(57)【要約】      （修正有）【課題】大量の空気流に関連する騒音を減衰させる、多孔質複合材構造体を製造するためのツールアセンブリ、システム及び方法の提供。【解決手段】ツールアセンブリは、第１ツール部材１０と、第２ツール部材２０とを含む。第１ツール部材は、第１内部空間１２と第１流体口１３とを有する第１ボディ部１１を含む。第１流体口は、第１内部空間と流体接続している。第１ツール部材は、第１内部空間と流体接続する複数の第１貫通孔１５を有する第１ツール面１４を、さらに含む。第２ツール部材は、第２内部空間２２と第２流体口２３とを有する第２ボディ部２１を含む。第２流体口は、第２内部空間と流体接続している。第２ツール部材は、第２内部空間と流体接続する複数の第２貫通孔２５を有する第２ツール面２４を、さらに含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未加工レイアップを保持するように構成された第１ツール部材及び第２ツール部材と、
前記未加工レイアップを貫通するように流体を流すように構成された流体移動装置と、
前記流体が前記未加工レイアップを貫通するように流れるときに、前記流体を分散させるように構成されたマニホールドシステムと、を含む、ツールアセンブリ。
【請求項２】
前記第１ツール部材は、第１内部空間を有する第１ボディ部と、前記第１内部空間と流体接続された第１流体口と、を含み、前記第１ツール部材は、さらに、前記第１内部空間と流体接続された複数の第１貫通孔を有する第１ツール面を含む、請求項１に記載のツールアセンブリ。
【請求項３】
前記第２ツール部材は、前記第１ツール部材の反対側に配置されており、第２内部空間を有する第２ボディ部と、前記第２内部空間と流体接続された第２流体口と、を含み、前記第２ツール部材は、さらに、前記第２内部空間と流体接続された複数の第２貫通孔を有する第２ツール面を含む、請求項２に記載のツールアセンブリ。
【請求項４】
前記第１ボディ部は、第１位置合わせ部をさらに含み、
前記第２ボディ部は、前記第１位置合わせ部に対応する第２位置合わせ部をさらに含む、請求項３に記載のツールアセンブリ。
【請求項５】
前記マニホールドシステムは、前記第１ツール部材の前記第１内部空間に配置された第１マニホールドを含む、請求項３又は４に記載のツールアセンブリ。
【請求項６】
前記第１マニホールドは、一次通路と、前記一次通路から延びる複数の二次通路と、を含む、請求項５に記載のツールアセンブリ。
【請求項７】
前記マニホールドシステムは、前記第２ツール部材の前記第２内部空間に配置された第２マニホールドをさらに含む、請求項３〜６のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【請求項８】
前記第２マニホールドは、一次通路と、前記一次通路から延びる複数の二次通路と、を含む、請求項７に記載のツールアセンブリ。
【請求項９】
前記流体移動装置は、前記未加工レイアップにおいて圧力差を生じさせる、請求項１〜８のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【請求項１０】
多孔質複合材構造体を製造するためのシステムであって、当該システムは、
第１ツール部材と、第２ツール部材と、未加工レイアップとを備えるツールアセンブリを含み、
前記第１ツール部材は、第１内部空間を有する第１ボディ部と、前記第１内部空間と流体接続された第１流体口と、を含み、前記第１ツール部材は、さらに、前記第１内部空間と流体接続された複数の第１貫通孔を有する第１ツール面を含み、
前記第２ツール部材は、前記第１ツール部材の反対側に配置されており、第２内部空間を有する第２ボディ部と、前記第２内部空間と流体接続された第２流体口と、を含み、前記第２ツール部材は、さらに、前記第２内部空間と流体接続された複数の第２貫通孔を有する第２ツール面を含み、
前記未加工レイアップは、前記第１ツール部材の前記第１ツール面と、前記第２ツール部材の前記第２ツール面との間に配置されている、システム。
【請求項１１】
前記第１ツール部材及び前記第２ツール部材の一部に重なるシール部材をさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
多孔質複合材構造体を製造するための方法であって、
複数の第１貫通孔を含む第１ツール面と、複数の第２貫通孔を含む第２ツール面との間に未加工レイアップを配置することと、
前記複数の第１貫通孔、前記未加工レイアップ、及び前記複数の第２貫通孔を貫通する流体の流れを確立することと、を含む方法。
【請求項１３】
前記未加工レイアップを貫通するように前記流体を流す前に、マニホールドによって前記流体を分散させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体の流れを確立する前に、前記第１ツール面と、前記第２ツール面とを含むツールアセンブリを封止することをさらに含み、
前記流体の流れの形成は、前記ツールアセンブリを流体源に流体接続することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記流体の流れの形成中、前記未加工レイアップを加熱することをさらに含む、請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、多孔質複合材構造体に関し、より具体的には、多孔質複合材構造体を製造するためのツールアセンブリ、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響処理された複合材構造体は、音エネルギーを分散又は吸収して音を低減する。この減音特性により、音響処理された複合材構造体は、航空宇宙産業を含む様々な産業で使用されている。音響処理された複合材構造体は、一般に、大量の空気流に関連する騒音を減衰させるために、吸気口の内側バレル（inlet inner barrels）、ファンダクトの壁、及び／又は排気ノズルなどのバイパスガスタービン航空エンジンに組み込まれる。
【０００３】
従来型の音響処理された複合材構造体には、セプタム付ハニカムコア（septumized honeycomb core）、有孔表面シート（perforated facesheet）、及び不透過性表面シートを有するサンドイッチ構造体が含まれる。有孔表面シートに形成された貫通孔は、セプタム付ハニカムコアのキャビティと周囲環境とを流体接続する。したがって、空気が有孔表面シートを流れるとき、コアのキャビティがヘルムホルツ共鳴器（Helmholtz resonators）として機能して、関連する空気流の音を減衰させる。より具体的には、コア内の隣接するキャビティ間のコア壁は、空気流の音を減衰させるための音響セプタムとして機能する。
【０００４】
しかしながら、セプタム付ハニカムコアは、高価であり、当該コアに表面シートを接合する処理には、複数回の硬化サイクルが必要となる場合がある。さらに、複合材構造体を穿孔するための現行の処理は、典型的には時間がかかる処理であり、材料費が高くなる。例えば、研磨穿孔（abrasive perforation）は、サイクル時間が著しく長くなったり、複雑なツールを使用したり、大規模な清掃が必要であったりする場合がある。機械的ドリル処理は、サイクル時間が著しく長くなったり、ドリルビットの交換に繰り返し費用がかかったり、ファイバを切断してしまう（結果として、表面シートの強度が低下する）場合がある。大型の音響パネルに何百万もの貫通孔を形成する場合、ドリル処理のサイクル時間は、より長くなる可能性がある。貫通孔の形成にはプラスチック製ピンマットを使用することも可能であるが、これらは再利用ができないため、一回限りの使用に合わせたサイズに輪郭付け及びトリミングされる。
【０００５】
したがって、当業者は、音響処理された複合材構造体の分野における研究開発を続けている。
【発明の概要】
【０００６】
多孔質複合材構造体を製造するためのツールアセンブリが開示される。ツールアセンブリは、未加工レイアップを保持するように構成された第１ツール部材及び第２ツール部材と、前記レイアップを貫通するように流体を流すように構成された流体移動装置と、前記流体が前記レイアップを貫通するように流れるときに、前記流体を分散させるように構成されたマニホールドシステムと、を含む。
【０００７】
また、第１ツール部材と、第２ツール部材とを含むツールアセンブリが、さらに開示される。前記第１ツール部材は、第１内部空間と第１流体口とを有する第１ボディ部を含む。前記第１流体口は、前記第１内部空間と流体接続している。前記第１ツール部材は、前記第１内部空間と流体接続する複数の第１貫通孔を有する第１ツール面を、さらに含む。前記第２ツール部材は、第２内部空間と第２流体口とを有する第２ボディ部を含む。前記第２流体口は、前記第２内部空間と流体接続している。前記第２ツール部材は、前記第２内部空間と流体接続する複数の第２貫通孔を有する第２ツール面を、さらに含む。
【０００８】
さらに、多孔質複合材構造体を製造するためのシステムが開示される。前記システムは、第１ツール部材と第２ツール部材とを有するツールアセンブリを含む。前記第１ツール部材は、第１内部空間と第１流体口とを有する第１ボディ部を含む。前記第１流体口は、前記第１内部空間と流体接続している。前記第１ツール部材は、前記第１内部空間と流体接続する複数の第１貫通孔を有する第１ツール面を、さらに含む。前記第２ツール部材は、第２内部空間と第２流体口とを有する第２ボディ部を含む。前記第２流体口は、前記第２内部空間と流体接続している。前記第２ツール部材は、前記第２内部空間と流体接続する複数の第２貫通孔を有する第２ツール面を、さらに含む。前記システムは、前記第１ツール部材の前記第１ツール面と、前記第２ツール部材の前記第２ツール面との間に配置されたレイアップを、さらに含む。
【０００９】
さらに、多孔質複合材構造体を製造するための方法が開示される。
【００１０】
一例において、本開示の方法は、複数の第１貫通孔を含む第１ツール面と、複数の第２貫通孔を含む第２ツール面との間に未加工レイアップを配置することと、前記複数の第１貫通孔、前記レイアップ、及び前記複数の第２貫通孔を貫通する流体の流れを確立することと、を含む。
【００１１】
他の例において、本開示の方法は、ツールアセンブリにおける第１ツール部材の第１ツール面と、当該ツールアセンブリにおける第２ツール部材の第２ツール面との間にレイアップを配置することを含む。前記第１ツール部材は、第１内部空間と第１流体口とを有する第１ボディ部を含む。前記第１流体口は、前記第１内部空間と流体接続している。前記第１ツール部材は、前記第１内部空間と流体接続する複数の第１貫通孔を有する第１ツール面を、さらに含む。前記第２ツール部材は、第２内部空間と第２流体口とを有する第２ボディ部を含む。前記第２流体口は、前記第２内部空間と流体接続している。前記第２ツール部材は、前記第２内部空間と流体接続する複数の第２貫通孔を有する第２ツール面を、さらに含む。前記方法は、前記第１ツール部材から前記第２ツール部材への流体の流れを確立することを、さらに含み、その際、前記流体は、前記第１貫通孔、前記レイアップ、及び前記第２貫通孔を貫通するように流れる。
【００１２】
また、複数のプライを含む未加工レイアップに複数の屈曲路を形成するための方法が開示される。前記複数のプライの各々は、樹脂マトリクスに埋め込まれた強化繊維を含み、前記方法は、（１）前記レイアップを支持することと、（２）前記レイアップが支持されている状態において、前記樹脂マトリクスの少なくとも一部を変位させるために前記レイアップを貫通するように流体を流すことにより、前記レイアップに前記複数の屈曲路を形成することと、を含む。
【００１３】
本開示のツールアセンブリ、システム、多孔質複合材構造体を製造するための方法、及び、未加工レイアップに複数の屈曲路を形成するための方法についての様々な例は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示のツールアセンブリの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のツールアセンブリの断面を示す側方立面図である。
【図３Ａ】図１のツールアセンブリにおける第１ツール部材を示す上面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの第１ツール部材を示す斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの第１ツール部材を示す斜視断面図である。
【図４Ａ】図１のツールアセンブリにおける第２ツール部材を示す上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの第２ツール部材を示す斜視図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの第２ツール部材を示す斜視断面図である。
【図５】多孔質複合材構造体を製造するための本開示のシステムの一例の断面を示す側方立面図である。
【図６】図５のシステムにおける複数のプライを示す分解斜視図である。
【図７】図５のシステムを貫通する流体の流れを示す概略側面図である。
【図８Ａ】本開示のツールアセンブリの他の例による、第１ツール部材を示す斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ａの第１ツール部材の一部を示す側方断面図である。
【図９】多孔質複合材構造体を製造するための本開示の方法の一例を示すフロー図である。
【図１０】航空機の製造及び保守方法を示すフロー図である。
【図１１】航空機を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な説明においては、添付図面を参照するが、これらの図面は、本開示で説明する特定の例を示すものである。異なる構造及び動作を含む他の例も、本開示の範囲から逸脱するものではない。異なる図面において、同様の参照符号は、同じ特徴、要素、又はコンポーネントを指す場合がある。
【００１６】
以下に、本開示による構成要件の例示的且つ非包括的な実施例を示すが、これらの実施例には、請求の範囲に記載されているものも、記載されていないものも含まれうる。本明細書において「例」という場合、これの例に関連して説明する１つ以上の特徴、構造、要素、コンポーネント、特性、及び／又は動作ステップが、本開示による構成要件の少なくとも１つの実施形態及び／又は実施態様に含まれていることを意味する。したがって、本開示において、「一例」、「いくつかの例」、及びこれらに類する用語は、同じ例について言及している場合もあるが、必ずしもそうとは限らない。さらに、１つの例を特徴付ける構成要件に、他の例を特徴付ける構成要件が含まれる場合もあるが、必ずしもそうとは限らない。
【００１７】
図１を参照すると、一実施例に従って作製されたツールアセンブリ３０の斜視図が示されている。ツールアセンブリ３０は、第１ツール部材１０を含み、当該ツール部材は、第２ツール部材２０とは反対側に配置されている。第１ツール部材１０及び第２ツール部材２０は、互いに均等に対応するように同じサイズ及び形状に設定されていてもよい。
【００１８】
図２、３Ａ、及び３Ｂを参照すると、第１ツール部材１０は、第１内部空間１２と第１流体口１３とを有する第１ボディ部１１を含む。第１流体口１３は、第１内部空間１２と流体接続している。第１ツール部材１０は、さらに、複数の第１貫通孔１５を有する第１ツール面１４を含む。複数の第１貫通孔１５もまた、第１内部空間１２と流体接続している。したがって、第１流体口１３は、第１内部空間１２を介して複数の第１貫通孔１５と流体連通している。いくつかの例において、第１ツール面１４は、第１ボディ部１１と一体化している。他の例においては、複数の第１貫通孔１５は、第１ツール面１４の全体に亘って一様に分散している。
【００１９】
引き続き図２を参照し、さらに図４Ａ及び４Ｂを参照すると、第２ツール部材２０は、第２内部空間２２と第２流体口２３とを有する第２ボディ部２１を含む。第２流体口２３は、第２内部空間２２と流体接続している。第２ツール部材２０は、さらに、複数の第２貫通孔２５を有する第２ツール面２４を含む。複数の第２貫通孔２５もまた、第２内部空間２２と流体接続している。したがって、第２流体口２３は、第２内部空間２２を介して複数の第２貫通孔２５と流体連通している。いくつかの例において、第２ツール面２４は、第２ボディ部２１と一体化している。他の例において、複数の第２貫通孔２５は、複数の第１貫通孔１５と対応するように、第２ツール面２４の全体に亘って一様に分散している。
【００２０】
任意ではあるが、第１ボディ部１１は、第１位置合わせ部１７を有していてもよく、第２ボディ部２１は、第２位置合わせ部２７を有していてもよい。第２位置合わせ部２７は、第１位置合わせ部１７と対応するサイズ及び形状に設定されていてもよい。第１位置合わせ部１７及び第２位置合わせ部２７は、例えば、第１ツール部材１０と第２ツール部材２０との間の水平な係合、及び／又は確実な係合を促す隆起や切込みなどを含みうる。
【００２１】
ツールアセンブリ３０にマニホールドシステムを組み込んでもよいし、当該ツールアセンブリと共にマニホールドシステムを使用してもよい。マニホールドシステムは、１つ以上のマニホールドを含みうる。次に図３Ｃを参照すると、第１ツール部材１０が、第１内部空間１２内に第１マニホールド１６を含む例が示されている。第１マニホールド１６は、第１ボディ部１１と一体であってもよく（例えば、第１マニホールド１６及び第１ボディ部１１は、単一の一体型構造体であってもよい）、一次通路４０と、当該一次通路４０から延びる複数の二次通路４１とを含みうる。いくつかの例において、二次通路４１は、一次通路４０に対して略垂直に延びていてもよい。さらに、この一次通路４０は、第１流体口１３から延びるとともに、当該第１流体口と流体接続していてもよい。
【００２２】
図３Ｂの矢印９１で示すように、流体は、第１流体口を通って第１ツール部材１０に流入する。図３Ｃの矢印９２及び９３で示すように、流体は、次に、一次通路４０に沿って移動し、複数の二次通路４１に分かれて移動する。図３Ｂの矢印９４で示すように、流体は、その後、複数の第１貫通孔１５を流れることにより、第１ツール部材から出ていく。このようにして、第１マニホールド１６は、流体が複数の第１貫通孔を流れる前に、当該流体を第１内部空間１２の全体に亘って分散させる。
【００２３】
次に図４Ｃを参照すると、第２ツール部材２０は、第２内部空間２２内に第２マニホールド２６を含みうる。第２マニホールド２６は、第２ボディ部２１と一体であってもよく（例えば、第２マニホールド２６及び第２ボディ部２１は、単一の一体型構造体であってもよい）、一次通路４０と、当該一次通路４０から延びる複数の二次通路４１とを含みうる。いくつかの例において、二次通路４１は、一次通路４０に対して略垂直に延びていてもよい。さらに、この一次通路４０は、第２流体口２３から延びるとともに、当該第２流体口と流体接続していてもよい。
【００２４】
図４Ｂの矢印９６で示すように、第１ツール部材１０から流れてくる流体は、複数の第２貫通孔２５を通過する。図４Ｃの矢印９７及び９８で示すように、流体は、次に、二次通路４１に受け入れられ、一次通路４０にて合流する。図４Ｂの矢印９９で示すように、合流した流体は、その後、第２流体口２３を通って第２ツール部材２０から流出する。このようにして、第２マニホールド２６は、流体が複数の第２貫通孔２５を通過した後、当該流体を回収する。
【００２５】
ある特定の実施形態においては、第１ツール部材１０は、第１マニホールド１６を含み、第２ツール部材２０は、第２マニホールド２６を含む。当業者であれば分かるように、本実施形態においては、２つのマニホールドにより、流体が第１ツール部材１０から第２ツール部材２０に流れるときに、第１ツール面１４及び第２ツール面２４の全体に均等に当該流体を分散させることができる。
【００２６】
図８Ａ及び８Ｂに示すように、第１ツール部材１０の第１ツール面１４は、上記例と同様に第１貫通孔１５を含みつつ、複雑な湾曲輪郭形状を有しうる。これらの複雑な湾曲輪郭形状は、完成した多孔質複合材構造体の所望形状に対応しうる。ある特定の非限定的な例において、第１ツール面１４は、円筒形状であってもよい。他の特定の非限定的な例において、第１ツール面１４は、円錐台形状であってもよい。当業者であれば分かるように、第２ツール面２４（図１）は、第１ツール面１４の湾曲輪郭形状に密接に対応する湾曲輪郭形状を有しうる。
【００２７】
図５を参照すると、多孔質複合材構造体を製造するための例示的なシステム３００が示されている。このシステムは、図１に示すツールアセンブリ３０と、レイアップ５０とを含み、当該レイアップは、未加工／未硬化（すなわち、グリーンレイアップ（green layup）であって、第１ツール部材１０の第１ツール面１４と、第２ツール部材２０の第２ツール面２４との間に配置されている。
【００２８】
上記システムは、第１ツール部材１０及び第２ツール部材２０の一部に重なるシール部材６０を含みうる。第１ツール部材１０、第２ツール部材２０、及びこれらに重なるシール部材６０により、気密真空チャンバ６１が形成される。この気密真空チャンバ内にレイアップ５０が配置され、当該レイアップ５０を貫通する流体の流れ（図７に示す矢印９５）が確立される。シール部材６０は、シーラントテープ及び真空バッグのうちの少なくとも一方を含みうる。当業者であれば分かるように、本開示の範囲から逸脱することなく、他の方法を用いて封止を行うことも可能である。
【００２９】
引き続き図５を参照すると、システム３００は、流体源８０を含みうる。流体源８０は、例えば、大気、又は加圧窒素などの不活性ガスであってもよい。流体源８０は、第１ツール部材１０の第１流体口１３と流体接続している。流体源８０と第１流体口１３との接続には第１流体ライン１８を使用することができ、第１流体口１３に第１流体ライン１８を確実に取り付けるために第１カプリング１９を使用することができる。
【００３０】
システム３００は、流体移動装置を含みうる。引き続き図５を参照すると、流体移動装置は、真空源７０を含みうる。真空源７０は、第２ツール部材２０の第２流体口２３と流体接続している。真空源７０と第２流体口２３との接続には第２流体ライン２８を使用することができ、第２流体口２３に第２流体ライン２８を確実に取り付けるために第２カプリング２９を使用することができる。
【００３１】
ある特定の実施形態において、システム３００は、流体源８０及び真空源７０の両方を含む。当業者であれば分かるように、真空源７０は、流体源８０から流体を引くことにより、システム３００を貫通する流体の流れを確立する（例えば、図３Ｂ、３Ｃ、４Ｂ、４Ｃ，及び７に示す矢印９１〜９９）。
【００３２】
任意ではあるが、流体移動装置は、流体源８０と流体連通する送風システムを含みうる。この送風システムは、ツールアセンブリ３０に流体を流入させて、当該ツールアセンブリ内に流体の流れを確立することができる。一例において、送風システムは、真空源７０と共に使用してもよい。他の例において、送風システムは、真空源７０の代わりに使用してもよい。
【００３３】
任意ではあるが、システム３００は、流体がツールアセンブリ３０を流れた後、当該流体を回収するための再循環システムを、さらに含んでもよい。この再循環システムは、真空源７０と流体連通しており、回収された流体が流体源８０に再度流入する前に、回収された流体をフィルタリングするための樹脂トラップを、さらに含む。
【００３４】
任意ではあるが、第１流体ライン１８又はその近くに、圧力センサや流量計などのセンサ３３を配置して、第１流体ライン１８における流体を検出してもよいし、第２流体ライン２８又はその近くに、圧力センサや流量計などのセンサ３５を配置して、第２流体ライン２８における流体を検出してもよい。センサ３３、３５は、レイアップ５０を硬化（又は、一体化）するために当該レイアップ５０を加熱するときに（図９に示すブロック２７０）、流体がレイアップ５０を流れているか否か（図９に示すブロック２６０）を示すことができる。
【００３５】
レイアップ５０は、一般に、複数のプライ５１で構成される。このレイアップは、コア層５６に接続されてもよい。例えば、レイアップ５０は、３つのプライ５１を含みうる。他の例において、レイアップ５０は、コア層５６（例えば、ハニカム）の上面に配置された複数のプライ５１を含みうる。さらに他の例においては、複数のプライ５１が、コア層５６の両方の主面に配置されてもよい（例えば、サンドイッチ構造体）。当業者であれば分かるように、本開示の範囲から逸脱することなく、他の複合材料やレイアップ配置を採用することが可能である。
【００３６】
図６及び７に示すように、レイアップ５０での使用に適したタイプのプライ５１の１つとして、プリプレグ、すなわち、樹脂マトリクス５３に埋め込まれた強化繊維５２がある。樹脂マトリクス５３は、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂を含みうる。さらに、個々のプライ５１は、これらの強化繊維で規定されるような様々な配向で積層されてもよい。図６に示すように、１つのプライを０°〜９０°の第１繊維配向５４に配置し、他のプライを−４５°〜４５°の第２繊維配向５５に配置することにより、第１繊維配向５４が、第２繊維配向５５から約４５°ずれた状態になる。
【００３７】
図５に示すように、第１ツール部材１０と第２ツール部材２０との間にフェアリングバー（fairing bar）５７を配置してもよい。フェアリングバー５７は、レイアップ５０の断面厚みと略等しく、第１ツール部材１０と第２ツール部材２０との間に配置されたときに、レイアップ５０の周囲にフィットする。ツールアセンブリ３０が真空源７０と共に使用されると、真空源７０が、レイアップ５０において圧力差を生じさせる。第１ツール部材１０と第２ツール部材２０との間に配置されたフェアリングバー５７は、レイアップ５０が押しつぶされるのを防ぐ。当業者であれば分かるように、製造工程の全体に亘って複数の異なるフェアリングバーを使用することにより、レイアップ５０を多孔質複合材構造体に成形する際の変化に対応したり、当該レイアップに追加されるプライに対応したりすることができる。また、当業者であれば分かるように、フェアリングバーが不要な場合もありうる。
【００３８】
さらに図５を参照すると、システム３００は、レイアップ５０を含むツールアセンブリ３０を収容するための断熱チャンバ１００を、さらに含みうる。断熱チャンバ１００は、ツールアセンブリ３０を加熱することによりレイアップ５０を硬化させることができる。したがって、断熱チャンバ１００において硬化処理を行う間、ツールアセンブリ３０を用いてレイアップ５０に孔を形成することができる。断熱チャンバ１００は、オーブン及びオートクレーブのうちの少なくとも一方を含みうる。
【００３９】
図７を参照すると、第１貫通孔１５、レイアップ５０、及び第２貫通孔２５に流体を流すことにより、当該流体が、各プライ５１の強化繊維５２の間にある樹脂マトリクス５３を押しのけ、これによって、レイアップ５０に孔が形成される。押しのけられた樹脂マトリクスは、流体の流れ（図７に示す矢印９５）を許容するために、各プライの周囲又はこれらの間で移動すると考えられる。また、押しのけられた樹脂マトリクスが除去され、流体の流れ（図７に示す矢印９５）と共に運ばれることも考えられる。押しのけられた樹脂マトリクスは、コア層５６又は第２ツール部材に付着するか、或いは真空源に運ばれる。
【００４０】
さらに、強化繊維５２が不均一に配置されているため、レイアップ５０を貫通する流体によって形成される経路が屈曲することになる。いかなる特定の理論にも限定されるものではないが、このような屈曲した経路により、多孔質複合材構造体が音を減衰させることができると考えられる。さらに、本開示に従って製造された多孔質複合材構造体は、セプタム付ハニカムコア層５６に接合された従来型の穿孔表面シートと実質的に等しい音響抵抗を有すると考えられる。従来型の穿孔表面シートにおける貫通孔とは対照的に、本開示に従って形成された孔は、真っ直ぐではなく、又、一様な円形断面も有していない。
【００４１】
図９を参照すると、図１に示すツールアセンブリ３０を用いて多孔質複合材構造体を製造するための方法が、概括的に２００で示されている。ブロック２１０及び２２０に示すように、未加工／未硬化のレイアップ５０（すなわち、未加工レイアップ）を用意して、第１ツール部材１０の第１ツール面１４と、第２ツール部材２０の第２ツール面２４との間に配置する。第１ツール部材１０、及び第２ツール部材は、固定位置にレイアップを保持して、製造処理中にレイアップ５０に生じうる曲がり又は歪みを防止することを助ける。次に、第１ツール部材１０から第２ツール部材２０への流体の流れを確立し（ブロック２６０）、その際、流体は、第１貫通孔１５、レイアップ５０、及び第２貫通孔２５（例えば、図３Ｂ、４Ｂ、及び７に示す矢印９４、及び９６）を貫通するように流れる（ブロック２６２〜２６４）。
【００４２】
ブロック２３０及び２４０に示すように、第１ツール部材１０の第１流体口１３は、流体源８０に接続され、第２ツール部材２０の第２流体口２３は、真空源７０に接続される。このようにして、流体源８０からの流体の流れを確立するために（例えば、図３Ｂ、３Ｃ、４Ｂ、４Ｃ、及び７に示す矢印９１〜９９）、真空源７０が用いられる。当業者であれば分かるように、本開示の範囲から逸脱することなく、流体の流れを確立するための他の方法を用いることも可能である。また、当業者であれば、流体源８０及び真空源７０を接続する順序は入れ替え可能であると理解するであろう。
【００４３】
ブロック２５０を参照すると、流体の流れ（例えば、図３Ｂ、３Ｃ、４Ｂ、４Ｃ、及び７に示す矢印９１〜９９）を確立するステップ（ブロック２６０）の前に、ツールアセンブリ３０が封止される。ツールアセンブリ３０の封止により、外部の流体がシステム３００に流入するのを防止して、レイアップ５０を貫通する流体の一方向の流れが、外部の流体によって弱まらないようにすることができる。
【００４４】
次にブロック２６０を参照すると、流体の流れを確立するステップは、第１貫通孔１５に流体を流す（例えば、図３Ｂ及び３Ｃに示す矢印９１〜９４）前に、当該流体を分散させるステップ（ブロック２６１）と、流体が第２貫通孔２５を流れた（例えば、図４Ｂ及び４Ｃに示す矢印９６〜９９）後に、当該流体を回収するステップ（ブロック２６５）と、を含む。一例において、流体は、第１ツール部材１０の第１内部空間１２に含まれる第１マニホールド１６を用いて分散される。他の例において、流体は、第２ツール部材２０の第２内部空間２２に含まれる第２マニホールド２６を用いて回収される。さらに他の例において、流体は、第１ツール部材１０の第１内部空間１２に含まれる第１マニホールド１６を用いて分散され、その後、第２ツール部材２０の第２内部空間２２に含まれる第２マニホールド２６を用いて回収される。当業者であれば分かるように、本開示の範囲から逸脱することなく、他の方法、装置、又は構造を用いて流体を分散及び／又は回収することも可能である。
【００４５】
次にブロック２７０を参照すると、流体の流れを確立する（例えば、図３Ｂ、３Ｃ、４Ｂ、４Ｃ、及び７に示す矢印９１〜９９）ステップ（ブロック２６０）と同時に、レイアップ５０を加熱する。すなわち、加熱（ブロック２７０）は、流体の流れを確立するステップ（ブロック２６０）と同時に行われる。加熱ステップ（ブロック２７０）は、オーブン又はオートクレーブなどの断熱チャンバ１００にツールアセンブリ３０を配置して、レイアップ５０を貫通するように流体を流している（ブロック２６０）間に所定温度まで当該ツールアセンブリ３０を加熱することにより、行われる。一実施形態において、上記所定温度は、（例えば、レイアップ５０が熱硬化樹脂マトリクス５３（図７）を含む場合）、レイアップ５０の硬化温度に対応する。他の実施態様において、上記所定温度は、（例えば、レイアップ５０が熱可塑性樹脂マトリクス５３（図７）を含む場合）、レイアップ５０の一体化温度に対応する。代替の態様において、加熱ステップ（ブロック２７０）は、流体の流れを確立するステップ（ブロック２６０）の前及び／又は後のいずれかにおいて行ってもよい。
【００４６】
本開示の例は、図１０に示す航空機の製造及び保守方法４００、並びに、図１１に示す航空機４０２に関連付けて説明することができる。生産開始前の工程として、航空機の製造及び保守方法４００は、航空機４０２の仕様決定及び設計４０４と、材料調達４０６とを含みうる。生産中の工程としては、航空機４０２の部品／小組立品の製造４０８、並びに、システムインテグレーション４１０が行われる。その後、航空機４０２は、認証及び納品４１２の工程を経て、就航４１４に入る。顧客による就航期間中、航空機４０２は、定例の整備及び保守４１６のスケジュールに組み込まれる（これは、改良、再構成、改修なども含みうる）。
【００４７】
方法４００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって実行又は実施することができる。なお、システムインテグレータは、限定するものではないが、航空機の製造業者、及び主要システムの下請業者をいくつ含んでいてもよい。第三者は、限定するものではないが、売主、下請業者、及び供給業者をいくつ含んでいてもよい。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織などであってもよい。
【００４８】
図１１に示すように、例示的な方法４００によって製造される航空機４０２は、複数の高水準システム４２０と内装４２２とを備えた機体４１８を含みうる。複数のシステム４２０の例には、推進系４２４、電力系４２６、油圧系４２８、及び環境系４３０のうちの１つ又は複数が含まれる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。
【００４９】
多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム及び方法は、航空機の製造及び保守方法４００の任意の１つ又は複数の段階において使用することができる。例えば、多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム、及び方法は、材料調達４０６において使用することができる。例えば、部品／小組立品の製造４０８、システムインテグレーション４１０、及び／又は定例の整備及び保守４１６に対応する部品又は小組立品は、多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム、及び方法を使用して作製又は製造することができる。また、他の例として、機体４１８及び内装４２２は、多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム、及び方法を使用して構築することができる。また、１つ以上の装置の実施例、方法の実施例、又はこれらの組み合わせの１つ又は複数を、部品／小組立品の製造４０８、及び／又はシステムインテグレーション４１０などで利用して、機体４１８や内装４２２などの、航空機４０２の組立速度を大幅に速めたり費用を削減したりすることができる。同様に、システムの実施例、方法の実施例、又はこれらの組み合わせの１つ又は複数を、例えば、限定するものではないが、航空機４０２の就航中に利用して、整備及び保守４１６を行ってもよい。
【００５０】
多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム、及び方法について、航空機に関連させて説明したが、当業者であれば、多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム、及び方法を様々な用途に利用可能であると容易に理解できるであろう。例えば、多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム、及び方法は、ヘリコプタ、旅客船、自動車などの様々なビークルにおいて使用可能である。
【００５１】
さらに、本開示は、以下の付記による例を含む。
【００５２】
付記１．未加工レイアップを保持するように構成された第１ツール部材及び第２ツール部材と、前記レイアップを貫通するように流体を流すように構成された流体移動装置と、前記流体が前記レイアップを貫通するように流れるときに、前記流体を分散させるように構成されたマニホールドシステムと、を含む、ツールアセンブリ。
【００５３】
付記２．前記第１ツール部材は、第１内部空間を有する第１ボディ部と、前記第１内部空間と流体接続された第１流体口と、を含み、前記第１ツール部材は、さらに、前記第１内部空間と流体接続された複数の第１貫通孔を有する第１ツール面を含む、付記１に記載のツールアセンブリ。
【００５４】
付記３．前記第２ツール部材は、前記第１ツール部材の反対側に配置されており、第２内部空間を有する第２ボディ部と、前記第２内部空間と流体接続された第２流体口と、を含み、前記第２ツール部材は、さらに、前記第２内部空間と流体接続された複数の第２貫通孔を有する第２ツール面を含む、付記２に記載のツールアセンブリ。
【００５５】
付記４．前記第１ツール面の形状は湾曲輪郭を有する、付記３に記載のツールアセンブリ。
【００５６】
付記５．前記第２ツール面は、前記第１ツール面の前記湾曲輪郭に対応する湾曲輪郭形状を有する、付記４に記載のツールアセンブリ。
【００５７】
付記６．前記複数の第１貫通孔は、前記第１ツール面の全体に亘って一様に分散配置されている、付記３又は４に記載のツールアセンブリ。
【００５８】
付記７．前記複数の第２貫通孔は、前記第２ツール面の全体に亘って一様に分散配置されている、付記３〜６のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【００５９】
付記８．前記第１ツール面は、前記第１ボディ部と一体化している、付記３〜７のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【００６０】
付記９．前記第２ツール面は、前記第２ボディ部と一体化している、付記８に記載のツールアセンブリ。
【００６１】
付記１０．前記第１ボディ部は、第１位置合わせ部をさらに含み、前記第２ボディ部は、前記第１位置合わせ部に対応する第２位置合わせ部をさらに含む、付記３〜９のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【００６２】
付記１１．前記マニホールドシステムは、前記第１ツール部材の前記第１内部空間に配置された第１マニホールドを含む、付記３〜１０のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【００６３】
付記１２．前記第１マニホールドは、前記第１ボディ部と一体化している、付記１１に記載のツールアセンブリ。
【００６４】
付記１３．前記第１マニホールドは、一次通路と、前記一次通路から延びる複数の二次通路と、を含む、付記１１又は１２に記載のツールアセンブリ。
【００６５】
付記１４．前記二次通路は、前記一次通路に対して略垂直である、付記１３に記載のツールアセンブリ。
【００６６】
付記１５．前記マニホールドシステムは、前記第２ツール部材の前記第２内部空間に配置された第２マニホールドをさらに含む、付記３〜１４のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【００６７】
付記１６．前記第２マニホールドは、前記第２ボディ部と一体化している、付記１５に記載のツールアセンブリ。
【００６８】
付記１７．前記第２マニホールドは、一次通路と、前記一次通路から延びる複数の二次通路と、を含む、付記１５又は１６に記載のツールアセンブリ。
【００６９】
付記１８．前記二次通路は、前記一次通路に対して略垂直である、付記１７に記載のツールアセンブリ。
【００７０】
付記１９．前記流体移動装置は、前記レイアップにおいて圧力差を生じさせる、付記１〜１８のいずれか１つに記載のツールアセンブリ。
【００７１】
付記２０．多孔質複合材構造体を製造するためのシステムであって、当該システムは、第１ツール部材と、第２ツール部材と、未加工レイアップとを備えるツールアセンブリを含み、前記第１ツール部材は、第１内部空間を有する第１ボディ部と、前記第１内部空間と流体接続された第１流体口と、を含み、前記第１ツール部材は、さらに、前記第１内部空間と流体接続された複数の第１貫通孔を有する第１ツール面を含み、前記第２ツール部材は、前記第１ツール部材の反対側に配置されており、第２内部空間を有する第２ボディ部と、前記第２内部空間と流体接続された第２流体口と、を含み、前記第２ツール部材は、さらに、前記第２内部空間と流体接続された複数の第２貫通孔を有する第２ツール面を含み、前記未加工レイアップは、前記第１ツール部材の前記第１ツール面と、前記第２ツール部材の前記第２ツール面との間に配置されている、システム。
【００７２】
付記２１．前記第１ツール部材及び前記第２ツール部材の一部に重なるシール部材をさらに含む、付記２０に記載のシステム。
【００７３】
付記２２．前記シール部材は、シーラントテープ及び真空バッグのちの少なくとも一方を含む、付記２１に記載のシステム。
【００７４】
付記２３．前記シール部材、前記第１ツール部材、及び前記第２ツール部材は、気密真空チャンバを形成する、付記２１又は２２に記載のシステム。
【００７５】
付記２４．前記第１ツール部材の前記第１流体口と流体接続された流体源をさらに含む、付記２０〜２３のいずれか１つに記載のシステム。
【００７６】
付記２５．前記流体源は、大気である、付記２４に記載のシステム。
【００７７】
付記２６．前記流体源は、不活性ガスを含む、付記２４に記載のシステム。
【００７８】
付記２７．前記第１流体口と前記流体源とを流体接続する第１流体ラインをさらに含む、付記２４〜２６のうちのいずれか１つに記載のシステム。
【００７９】
付記２８．前記第１流体口と前記第１流体ラインとを流体接続する第１カプリングをさらに含む、付記２７に記載のシステム。
【００８０】
付記２９．前記第２ツール部材の前記第２流体口と流体接続された真空源をさらに含む、付記２０〜２８のいずれか１つに記載のシステム。
【００８１】
付記３０．前記第２流体口と前記真空源とを流体接続する第２流体ラインをさらに含む、付記２９に記載のシステム。
【００８２】
付記３１．前記第２流体口と前記第２流体ラインとを流体接続する第２カプリングをさらに含む、付記３０に記載のシステム。
【００８３】
付記３２．断熱チャンバをさらに含み、前記ツールアセンブリは、前記断熱チャンバ内に配置される、付記２０〜３１のいずれか１つに記載のシステム。
【００８４】
付記３３．前記断熱チャンバは、オーブン及びオートクレーブのうちの一方である、付記３２に記載のシステム。
【００８５】
付記３４．前記レイアップは、複数のプライを含む、付記２０〜３３のいずれか１つに記載のシステム。
【００８６】
付記３５．前記複数のプライのうちの少なくとも１つのプライは、樹脂マトリクスに埋め込まれた強化繊維を含む、付記３４に記載のシステム。
【００８７】
付記３６．前記樹脂マトリクスは、熱硬化性樹脂を含む、付記３５に記載のシステム。
【００８８】
付記３７．前記樹脂マトリクスは、熱可塑性樹脂を含む、付記３５に記載のシステム。
【００８９】
付記３８．前記複数のプライのうちの１つのプライは、第１繊維配向を有し、前記複数のプライのうちの他のプライは、前記第１繊維配向とは異なる第２繊維配向を有する、付記３４〜３７のいずれか１つに記載のシステム。
【００９０】
付記３９．前記第１繊維配向は、前記第２繊維配向から約４５°ずれている、付記３８に記載のシステム。
【００９１】
付記４０．前記レイアップに接続されたコア層をさらに含む、付記２０〜３９のいずれか１つに記載のシステム。
【００９２】
付記４１．前記第１ツール部材と前記第２ツール部材との間に配置されたフェアリングバーをさらに含む、付記２０〜４０のいずれか１つに記載のシステム。
【００９３】
付記４２．前記レイアップにおいて圧力差を生じさせるために、前記ツールアセンブリと流体連通する流体移動装置をさらに含む、付記２０〜４１のいずれかに記載のシステム。
【００９４】
付記４３．付記２０〜４２のいずれか１つに記載の前記システムを用いて製造される多孔質複合材構造体。
【００９５】
付記４４．多孔質複合材構造体を製造するための方法であって、複数の第１貫通孔を含む第１ツール面と、複数の第２貫通孔を含む第２ツール面との間に未加工レイアップを配置することと、前記複数の第１貫通孔、前記レイアップ、及び前記複数の第２貫通孔を貫通する流体の流れを確立することと、を含む方法。
【００９６】
付記４５．前記レイアップを貫通するように前記流体を流す前に、マニホールドによって前記流体を分散させることをさらに含む、付記４４に記載の方法。
【００９７】
付記４６．前記流体の流れを確立する前に、前記第１ツール面と、前記第２ツール面とを含むツールアセンブリを封止することをさらに含む、付記４４又は４５に記載の方法。
【００９８】
付記４７．前記流体の流れの確立は、前記ツールアセンブリを流体源に流体接続することを含む、付記４６に記載の方法。
【００９９】
付記４８．前記流体源は、真空源である、付記４７に記載の方法。
【０１００】
付記４９．前記流体が前記レイアップを貫通するように流れた後、前記流体を回収することをさらに含む、付記４４〜４８のいずれか１つに記載の方法。
【０１０１】
付記５０．前記流体の流れの確立中、前記レイアップを加熱することをさらに含む、付記４４〜４９のいずれか１つに記載の方法。
【０１０２】
付記５１．前記レイアップを貫通する前記流体の流れは、前記レイアップを貫通する複数の屈曲路を形成する、付記４４〜５０のいずれか１つに記載の方法。
【０１０３】
付記５２．付記４４〜５１のいずれか１つに記載の方法により製造される多孔質複合材構造体。
【０１０４】
付記５３．複数のプライを含む未加工レイアップに複数の屈曲路を形成するための方法であって、前記複数のプライの各々は、樹脂マトリクスに埋め込まれた強化繊維を含み、前記方法は、前記レイアップを支持することと、前記レイアップが支持されている状態において、前記樹脂マトリクスの少なくとも一部を押しのけるために前記レイアップを貫通するよう流体を流すことにより、前記レイアップに前記複数の屈曲路を形成することと、を含む、方法。
【０１０５】
付記５４．前記レイアップを貫通するように前記流体を流す前に、マニホールドによって前記流体を分散させることをさらに含む、付記５３に記載の方法。
【０１０６】
付記５５．前記レイアップの支持は、第１ツール部材と第２ツール部材との間に前記レイアップを配置することを含む、付記５３又は５４に記載の方法。
【０１０７】
付記５６．前記レイアップに前記複数の屈曲路を形成した後、前記レイアップを硬化させることをさらに含む、付記５３〜５５のいずれか１つに記載の方法。
【０１０８】
多孔質複合材構造体を製造するための本開示のツールアセンブリ、システム、及び方法の様々な例を図示及び説明してきたが、本明細書を読めば当業者には種々の改変が可能となろう。本願は、そのような改変も包含するものであり、限定は特許請求の範囲によってのみなされるものである。
【図１】
2020168854.tif 000003
【図２】
2020168854.tif 000004
【図３Ａ】
2020168854.tif 000005
【図３Ｂ】
2020168854.tif 000006
【図３Ｃ】
2020168854.tif 000007
【図４Ａ】
2020168854.tif 000008
【図４Ｂ】
2020168854.tif 000009
【図４Ｃ】
2020168854.tif 000010
【図５】
2020168854.tif 000011
【図６】
2020168854.tif 000012
【図７】
2020168854.tif 000013
【図８Ａ】
2020168854.tif 000014
【図８Ｂ】
2020168854.tif 000015
【図９】
2020168854.tif 000016
【図１０】
2020168854.tif 000017
【図１１】
2020168854.tif 000018
【外国語明細書】
2020168854000001.pdf
2020168854000002.pdf
2020168854000003.pdf
2020168854000004.pdf