JP2019073021A - 制御された繊維配置によって生み出された孔パターンを有する複合材積層板 - Google Patents

Abstract

【課題】孔のパターンを有する複合材積層板を製造する方法の提供。【解決手段】複合材積層板は、そこに孔３４のパターン３２を有する。孔は、変化する繊維配向を有する単方向プリプレグ材料のプライを横たえることによって形成される。トウ３６は、間隔を空けて配置され、積層板を通る孔を形成する。【選択図】図１２

Description

本開示は、概して、複合材積層板を製造するためのプロセスに関し、特に、制御された繊維配置を使用してそのような積層板内に孔パターンを生み出す方法を取扱い、且つそれによって生み出された孔パターンを有する積層板に関する。

複合材構造体内に多くの孔又は穿孔を形成することが、しばしば、必要である。例えば、音響的に処理された構造体は、幾千もの穿孔が提供された外側複合材積層板表面板を有する音響パネルを採用し得る。表面板の穿孔は、多孔性のパネルコアと協働し、音を減衰させる。航空機の翼の外板は、翼上の空気流を変化させるために穿孔された複合材積層板表面板をもまた含み得る。

複合材積層板内に多くの数の穿孔又は孔を形成するための現在の技術は、時間がかかり、労力がかかり、且つ高価であり得る。１つの技術では、ピンマットと呼ばれるツーリングが使用されて、個別のファブリックプライがピンの上又は周りに圧され、その後、積層板に硬化される際に、孔を生み出す。ピンは、壊れ易く、硬化された積層板から取り除くことが困難であり得る。別の１つの技術では、積層板が硬化された後で、積層板内に個別の孔を穿つことによって孔が形成される。ドリルビットを用いて幾千もの個別の孔を穿つことは、時間がかかり、ビットの摩耗のために孔を取り囲む繊維のブレイクアウト（ｂｒｅａｋｏｕｔ）をもたらし得る。マスキング及びサンドブラスティングの組み合わせを使用して、複合材積層板内に孔を形成することもまた可能であり、孔のパターンが硬化された積層板上にマスクされ、孔が積層板の中へサンドブラストされる。サンドブラスティングのプロセスもまた望ましくない繊維のブレイクアウトをもたらし得る。孔の周りの繊維のブレイクアウトは、孔の直径、孔の仕上げ、及び／又は孔の端部が許容誤差内に収まらない原因となり得る。

したがって、単純で、効率的で、制御可能であり、且つツーリング及び／又は穿孔プロセスに対する必要性を除去する、複合材積層板内に比較的多くの数の孔又は穿孔を形成する方法が必要である。積層板が製造されている際に、積層板構造体内にインシトゥ（ｉｎ ｓｉｔｕ）で孔のパターンを形成する方法もまた必要である。更に、様々なサイズ、形状、及び分布パターンを有する孔が形成され得る、制御された孔のパターンを有する穿孔された複合材積層板が必要である。

開示される実施形態は、音の減衰のために音響的に処理されたパネル内で使用される外板などの、複合材積層板内に孔のパターンを形成する方法を提供する。孔のパターンは、積層板が構築されている際にインシトゥで積層板内に形成され得る。ピンマットなどの専門的なツーリングに対する必要性は除去され、且つ繊維のブレイクアウトを生み出し得る穿孔及びサンドブラスティングなどのプロセスが避けられる。方法は、数値制御された自動繊維配置装備を使用して実行され得、それ故、より高い製造速度が望ましい場合に、効率的で、高度に繰り返し可能で、便利である。方法は、オートクレーブ（ａｕｔｏｃｌａｖｅ）プロセス以外のプロセスを使用して、制御された孔パターンを有する複合材積層板を製造することにおける使用に対してもまた適切である。積層板の音響特性を改良するために、金属又はプラスチックのワイヤーメッシュなどの織物又は織られていない材料が、孔のパターンが形成されている際に、積層板の中へ埋め込まれ得るが、それらに限定されるものではない。

１つの開示される実施形態によれば、そこに孔のパターンを有する複合材積層板を製造する方法が提供される。方法は、プライの各々が、繊維配向を有し、その間にギャップを有する複数の繊維強化樹脂のトウを含む、単方向繊維強化樹脂（「プリプレグ」）の複数のプライをレイアップすることによってレイアップを形成することを含む。レイアップ内のプライの繊維配向は、複合材積層板内に孔のパターンを形成するために変化される。方法は、更に、プライの各々のトウの間のギャップを制御すること、及びトウの幅を変えることを含み得る。複数のプライをレイアップすることが、数値制御された繊維配置機械によって自動的に実行される。方法は、複数のプライ内に織物又は織られていない材料のうちの少なくとも１つを埋め込むこともまた含み得る。方法は、更に、孔のパターンを選択すること、及び自動的にプライをレイアップし、プライの繊維配向を変えて、選択された孔のパターンを形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることを含み得る。方法は、孔のサイズ及び形状を選択し、自動的にプライをレイアップし、プライの繊維配向を変えて、選択された孔のサイズ及び形状を有する孔を形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることを含み得る。方法は、更に、レイアップを硬化させること、及び硬化の間に樹脂が孔を埋めることを実質的に妨げる、制御された流れ特性を有する樹脂を選択することを含み得る。レイアップは、真空圧を使用して樹脂の流れを制御することを助けるオートクレーブ以外のプロセスを使用して硬化され得るが、オートクレーブによる硬化もまた可能である。

別の１つの開示される実施形態によれば、そこに孔のパターンを有する複合材積層板レイアップを製造する方法が提供される。レイアップは、単方向プリプレグ繊維の複数のプライをレイアップすることによって形成され、プライの各々は、プリプレグ繊維トウのバンド幅を横たえ（ｌａｙｉｎｇ ｄｏｗｎ）ることによってレイアップされる。方法は、バンド幅が横たえられている際に、バンド幅の各々内のトウに間隔を空けさせて、トウの間にギャップを形成すること、及びバンド幅が横たえられている際に、トウの位置を制御することもまた含む。バンド幅が横たえられている際に、トウの間のギャップが制御され、プライの繊維配向が変化されて、レイアップ内に孔のパターンを形成する。プライの各々は、数値制御された自動繊維配置機械を使用してレイアップされる。トウに間隔を空けさせることは、トウの間のギャップを変えることを含む。方法は、更に、トウの幅を変えることを含み得る。織物又は織られていない材料のうちの少なくとも１つが、レイアップのプライ内に埋め込まれ得る。方法は、孔の位置、孔のサイズ、及び孔の形状を選択すること、及び自動的にプライをレイアップし、プライの繊維配向を変えて、孔のパターンを形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることもまた含み得る。方法は、更に、レイアップを硬化させること、及び硬化の間に樹脂が孔を埋めることを実質的に妨げる、制御された流れ特性を有する樹脂を選択することを含み得る。

更に別の１つの実施形態によれば、そこに孔のパターンを有する複合材積層板が提供される。積層板は、積層板内に孔のパターンを形成するように配置された、変化する繊維配向を有する間隔が空けられた複数の繊維トウ、及び繊維トウが埋め込まれた樹脂マトリックスを備える。繊維トウは、異なる繊維配向を有する複数のプライ内に配置され、繊維トウは変化する幅を有する。孔は、各々、多角形状を有し得る。樹脂マトリックスは、熱的に硬化され得る熱硬化性材料又は熱可塑性材料であり得、熱的硬化の間に材料が孔の中へ流れることを妨げる流れ特性を有する。

更に別の１つの実施形態によれば、複合材積層板レイアップは、そこに孔のパターンを含む。積層板レイアップは、繊維強化樹脂の複数のプライを備え、プライの各々は、単方向繊維配向を有し、その間にギャップを有する複数のプリプレグトウを含む。プライは、プリプレグの間のギャップがレイアップ内に孔のパターンを形成するように、配置される。樹脂は、熱的に硬化可能であり、硬化の間に樹脂が孔の中へ流れることを妨げる流れ特性を有する。プリプレグトウの間のギャップは変化し、トウの幅はプライからプライへと変化する。

要約すると、本発明の１つの側面によれば、そこに孔のパターンを有する複合材積層板を製造する方法が提供され、方法は、繊維強化樹脂の複数のプライをレイアップすることによってレイアップを形成することを含み、プライの各々は、繊維配向を有し、その間にギャップを有する複数の繊維強化樹脂のトウを含み、更に、方法は、レイアップ内のプライの繊維配向を変化させて、複合材積層板内に孔のパターンを形成することを含む。

有利なことには、方法は、プライの各々のトウの間のギャップを制御することを更に含む。

有利なことには、方法では、複数のプライをレイアップすることが、プライの少なくとも２つにおいて、それぞれ、少なくとも２つの異なる幅を有するトウを使用することを含む。

有利なことには、方法では、複数のプライをレイアップすることが、数値制御された繊維配置機械によって自動的に実行される。有利なことには、方法は、複数のプライ内に織物又は織られていない材料のうちの少なくとも１つを埋め込むことを更に含む。

有利なことには、方法は、孔のパターンを選択すること、及び間隔が空けられたトウを使用して自動的にプライをレイアップし、プライの繊維配向を変えて、選択された孔のパターンを形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることを更に含む。

有利なことには、方法は、孔のサイズ及び形状を選択し、自動的にプライをレイアップし、プライの繊維配向を変えて、選択された孔のサイズ及び形状を有する孔を形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることを更に含む。

有利なことには、方法は、レイアップを硬化させること、及び硬化の間に樹脂が孔を埋めることを実質的に妨げる、制御された流れ特性を有する樹脂を選択することを更に含む。

有利なことには、方法では、レイアップを硬化させることが、オートクレーブ以外の硬化プロセス及びオートクレーブ硬化プロセスのうちの１つを使用して実行される。

本発明の別の１つの側面によれば、そこに孔のパターンを有する複合材積層板レイアップを製造する方法が提供され、方法は、単方向プリプレグ繊維の複数のプライをレイアップすることによってレイアップを形成することを含み、プライの各々は、プリプレグ繊維トウのバンド幅を横たえることによってレイアップされ、方法は、バンド幅が横たえられている際に、バンド幅の各々内のトウを互いから間隔を空けさせて、トウの間にギャップを形成すること、バンド幅が横たえられている際に、トウの位置を制御すること、バンド幅が横たえられている際に、トウの間のギャップを制御すること、及びプライの繊維配向を変化させて、レイアップ内に孔のパターンを形成することを更に含む。

有利なことには、方法では、プライの各々が、数値制御された自動繊維配置機械を使用してレイアップされる。

有利なことには、方法では、トウに間隔を空けさせることは、トウの間のギャップを変えることを含む。

有利なことには、方法は、トウの幅を変えることを更に含む。

有利なことには、方法は、レイアップのプライ内に織物又は織られていない材料のうちの少なくとも１つを埋め込むことを更に含む。

有利なことには、方法は、孔の位置、孔のサイズ、及び孔の形状を選択すること、及び自動的にプライをレイアップし、プライの繊維配向を変えて、孔のパターンを形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることを更に含む。

有利なことには、方法は、レイアップを硬化させること、及び硬化の間に樹脂が孔を埋めることを実質的に妨げる、制御された流れ特性を有する樹脂を選択することを更に含む。

本発明の更に別の１つの側面によれば、そこに孔のパターンを有する複合材積層板が提供され、複合材積層板は、積層板内に孔のパターンを形成するように配置された変化する繊維配向を有する間隔が空けられた複数の繊維トウ、及び繊維トウが埋め込まれた樹脂マトリックスを含む。

有利なことには、複合材積層板では、繊維トウが、異なる繊維配向を有する複数のプライ内に配置される。

有利なことには、複合材積層板では、繊維トウが、変化する幅を有する。

有利なことには、複合材積層板では、孔が、各々、多角形状を有する。

有利なことには、複合材積層板では、樹脂マトリックスが、熱的に硬化可能な熱硬化性材料であり、熱的な硬化の間に熱硬化性材料が孔の中へ流れることを妨げる流れ特性を有する。

本発明の更に別の１つの側面によれば、そこに孔のパターンを含む複合材積層板レイアップが提供され、複合材積層板レイアップは、繊維強化樹脂の複数のプライを含み、プライの各々は、単方向繊維配向を有し、その間にギャップを有する複数のプリプレグトウを含み、且つ、プリプレグトウの間のギャップがレイアップ内の孔のパターンを形成するように、プライが配置される。

有利なことには、複合材レイアップでは、樹脂が、熱的に硬化可能であり、硬化の間に樹脂が孔の中へ流れることを妨げる流れ特性を有する。

有利なことには、複合材積層板では、プリプレグトウの間のギャップが変化する。

有利なことには、複合材積層板では、トウの各々が幅を有し、トウの幅はプライからプライへと変化する。

特徴、機能、及び利点は、本発明の様々な実施形態において個々に達成することができ、又は下記の説明及び図面を参照することによって更なる詳細を理解することができる更に別の実施形態と組み合わせることができる。

例示的な実施形態の特性と考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲において説明される。しかし、例示的な実施形態、並びに、好ましい使用モードと、その更なる目的及び利点とは、添付図面に照らして本開示の例示的な実施形態の後述の詳細説明を読むことにより、最もよく理解されよう。

本開示の方法による、形成された孔のパターンを有する複合材積層板の斜視図である。 図１で「図１Ａ」として指定された領域の図である。 図１で図２として指定された領域の図である。 図２の３‐３線に沿ってとられた断面図である。 図３と類似する図であるが、多孔性材料の埋め込まれた層を有する複合材積層板の代替的な実施形態を示す。 図２で図４として指定された領域の平面図である。 六角形状を有する孔を示す平面図である。 八角形状を有する孔の平面図である。 円形状を有する孔の平面図である。 ０度の繊維配向を有するプライを示す平面図である。 図８で図８Ａとして指定された領域の図である。 ９０度の繊維配向を有するプライの平面図である。 ＋４５度の繊維配向を有するプライの平面図である。 −４５度の繊維配向を有するプライの平面図である。 本開示の方法による、望ましい孔のパターンを形成するように配置されたトウの幾つかの重ね合わされたコース（ｃｏｕｒｓｅ）の平面図である。 図１２で図１２Ａとして指定された領域の図である。 制御された孔のパターンを有する複合材積層板を製造するための典型的なプライスケジュールの図である。 制御された孔のパターンを有する複合材積層板を製造するために使用される、自動繊維配置システムの構成要素を示す、組み合わされたブロック及び線図である。 図１４で示されたテープアプリケータヘッドの部分を形成する、個別に制御可能なトウの制御モジュールを示すブロック図である。 本開示の複合材積層板を採用する音響的に処理されたインレットを有するエンジンを示す翼の一部分の斜視図である。 図１６の１７‐１７線に沿ってとられた音響パネルの一部分の断面図である。 制御された孔のパターンを有する複合材積層板を製造する方法のフロー図である。 制御された孔のパターンを有する複合材積層板レイアップを製造する方法のフロー図である。 航空機の製造及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〜図３を参照すると、複合材積層板３０は、そこに、本明細書中でこれ以後、しばしば、孔のパターン３２と呼ばれるパターン３２で配置された複数の穿孔又は孔３４を含む。示される実施形態では、孔３４は、積層板３０の深さ「Ｄ」を完全に通り抜けるが、「Ｄ」の厚みを部分的にのみ通る孔３４を形成することもまた可能である。示される実施形態では、孔のパターン３２は、孔３４が縦横に配列される通常のパターンであるが、他の実施形態では、孔のパターン３２は、用途に応じて不規則なものとなり得る。積層板３０は、炭素繊維エポキシ若しくは他の熱硬化性又は繊維強化された熱可塑性などの、繊維強化樹脂の複数のプライ３３（図１Ａ）を備えるが、それらに限定されるものではない。

幾つかの実施形態では、図３Ａで示されるように、材料の１以上の層３５が、積層板３０を特定の用途に誂えるために、プライ３３の間に埋め込まれ得る。埋め込まれた層３５は、織物若しくは織られていない材料であり得、又は織物及び織られていない材料の組み合わせであり得る。例えば、埋め込まれた層３５は、積層板３０の音響特性を改良するように機能する、プラスチック又はワイヤーメッシュを備え得る。

図１及び図４を参照すると、プライ３３の各々は、単方向繊維強化樹脂を備え得る。例えば、単方向繊維強化樹脂は、熱硬化性又は熱可塑性樹脂で予め含浸された繊維テープ又はトウ３６（スリットテープ）を備え得るが、それらに限定されるものではない。トウ３６は、例えば、望ましい幅「Ｗ」を有するスリットが入ったプリプレグテープによって、製造され得るが、それに限定されるものではない。以下により詳細に議論されるように、トウ３６は、互いから間隔を空けられ、プライ３３を通り抜ける孔３４をもたらす繊維配向を有する。

図１〜図４で示される実施形態では、孔３４は、実質的に正方形状であるが、他の孔の形状も可能である。例えば、プライ３３は、図５で示される六角形状、又は図６で示される八角形状を有する孔３４ａを生み出す方式でレイアップされ得るが、それらに限定されるものではない。プライ３３の数に応じて、図７で示されるほぼ円形状を有する孔３４ｃを生み出すことも可能である。孔３４の形状を制御することに加えて、サイズ又は最大断面寸法「Ｄ」は、開示された方法を使用して制御されることもまた可能である。

積層板３０は、プライが変化する繊維配向を有する単方向プリプレグ繊維の複数のプライ３３（図１を見よ）をレイアップすることによって形成される。例えば、図８、図９、図１０、及び図１１を参照すると、積層板３０は、それぞれ、０度、９０度、＋４５度、及び−４５度の繊維配向を有するプライ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを、それぞれ、備え得る。他のプライ方向が、用途、並びに孔３４の望ましいサイズ及び形状に応じて、可能である。図８Ａを参照すると、プライ３３の各々は、プリプレグトウ３６の実質的に平行なコース（ｃｏｕｒｓｅ）３８を横たえることによって形成され得、各々のコース３８内のトウ３６は、トウ３６の間のギャップ「Ｇ」を形成するように望ましい距離だけ互いから間隔を空けられる。孔のパターン３２における孔３４のサイズ、形状、及び位置は、プライ３３の繊維配向、トウ３６の位置、トウ３６の幅「Ｗ」、及びギャップ「Ｇ」のサイズによって決定される。

今度は、図１２及び図１２Ａに注意が向けられ、それらは、それぞれ、図８〜図１１で示されたプライ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの部分を形成する、４つの重ね合わされたコース３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄを示している。各々のコース３８内のトウ３６は、望ましい幅「Ｗ」を有し、それらの間の望ましいギャップ「Ｇ」を形成するように間隔が空けられている。ギャップ「Ｇ」は、コース３８がプライを形成するために横たえられている際に、互いに対するトウ３６の位置を制御することによって形成される。各々のコース３８内のトウ３６は、例えば、以下により詳細に議論される自動繊維配置装備を使用して、単一のバンド幅５０内で横たえられ得る。コース４８、それ故、プライ３３は、基準方向に対して配置された繊維配向を有し、その基準方向は、例示的な実施例で、０度方向に対応するＸ方向である。

図１３は、望ましい孔のパターン３２を有する複合材積層板３０（図１）のための典型的なプライスケジュールである。本実施例では、プライスケジュールは、それぞれ、０度、＋４５度、９０度、−４５度、−４５度、９０度、＋４５度、及び０度の繊維配向を有する、８つのプライ３３を備えた積層板を要求する。図１２で示されるトウのコース３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、それぞれ、図１３のプライスケジュールの中で示されたプライ１〜４の部分を形成する。ギャップ「Ｇ」は、トウ３６の中央線５５（図１２）の位置によって決定される。ギャップ「Ｇ」、トウ３６の幅「Ｗ」、プライ３３の繊維配向は、孔のパターン３２における孔３４のサイズ、位置、及び形状を決定する。

積層板３０のプライ３３の各々は、任意の幾つかの既知の自動繊維配置（ＡＦＰ）機械を使用して、レイアップされ得る。例えば、１つの既知のＡＦＰ機械の構成要素は、概して、図１４で示される。繊維アプリケータヘッド５８は、１以上の数値制御プログラム７４によって動作されるコントローラ７６によって制御されるマニピュレータ７７上に設置され得る。コントローラ７６は、汎用コンピュータ又はプログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）を備え得る。コントローラ７６及びマニピュレータ７７は、基板６４上で望ましい方向６６にアプリケータヘッド５８を動かし、アプリケーションに対して選ばれたプライスケジュールによる望ましい繊維配向を伴ってトウ３６の複数のコース３８を横たえる。

トウ３６の間のギャップ「Ｇ」は、図解の単純さのために図１４では示されていない。トウ３６は、トウ３６を位置合わせし間隔を空けて配置するコリメータ７０を介してフィードされ得る。位置合わせされたトウ３６は、フィード及びガイドローラ７２を介して移送され、１以上のカッター６０によって望ましいコースの長さに切断される。トウ３６は、その後、基板６４に付けられ、ローラ６８によって圧縮される。幾つかの実施形態では、単一のアプリケータヘッド５８が、積層板３０内のプライ３３の全てをレイアップするために使用され得る。しかしながら、異なる幅「Ｗ」のトウが供給される複数のアプリケータヘッドが、積層板をレイアップするために使用され得る。例えば、図１４では、第２のマニピュレータ７９上に設置された第２のアプリケータヘッド８１が、レイアップのプロセスをスピードアップするために、コントローラ７６によって、アプリケータヘッド５８と調和するように動作される。

図１４で示されたアプリケータヘッド５８、８１は、図１５で示されるタイプの既知のトウ制御配置を採用し得る。複数のオンボード（ｏｎ‐ｂｏａｒｄ）トウフィード８５が、（図示せぬ）オンボードトウ供給から個別のトウ制御モジュール８３へ、トウ３６を移送する。トウ制御モジュール８３は、各々のコース３８内の隣接するトウ３６の間のギャップ「Ｇ」を調整するために、横方向に移動可能である９１。

以前に議論されたように、制御された孔のパターン３２を有する積層板３０が、様々な音響処理の用途で使用され得る。例えば、今度は図１６を参照すると、高いバイパス比のエンジン７８が、パイロン８０によって航空機の翼８２に設置される。エンジン２０は、空気インレット８６を有する周囲のエンジンナセル８４を含む。空気インレット８６は、エンジン７８内で回転する動翼によってもたらされる騒音を低減させるために、音響パネル８７の形態を有する音響的に処理された領域８８を含む。

今度は図１７に注意を向けると、それは、音響パネル８７の付加的な詳細を示す断面図である。パネル８７は、概して、それぞれ、内側表面板９２と外側表面板１０２との間でサンドウィッチされた多孔性のハニカムコア８９を備える。内側表面板９２は、その中に数多くの穿孔を含み、それによって、騒音を含む音波が、内側表面板９２を通過してコア８９内に達することを可能にする。制御された孔のパターンを有する望ましい複合材積層板３０は、内側表面板９２として使用され得る。内側表面板９２は、接着接合線９４によってハニカムコア８９の一方の面に取り付けられる。同様に、外側表面板１０２は、接着接合線１００によってハニカムコア８９の他方の面に取り付けられる。

例示的な実施形態では、内側及び外側表面板９２、１０２は、それぞれ、各々が、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）又は繊維強化熱可塑性などの積層複合材を備えるが、それらの表面板のいずれかは、セラミック又はアルミニウムなどの金属などの他の材料を含み得るが、それらに限定されるものではない。ハニカムコア８９は、アルミニウムなどの金属、ポリマー、又は他の材料を含み得、多様な個別の多角形セル９６から形成され得る。図示されている実施例では、セル４６は六角形であるが、他のセル形状も可能である。ハニカムコア８９は、予め選択された深さ「Ｄ」においてセル９６内に位置決めされた複数の個別の隔壁９８によって隔てられる。隔壁９８は、内側表面板９２内の穿孔９０を通してハニカムコア８９に入ってきた音波を弱めかつ減衰させることを助ける。

図１８は、概して、そこに孔３４の望ましいパターン３２を有する複合材積層板を製造する方法の全体的なステップを示している。ステップ１０４では、マルチプライレイアップ３０は、それらの間にギャップ「Ｇ」を有するプリプレグトウ３６を使用して形成される。１０６では、積層板３０内に孔３４のパターン３２を形成するために、プライ３３の繊維配向が変化される。

図１９は、概して、そこに孔３４の望ましいパターン３２を有する複合材積層板レイアップを製造する方法の全体的なステップを示している。ステップ１０８では、レイアップが、単方向プリプレグ繊維の複数のプライ３３を横たえることによって形成される。プライ３３をレイアップすることは、プリプレグ繊維トウ３６のバンド幅５０を横たえることによって実行され得る。ステップ１１０では、バンド幅５０が横たえられている際に、トウ３６の間のギャップ「Ｇ」を形成するために、バンド幅５０の各々が互いから間隔を空けて配置される。ステップ１１２では、バンド幅５０が横たえられている際に、トウ３６の位置が制御される。ステップ１１４では、バンド幅５０が横たえられている際に、トウ３６の間のギャップ「Ｇ」が制御される。ステップ１１６では、レイアップ内に孔３４のパターン３２を形成するために、プライ３３の繊維配向が変化される。完成した積層板は、樹脂の流れを制御する助けとなるために真空圧力が採用される、オートクレーブプロセス以外のプロセスを使用して硬化され得、硬化の間に樹脂が孔３４内を埋めることを妨げる。代替的に、樹脂が硬化の間に孔３４を埋めることを妨げる流れ特性を樹脂に提供する、より高い粘性を有する樹脂が使用されるとすれば、オートクレーブで積層板３０を硬化することが可能である。

本開示の実施形態は、様々な潜在的用途、例えば、航空宇宙、海上、自動車の用途、及び制御された孔のパターンを有する複合材積層板が使用され得る他の用途を含む、特に、輸送産業において、使用され得る。したがって、今度は図２０及び図２１を参照すると、本開示の実施形態は、図２０に示す航空機の製造及び保守方法１１８、及び図２１に示す航空機１２０に関して使用され得る。本開示の実施形態の航空機の用途は、例えば、音を減衰させるため、又は翼上の空気の流れを変えるための音響パネルを含み得るが、それらに限定されるものではない。製造前の段階では、例示的な方法１１８は、航空機１２０の仕様及び設計１２２と、材料の調達１２４とを含み得る。製造段階では、航空機１２０の、構成要素及びサブアセンブリの製造１２６と、システムインテグレーション１２８とが行われる。本開示の実施形態は、制御された孔のパターンを有する部品の構成要素及びサブアセンブリの製造の間に採用され得る。その後、航空機１２０は、認可及び納品１３０を経て、運航１３２に供される。顧客により運航される間に、航空機１２０は定期的な整備及び保守１３４（改造、再構成、改修なども含み得る）を受ける。整備及び保守１３４の間に、交換用の構成要素又はサブアセンブリは、本開示の方法によって形成された孔のパターンを含み得る航空機１２２に設置され得る。

方法１１８の工程の各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって実行され、又は実施され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレータは、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得る。

図２１に示すように、例示的な方法１１８によって製造された航空機１２０は、複数のシステム１３８及び内装１４０を備えた機体１３６を含み得る。高レベルのシステム１３８の例には、推進システム１４２、電気システム１４４、油圧システム１４６、及び環境システム１４８のうちの１以上が含まれる。任意の数の他のシステムも含まれ得る。本開示の方法は、機体１３６及び／又は推進システム１４２の部品を形成する、構成要素及びサブアセンブリを製造するために採用され得る。例えば、開示された方法は、推進システム１４２の部分を形成するエンジンによって生成された騒音を低減させる、制御された孔のパターンを有する音響パネルを製造するために使用され得る。同様に、開示された方法は、機体１３６の部分を形成し、又は騒音を低減させるために内装１４０内で使用される、制御された孔のパターンを有するパネル又は外板を製造するために使用され得る。航空宇宙産業の例を示したが、本開示の原理は、海運及び自動車産業などの他の産業にも適用され得る。

本書で具現化されたシステム及び方法は、製造及び保守方法１１８の１以上の任意の段階において用いられ得る。例えば、製造プロセス１２６に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機１２０の運航中に製造される構成要素又はサブアセンブリに類似の方法で作製又は製造される。また、１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は、例えば、航空機１２０の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１２０のコストを削減することにより、製造段階１２６及び１２８で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１以上を、航空機１２０の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守１３４に利用することができる。

本書で使用する際、列挙された項目と共に使用される「〜のうちの少なくとも1つ」という表現は、列挙された項目のうちの１以上の種々の組み合わせが使用可能であり、かつ、列挙された各項目のうちの１つだけがあればよいということを意味する。例えば、「項目Ａ、項目Ｂ、又は項目Ｃのうちの少なくとも１つ」は、非限定的に、項目Ａ、項目Ａ及び項目Ｂ、又は項目Ｂを含み得る。この例は、項目Ａ、項目Ｂ、及び項目Ｃ、又は項目Ｂ及び項目Ｃをもまた含み得る。項目は、特定の物体、物事、又はカテゴリーであり得る。言い換えると、「少なくとも１つ」は、項目の任意の組み合わせを意味し、かつ任意の数の項目がリストから使用され得るが、リストの中の全ての項目が必要とされるわけではない。

上述の種々の実施形態の説明は、例示及び説明を目的とするものであり、網羅的な説明であること、又はこれらの実施形態を開示された形態に限定することを意図していない。当業者には、多数の修正例及び変形例が明らかであろう。さらに、種々の例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態と比較して、異なる利点を提供し得る。選択された１以上の実施形態は、実施形態の原理、実際の応用を最もよく説明するため、及び、想起される特定の用途に適する様々な修正例を伴う様々な実施形態の開示内容の理解を、他の当業者に対して促すために、選ばれ、記述されている。

Claims (25)

1. 孔のパターンを有する複合材積層板を製造する方法であって、前記方法は、
   繊維強化樹脂の複数のプライをレイアップすることによってレイアップを形成することを含み、前記プライの各々は、繊維配向を有し、間にギャップを有する複数の繊維強化樹脂のトウを含み、且つ、前記方法は、
   前記レイアップ内の前記プライの前記繊維配向を変化させて、前記複合材積層板内に孔のパターンを形成することを含む、方法。
2. 前記プライの各々の前記トウの間の前記ギャップを制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のプライをレイアップすることが、前記プライの少なくとも２つにおいて、それぞれ、少なくとも２つの異なる幅を有するトウを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数のプライをレイアップすることが、数値制御された繊維配置機械によって自動的に実行される、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のプライ内に織物材料及び織られていない材料のうちの少なくとも１つを埋め込むことを更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 孔のパターンを選択すること、及び
   間隔が空けられたトウを使用して前記プライを自動的にレイアップし、前記プライの前記繊維配向を変化させて前記選択された孔のパターンを形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 孔のサイズ及び形状を選択すること、並びに
   前記プライを自動的にレイアップし、前記プライの前記繊維配向を変化させて前記選択された孔のサイズ及び形状を有する孔を形成するように、前記自動繊維配置機械をプログラムすることを更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記レイアップを硬化させること、及び
   前記硬化の間に樹脂が前記孔を埋めることを実質的に妨げる、制御された流れ特性を有する前記樹脂を選択することを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記レイアップを硬化させることが、オートクレーブ以外の硬化プロセス及びオートクレーブ硬化プロセスのうちの１つを使用して実行される、請求項８に記載の方法。
10. 孔のパターンを有する複合材積層板レイアップを製造する方法であって、前記方法は、
    単方向プリプレグ繊維の複数のプライをレイアップすることによってレイアップを形成することを含み、前記プライの各々は、プリプレグ繊維トウのバンド幅を横たえることによってレイアップされ、前記方法は、
    前記バンド幅が横たえられている際に、前記バンド幅の各々内の前記トウを互いから間隔を空けさせて、前記トウの間にギャップを形成すること、
    前記バンド幅が横たえられている際に、前記トウの位置を制御すること、
    前記バンド幅が横たえられている際に、前記トウの間の前記ギャップを制御すること、及び
    前記プライの繊維配向を変化させて、前記レイアップ内に孔のパターンを形成することを含む、方法。
11. 前記プライの各々は、数値制御された自動繊維配置機械を使用してレイアップされる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記トウに間隔を空けさせることは、前記トウの間の前記ギャップを変化させることを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記トウの幅を変化させることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
14. 織物材料及び織られていない材料のうちの少なくとも１つを、前記レイアップの前記プライ内に埋め込むことを更に含む、請求項１０に記載の方法。
15. 孔の位置、孔のサイズ、及び孔の形状を選択すること、並びに
    前記プライを自動的にレイアップし、前記プライの前記繊維配向を変化させて前記孔のパターンを形成するように、自動繊維配置機械をプログラムすることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記レイアップを硬化させること、及び
    前記硬化の間に樹脂が前記孔を埋めることを実質的に妨げる、制御された流れ特性を有する前記樹脂を選択することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
17. 孔のパターンを有する複合材積層板であって、
    前記積層板内に孔のパターンを形成するように配置された、変化する繊維配向を有する間隔が空けられた複数の繊維トウ、及び
    前記繊維トウが埋め込まれた樹脂マトリックスを備える、複合材積層板。
18. 繊維トウが、異なる繊維配向を有する複数のプライ内に配置される、請求項１７に記載の複合材積層板。
19. 前記繊維トウが、変化する幅を有する、請求項１７に記載の複合材積層板。
20. 前記孔が、各々、多角形状を有する、請求項１７に記載の複合材積層板。
21. 樹脂マトリックスが、熱的に硬化可能な熱硬化性材料であり、熱的な硬化の間に前記熱硬化性材料が前記孔の中へ流れることを妨げる流れ特性を有する、請求項１７に記載の複合材積層板。
22. 孔のパターンを含む複合材積層板レイアップであって、
    繊維強化樹脂の複数のプライを備え、前記プライの各々は、単方向繊維配向を有し、間にギャップを有する複数のプリプレグトウを含み、且つ
    前記プリプレグトウの間の前記ギャップが前記レイアップ内の孔のパターンを形成するように、前記プライが配置される、複合材積層板レイアップ。
23. 前記樹脂が、熱的に硬化可能であり、硬化の間に前記樹脂が前記孔の中へ流れることを妨げる流れ特性を有する、請求項２２に記載の複合材積層板レイアップ。
24. 前記プリプレグトウの間の前記ギャップが変化する、請求項２２に記載の複合材積層板レイアップ。
25. 前記トウの各々が幅を有し、前記トウの前記幅はプライからプライへと変化する、請求項２２に記載の複合材積層板レイアップ。
    

Images