JP4653483B2 - 単体の一体硬化構造の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、先進複合材料の形成に関する。より詳細には、本発明は、単体の一体硬化複合構造を作製するためのプロセスに関する。

先進複合材料は、金属、プラスチック、およびファイバーグラスの有望な代替物を提供してきた。先進複合材料は、非常に軽量であるという利点を有し、かつ高い強度を有する。特に、カーボン−エポキシ複合材料は、先進複合材料のなかでも最も有望なものの一つである。複合材料は、また、用途に応じて任意の数の異なる形状に形成することができる。これらの利点により、複合材料は、航空などの多くの異なる分野で採用されている。

しかしながら、複合材料には、不利な点もある。複合材料は、金属やファイバーグラスより何倍も高価となり得る。複合材料の強度および重量特性は望ましいものであるが、複合材料の価格は、しばしば桁違いに高価なものとなる。

その上、複合材料を所望の構造に形成するには、複雑な組立設備や複数の製造手順が必要となる場合がある。例えば、複合材料は、単純な形を形成するために、しばしば高価な枠（frame ）および心棒（mandrel ）を必要とする。多くの場合、複合材料を枠の内面に付勢するために、これらの枠を気密にして枠を真空にしなければならない。加えて、これらの枠は、複合材料に樹脂を含浸させるために、複雑な樹脂噴射システムを必要とする場合がある。

更に、複合材料が硬化した後の、複数の硬化した複合構造の取り付けが問題となる場合がある。現在、最も複雑な複合構造は、複数の硬化した複合セクションを組み立てることにより製造されている。セクションは、一般に、ネジやボルトなどの従来の留め具によって互いに取り付けられる。これは、複合材料に様々な留め具穴を設けることを必要とする。複合材料の各穴は、複合材料内の繊維を切断し、材料を弱くする。硬化した複合材料を組み立てる他の現在の方法は、硬化後の接着結合によるものである。しかしながら、接着結合および従来の留め具の取り付けのどちらとも、時間のかかる組立工程を必要とし、最終的に非常に費用が高くつく。

複合構造を組み立てるための高価で複雑な工程は、複合材料の普及を制限している。例えば、複合材料の不利な点によって普及が制限される分野の１つは、航空学分野である。航空学では、航空機の機体を、高強度で軽量にすることが望ましい。軽量な機体は、燃料効率を増加させ、航空機の運航費用を削減する。高い複合材料の強度によって、多くの飛行の間に機体への加圧や減圧により惹き起こされる機体の損傷の可能性が低下する。

しかしながら、複合材料により提供される機体構造における利点は、多くの場合、不利な点に打ち勝つために十分に有益なものではない。例えば、運航の全期間を通じて燃料費が低いにもかかわらず、機体の製造コストが高いことが、航空機の最初の購入を妨げることがある。その上、硬化した複合構造の様々なセクションの組み立てに必要となる多数の留め具は、複合材料により提供される強度を減少させる。他の不利な点は、航空学での適用では、個別の留め具および接着結合部に対して検査が必要となることである。このような検査は、時間がかかることが多く、機体の製造に更なるコストを加える。

したがって、当該技術分野では、高価でない複合材料製造プロセスが必要とされている。また、当該技術分野では、複合材料の様々なセクションを一体硬化することができる組立プロセスが必要とされている。更に、当該技術分野では、複雑な複合構造を製造することができる組立プロセスが必要とされている。また、最小限の留め具および留め具穴を必要とする組立プロセスが必要とされている。加えて、硬化後の結合工程が不要なプロセスが必要とされている。

更に、当該技術分野では、機体に存在する止め具の数を制限する機体が必要とされている。また、制限された組立手順によって組み立てることができる機体が必要とされている。軽量な機体が、必要とされている。また、製造後およびメンテナンス中に必要な検査の範囲を制限する機体が、必要とされている。更に、低コストの複合機体が必要とされている。このような機体および複合構造の製造方法が、本明細書に開示され、特許請求される。

本発明の装置および方法は、現在の最新の技術技術に応じて開発されたものであり、特に、現在利用可能な複合材料技術によっては依然として完全に解決されてない、当該技術分野における問題および必要に応じて開発されたものである。したがって、本発明の全体的な目的は、複合構造を製造する安価なプロセスを提供すること、かつ低コストの複合機体を提供することである。

複合構造の製造方法は、複数の型と１つの枠を提供する。型は、膜で囲まれたフォームコアを有し、選択的に加圧可能である。枠は、少なくとも１つの成形面を有する概ね剛構造となっている。型と枠が協同して複合材料を画成し、複合材料は、硬化中に所望の形状に保たれる。

複合材料のセクションが、選択的な型の間に配置され、少なくとも１つの複合材料のシートが、型の周りに配置され、複合構造の外面を形成する。複合材料と型は、次いで、枠内に密閉される。次に選択的な型を加圧して、複合材料を隣接する型および成形面に付勢することができる。

型は、フォームコアと膜により構成することができる。フォームコアを膜に挿入し、膜を密封して、型への加圧を可能にする。フォームコアは、第１温度では構造的に安定し、第２温度で収縮するように構成されている。型に加圧するために、ガス源を型に流体を介して結合することができる。一実施形態においては、フォームコアに配置され、膜を通して伸びるパイプによって、型に加圧する。あるいは、ガス発生体を、型の内部に配置してもよい。

複合材料は、最初に複合材料を成形面に配置することにより、成形面に付着させることができる。真空層およびいくつかの中間層を複合材料に配置し、真空層の下の空気を排気させる。空気の排気により、大気圧が、複合材料に力を加え、複合材料を成形面に付着させる。

複合材料には、予め樹脂を含浸させることができる。これにより、複合材料に若干の粘着性を持たせて、成形面および型に付着させることができる。更に、複合材料は、複数の温度で硬化させることができ、また、加圧可能な型は、複数の圧力で膨張させることができる。

本発明は、また、単体の一体硬化機体を含む。機体は、内面および外面を有する構造を備え、この構造では、複数の補強材が機体の内面に配置されている。補強材は、機体に一
体硬化される。補強材は、等グリッド、直交グリッド、またはフープ・グリッドパターンなどの、様々なパターンにすることができる。

単体の一体硬化機体を、上述したものと類似のプロセスで製造することができる。膜で覆われたフォーム心棒を用いて、概ね機体形状の加圧可能な型を作製することができる。型を、次いで、機体の内部表面を画成する複数の当てシートで覆うことができる。当てシートは、様々な外形およびチャネルを有する概ね剛体の成形部材である。一実施形態においては、当てシートは、機体の内面に配置された補強材を画成する複数のチャネルを有する。次いで、複合材料を、チャネル内および当てシートの周りに配置する。複合材料を、次に、枠内に配置し、機体の外部表面を画成する。最後に複合材料を硬化させ、型と当てシートを取り除く。

本発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲において、より完全に明確となるであろう。あるいは、以下に説明する本発明の実施によって、理解されるであろう。

本発明の利点および特徴を得る方法のために、上に要約した本発明の、より詳細な説明が、添付の図面を参照してなされるであろう。これらの図面は、単に、本発明の選択された実施形態を提供するだけであって、したがって、範囲の限定とみなされるべきではないことを理解した上で、本発明を、添付の図面の使用を通じた追加的な特異性および詳細と共に記載し、かつ説明する。

以下、本発明の好適な実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。これらの図において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似した要素を示す。本発明は、図面において概ね説明され、示されているように、多様な構成を有することができる。したがって、以下の本発明のシステムおよび方法の実施形態のより詳細な説明は、図面で表されるように、特許請求される本発明の範囲の限定を意図するものではなく、本発明の、現在において好適な実施形態を単に代表するものである。

概して、本発明の一態様は、単体の一体硬化複合構造を製造するためのプロセスである。複合構造は、複合構造の形状を、未硬化の複合材料から作製することによって製造される。ここで、複合材料の異なるセクションは、複合材料の隣接セクションに重ねられる。複合材料の複数の単体セクションを重ねることにより、複合材料の個別セクションが、単体の複合構造に一体硬化される。

未硬化の複合材料の形状は、様々な大きさと形で作製することが可能な複数の型によって定めることができる。未硬化の複合材料を、型およびその間に配置して、複合構造の様々な内部部材および複合構造の外部表面の部分を画成することができる。型は、膜により囲まれたフォームコアによって構成することができる。フォームコアは、様々な形に作製することができ、また、複合材料の硬化後に収縮するように構成することができる。これにより、硬化した複合構造から、型を容易に取り除くことができる。また、選択的な型に加圧を行い、複合材料を隣接する型や様々な形状表面に付勢することもできる。

ひとたび、複合材料が所望の形状で選択的な型およびその間に配置されると、複合材料および型を、枠内に設置することができる。枠は、複合構造の外部表面を画成する成形面を有してもよい。複合材料および型が枠内に配置された後、いくつかの型に加圧して、複合材料を、隣接する型および枠の成形面に付勢することができる。加圧可能な型は、複合材料を、成形面の形状および型の形状に合致させる。

型に加圧する間、複合材料は様々な温度で硬化される。選択的な温度で、型のフォームコアが実質的に収縮し、複合構造の内面から型を容易に取り除くことができる。硬化プロセスの後、枠が開かれ、型の残余物が取り除かれる。硬化した複合材料は、硬化プロセスの間に型および成形面により定められた形状を保つ。

ここまで、複合形成プロセスを大まかに述べたが、個別の工程および構成要素のより詳細な説明は、一般的な複合構造の組立の例によって、より適切に述べることができる。ここで図１を参照すると、複合構造の作製方法の実施形態の分解組立図が示されている。示された方法は、本方法を用いて作製することができる１つの一般的な複合構造の単なる例であり、例示目的として提供されているにすぎない。本方法によって、様々な特徴を有する複数の複合構造が作製できるものと理解されたい。

複合構造の製造方法では、複数の枠１１２，１１６および複数の型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを用いて、様々な複合構造を製造することができる。枠１１２，１１６および型１２０を使用することで、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を選択的に配置し、所望の形状に硬化させることができる。

硬化した複合構造の形状は、プロセスで用いられる枠１１２，１１６の形状および種類ならびに型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの形状および種類に従って定められる。プロセスで使用される枠１１２，１１６および型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄは、複合構造のデザインに依存して決められるため、図１は単に、１つの包括的な複合構造の組み立てに用いることができる工程および技術を示している。しかしながら、枠１１６，１１８および型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの形状ならびに図１に示された工程を変えることにより、このプロセスを用いて複数の他の複合構造を製造することができる。

包括的な複合構造の分解組立図を、図１に示す。複合構造の外面は、両側に開放端を有する長い矩形の箱となっている（組み立てられた箱は図示せず）。箱の内部は、箱を４つのほぼ同サイズの部屋に分割する縦壁１２８ａ，１２８ｂおよび横壁１３０ａ，１３０ｂにより構成される。横壁１３０ａ，１３０ｂは、ほぼ平らであり、縦壁１２８ａ，１２８ｂには、硬化した複合材料に形成される概ね正弦曲線形状の波形がつけられている。

複合構造の内部は、複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂの様々なセクションまたはシートを用いて作製することができる。複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂは、シートの２つの端を互いに向けて折り曲げることによって、Ｃ形のセクションにすることができる。しかしながら、Ｃ形セクションを使用するかどうかは、個別の複合構造に依存して決まる。複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂのＣ形セクションは、概ね幅広の壁部１３５ａ，１３５ｂと、取付可能なフランジ部１３６ａ，１３６ｂを有している。Ｃ形セクション１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂの壁部１３５ａ，１３５ｂは、表面または他の構造を、チャネルまたは支持部材などとして定めることを可能にする。

複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂのＣ形セクションのフランジ部１３６ａ，１３６ｂは、壁部１３５ａ，１３５ｂを他の隣接する構造に取り付ける位置を提供する。例えば、波形の縦壁を形成する複合材料１２８ａ，１２８ｂは、壁部１３５ａと、フランジ部１３６ａとを有する。壁部１３５ａは、波形の壁を形成し、フランジ部１３６ａは、その波形の壁を、複合構造の外部表面の複合材料１２４ａ，１２４ｂに取り付ける。

同様に、横壁複合材料１３０ａ，１３０ｂも、壁部１３５ｂおよびフランジ部１３６ｂ
を有するＣ形セクションとすることができる。壁部１３５ｂが横壁を画成し、フランジ部１３６ｂが、横壁の複合材料１３０ａ，１３０ｂを外部複合材料１２４ａ，１２４ｂに取り付ける。このように、壁部１３５ａ，１３５ｂとフランジ部１３６ａ，１３６ｂを有する複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂの一連のＣ形セクションによって、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２の複数のシートを互いに取り付け、一体硬化することができる。

更に、図１に示される複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂのシートのような複合材料の、２つのＣ形セクションを、互いに背中合わせに配置し、Ｉ型セクションすなわちＩ梁を形成することができる。Ｉ梁は、曲げおよびねじれに対して強度が高いため、様々な複合構造において望ましいものである。本方法は、Ｉ梁支持構造を、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２の２つのシートから、最小限の組立工程によって作製するという利点を有する。

Ｉ梁は、図１に示すように、複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂの２つのＣ形セクションを、背中合わせに配置して作製することができる。Ｃ形セクション１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂは、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄに巻き付ける前に、背中合わせに配置することができる。あるいは、Ｃ形セクション１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂを、型１２０ａ〜ｄに巻き付けた後に、対応する型１２０ａ，１２０ｂおよび１２０ｃ，１２０ｄを背中合わせの構成で配置することにより、背中合わせに配列してもよい。

例えば、波形の縦壁を画成する複合材料１２８ａ，１２８ｂのＣ形セクションを、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの波形の側部１３４に配置することができる。ここで、壁部１３５ａが、波形の側部１３４を実質的に覆う。フランジ部１３６ａ，１３６ｂを、次いで、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの平坦側１３３の上面と底面に折り曲げることができる。ひとたび複合材料１２８ａ，１２８ｂ，１３０ａ，１３０ｂのセクションが型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄに配置されると、型１２０ａ〜ｄの２つのセットを、図１の下側の２つの型１２０ｃ，１２０ｄで示すように、Ｃ形セクション１２８ａ，１２８ｂが背中合わせになるように配置することができる。

横壁を画成する複合材料１３０ａ，１３０ｂのＣ形セクションを、同様に互いに取り付けることができる。複合材料１３０ａ，１３０ｂの各シートは、型１２０ａ，１２０ｂおよび１２０ｃ，１２０ｄのセットの周りに巻き付けてもよい。複合材料１３０ａ，１３０ｂのシートを型１２０ａ，１２０ｂおよび１２０ｃ，１２０ｄのセットの周りに巻き付けることにより、複合材料１３０ａ，１３０ｂを、Ｉ型の複合材料１２８ａ，１２８ｂに容易に取り付けることができる。

ひとたび複合材料１３０ａ，１３０ｂのシートが型１２０ａ，１２０ｂおよび１２０ｃ，１２０ｄの周りに巻き付けられると、上側の型１２０ａ，１２０ｂを、下側の型１２０ｃ，１２０ｄの上に配置することができる。上側の型１２０ａ，１２０ｂを下側の型１２０ｃ，１２０ｄの上に配置することにより、一般的な複合構造の横壁を形成する複合材料１３０ａ，１３０ｂのＣ形セクションを背中合わせに配置して、Ｉ梁を形成する。

加えて、様々な複合材料キャップ１３２を用いて、複合材料１２８ａ，１２８ｂおよび１３０ａ，１３０ｂの２つのＣ形セクションの交点を強化してもよい。例えば、図１に示される複合材料キャップ１３２は、複合材料１２８ａ，１２８ｂおよび１３０ａ，１３０ｂの２つのＣ形セクションの交点上に配置される。複合材料キャップ１３２は、Ｃ形セクション１２８ａ，１２８ｂおよび１３０ａ，１３０ｂの取り付けを強化し、Ｉ型セクションを形成する複合シートの接合部に生じ得る隙間またはくぼみを塞ぐことができる。複合
材料キャップ１３２は、様々な他の交点位置に用いることができ、あるいは強度の増加を必要とする部分に用いることができる。

ひとたび型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄが共に配置されると、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを、枠１１２，１１６に配置することができる。一実施形態においては、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄは、下側の外部複合材料１２４ｂの上の下側の型１２０に配置される。上側の外部複合材料１２４ａおよび下側の外部複合材料１２４ｂは、一般的な複合構造の矩形の箱の外面を形成するように構成されている。複合構造の内面を形成する型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄおよび複合材料１２８，１３０，１３２が下側の外部複合材料１２４ｂに配置された後、上側の枠が下側の枠１１６に配置される。上側の枠１１２は、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄおよび複合材料１２８，１３０，１３２を覆う上側の外部複合材料１２４ａを有することができる。

最初に型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを組み立て、次に下側の枠１１６に配置することができる一方で、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄおよび複合材料１２８，１３０，１３２を、直接下側の枠１１６上に組み立ててもよい。個別の型を下側の枠１１６に配置することは、大きな複数の型部材を移動することよりも、組立が容易であろう。このように、下側の枠１１６は、組立台の役目も果たすことができる。

更に、外部複合材料１２４ａ，１２４ｂは、図１に示したもの以外に、いくつかの変形を有することもできる。例えば、外部複合材料１２４ａ，１２４ｂは、大きな単体の複合材料とすることができる。ひとたび型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄが下側の枠１１６に配置されると、単体の複合材料が、下側の枠１１６の上に配置され、次に、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの周りに巻き付けられる。

あるいは、外部複合材料１２４ａ，１２４ｂは、枠１１２，１１６の上に延びるセクションを持つこともできる。枠１１２，１１６の上に延びる複合材料のセクションは、対向する枠１１２，１１６の上に配置された外部複合材料１２４ａ，１２４ｂに重なってもよい。このような延長された複合材料のセクションは、複合材料の異なるセクション間の継ぎ目を固定するための重複部分を形成することができる。

他の変形においては、外部複合材料１２４ａ，１２４ｂは、複合材料の複数の小セクションによって構成することができる。複合材料の複数の小セクションを共に配置して、複合材料の概ね大きなシートを形成することができる。同様に、複合構造の内部部材として用いられる複合材料１２８，１３０，１３２も、複合材料の複数の小セクションにより構成することができる。

ひとたび複合材料１２４，１２８，１３０，１３２および型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄが枠１１２，１１６内に配置されると、選択的な型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄに加圧することができる。選択的な型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの加圧は、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を、隣接する型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄおよび枠１１２，１１６の成形面１３８，１４０に付勢する。選択的な型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの加圧と膨張によって、付勢力が形成される。膨張した型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄは、複合材料を種々の型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄおよび枠１１２，１１６に対して圧縮することによって、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を成形する。膨張した型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄは、また、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を、成形面１３８，１４０に対して圧迫し、複合材料を成形面１３８，１４０に合致させる。

一実施形態においては、加圧可能な型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを、約２０７ｋＰａから約４８３ｋＰａの間（約３０ｐｓｉから約７０ｐｓｉの間）の圧力で膨張させる。しかしながら、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ内の圧力は、使用される型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの種類および複合材料１２４，１２８，１３０，１３２の種類の関数である。一般的に、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ内での圧力がより高いと、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２が、共により強く圧迫され、複合材料内のエアポケットが除去される。したがって、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを約４８３ｋＰａ（７０ｐｓｉ）よりも著しく高い圧力で加圧することも、望ましいであろう。更に、特定のプロセスでは、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ内での最小の圧力、すなわち約２０７ｋＰａ（３０ｐｓｉ）未満の圧力のみを必要とする場合もある。

加えて、予め樹脂を含浸させた複合材料１２４，１２８，１３０，１３２の使用も望ましいであろう。予め含浸させた複合材料１２４，１２８，１３０，１３２は、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの周りおよび枠１１２，１１６内に配置した後に、追加の樹脂含浸プロセスを必要としないという利点を有する。予め含浸された複合材料は、また、粘着性を有するので、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を、型１２０および枠１１２，１１６に付着させる。このように、ひとたび複合材料１２４，１２８，１３０，１３２が型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの周りに巻き付けられ、枠１１２，１１６内に配置されると、これらを硬化させる準備が整う。

複合構造の作製には、数多くの樹脂が利用可能である。当業者は、複数のエポキシおよび硬化剤が使用できることを認識するであろう。使用できる樹脂材料の一部には、フェノール樹脂およびビスフェノール樹脂が含まれる。加えて、プロセスでは、様々な硬化時間および温度を用いることができる。いくつかの実施形態においては、硬化時間は、１時間から１０時間の間の範囲としてもよい。他のプロセスは、より長い、あるいはより短い硬化時間を有するであろう。また、硬化温度を変更してもよい。フェノール樹脂およびビスフェノール樹脂は、９３°Ｃ〜２０４°Ｃ（２００°Ｆ〜４００°Ｆ）の範囲の温度で硬化させることができる。再び、任意の数の温度範囲を用いることができる。

複合材料１２４，１２８，１３０，１３２は、様々な温度および異なる時間で硬化させることができる。複合材料１２４，１２８，１３０，１３２の硬化の温度と時間は、複合材料の種類と使用する樹脂の種類に依存する。しかしながら、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２は、しばしば複数の異なる温度設定および異なる期間で硬化される。ひとたび複合材料１２４，１２８，１３０，１３２が硬化すると、枠１１２，１１６を開いて複合構造を取り出すことができる。次いで、使用された型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの種類に応じて、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄまたは型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの残余物を取り除くことができる。

様々な種類の型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを、本プロセスに使用することができる。図２を参照すると、型の一種として、膜２１６で囲まれた発泡の心材であるフォームコア２１２からなる加圧可能な型２１０が挙げられる。フォームコア２１２は、型２１０に配置された複合材料の形状をコントロールする概ね剛構造を提供する。フォームコア２１２は、波形の壁のような所望の形状および外形に容易に成型または切削することができる。このように、型２１０を成形して、複合構造内の任意の数の部材を作製することができる。

フォームコア２１２は、また、硬化した複合構造から容易に除去できるという利点を提
供する。例えば、フォームコア２１２の一種は、第１温度では安定したままで、第２温度で収縮することができる。このようなフォームコア２１２は、材料が硬化する間は複合材料の形状を画成し、次いで、ひとたび複合材料が硬化すると収縮して、型２１０の除去を可能にする。

フォームコア２１２は、シリコンまたは他の類似の材料などの、任意の数の弾性材料からなる膜２１６で覆うことができる。膜２１６は、フォームコア２１２を実質的に覆い、型２１０の加圧を可能にする。図２は、加圧可能な膜２１６を有する型２１０の一種の分解組立図を示している。

型２１０は、選択的な形および大きさのフォームコア２１２を提供することにより、作製することができる。図２で示されているフォームコア２１２は、実質的に細長い矩形である。しかしながら、フォームコア２１２は、個別の適用に応じた任意の数の形状とすることができる。例えば、波形の複合壁構造では、一方の側に波形のフォーム面を有するフォームコア２１２が用いられるであろう。

まず膜２１６を伸ばして開き、膜２１６をフォームコア２１２上に配置する。膜２１６を伸ばして開くために、膜２１６を、剛体のチャネル２２０内に配置し、膜２１６の両端を、剛体チャネル２２０の端の周りで引き伸ばす。吸引機２２４を膜２１６に取り付け、チャネル２２０の内面と膜２１６との間の空気を排気する。空気が排気されると、膜２１６が開き、フォームコア２１２を挿入できるようになる。ひとたびフォームコア２１２が膜２１６に挿入されると、吸引機を取り外して、膜２１６の端を硬質チャネル２２０の端から引き抜くことができ、これにより、膜２１６が実質的にフォームコア２１２の周りを取り囲む。

膜２１６の端は、様々な方法で密閉することができる。例えば、型２１０では、図２で示すように、真空プレート２２８およびタイ（tie ）プレート２３２を用いて、フォームコア２１２の周りで膜２１６を密封することができる。真空プレート２２８は、膜２１６をフォームコア２１２上に配置する前に、フォームコア２１２の端に対向して配置することができる。膜２１６をフォームコア２１２の周りに配置すると、真空プレート２２８が、膜２１６とフォームコア２１２の端の間に配置される。

次いで、タイプレート２３２を真空プレート２２８に取り付け、膜２１６をプレート２２８，２３２の間に挟ませることができる。プレート２２８，２３２が共に締め付けられると、膜２１６の端が密封される。膜２１６の周りの密封により、型２１０は、加圧可能かつ部分的に膨張可能となる。

しかしながら、膜２１６の端を密閉する他の方法も可能である。例えば、膜２１６に類似した弾性材料を、フォームコア２１２の端上に配置して、膜２１６を密閉することもできる。あるいは、膜２１６は、袋のように、一方の端のみを開放させ、一方の端のみを密封するようにしてもよい。膜２１６を密封する他のシステムも可能であり、これらは当業者に周知であろう。

膜２１６は、型２１０のためのいくつかの機能を提供する。膜２１６の一機能は、型２１０の加圧を可能にすることである。膜２１６は、圧力源２３６から注入される空気またはガスを受ける。空気またはガスは、インレットパイプ２４０または他の類似の注入機構を通して膜２１６に入る。インレットパイプ２４０により、概ね高圧の空気がフォームコア２１２に入り、次いで、空気はフォームコア２１２を通過して、膜２１６に加圧する。

加えて、型２１０には、膜２１６を膨張させるための様々な方法を組み込むことができ
る。例えば、ガス発生体を、フォームコア２１２の中に配置することができる。フォームコア２１２が加熱されると、ガス発生体が反応し、膨張ガスを供給する。このような構成により、型２１０から突出するインレットパイプ２４０または他の物体を必要とせずに、型２１０に加圧することが可能となる。

膜２１６内の圧力は、膜２１６の弾性特性に応じて、型２１０を膨張させることができる。膜２１６の膨張により、加圧可能な型２１０は、隣接する複合材料に、外向きの付勢力を加えることができる。外向きの付勢力は、複合材料を、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，２１０および枠１１２，１１６により定められる形状に合致させる。

加圧可能な型２１０は、また、複合材料の異なる層の間に存在する空間の数を減少させる。一般に複合構造は、複合材料の複数の層により作られている。多層の複合材料においては、一般的に、複合材料内の空間またはエアポケットの数を最小にすることが好ましい。これを達成するために、加圧可能な型２１０は、複合材料の多重層に力を加え、層を共に圧迫する。複合材料の層が共に圧迫され、エアポケットが押し出され、空間が埋められる。

型を膨張または加圧するために必要な圧力は、膜２１６の材料および複合材料の厚さに応じて変化する。より厚い複合材料およびより硬い膜２１６は、複合材料を所望の形状となるようにし、かつ、硬化の間に材料をこの形状に保つために、より高い圧力を必要とする。

しかしながら、本方法は、加圧可能でない型（図示せず）を組み入れることもできる。加圧可能でない型は、加圧可能な型と同様の方法で作製することが可能である。加圧可能でない型は、膜２１６に囲まれたフォームコア２１２を含むことができる。しかしながら、この型は、膜内への加圧ガスの注入を受けない。

加圧可能でない型を、加圧可能な型２１０と共に用いて、未硬化の複合材料を成形することが可能である。先に述べたように、複合材料は、２つの加圧可能な型２１０の間で、複合材料を所望の形に圧縮することにより成形される。しかしながら、同様の成形機能は、加圧可能でない型に対して付勢することで複合材料に圧縮力を加える、１つの加圧可能な型２１０によって達成することも可能である。加圧可能な型２１０は、複合材料を加圧可能でない型に付勢することで、複合材料を成形することができる。こうして、型２１０を圧縮するためのシステムを必要とする型２１０の数を減らすことができる。

膜２１６の他の機能は、複合材料とフォームコア２１２の間に隔壁を提供することである。硬化の間、フォームコア２１２の一部が、硬化した複合材料の樹脂に埋め込まれ、空間や好ましくない汚染を生じるおそれがある。しかしながら、膜２１６の使用により、樹脂がフォームコア２１２に直に接触することを防ぐ。こうして、複合材料にフォームコア２１２の残留物が埋め込まれて残ることなく、フォームコア２１２を複合構造から完全に除去することができる。

膜２１６の他の機能は、組み立ての間に、フォームコア２１２を損傷から保護することである。フォームは、端に損傷を受けやすく、他の物体との最小の接触によっても表面に不要な形の凹みがつきやすい。フォームコア２１２を膜２１６で覆うことによって、フォームコア２１２の形状の完全性を保つことができる。フォームコア２１２を保護するために、膜２１６は、局部への小さな力を広い面積に分配するのに十分な厚さを有し、これにより局部への小さな力がフォームコア２１２に損傷を与える可能性を制限する。

加圧可能な型は、また、型２１０の大きさについて、ある程度の許容度を有する。複合
材料を巻き付けまたは編み込んだ多重層は、様々な厚さの部分を有する複合材料を生じさせる場合があり、結果として許容度が概ね低くなる。同様に、フォームコア２１２および周囲の膜２１６もまた、特に複雑な形状において、低い許容度を有する。低い許容度を補うために、加圧可能な型２１０が膨張し、隣接する型２１０および枠１１２，１１６の間の空きスペースを埋める。

加圧可能な型２１０の大きさおよび形状は、複合構造と複合構造の内部部材の種類に依存する。例えば、加圧可能な型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄは、図１に示すように、それぞれ、複合材料１２８ａ，１２８ｂを硬化した波形の壁に成形する波形の側面を有する。一般的に、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，２１０は、任意の数の多角または曲線形状を有することができる。更に、型１２０の形状は、枠１１２，１１６の形状に一致していてもよい。枠１１２，１１６の形状に一致する形状の型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを選択することによって、薄い外部表面を作製することができる。

加えて、フォームコア２１２を持たない他の型２１０を、製造プロセスで用いてもよい。例えば、型２１０は、コアを持たない膨張式の空気袋とすることもできる。空気袋は、膨張の間に硬直する、概ね厚い非弾性の材料でできたものとすることができる。空気袋は、型２１０または様々な成形面１３８，１４０に対する付勢力を複合材料に与える任意の数の形状とすることができる。あるいは、型２１０は、金属チャネルのような、膨張しない概ね剛構造とすることもできる。

型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄと同様に、本方法は、種々の複合構造を作製するための様々な枠１１２，１１６を組み入れることができる。例えば、成形面１３８，１４０を持つ概ね剛構造を有する枠１１２，１１６を用いることができる。図１の枠１１２，１１６は、矩形のチャネルを画成する３つの概ね平らな面からなる成形面１３８，１４０を有する。成形面１３８，１４０は、複合構造の外部表面を画成するように構成されている。複合構造の外部表面は、複合材料を硬化させる間に、複合材料１２４を成形面１３８，１４０に付勢することにより定められる。

成形面１３８，１４０は、複合構造のデザインに応じた任意の数の形状とすることができる。例えば、成形面１３８，１４０は、同様に成形された複合構造の外部表面を画成する様々な曲線または丸型の形状とすることができる。あるいは、成形面１３８，１４０は、直線または丸型の形状の組み合わせを含むこともできる。様々なチャネル、突起、マウント、または任意の数の正または負の形状を、成形面１３８，１４０により作製することができる。

更に、成形面１３８，１４０の表面仕上剤は、硬化中に複合材料１２４に塗布されるような表面仕上剤を選択することができる。成形面１３８，１４０の表面仕上剤は、複合材料を成形面１３８，１４０に対して付勢する際に、複合材料１２４に塗布される。複合材料１２４が成形面１３８，１４０に対して付勢される際に、複合材料１２４の繊維が、成形面１３８，１４０に実質的に合致する。加えて、複合材料１２４内の樹脂が、成形面１３８，１４０に対して押しつけられると、樹脂は成形面１３８，１４０に抗して流れ、成形面の表面仕上剤が、硬化した複合材料に移される。

成形面１３８，１４０の表面仕上剤を硬化した複合材料１２４に移す能力により、様々な硬化後のプロセスを不要にすることができる。例えば、複合の機体または翼を製造する場合は、飛行機への空気抵抗を少なくするために、表面を実質的に平滑に仕上ることが望ましいであろう。実質的に平滑な成形面１３８，１４０を有する枠１１２，１１６を用いることにより、塗料または密封剤の多重層の塗布を不用にすることができる。あるいは、
成形面１３８，１４０は、接着取り付けのための部分を作るために、実質的に荒い表面仕上げにすることもできる。

成形面１３８，１４０は、硬化させる複合および非複合物体を複合材料１２４に配置するための様々な凹部（図示せず）を含むこともできる。物体を凹部に配置し、未硬化の複合材料１２４を物体の上に置く事ができる。複合材料１２４が硬化すると、物体が複合構造に一体硬化される。

枠１１２，１１６は、非構造的な成形面１３８，１４０を支持するための概ね剛構造を含むことができる。剛構造支持部を設けて、加圧可能な型２１０ａ〜ｄが膨張する間に、成形面１３８，１４０のゆがみと移動を防ぐことができる。枠１１２，１１６の支持構造１４４は、多くの実施形態を含むことができる。例えば、支持構造１４４は、図１に示すように、ゆがみを防ぐための、成形面１３８，１４０を囲むさまざまな中空の梁部材を含むことができる。あるいは、支持構造１４４は、ゆがみに抵抗する実質的に厚い成形面１３８，１４０としてもよい。一般的に、枠１１２，１１６の構造は、成形面１３８，１４０を支持する任意の構造とすることができる。

枠１１２，１１６は、金属、複合材料、プラスチック等の任意の適切な硬質材料でできたものとすることができる。しかしながら、材料は、輸送および移動を容易にするために、軽量であることが好ましい。枠１１２，１１６は、上枠１１２が下枠１１６に向けて旋回し、枠１１２，１１６を閉じるように、旋回可能に取りつけてもよい。

枠１１２，１１６は、枠１１２，１１６を密閉する端板（図示せず）を含むこともできる。端板は、硬化中に複合材料の形状を画成する成形面を含むこともできる。端板は、単に、枠１１２，１１６の側面にボルト付けまたは固定された金属板で構成することができる。端板は、インレットパイプ２４０または他の類似の膨張機構を受けるためのさまざまな開口を含んでもよい。

更に、任意の数の枠１１２，１１６を、本システムに組み入れることもできる。３つ以上の枠１１２，１１６を用いて、複合構造の表面を画成することができる。しかしながら、複数の枠１１２，１１６は、複雑な取り付けシステムを必要とし、組立時間を長くすることがある。

更に他の実施形態においては、２つの枠１１２，１１６を共に結合させて、単一の密閉枠１１２，１１６を作製することができる。密閉枠１１２，１１６は、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２および型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの受け入れを可能にするための開口を有することができる。複合材料１２４，１２８，１３０，１３２は、型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの周りに巻き付けられ、次いで枠１１２，１１６の開口に挿入される。型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを、次に加圧して、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を枠１１２，１１６の成形面１３８，１４０に付勢し、複合材料１２４，１２８，１３０，１３２を硬化させる。

さらなる変形においては、方法は、枠の外面に成形面を含むことができる。ここで図３を参照すると、外部成形面２５６を有する枠２５２を組み込むための組立プロセスの側面図が示されている。図３に示される枠２５２は、実質的に方形であり、４つの外部成形面２５６を有する。しかしながら、枠２５２と成形面２５６は、さまざまな形状にすることもできる。外部成形面２５６により、複合構造の内面形状を画成することができる。複合材料２６０が、成形面２５６および枠２５２の周りに巻き付けられ、成形面２５６に接触した複合材料２６０が、複合構造の内面の形状を画成する。

加圧可能な型２６４が、次に、複合材料２６０および枠２５２の周りに配置され、複合材料２６０に付勢力を加えて、複合構造を形成させる。型２６４は、型２６４の空気注入口２６８を通して加圧することができる。型２６４が加圧されると、複合材料２６０が成形面２５６に付勢される。

組立プロセスは、外部枠２７２を必要とする場合もあり、これに型２６４が反応して、複合材料２６０に付勢力を加えることができる。外部枠２７２は、外部枠２７２への反応力を、複合材料２６０への圧縮力に移すことができる。外部枠２７２がない場合、型２６４が、複合材料２６０に付勢力を加えずに、複合材料２６０から離れて膨張する場合がある。このような方法によって、複合構造の内部表面を画成することができる。

本方法は、複合材料を、成形面１３８，１４０および型１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄに均一に付着させるための工程を含むこともできる。ここで図４を参照すると、複合材料３１０を成形面３１２に均一に付着させるための工程の分解組立図が示されている。

まず、複合材料３１０を、枠３１６の成形面３１２の上に配置する。複合材料３１０は、概して大きな複合材料３１０のシートとしてもよいし、あるいは、より小さな複数の複合材料３１０のシートでできたものとしてもよい。ひとたび複合材料３１０が成形面３１２に配置されると、剥離層３２０が、複合材料３１０の上に配置される。剥離層３２０は、硬化および未硬化状態のいずれにおいても複合材料３１０に容易に付着しない薄いプラスチック材料とすることができる。剥離層３２０は、複合材料３１０と他の使用材料の間に隔壁を提供する。

次に、通気層３２４が、剥離層３２０の上に配置される。通気層３２４は、通気層３２４に空気を通す複数の穴３２８を有するプラスチック材料とすることができる。次に、力分配層３３２が、通気層３２４の上に配置される。力分配層３３２は、圧縮力を複合材料３１０全体に広く分配する概ね厚いフェルト様の材料とすることができる。力分配層３３２も、通気性であることが好ましい。

最後に、真空層３３６が、力分配層３３２の上に配置される。真空層３３６は、少なくとも１つの真空ポート３４０を有することができる。真空層３３６は、先に配置された層３１０，３２０，３２４，３３２を実質的に覆い、それらを密封する。ひとたび真空層３３６が密封されると、真空層３３６の下の空気が、真空ポート３４０を通じて排気される。空気は、複合材料３１０、剥離層３２０の周りから、通気層３２４および力分配層３３２の両方を通じて放出される。

空気が排気されるにつれ、大気圧が複合材料３１０に加えられる。大気圧の力が、複合材料を枠３１６の成形面３１２に付勢し、複合材料３１０と成形面３１２の間のエアポケットを除去して、粘着を高める。ひとたび複合材料３１０が成形面３１２に均一に付着すると、真空層３３６、力分配層３３２、通気層３２４、および剥離層３２０が取り除かれる。

同様のプロセスを用いて、複合材料を型２１０に加えることができる。しかしながら、プロセスでは、２つの個別の剥離層３２０を用いることができる。最初に、膜２１６が、第１剥離層３２０に巻き付けられる。次に、複合材料３１０のシートが、型２１０および剥離層３２０の周りに巻き付けられる。第２剥離層３２０が、次いで複合材料３１０の周りに巻き付けられる。次に、通気層３２４、力分配層３３２、および真空層３３６が、型２１０の周りに巻き付けられる。真空層３３６内の空気が排気され、複合材料３１０が型２１０に対して圧迫される。最後に、真空層３３６、力配分層３３２、通気層３２４、お
よび第２剥離層３２０が、型２１０から取り除かれる。

上述の方法は、複合材料の複数のセクションを互いに一体硬化する安価で効果的な手順を提供する。一体硬化により、複数の独立した複合セクションを、留め具および接着剤の必要なしに取り付けることができる。留め具および接着剤の必要性をなくすことにより、組立時間を短縮し、時間のかかる取り付け位置の検査を減少させる。

大きな複合構造を一体硬化することにより利益を得る分野の１つは、航空学および航空宇宙の分野である。航空学および航空宇宙での適用は、多くの適用において軽量／高強度の材料に頼っており、複合材料は望ましい選択肢である。また、先の航空学および航空宇宙での適用において必要とされる留め具の大部分を不要にする能力は、強度を増加させ、コストを減少させる。このように、単体の一体硬化複合航空宇宙および航空構造は、望ましいものである。

ここで図５を参照すると、単体の一体硬化機体４１０を、上述の方法を用いて製造することができる。単体の一体硬化機体４１０は、軽量の複合材料を最小の組立時間および最小の留め具で組み込むことができるという利点を有する。

単体の一体硬化機体４１０は、機体シェル４１２と、複数の補強材４１６とを有することができる。機体シェル４１２は、いくつかの複合材料の層により構成することができる。複合材料の層の厚さおよび数は、機体４１０全体にわたって異なっていてもよい。例えば、エンジンマウントの近くのように、硬度および強度の増加を必要とする部分は、より低い硬度および強度を必要とする部分よりも多くの複合材料の層を有してもよい。

複数の補強材４１６を、機体シェル４１２の内面に沿って配置することができる。補強材４１６は、機体シェル４１２の内面に一体硬化された複合材料としてもよい。補強材４１６は、機体４１２の内部表面上に持ち上げられた複合材料のセクションとしてもよい。補強材４１６の断面形状は、適用に応じて様々である。例えば、補強材４１６は、ほぼアーチ型の断面を有してもよい。他の補強材４１６は、方形または三角形の断面を有してもよい。更に他の補強材４１６は、断面または様々な平坦なセクションの変更を組み入れてもよく、機体４１０のための様々な内部構造の取り付けを可能にする。また、補強材４１６は、鋭い角への応力集中を防ぐために、概して丸型の断面形状を有することが望ましい。

補強材４１６は、また、機体シェル４１２の内面において、様々な配向が可能である。図５に示される補強材４１６は、等グリッド配向である。等グリッド補強材４１６は、機体４１０の水平軸４２０に関係する様々な配向を有し、機体４１０において、補強材４１６は、対向および交差方向に配向されている。他の補強材４１６の構成は、直交グリッド構成およびフープ・グリッド構成を含むことができる。直交グリッド構成は、実質的に直交する相対配向に配向された補強材４１６の複数のセットを有してもよい。フープ・グリッド構成は、機体４１０の長さに沿って配置された輪状の補強材を有することができる。しかしながら、任意の数の配向の補強材４１６を、本機体４１０に組み込むことができる。

更に、補強材４１６を、機体４１０内の様々な開口の周りに組み込んで、補強および取り付け機能を提供することができる。例えば、図５に示されるように、補強材４１６は、機体４１０の窓４２４の外周の周りおよびドア４２８の外周の周りに配置することができる。補強材４１６は、窓４２４およびドア４２８の開口により弱くなった部分に、強度および硬度を増加させた位置を提供する。

補強材４１６を用いて、機体４１０に配置されたドア４２８または窓４２４のマウント位置を作製することもできる。補強材４１６は、留め具の取り付けを可能にしたり、あるいは様々なマウントを複合材料に形成したりするための厚くなった部分を含むことができる。

補強材４１６は、また、様々な断面特性を有することができる。例えば、補強材４１６の一種は、複合外部表面を有する実質的な中空としてもよい。他の複合補強材４１６は、実質的に個体および均一の複合材料断面を有してもよい。更に他の補強材４１６においては、補強材４１６は、補強材４１６の外面を形成する複合材料とは異なるコア材料を有してもよい。コア材料としては、フォーム、チューブ、金属または他の材料が挙げられる。

機体シェル４１２および補強材４１６は、上述のプロセスによって、単体の一体硬化機体４１０に製造することができる。ここで図６を参照すると、単体の一体硬化機体４１０の組立プロセスが示されている。プロセスは、複合材料により覆われ、かつ枠５２０に配置された複数の当てシート５１６により囲まれた型５１２によって達成することができる。

型５１２は、上述の型に類似してもよい。型５１２は、加圧可能な膜により囲まれた、硬化中に縮むフォームコアを有してもよい。加えて、型５１２は、大型の型５１２を構造的に支持する剛体の内部枠（図示せず）を有することができる。枠は、また、串型の支持棒を含むことができる。内部枠および棒は、機体シェルが型５１２に巻き付けられている場合に、型５１２の移動を可能にし、かつ、型５１２を回転させる能力をもたらす。しかしながら、内部枠は、硬化した機体から内部枠を取り外せるような大きさにする必要がある。

型５１２は、複数の当てシート５１６により囲むことができる。当てシート５１６は、型５１２を囲む半剛性のシェルセクションとすることができる。当てシート５１６は、複合材料を、所望の形状に成形するように構成されている。当てシート５１６の外部表面５２４は、硬化中に複合材料の形状を維持するための様々な形状および凹部を有することができる。例えば、機体用の当てシート５１６の形状は、機体の窓およびドアを収容する様々な開口を有する。

当てシート５１６は、複数の小セクションに分割することができる。当てシート５１６は、複合構造の成形においていくつかの機能を提供することができる。当てシート５１６の複数の小セクションの１つの機能は、型５１２に加圧した際に、個別の当てシート５１６を別々に外側へ膨張させる能力である。各々の小当てシート５１６は、型５１２から外側へ個別に付勢することもでき、これにより複数の剛体の部材の膨張が可能となる。外側へ付勢する当てシート５１６は、個別の当てシート５１６の外形に従って、複合材料を成形面に対して成形する。

当てシート５１６の小セクションの他の機能は、機体の内面からの当てシート５１６の除去を可能にすることである。一般的に、当てシート５１６の大きさは、製造される機体または他の構造における最大の開口よりも小さい必要がある。しかしながら、破壊可能な当てシート５１６を用いることもでき、この当てシート５１６は、概ね大きいが、複合材料の硬化後に破壊して取り除くことができる。

当てシート５１６は、機体以外の他の複合製造プロセスにおいて使用することもできる。例えば、図２に示されている加圧可能な型２１０を、当てシート（図示せず）で囲んでもよい。当てシートにより、複合構造の内面形状を画成することができる。これは、図１に示される、複合構造の外面形状を画成する成形面１３８，１４０とは異なる機能である
。このように、複合構造の内面形状と外面形状の両方を、成形面１３８，１４０および当てシート５１６を使用して定めることができる。

図６を再び参照すると、当てシート５１６を、型５１２に配置し、実質的に型５１２を囲んで、機体の内面形状を画成することができる。他の構成においては、型５１２の部分のみが、当てシート５１６で覆われる。正確な成形を必要としない機体の内面の部分では、当てシート５１６を組み込まなくてもよい。

当てシート５１６は、いくつかの方法で型５１２に取り付けることができる。当てシート５１６は、接着剤を用いて型５１２に接着してもよい。接着剤によって、当てシート５１６が型５１２を取り囲む状態まで、当てシート５１６を型の上に組み立てることができる。代わりの実施形態においては、個別の当てシート５１６を、１つずつ互いに取り付けて、型５１２を囲むこともできる。しかしながら、取り付けは、加圧可能な型５１２による当てシート５１６の湾曲を許容する必要がある。更に他の実施形態においては、当てシート５１６を、剥離材料の薄膜で囲むこともできる。剥離材料は、複合材料が当てシート５１６に付着することを防ぎ、当てシート５１６を共に保持する。

ひとたび当てシート５１６が型５１２に配置されると、複合材料を、組立済みの当てシート５１６に配置することができる。補強材を組み込む機体においては、複合補強材料を、当てシート５１６に配置してもよい。図６に示した当てシートは、当てシート５１６に存在する一連のチャネル５２８によって補強材を受けるように構成されている。チャネル５２８は、機体シェル内ならびに窓およびドアの周りにおいて、補強材の形状と方向を定義する。

ここで図７を参照すると、当てシート５１６上に補強材を作製するプロセスが示されている。補強材は、まず複合材料の細片５３２を、補強材チャネル５２８に沿って配置することにより作製することができる。複合材料の細片５３２は、機体の内面から見える補強材の外面を形成するように構成されている。複合材料の細片５３２は、複合材料の細片５３２の側部がチャネルの外に伸びるように、チャネル５２８に配置することができる。

次に、チューブ５３６または他の所望のコア材料に、コア複合材料５４０を巻き付けることができる。コア複合材料５４０は、コア複合材料５４０をチューブ５３６または他のコア材料の周りに巻き付けた点を除いて、複合材料の細片５３２に類似したものでよい。チューブ５３６は、硬化の間にコア複合材料５４０の位置を保つ機能を提供し、補強材用に中空のコアを作り出す。チューブ５３６は、硬化中に補強材の形状を保つために、加圧可能とすることができる。

ひとたびコア複合材料５４０がチューブ５３６の周りに巻き付けられると、コア複合材料５４０およびチューブ５３６は、チャネル５２８に配置される。補強材は、複数の短いセクションで提供することができ、あるいは、補強材は、実質的に長いチャネル５２８内に配置された同じ大きさのコア複合材料５４０により囲まれた概ね長いチューブ５３６としてもよい。チャネル５２８は、型５１２の周囲に巻き付けられた組立済みの当てシート５１６における、螺旋形の開口などの、連続した開口であってもよい。もちろん、異なる形状の補強材に、直交グリッドやフープ・グリッドなどの他の形状のチャネル５２８を用いることもできる。

補強材が当てシート５１６に形成された後、機体シェル複合材料を、当てシート５１６および型５１２に配置することができる。一実施形態においては、機体シェル複合材料は、当てシート５１６に直接巻き付けることもできる。型５１２をフィラメント巻線機に据え付けて、繊維を直接当てシート５１６に巻きつけることもできる。このように、機体シ
ェルは、繊維の連続するセクションとしてもよい。フィラメント巻線機は、大きな型への樹脂の含浸を避けるために、予め含浸させた繊維を当てシート５１６に巻き付けるように構成してもよい。

あるいは、概ね大型の複合材料のシートを、当てシート５１６に配置して、機体シェルを形成することもでききる。１つの構成においては、複合材料のシートを、機体シェルが形成されるまで当てシート５１６に直接配置することができる。窓およびドア位置における複合材料は、省略または硬化後に除去することができる。他の実施形態においては、複合材料のシートを、図１および図４に示したものと同様に、枠５２０の成形面５３０に配置することもできる。

ひとたび機体シェル複合材料が当てシート５１６に配置されると、型５１２および当てシート５１６が、枠５２０に配置される。枠５２０は、図１および図４に示した枠に類似したものでよく、枠５２０によって機体の外形が定められる。枠５２０が閉じられた後、型５１２に加圧して、補強材を機体シェルに付勢し、補強材を機体シェルに一体硬化させることができる。加えて、加圧可能な型５１２は、複合材料を、枠５２０および当てシート５１６の形状に合致させる。複合材料は、次いで、定められた形状に硬化する。ひとたび複合構造が硬化すると、型５１２および当てシート５１６の残余物を、気体から取り除くことができる。

図６は製造される機体の部分のみを示しているが、本プロセスを用いて、尾翼や翼などの、機体の追加部分を製造することもできる。更に、図５に示した機体は、図６に示したもの以外のプロセスによって製造してもよい。

本発明は、本明細書に広く記載され、特許請求されるその構造、方法、または他の基本的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施することも可能である。記載された実施形態は、全ての点において、限定でなく例示のみを目的としていると考慮されるべきである。本発明の範囲は、したがって、以上の説明ではなく、特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の意味および範囲内での全ての変更は、それらの範囲に包含されるものである。

開示されているプロセスに従って組み立てられる複合構造の分解組立図。 加圧可能な型の分解組立図。 複合構造の内部表面を画成するための組立プロセスの分解組立図。 複合材料を成形面に付着させるためのプロセスの分解組立図。 単体の一体硬化機体の断面図。 単体の一体硬化機体の形成に用いられる構成要素の分解組立図。 補強材組立プロセスの斜視図。

Claims (65)

1. 複合構造の製造方法であって、
   柔軟な膜と、前記柔軟な膜に囲まれたフォームコアとを有し、複合構造の内面形状を画成可能な当てシートが上に配置された該加圧可能な型を、複合材料のシートで実質的に囲むこと、
   前記加圧可能な型と、当てシートと、前記複合材料とを、少なくとも１つの成形面を有する枠に配置すること、
   前記加圧可能な型に加圧して、前記複合材料および当てシートを前記成形面に付勢すること、
   前記複合材料を硬化させること、から成る方法。
2. 前記フォームコアは、第１温度では構造的に安定しており、前記フォームコアは、第２温度で収縮する請求項１に記載の方法。
3. 前記当てシートは、前記複合材料の硬化後に取り除かれる請求項１に記載の方法。
4. 前記加圧可能な型は、剥離層で囲まれている請求項１に記載の方法。
5. 前記加圧可能な型は、複数の圧力で膨張される請求項１に記載の方法。
6. 前記複合材料は、複数の温度で硬化される請求項１に記載の方法。
7. 前記複合材料に、予め樹脂を含浸させてある請求項１に記載の方法。
8. 前記加圧可能な型と前記枠の前記少なくとも１つの成形面は、一致する形状を有する請求項１に記載の方法。
9. 前記枠は、少なくとも２つのセクションからなる請求項１に記載の方法。
10. 前記複合材料は、まず、前記枠の前記少なくとも１つの成形面に配置され、前記加圧可能
    な型は、次いで、前記複合材料に配置される請求項１に記載の方法。
11. 複数の加圧可能な型を更に備える請求項１に記載の方法。
12. 複合材料の複数のセクションが、前記複数の加圧可能な型の間に配置される請求項１１に記載の方法。
13. 複合構造の製造方法であって、
    膜で囲まれたフォームコアを有し、複合構造の内面形状を画成可能な当てシートが上に配置された加圧可能な複数の型を提供すること、
    少なくとも１つの成形面を有する枠を提供すること、
    前記複数の型の間に複合材料のセクションを配置すること、
    外部複合材料を、前記複数の型と前記枠の前記少なくとも１つの成形面の間に配置すること、
    前記複数の型と前記複合材料を、枠内に密閉すること、
    前記複合材料が前記複数の型の間にある間に、前記複数の型を選択的に加圧すること、および
    前記複合材料を硬化させること、および
    複合材料から前記複数の型を取り除くこと、から成る方法。
14. 前記複合材料のセクションおよび前記外部複合材料に、予め樹脂を含浸させてある請求項１３に記載の方法。
15. 前記複合材料を、前記成形面に配置する請求項１３に記載の方法。
16. 真空層を、前記複合材料の上に配置する請求項１５に記載の方法。
17. 前記真空層の下の空気を排気することにより、前記複合材料を、前記成形面に付勢する請求項１６に記載の方法。
18. 前記複合材料の選択的なセクションは、複合材料の選択的な隣接するセクションに部分的に重なる請求項１３に記載の方法。
19. 選択的な加圧可能な型は、フォームコアを有する請求項１３に記載の方法。
20. 前記選択的なフォームコアは、第１温度では構造的に安定しており、前記選択的なフォームコアは、第２温度で収縮する請求項１９に記載の方法。
21. 前記加圧可能な型は、膨張可能な空気袋である請求項１９に記載の方法。
22. 選択的なフォームコアは、膨張可能な膜で囲まれている請求項１９に記載の方法。
23. 選択的な加圧可能な型は、剥離層で囲まれている請求項１３に記載の方法。
24. 前記加圧可能な型は、複数の圧力で膨張される請求項１３に記載の方法。
25. 前記複合材料のセクションおよび前記外部複合材料は、複数の温度で硬化される請求項１３に記載の方法。
26. 前記少なくとも１つの複合材料のシートは、複合材料の複数の小セクションからなる請求
    項１３に記載の方法。
27. 前記複数の加圧可能な型と前記枠の前記少なくとも１つの成形面は、一致する形状を有する請求項１３に記載の方法。
28. 前記枠は、少なくとも２つのセクションからなる請求項１３に記載の方法。
29. 前記複合材料は、まず、前記枠の前記少なくとも１つの成形面に配置され、前記加圧可能な型は、次いで、前記複合材料に配置される請求項１３に記載の方法。
30. 前記選択的な型の間に複合材料のセクションを配置することは、前記選択的な型へ複合材料を巻き付けることから成る請求項１３に記載の方法。
31. 複合構造の製造方法であって、
    複合構造の内面形状を画成可能な当てシートが上に配置された少なくとも１つの加圧可能な型を提供すること、
    少なくとも１つの外部成形面を有する枠を提供すること、
    複合材料のセクションを、前記少なくとも１つの型と前記外部成形面の間に選択的に配置すること、
    前記少なくとも１つの型を、前記枠の外部表面の周りに配置すること、
    前記少なくとも１つの型に加圧すること、および
    前記複合材料を硬化させること、から成る方法。
32. 前記少なくとも１つの加圧可能な型のための反応面を提供する外部枠を更に備える請求項３１に記載の方法。
33. 少なくとも１つの加圧可能でない型を更に備える請求項３１に記載の方法。
34. 前記加圧可能な型は、膜に囲まれたフォームコアを有する請求項３３に記載の方法。
35. 第１温度では構造的に安定しており、第２温度で収縮するフォームコアと、
    前記フォームコアを実質的に囲む膜と、
    型に配置された、複合構造の内面形状を画成可能な当てシートとを備え、未硬化の複合材料の形状を画成するために加圧可能である加圧可能な該型。
36. 前記加圧可能な型に加圧するためのガス源を更に備える請求項３５に記載の加圧可能な型。
37. 前記ガス源は、前記フォームコアに配置された第１の端と、前記膜を通して伸びる第２の端とを有するパイプである請求項３５に記載の加圧可能な型。
38. 前記ガス源は、前記型内に配置されたガス発生体である請求項３６に記載の加圧可能な型。
39. 前記フォームコアの端と前記膜の間に配置され、前記フォームコアの周りで前記膜を密封するための２つの真空プレートを更に備える請求項３５に記載の加圧可能な型。
40. 前記真空プレートに取り付けられ、前記加圧可能な膜を密封する、２つのタイプレートをさらに備える請求項３９に記載の加圧可能な型。
41. 複合機体の製造プロセスであって、
    複数の補強材チャネルを有し、複合構造の内面形状を画成可能な当てシートに囲まれた機体型を提供すること、
    前記補強材チャネルに複合補強材料を配置すること、
    複合材料を、前記機体型の周りに巻き付けること、
    前記機体型を、少なくとも１つの成形面を有する枠内に実質的に密閉すること、および
    前記複合材料を硬化させること、から成るプロセス。
42. 前記機体型は、加圧可能である請求項４１に記載のプロセス。
43. 前記機体型は、硬化中に加圧される請求項４２に記載のプロセス。
44. 前記当てシートは、複数の実質的に剛体のセクションである請求項４１に記載のプロセス。
45. 前記当てシートは、半剛性の膜である請求項４１に記載のプロセス。
46. 剥離層が、前記型の周りに巻き付けられている請求項４１に記載のプロセス。
47. 前記型は、加圧可能な膜に実質的に囲まれたフォームコアである請求項４１に記載のプロセス。
48. 前記フォームコアは、第１温度では構造的に安定しており、前記選択的なフォームコアは、第２温度で収縮する請求項４７に記載のプロセス。
49. 更に、前記複合補強材料を、少なくとも１つの実質的に柔軟なチューブの周りに巻き付けることから成る、請求項４１に記載のプロセス。
50. 前記チューブは、加圧可能である請求項４９に記載のプロセス。
51. 前記補強材チャネルは、等グリッドパターンである請求項４１に記載のプロセス。
52. 前記補強材チャネルは、直交グリッドパターンである請求項４１に記載のプロセス。
53. 前記補強材チャネルは、フープ・グリッドパターンである請求項４１に記載のプロセス。
54. 前記複合材料は、前記型に巻き付けられる請求項４１に記載のプロセス。
55. 前記複合材料は、前記型の周りに巻き付けられる前に、前記枠の前記成形面に配置される請求項４２に記載のプロセス。
56. 複合機体を製造するプロセスであって、
    複数の補強材チャネルを有する、複合構造の内面形状を画成可能な複数の当てシートに囲まれた加圧可能な機体型を提供すること、
    前記補強材チャネルに複合補強材料を配置すること、
    複合材料を、前記加圧可能な機体型の周りに巻き付けること、
    前記機体型を、少なくとも１つの成形面を有する枠内に実質的に密封すること、
    前記加圧可能な機体型に加圧すること、および
    前記複合材料を一体硬化させること、から成るプロセス。
57. 前記当てシートは、複数の実質的に剛体のセクションである請求項５６に記載のプロセス。
58. 前記当てシートは、半剛性の膜である請求項５６に記載のプロセス。
59. 前記型は、加圧可能な膜に実質的に囲まれたフォームコアである請求項５６に記載のプロセス。
60. 前記フォームコアは、第１温度では構造的に安定しており、前記選択的なフォームコアは、第２温度で収縮する請求項５９に記載のプロセス。
61. 前記複合補強材料を、少なくとも１つの実質的に柔軟なチューブの周りに巻き付けることからさらに成る、請求項５６に記載のプロセス。
62. 前記チューブは、加圧可能である請求項６１に記載のプロセス。
63. 前記補強材チャネルは、等グリッドパターンである請求項５６に記載のプロセス。
64. 前記補強材チャネルは、直交グリッドパターンである請求項５６に記載のプロセス。
65. 前記補強材チャネルは、フープ・グリッドパターンである請求項５６に記載のプロセス。

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