JP2020040402A - 複合材料製の曲線オメガ形ストリンガおよびｚ形状ストリンガの製造方法および曲率を有する複合材料補剛パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い曲率を有する大型で複雑なオメガ形ストリンガを製造するための自動的方法の提供。【解決手段】複合材料製曲線オメガ形ストリンガの製造方法において、ＡＴＬ機又はＡＦＰ機又はＦＬＵ機内において自動でテープをレイアップし、輪郭を自動的に切断し、直線プリフォームを得るステップと、平面成形して直線プリフォーム上でオメガ形状を得、それを直線オメガ形状プリフォームへと加工するステップと、直線オメガ形状プリフォームが、長手方向に埋込まれた剛性バンド及びいくつかの積層品挟持用手段を含む可撓性工具内に設置される、曲線成形するステップであって、積層品挟持用手段が可撓性工具の端部内に位置設定されており、可撓性工具が機械的閉鎖用手段によりカバーされ、補強材は成形プロセス中、積層品挟持用手段によって保持され、その後直線オメガ形状プリフォームが加熱され、曲線オメガ形ストリンガへと加工されるステップとを含む方法。【選択図】図１

Description

本発明は、航空機内の曲率を有する複合材料補剛パネル（例えば胴体パネル、ファンカウルなど）において使用可能である複合材料製の曲線オメガ形ストリンガおよびＺ形状ストリンガの製造方法に関する。

本発明は同様に、曲率を有する複合材料補剛パネルの製造方法にも関する。

現在、高い曲率を有するストリンガは、その高い曲率を理由として手作業で製造されている。いくつかの製造方法においては、ファブリックパターンの自動切断とそれに続く雄型工具上へのファブリックパターンのハンドレイアップの段階が存在する。

特許文献１（米国特許出願公開第２０１３／３４０９２８号明細書）は、長さに沿って可撓性を有する細長いパンチおよび細長いダイを含む輪郭成形された複合ブレードストリンガへと複合チャージを成形するための方法および工具保持具について記載している。チャージは、ダイ内にチャージを駆動するためにパンチを使用することによってプレス成形される。パンチおよびダイは、一対の可撓性プレートの間に組付けられる。プレートと結合されたプレスが、プレートを所望の輪郭に曲げ加工することによって、チャージを輪郭成形する。しわを削減する目的で工具保持具からストリンガを取出す前に、ストリンガは、拘束状態のまま室温に冷却される。

特許文献２（米国特許出願公開第２０１３／０３６９２２号明細書）は、複合補剛材を輸送、設置および圧密するための方法および装置に関する。この文献は、長さに沿って可撓性を有する第１および第２の可撓性繊維強化樹脂の可撓性区分を含む輪郭成形された細長い複合レイアップを圧密するための装置を開示している。第１の区分は、第１の平面内で可撓性を有し、第２の区分は第１の平面内ならびに第２の平面内で可撓性を有する。

特許文献３（米国特許第７７０８５４６号明細書）は、構造部材を成形するための機器に関し、チャージから複合構造部材を成形するための方法および付随する機器を提供する。チャージは、機器の第１のダイ上に配置され、第２のダイまたは工具を陥凹内に挿入することによってダイの陥凹により画定される所望の形態へと成形され得る。いくつかの事例において、第１のダイは、陥凹が第２のダイまたは工具の挿入によって開放され得るように横断方向に調整可能である２つの部分を含むことができる。第２のダイまたは工具は、実質的に硬質の部材または膨張式ブラダであり得る。いずれの場合でも、チャージは、第１のダイ上に配置され、成形され、その後さらに第１のダイ上で処理され、こうして各作業についてのチャージの割出しを容易にすることができる。

特許文献４（国際公開第２０１０／０４７９８０号）は、高度に輪郭成形された複合部品を成形するための方法および機器に関するものであり、チャージが成形される時に部品内のしわを削減する輪郭成形された複合部品への平担な複合チャージの成形方法を開示している。チャージの一部分を部品の最も鋭角的な輪郭に成形するためにダイが使用され、一方、チャージの残りの部分を成形する時にチャージ上で張力が維持される。

これらの方法は、高い曲率を有するストリンガの製造を可能にするものの、ストリンガの頭部上の変形、波形またはしわの形成をことごとく回避する高レベルの自動化を伴う製造プロセスを得ることが望ましいと考えられる。

米国特許出願公開第２０１３／３４０９２８号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０３６９２２号明細書 米国特許第７７０８５４６号明細書 国際公開第２０１０／０４７９８０号

したがって、本発明の目的は、言及された欠点を回避する高い曲率を有する大型で複雑なオメガ形ストリンガを製造するための自動的方法を提供することにある。

本発明は、複合材料製曲線オメガ形ストリンガの製造方法において、
− ＡＴＬ機（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｔａｐｅ Ｌａｙ−ｕｐ、自動テープレイアップ機）またはＡＦＰ機（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｆｉｂｒｅ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ、自動ファイバ配置機）またはＦＬＵ機（Ｆｉｂｒｅ Ｌａｙ−Ｕｐ、ファイバレイアップ機）内において自動でテープをレイアップし、輪郭を自動的に切断し、その後補強材を伴う直線プリフォームを獲得するステップと、
− 平面成形して直線プリフォーム上でオメガ形状を得、それを直線オメガ形状プリフォームへと加工するステップと、
− 直線オメガ形状プリフォームが、長手方向に埋込まれた剛性バンドおよびいくつかの積層品挟持用手段を含む可撓性工具内に設置される曲線成形ステップであって、積層品挟持用手段が可撓性工具内の端部に位置設定されており、可撓性工具が機械的閉鎖用手段によりカバーされ、こうして直線オメガ形状プリフォームの頭部が両端部に補強材を有するようになっており、補強材は成形プロセス中、積層品挟持用手段によって保持され、その後直線オメガ形状プリフォームが加熱され、曲線オメガ形ストリンガへと加工される、ステップ、
をさらに含む方法を提供する。

長手方向に埋込まれた剛性バンドは、ストリンガの頭部の長さ内のあらゆる変形を回避させ、積層品挟持用手段は、ストリンガの頭部の端部補強材内に出現する可能性のある波形またはしわを消去できるようにする。

本発明は同様に、複合材料製曲線オメガ形ストリンガの製造方法のステップ、および曲線オメガ形ストリンガを２つの部分に切断して２つの曲線Ｚ形状ストリンガを提供する追加のステップを含む、複合材料製曲線Ｚ形状ストリンガの製造方法をも提供する。

本発明は同様に、曲率を有する複合材料補剛パネルの製造方法において、パネルが外板を含み、
− 本発明の複合材料製曲線オメガ形ストリンガの製造方法に係る少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ（１）を製造するステップと、
− 少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ（１）を硬化させるステップと、
− 外板と少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を統合して、曲率を有する共接着複合材料補剛パネルを得るステップと、
を含む方法をも提供する。

本発明は同様に、曲率を有する複合材料補剛パネルの製造方法において、パネルが外板を含み、
− 本発明の複合材料製曲線オメガ形ストリンガの製造方法に係る少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガを製造するステップと、
− 外板と少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を統合するステップと、
− 外板と少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を共硬化させて、曲率を有する共硬化複合材料補剛パネルを得るステップと、
を含む方法をも提供する。

本発明は同様に、先行技術のプロセスに比べて、以下の複数の利点も提供する。
− オメガ形ストリンガの形状を得るための高品質で反復的なプロセスを可能にする。
− 製造プロセスの高レベルの自動化を可能にする。
− 連続生産の場合の継続的に必要となるコストおよびリードタイムを削減する。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に関連付けてその目的を例示する複数の実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになるものである。

図面は次の通りである：
本発明の方法の概略図である。 本発明の中間ステップで得られる直線プリフォームの斜視図である。 本発明の方法において使用される可撓性工具を示す。 本発明の方法において使用される可撓性工具を示す。 プリフォーム、可撓性工具および真空バッグのアセンブリを示す。 曲線成形用の雄型工具およびプリフォームを伴う可撓性工具を示す。 本発明の方法にしたがって製造される曲線オメガ形ストリンガを示す。 積層品挟持用手段を伴う可撓性工具を示す。 本発明にしたがって製造されたＺ形状ストリンガを示す。

図１において、本発明の複合材料製曲線オメガ形ストリンガの製造方法が要約されている。この方法の主要なステップは、以下の通りである：
− ＡＴＬ機またはＡＦＰ機またはＦＬＵ機内において自動でテープをレイアップし、輪郭を自動的に切断し、その後補強材７を伴う直線プリフォームを獲得するステップ、
− 平面成形して直線プリフォーム上でオメガ形状を得、それを直線オメガ形状プリフォーム２へと加工するステップおよび、
− 曲線オメガ形ストリンガ１を得るための曲線成形ステップ。

高い曲率を有するオメガ形ストリンガ１は、硬化され、その後、曲率を有する補剛パネルまたは航空機の胴体の外板と統合されて共接着された部品を提供する（現行の先行技術のプロセスと同様）、または、外板と直接統合されて共硬化された部品を提供することができる。

第１のステップは、自動的テープレイアップおよび自動的切断からなる。オメガ形ストリンガのプリフォームは、ＡＴＬ機またはＡＦＰ機によって、またはＦＬＵ機内で自動的にレイアップしており、輪郭は切断される。同時に複数のプリフォームがレイアップしている可能性があり、プリフォームは切断ステップの後に獲得されることになる。こうして、継続的に必要となるコストおよびリードタイムは節約される。

しわ無く加熱成形プロセスを行なうことができるように、ストリンガの頭部内に０°方向のプライのみを位置設定することができる。

第２のステップは、平面成形して直線プリフォーム上でオメガ形状３を得（図２参照）、それを直線オメガ形状プリフォーム２へと加工することからなる。加熱成形システム、あるいはプレス機械を使用することができる。

曲線成形ステップによって、ストリンガ内に高い曲率を得ることができる。このステップでは、直線オメガ形状プリフォーム２は、しわまたは波形の無いストリンガを成形できるように、可撓性工具４内に位置設定される（図３および４）。

可撓性工具４は、ストリンガの頭部の長さにおけるあらゆる変形を回避し、成形プロセス後の適正な幾何形状を確保するために、長手方向に埋込まれた剛性バンド９を格納している。

可撓性工具４は、図３および４に示されているように２つの部品を含むことができる。

長手方向に埋込まれた剛性バンド９は金属バンドであり得る。

ストリンガ（この段階では直線オメガ形状プリフォーム２としての）が、可撓性工具４内に設置され、真空を伴う剛性固体を創出してしわを回避するため、機械的閉鎖用手段、好ましくは真空バッグ５によってカバーされる（図５参照）。

さらに、可撓性工具４の端部には、いくつかの積層品挟持用手段８が位置設定されて（図８参照）、ストリンガの頭部の端部補強材７内に出現する波形またはしわを消去する。補強材７は、千鳥配置で、成形プロセス中積層品挟持用手段８により保持されるよう積層品より長く作製することができる。

好ましくは、積層品挟持用手段８は研磨手段であり得る；例えば、研磨手段は研磨紙で作製され得る。

その後、加熱され、工具上で曲線オメガ形ストリンガ１へと加工される。しわを回避するために成形中に充分な真空を有することが必要である。

研磨手段は、研磨フィルムであり得、可撓性工具４はゴム製であり得る。

好ましくは、直線オメガ形状プリフォーム２を曲線オメガ形ストリンガ１へと加工するために、雄型工具６が使用される（図６および７を参照）。

上述の方法にしたがって製造された曲線オメガ形ストリンガ１は、２つの曲線Ｚ形状ストリンガ１０を得るため、２つの部分に切断可能である。

曲率を有する複合材料補剛パネルの製造方法は、パネルが外板を含み、
− 上述の方法に係る少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ１を製造するステップと、
− 少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ１を硬化させるステップと、
− 外板と少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ１を統合して、曲率を有する共接着された複合材料補剛パネルを得るステップと、
を含む。

曲率を有する複合材料補剛パネルの別の製造方法は、パネルが外板を含み、
− 上述の方法に係る少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ１を製造するステップと、
− 外板と少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を統合するステップと、
− 外板と少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を共硬化させて、曲率を有する共硬化複合材料補剛パネルを得るステップと、
を含む。

本発明について好ましい実施形態に関連して完全に説明してきたが、本発明の範囲内で修正を加えることができるということは明らかであり、本発明は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、以下のクレームの内容によって限定されるものとみなされる。

Claims (12)

1. 複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法において、
   − ＡＴＬ機またはＡＦＰ機またはＦＬＵ機内において自動でテープをレイアップし、輪郭を自動的に切断し、その後補強材（７）を伴う直線プリフォームを得るステップと、
   − 平面成形して前記直線プリフォーム上でオメガ形状（３）を得、それを直線オメガ形状プリフォーム（２）へと加工する、平面成形するステップと、
   を含む方法であって、
   − 前記直線オメガ形状プリフォーム（２）が、長手方向に埋込まれた剛性バンド（９）およびいくつかの積層品挟持用手段（８）を含む可撓性工具（４）内に設置される、曲線成形するステップであって、前記積層品挟持用手段（８）が前記可撓性工具（４）の端部内に位置設定されており、前記可撓性工具（４）が機械的閉鎖用手段によりカバーされ、こうして前記直線オメガ形状プリフォーム（２）の頭部が両端部に補強材（７）を有するようになっており、前記補強材（７）は成形プロセスにおいて、前記積層品挟持用手段（８）によって保持され、その後前記直線オメガ形状プリフォーム（２）が加熱され、曲線オメガ形ストリンガ（１）へと加工される、曲線成形するステップと、
   をさらに含むこと、を特徴とする方法。
2. 前記平面成形するステップがプレス機械内で行なわれる、請求項１に記載の複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
3. 前記平面成形するステップが加熱成形システム内で行なわれる、請求項１に記載の複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
4. 前記積層品挟持用手段（８）が研磨手段である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
5. 前記研磨手段が研磨紙製である、請求項４に記載の複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
6. 前記可撓性工具（４）がゴム製である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
7. 前記機械的閉鎖用手段が真空バッグ（５）である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の、複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
8. 前記長手方向に埋込まれた剛性バンド（９）が金属バンドである、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
9. 前記直線オメガ形状プリフォーム（２）を曲線オメガ形ストリンガ（１）に加工するために雄型工具（６）が使用される、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の複合材料製曲線オメガ形ストリンガ（１）の製造方法。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法のステップ、および、前記曲線オメガ形ストリンガ（１）を２つの部分に切断して２つの曲線Ｚ形状ストリンガ（１０）を得る、追加のステップを含む、複合材料製曲線Ｚ形状ストリンガ（１０）の製造方法。
11. 曲率を有する複合材料補剛パネルの製造方法において、前記パネルが外板を含み、
    − 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ（１）を製造するステップと、
    − 前記少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ（１）を硬化させるステップと、
    − 前記外板と前記少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を統合して、曲率を有する共接着複合材料補剛パネルを得るステップと、
    を含むこと、を特徴とする方法。
12. 曲率を有する複合材料補剛パネルの製造方法において、前記パネルが外板を含み、
    − 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの曲線オメガ形ストリンガ（１）を製造するステップと、
    − 前記外板と前記少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を統合するステップと、
    − 前記外板と前記少なくとも１つの硬化した曲線オメガ形ストリンガ（１）を共硬化させて、共硬化された曲率を有する複合材料補剛パネルを得るステップと、
    を含むこと、を特徴とする方法。