JP6594674B2 - 複合部品を硬化させるための空気袋システム - Google Patents

Description

本開示は、複合樹脂部品を作製するための方法および装置に関し、より詳細には、複合部品を硬化させるのに利用される空気袋システムに関する。

複合樹脂部品は、硬化サイクルにおいてこの部品に熱および圧力を加えるオートクレーブ内で硬化させることができる。一部の部品の幾何学形状には、膨張式の空気袋などの特定の工具が空隙部内に配置されなければ、オートクレーブ圧の下にこの部品をつぶれさせる可能性がある内部空隙部が含まれる。このような膨張式空気袋は、この部品に加えられるオートクレーブ圧の力に対応するために硬化プロセス中に膨らませることができる。典型的には、このような膨張式空気袋は、真空バッグを介してそれらをオートクレーブ圧に対して通気孔を付けることによって加圧される。

上記に記載した通気孔が付けられた空気袋に関していくつかの問題があり、これは硬化後の部品における矛盾につながる可能性がある。例えば空気袋を適切に通気させなかった場合、空気袋が加えられるオートクレーブ圧に対して対応するのに十分に加圧されなくなる恐れがある。同様に不十分な空気袋の加圧は、空気袋を外側の通気孔に結合する通気穴を密閉するのに使用されるシーラントの故障につながる可能性がある。また空気袋の壁が弱るまたは貫通される可能性もあり、この事象においてオートクレーブガスが硬化サイクルの間ずっとこの部品の中に強制的に侵入する可能性がある。したがって、空気袋における漏れ、または空気袋を適切に加圧できなかったことによる悪影響を抑えるまたはなくすことができる空気袋システムに対する要望がある。また空気袋システムを外圧に対して、例えばオートクレーブ圧に対して通気するのに利用し、それと同時に真空バッグ通気穴シールの必要性をなくす空気袋システムおよび硬化方法に対する要望もある。

内部空隙部を有する複合装入物を硬化させるのに使用する方法および装置が提示されている。例示の装置は、オートクレーブ硬化作業において複合装入物に圧力を加えるために空隙部内に配置されるように適合された可撓性の空気袋を含む。端部取付具が、可撓性の空気袋に作動可能に結合される。端部取付具は、ボルト穴と水平方向の穴を画定する。通気ボルトが端部取付具のボルト穴に作動可能に結合される際、通気ボルトおよび水平方向の穴が、空気袋の内部が、外圧、例えばオートクレーブ圧を受けるようになることを可能にする圧力経路を画定する。

装置はまた、可撓性の空気袋、空気袋の端部取付具および通気ボルトを覆うように密閉される可撓性のバックを備えることができる。装置はまた、複合装入物をその上に配置させるように適合された硬化工具を含んでよく、この場合可撓性の空気袋は、硬化工具の上に配置され、可撓性のバッグは硬化工具に対して密閉される。硬化工具は、金属製の硬化工具または複合硬化工具であってよい。さらに空気袋の端部取付具のボルト穴は、硬化工具の合致面に沿って設けられた工具穴と整列するように位置決めされてよい。一構成において、通気ボルトが空気袋の端部取付具のボルト穴にインサートされる際、通気ボルトが所定の場所に回転されることで、通気ボルトが工具穴にねじ込み式に接続する。代替として、通気ボルトは、工具穴に設けられたねじ山付きのインサートにねじ込み式に接続する場合もある。

代替の一構成において、空気袋の端部取付具のボルト穴は、空気袋の端部取付具の第１の面から第２の面まで延伸する。

別の構成において、工具は、真空供給源と結合されるように適合された真空ポートを備えることで可撓性のバッグ内で選択的に圧力を解放する。

さらに別の構成において、空気袋の端部取付具のボルト穴は、第１のボルト穴部分と、第２のボルト穴部分とを備え、この場合第１のボルト穴部分の直径は、第２のボルト穴部分の直径と異なる。第１のボルト穴部分の直径は、第２のボルト穴部分の直径より大きい可能性がある。

別の構成において、通気ボルトの内部ボルト穴および端部取付具の水平方向の穴は、空気袋の内部が外圧、例えばオートクレーブ圧を受けるようになることを可能にする圧力経路を画定する。

別の構成において、内部空隙部を柚須売る複合部品装入物をオートクレーブにより硬化させる方法は、複合部品装入物をオートクレーブ内で支持するステップと、複合部品装入物の中に空気袋を設置するステップと、空気袋を空気袋の端部取付具に結合するステップと、通気ボルトを利用して空気袋の端部取付具を硬化工具に固定するステップとを含み、通気ボルトおよび空気袋の端部取付具が、空気袋の内部に対して外圧を供給するための圧力経路を画定する。一構成において、この方法はまた、通気ボルトと、空気袋の端部取付具によって画定される圧力経路を経由して空気袋の内部を外圧に曝すことによって空気袋を加圧するステップを含む場合もある。付加的に、方法はまた、可撓性の空気袋、空気袋の端部取付具および通気ボルトを覆うように可撓性のバッグを密閉するステップを含む場合もある。

別の構成において、方法はさらに、硬化工具をその上に配置された複合装入物に適合させるステップを含む場合があり、この場合可撓性の空気袋は、複合装入物の空隙部内に配置される。

この特徴、機能および利点は、本開示の種々の実施形態において独立して達成することができる、あるいは以下の記載および図面を参照してさらなる詳細を理解することができるさらに他の実施形態に合体される場合もある。

例示の実施形態の特性と考えられる新規の特徴が添付の特許請求の範囲において記載されている。しかしながら例示の実施形態、ならびにその好ましい利用の態様、さらなる目的および記載は、添付の図面と併せて読んだとき本開示の例示の一実施形態の以下の詳細な記載を参照することによって最適に理解されるであろう。

開示される実施形態による空気袋システムの機能的なブロック図である。 図１に示される空気袋システムを使用して硬化された複合樹脂水平材の斜視図である。 複合水平材の装入物を硬化させる際に使用される硬化工具の斜視図である。 図３と同様であるが、工具上に置かれた水平材装入物を示す図である。 図４に示される工具と共に使用され得る空気袋の端部取付具の図である。 図５に示される空気袋の端部取付具と共に使用され得る通気用ボルトを示す図である。 図５に示される空気袋の端部取付具と共に使用され得る通気用ボルトを示す図である。 図５に示される空気袋の端部取付具と共に使用され得る圧力密閉部材を示す図である。 図５に示される空気袋の端部取付具と共に使用され得る圧力密閉部材を示す図である。 図４と応用であるが、空気袋取付具（図５）と、通気用ボルト（図６Ａおよび図６Ｂ）と、膨張式空気袋とを備える空気袋システムを示しており、膨張式空気袋が、水平材装入物の空隙部内に配置されている図である。 図７と同様であるが、皮膜装入物が水平材装入物上に配置されているのを付加的に示す図である。 図８と同様であるが、当て板が皮膜装入物を覆うように設置されているのを示す図である。 図９と同様であるが、シーラントテープが硬化工具の外周を取り巻くように塗布されているのを示す図である。 図１０における線３０−３０に沿って切り取った断面図であり、真空バッグが硬化工具を覆うように設置されそれに対して密閉されているのを付加的に示す図である。 内部空隙部を有する複合部品装入物を本明細書に開示される空気袋システムを利用してオートクレーブにより硬化させる方法のフロー図である。 航空機の製造および保守点検方法体系のフロー図である。 航空機のブロック図である。

開示される実施形態は次に添付の図面を参照して以下により完全に記載されるが、そこには開示される実施形態の一部が示されており、その全てが示されているわけではない。当然のことながら、複数の異なる実施形態が提供される可能性があり、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろこのような実施形態は、本開示が完璧かつ完全であり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるために提供されている。

本開示は、少なくとも１つの端部取付具を有する空気袋システムの実施形態を提供する。構造および方法の実施形態は、航空機、宇宙船技術、自動車技術、船艇技術および他の技術などならびに車両および他の同様の構造物において使用されてよい。加えて、構造および方法の実施形態は、冷却用途および軽量構造からのエネルギー採集の両方の目的で統合された商業建物材と共に使用される場合もある。

先ず図１を参照すると、未硬化の複合樹脂部品１０は、以下「装入物」、「複合装入物」、「複合部品装入物」または「水平材装入物」と呼ばれる場合もある。このような装入物は、オートクレーブ内に支持されてよい。具体的には装入物１０は、オートクレーブ３５内に配置された硬化工具１５上で硬化されてよく、その中でオートクレーブ熱および圧力が複合装入物１０に加えられる。複合装入物１０は、１つまたは複数の内部の空隙、閉じ込められたまたは囲まれた領域または空隙部を含み、これは記載を容易にする目的で、装入空隙部１３として以下で集合的に呼ぶことにする。

空気袋端部取付具２００に作動式に結合された可撓性の膨張式空気袋５５を備える空気袋システムもまた設けられている。単なる一例として、可撓性の膨張式空気袋５５は、空気袋端部取付具２００の一部に対して密閉されてよい。可撓性の膨張式空気袋５５は、例えばオートクレーブ硬化プロセスにおいてなど、硬化プロセスにおいて装入物１０に加えられる外圧に対応するために、硬化サイクルより前に硬化工具１５の内部空隙部４５内に配置される、あるいはその中にインサートされてよい。空気袋端部取付具２００は、この構成において可撓性の膨張式空気袋５５に接着される、またはこれに対して密閉されてよい。好ましい一構成において、および以下でより詳細に説明するように、空気袋端部取付具２００は、概ね平坦な頂部面と概ね平坦な底部面とを備える実質的に矩形の外形を有する金属（例えばアルミニウムの）または複合材料を有する場合がある。好ましくは、空気袋端部取付具は、端部取付具の第１の面から第２の面まで延伸するボルト穴を画定する。このボルト穴は、通気用ボルト３００を受けるように構成されてよい。このような通気用ボルト３００は、内部を取り除いたボルトであってよく、これはまた当分野においてバンジョーボルトとも呼ばれる。好ましくは、空気袋端部取付具２００はまた、端部取付具の第２の部分に沿って延伸する水平方向の穴も画定する。膨張式空気袋５５の内部にあるのは端部取付具のこの第２の部分である。

通気用ボルト３００と組み合わせた空気袋端部取付具２００は、通気用ボルト３００が作動式に空気袋端部取付具のボルト穴に結合される際、外圧を空気袋の内部に加えることを可能にする内部経路を画定するために通気用ボルト３００の内側の穴と、端部取付具の水平方向の穴とが協働して作用するように構成される。そういうものとして、真空の袋状になった硬化工具の外側にある外圧が、工具の底部側から、通気用ボルトの穴を通って空気袋端部取付具を通り、そして空気袋５５へと侵入することが可能になる。したがって開示される空気袋システムは、真空バッグ２５内にあらゆる種類の通気用ポートを設ける必要がなく、可撓性の膨張式空気袋５５に対してオートクレーブ通気作用を提供する。よって、空気袋端部取付具２００、通気用ボルト３００および膨張式空気袋５５が閉鎖システムを形成するために協働して作用することで、空気袋５５の内部をオートクレーブ３５の内部空気に直接曝すことができる。

可撓性のバッグ、例えば真空バッグ２５などが、可撓性の空気袋５５、空気袋端部取付具２００、通気ボルトを覆うように配置され、それらを覆うように密閉され、その後硬化工具１５に対して固定される。よって真空バッグ２５は、複合装入物１０、膨張式空気袋５５、空気袋端部取付具２００および通気用ボルト３００の頂部を覆う真空空間を形成する。重要なことには、この空気袋システム構成において、可撓性の空気袋５５の内部に外圧をもたらすために真空バッグ２５内に通気用の穴は全く必要ない。可撓性のバッグ２５は、可撓性のバッグ２５を真空にするために好適な真空供給源１４５と結合されるように適合されている。

次に図２を参照すると、開示される空気袋システムおよび硬化方法は、１つまたは複数の内部空隙部を有する種々の幾何学形状の多様な複合樹脂部品を硬化させるために採用されてよい。例えばおよび限定ではなく、開示される空気袋システムおよび方法は、繊維強化複合樹脂水平材２０の作製に使用される場合がある。好ましい一構成において、この水平材２０は、プリプレグの複数層のレイアップであってよい。この例示の構成において、水平材２０は、内部の水平材の空隙部４５を形成するハット部分４０と、一対の横方向に延伸するフランジ部分５０と、硬化作業においてフランジ部分５０と一緒に凝固されるほぼ平坦な皮膜部分５２とを備える。当業者が認識するように、代替の水平材の幾何学形状が可能である。

図３〜図１１はそれぞれ、図２に示される水平材２０の硬化作業のために、図１に示される装置の準備における連続する段階を示している。特に図３を参照すると、硬化工具１５は、任意の好適な材料を含む。例えば特定の用途に関して、好適な硬化工具材料は、インバールなどのニッケルと鉄の合金であってよい。代替として、硬化工具は、複合材料を含む場合もある。硬化工具が複合工具である場合、ねじ山付きインサートを使用して、通気用ボルトを硬化工具にねじ込み式に取り付けることができる。

この例示の構成において、硬化工具１５は、少なくとも１つの装入空隙部４５を画定し、この装入空隙部は、水平方向に延伸する一対のフランジ部分工具面７０と共にハット部分工具面６５を画定することができる。好ましい一構成において、工具面６５、７０は、図２に示される水平材２０のハット部分４０と、フランジ部分５０それぞれの幾何学形状にそれぞれ合致するように構成される。硬化工具１５はさらに、内部空隙部４５を取り囲むほぼ平坦な上部工具面８０を備える。工具はさらに、空隙部４５の一端における壁構造８２と、壁構造８２から延伸するほぼ平坦な端部部分９５とを画定する。ほぼ平坦な端部部分９５は、工具穴９８を画定する。好ましい一構成において、この工具穴９８は、端部部分９５の頂面１００から端部部分９５の底面１０２まで延伸する。好ましい一構成において、この工具穴９８は、図１に関して考察した通気用ボルト３００などの通気ボルトを受けるように構成されてよい。加えて、および例示されるように、内部空隙部４５の第１の端部は４７において開放しており、この開放端は、工具穴９８の位置に概ね隣接している。

以下で考察するように、硬化工具１５は、図１を参照して概ね考察したように、複合水平材装入物を組み立て、組み立てられた装入物をオートクレーブ３５内で硬化させるのに利用することができる。例示の硬化工具１５は、当業者が認識するように、水平材２０の特徴に合致するように適合された幾何学形状を備えるが、硬化工具１５ならびに膨張式空気袋５５、空気袋端部取付具２００および通気用ボルト３００を備える空気袋システム６０は、用途および硬化すべき特定の複合部品装入物に応じて、何らかの様々な他の幾何学形状を有する硬化工具と共に使用される場合もある。単なる一例として、このような硬化工具および空気袋システムは、複数の水平材をマンドレルに沿って同時に共同で硬化させるためのシステムにおいて利用される場合もある。

図４を参照すると、複合水平材装入物１０は、硬化工具１５上に積み上げる、またはその上に置くことによってオートクレーブ内で支持することができる。例示のこの構成において、水平材装入物１０は、空隙部４５を満たし工具面６５（図３）と係合するハット１２と、工具面６５にそれぞれ係合する一対の横方向に延伸するフランジ１４とを備える。好ましい一構成において、水平材装入物１０は、別個のレイアップ工具（図示せず）上に積み重ねられ、その後硬化工具１５に移し変えられる場合もある。代替の好ましい一構成において、部品装入物１０の幾何学形状および／または複雑さに応じて、硬化工具１５上に直接水平材を積み重ねる場合もある。

水平材装入物１０が硬化工具１５内に配置された後、可撓性空気袋５５と、空気袋端部取付具２００と、通気ボルトとを備える空気袋システム６０が、硬化工具１５に作動式に結合することができる。好ましい一構成において、および本明細書により詳細に記載されるように、可撓性の空気袋５５は、工具の空隙部４５にインサートされてよく、空気袋端部取付具２００は工具穴９８を覆うように位置決めされ、空気袋端部取付具２００は、空隙部４５の開放端部４７にインサートされる。この位置において、端部取付具２００は部分的に可撓性の空気袋５５の中にあることになる。

例えば図５は、空気袋システム６０（例えば図７を参照）と共に使用され得る空気袋端部取付具２００の一構成を示す。例示されるように、好ましい一構成において、空気袋端部取付具２００は、第１の面取りされた表面部分２１０と、第２の矩形の部分２２０とを備える。第１の部分２１０は、端部取付具の第１の、すなわち底面２３０から端部取付具の第２の、すなわち頂面２５０に向かって延伸する面取りされた面２１２を備えることができる。さらにこの第１の部分２１０は、第１の面２３０と第２の面２５０の間に延伸するボルト穴２６０を画定する。この例示の構成において、ボルト穴２６０は、頂面２５０付近に第１の穴部分２６２と、第１の穴部分２６２の真下にある第２の穴部分２６４とを備える。例示されるように、第１のボルト穴部分の直径は、第２のボルト穴部分の直径と異なる。具体的には、第１の穴部分の直径は、第２のボルト穴部分の直径より大きい。このようなボルト穴構成の１つの利点は、それがバンジョー取付具またはボルトなどの内側が取り除かれたボルトなどの通気ボルトの利用を可能にする点である。このようなボルトをここで開示される空気袋システムと共に使用することの１つの利点は、例えば、複合装入物が、硬化ステップにおいてオートクレーブ内で支持される間に通常受ける高圧などの高圧用途に耐えるそれぞれの能力である。

加えて、滑らかで平坦な表面を形成する座繰りされたまたは械加工された機構２６６もまた、ボルト穴２６０の底面２３０に沿って形成されてよい。この機械加工された機構２６６は、端部取付具が図３〜図４の硬化工具１５のほぼ平坦な表面部分９５に対して設置される際など端部取付具２００が硬化工具に対して設置される際、第１の圧力密閉部材（例えば図６Ｃにおける第１の密閉部材１５０）を受けるように構成されてよい。同様のやり方において、第１の穴部分２６２の底面２６１もまた、第２の圧力密閉部材１６０（例えば、図６Ｄにおける密閉部材１６０）を受けるように構成されてよい。

例えば図６Ｃは、第１の圧力密閉部材１５０を示しており、図６Ｄは、第２の密閉部材１６０を示している。好ましい一構成において、このような圧力密閉部材１５０は、エラストマー密閉リングまたは圧縮可能なＯリングの形態を採る場合がある。別の好ましい構成において、圧力密閉部材１５０は、カリフォルニア州、ロングビーチのＲｕｂｂｅｒｃｒａｆｔによって提供されるＤｕｏ−ＳｅａｌガスケットなどのガスケットのようにＯリングが内側に内蔵された金属ワッシャの形態を採る場合もある。設置される際、このような圧力密閉部材は、密閉し、これにより外圧を圧力経路３９０（例えば図１１を参照）内に適切に封じ込めるために、通気用ボルト３００と端部取付具２００の間、ならびに端部取付具と工具１５の平坦な部分９５の間で圧縮されてよい。

好ましい一構成において、機械加工された機構２６１内に設けられた第２の圧力密閉部材１６０は、図６Ｄに示されるようにＯリングが金属ワッシャの内周１６１上に内蔵された金属ワッシャである。好ましい一構成において、第１の穴部分２６２の底面２６１に設けられた第２の圧力密閉部材は、エラストマー密閉リングである。代替の圧力密閉部材構成もまた利用されてよい。

空気袋端部取付具２００はさらに水平方向の穴２８０を画定する。例示されるように、水平方向の穴２８０は、端部取付具２００の第２の部分２２０に水平方向に沿って、第２の穴部分２６４から第２の部分２２０の壁部分２９０に向かって延伸する。よってボルト穴２６４（すなわち第２の穴部分）と、水平方向の穴２８０は、互いに流体連通して存在している。また示されるように、端部取付具２００の第２の端部２２０は、概ね矩形形状を備え、その全体の高さＨ_ＳＰ２７２は端部取付具の第１の端部の全体の高さＨ_ＦＰ２７０よりわずかに小さい。第２の部分２２０の高さが小さいことの１つの理由は、空気袋の内部をこの矩形端部２２０の外側面２７５に作動可能に結合させる、または取り付けることを可能にするためである。当業者が理解するように、異なる高さＨ_ＳＰ２７２、Ｈ_ＦＰ２７０構成もまた利用されてよい。例えば代替の一構成では、高さＨ_ＳＰ２７２は、高さＨ_ＦＰ２７０と等しいか、それより大きい場合もある。

図６Ａは、図５に示される端部取付具２００と共に利用され得る通気用ボルト３００の斜視図を示している。図６Ｂは、図６Ａに示される通気用ボルト３００の頂面図を示している。好ましい一構成において、この通気ボルトはバンジョーボルトである。

次に図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、通気用ボルト３００は、拡大されたヘッド開口部３１０を画定する拡大された通気ボルトヘッド３０５を備える。図６Ｂから分かるように、拡大されたヘッド開口部３１０は、通気ボルトが端部取付具２００の頂面２５０より上に飛び出さないように（例えば図５を参照）空気袋端部取付具２００の穴に配置される際、同様に成形された駆動工具が通気ボルトを硬化工具の頂面上の所定の場所に推し進めるおよび／またはねじ込むことができるように六角形に成形された開口部を備えることができる。

通気用ボルト３００はさらに、拡大されたヘッド３０５から離れるように延伸するボルトシャフト３４０を備える。重要なことには、このボルトシャフト３４０は、ボルトシャフト３４０の少なくとも一部に沿って延伸する内部ボルト穴３５５を画定する。シャフト３４０はさらに、拡大されたヘッド３０５から直接延伸する第１のネック部分３１５を備える。第２のネック部分３２０が、第１のネック部分３１５から延伸し、第３のネック部分３３０が、この第２のネック部分３２０から延伸している。この第３のネック部分３３０は、環状の溝３７０に隣接して存在する。ボルトシャフト３４０はさらに、ねじ山３６０を備える接続端部３５０を備える。この構成において、ねじ山３６０は、外側のねじ山である。重要なことには、この例示される構成において、シャフト３４０の内部の穴３５５は、ボルトシャフト３４０の底部ボルト面３８０から第２のネック部分３２０まで延伸している。通気ボルトはさらに軸方向の通気ポート３２５を備える。この通気ポート３２５もまた、第２のネック部分３２０上に設けられ、内部ボルト穴３５５と流体整列されている。

次のステップにおいて、図７に示されるように、空気袋システム６０が硬化工具１５に対して設置される。具体的には、空気袋システム６０の膨張式空気袋５５が、硬化サイクルにおいて加えられる外圧に対応するために水平材装入物１０の内部空隙部４５内に配置される。空気袋５５は、任意の好適な材料、例えばおよび限定ではなくエラストマーなどで形成されてよい。空気袋を硬化作業の後に空隙部４５から取り出し易くするために、空気袋が設置される前に解放作用物または解放フィルムが空気袋５５に適用される場合もある。好ましい一構成において、空気袋５５は、図５に示される空気袋端部取付具２００の第２の部分２２０（すなわち矩形の部分）と結合されるように適合される。この例において、空気袋５５は、内部空隙部４５の幾何学形状のほぼ合致するように構成され、硬化工具１５の平坦な工具面８０とほぼ同一面にあるほぼ平坦な上部面５７を有する。

図７にも示されるように、空気袋端部取付具２００は、工具１５の端部部分９５に沿って配置されている。この設置位置において、空気袋端部取付具２００のボルト穴２６０は、硬化工具１５の上部面に沿って設けられたボルト穴９８と整列するように位置決めされる。加えて、空気袋５５は、空気袋端部取付具２００に取り外せないように取り付けられ、これに対して密閉されることで、空気袋５５が硬化プロセスのための準備において複合装入物１０内に設置される度に空気袋５５を空気袋端部ユニット２００に接続し直す必要性をなくす。

次に通気用ボルト３００を空気袋端部取付具２００のボルト穴２６０に作動式にインサートすることができる。この通気ボルトがボルト穴２６０にインサートされる際、通気ボルトはさらに、それが通気用ボルト３００の接続端部３５０を工具１５のボルト穴９８（例えば図４を参照）にねじ込み式に接続するように所定の場所へと回転されてよい。適切にインサートされると、通気用ボルト３００は、通気用ボルト３００の通気ポート３２５が空気袋端部取付具の水平方向の穴２８０と整列するように空気袋端部取付具２００内に位置決めされる。通気用ボルト３００を所定の場所に回転させることで、通気用ボルト３００と端部取付具２００の間の第１の圧力密閉部材と、端部取付具と工具１５の平坦な部分９５の間の第２の圧力密閉部材とを圧縮することで、密閉し、これにより外圧を圧力経路３９０（例えば図１１を参照）内に適切に封じ込める。

次に図８を参照すると、図７に示されるように空気袋システム６０が設置された後、ほぼ平坦な複合皮膜装入物１１５が、硬化工具１５上に置かれ、膨張式空気袋５５の上にかぶさり、水平材装入物１０のフランジ１４（図７）および平坦な工具面８０と向き合って接触する。

次に図９に示されるように、当て板１２０が平坦な複合皮膜装入物１１５を覆うように設置されることで、硬化プロセスにおいて皮膜装入物１１５全体にわたって実質的に均一な圧力を加えることができる。また図７には示されないが、用途に応じて剥離式の層、解放フィルムおよび／または通気穴あるいは他の構成要素が当て板１２０と共に設置される場合がある。次に、および図１０に示されるように好適なシーラントテープ１２５または他の好適なシーラントが、工具１５の真空の袋状にするための準備において硬化工具１５の外周に塗布される場合もある。この時点で真空プローブベース１３０が、設置された空気袋端部取付具２００に隣接して硬化工具１５の平坦な端部部分９５に適用されてよい。次に、真空プローブ１３５が、真空プローブベース１３０上に設置されてよい。この真空プローブは、硬化サイクルにおいて真空バッグ２５内の圧力を排気するまたは選択式に解放するために真空供給源１４５（図示せず）と結合されるように適合されてよい。

例えば好ましい空気袋システム接続の一実装形態が図１１に示されている。図１１は次のプロセスステップを示している。第１および第２の圧力密閉部材１５０、１６０および図１０に示される通気用ボルト３００の設置に続いて、ポリエステルまたはナイロンなどの好適な材料で形成された可撓性のバッグ２５（真空バッグ２５と呼ばれる場合もある）が、工具１５を覆うように設置され、空気袋端部取付具２００、通気用ボルトの拡大されたヘッド３０５、水平材装入物１０および空気袋５５を覆う。真空バッグ２５は、シーラントテープ１２５または他の好適なシーラントを利用して硬化工具１５の外周に対して、かつ真空プローブベース１３０を囲むように密閉される。

真空バッグ２５の排気は、真空バッグ２５を空気袋端部取付具２００、通気用ボルト３００の頂部、空気袋５５および工具１５の頂面に向けて下方に引っ張る。オートクレーブ内で行なわれる硬化ステップにおいて、オートクレーブ圧Ｐ_Ａが真空バッグ２５を硬化工具１５に当たるように押しやり、これにより複合装入物１０を圧縮する。加えて、オートクレーブ圧Ｐ_Ａは通気用ボルト３００の底部と通じているため、オートクレーブ圧Ｐ_Ａもまた空気袋５５の内部に加えられる。具体的には工具１５の底部はオートクレーブ圧を受けるように配管され、この圧力は、通気用経路を経由して空気袋５５の内部と通じることになる。圧力密閉部材１５０、１６０が、通気用ボルト３００と端部取付具２００の間ならびに端部取付具と工具１５の平坦な部分９５の間で圧縮されることで、密閉し、これにより外圧を圧力経路３９０中に適切に封じ込めることになる。

ここで考察される空気袋システム６０が多数の水平材を同時に共同で硬化させるのに利用される場合、水平材の各々に対して各々別々の空気袋が、同一のオートクレーブ圧に対して配管される場合もある。このようなオートクレーブ圧Ｐ_Ａが空気袋５５の内部７５に到達するために、オートクレーブ圧Ｐ_Ａは、圧力経路３９０をたどることになる。このような圧力経路３９０は、通気用ボルト３００の軸方向のポート３２５を経由して空気袋端部取付具２００の水平方向の穴２８０に結合された通気用ボルト３００の内部の穴３５５を備え、これにより空気袋５５の内部をオートクレーブ圧Ｐ_Ａによって内側から加圧する。この空気袋５５の内部加圧によって、特定の力Ｐ_Ａを複合装入物１０に対して加える。したがって空気袋５５がその膨張した状態を維持する間、成型される複合装入物をオートクレーブ内で硬化させることができる。これは、硬化および成型作業の合間に、複合装入物の外側面が、工具１５および当て板シート１１５の各々の工具面に当たるように押しつけられることを確実にするのに役立つ。硬化作業が完了すると、オートクレーブ圧Ｐ_Ａは、真空バッグ２５から除去され、これにより空気袋５５の内部７５からも除去される。

次に上記に記載した空気袋システム６０を使用するオートクレーブ硬化作業のための方法４００のステップを広く例示する図１２に注目されたい。例えば、およびステップ４０２で始めると、複合樹脂装入物１０が、好適な工具、本明細書で考察され例示されるような硬化工具１５などの上に配置されることによってオートクレーブ内で支持される。ステップ４０４において、空気袋５５が装入物の空隙部内に設置される。その後ステップ４０６において、空気袋５５は、先に記載したような空気袋システム６０を形成するために空気袋端部取付具２００および通気用ボルト３００に結合されてよい。好ましい一構成において、空気袋端部取付具２００は硬化工具１５の概ね平坦な頂面に取り外し可能に結合され、可撓性の膨張式空気袋５５が装入物１０の内部空隙部４５内に設置される。通気用ボルト３００の内部ボルト穴３５５が、空気袋端部取付具２００の水平方向の穴２８０に流体結合されることで、オートクレーブ圧Ｐ_Ａが空気袋５５の内部７５に侵入することを可能にするためにオートクレーブと空気袋５５の間に圧力経路を画定する。ステップ４０８において、空気袋５５を伴う複合装入物２０、空気袋端部取付具２００および通気用ボルト３００の頂部は、真空バッグなどの可撓性のバッグ２５によって覆われ、この可撓性のバッグはこのとき硬化工具１５に対して密閉される。

ステップ４１０において、複合装入物を圧縮するためにオートクレーブ圧Ｐ_Ａがバッグ２５に加えられる。加えてオートクレーブ圧Ｐ_Ａは圧力経路３９０を経由して空気袋５５の内部７５にも加えられ、これにより空気袋５５を加圧してオートクレーブ圧によって複合装入物１０に加えられる力に対応する。

本開示の実施形態は、特に、例えば航空宇宙、船舶、自動車用途および複合部品のオートクレーブ硬化作業が利用される可能性のある他の用途を含めた輸送産業において、多様な種類の潜在的な用途における利用法を見いだす可能性がある。したがって図１３および図１４を次に参照すると、本開示の実施形態は、図１３に示される航空機の製造および保守点検方法５００ならびに図１４に示される航空機５５０の文脈においてにおいて使用されてよい。開示される実施形態の航空機用途には、これに限定するものではなく、ほんのいくつか挙げるとすると梁、桁および水平材など補剛材の、例えば限定するものではなく硬化作業などが含まれてよい。製造の前に、例示の方法５００は、航空機５５０の仕様および設計５０２と、材料調達５０４とを含む場合がある。製造する際、航空機５５０の構成要素および部分組立品の製造５０６ならびにシステム統合５０８が行なわれる。その後航空機５５０は、就航中５１２となるように認証および搬送５１０を受けることができる。顧客によって就航中にある間、航空機５５０は定期的な整備および保守点検５１４が予定され、これは修正、再構成、改修などを含む場合もある。

方法５００のプロセスは各々、システム統合者、第３者および／またはオペレータ（例えば顧客）によって実行される、または行なわれてよい。この記載の目的に関して、システム統合者には、限定するのではなく、任意の数の航空機の製造元および主要なシステムの下請け業者が含まれてよく、第３者には、限定するのはなく任意の数の供給業者、下請け業者および部品供給元が含まれてよく、オペレータには、エアライン、リース会社、軍事団体、サービス組織などが含まれてよい。

図１４に示されるように、例示の方法５００によって形成された航空機５５０は、複数のシステム５５４を備えた機体５５２と、内部５５６とを含むことができる。ハイレベルシステム５５４の例には、１つまたは複数の推進システム５１８、電気システム５２０、油圧システム５２２および環境システム５２４が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれる場合もある。航空宇宙の一例が示されているが、本開示の原理は、他の産業、例えば船舶および自動車産業に適用される場合もある。

本明細書で具現化されるシステムおよび方法は、製造および保守点検方法５００の１つまたは複数の段階において採用されてよい。例えば、製造プロセス５０２に相当する構成要素または部分組立品は、航空機５５０が就航中に形成される構成要素または部分組立品と同様のやり方で作製または製造されてよい。また１つまたは複数の装置実施形態、方法実施形態またはそれらの組み合わせが、例えば航空機５５０の組み立てを実質的に早める、または航空機５５０のコストを抑えることによって製造段階５０２および５０４において利用される場合もある。同様に、１つまたは複数の装置実施形態、方法実施形態またはそれらの組み合わせが、航空機５５０が就航中に、例えば限定するものではなく整備および保守点検５１４に対して利用される場合もある。さらに本開示は以下の項による実施形態を有する。

項１．内部空隙部を有する複合装入物の硬化作業において利用するための装置であって、
オートクレーブ硬化作業において複合装入物に対して圧力を加えるために空隙部内に配置されるように適合された可撓性の空気袋と、
可撓性の空気袋に作動式に結合され、ボルト穴と水平方向の穴とを画定する端部取付具とを備え、
端部取付具のボルト穴に通気ボルトが作動式に結合される際、通気ボルトと水平方向の穴が、空気袋の内部が外圧を受けることを可能にする圧力経路を画定する、装置。

項２．可撓性の空気袋、端部取付具および通気ボルトを覆うように密閉された可撓性のバッグをさらに備える、項１の装置。

項３．複合装入物を上に配置させるように適合された硬化工具をさらに備え、
可撓性の空気袋が、複合装入物上に配置され、可撓性のバッグが硬化工具に対して密閉される、項２の装置。

項４．硬化工具が複合硬化工具である項３の装置。

項５．端部取付具のボルト穴が、硬化工具の合致面に沿って設けられた工具穴と整列するように位置決めされる、項４の装置。

項６．通気ボルトが、端部取付具のボルト穴にインサートされ、
通気ボルトが、通気ボルトが工具穴にねじ込み式に接続するように所定の場所に回転される、項４の装置。

項７．通気ボルトが、端部取付具のボルト穴にインサートされ、
通気ボルトが、通気ボルトが工具穴の中に設けられたねじ込み式のインサートにねじ込み式に接続するように所定の場所に回転される、項５の装置。

項８．端部取付具のボルト穴が、端部取付具の第１の面から第２の面まで延伸する、項１の装置。

項９．工具が、可撓性バッグ内で選択的に圧力を解放するために真空供給源と結合されるように適合された真空ポートを備える、項３の装置。

項１０．端部取付具のボルト穴が、
第１のボルト穴部分および第２のボルト穴部分とを備え、
第１のボルト穴部分の直径が第２のボルト穴部分の直径と異なる、項１の装置。

項１１．第１のボルト穴部分の直径が第２のボルト穴部分の直径より大きい、項１０の装置。

項１２．通気ボルトの内部のボルト穴と、端部取付具の水平方向の穴が、空気袋の内部が外圧を受けることができるように圧力経路を画定する、項１の装置。

項１３．通気用ボルトと端部取付具の間に位置決めされた第１の圧力密閉部材をさらに備え、
第１の密閉部材が、外圧を圧力経路内に封じ込める、項３の装置。

項１４．端部取付具と工具の間に位置決めされた第２の圧力密閉部材をさらに備え、
第２の密閉部材が、外圧を圧力経路内に封じ込める、項１３の装置。

項１５．内部空隙部を有する複合装入物を硬化させる方法であって、
複合装入物を硬化工具上で支持するステップと、
複合装入物内に空気袋を設置するステップと、
空気袋を空気袋端部取付具に結合するステップと、
通気ボルトを利用して空気袋端部取付具を硬化工具に固定するステップとを含み、
通気ボルトと、空気袋端部取付具が、空気袋の内部に外圧を供給するための圧力経路を画定する方法。

項１６．通気ボルトと空気袋端部取付具によって画定された圧力経路を経由して空気袋の内部を外圧に曝すことによって空気袋を加圧するステップをさらに含む、項１５の方法。

項１７．空気袋端部取付具が、空気袋の内部に対して密閉される、項１５の方法。

項１８．空気袋、空気袋端部取付具および通気ボルトヘッドを覆うように可撓性のバッグを密閉するステップをさらに含む、項１７の方法。

項１９．硬化工具を複合装入物を上に配置させるように適合させるステップをさらに含み、
空気袋が、複合装入物の空隙部内に配置される、項１８の方法。

項２０．可撓性バッグを硬化工具に対して密閉するステップをさらに含む、項１９の方法。

項２１．第１の圧力密閉部材を通気用ボルトと端部取付具の間に位置決めすることで、第１の密閉部材が、圧力経路内に外圧を封じ込めるステップをさらに含む、項２０の方法。

項２２．第２の圧力密閉部材を端部取付具と工具の間に位置決めすることで、第２の密閉部材が、圧力経路内に外圧を封じ込めるステップをさらに含む、項２１の方法。

種々の有利な実施形態の記載は、例示および記述する目的で提示されており、これは網羅的である、または開示される形態に限定されることは意図されていない。多くの修正形態および変形形態が、当業者には明らかであろう。さらに種々の有利な実施形態は、他の有利な実施形態と比べて異なる利点を提供する可能性がある。選択された１つまたは複数の実施形態は、実施形態の原理、すなわち実際の用途を最適に説明するため、および企図される特定の利用に適合されるように、他の当業者が種々の修正形態と併せて種々の実施形態に関する開示を理解することを可能にするために選択され記載されている。

１０ 複合装入物（複合装入物、複合部品装入物、水平材装入物）
１２ ハット
１３ 装入空隙部
１４ フランジ
１５ 硬化工具
２０ 繊維強化複合樹脂水平材
２５ 真空バッグ
３５ オートクレーブ
４０ ハット部分
４５ 空隙部
４７ 開放端部
５０ フランジ部分
５２ 皮膜部分
５５ 空気袋
５７ 上部面
６０ 空気袋システム
６５、７０ 工具面
７５ 内部
８０ 上部工具面
８２ 壁構造
９５ 端部部分
９８ 工具穴
１００ 頂面
１０２ 底面
１１５ 皮膜装入物
１２０ 当て板
１２５ シーラントテープ
１３０ 真空プローブベース
１３５ 真空プローブ
１４５ 真空供給源
１５０ 第１の圧力密閉部材
１６０ 第２の圧力密閉部材
１６１ 内周
２００ 空気袋端部取付具
２１０ 第１の部分
２１２ 面取りされた面
２２０ 第２の部分
２３０ 底面
２５０ 頂面
２６０ ボルト穴
２６１ 機械加工された機構
２６２ 第１の部分
２６４ 第２の部分
２６６ 機械加工された機構
２７０ 第１の端部の全体の高さ
２７２ 第２の端部の全体の高さ
２７５ 外側面
２８０ 水平方向の穴
２９０ 壁部分
３００ 通気用ボルト
３０５ 拡大された通気ボルトヘッド
３１０ ヘッド開口部
３１５ 第１のネック部分
３２０ 第２のネック部分
３２５ 通気ポート
３３０ 第３のネック部分
３４０ ボルトシャフト
３５０ 接続端部
３５５ 内部ボルト穴
３６０ ねじ山
３７０ 環状の溝
３８０ 底部のボルト面
３９０ 圧力経路
４００ 方法
４０２ ステップ
４０４ ステップ
４０６ ステップ
４０８ ステップ
４１０ ステップ
５００ 航空機の製造および保守点検方法
５０２ 仕様および設計
５０４ 材料調達
５０６ 構成要素および部分組立品の製造
５０８ システム統合
５１０ 認証および搬送
５１２ 就航中
５１４ 整備および保守点検
５１８ 推進システム
５２０ 電気システム
５２２ 油圧システム
５２４ 環境システム
５５０ 航空機
５５２ 機体
５５４ システム
５５６ 内部
Ｐ_Ａ オートクレーブ圧
Ｈ_ＦＰ 第１の端部の全体の高さ
Ｈ_ＳＰ 第２の端部の全体の高さ

Claims (10)

1. 内部空隙部（４５）を有する複合装入物（１０）の硬化作業において利用するための装置であって、
   オートクレーブ硬化作業において前記複合装入物（１０）に対して圧力を加えるために前記内部空隙部（４５）内に配置されるように適合された可撓性の空気袋（５５）と、
   前記可撓性の空気袋（５５）に作動式に結合され、第１の穴であるボルト穴（２６０）と水平方向の第２の穴（２８０）とを画定する端部取付具（２００）とを備え、
   前記端部取付具（２００）の前記ボルト穴（２６０）に通気ボルト（３００）が作動式に結合される際、前記通気ボルト（３００）と前記水平方向の穴（２８０）が、前記空気袋（５５）の内部が外圧を受けることを可能にする圧力経路（３９０）を画定し、
   前記装置が、
   前記複合装入物（１０）を上に配置させるように適合された硬化工具（１５）をさらに備え、
   前記可撓性の空気袋（５５）が、前記複合装入物（１０）上に配置され、
   前記端部取付具（２００）の前記ボルト穴（２６０）が、前記硬化工具（１５）の合致面に沿って設けられた工具穴（９８）と整列するように位置決めされており、
   前記可撓性の空気袋（５５）、前記端部取付具（２００）および前記通気ボルト（３００）を覆うように密閉された可撓性のバッグ（２５）をさらに備え、
   前記可撓性のバッグ（２５）が前記硬化工具（１５）に対して密閉され、
   前記通気ボルト（３００）が、前記端部取付具（２００）の前記ボルト穴（２６０）にインサートされ、
   前記通気ボルト（３００）が、前記通気ボルトが前記工具穴（９８）にねじ込み式に接続するように所定の場所に回転され、
   前記通気ボルト（３００）と前記端部取付具（２００）の間に位置決めされた第１の圧力密閉部材（１５０）をさらに備え、
   前記第１の圧力密閉部材（１５０）が、前記外圧を前記圧力経路（３９０）内に封じ込め、
   前記端部取付具（２００）と前記硬化工具（１５）の間に位置決めされた第２の圧力密閉部材（１６０）をさらに備え、
   前記第２の圧力密閉部材（１６０）が、前記外圧を前記圧力経路（３９０）内に封じ込めることを特徴とする、装置。
2. 前記通気ボルト（３００）が、端部取付具（２００）の前記ボルト穴（２６０）にインサートされ、
   前記通気ボルト（３００）が、前記通気ボルトが前記工具穴（９８）の中に設けられたねじ込み式のインサートにねじ込み式に接続するように所定の場所に回転される、請求項１に記載の装置。
3. 前記端部取付具（２００）の前記ボルト穴（２６０）が、前記端部取付具（２００）の第１の面から第２の面まで延在する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記通気ボルト（３００）の内側のボルト穴（３５５）と、前記端部取付具（２００）の前記水平方向の第２の穴（２８０）が、前記空気袋（５５）の内部が外圧を受けることを可能にする圧力経路（３９０）を画定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置を使用して、内部空隙部（４５）を有する複合装入物（１０）を硬化させる方法（４００）であって、
   前記複合装入物（１０）を硬化工具（１５）上で支持するステップ（４２０）と、
   前記複合装入物（１０）内に空気袋（５５）を設置するステップ（４０４）と、
   前記空気袋（５５）を空気袋端部取付具（２００）に結合するステップ（４０６）と、
   通気ボルト（３００）を利用して前記空気袋端部取付具（２００）を前記硬化工具（１５）に固定するステップとを含み、
   前記通気ボルト（３００）と、前記空気袋端部取付具（２００）が、前記空気袋の内部に外圧を供給するための圧力経路（３９０）を画定する方法。
6. 前記通気ボルト（３００）と前記空気袋端部取付具（２００）によって画定された前記圧力経路（３９０）を経由して前記空気袋の内部を外圧に曝すことによって前記空気袋（５５）を加圧するステップ（４１０）をさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記空気袋端部取付具（２００）が、前記空気袋（５５）の内部に対して密閉される、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記空気袋（５５）、前記空気袋端部取付具（２００）および通気ボルト（３００）ヘッドを覆うように可撓性のバッグ（２５）を密閉するステップ（４０８）をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 硬化工具（１５）を複合装入物（１０）を上に配置させるように適合させるステップをさらに含み、
   前記空気袋（５５）が、前記複合装入物（１０）の空隙部（４５）内に配置される、請求項８に記載の方法。
10. 前記可撓性のバッグ（２５）を前記硬化工具（１５）に対して密閉するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。

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