JPH04219215A - 複合構造体のモールド方法及びその装置 - Google Patents

複合構造体のモールド方法及びその装置

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JPH04219215A
JPH04219215A JP3069184A JP6918491A JPH04219215A JP H04219215 A JPH04219215 A JP H04219215A JP 3069184 A JP3069184 A JP 3069184A JP 6918491 A JP6918491 A JP 6918491A JP H04219215 A JPH04219215 A JP H04219215A
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expandable membrane
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Richard J Simkulak
リチャード　ジョセフ　シムクラック
Terry M Boustead
テリー　マーチン　バウステッド
Robert L Folts
ロバート　ルイス　フォルツ
George N Sepe
ジョージ　ニコラス　セペ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の内部ウェブを有
する中空の複合部品をモールドする方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】尾翼、翼、カナード（ｃａｎａｒｄ）、
その他の制御表面などの複合航空構造物は、通常、中空
であり、一般的には、構造強化のために内部スパーウェ
ブを有している。これらのスパーウェブの配置や配列に
より、隣接する組立部品と噛み合う能力と同時に、組み
立てられた部品の強度と剛性が決定される。構造部材の
間の接合の問題を解消し、そして、完成された部品の強
度を改良するためには、スパーウェブをモールドされる
べき部品の枠組みと一体に硬化することが非常に望まし
い。内部のスパーウェブを有する複合構造は、以前は、
制御が不可能で膨張可能なナイロンバッグや固定寸法の
硬いマンドレルを使用しながらモールドされていた。こ
れらのナイロンバッグは、層状組織の硬化の間は良好な
圧力を提供するが、しかし、破れ易い。このことが発生
すると、部品とモールドはオートクレーブ（加圧器）か
ら取り出されなければならず、真空状態を再点検し、再
度袋に入れ直さなければならない。これは時間のかかる
作業であり、しばしば、熱硬化（加熱成形）材料の最大
取扱い時間に近づいてしまう。この最大取扱い時間を超
過するということは、熱硬化材料が結合せず、適当に硬
化せず、そして、その部品は廃棄されなければならない
ということを意味する。
【０００３】固定寸法のマンドレルは、典型的には、モ
ールドのそれぞれの内部空洞内の中央に配置されていた
。このマンドレルは、部品の薄片板の補強材を入れるた
めに、最終部品の寸法の内部寸法よりも、それぞれの側
面で約０．２５０インチだけ小さく寸法が取られていた
。
【０００４】それらの縮小された状態のため、固定寸法
のマンドレルでは、スパーウェブの位置やスパー伸張部
の臨界的な位置を制御するには不十分であった。スパー
伸張部は、部品の表皮を越えて突き出した内部スパー連
続構造物であり、これは部品を胴体に固定するために使
用される。
【０００５】マンドレル（１００）が部品の寸法よりも
小さい結果として、スパーウェブは、成形プロセス中は
隣接するマンドレルの間の空間を移動することが出来る
（図１を参照）。硬化したスパーウェブは、受け入れ難
い起伏量（１０１）を示し、それらは理想的な位置に正
確に配置されない。この起伏は、硬化された複合構造体
の物理的特性の低下を引き起こし、そして、スパー伸張
部（１０２）の配置の誤りが、部品の次の組立動作にお
いて、界面での問題を引き起こす。配置誤差の許容範囲
を超えた場合には、相当のやり直しが要求され、高価な
主組立部品がスクラップにされる虞れがある。
【０００６】米国特許第３，９６２，５０６号明細書は
、非円形断面を有する中空製品を製造するための、フレ
キシブルで膨張可能なマンドレルを述べている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】複合材のモールドにお
いて通常使用されているが、制御されていない膨張可能
な装置は、我々の適用において要求されるスパーウェブ
の正確な配列や制御には適していない。
【０００８】従って、本発明の目的は、複数の内部ウェ
ブを有する中空複合部品をモールドするための改善され
た方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明になる方法は、最
も有益には、一体に硬化されたスパーウェブを有する翼
、尾翼、その他の制御表面等の複合航空機部品の品質や
正確さを改善するために利用される。これらのスパーウ
ェブは構造体内において補強材として機能し、完成した
部品の強度や剛性に寄与する。
【００１０】開示された新規なモールドや硬化方法は、
航空機の部品を成型する際、制御が不可能で膨張可能な
バッグと固定寸法の硬いマンドレルの使用に伴う問題点
を無くしたものである。スパーウェブにおける起伏とス
パー伸張部の配置誤差を取り除くために、また、同質な
薄片構造の品質を提供するため、モールド組立体は、伸
張可能なマンドレルと、スパーを正確に配置する手段と
、薄片板を均一に押圧するための膨張可能な圧力膜とを
含んでいる。
【００１１】膨張可能なマンドレルは、補強プロセス中
の押圧位置において、かさばらない材料によって補強す
るための適当な空間を提供する。硬化サイクル前にマン
ドレルを膨張させてスパーを予備配置し、スパー直線性
を確認し、そして、固定寸法のマンドレルに付随する起
伏の問題を解消する。マンドレルは、例えば空気圧シリ
ンダー、ウェッジとローラの組立体、あるいは液圧等の
種々の手段によって膨張され得る。
【００１２】一体のスパーウェブの正確な配置は、型（
モールド）のそれぞれの端部の上の、複数の硬い止め部
材によって達成される。これらの止め部材はマンドレル
の膨張を制限している。スパーウェブを部品内で正確に
設定するためには、膨張可能なマンドレルの活性化のシ
ーケンスが重要であることから、好ましくは、ただマン
ドレルの適切な動作シーケンスが可能であることを確認
するために、マニフォールドが組み入れられる。
【００１３】
【作用】部品の内部表面を形成するために、膨張可能な
圧力膜が組み入れられている。これが、型の内部表面と
膜との間を真空とし、それらの間に部品を掴ませる。高
い可撓性を備えた膜が好ましく、それ故、その膜は補強
プロセス中においてはマンドレル上で緊密に形を成す。 しかし、硬化サイクル中においては、真空と熱が加えら
れた時には、自由に膨張して薄片材料を緊密に押圧する
。この可撓性の圧力膜は、均等な圧力を薄片状の加熱成
形（熱硬化）部材に加え、もって、完成した部品内部の
樹脂が密な領域と粗な領域とにわかれ不均一になること
を防止している。
【００１４】
【実施例】図面を参照する。この図には、本発明が関連
する複数の内部ウェブを有する中空複合部材のモールド
が示されている。特に、本発明は、航空機の尾翼を製造
するために使用される。
【００１５】図２は、膨張可能なマンドレル装置を図示
している。このマンドレルはアルミニウムにより形成さ
れ、そして、一対の摺動可能な側壁部材から構成されて
いる。そこには、内部の側壁部材（２）と外部の側壁部
材（３）とがある。内部の側壁部材（２）は、マンドレ
ル（１）の幅を調整するために、外部の側壁部材（３）
の内部で摺動され得る。内部の側壁部材（２）の端部に
は、マンドレル支持ポスト（５）に取り付けられた垂直
な支持締金（４）が配置されている。
【００１６】それぞれのマンドレルの内部には、４個の
空気圧シリンダー（６）が、２つの摺動可能な壁部材の
間に交互に設けられている。シリンダー（６）は２つの
室を有している。これらの室内では差圧が作られ、これ
が一方の室を膨張させ、取り付けられたシリンダーロッ
ド（７）を伸張させ、これに接続された側壁板を遠方へ
移動させる。
【００１７】膨張可能なマンドレルの長さ方向を取り囲
んで、膨張可能な圧力膜（８）がある。この好適な実施
例では、この膜（８）はシリコンゴムから形成されてい
る。このシリコン材料は、内部の型の表面とシリコン膜
との間に真空状態を作り出すことを可能にし、その内部
に部品を掴む。このシリコン膜は、ナイロン膜に付随す
る破れの問題のない、部品の典型的な０．１２５インチ
の内径に対する凹部を形成する。このシリコン膜は、実
際には、型の空洞を気密な囲いの中に密閉し易くするた
めに、補強領域を越えて、さらに、マンドレルの端部を
越えて伸びている。
【００１８】スパー（１３，１７）を形成するために使
用された加熱成形材料は、「Ｃ」形状の部材を構成する
ために、雨樋形と呼ばれるものの上に積み上げられる。 この例においては、その材料は、ナルムコ社（Ｎａｒｍ
ｃｏ　　Ｉｎｃ．アナハイム、カリフォルニア）により
製造された５２２５Ｗエポキシ樹脂及びグラファイト・
エポキシ加熱成形材料である。前成形された加熱成形部
材（１３，１７）は、シリコン膜で覆われたマンドレル
の上に配置される。
【００１９】下方の型部分のそれぞれの端部に隣接して
、ブラケット支持板（１４）がある。このブラケット支
持板（１４）の上には、マンドレル配置ブラケット（１
５）が載せられている。これらの配列ブラケット（１５
）は、下方の型部分（９）の内部でマンドレル（１）を
支持し、マンドレルを型の空洞内に長手方向に配置して
いる。
【００２０】下方の型部分（９）は、尾翼の表皮を形成
する編み込まれた加熱成形材料（２２）と共に並べられ
る。準備されたマンドレルは、それから、型の内部に、
交互に隣接し、空間で隔てられた配列状態に配置され、
それぞれの端部を上記配列ブラケット（１５）で支持す
る（図３を参照）。
【００２１】下方の型部分（９）の端部には、マンドレ
ルの膨張に対して硬い止め部として機能する複数のスパ
ーロケータ（１６）が配置されている。これらのロケー
タ（１６）は、マンドレルが膨張した時の正確な調和の
とれたスパー配置を設定する。ロケータ（１６）は、一
般に、２つの隣接する加熱成形層（１３，１７）と同じ
厚さである。マンドレルが膨張すると、この加熱成形層
（１３，１７）は相互に接触させられるが、押圧される
ことはない。
【００２２】図４を参照する。下方の型部分（９）の膨
張部分の上にはマニフォールド（１０）があり、簡潔接
続の連結部（１１）を形成し、空気配管（１２）と真空
配管（１９）がこれらに取り付けれている。これらの配
管は気体圧シリンダー（６）に接続され、モールドプロ
セス中は、加圧空気と真空を供給している。個別のマン
ドレル内の気体圧シリンダー（６）は、マンドレルの膨
張が必ずその長さ方向に沿って生ずるように、直列に接
続されている。
【００２３】尾翼の外皮を形成するため、編み込まれた
加熱成形材料（２１）に前以て整列された上方の型部分
（２０）は、マンドレルを含む下方の型部分に配置され
、二つの部分はボルトで一緒に締結されている。気体圧
シリンダー（６）に接続された空気配管（１２）は、マ
ニフォールドに取り付けられている。
【００２４】既に述べたように、膨張可能な圧力膜（８
）は、膨張可能なマンドレルをチューブの様に取り囲み
、マンドレルと型の長さを越えて膨張する（図５を参照
）。これにより、これらの膜の端部が、隣接するいずれ
かの側の圧力膜に対し、及び上方及び下方の型部分に対
して、シールされることとなる。膜（８）と型との間の
空洞は、例えば、エアテック・インターナショナル社（
カーソン、カリフォルニア）のＧＳ−２１３密封テープ
等の粘着性の非硬化圧着接着剤（２５）により、ナイロ
ンの包み込みフィルム（２８）と共に密封される。 接着剤（２５）の玉は膜（８）の外側の端部と型部分の
外表面の端部に付けられる。ナイロンの包み込みフィル
ム（２８）は、型の端部の周囲に包みこまれ、接着剤（
２５）によって固定される。これにより、加熱成形材料
を包含する型の空洞は完全に密封され、モールドプロセ
ス中にこの空洞が真空に引かれることを可能にする。 型のいずれかの端部には、真空バルブ（２６）を取り付
けるための場所を提供するための、大きな耳状フォール
ド（３０）が形成されている。この耳状のひだ（３０）
の内部には、空気を引き出すための開放チャネルを設け
るための織り込まれた布のガーゼがある。真空バルブ（
２６）は、モールドプロセスの間は、硬化サイクル中に
型の空洞を真空にするために、真空ホース（２７）に連
結されている。
【００２５】硬化サイクルに先立って、マニフォールド
（１０）は、加圧空気の外部供給源に取り付けられ、そ
して、スパーウェブの配置を正確に設定するため、マン
ドレルが、スパーロケータ（１６）に接触するまで、膨
張する。
【００２６】型の組立体全体及びマニフォールドは、オ
ートクレーブの中に配置される。この型の組立体と閉じ
込められた加熱成形材料は十分な熱と圧力にさらされ、
隣接する加熱成形材料を接合し、それらをボイドのない
複合部材にする。この適用例では、オートクレーブの圧
力は約５０ｐｓｉであり、そして、温度は約３００゜Ｆ
である。
【００２７】硬化プロセスの間は、真空が気体圧シリン
ダー（６）の一方の室に引き込まれ、一方、他方の室は
マニフォールドを介してオートクレーブの圧力にさらさ
れる。これにより、マンドレルが十分に膨張した位置で
補強を行い、固定寸法のマンドレルで通常見られる０．
２５０インチのギャップを取り除く。
【００２８】一方、型の空洞は真空にされ、膨張可能な
圧力膜（８）の内側を押圧するオートクレーブの圧力は
、圧力膜を風船のように膨張させ、複合のスパーを形成
するために、前もって形成された隣接する加熱成形部材
（１３，１７）を一緒に押圧する。この膨張可能な膜は
、また、スパーウェブを表皮に接合するために、スパー
端部を加熱成形部材が並べられた型の空洞に対して押圧
する（図６を参照）。典型的には、この複合の加熱成形
部材は設定された温度で３時間の間保持される。
【００２９】
【発明の効果】上記の詳細な説明からも明かな様に、本
発明によれば、一体に硬化されたスパーウェブを有する
翼、尾翼、その他の制御表面等の複合航空機部品の品質
や正確さを改善し、強度や剛性に優れた部品を与えるモ
ールド装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定寸法のマンドレルに付随するスパーウェブ
の起伏の問題やスパー膨張による片寄りを示す図である
。
【図２】膨張可能なマンドレル構造を示す図である。
【図３】型の内部接触位置において隣接するマンドレル
を示す図である。
【図４】モールド組立体を示す図である。
【図５】圧着接着剤の位置と、モールドの空洞を真空に
引っ張る真空バルブを示す切断側面図である。
【図６】型の内部の膨張位置における隣接するマンドレ
ルと十分に膨張した圧力膜を示する図である。
【符号の説明】
１　　マンドレル ２　　内部側壁部材 ３　　外部側壁部材 ４　　支持締金 ５　　マンドレル支持ポスト ６　　空気圧シリンダー ７　　シリンダーロッド ８　　膜 ９　　下方の型部分 １０　　マニフォールド １１　　接続連結部 １２　　空気配管 １３，１７　　スパー加熱成形部材（層）１４　　ブラ
ケット支持板 １５　　配置ブラケット １６　　ロケータ １９　　真空配管 ２０　　上方の型部分 ２１　　加熱成形材料 ２２　　加熱成形部材 ２５　　非硬化圧着接着剤 ２６　　真空バルブ ２７　　真空ホース ２８　　包み込みフィルム ３０　　耳状フォールド

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　製造されるべき部品の輪郭を備えた型
    と、上記型及び複合物を加熱する手段とを使用して、複
    数の内部ウェブを有する中空の複合部品を、モールドす
    るための装置において、一対の摺動可能な側壁部材と、
    上記摺動可能な側壁部材を横方向に変位させる手段と、
    上記一対の摺動可能な側壁部材を長手方向に取り囲む膨
    張可能なチューブ状の膜とを有する、複数の膨張可能な
    マンドレル組立体、上記内部ウェブの位置を正確に配置
    し、上記内部ウェブの直線性を確保するための手段、上
    記膨張可能な膜を、型及び隣接する膨張可能な膜に密封
    するための手段、上記膨張可能な膜を押圧し、そして、
    膨張させる手段、及び、型の内部表面と膨張可能な膜と
    の間に真空を引き込み、それらの間にモールドされた部
    品をつかむ手段とを有することを特徴とする複合構造体
    のモールド装置。
  2. 【請求項２】　　請求項１の装置において、膨張可能な
    膜はシリコンゴムからなることを特徴とする複合構造体
    のモールド装置。
  3. 【請求項３】　　請求項１の装置において、上記摺動可
    能な側壁部材を横方向に変位させる手段は、上記膨張可
    能なマンドレルの内部に登載された複数の気体圧シリン
    ダ−であることを特徴とする複合構造体のモールド装置
    。
  4. 【請求項４】　　請求項１の装置において、内部ウェブ
    の位置を正確に配置する手段は、型に取り付けられた複
    数のロケータであり、これらのロケータは、また、膨張
    可能なマンドレルを型の空洞の内部で中央に配置するこ
    とを特徴とする複合構造体のモールド装置。
  5. 【請求項５】　　請求項１の装置において、膨張可能な
    膜を型に密封する手段は、非硬化圧着接着剤及び可撓性
    の包み込みフィルムであることを特徴とする複合構造体
    のモールド装置。
  6. 【請求項６】　　請求項１の装置において、上記型及び
    、膨張可能な膜を押圧しそして膨張させる手段はオート
    クレーブであることを特徴とする複合構造体のモールド
    装置。
  7. 【請求項７】　　複数の内部ウェブを有する中空の複合
    部品をモールドする方法で、膨張可能な膜により取り囲
    まれた複数の膨張可能なマンドレルを収縮し、硬化性の
    加熱成形材料を上記膨張可能な膜上に置き、上記膨張可
    能なマンドレルを、その上に硬化性の加熱成形材料を置
    くと共に、型の内部で空間で隔離されて相互に隣接して
    配列し、上記膨張可能な膜の端部を、隣接する膜と型に
    密封し、硬化サイクルに先立って、マンドレルを硬化性
    の加熱成形材料の位置まで膨張させ、上記型と上記膨張
    可能な膜との間に真空を引き込み、上記硬化性の加熱成
    形材料を固めるために、上記膨張可能な膜を押圧し、そ
    して、上記型を、硬化性の加熱成形材料を硬化させるた
    めに圧力下で加熱するステップを有することを特徴とす
    る複合構造体のモールド方法。
JP3069184A 1990-03-09 1991-03-08 複合構造体のモールド方法及びその装置 Pending JPH04219215A (ja)

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