(57)【要約】【課題】【解決手段】成形コア材（４）の外形形状を規定するらせん構造体を備えて成形コア材（４）を成形するステップと、成形された前記成形コア材（４）の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品（３）を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品（１）における少なくとも１つの前記成形部（１４）を形成するステップと、少なくとも１つの前記成形部（１４）を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品（１）を製造するステップと、を備えることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品（１）の製造方法、これに対応する成形コア材（４）、及びこれに対応する複合繊維部品（１）。【選択図】図３
2009542492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形コア材（４）の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材（４）を成形するステップであって、前記成形コア材（４）を成形する際に、前記成形コア材（４）に適合した外形形状をなす中空形状体（１５、１６）を形成し、前記中空形状体（１５、１６）の壁部には、前記中空形状体（１５、１６）の周面にらせん状に延設されたスリット（１７）が形成され、前記スリット付中空形状体（１５、１６）には位置固定が施され、前記周面にらせん状に延設された前記スリット（１７）は、前記中空形状体（１５、１６）の壁部の周面に割り付けられた少なくとも３つの位置を除き、前記中空形状体（１５、１６）の壁部を貫通するように形成されるステップと、
成形された前記成形コア材（４）の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品（３）を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品（１）における少なくとも１つの前記成形部（１４）を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部（１４）を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品（１）を製造するステップと、
を備えることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品（１）の製造方法。
【請求項２】
前記スリット付中空形状体（１５、１６）は、例えば含浸槽内で、例えばラッカーコーティングが施されることにより位置固定されていることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
成形コア材（４）の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材（４）を成形するステップであって、前記成形コア材（４）を成形する際に、前記成形コア材（４）に適合した外形形状をなす中空形状体（１５、１６）を形成し、前記中空形状体（１５，１６）の壁部には、前記中空形状体（１５、１６）の周面にらせん状に延設されたスリット（１７）が形成され、前記スリット付中空形状体（１５、１６）には位置固定が施され、前記周面にらせん状に延設された前記スリット（１７）は、前記中空形状体（１５、１６）の壁部の全周で貫通して形成され、位置固定のために前記スリット付中空形状体（１５、１６）にコーティング、即ち例えば含浸槽内での、例えばラッカーコーティングを施すステップと、
成形された前記成形コア材（４）の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品（３）を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品（１）における少なくとも１つの前記成形部（１４）を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部（１４）を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品（１）を製造するステップと、
を備えることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品（１）の製造方法。
【請求項４】
成形コア材（４）の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材（４）を成形するステップであって、前記成形コア材（４）を成形する際に、前記成形コア材（４）に適合した外形形状をなす中空形状体（１５、１６）を、らせん状に巻き付けたワイヤから形成し、前記成形コア材（４）に、外面のうねりを滑らかにするとともに前記ワイヤの位置固定のための外面コーティングを施すステップと、
成形された前記成形コア材（４）の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品（３）を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品（１）における少なくとも１つの前記成形部（１４）を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部（１４）を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品（１）を製造するステップと、
を備えることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品（１）の製造方法。
【請求項５】
前記ワイヤはスチールワイヤであることを特徴とする請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記成形コア材（４）の前記外面コーティングは、充填剤により混合された脆性プラスチック、充填剤入りエポキシ樹脂、または軽量なナイフィングフィラーと同等の素材であることを特徴とする請求項４または５記載の製造方法。
【請求項７】
ワイヤを巻き付けて成形コア材（４）を成形するステップにおいて、スプリングバックを回避するべくワイヤの熱処理を行うことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記成形コア材（４）を成形するステップにおいて、成形しようとする前記成形コア材（４）の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材（１３）が配設されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
成形コア材（４）の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材（４）を成形するステップであって、前記成形コア材（４）を成形する際に、前記成形コア材（４）に適合した外形形状をなす中空形状体（１５、１６）を形成し、前記中空形状体（１５、１６）の壁部には、前記中空形状体（１５、１６）の周面にらせん状に延設されたスリット（１７）が形成され、前記スリット付中空形状体（１５、１６）に位置固定を施すステップと、
成形された前記成形コア材（４）の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品（３）を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品（１）における少なくとも１つの前記成形部（１４）を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部（１４）を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品（１）を製造するステップと、からなる製造方法であって、
前記成形コア材（４）を成形するステップにおいて、成形しようとする前記成形コア材（４）の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材（１３）が配設されることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品（１）の製造方法。
【請求項１０】
前記中空形状体（１５、１６）の壁部に形成されたスリット（１７）は、前記中空形状体（１５、１６）の周面に割り付けられた少なくとも３つの位置を除いて、前記中空形状体（１５、１６）の壁部を貫通しながららせん状に延設され、前記スリット（１７）に対し位置固定が施されることを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１１】
前記中空形状体（１５、１６）の壁部に形成され、その周囲にらせん状に延設されるスリット（１７）は、前記中空形状体（１５、１６）の壁部の全周にわたって貫通し、位置固定のために前記スリット付中空形状体（１５、１６）にはコーティング、即ち例えば含浸槽内での、例えばラッカーコーティングを施すことを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１２】
前記スリット付中空形状体（１５、１６）は、例えば含浸槽内で、例えばラッカーコーティングが施されることにより位置固定されていることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記成形コア材（４）にはコアスリーブ（９）、即ちコア素材（４）を全体的に覆う可撓性チューブを用いて形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
前記半完成繊維製品（３）及び／またはマトリックスが前記コアスリーブ（９）に接着するのを抑制するための分離層が前記コアスリーブ（９）に設けられることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１５】
少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品（３）を載置するステップにおいて、前記成形コア材（４）は半完成繊維製品（３）からなるベース材（２）上に配置さることにより、及び／または半完成繊維製品（３）によって少なくとも部分的に囲まれることにより、前記複合繊維部品（１）における少なくとも１つの前記成形部（１４）を形成し、
成形コア材（４）の内部には固定可能な内圧が与えられ、成形コア材（４）のコアスリーブ（９）の両端部は成形部（１４）の外側に配置されることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１６】
前記成形コア材（４）を有した少なくとも１つの前記半完成繊維製品（３）にマトリックスが導入された後、前記マトリックスはその後に加圧及び／または加熱のもとで、少なくとも部分的に硬化されることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１７】
前記複合繊維部品（１）を製造する方法は、手作業による積層、プリプレグ製法、トランスファ製法、及び／または減圧注入製法であることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１８】
製造しようとする前記複合繊維部品（１）を加熱及び／または加圧した後、らせん構造体の一端または両端を引き出すとともに、任意で巻き取られることにより前記成形コア材（４）の除去が行われることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１９】
複合繊維部品（１）、特に航空宇宙のベース材（２）上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材（４）であって、
前記成形コア材（４）は、前記成形コア材（４）の外形形状を規定する中空形状体（１５、１６）であり、前記中空形状体（１５、１６）の壁部にはその周囲にらせん状にスリット（１７）が延設され、
前記スリット付中空形状体（１５、１６）は位置固定が施され、
前記成形コア材（４）の周囲にらせん状に延設された前記スリット（１７）は、前記中空形状体（１５、１６）の周囲に割り付けられた少なくとも３つの位置を除き、前記中空形状体（１５、１６）の壁部を貫通していることを特徴とする成形コア材（４）。
【請求項２０】
前記位置固定を形成するため、前記スリット付中空形状体（１５、１６）にはコーティング、即ち例えばラッカーコーティングが施されていることを特徴とする請求項１９記載の成形コア材（４）。
【請求項２１】
複合繊維部品（１）、特に航空宇宙のベース材（２）上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材（４）であって、
前記成形コア材（４）は、前記成形コア材（４）の外形形状を規定する中空形状体（１５、１６）であり、前記中空形状体（１５、１６）の壁部にはその周囲にらせん状にスリット（１７）が延設され、前記スリット（１７）は、前記中空形状体（１５、１６）の壁部の全周にわたって貫通しており、位置固定を形成するため、前記スリット付中空形状体（１５、１６）はコーティング、即ち例えばラッカーコーティングが施されていることを特徴とする成形コア材（４）。
【請求項２２】
複合繊維部品（１）、特に航空宇宙のベース材（２）上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材（４）であって、
前記成形コア材（４）は、前記成形コア材（４）の外形形状を規定する中空形状体（１５、１６）であり、前記中空形状体（１５、１６）の壁部にはその周囲にらせん状にスリット（１７）が延設され、
前記スリット付中空形状体（１５、１６）には位置固定が施され、
前記成形コア材（４）の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材（１３）が配設されていることを特徴とする成形コア材（４）。
【請求項２３】
前記補強材（１３）は金属及び／またはプラスチックからなる角形状部材として形成されていることを前記特徴とする請求項２４記載の成形コア材（４）。
【請求項２４】
前記中空形状体（１５）はプラスチックの薄壁を有することを特徴とする請求項１９から２３のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【請求項２５】
前記成形コア材（４）は、例えばエラストマからなる厚壁のらせん形状をなした中空形状体（１６）であることを特徴とする請求項１９から２４のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【請求項２６】
複合繊維部品（１）、特に航空宇宙のベース材（２）上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材（４）であって、
前記成形コア材（４）は、前記成形コア材（４）に適合した外形形状を有した中空形状体（１５、１６）の形状にらせん状に巻かれたワイヤであって、前記成形コア材（４）には、外面コーティングが施されており、
前記成形コア材（４）の外面コーティングは、充填剤と混合された脆性プラスチック、充填剤入りエポキシ樹脂、または軽量なナイフィングフィラーと同等の素材であり、外面のうねりを滑らかにするとともに前記ワイヤの位置固定するために行われることを特徴とする成形コア材（４）。
【請求項２７】
前記ワイヤは矩形断面を有することを特徴とする請求項２６記載の成形コア材（４）。
【請求項２８】
前記成形コア材（４）の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材（１３）が配設されていることを特徴とする請求項２６または２７記載の成形コア材（４）。
【請求項２９】
前記補強材（１３）は、金属及び／またはプラスチックの角形状部材として形成されていることを特徴とする請求項２８記載の成形コア材（４）。
【請求項３０】
前記成形コア材（４）は、該成形コア材を封入するコアスリーブ（９）、即ち例えば可撓性チューブ、を備えていることを特徴とする請求項１９から２９のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【請求項３１】
前記コアスリーブ（９）は成形コア材（４）の外側面を形成する、例えばさらなるスリーブの形で分離層を有していることを特徴とする請求項３０記載の成形コア材（４）。
【請求項３２】
前記コアスリーブ（９）はプラスチック、特にポリアミド及び／またはＰＴＦＥプラスチックからなることを特徴とする請求項３０または３１記載の成形コア材（４）。
【請求項３３】
前記成形コア（４）は、Ω型、台形状、三角形状、環状、及び／または波状のように成形されていることを特徴とする請求項１９から３２のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に航空宇宙分野において、複合繊維部品を製造するための方法、当該複合繊維部品を製造するための成形コア材、並びに、当該成形コア材及び／または当該製造方法を用いて製造される少なくとも１つのストリンガを有した複合繊維部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は様々な複合繊維材製品に適用可能であるが、本発明及び本発明の起点となる問題点について、例えば航空機の外殻材等に用いられる、ストリンガにより補強された平面状の炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＰ）に基づき、以下に詳しく説明する。
できるだけ少ない重量増加で航空機における高い負荷に耐えることができるように、ＣＲＰストリンガによって補強されたＣＲＰ外殻材が一般に知られている。この場合、ストリンガとしては、基本的にＴ型及びΩ型ストリンガの２つの種類に分けられる。
【０００３】
Ｔ型ストリンガの断面は、ベース部とステム部とから構成されている。当該ベース部には、外殻材との接続面が形成されている。そして、Ｔ型ストリンガによって補強された外殻材は航空機構造において広く使用されている。
Ω型ストリンガは、略ハット形状をなしており、両端部が外殻材と接続されている。Ω型ストリンガは、硬化した状態にあるときに同様にして硬化した外殻材に接着結合されるか、またはウェットインウェット製法を用いて、外殻材と同時に硬化させることもできる。なお、加工の技術的観点から言えば後者の方が望ましい。しかしながら、Ω型ストリンガで補強された外殻材をウェットインウェット製法で製造する際には、製造工程中に形状が不安定となる未完成状態の繊維製品を所望のΩ形状に固定して支持するため、支持コア材または成形コア材が必要となる。Ω型ストリンガを備えた外殻材は、半完成繊維製品に、例えばエポキシ樹脂のようなマトリックスを導入するための注入工程における浸透性が優れている点で、Ｔ型ストリンガよりも有用である。また、注入工程は、低価格な半完成繊維製品の使用が可能であるため、例えばプリプレグ製法のような他の公知の複合繊維材部品の製造方法よりも費用がかからない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ω型ストリンガの製法においては、現時点で支持コア材または成形コア材に使用される素材が高価であり、またΩ型ストリンガの成形後に当該素材を除去しにくいために、ストリンガに残留する素材によって航空機の重量増加を招くという問題がある。
このような背景から、本発明は、特に航空宇宙分野において、低コストで軽量な複合繊維材製品を提供するという目的に基づいてなされた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記目的は請求項１の特徴を有する方法、請求項１４の特徴を有する成形コア材、及び／または請求項２９の特徴を有する複合繊維部品によって達成される。
つまり、特に航空宇宙のための複合繊維部品を製造するための方法は、成形コア材の外形形状を規定するらせん構造体を備えて成形コア材を成形するステップと、成形された前記成形コア材の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品における少なくとも１つの前記成形部を形成するステップと、少なくとも１つの前記成形部を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品を製造するステップとからなる。
【０００６】
また、特に航空宇宙用のベース材上のストリンガである複合繊維部品を製造するためのらせん構造体の成形コア材が提供される。
また、本発明に係る成形コア材、及び／または本発明に係る方法を用いて製造される少なくとも１つのストリンガを有した航空宇宙用の複合繊維部品が提供される。
したがって、本発明は、最初に述べた従来の手法に比べ、低コストな成形コア材を用いて複合繊維部品を製造できるという効果を奏する。従来のような高価なコア素材に代わり、良好かつ容易に成形部から除去できるらせん構造体の成形コア材が使用され、その容易な除去により部品内に残留していた従来の素材に比べ重量面で有効な効果を奏する。
【０００７】
本発明に係る有用な変更及び改善は従属する請求項から明らかになる。
好ましい改良としては、成形コア材を成形する際に、成形コア材の外形形状をなす中空形状体が、その周囲を囲むようにらせん状に延びるスリットを有して設けられ、当該スリットは、当該中空形状体の壁部の全周、または中空形状体の壁部の周面に割り付けられて配置された少なくとも３つの位置を除く中空形状体の壁部に貫通して形成される。部分的に貫通していない箇所は、成形コア材を成形部から除去する際の所定の破断点として機能するとともに、中空形状体を安定させるのに役立つ。中空形状体の全周にスリットが形成されている場合には、その後、例えば含浸槽内でのラッカーコーティングにより位置固定が施される。これは、スリットのない中空形状体の場合において行われても構わない。そのような中空形状体は成形ツールでプラスチックから容易に製造可能である。周囲にスリットを設けることにより、中空形状体の一端を把持して成形部から引き出せば成形部から当該中空形状体を容易に除去することができ、成形部にはコア材が残らないという効果を奏する。引き出される際、引張り力によって中空形状体は所定の破断点にて破断し、コアスリーブからはがれる。
【０００８】
別の具体例において、成形コア材は、ワイヤ、好ましくはスチールワイヤを成形コア材の形状となるようにらせん状に巻いて形成される。形状を維持してスプリングバックを防ぐため、ワイヤに熱処理を行ってもよい。これにより、成形コア部から除去するときに、成形コア材のワイヤを巻き取り、再利用またはリサイクルできるという効果を奏する。
この場合、らせん状成形コア材は、金属ワイヤのうねりを滑らかにするため、例えば充填剤と混合された脆性プラスチック、充填剤入りエポキシ樹脂、または軽量なナイフィングフィラー（knifing filler）のような素材による外面コーティングを施してもよい。これにより、表面が滑らかとなり、成形部から除去する上で良好な特性を得られる。このために、成形コア材を完全に覆うコアスリーブ、例えば可撓性チューブを付加的に使用しても構わない。これにより、除去の際に、成形部に損傷を与えずに成形部から良好かつ容易に成形コア材を除去できるという特性を同様に得られる。
【０００９】
本発明の好ましい形態によれば、形成しようとする成形コア材の外形形状のうち、鋭角な縁部が形成される変曲部の領域のコアスリーブの内側に補強材が配設される。この補強材、即ち角形状部材は、縁部の強度を増加し、製造を単純化でき、構成部材の品質を改善することができる。
硬化した半完成繊維製品の接着を抑制する分離層をコアスリーブに設けるのが好ましい。これにより、成形コア材を引き出した後のコアスリーブの取り外しが容易になる。
【００１０】
半完成繊維製品は、織られたまたは積層された織物及び繊維マットを意味している。この半完成繊維製品には、例えばエポキシ樹脂等のマトリックスが供給され、次いで例えばオートクレーブを用いて硬化される。
本発明の好ましい展開によれば、前記成形コア材は半完成繊維製品からなるベース部材上に配置されていることにより、及び／または、半完成繊維製品によって少なくとも部分的に囲まれることにより、複合繊維部品の少なくとも１つの部分を形成する。これにより、Ω型ストリンガを有した、例えば外殻材や、圧力ドーム等のベース部材を効率的に形成することができる。これに代えて、または、これに追加して、成形コア材によって全体的な形状が規定されるような別々の複合繊維部品を製造することもできる。
【００１１】
中空形状体に緩和した内圧を加えることにより、壁を薄くした中空形状体を用いることができる。この内圧は、オーブンの圧力またはオートクレーブの圧力で硬化時の加工圧力、即ち大気圧に相当していると都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る方法により製造中の複合繊維部品の第１実施例を示す概略斜視図である。
【図２】図１の複合繊維部品に用いられる成形コア材の前提となる断面を示す概略断面図である。
【図３】図１の複合繊維部品に用いられる、本発明の第１実施例に係る成形コア材を示す概略斜視図である。
【図４】図１の複合繊維部品に用いられる、本発明の第２実施例に係る成形コア材を示す概略断面図である。
【図５】成形コア除去後の図１の複合繊維部品の完成品を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
概略の図面に示された具体的な実施形態に基づき、本発明を以下に詳細に説明する。
各図面において、特に明記していない限り、同一の要素或いは機能的に同一である要素については同じ参照符号を付してある。
図１は、本発明に係る製造方法を用いて製造中の複合繊維部品１の最初の実施例を示す概略斜視図である。
【００１４】
本実施形態では、成形コア材４が２つ設けられているが、数は２つに限られるものではない。成形方法については後述する当該２つの成形コア材４は、ベース部材２上に載置された底面５を有する略台形状の断面を備えている。
次に、当該成形コア材４の上には半完成繊維製品３が配設される。つまり、当該半完成繊維製品３は中央部分が成形コア材４の外面上にあり、両端部がベース部材２の上にある。なお、当該ベース部材２は、例えば航空機の外殻材等である。最終的に、複合繊維部品１の２つの成形部１４が形成される。
【００１５】
複合繊維部品の製造には様々な方法が用いられる。ここでは、マトリックス、例えばエポキシ樹脂を半完成繊維製品３１、３３ａ、３３ｂ内へ導入するため、注入製法として知られているものが選択されるのが好ましい。ただし、プリプレグ成形も、ここで同様に用いることができる。
次の工程では、使用される製法に応じ、加熱及び／または加圧下で、オーブンまたはオートクレーブ内において、成形コア材４及び半完成繊維製品３とともに、ベース材２を硬化させることにより、複合繊維部品１の完成品が製造される。ここでは、コア素材が加工温度及び加圧圧力に確実に耐えることが重要である。
【００１６】
まず、成形コア材４の製造について図２及び４に基づき説明する。
図２は、図１で示す複合繊維部品１に用いられる本発明に係る成形コア材の前提となる断面を示す概略図である。
構造については後に詳しく説明する成形コア材４は、成形ツール８内に導入されて形成される断面６を有し、当該ツール内において、例えば加熱及び加圧のもと、略台形形状である所望の形状に成形される。この例において、コア素材７は、コアスリーブ９で囲まれており、コアスリーブ９は成形コア材４を完全に取り囲むとともに、熱や圧力について、その製造やその後の加工、処理に用いられる方法に適合したものとなっている。コアスリーブ９は、例えば、ポリアミド及び／またはＰＴＦＥのプラスチックから製造される。そして、当該コアスリーブ９の内側面１１は成形コア材４の表面と直に接して設けられており、この例ではコアスリーブ９の外側面１０に分離層（図示せず）がコーティングされている。なお、この分離層は付加的なスリーブからなっていても構わない。分離層は、成形コア材４を分離させる際、成形コア材４を成形部１４から容易に外す上で有用である。
【００１７】
縁の鋭い角部領域を形成するため、別に製造され、成形コア材４に導入された２つの補強材１３がこの例では設けられている。これらはコアスリーブ９の外側に配設してもよい。
図３及び４に示されているように、成形コア材４は、らせん状に延設されたスリット１７を周囲に有する第１の中空形状体１５または第２の中空形状体１６から構成されている。
【００１８】
当該スリット付中空形状体１５、１６の十分な安定性を得るため、周面には貫通していない部分が少なくとも３つの位置に形成されており、除去の際、中空形状体１５、１６が引き出されるときには、所定の破断点として裂けるようになっている。これらの所定の破断点は、例えば周面に割り付けられた少なくとも３箇所で壁の厚みを増した部分が内方に向けて設けられるように形成してもよい。厚みを増した部分を除く壁の部分には、一定の深さのスリットがあるので、壁の厚みを増した箇所では固定的な接続が維持される。
【００１９】
これに代えて、中空形状体１５、１６は全周が切り込まれていても構わない。ただし、その場合には、例えば、含浸槽内で行われるラッカーコーティング等による位置固定が必要である。いずれにしても、中空形状体１５、１６は十分に強靱で引き裂きにくいプラスチックから構成されている。これにより、成形部４から除去する際に、完全な除去が可能になるという効果を奏する。
【００２０】
第１実施例では、図３に示されている中空形状体１５が、プラスチックの薄壁形状体で構成されている。成形部１４の製造では、安定化のため適切な接続部材（図示せず）を用いコア開口部７を通して中空形状体１５の内部空間に内圧（外気圧；硬化工程に応じて、オートクレーブ内の圧力または大気圧）を印加することが可能である。それにより、内部空間と、外部に形成された負圧との間の圧力差が０に等しくなり、そのため中空形状体がもはや変形することはない。したがって、その状態では成形のみが行われる。これにより、中空形状体１５が薄壁であるという特質により、材料費を抑えるという効果を得ることができる。成形コア材４は、内圧を加えるため、成形部１４から両端部が突出するような形で成形部１４（図１）に配設されている。
【００２１】
これに代わる変形例では、中空形状体１５は巻線、好ましくはスチールワイヤから構成されている。この素材のスプリングバックを防ぐため、中空形状体１５の製造中及び／または製造後に、らせん状ワイヤは適切な熱処理、例えば熱成形及びその後の硬化の温度範囲で、軟化なましまたは軟化処理が行われる。同時に、鋭い内側径がこの方法で形成可能である。例えば１．５ｍｍの太さのワイヤを使用した場合、外側径は、必然的に少なくとも０．８ｍｍとなり、輪郭の平坦化及び／または角部形状に応じて鋭くすることが可能である。
【００２２】
図３では、そのような角部形状をなす補強材１３、例えば金属またはプラスチックのストリップ材が、下方両角部に用いられる。このようにして、別のツールで製造された補強材１３を設けることにより、成形コア材４は特に良好に形成された角部領域を設けることができる。図３の角部形状部材の断面は非常に拡大されて示されている。これらは、コアスリーブ９（図３には図示しない）の外側に設けてもよいし、または逆の内側に設けてもよい（図３に示すものと違い、全体断面においてスリーブが架けわたされるような凹部領域を有していない場合）。
【００２３】
スリット１７または巻線もしくは巻線のうねりの間の空所は、コーティングにより平滑化される。このコーティングは、成形部１４に巻線が食い込むのを防止している。
同時に、このコーティングは、中空形状体即ちらせん状のワイヤがねじれたりほどけたりしないよう固定する。当該コーティングは、成形部１４から取り去る際に、はがれやすく砕けやすいもろい素材とすることにより、作業の妨げとならない。この素材は、例えば、充填剤を混合した脆性プラスチック、充填剤入りエポキシ樹脂、または軽量なナイフィングフィラーである。
【００２４】
図４には別の実施例が示されており、この実施例では中空形状体１６はプラスチック製の厚壁または矩形断面のワイヤから製造されている。この場合は、表面を滑らかにする必要がない。また、この場合、ねじれなしで巻き付けが行われ、段差や隙間なく閉じた外側面１８を形成する。
この方法で作られた成形コア材４は、上述したようにベース材２に装着される。このような状態が図１に示されている。成形コア４は上述したように半完成繊維製品３で覆われ、成形部１４を形成する。
【００２５】
硬化サイクル（詳細な説明は省略）により製造される複合繊維部品１は、成形コア材４を外した後の、ストリンガ２０として形成された成形部１４を有して、図５の斜視図に示されている。
成形部から除去する際、切り込みのある中空形状体１５、１６の外端または巻き付けたワイヤの外端は、簡単に把持され、成形部１４から引き出される。引き出された素材は巻き取られ、再利用／リサイクルすることができる。
【００２６】
その後コアスリーブ９が、同様に引き出され、このとき分離層が存在するならばさらに良好にかつ容易にコアスリーブ９を引き出すことができる。複合繊維部品１は、その後さらに加工を行ってもよいし、そのまま使用してもよい。補強材１３についても、同時期に同様に引き出される。固定用または形状平滑用の素材の残存物はコアスリーブ９を引き出すことにより取り除かれる。
【００２７】
以上のように、内部に残存してしまうような従来の素材を用いる従来技術に比べ、大幅に材料コストを低減することが可能な複合繊維部品の製造方法、これに対応する成形コア材及びこれに対応する複合繊維部品が得られる。成形コア材が完全に除去されることにより、従来技術に比べて複合繊維部品の重量を低減することができる。
なお、本発明は図示された航空宇宙用の複合繊維部品を製造するための特定の方法に限定されない。
【００２８】
例えば、本発明はスポーツ用品やモータースポーツ分野における複合繊維部品にも適用することができる。
また、成形コア材の形状は様々な方法で変更が可能である。
さらに、複数の成形コア材を用いて１つの成形コア材を形成することも可能であり、この場合、成形コア材の周囲に半完成繊維製品が配設される。この目的は、多様な成形コア材を用いることにより、さらに複雑な形状を得ることにある。これにより、より複雑な複合繊維部品を製造することができる。
【００２９】
外形を滑らかとするコーティングの適用は、中空形状体または巻き付けたワイヤが引き抜かれる引き抜きプレスとして知られているものと同様の装置で最終外形に近似して適用されるようにして、自動化することができる。巻線の曲率半径はこの方法で満たされる
例えば弾性プラスチックからなる厚壁らせん材を、中空形状体として使用しても構わない。
【符号の説明】
【００３０】
１  複合繊維部品
２  ベース材
３  半完成繊維製品
４  成形コア材
５  成形コア材の底部
６  成形コア材断面
７  コア開口部
８  成形ツール
９  コアスリーブ
１０  コアスリーブ外側
１１  コアスリーブ内側
１２  ストリンガ
１３  補強材
１４  成形部
１５  第１の中空形状体
１６  第２の中空形状体
１７  スリット
１８  外側面
【図１】
2009542492.tif 000003
【図２】
2009542492.tif 000004
【図３】
2009542492.tif 000005
【図４】
2009542492.tif 000006
【図５】
2009542492.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月4日(2009.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形コア材の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材を成形するステップであって、前記成形コア材を成形する際に、前記成形コア材に適合した外形形状をなす中空形状体を形成し、前記中空形状体の壁部には、前記中空形状体の周面にらせん状に延設されたスリットが形成され、前記スリット付中空形状体には位置固定が施され、前記周面にらせん状に延設された前記スリットは、前記中空形状体の壁部の周面に割り付けられた少なくとも３つの位置を除き、前記中空形状体の壁部を貫通するように形成されるステップと、
成形された前記成形コア材の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品における少なくとも１つの前記成形部を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品を製造するステップと、
を備えることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品の製造方法。
【請求項２】
前記スリット付中空形状体は、例えば含浸槽内で、例えばラッカーコーティングが施されることにより位置固定されていることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
成形コア材の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材を成形するステップであって、前記成形コア材を成形する際に、前記成形コア材に適合した外形形状をなす中空形状体を形成し、前記中空形状体の壁部には、前記中空形状体の周面にらせん状に延設されたスリットが形成され、前記スリット付中空形状体には位置固定が施され、前記周面にらせん状に延設された前記スリットは、前記中空形状体の壁部の全周で貫通して形成され、位置固定のために前記スリット付中空形状体にコーティング、即ち例えば含浸槽内での、例えばラッカーコーティングを施すステップと、
成形された前記成形コア材の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品における少なくとも１つの前記成形部を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品を製造するステップと、
を備えることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品の製造方法。
【請求項４】
成形コア材の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材を成形するステップであって、前記成形コア材を成形する際に、前記成形コア材に適合した外形形状をなす中空形状体を、らせん状に巻き付けたワイヤから形成し、前記成形コア材に、外面のうねりを滑らかにするとともに前記ワイヤの位置固定のための外面コーティングを施すステップと、
成形された前記成形コア材の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品における少なくとも１つの前記成形部を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品を製造するステップと、
を備えることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品の製造方法。
【請求項５】
前記ワイヤはスチールワイヤであることを特徴とする請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記成形コア材の前記外面コーティングは、充填剤により混合された脆性プラスチック、充填剤入りエポキシ樹脂、または軽量なナイフィングフィラーと同等の素材であることを特徴とする請求項４または５記載の製造方法。
【請求項７】
ワイヤを巻き付けて成形コア材を成形するステップにおいて、スプリングバックを回避するべくワイヤの熱処理を行うことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記成形コア材を成形するステップにおいて、成形しようとする前記成形コア材の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材が配設されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
成形コア材の外形形状を規定するらせん構造体を備えた成形コア材を成形するステップであって、前記成形コア材を成形する際に、前記成形コア材に適合した外形形状をなす中空形状体を形成し、前記中空形状体の壁部には、前記中空形状体の周面にらせん状に延設されたスリットが形成され、前記スリット付中空形状体に位置固定を施すステップと、
成形された前記成形コア材の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品を載置し、製造しようとする前記複合繊維部品における少なくとも１つの前記成形部を形成するステップと、
少なくとも１つの前記成形部を加熱及び／または加圧することにより前記複合繊維部品を製造するステップと、からなる製造方法であって、
前記成形コア材を成形するステップにおいて、成形しようとする前記成形コア材の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材が配設されることを特徴とする特に航空宇宙用の複合繊維部品の製造方法。
【請求項１０】
前記中空形状体の壁部に形成されたスリットは、前記中空形状体の周面に割り付けられた少なくとも３つの位置を除いて、前記中空形状体の壁部を貫通しながららせん状に延設され、前記スリットに対し位置固定が施されることを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１１】
前記中空形状体の壁部に形成され、その周囲にらせん状に延設されるスリットは、前記中空形状体の壁部の全周にわたって貫通し、位置固定のために前記スリット付中空形状体にはコーティング、即ち例えば含浸槽内での、例えばラッカーコーティングを施すことを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１２】
前記スリット付中空形状体は、例えば含浸槽内で、例えばラッカーコーティングが施されることにより位置固定されていることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記成形コア材にはコアスリーブ、即ちコア素材を全体的に覆う可撓性チューブを用いて形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
前記半完成繊維製品及び／またはマトリックスが前記コアスリーブに接着するのを抑制するための分離層が前記コアスリーブに設けられることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
【請求項１５】
少なくとも部分的に少なくとも１つの前記半完成繊維製品を載置するステップにおいて、前記成形コア材は半完成繊維製品からなるベース材上に配置さることにより、及び／または半完成繊維製品によって少なくとも部分的に囲まれることにより、前記複合繊維部品における少なくとも１つの前記成形部を形成し、
成形コア材の内部には固定可能な内圧が与えられ、成形コア材のコアスリーブの両端部は成形部の外側に配置されることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１６】
前記成形コア材を有した少なくとも１つの前記半完成繊維製品にマトリックスが導入された後、前記マトリックスはその後に加圧及び／または加熱のもとで、少なくとも部分的に硬化されることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１７】
前記複合繊維部品を製造する方法は、手作業による積層、プリプレグ製法、トランスファ製法、及び／または減圧注入製法であることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１８】
製造しようとする前記複合繊維部品を加熱及び／または加圧した後、らせん構造体の一端または両端を引き出すとともに、任意で巻き取られることにより前記成形コア材の除去が行われることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１９】
複合繊維部品、特に航空宇宙のベース材上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材であって、
前記成形コア材は、前記成形コア材の外形形状を規定する中空形状体であり、前記中空形状体の壁部にはその周囲にらせん状にスリットが延設され、
前記スリット付中空形状体は位置固定が施され、
前記成形コア材の周囲にらせん状に延設された前記スリットは、前記中空形状体の周囲に割り付けられた少なくとも３つの位置を除き、前記中空形状体の壁部を貫通していることを特徴とする成形コア材。
【請求項２０】
前記位置固定を形成するため、前記スリット付中空形状体にはコーティング、即ち例えばラッカーコーティングが施されていることを特徴とする請求項１９記載の成形コア材。
【請求項２１】
複合繊維部品、特に航空宇宙のベース材上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材であって、
前記成形コア材４は、前記成形コア材４の外形形状を規定する中空形状体であり、前記中空形状体の壁部にはその周囲にらせん状にスリットが延設され、前記スリットは、前記中空形状体の壁部の全周にわたって貫通しており、位置固定を形成するため、前記スリット付中空形状体はコーティング、即ち例えばラッカーコーティングが施されていることを特徴とする成形コア材。
【請求項２２】
複合繊維部品、特に航空宇宙のベース材上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材であって、
前記成形コア材は、前記成形コア材の外形形状を規定する中空形状体であり、前記中空形状体の壁部にはその周囲にらせん状にスリットが延設され、
前記スリット付中空形状体には位置固定が施され、
前記成形コア材の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材が配設されていることを特徴とする成形コア材。
【請求項２３】
前記補強材は金属及び／またはプラスチックからなる角形状部材として形成されていることを前記特徴とする請求項２４記載の成形コア材。
【請求項２４】
前記中空形状体はプラスチックの薄壁を有することを特徴とする請求項１９から２３のいずれかに記載の成形コア材。
【請求項２５】
前記成形コア材は、例えばエラストマからなる厚壁のらせん形状をなした中空形状体であることを特徴とする請求項１９から２４のいずれかに記載の成形コア材。
【請求項２６】
複合繊維部品、特に航空宇宙のベース材上のストリンガを製造するためのらせん構造を有した成形コア材であって、
前記成形コア材は、前記成形コア材に適合した外形形状を有した中空形状体の形状にらせん状に巻かれたワイヤであって、前記成形コア材には、外面コーティングが施されており、
前記成形コア材の外面コーティングは、充填剤と混合された脆性プラスチック、充填剤入りエポキシ樹脂、または軽量なナイフィングフィラーと同等の素材であり、外面のうねりを滑らかにするとともに前記ワイヤの位置固定するために行われることを特徴とする成形コア材。
【請求項２７】
前記ワイヤは矩形断面を有することを特徴とする請求項２６記載の成形コア材。
【請求項２８】
前記成形コア材の外形形状のうち、縁部が鋭角に形成される変曲部の領域に補強材が配設されていることを特徴とする請求項２６または２７記載の成形コア材。
【請求項２９】
前記補強材は、金属及び／またはプラスチックの角形状部材として形成されていることを特徴とする請求項２８記載の成形コア材。
【請求項３０】
前記成形コア材は、該成形コア材を封入するコアスリーブ、即ち例えば可撓性チューブ、を備えていることを特徴とする請求項１９から２９のいずれかに記載の成形コア材。
【請求項３１】
前記コアスリーブは成形コア材の外側面を形成する、例えばさらなるスリーブの形で分離層を有していることを特徴とする請求項３０記載の成形コア材。
【請求項３２】
前記コアスリーブはプラスチック、特にポリアミド及び／またはＰＴＦＥプラスチックからなることを特徴とする請求項３０または３１記載の成形コア材。
【請求項３３】
前記成形コアは、Ω型、台形状、三角形状、環状、及び／または波状のように成形されていることを特徴とする請求項１９から３２のいずれかに記載の成形コア材。
【国際調査報告】
2009542492.tif 000008
2009542492.tif 000009
2009542492.tif 000010