JP4903870B2 - 航空宇宙産業において用いられる繊維複合部品を製造するための成形コア用の接続デバイス - Google Patents

Description

本発明は、航空宇宙産業において用いられる繊維複合部品を製造するための成形コア用の接続デバイスに関する。

本発明は所望する任意の繊維複合部品に適用することができる。しかしながら、下記においては、航空機の外郭構造（skin shell）等、二次元のストリンガで強化された（two-dimensional stringer-stiffend)炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＰ）部品に関して、本発明及びその課題をより詳細に説明する。

航空機の構造で発生する負荷に、追加重量を最低限として耐えるために、ＣＲＰストリンガでＣＲＰ外郭構造を強化する最新技術がある。この技術については、２つの種類のストリンガ、即ち、ＴストリンガとΩストリンガとの間で、本質的に区別されている。

Ｔストリンガの横断面は、基材とステム（stem）とから構成される。基材は、外郭構造に接続される面を形成する。Ｔストリンガで強化された外郭構造の用途は、航空機の構造において広範囲に及ぶ。

Ωストリンガは、縁のある帽子（hat）のような外形を有し、その端部が外郭構造に接続される。Ωストリンガは、硬化した状態で同様に硬化した外郭構造に接着によって取付けられてもよいし、ウエットインウエット（wet-in-wet）で外郭構造と同時に硬化されてもよい。作業の技術的側面においてより好都合であるため、後者が望まれる。しかしながら、Ωストリンガで強化された外郭構造をウエットインウエットで製造する場合、その製造過程において、寸法的に不安定な半製品状態で所望のΩ状の繊維製品を固定すると共に支持するために、支持コアまたは成形コアが必要とされる。Ωストリンガを有する外郭構造は、半製品状態の繊維製品にエポキシ樹脂などの母材を導入するための導入過程において、Ｔストリンガよりも優れた浸透を可能にするという利点を有する。導入過程は、例えばプリプレグ（prepreg）過程のような、繊維複合部品を製造するための他の公知の方法に比べて安価な場合がある。なぜならば、導入過程には、低コストの半製品状態の繊維製品を使用できるからである。

しかしながら、Ωストリンガの製造に関し以下のような問題がある。即ち、Ωストリンガの形成後にΩストリンガを取付け及び／または取外す際に、一方でΩストリンガを取付ける際にそれらの形状の保持を可能または容易にし、他方でΩストリンガを取外すことを可能または容易にする媒体を所定の支持コアまたは成形コアに作用させなければならない。このため、上記の成形コア等は、媒体供給源に適宜接続される。

英国特許出願公開第２２９２３３２号公報には、成形方法と、型に配置されたエラストマー成形バッグを備える装置とが記載されている。前記エラストマー成形バッグは、その注入口が通気管路の接続部や栓蓋（closer cap）に接続されると共に、バルブにも接続されている。前記型は真空路も有している。

米国特許４３８９３６７号公報には、成形部品の製造に用いられる成形コアを製造するための流体成形システムが記載されている。成形コアによって部品が製造される際には、成形コアはプラグと管路とによって真空源と接続される。

以上の背景技術に対し、本発明は、特に航空宇宙産業において用いられる繊維複合部品を製造するための成形コア用の接続デバイスを提供することを目的としてなされたものである。

本発明において、前記目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を有する接続デバイスによって達成される。

即ち、航空宇宙産業において用いられる繊維複合部品を製造するための成形コア用の接続デバイスであって、成形コアに媒体を適用するために成形コアの結合部を受止める基部と、成形コアの結合部を基部に固定すると共に封止するクランプ部と、基部及び成形コアの結合部に対してクランプ部を固定するロック機構とを備える接続デバイスが提供される。

このため、繊維複合部品の製造において、本発明は以下の利点を有する。即ち、本発明に係る接続デバイスによって、容易且つ迅速に媒体供給源に成形コアを接続することができるという利点である。本発明のさらなる利点として、結合部によって媒体供給源と成形コアとの間の標準化されたインターフェイスを形成できるため、部品の均一性を得ること及び部品の種類を削減することが可能である。

本発明の有利な改善点及び改良点は、従属請求項において見出すことができる。

好ましい実施形態においては、成形コアの結合部は、成形コアの一部または成形コアに対する遷移要素とされる。これにより、様々な種類の成形コアを接続できるため、接続デバイスの用途範囲が広がるという利点がある。基部は、結合部を受止めるための受止部を備えることが好ましく、該受止部は、結合部の内側断面形状に合致するような外側断面形状を有する構成とされる。

さらに好ましい実施形態においては、クランプ部は、基部上を移動可能に案内される。これにより、結合部の接続及び固定のための動作を簡易に実現できる。即ち、クランプ部は、ロック機構によって、第１の位置及び第２の位置に移動可能であり、第１の位置は、基部の受止部において受止められた結合部を解放するための位置であり、第２の位置は、基部及び結合部に対してクランプ部を固定するための位置である。これにより、接続デバイスを容易且つ迅速に取扱うことができる。

さらに好ましい実施形態においては、基部及び結合部に対して結合部を封止するために基部とクランプ部との間に少なくとも１つの封止部材が配置される。この封止部材により、固定操作において、簡易且つ迅速な封止が可能になる。

さらに好ましい実施形態においては、基部は、成形コアに媒体を適用するための少なくとも１つの挿通孔を有する。その結果、接続デバイスによって、媒体供給源への接続が簡易となる。

さらに好ましい実施形態においては、基部は、電源から成形コアの電気的なユニットに電気エネルギーを伝送するための少なくとも１つの接続構造を有する。これにより、接続デバイスの用途範囲は、例えば電気加熱部が内蔵された成形コアにまで広がる。

ロック機構は、クリップとレバーとを具備するクランプデバイスを有することが特に好ましい。これは、固定及び封止の操作が容易になるためである。

さらなる実施形態として、成形コア及び／またはその内部空間を機能させるための少なくとも１つのツールを案内すると共に固定するために、基部の挿通孔が形成される。該ツールは、接続デバイスの用途範囲が成形コアを取外すために機械的な操作を必要とする成形コアにまで広がることを可能にする。

図１は、成形コアを備えた繊維複合部品を概略的に示す斜視図である。 図２は、媒体を適用した際の本発明に係る接続デバイスの第１実施形態を概略的に示す断面図である。 図３は、クランプ部が第１の位置にある場合における、本発明に係る接続デバイスの第１実施形態を概略的に示す断面図である。 図４は、クランプ部が第１の位置にある場合における、図３に示す第１実施形態を概略的に示す側面図である。 図５は、クランプ部が第２の位置にある場合における、図３に示す第１実施形態を概略的に示す断面図である。 図６は、クランプ部が第２の位置にある場合における、図５に示す第１実施形態を概略的に示す側面図である。 図７は、クランプ部が第２の位置にある場合における、本発明に係る接続デバイスの第２実施形態を概略的に示す断面図である。 図８は、クランプ部が第２の位置にある場合における、本発明に係る接続デバイスの第３実施形態を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。全ての添付図面において、同一又は機能的に同一の要素には、注記がない限り同じ参照符号を付す。

図１は、成形コア１０を備える繊維複合部品２１を概略的に示す斜視図である。

この例においては、２つの成形コア１０が備えられているが、成形コア１０の数は２つに限定されない。成形コア１０の製造については詳述しないが、２つの成形コア１０は、それらの底面側が基板２０に置かれ、略台形の横断面を有するように配置されている。

繊維複合部品２１を形成するために、半製品状態の繊維製品が成形コア１０に載置される。半製品状態の繊維製品は、それらの中間部が成形コア１０の外面上に置かれ、それらの端部が飛行機の表面等の基板２０上に置かれる。その結果、この例においては、繊維複合部品２１の２つの成形部分が形成される。

繊維複合材料は、様々な製造方法により製造できる。ここでは、公知の真空導入方法を選択することが好ましい。しかしながら、プリプラグ方法も同様に使用することができる。

このため、本実施形態においては、真空導入方法により、母材として公知の合成樹脂等を半製品状態の繊維製品に導入している。

さらなる工程において、詳述しない硬化サイクルに従って、成形コア１０及び半製品状態の繊維製品が載置された基板２０が、オートクレーブ（autoclave）内で熱及び圧力によって硬化される。これにより、繊維複合部品２１が完成する。

各成形コア１０は、下記で詳述する閉部（closure）１２をそれらの後端部に備える。左側の成形コア１０の前端部において、内部空間１１に通じる台形の開口が示されている。右側の成形コア１０の前端部は、横断面円形の結合部２６を備える。繊維複合部品２１の製造の際、製造時における成形コア１０の寸法安定性を得るために、この種の成形コア１０には、媒体によってある所定の内圧が与えられる。繊維複合部品２１の製造後、即ち、繊維複合部品２１が硬化した後に、繊維複合部品２１から取外す際、成形コア１０には、真空などの種々の内圧が与えられる。これにより、成形コア１０の横断面は、成形コア１０の構造設計（詳述しない）に依存した量だけ収縮する。尚、横断面が縮小した成形コア１０は、製造された繊維複合部品２１から容易に取外すことができる。

成形コア１０に媒体を適用するための結合部２６は、図１の右側の成形コア１０のように、成形コア１０上に別々に成形されたものでもよいし、図１の左側に示すように、成形コア１０の一部であってもよい。

この目的のために、結合部２６は、図２に示すように、接続デバイス１と結合する。尚、図２は、第１実施形態を概略的に示す断面図である。図２には繊維複合部品２１が示されていない。

この例において、成形コア１０は、図１に示すような繊維複合部品２１を形成するための半製品状態の繊維製品によって占められる有用長さＬ２の有用部を有する。この有用部の両側には、製造されるべき繊維複合部品２１の外側に位置する遷移長さＬ１の遷移要素が続いている。右側において、成形コア１０の端部が閉部１２により封止（詳述しない）された状態で閉じられている。

成形コア１０の左側の部分に成形コア１０の結合部２６が示されている。この結合部２６は、基部２の受止部３２の位置において接続デバイス１に挿入される。受止部３２は、成形コア１０の結合部２６の内側断面形状に合致するような外側断面形状を有することが好ましい。

受止部３２の周囲に、基部２の外側の部分が延びている。この外側の部分は、基部２の長手方向において移動可能にクランプ部３を案内する。クランプ部３は、成形コア１０及び基部２の長手方向において、クランプ部３の外壁と平行に延びる押圧部３３によって、基部２の外側の部分の周囲と係合している。封止部材４は、基部２の受止部３２の領域に配置されている。封止部材４は、クランプ部３が所定の位置にあるときに、圧縮されて成形コア１０の結合部２６に対して基部２を封止する。この封止機能は、下記において詳述する。

クランプ部３は、成形コア１０に面する側面に、結合部２６を接続デバイス１に挿入し易くする第１の斜面１３を備える。

基部２は、左側の接続部８から基部２を通って受止部３２に延び、且つ、接続部８を成形コア１０の内部空間１１に接続させる挿通孔９を備える。接続部８は、圧力Ｐを供給する媒体供給源（図示しない）と接続されている。成形コア１０の内部空間１１は、挿通孔９を介して媒体供給源から圧力Ｐが与えられる。これにより、成形コア１０の有効長さＬ２が圧力Ｐに応じて増加する。有効長さＬ２は、例えば、繊維複合部品２１の目的とする内部寸法に応じて増加させてもよい。

圧力Ｐを取除いたとき、成形コア１０が所定量収縮することは容易に想像できる。この収縮量は成形コア１０自身の構造によっても依存する。負圧Ｐを受けているとき、このような収縮は助長され、より大きくなる。この場合、完成した繊維複合部品２１から成形コア１０を引き抜くことはより容易になる。

図２は、クランプ部３が第１の位置にある場合における本発明に係る接続デバイス１の第１実施形態を概略的に示す断面図である。この場合においては、接続デバイス１は基部２の受止部３２で成形コア１０の結合部２６を押し込む。成形コア１０に面する受止部３２の側面には、結合部２６を押し易くする第２の斜面１５が備えられている。

成形コア１０の結合部２６の前端部は、それによって、受止部３２の端部に位置する基部２の第１の肩部１６に当る。

受止部３２の中間領域において、封止部材４は次のように配置される。即ち、封止部材４の外面が、受止部３２を囲む基部２の外側の部分における第１の封止面１８を押圧するように配置されている。この場合、封止部材４は、接続デバイス１の長手方向において、第２の肩部１７に当接するように横たわっている。この第２の肩部１７は、第１の肩部１６から離れた位置に配置されている。クランプ部３が第１の位置にある場合、クランプ部３の押圧部３３が封止部材４に接触しない、または、封止部材４に面する端部１４がほんの僅かに封止部材４に接触するように、クランプ部３は成形コア１０の長手方向における右側に位置している。

図４（図３において断面が示される部分の側面図）に示すように、クランプ部３はロック機構５によって基部２に接続されている。

ロック機構５は、第１の枢着部２３において、クランプ部３の外壁に回転可能に取付けられると共に、第２の枢着部２４において、レバー２２の一端部によって基部２に回転可能に取付けられるクリップを備える。この構成の場合、レバー２２は、第３の枢着部２５において、ロック機構５のクリップの他端部によって回転可能に連結されている。図４の矢印は、レバー２２、または、ロック機構５（即ち、クリップ）に圧力が働いた際の第２の枢着部２４を中心としてレバー２２が回転したときの動作の方向を示している。この動作により、クランプ部３は、左側に移動し、第２の位置、即ち、固定位置において、ロック機構５によってしっかりと動かないように保持される。これは、図３と同様の断面を示す図５と、図４と同様の側面を示す図６とにおいて示される。

クランプ部３が基部２に対して移動して第２の位置に移動する際に、ロック機構５によって生成される力の向きが、図５に示される、クランプ部３の方向に沿った２つの矢印によって表されている。これにより、押圧部３３の端部１４が第２の肩部１７に封止部材４を押し付け、成形コア１０の結合部２６の第２の封止面１９と基部２の第１の封止面１８とに封止部材４が接してこれらの間を封止するように、封止部材４が圧縮される。これにより、基部２は、クランプ部３と成形コア１０の結合部２６とによって固定されると共に封止される。

固定位置におけるロック機構５の位置、即ち、第２の位置は、図６に示される。第２の枢着部２４を中心に反時計回り方向の力をレバー２２に働かせることにより、ロック機構５の位置をこの位置から容易に移動させることができる。

その結果、本発明に係る接続デバイス１は、成形コア１０の結合部２６によって迅速且つ容易に固定することが可能となる。

様々な種類の成形コア１０に適用できるため、図７と図８とを用いて、本発明に係る接続デバイス１の第２実施形態と第３実施形態を示す。

図７に示すように、接続デバイス１は、成形コア１０の結合部２６’の外側断面に丁度合致する内側断面を有する受止部３２を備える。この結合部２６’は、成形コア１０に対する遷移要素であり、例えば、円筒形の形状を有する。内部空間１１は、この例では、可撓管３４の空間である。可撓管３４は、結合部２６’を貫通するように配置され、その左端部には、接続デバイス１の基部２の受止部３２において結合部２６’を囲う囲み部３０が形成されている。囲み部３０は、固定位置において前述のように封止する状態で封止部材４が置かれている。可撓管３４の右端部は、閉部１２によって封止されるように閉じられている。結合部２６は、成形コア１０のその端部と反対の端部に配置されている。図７に示すように、この例においては、成形コア１０またはスリーブに対してシール２９によって貼り付けられ、真空導入を用いた製造方法に必要とされるアウタスリーブ２８の下に繊維複合部品２１が示されている。

図８は、本発明に係る接続デバイス１の第３実施形態を示す。第３実施形態の接続デバイス１は、真空導入法により繊維複合部品２１を製造する場合と類似した構成を有し、図７と同様に、結合部２６’は円筒形の遷移要素である。尚、しかしながら、成形コア１０を外側から囲む成形コア１０のコアスリーブ２７として公知のものが結合部２６’に被さり、封止部材４は、固定位置において、封止領域３１で封止するようにコアスリーブ２７に載っている。図８に示すように、基部２は、内側断面を有する受止部３２を備える。この実施形態は、とりわけ、硬化工程において負圧を受ける成形コア１０を対象としている。コアスリーブ２７の他端部は、閉部１２によって閉じられている。

本発明は上述の実施形態に限定されるものでない。

例えば、閉部１２の代わりに、さらなる接続デバイス１を用いることも考えられる。

また、媒体は、空気と異なる気体でもよい。

接続デバイス１は、圧力測定のための接続部（図示しない）をさらに備えてもよい。

図８に示される第３実施形態においては、成形コア１０の心材として機械的に取除かれるものが考えられる。成形コア１０の心材が機械的に取除かれる際に、この取除きに必要なツールのガイド(図示しない)を接続デバイス１が形成してもよい。

さらに、受止部の形状は、様々な態様に変更できる。

また、成形コア１０として、接続デバイス１を介して接続される電気加熱部を備えるものも考えられる。

１ 接続デバイス
２ 基部
３ クランプ部
４ 封止部材
５ ロック機構
６ 接続側
７ 受止側
８ 接続部
９ 挿通孔
１０ 成形コア
１１ 内部空間
１２ 閉部
１３ 第１の斜面
１４ 端部
１５ 第２の斜面
１６ 第１の肩部
１７ 第２の肩部
１８ 第１の封止面
１９ 第２の封止面
２０ 基板
２１ 繊維複合部品
２２ レバー
２３ 第１の枢着部
２４ 第２の枢着部
２５ 第３の枢着部
２６、２６’ 結合部
２７ コアスリーブ
２８ アウタスリーブ
２９ シール
３０ 囲い部
３１ 封止領域
３２ 受止部
３３ 押圧部
３４ 可撓管
Ｌ１ 遷移長さ
Ｌ２ 有効長さ
Ｐ 圧力

Claims (9)

1. 航空宇宙産業において用いられる繊維複合部品（２１）を製造するための成形コア（１０）用の接続デバイス（１）であって、
   前記成形コア（１０）に媒体を適用するために前記成形コア（１０）の結合部（２６、２６’）を受止める基部（２）と、
   前記成形コア（１０）の前記結合部（２６、２６’）を前記基部（２）に固定すると共に封止するクランプ部（３）と、
   前記基部（２）及び前記成形コア（１０）の前記結合部（２６、２６’）に対して前記クランプ部（３）を固定するロック機構（５）とを備え、
   前記ロック機構（５）は、クリップ及びレバー（２２）を具備するクランプデバイスを有することを特徴とする接続デバイス（１）。
2. 前記成形コア（１０）の前記結合部（２６、２６’）は、前記成形コア（１０）に対する遷移要素として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接続デバイス（１）。
3. 前記基部（２）は、前記結合部（２６、２６’）を受止めるための受止部（３２）を有し、
   該受止部（３２）は、前記結合部（２６、２６’）の内側断面形状に合致するような外側断面形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の接続デバイス（１）。
4. 前記クランプ部（３）は、前記基部（２）上を移動可能に案内されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の接続デバイス（１）。
5. 前記クランプ部（３）は、前記ロック機構（５）によって、第１の位置及び第２の位置に移動可能であり、
   前記第１の位置は、前記基部（２）の前記受止部（３２）において受止められた前記結合部（２６、２６’）を解放するための位置であり、
   前記第２の位置は、前記基部（２）及び前記結合部（２６、２６’）に対して前記クランプ部（３）を固定するための位置であることを特徴とする請求項４に記載の接続デバイス（１）。
6. 少なくとも１つの封止部材（４）が、前記基部（２）及び前記結合部（２６、２６’）に対して前記結合部（２６、２６’）を封止するために前記基部（２）と前記クランプ部（３）との間に配置されることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の接続デバイス（１）。
7. 前記基部（２）は、前記成形コア（１０）に媒体を適用するための少なくとも１つの挿通孔（９）を有することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の接続デバイス（１）。
8. 前記基部（２）は、電源から前記成形コア（１０）の電気的なユニットに電気エネルギーを伝送するための少なくとも１つの接続構造を有することを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の接続デバイス（１）。
9. 前記基部（２）の前記挿通孔（９）は、前記成形コア（１０）及び／またはその内部空間（１１）を機能させるための少なくとも１つのツールを案内すると共に固定するために形成されることを特徴とする請求項７または８に記載の接続デバイス（１）。

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