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Description

複合材料部品を成形するためのツール、装置、および方法

本発明は、複合材料部品を成形するためのツール、装置、および方法に関する。

複合材料は、複数の材質の特定の組合せを必要とする部品に、徐々に使用されつつある。特に、炭素繊維強化ポリマー（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｒｅ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＦＲＰ）のような複合材料は、一般的に、その高い剛性およびその軽量さから、航空機の部品や他の工業部品に使用されている。

ガスタービンのケースの環状フランジや翼の桁の側方のような、フランジを備える部品を製造することが、しばしば望まれている。複合材料からこのような部品が製造された場合、フランジの構造は、工学的問題を引き起こす。例えば、フランジ状の型に、特に、型の本体部分とフランジの間のアクセスが困難であろう曲がり領域に、複合材料をレイアップ（ｌａｙｕｐ）することは、おそらく難しい。

一体フランジを備える複合材料部品を製造するための一つの知られている方法は、英国特許２４８６２３１号に開示されている。英国特許２４８６２３１号は、第１部分、および周方向に離間する移動可能な複数の区域を備える移動可能な第２部分を有する、複合材料のプリフォーム用の型を開示している。単一指向性の複合テープの複数の層を型にレイアップした後、型およびプリフォームは、加圧滅菌器内で加熱され、移動可能な第２の部分は、プリフォームの一部を変形させてフランジを成形するために駆動させる。

しかしながら、英国特許２４８６２３１号の周方向に離間する複数の区域は、個々に移動可能であり、位置ずれする可能性があり、結果として品質の低いフランジとなる。

したがって、複合材料部品を製造するための改良されたツールを提供することが望まれている。

本発明の第１の観点によれば、湾曲体および一体フランジを備える複合材料部品をプリフォームから成形するためのツールが提供される。前記ツールは、レイアップ表面を備える湾曲体部分と、レイアップ形態および成形形態を備える成形アセンブリと、を有する。前記成形アセンブリは、それぞれがレイアップ表面および第１フランジ成形表面を備えるとともに、放射方向外方に前記レイアップ形態から前記成形形態に移動可能であり、周方向に互いに離間する複数の成形要素と、それぞれが第２フランジ成形表面を備えるとともに、前記成形形態において実質的に連続的なフランジ成形表面を成形するように、前記複数の成形要素間の周方向の複数の隙間に入り込むように配置される複数のフィラー要素と、を有する。使用時に、プリフォームは、前記湾曲体部分および前記成形要素の前記レイアップ表面に配置され、前記成形形態への移動は、前記一体フランジを成形するように、前記連続的なフランジ成形表面と対抗する成形表面との間でプリフォームを変形させる。

前記レイアップ形態において、複数の前記成形要素の前記レイアップ表面は、互いにおよび前記体部分の前記レイアップ表面に対して、実質的に連続的であってもよい。前記ツールの前記体部分は、プリフォームにおいて前記複合材料部品の前記湾曲体に対応する第１領域を受容するためのものでもよい。前記成形アセンブリは、前記湾曲体部分に隣り合っていてもよい。

複数の前記成形要素の前記レイアップ表面は、前記成形形態において、前記体部分の前記レイアップ表面から放射方向に離間していてもよい。前記成形要素のそれぞれの前記レイアップ表面は、前記成形要素の放射方向の外表面であってもよく、前記成形要素のそれぞれの前記第１フランジ成形表面は、前記レイアップ表面のそれぞれから放射方向内方に伸びていてもよい。前記フィラー要素のそれぞれは、実質的に連続的な外側成形表面を形成するために、前記成形形態における複数の前記成形要素の放射方向外方のレイアップ表面の間に形成された隙間に伸びるように配置された放射方向外方のフィラー表面を有していてもよい。前記フィラー要素は、前記成形アセンブリが前記レイアップ形態にある場合、放射方向において複数の前記成形要素の中に隠れていてもよい。

前記第１および第２フランジ成形表面は、少なくとも部分的に放射方向に伸びていてもよい。前記第１および第２フランジ成形表面は、実質的に放射方向に伸びていてもよい（すなわち、実質的に前記ツールの軸に垂直であってもよい）。

前記成形要素および前記フィラー要素は、前記ツールの軸の周りに交互に配置されていてもよい。隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれは、前記成形形態において互いに関連する前記要素を軸方向に整列するように、互いに係合するように配置される補完的な機構を有していてもよい。

よって、要素のそれぞれは、前記成形アセンブリが前記成形形態にある場合、前記第１および第２のフランジ成形表面が互いに実質的に連続的となるのを確実にするために、前記成形形態において隣り合う要素に係合する。隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、前記成形形態において、公差０．２５ｍｍ以内で、前記第１および第２成形表面が軸方向に整列するように配置されている。

代わりに、隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、前記成形形態において、公差０．５ｍｍ以内で、または公差０．２ｍｍ以内で、または公差０．１ｍｍ以内で、前記第１および第２成形表面が軸方向に整列するように配置されていてもよい。

隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、前記成形要素および前記フィラー要素のぞれぞれの側面上に設けられていてもよい。前記側面は、放射方向の範囲および軸方向の範囲の両方を有してもよい。

隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、前記ペアの第１要素上に形成されるとともに、前記ペアの第２要素の対応する部分に係合するように配置され、第１軸方向に沿う第１要素に対する第２要素の軸方向の移動を規制する少なくとも１つの肩部（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）を有していてもよい。隣り合う前記成形要素およびフィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、２つの反対の軸方向に沿う記第１要素に対する前記第２要素の軸方向の移動を規制するように配置された少なくとも２つの肩部を有していてもよい。隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、雄型および雌型の連結機構を有していてもよい。前記要素の前記ペアの第１要素は雌型の溝を有し、前記要素の前記ペアの第２要素は、前記雌型の溝に受容可能に配置された雄型の突起を有していてもよい。前記溝および前記突起は、放射方向に伸びていてもよい。

前記雌型の機構の材料構成は、前記雄型の機構の材料構成と異なっていてもよい。すなわち、前記雌型および雄型の機構は、異なる材料によって構成されていてもよい。前記雌型および雄型の機構の構成材料は、前記ペアを形成する前記成形要素およびフィラー要素のそれぞれの残りの部分の構成材料と異なっていてもよい。すなわち、前記雌型および雄型の機構は、前記成形要素および前記フィラー要素のそれぞれの残りの部分と異なる材料によって構成されていてもよい。例えば、前記雌型および雄型の機構のうちの一つまたは両方が、各要素の残りの部分と異なる硬度特性、摩擦特性、曲げ特性、熱伝導特性、および／または、熱膨張特性を備える材料によって構成してもよい。

前記要素のそれぞれは、前記要素の第１側面に設けられるとともに、第１の隣り合う要素の対応する雌型の機構に係合するための雄型の機構と、前記要素の反対側の第２側面に設けられるとともに、第２の隣り合う要素の対応する雄型の機構に係合するための雌型の機構と、を有していてもよい。

前記成形要素の補完的な機構は、前記レイアップ形態において前記成形要素が軸方向に整列するように、前記成形要素の補完的な機構が互いに係合するように構成してもよい。

前記ツールは、さらに、前記成形アセンブリを前記レイアップ形態から前記成形形態に移動させるための駆動手段を有していてもよい。前記駆動手段は、複数の駆動ユニットを有し、駆動ユニットのそれぞれは、少なくとも一つの前記成形要素を移動させるように配置されている。前記駆動ユニットのそれぞれは、そのまたは各成形要素、および隣り合うフィラー要素を、前記レイアップ形態に対応するそれぞれの後退位置から、前記成形形態に対応する伸展位置に移動させるように構成している。前記駆動ユニットのそれぞれは、前記成形要素がそのそれぞれの成形位置に到達した後に、前記フィラー要素のそれぞれが、そのそれぞれの成形位置に到達するように構成している。空動き連結部（ｌｏｓｔ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）が、前記駆動ユニットのそれぞれと前記成形要素のそれぞれの間に設けられている。前記空動き連結部は、前記駆動ユニットから離れるように前記成形要素を付勢する弾性手段を有してもよい。

前記駆動ユニットのそれぞれは、ガイドブロックを有してもよい。前記成形要素のそれぞれは、ガイドロッドまたはガイドレールによって前記ガイドブロックに対する移動がガイドされてもよい。前記弾性手段は、前記ガイドブロックと前記成形要素の間で作動するスプリングを有してもよい。前記ガイドブロックは、前記フィラー要素が前記ガイドブロックに対して相対的に移動しないように、前記フィラー要素に固定して締め付けられてもよい。

前記ツールは、環状のまたは半環状の部品を成形するためのものであってもよい。前記ツールは、ガスタービンのエンジンのケースを成形するためのものであってもよい。

本発明の第２の観点によれば、湾曲体および一体湾曲フランジを有する複合材料部品を成形するための装置が提供される。前記装置は、本発明の第１の観点に係るツールと、前記ツールに受容される前記プリフォームを覆って前記ツールに対して取り外し可能に取り付け可能な対抗する支持体と、を有している。前記対抗する支持体は、使用時にプリフォームの領域が前記成形アセンブリと前記対抗する支持体の間で変形して前記部品の前記フランジを成形するように、前記成形アセンブリの前記フランジ成形表面に対向するように配置された対抗する成形表面を有している。

本発明の第３の観点によれば、湾曲体および一体湾曲フランジを有する複合材料部品をプリフォームから成形する方法が提供される。前記方法は、第２の観点の発明に係る前記レイアップ形態における前記装置の前記湾曲体部分および前記成形要素の前記レイアップ表面上にプリフォームを供給する工程と、複数の成形要素が前記成形形態における複数の前記成形要素の間の隙間に入り込み、実質的に連続的なフランジ成形表面を成形するように、前記レイアップ形態から前記成形形態に前記成形アセンブリを移動させる工程と、を有する。それによって、前記一体フランジを成形するように、前記連続的な成形表面と前記対抗する成形表面の間でプリフォームの領域が変形される。前記方法は、前記プリフォームを前記ツール上でレイアップする工程を有していてもよい。

本発明は、添付した図面を参照して、例によって説明される。

図１は、ガスタービンエンジンの切断図を概略的に示す。 図２は、図１のガスタービンエンジンのケースを概略的に示す。 図３は、複合材料部品を成形するための装置の部分断面図を概略的に示し、図において装置の成形要素はレイアップ形態で示されている。 図４は、図３の装置の部分断面図を概略的に示し、図において成形要素は装置の体部分に対して移動している。 図５は、図３および図４の装置の部分断面図を概略的に示し、図において成形要素は成形形態にある。 図６は、レイアップ形態にある装置の成形アセンブリを放射方向から見た図を概略的に示す。 図７は、レイアップ形態にある成形アセンブリの平面図を概略的に示す。 図８は、成形形態にある成形アセンブリを放射方向から見た図を概略的に示す。 図９は、成形形態にある成形アセンブリの平面図を概略的に示す。 図１０は、成形アセンブリの駆動機器を概略的に示す。 図１１は、図３〜図１０の装置の斜視図を概略的に示す。

図１は、前方側および機尾側のフランジ１６、１８を備える環状のケース１４に支持されている外側ナセル１２を有するガスタービンエンジン１０を示す。ケース１４は、エンジン１０の軸２０を中心としており、複数のファンブレードを有するファン２２を収容する。前方側および機尾側の環状ケース箱２４、２６は、ナセル１２の前方側および後方側部分を支持する。

図２に示すように、ケース１４は、略円筒状の湾曲した本体２８を有し、本体の湾曲に対して放射方向外方に伸びている前方側および機尾側のフランジ１６、１８が設けられている。

ケース１４は、炭素繊維強化ポリマー（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｒｅ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＦＲＰ）のような複合材料部品によって構成している。特に、ケース１４は、予め含浸される（プリプレグされる）とともに、レイアップ工程および硬化工程において型に適用される単一指向性の複合材料テープの複数の層（ｐｌｙ）を有している。

図３〜図５は、複合材料ケース１４を製造するための装置１００の断面図を示す。

装置１００は、工場の床のような水平面に載置されるように構成された略環状ツール１０２を有している。そのため、その中心軸（不図示）は垂直に伸びているが、他の実施形態ではどの方向で支持されていてもよい。ツール１０２は、複数の成形要素１０６およびフィラー要素（不図示）と体部分１０４とを備える成形アセンブリ１０５を支持するための環状支持構造１０３を有している。

体部分１０４は、周方向に伸びる複数の湾曲体パネル１０８を有しており、複数の湾曲体パネル１０８は、全体で複合材料プリフォーム２００の円筒状のレイアップ表面１１０を規定する。本実施形態では、湾曲体パネル１０８は６枚あり、それぞれが、６０度の角度範囲を有している。体部分１０４には、湾曲体パネル１０８の放射方向内方の表面に取り付けられるとともに湾曲体パネル１０８およびその近くの体部分１０４の外側レイアップ表面１１０上に配置されたプリフォーム２００を加熱する複数のヒーターマット１１６を備える体ヒーター１１４が、設けられている。この例では、体パネル１０８は、熱伝導性の金属、特にステンレス鋼やアルミニウムによって構成している。

成形アセンブリ１０５は、駆動機器（不図示）によって、体部分１０４上において、支持構造１０３に取り付けられており、支持構造１０３および体部分１０４に対して放射方向に、後退位置またはレイアップ位置（例えば図３）と伸展位置または成形位置（例えば図５）の間において移動可能な複数の成形要素１０６を有している。成形要素１０６は、ツール１０２の周りにおいて周方向に配置されている。

各成形要素１０６は、周方向に伸びる放射方向外方のレイアップ表面１２０を有している。外方のレイアップ表面１２０は、成形アセンブリ１０５がレイアップ形態（すなわち、成形要素がレイアップ位置にある形態）において、隣り合う体部分１０４のレイアップ表面１１０に対して、実質的に接触し（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）、かつ、連続するように構成している。レイアップ形態では、複数の成形要素１０６の複数のレイアップ表面１２０は、ツール１０２の軸の周りにおいて、互いに実質的に連続である。

成形形態では、複数の成形要素の複数のレイアップ表面１２０は、隣り合う体部分１０４のレイアップ表面１１０から放射方向に離間しており、複数の成形要素の間には、周方向に伸びる隙間がある。

成形要素１０６は、各要素１２０のレイアップ表面１２０が、成形位置におけるレイアップ表面１２０の放射方向の位置に応じた曲率半径を有するように構成している。したがって、レイアップ表面１２０は、成形位置にある場合、真の周方向に伸びており、後退位置またはレイアップ位置にある場合、略周方向（または実質的に周方向）に伸びている。

この例では、各成形要素１０６は、半環状ブロックの形または扇形であり、放射方向外方のレイアップ表面１２０を規定し、放射方向に伸びている４つの側面を有している。４つの側面は、下方および上方の側面１２２、１２４と、角度方向に離間した２つの側面（不図示）と、である。下方の側面１２２は、下記に詳述するように、成形工程の間、第１フランジ成形表面として機能する。本実施形態では、各フランジ成形主要部分１０６は、角度範囲１２度を有し、そのため、ツール１０２は、３０個の分離したフランジ成形主要部分を有している。

各フランジ成形主要部分１０６は、空洞１２６を有しており、空洞１２６には、フランジ成形主要部分１０６を加熱するためのフランジヒーター１２３が配置されている。各フランジ成形主要部分１０６は、熱伝導性の金属、特にステンレス鋼やアルミニウムによって構成している。フランジヒーター１２３および体ヒーター１１４は、下記に詳述するように、フランジ成形工程および硬化工程を制御するための制御部（不図示）に接続されている。

図６〜９に示すように、成形アセンブリ１０５は、付加的に、複数のフィラー要素１０７を有していてもよい。複数のフィラー要素１０７は、半環状ブロックの形であり、成形アセンブリ１０５のレイアップ形態および成形形態のそれぞれに応じて、放射方向内方の後退位置またはレイアップ位置から、放射方向外方の伸展位置または成形位置に、移動するように構成している。ブロックは、放射方向外方のフィラー表面１５０、環状に離間した側面１５２、１５４、および、下方および上方の側面１５６、１５８を有している。下方の側面１５６は、下記に詳述するように、成形工程の間、第２フランジ成形表面を形成する。

レイアップ形態（図６および図７）では、フィラー要素１０７は、成形要素１０６のレイアップ表面の放射方向内方に配置されており、それによって、フィラー要素は、放射方向外方の位置から隠れる。複数の成形要素１０６は、テーパ状の角度方向に離間する側面１６０、１６２を有する。側面１６０、１６２は、成形アセンブリのレイアップ形態では、それらの間でフィラー要素１０７を受容するため収容部を規定する。

成形形態（図８および図９）では、複数のフィラー要素１０７は、フィラー要素１０７の第２フランジ成形表面１５６が成形要素１０６の第１フランジ成形表面１２２に実質的に連続的となるように、複数の成形要素１０６の間の周方向に伸びている複数の隙間に入り込むように伸びている。さらに、成形形態では、放射方向外方のフィラー表面１５０は、複数の成形要素１０６の複数のレイアップ表面１２０の隙間において周方向に伸びている隙間に入り込むように伸びている。そのため、レイアップ表面１２０およびフィラー表面１５０は、実質的に連続な周方向に伸びる面を形成する。

図７および図９に示すように、各フィラー要素１０７は、その第１側面１５２上に、隣り合う成形要素１０６の第２側面１６０に形成された雌型の溝１６６に係合するように構成した雄型の突起１６４を有している。同様に、各フィラー要素１０７は、その第２側面１５４上に反対側の隣り合う成形要素１０６の第１側面１６２に形成された対応する雄型の突起１７０に係合するように構成した雌型の溝１６８を有している。

雄型の突起１６４、１７０および対応する雌型の溝１６６、１６８は、各側面１５２、１６２、１６０、１５４の放射方向範囲に沿って伸びている。

本実施形態では、雄型の突起１６４、１７９は、黄銅によって構成しており、雌型の溝１６６、１６８は、各成形要素１０６およびフィラー要素１０７に受容される黄銅の挿入物によって規定される。成形要素１０６およびフィラー要素１０７は、熱伝導性のアルミニウム合金によって構成している。本実施形態では、複数の黄銅突起および複数の溝は、アルミニウム合金よりも硬く、そのため、複数の黄銅突起および複数の溝は、アルミニウム合金よりも、使用時に被る連結係合に耐えることができる。

成形要素１０６およびフィラー要素１０７は、これらをそれぞれのレイアップ位置と伸展位置との間で移動させるための駆動機器（不図示）に接続されている。

図３〜図５を見返すと、ツール１０２は、成形アセンブリ１０５上に配置されるとともに、レイアップ形態の成形要素１０６のレイアップ表面１２０と接触し、かつ、連続するように配置される放射方向外方のレイアップ表面１３０を備える略円筒状の連続部分１２８を有している。連続部分１２８は、支持構造１０３上に支持されており、複数の連続パネル１３１を有している。

体部分１０４のレイアップ表面１１０、１２０、１３０、成形要素１０６、および、ツール１０２の連続部分１２８は、全体として、円筒状のプリフォーム２００をレイアップするための略円筒状の連続的なレイアップ表面１３２を規定する。

ツール１０２は、ツール１０２の周方向範囲において連続部分１２８の上を角度方向に離間するとともに、フランジ支持構造１３６に連結するための複数の取付部１３４をさらに有する。フランジ支持構造１３６は、ツールのレイアップ表面１３２上に配置されるプリフォーム２００の周りに伸びるように構成した環状枠の形状であり、ツール１０２およ
びフランジ支持構造１３６のそれぞれの取付部１３４、１３５を連携させることによって、ツール１０２に取外し可能に取り付け可能である。例えば、取付部１３４、１３５は、ボルトによって連結されてもよい。

フランジ支持構造１３６は、成形したフランジの形状を制御するために、フランジ成形工程の間、ツール１０２のフランジ要素１０６およびフィラー要素１０７のフランジ成形表面１２２、１５６のそれぞれに対抗するように配列された対抗するフランジ支持部１３７を有している。

特に、対抗するフランジ支持部１３７は、ツールのレイアップ表面に配置されているプリフォーム２００に隣接するように配置しており、部品が成形工程で成形されるのに伴い、部品のフランジ領域を形成するための環状の対抗する成形表面１４０を規定する。対抗する成形表面１４０は、実質的に放射方向（図３〜図５では、水平方向）を向き、成形アセンブリ１０５のフランジ成形表面１２２、１５６の水平面に対して、所望のフランジ厚みに対応する距離の分、軸方向下方に配置される。対抗するフランジ成形表面１４０は、部品のフランジ領域と本体領域の遷移領域の交わる曲がり領域または遷移領域を形成するための、放射方向内方の曲がり部分または遷移部分を有している。本実施形態では、遷移部分は、比較的小さい曲率を有しており、そのため、連続的な曲げ部が、複合材料部品の本体部およびフランジの間にある。特に、本実施形態では、フランジ成形部分は、約６５ｍｍの放射方向範囲を備えるフランジを成形するように配置されており、フランジの曲率半径は約１０ｍｍである。

フランジ支持構造１３６は、一体取付部および加熱要素をさらに有している。それらによって、対抗するフランジ支持部１３７は、成形および硬化のために取り付けられ、加熱される。

図１０は、成形アセンブリ用の駆動機器１３８を示す。駆動機器１３８は、複数の駆動ユニットを有している。各駆動ユニットは、隣り合う成形要素１０６およびフィラー要素１０７のペアのそれぞれ用の回転モータ１９０を有し、リニアガイドロッド１９２を、放射方向からわずかにオフセットするガイド方向に沿って駆動するように配置されている（他の実施形態では、ガイド方向は、実質的に放射方向でもよい）。ガイドロッド１９２は、フィラー要素１０７に固着したガイドブロック１９４に連結されており、圧縮バネ１９６によって成形要素１０６に連結されている。ガイドブロックは、支持構造１０３に固着しているガイドレール（不図示）に沿って移動するように拘束されている。駆動ユニットは、要素１０６、１０７のそれぞれの放射方向の動きを止めるための放射方向の止め具（不図示）も含む。駆動ユニットは、成形要素１０６およびフィラー要素１０７を、それぞれのレイアップ位置からそれぞれの成形位置まで徐々に移動させるように構成している。特に、圧縮バネ１９６は、ガイドブロック１９４と成形要素１０６の間に空動き連結部を提供する。そのため、使用時に、成形要素１０６が、それぞれの成形位置に到達し、フィラー要素１０７が、隣り合う成形要素１０６の間の成形位置に実質的に伸ばされる。

図１１は、装置１００の完全な環の６分の１に対応する一部を示し、特に、体部分１０４、５つの成形要素１０６、連続部分１２８、を含むツール１０２の配置を、フランジ支持構造１３６および駆動機器１３８の図示の５つのフランジ成形部分１０６に対応する一部とともに示す。

装置１００を使用して複合材料部品を成形する方法を、例によって、図３〜図１１を参照して、説明する。

装置１００は、床のような支持表面上に載置されている。そのため、装置１００の中心軸は、垂直方向に伸びている。装置１００は、仮にフランジ支持構造１３６が取付けられていた場合、取り外すことによって、レイアップ工程のために準備される。さらに、駆動機器１３８（図１０）は、成形アセンブリ１０５がレイアップ形態に戻るように制御される。複数の成形要素１０６は、周方向に互いに隣り合っており、各成形要素１０６の雄型の突起１７０は、隣り合う成形要素の対応する雌型の溝１６６に係合する。それによって、レイアップ形態において、複数の成形要素１０６を軸方向に整列する。

成形アセンブリがレイアップ形態（図３、６、７）にある場合、体部分１０４、成形アセンブリ１０５（成形要素１０６）、および連続部分１２８の放射方向外方の表面によって、ツール１０２上に連続的なレイアップ表面１３２が規定される。このレイアップ表面１３２は、放射方向外方の位置からアクセス可能である。

本実施形態では、剥離層（不図示）は、レイアップ工程の開始前に、レイアップ表面１３２の上に被せられる。

複合材料を予め含浸した単一指向性のテープが自動テープ敷設機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔａｐｅ Ｌａｙｉｎｇ：ＡＴＬ）によって、連続層状または複数の層状に、連続したレイアップ表面１３２を覆うように適用されるレイアップ工程が行われる。そのため、実質的に円筒状の複合材料プリフォーム２００が、ツール１０２上に形成される。本実施形態では、複数のテープは、ツールの軸に垂直な平面に対して±６０度および９０度（すなわち垂直）の方向の組合せで適用され、かつ、体部分１０４および成形要素１０６のレイアップ表面１１０、１２０を覆うように伸びている。他の方法の例では、レイアップ工程は、手動で行われてもよいし、または、自動繊維配置機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｉｂｒｅ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ：ＡＦＰ）や自動テープ巻き機のような他の方法を使用することで行われてもよい。

複合材料は、ツールの体部分１０４上に伸びている体領域２０６およびフランジ成形要素のレイアップ表面１２０上に伸びているフランジ領域２０８を有するプリフォームを供給するため、ツールに適用される。他の方法の例では、フランジ領域２０８は、付加的に、ツールの連続部分１２８のレイアップ表面１３０上に部分的に伸びていてもよく、および／または、フランジ領域２０８から伸びるプリフォームの連続的な領域があってもよく、連続的な領域は、成形または硬化の後、切除されてもよい。

この例では、複合材料は、１０００ｍｍの軸方向長さおよび６５ｍｍのフランジ半径を備えるガスタービンのケース用のプリフォーム２００を供給するため、ツールに適用される。複合材料は、体領域２０６が、体部分１０４上で１０００ｍｍの軸方向範囲を有し、かつ、フランジ領域が成形アセンブリ上で少なくとも６５ｍｍの軸方向範囲を有するように、ツールに適用される。

レイアップ工程の完了後、粘着性の複数のテープ２０２は、環状のループ状にプリフォーム２００の上方および下方の体部分１０４および連続部分１２８のそれぞれに適用され、真空バッグ２０４は、プリフォーム２００を覆うように配置され、ツール１０２に対して複数のテープ２０２でシールされる。

複数の真空チューブ（不図示）は、真空バッグを通り抜けてツール１０２と真空バッグ２０４の間に囲まれた空間に向かって伸びており、真空ポンプのような真空源は、プリフォーム２００によって占められた空間に部分真空（ｐａｒｔｉａｌ ｖａｃｕｕｍ）を形成するために、複数の真空チューブに適用される。この例では、周囲の雰囲気からの不均衡な圧力が、真空バッグを介してプリフォーム２００上に適用されるように、部分真空が形成される。

成形工程は、制御部が加熱機器（すなわち体ヒーター１１４およびフランジヒーター１２３）に、プリフォーム２００を成形閾値温度まで加熱させることによって開始される。成形閾値温度は、例えば、８０℃である。

プリフォーム２００が成形閾値温度に到達した時、制御部は、駆動機器１３８に、複数の成形要素１０６および複数のフィラー要素を放射方向外方にレイアップ形態から成形形態（図３〜５および図６〜９）に移動させる。複数の成形要素１０６が、放射方向外方に移動するのに伴って、周方向の複数の隙間が、複数の成形要素１０６の間に形成され、複数のフィラー要素１０７は、これらの隙間に入り込むように伸びる。

フィラー部分１０７の雄型の突起１６４は、成形要素１０６の雌型の溝１６０に係合し、成形要素１０６の雄型の突起１７０は、フィラー要素１０７の対応する雌型の溝１６８に係合する。そのため、成形アセンブリ１０５が成形形態に移動するのに伴って、複数の成形要素１０６および複数のフィラー要素１０７が、軸方向に整列する。

フランジ成形部分１０６が放射方向外方に移動するのに伴って、プリフォームのフランジ領域２０８は、レイアップ表面１２０上をスライドし、第１フランジ成形表面１２２（すなわちフランジ成形部分１０６の背面）および第２フランジ成形表面１５６（すなわちフィラー部分１０７の背面）上に配置される。第１フランジ成形表面１２２および第２フランジ成形表面１５６は、ともに、実質的に連続的なフランジ成形表面を形成する。フランジ成形部分１０６の移動は、フランジ領域２０８をフランジ成形表面１２２、１５６と対抗する支持要素１３７のフランジ対向面１４０の周囲および間において塑性変形させる。そのため、部品の放射状フランジが成形される。

成形工程の間、プリフォームの体領域２０６は、ツール１００の体部分１０４に対向する位置に実質的に留まり、対抗する支持要素１３７によって位置が保たれる。成形アセンブリ１０５は、成形工程の間にプリフォームに皺を形成することなく複合材料プリフォーム２００の複数の層が互いに相対的に移動することを確実にするため、成形工程の間に、約１２０ｍｍ／時のようにゆっくりと移動するように構成されている。

フランジ成形工程が完了した後（図５、８、９）、制御部は、硬化工程を開始し、加熱機器に、成形されたフランジ領域および遷移領域を含むプリフォーム２００を、少なくとも硬化閾値温度まで加熱させる。硬化閾値温度は、本実施形態では、１３５℃である。制御部は、不均衡な圧力が真空バッグを介してプリフォームに適用されるように、真空源をさらに制御する。

６時間の硬化期間の後、制御部は、ヒーターの電源をＯＦＦにし、硬化したケース１４を、ツール１０２上で冷却することができる。フランジ支持構造１３６は、ツール１０２から取り除かれ、真空バッグおよび関連する設備が、硬化した部品から取り除かれる。フランジアセンブリ１０５は、レイアップ形態に戻り、硬化したケース１４は、ツールから取り除かれる。

次に、ケース１４は、プリフォームにおいてフランジの所望の寸法を超えて伸びている全ての連続的な部分を取除くために、トリムされる。

本発明は、複数の成形要素の間に周方向に複数の隙間が形成されるという固有の問題にも関わらず、成形工程の間に成形要素を放射方向外方に移動させることによって、湾曲したフランジ状の部品をプリフォームから成形する。成形アセンブリのフィラー要素は、実質的に連続的なフランジ成形表面が提供されるように、複数の隙間のそれぞれに入り込むように構成されている。さらに、成形要素およびフィラー要素の補完的な機構は、フランジが、実質的に平面的な（すなわち放射方向に伸びる）所望の形状となるように、フランジ成形表面の軸方向の整列を改善する。そうしない場合は、特に、成形アセンブリの駆動機器の軸方向にある程度のがた（ｐｌａｙ）がある場合があり、がたがフランジ成形表面の軸方向の整列に影響を与える場合がある。例えば、複数のフィラー要素（ガイドブロックに当接している）とガイドレールの間の軸方向にがたがある場合があり、および／または、ガイドブロックと成形要素の間に、軸方向にがたがある場合があり、これらは、圧縮スプリングによって連結される。また、雄型および雌型の連結する突起および溝のような複数の要素の補完的な機構は、成形工程および成形形態の間、複数の成形要素を軸方向に整列させるのに役にたつ。

実質的に連続という表現は、２以上の表面によって規定される面の形状に段の変化がないことを意味することを意図としている。

Claims (15)

1. 湾曲体および一体フランジを有する複合材料部品を、プリフォームから成形するためのツールであって、
   レイアップ表面を備える湾曲体部分と、
   レイアップ形態および成形形態を備える成形アセンブリと、を有し、
   前記成形アセンブリは、
   それぞれがレイアップ表面および第１フランジ成形表面を備えるとともに、放射方向外方に前記レイアップ形態から前記成形形態に移動可能であって、前記成形形態において周方向に互いに離間する複数の成形要素と、
   それぞれが第２フランジ成形表面を備えるとともに、前記成形形態において実質的に連続的なフランジ成形表面を形成するように、複数の前記成形要素の間の周方向の隙間に入り込むように配置される複数のフィラー要素と、を有し、
   隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれは、前記成形形態において、軸方向に互いに関連する前記要素を軸方向に整列させるために、互いに係合するように配置される補完的な機構を有し、
   使用時に、プリフォームは、前記湾曲体部分および前記成形要素の前記レイアップ表面に載置され、前記成形形態への移動によって、前記プリフォームが前記連続的なフランジ成形表面および対抗する成形表面の間で変形される、ツール。
2. 前記第１フランジ成形表面および前記第２フランジ成形表面は、少なくとも部分的に放射方向に伸びている、請求項１に記載のツール。
3. 前記成形要素および前記フィラー要素は、ツールの軸の周囲に交互に配置される、請求項１または請求項２に記載のツール。
4. 隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、前記成形形態において、０．２５ｍｍの公差内で、前記第１成形表面および前記第２成形表面が軸方向に整列するように配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のツール。
5. 隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、前記成形要素および前記フィラー要素のそれぞれの側面に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のツール。
6. 隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、前記ペアの第１要素に形成されるとともに前記ペアの第２要素の対応する部分に係合するように配置され、第１の軸方向に沿う前記第１要素に対する前記第２要素の軸方向の移動を規制する少なくとも一つの肩部を有する、および付加的に、
   隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、２つの反対の軸方向に沿う前記第１要素に対する前記第２要素の軸方向の移動を規制するように配置された少なくとも２つの前記肩部を有する、請求項１〜５に記載のツール。
7. 隣り合う前記成形要素および前記フィラー要素のペアのそれぞれの前記補完的な機構は、雄型および雌型の連結機構を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のツール。
8. 前記要素の前記ペアの第１要素は、雌型の溝を有し、前記ペアの第２要素は、前記雌型の溝に受容されるように配置される雄型の突起を有する、請求項７に記載のツール。
9. 前記雄型の機構の構成材料は、前記雌型の機構の構成材料と異なる、または
   前記雄型および雌型の機構の構成材料は、前記ペアを形成する前記成形および前記フィラー要素のそれぞれの残りの部分の構成材料と異なる、請求項７または請求項８に記載のツール。
10. 前記要素のそれぞれは、前記要素の第１側面に設けられるとともに、第１の隣り合う要素の対応する雌型の機構に係合するための雄型の機構と、反対側の第２側面に設けられるとともに、前記要素の第２の隣り合う要素の対応する雄型の機構に係合する雌型の機構と、を有する、請求項７〜９のいずれか一項に記載のツール。
11. 複数の前記成形要素の前記補完的な機構は、前記レイアップ形態において、前記成形要素の前記補完的な機構が前記成形要素が軸方向に整列されるように、互いに係合するように構成されている、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のツール。
12. 前記成形アセンブリを前記レイアップ形態から前記成形形態に移動させるための駆動手段をさらに有し、前記駆動手段は、複数の駆動ユニットを備え、前記駆動ユニットのそれぞれは、少なくとも一つの前記成形要素を移動させるように配置されており、
    前記駆動ユニットのそれぞれは、そのまたは各成形要素、および隣り合うフィラー要素を、前記レイアップ形態に対応するそれぞれの後退位置から前記成形形態に対応するそれぞれの伸展位置に、移動させるように構成されており、
    前記駆動ユニットのそれぞれは、前記成形要素がそれぞれの成形位置に到達した後に、前記フィラー要素のそれぞれがそれぞれの成形位置に到達するように構成されており、
    空動き連結部が、前記駆動ユニットと前記成形要素の間に設けられている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のツール。
13. 環状または半環状の部品を成形するためのツールである、および／または、
    ガスタービンエンジン用のケースを成形するためのツールである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のツール。
14. 湾曲体および一体湾曲フランジを有する複合材料部品を成形するための装置であって、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載のツールと、
    前記ツールに受容された前記プリフォームを覆うように前記ツール上に取り外し可能に取り付け可能な対抗する支持体と、を有し、
    前記対抗する支持体は、使用時に前記プリフォームの領域が前記成形アセンブリと前記対抗する支持体の間で変形して前記部品の前記フランジを成形するように、前記成形アセンブリの前記フランジ成形表面の反対側に配置された対抗する成形表面を備える、装置。
15. 湾曲体および一体湾曲フランジを有する複合材料部品をプリフォームから成形する方法であって、
    請求項１４に記載の前記レイアップ形態にある装置の前記湾曲体部分および前記成形要素の前記レイアップ表面上にプリフォームを供給する工程と、
    複数の前記成形要素が前記成形形態の複数の前記成形要素の複数の隙間に入り込み、実質的に連続的なフランジ成形表面を形成するように、前記成形アセンブリを前記レイアップ形態から前記成形形態に移動させる工程と、を有し、
    それによって、前記プリフォームの領域は、前記一体フランジを成形するように、前記連続的な成形表面と前記対抗する成形表面の間で変形する、方法。