(57)【要約】      （修正有）【課題】複合部品の製造のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】複合部品を製造する方法は、所望の寸法形状のコア材から成る面（１２０、１３０、１４０）を持つツール（１００）を選択するステップと、該ツールを包囲する繊維強化材製のプリフォーム（３５０）を配置し、結果として該プリフォームおよび該ツールを含む薄板組立品（３００）を形成するステップと、該ツールおよび該プリフォームを加熱するステップと、該薄板組立品内で該ツールを繊維強化材に相互結合するステップと、該プリフォームおよび該ツールを固化させてハイブリッド複合部品を形成するステップと、を含む。【選択図】図３
2020114664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の寸法形状でコア材から作られた面を持つツールを選択するステップと、
前記ツールを包囲する繊維強化材のプリフォームを配置し、結果として前記プリフォームおよび前記ツールを含む薄板組立品を形成するステップと、
前記ツールおよび前記プリフォームを加熱するステップと、
前記薄板組立品内で前記ツールを前記繊維強化材に共結合するステップと、
前記プリフォームおよび前記ツールを固化させてハイブリッド複合部品を形成するステップと、
を含む、複合部品を製造する方法。
【請求項２】
前記ツールの本体が空隙を含むように前記ツールを形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ハイブリッド複合部品のサービス中の応力を前記ハイブリッド複合部品の前記繊維強化部品から前記ツールに伝達させるステップ、
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
加えられた応力に応答して、前記ツールと前記ハイブリッド複合部品の繊維強化部分との間の結合を維持しながら、前記ハイブリッド複合部品を弾性変形させるステップをさらに含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
プロセッサによって実行されたときに、複合部品を製造する方法を実行するように動作可能なプログラム命令を具現化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法が、
コア材から所望の寸法形状に作られた面を持つツールを選択するステップと、
前記ツールを包囲する繊維強化材のプリフォームを配置し、結果として前記プリフォームおよび前記ツールを備えた薄板組立品を形成するステップと、
前記ツールおよび前記プリフォームを加熱するステップと、
前記薄板組立品内で前記ツールを前記繊維強化材に共結合するステップと、
前記プリフォームおよび前記ツールを固化させて、ハイブリッド複合部品を形成するステップと、
を含んで成る、
媒体。
【請求項６】
ツールと、
前記ツールを包囲し、前記ツール内で共結合される繊維強化材と、
を含み、
前記ツールは空隙を包囲して成る、
ハイブリッド複合部品の形の製品。
【請求項７】
前記ツールは前記ハイブリッド複合部品のコアを形成する、請求項６に記載の製品。
【請求項８】
前記ツールはその長さに沿って分散配置される切欠きを含む、請求項６または７に記載の製品。
【請求項９】
前記切欠きは前記ツールの撓み量を増大させる、請求項６ないし８のいずれかに記載の製品。
【請求項１０】
前記ツールは、前記繊維強化材の弾性率の０．５倍から１．５倍の間の弾性率を有する材料から作られる、請求項６ないし９のいずれかに記載の製品。
【請求項１１】
前記ツールは前記繊維強化材の硬化温度で剛性を維持する、請求項６ないし１０のいずれかに記載の製品。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれかに記載の製品を使用する航空機の一部分の製造。
【請求項１３】
コア材から所望の寸法形状に作られた面を持ち、繊維強化材の硬化温度で剛性を維持する材料から作られる本体と、
前記面が一体に接合される位置に配置された一つ以上のフランジと、
前記本体の軸方向長さに沿って進む前記本体内の空隙と、
を備えたツーリング、
を含む、ハイブリッド複合部品の形の装置。
【請求項１４】
前記本体の各面に配置され、前記本体の剛性を低減する切欠きをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記フランジはテーパ付けられる、請求項１３または１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は製造分野に関し、特に複合部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）部品のような複合部品は、ビークルおよび構造体に構造強度をもたらすために利用される。製造中に、複合ストリンガまたは他の構造支持体は、繊維のシートを所望の形状にレイアップすることによって形成することができる。これは結果として「Ｃ」形断面、「Ｉ」形断面、ハット形断面、またはその他の形の断面を生じ得る。繊維のシートが一体にレイアップされ、所望の形状を形成するように輪郭付けされる場合、曲げ半径および／またはシート間の接合部に間隙ができてもよい。完成構造物に間隙があることは望ましくないので、これらの間隙を埋めることに課題が残る。
【０００３】
したがって、上述した問題の少なくとも幾つかおよび他の起こり得る問題を考慮に入れた方法および装置を有することは望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載する実施形態は、レイアップ中にプリフォームの形状を画定するツーリングであって、プリフォームのハイブリッド複合部品への固化中にプリフォームと一体化されるツーリングを提供する。かくして、ツーリングは本来、未固化の繊維強化材をレイアップするための形状を画定するのに使用されるものであるが、ツーリングは固化プロセス中に繊維強化部分と共結合される。これは結果としてツーリングおよび繊維強化材の両方から作られたハイブリッド複合部品をもたらす。ツーリングはハイブリッド複合部品のコアを形成し、ハイブリッド複合部品内の複合材料を構造的に補強する。したがってツーリングはハイブリッド複合部品の成形ツールとして働くと共に、構造強度を高める部品としても働く。これは、複合部品の製造の容易さを高めると共にその強度をも高めるという形の利点をもたらす。
【０００５】
一実施形態は複合部品の製造方法である。この方法は、コア材から所望の寸法形状に作られた面を持つツールを選択するステップと、ツールを包囲する繊維強化材のプリフォームを配置し、結果としてプリフォームおよびツールを含む薄板組立品を形成するステップと、ツールおよびプリフォームを加熱して、薄板組立品内でツールを繊維強化材に共結合するステップと、プリフォームおよびツールを固化させてハイブリッド複合部品を形成するステップとを含む。
【０００６】
さらなる実施形態は、プロセッサによって実行されたときに、複合部品を製造する方法を実行するように動作可能なプログラム命令を具現化する、非一時的コンピュータ可読媒体である。この方法は、コア材から所望の寸法形状に作られた面を持つツールを選択するステップと、ツールを包囲する繊維強化材のプリフォームを配置し、結果としてプリフォームおよびツールを含む薄板組立品を形成するステップと、ツールおよびプリフォームを加熱して、薄板組立品内でツールを繊維強化材に共結合するステップと、プリフォームおよびツールを固化させてハイブリッド複合部品を形成するステップとを含む。
【０００７】
追加の実施形態はハイブリッド複合部品の形の製品である。この製品は、ツールと、ツールを包囲してツールと共結合される繊維強化材とを含む。ツールは空隙を包囲する。
【０００８】
さらに別の実施形態は、ハイブリッド複合部品の形の装置である。この装置は、コア材から所望の寸法形状に作られた面を持つ本体を備えたツーリングを含み、かつ繊維強化材の硬化温度で剛性を維持する材料で作られる。ツーリングはまた、面が一体に接合される位置に配置された一つ以上のフランジをも含む。ハイブリッド複合部品はまた、本体の軸方向長さに沿って進む本体内の空隙をも含む。
【０００９】
本装置、本媒体、および本方法は、以下の付記においても言及されるが、これらは請求の範囲と混同させるべきではない。
【００１０】
１．  複合部品の製造方法（２００）であって、
コア材から所望の寸法形状に作られた面を持つツールを選択するステップ（２０２）と、
前記ツールを包囲する繊維強化材のプリフォームを配置し、結果として前記プリフォームおよび前記ツールを備えた薄板組立品を形成するステップ（２０４）と、
前記ツールおよび前記プリフォームを加熱するステップ（２０６）と、
前記薄板組立品内で前記ツールを前記繊維強化材に共結合するステップ（２０８）と、
前記プリフォームおよび前記ツールを固化させてハイブリッド複合部品を形成するステップ（２１０）と、
を含む方法。
【００１１】
２．  前記ツールの本体が空隙を含むように前記ツールを形成するステップをさらに含む、付記１に記載の方法。
【００１２】
３．  前記ツールを金属のシートから製作するステップ、
をさらに含む、付記１または２に記載の方法。
【００１３】
４．  付加製造を介して前記ツールを製作するステップ、
をさらに含む、付記１ないし３のいずれかに記載の方法。
【００１４】
５．  前記ハイブリッド複合部品の就航中の応力を前記ハイブリッド複合部品の繊維強化部分から前記ツールへ伝達させるステップ、
をさらに含む、付記１ないし４のいずれかに記載の方法。
【００１５】
６．  加えられた応力に応答して、前記ツールと前記ハイブリッド複合部品の繊維強化部分との間の結合を維持しながら、前記ハイブリッド複合部品を弾性変形させるステップ、
をさらに含む、付記１ないし５のいずれかに記載の方法。
【００１６】
７．  付記１ないし６のいずれかに記載の方法に従って組み立てられた航空機の一部分。
【００１７】
本媒体のさらなる態様によれば、以下が提供される。
【００１８】
８．  プロセッサによって実行されたときに、複合部品を製造する方法を実行するように動作可能なプログラム命令を具現化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法が、
コア材から所望の寸法形状に作られた面を持つツールを選択するステップ（２０２）と、
前記ツールを包囲する繊維強化材のプリフォームを配置し、結果として前記プリフォームおよび前記ツールを備えた薄板組立品を形成するステップ（２０４）と、
前記ツールおよび前記プリフォームを加熱するステップ（２０６）と、
前記薄板組立品内で前記ツールを前記繊維強化材に共結合するステップ（２０８）と、
前記プリフォームおよび前記ツールを固化させて、ハイブリッド複合部品を形成するステップ（２１０）と、
を含んで成る、媒体。
【００１９】
９．  前記方法は、
前記ツールの本体が空隙を含むように前記ツールを形成するステップ、
をさらに含む、付記８に記載の媒体。
【００２０】
１０．  前記ツーリングを金属のシートから製作するステップ、
をさらに含む、付記８または９のいずれかに記載の媒体。
【００２１】
１１．  付加製造を介して前記ツールを製作するステップ、
をさらに含む、付記８ないし１０のいずれかに記載の媒体。
【００２２】
１２．  前記ハイブリッド複合部品の就航中の応力を前記ハイブリッド複合部品の繊維強化部分から前記ツールへ伝達させるステップ、
をさらに含む、付記８ないし１１のいずれかに記載の媒体。
【００２３】
１３．  加えられた応力に応答して、前記ツールと前記ハイブリッド複合部品の繊維強化部分との間の結合を維持しながら、前記ハイブリッド複合部品を弾性変形させるステップと、
をさらに含む、付記８ないし１２のいずれかに記載の媒体。
【００２４】
１４．  付記８ないし１３のいずれかに記載のコンピュータ可読媒体に格納された命令によって定義された方法に従って組み立てられた航空機の一部分。
【００２５】
本製品のさらなる態様によれば、以下が提供される。
【００２６】
１５．  ハイブリッド複合部品の形の製品であって、
ツール（１００）と、
前記ツールを包囲し、かつ前記ツールと共結合される繊維強化材（３５０）と、
を備え、
前記ツールが空隙（１５０）を包囲して成る製品。
【００２７】
１６．  前記ツールは前記ハイブリッド複合部品のコアを形成する、付記１５に記載の製品。
【００２８】
１７．  前記ツールはその長さに沿って分散配置される切欠き（１６０）を含む、付記１５または１６に記載の製品。
【００２９】
１８．  前記切欠きは前記ツールの撓み量を増大させる、付記１５ないし１７のいずれかに記載の製品。
【００３０】
１９．  前記ツールは、前記繊維強化材の弾性率の０．５倍から１．５倍の間の弾性率を有する材料から作られる、付記１５ないし１８のいずれかに記載の製品。
【００３１】
２０．  前記繊維強化材は炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）である、付記１５ないし１９のいずれかに記載の製品。
【００３２】
２１．  前記ツールは炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）より軽い材料から作られる、付記１５ないし２０のいずれかに記載の製品。
【００３３】
２２．  前記ツールは前記繊維強化材の硬化温度で剛性を維持する、付記１５ないし２１のいずれかに記載の製品。
【００３４】
２３．  付記１５ないし２２のいずれかに記載の製品を使用する航空機の一部分の製造。
【００３５】
本装置のさらなる態様によれば、以下が提供される。
【００３６】
２４．  コア材から所望の寸法形状に作られた面（１２０、１３０、１４０）を持ち、繊維強化材の硬化温度で剛性を維持する材料から作られた本体（１１０）と、
面が一体に接合される位置に配置された一つ以上のフランジ（１１２、１１４、１１６）と、
前記本体の軸方向長さに沿って進む前記本体内の空隙（１５０）と、
を含むツーリング（１００）を備えた、ハイブリッド複合部品の形の装置。
【００３７】
２５．  前記本体の各面に配置され、前記本体の剛性を低減する切欠き（１６０）をさらに含む、付記２４に記載の装置。
【００３８】
２６．  前記本体の各面が輪郭（１２２、１３２、１４２）に従う、付記２４または２５に記載の装置。
【００３９】
２７．  前記フランジはテーパ付けられる、付記２４ないし２６のいずれかに記載の装置。
【００４０】
他の実施形態（例えば上記実施形態に関連する方法およびコンピュータ可読媒体）を以下に記載する。記載した特徴、機能、および利点は様々な実施形態で独立して達成することができ、あるいはさらに他の実施形態で組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は以下の説明および図面を参照することで理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
次に、本開示の一部の実施形態について、単なる実施例として、添付の図面を参照しながら説明する。同一参照番号は、全ての図面で同一要素または同種の要素を表す。
【００４２】
【図１】実施形態におけるハイブリッド複合部品のためのツーリングを示す。
【図２】実施形態におけるハイブリッド複合部品の製造中にツーリングを利用する方法を示すフローチャートである。
【図３】実施形態における内部ツーリングによって画定される輪郭と一致するプリフォームのレイアップを示す斜視図である。
【図４】実施形態における複数のコア材のシートから作られたツーリングの分解組立図である。
【図５−１２】実施形態におけるさらなるツーリングおよびプリフォームを示す。
【図１３】実施形態におけるハイブリッド複合部品のブロック図である。
【図１４】実施形態における航空機の製造および就航方法のフロー図である。
【図１５】実施形態における航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図面および以下の説明は、本開示の特定の実施形態を提示する。したがって、当業者であれば、本明細書に明示的に記載または図示されていないが、本開示の原理を具現化しかつ本開示の範囲内に含まれる様々な構成を考案できることは理解されるであろう。さらに、本明細書に記載する実施例は、本開示の原理の理解を助けることを意図しており、そのように具体的に記載される例および条件に限定されるものではないと解釈されるべきである。結果として、本開示は以下に記述する特定の実施形態または実施例に限定されず、請求の範囲およびそれらの均等物によって限定される。
【００４４】
炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）部品などの複合部品は最初に複数の層にレイアップされ、それらは合わせてプリフォームと呼ばれる。プリフォームの各層内の個々の繊維は相互に並行に整列するが、結果として得られる複合材の異なる次元に沿った強度を高めるために、異なる層は異なる繊維配向を示してよい。プリフォームは、プリフォームを固化させて（例えば航空機用の）複合部品にするために固化する粘性樹脂を含んでよい。未硬化熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させた炭素繊維は「プリプレグ」と呼ばれる。他の種類の炭素繊維としては、熱硬化性樹脂を含浸していないが、粘着付与材または結合材を含み得る「乾式繊維（ｄｒｙ  ｆｉｂｅｒ）」がある。乾式繊維は硬化前に樹脂を注入してもよい。熱硬化性樹脂の場合、固化は硬化と呼ばれる一方向のプロセスであるが、熱可塑性樹脂の場合、樹脂が再加熱されると、樹脂は粘性のある状態に達し得る。
【００４５】
図１は、実施形態におけるハイブリッド複合部品のためのツーリング１００を示す。本明細書で使用する場合、「ハイブリッド複合部品」とは、異なる材料から作られるコアを包囲する複合材料（例えばＣＦＲＰなどの繊維強化複合材料）を含む部品である。
【００４６】
ツーリング１００は、繊維強化材のプリフォームのための形状を画定しかつ繊維強化材の固化中に加えられる熱および温度（例えば熱硬化性部品ではおよそ華氏５００度（Ｆ）、熱可塑性部品ではおよそ華氏９００度の硬化温度）に耐えることのできる、適切な剛性材料を含む。ツーリング１００はまた、本明細書では「ツール」と呼ばれることもある。ツーリング１００は固化中に繊維強化材と一体化される。例えば、ツーリング１００は、金属（例えばチタン、アルミニウム）、付加製造プロセスを介して加えられる付加製造材料等のコア材のシートから作られ得る。さらなる実施形態では、コア材は固体ＣＦＲＰより体積重量が軽くてよい。この軽さは重量を低減することにより技術的利点をもたらし、それは、結果として得られる複合部品がビークルで使用された場合、燃料費の低減をもたらす。
【００４７】
さらに別の実施形態では、コア材の弾性率および／または熱膨張係数は、（例えば弾性率の不一致の結果生じる完成硬化部品内の内部応力を防止するために）複合部品の残部のそれと略一致することが望ましい。そのような実施形態では、ツーリング１００は、繊維強化材の弾性率の０．５倍から１．５倍の間の弾性率を有してよい。このようにして、ツーリング１００がハイブリッド複合部品の一部を形成する場合、ハイブリッド複合部品の弾性撓みは、ツーリング１００とハイブリッド複合部品の繊維強化部分との間の結合を損傷または破損しない。
【００４８】
ツーリング１００は、面（すなわち面１２０、面１３０、および面１４０）を持つ本体１１０を含む。本体１１０はこの実施形態では細長く、さらなる実施形態では、本体１１０は任意の適切な形状に従って形成されてよい。ツーリング１００の各面は輪郭に従って形作られる。この実施形態では、面１２０は（弓形である）輪郭１２２に従って形作られ、面１３０は（弓形である）輪郭１３２に従って形作られ、面１４０は（平坦である）輪郭１４２に従って形作られる。これらの輪郭は、ツーリング１００の上に配置される（例えば設置またはレイアップされる）プリフォームが取る形状を画定する。別の仕方で概念化すると、ツーリング１００の面は、ツーリング１００に配置される積層板内に存在する空洞の面と相補的である。面１３０および面１２０は、積層板に存在する曲げのため、丸みを付けられる一方、面１４０は平坦である。
【００４９】
この実施形態では、切欠き１６０は本体１１０の長さに沿って分散配置され、結果として面が接合される位置にフランジ１１２、フランジ１１４、およびフランジ１１６が配置される。切欠き１６０はツーリング１００の撓み量を増大させ、ツーリング１００が長手軸Ｌに沿ってより容易に屈曲することを可能にする。切欠きは特に、特定の位置における材料の量を低減することにより柔軟性を高める。これにより、これらの位置の曲げ剛性／剛性が低下するため、これらの位置における屈曲への抵抗は低下する。切欠きは、例えばフランジの高さの二分の一から高さ全体まで延在してよく、数ミリメートル幅であってよく、所望の屈曲量に応じて数センチメートル毎または数メートル毎の間隔で配置されてよい。動的曲げ荷重を受けない直線ツーリング１００の場合、切欠きは不要である。「切欠き」というが、切欠き１６０は物理的に本体１１０の切欠きである必要はなく、むしろ、本体１１０の製作中に材料が配置されない間隙を含んでよい。
【００５０】
これは、ツーリング１００がハイブリッド複合部品内に組み込まれた後で屈曲を受ける環境で、有利になり得る。この屈曲はまた、ツーリング１００がジョグル、曲げ、または捩じりを積層板の空洞に受け入れるように屈曲することをも可能にする。ツーリング１００は、この実施形態では、空隙１５０をも含む。空隙１５０は、ケーブル配線または電磁信号伝送路を通すことのできる空間である。例えば空隙１５０は、超音波を介するツーリング１００の非破壊検査を容易にし得る。
【００５１】
図２に関して、ツーリング１００の動作の例示的詳細を説明する。この実施形態では、ツーリング１００が型を介して、または付加製造プロセスを介して製作されたと想定する。
【００５２】
図２は、実施形態においてハイブリッド複合部品の製造中に、ツーリングを利用するための方法２００を示すフローチャートである。方法２００のステップは図１のツーリング１００に関連して記載するが、方法２００はハイブリッド複合部品に組み込まれる他のツーリングに対しても実行されてよいことを、当業者は理解されるであろう。本明細書に記載するフローチャートのステップは全てを網羅するものではなく、示されない他のステップが含まれてよい。本明細書に記載するステップはまた、代替的順序で実行されてもよい。
【００５３】
ステップ２０２で、本体と、コア材から所望の形状寸法に作られた面と、を有するツーリング１００が選択される。ツーリング１００は、例えばその形状、および所定のスケジュール等に従って製造されるハイブリッド複合部品の所望の形状に基づいて、選択されてよい。
【００５４】
ステップ２０４で、繊維強化材のプリフォーム（例えば図３のプリフォーム３５０）は、それが本体１１０を包囲する（例えばツーリング１００の面を包囲する）ように配置される。これにより、結果としてプリフォーム３５０とツーリング１００とを含む薄板組立品３００が形成される。例えば図３の薄板組立品３００に示すように、プリフォーム３５０は、ツーリング１００の周囲を包囲するＣＦＲＰのシート３６０、シート３７０、およびシート３８０を含む。すなわち、プリフォーム３５０は、ツーリング１００の面１２０、面１３０、および面１４０それぞれの上に配置される（例えばレイアップされ、どこか他の場所で平坦にレイアップされた後設置されるなど）。ツーリング１００は剛性であるので、それはプリフォーム３５０のシートの輪郭を画定する。ツーリング１００はまたプリフォーム３５０の内隅部３５２を埋め、かつ内隅部３５２を介して応力を受ける。これは、応力を受けたときにその部分が層間剥離に抵抗する能力を高めることによって、結果として形成されるハイブリッド複合部品の構造強度を増強する。例えば、ツーリング１００はプリフォーム３５０内でテーパするので、ツーリング１００とプリフォーム３５０との間の界面接触量の増加を示す。したがって、テーパ（例えば５：１から１００：１の間の率）は、ツーリング１００とプリフォーム３５０との間の界面接触量の増加に基づいて、結合強度の増加の形の技術的硬化をもたらす。界面接触量の増加は、ツーリング１００およびプリフォーム３５０がそれに沿って結合される面積を増加させ、それは次にこれらの部品間の結合強度を増加させる。図３では、ツーリング１００の一部分はプリフォーム３５０から外側に突出するように示されているが、そのような部分は単に例示的かつ文脈的説明を目的とするものにすぎず、ツーリング１００の一部分がプリフォーム３５０から外側に突出する必要があるわけではないことは理解されるであろう。
【００５５】
一実施形態では、本明細書に記載するツーリングはまた、圧潰力に耐えるハイブリッド複合部品内の材料の量を増加するので、圧潰荷重に対する支持をもたらすようにも形作られる。本明細書に記載するツーリングは、ハイブリッド複合部品における引張曲げ荷重に関して、限定された構造支持をも提供し得る。
【００５６】
シート３８０の上にツーリング１００を設置したり、シート３６０およびシート３７０をツーリング１００上に屈曲させるなど、プリフォーム３５０をツーリング１００に設置した状態で、プリフォーム３５０およびツーリング１００は、圧密および硬化のために真空バッグ内に設置されてよく、あるいは圧密および硬化のためにマンドレル内に設置されてよい。ステップ２０６で、ツーリング１００およびプリフォーム３５０は加熱される。これは、プリフォーム３５０内の樹脂の硬化または他の固化プロセスを開始し得る。
【００５７】
ステップ２０８で、ツーリング１００は薄板組立品３００内の繊維強化材に共結合される。これは、ステップ２０６の固化プロセスの結果としてもたらされ得る。
【００５８】
ステップ２１０で、プリフォーム３５０およびツーリング１００は固化されて、ツーリング１００を一体構成部品として含むハイブリッド複合部品を形成する。熱硬化性環境では、ステップ２０６の加熱はプリフォーム３５０内の樹脂を硬化させる。したがってこの加熱動作はプリフォーム３５０をツーリング１００に共結合させる。すなわち、ツーリング１００内の樹脂は固化し、ツーリング１００を形成しているコア材に結合する。熱可塑性環境では、プリフォーム３５０の冷却（プリフォーム３５０が溶融状態に達した後）は、プリフォーム３５０をツーリング１００の周囲に凝固かつ固化させる。ツーリング１００は剛性であるため、プリフォーム３５０は強化および／または固化プロセス中に圧潰しない。ツーリング１００が存在しないかあるいは剛性ではない場合、プリフォーム３５０、およびプリフォーム３５０によって画定される空洞があればそれも圧潰する潜在的可能性がかなり高くなる。
【００５９】
方法２００は、複合部品の形状を画定すると共にその強度を高めるツーリング１００をもたらすことによって、技術的利点を提供する。例えばツーリング１００は、結果的に形成されるハイブリッド複合部品の内隅部の強度を高め得る。これは、ハイブリッド複合部品で荷重を支承しながら受ける応力が、ハイブリッド複合部品の外側（すなわち繊維強化部分）から、ハイブリッド複合部品のコアを形成するツーリングに伝達されることを意味する。ハイブリッド複合部品の寸法および材料特性に応じて、これは、加えられた応力に応答して予め定められた望ましい形でハイブリッド複合部品が弾性変形することを容易にする。さらに、ツーリング１００はプリフォーム内に組み込まれるので、ツーリング１００は、プリフォームの固化後に、プリフォームから除去する（これは難しいプロセスであり得る）必要がない。これはツーリングの除去に関連する労力を省き、かつ複合部品が除去プロセスによって破損することを防止する。
【００６０】
図２の方法に関して上述した図３は、ブレードスチフナまたは逆「Ｔ」字の形の薄板組立品３００を示す。しかしながら、図３は、本明細書に記載する実施形態に従って利用し得るブレードスチフナの多くの潜在的バージョンのうちの一つを示すにすぎない。
【００６１】
図４は、実施形態におけるコア材の複数のシートから作られたツーリング４００の分解組立図である。ツーリング４００は、プリフォーム３５０がその上に配置され固化されるマンドレルとして利用し得る。したがって、ツーリング４００はツーリング１００と同様の仕方で利用し得る。コア材のシートは一体に溶接または結合されてツーリング４００を形成し、次いで、切欠きは後の段階でツーリング４００に加えてよい。この実施形態では、シート４２０は輪郭１２２に従って形作られ、シート４３０は輪郭１３２に従って形作られ、シート４４０は輪郭１４２に従って形作られる。これらの輪郭はプリフォーム３５０のシート３６０およびシート３７０に見られる曲げ半径と相補的である。図４で論じたツーリング１００を形成するための製造技術は、希望する場合、付加製造技術の代替法として使用し得る。
【００６２】
図５〜図１２は、実施形態におけるプリフォームと組み合わされる追加のツーリングを示す。図５は実施形態におけるツーリング５００を示す。図５で、ツーリング５００は、輪郭５２２に従って頂面を形成する面５２０を含む。ツーリング５００はまた、輪郭５４２に従って底面を形成する面５４０をも含む。輪郭５２２は、空隙５５２を包囲する丸みを帯びた部分５５０を画定する。切欠き５６２および切欠き５６４はツーリング５００の外周５１０をフランジ５１２に細分化する。ツーリング５００は、複雑な形状を有する複合部品の構造強度を高め得る。代替的に、ツーリング５００は、結果として形成されたハイブリッド複合部品にケーブル配線または電磁信号伝送用の通路を画定するために利用し得る。一実施形態では、空隙５５２はこの目的のために使用される。ツーリング５００は、固化されてブレードスチフナを形成する積層板を支持するために利用し得る。一枚のシート状積層板は面５２０の周りに屈曲させてよい一方、別の一枚のシート状積層板は面５４０の下に設置してよい。ツーリング５００は、これらのシートを硬化中に支持し、積層板に所望の形状を付与し、空隙５５２および空隙５５４など一つ以上の空隙が希望通りに形成されることを可能にし得る。
【００６３】
図６〜図７は、かなりの上下方向寸法を有するハイブリッド複合部品のためのツーリングを示す。図８〜図９は、三角形断面を有するハイブリッド複合部品のためのツーリングを示し、図１０〜図１２は、Ｄ形断面を有するハイブリッド複合部品を補強するためのツーリングを示す。
【００６４】
図６〜図７は、図３に示したのと同様のブレードスチフナの構成を示すが、ツーリングの上下方向の突出がより大きい。これは、積層板とツーリングとの間のブレードストリンガの垂直部分に沿った界面接触の量を増大させることによって、ブレードストリンガの垂直部分の支持／強化の増大を可能にする。したがって、ツーリングと積層板との間の結合の界面強度が増大し、それは次に、結果として形成されるハイブリッド複合部品の層間剥離に対する抵抗を増大させる。
【００６５】
図６では、ツーリング６００は、結果として形成されるハイブリッド複合部品の強度を高める垂直方向の延長を含む。ツーリング６００は、面６２０（輪郭６２２に従う）、面６３０（輪郭６３２に従う）、および面６４０（輪郭６４２に従う）を有する本体６１０を含む。ツーリング６００は空隙６５０を包囲し、切欠き６６２および切欠き６６４によって形成されたフランジ６１２、フランジ６１４、およびフランジ６１６を含む。図７では、ツーリング６００はレイアップ７００にプリフォーム７５０のための形状を提供する。ツーリング６００はまた、これらの内隅部７５２を支持するので、プリフォーム７５０の内隅部７５２の構造強度をも増大させる。これは、シート７６０をシート７８０から引き離すことのできる応力が、内隅部７５２ではなく、ツーリング６００を介して伝達されることを意味する。ツーリング６００はかなりの距離の沿ってシートと結合されるので、ツーリング６００はシートとのかなりの界面結合強度を有する。同時に、ツーリング６００の内隅部の半径はプリフォーム７５０の内隅部７５２の半径より大きいので、またツーリング６００の内隅部は、一体に結合された二枚の別個のシートからではなく、一体部品から形成されるので、ツーリング６００の内隅部で受ける応力には耐えられる傾向が高い。内隅部７５２はプリフォーム７５０のシート７６０、シート７７０、およびシート７８０の間の交差によって形成される。ツーリング６００はまた、ハイブリッド複合部品の中心７９０から内隅部７５２までの距離を増大することによって、幾何学的な構造上の利点をももたらし得る。この距離の増大は、ハイブリッド複合部品が経験する剥離／分離力を低減させる。
【００６６】
図８では、ツーリング８００は大きい三角形の空洞（すなわち空隙８５０）を画定する。ツーリング８００は、面８２０（輪郭８２２に従う）、面８３０（輪郭８３２に従う）、および面８４０（輪郭８４２に従う）を有する本体８１０を含む。ツーリング８００は、切欠き８６２および切欠き８６４によって形成された空隙８５０を包囲し、フランジ８１２、フランジ８１４、およびフランジ８１６を有する。図９では、ツーリング８００はレイアップ９００にプリフォーム９５０のための形状を付与する。ツーリング８００はまた、上述した図６のツーリング６００と同様に、プリフォーム９５０の内隅部９５２の構造強度をも増強する。内隅部９５２は、プリフォーム９５０のシート９６０、シート９７０、およびシート９８０の間の交差によって形成される。
【００６７】
図１０では、ツーリング１０００はＤ字の形状に従って形成される。この実施形態では、ツーリング１０００は面１０２０（輪郭１０２２に従う）および面１０４０（輪郭１０４２に従う）を有する本体１０１０を含む。ツーリング１０００は空隙１０５０を包囲し、切欠き１０６２によって形成されたフランジ１０１２、フランジ６１４、およびフランジ６１６を有する。図１１では、ツーリング１０００はレイアップ１１００にプリフォーム１１５０のための形状を付与する。ツーリング１０００はまた、上述した図６のツーリング６００と同様に、プリフォーム１１５０の内隅部１１５２の構造強度をも増強する。内隅部１１５２はプリフォーム１１５０のシート１１６０およびシート１１７０の交差によって形成される。
【００６８】
図１２は、ツーリング１０００を利用し得るさらなる実施形態を示す。図１２では、レイアップ１２００の右側に位置する第一組１２１０のツーリング１０００は、プリフォーム１２５０の一連のＤ字状部分を支持する。一方、第二組１２２０のツーリング１００は第一組１２１０に対して上下反転し、プリフォーム１２５０の別の一連のＤ字状部分を支持する。
【実施例】
【００６９】
以下の実施例では、ハイブリッド複合部品の文脈で追加のプロセス、システム、および方法について記載する。
【００７０】
図１３は、一実施形態におけるハイブリッド複合部品１３００のブロック図である。図１３によれば、ハイブリッド複合部品１３００は、チタンなどの材料１３６０から作られかつ空隙１３７０を包囲するツーリング１３３０を含む。プリフォーム１３５０はツーリング１３３０の表面１３３２上に配置される。プリフォーム１３５０はプライ１３１０（樹脂１３１２および繊維１３１４を含む）を含む。プリフォーム１３５０はまたプライ１３２０（樹脂１３２２および繊維１３２４を含む）をも含む。ツーリング１３３０は、その上にプリフォーム１３５０を設置して固化し得る剛性構造を提供する。さらに、例えばプリフォーム１３５０の内隅部の半径を増大させることによって、ツーリング１３３０はプリフォーム１３５０の内隅部の強度を高める。すなわち、ツーリング１３３０の半径１３３４は、プライ１３２０とプライ１３１０との間の交差部に内隅部１３５２によって形成される半径より大きい。
【００７１】
図面をさらに詳しく参照しながら、本開示の実施形態について、図１４に示す方法１４００における航空機の製造および就航、ならびに図１５に示す航空機１４０２の文脈で説明する。生産開始前に、方法１４００は航空機１４０２の仕様決定および設計１４０４、ならびに材料調達１４０６を含む。製造中に、航空機１４０２の部品および小組立品の製造１４０８およびシステム統合１４１０が行われる。その後、航空機１４０２は、認証および納入１４１２を経て、就航１４１４の期間に入る。顧客による就航期間中、航空機１４０２は、整備および保守１４１６の定期的な作業（改良、再構成、改修等をも含み得る）のスケジュールに組み込まれる。本明細書で具体化された装置および方法は、方法１４００に記載された製造および就航の一つ以上の適切な段階（例えば、仕様決定および設計１４０４、材料調達１４０６、部品および小組立品の製造１４０８、システム統合１４１０、認証および納品１４１２、就航１４１４、整備および保守１４１６）中に、かつ／または航空機１４０２の任意の適切なコンポーネント（例えば機体１４１８、システム１４２０、内装１４２２、推進系１４２４、電気系１４２６、油圧系１４２８、環境系１４３０）で採用することができる。
【００７２】
方法１４００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、および／またはオペレータ（例えば顧客）によって実行または実施することができる。本明細書の記述において、システムインテグレータとは任意の数の航空機メーカーおよび主要システムの下請け業者を含むことができるが、それらに限定されず、第三者とは、任意の数の売主、下請け業者、および供給業者を含むことができるが、それらに限定されず、またオペレータは航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等とすることができる。
【００７３】
図１５に示すように、方法１４００によって製造される航空機１４０２は、複数のシステム１４２０および内装１４２２を備えた機体１４１８を含み得る。システム１４２０の例としては、推進系１４２４、電気系１４２６、油圧系１４２８、および環境系１４３０の一つ以上が挙げられる。任意の数の他のシステムを含んでもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業等の他の産業に適用してもよい。
【００７４】
既に言及したように、本明細書で具現化された装置および方法は、方法１４００に記載した製造および就航の段階の任意の一つ以上で使用することができる。例えば、部品および小組立品の製造１４０８に対応する部品および小組立品は、航空機１４０２の就航期間中に製造される部品または小組立品と同様の方法で製作または製造してもよい。また、例えば航空機１４０２の組立てを実質的に迅速化し、あるいはコストを削減することにより、一つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せを、小組立品の製造１４０８中およびシステム統合１４１０中に利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せの一つ以上を、航空機１４０２の就航期間中に、例えば限定するものではないが整備および保守１４１６中に利用することができる。例えば、本明細書に記載する技術およびシステムは、材料調達１４０６、部品および小組立品の製造１４０８、システム統合１４１０、就航１４１４、および／または整備および保守１４１６に使用することができ、かつ／または機体１４１８および／または内装１４２２に使用することができる。これらの技術およびシステムは、例えば推進系１４２４、電気系１４２６、油圧系１４２８、および／または環境系１４３０を含むシステム１４２０にさえも利用することもできる。
【００７５】
一実施形態では、部品は機体１４１８の一部分を含み、部品および小組立品の製造１４０８中に製造される。次いで部品は、システム統合１４１０中に航空機内に組み立てられ、次いで就航１４１４の期間中、摩耗により部品が使用不能になるまで利用することができる。次いで、整備および保守１４１６中に、部品は廃棄され、新たに製造された部品と交換される。本発明の部品および方法は、新しい部品を製造するために、部品および小組立品の製造１４０８全体で利用することができる。
【００７６】
図示しまたは本明細書に記載した様々な制御素子（例えば電気または電子部品）はいずれも、ハードウェア、ソフトウェアを実装したプロセッサ、ファームウェアを実装したプロセッサ、またはこれらの何らかの組合せとして実現することができる。例えば、ある素子は専用ハードウェアとして実現することができる。専用ハードウェア素子は「プロセッサ」、「コントローラ」、またはこれに類するその他の用語で呼ばれる場合がある。プロセッサによって実現される場合、その機能は、単一の専用プロセッサによって、または単一の共有プロセッサによって、または幾つかが共有可能な複数の別個のプロセッサによって提供することができる。さらに、用語「プロセッサ」または「コントローラ」という明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアのみを指すと解釈されるべきではなく、限定するものではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを格納するための読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、論理回路、または他の物理的ハードウェア部品もしくはモジュールを暗黙に含むことができる。
【００７７】
また、制御素子は、この素子の機能を実行するためにプロセッサまたはコンピュータによって実行可能な命令として実現することができる。命令の例を幾つか挙げると、ソフームトウェア、プログラムコード、およびファームウェアがある。これらの命令は、プロセッサによって実行されたときに作動して、素子の機能を実行するようにプロセッサに指示する。命令は、プロセッサにより読取り可能な記憶装置に格納することができる。記憶装置の例としては、デジタルメモリもしくは固体メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学的に読取り可能なデジタルデータ記憶媒体などが挙げられる。
【００７８】
本明細書では特定の実施形態について記載したが、本開示の範囲はこれらの特定の実施形態に限定されない。本開示の範囲は、以下の請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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