(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）繊維構造物を水平マンドレルの所定位置に置くステップと、
（ｂ）繊維構造物およびマンドレルの周囲に環状成形エンクロージャを形成するステップと、
（ｃ）成形エンクロージャの第２の軸方向端部を樹脂供給圧力未満の圧力で維持しながら、成形エンクロージャは水平もしくはほぼ水平位置で維持された状態で、第１の軸方向端部から成形エンクロージャに樹脂を供給するステップと
を含む複合材料製円筒状部品の製造方法であって、
第２の軸方向端部が、マンドレルの半径方向端壁とエンクロージャの半径方向端壁との間に半径方向空間を有し、
円筒状部品のフランジを形成する、繊維構造物の半径方向部分が、半径方向空間に配置され、
繊維構造物の半径方向部分が、径方向外側に延びるが、半径方向空間を完全には充填するものではなく、
各々独立して前記供給圧力未満の圧力で維持されたリングセクタの形態の少なくとも２つのベントセクタが、繊維構造物の半径方向部分と、マンドレルの半径方向端壁およびエンクロージャの半径方向端壁との間に設けられることを特徴とする、方法。
【請求項２】
成形エンクロージャには、第１の軸方向端部の周囲にわたって配置された少なくとも２つの注入器によって樹脂が供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の端部の前記ベントセクタが、第１の端部の注入器の延長上にそれぞれ配置される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちの１項に記載の円筒状部品の製造方法を実施するための成型装置にして、成形エンクロージャの一方の端壁にはベントダクトが設けられた成型装置であって、前記ベントダクトは、少なくとも２つの独立したリングセクタで形成されることを特徴とする、成型装置。
【請求項５】
ベントダクトが、環状であり、横方向仕切りによって仕切られた少なくとも２つのリングセクタを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
一方の軸方向端部に少なくとも１つのフランジを有し、前記端部の端壁がフランジを形成する、ターボ機械用ケーシングを製造するための請求項４および請求項５のいずれかに記載の成型装置。
【請求項７】
前記フランジを形成する端壁の上流側の半径方向部分に作られるベントを形成するリングセクタを備える、請求項６に記載の成型装置。
【請求項８】
前記フランジを形成する端壁の下流側の半径方向部分に作られるベントを形成するリングセクタを備える、請求項４〜請求項７のうちの１項に記載の装置。
【請求項９】
フランジを形成する端壁の長手方向部分に作られるベントを形成するリングセクタを備える、請求項４〜請求項８のうちの１項に記載の装置。
【請求項１０】
第１の端部に、少なくとも２つの樹脂注入器を備え、前記リングセクタのそれぞれが注入器の延長上に配置されて、そこで心出しされるベントを形成する、請求項４〜請求項９のうちの１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重合有機樹脂マトリックス内に埋め込まれた繊維強化構造物を備えた複合材料製円筒状（特に、軸対称）部品の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料製部品を製造する１つの方法は、最初に、所望の機械的強度に応じて、１つまたは複数の方向に配された繊維で部品のプリフォームを形成するステップを含む。繊維構造物は、その後、密閉成形エンクロージャ内に埋め込まれ、流体状態で型に加圧注入される合成樹脂を繊維構造物に含浸させる。樹脂は、その後、重合される。この技術は、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）として周知である。型内の繊維への樹脂の導入および間隙ガスの除去は、型の注入面と反対側の面の圧力を減少させることで助長される。
【０００３】
上述の方法を使用して、ジェットエンジン用ファンケーシングなどの円筒状部品を製造することが周知である。ケーシング１は、図１に示されている。ケーシング１は、一端から他端にかけて不均一な厚さであり、特に、ブレードが破損した場合に衝撃エネルギーを吸収するために、ファンブレードが擦掃引される領域に沿って厚みが増す領域を有する円筒状部分１Ｃを有する軸対称形状の単一部品から成る。この円筒状部分は、２つの半径方向外側フランジ２Ｂおよび２Ｄに囲まれている。エンジンのファンナセルの上流側要素および下流側要素は、これらのフランジによってケーシングに取り付けられる。
【０００４】
この部品の製造は、特に、フランジを形成する半径方向フランクで終端する円筒状マンドレルの周囲に適切な繊維構造物を巻き付けることによってプリフォームを形成することを含む。繊維構造物は、例えば、欧州特許第１９６１９２３号明細書に記載されているような厚みが変化する三次元製織によって形成されてもよい。このようにして、管状繊維プリフォームは、ケーシングの場合、フランジに対応する補強部分を有する単一部品を形成する。
【０００５】
その後、型要素がプリフォーム上に配置され、成形エンクロージャ内でプリフォームを囲撓するように覆う。プリフォームは、繊維構造物の膨らみを抑えるために半径方向に圧縮された状態で配置されてもよい。成形エンクロージャは、円筒状部分の軸方向一端の一方のフランジには、円筒の軸を中心として成形エンクロージャの縁部に沿って配置された１つまたは複数の樹脂注入口を有する樹脂供給手段を備える。これらの注入器に、分配ダクトが接続されてもよい。さらに他端のフランジには、プリフォームの延長上に、真空源と連通を確立させるベント口を有する環状キャビティが形成される。
【０００６】
プリフォームを形成して型を閉じた後に、確実に成形エンクロージャにバランスよく充填し、さらに成形エンクロージャの全周にわたって樹脂を上昇させるために、型を下部にある樹脂注入手段および上部にある環状ベントダクトと共に垂直に配置するのが一般的である。この形で、樹脂はプリフォームに沿って成形エンクロージャ内に浸透して、プリフォームの下部に位置するフランジを形成し、その後、樹脂最前面は、ベントダクトと連通している上部フランジに達するまで徐々に均一に上昇していく。
【０００７】
このような樹脂の注入方法では、成形エンクロージャの充填の速度と均一性の点において非常に優れた結果が得られる。
【０００８】
しかし、次のような問題が生じる。繊維構造物を内側マンドレルに巻き付けて管状プリフォームを所定位置に置くステップと型を組み立てるステップは、部品が水平位置にある場合に行われるステップであると同時に、中出力および高出力のジェットエンジンのファンケーシングは大型であり、例えば、直径が少なくとも２メートルにもなる。その結果、重量が５〜２５トンになり得る型の取り扱いは、作業者に対するＨＳＥ（健康、安全、および環境）におけるリスクを伴う非常に難しい作業となり、さらに、高価なツーリングを導入する必要もある。
【０００９】
したがって、１つの解決策は、型充填段階では型を水平に維持することである。実施された試験では、図２に示されるように、残念ながら、樹脂の分布は不満足な結果となった。型４は、成形エンクロージャを備え、その内部で繊維プリフォームが圧縮された状態で維持される。型は、２つの同軸の円筒状壁の間に中央環状部４０を備える。半径方向フランジを成すように形成された成形エンクロージャの第１の端部４１は、注入器４１ａ、４１ｂ等の形の樹脂供給手段を備え、これらの樹脂供給手段は、第１の端部４１の周囲にわたって配置される。第１の端部の反対側の第２の端部４２も同様に、半径方向フランジを成すように形成される。環状ベントダクト４２ｅは、第２の端部に沿って開口している。注入手段４１ａ、４１ｂ等は、加圧下で流動性樹脂の供給源と連通しており（図示せず）、ベントダクト４２ｅは、真空源と連通している。この図面内の３つの略図は、成形エンクロージャの充填時に、成形エンクロージャ内に含まれるプリフォームへの含浸挙動の３つの段階を示している。樹脂Ｒは、斜線領域で示されている。流体Ｒは、供給端部４１では全体に分布しているが、重力のために、成形エンクロージャ４０内の繊維プリフォームの下部は上部より前に完全に含浸されている。さらに進むと、真ん中の図に示されているように、流体Ｒは、反対側端部４２のベントダクト４２ｅに沿って上昇する。試験は、右側の図に示されるように、ベントダクト４２ｅに近いプリフォーム上部の少なくとも１つの領域Ｐ’が含浸不良または限定的な含浸となったことを示している。実際に、型が水平位置にある時に、型の上部では樹脂最前面がベントダクト４２ｅに達するのは難しい。上部にある樹脂最前面がベントダクトに達するまでに、ベントダクトが下部から樹脂で満たされてしまうためである。含浸不良により、当該領域が弱い機械的性質および許容できないレベルの機械的性質を有することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第１９６１９２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本願の目的は、型を９０°垂直になるように回転させずに水平位置で維持すると同時に、型の充填を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上述の目的は、
繊維構造物を水平マンドレルの所定位置に置くステップと、
繊維構造物およびマンドレルの周囲に環状成形エンクロージャを形成するステップと、
成形エンクロージャの第２の軸方向端部を樹脂供給圧力未満の圧力で維持しながら、成形エンクロージャは水平もしくはほぼ水平位置で維持された状態で、第１の軸方向端部から成形エンクロージャに樹脂を供給するステップと
を含む複合材料製円筒状部品の製造方法であって、
第２の軸方向端部は、各々独立して前記供給圧力未満の圧力で維持されたリングセクタの形態の少なくとも２つのベントセクタを備えることを特徴とする方法によって達成される。
【００１３】
ベントダクトをセクタに分割することによって、それぞれのベントセクタに沿った領域の成形エンクロージャの充填を独立して制御することができる。この充填制御により、型が垂直位置の場合に見られる繊維プリフォームにおける流体の均一分布を再現することも可能である。
【００１４】
有利には、充填時の流体の分布は、第１の軸方向端部の周囲にわたって配置された少なくとも２つの注入器によって成形エンクロージャに樹脂を供給することでより十分に制御される。この場合、好ましくは、第２の端部の前記ベントセクタは、第１の端部の注入器の延長上にそれぞれ配置される。特に、ベントセクタを注入点の反対側で心出しすることで、樹脂がより均一にプリフォームを通って吸い込まれることを確実にする。
【００１５】
本発明はさらに、円筒状部品の製造方法を実施するための成型装置であり、成形エンクロージャの一方の端壁には少なくとも１つのベントダクトが設けられた成型装置であって、前記ベントダクトは少なくとも２つの別個のリングセクタで形成されることを特徴とする成型装置に関する。特に、ベントダクトは環状であり、横方向仕切りによって仕切られた少なくとも２つのリングセクタを備える。
【００１６】
この実施形態は、特に、実施が容易であり、成型設備の大幅な変更は必要でない。
【００１７】
本発明は、特に、ターボ機械用ケーシングなどの円筒状部品であって、一方の軸方向端部に少なくとも１つのフランジを有し、前記端部の端壁がフランジを形成する円筒状部品の製造に関する。
【００１８】
本願においては、ベントを形成するリングセクタは、前記フランジを形成する端壁の上流側である半径方向部分か、前記フランジを形成する端壁の下流側である半径方向部分のいずれかに、またはフランジを形成する端壁の長手方向部分に形成される。ベントはさらに、これらのリングセクタを組み合わせることで形成されてもよい。
【００１９】
１つの好適な実施形態では、成型装置は、第１の端部に、少なくとも２つの樹脂注入器を備え、ベントを形成する前記リングセクタのそれぞれは注入器の延長上に配置されて、そこで心出しされる。
【００２０】
本発明の単なる一例であり非限定的な実施形態に関して添付図面を参照しながら後述する以下の説明を読めば、本発明はより良く理解され、本発明の他の目的、詳細、特徴、および利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ジェットエンジンのファンケーシングの一例の斜視図である。
【図２】本発明の方法を使用せずに、水平配置された円筒状部品を成型するための成形エンクロージャの充填の経過を３段階で概略的に示した図である。
【図３】本発明のベントダクト配置を有する成型装置の第２の端部の一実施形態の図４のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った軸方向断面図である。
【図４】成型装置の第２の端部の図３のＩＶ−ＩＶに沿った横断面図である。
【図５】成形エンクロージャの充填およびプリフォームの含浸時の樹脂最前面の進行状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の成型装置１４０の部分図である図３および図４を参照すると、プリフォームＰは、内側円筒状壁１４０ｉｎｔと外側円筒状壁１４０ｅｘｔとの内側で圧縮された状態で示されている。プリフォームは、内側壁１４０ｉｎｔを形成するマンドレルに予め所定位置に置かれる繊維構造物である。
【００２３】
繊維構造物は、例えば、糸またはケーブルを巻き付けることで形成される一方向（１Ｄ）タイプ、例えば、繊維層を巻き付けることで形成される２次元（２Ｄ）タイプ、例えば、３Ｄの製織、ブレーディング、もしくはニッティングによって、または繊維層を重ね合わせて互いに接続することによって形成される３次元（３Ｄ）タイプとすることができる。
【００２４】
三次元タイプの繊維構造物の場合、繊維層は層間に伸びる要素によって互いに機械的に接続される。この機械的接続は、層の面から繊維を出して針で接合することによって、糸もしくは剛性要素（針もしくはロッド）を層に通過させることによって、または縫い合わせることによって実現可能である。繊維構造物の一例は、欧州特許第１９６１９２３号明細書に記載されている。
【００２５】
この図３では、ベントダクトの側の第２の端部１４２は、型要素の半径方向端壁１４０’ｉｎｔと１４０’ｅｘｔとの間に半径方向空間を備える。この空間には、プリフォームＰのフランジを形成する半径方向部分Ｐｂが収容される。プリフォームはこの半径方向空間を完全には充填しない。プリフォームＰｂとツーリングの壁との間に成形エンクロージャ内の圧力を減少させるためのベントダクトが形成される。ベントダクトは、本発明によれば、複数のベントセクタに分割され、この場合は、一例として、半径方向仕切り１４３によって仕切られた６つのセクタ１４２ｅ１〜ｅ６に分割される。仕切りは、さまざまな方法で製造されてもよい。
【００２６】
一実施形態によれば、フランジを形成する端壁の長手方向部分１４０’’ｅｘｔ内に端部領域１４２の周囲にわたって、ツーリングに複数の弓形溝が機械加工される。
【００２７】
別の実施形態によれば、連続環状溝がツーリングに機械加工され、仕切りを形成する仕切り手段、例えば、ブロックもしくは発泡体が溝内に導入される。
【００２８】
これらのベントセクタは、図４に示されている。このようにして、ベントセクタは互いに分離され、それぞれ別々に、型の他端部の樹脂供給源よりも低い圧力状態である１つまたは複数の吸引ポンプの入口と連通する。この他端部（図示せず）には、型の周囲に複数の樹脂注入器（図示せず）が配置される。
【００２９】
さらに、リングセクタの形態のベントセクタは、フランジを形成するツーリングの壁の上流側半径方向部分１４０’ｅｘｔに形成されてもよいし、前記壁の下流側半径方向部分１４０’ｉｎｔに形成されてもよい。
【００３０】
さらに、ベントセクタを１つの壁内に形成するのではなく、一方の側から他方の側に交互に形成することも可能である。
【００３１】
樹脂の注入は、ベントセクタの数と同じ数の多数の注入器によって行われるのが好ましい。さらに、それぞれのベントセクタは、注入点の延長上に配置され、樹脂ができる限り均一にプリフォームを通って吸い込まれるように、注入点の反対側で心出しされる。
【００３２】
装置は、以下のようにして充填される。プリフォームが所定位置に置かれると、成形エンクロージャが閉じられ、必要に応じて、型の外側要素を内側要素の半径方向に近付けることによってプリフォームは圧縮され、同時に第１の端部に配置された注入点群を介して樹脂が加圧導入される。同時に、種々のベントセクタは減圧状態で維持される。セクタそれぞれを減圧状態にすることで、他のセクタとは独立して、樹脂進行最前面への重力の影響を補償することができる。
【００３３】
図５は、時間に対して、第１の注入端部とベントセクタを有する第２の端部との間で繊維構造物に沿って進む樹脂最前面の進行状態の一例を示した図である。充填に相当する５４２秒間の間で、注入の開始と充填の終わりとの間の１０点の瞬間ｔ１〜ｔ１０における最前面の形状がシミュレーションによって決定された。樹脂最前面は均一に進行しツーリングの軸にほぼ垂直のままであることがわかる。
【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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