(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材料部品に造作を形成するための改良された方法およびアセンブリを提供する。【解決手段】形成による造作を有する複合材料部品を製造するための方法は、ベースツール（２００）上に複合材料（１０２）を堆積するステップと、造作形成ツール（２１０）を展開して、複合材料を１つ以上の凹部（２０４）へと押し込むステップと、造作形成ツールで複合材料を１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で複合材料を処理するステップとを含む。処理後の複合材料は、未処理状態の複合材料部品を形成する。造作形成ツール（２１０）は、複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材（２１４）を備え、形成部材（２１４）はフレーム（２１２）によって支持される。造作形成ツールを展開する前に複合材料の周囲にバッグを密封すること、および複合材料の処理後に造作形成ツールおよびバッグを取り除くことを、さらに含む。【選択図】図８Ａ
2020051427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料部品における造作を形成するための方法であって、
ベースツール上に複合材料を堆積するステップと、
前記複合材料の周囲にバッグを密封するステップと、
造作形成ツールを展開して前記複合材料を１つ以上の凹部へと押し込むステップであって、前記造作形成ツールは、前記複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材を備え、前記形成部材はフレームによって支持されているステップと、
前記造作形成ツールで前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で前記複合材料を処理するステップであって、処理後の前記複合材料が未処理状態の複合材料部品を形成するステップと、
前記未処理状態の複合材料部品から、前記造作形成ツール及び前記バッグを除去するステップと、
前記未処理状態の複合材料部品を焼成して、焼成された複合材料部品を生成するステップと、
前記焼成された複合材料部品を緻密化して、前記複合材料部品を生成するステップと、を含み、
前記未処理状態の複合材料部品は、前記造作形成ツールによって形成された１つ以上の造作を備える、方法。
【請求項２】
前記１つ以上の造作が皿取りを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つ以上の造作が座ぐりを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記造作形成ツールを展開するステップが、前記ベースツールの整列用造作に前記フレームを整列させ、次いで前記複合材料が前記１つ以上の凹部へと押し込まれるまで、前記複合材料へと前記形成部材を下降させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ベースツールが各々の形成部材に対応する１つの凹部を備え、各々の凹部は前記１つ以上の形成部材に対して相補的に形作られている、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各々の形成部材が、
前記フレームを貫いて延びるシャンクであって、前記シャンクは第２の端部の反対側の第１の端部を有し、前記第２の端部は前記造作形成ツールが前記複合材料と接触するように配置されたときに前記フレームと前記複合材料との間に位置するシャンクと、
前記シャンクの前記第２の端部に位置する造作形成ヘッドと、を備え、
付勢部材が、前記フレームと前記造作形成ヘッドとの間に配置され、前記造作形成ヘッドを前記複合材料に向かって押して前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記造作形成ツールを展開するステップが、前記ベースツールの整列用造作に前記フレームを整列させ、次いで前記複合材料が前記１つ以上の凹部へと押し込まれるまで、前記複合材料へと前記１つ以上の形成部材を下降させるステップを含み、前記シャンクの前記第１の端部は、前記フレームを過ぎて延び、くさびが、前記フレームと各々の形成部材の前記シャンクの前記第１の端部上のカラーとの間に配置され、前記フレームが前記ベースツールの前記整列用造作に整列されるまで前記造作形成ヘッドを前記複合材料から離れた状態に保持する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複合材料が、セラミックマトリクス複合材料から形成された複数の複合材料プライである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複合材料部品における造作を形成するための方法であって、
ベースツール上に複合材料を堆積するステップと、
前記複合材料の周囲にバッグを密封するステップと、
造作形成ツールを展開して前記複合材料を１つ以上の凹部へと押し込むステップであって、前記造作形成ツールは、前記複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材を備え、前記形成部材はフレームによって支持されており、各々の形成部材が、
前記フレームを貫いて延びるシャンクであって、前記シャンクは第２の端部の反対側の第１の端部を有し、前記第２の端部は前記造作形成ツールが前記複合材料と接触するように配置されたときに前記フレームと前記複合材料との間に位置するシャンクと、
前記シャンクの前記第２の端部に位置する造作形成ヘッドと、
を備えるステップと、
前記造作形成ツールで前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で前記複合材料を処理するステップであって、処理後の前記複合材料が未処理状態の複合材料部品を形成するステップと、
前記未処理状態の複合材料部品から、前記造作形成ツール及び前記バッグを除去するステップと、を備え、
前記未処理状態の複合材料部品は、前記造作形成ツールによって形成された前記１つ以上の造作を備え、
付勢部材が、前記フレームと前記造作形成ヘッドとの間に配置され、前記造作形成ヘッドを前記複合材料に向かって押して前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込む、方法。
【請求項１０】
前記造作形成ツールを展開するステップが、前記ベースツールの整列用造作に前記フレームを整列させ、次いで前記複合材料が前記１つ以上の凹部へと押し込まれるまで、前記複合材料へと前記１つ以上の形成部材を下降させるステップを含み、前記シャンクの前記第１の端部は、前記フレームを過ぎて延び、くさびが、前記フレームと各々の形成部材の前記シャンクの前記第１の端部上のカラーとの間に配置され、前記フレームが前記ベースツールの前記整列用造作に整列されるまで前記造作形成ヘッドを前記複合材料から離れた状態に保持する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、広くには、複合材料から作られた部品に関する。より具体的には、本主題は、ガスタービンエンジン用の複合材料部品などの複合材料部品に造作（ｆｅａｔｕｒｅ）を形成するための方法およびアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
より一般的には、セラミックマトリクス複合（ＣＭＣ）材料およびポリマーマトリクス複合材（ＰＭＣ）材料などの非伝統的な高温複合材料が、ガスタービンエンジンなどの用途に使用されている。このような材料から製造された部品は、例えば金属部品などの典型的な部品と比べ、優れた部品性能および／または高いエンジン温度を可能にすることができる高い温度性能を有する。しかしながら、複合材料を弱くすることなく、複合材料部品にエンボス（ｅｍｂｏｓｓｍｅｎｔ）、皿取り（ｃｏｕｎｔｅｒｓｉｎｋ）、座ぐり（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ）、などの正確かつ精密な造作を形成することは、困難であり得る。例えば、このような造作は、典型的には、処理後の複合材料部品に機械加工され、そのような機械加工は、多くの場合、適切な機械加工領域を提供するための追加の複合材料を必要とし、複合材料の層を貫いて切断を行うことになる。
【０００３】
複合材料部品に造作を形成するための改良された方法およびアセンブリが、有用であると考えられる。特に、機械加工による造作ではなく、形成による複合材料部品の造作を可能にする方法およびアセンブリが、望ましいと考えられる。形成による複合材料部品の造作は、より強度の高い複合材料部品をもたらすとともに、部品の形成に必要な複合材料の量を減らし、したがって労働および材料のコストを下げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０１５２７４４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様および利点は、以下の説明に一部が記載され、あるいは本明細書から明らかになり、あるいは本発明の実施を通じて習得することができる。
【０００６】
本主題の１つの典型的な実施形態においては、複合材料部品に造作を形成するための方法が提供される。この方法は、ベースツール上に複合材料を堆積するステップと、造作形成ツールを展開して、複合材料を１つ以上の凹部へと押し込むステップと、造作形成ツールで複合材料を１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で複合材料を処理するステップとを含む。処理後の複合材料は、未処理状態（ｇｒｅｅｎ  ｓｔａｔｅ）の複合材料部品を形成する。造作形成ツールは、複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材を備える。形成部材は、フレームによって支持されている。
【０００７】
本主題の別の典型的な実施形態においては、複合材料部品に造作を形成するための方法が提供される。この方法は、ベースツール上に複合材料を堆積するステップと、複合材料の周囲にバッグを密封するステップと、造作形成ツールを展開して、複合材料を１つ以上の凹部へと押し込むステップと、造作形成ツールで複合材料を１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で複合材料を処理して、処理後の複合材料で未処理状態の複合材料部品を形成するステップと、未処理状態の複合材料部品から造作形成ツールおよびバッグを取り除くステップとを含む。造作形成ツールは、複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材を備え、形成部材は、フレームによって支持される。未処理状態の複合材料部品は、造作形成ツールによって形成された１つ以上の造作を備える。
【０００８】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点が、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本発明の実施形態を例示し、明細書の説明と併せて本発明の原理を説明するうえで役立つ。
【０００９】
当業者へと向けられた本発明の充分かつ本発明を実施可能にする開示が、本発明の最良の態様を含めて、添付の図面を参照して本明細書において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本主題の種々の実施形態による典型的なガスタービンエンジンの概略の断面図を示している。
【図２】形成による皿取りの造作および形成による座ぐりの造作を有する複合材料部品の概略の断面図を示している。
【図３】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料および複合材料に１つ以上の造作を形成するための造作形成ツールの分解斜視図を示している。
【図３Ａ】図３の線３Ａ−３Ａに沿って得た複合材料、ベースツール、および造作形成ツールの断面図を示している。
【図３Ｂ】図３の線３Ｂ−３Ｂに沿って得た複合材料、ベースツール、および造作形成ツールの断面図を示している。
【図４】本主題の種々の典型的な実施形態による図３の造作形成ツールの一部分の断面図を示している。
【図５】本主題の典型的な実施形態によるベースツールおよびベースツール上に堆積された複合材料に開口を形成するための開口形成ツールの断面図を示している。
【図６】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に開口を形成するためのベースツール、開口形成ツール、およびガイドツールの断面図を示している。
【図７】本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に１つ以上の造作を形成するための方法のフロー図を示している。
【図８Ａ】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツールおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図８Ｂ】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツールおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図９】本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に１つ以上の造作を形成するための方法のフロー図を示している。
【図１０Ａ】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツールおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図１０Ｂ】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツールおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図１０Ｃ】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツールおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図１１】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に開口および１つ以上の造作を形成するためのベースツール、開口形成ツール、および造作形成ツールの断面図を示している。
【図１２】本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に１つ以上の造作を形成するための方法のフロー図を示している。
【図１３】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツール、ツールアセンブリ、ピン、および造作形成ツールの断面図を示している。
【図１４】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツール、ツールアセンブリ、および造作形成ツールの断面図を示している。
【図１５】本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に１つ以上の造作を形成するための方法のフロー図を示している。
【図１６Ａ】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのツールアセンブリおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図１６Ｂ】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのツールアセンブリおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図１７】本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に１つ以上の造作を形成するための方法のフロー図を示している。
【図１８】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツールおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【図１９】本主題の典型的な実施形態によるベースツール上に堆積された複合材料に１つ以上の造作を形成するためのベースツールおよび造作形成ツールの断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下で、本発明の現在の実施形態を詳しく参照するが、その１つ以上の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明は、図面中の特徴を参照するために、数字および文字による符号を用いる。図面および説明における類似または同様の符号は、本発明の類似または同様の部分を指して用いられている。本明細書において使用されるとき、「第１」、「第２」、および「第３」という用語は、或る構成要素を別の構成要素と区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。「上流」および「下流」という用語は、流体の経路における流体の流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れて来る方向を指し、「下流」は、流体が流れて行く方向を指す。
【００１２】
次に図面を参照すると、同一の数字は、図面の全体を通して、同じ構成要素を示しており、図１が、本開示の典型的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略の断面図である。より詳しくは、図１の実施形態に関して、ガスタービンエンジンは、本明細書において「ターボファンエンジン１０」と称される高バイパスのターボファンジェットエンジン１０である。図１に示されているように、ターボファンエンジン１０は、軸線方向Ａ（参照用に示されている長手方向中心線１２に平行に延びている）および半径方向Ｒを定める。一般に、ターボファン１０は、ファン部分１４と、ファン部分１４の下流に配置されたコアタービンエンジン１６とを備える。
【００１３】
図示の典型的なコアタービンエンジン１６は、一般に、環状の取り入れ口２０を定める実質的に管状の外ケーシング１８を備えている。外ケーシング１８は、連続する流れの関係にて、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２２と高圧（ＨＰ）圧縮機２４とを備える圧縮機部分、燃焼部分２６、高圧（ＨＰ）タービン２８と低圧（ＬＰ）タービン３０とを備えるタービン部分、ならびにジェット排気ノズル部分３２を囲んでいる。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール３４が、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４へと駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール３６が、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動可能に接続する。
【００１４】
図示の実施形態に関して、ファン部分１４は、複数のファンブレード４０を互いに間隔を空けつつディスク４２に結合させて有しているファン３８を備える。図示のとおり、ファンブレード４０は、おおむね半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外方向に延びている。ファンブレード４０およびディスク４２は、ＬＰシャフト３６によって長手方向の軸線１２を中心にして一緒に回転可能である。いくつかの実施形態においては、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的な回転ファン速度へと下げるために、複数のギアを有する動力ギアボックスを備えることができる。
【００１５】
図１の典型的な実施形態をさらに参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通過する気流を促進するように空気力学的に輪郭付けられた回転可能な前部ナセル４８によって覆われる。さらに、典型的なファン部分１４は、ファン３８および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部分の周囲を囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル５０を備える。ナセル５０が、周方向に間隔を空けつつ位置する複数の出口案内ベーン５２によってコアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成されてよいことを、理解すべきである。さらに、ナセル５０の下流部分５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分を覆って延び、コアタービンエンジン１６の外側部分との間にバイパス気流の通路５６を定めることができる。
【００１６】
ターボファンエンジン１０の動作中、空気５８が、ナセル５０および／またはファン部分１４の関連の取り入れ口６０を通ってターボファン１０に進入する。空気５８がファンブレード４０を通り過ぎるとき、矢印６２によって示されるとおりの空気５８の第１の部分は、バイパス気流の通路５６へと導かれ、あるいは送られ、矢印６４によって示されるとおりの空気５８の第２の部分は、ＬＰ圧縮機２２へと導かれ、あるいは送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比は、一般に、バイパス比として知られている。次いで、空気の第２の部分６４の圧力が、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼部分２６へと送られるにつれて高められ、燃焼部分２６において燃料と混合されて燃やされ、燃焼ガス６６をもたらす。
【００１７】
燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、ＨＰタービン２８において、燃焼ガス６６からの熱および／または運動エネルギーの一部が、外ケーシング１８に結合したＨＰタービンステータベーン６８とＨＰシャフトまたはスプール３４に結合したＨＰタービンロータブレード７０とからなる順次の段によって抽出されて、ＨＰシャフトまたはスプール３４を回転させ、したがってＨＰ圧縮機２４の動作を支援する。その後に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、ＬＰタービン３０において、熱および運動エネルギーの第２の部分が、外ケーシング１８に結合したＬＰタービンステータベーン７２とＬＰシャフトまたはスプール３６に結合したＬＰタービンロータブレード７４とからなる順次の段によって燃焼ガス６６から抽出されて、ＬＰシャフトまたはスプール３６を回転させ、したがってＬＰ圧縮機２２の動作および／またはファン３８の回転を支援する。
【００１８】
その後に、燃焼ガス６６は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズル部分３２を通って送られ、推進用の推力をもたらす。同時に、空気の第１の部分６２の圧力は、空気の第１の部分６２がターボファン１０のファンノズル排気部分７６から排気されてやはり推進用の推力をもたらす前に、バイパス気流の通路５６を通って送られるときに大幅に高められる。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズル部分３２は、コアタービンエンジン１６を通って燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を少なくとも部分的に定める。
【００１９】
ターボファンエンジン１０が、あくまでも例として示されているにすぎず、本主題が、他のエンジン構成にも適用可能であることを、理解できるであろう。さらに、以下でさらに詳細に説明される本主題は、他のシステム、機械、機構、構造、などにも適用可能であり得る。ターボファンエンジン１０の使用は、枠組みを提示し、本主題は、ターボファンエンジンまたは同様の構造物への適用だけに限定される必要はない。
【００２０】
いくつかの実施形態において、ターボファンエンジン１０の部品、とりわけ高温ガス経路７８内の部品または高温ガス経路７８を定める部品は、セラミックマトリクス複合（ＣＭＣ）材料、ポリマーマトリクス複合（ＰＭＣ）材料、または高温性能を有する他の適切な複合材料など、複合材料を含むことができる。複合材料は、一般に、ポリマー材料またはセラミック材料などのマトリクス材料に埋め込まれた繊維強化材料を含む。強化材料が、複合材料の耐荷重構成要素として機能する一方で、複合材料のマトリクスは、繊維を互いに結合させる役割を果たし、外部から加えられる応力を繊維へと伝達および分配する媒体として働く。
【００２１】
典型的なＣＭＣ材料として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素、シリカ、またはアルミナマトリクス材料、ならびにこれらの組み合わせを挙げることができる。サファイアおよび炭化ケイ素などのモノフィラメントを含む酸化安定補強繊維（例えば、ＴｅｘｔｒｏｎのＳＣＳ−６）、ならびに炭化ケイ素（例えば、Ｎｉｐｐｏｎ  ＣａｒｂｏｎのＮＩＣＡＬＯＮ（登録商標）、Ｕｂｅ  ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓのＴＹＲＡＮＮＯ（登録商標）、およびＤｏｗ  ＣｏｒｎｉｎｇのＳＹＬＲＡＭＩＣ（登録商標））、アルミナケイ酸塩（例えば、Ｎｅｘｔｅｌの４４０および４８０）、ならびに細断されたウィスカおよび繊維（例えば、Ｎｅｘｔｅｌの４４０およびＳＡＦＦＩＬ（登録商標））を含み、さらに随意によりセラミック粒子（例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、およびこれらの組み合わせの酸化物）および無機フィラー（例えば、パイロフィライト、ウォラストナイト、マイカ、タルク、カイアナイト、およびモンモリロナイト）を含む粗紡（ｒｏｖｉｎｇ）および単糸（ｙａｒｎ）など、セラミック繊維を、マトリクスに埋め込むことができる。例えば、特定の実施形態においては、セラミック耐火材料コーティングを含んでよい繊維の束が、一方向性強化テープなどの強化テープとして形成される。複数のテープを、（例えば、プライとして）レイアップし、プレフォーム部品を形成することができる。繊維の束に、プレフォームの形成前またはプレフォームの形成後に、スラリ組成物を含浸させることができる。次いで、プレフォームに、硬化（ｃｕｒｅ）または燃焼（ｂｕｒｎ−ｏｕｔ）などの熱処理を施して、プレフォーム中に多くの炭化物を残し、その後のケイ素による溶融浸透などの化学処理により、所望の化学組成を有するＣＭＣ材料で形成された部品を得ることができる。他の実施形態においては、ＣＭＣ材料を、テープとしてではなく、例えば炭素繊維布として形成することができる。
【００２２】
同様に、ＰＭＣ材料は、典型的には、生地または一方向性テープに樹脂（プリプレグ）を含浸させ、次いで硬化させることによって製造される。含浸に先立ち、生地は「乾燥」生地と呼ばれ、典型的には２つ以上の繊維層（プライ）の積み重ねを含む。繊維層は、これらに限られるわけではないが、例えば炭素（例えば、グラファイト）、ガラス（例えば、ガラス繊維）、ポリマー（例えば、ケブラー（登録商標））繊維、および金属繊維など、さまざまな材料で形成することができる。繊維強化材料は、一般的には長さが２インチ未満であり、より好ましくは１インチ未満である比較的短い細断繊維、あるいは長い連続的な繊維の形態で使用することができ、後者は、多くの場合、織布または一方向性テープを生成するために使用される。ＰＭＣ材料を、乾燥繊維を金型内に分散させ、次いでマトリクス材料を強化繊維の周囲に流すことによって製造でき、あるいはプリプレグを使用して製造することができる。例えば、プリプレグの複数の層を、部品に適した厚さおよび配向へと積み重ね、次いで樹脂を硬化および固化させ、繊維強化複合材料部品を得ることができる。ＰＭＣマトリクス材料用の樹脂は、一般に、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に分類することが可能である。熱可塑性樹脂は、一般に、化学的な変化よりもむしろ物理的な変化ゆえに、加熱されたときに軟化および流動化し、充分に冷えたときに硬化することが繰り返し可能であるポリマーとして分類される。注目すべき典型的な種類の熱可塑性樹脂として、ナイロン、熱可塑性ポリエステル、ポリアリールエーテルケトン、およびポリカーボネート樹脂が挙げられる。航空宇宙用途での使用が意図されている高性能熱可塑性樹脂の具体例として、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）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）およびポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）が挙げられる。対照的に、熱硬化性樹脂は、ひとたび硬い堅固な固体に完全に硬化すると、加熱されたときに顕著な軟化を被ることはなく、むしろ充分に加熱されると熱分解する。注目すべき熱硬化性樹脂の例として、エポキシ、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、およびポリイミド樹脂が挙げられる。
【００２３】
上述したように、ジェット排気ノズル部分３２などの高温ガス経路７８内の部品または高温ガス経路７８を定める部品を、ＣＭＣまたはＰＭＣ材料などの複合材料から形成することが望ましいかもしれない。多くの場合に、複合材料から形成される部品は、例えば複合材料部品を別の部品へと取り付けることを可能にするための皿取り穴などの取り付け用の造作など、特定の形状または様式の造作を必要とする。例えば、ジェット排気ノズル部分３２は、排気ケースと、好ましくは排気ケースに取り付けられる複合材料製の排気ライナとを備えることができる。したがって、ライナをケースに取り付けるために、複合材料製の排気ライナに１つ以上の造作を定めなければならない。ライナの製造後に複合材料製の排気ライナへとそのような造作を機械加工するよりもむしろ、これらの造作を、本明細書に記載の主題を使用して、製造工程の最中にライナに形成することができる。
【００２４】
ここで図２〜図７を参照して、複合材料部品に造作を形成するためのアセンブリおよび方法を、さらに詳細に説明する。すでに述べたように、複合材料部品は、一般に、ＣＭＣプライまたはＰＭＣプライなどの複合材料のプライを所望の形状にレイアップし、プライを硬化させて複合材料部品を形成することによって形成することができる。典型的には、複合材料プライは、所望の形状をより容易に定めることができるように、ツール上または金型上にレイアップされる。図３に示されるように、本主題の典型的な実施形態においては、複数の複合材料プライ１０２をレイアップすることができるベースツール１００が、複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めるうえで役立つ１つ以上の凹部１０４を備える。図３Ａに示されるように、第１の凹部１０４ａを、複合材料部品９０に皿取りの造作１０６（図２）を定めるように構成できる一方で、図３Ｂに示される第２の凹部１０４ｂを、複合材料部品９０に座ぐりの造作１０８（図２）を定めるように構成することができる。他の凹部１０４を使用して、複合材料部品９０に追加の造作および／または異なる造作を定めることも可能である。例えば、造作は、楕円形（ｏｂｌｏｎｇ）または多角形であってよく、さらには／あるいは複合材料部品の１つ以上の中心線または軸に対して斜め、または傾いていてもよい。さらに、造作は、例えば排気アセンブリ内で排気ライナを位置決めするための１つ以上の位置決めの造作など、アセンブリ内で複合材料部品を位置決めするための１つ以上の造作であってよい。
【００２５】
図３、図３Ａ、および図３Ｂは、複合材料プライ１０２がベースツール１００の近位側表面１００ａにレイアップされることをさらに示しており、ベースツール１００は、近位側表面１００ａの反対側の遠位側表面１００ｂをさらに備える。ひとたび複数の複合材料プライ１０２がベースツール１００上にレイアップされると、造作形成ツール１１０を、ベースツール１００上に支持された複数の複合材料プライ１０２に接触させることができる。造作形成ツール１１０は、図２に示した皿取りの造作１０６および座ぐりの造作１０８などの複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上のインサートまたは隆起部分１１４を有するシート１１２を備える。例えば、図示の典型的な実施形態において、第１のインサート１１４ａ（図３Ａ）は、皿取りの造作１０６を定めるように構成され、第２のインサート１１４ｂ（図３Ｂ）は、座ぐりの造作１０８を定めるように構成される。シート１１２を、第１の材料１１６から形成することができ、１つ以上のインサートを、第１の材料よりも硬い第２の材料１１８から形成することができる。典型的な実施形態において、第１の材料１１６は、シリコーンであり、したがってシート１１２は、シリコーンから形成され、インサート１１４は、例えばシリコーンよりもショア硬さが大きい金属、ポリマー、またはエラストマーなど、シリコーンよりも硬い材料１１８から形成される。さらに、図３Ｂに示されるように、ベースツール１００は、シート１１２およびインサート１１４をベースツール１００および凹部１０４に整列させるうえで役立つ１つ以上の整列用造作１０１を含むことができる。
【００２６】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄに示されるように、種々のインサート１１４またはインサート構成を、造作形成ツール１１０において使用することができる。図４Ａを参照すると、いくつかの典型的な実施形態においては、インサート１１４を、シート１１２と同じ材料から形成することができる。すなわち、シート１１２および１つ以上のインサート１１４を、典型的な実施形態においてはシリコーンであってよい第１の材料１１６から形成することができる。そのような実施形態においては、インサート１１４を、隆起部分１１４と呼ぶことができ、これらの部分１１４は、シート１１２の表面１２２から突出または延在する。図４Ｂを参照すると、他の典型的な実施形態においては、インサート１１４が、第２の材料１１８から形成される一方で、シート１１２が、第１の材料１１６から形成される。図４Ｂに示される実施形態において、インサート１１４は、シート１１２の表面１２２から離れるように延びる側面１２０を有し、側面１２０は、シート１１２の表面１２２に対して非平面であり、すなわち側面１２０は、シート表面１２２に平行でなく、あるいはシート表面１２２の平面内にない。シート１１２の第１の材料１１６は、インサート１１４の側面１２０に部分的に沿って延びている。図４Ｃに示される実施形態など、他の実施形態においては、シート１１２の第１の材料１１６が、インサート１１４の側面１２０に沿って完全または全面的に延び、すなわちシート表面１２２に平行なインサート１１４の表面１２４まで延びている。おおむね円錐台形状のインサート１１４は、シート表面１２２から離れるように延びる１つの非平面な側面１２０を有することができるが、他の形状を有するインサート１１４は、シート表面１２２から離れるように延びる２つ以上の非平面な側面１２０を有することができ、第１の材料１１６は、側面１２０のうちの少なくとも１つに部分的または完全に沿って延在できることを、理解できるであろう。図４Ｄを参照すると、さらに別の実施形態において、インサート１１４は、第２の材料１１８からなる薄いディスクであり、第１の材料１１６は、薄いディスク状のインサート１１４の周囲Ｐに完全に沿ってシート表面１２２におおむね平行なインサート表面１２４まで延在する。図４Ｄに示されるように、インサート１１４の周囲Ｐは、シート１１２の表面１２２から離れるように延び、シート１１２の表面１２２に対して非平面である。当然ながら、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄに示されているインサート１１４は、あくまでも例にすぎず、造作形成ツール１１０は、他の形状および／または構成を有するインサート１１４を備えてもよい。
【００２７】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄは、造作形成ツール１１０が、シート１１２とシート１１２から突出するインサート１１４との間の移行領域１２６を備えることをさらに示している。より詳細には、各々の実施形態において、造作形成ツール１１０は、平坦なシート表面１２２から表面１２２から離れるように延びるインサート１１４まで徐々に滑らかに移行する。さらに、シート１１２の第１の材料１１６が図４Ｂに示されるようにインサート側面１２０に沿って部分的に延在する場合、側面１２０に沿って延在する第１の材料１１６は、例えば造作形成ツール１１０がシート１１２の第１の材料１１６からインサート側面１２０に沿ってインサート１１４の第２の材料１１８へと移行するときの移行領域１２６における段差を回避するために、深さにおいて比較的薄い。すなわち、側面１２０に沿って延在する第１の材料１１６の比較的薄い層は、おおむね滑らかにインサート１１４の第２の材料１１８へと移行することで、側面１２０に平行な第１の材料１１６および第２の材料１１８によって定められる表面における段差を回避する。
【００２８】
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、複合材料部品の造作は、１つ以上の開口１２８を備えることもでき、例えば開口１２８を、皿取りの造作１０６および／または座ぐりの造作１０８（図２）のおおむね中央に、すなわち開口１２８の中心線ＣＬＡが造作１０６、１０８の中心線ＣＬＦと同じであるように形成することができ、あるいは開口１２８を、複合材料部品９０の別の造作に形成または別の造作として形成することができる。図５Ａを参照すると、一実施形態において、ベースツール１００は、ベースツール１００の遠位側表面１００ｂから凹部１０４のうちの１つ（例えば、第１の凹部１０４ａ）へと延びるツール用開口１３０を備える。より詳しくは、ツール用開口１３０は、ベースツールの遠位側表面１００ｂに位置する遠位端１３０ｂから凹部１０４ａに位置する近位端１３０ａまで延びる。ツール用開口１３０は、造作の中心線ＣＬＦと一緒に延び、あるいは造作の中心線ＣＬＦと同じである中心線ＣＬＴを有する。このように、ベースツール１００内のツール用開口１３０を使用して、凹部１０４および造作形成ツール１１０によって定められる造作の実質的に中心に開口１２８を形成することができる。
【００２９】
図５Ａにおいて、複数の複合材料プライ１０２が、ツール用開口１３０を覆ってベースツール１００上にレイアップされる。図５Ｂに示されるように、穴あけツールなどの開口形成ツール１３２を、ツール用開口１３０を通って挿入して、ベースツール１００上にレイアップされた複合材料プライ１０２に開口１２８を形成または穿孔することができる。例えば、開口形成ツール１３２は、プライ１０２を貫く切断のための鋭い端部１３４ａを有し、鋭い端部１３４ａは、鈍い遠位端１３４ｂの反対側に位置する。例えば金床などのストッパ１３６を、凹部１０４ａの反対側において複合材料プライ１０２に当接させて配置することができ、すなわちプライ１０２の最も外側の表面１０２ａに当接させて配置することができる。ツール１３２の鋭い端部１３４ａが、プライを貫いてストッパ１３６へと駆動され、開口１２８を形成する。ストッパ１３６は、例えば、プライ１０２に開口１２８が形成されるときに、プライ１０２の変形、裂け、しわ、などを防止するうえで役立つ。したがって、ストッパ１３６は、好ましくは、ストッパ１３６に対する開口形成ツール１３２の衝撃に抵抗するための充分な重量を有し、プライ１０２に対して配置されるが、プライ１０２に貼り付くことがなく、ツール１３２の鋭い端部１３４ａを鈍らせることもない表面１３８を有する。ツール１３２によって形成される開口１２８の中心線ＣＬＡが、ツール用開口１３０の中心線ＣＬＴおよび造作１０６の中心線ＣＬＦと実質的に一緒に延びることを、理解できるであろう。したがって、開口１２８は、例えば各々のインサート１１４の中心線を開口の中心線ＣＬＡに整列させることにより、造作形成ツールの複合材料プライ１０２との整列を助けることもでき、開口１２８は、インサート１１４によってプライ１０２をベースツールの凹部１０４へと適切に案内できるように、造作形成ツール１１０の各々のインサート１１４の、複合材料プライ１０２との整列を助けることができる。
【００３０】
図６は、ベースツール１００上にレイアップされた複合材料プライ１０２に開口１２８を形成するための他の典型的な構造を示している。いくつかの実施形態においては、鋭い端部１４２を有するステム１４０が、ストッパ１３６に取り付けられる。ステム１４０の尖った端部１４２は、ベースツール１００上にレイアップされたプライ１０２を通ってツール用開口１３０へと挿入される。開口形成ツール１３２が、ステム１４０を覆ってツール用開口１３０へと収められる。第１のアーム１４４ａと第２のアーム１４４ｂとを有するガイドツール１４４が、ツール１３２の遠位端１３４ｂおよびステム１４０の鋭い端部１４２の付近に位置するカラー１４６に当接して配置される。カラー１４６は、ステム１４０を完全に取り囲まなくてもよく、例えば、ステムを部分的に取り囲むＣ字形のクリップなどであってよい。作動時に、例えば握り締められたときに、ガイドツール１４４の第２のアーム１４４ｂが、ステム１４０をベースツール１００から離れる第２の方向Ｄ２に押し、ガイドツール１４４の第１のアーム１４４ａが、開口形成ツール１３２をベースツール１００上にレイアップされた複合材料プライ１０２へと向かう第１の方向Ｄ１に押す。したがって、ガイドツール１４４は、図５Ｂに関して上述したように開口形成ツール１３２の鋭い端部１３４ａをストッパ１３６に対して駆動し、プライ１０２に開口１２８を形成する。したがって、カラー１４６は、第１のアーム１４４ａが開口形成ツール１３２の遠位端１３４ｂに対して作用するときにガイドツールの第２のアーム１４４ｂを作用させることができる表面を提供し、第１の方向Ｄ１は第２の方向Ｄ２の実質的に反対である。
【００３１】
図７は、本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に造作を形成するための方法を説明するフロー図を示している。典型的な方法７００を、１つ以上の形成による造作、すなわち複合材料１０２の処理後の部品への造作の機械加工を必要とすることなく部品に定められた造作を有する複合材料部品を形成するために、使用することができる。図７の７０２に示されるように、典型的な方法７００は、例えば図３、図３Ａ、および図３Ｂに示されるように、凹部１０４を有するベースツール１００上に複合材料１０２を堆積することを含む。いくつかの実施形態において、複合材料１０２は、複数の複合材料プライ１０２の形態であり、そのような複合材料プライ１０２を、一般的に上述したように、強化材料の内部に埋め込まれた複合マトリクス材料を有する複合テープから形成でき、ベースツール１００上にレイアップすることができる。他の実施形態において、複合材料１０２は、複合材料プライ以外の形態であり、例えば、ベースツール１００上に噴霧されてよく、あるいは他のやり方で堆積されてよい。
【００３２】
図７の７０４に示されるように、複合材料１０２がベースツール１００上に堆積された後に、図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して説明したように、１つ以上の開口１２８を複合材料１０２に形成することができる。例えば、開口形成ツール１３２を、ベースツール１００のツール用開口１３０を通って挿入し、次いでベースツール１００上の複合材料１０２を貫いてストッパ１３６に対して駆動することができる。開口形成ツール１３２は、ツールが材料を通って駆動されるときに複合材料１０２に開口１２８を形成する鋭い端部１３４ａを有することができる。他の実施形態においては、とりわけ複合材料１０２が複数の複合材料プライである場合に、プライをベースツール１００上にレイアップする前に各々のプライ１０２に開口１２８を切り開き、プライ１０２がベースツール１００上にレイアップされるときに各々のプライ１０２の開口１２８を整列させることができる。さらに、すでに述べたように、開口１２８が造作形成ツールをベースツールの凹部１０４に整列させるうえで助けとなり得るように、各々の開口１２８の中心線ＣＬＡは、それぞれの造作１０６、１０８、などの中心線ＣＬＦと同じであってよい。
【００３３】
次に、７０６に示されるように、造作形成ツール１１０が、複合材料１０２に接触される。上述したように、造作形成ツール１１０は、１つ以上の皿取り１０６、座ぐり１０８、位置決め造作、または他の造作を有するエンジン排気ライナなど、複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上のインサート１１４を備える。造作形成ツール１１０は、図３Ａおよび図３Ｂに一般的に示されるとおり、ツール１１０のインサート１１４によって複合材料１０２がベースツール１００に定められた凹部１０４へと押され、あるいは案内されるように、ベースツール１００上の複合材料１０２に接触される。
【００３４】
次に、図７の７０８に示されるように、造作形成ツール１１０を複合材料１０２に接触させたままで、バッグ１２５を、造作形成ツール１１０および複合材料１０２の周囲で密封することができる。すなわち、造作形成ツール１１０および複合材料１０２を、この技術分野において一般的に知られているように、例えばオートクレーブにおける処理のためにバギングすることができる。典型的な実施形態において、ツール１１０を複合材料１０２に接触させた状態でツール１１０および複合材料１０２をバギングすることは、ツール１１０および材料１０２を任意の適切な材料から形成された可撓嚢などの真空バッグ１２５内に入れ、あるいは包むことを含む。例えば空気および材料１０２からの揮発性物質を除去するために、真空ポンプに接続された真空ポートを介して真空バッグ１２５の内部の真空を引くことができる。いくつかの実施形態においては、例えば、造作形成ツール１１０が造作形成ツール１１０とベースツール１００との間で複合材料１０２を適切に密封する場合など、バッグ１２５を省略することができ、したがって方法７００は、造作形成ツール１１０およびベースツール１００上の複合材料１０２の周囲でバッグ１２５を密封することを含まなくてもよい。
【００３５】
次に、図７の７１０に示されるように、造作形成ツール１１０を複合材料１０２に接触させた状態で、複合材料１０２が処理され、例えば圧縮およびオートクレーブ処理され、あるいはより一般的には、減量および／または気孔率を下げるように処理される。処理後の複合材料は、造作形成ツールのインサート１１４とベースツールの凹部１０４との間の相互作用によって形成された造作を有する未処理状態の複合材料部品を形成する。例えば、未処理状態の複合材料部品は、圧縮され、硬化されているが、複合材料を形成する際に使用されたいくつかの溶剤を保持している可能性があり、複合材料中にいくらかの空隙を含む可能性もある。図７の７１２および７１４に示されるように、処理後にバッグ１２５（使用されている場合）および造作形成ツール１１０が未処理状態の複合材料部品から取り除かれ、次いで未処理状態の複合材料部品に、皿取りの造作１０６および／または座ぐりの造作１０８などの１つ以上の造作を有する複合材料部品９０を生成するために、仕上げ処理が施される。
【００３６】
未処理状態の部品の仕上げ処理は、複合材料１０２の種類に応じて方法７００の実施ごとに異なってよい１つ以上の処理を含むことができる。例えば、複合材料１０２がＣＭＣ材料である場合、図７の７１４に示される仕上げ処理は、焼成（または、燃焼）および緻密化を含むことができる。より具体的には、未処理状態の複合材料部品を焼成して、焼成された複合材料部品を生成することができ、例えば、バッグ１２５および／または造作形成ツール１１０を取り除いた状態の未処理状態の複合材料部品を炉に入れ、ＣＭＣプライの形成に用いた溶剤を燃焼させ、溶剤中の結合剤を分解することができる。次いで、焼成された複合材料部品を緻密化することができ、例えば、焼成されたＣＭＣ部品をケイ素を有する炉に入れ、プライのセラミックマトリクス前駆体をＣＭＣ部品のマトリクスのセラミック材料へと変換することができる。ケイ素は融解し、燃焼／焼成中の結合剤の分解の結果としてマトリクスに生じた気孔に浸入し、ケイ素によるＣＭＣ部品の溶融浸透は、ＣＭＣ部品を緻密化する。しかしながら、緻密化を、これらに限られるわけではないが、Ｓｉｌｃｏｍｐ、溶融浸透（ＭＩ）、化学蒸気浸透（ＣＶＩ）、ポリマー浸透および熱分解（ＰＩＰ）、ならびに酸化物／酸化物処理、など、任意の既知の緻密化技術を用いて実行することが可能である。一実施形態においては、緻密化および焼成を、ケイ素または別の適切な１つ以上の材料の部品への溶融浸透を可能にするために、１２００℃を上回る温度で確立された雰囲気を有する真空炉または不活性雰囲気において行うことができる。随意により、図７の７１６に示されるように、仕上げ処理後に、複合材料部品を、必要に応じて、機械加工で仕上げることができ、さらには／あるいは耐環境コーティング（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）（ＥＢＣ）または遮熱コーティング（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）（ＴＢＣ）などの１つ以上のコーティングで覆うことができる。
【００３７】
次に図８Ａ、図８Ｂ、および図９を参照して、複合材料部品に造作を形成するための他のアセンブリおよび方法を、より詳細に説明する。図８Ａに示されるように、本主題の典型的な実施形態において、ベースツール２００は、遠位側表面２００ｂの反対側の近位側表面２００ａと、近位側表面２００ａに定められた１つ以上の凹部２０４とを備える。複数の複合材料プライ１０２を、１つ以上の凹部２０４がプライ１０２から形成される複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めるうえで役立つように、ベースツール２００の近位側表面２００ａ上にレイアップすることができる。例えば、１つの凹部２０４を、複合材料部品９０に皿取りの造作１０６（図２）を定めるように構成できる一方で、別の凹部２０４を、複合材料部品９０に座ぐりの造作１０８（図２）を定めるように構成することができる。さらに、他の凹部２０４を、アセンブリにおいて複合材料部品を位置決めするための１つ以上の造作など、複合材料部品９０の追加の造作および／または異なる造作を定めるために使用することができる。
【００３８】
造作形成ツール２１０を、ベースツール２００上に支持された複数の複合材料プライ１０２に接触させることができる。造作形成ツール２１０は、複合材料部品９０の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材２１４を支持するフレーム２１２を備える。図８Ａに示されるように、ベースツール２００は、フレーム２１２および形成部材２１４をベースツール２００および凹部２０４に整列させるうえで役立つ１つ以上の整列用造作２０１を含むことができる。より詳細には、整列用造作２０１は、ベースツール２００から離れるように突出する壁であってよく、フレーム２１２は、リップ２１１および溝２１３を備えることができる。フレーム２１２がベースツール２００に向かって下降されるとき、整列用造作２０１が溝２１３に受け入れられるように、リップ２１１が整列用造作２０１の外面２０１ａに対して嵌まり合う。このように、フレーム２１２およびベースツール２００の各々は、造作形成ツール２１０をベースツール２００に整列させるための１つ以上の造作を備えることができる。さらに、図８Ａに示されるように、造作形成ツール２１０をベースツール２００に対する所定の位置に保つために、フレーム２１２を、例えば、１つ以上のボルトまたはねじ２１５などを使用して、ベースツール２００に固定することができる。
【００３９】
図８Ｂを参照すると、各々の形成部材２１４は、フレーム２１２を貫いて延び、第２の端部２１６ｂの反対側の第１の端部２１６ａを有するシャンク２１６を備える。造作形成ツール２１０が複数の複合材料プライ１０２に接触するように配置されるとき、第２の端部２１６ｂは、フレーム２１２と複数の複合材料プライ１０２との間に位置する。図示の実施形態において、シャンク２１６は、長さＬおよび直径Ｄを有する。好ましくは、シャンクの直径Ｄに対するシャンク長さＬの比は、形成部材２１４を複合材料プライ１０２に対して案内するために充分に大きい。より詳細には、シャンクの長さＬは、形成部材２１４が複合材料プライ１０２を凹部２０４へと押し込むべく展開されるときに、形成部材２１４を案内するために適切でなければならない。
【００４０】
さらに、各々の形成部材２１４は、シャンク２１６の第２の端部２１６ｂに位置する造作形成ヘッド２１８と、フレーム２１２と造作形成ヘッド２１８との間に配置された付勢部材２２０とを備える。ばねなどの付勢部材２２０は、造作形成ヘッド２１８を複数の複合材料プライ１０２に向かって押し付け、プライ１０２を凹部２０４へと押し込む。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、凹部２０４は、凹部２０４と形成部材２１４とが協働して複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めるうえで役立つように、形成部材２１４の造作形成ヘッド２１８の形状に対して相補的な形状を有する。
【００４１】
シャンク２１６の第１の端部２１６ａは、レイアップされた複合材料プライ１０２から離れるようにフレーム２１２を過ぎて延びている。カラー２２２が、シャンクの第１の端部２１６ａを取り巻き、あるいは取り囲み、ナットまたは他の固定機構２２６を、カラー２２２をシャンク２１６上の所定の位置に保持するために使用することができる。図８Ａの最も左側の形成部材２１４に関して図示されているように、くさび２２４を、フレーム２１２とカラー２２２との間に配置してもよい。くさび２２４は、例えば造作形成ツール２１０が造作形成ヘッド２１８をプライ１０２に対して下降させるべく配置されるまで、造作形成ヘッド２１８を複数の複合材料プライ１０２から離して保持する。一例として、各々のくさび２２４は、フレーム２１２がベースツール２００の整列用造作２０１に整列されるまで、造作形成ヘッドを複合材料プライ１０２から離して保持する。図８Ａの他の形成部材２１４および図８Ｂの拡大された形成部材２１４に対して示されるように、各々のくさび２２４は、カラー２２２とフレーム２１２との間のギャップＧに配置される。ギャップＧを、くさび２２４が取り除かれたときに、造作形成ヘッド２１８がプライ１０２に過大な力を加えることなく、すなわちプライを過度に圧迫または圧縮することなく、複合材料プライ１０２に接触されるようなサイズとすることができる。すなわち、ギャップＧを、造作形成ヘッド２１８によって複合材料プライ１０２を凹部２０４内へと変位させることを可能にするが、プライに加わる力の大きさを制限してプライ１０２の変形を回避するようなサイズとすることができる。これに代え、あるいはこれに加えて、付勢部材２２０を、過度に大きい力で造作形成ヘッド２１８を複合材料プライ１０２へと付勢することがないように選択し、あるいはそのようなサイズとすることができる。例えば、付勢部材２２０がばねである場合、プライ１０２を変形させずに複合材料プライ１０２を凹部２０４へと変位させるために適したばね定数を有するばねを選択することができる。
【００４２】
形成部材２１４を、他のやり方で同様に構成することができる。例えば、シャンク２１６は、シャンク２１６がフレーム２１２に螺合するようにねじ山を有することができる。シャンク２１６をフレーム２１２に対して旋回または回転させることにより、シャンク２１６を、ベースツール２００およびベースツール２００上にレイアップされた複合材料プライ１０２に向かって、あるいはベースツール２００およびベースツール２００上にレイアップされた複合材料プライ１０２から離れるように、移動させることができる。上述のように、ヘッド２１８がプライ１０２を過度に圧迫または圧縮したり、あるいはプライ１０２に過大な力を加えたりすることがないよう、シャンク２１６を、造作形成ヘッド２１８をプライ１０２およびベースツール２００に対して必要な深さに設定するために特定の量だけ回転させることができることを、理解できるであろう。さらに、造作形成ヘッド２１８は、シャンクの長さＬに沿って延びるシャンク２１６の軸線の周りで回転可能にフリーであるようにシャンク２１６に取り付けられてもよい。すなわち、造作形成ヘッド２１８は、シャンク２１６が回転してヘッド２１８をプライ１０２と接触させ、プライ１０２を凹部２０４内に押し込むように、造作形成ヘッド２１８が複合プライ１０２をねじることがないか、そうでなければ回転変位させないようにシャンク２１６に対して回転することができる。形成部材２１４を変位させて複合材料プライ１０２をベースツールの凹部２０４へと押し込むための他の構成および手段も、同様に使用することが可能である。
【００４３】
図９を参照すると、本主題の典型的な実施形態に従って複合材料部品に造作を形成するための方法を説明するフロー図が示されている。典型的な方法９００を、１つ以上の形成による造作、すなわち複合材料１０２の処理後の部品への造作の機械加工を必要とすることなく部品に定められた造作を有する複合材料部品を形成するために、使用することができる。図９の９０２に示されるように、典型的な方法９００は、例えば図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、凹部２０４を有するベースツール２００上に複合材料１０２を堆積することを含む。いくつかの実施形態において、複合材料１０２は、複数の複合材料プライ１０２の形態であり、そのような複合材料プライ１０２を、一般的に上述したように、強化材料の内部に埋め込まれた複合マトリクス材料を有する複合テープから形成でき、ベースツール２００上にレイアップすることができる。他の実施形態において、複合材料１０２は、複合材料プライ以外の形態であり、例えば、ベースツール２００上に噴霧されてよく、あるいは他のやり方で堆積されてよい。
【００４４】
図９の９０４に示されるように、複合材料１０２がベースツール２００上に堆積された後に、図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して説明したように、１つ以上の開口１２８を複合材料１０２に形成することができる。例えば、開口形成ツール１３２を、ベースツール２００にツール用開口（図示せず）を通って挿入し、次いでベースツール２００上の複合材料１０２を貫いてストッパ１３６に対して駆動することができる。開口形成ツール１３２は、ツールが材料を通って駆動されるときに複合材料１０２に開口１２８を形成する鋭い端部１３４ａを有することができる。他の実施形態においては、とりわけ複合材料１０２が複数の複合材料プライである場合に、プライをベースツール２００上にレイアップする前に各々のプライ１０２に開口１２８を切り開き、プライ１０２がベースツール２００上にレイアップされるときに各々のプライ１０２の開口１２８を整列させることができる。さらに、すでに述べたように、開口１２８が造作形成ツールをベースツールの凹部１０４に整列させるうえで助けとなり得るように、各々の開口１２８の中心線ＣＬＡは、それぞれの造作１０６、１０８、などの中心線ＣＬＦと同じであってよい。
【００４５】
次いで、いくつかの実施形態においては、図９の９０６に示されるように、図３Ａおよび図３Ｂに示したバッグ１２５と同様のバッグを、複合材料１０２の周囲において密封することができる。すなわち、複合材料１０２を、この技術分野において一般的に知られているように、例えばオートクレーブにおける処理のためにバギングすることができる。例えば、複合材料１０２のバギングは、材料１０２を任意の適切な材料から形成された可撓嚢などの真空バッグ内に入れ、あるいは包むことを含む。例えば空気および複合材料１０２からの揮発性物質を除去するために、真空ポンプに接続された真空ポートを介して真空バッグの内部の真空を引くことができる。いくつかの実施形態においては、バッグを省略することができ、したがって方法９００は、ベースツール２００上の複合材料１０２の周囲でバッグ１２５を密封することを含まなくてもよい。
【００４６】
次に、９０８に示されるように、造作形成ツール２１０が、複合材料１０２をベースツールの凹部２０４へと押し込んで複合材料部品の造作を形成するように展開される。より詳細には、造作形成ツール２１０は、複合材料１０２の周囲に密封されたバッグに接触され、あるいはバッグが省略されている場合には、ベースツール２００上の複合材料１０２に接触される。上述のように、造作形成ツール２１０は、複合材料部品９０の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材２１４を支持するフレーム２１２を備える。フレーム２１２を、各々の形成部材２１４の造作形成ヘッド２１８を複合材料１０２を覆う真空バッグへと下降させ、あるいは複合材料１０２へと直接下降させて、材料１０２をベースツール２００の凹部２０４へと案内できるように、ベースツール２００の整列用造作２０１を使用してベースツール２００に整列させることができる。造作形成ヘッド２１８を、上述のようにヘッド２１８が付勢部材２２０によって押されて複合材料１０２に直接的または真空バッグを介して間接的に接触するように、例えばヘッド２１８を複合材料１０２から離して保持するくさび２２４を取り除くことによって、下降させることができる。他の実施形態においては、各々の形成部材２１４のシャンク２１６を、すでにより詳細に説明したように、造作形成ヘッド２１８を下降させて、ヘッド２１８を複合材料１０２に直接的または間接的に接触させるように、回転させることができる。
【００４７】
次に、図９の９１０に示されるように、造作形成ツール２１０で複合材料１０２をベースツールの凹部２０４へと押し込んだ状態で、複数の複合材料１０２が処理され、例えば圧縮およびオートクレーブ処理され、あるいはより一般的には、減量および／または気孔率を下げるように処理される。処理後の複合材料は、形成部材２１４とベースツールの凹部２０４との間の相互作用によって形成された造作を有する未処理状態の複合材料部品を形成する。図９の９１２および９１４に示されるように、処理後にバッグ（使用されている場合）および造作形成ツール２１０が未処理状態の複合材料部品から取り除かれ、次いで未処理状態の複合材料部品に、皿取りの造作１０６および／または座ぐりの造作１０８などの１つ以上の造作を有する複合材料部品９０を生成するために、仕上げ処理が施される。図７に示した方法７００に関して上述したように、未処理状態の複合材料部品の仕上げ処理は、方法９００において使用される複合材料１０２の種類に応じて異なってよい１つ以上の処理を含むことができる。複合材料１０２がＣＭＣ材料である一実施形態において、図９の９１４における仕上げ処理は、未処理状態の複合材料部品を焼成して（あるいは、燃焼させて）焼成された複合材料部品を生成し、その後に、焼成された複合材料部品を緻密化して複合材料部品を生成することを含む。焼成および緻密化の処理は、方法７００に関して上述した処理と同様であってよい。さらに、図９の９１６に示されるように、仕上げ処理後に、複合材料部品を、随意により、必要に応じて、機械加工で仕上げることができ、さらには／あるいは耐環境コーティング（ＥＢＣ）または遮熱コーティング（ＴＢＣ）などの１つ以上のコーティングで覆うことができる。
【００４８】
次に図１０Ａ〜図１１Ｆを参照して、複合材料部品に造作を形成するための他のアセンブリおよび方法を、より詳細に説明する。図１０Ａに示されるように、本主題の典型的な実施形態において、図３、図３Ａ、図３Ｂ、図８Ａ、および図８Ｂに示した実施形態と同様に、ベースツール３００は、遠位側表面３００ｂの反対側の近位側表面３００ａと、近位側表面３００ａに定められた１つ以上の凹部３０４とを備える。複数の複合材料プライ１０２を、１つ以上の凹部３０４がプライ１０２から形成される複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めるうえで役立つように、ベースツール３００の近位側表面３００ａ上にレイアップすることができる。例えば、１つの凹部３０４を、複合材料部品９０に皿取りの造作１０６（図２）を定めるように構成できる一方で、別の凹部３０４を、複合材料部品９０に座ぐりの造作１０８（図２）を定めるように構成することができる。また、他の凹部３０４を使用して、１つ以上の位置決めの造作または他の造作など、複合材料部品９０に追加の造作および／または異なる造作を定めることも可能である。
【００４９】
造作形成ツール３１０を、図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して上述したようにプライ１０２に形成された開口１２８を通って造作形成ツール３１０を挿入することによって、ベースツール３００上に支持された複数の複合材料プライ１０２に接触させることができる。より詳細には、造作形成ツール３１０は、ステム３１２および造作形成ヘッド３１４を備える。ステムは、先端３１２ｂの反対側のヘッド端３１２ａを有し、造作形成ヘッド３１４は、ヘッド端部３１２ａから延びている。ステム３１２および造作形成ヘッド３１４を、単一片からなる造作形成ツール３１０として一体的に形成することができ、あるいは造作形成ヘッド３１４を、ステム３１２へと取り付け、もしくは結合させることができる。造作形成ヘッド３１４は、凹部３０４と造作形成ヘッド３１４とが協働して複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めるうえで役立つように、ベースツール３００の凹部３０４の形状に対して相補的な形状を有する。
【００５０】
図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃの典型的な実施形態に示されるように、造作形成ヘッド３１４が、第１の材料３１６から形成されたキャップ３１５を含む一方で、造作形成ツール３１０の残りの部分は、第２の材料３１８から形成される。第１および第２の材料１１６、１１８に関してすでに説明したように、第２の材料３１８は、第１の材料３１６よりも硬質であってよい。典型的な実施形態において、第１の材料３１６は、シリコーンであり、したがってキャップ３１５は、シリコーンから形成され、造作形成ヘッド３１４の残りの部分およびステム３１２は、例えばシリコーンよりもショア硬さが大きい金属、ポリマー、またはエラストマーなど、シリコーンよりも硬い材料３１８から形成される。図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃにさらに示されるように、キャップ３１５は、好ましくは、造作形成ヘッド３１４の最大の周囲を定める狭い縁部３１５ａを有する。狭い縁部３１５ａは、複合材料プライ１０２のうちの造作形成ヘッド３１４によって凹部３０４へと押し込まれた部分と、複合材料プライ１０２のうちの凹部３０４へと押し込まれることなくベースツール３００上にレイアップされる部分との間の移行領域３２０に位置する。キャップ３１５を形成する比較的柔らかい第１の材料３１６は、複合材料プライ１０２が移行領域３２０において凹部３０４へと滑らかに移行することを助けることができ、例えば、キャップ３１５は、造作形成ツール３１０の周囲におけるプライ１０２のひだまたはしわなどの防止を助けることができる。さらに、狭い縁部３１５ａは、以下でより詳細に説明されるように、バッグがプライ１０２を覆って密封される場所において複合材料プライ１０２を平滑に保つうえで役立つ。
【００５１】
特に図１０Ｃを参照すると、ベースツール３００は、図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して上述したツール用開口１３０と同様に、ベースツール３００の遠位側表面３００ｂから凹部３０４へと延びるツール用開口３３０を含む。より詳しくは、ツール用開口３３０は、ベースツールの遠位側表面３００ｂに位置する遠位端３３０ｂから凹部３０４に位置する近位端３３０ａまで延び、ツール用開口３３０は、中心線ＣＬＴを有する。図１０Ｃに示されるように、造作形成ツール３１０は、造作の中心線ＣＬＦがツール用開口の中心線ＣＬＴおよび複合材料の開口の中心線ＣＬＡと一緒に延び、あるいはツール用開口の中心線ＣＬＴおよび複合材料の開口の中心線ＣＬＡに整列するように、中心をツール用開口の中心線ＣＬＴおよび開口の中心線ＣＬＡに沿わせて位置する。ベースツール３００のツール用開口３３０を使用して、凹部３０４および造作形成ツール３１０によって形成される造作の実質的に中心に開口１２８を形成することができる。さらに、上述したように、各々の開口１２８の中心線ＣＬＡが、それぞれの造作１０６、１０８、などの中心線ＣＬＦと実質的に同じである場合、開口１２８は、造作形成ツール３１０をベースツールの凹部３０４に整列させるうえで助けとなることができる。
【００５２】
さらに、本主題のいくつかの実施形態においては、Ｏリングなどのシール３２２が、例えば造作形成ツール３１０のステム３１２の周囲にシールをもたらすために、凹部３０４に隣接するツール用開口３３０に配置される。より具体的には、いくつかの実施形態において、プリプレグ複合材料プライ１０２は、少なくとも部分的に湿潤であってよく、例えば繊維へと含浸されたスラリ組成物が、少なくとも部分的に液体または流動性であってよい。したがって、とりわけ造作形成ツール３１０を複合材料プライ１０２に接触させてプライを凹部３０４へと押し込むときに、スラリがツール用開口３３０へと流入する傾向があり得る。シール３２２は、複合材料プライ１０２が造作形成ツール３１０によって凹部３０４へと押し込まれるときに、スラリまたはプリプレグの他の成分がツール用開口３３０へと浸出し、流れ込み、滴り落ち、あるいは他のかたちで移動することを防止するうえで役立つ。
【００５３】
図１１Ａ〜図１１Ｆは、本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に造作を形成するための別のアセンブリを示している。図１１Ａに示されるように、複数の複合材料プライ１０２を、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃに関して説明したように、ベースツール３００の近位側表面３００ａにレイアップすることができる。ベースツール３００は、凹部３０４と、凹部３０４に位置する近位端３３０ａからベースツールの遠位側表面３００ｂに位置する遠位端３３０ｂまで延びるツール用開口３３０とを含む。複合材料プライ１０２は、プライ１０２によって凹部３０４が覆われるようにベースツール３００上にレイアップされる。
【００５４】
図１１Ｂに示されるように、開口形成ツール３３２を使用して、ベースツール３００上に支持された複合材料プライ１０２に開口１２８を形成することができる。より詳細には、開口形成ツール３３２は、ツール用開口３３０の遠位端３３０ｂに挿入される錐（ａｗｌ）などであってよい。開口形成ツール３３２がツール用開口３３０を通って挿入されるとき、ツール３３２の鋭い端部３３２ａが複数の複合材料プライ１０２を貫き、ツール３３２のシャフト３３４がプライ１０２を通って挿入されるときに、ツールのシャフト３３４が開口１２８を形成する。ツール３３２の鋭い端部３３２ａの反対側のハンドル端３３２ｂが、開口形成ツール３３２を把持して操作し、例えばツール用開口３３０へと挿入し、さらにはツール用開口３３０を通って複数の複合材料プライ１０２へと挿入するための領域を提供する。
【００５５】
図１１Ｃを参照すると、図示の実施形態において、開口形成ツール３３２の鋭い端部３３２ａは、取り外し可能である。したがって、鋭い端部３３２ａが複合材料プライ１０２を貫き、シャフト３３４がプライ１０２を通って挿入されて、プライに開口１２８が形成された後で、鋭い端部３３２ａが取り外される一方で、開口形成ツール３３２のシャフト３３４は、依然としてプライ１０２と接触している。次いで、図１１Ｄに示されるように、造作形成ツール３１０が、ツール３３２のシャフト３３４に取り付けられる。すなわち、造作形成ツールのステム３１２の先端３１２ｂは、開口形成ツール３３２のシャフト３３４に取り付けられるように構成される。次いで、開口形成ツール３３２は、ツール用開口３３０を通って後退され、あるいは引き戻されて、造作形成ツール３１０を複数の複合材料プライ１０２に接触させる。特に、造作形成ツール３１０のステム３１２が、ベースツール３００のツール用開口３３０へと案内され、造作形成ヘッド３１４が、プライ１０２およびヘッド３１４が凹部３０４内に着座するまで、複合材料プライ１０２を凹部３０４へと案内する。造作形成ヘッド３１４を、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃに関して上述したように構成することができ、例えば、造作形成ヘッド３１４が、第１の材料３１６から形成され、狭い縁部３１５ａを有しているキャップ３１５を備えることができる一方で、ヘッド３１４の残りの部分は第２の材料３１８から形成されることを、理解できるであろう。
【００５６】
ひとたび複数の複合材料プライ１０２が凹部３０４へと案内され、プライ１０２がベースツール３００と造作形成ツール３１０との間に挟まれると、開口形成ツール３３２が取り外される。図１１Ｅに示されるように、開口形成ツール３３２が造作形成ツール３１０から取り外された後に、造作形成ツール３１０は、複合材料プライ１０２に接触したままである。最後に、いくつかの実施形態においては、図１１Ｆに示されるように、造作形成ツール３１０をプライ１０２に接触させた状態で、複合材料プライ１０２の周囲でバッグ１２５を密封することができる。次いで、複数の複合材料プライ１０２および造作形成ツール３１０を、以下でさらに詳しく説明されるように処理することができる。
【００５７】
造作形成ツール３１０を案内して複数の複合材料プライ１０２に接触させるために開口形成ツール３３２を使用することは、本主題のいくつかの実施形態において有用であり得る。例えば、上述のように、複合材料プライ１０２は、一般に、プリプレグプライの形成に使用されたスラリゆえに、湿潤または粘着性である可能性があり、これが、造作形成ツール３１０をプライ１０２の開口１２８を通ってツール用開口３３０へと案内することを困難にする可能性がある。したがって、開口１２８およびツール用開口３３０にすでに位置している開口形成ツール３３２に造作形成ツール３１０を取り付けることで、造作形成ツール３１０をプライ１０２およびベースツール３００に対する所定の位置に案内することを、簡単にすることができる。しかしながら、他の実施形態において、開口形成ツール３３２の鋭い端部３３２ａは、取り外し不可能であってもよい。そのような実施形態においては、おおむね上述したように開口形成ツール３３２を使用して複合材料プライ１０２に開口１２８を形成することができ、次いでツール３３２を、例えばツール用開口３３０を通ってツール３３２を後退させることによって、プライ１０２およびベースツール３００から取り除くことができる。次に、開口形成ツール３３２に取り付けられていない造作形成ツール３１０を、プライ１０２が造作形成ヘッド３１４によってベースツールの凹部３０４へと案内され、プライ１０２およびヘッド３１４が凹部３０４に着座するまで、複合材料プライ１０２を通ってベースツール３００へと挿入することができる。次いで、アセンブリ、すなわちツール３１０およびプライ１０２を、以下でさらに詳しく説明されるように、バギングおよび／または処理することができる。
【００５８】
図１２を参照すると、本主題の典型的な実施形態に従って複合材料部品に造作を形成するための方法を説明するフロー図が示されている。典型的な方法１２００を、１つ以上の形成による造作、すなわち複合材料１０２の処理後の部品への造作の機械加工を必要とすることなく部品に定められた造作を有する複合材料部品を形成するために、使用することができる。図１２の１２０２に示されるように、典型的な方法１２００は、例えば図１０Ａ〜図１１Ｆに示されるように、凹部３０４を有するベースツール３００上に複合材料１０２を堆積することを含む。いくつかの実施形態において、複合材料１０２は、複数の複合材料プライ１０２の形態であり、そのような複合材料プライ１０２を、一般的に上述したように、強化材料の内部に埋め込まれた複合マトリクス材料を有する複合テープから形成でき、ベースツール３００上にレイアップすることができる。他の実施形態において、複合材料１０２は、複合材料プライ以外の形態であり、例えば、ベースツール３００上に噴霧されてよく、あるいは他のやり方で堆積されてよい。
【００５９】
図１２の１２０４に示されるように、複合材料１０２がベースツール３００上に堆積された後に、１つ以上の開口１２８を複合材料１０２に形成することができる。方法１２００の一実施形態においては、開口１２８を、図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して説明したように形成することができる。例えば、開口形成ツール１３２を、ベースツール３００のツール用開口３３０に整列させ、遠位端３３０ｂを通ってツール用開口３３０へと挿入し、次いで複合材料１０２を貫いてベースツール３００へと駆動することができる。開口形成ツール１３２は、ツールが材料を通って駆動されるときに複合材料１０２に開口１２８を形成する鋭い端部１３４ａを有することができる。最後に、ツール１３２が複合材料１０２から取り除かれ、開口１２８が材料１０２に残される。他の実施形態においては、とりわけ複合材料１０２が複数の複合材料プライである場合に、プライをベースツール３００上にレイアップする前に各々のプライ１０２に開口１２８を切り開き、プライ１０２がベースツール３００上にレイアップされるときに各々のプライ１０２の開口１２８を整列させることができる。さらに、すでに述べたように、開口１２８が造作形成ツールをベースツールの凹部３０４に整列させるうえで助けとなり得るように、各々の開口１２８の中心線ＣＬＡは、それぞれの造作１０６、１０８、などの中心線ＣＬＦと同じであってよい。
【００６０】
次に、図１２の１２０６に示されるように、造作形成ツール３１０が、複合材料１０２をベースツールの凹部３０４へと押し込んで複合材料部品の造作を形成するように展開される。より詳細には、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃに示されるように、造作形成ツール３１０のステム３１２の先端３１２ｂが、複合材料１０２に形成された開口１２８へと挿入され、ステム３１２が複合材料１０２を通ってベースツール３００のツール用開口３３０へと挿入される。これにより、ステム３１２は、ツール３１０の造作形成ヘッド３１４をベースツールの凹部３０４に整列させる。したがって、ステム３１２がツール用開口３３０を通って引っ張られ、造作形成ヘッド３１４が複合材料１０２に接触すると、造作形成ヘッド３１４は、複合材料１０２を案内して凹部３０４へと押し込む。ステム３１２を、造作形成ヘッドのキャップ３１５の縁部３１５ａがベースツール３００上に支持された複合材料１０２の最も外側の表面１０２ａに接触するまで、ツール用開口３３０へと引き込むことができる。複合材料１０２の最も内側の表面１０２ｂは、ベースツール３００の近位側表面３００ａに接触する。
【００６１】
方法１２００の他の実施形態においては、図１１Ａ〜図１１Ｆに関して説明したように、開口１２８を形成し、造作形成ツール３１０を複合材料１０２に接触させることができる。例えば、図１２の１２０４に示されるように、ベースツール３００上の複合材料１０２に開口１２８を形成するために、取り外し可能な鋭い端部３３２ａを有する開口形成ツール３３２が、ベースツール３００のツール用開口３３０に整列される。ツール３３２は、開口形成ツールの鋭い端部３３２ａが複合材料１０２を貫通し、ツール３３２のシャフト３３４が開口１２８を形成するまで、ツール用開口３３０へと遠位端３３０ｂを通って挿入される。次いで、鋭い端部３３２ａがシャフト３３４から取り除かれ、造作形成ツール３１０が開口形成ツール３３２のシャフト３３４に取り付けられる。次に、図１２の１２０６に示されるように、複合材料１０２をベースツールの凹部３０４へと押し込んで複合材料部品の造作を形成すべく造作形成ツール３１０を展開するために、開口形成ツール３３２が、ツール用開口３３０を通って引き戻される。図１１Ｅに示されるように、ひとたび複合材料１０２および造作形成ヘッド３１４が凹部３０４内に着座すると、ベースツール３００の近位側表面３００ａに接触する最も内側の表面１０２ｂを有する複合材料１０２の最も外側の表面１０２ａに造作形成ヘッドのキャップ３１５の縁部３１５ａを接触させた状態で、開口形成ツール３３２が造作形成ツール３１０から取り外される。
【００６２】
図１２の１２０８に示されるように、方法１２００のいくつかの実施形態においては、図１０Ｂおよび図１１Ｆに示されるように、造作形成ツール３１０を複合材料に接触させた状態で、バッグ１２５を複合材料１０２の周囲で密封することができる。すなわち、複合材料１０２を、造作形成ツール３１０を材料１０２に接触させた状態で、処理のためにバギングすることができる。例えば、複合材料１０２のバギングは、材料１０２および造作形成ツール３１０を任意の適切な材料から形成された可撓嚢などの真空バッグ内に入れ、あるいは包むことを含む。例えば空気および複合材料１０２からの揮発性物質を除去するために、真空ポンプに接続された真空ポートを介して真空バッグの内部の真空を引くことができる。いくつかの実施形態においては、バッグを省略することができ、したがって方法１２００は、造作形成ツール３１０を複合材料に接触させた状態でベースツール３００上の複合材料１０２の周囲でバッグ１２５を密封することを、含まなくてもよい。
【００６３】
次いで、図１２の１２１０に示されるように、造作形成ツール３１０で複合材料１０２をベースツールの凹部３０４へと押し込んだ状態で、複合材料１０２が処理され、例えば圧縮およびオートクレーブ処理され、あるいはより一般的には、減量および／または気孔率を下げるように処理される。処理後の複合材料は、造作形成ヘッド３１４とベースツールの凹部３０４との間の相互作用によって形成された造作を有する未処理状態の複合材料部品を形成する。図１２の１２１２および１２１４に示されるように、処理後にバッグ（使用されている場合）および造作形成ツール３１０が未処理状態の複合材料部品から取り除かれ、次いで未処理状態の複合材料部品に、皿取りの造作１０６および／または座ぐりの造作１０８などの１つ以上の造作を有する複合材料部品９０を生成するために、仕上げ処理が施される。図７に示した方法７００に関して上述したように、未処理状態の複合材料部品の仕上げ処理は、方法１２００において使用される複合材料１０２の種類に応じて異なってよい１つ以上の処理を含むことができる。複合材料１０２がＣＭＣ材料である一実施形態において、図１２の１２１４における仕上げ処理は、未処理状態の複合材料部品を焼成して（あるいは、燃焼させて）焼成された複合材料部品を生成し、その後に、焼成された複合材料部品を緻密化して複合材料部品を生成することを含む。焼成および緻密化の処理は、方法７００に関して上述した処理と同様であってよい。さらに、図１２の１２１６に示されるように、仕上げ処理後に、複合材料部品を、随意により、必要に応じて、機械加工で仕上げることができ、さらには／あるいは耐環境コーティング（ＥＢＣ）または遮熱コーティング（ＴＢＣ）などの１つ以上のコーティングで覆うことができる。
【００６４】
ここで図１３を参照すると、いくつかの実施形態においては、ツールアセンブリが、複合材料に埋め込まれるべき部品を支持するために、ベースツールと共に使用される。例えば、図１３に示されるように、ベースツール４００は、遠位側表面４００ｂの反対側の近位側表面４００ａを備え、複数の複合材料プライ１０２を、ベースツール４００の近位側表面４００ａにレイアップすることができる。開口１２８を、例えば図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して上述したように、ベースツール４００上に支持された複合材料プライ１０２に形成することができる。
【００６５】
さらに、造作形成ツール４１０を、ベースツール４００上に支持された複数の複合材料プライ１０２に接触させることができる。より具体的には、ツールアセンブリ４１２が、ピン４１４を開口１２８へと挿入し、複合材料プライ１０２に接触した状態に保つことができるように、ベースツール４００に取り付けられ、すなわちツールアセンブリ４１２が、ピン４１４がベースツール４００を通って落下することを防止する。いくつかの実施形態において、ピン４１４は、複合材料部品９０に埋め込まれるように構成され、例えば、ピン４１４は、複合材料が複合材料部品９０へと変換されるときに複合材料と一体化する材料から形成されてよい。例えば、複合材料プライ１０２がＣＭＣプライ１０２である場合、ピン４１４を、セラミック製のピン４１４が複合材料部品９０に埋め込まれるように、セラミック材料から形成することができる。複合材料１０２がＰＭＣ材料１０２である場合、ピン４１４を、金属または金属合金などの金属材料から形成することができる。他の実施形態において、ピン４１４は、ピン４１４が複合材料部品９０に埋め込まれず、むしろ部品９０に開口１２８などの空隙造作を形成するために用いられるよう、複合材料の処理後に除去されるように構成される。
【００６６】
ツールアセンブリ４１２は、ベースツール４００の通路４１８に配置された段部ブシュ４１６を備える。段部ブシュ４１６は、第２の端部４１６ｂの反対側の第１の端部４１６ａを有しており、段部ブシュ４１６を貫く開口４２０を定めている。第１の端部４１６ａは、ベースツール４００上にレイアップされた複数の複合材料プライ１０２に隣接し、第２の端部４１６ｂは、ベースツール４００を貫いて延び、ベースツール４００のボス４２４に当接する段部４２２を定める。ボス４２４は、ベースツールの遠位側表面４００ｂから延びている。図１３の典型的な実施形態において、ボス４２４はねじ山を有し、ナット４２５が、段部ブシュ４１６の段部４２２をボス４２４に対して保持するために、ボス４２４へとねじ込まれる。しかしながら、段部ブシュ４１６を、他のやり方で同様にベースツール４００へと固定することができ、例えばナット以外の別の固定機構４２５を使用して、段部ブシュ４１６をベースツール４００に固定することもできる。さらに、端部キャップ４２６が、段部ブシュ４１６の第２の端部４１６ｂの開口４２０を覆い、さらには／あるいは塞ぐように、第２の端部４１６ｂへと固定される。図示の典型的な実施形態に示されるように、端部キャップ４２６を、段部ブシュの第２の端部４１６ｂから延びるねじ山付きの突出部４２８へとねじ込むことができるが、端部キャップ４２６は、他の構成を有してもよく、あるいは他のやり方で段部ブシュ４１６へと固定されてもよい。ピン４１４が第２の端部４１６ｂの開口４２０を通って落下し、プライ１０２との接触を失うことが、端部キャップ４２６によって防止されるように、端部キャップ４２６を段部ブシュ４１６の第２の端部４１６ｂの所定の位置に固定した後でピン４１４を複合材料プライ１０２の開口１２８を通って段部ブシュの開口４２０へと挿入できることを、理解できるであろう。
【００６７】
ツールアセンブリ４１２およびピン４１４の構成は、複合材料部品９０が、異なるベクトルに沿って延びるいくつかのピン４１４を備える場合に、特に有用であり得る。例えば、ベースツール４００は、いくつかのピン４１４をベースツール４００上にレイアップされた複数の複合材料プライ１０２から形成される複合材料部品９０に埋め込むことができるよう、例えば２つ以上の通路４１８など、各々がツールアセンブリ４１２およびピン４１４を受け入れるいくつかの通路４１８を備えることができる。いくつかの実施形態では、１つの通路４１８およびそこに配置されるピン４１４を、別の通路４１８およびピン４１４とは異なるベクトルに沿って整列させることができ、他の実施形態においては、各々の通路４１８および各々の通路のそれぞれのピン４１４を、ベースツール４００およびレイアップの他方の通路４１８およびピン４１４とは異なるベクトルに沿って整列させることができる。ピン４１４の向きが異なると、複合材料部品のベースツール４００からの取り外しが困難になる可能性がある。しかしながら、ツールアセンブリ４１２は、例えば段部ブシュ４１６をベースツール４００へと保持しているナットまたは固定機構４２５を取り除くことによって、段部ブシュ４１６を通路４１８から取り除くことを可能にすることで、複合材料部品をベースツール４００から取り外すときにピン４１４の移動を許容するより大きな開口（通路４１８）を露出させる。通路４１８のより大きな開口は、ピン４１４にベースツール４００に対するより大きな移動範囲を可能にすることで、例えばいくつかの異なるベクトルに沿って延びているピン４１４など、より複雑なピン配置を有する複合材料部品をベースツール４００から取り外すことを可能にする。
【００６８】
図１３にさらに示されるように、造作形成ツール４１０は、薄いディスクを備え、造作形成ツール４１０を複数の複合材料プライ１０２に接触させることが、ディスク４１０をピン４１４の上方に配置し、複数の複合材料プライ１０２に当接させることを含む。図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃに関して説明した造作形成ヘッド３１４と同様に、薄いディスク状の造作形成ツール４１０は、第１の材料４２８から形成される縁部分４１０ａと、第２の材料４３０から形成される本体部分４１０ｂとを備えることができる。第１および第２の材料１１６、１１８に関してすでに説明したように、第２の材料４３０は、第１の材料４２８よりも硬質であってよい。典型的な実施形態において、第１の材料４２８は、シリコーンであり、したがって縁部分４１０ａは、シリコーンから形成され、造作形成ツール４１０の残りの部分（すなわち、本体部分４１０ｂ）は、例えばシリコーンよりもショア硬さが大きい金属、ポリマー、またはエラストマーなど、シリコーンよりも硬い材料４３０から形成される。図１３にさらに示されるように、縁部分４１０ａは、好ましくは、比較的狭く、あるいは薄く、造作形成ツール４１０の最大の周囲を定める。狭い縁部分４１０ａは、以下でさらに説明されるように、複合材料プライ１０２と、プライ１０２およびツール４１０の周囲に密封されるバッグ１２５との間の移行領域４２９の形成を助ける。縁部分４１０ａを形成する比較的柔らかい第１の材料４２８は、造作形成ツール４１０の周囲における複合材料プライ１０２のひだまたはしわなどの防止を助けることができ、バッグ１２５がプライ１０２を覆って密封される場所において複合材料プライ１０２を平滑に保つ。
【００６９】
図１４を参照すると、本主題の他の実施形態において、ツールアセンブリ４１２は、異なる構成を備えることができる。例えば、図１４に示される実施形態において、ツールアセンブリ４１２は、複合材料部品９０に埋め込まれるべきピン４１４ではなく、取り外し可能な造作形成ツール４１０を受け入れるように構成される。図示のツールアセンブリ４１２は、上述のベースツール１００，２００，３００に定められた凹部１０４，２０４，３０４と同様の凹部４０４を定める雌型４３２を備え、雌型４３２は、雌型４３２を貫く開口４３４を定めている。このように、雌型４３２は、造作形成ツール４１０に対して相補的な形状とされ、造作形成ツール４１０は、凹部４０４に対して相補的に形作られた造作形成ヘッド４３６と、造作形成ツール４１０がツールアセンブリ４１２内に配置されたときに雌型４３２の開口４３４へと延びるステム４３８とを有する雄型を形成する。図１４に関して説明した段部ブシュ４１６と同様に、雌型４３２をベースツール４００に定められた通路４１８内に配置することができるが、雌型４３２を受け入れる通路４１８が、段部ブシュ４１６を受け入れる通路４１８とは異なるサイズおよび／または断面形状を有してよいことを、理解できるであろう。さらに、図１４に示されるように、例えばプリプレグ複合材料プライからのスラリがベースツール４００の通路４１８を通過することを防止するうえで役立つように、Ｏリングなどのシール４４０が、雌型４３２に定められた溝４４２に受け入れられ、雌型４３２とベースツール４００との間にシールを提供する。
【００７０】
さらに、ツールアセンブリ４１２は、雌型４３２をベースツール４００内に保持するためにベースツール４００の遠位側表面４００ｂに隣接して雌型４３２に螺合するナット４４４を含む。他の実施形態においては、ナット以外の固定機構４４４を使用して、雌型４３２をベースツール４００に対して所定の位置に保持することができる。さらに、ツールアセンブリ４１２は、雌型４３２を貫く開口４３４の遠位部４３４ｂに受け入れられるスリーブ４４６を含む。図１４に示されるように、開口４３４の近位部４３４ａは、開口４３４が造作形成ツール４１０のステム４３８を密接に囲むようなサイズとされている。遠位部４３４ｂは、ステム４３８が通過する開口４４８を定めるスリーブ４４６を受け入れるようなサイズとされている。例えば造作形成ツール４１０のステム４３８の周囲にシールをもたらすために、Ｏリングなどのシール４５０が、スリーブ４４６の近位端４４６ａと雌型４３２との間に配置される。ナット４５２が雌型４３２と螺合して、スリーブ４４６を型の開口４３４の遠位部４３４ｂ内に捕まえて保持する。当然ながら、他の実施形態においては、ナット以外の固定機構４５２を使用して、スリーブを開口４３４内に固定することができる。
【００７１】
図１４に示した造作形成ツール４１０の造作形成ヘッド４３６が、図１０Ａ〜図１１Ｆに関して説明した造作形成ヘッド３１４と同様に、複合材料１０２を案内して凹部４０４へと押し込むことを、理解できるであろう。さらに、造作形成ヘッド３１４と同様に、図１４の造作形成ヘッド４３６が、シリコーンなどの第１の材料から形成されたキャップおよび／または縁部を備えることができる一方で、ヘッド４３６の残りの部分は、第１の材料よりも大きいショア硬さを有する第２の材料から形成される。他の実施形態においては、造作形成ヘッド４３６の全体を、第１の材料または第２のより硬い材料から形成してもよい。しかしながら、少なくとも複合材料プライ１０２が凹部４０４へと移行する造作形成ヘッドの縁部の周囲については、例えば造作形成ツール４１０の周囲におけるプライ１０２のひだまたはしわなどを防止し、かつ／またはさらに詳しく後述されるようにプライ１０２を覆ってバッグが密封される場所においてプライ１０２を平滑に保つうえで役立つように、第１のより柔らかい材料が好ましいかもしれない。
【００７２】
図１５が、本主題の典型的な実施形態による複合材料部品に造作を形成するための方法を説明するフロー図を示している。典型的な方法１５００を、１つ以上の形成による造作、すなわち複合材料１０２の処理後の部品への造作の機械加工を必要とすることなく部品に定められた造作を有する複合材料部品を形成するために、使用することができる。図１５の１５０２に示されるように、典型的な方法１５００は、図１３および図１４に関して説明したように、ツールアセンブリ４１２をベースツール４００に組み立てることを含む。いくつかの実施形態においては、図１３に示されるように、ツールアセンブリ４１２が、ベースツール４００内に定められた通路４１８へと段部ブシュ４１６を挿入することによって、ベースツール４００に組み立てられる。次いで、ナットまたは他の固定機構４２５が、段部ブシュ４１６をベースツール４００に固定するために使用される。例えば、ナット４２５が、ベースツール４００によって定められたねじ山付きのボス４２４へとねじ込まれ、段部ブシュ４１６の段部４２２をナット４２５とボス４２４との間に捕まえることで、段部ブシュ４１６をベースツール４００に固定する。次に、段部ブシュ４１６の開口を段部ブシュ４１６の第２の端部４１６ｂにおいて覆い、あるいは塞ぐように、端部キャップ４２６が段部ブシュ４１６の第２の端部４１６ｂに固定される。
【００７３】
他の実施形態においては、図１４に示されるように、ツールアセンブリ４１２が、ベースツール４００内に定められた通路４１８へと雌型４３２を挿入することによって、ベースツール４００に組み立てられる。ナットまたは他の固定機構４４４が、雌型４３２をベースツール４００に固定する。次いで、スリーブ４４６が、雌型４３２を貫く開口４３４の遠位部４３４ｂへと挿入され、スリーブ４４６は、スリーブ４４６を貫く開口４４８を定めている。ナットまたは他の固定機構４５２が、スリーブ４４６を雌型４３２の開口４３４内に固定する。Ｏリングシールなどの１つ以上のシール４４０，４５０を、雌型４３２とベースツール４００との間および／またはスリーブ４４６と雌型４３２との間に使用することができる。
【００７４】
図１５の１５０４に示されるように、典型的な方法１５００は、例えば図１３および図１４に示されるように、複合材料１０２をベースツール４００上およびツールアセンブリ４１２上に堆積することをさらに含む。いくつかの実施形態において、複合材料１０２は、複数の複合材料プライ１０２の形態であり、そのような複合材料プライ１０２を、一般的に上述したように、強化材料の内部に埋め込まれた複合マトリクス材料を有する複合テープから形成でき、ベースツール４００上にレイアップすることができる。他の実施形態において、複合材料１０２は、複合材料プライ以外の形態であり、例えば、ベースツール４００上に噴霧されてよく、あるいは他のやり方で堆積されてよい。
【００７５】
図１５の１５０６に示されるように、複合材料１０２がベースツール４００上に堆積された後に、１つ以上の開口１２８を複合材料１０２に形成することができる。方法１５００の一実施形態においては、開口１２８を、図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して説明したように形成することができる。例えば、図１３を参照すると、開口形成ツール１３２を、段部ブシュ４１６を貫く開口４２０に整列させ、次いでベースツール４００上の複合材料１０２を貫いて駆動することができる。開口形成ツール１３２は、ツールが材料を通って駆動されるときに複合材料１０２に開口１２８を形成する鋭い端部１３４ａを有することができる。最後に、ツール１３２が複合材料１０２から取り除かれ、開口１２８が材料１０２に残される。他の実施形態においては、端部キャップ４２６が段部ブシュ４１６の第２の端部４１６ｂに配置される前に、開口形成ツール１３２を使用して開口１２８を形成することができる。例えば、開口形成ツール１３２を、開口４２０に整列させ、段部ブシュ４１６の第２の端部４１６ｂにおいて開口４２０を通って挿入し、複合材料１０２を貫いてストッパ１３６に対して駆動して、図５Ａおよび図５Ｂに関して説明したように開口１２８を形成することができる。さらに他の実施形態においては、図６に関して説明したように、ガイドツール１４４を使用して開口１２８を形成することができる。開口１２８が複合材料１０２に形成された後に、端部キャップ４２６を、上述のように段部ブシュ４１６へと固定することができる。また、開口１２８を図１１Ａ〜図１１Ｆに関して説明したように形成してもよく、図１４に示した実施形態に関しては、開口１２８を図５Ａ、図５Ｂ、図６、または図１１Ａ〜図１１Ｆに関して説明したように複合材料１０２に形成してもよいことを、理解できるであろう。さらに他の実施形態においては、とりわけ複合材料１０２が複数の複合材料プライである場合に、プライをベースツール４００上にレイアップする前に各々のプライ１０２に開口１２８を切り開き、プライ１０２がベースツール４００上にレイアップされるときに各々のプライ１０２の開口１２８を整列させることができる。さらに、すでに述べたように、開口１２８が造作形成ツールをベースツールの凹部１０４に整列させるうえで助けとなり得るように、各々の開口１２８の中心線ＣＬＡは、それぞれの造作１０６、１０８、などの中心線ＣＬＦと同じであってよい。
【００７６】
次に、図１５の１５０８に示されるように、造作形成ツール４１０が展開され、図１３に関して説明したようにピン４１４を所定の場所へと押し込み、あるいは図１４に関して説明したように複合材料１０２を凹部４０４へと押し込むことによって、複合材料部品の１つ以上の造作を形成する。より詳細には、図１３の典型的な実施形態に示したように、造作形成ツール４１０を展開することは、ピン４１４を複合材料１０２の開口１２８を通って段部ブシュ４１６の開口４２０へと挿入し、次いでおおむねディスク状の造作形成ツール４１０をピン４１４の上方に配置することを含む。あるいは、図１４の典型的な実施形態に示されるように、造作形成ツール４１０を展開することは、造作形成ツール４１０のステム４３８を複合材料１０２に形成された開口１２８へと挿入し、これによりステム４３８を材料１０２を貫いて雌型４３２の開口４３４へと挿入することを含む。これにより、ステム４３８は、ツール４１０の造作形成ヘッド４３６を雌型４３２に定められた凹部４０４に整列させる。このように、ステム４３８が開口４３４を通って前進し、造作形成ヘッド４３６が複合材料１０２に接触するにつれて、造作形成ヘッド４３６は、複合材料１０２を案内して凹部４０４へと押し込む。ステム４３８を、造作形成ヘッド４３６の縁部がベースツール４００上に支持された複合材料１０２の最も外側の表面１０２ａに接触するまで、開口４３４へと引き込むことができる。複合材料１０２の最も内側の表面１０２ｂは、ベースツール４００の近位側表面４００ａに接触する。
【００７７】
図１５の１５１０に示されるように、方法１５００のいくつかの実施形態においては、図１３および図１４に示されるように、造作形成ツール４１０を複合材料に接触させた状態で、バッグ１２５を複合材料１０２の周囲で密封することができる。すなわち、複合材料１０２を、造作形成ツール４１０を材料１０２に接触させた状態で、処理のためにバギングすることができる。例えば、複合材料１０２のバギングは、材料１０２および造作形成ツール４１０を任意の適切な材料から形成された可撓嚢などの真空バッグ内に入れ、あるいは包むことを含む。例えば空気および複合材料１０２からの揮発性物質を除去するために、真空ポンプに接続された真空ポートを介して真空バッグの内部の真空を引くことができる。いくつかの実施形態においては、バッグを省略することができ、したがって方法１５００は、造作形成ツール４１０を複合材料に接触させた状態でベースツール４００上の複合材料１０２の周囲でバッグ１２５を密封することを、含まなくてもよい。
【００７８】
次いで、図１５の１５１２に示されるように、造作形成ツール４１０を複合材料１０２に接触させた状態で、複合材料１０２が処理され、例えば圧縮およびオートクレーブ処理され、あるいはより一般的には、減量および／または気孔率を下げるように処理される。処理後の複合材料は、例えば埋め込まれたピン４１４または造作形成ヘッド４３６と凹部４０４との間の相互作用によって形成された造作を有する未処理状態の複合材料部品を形成する。図１５の１５１４および１５１６に示されるように、処理後にバッグ（使用されている場合）および造作形成ツール４１０が未処理状態の複合材料部品から取り除かれ、次いで未処理状態の複合材料部品に、埋め込まれたピン４１４、皿取りの造作１０６、および／または座ぐりの造作１０８などの１つ以上の造作を有する複合材料部品９０を生成するために、仕上げ処理が施される。図７に示した方法７００に関して上述したように、未処理状態の複合材料部品の仕上げ処理は、方法１５００において使用される複合材料１０２の種類に応じて異なってよい１つ以上の処理を含むことができる。複合材料１０２がＣＭＣ材料である一実施形態において、図１５の１５１６における仕上げ処理は、未処理状態の複合材料部品を焼成して（あるいは、燃焼させて）焼成された複合材料部品を生成し、その後に、焼成された複合材料部品を緻密化して複合材料部品を生成することを含む。焼成および緻密化の処理は、方法７００に関して上述した処理と同様であってよい。さらに、図１５の１５１８に示されるように、仕上げ処理後に、複合材料部品を、随意により、必要に応じて、機械加工で仕上げることができ、さらには／あるいは耐環境コーティング（ＥＢＣ）または遮熱コーティング（ＴＢＣ）などの１つ以上のコーティングで覆うことができる。
【００７９】
図１６Ａおよび図１６Ｂが、複合材料部品に１つ以上の造作を形成するために使用することができる他のツールアセンブリを示している。図示の実施形態において、ツールアセンブリ５００は、主ツール５０２と、２つ以上のセグメントを備えるセグメント式ツール５０４とを含む。第１のセグメント５０４ａが図１６Ａおよび図１６Ｂに示されているが、セグメント式ツール５０４が、さらに第２のセグメントも含み、例えば第３、第４、および第５のセグメント、などの追加のセグメントをさらに含んでもよいことを、理解できるであろう。図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、ツールアセンブリ５００を、軸中心線ＡＣＬＣを有する軸対称な複合材料部品を形成するために使用することができる。このように、中心線ＡＣＬＣから離れるように延びる複合材料部品に形成される造作は、複合材料を支持するツールまたは型からの部品の取り外しを妨げる可能性がある。造作が形成された軸対称な複合材料部品の支持ツールまたは型からの取り外しを容易にするために、ツールアセンブリ５００は、主ツール５０２内に受け入れられるセグメント式ツール５０４を含む。より詳細には、セグメント式ツール５０４は、複合材料部品の造作を形成すべき１つ以上の領域において主ツール５０２内に収まる。例えば、セグメント式ツール５０４は、図１６Ａに示されるように皿取り１０６、座ぐり１０８、または他の造作、ならびに／あるいは開口１２８が形成され、もしくは図１６Ｂに示されるように複合材料部品にピン４１４が埋め込まれる複合材料の領域を囲む。セグメント式ツール５０４におけるセグメントの数は、造作形成ツールまたはピン４１４を受け入れる複合材料１０２の開口１２８の数および角度間隔、ならびに皿取りまたは座ぐりの造作１０６、１０８の抜き勾配に依存する。
【００８０】
セグメント式ツール５０４のセグメントが主ツール５０２内に配置されると、主ツール５０２およびセグメント式ツール５０４は、ツール表面５０６を定める。さらに、Ｏリングなどの１つ以上のシール５０８を、セグメント式ツール５０４のセグメントと主ツール５０２との間に配置することができる。さらに、複合材料１０２を、ツール表面５０６に堆積することができ、例えば、複数の複合材料プライ１０２をツール表面５０６上にレイアップすることができ、あるいは複合材料１０２を噴霧などの他のやり方でツール表面５０６に堆積させることができる。セグメント式ツール５０４の第１のセグメント５０４ａは、複合材料１０２に開口１２８を形成すべく開口形成ツールを挿入することができるツール用開口５０９を定める。開口形成ツールは、図５Ｂおよび図６に関して説明したツール１３２あるいは図１１Ｂ、図１１Ｃ、および図１１Ｄに関して説明したツール３３２と同様であってよいが、他の構成を有してもよい。
【００８１】
造作形成ツール５１０を、ツールアセンブリ５００上に支持された複数の複合材料プライ１０２に接触させることができる。図１６Ａを参照すると、造作形成ツール５１０を、図１０Ａ〜図１１Ｆに関して説明した造作形成ツール３１０または図１４に関して説明した造作形成ツール４１０と実質的に同様に構成することができる。より詳細には、図１６Ａに示されるように、造作形成ツール５１０は、ステム５１２および造作形成ヘッド５１４を備える。ステム５１２は、複合材料プライ１０２に形成された開口１２８を通り、セグメント式ツール５０４の第１のセグメント５０４ａに定められたツール用開口５０９へと延びる。造作形成ヘッド５１４が、複合材料プライ１０２を案内し、第１のセグメント５０４ａに定められた凹部５１６へと押し込む。必要であれば、例えばステム５１２とセグメント式ツール５０４との間にシールをもたらすために、Ｏリングシールなどの１つ以上のシール５１８を、造作形成ツールのステム５１２と第１のセグメント５０４ａとの間に配置することができる。さらに、造作形成ツール３１０の造作形成ヘッド３１４と同様に、図１６Ａの造作形成ヘッド５１４が、シリコーンなどの第１の材料から形成されたキャップおよび／または縁部を備えることができる一方で、ヘッド５１４の残りの部分は、第１の材料よりも大きいショア硬さを有する第２の材料から形成される。他の実施形態においては、造作形成ヘッド５１４の全体を、第１の材料または第２のより硬い材料から形成してもよい。しかしながら、少なくとも複合材料プライ１０２が凹部５１６へと移行する造作形成ヘッドの縁部の周囲については、例えば造作形成ツール５１０の周囲におけるプライ１０２のひだまたはしわなどを防止し、かつ／またはさらに詳しく後述されるようにプライ１０２を覆ってバッグが密封される場所においてプライ１０２を平滑に保つうえで役立つように、第１のより柔らかい材料が好ましいかもしれない。
【００８２】
図１６Ｂに示される実施形態においては、造作形成ツール５１０が、図１３に関して説明した実施形態と同様に、ピン４１４上に配置される。より具体的には、ピン４１４を開口１２８へと挿入し、複合材料プライ１０２に接触した状態に維持することができ、すなわち造作形成ツール５１０が、ピン４１４の開口１２８からの脱落を防止する。図１３に関して説明したように、いくつかの実施形態において、ピン４１４は、複合材料部品９０に埋め込まれるように構成され、例えば、ピン４１４は、複合材料が複合材料部品９０へと変換されるときに複合材料と一体化する材料から形成されてよい。例えば、複合材料プライ１０２がＣＭＣプライ１０２である場合、ピン４１４を、セラミック製のピン４１４が複合材料部品９０に埋め込まれるように、セラミック材料から形成することができる。複合材料１０２がＰＭＣ材料１０２である場合、ピン４１４を、金属または金属合金などの金属材料から形成することができる。他の実施形態において、ピン４１４は、ピン４１４が複合材料部品９０に埋め込まれず、むしろ部品９０に開口１２８などの空隙造作を形成するために用いられるよう、複合材料の処理後に除去されるように構成される。
【００８３】
さらに図１６Ｂを参照すると、造作形成ツール５１０は、図１６Ａに示したツール５１０の造作形成ヘッド５１４と実質的に同様の形状のディスクを備える。図１６Ｂの造作形成ツール５１０を複数の複合材料プライ１０２に接触させることは、ディスク５１０をピン４１４の上方に配置し、複数の複合材料プライ１０２に当接させることを含む。ディスク５１０は、ディスク５１０が凹部へと着座するときに、第１のセグメント５０４ａの凹部５１６へとプライ１０２を案内して押し込む。さらに、造作形成ツール３１０の造作形成ヘッド３１４および図１６Ａの造作形成ヘッド５１４と同様に、ディスク５１０は、シリコーンなどの第１の材料から形成されたキャップおよび／または縁部を備えることができる一方で、ディスク５１０の残りの部分は、第１の材料よりも大きいショア硬さを有する第２の材料から形成される。他の実施形態においては、ディスク５１０の全体を、第１の材料または第２のより硬い材料から形成してもよい。しかしながら、少なくとも複合材料プライ１０２が凹部５１６へと移行する造作形成ヘッドの縁部の周囲については、例えば造作形成ツール５１０の周囲におけるプライ１０２のひだまたはしわなどを防止し、かつ／または本明細書において説明されるようにプライ１０２を覆ってバッグが密封される場所においてプライ１０２を平滑に保つうえで役立つように、第１のより柔らかい材料が好ましいかもしれない。
【００８４】
図１７が、本主題の別の典型的な実施形態による複合材料部品に造作を形成するための方法を説明するフロー図を示している。典型的な方法１７００を、１つ以上の形成による造作、すなわち複合材料１０２の処理後の部品への造作の機械加工を必要とすることなく部品に定められた造作を有する複合材料部品を形成するために、使用することができる。図１６Ａおよび図１６Ｂに関して説明したように、いくつかの実施形態においては、主ツール５０２およびセグメント式ツール５０４を含むツールアセンブリ５００を使用して、１つ以上の造作が定められた複合材料部品へと形成される複合材料を支持することができる。図１７の１７０２に示されるように、ツールアセンブリ５００を利用する典型的な方法１７００において、セグメント式ツール５０４の２つ以上のセグメントは、最初に主ツール５０２内に設置されなければならない。セグメント式ツール５０４の２つ以上のセグメントは、複合材料部品に造作を形成するための１つ以上の凹部５１６を定め、例えば、図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、第１のセグメント５０４ａは、複合材料部品９０に座ぐりの造作１０８を形成するための凹部５１６を定める。
【００８５】
ツールアセンブリ５００が組み立てられた後に、図１７の１７０４に示されるように、複合材料１０２が、凹部５１６を有するツールアセンブリ５００上に堆積される。いくつかの実施形態において、複合材料１０２は、複数の複合材料プライ１０２の形態であり、そのような複合材料プライ１０２を、一般的に上述したように、強化材料の内部に埋め込まれた複合マトリクス材料を有する複合テープから形成でき、ツールアセンブリ５００上にレイアップすることができる。他の実施形態において、複合材料１０２は、複合材料プライ以外の形態であり、例えば、ツールアセンブリ５００上に噴霧されてよく、あるいは他のやり方で堆積されてよい。
【００８６】
図１７の１７０６に示されるように、複合材料１０２がツールアセンブリ５００上に堆積された後に、１つ以上の開口１２８を複合材料１０２に形成することができる。方法１７００の一実施形態においては、開口１２８を、図５Ａ、図５Ｂ、および図６に関して説明した開口形成ツール１３２によって形成することができる。例えば、開口形成ツール１３２を、セグメント式ツール５０４のツール用開口５０９に整列させ、ツールアセンブリ５００上に支持された複合材料１０２を貫いてツール用開口５０９へと駆動することができる。開口形成ツール１３２は、ツールが材料を通って駆動されるときに複合材料１０２に開口１２８を形成する鋭い端部１３４ａを有することができる。最後に、ツール１３２が複合材料１０２から取り除かれ、開口１２８が材料１０２に残される。別の実施形態においては、開口１２８を、図１１Ａ〜図１１Ｆに関して説明した開口形成ツール３３２を使用して形成することができる。１つ以上の開口１２８を形成する他の開口形成ツールおよびやり方も、同様に使用することができる。例えば、とりわけ複合材料１０２が複数の複合材料プライである場合、プライをツールアセンブリ５００上にレイアップする前に各々のプライ１０２に開口１２８を切り開き、プライ１０２がツールアセンブリ５００上にレイアップされるときに各々のプライ１０２の開口１２８を整列させることができる。さらに、すでに述べたように、開口１２８が造作形成ツールを凹部５１６に整列させるうえで助けとなり得るように、各々の開口１２８の中心線ＣＬＡは、それぞれの造作１０６、１０８、などの中心線ＣＬＦと同じであってよい。
【００８７】
次に、図１７の１７０８に示されるように、造作形成ツール５１０が、複合材料１０２を凹部５１６へと押し込んで複合材料部品の造作を形成するように展開される。一実施形態においては、図１６Ａに関して説明したように、造作形成ツール５１０のステム５１２が、複合材料１０２に形成された開口１２８へと挿入され、ステム５１２が材料１０２を通って第１のセグメント５０４ａのツール用開口５０９へと挿入される。これにより、ステム５１２は、ツール５１０の造作形成ヘッド５１４を凹部５１６に整列させる。したがって、ステム５１２がツール用開口５０９へと前進され、造作形成ヘッド５１４が複数の複合材料１０２に接触すると、造作形成ヘッド５１４は、複合材料１０２を案内して凹部５１６へと押し込む。ステム５１２を、造作形成ヘッド５１４の縁部がツールアセンブリ５００上に支持された複合材料１０２の最も外側の表面１０２ａに接触するまで、ツール用開口５０９へと前進させることができる。
【００８８】
方法１７００の他の実施形態において、図１７の１７０８に示されるように造作形成ツール５１０を展開することは、図１６Ｂに関して説明したように、ピン４１４を複合材料１０２を通ってツール用開口５０９へと挿入し、おおむねディスク状のツール５１０をピン４１４の上方に配置することを含む。より詳細には、ピン４１４が開口１２８へと挿入された後に、ディスク状の造作形成ツール５１０がピン４１４の上方に配置され、ディスク５１０は、ディスク５１０がセグメント式ツール５０４の凹部５１６に着座するときに、複合材料１０２を案内して凹部５１６へと押し込む。ディスク状の造作形成ツール５１０を、ディスク５１０の縁部がツールアセンブリ５００上に支持された複合材料１０２の最も外側の表面１０２ａに接触しているときに、凹部５１６に着座させることができる。
【００８９】
図１７の１７１０に示されるように、造作形成ツール５１０を展開して複合材料１０２を１つ以上の凹部５１６に押し込んだ後で、方法１７００は、図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように造作形成ツール５１０を材料に接触させた状態で、複合材料１０２の周囲でバッグ１２５を密封することを含むことができる。すなわち、複合材料１０２を、造作形成ツール５１０を材料１０２に接触させた状態で、処理のためにバギングすることができる。例えば、複合材料１０２のバギングは、材料１０２および造作形成ツール５１０を任意の適切な材料から形成された可撓嚢などの真空バッグ内に入れ、あるいは包むことを含む。例えば空気および複合材料１０２からの揮発性物質を除去するために、真空ポンプに接続された真空ポートを介して真空バッグの内部の真空を引くことができる。いくつかの実施形態においては、バッグを省略することができ、したがって方法１７００は、造作形成ツール５１０を複合材料に接触させた状態でツールアセンブリ５００上の複合材料１０２の周囲でバッグ１２５を密封することを、含まなくてもよい。
【００９０】
次いで、図１７の１７１２に示されるように、造作形成ツール５１０で複合材料１０２をセグメント式ツール５０４の１つ以上の凹部５１６へと押し込んだ状態で、複合材料１０２が処理され、例えば圧縮およびオートクレーブ処理され、あるいはより一般的には、減量および／または気孔率を下げるように処理される。処理後の複合材料は、造作形成ツール５１０とセグメント式ツール５０４の凹部５１６との間の相互作用によって形成された造作を有する未処理状態の複合材料部品を形成する。ピン４１４を挿入することを造作形成ツール５１０の展開の一部として含む方法１７００の実施形態においては、ピン４１４が、未処理状態の複合材料部品がピン４１４を含むように、未処理状態の複合材料部品に固定され、あるいは埋め込まれる。
【００９１】
図１７の１７１４および１７１６に示されるように、処理後にバッグ１２５（使用されている場合）および造作形成ツール５１０が未処理状態の複合材料部品から取り除かれ、次いで未処理状態の複合材料部品に、皿取りの造作１０６および／または座ぐりの造作１０８などの１つ以上の造作を有する複合材料部品９０を生成するために、仕上げ処理が施される。図７に示した方法７００に関して上述したように、未処理状態の複合材料部品の仕上げ処理は、方法１７００において使用される複合材料１０２の種類に応じて異なってよい１つ以上の処理を含むことができる。複合材料１０２がＣＭＣ材料である一実施形態において、図１７の１７１６における仕上げ処理は、未処理状態の複合材料部品を焼成して（あるいは、燃焼させて）焼成された複合材料部品を生成し、その後に、焼成された複合材料部品を緻密化して複合材料部品を生成することを含む。焼成および緻密化の処理は、方法７００に関して上述した処理と同様であってよい。さらに、図１７の１７１８に示されるように、仕上げ処理後に、複合材料部品を、随意により、必要に応じて、機械加工で仕上げることができ、さらには／あるいは耐環境コーティング（ＥＢＣ）または遮熱コーティング（ＴＢＣ）などの１つ以上のコーティングで覆うことができる。
【００９２】
次に図１８および図１９を参照して、複合材料部品に造作を形成するための他のアセンブリおよび方法を、より詳細に説明する。上述の実施形態は、概して、複合材料が堆積される１つ以上の凹部を定める第１のツールと、複合材料を第１のツールによって定められた１つ以上の凹部へと押し込むために複合材料に（直接的または真空バッグを介するなどによって間接的に）接触される第２のツールとを説明している。第２のツールは、一般に、第１のツールの１つ以上の凹部に対して相補的な形状とされた１つ以上のインサートまたはヘッドを有しており、インサートまたはヘッドと、複合材料と、１つ以上の凹部との間の相互作用が、複合材料を駆り立てて、１つ以上の凹部の形状に一致させる。しかしながら、他の実施形態において、ツールの逆または反対の構成を使用できることを、理解できるであろう。すなわち、第１のツール上に堆積された複合材料と接触する第２のツールが、１つ以上の凹部を定めることができる一方で、第１のツールが、第２のツールの１つ以上の凹部の形状に対して相補的な１つ以上の隆起した造作を定める。したがって、隆起した造作と、複合材料と、１つ以上の凹部との間の相互作用が、複合材料を駆り立てて、１つ以上の凹部の形状に一致させる。したがって、上述の実施形態の各々、ならびに図１８および図１９の実施形態は、第１のツールおよび第２のツールを示しており、第１のツールは、複合材料部品の１つ以上の造作を形成するために凹部、インサート、または形成ヘッドなどの第２のツールの１つ以上の要素と相互作用する凹部または隆起した造作などの１つ以上の要素を有する。
【００９３】
図１８は、そのような逆または反対の構成の一例を示している。図８Ａおよび図８Ｂに示した実施形態と同様に、図１８の典型的な実施形態は、遠位側表面２００ｂの反対側の近位側表面２００ａと、近位側表面２００ａから延びる１つ以上の隆起した造作２０３とを備えるベースツール２００を示している。複数の複合材料プライ１０２を、ベースツール２００の近位側表面２００ａ上にレイアップすることができる。シャンク２１６と造作形成ヘッド２１８とを備える造作形成ツール２１０を、複数の複合材料プライ１０２に接触させて、皿取りの造作１０６（図２）、座ぐりの造作１０８（図２）、位置決めの造作、あるいは追加の造作および／または異なる造作などのプライ１０２から形成される複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めることを助けることができる。より詳細には、ツール２１０の造作形成ヘッド２１８が、ベースツール２００の１つ以上の造作２０３に対して相補的な形状の凹部２０４を定める。図１８に示されるように、造作形成ヘッド２１８をベースツール２００上の複合材料プライ１０２に接触させて、プライ１０２を凹部２０４へと押し込むことで、凹部２０４および隆起した造作２０３の協働によって複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めることを助けることができる。ベースツール２００および造作形成ツール２１０が、図８Ａおよび図８Ｂに関してより詳細に説明したとおりの他の造作を有してもよく、例えば造作形成ツール２１０が、フレーム２１２によって支持された複数の形成部材２１４を備えることができ、ベースツール２００が、造作形成ツール２１０をベースツール２００に整列させるための１つ以上の整列用造作２０１を定めることができることを、理解できるであろう。さらに、図９に関して説明した典型的な方法９００などの方法、または図９に関して説明した典型的な方法９００と実質的に同様の方法を使用して、１つ以上の形成による造作、すなわち複合材料１０２の処理後の部品への造作の機械加工を必要とすることなく部品に定められた造作を有する複合材料部品を、図１８に示したベースツール２００および造作形成ツール２１０を用いて形成することができる。しかしながら、他の適切な方法または処理も、使用可能である。
【００９４】
図１９は、逆または反対の構成の別の例を示し、おおむね図１０Ａ〜図１１Ｆに示した実施形態の逆または反対の実施形態を示している。より詳しくは、図１９は、遠位側表面３００ｂの反対側の近位側表面３００ａと、近位側表面３００ａから延びる１つ以上の隆起した造作３０３とを備えるベースツール３００を示している。複数の複合材料プライ１０２を、ベースツール３００の近位側表面３００ａ上にレイアップすることができる。ステム３１２と造作形成ヘッド３１４とを備える造作形成ツール３１０を、複数の複合材料プライ１０２に接触させて、皿取りの造作１０６（図２）、座ぐりの造作１０８（図２）、位置決めの造作、あるいは追加の造作および／または異なる造作などのプライ１０２から形成される複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めることを助けることができる。より詳細には、ツール３１０の造作形成ヘッド３１４が、ベースツール３００の１つ以上の造作３０３に対して相補的な形状の凹部３０４を定める。図１９に示されるように、造作形成ヘッド３１４をベースツール３００上の複合材料プライ１０２に接触させて、プライ１０２を凹部３０４へと押し込むことで、凹部３０４および隆起した造作３０３の協働によって複合材料部品９０の１つ以上の造作を定めることを助けることができる。ベースツール３００および造作形成ツール３１０が、図１０Ａ〜図１１Ｆに関してより詳細に説明したとおりの他の造作を有してもよく、例えば、造作形成ツール３１０のステム３１２の先端３１２ｂを、複合材料プライ１０２を貫いて挿入して、複合材料プライ１０２に開口を形成することができ、あるいは先端３１２ｂを、プライ１０２に形成された開口を通ってベースツールの開口へと引き込み、造作形成ツール３１０をプライ１０２に接触させることができることを、理解できるであろう。さらに、図１２に関して説明した典型的な方法１２００などの方法、または図１２に関して説明した典型的な方法１２００と実質的に同様の方法を使用して、１つ以上の形成による造作、すなわち複合材料１０２の処理後の部品への造作の機械加工を必要とすることなく部品に定められた造作を有する複合材料部品を、図１９に示したベースツール３００および造作形成ツール３１０を用いて形成することができる。他の適切な方法または処理も、同様に使用可能である。
【００９５】
さらに、ベースツール２００および造作形成ツール２１０ならびにベースツール３００および造作形成ツール３１０に関してのみ説明したが、必要に応じ、本明細書において説明した任意の実施形態のおおむね逆または反対の構成を利用して、１つ以上の形成による造作を有する複合材料部品を形成することが可能である。さらに、本明細書に記載した複合材料部品の１つ以上の造作を形成するためのアセンブリおよび構造が単なる例示にすぎないことも、理解できるであろう。さらに、複合材料部品、例えばガスタービンエンジンの排気ライナなどのＣＭＣまたはＰＭＣ部品の１つ以上の造作を形成するための上述の方法７００、９００、１２００、１５００、および１７００も、あくまでも例として提示されているにすぎない。例えば、ツールまたはツールアセンブリ上に複合材料を堆積し、複合材料の圧縮および／または硬化を行い、さらには／あるいは未処理状態の部品を仕上げ処理するための他の既知の方法または技術を、利用することが可能である。あるいは、これらの方法または技術あるいは他の既知の方法または技術の任意の組み合わせを使用して、１つ以上の造作が定められた複合材料部品を形成することができる。
【００９６】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの作製および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者であれば想到できる他の例も含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【００９７】
本発明のさらなる態様は、以下の項の主題によって提供される。
【００９８】
［項１］
複合材料部品における造作を形成するための方法であって、ベースツール上に複合材料を堆積するステップと、造作形成ツールを展開して、前記複合材料を１つ以上の凹部へと押し込むステップと、前記造作形成ツールで前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で前記複合材料を処理して、処理後の前記複合材料で未処理状態の複合材料部品を形成するステップとを含んでおり、前記造作形成ツールは、前記複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材を備え、前記形成部材は、フレームによって支持されている、方法。
【００９９】
［項２］
前記ベースツール上に前記複合材料を堆積した後、かつ前記造作形成ツールを展開する前に、前記複合材料の周囲にバッグを密封するステップをさらに含む、任意の前項に記載の方法。
【０１００】
［項３］
前記造作形成ツールで前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で前記複合材料を処理した後に、前記造作形成ツールを前記未処理状態の複合材料部品から取り除くステップと、前記未処理状態の複合材料部品を仕上げ処理し、前記複合材料部品を生成するステップとをさらに含む、任意の前項に記載の方法。
【０１０１】
［項４］
前記造作形成ツールを展開することは、前記フレームを前記ベースツールの整列用造作に整列させ、次いで前記複合材料が前記１つ以上の凹部へと案内されるように前記形成部材を下降させることを含む、任意の前項に記載の方法。
【０１０２】
［項５］
前記ベースツールは、各々の形成部材に対応する１つの凹部を備え、各々の凹部は、前記１つ以上の形成部材に対して相補的に形作られている、任意の前項に記載の方法。
【０１０３】
［項６］
各々の形成部材は、前記フレームを貫いて延びるシャンクであって、第２の端部の反対側の第１の端部を有し、前記第２の端部は前記造作形成ツールが展開のために配置されたときに前記フレームと前記複合材料との間に位置するシャンクと、前記シャンクの前記第２の端部に位置する造作形成ヘッドとを備え、付勢部材が、前記フレームと前記造作形成ヘッドとの間に配置され、前記造作形成ヘッドを前記複合材料に向かって押して前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込む、任意の前項に記載の方法。
【０１０４】
［項７］
前記造作形成ツールを展開することは、前記フレームを前記ベースツールの整列用造作に整列させ、次いで前記複合材料が前記１つ以上の凹部へと押し込まれるまで前記１つ以上の形成部材を前記複合材料に向かって下降させることを含み、前記シャンクの前記第１の端部は、前記フレームを過ぎて延び、くさびが、前記フレームと各々の形成部材の前記シャンクの前記第１の端部上のカラーとの間に配置され、前記フレームが前記ベースツールの前記整列用造作に整列されるまで前記造作形成ヘッドを前記複合材料から離れた状態に保持する、任意の前項に記載の方法。
【０１０５】
［項８］
各々のくさびは、ギャップ内に配置され、前記ギャップは、前記形成部材によって前記複合材料へと加えられる力を制限するようなサイズとされている、任意の前項に記載の方法。
【０１０６】
［項９］
前記１つ以上の造作は、皿取りを含む、任意の前項に記載の方法。
【０１０７】
［項１０］
前記１つ以上の造作は、座ぐりを含む、任意の前項に記載の方法。
【０１０８】
［項１１］
複合材料部品における造作を形成するための方法であって、ベースツール上に複合材料を堆積するステップと、前記複合材料の周囲にバッグを密封するステップと、前記複合材料部品の１つ以上の造作を形成するための１つ以上の形成部材を備えており、前記形成部材はフレームによって支持されている造作形成ツールを展開して、前記複合材料を１つ以上の凹部へと押し込むステップと、前記造作形成ツールで前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込んだ状態で前記複合材料を処理して、処理後の前記複合材料で未処理状態の複合材料部品を形成するステップと、前記造作形成ツールおよび前記バッグを前記未処理状態の複合材料部品から取り除くステップと、を含んでおり、前記未処理状態の複合材料部品は、前記造作形成ツールによって形成された前記１つ以上の造作を備えている、方法。
【０１０９】
［項１２］
前記造作形成ツールおよび前記バッグを前記未処理状態の複合材料部品から取り除いた後で、前記未処理状態の複合材料部品を焼成して焼成済み複合材料部品を生成することと、前記焼成済み複合材料部品を緻密化して前記複合材料部品を生成することとをさらに含む、任意の前項に記載の方法。
【０１１０】
［項１３］
前記１つ以上の造作は、皿取りを含む、任意の前項に記載の方法。
【０１１１】
［項１４］
前記１つ以上の造作は、座ぐりを含む、任意の前項に記載の方法。
【０１１２】
［項１５］
前記造作形成ツールを展開することは、前記フレームを前記ベースツールの整列用造作に整列させ、次いで前記複合材料が前記１つ以上の凹部へと押し込まれるまで前記形成部材を前記複合材料に向かって下降させることを含む、任意の前項に記載の方法。
【０１１３】
［項１６］
前記ベースツールは、各々の形成部材に対応する１つの凹部を備え、各々の凹部は、前記１つ以上の形成部材に対して相補的に形作られている、任意の前項に記載の方法。
【０１１４】
［項１７］
各々の形成部材は、前記フレームを貫いて延びるシャンクであって、第２の端部の反対側の第１の端部を有し、前記第２の端部は前記造作形成ツールが前記複合材料に接触するように配置されたときに前記フレームと前記複合材料との間に位置するシャンクと、前記シャンクの前記第２の端部に位置する造作形成ヘッドとを備え、付勢部材が、前記フレームと前記造作形成ヘッドとの間に配置され、前記造作形成ヘッドを前記複合材料に向かって押して前記複合材料を前記１つ以上の凹部へと押し込む、任意の前項に記載の方法。
【０１１５】
［項１８］
前記造作形成ツールを展開することは、前記フレームを前記ベースツールの整列用造作に整列させ、次いで前記複合材料が前記１つ以上の凹部へと押し込まれるまで前記１つ以上の形成部材を前記複合材料に向かって下降させることを含み、前記シャンクの前記第１の端部は、前記フレームを過ぎて延び、くさびが、前記フレームと各々の形成部材の前記シャンクの前記第１の端部上のカラーとの間に配置され、前記フレームが前記ベースツールの前記整列用造作に整列されるまで前記造作形成ヘッドを前記複合材料から離れた状態に保持する、任意の前項に記載の方法。
【０１１６】
［項１９］
前記複合材料は、セラミックマトリクス複合材料から形成された複数の複合材料プライである、任意の前項に記載の方法。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向の中心線または軸中心線
１４  ファン部分
１６  コアタービンエンジン
１８  外ケーシング
１９  ケーシングの内面
２０  取り入れ口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼部分
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排気ノズル部分
３４  高圧シャフト／スプール
３６  低圧シャフト／スプール
３８  ファン
４０  ブレード
４２  ディスク
４８  ナセル
５０  ファンケーシングまたはナセル
５２  出口案内ベーン
５４  下流部分
５６  バイパス気流の通路
５８  空気
６０  取り入れ口
６２  空気の第１の部分
６４  空気の第２の部分
６６  燃焼ガス
６８  ステータベーン
７０  タービンロータブレード
７２  ステータベーン
７４  タービンロータブレード
７６  ファンノズル排気部分
７８  高温ガス経路
９０  複合材料部品
１００  ベースツール
１００ａ  近位側表面
１００ｂ  遠位側表面
１０１  ベースツールの整列用造作
１０２  複数の複合材料プライ
１０２ａ  プライの最も外側の表面
１０２ｂ  プライの最も内側の表面
１０４  凹部
１０４ａ  第１の凹部
１０４ｂ  第２の凹部
１０６  皿取りの造作
１０８  座ぐりの造作
１１０  造作形成ツール
１１２  シート
１１６  第１の材料
１１８  第２の材料
１２０  インサート側面
１２２  シート表面
１２４  インサート表面
１２４  表面
１２５  バッグ
１２５  バッグ
１２６  （シートとインサートとの間の）移行領域
１２８  （複合材料部品の）開口
１３０  （ベースツールの）ツール用開口
１３２  開口形成ツール
１３４ａ  ツールの鋭い端部
１３４ｂ  ツールの遠位端
１３６  ストッパ
１３８  （プライに当接する）ストッパの表面
１４０  （ストッパに取り付けられた）ステム
１４２  ステムの鋭い端部
１４４  ガイドツール
１４４ａ  ガイドツールの第１のアーム
１４４ｂ  ガイドツールの第２のアーム
１４６  カラー２００  ベースツール
２００ａ  近位側表面
２００ｂ  遠位側表面
２０１  整列用造作
２０４  ベースツールの凹部
２１０  造作形成ツール
２１２  フレーム
２１４  形成部材
２１５  ねじ
２１６  シャンク
２１６ａ  シャンクの第１の端部
２１６ｂ  シャンクの第２の端部
２１８  造作形成ヘッド
２２０  付勢部材
２２２  カラー
２２４  くさび
２２６  ナット／固定機構
３００  ベースツール
３００ａ  近位側表面
３００ｂ  遠位側表面
３０４  ベースツールの凹部
３１０  造作形成ツール
３１２  ステム
３１２ａ  ステムのヘッド端
３１２ｂ  ステムの先端
３１４  形成ヘッド
３１５  キャップの狭い縁部
３１６  第１の材料
３１８  第２の材料
３２０  （凹部と非凹部分との間のプライの）移行領域
３２２  （ツール用開口内の）Ｏリング
３３０  ツール用開口
３３０ａ  ツール用開口の近位端
３３０ｂ  ツール用開口の遠位端
３３２  開口形成ツール
３３２ａ  開口形成ツールの鋭い端部
３３２ｂ  開口形成ツールのハンドル端
３３４  開口形成ツールのシャフト
４００  ベースツール
４００ａ  ベースツールの近位側表面
４００ｂ  ベースツールの遠位側表面
４０４  （雌型４３２によって形成された）凹部
４１０  造作形成ツール
４１０ａ  縁部分
４１２  ツールアセンブリ
４１４  ピン
４１６  段部ブシュ
４１６ａ  段部ブシュの第１の端部
４１６ｂ  段部ブシュの第２の端部
４１８  ベースツール内の通路
４２０  段部ブシュを貫く開口
４２２  段部
４２４  ボス
４２５  ナット／固定機構
４２６  端部キャップ
４２８  造作形成ツールの第１の材料
４２９  移行領域
４３０  造作形成ツールの第２の材料
４３２  雌型
４３４  雌型の開口
４３４ａ  開口の近位部
４３４ｂ  開口の遠位部
４３６  造作形成ヘッド
４３８  ステム
４４０  Ｏリング
４４２  雌型の溝（Ｏリング用）
４４４  ナット／固定部材（型用）
４４６  スリーブ
４４８  スリーブを貫く開口
４５０  Ｏリング
４５２  ナット／固定部材（スリーブ用）
５００  ツールアセンブリ
５０２  主ツール
５０４  セグメント式ツール
５０４ａ  セグメント式ツールの第１のセグメント
５０６  ツール表面５０８  セグメントと主ツールとの間のシール
５０９  ツール用開口
５１０  造作形成ツール
５１２  ステム
５１４  造作形成ヘッド
５１６  第１のセグメントの凹部
５１８  ステムとセグメントとの間のシール
７００  方法
７０２  ベースツール上に複合材料を堆積する
７０４  複合材料に１つ以上の開口を形成する
７０６  造作形成ツールを複合材料に接触させる
７０８  造作形成ツールおよび複合材料の周囲でバッグを密封する
７１０  造作形成ツールを材料に接触させた状態で複合材料を処理する
７１２  未処理状態の複合材料部品からバッグおよび造作形成ツールを取り除く
７１４  未処理状態の部品を仕上げ処理する
７１６  機械加工による仕上げおよび／またはコーティングの適用
９００  方法
９０２  ベースツール上に複合材料を堆積する
９０４  複合材料に１つ以上の開口を形成する
９０６  複合材料の周囲でバッグを密封する
９０８  複合材料をベースツールの凹部へと押し込むように造作形成ツールを展開する
９１０  造作形成ツールで複合材料をベースツールの凹部へと押し込んだ状態で複合材料を処理する
９１２  未処理状態の複合材料部品からバッグおよび造作形成ツールを取り除く
９１４  未処理状態の部品を仕上げ処理する
９１６  機械加工による仕上げおよび／またはコーティングの適用
１２００  方法
１２０２  ベースツール上に複合材料を堆積する
１２０４  複合材料に１つ以上の開口を形成する
１２０６  造作形成ツールを複合材料に接触させる
１２０８  造作形成ツールおよび複合材料の周囲でバッグを密封する
１２１０  造作形成ツールを材料に接触させた状態で複合材料を処理する
１２１２  未処理状態の複合材料部品からバッグおよび造作形成ツールを取り除く
１２１４  未処理状態の部品を仕上げ処理する
１２１６  機械加工による仕上げおよび／またはコーティングの適用
１５００  方法
１５０２  ツールアセンブリをベースツールに組み立てる
１５０４  複合材料に１つ以上の開口を形成する
１５０６  造作形成ツールを複合材料に接触させる
１５０８  ピンを所定の場所に押し込み、あるいは複合材料を凹部へと押し込むように、造作形成ツールを展開する
１５１０  造作形成ツールおよび複合材料の周囲でバッグを密封する
１５１２  造作形成ツールを材料に接触させた状態で複合材料を処理する
１５１４  未処理状態の複合材料部品からバッグおよび造作形成ツールを取り除く
１５１６  未処理状態の部品を仕上げ処理する
１５１８  機械加工による仕上げおよび／またはコーティングの適用
１７００  方法
１７０２  セグメント式ツールのセグメントを主ツール内に設置する
１７０４  ツールアセンブリ上に複合材料を堆積する
１７０６  複合材料に１つ以上の開口を形成する
１７０８  複合材料を凹部へと押し込むように造作形成ツールを展開する
１７１０  造作形成ツールおよび複合材料の周囲でバッグを密封する
１７１２  造作形成ツールを材料に接触させた状態で複合材料を処理する
１７１４  未処理状態の複合材料部品からバッグおよび造作形成ツールを取り除く
１７１６  未処理状態の部品を仕上げ処理する
１７１８  機械加工による仕上げおよび／またはコーティングの適用
Ｒ  半径方向
Ａ  軸方向
Ｃ  円周方向
ＣＬＡ  造作用開口の中心線
ＣＬＦ  造作の中心線
ＣＬＴ  ツール用開口の中心線
ＡＣＬＣ  複合材料部品の軸中心線
Ｄ１  第１の方向
Ｄ２  第２の方向
Ｇ  （カラー２２２とフレーム２１２との間の）ギャップ
【図１】
2020051427.tif 000003
【図２】
2020051427.tif 000004
【図３】
2020051427.tif 000005
【図３Ａ】
2020051427.tif 000006
【図３Ｂ】
2020051427.tif 000007
【図４】
2020051427.tif 000008
【図５】
2020051427.tif 000009
【図６】
2020051427.tif 000010
【図７】
2020051427.tif 000011
【図８Ａ】
2020051427.tif 000012
【図８Ｂ】
2020051427.tif 000013
【図９】
2020051427.tif 000014
【図１０Ａ】
2020051427.tif 000015
【図１０Ｂ】
2020051427.tif 000016
【図１０Ｃ】
2020051427.tif 000017
【図１１】
2020051427.tif 000018
【図１２】
2020051427.tif 000019
【図１３】
2020051427.tif 000020
【図１４】
2020051427.tif 000021
【図１５】
2020051427.tif 000022
【図１６Ａ】
2020051427.tif 000023
【図１６Ｂ】
2020051427.tif 000024
【図１７】
2020051427.tif 000025
【図１８】
2020051427.tif 000026
【図１９】
2020051427.tif 000027
【外国語明細書】
2020051427000001.pdf