(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド縫合複合構造であって、
縫合複合構造と、
概ね円形又は楕円形の断面を有し、前記縫合複合構造に組み込まれている予備硬化処理済の積層複合ロッド（１６）と
を備え、
前記積層複合ロッド（１６）が、互いに様々な方向に配置された複数の積層複合層（１）を含む、縫合複合構造。
【請求項２】
前記複数の積層複合層（１）が、グラファイトテープ、エポキシテープ又はプリプレグ材料である、請求項１に記載のロッド縫合複合構造。
【請求項３】
前記縫合複合構造が、ロッド縫合構造パネルアセンブリストリンガー（２０）を含む、請求項１に記載のロッド縫合複合構造。
【請求項４】
前記ストリンガーが（２０）、一対の隣接するストリンガーパネル（２１）と、前記ストリンガーパネルを結合し、かつ前記積層複合ロッド（１６）の周囲に広がるパネル被覆（２２）とを含む、請求項３に記載のロッド縫合複合構造。
【請求項５】
さらに、外板パネルアセンブリ（３０）と、前記ストリンガー（２０）の前記ストリンガーパネル（２１）からそれぞれ延びて、外板パネルアセンブリ（３０）に取り付けられた一対のパネルフランジ（２４）とを含む、請求項４に記載のロッド縫合複合構造。
【請求項６】
さらに、前記ストリンガーの前記ストリンガーパネル（２１）の相互の縫合取付け、及び前記パネルフランジ（２４）の前記外板パネルアセンブリ（３０）への縫合取付けを含む、請求項５に記載のロッド縫合複合構造。
【請求項７】
積層複合ロッドであって、
概ね円形又は楕円形の断面を有し、かつ互いに様々な方向に配置された複数の積層複合層（１）を含むロッド本体（１７）
を備えた積層複合ロッド。
【請求項８】
前記複数の積層複合層が、グラファイトテープ、エポキシテープ又はプリプレグ材料である、請求項７に記載の積層複合ロッド（１６）。
【請求項９】
積層複合ロッド製造方法であって、
複数の複合層の提供と、
前記複合層の配置による積層複合層の形成と、
前記積層複合パネルの硬化と、
前記積層複合パネルからの、概ね円形又は楕円形の断面を有する積層複合ロッドの形成と
を含む製造方法。
【請求項１０】
前記複数の複合層の提供が、グラファイトテープ、エポキシテープ又はプリプレグ材料の提供からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複合層の配置が、前記複合層の互いに様々な方向での配置からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記積層複合パネルからの積層複合ロッドの形成が、前記積層複合パネルの荒切削及び加工からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
強化された縫合複合構造の製造方法であって、
複数の複合層の提供と、
前記複合層の配置による積層複合層の形成と、
前記積層複合パネルの硬化と、
前記積層複合パネルからの、概ね円形又は楕円形の断面を有する積層複合ロッドの形成と、
縫合複合構造の提供と、
前記積層複合ロッドの前記縫合複合構造への挿入と
を含む製造方法。
【請求項１４】
前記縫合複合構造の硬化を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記縫合複合構造の提供及び前記積層複合ロッドの前記縫合複合構造への挿入が、ロッド縫合構造パネルアセンブリストリンガーの提供、及び前記積層複合ロッドの前記ストリンガーへの挿入をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
外板パネルアセンブリの提供、及び前記ストリンガーの前記外板パネルアセンブリヘの取付けを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パネルストリンガー構造を強化するロッド構造に関する。より詳しくは、本開示は、予備硬化処理済の積層複合ロッドと、樹脂注入中及びストリンガー硬化処理中のパネルストリンガー構造の支持に適し、また熱膨張率を下げることによりパネルストリンガーにおける設計要件を満たし、且つ熱応力を低減するように調整可能な積層複合ロッドのための製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＲＳＥＵＳ（引き抜き成形ロッド縫いつけ方式高効率ユニット構造)の構造設計概念では、ストリンガーの組立中、樹脂注入中、及び硬化処理中にパネルストリンガーを支持するロッドが必要となることがある。現行のパネルストリンガーの設計に使用されるロッドは、引き抜き成形プロセスで製造されるため、ロッドは全て０度方向の繊維を有する結果となることがある。このプロセスによって、多くの設計状況で要求されるよりも、高い剛性と熱膨張率を具備したロッドを作成することができる。縦に延びる０度方向の繊維は、直径方向に膨張して、硬化処理中にロッドの直径に交差する方向の樹脂膨張を抑制することができないことがある。ロッドのこの構造では、高い残留硬化応力が生じ、その結果ロッドと被覆層との間の樹脂層がひび割れることがある。
【０００３】
引き抜き成形ロッドの改良のために提案されている方法には、樹脂膨張を部分的に抑制することを意図した繊維によるロッドの螺旋被覆がある。しかしながら、これらの解決策では、０度方向の繊維を除去できるのはごくわずかで、引き抜き成形ロッドの部品原価を大幅に上昇させる。しかも、既存の引き抜き成形ロッド設計には、パネルストリンガーのロッドと被覆との接合部分に残留応力を伴う。
【０００４】
従来の引き抜き成形ロッドは、すべて０度方向の繊維によって形成されることがあり、きわめて剛性が高く従順性がほとんどないため、異なる要件を満たすように特性を調整できないことがある。加えて、従来の引き抜き成形ロッドは、０度方向の繊維が１００％を占める構造のため、きわめて高い熱膨張率を示すことがある。
【０００５】
そのため、樹脂注入中及びストリンガー硬化処理中のパネルストリンガー構造の支持に適しており、また熱膨張率を下げることによりパネルストリンガーにおける設計要件を満たし、かつ熱応力を低減するように調整可能な、予備硬化処理済の積層複合ロッドが必要となる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、一般に積層複合ロッドを対象とする。積層複合ロッドの例示的な実施形態には、概ね円形又は楕円形の断面を有し、かつ互いに様々な方向に配置された複数の積層複合層を含むロッド本体が含まれる。
【０００７】
さらに、本開示は、概して、縫合複合構造と、概ね円形又は楕円形の断面を有し、縫合複合構造に組み込まれた予備硬化処理済の積層複合ロッドとを含む効率的なロッド縫合複合構造を対象とする。
【０００８】
さらに、本開示は、概して積層複合ロッド製造方法を対象とする。本製造方法の例示的な一実施形態には、複数の複合層の提供と、複合層の配置による積層複合パネルの形成と、積層複合パネルの硬化と、概ね円形又は楕円形の断面を有する積層複合ロッドの積層複合パネルからの形成とを含む。
【０００９】
一部の実施形態では、効率的なロッド縫合複合構造は、外板パネルアセンブリ；グラファイトテープ、エポキシテープ、及び引き抜き成形層がなく、かつロッド本体内で互いに異なる方向に配置されたプリプレグ材料からなる群より選択された、複数の積層複合層を含むロッド本体を備えた予備硬化処理済の積層複合ロッド；ならびに一対の隣接するストリンガーパネル、ストリンガーパネルを結合し、積層複合ロッドの周囲に延びるパネル被覆、及びストリンガーパネルから延び、外板パネルアセンブリに縫合された一対のパネルフランジを備えた効率的なロッド縫合パネルアセンブリ構造を含む。
【００１０】
一部の実施形態では、効率的なロッド縫合複合構造には、外板パネルアセンブリ；グラファイトテープ、エポキシテープ、及び引き抜き成形層がなく、かつロッド本体内で互いに異なる方向に配置されたプリプレグ材料からなる群より選択された複数の積層複合層を含むロッド本体を備えた予備硬化処理済の積層複合ロッド；ならびに一対の隣接するストリンガーパネル、ストリンガーパネルを結合し、積層複合ロッドの周囲に延びるパネル被覆、及びストリンガーパネルから延び、外板パネルアセンブリに縫合された一対のパネルフランジを備えた効率的なロッド縫合パネルアセンブリ構造が含まれうる。
【００１１】
一部の実施形態では、積層複合ロッド製造方法には、グラファイトテープ、エポキシテープ、及び引き抜き成形層がないプリプレグ材料からなる群より選択された複数の複合層を提供すること；互いに様々な方向に複合層を配置することにより、積層複合パネルを形成すること；積層複合パネルの硬化させること；積層複合パネルの切断及び加工によって、積層複合パネルから積層複合ロッドを形成すること；積層複合ロッドの表面摩耗処理を行うこと；一対の隣接するストリンガーパネル、ストリンガーパネルを結合するパネル被覆、及びストリンガーパネルから延びる一対のパネルフランジからなる効率的なロッド縫合複合構造を提供すること；ストリンガーのパネル被覆中に積層複合ロッドを挿入すること；外板パネルアセンブリを提供すること；ストリンガーの一対のパネルフランジと外板パネルアセンブリとを縫合すること；ストリンガーへ樹脂を注入すること；ならびにストリンガーを硬化させることが含まれうる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】積層複合ロッドの例示的な一実施形態の製造に使用される積層複合パネルの構築における複数層の分解側面図である。
【図２】積層複合パネルの側面図である。
【図３】積層複合パネルの上面図である。
【図４】硬化のためオートクレーブ内で真空密閉された積層複合パネルの概略図である。
【図５】積層複合ロッドの例示的な一実施形態の斜視図である。
【図６】積層複合ロッドの例示的な一実施形態の端面図である。
【図７】外板パネルアセンブリに取り付けられたパネルアセンブリストリンガーの端面図であり、積層複合ロッドの例示的な一実施形態が挿入されている。
【図８】積層複合ロッド製造方法の例示的な一実施形態の流れ図である。
【図９】航空機製造及び点検方法の流れ図である。
【図１０】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明は、その性質上代表例にすぎず、記載されている実施形態、又は記載されている実施形態の応用及び使用を限定することを意図したものではない。本明細書で使用するとき、「代表的な」又は「例示的な」という語は、「実例、事例、又は例示としての機能を果たすこと」を意味する。本明細書で「代表的な」又は「例示的な」と記載された実装態様は、必ずしも他の実装態様よりも好ましい又は有利であると解釈されるわけではない。以下に記載する実装態様は全て、当業者が本開示を実施することを可能にするために提供される代表的な実装態様であり、請求項の範囲を限定することを意図したものではない。さらに、上述の技術分野、背景、要約、又は以下の詳細な説明において明示又は暗示されるいかなる理論によっても制限されることを意図していない。
【００１４】
初めに図１から図６を参照して、積層複合ロッド１６（図６）の例示的な一実施形態の製造を示す。図１に示したように、積層複合ロッド１６は、概ね円形又は楕円形の断面を有する、概して細長い形状のロッド本体１７を含みうる。積層複合ロッド１６のロッド本体１７は、初めにレイアップツール２の上に複数の複合層を積み上げて、平坦な積層複合パネル６（図２及び３）を形成することによって製造され、最終的に積層複合ロッド１６を形成する。各層１は、グラファイトテープ又はエポキシテープ又はその他のプリプレグ材料、例えば、限定するものではないが、引き抜き成形繊維のないものにすることができる。層１は、積層複合ロッド１６の剛性要件に応じて、積層複合パネル６を形成するために、様々な角度又は方向に積み上げることができる。積層複合ロッド１６の剛性及び他の特性は、層を積み上げて積層複合パネル６を形成する際の、層１の相互の角度又は方向、ならびに層１の数を変えることによって、調整することができる。例えば、限定するものではないが、一部の実施形態では、層１は、＋４５度、０度、９０度、０度、９０度及び−４５度の、一連の連続する方向に積み上げることができる。
【００１５】
次に、図４に示したように、様々な角度で積み上げられた、選択された数の層１を有する積層複合パネル６は、オートクレーブ１０内のパネル支持体１１の上に、積層複合パネル６を配置することなどによって、硬化させることができる。積層複合パネル６は、密閉テープ１３による、積層複合パネル６の外周を囲む真空バギング１２の固定によって、パネル支持体１１に対して密閉することができる。積層複合パネル６は、当業者には既知の標準的なプロセス技術及びパラメータを使用して、硬化することができる。
【００１６】
硬化させた後、積層複合パネル６は、荒切削を施すことにより、一般に、積層複合パネル６から積層複合ロッド１６の形状に変形させることができる。積層複合パネル６の荒切削は、ウォータージェット技術、又は当業者には既知の適切な代替技術を使用して達成することができる。次いで、積層複合パネル６は、最終的に希望する形状の積層複合ロッド１６に機械加工することができる。一部の実施形態では、機械加工された積層複合ロッド１６に、表面摩耗処理、及び／又は他の表面処理を施すことができる。図６に示したように、完成した積層複合ロッド１６は、積み上げられて積層複合パネル６（図２）になった層１を含むことができる。
【００１７】
次に、図７に示したように、完成した積層複合ロッド１６は、例えば、限定するものではないが、ＰＲＳＥＵＳ（引き抜き成形ロッド縫いつけ方式高効率ユニット構造）パネルアセンブリストリンガー２０などのような、縫合された複合構造に挿入してもよい。パネルアセンブリストリンガー２０は、一対のパネルフランジ２４からそれぞれ延びる、一対の隣接する折り重ねられたストリンガーパネル２１を含む複合繊維材料にしてもよい。パネル被覆２２は、ストリンガーパネル２１を結合することができる。パネル被覆２２は、積層複合パネル１６の形状に概ね一致するように、積層複合パネル１６の周囲に延びていてもよい。パネル被覆２２は、ロッドと被覆との接合部分２３で、積層複合パネル１６に接触してもよい。ストリンガーパネル２１、パネル被覆２２及びパネルフランジ２４は、ひとつの連続体を形成してもよい。
【００１８】
パネルアセンブリストリンガー２０のパネルフランジ２４は、外板パネルアセンブリ３０に取り付けることができる。一部の実施形態では、パネルアセンブリストリンガー２０は、外板パネルアセンブリ３０に取り付けられるベースパネル２６に取り付けることができる。縫合２５は、隣接するストリンガーパネル２１の相互の取り付け、及びパネルフランジ２４の外板パネルアセンブリ３０への取り付けに使用することができる。パネルアセンブリストリンガー２０を外板パネルアセンブリ３０に取り付けた後、パネルアセンブリストリンガー２０は、真空バッグ（図示せず）内に配置することができる。パネルアセンブリストリンガー２０の繊維に樹脂（図示せず）を注入することも可能で、注入後、パネルアセンブリストリンガー２０を硬化させることができる。
【００１９】
積層複合ロッド１６は、様々な構造的要件に適合し、かつ予備硬化処理済の積層複合ロッド１６と、これを取り囲むように注入されたパネルアセンブリストリンガー２０の繊維部分との熱膨張率（ＣＴＥ）を大幅に低下させるように、調整することができる。さらに、積層複合ロッド１６のＣＴＥが低下したことにより、パネルアセンブリストリンガー２０の硬化中に、残留応力を大幅に低減することができ、パネルアセンブリストリンガー２０のロッドと被覆との接合部分２３で、界面のひび割れを低減又は解消することができる。前述のように、積層複合ロッド１６は、積層複合ロッド１６を製造するために積み上げられる積層複合パネル６（図２及び３）の数、順序及び方向を変えることにより、特定の構造応用に対して、強度特性及び剛性特性を調整できるように設計することができる。
【００２０】
次に、図８を参照して、積層複合ロッド製造方法の例示的な一実施形態の流れ図８００を示す。ブロック８０２では、複合層を配置して、積層複合パネルを形成することができる。各層は、例えば、限定するものではないが、グラファイトテープ又はエポキシテープ又は他のプリプレグ材料にすることができる。積層複合パネルの剛性及びその他の特性は、積層複合パネルを形成するために配置される層の数、及び角度を変えることによって制御することができる。
【００２１】
ブロック８０４では、真空バギングを使用して、積層複合パネルをオートクレーブ内で密閉することができる。ブロック８０６では、積層複合パネルを硬化させることができる。ブロック８０８では、積層複合パネルを積層複合ロッドの全体的構造に切り出す荒切削プロセスを、積層複合パネルに施すことができる。この荒切削プロセスは、ウォータージェットプロセス又は他の切削プロセスを使用して実施することができる。ブロック８１０では、積層複合パネルを機械加工して、積層複合ロッドを形成することができる。ブロック８１２では、積層複合ロッドに、表面摩耗処理、及び／又は他の表面処理技術を施すことができる。
【００２２】
ブロック８１４では、積層複合ロッドを、パネルアセンブリストリンガーに挿入することができる。ブロック８１６では、パネルアセンブリストリンガーの繊維パネルフランジを、外板パネルアセンブリに縫合するか、又は取り付けることができる。ブロック８１８では、パネルアセンブリストリンガーを、真空バギングで密閉することができる。ブロック８２０では、パネルアセンブリストリンガーのパネル繊維に、樹脂を注入することができる。ブロック８２２では、パネルアセンブリストリンガーを硬化させることができる。
【００２３】
次に図９及び１０を参照して、本開示の実施形態を、図９に示す航空機の製造及び点検方法７８、ならびに図１０に示す航空機９４との関連で、使用する。製造前には、代表的な方法７８に、航空機９４の仕様と設計８０、及び資材調達８２が含まれうる。製造中には、コンポーネントとサブアセンブリの製造８４、及び航空機９４のシステム統合８６が行われる。その後、航空機９４は、認証と納入８８が行われて、運用９０に入る。顧客による運用中には、航空機９４は、日常的な保守と点検９２（改良、再構成、改修などが含まれることもある）が予定される。
【００２４】
方法７８の各プロセスは、システムインテグレーター、サードパーティー、及び／又はオペレーター（例えば、顧客）によって実施又は実行されることがある。ここでの記述の目的では、システムインテグレーターには、限定するものではないが、任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請け業者が含まれることがある。サードパーティーには、限定するものではないが、任意の数の納入業者、下請け業者、及び供給業者が含まれることがある。また、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍隊、サービス機関などになることがある。
【００２５】
図１０に示したように、代表的な方法７８によって製造された航空機９４には、複数のシステム９６及び内装１００を備えた機体９８が含まれる。高水準のシステム９６の例には、推進システム１０２、電気システム１０４、油圧システム１０６、及び環境システム１０８のうちの１つ又は複数が含まれうる。任意の数の他のシステムが含まれることもある。航空宇宙産業の例を示しているが、本発明の原理は、自動車産業など、他の産業に応用することもできる。
【００２６】
ここで具体的に示した装置は、製造及び点検方法７８の任意の１つ又は複数の段階で、使用されることがある。例えば、製造プロセス８４に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機９４の運用中に製造されたコンポーネント又はサブアセンブリと同様の方法で、製造又は生産されることがある。また、１つ又は複数の装置実施形態は、製造段階８４及び８６、例えば、航空機９４の組み立てを大幅に効率化すること、又は航空機９４の原価を削減することによって利用することができる。同様に、１つ又は複数の装置実施形態は、航空機９４の運用中に、例えば、限定するものではないが、保守と点検９２に利用することができる。
【００２７】
本開示の実施形態は、特定の代表的な実施形態について記載したもので、当業者には他の実施形態が想起されるように、具体的な実施形態は説明のためのものであって、限定を目的としていない。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
積層複合ロッドであって、
概ね円形又は楕円形の断面を有し、かつ互いに様々な方向に配置された複数の積層複合層を含むロッド本体
を備えた積層複合ロッド。
（態様２）
前記積層複合層に引き抜き成形複合層がない、態様１に記載の積層複合ロッド。
（態様３）
前記複数の積層複合層が、グラファイトテープ、エポキシテープ又はプリプレグ材料である、態様１に記載の積層複合ロッド。
（態様４）
効率的なロッド縫合複合構造であって、
縫合複合構造と、
概ね円形又は楕円形の断面を有し、前記縫合複合構造に組み込まれている予備硬化処理済の積層複合ロッドと
を備えた効率的な縫合複合構造。
（態様５）
前記積層複合ロッドに引き抜き成形複合層がない、態様４に記載の効率的なロッド縫合複合構造。
（態様６）
前記積層複合ロッドが、互いに様々な方向に配置された複数の積層複合層を含む、態様５に記載の効率的なロッド縫合複合構造。
（態様７）
前記複数の積層複合層が、グラファイトテープ、エポキシテープ又はプリプレグ材料である、態様６に記載の効率的なロッド縫合複合構造。
（態様８）
前記縫合複合構造が、効率的なパネルアセンブリストリンガー構造を縫合した引き抜き成形ロッドを含む、態様４に記載の効率的なロッド縫合複合構造。
（態様９）
前記ストリンガーが、一対の隣接するストリンガーパネルと、前記ストリンガーパネルを結合し、かつ前記積層複合ロッドの周囲に広がるパネル被覆とを含む、態様８に記載の効率的なロッド縫合複合構造。
（態様１０）
さらに、外板パネルアセンブリと、前記ストリンガーの前記ストリンガーパネルからそれぞれ延びて、外板パネルアセンブリに取り付けられた一対のパネルフランジとを含む、態様９に記載の効率的なロッド縫合複合構造。
（態様１１）
さらに、前記ストリンガーの前記ストリンガーパネルの相互の縫合取付け、及び前記パネルフランジの前記外板パネルへの縫合取付けを含む、態様１０に記載の効率的なロッド縫合複合構造。
（態様１２）
積層複合ロッド製造方法であって、
複数の複合層の提供と、
前記複合層の配置による積層複合層の形成と、
前記積層複合パネルの硬化と、
前記積層複合パネルからの、概ね円形又は楕円形の断面を有する積層複合ロッドの形成と
を含む製造方法。
（態様１３）
前記複数の複合層の提供が、グラファイトテープ、エポキシテープ又はプリプレグ材料の提供からなる、態様１２に記載の方法。
（態様１４）
前記複合層の配置が、前記複合層の互いに様々な方向での配置からなる、態様１２に記載の方法。
（態様１５）
前記積層複合パネルからの積層複合ロッドの形成が、前記積層複合パネルの荒切削及び加工からなる、態様１２に記載の方法。
（態様１６）
前記積層複合ロッドへの表面摩耗処理の適用を更に含む、態様１２の方法。
（態様１７）
さらに、縫合複合構造の提供、及び前記積層複合ロッドの前記縫合複合構造への挿入を含む、態様１６の方法。
（態様１８）
前記縫合複合構造の硬化を更に含む、態様１７に記載の方法。
（態様１９）
前記縫合複合構造の提供、及び前記積層複合ロッドの前記縫合複合構造への挿入が、効率的なパネルアセンブリストリンガー構造を縫合した引き抜き成形ロッドの提供、及び前記積層複合ロッドの前記ストリンガーへの挿入からなる、態様１７に記載の方法。
（態様２０）
外板パネルアセンブリの提供、及び前記ストリンガーの前記外板パネルアセンブリヘの取付けを更に含む、態様１９に記載の方法。
【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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