース４８（図４）を隣り合うように、可能であれば、キャリアフィルム３２上に実質的に当接する関係でレイダウンする自動機器を使用して、変形可能なキャリアフィルム３２に貼付される。プライ３０は、プライ３０の左右が反転される鏡像のように、キャリアフィルム３２上にレイアップされる。キャリアフィルム３２上でプライ３０を反転することにより、プライ３０は、キャリアフィルム３２からツール９０に送られるときに適切な方向を有する（図２０を参照）。７４では、任意のダブラ及び／又はリリースフィルムを含むプライ材料は、変形可能なキャリアフィルム３２に対して圧迫される。この圧迫は、熱を加える場合も加えない場合も、ハンドスイープ（図示せず）により機械的に、或いは真空を使用して実施される。７６では、ツール９０の形状及び形態を含め、プライ３０を所望の形状に、及び／又はツール９０上でのレイアップに最適な寸法に変形することによって、キャリアフィルム３２は少なくとも一方向に変形される。７８では、キャリアフィルム３２上に配置され、キャリアフィルム３２とツール９０との間に配置されたプライ３０により、キャリアフィルム３２はプライ３０をツール９０（図２０参照）上に配置しレイアップするために使用される。８０では、ツール９０上へのプライ３０のレイアップに続いて、キャリアフィルム３２は、レイアップされたプライ３０から剥されることによって、取り除かれる。８２では、キャリアフィルム３２は、所望により再利用又は廃棄されてもよい。部品のすべてのプライ３０がレイアップされるまで、ステップ６８から８０は繰り返されることがある。

図２０は、図１８に示したレイアップ方法のステップを図式的に示すもので、少なくとも２本の脚及び曲率半径Ｒを有する、図１９に示したスティフナ１００を備える湾曲した複合構造体はツール９０の上にレイアップされる。ツール９０は、湾曲したウェブ１００ａを備える第１の脚、及び図１９に示したスティフナ１００の湾曲したフランジ１００ｂを備える第２の脚をそれぞれ形成する、２つの隣接する湾曲したツール表面９０ａ、９０ｂを含む。８４に示したように、一方向プリプレグ材料のコース４８は、８６で示した完成された９０度のプライを形成するため、変形可能なキャリアフィルム３２上に隣接してレイダウンされる。次いで完成されたプライ３０はキャリアフィルム３２に圧迫され、その後８８で、キャリアフィルム３２は伸張され、更にツール表面９０ａの曲率に大まかに一致させるため矢印８７で示したように放射状に変形される。８９に示したように、プライ３０は扇形に変形され、スティフナ１００上に湾曲したウェブ１００ａを形成するため、キャリアフィルム３２を使用して湾曲したツール表面９０ａ上に配置される。キャリアフィルム３２及びピールプライ（図示せず）は次いで、部分的に形成されたプライ３０から取り除かれる。キャリアフィルム３２が取り除かれると、９６に示したように、プライ３０は湾曲したツール表面９０ｂ上に整形され、スティフナ１００の湾曲したフランジ１００ｂを形成する。上述の実施例は、単一平面内の曲線に沿ってプライを形成するためのキャリアフィルム３２の使い方を示しているが、キャリアフィルム３２はまた、複合曲面、ほぞ等を有するツール（図示せず）上にプライを形成するために使用されてもよい。しかも、キャリアフィルム３２は、例えば、Ｃ形又はＺ形の断面を有する構造体を製造するために使用される、２本以上の脚を有するプライレイアップを形成するために使用されることもある。

図２１は、変形可能なキャリアフィルム３２上に配置され接着される直線的な０度のプライ３０を備えるプライキャリアアセンブリ３４を示している。個々の幅の狭いスリットテープ又はトウの細片を湾曲したツール（例えば、図２０に示したツール９０）上に誘導することによって、プライ３０が製造される前述の構成とは対照的に、図２１に示した０度のプライ３０は、長さＬ及び図１９に示したスティフナ１００のウェブ１００ａとフランジ１００ｂを共に形成するのに十分な幅Ｗを有する一本の直線的な長さのテープ３３をレイダウンすることによって形成され得る。図示されているスティフナ１００は２本の脚（ウェブ１００ａ及びフランジ１００ｂ）のみを有するが、スティフナは、２本を超える脚、及び限定するものではないが、Ｃ形又はＺ形などの他の断面形状を有するように製造されてもよい。プライ３０の形成に使われるテープ３３は、一方向強化繊維４０がプライキャリアアセンブリ３４の長手方向に配向されるテープ（図示せず）のリール又はロールから切り出される一方向複合プリプレグテープを含んでもよい。

図２２に示したように、プライ３０の幅Ｗを下回るが、典型的なトウ（図示せず）の幅を上回る幅Ｗ_１を有する直線テープの複数の層３５、３７を使用して、０度のプライ３０を形成することができる。幾つかの実施例では、各層３５、３７は、その後の形成ステップ中に、湾曲した折り曲げ線又は軸３９の周囲にプライ３０が形成される領域４１を好ましくは結ぶ、テープの一又は複数のセグメント３５ａ、３５ｂ、３７ａ、３７ｂを含み得る。加えて、長い距離にわたる繊維のせん断変形の動作形成から重なり合う領域を除去するため、セグメント３５ａ、３５ｂ、３７ａ、３７ｂは順次操作によって形成されてもよい。

図２３は、図２０に関連して既に説明したツール９０に類似の湾曲した形成ツール９０を示している。湾曲した形成ツール９０は、ツールベース９０ｃ上に支持される湾曲した本体９３を備える。湾曲した形成ツール９０は、図１９に示したスティフナ１００のフランジ１００ｂなどの構造体の第１の脚、及びスティフナ１００のウェブ１００ａなどの構造体の第２の脚を形成するための第２の湾曲した形成表面９０ａを形成するために使用される第１の湾曲した形成表面９０ｂを含む。形成プロセス中に、形成されるプライでの応力の集中を避けて、一又は複数の０度のプライ３０の折り畳み又は折り曲げを支援するため、湾曲したツール表面９０ａ、９０ｂの交差部分に、チャンバ９５又は丸角部（図示せず）が設けられてもよい。

図２４は、ツール９０上に誘導されようとしている、実質的に平坦な０度のプライ３０を有するプライキャリアアセンブリ３４を示している。この実施例では、プライキャリアアセンブリ３４は、プライキャリアアセンブリ３４をツール９０の位置まで移送するために使用される、実質的に平坦なツール１０３上に配置されており、矢印１０９によって示されているように、湾曲したツール表面９０ｂ上へのプライ３０の誘導を支援するように使用され得る。番号３９は、これ以降で説明される形成ステップにおいて、プライキャリアアセンブリ３４が折り畳まれる又は折り曲げられる軸の周囲に曲率半径ｒを有する湾曲した軸又は折り曲げ線を示している。

図２５は、ツール９０の第１の湾曲したツール表面９０ｂ上に誘導され、適合されたプライキャリアアセンブリ３４を示しており、プライ３０のフランジ部分１００ｂは、好適な固定デバイス１０３ａ及び１０５で示される固定力を用いて、湾曲したツール表面９０ｂに固定されている。湾曲したツール表面９０ｂに対して固定されたフランジ部分１００ｂにより、プライ３０の残存ウェブ部分１００ａは、矢印１０１で示されるように、第２の湾曲したツール表面９０ａ上に形成される。この第２の形成ステップでは、ウェブ部分１００ａは折り曲げ線３９上に押圧され、図２５に示すように、キャリアフィルム３２及びプライのウェブ部分１００ａにＬ形を形成し、一方、プライ３０のフランジ部分１００ｂは、第１の湾曲したツール表面９０ｂに固定されたまま残る。この第２の形成ステップに続いて、０度のプライ３０は、図２６に示すように、湾曲したツール表面９０ａ上に完全に形成される。次いで、図２７に示すように、キャリアフィルム３２はプライ３０から取り除かれてもよい。上述の各形成ステップ中に、キャリアフィルム３２は、テープ３３が湾曲したツール表面９０ａ、９０ｂの上にせん断変形されるにつれて、繊維４０（図２１）の配向を変えるため、伸張又は変形されてもよい。

既に説明したように、キャリアフィルム３２は、ツール９０の位置にせん断変形されるにつれて、プライ３０を安定させるように機能し、所望の方法で変形し、所望の性能特性を示すスティフナ１００となる所望の配向を想定できるように、テープ３３内の繊維４０（図２１）の配向の制御に役立つように、形成プロセス中の伸張によって変形されてもよい。

プライ３０はキャリアフィルム３２上にレイアップされるため、最終部品上に所望のエッジ輪郭を実現するため、プライ３０の一又は複数のエッジを整えることが可能となり得る。例えば、図２８を参照すると、一方向プリプレグテープから形成された０度のプライ３０はウェブ部分１００ａ及びフランジ部分１００ｂを含んでいる。ウェブ部分１００ａの外側エッジは、プライ３０をキャリアフィルム３２上に配置する前に、輪郭エッジ１０７を形成するため、切断によって整えられることがある。図２３〜２７に示すように輪郭ツール９０上にプライ３０を形成した後、完成されたスティフナ１００は、図２８及び２９に示すように、輪郭エッジ１０７を有するウェブ１００ａを含む。他の構成では、プライ３０がキャリアフィルム３２上に配置された後、プライ３０とキャリアフィルム３２を共に切断することにより、輪郭エッジ１０７を形成することが可能である。

図３０に注目すると、図１９及び２９に示した複合曲面又は輪郭を有するスティフナ１００など、複合構造体を製造する方法のすべてのステップが示されている。１１１では、ステップ１１３である長さの一方向プリプレグテープを提供すること、ステップ１１５で必要に応じてテープのエッジの輪郭を形成すること、及びステップ１１７でキャリアフィルム３２上にテープを貼付して圧迫することによって、プライ３０はレイアップされる。１１９では、キャリアフィルム３２及びプライ３０の第１の脚又はフランジ部分１００ｂは、図２５及び２６に関連して既に説明したように、第１の湾曲したツール表面９０ｂ上に形成される。次に１２１で、キャリアフィルム３２及び第２の脚、又はプリプレグテーププライ３０のウェブ部分１００ａは、第２の湾曲したツール表面９０ａ（図２６及び２７参照）上に形成される。形成プロセスのこの第２のステップは、折り曲げ線３９（図２５）の周囲にテーププライ３０の第２の脚又はウェブ部分１００ａを折り畳む又は折り曲げることによって実行されてもよく、一方、キャリアフィルム３２は、形成プロセス中に繊維の角度を制御するため、伸張することによって変形されてもよい。ステップ１２１に続いて、キャリアフィルム３２は、１２３に示すように、形成されたプリプレグから取り除かれてもよい。最終的に、１２５で形成されたプリプレグは硬化されてもよい。

次に図３１及び３２を参照するに、本開示の構成は、図３１に示す航空機の製造及び保守方法１０２、及び図３２に示す航空機１０４に関して使用することができる。製造前の段階では、例示的な方法１０２は、航空機１０４の仕様及び設計１０６と、材料の調達１０８とを含み得る。製造段階では、航空機１０４の、コンポーネント及びサブアセンブリの製造１１０と、システムインテグレーション１１２とが行われる。ステップ１１０の間に、開示されている方法及び装置は、次いでステップ１１２において組み立てられる胴体フレームセクション及びスティフナなどの複合部品を製造するために用いられてもよい。その後、航空機１０４は、認可及び納品１１４を経て、運航１１６に供される。顧客により運航される間に、航空機１０４は定期的な整備及び保守１１８（改造、再構成、改修なども含み得る）が予定され得る。

方法１０２の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行又は実施され得る。本明細書では、システムインテグレータは、限定するものではないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システム下請業者を含み、第三者は、限定するものではないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み、且つ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってもよい。

図３２示すように、例示的方法１０２によって製造される航空機１０４は、複数のシステム１２２及び内装１２４を有する機体１２０を含むことがある。開示されている方法及び装置は、機体１２０の一部を形成するフレームセクション及びスティフナを製造するために採用されてもよい。高レベルのシステム１２２の例には、推進システム１２６、電気システム１２８、油圧システム１３０、及び環境システム１３２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、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用しうる。

本明細書で開示した装置は、製造及び保守方法１０２の一又は複数の段階で使用可能である。例えば、製造プロセス１１０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１０４の運航中に、コンポーネント又はサブアセンブリが製造されるのと類似の方法で作製又は製造され得る。また、一又は複数の装置の構成は、例えば、航空機１０４の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１０４のコストを削減することにより、製造段階１１０と１１２との間に利用することができる。同様に、一又は複数の装置の構成は、航空機１０４の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守１１８に利用することができる。

本開示の構成を、特定の例示的構成に関連させて説明したが、これらの特定の構成は説明を目的としているのであって、限定を目的としているのではなく、当業者であれば他の変形例が想起可能であろう。

Claims (15)

1. 少なくとも２本の湾曲した脚を有する湾曲した複合構造体を製造する方法であって、
   繊維の配向が実質的にゼロである一方向強化繊維を有する、ある長さの複合プリプレグテープを供給すること、
   前記テープをフィルムに接着すること、
   前記フィルム及びある幅のテープの第１の部分を形成ツールの第１の曲面上に形成することによって、前記構造体の第１の脚を形成すること、
   前記フィルム及び前記幅のテープの第２の部分を前記形成ツールの第２の曲面上に形成することによって、前記構造体の第２の脚を形成すること、
   前記形成されたテープから前記フィルムを取り除くこと、及び
   前記形成されたテープを硬化すること
   を含む方法。
2. 前記第２の脚を形成することは、前記フィルムを押圧し、前記ツールの第２の曲面上に、湾曲した折り曲げ線の周囲で、前記テープの幅の前記第２の部分をせん断変形させることによって実施される、請求項８に記載の方法。
3. 前記ツールの前記第２の曲面上に前記フィルムを形成することは、前記フィルムを変形することを含む、請求項８に記載の方法。
4. 前記テープの少なくとも１つのエッジの輪郭をその長さに沿って形成することを更に含む、請求項８に記載の方法。
5. 前記テープの前記エッジの輪郭を形成することは、前記テープを前記エッジに沿って切断することによって実施される、請求項１２に記載の方法。
6. 湾曲したウェブと少なくとも１つの湾曲したフランジを有する複合スティフナを製造する方法であって、
   実質的に直線的なある長さの一方向プリプレグテープをキャリア上に配置すること、
   第１の湾曲したツール表面上に前記テープの第１の部分を誘導するように前記キャリアを使用することによって、少なくとも１つの湾曲したフランジを形成すること、及び
   第２の湾曲したツール表面上に前記テープの第２の部分を形成するように前記キャリアを使用することによって、前記湾曲したウェブを形成すること
   を含む方法。
7. 前記湾曲したウェブを形成することは、前記テープの前記第２の部分が前記第２の湾曲したツール表面上に形成されるにつれて、前記キャリアを変形することを含む、請求項１４に記載の方法。
8. 前記テープの前記第１の部分を誘導することは、前記テープの幅の第１の部分を誘導することを含み、
   前記テープの前記第２の部分を形成することは、前記テープの前記幅の第２の部分を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
9. 前記テープの単一の幅は、前記少なくとも１つの湾曲したフランジ及び前記湾曲したウェブを形成するために使用される、請求項１４に記載の方法。
10. 前記湾曲したウェブを形成することは、前記第２のツール表面上に、湾曲した折り曲げ線の周囲で、前記テープの幅の一部をせん断変形させることを含む、請求項１４に記載の方法。
11. 前記湾曲したウェブ及び前記少なくとも１つの湾曲したフランジが形成された後、前記テープから前記キャリアを取り除くこと、及び
    前記テープを硬化すること
    を更に含む、請求項１４に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの湾曲したフランジを前記第１の湾曲したツール表面に固定することを更に含み、前記湾曲したウェブを形成することは、前記少なくとも１つの湾曲したフランジが前記第１のツール表面に固定される間に実施される、請求項１４に記載の方法。
13. 前記テープを前記キャリア上に配置することは、前記テープのオフセットセグメントを前記キャリア上に順次形成することによって、テープの重複セグメントを前記キャリア上に形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
14. 前記テープを前記キャリア上に配置することは、前記セグメントを重ね合わせることを含む、請求項２２に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの湾曲したフランジと前記湾曲したウェブが形成される前に、前記テープのエッジをその長さに沿って輪郭形成することを更に含む、請求項２０に記載の方法。

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