(57)【要約】  成形コア材(4)の外形形状を規定する成形ツール(8)内で所定の限られた融点範囲を有するコア素材(7)から成形コア材を形成し、形成された成形コア材の上に少なくとも部分的に少なくとも１つの半完成繊維製品(3)を載置して、製造しようとする複合繊維部品(1)における少なくとも１つの成形部(14)を形成し、少なくとも成形部を段階的に加熱及び／または加圧することにより複合繊維部品を製造する複合繊維部品の製造方法、並びにこのような複合繊維部品を製造するための成形コア材、及び少なくとも１つのストリンガを備えた複合繊維部品。【選択図】図４
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【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成形ツール（８）の中で所定の限られた融点範囲を有するコア素材（７）から成形コア材（４）を形成するステップであって、前記成形コア材（４）の前記コア素材（７）には、前記コア素材（７）を取り囲むコアスリーブ（９）が設けられ、前記コアスリーブ（９）は、両端を閉止可能な可撓性チューブであって、前記可撓性チューブは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つの成形部（１４）の内部容積をそれぞれが有した少なくとも２つの管部分（１５、１６）を有しており、前記２つの管部分（１５、１６）の一方は前記成形コア材（４）を受容するために設けられ、前記２つの管部分（１５、１６）の他方は成形コア材（４）の溶けたコア素材（７）を受けるための容器として設けられるステップと、
形成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、
少なくとも前記成形部（１４）を段階的に加熱及び／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からなる製造方法であって、
前記コア素材（７）の溶融による除去と前記複合繊維部品（１）の硬化とが単一の温度工程で並行して行わ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２】
前記成形コア材（４）を形成するステップにおいて、
溶融しようとするコア素材（７）が前記可撓性チューブの前記少なくとも２つの管部分（１５、１６）のうちの第１の管部分（１５）の中に配設されるとともに、前記少なくとも２つの管部分（１５、１６）のうちの第２の管部分（１６）が前記成形ツール（８）内に導入され、前記第１の部分内のコア素材（７）は、力を加えられることにより成形ツール（８）内に位置することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
溶けたコア素材（７）に加えられる前記力は、コア素材（７）の自重及び／または前記可撓性チューブの第１の部分（１５）に与えられる負圧、及び／または前記可撓性チューブの第２の部分（１６）に加えられる正圧よって発生する力であることを特徴とする請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
前記成形コア材（４）を形成するステップにおいて、形成しようとする前記成形コア材（４）の外形形状のうち、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３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記成形コア材（４）を形成するステップの後、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１から４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記分離層はスリーブの形態で形成されることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
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）上に配置されることにより、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）を形成することを特徴とする請求項１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、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７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記段階的な加熱において、
予備硬化工程では、前記コア素材（７）の融点（ＴＳ）より低い第１の温度（Ｔ１）で、所定の期間にわたり加熱することにより、製造しようとする複合繊維部品（１）の少なくとも１つの成形部（１４）に成形コア材（４）がない場合でも形状が適正に安定するような部分的固化が生じるように予備硬化を行い、
その後、溶融排出工程では、前記コア素材（７）の融点（ＴＳ）よりも高い第２の温度（Ｔ２）で加熱することにより、前記コア素材（７）を除去するための前記コア素材（７）の溶融を行い、さらに成形コア材（４）を有しておらず予備硬化された複合繊維部品（１）の硬化を硬化工程で行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記コア素材（７）を溶融させて排出するステップにおいて、加熱可能なラインを介し容器内に溶けたコア素材（７）を導くための少なくとも一端の収集手段（１９）が、少なくとも１つの成形部（１４）の少なくとも一端にて前記成形部（１４）または前記コアスリーブ（９）と接続されるように配設され、溶けたコア素材（７）は前記成形部（１４）の適合箇所におけるその自重により、または前記成形コア材（４）に加えられる少なくとも１つの力によって取り除か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】
前記コア素材（７）を溶融させて排出するステップにおいて、吸引抽出器を備えた溶融ヘッドを、成形コア材（４）が設けられた少なくとも１つの前記成形部（１４）の端部に押し込み、コア素材（７）を局所的に溶融させて抽出することを特徴とする請求項１０記載の製造方法。
【請求項１２】
前記コア素材（７）を溶融させて排出するステップにおいて、前記溶融したコア素材（７）は、前記成形部（１４）の適合箇所における自重、或いは成形コア材（４）に加えられる力により、前記２つの管部分（１５、１６）のうち、容器となる方の管部分（１５、１６）に移動することを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１３】
前記コア素材（７）を溶融させて排出するステップの後、前記複合繊維部品（１）における少なくとも一部が硬化した成形部（１４）からコアスリーブ（９）が除去されることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１４】
前記成形コア材（４）には少なくとも１つの切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１５】
前記複合繊維部品を製造方法は、手作業による積層製法、プレプレグ成形、トランスファ成形、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１４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１６】
前記コア素材（７）として、プラスチック、例えばポリアミドまたはポリプロピレンが使用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】
複合繊維部品（１）、特に航空宇宙用のベース材（２）上のストリンガを製造するための成形コア材（４）であって、
所定の限られた融点範囲を有したコア素材（７）と、コアスリーブ（９）を有した成形コア材（４）とを備え、
前記コアスリーブ（９）は、それぞれが少なくとも製造しようとする複合繊維部品（１）における少なくとも１つの成形コア材（４）の内部容積を有する、少なくとも２つの管部分（１５、１６）からなる可撓性チューブからなり、
前記少なくとも２つの管部分（１５、１６）のうちの第２の管部分（１６）に前記成形コア材（４）が配設され、前記少なくとも２つの管部分（１５、１６）のうちの第１の管部分（１５）は溶けたコア素材（７）のための容器となることを特徴とする複合繊維部品製造用の成形コア材（４）。
【請求項１８】
前記コアスリーブ（９）には、成形コア材（４）の外表面を形成する分離層が設けられていることを特徴とする請求項１７記載の成形コア材（４）。
【請求項１９】
前記分離層はスリーブの形態で設けられていることを特徴とする請求項１８記載の成形コア材（４）。
【請求項２０】
前記コアスリーブ（９）は、処理温度及び処理圧力に適合した素材、特にポリアミド及び／またはＰＴＦＥからなることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【請求項２１】
前記成形コア材（４）は少なくとも１つの切り欠きを有することを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【請求項２２】
前記成形コア材（４）の外形形状のうち鋭角に形成される変曲部領域には補強材（１３）が配設されていることを特徴とする請求項１７から２１のいずれかに記載の成形コア材（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特徴とする請求項２２記載の成形コア材（４）。
【請求項２４】
前記成形コア材（４）はΩ型、台形状、三角形状、環状、及び／または波状のように形成されていることを特徴とする請求項１７から２３のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【請求項２５】
前記コア素材（１７）はプラスチック、例えばポリアミドまたはポリプロピレンであることを特徴とする請求項１７から２４のいずれかに記載の成形コア材（４）。
【請求項２６】
請求項１７から２５のいずれかに係る成形コア材（４）によって製造され、及び／または請求項１から１６のいずれかに係る方法により製造されることを特徴とする少なくとも１つのストリンガ（１９）を有する特に航空宇宙用の複合繊維部品（１）。
【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は、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）に関するもので、以下に詳しく説明する。
一般に、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製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、または外殻材の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形状に固定して及び支持するため、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、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。
例えば熱可塑性プラスチックの射出成形等では、溶融コア技法が広く用いられており、この技法では所定の金属からなる共融合金から形成された低融点合金の消失成形コア材の周囲を覆う射出プラスチックを射出することによって製品の製造が行われる。
【０００５】
プラスチックが射出された後、消失成形コア材は誘導加熱または加熱槽により溶け出して消失し、その後完成品が洗浄される。
しかしながら、この技法は、その毒性のため、低融点共融合金は面倒な処理と安全対策が必要であるという欠点がある。
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部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】
【０００６】
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１９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、特に航空宇宙船のための複合繊維部品を製造するための方法が、以下の方法手順にて提供される。
成形コア材の外形形状を規定する成形ツールの中で所定の限られた融点範囲を有するコア素材から成形コア材を形成するステップと、形成された成形コア材を、少なくとも１つの半完成繊維製品で少なくとも部分的に覆い、製造しようとする複合繊維部品における少なくとも１つの成形部を形成するステップと、段階的に加熱及び／または加圧することにより複合繊維部品を製造するステップとからなる。
【０００７】
また、所定の限られた融点範囲をもつプラスチックのコア素材から構成された複合繊維部品、特にベース材上のストリンガを製造するため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特に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よりも、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。
【０００８】
従来のような高価なコア素材に代わり、安価なプラスチックを良好に使用することができる。このプラスチックを再利用できるというさらなる効果を得ることもできる。
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。
本発明のさらに好ましい展開によれば、成形コア材のコア素材は、当該コア素材を取り囲むコアスリーブを用いて成形される。特に好ましい形態としては、両端部を閉じることのできる柔軟なチューブ部材(可撓性チューブ）によりコアスリーブが形成されている。この場合の可撓性チューブは製造しようとする複合繊維部品における少なくとも１つの成形部の内部容積をそれぞれが有した少なくとも２つの部分を備えるよう形成されている。これにより、可撓性チューブの上記少なくとも２つの部分のうちの第１の部分に、溶融しうるコア素材を配設できる。上記少なくとも２つの部分のうちの第２の部分は、成形用の成形ツール内に導入されており、溶けたコア素材が第１の部分に供給され、その自重による力及び／または他の力によって成形ツール内に位置する。
【０００９】
これにより、コアの作成のためコア素材を可撓性チューブ内に常に留めることが可能となり、その後に溶融させて取り出し、再利用できるのでコア素材の良好なリサイクルが可能となる。
本発明の他の好ましい形態によれば、コアスリーブの内側及び／または外側であって、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に補強材が配設される。この補強材、即ち角形状部材は、鋭角な縁部や角部を形成する上で有効であり、成形コア材には、この領域に製造容易な丸み部分を設けることが可能となる。
【００１０】
コアスリーブへの半完成繊維製品及び／またはマトリックス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、成形コア材によって形成される複合繊維部品の少なくとも一部が硬化した後のコアスリーブの取り外しが容易になる。
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内で硬化される。
【００１１】
本発明のさらに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材上に配置されることにより、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つの成形部を形成する。これにより、Ω型ストリンガを有した、例えば外殻材、圧力ドームのベース材を効果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。
【００１２】
段階的な加熱及び／または加圧を行う際に、予備硬化工程を設けることが好ましい。
この予備硬化は、コア素材の融点より低く、複合繊維部品が成形コア材なしでも安定して適正な形状を維持しうる範囲の温度において、複合繊維部品を部分的に固化させるのに都合がよい。
これにより、複合繊維部品が完全に硬化してしまう前であっても、成形部から成形コア材を取り除くことが可能となる。
【００１３】
予備硬化は、固定して設定可能な期間内でコア素材の溶融温度より低い第１の温度で加熱することにより、製造しようとする繊維複合部品における少なくとも１つの成形部を、前記成形コア材なしでも維持するよう行われる。結果として、所定の限られた融点範囲をもつコア素材を効果的に使用することができる。成形部は、所定期間、コア素材の融点より低く、成形コア材なしでも形状を安定して維持できる温度で予備硬化される。したがって、この予備硬化後に成形コア材の完全な除去が可能となる。
【００１４】
その後、溶融工程では、コア素材を取り除くためのコア素材の溶融が、コア素材の融点より高い第２の温度で加熱することにより行われる。このような目的のため、コア素材の除去作業は自重または成形コア材に作用する他の力によって効率的に行うことも可能である。その後コアスリーブまたは可撓性チューブが成形部から取り外されることにより、成形コア材の全体を成形部から効率よく取り外すことができる。その後、成形コア材なしで予備硬化された複合繊維部品の硬化が、硬化工程で行われる。硬化工程の温度は、溶融工程の温度と同等とすることにより、溶融させた後に引き続いて同じ温度において残余の硬化を同時に行うことが可能となる。
【００１５】
溶融工程の後、コア素材は再び使用することができる。コアスリーブを用いる場合、溶けたコア素材を適切に集め、同じように再利用することができる。
例えば、Ω型ストリンガを製造する場合、コアスリーブはストリンガの長手方向に引き出される。その結果、コア材は航空機の総重量に影響しなくなる。
本発明の好ましい展開によれば、成形コア材は少なくとも１つの切欠部が形成されている。この切欠部は、望ましくは成形コア材の長手方向に形成されている。したがって、このような成形コア材を用いることにより、長手方向で断面が変形するストリンガを製造することができる。コアスリーブまたは可撓性チューブが切欠部をもった成形コア材から取り外すことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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本発明に係る第１の成形コア材の概略断面図である。
【図３】図１の複合繊維部品に用いられる本発明に係る第２の成形コア材の概略断面図である。
【図４】本発明に係る方法によって得られる２つの異なる成形コア材を除去する際の図１の複合繊維部品の概略斜視図である。
【図５Ａ】本発明に係る方法により設けられる可撓性チューブを有した成形コア材を備えた複合繊維部品の概略側面図である。
【図５Ｂ】本発明に係る方法により設けられる可撓性チューブを有した成形コア材を除去する際の図５Ａの複合繊維部品の概略側面図である。
【図６】本発明に係る方法により得られる複合繊維部品の硬化サイクルを従来の硬化サイクルと比較して示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
概略の図面に示された具体的な実施形態基づき、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の第１実施例を示す概略斜視図である。
【００１８】
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、両端部がベース材２の上にある。なお、当該ベース材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。
【００１９】
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、減圧注入製法として知られているものが選択される。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、詳しい内容は後述するが、硬化サイクルを用い、加熱及び加圧下で、オートクレーブやオーブン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。
【００２０】
まず、成形コア材４の成形について図２、３に基づき説明する。
図２は、図１の複合繊維部品１に用いられる本発明に係る第１の成形コア材の断面を示す概略断面図である。
成形コア材４は、成形ツール８内に導入されたコア素材７からなり、成形ツール８内において、成形コア材４の断面６が所望の形状である略台形状に成形される。コア素材７は溶融させて所望の形状に成形するのが好ましい。本実施例において、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、加工温度や加工圧力について、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。
【００２１】
コアスリーブ９は、例えば、ポリアミド及び／またはＰＴＦＥからなる。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、本実施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を分離する際に、成形コア材４を成形部１４から適切に外すことに役に立つ。
【００２２】
好ましい形態では、コア素材７は、例えばポリアミドＰＡ１２、ＰＡ１１またはポリプロピレンＰＰ  ＧＦ３０のような限られた融点範囲を持つプラスチックである。さらに、限られた融点範囲をもつプラスチックとしては、ＥＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＴＨＶ、またはＰＯＭ−Ｈがある。融点範囲については図５を参照し詳しく説明する。
図３には、別の断面６を有した成形コア材４とともに成形ツール８が示されており、断面６の下方の両角部領域が例えば金属またはプラスチックからなるストリップ状の補強材１３に置き換えられている。このように、別に設けられていたツールを用いて成形される補強材１３によって、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。
【００２３】
このようにして成形された成形コア材４は、成形ツール８から取り外され、上述したようにしてベース材２に装着される。
図６を参照して詳細に後述する所定の硬化サイクルによって製造される複合繊維部品１は、成形部から成形コア材４を除去している状態を示す斜視図である図４に表されている。
【００２４】
コア素材７の融点ＴＳより低い温度、例えば第１の温度Ｔ１（図６参照）で行われる予備硬化の後、限られた融点範囲のコア素材７からなる成形コア材４は、上記融点ＴＳより高い第２の温度Ｔ２で溶融し、成形コア材４によって形成された成形部１４から外部へ流出する。本実施例において、当該成形部１４は、ベース材２を補強するための２つのΩ型ストリンガ２０となる。
【００２５】
図４の左側において、詳細な説明は省略する接続部材１８を用い、前方側に位置するコアスリーブ９の一端部には収集装置１９が接続されている。このため、コアスリーブ９は予め開口している。ただし、コアスリーブ９には事前に接続部材１８が設けられていてもよい。また、逆側にあるコアスリーブ９の他端部は、上述のようにしてコアスリーブ９が成形コア材４を完全に覆っているので閉じられている。
【００２６】
収集装置１９は、例えば、加熱路と、溶けたコア素材７のための集積容器とを備える。成形部１４から溶けたコア素材７を除去するため、ベース材２を揺動可能とすることにより、重力によってコア素材７が流出する。
同時にまたはこれに代えて、収集装置１９の逆側にある成形部１４の端部から成形コア材４に、溶融したコア素材７の流出を生じさせ及び／または補助する圧力を印加してもよい。
【００２７】
コア素材７が完全に流れ落とされてしまえば、コアスリーブ９は成形部１４から引き出される。それは、すでに印加されている圧力によって行われてもよい。
このとき、コアスリーブ９またはコアスリーブ９を有していない成形コア材４に分離層を設けることは有効である。これにより、なにも問題なく成形部１４から長手方向にコアスリーブ９を引き出すことができる。
【００２８】
成形部１４またはストリンガ２０が長手方向に切欠部を有するような場合でも、このようなコアスリーブ９の取り出しが可能である。したがって、このようなコアスリーブ９または成形コア材４の成形部からの取り出しが可能となる。複合繊維部品１は、この後さらに処理することもできる。
補強材１３を使用する場合には、実施状態に応じた当該補強材１３は同時に溶融させて排出してもよいし、部品内に残してもよい。
【００２９】
さらなる構成として、図４の右側に概略が示されているように、コアスリーブ９は、両端を閉じることのできる可撓性チューブで形成されている。
コアスリーブ９が第１の部分１５及び第２の部分１６からなる可撓性チューブにより構成されていることで、この場合においては収集装置１９を必要としない。即ち、当該第１の部分１５は成形部１４より外側に位置しており、第２の部分１６は、当該第２の部分１６内に導入されて成形されたコア素材７により、成形部１４の内側に成形コア材４を形成している。
【００３０】
可撓性チューブの第１の部分１５及び第２の部分１６は、それぞれ少なくとも成形部１４全体の内部容積を有するよう構成されている。このため、図５Ａには、可撓性チューブの第２の部分１６または可撓性チューブとして形成されたコアスリーブ９により形成された成形部１４と、ベース材２とを有する複合繊維部品１の構成が示されている。可撓性チューブは左側端部が閉じられるとともに、成形部１４の右端部から所定量突き出ている。全体の構成は、作業板として用いられる基板１７上に配置されている。基板１７は、ベース材２の右側端部からさらに延びており、このとき折り畳まれている可撓性チューブの第１の部分１５の載置場所となっている。
【００３１】
上述した複合繊維部品１の予備硬化工程の後、図５Ｂに示ように、成形部１４の内側にある可撓性チューブの第２の部分１６において、第２の温度Ｔ２でコア素材７を溶融させることにより、成形コア材４は可撓性チューブが取り去られる。このとき、重力及び／または可撓性チューブの他端部に加えられる力により、溶けたコア素材７が可撓性チューブの第２の部分１６から流れ出して第１の部分１５へ流入するように、基板１７が傾けられる。次に、可撓性チューブに設けられた、例えば付加スリーブのような分離層が、今度は成形部からの分離作業を手助けして、成形部１４から可撓性チューブが引き出される。
【００３２】
成形部から外された後このチューブは再利用され、容易に想像できるように例えば成形部１４に代えて対応する成形ツール８内に第２の部分１６が導入される。このとき用いられる基板１７は、図５Ｂ内とは反対側に傾けられ、可撓性チューブの第１の部分１５は内部のコア素材７が溶融するよう加熱され、当該コア素材７が成形ツール８内に流入する。
コア素材７は可撓性チューブ内に密封され、その結果として、空気の影響を受けることなく且つ空気中になんの影響も及ぼすことなく、良好に機能させることができる。
【００３３】
可撓性チューブを有した成形コア材４がはじめて形成される場合、可撓性チューブの第１の部分１５及び第２の部分１６はコア素材７により満たされ、その後同様に密閉される。
複合繊維部品１を製造するための硬化サイクルはいくつかの工程からなり、減圧注入製法の一般的な硬化サイクルの例を用い、図６に基づき以下に説明する。なお、プリプレグ製法の場合、例えば含浸工程がない。
【００３４】
ｘ軸には分を単位とする時間が、ｙ軸には℃を単位とする温度Ｔが記されている。
ＨＺと記された一点鎖線は、所定の樹脂に対する一般的な多段階の硬化サイクルＨＺを示しており、複合繊維１の硬化温度は、この場合例えばオートクレーブ内にて、設定温度毎に停止時間を設けながら多段階に上昇されていく。
ＭＨＺと記された実線は、本発明に係る方法に用いられる改良された硬化サイクルを示す。
【００３５】
約１００℃の温度で、含浸として知られている処理、即ち半完成繊維製品３へのマトリックスの導入が、硬化サイクルにおいて行われる。それまで、ＨＺ及びＭＨＺの２つ線の形状は同じである。従来の硬化サイクルＨＺでは、その後約１６０℃まで温度上昇が続き、最終的には最終硬化のために約１８０℃まで上昇する。
改良された硬化サイクルでは、予備硬化工程として、予め設定可能な所定時間にわたり、本実施例としては１４０℃相当の第１の温度Ｔ１に保持される。この期間は、例えばエポキシ樹脂等の使用されるマトリックスの素材に主として依存し、成形部１４は成形コア材４なしでも形状が適正に安定するようになるまで維持される。この期間は、素材毎に行われる実験により決定することができる。
【００３６】
予備硬化の後、減圧注入製法の減圧パッキングを外すことができる程度にまで成形部１４の形状が安定する。次に温度は、最終温度、即ちここでは約１８０℃の第２の温度Ｔ２へ上昇される。この第２の温度Ｔ２は、本実施例では約１８０℃の融点温度／範囲をもつＰＡ１２プラスチックであるコア素材７の融点ＴＳより高く、当該コア素材７は溶融して、除去が可能な状態となる。このようにすることにより、複合繊維部品１の最終的な硬化が行われる。使用される素材次第で、この改良された硬化サイクルＭＨＺの全体的な時間は従来の硬化サイクルＨＺの時間よりも延びる場合もある。
【００３７】
コア素材７は例えばポリアミドＰＡ１２のようなプラスチックにより構成されるのが好ましい。このポリアミドは暫時最高使用温度が１５０℃であり、融点温度が１７５℃である。例えばガラス繊維片等の添加物の追加により、この融点範囲を低減させることができる。例えばＰＰ  ＧＥ３０のように３０％のガラス繊維を含むポリプロピレンの場合、その温度は約１０℃の巾しかない。溶けたコア素材７の粘性は、温度が増加するほど低下する。したがって、素材毎の射出成形温度にむけて温度を上昇させれば、溶融作業がより容易なものとなる。
【００３８】
以上のように、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。成形コア材は完全に除去されることにより、それによって、コア素材が内部に残留する先行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。
【００３９】
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、成形コア材のそ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。
【００４０】
補強材１３はコアスリーブ９の内側に配設されてもよいし、コアスリーブ９の外側に配設されてもよい。
コア素材７を溶融させて取り出す際の温度は、複合繊維部品１の硬化する温度と同じでも構わない。
【符号の説明】
【００４１】
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  コア素材
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  コアリーブ開口
１３  補強材
１４  成形部
１５  第１の部分
１６  第２の部分
１７  基板
１８  接続部材
１９  収集装置
２０  ストリンガ
ＨＺ  硬化サイクル
ＭＨＺ  改良された硬化サイクル
Ｔ  温度
Ｔ１、Ｔ２  温度
ＴＳ  融点
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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