(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材のための制御可能なマルチセルのブラダーを提供する。【解決手段】マルチセルの加圧可能なエアブラダーのためのシステム及び方法が提供される。ブラダーを含む装置である。ブラダー１５０は、ブラダーの内部容積を囲むケーシング１５４と、内部容積を互いに気密なセル１５２に細分するブラダー内の壁と、別個の経路を介して各セルを加圧ガスの供給源と連結するダクト１５６とを含む。装置はまた、ダクトを介して供給源からのガスの供給を制御することによって、積層体の第１の部分１２０から積層体の第２の部分１２２に、ブラダー内の個々のセルを徐々に加圧するコントローラー１６８を含む。【選択図】図１
2018149799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラダーの内部容積（２３０）を囲むケーシング（１５４）、
前記内部容積を互いに気密なセル（１５２）に細分する前記ブラダー内の壁（２４０）、及び
別個の経路を介して前記セルの各々を加圧ガスの供給源（１６６）と連結するダクト（１５６）
を備えた、ブラダー（１５０）と、
前記ダクトを介して前記供給源からのガスの供給を制御することによって、積層体の第１の部分（１２０）から前記積層体の第２の部分（１２２）に、前記ブラダー内の個々のセルを徐々に加圧するコントローラー（１６８）と
を備える、装置。
【請求項２】
前記コントローラーが、セルごとに前記ブラダーを選択的に加圧する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ブラダーが、前記ケーシングを貫通する主ポート（１５８）をさらに備え、
前記ダクトが、前記ブラダーの前記内部容積を通って導かれ、前記主ポートを介して前記ブラダーを出る、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ケーシングがシリコーンからなり、前記壁がシリコーンからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ブラダーが、剛性の成形ツール（５２０）に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第１の成形ツール（１００）と、
内部容積を囲むケーシング（１５４）、及び
前記内部容積を互いに気密なセル（１５２）に細分する前記ブラダー内の壁（２４０）
を備えた、ブラダー（１５０）と、
前記ブラダーと前記第１の成形ツールとの間に配置された炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）の積層体（２００）と、
加圧ガスの供給源（１６６）と、
前記供給源を前記セルの各々と独立して連結するダクト（１５６）と、
前記ブラダーの個々のセルを選択的に膨張させることによって前記ブラダーの膨張を制御するコントローラー（１６８）と
を備える、システム。
【請求項７】
前記コントローラーが、前記積層体の第１の部分（１２０）に位置する前記ブラダー内のセルを識別し、
前記コントローラーが、前記積層体の第２の部分（１２２）に位置する前記ブラダー内のセルを識別し、
前記コントローラーが、前記第２の部分のセルを膨張させる前に、前記第１の部分のセルを膨張させ、それによって、前記ブラダーが前記積層体内のエアポケットを前記第１の部分から前記第２の部分に押し出す、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ブラダーが、前記ケーシングを貫通する主ポート（１５８）をさらに備え、
前記ダクトが、前記ブラダーの前記内部容積を通って導かれ、前記主ポートを介して前記ブラダーを出る、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムが、
樹脂のリザーバ（７１０）と、
前記リザーバから前記積層体に樹脂を塗布するポート（７１４）と、
をさらに備え、
前記ブラダーは、ポート（Ａ−Ｃ）に近接するセル及びポート（Ｄ−Ｇ）から遠位にあるセルを含み、
前記コントローラーは、繰り返し、前記ポートに近接するセルを加圧し、前記ポートから遠位にあるセルを加圧し、前記ポートに近接するセルを減圧し、前記ポートから遠位にあるセルを減圧する、  請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）の積層体を成形ツール上にレイアップするステップ（４０２）と、
前記積層体の上にブラダーを配置するステップ（４０４）と、
前記積層体の第１の部分に位置する前記ブラダー内のセルを識別するステップ（４０６）と、
前記積層体の第２の部分に位置する前記ブラダー内のセルを識別するステップ（４０８）と、
セルを前記第１の部分から前記第２の部分に徐々に膨張させることによって、前記積層体のエアポケットを前記第１の部分から前記第２の部分に押し出すステップ（４１０）と
を含む、方法。
【請求項１１】
前記第２の部分の前記セルを膨張させる前に前記第１の部分の前記セルを膨張させるステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の部分の前記セルを膨張させる前に、前記第１の部分の前記セルを少なくとも６５ポンド／平方インチの圧力まで膨張させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記積層体、成形ツール、及びエアブラダーを少なくとも華氏１９０度に加熱しながら、前記積層体から前記エアポケットを押し出すステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記積層体に硬化性樹脂を含浸させる間に、前記セルの各々に加えられる圧力を振動させて、前記セルが樹脂を前記積層体の繊維に繰り返しマッサージするようにするステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
ポートを介して前記積層体に硬化性樹脂を含浸させるステップをさらに含み、
含浸させている間に、
前記ポートに近接するセルを加圧するステップと、
前記ポートから遠位にあるセルを加圧するステップと、
前記ポートに近接するセルを減圧するステップと、
前記ポートから遠位にあるセルを減圧するステップと
を繰り返す、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合材の分野に関し、特に、複合部品の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）から作られたもののような複合部品は、様々な複雑な形状に形成される。複合部品を製造するために、構成材料（例えば、炭素繊維）の複数の層がレイアップされて積層体を形成する。積層体の層は、硬化性樹脂（例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂）で予め含浸されてもよく、樹脂含浸を待つ乾燥炭素繊維を含んでもよい。樹脂を含浸させた後、積層体を、例えばオートクレーブ内で加熱することにより、固体複合部品に硬化させることができる。
【０００３】
硬化中又は硬化前に積層体を所望の形状に成形するとき、加圧エアブラダーが積層体を成形ツールに対して保持することができる。しかしながら、積層体内のエアポケットは、圧密中にエアブラダーと成形ツールとの間に閉じ込められたままであり得るので望ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書に記載の実施形態は、独立して加圧することができる複数のセルを含む強化されたエアブラダーを提供する。これにより、エアブラダーのセルを所望の順序で徐々に膨張させることができ、それによって積層体内のエアポケットを所望の方向（例えば、積層体の外に）に押す。さらなる実施形態では、セルは、硬化前に積層体の樹脂含浸を容易にする順序で加圧されてもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態は、ブラダーを含む装置である。ブラダーは、ブラダーの内部容積を囲むケーシングと、内部容積を互いに気密なセルに細分するブラダー内の壁と、別個の経路を介して各セルを加圧ガスの供給源と連結するダクトとを含む。装置はまた、ダクトを介して供給源からのガスの供給を制御することによって、積層体の第１の部分から積層体の第２の部分に、ブラダー内の個々のセルを徐々に加圧するコントローラーを含む。
【０００６】
さらなる実施形態は、第１の成形ツールと、内部容積を囲むケーシングを含むブラダーとを含むシステムである。ブラダー内の壁は、互いに対して気密のセルに内部容積を細分する。このシステムはまた、ブラダーと第１の成形ツールとの間に配置された炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）の積層体と、加圧ガスの供給源と、供給源を各セルと独立して連結するダクトと、ブラダーの個々のセルを選択的に膨張させることによってブラダーの膨張を制御するコントローラーとを含む。
【０００７】
さらなる実施形態は方法である。この方法は、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）の積層体を成形ツール上にレイアップするステップと、積層体の上にブラダーを配置するステップと、積層体の第１の部分に位置するブラダー内のセルを識別するステップと、積層体の第２の部分に位置するブラダー内のセルを識別するステップと、を含む。この方法はまた、セルを第１の部分から第２の部分に徐々に膨張させることによって、積層体のエアポケットを第１の部分から第２の部分に押し出すステップを含む。
【０００８】
さらなる実施形態は、ブラダーを含む装置である。ブラダーは、ブラダーの内部容積を囲むケーシングと、内部容積を互いに気密なセルに細分するブラダー内の壁と、別個の経路を介してブラダーの中央部分の各セルを加圧ガスの供給源と連結するダクトとを含む。この装置はまた、ブラダーの周辺部のセルをブラダーの中央部分のセルと連結するバルブを含む。
【０００９】
さらなる実施形態は方法である。この方法は、圧密中に複合プリフォーム内の樹脂移動を制御するステップを含む。これは、プリフォームをマンドレル上に配置するステップと、プリフォーム上に個別に制御された圧力セルのアレイを有する真空バッグを敷設するステップと、樹脂を真空バッグの下に配置するステップと、真空バッグの少なくとも１つのセルの圧力を個別に制御して樹脂フローを操作するステップと、を含む。
【００１０】
他の例示的な実施形態（例えば、前述の実施形態に関連する方法及びコンピューター可読媒体）を以下に説明する。説明された形状、機能、及び利点を、様々な実施形態において独立して達成することができ、又は、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能であり、そのさらなる詳細が以下の説明及び図面を参照して理解され得る。
【００１１】
ここでは、本開示のいくつかの実施形態を、単なる例示として、添付の図面を参照して説明する。同じ参照番号は、すべての図面上の同じ要素又は同じタイプの要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示的な実施形態におけるブラダー及び相補的な成形ツールの斜視図である。
【図２】ブラダーのセルを順序付けられたシーケンスで加圧することによって積層体からエアポケットを除去する例示的な実施形態の斜視図である。
【図３】例示的な実施形態において、積層体を成形するように操作される図１のブラダー及び成形ツールを示す切断図である。
【図４】例示的な実施形態において、複数のセルを含むブラダーを介して複合部品を製造する方法を示すフローチャートである。
【図５】例示的な実施形態における成形ツールに固定されたブラダーを示す切断図である。
【図６】例示的な実施形態において、内部バルブを介してセルの加圧を調節するブラダーの斜視図である。
【図７】例示的な実施形態において、積層体の樹脂含浸プロセスを容易にするエアブラダーを示す切断図である。
【図８】例示的な実施形態において、蠕動流をシミュレートするセルの加圧シーケンスを示す表である。
【図９】例示的な実施形態において、樹脂を積層体の乾燥繊維にマッサージするセルの加圧シーケンスを示す表である。
【図１０】例示的な実施形態において、真空バギングに使用するエアブラダーを示す図である。
【図１１】例示的な実施形態において、樹脂含浸を容易にするためにエアブラダーを真空バッグとして動作させる方法を示すフローチャートである。
【図１２】例示的な実施形態における積層体形成システムのブロック図である。
【図１３】例示的な実施形態における航空機の製造及び保守点検方法のフロー図である。
【図１４】例示的な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】
【００１３】
図面及び以下の説明は、本開示の特定の例示的な実施形態を示している。したがって、当業者であれば、本明細書に明示的に記載又は図示されていないが、本開示の原理を実現し、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が理解されよう。さらに、本明細書に記載された例は、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列挙された例及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、以下に記載される特定の実施形態又は例に限定されず、特許請求の範囲及びそれらの均等物によって限定される。
【００１４】
図１は、例示的な実施形態におけるブラダー１５０及び相補的な成形ツールの斜視図である。ブラダー１５０は、成形ツール１００及び成形ツール１８０と組み合わせて、構成材料の積層体を所望の形状に圧密して、一体化複合部品（すなわち、ＣＦＲＰ部品）に硬化させる。成形ツールは、下面１１８及び上面１１２によって境界が定められる。成形ツール１００は、側面１１６をさらに含む。成形ツール１００の上面１１２は、積層体の一方の面の形状を画定する。
【００１５】
ブラダー１５０は、上面１１２の上に配置される。ブラダー１５０は成形中に加圧されて積層体が上面１１２と一致するようにする。ブラダー１５０は、ブラダー１５０の内部容積を囲む気密ケーシング１５４を含む。ケーシング１５４は可撓性であり、実質的な熱及び温度（例えば、華氏１９０度〜２９０度で６５〜９０ポンド／平方インチ（ＰＳＩ））に耐えることができる厚さ１／８インチのシリコーン又はゴムを含むことができる。上記の段落で説明したように、上記の例を含むすべての例は非限定的である。したがって、他の材料及び厚さも可能である。
【００１６】
ブラダー１５０は、ダクト１５６（例えば、チューブ）を介してそれぞれ個別に加圧可能な複数のセル１５２をさらに含む。ダクト１５６は、一意の／別個の経路を介して各セル１５２を圧力供給源１６６と連結し、各セル１５２を独立して加圧することができるようにする。すなわち、バルブ１６４からセル１５２への経路を提供するダクト１５６の各セグメントは、任意の他のセル１５２と共有されない。ダクト１５６は、主ポート１５８を介してケーシング１５４を貫通し、対応するセル１５２に内部的に導かれる。シース１６２は、ダクト１５６がバルブ１６４に進むにつれて、ダクト１５６を取り囲む。バルブ１６４は、コントローラー１６８によって制御されて、供給源１６６から加圧ガスを供給し、個々のセル１５２を膨張させる。すなわち、各バルブ１６４は、異なるセル１５２にガスを供給するために異なるダクト１５６を制御することができる。したがって、コントローラー１６８は、ブラダー１５０をセルごとに選択的に加圧する。このようにして、積層体の第２の部分（例えば、領域１２２などの周辺部）でブラダー１５０のセルを膨張させる前に、積層体の第１の部分（例えば、領域１２０のような中央部分）でブラダー１５０内のセルを膨張させることができる。この順序でセル１５２を膨張させることによって、積層体からエアポケットを押し出す。さらに、ブラダー１５０は、樹脂を積層体に押し込むことができ、したがって、樹脂が豊富な領域及び樹脂が枯渇した領域を減少させて、樹脂含浸を均一にすることができる。コントローラー１６８は、例えば、カスタム回路として、プログラムされた命令を実行するハードウェアプロセッサとして、又はそれらの何らかの組み合わせとして実装されてもよい。さらなる実施形態では、コントローラー１６８は、空気ロジック／回路を介してバルブ１６４の動作を指示して、ブラダー１５０の個々のセル１５２を選択的に膨張又は加圧することができる。
【００１７】
ブラダー１５０は、任意の適切な数のセル１５２に細分されてもよい。さらに、ブラダー１５０の中央領域は、ブラダー１５０の中心に近接するセル１５２の任意の適切な組み合わせを含んでもよく、ブラダー１５０の周辺部は、ブラダー１５０の遠位部分に近接するセル１５２の任意の適切な組み合わせを含んでもよい。
【００１８】
成形ツール１８０はブラダー１５０上の配置を設計し、乾燥プリフォームの樹脂注入と樹脂を注入されたプリフォームの圧密の間に積層体が成形ツール１８０の表面１８２（例えば、マンドレル）とブラダー１５０のケーシング１５４との間に挟まれるようにする。ブラダー１５０は、プリプレグプリフォームの圧密中にさらに使用されてもよい。成形ツール１８０は、側面１８６及び表面１８８をさらに含む。
【００１９】
図２は、成形ツール１８０上にレイアップされた層２１０と、成形ツール１００上にレイアップされた層２２０とを含む積層体２００が形成されている環境を示している。この構成に到達するために、（例えば、ブラダー１５０が成形ツール１００上の層２２０の上に配置された後に）成形ツール１８０（層２１０を含む）を裏返してブラダー１５０の上に配置することができる。
【００２０】
ブラダー１５０は、層２１０と層２２０との間に挟まれている。これらの層はそれぞれ、対応する成形ツールによって所定の位置に保持される。ブラダー１５０内のセル１５２は、ブラダー１５０の中心からブラダー１５０の周辺部に徐々に膨張する。すなわち、図２は、領域１２０のセル１５２が膨張した後に領域１２２のセル１５２が膨張する順序を示している。これにより、ブラダー１５０と層との間のエアポケット（図示せず）が積層体２００の周辺部に向かう方向２９０に進み、したがって層の外に進む。これにより、成形中に層２１０及び層２２０に残っているエアポケットの数を減少させ、得られる複合部品の強度を有効に高める。
【００２１】
図３は、例示的な実施形態において積層体を成形するように操作される図１のブラダー及び成形ツールを示す切断図である。具体的には、図３は、図２の矢印３に対応している。図３は、ブラダー１５０の内部容積２３０が壁２４０によってセル１５２に細分されることを示している。壁２４０は、一実施形態では可撓性であり、ケーシング１５４と同じ材料及び／又は同じ厚さの材料を含むことができる。さらに、壁２４０は気密であり、ガス２３２はセル１５２間を自由に移動することができない。これは、セル１５２が独立して膨張可能であることを保証する。セル１５２に圧力が加えられると、ブラダー１５０が膨張して加圧され、積層体２００を成形ツール１００及び成形ツール１８０に適合させる。具体的には、層２１０は表面１８２に対して圧密され、層２２０は表面１１２に対して圧密される。
【００２２】
要約すると、各セル１５２は、それ自体がコントローラー１６８によって制御されるバルブ１６４によって制御される一意の別個のダクト１５６に取り付けられているので、ブラダー１５０は、セル１５２の独立した制御及び膨張を可能にする。したがって、コントローラー１６８は、個々のバルブ１６４を作動させることによって個々のセル１５２を膨張させることができる。これにより、各バルブ１６４は、別個のダクト１５６を介して異なるセル１５２にガスを供給するように制御され得るので、コントローラー１６８とセル１５２との間の直接的な電子通信の必要性が排除される。積層体が硬化された後、ブラダー１５０のセル１５２を収縮させ、次いでブラダー１５０を積層体から引き出すことができる。
【００２３】
ブラダー１５０の動作の例示的な詳細を図４に関して説明する。この実施形態では、ユーザがＣＦＲＰからなる複合部品を生成することを望み、複合部品を形成するために利用可能な構成材料（例えば、乾燥繊維又は「プレプレグ」繊維）の層を有すると仮定する。
【００２４】
図４は、例示的な実施形態において、ブラダー１５０を介して複合部品を製造する方法４００を示すフローチャートである。方法４００のステップは、図１のブラダー１５０を参照して説明されているが、当業者であれば、方法４００は異なるセル配列を含む他のブラダーで実行されてもよいことを理解されよう。本明細書に記載されたフローチャートのステップは、すべてを含むものではなく、図示されていない他のステップを含むことができる。本明細書に記載のステップは、代替の順序で実行されてもよい。
【００２５】
層２２０は、成形ツール１００の表面１１２上にレイアップされ、層２１０は、成形ツール１８０の表面１８２上にレイアップされる（ステップ４０２）。このプロセスを、任意の適切なＣＦＲＰレイアップ技術によって行うことができる。積層体２００がレイアップされると、ブラダー１５０は、成形ツール１００で積層体２００の層２２０の上に配置される（ステップ４０４）。次に成形ツール１８０がブラダー１５０の上に配置され、これにより、ブラダー１５０が成形ツール１００と成形ツール１８０との間に挟まれる。
【００２６】
コントローラー１６８は、積層体の第１の部分（例えば、中央領域１２０）においてブラダー１５０内に位置するブラダー１５０内のセルを識別する（ステップ４０６）。この情報は、コントローラー１６８に予めプログラムされていてもよいし、個々のセル１５２が加圧されるべき順番を示す一連の加圧シーケンス命令によってコントローラー１６８に示されてもよい。コントローラー１６８は、積層体の第２の部分（例えば、領域１２２を含む周辺部）に位置するブラダー１５０内のセル１５２をさらに識別する（ステップ４０８）。これらのセル１５２を、ステップ４０６について記載したのと同様の方法で識別することができる。
【００２７】
識別された第１の部分（例えば、中央部分）のセル１５２及び第２の部分（例えば、周辺部）のセル１５２を用いて、コントローラー１６８は、バルブ１６４を作動させて、セルを第１の部分から第２の部分に徐々に膨張させることによって積層体２００内のエアポケットを中央部分から周辺部に押し始める（ステップ４１０）。このプロセスは、第１の部分のセル１５２を膨張させた後に第２の部分のセル１５２を膨張させることを含む。したがって、第２の部分のセル１５２は、第１の部分のセル１５２を膨張させることに応答して膨張する。一実施形態では、セル１５２は、６５〜９０ＰＳＩに膨張される。加圧／膨張は、アクチュエーター（図示せず）を作動させるコントローラー１６８がバルブ１６４を開閉することによって引き起こされ得る。コントローラー１６８は、ガスが所望の順序で供給源１６６からセル１５２に流れるように、所望のシーケンスでこれらの動作を行うことができる。ステップ４１４は、中央部分のセルが所望のレベルの圧力（例えば、完全に加圧されたか、又は完全な加圧の何分の一か）に膨張された後に起こり得る。ステップ４０６〜４１４は、未硬化の積層体等のための減量プロセスの一部として、熱（例えば、華氏１９０度〜２９０度）の適用による積層体２００の硬化中に実行されてもよい。積層体２００の複合部品への硬化中にブラダー１５０が利用される実施形態では、硬化が完了した後、ブラダー１５０を減圧し、次に積層体２００から生じる複合部品から除去することができる。
【００２８】
要するに、方法４００は、コントローラー１６８が、ダクト１５６を介して供給源１６６からのガスの供給を制御することによって、ブラダー１５０の個々のセルを選択的に加圧することを可能にする。方法４００を利用して、セル１５２を順序付けられたシーケンスで膨張させると、積層体２００内のエアポケットを、ブラダー１５０によって適所に閉じ込めるのではなく、積層体から押し出すことができる。これは、得られる複合部品の強度を高めることによって実質的な利益をもたらす。
【００２９】
図５〜図９は、加圧可能なマルチセルブラダーのさらなる例示的な実施形態及び使用を示している。図５は、例示的な実施形態における成形ツールに固定されたブラダー５５０を示す切断図である。この実施形態では、ブラダー５５０は、（例えば、積層体２００のような中空の積層体の代わりに）フラットな積層体５６０の成形を容易にする。ブラダー５５０は、成形ツール５２０に固定して取り付けられ、壁５４０によって分離されたセル５５２を含む。すなわち、壁５４０は、ブラダー５５０の内部容積５３０をガス５３２で満たされたセル５５２に細分する。アクチュエーター５１０は、成形ツール５７０上にブラダー５５０を含む成形ツール５２０を駆動する。
【００３０】
図５に示すように、積層体５６０は、表面５７２上にレイアップされている。ただし、領域５８０の内部コーナーは、成形中に積層体５６０内に空気のポケットを閉じ込める可能性がある。この傾向を考慮するために、セル５５２が順に膨張して、成形中にエアポケットを矢印５９０で示す方向に押し出す。ブラダー５５０内のセル５５２の配置に応じて、領域５８０内のエアポケットもまた、ページの内外に押し出されてもよい。
【００３１】
図６は、例示的な実施形態において、内部バルブを介してセルの加圧を調節するブラダー６００の斜視図である。図６は、ケーシング６５４と、ケーシング６５４を貫通し、ライン６８０によって供給されるポート６７０を示している。ブラダー６００は、ブラダー６００の中央部分（例えば、領域６２０）のセル６５２にブラダー６００を通って内部的に導かれるダクト６５６を含む。ただし、ダクト６５６は、ブラダー６００の周辺部（例えば、領域６２２）のセルに直接進まない。代わりに、バルブ６６０（例えば、受動的な一方向バルブ、圧力調整器など）がブラダー６００内に含まれる。バルブ６６０は、加圧が、中央部分のセル６５２からブラダー６００の周辺部（例えば、領域６２２）に沿ってセル６５２に進むことを可能にする。一実施形態では、バルブ６６０は、連結されたセルが目標圧力レベル（例えば、５０ＰＳＩ）を超えて加圧された後にのみ、ガスを周辺部のセル６５２に入れることを可能にする。このようにして、セル６５２が中央部分から周辺部へ順に膨張するので、コントローラーは膨張プロセスを管理する必要はない。
【００３２】
図７は、例示的な実施形態における積層体（層７２２及び層７３２を含む）の樹脂含浸プロセスを容易にするブラダー７５０を示す切断図である。図７によれば、リザーバ７１０は、矢印７１２で示すように、硬化性樹脂を圧力によって層７２２及び層７３２にポート７１４を介して供給する。しかしながら、積層体は薄いので、積層体のすべての部分、特に積層体のセルＥ，Ｆ，及びＧに近接する部分に樹脂が含浸することが特に困難である場合がある。これは、積層体が成形ツール７２０、成形ツール７３０、及びブラダー７５０の間で圧迫されるときに特に問題となり得る。
【００３３】
これらの問題に対処するために、ブラダー７５０は、図８〜図９の表に示されているシーケンスでセルＡ〜Ｇを制御可能に加圧する。図８は、例示的な実施形態における蠕動流をシミュレートするセルの加圧シーケンスを示す表８００である。ある初期時点では、セルＡが加圧され（「オン」）、セルＡが加圧されている間にセルＢが加圧され、次にセルＡ及びＢが加圧されている間にセルＣが加圧される。これは、セルＡからセルＧに向かう蠕動流の最初の「パルス」に対応する。この時点では、セルＡはオフにされ、セルＤはセルＢ及びＣと共に加圧される。このプロセスは、蠕動流のパルスが樹脂をセルＧに向かって押し続けるのと同様に続く。
【００３４】
図９は、例示的な実施形態において積層体の乾燥繊維に樹脂をマッサージするセルの加圧シーケンスを示す表９００である。様々なセルへの振動加圧又は変動加圧の図９に示すプロセスは、周囲の繊維に樹脂をマッサージするのに役立つ。図９に示すように、積層体の個々の繊維の間の樹脂の浸透を促進するために、セルを繰り返しオン及びオフにする。
【００３５】
例
以下の例では、積層体の成形を容易にするブラダーに関連して、追加のプロセス、システム、及び方法を説明する。
【００３６】
図１０は、例示的な実施形態において真空バギングに使用するエアブラダーを示す図である。システム１０００は、真空バッグ技術を用いて、積層体１０４０を複合部品に圧密、形成、及び／又は硬化させる。この実施形態では、システム１０００は、製造中に積層体１０４０が適合する表面を形成する成形ツール１０１０を含む。積層体１０４０は、硬化性樹脂で予め含浸された「プリプレグ」炭素繊維積層体、又は樹脂含浸を待つ任意の適切な硬化性積層体を含むことができる。図１０に示すように、積層体１０４０は、真空バッグ１０２０を介してツール１０１０上の適所に保持され、真空バッグ１０２０は、エッジシーラント１０２２を介してツール１０１０上の積層体１０４０を取り囲むようにテープ止め／密閉される。真空バッグ１０２０は、個別に膨張可能な複数の内部セルを有する徐々に膨張可能なブラダーである。例えば、真空バッグ１０２０は、図１のブラダー１５０を含むことができる。
【００３７】
ブリーザは、積層体１０４０を取り囲む、及び又は覆うことができ、真空バッグ１０２０の下に密閉される。ブリーザは、硬化プロセスからの樹脂、空気及び揮発性ガスのための通路を設けて、真空バッグ１０２０内のプリフォームから移動させる。その後、過剰の樹脂及び揮発性ガスは、真空ライン１０６０のための取付具として動作するポート１０５０を介して真空バッグ１０２０から出る。真空ライン１０６０は、この実施形態では圧縮機１０７０によって駆動される。
【００３８】
動作中、圧縮機１０７０は、真空バッグ１０２０の下から空気を排出することができる。真空バッグ１０２０の下の空気を除去することで、大気圧により積層体１０４０に対して真空バッグを押圧することができる。これにより、積層体１０４０をツール１０１０に適合させるために積層体１０４０に対して真空バッグ１０２０を保持する。加えて又は代替的に、圧縮機１０７０は、マニホールドを介して真空バッグ１０２０の個々のセルを膨張させて、プリフォームに変化する圧力を加えることができる。圧力はまた、真空バッグ１０２０をブリーザに密接に適合させる。これは、積層体１０４０が硬化するにつれて積層体１０４０をツール１０１０の外形にしっかりと保持する利点を提供し、また、真空バッグを横切る可変圧力を選択的に適用することが可能であるという利点を提供して、硬化プロセス中に存在する可能性のある気泡及び／又は過剰の樹脂を引き出すのを助ける。硬化プロセス自体は、実質的な量の圧力及び／又は熱（例えば、オートクレーブ内）の適用中にさらに行われてもよい。
【００３９】
図１１は、例示的な実施形態において樹脂含浸を容易にするためのエアブラダーを真空バッグとして動作させる方法１１００を示すフローチャートである。図１１によれば、本方法は、プリフォームをマンドレル（例えば、成形ツール１０１０）上に配置すること（ステップ１１０２）によって複合プリフォーム（例えば、積層体１０４０）内の樹脂移動を制御するステップを含む。この方法は、プリフォーム上に個別に制御された圧力セル１５２のアレイを有する真空バッグ１０２０（カウルシートとしても知られている）を敷設するステップ（ステップ１１０４）、真空バッグ−カウルシートの下に樹脂を配置するステップ（ステップ１１０６）、及び真空バッグ１０２０の少なくとも１つのセル内の圧力を個別に制御して樹脂フローを操作するステップ（１１０８）をさらに含む。さらなる実施形態では、この方法はプリフォームに樹脂を注入するステップを含むことができる。
【００４０】
図１２は、例示的な実施形態における積層体形成システム１２００のブロック図である。この実施形態では、積層体１２２０が成形ツール１２１０上にレイアップされる。積層体は、チューブ１２２２を介してリザーバ１２２４からの樹脂で含浸される。一方、アクチュエーター１２９０は、成形ツール１２１０の位置を調整するためにコントローラー１２５０によって管理される。コントローラー１２５０は、バルブ１２５４を制御可能に開閉するアクチュエーター１２５２をさらに制御する。バルブ１２５４が開いているとき、ガス（例えば、空気）は、供給源１２５６からダクト（１２３８，１２４２，１２４４）を介してポート１２４０に流れる。次いで、ガスはダクト（１２３８，１２４２，１２４４）を介して壁１２３４によって分離された異なるセル１２３６に進む。壁１２３４は、ブラダー１２３０の内部容積１２３２をセル１２３６に細分する。
【００４１】
より詳細には図面を参照すると、本開示の実施形態を、図１３に示す航空機の製造及び保守点検方法１３００と、図１４に示す航空機１３０２に関連して説明することができる。製造準備段階に、例示的な方法１３００は、航空機１３０２の仕様及び設計１３０４と材料調達１３０６を含むことができる。製造中に、構成要素及び部分組立品の製造１３０８と航空機１３０２のシステム統合１３１０が行われる。その後、航空機１３０２は、認証及び搬送１３１２を経由して、就航中１３１４になることができる。顧客の就航中、航空機１３０２は、（修正、再構成、改修などを含み得る）日常の整備及び保守点検１３１６のためにスケジュールされている。本明細書で実現される装置及び方法を、製造及び保守点検方法１３００（例えば、仕様及び設計１３０４、材料調達１３０６、構成要素及び部分組立品の製造１３０８、システム統合１３１０、認証及び搬送１３１２、就航１３１４、整備及び保守点検１３１６）の任意の１つ又は複数の適切な段階で利用することができ、航空機１３０２には任意の適切な構成要素（例えば、機体１３１８、システム１３２０、内部１３２２、推進１３２４、電気１３２６、油圧１３２８、環境１３３０）が含まれてもよい。
【００４２】
方法１３００の各プロセスを、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって実行することができる。この説明の目的のために、システムインテグレータは、非限定的に、任意の数の航空機製造業者及び主要システムの下請業者を含んでもよく、第三者は、非限定的に、任意の数のベンダ、下請業者、及びサプライヤを含んでもよく、オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってもよい。
【００４３】
図１４に示すように、例示的な方法１３００によって製造された航空機１３０２は、複数のシステム１３２０と内部１３２２を有する機体１３１８を含むことができる。高レベルのシステム１３２０の例には、推進システム１３２４、電気システム１３２６、油圧システム１３２８、及び環境システム１３３０の１つ又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙の例が示されているが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。
【００４４】
本明細書で実現される、上述した装置及び方法を、製造及び保守点検方法１３００の任意の１つ又は複数の段階の間に利用することができる。例えば、製造段階１３０８に対応する構成要素又は部分組立品は、航空機１３０２の就航中に製造される構成要素又は部分組立品と同様の方法で製造され得る。加えて、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、製造段階１３０８及び１３１０の間に利用することができ、これにより、例えば、航空機１３０２の組み立てを実質的に促進し、すなわちコストを低減することができる。同様に、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、航空機１３０２の就航中に、例えば限定するものではないが、整備及び保守点検１３１６に利用することができる。例えば、本明細書に記載の技術及びシステムを、ステップ１３０６，１３０８，１３１０，１３１４及び／又は１３１６に使用することができ、機体１３１８及び／又は内部１３２２に使用することができる。これらの技術及びシステムは、例えば、推進１３２４、電気１３２６、油圧１３２８、及び／又は環境１３３０を含むシステム１３２０に利用されてもよい。
【００４５】
一実施形態では、ブラダー１５０は、機体１３１８の一部を構成する複合部品を形成するために利用され、構成要素及び部分組立品の製造１３０８中に製造される。次いで、複合部品を、システム統合１３１０において航空機に組み立て、その後、摩耗が複合部品を使用不能にするまで就航中１３１４において利用することができる。次に、整備及び保守点検１３１６において、複合部品を廃棄し、新たに製造された部品と交換することができる。エアブラダー１５０は、追加の複合部品を製造するために、構成要素及び部分組立品の製造１３０８を通して利用され得る。
【００４６】
図面に示され、又は本明細書に記載された様々な制御要素（例えば、電気又は電子構成要素）のいずれかが、ハードウェア、ソフトウェアを実装するプロセッサ、ファームウェアを実装するプロセッサ、又はこれらのいくつかの組み合わせとして実装されてもよい。例えば、要素は、専用ハードウェアとして実装されてもよい。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラー」、又は同様の用語で呼ばれることがある。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は複数の個別プロセッサによって提供されてもよく、そのいくつかは共有されてもよい。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラー」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみを指すものと解釈されるべきではなく、非限定的に、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）又は他の回路、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み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、ロジック、又は他の何らかの物理ハードウェア構成要素若しくはモジュールを暗示的に含んでもよい。
【００４７】
また、制御要素は、要素の機能を実行するためにプロセッサ又はコンピューターによって実行可能な命令として実装されてもよい。命令の例には、ソフトウェア、プログラムコード、ファームウェアなどがある。命令は、プロセッサが要素の機能を実行するように命令するためにプロセッサによって実行されるときに動作可能である。命令は、プロセッサによって読み取り可能な記憶装置に記憶されてもよい。記憶装置の例には、デジタル又はソリッドステートメモリ、磁気ディスク及び磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は光学的に読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体などがある。
【００４８】
本発明は、特許請求の範囲と混同されるべきではない以下の条項でも言及される。
【００４９】
Ａ１．ブラダーの内部容積（２３０）を囲むケーシング（１５４）、
内部容積を互いに気密なセル（１５２）に細分するブラダー内の壁（２４０）、及び
別個の経路を介して各セルを加圧ガスの供給源（１６６）と連結するダクト（１５６）
を備えた、ブラダー（１５０）と、
ダクトを介して供給源からのガスの供給を制御することによって、積層体の第１の部分（１２０）から積層体の第２の部分（１２２）に、ブラダー内の個々のセルを徐々に加圧するコントローラー（１６８）と
を備える、装置。
【００５０】
Ａ２．コントローラーが、セルごとにブラダーを選択的に加圧する、
段落Ａ１に記載の装置。
【００５１】
Ａ３．ブラダーが、ケーシングを貫通する主ポート（１５８）をさらに備え、
ダクトが、ブラダーの内部容積を通って導かれ、主ポートを介してブラダーを出る、
段落Ａ１に記載の装置。
【００５２】
Ａ４．ケーシングがシリコーンからなり、壁がシリコーンからなる、
段落Ａ１に記載の装置。
【００５３】
Ａ５．ブラダーが、剛性の成形ツール（５２０）に取り付けられる、
段落Ａ１に記載の装置。
【００５４】
Ａ６．ブラダーの各セルが、破裂することなく華氏１９０度で少なくとも６５ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）の圧力に耐えることができる、
段落Ａ１に記載の装置。
【００５５】
本発明のさらなる態様によれば、以下が提供される。
【００５６】
Ｂ１．第１の成形ツール（１００）と、
内部容積を囲むケーシング（１５４）、及び
内部容積を互いに気密なセル（１５２）に細分するブラダー内の壁（２４０）
を備えた、ブラダー（１５０）と、
ブラダーと第１の成形ツールとの間に配置された炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）の積層体（２００）と、
加圧ガスの供給源（１６６）と、
供給源を各セルと独立して連結するダクト（１５６）と、
ブラダーの個々のセルを選択的に膨張させることによってブラダーの膨張を制御するコントローラー（１６８）と
を備える、システム。
【００５７】
Ｂ２．コントローラーが、積層体の第１の部分（１２０）に位置するブラダー内のセルを識別し、
コントローラーが、積層体の第２の部分（１２２）に位置するブラダー内のセルを識別し、
コントローラーが、第２の部分のセルを膨張させる前に、第１の部分のセルを膨張させ、それによって、ブラダーが積層体内のエアポケットを第１の部分から第２の部分に押し出す、
段落Ｂ１に記載のシステム。
【００５８】
Ｂ３．ブラダーが、ケーシングを貫通する主ポート（１５８）をさらに備え、
ダクトが、ブラダーの内部容積を通って導かれ、主ポートを介してブラダーを出る、
段落Ｂ１に記載のシステム。
【００５９】
Ｂ４．システムが、
樹脂のリザーバ（７１０）
をさらに備え、
リザーバから積層体に樹脂が含浸する間に、コントローラーが各セルで圧力を振動させて、セルが積層体の繊維に樹脂を繰り返しマッサージするようにする、
段落Ｂ１に記載のシステム。
【００６０】
Ｂ５．システムが、
樹脂のリザーバ（７１０）と、
リザーバから積層体に樹脂を塗布するポート（７１４）と、
をさらに備え、
ブラダーは、ポート（Ａ−Ｃ）に近接するセル及びポート（Ｄ−Ｇ）から遠位にあるセルを含み、
コントローラーは、繰り返し、ポートに近接するセルを加圧し、ポートから遠位にあるセルを加圧し、ポートに近接するセルを減圧し、ポートから遠位にあるセルを減圧する、
段落Ｂ１に記載のシステム。
【００６１】
Ｂ６．各セルのダクトに取り付けられたバルブ（１６４）と、
コントローラーからの入力に従ってバルブを開閉するアクチュエーター（１２５２）と
をさらに備える、段落Ｂ１に記載のシステム。
【００６２】
Ｂ７．ブラダーが、第２の成形ツール（１８０）に取り付けられ、
コントローラーが、第２の成形ツールを駆動するアクチュエーター（１２５２）を第１の成形ツールに向けて誘導する、
段落Ｂ１に記載のシステム。
【００６３】
本発明のさらなる態様によれば、以下が提供される。
【００６４】
Ｃ１．炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）の積層体を成形ツール上にレイアップするステップ（４０２）と、
積層体の上にブラダーを配置するステップ（４０４）と、
積層体の第１の部分に位置するブラダー内のセルを識別するステップ（４０６）と、
積層体の第２の部分に位置するブラダー内のセルを識別するステップ（４０８）と、
セルを第１の部分から第２の部分に徐々に膨張させることによって、積層体のエアポケットを第１の部分から第２の部分に押し出すステップ（４１０）と
を含む、方法。
【００６５】
Ｃ２．第２の部分のセルを膨張させる前に第１の部分のセルを膨張させるステップ
をさらに含む、段落Ｃ１に記載の方法。
【００６６】
Ｃ３．第２の部分のセルを膨張させる前に、第１の部分のセルを少なくとも６５ポンド／平方インチの圧力まで膨張させるステップ
をさらに含む、段落Ｃ２に記載の方法。
【００６７】
Ｃ４．積層体、成形ツール、及びエアブラダーを少なくとも華氏１９０度に加熱しながら、積層体からエアポケットを押し出すステップ
をさらに含む、段落Ｃ１に記載の方法。
【００６８】
Ｃ５．積層体が複合部品に硬化するのを待つステップと、
ブラダーを減圧するステップと、
減圧後にブラダーを複合部品から除去するステップと
をさらに含む、段落Ｃ４に記載の方法。
【００６９】
Ｃ６．積層体に硬化性樹脂を含浸させる間に、各セルに加えられる圧力を振動させて、セルが樹脂を積層体の繊維に繰り返しマッサージするようにするステップ
をさらに含む、段落Ｃ１に記載の方法。
【００７０】
Ｃ７．ポートを介して積層体に硬化性樹脂を含浸させるステップをさらに含み、
含浸させている間に、
ポートに近接するセルを加圧するステップと、
ポートから遠位にあるセルを加圧するステップと、
ポートに近接するセルを減圧するステップと、
ポートから遠位にあるセルを減圧するステップと
を繰り返す、段落Ｃ１に記載の方法。
【００７１】
本発明のさらなる態様によれば、以下が提供される。
【００７２】
Ｄ１．ブラダーの内部容積（２３０）を囲むケーシング（１５４）、
内部容積を互いに気密なセル（１５２）に細分するブラダー内の壁（２４０）、及び
別個の経路を介してブラダーの中央部分（１２０）の各セルを加圧ガスの供給源と連結するダクト（１５６）
を備えた、ブラダー（１５０）と、
ブラダーの周辺部（６２２）のセルをブラダーの中央部分（６２０）のセルと連結するバルブ（６６０）と
を備える、装置。
【００７３】
本発明のさらなる態様によれば、以下が提供される。
【００７４】
Ｅ１．プリフォームをマンドレル上に配置するステップ（１１０２）と、
プリフォーム上に個別に制御された圧力セルのアレイを有する真空バッグを敷設するステップ（１１０４）と、
樹脂を真空バッグの下に配置するステップ（１１０６）と、
真空バッグの少なくとも１つのセルの圧力を個別に制御して樹脂フローを操作するステップ（１１０８）と、
によって、圧密中に複合プリフォーム内の樹脂移動を制御するステップと
を含む、方法。
【００７５】
Ｅ２．方法がオートクレーブ内で実行される、
段落Ｅ１に記載の方法。
【００７６】
Ｅ３．プリフォームに樹脂を注入するステップ
をさらに含む、段落Ｅ１に記載の方法。
【００７７】
Ｅ４．プリフォームが、硬化性樹脂で予め含浸された複合材料を含む、
段落Ｅ１に記載の方法。
【００７８】
特定の実施形態が本明細書に記載されているが、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、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される。
【符号の説明】
【００７９】
１００  成形ツール
１１２  上面
１１６  側面
１１８  下面
１２０  領域
１２２  領域
１５０  ブラダー
１５２  セル
１５４  ケーシング
１５６  ダクト
１５８  主ポート
１６２  シース
１６４  バルブ
１６６  供給源
１６８  コントローラー
１８０  成形ツール
１８２  表面
１８６  側面
１８８  表面
２００  積層体
２１０  層
２２０  層
２３０  内部容積
２３２  ガス
２４０  壁
【図１】
2018149799.tif 000003
【図２】
2018149799.tif 000004
【図３】
2018149799.tif 000005
【図４】
2018149799.tif 000006
【図５】
2018149799.tif 000007
【図６】
2018149799.tif 000008
【図７】
2018149799.tif 000009
【図８】
2018149799.tif 000010
【図９】
2018149799.tif 000011
【図１０】
2018149799.tif 000012
【図１１】
2018149799.tif 000013
【図１２】
2018149799.tif 000014
【図１３】
2018149799.tif 000015
【図１４】
2018149799.tif 000016
【外国語明細書】
2018149799000001.pdf