JP6530029B2 - 成形中にプライのスリッページを可能にする複合積層構造体を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は概して、複合積層構造体の製造に関し、さらに具体的には、成形工程中にプライのスリッページを可能にする平坦な複合プライスタックの外形を成形する方法に関するものである。

多数のプライ複合積層体を積み重ね、照合する時に、設計要件を満たすために所望のプライの位置及び／又はプライの方向を維持することが望ましい場合がある。熱硬化性樹脂を使用した強化積層体の場合、熱硬化性樹脂特有の粘着性により、プライの位置及び方向を維持するのは比較的簡単である。しかしながら、例えば強化熱可塑性樹脂等の他の種類の複合体には十分な熱硬化性の粘着性がない。したがって、照合、及び後続の成形及び圧密化工程の間、所望のプライの位置及び／又は方向を維持するために、熱可塑性樹脂のプライを互いに積み重ね、又は貼り合わせる必要がありうる。

貼り合わせたプライスタックを外形成形された断面部形状、例えばきつい半径状の角を有する断面部形状に成形する時に、問題が生じうる。プライタックの位置によっては、成形工程中に互いに相対的なプライのスリップ性能が低下するために、タックによる最終パーツにおけるプライの歪み、座屈、及び／又はしわ寄りが起こりうる。現在この問題は主に、タックの予備及び誤差配置によって解決する。しかしながら、予備及び誤差法には時間がかかり、材料のクズが増加し、プライの座屈、歪み及び／又はしわ寄りの除去においていつも効果的というわけではない。

したがって、平坦な複合プライスタックを外形成形された断面形状を有するパーツに成形する時に、プライのスリッページを可能にする、貼り合わせたプライを使用してプライのビルドアップを有する外形成形された複合積層体を製造する方法が必要である。プライの座屈、歪み、及び／又はしわ寄りを減らすプライのビルドアップを有する外形成形された熱可塑性積層体を製造する方法もまた必要である。

本発明の実施形態は、部分プライのビルドアップを有する平坦なプライスタックをきつい半径で成形することが要求される、例えば強化熱可塑性樹脂の積層体等の外形成形された断面形状を有する複合構造体を製造する方法を提供する。プライの位置及び方向を維持するのに使われるプライタックの位置及び厚さの結果、部分プライのビルドアップは、成形工程中にフルプライに対して自由にスリップする。フルプライは、プライスタックの中央領域でスタックの厚さ方向に互いに貼り合わされている。スタックが外形成形された断面形状及び／又はきつい半径周辺に成形される時にプライのスリッページを可能にするために、部分プライをスタックの周辺領域のフルプライのうちの個々のプライに貼り合わせる。

本発明の一実施形態によれば、実質的に平坦なプライスタックをアセンブルし、プライスタックを外形成形された断面形状に成形することを含む、外形成形された複合構造体を製造する方法が提供されている。プライスタックのアセンブルには、複数のフルプライを配置し、フルプライを互いに貼り合わせ、少なくとも一つの部分プライを配置し、少なくとも一つの部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせることが含まれる。フルプライの貼り合わせは、実質的にスタックのフルプライの全層を通してフルプライを貼り合わせることによって、プライスタックの中央領域で行われる。少なくとも一つの部分プライの貼り合わせは、プライスタックの周辺領域内で行われる。平坦なプライスタックのアセンブルには、複数の部分プライを配置し、各部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせることも含まれる。部分プライの配置には、フルプライの少なくとも一つのエッジに沿って部分プライをオフセットさせることを含むことができ、部分プライの貼り合わせには、部分プライとフルプライの間のタックをオフセットさせることが含まれる。

別の実施形態によれば、プライスタックを外形成形された断面形状に成形する時にプライのスリッページを可能にする平坦な複合プライスタックをアセンブルする方法が提供されている。この方法は、複数のフルプライを配置し、フルプライをプライスタックの中央領域で互いに貼り合わせ、部分プライを少なくとも特定のフルプライに差し込むことによってプライのビルドアップを成形し、各部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせることを含む。フルプライ及び部分プライはそれぞれ、繊維強化熱可塑性樹脂であってよい。

本発明のさらに別の実施形態によれば、断面に少なくとも一つの外形を有する複合積層ビームを製造する方法が提供されている。この方法は、フルプライと部分プライを差し込むことを含む、ウェブ部分とフランジ部分を有する実質的に平坦なプライスタックをアセンブルすることを含む。この方法はさらに、フルプライを互いに貼り合わせること、及び各部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせて、部分プライを貼り合わせたフルプライがそれぞれ、隣のフルプライに対してスリップすることを可能にすることを含む。この方法はまた、平坦なプライスタックをウェブ部分とフランジ部分を有するビームの形状に成形することも含み、これにはプライスタックのウェブ部分とフランジ部分の間に半径を成形することが含まれる。

さらに別の実施形態によれば、外形成形された断面形状を有する複合構造体を製造する方法が提供されている。この方法は、プライスタックをアセンブルし、プライスタックを成形することを含む。プライスタックのアセンブルには、少なくとも一つのフルプライを繰り返し配置し、少なくとも一つの部分プライを配置し、部分プライをフルプライの周辺領域においてフルプライに貼り合わせることが含まれる。フルプライは、フルプライの中央領域で互いに貼り合わせられる。フルプライを互いに貼り合わせるステップは、全てのフルプライが配置された後で行われる。

要約すると、本発明の一態様によれば、外形成形された断面を有する複合構造体を製造する方法が提供されており、この方法は、実質的に平坦なプライスタックをアセンブルすることを含み、これには複数のフルプライを配置し、フルプライを互いに貼り合わせ、少なくとも一つの部分プライを配置し、少なくとも一つの部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせて、平坦なプライスタックを外形成形した形状に成形することが含まれる。

この方法において、フルプライの貼り合わせをプライスタックの中央領域で行うため有利である。

この方法において、フルプライの貼り合わせは、実質的にスタックのフルプライの全層を通して行われるため有利である。

この方法において、少なくとも一つの部分プライの貼り合わせは、プライスタックの周辺領域内で行われるため有利である。

この方法において、平坦なプライスタックのアセンブルにはさらに、複数の部分プライを配置し、部分プライを隣接したフルプライのうちの一つに貼り合わせることが含まれるため有利である。

この方法において、部分プライの配置には、フルプライの少なくとも一つのエッジに沿って互いに相対的に部分プライをオフセットさせることが含まれるため有利である。

この方法において、部分プライの貼り合わせには、部分プライとフルプライの間のタックを互いに相対的にオフセットさせることが含まれるため有利である。

この方法において、平坦なプライスタックのアセンブルには、複数の部分プライを配置し、少なくとも２つの部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせることが含まれるため有利である。

この方法において、少なくとも２つの部分プライを一つのフルプライの対辺にそれぞれ貼り合わせるため、有利である。

この方法において、平坦なプライスタックをアセンブルするステップは、複数の部分プライをフルプライの間に配置し、異なる数の部分プライをそれぞれ２つのフルプライの各々に貼り合わせることを含むため、有利である。

この方法によって複合構造体が製造される。

本発明の別の態様によれば、プライスタックを外形成形された断面形状に成形する時にプライのスリッページが可能になるように複合プライスタックをアセンブルする方法が提供されており、これには、複数のフルプライを配置し、フルプライをフルプライの中央領域で互いに貼り合わせ、部分プライを少なくとも特定のフルプライに差し込むことによってプライのビルドアップを形成し、各部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせることが含まれる。

この方法において、フルプライと部分プライはそれぞれ、繊維強化熱可塑性樹脂であるため、有利である。

この方法において、各部分プライのフルプライの一つへの貼り合わせは、フルプライの周辺領域で行われるため有利である。

この方法において、部分プライの差し込みは、部分プライを互いに相対的にオフセットさせることを含み、部分プライのタックは、部分プライとフルプライの間の貼り合わせをオフセットさせることを含むため、有利である。

この方法において、フルプライを互いに貼り合わせるステップは、タックラインに沿って実質的にフルプライのスタックの全層を通してタックを形成することを含むため、有利である。

この方法において、部分プライの差し込みは、フルプライの外側エッジに沿ってフルプライの間に部分プライを配置することを含むため、有利である。

この方法において、部分プライの差し込みは、異なる数の部分プライをプライスタックの異なる区域においてそれぞれフルプライの間に差し込むことを含むため、有利である。

本発明の更に別の態様によれば、少なくとも一つの断面外形を有する複合積層ビームを製造する方法が提供されており、この方法は、ウェブ部分及びフランジ部分を有する実質的に平坦なプライスタックをアセンブルすることを含み、これには、フルプライと部分プライを差し込み、フルプライを互いに貼り合わせ、部分プライが貼り合わされたフルプライがそれぞれ隣接のフルプライに対してスリップすることができるように各部分プライをフルプライのうちの一つに貼り合わせ、平坦なプライスタックをウェブ部分とフランジ部分を有するビームの形に成形することが含まれ、プライスタックのウェブ部分及びフランジ部分の間に半径を形成することが含まれる。

この方法において、部分プライとフルプライの差し込みは、部分プライをフルプライのエッジに沿って配置してプライのビルドアップを形成することを含むため、有利である。

この方法において、フルプライの互いへの貼り合わせは、プライスタックの中央領域で行われ、部分プライのフルプライへの貼り合わせは、プライスタックの周辺領域で行われるため、有利である。

この方法において、部分プライとフルプライの差し込みは、フルプライのエッジに沿って部分プライを互いに相対的にオフセットさせることを含むため有利である。

この方法によって複合積層ビームが製造される。

本発明のさらに別の態様によれば、外形成形された断面を有する複合構造体を製造する方法が提供されており、これには、少なくとも一つのフルプライを繰り返し配置することによってプライスタックをアセンブルし、少なくとも１つの部分プライを配置し、フルプライの周辺領域において部分プライをフルプライに貼り合わせ、フルプライの中央領域においてフルプライを互いに貼り合わせ、プライスタックを成形及び圧密化することが含まれる。

この方法において、フルプライを互いに貼り合わせるステップは、全てのフルプライが配置された後で行われるため有利である。

特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。

新規の機能と考えられる有利な実施形態の特徴は、特許請求の範囲に明記される。 しかしながら、有利な実施形態と、好ましい使用モードと、さらにはその目的及び利点とは、添付図面を参照して本発明の有利な一実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解されるであろう。

本発明の方法にしたがって製造された外形成形された断面を有する複合構造体の斜視図である。 図１に示す複合構造体を製造するのに使用される平坦なプライスタックの端面図である。 スタックの成形準備において成形ツール上に配置された、図２に示す平坦なプライスタックの図である。 図３と同様の図であるが、ツールのきつい半径周囲に形成されている平坦なプライスタックを示す図である。 プライの間のタックの位置づけと、破線で示されているフルプライのタックの代替位置が良く見えるように拡大した幾つかのプライを示す、図２に図５と指定されるエリアを示す図である。 図２に示す平坦なプライスタックの一部を形成する連続プライを積み重ね、貼り合わせた様子を示す図である。 図２に示す平坦なプライスタックの一部を形成する連続プライを積み重ね、貼り合わせた様子を示す図である。 図２に示す平坦なプライスタックの一部を形成する連続プライを積み重ね、貼り合わせた様子を示す図である。 図２に示す平坦なプライスタックの一部を形成する連続プライを積み重ね、貼り合わせた様子を示す図である。 成形工程後の平坦なプライスタックの幾つかのプライを示す分解断面図である。 図５と同様の図であるが、個々のフルプライのエッジにそれぞれ貼り合わせられた２つの部分プライのグループを示す図である。 図５と同様の図であるが、個々のフルプライの対辺にそれぞれ貼り合わせられた２つの部分プライを示す図である。 連続したタックの使用を示す、図２に示す平坦なプライスタックの平面図である。 図１３と同様の図であるが、ポイント状のタックの使用を示す図である。 図１３と同様の図であるが、相隔たるライン状タックを示す図である。 成形中にプライのスリッページを可能にする、外形成形された断面を有する複合構造体を製造する方法の一実施形態のフロー図である。 製造方法の別の実施形態のフロー図を示したものである。 航空機の製造及び保守方法を示すフロー図である。 航空機のブロック図である。

本発明の実施形態は、例えば非限定的に、この実施例においてはＣ字形の、外形成形された断面形状を有するビーム２０等の複合構造体を製造する方法を含む。ビーム２０のＣ字形の断面形状はそれぞれ、ウェブ部分２２と、一対のおおむね平行なフランジ部分２４、２６によって形成されている。ウェブ部分２２は、比較的きつい半径状の角４５によって各フランジ部分２４、２６に接続している。フランジ部分２４、２６は、ビーム２０の剛性をさらに上げることができるフランジ補強材２８を形成しているプライのビルドアップを含む。本明細書で使用される「外形」とは、平坦なプライスタック３０（図２）を比較的きつい半径、例えば半径状の角４５の周囲に成形することが要求される外形又は非平面形状を指している。後に説明するように、ビーム２０は、例えば非限定的に、ビーム２０の成形中にプライのスリッページを可能にするように互いに貼り合わされた熱可塑性の繊維強化樹脂の積層プライを含むことができる。繊維強化材は単向性、又は二方向性であってよい。ビーム２０は例示の実施形態において説明されており、本発明の方法を用いて、プライのビルドアップによって形成された一又は複数の特徴を有する可変の断面形状の広い範囲の複合構造体を製造することができる。

ここで、図２を参照する。図１に示す複合ビーム２０は、例えば熱可塑性樹脂等の繊維強化樹脂の複数の照合した個別の平坦なプライ３５を含む、実質的に平坦で長方形のプライスタック３０をアセンブルすることによって製造可能である。例えば、非限定的に、熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、又はポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含むことができる。本発明の方法の実施形態は、非限定的に所望の粘着性が不測している熱硬化性、及び熱可塑性及び熱硬化性の組み合わせを用いたハイブリッド樹脂を含む、貼り合わせが要求されうるその他の種類のポリマー樹脂プライにも適用可能である。平坦なプライスタック３０は幅Ｗを有し、フランジ部分２４、２６が両側に並ぶウェブ部分２２を含む。平坦なプライスタック３０のエッジ３０ａ、３０ｂはそれぞれ、図１に示す強化材２８を形成するプライランプ２８ａを含む。後にさらに詳しく説明するように、プライ３５は、プライ３５を互いに相対的に所望の位置又は方向に保持するのに十分な粘着性に欠けうる熱可塑性等の樹脂からできていてよい。本発明の実施形態によれば、相対的なプライの位置及び／又は方向を維持しながら、プライスタック３０がツールの外形又は半径周囲に形成される時にプライ３５が互いに相対的にスリップすることが可能になるように、特定のプライ３５を互いに貼り合わせることができる。

図２に示す平坦なプライスタック３０は、幾つかの任意の好適な製造技術及び設備を使用して、図１に示すビーム２０に成形することができる。説明を簡単にするために、図３及び４に示す簡素な成形ツール３２をマンドレルとして使用することができ、この上で平坦なプライスタック３０を成形することができる。図３及び４を特に参照すると、成形ツール３０は、半径状の角４５ａで一対のおおむね平行な側部のツール面３６、３８に連結された平坦な上部のツール面３４を含む。平坦なプライスタック３０のウェブ部分２２を上部のツール面３４（図３）に配置し、その後図４に示すように、フランジ部分２４、２６はツール面３６、３８上の角４５ａ周囲に形成４０される。前述したように、その他の設備及び技術を使用して、本明細書で参照することによって特許公報の全開示内容が組み込まれる、２０１１年８月２５日発行の米国特許公開番号第２０１１０２０６９０６号明細書、及び２００７年８月２日発行の第２００７０１７５５７５号明細書に記載された連続的な付加的成形工程を非限定的に含む成形工程を実施することができる。上述した特許公報明細書では、圧密化の前段階（図示せず）の圧密化ツール（図示せず）を使用して加熱し、平坦なプライスタック３０を部分的に成形し、その後圧密化ツールを使用して、プライスタック３０を完全に成形し圧密化して完成パーツにする。

ここで図５を参照する。平坦なプライスタック４０は、照合された複数のフルプライ３５ａと、差し込まれた複数の部分エッジプライ３５ｂを含み、これらの階段状、又は傾斜によってプライランプ２８ａが形成される。フルプライ３５ａは、平坦なプライスタック３０のほぼ全幅Ｗにわたって延在する。部分エッジプライ３５ｂは、平坦なプライスタック３０の外側エッジ３０ａ、３０ｂに位置し、フルプライ３５ａと重なっている。部分エッジプライ３５ｂは、フルプライ３５ａの外側エッジ４６を超えて横方向に延在し、互いに相対的にオフセットしてプライランプ２８ａを形成する。

図５に示す実施形態では、部分エッジプライ３５ｂはそれぞれ、フルプライ３５ａの外側エッジ４６の近くのスタック３０の周辺領域６５でタック４４によってフルプライ３５ａのうちの一つに貼り合わされる。このため、タック４４は２つのプライのタックである。タック４４は、部分エッジプライ３５ｂのオフセットと同様に、互いに相対的にオフセットしている。タック４４はそれぞれ、部分エッジプライ３５ｂとフルプライ３５ａの間の局所的な層間溶融によって生成することができ、これは非限定的に熱かしめ又は超音波溶接等の好適な方法を使用して実施される。フルプライ３５ａは、スタック３０の中央領域５５において互いに貼り合わされる。一実施形態では、フルプライ３５ａは、全体的なプライの方向及びプライの境界位置を維持するために、実質的に中央領域５５のスタック３０の全層を通して延在し、実質的に単一面４１内にある全層を通るタック４２によって中央領域５５において互いに貼り合わせることができる。全層を通るタック４２は、フルプライ３５ａが配置され照合され、部分プライ３５ｂが配置され、フルプライ３５ａに貼り合わされた後で、全てのフルプライ３５ａを一度に互いに貼り合わせることによって形成することができる。別の実施形態では、後に説明する図６〜９から明らかとなるように、全層を通るタック４２は、フルプライ３５ａが相互の上に相次いで配置される時に、フルプライ３５ａの間に相次いで縦方向に位置調整された個別のタックとして形成することができる。あるいは、厚さ方向のタック４２は、プライの配置工程のある時点において、２つよりも多い数のフルプライ３５ａを互いに貼り合わせることによって形成することができる。

図５に示す実施例では、全層を通るタック４２は、実質的に単一面４１にあるが、しかしながら他の実施形態では、フルプライ３５ａを、プライスタック５０の中央領域５５内で互いにオフセットした面４３にそれぞれある２つ以上のフルプライ３５ａの間に、多重タック４２’、４２’’、４２’’’（破線で示す）によって中央領域５５で互いに貼り合わせることができる。

実施例において、厚さ方向のタック４２は、プライスタック３０の中央に位置する単一列のタックであるが、他の位置も可能である。タック４２は、多重プライタックと呼ぶことができる。タック４２、４４の位置は、タック４２、４４が成形工程の終了段階において、プライの層間スリップを実質的に抑制、及び／又はタック４２、４４の間のプライ材をトラップしないように選択される。例えば、図１に示すビーム２０の場合、このエリアの全層を通るタックにより、このエリアにおいてプライ３５が互いに相対的にスリップすることができなくなるため、フランジ部分２４、２６の全層を通るタックは避けるべきである。平坦なプライスタック３０がアセンブルされたら、スタック３０の周辺領域６５を、例えば４８ａ、４８ｂ、４８等のトリムラインに沿って、超音波カッター（図示せず）等の好適な設備を使用してトリム処理することができる。このスタック３０のトリム処理は、平坦なプライスタック３０の外側エッジを圧密化ツール（図示せず）と位置調整し、所望の圧密化圧力を得るために、又は圧密化の後でトリム処理を必要としない、あるいは非常にわずかなトリム処理のみを要するネット形完成パーツを生産するために必要でありうる。

図６〜９は、３つのフルプライ３５ａ１、３５ａ２、３５ａ３、及び２つの部分エッジプライ３５ｂ１、３５ｂ２を配置する連続的なステップを示す。図６を参照する。第１のフルプライ３５ａ１が置かれた後に、第１の部分エッジプライ３５ｂ１を第１のフルプライ３５ａ１の上に、第１のフルプライ３５ａ１の外側エッジ４６に重ねて配置する。次に、第２のフルプライ３５ａ２を、第１のプライ３５ａ１の上に、第１の部分エッジプライ３５ｂ１に重ねて配置する。次に、２つのフルプライ３５ａ１、３５ａ２の間の中央エリア５５に第１タック４２ａを生成する。図７に示すように、タック４４ｂをフルプライ３５ａ２と第１部分エッジプライ３５ｂ１の間にも生成する。図８を参照する。第２部分エッジプライ３５ｂ２をフルプライ３５ａ２のエッジ４６の上に、タック４４ａから外向きに横方向に相隔てて配置する。次に、図９に示すように、第３フルプライ３５ａ３を配置する。第３フルプライ３５ａ３の外側エッジ４６は、第２部分プライ３５ｂ２と重なり、第２タック４４ｂが、部分プライ３５ｂ１とフルプライ３５ａ３の間、第１タック４４ａのちょうど外側に生成される。タック４２ｂは、フルプライ３５ａ３とその下のフルプライ３５ａ２の間にできる。図６〜９に示す工程は、平坦なプライスタック３０が完全にアセンブルされるまで繰り返される。フル及び部分エッジプライ３５ａ、３５ｂをそれぞれ配置し貼り合わせるその他の変形例も可能である。例えば、前述したように、個々のフルプライ３５ａが配置された時に個々のタックが相次いでできるのではなく、全層を通るタック４２ａは、フルプライ３５ａが全て配置され照合された後で形成される。また、各部分エッジプライ３５ａは２つのプライタック４４ａによって任意の隣接したフルプライ３５ａに付着させることができ、これにより、図６〜９に示す実施例において、部分プライ３５ｂ１をタック４４ａによって上を覆っているフルプライ３５ａ２ではなく下部のフルプライ３５ａ１に付着させることができる。同様に、部分プライ３５ｂ２は２つのプライタック４４ｂによって上を覆うフルプライ３５ａ３にではなく、下部のフルプライ３５ａ２に付着させることができる。さらに、フルプライ３５ａと部分プライ３５ｂはそれぞれ、プライスタック３０内で交互に示されているが、後に記載するさらなる実施形態からも明らかなように、これらは交互でなくてもよい。

図１０は、平坦なプライスタック３０が図３及び４に示すツール３２の上に形成された後で、プライ３５ａ及び３５ｂと、図５に示すタック４２、４４の相対位置を示す。平坦なプライスタック３０がツール３２の半径状の角４５ａ（図３）周囲で成形される時に、半径状の角４５（図１）が形成される時に、フルプライ３５ａが大きい半径から小さい半径へ移動し、フルプライ３５ａは互いに相対的に自由にスリップし成形される。部分エッジプライ３５ｂは個別のフルプライ３５ａにのみ貼り付けられており、各部分エッジプライ３５ｂもフルプライ３５ａに沿ってスリップし、成形されて、フルプライ３５ａに貼り付けられる。

部分エッジプライ３５ｂを隣接する個別のフルプライ３５ａに貼り付けることによって、プライの相対的なスリッページを可能にし、これにより、プライ材料がトラップされて、成形工程中のプライの歪み、しわ寄り又は座屈の発生が実質的に減る又はなくなる。タック４２は、中央領域５５においてフルプライ３５ａの全層を通って延在し、成形及び圧密化工程中にプライ３５ａ、３５ｂの位置及び方向を維持する。フランジ部分２４、２６に沿ってプライランプ２８ａを生成するためのオフセットされたエッジプライ３５ｂを示してきたが、本発明の実施形態の原理を用いて、非限定的に「Ｉ」、「Ｔ」、「Ｊ」、又は「Ｚ」の断面形状を有する構造部材を含む、高度に外形成形された複合断面構造体の他の特徴を生成することができる。また、プライランプ２８ａを、図５に示すプライスタック３０の２つの対向エッジに沿って示したが、プライのビルドアップは、一つのエッジのみに沿って、又はプライスタック３０の２を超えるエッジに沿って、又は部分プライ３５ｂを位置決めする、又はプライスタック３０の全てのエッジに沿って位置決めすることによって形成することができる。

図１１は、一対の部分エッジプライ３５ｂが４４において個別のフルプライ３５ａに貼り付けられる代替実施形態を示す。この実施形態では、部分エッジプライ３５ｂの各対は、部分エッジプライが付着するフルプライ３５ａに沿って成形される間にスリップすることが可能である。他の実施形態では、２を超える部分プライ３５ｂを隣接する個別のフルプライ３５ａに貼り付けることが可能である。この実施形態では、部分プライ３５ｂは部分プライが貼り付けられるフルプライ３５ａの下に配置されるが、他の実施形態では、これらの部分プライ３５ｂは部分プライが貼り付けられるフルプライ３５ａの上に配置されうる。

図１２は、２つの部分エッジプライ３５ｂがタック４４によって個別のフルプライ３５ａの対辺にそれぞれ付着するさらに別の実施形態を示す。１よりも多い部分エッジプライ３５ｂを一又は複数のフルプライ３５ａの各側に付着させることができる。また、この実施例に示すように、少なくとも特定のフルプライ３５ａ’は、フルプライに貼り合わされた部分エッジプライ３５ｂを全く有さない場合がある。また、各フルプライ３５ａに貼り付けられた部分プライ３５ｂの数は変化しうる。例えば、単一の部分エッジプライ３５ｂをプライスタック３０の一部分において、フルプライ３５ａに貼り付けることができ、プライスタック３０の他の部分において、２以上の部分プライ３５ｂを個別のフルプライ３５ａに貼り付けることができる。以前の実施例のように、タック４４の位置及び深さにより、部分プライ３５ｂは部分プライが貼り付けられるフルプライ３５ａに沿って成形することが可能になり、フルプライ３５ａが成形工程中に互いに相対的にスリップすることが可能になる。

前述したように、タック４２、４４は、熱かしめ及び超音波溶接を含む幾つかの任意の好適な方法を使用して形成することができる。タック４２、４４は連続的であってよく、非連続的であってよい。例えば、図１３は平坦なプライスタック３０の長さに沿って実質的に連続的なタック４２、４４を示す。あるいは、図１４に示すように、タック４２、４４をプライスタック３０の長さに沿って相隔たる個別のポイントにおいて形成することができる。さらに別の実施形態では、図１５に示すように、タック４２、４４はそれぞれ、スタック３０の長さに沿って相隔たるラインに沿って形成することができる。

ここで、プライの座屈、歪み、及び／又はしわ寄りの発生を減らす又は除去するために、成形工程中のプライのスリッページを可能にする、外形成形された断面形状を有する複合構造体を製造する方法の一実施形態の全体ステップを示す図１６に注目する。５０において、平坦なプライスタック３０がアセンブルされた後に、５２において成形され圧密化される。個別のフルプライ３５ａは、部分エッジプライ３５ｂとともに、成形及び圧密化工程５２中に互いに相対的にスリップすることができる。５０において平坦なプライスタック３０をアセンブルするステップは、５４において少なくとも２つのフルプライ３５ａを配置し、５６において少なくとも一つの部分プライ３５ｂを配置することを含む。５８において、少なくとも一つの部分プライ３５ｂは、プライスタック３０の周辺領域６５において隣接する個別のフルプライ３５ａに貼り付けられる。５４において配置されたフルプライ３５ａは、プライスタック３０がアセンブルされた後で、又はフル及び部分エッジプライ３５ａ、３５ｂが配置されている時に徐々に、６０においてスタック３０の中央領域５５で互いに貼り付けられる。

図１７は、本発明の製造方法の代替実施形態を示す。図１６に示す実施形態と同様に、５０において平坦なプライスタック３０がアセンブルされ、その後５２において成形及び圧密化が実施される。個別のフルプライ３５ａは部分エッジプライ３５ｂとともに、成形及び圧密化工程５２中に互いに相対的にスリップすることができる。ステップ６２において、少なくとも一つのフルプライ３５ａが配置され、６４において少なくとも一つの部分プライ３５ｂが配置される。６６において、６４において配置された一又は複数の部分プライ３５ａは、隣接するフルプライ３５ａのうちの一つに貼り付けられる。前述したように、ステップ６６において、多重部分プライ３５ｂをそのフルプライ３５ａの片側又は両側で、単一のフルプライ３５ａに貼り付けることができる。ステップ６２、６４、６６、及び任意にステップ６８は、全ての平坦なプライスタック３０がアセンブルされ照合されるまで、連続的に繰り返される。あるいは、前述したように、フルプライ３５ａが全て配置された後でステップ６８を実施することができる。

本発明の実施形態は、様々な用途に使用される可能性を有し、例えば航空宇宙、及び他の用途を含む特に輸送産業の分野に用途を見出すことができる。したがって、図１８及び１９に示すように、本発明の実施形態は、図１８に示す航空機の製造及び保守方法７０、及び図１９に示す航空機７２に関して使用することが可能である。本発明の実施形態の航空機への応用には、例えば非限定的に、ビーム、スパー、及びストリンガーを含むスティフナー等の全ての幅広い複合パーツ及び構造部品の製造を含むことができる。製造前の段階では、例示的な方法７０は、航空機７２の仕様及び設計７４及び材料の調達７６を含みうる。製造段階では、航空機７２の構成部品及びサブアセンブリの製造７８と、システムインテグレーション８０とが行われる。その後、航空機７２は認可及び納品８２を経て運航８４される。顧客により運航される間に、航空機７２は定期的な整備及び保守８６（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。

方法７０の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／またはオペレーター（例えば顧客）によって実行または実施されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機メーカー、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うる。

図１９に示すように、代表的方法７０によって製造された航空機７２は、複数のシステム９０及び内装９２を有する機体８８を含むことができる。高レベルのシステム９０の例には、推進システム９４、電気システム９６、油圧システム９８、及び環境システム１００のうちの一または複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、船舶及び自動車産業などの他の産業にも適用可能である。

本明細書に具現化されたシステムと方法は、製造及び保守方法７０の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、製造工程７８に対応する構成部品又はサブアセンブリは、航空機７２が運航中に製造される構成部品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、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機７２のアセンブルを実質的に効率化するか、又は航空機７２のコストを削減することにより、製造段階７８及び８０の間に利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせを、航空機７２の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守８６に利用することができる。

種々の有利な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された形態に実施形態を限定することを意図していない。当業者には、多くの修正例及び変形例が明らかであろう。さらに、種々の有利な実施形態は、他の有利な実施形態とは異なる利点を提供することができる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示内容と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。

２０ ビーム
２２ ウェブ部分
２４ フランジ部分
２６ フランジ部分
２８ フランジ補強材
２８ａ プライランプ
３０ 成形ツール、平坦なプライスタック
３０ａ プライスタック３０の外側エッジ
３０ｂ プライスタック３０の外側エッジ
３２ 成形ツール
３４ 上部のツール面
３５ プライ
３５ａ フルプライ
３５ａ１ フルプライ
３５ａ２ フルプライ
３５ａ３ フルプライ
３５ｂ 部分エッジプライ
３５ｂ１ 部分プライ
３５ｂ２ 部分プライ
３６ 側部のツール面
３８ 側部のツール面
４０ 平坦なプライスタック
４１ 単一面
４２ 全層を通るタック
４２ａ 全層を通るタック
４２’ 多重タック
４２’ ’ 多重タック
４２’ ’ ’ 多重タック
４２ａ 全層を通る第１タック
４２ｂ タック
４３ 互いにオフセットした面
４４ タック
４４ａ プライタック
４４ｂ プライタック
４５ 半径状の角
４５ａ 半径状の角
４６ フルプライ３５ａの外側エッジ
４８ａ トリムライン
４８ｂ トリムライン
５０ 平坦なプライスタック３０をアセンブルするステップ
５５ スタック３０の中央領域
６５ プライスタック３０の周辺領域
７０ 航空機の製造及び保守方法

Claims (15)

1. 外形成形された断面を有する複合構造体を製造する方法であって、
   少なくとも２つのフルプライを配置することと、
   少なくとも１つの部分プライをフルプライの間に配置することと、
   部分プライをフルプライのうちの１つのみに留め、スタックを形成することと、
   スタックが断面形状に成形されるときに、部分プライをフルプライに対してスリップさせることと、を含む方法。
2. スタックをきつい半径に成形することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 複数のフルプライがスタックに追加され、部分プライが配置されていない領域において全スタックを通して留め合わされる、請求項１または２に記載の方法。
4. プライスタックを外形成形された断面形状に成形する時にプライのスリッページが可能になるように複合プライスタックをアセンブルする方法であって、
   複数のフルプライを配置することと、
   フルプライを部分プライが配置されていない領域で留め合せることと、
   部分プライを少なくともいくつかのフルプライの間に差し込むことによってプライのビルドアップを形成することと、
   各部分プライをフルプライのうちの一つのみに留めることと、を含む、方法。
5. フルプライと部分プライの各々は、繊維強化熱可塑性樹脂である、請求項４に記載の方法。
6. 部分プライを差し込むことは、部分プライを互いに対してオフセットさせることを含み、
   部分プライを留めることは、部分プライとフルプライの間のタックをオフセットさせることを含む、請求項４に記載の方法。
7. フルプライを留め合せることは、タックラインに沿って実質的にフルプライのスタックの全層を通してタックを形成することを含む、請求項４に記載の方法。
8. 部分プライを差し込むことは、フルプライの外側エッジに沿ってフルプライの間に部分プライを配置することを含む、請求項４に記載の方法。
9. フルプライを配置することと部分プライを差し込むことは、異なる数の部分プライをプライスタックの異なる区域においてそれぞれフルプライの間に差し込むことを含む、請求項４に記載の方法。
10. 少なくとも一つの外形を有する複合積層ビームを製造する方法であって、
    ウェブ部分及びフランジ部分を有する平坦なプライスタックをアセンブルすることであって、
    フルプライと部分プライを間に差し込むことと、
    フルプライを留め合せることと、
    部分プライが留められたフルプライの各々が隣接のフルプライに対してスリップすることができるように各部分プライをフルプライのうちの一つに留めることと、を含む、アセンブルすることと、
    平坦なプライスタックをウェブ部分とフランジ部分を有するビームの形に成形することであって、ウェブ部分及びフランジ部分の間のプライスタックに半径を形成することを含む、成形することと、を含む方法。
11. 部分プライとフルプライを間に差し込むことは、部分プライをフルプライのエッジに沿って配置してプライのビルドアップを形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. フルプライを留め合せることは、部分プライが配置されていない領域で行われる、
    請求項１０に記載の方法。
13. 部分プライとフルプライを間に差し込むことは、フルプライのエッジに沿って部分プライを互いに対してオフセットさせることを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 外形成形された断面を有する複合構造体を製造する方法であって、
    プライスタックをアセンブルすることであって、
    少なくとも２つのフルプライを配置することと、
    少なくとも１つの部分プライをフルプライの間に配置することと、
    部分プライをフルプライの１つのみに留めることと、
    部分プライが配置されていない領域においてフルプライを留め合せることと、
    プライスタックを成形及び圧密化することと、を繰り返すことによって、プライスタックをアセンブルすることを含む、方法。
15. フルプライを留め合せることは、全てのフルプライが配置された後で行われる、請求項１４に記載の方法。

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