(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮ストリンガパッケージによる複合材製造方法及び装置の提供。【解決手段】圧縮ストリンガパッケージの形成方法は、複合材チャージを、成形硬化マンドレル、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に配置し、複合材チャージを成形硬化マンドレル及び剛性ベースの形状にするため、機械的な圧力が加えられ、ハット型断面を有するストリンガレイアップを形成し、圧縮ストリンガパッケージを形成するため、真空圧がストリンガレイアップに加えられる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材チャージ（２０４）を、成形硬化マンドレル（２１０）、第１のＲ部充填剤（２０７）、及び第２のＲ部充填剤（２０８）の上に配置すること、
前記複合材チャージ（２０４）を前記成形硬化マンドレル（２１０）及び剛性ベース（２３０）の形状にするための機械的な圧力を加えて、ストリンガレイアップ（２３２）を形成すること、及び、
前記ストリンガレイアップ（２３２）に真空圧力を加えて、ハット型断面（２３４）を有する圧縮ストリンガパッケージ（２０２）を形成すること
を含む方法。
【請求項２】
前記機械的な圧力を加えて前記複合材チャージ（２０４）を成形すること、又は前記真空圧力を前記ストリンガレイアップ（２３２）に加えること、のうちの少なくとも１つによって、前記複合材チャージ（２０４）が複合材プライ（２０４）に接着されるように、前記成形硬化マンドレル（２１０）、前記第１のＲ部充填剤（２０７）、及び前記第２のＲ部充填剤（２０８）の上に前記複合材チャージ（２０４）を配置する前に、前記複合材プライ（２０４）を前記成形硬化マンドレル（２１０）の周囲に巻きつけることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
内部プライ（２１６）を前記剛性ベース（２３０）の上に配置すること、
前記第１のＲ部充填剤（２０７）及び前記第２のＲ部充填剤（２０８）を、前記剛性ベース（２３０）上の前記内部プライ（２１６）の上に配置すること、及び、
前記複合材チャージ（２０４）を前記成形硬化マンドレル（２１０）の上に配置する前に、前記成形硬化マンドレル（２１０）を前記内部プライ（２１６）の上に配置すること
を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
機械的な圧力を加えることは、前記複合材チャージ（２０４）を横切って複数の機械的フィンガー（２４２）をスライドさせることによって、前記複数の機械的フィンガー（２４２）を用いて前記複合材チャージ（２０４）を押圧することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記剛性ベース（２３０）から前記圧縮ストリンガパッケージを除去すること、及び、
前記圧縮ストリンガパッケージを硬化ツール（２２６）の中へ配置すること
を更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記成形硬化マンドレル（２１０）は、フォームマンドレルアセンブリ（１９０２）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記圧縮ストリンガパッケージ（１９３６）の複合材料（１９０４）を高温（１９１６）で硬化して、複合材構造（１９０６）を形成すること、及び、
硬化中に、前記フォームマンドレルアセンブリ（１９０２）内で支持フォームマンドレル（１９０８）を折り畳むこと
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記支持フォームマンドレル（１９０８）を折り畳むことは、硬化中に、前記フォームマンドレルアセンブリ（１９０２）内で前記支持フォームマンドレル（１９０８）を折り畳むため、前記フォームマンドレルアセンブリ（１９０２）内で真空引きすること（１９３４）を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記支持フォームマンドレル（１９０８）を折り畳むことは、高温（１９１６）又は高圧（１９１８）のうちの少なくとも１つに依存する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
硬化後、前記複合材構造（１９０６）から、折り畳まれたフォームマンドレルを有する前記フォームマンドレルアセンブリ（１９０２）を引き出すことを更に含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
高温（１９１６）又は高圧（１９１８）のうちの少なくとも１つの下で折り畳まれるように構成された材料（１９１４）を含む支持フォームマンドレル（１９０８）、
前記支持フォームマンドレル（１９０８）を取り囲む幾つかのガス不透過層（１９１０）、及び、
前記幾つかのガス不透過層（１９１０）を取り囲む剥離層（１９１２）
を備えるフォームマンドレルアセンブリ（１９０２）。
【請求項１２】
前記材料（１９１４）は、硬化される部品内の圧力差が実質的に等しくなる圧力差温度を超える温度で軟化し、また、前記温度は硬化サイクルの最大温度を下回る、請求項１１に記載のフォームマンドレルアセンブリ（１９０２）。
【請求項１３】
前記支持フォームマンドレル（１９０８）は開放セルフォーム（１９３２）である、請求項１１又は１２に記載のフォームマンドレルアセンブリ（１９０２）。
【請求項１４】
前記開放セルフォーム（１９３２）は、１ポンド／立方インチ〜１６ポンド／立方インチの範囲の密度（１９４２）を有する、請求項１３に記載のフォームマンドレルアセンブリ（１９０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して製造に関し、具体的には、複合材製造に関する。より具体的には、本開示は、圧縮ストリンガパッケージによる複合材製造の方法及び装置に関し、フォームマンドレルアセンブリを含む。
【背景技術】
【０００２】
航空機は一般的に、滑らかな空力外表面を形成するため、外板が取り付けられる基本骨組とみなされうる機体を含む。様々な形状のストリンガは、航空機上の補強胴体部分及び翼外板に使用されうる。航空機の重量を減らすために、複合材料が航空機で使用される。現代の航空機は、複合材ストリンガ及び複合材外板を含みうる。
【０００３】
従来、複合材ストリンガは、ファスナを用いることで、複合材ストリンガを複合材外板に硬化することで、或いはこの二つの組み合わせによって、複合材外板に取り付けられる。幾つかの従来の処理では、複合材ストリンガは、複合材ストリンガと複合材外板の両方に共通の硬化ツール上に組み立てられる。
【０００４】
複合材ストリンガと複合材外板に共通の硬化ツールは十分に大きく、胴体の一部を形成することができる。したがって、硬化ツールは大きな製造占有面積を有しうる。大きな製造専有面積は、製造環境に適合する硬化ツールの品質を制限する。
【０００５】
複合材ストリンガを硬化ツール上に組み立てるため、幾つかの処理が実施され、各処理は関連する実施時間を有する。各ストリンガ構成要素は、硬化ツール上に配置され、次いで別々に圧縮される。複合材ストリンガの組み立てに関連する各処理は、製造時間全体を増大させる。製造時間は、製造される航空機の品質を制限しうる。
【０００６】
堅固な複合材構造を作るため、熱硬化性複合材料は設計された温度と圧力で硬化する。硬化中には、複合材料のすべての部分に均等な圧力を加えることが望ましい。均等な圧力を加えることによって、複合材構造に望ましくない不整合が生じることはほとんどない。
【０００７】
閉じられた断面又は部分的に閉じられた断面を有する複合材構造の製造は、少なくとも部分的にトラップされた空洞内部にツールを配置することを含む。少なくとも部分的にトラップされた空洞は、ツールの除去を困難にするため望ましくない。中実なマンドレルは、複合材構造からの直線的な見通し線の抽出経路がない場合には、使用することはできない。したがって、上記の問題点のうちの少なくともいくつかと、起こりうる他の問題点を考慮した、方法及び装置を手に入れることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の例示的実施形態は、方法を提示する。複合材チャージは、成形硬化マンドレル、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に配置される。複合材チャージを成形硬化マンドレル及び剛性ベースの形状にするため、機械的な圧力が加えられ、ストリンガレイアップを形成する。ハット型断面を有する圧縮ストリンガパッケージを形成するため、真空圧がストリンガレイアップに加えられる。
【０００９】
本開示の別の例示的実施形態は、方法を提示する。複数の圧縮ストリンガパッケージが形成され、その各々は、ハット型断面を有する複合材チャージ、複合材チャージに接触する第１のＲ部充填剤、複合材チャージに接触する第２のＲ部充填剤、並びにハット型断面のキャップ、第１のウェブ及び第２のウェブ内に配置された成形硬化マンドレルを含む。複数の圧縮ストリンガパッケージは、硬化ツール上に配置される。
【００１０】
本開示の更なる例示的な一実施形態は、圧縮ストリンガパッケージを提供する。圧縮ストリンガパッケージは、複合材チャージ、第１のＲ部充填剤、第２のＲ部充填剤、及び成形硬化マンドレルを含む。複合材チャージはハット型断面を有する。第１のＲ部充填剤は複合材チャージに接触する。第２のＲ部充填剤は複合材チャージに接触する。成形硬化マンドレルは、ハット型断面のキャップ、第１のウェブ、及び第２のウェブ内に配置される。
【００１１】
本開示の更なる例示的な一実施形態は、複合材構造の製造方法を提示する。フォームマンドレルアセンブリを備える圧縮ストリンガパッケージが形成される。圧縮ストリンガパッケージは硬化ツール上に配置される。圧縮ストリンガパッケージの複合材料は高温で硬化され、複合材構造を形成する。フォームマンドレルアセンブリ内の支持フォームマンドレルは硬化中に折り畳まれる（ｉｓ  ｃｏｌｌａｐｓｅｄ）。
【００１２】
本開示の別の例示的な実施形態は、複合材構造の製造方法を提示する。複合材構造を形成するため、閉じられた断面又は部分的に閉じられた断面を有する複合材料は硬化される。硬化開始時に、複合材料はフォームマンドレルアセンブリに接触している。フォームマンドレルアセンブリ中の支持フォームマンドレルは、硬化中に折り畳まれる。
【００１３】
本開示の更なる例示的な実施形態は、支持フォームマンドレル、幾つかのガス不透過層、及び剥離層（ｒｅｌｅａｓｅ  ｌａｙｅｒ）を備えるフォームマンドレルアセンブリを提供する。支持フォームマンドレルは、高温又は高圧のうちの少なくとも１つの条件下で折り畳まれるように構成された材料を含む。幾つかのガス不透過層は支持フォームマンドレルを取り囲む。剥離層は幾つかのガス不透過層を取り囲む。
【００１４】
これらの特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態において個別に実現可能であるか、又は、下記の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解されうる、更に別の実施形態において組み合わされうる。
【００１５】
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、例示的な実施形態並びに好ましい使用モード、更なる目的及びそれらの特徴は、添付図面を参照しながら、本開示の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な実施形態が実装されうる航空機の図である。
【図２】例示的な実施形態による、製造環境のブロック図である。
【図３】例示的な実施形態による、製造環境内の機械的成形ツールの図である。
【図４】例示的な実施形態による、機械的成形ツール内のストリンガレイアップの図である。
【図５】例示的な実施形態による、圧縮前の複合材ストリンガパッケージの構成要素の図である。
【図６】例示的な実施形態による、圧縮ストリンガパッケージの図である。
【図７】例示的な実施形態による、圧縮前の複合材ストリンガパッケージの構成要素の図である。
【図８】例示的な実施形態による、圧縮ストリンガパッケージの図である。
【図９】例示的な実施形態による、圧縮前の複合材ストリンガパッケージの構成要素の図である。
【図１０】例示的な実施形態による、圧縮ストリンガパッケージの図である。
【図１１】例示的な実施形態による、硬化ツール上に配置された圧縮ストリンガパッケージの図である。
【図１２】例示的な実施形態による、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの斜視図である。
【図１３】例示的な実施形態による、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの断面図である。
【図１４】例示的な実施形態による、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの断面図である。
【図１５】例示的な実施形態による、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの上面図である。
【図１６】例示的な実施形態による、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの側面図である。
【図１７】例示的な実施形態による、圧縮ストリンガパッケージを形成する方法のフロー図である。
【図１８】例示的な実施形態による、複数の圧縮ストリンガパッケージを用いた製造方法のフロー図である。
【図１９】例示的な実施形態による、製造環境のブロック図である。
【図２０】例示的な実施形態による、フォームマンドレルアセンブリの断面図である。
【図２１】例示的な実施形態による、フォームマンドレルアセンブリの斜視図である。
【図２２】例示的な実施形態による、フォームマンドレルアセンブリの上に配置された複合材料の断面図である。
【図２３】例示的な実施形態による、フォームマンドレルアセンブリを受容するストリンガの断面図である。
【図２４】例示的な実施形態による、硬化前の圧縮ストリンガパッケージ内のフォームマンドレルアセンブリの断面図である。
【図２５】例示的な実施形態による、硬化後の圧縮ストリンガパッケージ内のフォームマンドレルアセンブリの断面図である。
【図２６】例示的な実施形態による、オートクレーブ内の複数のフォームマンドレルアセンブリを有する硬化ツールの断面図である。
【図２７】例示的な実施形態による、複合材構造の製造方法のフロー図である。
【図２８】例示的な実施形態による、複合材構造の製造方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示的な実施形態は、一又は複数の種々の検討事項を認識し、かつ考慮している。例えば、例示的な実施形態は、航空機の重量を減らすため航空機内で複合材料が使用されることを認識し、かつ考慮している。この軽量化により、ペイロード能力及び燃費効率などの性能特徴が改善される。更に、複合材料により航空機の様々な構成要素の寿命が延びている。
【００１８】
例示的な実施例は、硬化ツール上に複合材ストリンガを組み立てるため、幾つかの処理が実施されること、各処理は関連する実施時間を有することを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、各ストリンガ構成要素は硬化ツール上に配置され、個別に圧縮されることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、複合材ストリンガの組み立てに関連している各処理が製造時間全体を増大させることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、製造時間が生産される航空機の品質を制限しうることを認識し、かつ考慮している。
【００１９】
例示的な実施例は、複合材料が、２つ以上の機能的な構成要素の組み合わせによって作られる、強固で軽量な材料であってもよいことを認識し、かつ考慮している。例えば複合材料は、ポリマー樹脂マトリクスに結合された強化繊維を含みうる。繊維は単方向でありうるか、或いは、織布又はファブリックの形態をとりうる。繊維及び樹脂は、複合材料を形成するために配置及び硬化されうる。
【００２０】
例示的な実施例は、ファスナを用いて、複合材ストリンガを複合材外板に硬化することによって、或いは他の望ましい方法によって、複合材ストリンガが複合材外板に取り付けられうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、ファスナが航空機の重量を増大させることを認識し、かつ考慮している。したがって、例示的な実施例は、複合材ストリンガを複合材外板に硬化することが望ましい取り付け方法であることを認識し、かつ考慮している。
【００２１】
例示的な実施例は、複合材料を大きな硬化ツール上に配置することが時間を制限するステップであることを認識し、かつ考慮している。複合材料を配置することは積層処理である。例示的な実施例は、複合材部分を硬化ツールから切り離して形成することは製造時間を短縮しうることを認識し、かつ考慮している。例えば、硬化ツールから切り離して複数の複合材ストリンガを形成することは、製造時間を短縮しうる。
【００２２】
例示的な実施例は、航空機の胴体が輪郭を有することを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、複合材ストリンガが胴体の輪郭に適合する湾曲を有することを認識し、かつ考慮している。
【００２３】
例示的な実施例は、製造ツールが使用されないときには保管されることを認識し、かつ考慮している。したがって、例示的な実施例は、製造ツールの点数が増大すると製造ツールの保管容積も増大することを認識し、かつ考慮している。
【００２４】
例示的な実施例は、交換可能な部品と組み立てライン処理は保管容積を減少させることを認識し、かつ考慮している。更に、例示的な実施例は、交換可能な部品と組み立てライン処理は構造形成の複雑性を軽減することを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、ほぼ直線的な複合材ストリンガレイアップなどの実質的に同様な複合材ストリンガは、１つの組み立てラインを用いて形成されうることを認識し、かつ考慮している。
【００２５】
例示的な実施例は更に、複合材ストリンガなどの複雑な複合材構造を輪郭に合わせて曲げることは、複合材材料にしわを生じさせることがありうることを認識し、かつ考慮している。例えば、例示的な実施例は、複合材ストリンガレイアップを硬化ツールの複雑な輪郭に合わせて形成するときには、複合材ストリンガにしわを生じさせることがありうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、しわが複合材料の性能に影響することを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、しわは検出が難しいことがあり望ましくないことを認識し、かつ考慮している。
【００２６】
例示的な実施例は、支持体が硬化中に複合材料に中空部分をもたらし望ましくないことを認識し、かつ考慮している。例えば、ブラダーなどの剛性ツール又は圧縮ツールが、硬化中に複合材料の中空部分内に存在することがありうる。
【００２７】
例示的な実施例は、任意の付加的な硬化ステップ、付加的な一体化ステップ、或いは付加的なレイアップステップをなくすことで製造時間が短縮されることを認識し、かつ考慮している。したがって、例示的な実施例は、複数の複合材料層を同時に一体化することによって、製造時間を短縮しうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は更に、複数の目的にかなうツールは、製造時間又は製造費用のうちの少なくとも１つを軽減しうることを認識し、かつ考慮している。
【００２８】
例示的な実施例は、従来の胴体製造では、ハット型断面を有する一体化された複合材部分が硬化ツール内に配置されうることを認識し、かつ考慮している。ひとたび硬化ツール内に配置されると、既に存在している任意の形成ツールは、一体化された複合材部分から除去される。形成ツールを除去した後、硬化マンドレル又は硬化ブラダーは、一体化された複合材部分に配置される。硬化マンドレル又は硬化ブラダーを配置した後、第１のＲ部充填剤及び第２のＲ部充填剤は、一体化された複合材部分に配置される。従来、これらのステップは硬化ツール上で実施される。例示的な実施形態は、硬化ツール上で実施されるその後の各ステップは、硬化ツールを用いて構成要素を形成する製造時間を増大させることを認識し、かつ考慮している。
【００２９】
例示的な実施例は、硬化中に空洞形状を保持するツール上にストリンを形成することは現在行われていないことを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は更に、第１のＲ部充填剤及び第２のＲ部充填剤を形成処理に組み込むことは現在行われている処理ではないことを認識し、かつ考慮している。
【００３０】
例示的な実施例は更に、種々の従来の膨張式ツール、可撓性ツール、又は折り畳み式ツールが、複合材構造の部分的にトラップされた空洞内で使用されることを認識し、かつ考慮している。例えば、例示的な実施例は、硬化中に複合材料の内側部分に圧力を加えるため、弾性ブラダーがツールとして使用されうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、柔らかい可撓性のある弾性ブラダーによってもたらされる以上の支持を要求することが望ましいことを認識し、かつ考慮している。
【００３１】
例示的な実施例は、折り畳み可能な又は分解されたハードツールが、硬化中に複合材料の内側部分に圧力を加えるツールとして使用されうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、複合材料の硬化中に圧力を加えるために使用されるツールの複雑性、重量、又はコストのうちの少なくとも１つを軽減することが望ましいことを認識し、かつ考慮している。例えば、例示的な実施例は、ツールの複雑性を軽減することはまた、ツールの組み立て及び分解の時間を短縮することによって、製造時間を短縮しうることを認識し、かつ考慮している。別の実施例として、例示的な実施例は、ツールの重量を軽減することは、ツールの取扱いを容易にしうることを認識し、かつ考慮している。更なる実施例として、例示的な実施例は、複合材料が角度をつけて、或いは上下逆に配置されているときには、ツールの重量を軽減することは、複合材料内のツールの動きを軽減しうることを認識し、かつ考慮している。
【００３２】
例示的な実施例は、各複合材料が望ましい硬化温度と硬化圧力を有しうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、すべてのツールがあらゆる硬化温度と硬化圧力で望ましいわけではないことを認識し、かつ考慮している。
【００３３】
例示的な実施例は、一部の種類のポリマーフォームは高温で劣化してガスを放出しうるため望ましくないことを認識し、かつ考慮している。例えば、一部の種類のポリマーフォームは３５０Ｆで劣化してガスを放出しうる。例示的な実施例は、望ましくないほどの高温で使用されるツールを事前に特定することの妥当性を認識し、かつ考慮している。
【００３４】
例示的な実施例は、より大きな圧力は積層板の一体化及び空隙率に影響しうることを認識し、かつ考慮している。幾つかの例示的な実施例では、樹脂部品システムは高い処理圧力（９０ｐｓｉ対３５ｐｓｉ）を必要とする。例示的な実施例は、処理圧力を高めることによって、閉じられた剛性モールドの設計又は材料を変化させ、モールドの強度を高めうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、高圧を封じ込める強力な閉じられた剛性モールドはまた、モールド製造のコストを増大させうることを認識し、かつ考慮している。
【００３５】
例示的な実施例は、部品のサイズ及び幾何形状は、剛性モールドが複合材料を取り囲むのに使用されうるかどうかに影響しうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、圧縮ストリンガパッケージのサイズ及び幾何形状は、閉じられたモールドを望ましくないほど複雑に、或いは望ましくないほど高価にしうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、圧縮ストリンガパッケージのサイズ及び幾何形状は、圧縮ストリンガパッケージへの加圧を望ましくないほど困難にしうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、閉じられた剛性モールドが望ましくないほど複雑で、望ましくないほど高価な場合には、オートクレーブ又はオーブンが使用されることが望ましいことを認識し、かつ考慮している。
【００３６】
例示的な実施例は、個別の構成要素としてよりも、共硬化された大きな部品構造として、部品を硬化することが望ましい場合がありうることを認識し、かつ考慮している。例えば、例示的な実施例は、複数の圧縮ストリンガパッケージをそれぞれ個別に硬化するよりも、複合材外板を複数の圧縮ストリンガパッケージと共硬化することが望ましい場合がありうることを認識し、かつ考慮している。
【００３７】
例示的な実施形態は、製造廃棄物を低減することが望ましい場合がありうることを認識し、かつ考慮している。例えば、例示的な実施例は、再利用可能な製造機器又はアイテムは製造廃棄物を低減しうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、単回使用の製造アイテムに関しては、他の方法で製造廃棄物を低減することが望ましい場合がありうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、単回使用の製造機器又はアイテムに関しては、製造機器の材料がリサイクル可能であることが望ましい場合がありうることを認識し、かつ考慮している。例示的な実施例は、材料がリサイクル可能な場合には、製造機器が単回使用アイテムであっても、製造機器の材料は製造機器の使用後に再利用されうることを認識し、かつ考慮している。
【００３８】
ここで図面、具体的には図１を参照すると、例示的な実施形態が実装されうる航空機の図が示される。この例示的な実施例では、航空機１００は、機体１０６に取り付けられた翼１０２及び翼１０４を有する。航空機１００は、翼１０２に取り付けられたエンジン１０８と、翼１０４に取り付けられたエンジン１１０とを含む。
【００３９】
機体１０６は、尾部１１２を有する。水平安定板１１４、水平安定板１１６、及び垂直安定板１１８が、機体１０６の尾部１１２に取り付けられている。
【００４０】
航空機１００は、例示的な一実施形態により圧縮ストリンガパッケージを用いて製造された航空機の例である。例えば、機体１０６は圧縮ストリンガパッケージを用いて製造されうる。図１は、スティフナ１２０の分解図である。スティフナ１２０は、圧縮ストリンガパッケージを用いて製造されたストリンガの例である。
【００４１】
航空機１００は、例示的な実施形態によりフォームマンドレルアセンブリを用いて製造された航空機の例である。例えば、機体１０６はフォームマンドレルアセンブリを用いて製造されうる。スティフナ１２０は、フォームマンドレルアセンブリを用いて製造されストリンガの例である。航空機１００の他の任意の望ましい構成要素は、フォームマンドレルアセンブリを用いて製造されうる。
【００４２】
航空機１００のこの図は、種々の例示的な実施形態が実装されうる１つの環境を例示するために提供されている。図１の航空機１００の図は、種々の例示的な実施形態が実装されうる態様に関して、構造上の限定を示唆することを意図するものではない。例えば、航空機１００は、民間旅客機として示されている。様々な例示的な実施形態は、他の種類の航空機、例えば、私有の旅客機、回転翼航空機、及び他の好適な種類の航空機などに適用されうる。
【００４３】
ここで図２を参照すると、例示的な実施形態による製造環境のブロック図が示されている。図１の航空機１００の構成要素は、製造環境２００内で形成されうる。例えば、航空機１００の図１のスティフナ１２０は製造環境２００内にレイアップされる。
【００４４】
圧縮ストリンガパッケージ２０２は、製造環境２００内に形成される。圧縮ストリンガパッケージ２０２は、ハット型断面２０６、複合材チャージ２０４に接触する第１のＲ部充填剤２０７、複合材チャージ２０４に接触する第２のＲ部充填剤２０８、及びハット型断面２０６のキャップ２１２、第１のウェブ２１３及び第２のウェブ２１４内に配置された成形硬化マンドレル２１０を有する複合材チャージ２０４を含む。キャップ２１２は、第１のウェブ２１３と第２のウェブ２１４との間に配置される。第１のＲ部充填剤２０７と第２のＲ部充填剤２０８は、キャップ２１２のそれぞれの側に配置される。
【００４５】
幾つかの例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ２０２は、ハット型断面２０６の第１のフランジ２１７と第２のフランジ２１８を接続し、第１のＲ部充填剤２０７と第２のＲ部充填剤２０８に接触する内部プライ２１６を含む。第１のフランジ２１７は第１のウェブ２１３に接続されている。第２のフランジ２１８は第２のウェブ２１４に接続されている。第１のフランジ２１７と第２のフランジ２１８はキャップ２１２の反対側にある。
【００４６】
内部プライ２１６は圧縮ストリンガパッケージ２０２に対してオプションである。内部プライ２１６がある場合、内部プライ２１６は圧縮ストリンガパッケージ２０２の形状を維持するのに役立つ。幾つかの例示的な実施例では、内部プライ２１６は「内部モールドライン」（ＩＭＬ）プライと称されることがある。
【００４７】
幾つかの例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ２０２は、成形硬化マンドレル２１０の周囲に巻かれた複合材プライ２２０を含む。複合材プライ２２０は圧縮ストリンガパッケージ２０２に対してオプションである。複合材プライ２２０は「ラッププライ」とも称されうる。複合材プライ２２０がある場合、複合材プライ２２０は圧縮ストリンガパッケージ２０２の形状を維持するのに役立つ。
【００４８】
圧縮ストリンガパッケージ２０２の成形硬化マンドレル２１０は、折り畳み式マンドレル、可溶性材料、中実なマンドレル、又は膨張可能なブラダーのうちの少なくとも１つを含む。本書で使用されているように、列挙されたアイテムと共に使用される「〜のうちの少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムのうちの１つ以上の種々の組み合わせが使用されてもよく、また列挙された各アイテムのうちの１つだけが必要とされてもよいことを意味する。換言すると、「〜のうちの少なくとも１つ」とは、アイテムの任意の組み合わせ、及びいくつかのアイテムが、列挙された中から使用されうることを意味するが、列挙されたアイテムのすべてが必要となるわけではないことを意味する。アイテムとは、特定の対象物、物品、またはカテゴリであってよい。
【００４９】
例えば、限定するものではないが、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、「アイテムＡ」、「アイテムＡ及びアイテムＢ」、もしくは「アイテムＢ」を含んでいてよい。この例はまた、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣ」、もしくは「アイテムＢ及びアイテムＣ」も含んでいてもよい。もちろん、これらのアイテムのいずれの組み合わせが存在してもよい。他の例としては、「〜のうちの少なくとも１つ」は、限定するものではないが、「２個のアイテムＡ、１個のアイテムＢ、及び１０個のアイテムＣ」、「４個のアイテムＢ及び７個のアイテムＣ」、または他の適切な組み合わせであってよい。
【００５０】
幾つかの例示的な実施例では、折り畳み式マンドレルはフォーム部分と剛性のある中心部を含む。折り畳み式マンドレルのフォーム部分を折り畳むことによって、成形硬化マンドレル２１０を圧縮ストリンガパッケージ２０２の残りの部分から除去することができる。
【００５１】
成形硬化マンドレル２１０が膨張可能なブラダーを含む場合、膨張可能なブラダーは任意の望ましい材料から形成される。膨張可能なブラダーは、ポリマー材料、金属材料、又は他の任意の望ましい気密性材料であってよい。
【００５２】
幾つかの例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ２０２の成形硬化マンドレル２１０は、Ｘ−Ｙ軸、Ｘ−Ｚ軸、又はＹ−Ｚ軸に湾曲２２２を有する。幾つかの例示的な実施例では、湾曲２２２は成形硬化マンドレル２１０に対して固有である。湾曲２２２は、硬化ツール２２６上の圧縮ストリンガパッケージ２０２の特有の場所２２４に基づいて設計される。
【００５３】
成形硬化マンドレル２１０の湾曲２２２は、圧縮ストリンガパッケージ２０２に対する湾曲２２８を与える。Ｙ−Ｚ平面の湾曲２２２はロール（ツイスト）と称され、Ｘ−Ｚ平面の湾曲２２２はピッチと称され、Ｘ−Ｙ平面の湾曲２２２はヨーと称される。
【００５４】
幾つかの例示的な実施例では、硬化ツール２２６上の圧縮ストリンガパッケージ２０２の硬化中に、成形硬化マンドレル２１０は圧縮ストリンガパッケージ２０２内に留まる。これらの例示的な実施例では、成形硬化マンドレル２１０は硬化ブラダーとして機能するように構成される。
【００５５】
圧縮ストリンガパッケージ２０２を形成するため、複合材チャージ２０４は、成形硬化マンドレル２１０、第１のＲ部充填剤２０７、及び第２のＲ部充填剤２０８の上に配置される。複合材プライ２２０が存在する場合、複合材チャージ２０４は、複合材プライ２２０、第１のＲ部充填剤２０７、及び第２のＲ部充填剤２０８に接触する。複合材プライ２２０が存在しない場合、複合材チャージ２０４は、成形硬化マンドレル２１０、第１のＲ部充填剤２０７、及び第２のＲ部充填剤２０８に接触する。
【００５６】
複合材チャージ２０４を配置した後、複合材チャージ２０４を成形硬化マンドレル２１０及び剛性ベース２３０の形状にするため機械的な圧力が加えられ、ストリンガレイアップ２３２が形成されるハット型断面２３４を有する圧縮ストリンガパッケージ２０２を形成するため、ストリンガレイアップ２３２に真空圧力が加えられる。
【００５７】
幾つかの例示的な実施例では、複合材チャージ２０４など、結果として得られる圧縮ストリンガパッケージ２０２の構成要素は周囲温度になり、一方、機械的な圧力と真空圧力のうちの少なくとも１つが加えられる。他の例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ２０２の複合材チャージ２０４又は他の構成要素は加熱されてもよく、一方、機械的な圧力又は真空圧力のうちの少なくとも１つが加えられる。
【００５８】
ハット型断面２３４は、キャップ２１２、成形硬化マンドレル２１０によって成形されたキャップの側面上の第１のウェブ２１３と第２のウェブ２１４、並びに、剛性ベース２３０によって成形された第１のフランジ２１７と第２のフランジを備える。内部プライ２１６が存在する場合、ハット型断面２３４は更に、第１のフランジ２１７と第２のフランジ２１８を接続し、キャップ２１２と第１のウェブ２１３と第２のウェブ２１４の下に延在する底部２３６を含む。真空圧力は、真空形成機器２３７を用いて供給される。真空形成機器２３７は、真空バッグ、幾つかの密閉材、チューブ、及び真空源のうちの少なくとも１つを含みうる。
【００５９】
圧縮ストリンガパッケージ２０２は硬化されていないが、ほぼ強固である。圧縮ストリンガパッケージ２０２は、製造環境２００内での移送に関して十分に強固である。幾つかの例示的な実施例では、機械的な圧力と真空圧力がほぼ同時に加えられる。
【００６０】
複合材プライ２２０が存在する場合には、機械的な圧力を加えて複合材チャージ２０４を成形すること、又は真空圧力をストリンガレイアップ２３２に加えること、のうちの少なくとも１つによって、複合材チャージ２０４が複合材プライ２２０に接着されるように、成形硬化マンドレル２１０、第１のＲ部充填剤２０７、及び第２のＲ部充填剤２０８の上に複合材チャージ２０４を配置する前に、複合材プライ２２０は成形硬化マンドレル２１０の周囲に巻きつけられる。複合材プライ２２０が存在する場合には、複合材プライ２２０は、成形硬化マンドレル２１０の断面によって形成される台形の断面を有する。
【００６１】
内部プライ２１６が存在する場合には、内部プライ２１６は剛性ベース２３０の上に配置される。第１のＲ部充填剤２０７と第２のＲ部充填剤２０８は、剛性ベース２３０の内部プライ２１６上に配置される。複合材チャージ２０４を成形硬化マンドレル２１０の上に配置される前に、成形硬化マンドレル２１０は内部プライ２１６上に配置される。
【００６２】
圧縮ストリンガパッケージ２０２の形成後、圧縮ストリンガパッケージ２０２は剛性ベース２３０から除去される。成形硬化マンドレル２１０が湾曲２２２を有するときには、剛性ベース２３０は湾曲２２２を補完する湾曲２３８を有する。
【００６３】
圧縮ストリンガパッケージ２０２は次に、硬化ツール２２６内に配置される。圧縮ストリンガパッケージ２０２の硬化後、成形硬化マンドレル２１０は圧縮ストリンガパッケージ２０２から除去される。
【００６４】
機械的成形ツール２４０を用いて、機械的な圧力が加えられる。機械的成形ツール２４０は任意の望ましい構成をとりうる。例示的な一例では、機械的な圧力を加えることは、複合材チャージ２０４を横切って複数の機械的フィンガー２４２をスライドさせることによって、複数の機械的フィンガー２４２を用いて複合材チャージ２０４を押圧することを含む。
【００６５】
圧縮ストリンガパッケージ２０２は、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４のうちの１つである。図１の機体１０６の一部など、複合材構造を形成するため、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４が形成され、その各々は、ハット型断面を有する複合材チャージ、複合材チャージに接触する第１のＲ部充填剤、複合材チャージに接触する第２のＲ部充填剤、並びにハット型断面のキャップ、第１のウェブ及び第２のウェブ内に配置された成形硬化マンドレルを含む。複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４は、硬化ツール２２６上に配置される。
【００６６】
複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４は、任意の数の圧縮ストリンガパッケージを含む。図示されていないが、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４は、ハット型断面を有するそれぞれの複合材チャージ、複合材チャージに接触する第１のＲ部充填剤、複合材チャージに接触する第２のＲ部充填剤、並びに、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４の各圧縮ストリンガパッケージ２４４に関して、ハット型断面のキャップ、第１のウェブ及び第２のウェブ内に配置された成形硬化マンドレルを含む。
【００６７】
幾つかの例示的な実施例では、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４の各々は、硬化ツール２２６上の特有の場所を補完する湾曲を有する。複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４の各々が特有の場所を補完する湾曲を有する場合、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４の各々は、それぞれの成形硬化マンドレルとそれぞれの剛性ベースを有する。
【００６８】
これらの例示的な実施例では、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４を形成することは、各成形硬化マンドレル、各第１のＲ部充填剤、及び各第２のＲ部充填剤の上に複数の複合材チャージをそれぞれ配置することを含む。各成形硬化マンドレルは、各剛性ベースに対して補完する湾曲を有する。
【００６９】
図２の製造環境２００の図は、例示的な一実施形態が実装されうる態様への物理的な又は構造上の限定を示唆することを意図するものではない。図示した構成要素に加えてまたは代えて、他の構成要素を使用できる。幾つかの構成要素は不要となることがある。ブロックはまた、幾つかの機能的構成要素を図示するためにも提示されている。例示的な実施形態で実装される場合、一又は複数のこれらのブロックは、結合されても、分割されても、結合かつ分割されて異なるブロックになってもよい。
【００７０】
例えば、複数の圧縮ストリンガパッケージ２４４の各々に対して、各成形硬化マンドレルは描かれていない。加えて、オプションのプライ、内部プライ２１６及び複合材プライ２２０は図２に描かれている。幾つかの例示的な実施例では、内部プライ２１６及び複合材プライ２２０のうちの一方又は両方は存在しない。
【００７１】
別の実施例として、図２には描かれていないが、製造環境２００は幾つかのキャリア、幾つかのシャトル、或いはその他の複合材プライ移動配置機器を含みうる。本書で使用されているように、「幾つかのアイテム」は、一又は複数のアイテムである。例えば、「幾つかのキャリア」は、一又は複数のキャリアである。幾つかの例示的な実施例では、複合材チャージ２０４、複合材プライ２２０、内部プライ２１６、第１のＲ部充填剤２０７、又は第２のＲ部充填剤２０８のうちの少なくとも１つが、機器を用いて移動され、配置される。他の例示的な実施例では、複合材チャージ２０４、複合材プライ２２０、内部プライ２１６、第１のＲ部充填剤２０７、又は第２のＲ部充填剤２０８のうちの少なくとも１つが、手作業で移動され、配置される。
【００７２】
更に別の実施例として、図２には描かれていないが、製造環境２００は圧縮ストリンガパッケージ２０２を動かすための移動機器を含みうる。幾つかの例示的な実施例では、移動機器は、圧縮ストリンガパッケージ２０２を移動して、硬化ツール２２６の上に配置しうる。他の例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ２０２は手作業で硬化ツール２２６の上に配置されうる。
【００７３】
更なる実施例として、図２には描かれていないが、製造環境２００には加熱機器が存在しうる。幾つかの例示的な実施例では、ハット型断面２３４を有する圧縮ストリンガパッケージ２０２を形成するため、ストリンガレイアップ２３２に真空圧力が加えられる間に、ストリンガレイアップ２３２は加熱される。加熱機器の任意の望ましい形態を用いて、熱は加えられる。ストリンガレイアップ２３２の加熱により、ストリンガレイアップ２３２の複合材料は室温におけるよりも曲げやすくなる。圧縮ストリンガパッケージ２０２の形成中にストリンガレイアップ２３２を加熱することにより、圧縮ストリンガパッケージ２０２に存在する不整合は少なくなりうる。
【００７４】
ここで図３を参照すると、例示的な一実施形態による製造環境内の機械的成形ツールが図解されている。製造環境３０２内の機械的成形ツール３００は、図２の機械的成形ツール２４０の物理的な実装である。
【００７５】
機械的成形ツール３００は、剛性ベース３０６上の複合材チャージ３０５を横切ってスライドする複数の機械的フィンガー３０４を含む。機械的フィンガー３０４は任意の望ましい形状を有してもよく、また、任意の望ましい力によって駆動されてもよい。図示されているように、複合材チャージ３０５及び成形硬化マンドレル３０８は、剛性ベース３０６と真空バッグ３１０との間に存在する。成形硬化マンドレル３０８は、剛性ベース３０６上に複合材チャージ３０５を成形するために存在する。
【００７６】
ここで図４を参照すると、例示的な実施形態による機械的成形ツール内のストリンガレイアップの図が示される。ビュー４００は、ストリンガレイアップ４０２を圧縮中の機械的成形ツール３００の図解である。ストリンガレイアップ４０２は、複合材チャージ４０４、第１のＲ部充填剤４０５、第２のＲ部充填剤４０６、ラッププライ４０８、及び内部プライ４１０を含む。ラッププライ４０８と内部プライ４１０は共にストリンガレイアップ４０２内に存在するが、ラッププライ４０８と内部プライ４１０は共にオプションである。
【００７７】
図示したように、複数の機械的フィンガー３０４は、剛性ベース３０６上の複合材チャージ４０４を横切ってスライドする。複数の機械的フィンガー３０４は、複合材チャージ４０４に機械的な圧力を加え、複合材チャージ４０４を成形して圧縮する。
【００７８】
真空圧力は、真空バッグ４１２下でストリンガレイアップ４０２に加えられる。真空圧力と機械的な圧力は、ほぼ同時に加えられうる。幾つかの例示的な実施例では、真空圧力は、機械的な圧力よりも長くストリンガレイアップ４０２上に残りうる。
【００７９】
図３及び図４の機械的成形ツール３００の図は、例示的な実施形態が実装されうる態様に対して、物理的な又は構造上の制限を示唆することを意図するものではない。機械的成形ツール３００は、図２の機械的成形ツール２４０の物理的実装の１つにすぎない。例えば、機械的成形ツール３００は、任意の望ましい数及び形状の機械的フィンガーを有しうる。
【００８０】
幾つかの例示的な実施例では、機械的成形ツール３００の一部４１４を形成するキャップは異なる形状を有しうる。幾つかの例示的な実施例では、機械的成形ツール２４０は、ストリンガレイアップ４０２に機械的な圧力を加えるため、ダイアフラムすなわち膨張可能なブラダーを含みうる。
【００８１】
ここで図５を参照すると、例示的な実施形態によリ、圧縮前の複合材ストリンガパッケージの構成要素が示されている。複合材チャージ５００は、図２の複合材チャージ２０４の物理的実装である。複合材チャージ５００は、成形硬化マンドレル５０２、第１のＲ部充填剤５０３、及び第２のＲ部充填剤５０４の上に配置される。成形硬化マンドレル５０２は、図２の成形硬化マンドレル２１０の物理的な実装である。第１のＲ部充填剤５０３と第２のＲ部充填剤５０４は、図２の第１のＲ部充填剤２０７と第２のＲ部充填剤２０８の物理的な実装である。
【００８２】
図示したように、複合材プライ５０６は成形硬化マンドレル５０２の周囲に巻かれている。複合材プライ５０６は、図２の複合材プライ２２０の物理的な実装である。成形硬化マンドレル５０２の上に複合材チャージ５００を置くことによって、複合材チャージ５００は複合材プライ５０６に接触するように配置される。
【００８３】
内部プライ５０８は、剛性ベース５１０の上に配置される。内部プライ５０８は、図２の内部プライ２１６の物理的な実装である。剛性ベース５１０は、図２の剛性ベース２３０の物理的な実装である。
【００８４】
図５では、機械的な圧力と真空圧力はまだ加えられていない。図５では、構成要素は圧縮されていない。
【００８５】
ここで図６を参照すると、例示的な一実施形態による圧縮ストリンガパッケージが示されている。圧縮ストリンガパッケージ６００は、図５に示した構成要素からなる圧縮された構造体である。
【００８６】
圧縮ストリンガパッケージ６００は、複合材チャージ５００、成形硬化マンドレル５０２、第１のＲ部充填剤５０３、第２のＲ部充填剤５０４、複合材プライ５０６、及び内部プライ５０８を含む。圧縮ストリンガパッケージ６００には、剛性ベース５１０なしで圧縮ストリンガパッケージ６００を移送することができる十分な剛性がある。圧縮ストリンガパッケージ６００は、全体として持ち上げられ、全体として硬化ツール（図示せず）内に配置されうる。
【００８７】
圧縮ストリンガパッケージ６００はハット型断面６０２を有する。ハット型断面６０２は、キャップ６０４、第１のウェブ６０５、第２のウェブ６０６、第１のフランジ６０７、第２のフランジ６０８、及び底部６１０を含む。図示したように、複合材プライ５０６と内部プライ５０８は、第１のフランジ６０７と第２のフランジ６０８を接続するハット型断面６０２の底部６１０の一部を形成する。
【００８８】
ここで図７を参照すると、例示的な実施形態によリ、圧縮前の複合材ストリンガパッケージの構成要素が示されている。複合材チャージ７００は、図２の複合材チャージ２０４の物理的な実装である。複合材チャージ７００は、成形硬化マンドレル７０２、第１のＲ部充填剤７０３、及び第２のＲ部充填剤７０４の上に配置される。成形硬化マンドレル７０２は、図２の成形硬化マンドレル２１０の物理的な実装である。第１のＲ部充填剤７０３と第２のＲ部充填剤７０４は、図２の第１のＲ部充填剤２０７と第２のＲ部充填剤２０８の物理的な実装である。
【００８９】
図示したように、複合材プライ７０６は成形硬化マンドレル７０２の周囲に巻かれている。複合材プライ７０６は、図２の複合材プライ２２０の物理的な実装である。成形硬化マンドレル７０２の上に複合材チャージ７００を置くことによって、複合材チャージ７００は複合材プライ７０６に接触するように配置される。
【００９０】
第１のＲ部充填剤７０３、第２のＲ部充填剤７０４、及び複合材プライ７０６の一部は、それぞれ剛性ベース７０８に接触する。剛性ベース７０８は、図２の剛性ベース２３０の物理的な実装である。
【００９１】
図７では、機械的な圧力と真空圧力はまだ加えられていない。図７では、構成要素は圧縮されていない。
【００９２】
ここで図８を参照すると、例示的な実施形態による圧縮ストリンガパッケージが示されている。圧縮ストリンガパッケージ８００は、図７に示した構成要素からなる圧縮された構造体である。
【００９３】
圧縮ストリンガパッケージ８００は、複合材チャージ７００、成形硬化マンドレル７０２、第１のＲ部充填剤７０３、第２のＲ部充填剤７０４、及び複合材プライ７０６を含む。圧縮ストリンガパッケージ８００には、剛性ベース７０８なしで圧縮ストリンガパッケージ８００を移送することができる十分な剛性がある。圧縮ストリンガパッケージ８００は、全体として持ち上げられ、全体として硬化ツール（図示せず）内に配置されうる。
【００９４】
圧縮ストリンガパッケージ８００はハット型断面８０２を有する。ハット型断面８０２は、キャップ８０４、第１のウェブ８０５第２のウェブ８０６、第１のフランジ８０７及び第２のフランジ８０８を含む。
【００９５】
ここで図９を参照すると、例示的な実施形態によリ、圧縮前の複合材ストリンガパッケージの構成要素が示されている。複合材チャージ９００は、図２の複合材チャージ２０４の物理的な実装である。複合材チャージ９００は、成形硬化マンドレル９０２、第１のＲ部充填剤９０３、及び第２のＲ部充填剤９０４の上に配置される。成形硬化マンドレル９０２は、図２の成形硬化マンドレル２１０の物理的な実装である。第１のＲ部充填剤９０３と第２のＲ部充填剤９０４は、図２の第１のＲ部充填剤２０７と第２のＲ部充填剤２０８の物理的な実装である。
【００９６】
図示したように、内部プライ９０６は剛性ベース９０８の上に配置される。内部プライ９０６は、図２の内部プライ２１６の物理的な実装である。剛性ベース９０８は、図２の剛性ベース２３０の物理的な実装である。
【００９７】
図９では、機械的な圧力と真空圧力はまだ加えられていない。図９では、構成要素は圧縮されていない。
【００９８】
ここで図１０を参照すると、例示的な一実施形態による圧縮ストリンガパッケージが示されている。圧縮ストリンガパッケージ１０００は、図９に示した構成要素からなる圧縮された構造体である。
【００９９】
圧縮ストリンガパッケージ１０００は、複合材チャージ９００、成形硬化マンドレル９０２、第１のＲ部充填剤９０３、第２のＲ部充填剤９０４、及び内部プライ９０６を含む。圧縮ストリンガパッケージ１０００には、剛性ベース９０８なしで圧縮ストリンガパッケージ１０００を移送することができる十分な剛性がある。圧縮ストリンガパッケージ１０００は、全体として持ち上げられ、全体として硬化ツール（図示せず）内に配置されうる。
【０１００】
圧縮ストリンガパッケージ１０００はハット型断面１００２を有する。ハット型断面１００２は、キャップ１００４、第１のウェブ１００５、第２のウェブ１００６、第１のフランジ１００７、第２のフランジ１００８、及び底部１０１０を含む。図示したように、内部プライ９０６は、第１のフランジ１００７と第２のフランジ１００８を接続するハット型断面１００２の底部１０１０の一部を形成する。
【０１０１】
ここで図１１を参照すると、例示的な実施形態により、硬化ツールの上に配置された圧縮ストリンガパッケージが示されている。ビュー１１００では、圧縮ストリンガパッケージ１１０２が、硬化ツール１１０６の中空部分１１０４の中に配置されている。中空部分１１０４は、硬化ツール１１０６の特有の場所である。圧縮ストリンガパッケージ１１０２は、中空部分１１０４内に適合するように設計されている。圧縮ストリンガパッケージ１１０２は、中空部分１１０４の任意の湾曲を補完する。
【０１０２】
所望の圧縮ストリンガパッケージをすべて硬化ツール１１０６上に配置した後、複合材外板は圧縮ストリンガパッケージの上に配置される。複合材外板と所望の圧縮ストリンガパッケージは次いで、硬化ツール１１０６上で共硬化される。
【０１０３】
圧縮ストリンガパッケージ１１０２は、図６の圧縮ストリンガパッケージ６００に類似したレイアップを有するが、圧縮ストリンガパッケージ１１０２は任意の所望のレイアップを有しうる。例えば、圧縮ストリンガパッケージ１１０２は、図８の圧縮ストリンガパッケージ８００に似たレイアップを有しうる。別の実施例では、圧縮ストリンガパッケージ１１０２は、図１０の圧縮ストリンガパッケージ１０００に似たレイアップを有する。
【０１０４】
ここで図１２を参照すると、例示的な実施形態により、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの斜視図が示されている。ビュー１２００は、図６の圧縮ストリンガパッケージ６００の斜視図である。圧縮ストリンガパッケージ６００は、図２の圧縮ストリンガパッケージ２０２の物理的な実装である。ビュー１２００では、圧縮ストリンガパッケージ６００の複雑な湾曲を見ることができる。
【０１０５】
圧縮ストリンガパッケージ６００は、長さに沿って幾つかの複雑な輪郭を有しうる。圧縮ストリンガパッケージ６００の輪郭は一定のこともあれば、変化することもある。図示したように、圧縮ストリンガパッケージ６００は、Ｘ−Ｙ平面内の湾曲とＸ−Ｚ平面内の湾曲を有する。圧縮ストリンガパッケージ６００はまた、捩られている。圧縮ストリンガパッケージ６００は、一定の角度又は変化する角度θで捩られることがある。
【０１０６】
ここで図１３と図１４を参照すると、例示的な実施形態により、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの断面図が示されている。圧縮ストリンガパッケージ６００のＹ−Ｚ平面内の捩れは、図１３と図１４に示されている。
【０１０７】
ここで図１５を参照すると、例示的な実施形態により、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの上面図が示されている。ビュー１５００は、Ｘ−Ｙ平面内の湾曲を示す圧縮ストリンガパッケージ６００の上面図である。
【０１０８】
ここで図１６を参照すると、例示的実施形態により、複雑な輪郭を有する圧縮ストリンガパッケージの側面図が示されている。ビュー１６００は、圧縮ストリンガパッケージ６００のＸ−Ｚ平面の湾曲を示す側面図である。
【０１０９】
図１及び図３〜図１９に示す種々の構成要素は、図２の構成要素と組み合わされうるか、図２の構成要素と共に使用されうるか、又はその両方の組み合わせでありうる。加えて、図１及び図３〜図１６の構成要素の幾つかは、図２のブロック形式で示された構成要素をどのように物理的な構造として実装しうるかを示す例示的な実施例でありうる。
【０１１０】
ここで図１７を参照すると、例示的な実施形態による圧縮ストリンガパッケージを形成する方法のフロー図が示されている。方法１７００は、図２の圧縮ストリンガパッケージ２０２、図６及び図１２〜図１６の圧縮ストリンガパッケージ６００、図８の圧縮ストリンガパッケージ８００、又は図１０の圧縮ストリンガパッケージ１０００のいずれかを形成するために使用されうる。
【０１１１】
方法１７００は、複合材チャージを、成形硬化マンドレル、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に配置する（操作１７０２）。方法１７００は、複合材チャージを成形硬化マンドレル及び剛性ベースの形状にするため、機械的な圧力を加え、ストリンガレイアップを形成する（操作１７０４）。幾つかの例示的な実施例では、機械的な圧力を加えることは、複合材チャージを横切って複数の機械的フィンガーをスライドさせることによって、複数の機械的フィンガーを用いて複合材チャージを押圧することを含む。
【０１１２】
方法１７００は、ストリンガレイアップに真空圧を加え、ハット型断面を有する圧縮ストリンガパッケージを形成する（操作１７０６）。幾つかの例示的な実施例では、機械的な圧力と真空圧力がほぼ同時に加えられる。その後、このプロセスは終了する。
【０１１３】
幾つかの例示的な実施例では、ハット型断面は、成形硬化マンドレルによって成形されたキャップ、第１のウェブ、及び第２のウェブを含む。幾つかの例示的な実施例では、ハット型断面は更に、剛性ベースによって成形された第１のフランジ、及び第２のフランジを含む。幾つかの例示的な実施例では、ハット型断面は更に、第１のフランジと第２のフランジを接続し、キャップと第１のウェブ及び第２のウェブ２１４の下に延在する底部を含む。
【０１１４】
ここで図１８を参照すると、例示的な実施形態により、複数の圧縮ストリンガパッケージを用いて製造する方法のフロー図が示されている。方法１８００は、図２の圧縮ストリンガパッケージ２０２、図６及び図１２〜図１６の圧縮ストリンガパッケージ６００、図８の圧縮ストリンガパッケージ８００、又は図１０の圧縮ストリンガパッケージ１０００のうちの少なくとも１つを用いて実施されうる。
【０１１５】
方法１８００は、ハット型断面を有する複合材チャージ、複合材チャージに接触する第１のＲ部充填剤、複合材チャージに接触する第２のＲ部充填剤、並びにハット型断面のキャップ、第１のウェブ及び第２のウェブ内に配置された成形硬化マンドレルをそれぞれ含む、複数の圧縮ストリンガパッケージを形成する（操作１８０２）。幾つかの例示的な実施例では、複数の圧縮ストリンガパッケージを形成することは、複数の複合材チャージの各々を、各成形硬化マンドレル、各第１のＲ部充填剤、及び各第２のＲ部充填剤の上に配置すること、複数の複合材チャージの各々を、各成形硬化マンドレル及び各剛性ベースの形状にするための機械的な圧力を加えて、ストリンガレイアップを形成すること、並びに、ストリンガレイアップに真空圧力を加えて、各々がハット型断面を有する複数の圧縮ストリンガパッケージを形成すること、を含む。これらの例示的な実施例の幾つかでは、各成形硬化マンドレルは、各剛性ベースを補完する湾曲を有する。
【０１１６】
方法１８００は、硬化ツールの上に複数の圧縮ストリンガパッケージを配置する（操作１８０４）。その後、このプロセスは終了する。幾つかの例示的な実施例では、複数の圧縮ストリンガパッケージの各々は、硬化ツール上の特有の場所を補完する湾曲を有する。幾つかの例示的な実施例では、１回に１つの圧縮ストリンガパッケージが硬化ツールの上に配置される。他の例示的な実施例では、同時に複数の圧縮ストリンガパッケージが硬化ツールの上に配置される。
【０１１７】
幾つかの例示的な実施例では、数名の作業人員によって、複数の圧縮ストリンガパッケージが硬化ツールの上に配置される。他の例示的な実施例では、自動化された数台のロボットによって、複数の圧縮ストリンガパッケージが硬化ツールの上に配置される。
【０１１８】
図示した種々の実施形態におけるフロー図及びブロック図は、例示的な実施形態における、装置及び方法の幾つかの可能な実装の構造、機能、及び工程を示している。これに関し、フロー図またはブロック図内の各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、及び／又は、動作若しくはステップの一部分を表わしうる。
【０１１９】
例示的実施形態の幾つかの代替的な実装では、ブロックに記載された一又は複数の機能が、図中に記載の順序を逸脱して起こることがある。例えば、あるケースでは、連続して示されている２つのブロックがほぼ同時に実行されてもよく、または時には含まれる機能に応じてブロックが逆順に実施されてもよい。また、フロー図またはブロック図に示されているブロックに加えて、他のブロックが追加されることもある。
【０１２０】
幾つかの例示的な実施例では、図１７の方法１７００は更に、機械的な圧力を加えて複合材チャージを成形すること、又は真空圧力をストリンガレイアップに加えること、のうちの少なくとも１つによって、複合材チャージが複合材プライに接着されるように、成形硬化マンドレル、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に複合材チャージを配置する前に、複合材プライを成形硬化マンドレルの周囲に巻きつけることを含む。幾つかの例示的な実施例では、方法１７００は更に、剛性ベースの上に内部プライを配置すること、剛性ベース上の内部プライの上に第１のＲ部充填剤及び第２のＲ部充填剤を配置すること、並びに、成形硬化マンドレルの上に複合材チャージを配置する前に、内部プライの上に成形硬化マンドレルを配置することを含む。
【０１２１】
幾つかの例示的な実施例では、方法１７００は更に、剛性ベースから圧縮ストリンガパッケージを除去し、硬化ツールの中へ圧縮ストリンガパッケージを配置することを含む。例示的な実施例では、方法１７００は追加的に、圧縮ストリンガパッケージから成形硬化マンドレルを除去することを更に含む。更に別の例示的な実施例では、図１８の方法１８００は更に、複数の圧縮ストリンガパッケージの各々から、各成形硬化マンドレルを除去することを含む。
【０１２２】
例示的な実施例は、ハット型断面を有するストリンガによる複合材製造のための方法及び装置を提供する。例示的な実施例は、ハット型断面を有する圧縮ストリンガパッケージを形成する。
【０１２３】
例示的な実施例では、フィンガー形成装置は、ストリンガ内部の形状を決めるブラダー／マンドレルの上に直接、プリプレグハット型ストリンガを形成するために使用されうる。また、この形成には、外板とつながるＲ部充填剤（ヌードル）も含まれる。これらの構成要素は、ストリンガのパッケージ、ブラダー／マンドレル、及びすぐに実装できるヌードルを作り出す。フィンガー形成技術により、実装中にストリンガが曲がらない（皺にならない）ように、技術的な輪郭に合わせてストリンガパッケージを形成することができる。
【０１２４】
フィーダーライン上でストリンガパッケージを組み立てることにより、例示的な実施例は、胴体構築のクリティカルパスでのフロー時間を大幅に削減する。輪郭に合わせて形成することにより、ストリンガの検査は硬化ツール上ではなく、形成ステーション上で行うことができる。
【０１２５】
例示的な実施例では、ストリンガ製造フィーダーライン及びストリンガ実装ラインで、柔軟に自動化を利用することが可能になる。これはまた、重要な作業をクリティカルフローパスから外す。したがって、例示的な実施例は、複合材製造のフロー時間を短縮し、処理の自動化を可能にする。
【０１２６】
本開示の例示的な実施例は、方法を提供する。複合材チャージは、成形硬化マンドレル、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に配置される。複合材チャージを成形硬化マンドレル及び剛性ベースの形状にするため、機械的な圧力が加えられ、ストリンガレイアップを形成する。ハット型断面を有する圧縮ストリンガパッケージを形成するため、真空圧がストリンガレイアップに加えられる。
【０１２７】
本開示の別の例示的な実施例は、方法を提供する。複数の圧縮ストリンガパッケージが形成され、その各々は、ハット型断面を有する複合材チャージ、複合材チャージに接触する第１のＲ部充填剤、複合材チャージに接触する第２のＲ部充填剤、並びにハット型断面のキャップ、第１のウェブ及び第２のウェブ内に配置された成形硬化マンドレルを含む。複数の圧縮ストリンガパッケージは、硬化ツール上に配置される。
【０１２８】
本開示の更なる例示的な実施例は、圧縮ストリンガパッケージを提供する。圧縮ストリンガパッケージは、複合材チャージ、第１のＲ部充填剤、第２のＲ部充填剤、及び成形硬化マンドレルを含む。複合材チャージはハット型断面を有する。第１のＲ部充填剤は複合材チャージに接触する。第２のＲ部充填剤は複合材チャージに接触する。成形硬化マンドレルは、ハット型断面のキャップ、第１のウェブ、及び第２のウェブ内に配置される。
【０１２９】
例示的な一例では、方法は、複合材チャージを、成形硬化マンドレル、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に配置すること、複合材チャージを成形硬化マンドレル及び剛性ベースの形状にするための機械的な圧力を加えて、ストリンガレイアップを形成すること、及び、ストリンガレイアップに真空圧力を加えて、ハット型断面を有する圧縮ストリンガパッケージを形成することを含む。方法の幾つかの例示的な実施例では、ハット型断面は、成形硬化マンドレルによって成形されたキャップ、第１のウェブ、及び第２のウェブを含み、ハット型断面は剛性ベースによって成形された第１のフランジ及び第２のフランジを含む。方法の幾つかの例示的な実施例では、ハット型断面は更に、第１のフランジと第２のフランジを接続し、キャップと第１のウェブ及び第２のウェブ２１４の下に延在する底部を含む。
【０１３０】
幾つかの例示的な実施例では、方法は更に、機械的な圧力を加えて複合材チャージを成形すること、又は真空圧力をストリンガレイアップに加えること、のうちの少なくとも１つによって、複合材チャージが複合材プライに接着されるように、成形硬化マンドレル、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に複合材チャージを配置する前に、複合材プライを成形硬化マンドレルの周囲に巻きつけることを含む。幾つかの例示的な実施例では、方法は更に、剛性ベースの上に内部プライを配置すること、剛性ベース上の内部プライの上に第１のＲ部充填剤及び第２のＲ部充填剤を配置すること、並びに、成形硬化マンドレルの上に複合材チャージを配置する前に、内部プライの上に成形硬化マンドレルを配置することを含む。
【０１３１】
幾つかの例示的な実施例では、本方法において、機械的な圧力と真空圧力はほぼ同時に加えられる。幾つかの例示的な実施例では、方法は更に、剛性ベースから圧縮ストリンガパッケージを除去し、硬化ツールの中へ圧縮ストリンガパッケージを配置することを含む。幾つかの例示的な実施例では、方法は更に、圧縮ストリンガパッケージから成形硬化マンドレルを除去することを含む。
【０１３２】
幾つかの例示的な実施例では、本方法において、成形硬化マンドレルと剛性ベースは補完的な湾曲を有する。幾つかの例示的な実施例では、本方法において、機械的な圧力を加えることは、複合材チャージを横切って複数の機械的フィンガーをスライドさせることによって、複数の機械的フィンガーを用いて複合材チャージを押圧することを含む。
【０１３３】
例示的な実施例では、方法は、ハット型断面を有する複合材チャージ、複合材チャージに接触する第１のＲ部充填剤、複合材チャージに接触する第２のＲ部充填剤、並びにハット型断面のキャップ、第１のウェブ及び第２のウェブ内に配置された成形硬化マンドレルをそれぞれ含む、複数の圧縮ストリンガパッケージを形成すること、並びに、硬化ツールの上に複数の圧縮ストリンガパッケージを配置すること、を含む。
【０１３４】
幾つかの例示的な実施例では、本方法において、複数の圧縮ストリンガパッケージの各々は、硬化ツール上の特有の場所を補完する湾曲を有する。幾つかの例示的な実施例では、本方法において、複数の圧縮ストリンガパッケージを形成することは、複数の複合材チャージの各々を、各成形硬化マンドレル、各第１のＲ部充填剤、及び各第２のＲ部充填剤の上に配置すること、複数の複合材チャージの各々を、各成形硬化マンドレル及び各剛性ベースの形状にするための機械的な圧力を加えて、各々がハット型断面を有するストリンガレイアップを形成すること、並びに、ストリンガレイアップに真空圧力を加えて、複数の圧縮ストリンガパッケージを形成すること、を含む。幾つかの例示的な実施例では、方法は更に、複数の圧縮ストリンガパッケージの各々から、各成形硬化マンドレルを除去することを含む。
【０１３５】
別の例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージは、ハット型断面を有する複合材チャージ、複合材チャージに接触する第１のＲ部充填剤、複合材チャージに接触する第２のＲ部充填剤、並びにハット型断面のキャップ、第１のウェブ及び第２のウェブ内に配置された成形硬化マンドレルを含む。
【０１３６】
幾つかの実施例では、圧縮ストリンガパッケージは更に、ハット型断面の第１のフランジと第２のフランジを接続し、第１のＲ部充填剤と第２のＲ部充填剤に接触する内部プライを含む。幾つかの実施例では、圧縮ストリンガパッケージは更に、成形硬化マンドレルの周囲に巻かれた複合材プライを含む。
【０１３７】
幾つかの実施例では、圧縮ストリンガパッケージにおいて、成形硬化マンドレルは、折り畳み式マンドレル、可溶性材料、中実なマンドレル、又は膨張可能なブラダーのうちの少なくとも１つを含む。幾つかの実施例では、圧縮ストリンガパッケージにおいて、成形硬化マンドレルは、Ｘ−Ｙ軸、Ｘ−Ｚ軸、又はＹ−Ｚ軸のうちの少なくとも１つに湾曲を有する。幾つかの実施例では、圧縮ストリンガパッケージにおいて、成形硬化マンドレルは硬化ブラダーとして機能するように構成されている。
【０１３８】
本開示の更なる例示的な実施形態は、複合材構造の製造方法を提示する。フォームマンドレルアセンブリを備える圧縮ストリンガパッケージが形成される。圧縮ストリンガパッケージは硬化ツール上に配置される。圧縮ストリンガパッケージの複合材料は高温で硬化され、複合材構造を形成する。フォームマンドレルアセンブリ内の支持フォームマンドレルは硬化中に折り畳まれる。
【０１３９】
本開示の別の例示的な実施形態は、複合材構造の製造方法を提示する。複合材構造を形成するため、閉じられた断面又は部分的に閉じられた断面を有する複合材料は硬化される。硬化開始時に、複合材料はフォームマンドレルアセンブリに接触している。フォームマンドレルアセンブリ中の支持フォームマンドレルは、硬化中に折り畳まれる。
【０１４０】
本開示の更なる例示的な実施形態は、支持フォームマンドレル、幾つかのガス不透過層、及び剥離層を備えるフォームマンドレルアセンブリを提供する。支持フォームマンドレルは、高温又は高圧のうちの少なくとも１つの条件下で折り畳まれるように構成された材料を含む。幾つかのガス不透過層は支持フォームマンドレルを取り囲む。剥離層は幾つかのガス不透過層を取り囲む。
【０１４１】
例示的な一例では、複合材構造の製造方法は、フォームマンドレルアセンブリを含む圧縮ストリンガパッケージを形成すること、硬化ツール上に圧縮ストリンガパッケージを配置すること、圧縮ストリンガパッケージの複合材料を高温で硬化して、複合材構造を形成すること、並びに、硬化中にフォームマンドレルアセンブリ内で支持フォームマンドレルを折り畳むこと、を含む。
【０１４２】
方法の幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、硬化中にフォームマンドレルアセンブリ内で真空引きを行って、フォームマンドレルアセンブリ内で支持フォームマンドレルを折り畳むことを含む。
【０１４３】
方法の幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、支持フォームマンドレルが分解することなく、第１のサイズから第１のサイズよりも小さい第２のサイズに移行することを含む。
【０１４４】
方法の幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、高温又は高圧のうちの少なくとも１つに依存する。
【０１４５】
幾つかの例示的な実施例では、本方法は更に、硬化後の複合材構造から、折り畳まれたフォームマンドレルを有するフォームマンドレルアセンブリを引き出すことを含む。
【０１４６】
方法の幾つかの例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージを形成することは、複合材チャージをフォームマンドレルアセンブリ、第１のＲ部充填剤及び第２のＲ部充填剤の上に配置すること、複合材チャージを成形硬化マンドレル及び剛性ベースの形状にするための機械的な圧力を加えて、ストリンガレイアップを形成すること、並びに、ストリンガレイアップに真空圧力を加えて、圧縮ストリンガパッケージを形成することを含む。
【０１４７】
方法の幾つかの例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージを形成することは、形成ツール上でストリンガを形成すること、ストリンガをキッティングトレイツールに移送すること、並びに、圧縮ストリンガパッケージを形成するため、ストリンガ内にフォームマンドレルアセンブリ、第１のＲ部充填剤及び第２のＲ部充填剤を実装することを含む。
【０１４８】
方法の幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルは開放セルフォームである。
【０１４９】
例示的な実施例では、複合材構造を製造する方法は、複合材構造を形成するため、閉じられた断面又は部分的に閉じられた断面を有し、硬化が始まるとフォームマンドレルアセンブリに接触する複合材料を硬化すること、並びに、硬化中にはフォームマンドレルアセンブリ内の支持フォームマンドレルを折り畳むことを含む。
【０１５０】
幾つかの例示的な実施例では、方法は更に、複合材料を硬化ツール上に配置すること、並びに、硬化ツール上の複合材料の上に幾つかのカウルを配置することを含む。
【０１５１】
方法の幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルは開放セルフォームである。
【０１５２】
方法の幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、高温又は高圧のうちの少なくとも１つに依存する。
【０１５３】
方法の幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、支持フォームマンドレルに真空を加えることを含む。
【０１５４】
別の例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリは、高温又は高圧のうちの少なくとも１つの下で折り畳まれるように構成された材料、支持フォームマンドレルを取り囲む幾つかのガス不透過層、及び、幾つかのガス不透過層を取り囲む剥離層を含む支持フォームマンドレルを備える。
【０１５５】
フォームマンドレルアセンブリの幾つかの実施例では、材料は、硬化される部品内の圧力差が実質的に等しくなる圧力差温度を超える温度で軟化し、また、この温度は硬化サイクルの最大温度を下回る。
【０１５６】
フォームマンドレルアセンブリの幾つかの実施例では、支持フォームマンドレルは開放セルフォームである。
【０１５７】
フォームマンドレルアセンブリの幾つかの実施例では、開放セルフォームは１ポンド／立方インチ〜１６ポンド／立方インチの範囲の密度を有する。
【０１５８】
フォームマンドレルアセンブリの幾つかの実施例では、フォームマンドレルアセンブリの重量は従来の強化ブラダーの重量を下回る。
【０１５９】
フォームマンドレルアセンブリの幾つかの実施例では、材料は、真空ポンプへの好ましくない影響を避けるように選択される。
【０１６０】
フォームマンドレルアセンブリの幾つかの実施例では、材料は、好ましくないガス放出を避けるように選択される。
【０１６１】
ここで図１９を参照すると、例示的な実施形態により、製造環境のブロック図が示されている。図１の航空機１００の構成要素は、製造環境１９００内で形成されうる。例えば、航空機１００の図１のスティフナ１２０は製造環境２００内で硬化される。
【０１６２】
製造環境１９００は、複合材構造１９０６を形成するため、複合材料１９０４の硬化で使用されるフォームマンドレルアセンブリ１９０２を含む。フォームマンドレルアセンブリ１９０２は、支持フォームマンドレル１９０８、支持フォームマンドレル１９０８を取り囲む幾つかのガス不透過層１９１０、及び幾つかのガス不透過層を取り囲む剥離層１９１２を含む。幾つかのガス不透過層１９１０は支持フォームマンドレル１９０８を封入する。支持フォームマンドレル１９０８は、高温１９１６又は高圧１９１８のうちの少なくとも１つの条件下で折り畳まれるように構成された材料１９１４を含む。幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレル１９０８は、化学分解することなく、オートクレーブ１９２０の高温１９１６及び高圧１９１８下で折り畳まれるように構成された材料１９１４を含む。
【０１６３】
フォームマンドレルアセンブリ１９０２は硬化マンドレル１９２２として機能する。フォームマンドレルアセンブリ１９０２は、硬化中に複合材料１９０４を支持する。幾つかの例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ１９０２は、オートクレーブ１９２０内での硬化中に複合材料１９０４を支持する。
【０１６４】
幾つかの例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ１９０２はまた、成形マンドレル１９２４として機能する。フォームマンドレルアセンブリ１９０２が成形マンドレル１９２４として機能するときには、複合材料１９０４の少なくとも一部は、フォームマンドレルアセンブリ１９０２の上にレイアップされる。フォームマンドレルアセンブリ１９０２が成形マンドレル１９２４として機能するときには、フォームマンドレルアセンブリ１９０２は複合材料１９０４の少なくとも一部を成形する。
【０１６５】
フォームマンドレルアセンブリ１９０２では、剥離層１９１２は、複合材料１９０４のレイアップ中に形状を保持し、力に対抗するための内在構造を有していない。フォームマンドレルアセンブリ１９０２が成形マンドレル１９２４であるとき、複合材料１９０４のレイアップ中には、支持フォームマンドレル１９０８は剥離層１９１２内部の二次的な支持構造として機能する。複合材料１９０４の硬化の少なくとも一部の間には、支持フォームマンドレル１９０８は、剥離層１９１２内部の二次的な支持構造として機能する。
【０１６６】
材料１９１４は、支持フォームマンドレル１９０８が室温で強固であるように選択される。材料１９１４は、複合材料１９０４の硬化中に、高温１９１６又は高圧１９１８のうちの少なくとも１つによって、支持フォームマンドレル１９０８の材料１９１４が折り畳まれるように、選択される。幾つかの例示的な実施例では、材料１９１４は、高温１９１６及び高圧１９１８によって、オートクレーブ１９２０内の複合材料１９０４の硬化中に、支持フォームマンドレル１９０８の材料１９１４が折り畳まれるように、選択される。
【０１６７】
材料１９１４は、硬化される部品内の圧力差が実質的に等しくなる圧力差温度を超える温度で軟化するように選択される。材料１９１４は、複合材料１９０４の樹脂の粘度が最小になる温度を超える温度で軟化するように選択される。材料１９１４は、硬化サイクルの最大温度を下回る温度で軟化するように選択される。幾つかの例示的な実施例では、材料１９１４は１００Ｆ〜３５０Ｆの範囲内で軟化するように選択される。幾つかの例示的な実施例では、材料１９１４は１２０Ｆ〜３００Ｆの範囲内で軟化するように選択される。幾つかの例示的な実施例では、材料１９１４は１５０Ｆ〜３００Ｆの範囲内で軟化するように選択される。幾つかの例示的な実施例では、軟化温度１９２６は、複合材料１９０４の硬化温度に基づいて選択される。幾つかの例示的な実施例では、軟化温度１９２６は、硬化中に複合材料１９０４に加えられる圧力に基づいて選択される。
【０１６８】
材料１９１４は、周囲温度で圧縮強度１９２７をもたらすように選択される。圧縮強度１９２７は、複合材料１９０４に応じて任意の所望の値を有しうる。幾つかの例示的な実施例では、材料１９１４は１００ｐｓｉを超える圧縮強度をもたらすように選択される。
【０１６９】
材料１９１４は、好ましくないガス放出を避けるように選択される。材料１９１４は、ガス放出１９２８が製造環境１９００内の機器又は作業員に好ましくない影響を与えないように、選択される。幾つかの例示的な実施例では、材料１９１４は、ガス放出１９２８が真空ポンプ１９３０に好ましくない影響を与えないように選択される。これらの例示的な実施例では、材料１９１４は真空ポンプ１９３０に好ましくない影響を与えるのを避けるように選択される。
【０１７０】
幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレル１９０８は開放セルフォーム１９３２である。開放セルフォーム１９３２では、開放セルフォーム１９３２自体のセル壁は、１つのセルから次のセルに空気を通すように接続されるか、「開放」されている。
【０１７１】
支持フォームマンドレル１９０８が開放セルフォーム１９３２であるとき、支持フォームマンドレル１９０８の折り畳みは、開放セルフォーム１９３２に真空１９３４を加えることによって制御されうる。開放セルフォーム１９３２に真空１９３４を加えることによって、開放セルフォーム１９３２は折り畳まれる。複合材料１９０４の硬化中に真空１９３４を加えるタイミングは、結果として得られる複合材構造１９０６の特性に影響を与える。
【０１７２】
例えば、複合材料１９０４が圧縮ストリンガパッケージ１９３６の一部であるとき、支持フォームマンドレル１９０８は、樹脂領域内での圧力が均等になるまでは強固であることが望ましい。強固であり続けることによって、支持フォームマンドレル１９０８は圧縮ストリンガパッケージ１９３６の形状を制御する。
【０１７３】
これらの例示的な実施例では、樹脂領域内で圧力が均一になった後に支持フォームマンドレル１９０８が折り畳まれるように、真空１９３４は加えられうる。例えば、第１のＲ部充填剤１９３８及び第２のＲ部充填剤１９４０内で均一になった後、真空１９３４は支持フォームマンドレル１９０８に加えられる。支持フォームマンドレル１９０８に真空１９３４を加えることによって、支持フォームマンドレル１９０８の折り畳みのタイミングは制御される。
【０１７４】
開放セルフォーム１９３２の密度１９４２は、フォームマンドレルアセンブリ１９０２の重量又は構造支持のうちの少なくとも１つに影響を及ぼす。幾つかの例示的な実施例では、開放セルフォーム１９３２は１ポンド／立方インチ〜１６ポンド／立方インチの範囲の密度１９４２を有する。幾つかの例示的な実施例では、開放セルフォーム１９３２は２ポンド／立方インチ〜８ポンド／立方インチの範囲の密度１９４２を有する。幾つかの例示的な実施例では、開放セルフォーム１９３２の密度１９４２は、複合材料１９０４に対して望ましい構造支持を提供するように選択される。密度１９４２は、材料の形状、種類、或いは、複合材料１９０４の重量又は他の特性に基づいて選択されうる。
【０１７５】
開放セルフォーム１９３２の密度１９４２は、フォームマンドレルアセンブリ１９０２の重量に影響を及ぼす。幾つかの例示的な実施例では、開放セルフォーム１９３２の密度１９４２は、フォームマンドレルアセンブリ１９０２の重量を軽減するように選択される。幾つかの例示的な実施例では、開放セルフォーム１９３２の密度１９４２は、フォームマンドレルアセンブリ１９０２の移送を可能にするように選択される。
【０１７６】
フォームマンドレルアセンブリ１９０２の重量は、複合材料１９０４に対するフォームマンドレルアセンブリ１９０２の動きに影響を及ぼす。複合材料１９０４が角度をつけて、或いは上下逆に配置されているときには、フォームマンドレルアセンブリ１９０２の重量が増すと、フォームマンドレルアセンブリ１９０２が複合材料１９０４内で移動する可能性が高くなる。
【０１７７】
従来の強化ブラダーは、強化により重量が加算される。幾つかの例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ１９０２は、従来の強化ブラダーよりも軽量であることが望ましい。幾つかの例示的な実施例では、開放セルフォーム１９３２の密度は、フォームマンドレルアセンブリ１９０２が従来の強化ブラダーよりも軽量になるように選択される。
【０１７８】
支持フォームマンドレル１９０８は、任意の所望の材料１９１４から形成されてもよい。材料１９１４は、軟化温度１９２６、ガス放出１９２８、反応性、重量、コスト又は他の任意の所望の特性に基づいて選択される。
【０１７９】
例示的な一例では、材料１９１４はリサイクル可能１９４４なように選択される。材料１９１４がリサイクル可能１９４４であるとき、支持フォームマンドレル１９０８は単回使用アイテムであるが、材料１９１４は折り畳み後、再使用されうる。
【０１８０】
幾つかの例示的な実施例では、材料１９１４は、所望の材料特性を提供する任意の所望のポリマー材料から選択されうる。１つの例示的な実施例では、材料１９１４はポリエチレンテレフタレート１９４６である。別の例示的な実施例では、材料１９１４はポリフェニルスルホンである。更に別の例示的な実施例では、材料１９１４はポリメタクリルイミドである。
【０１８１】
折り畳む前、支持フォームマンドレル１９０８は第１のサイズ１９４８である。オーブン１９４９又はオートクレーブ１９２０の中に配置される前、支持フォームマンドレル１９０８は第１のサイズ１９４８である。折り畳み後、支持フォームマンドレル１９０８は第２のサイズ１９５０である。第２のサイズ１９５０は、複合材構造１９０６からフォームマンドレルアセンブリ１９０２を除去できるよう十分に小さい。支持フォームマンドレル１９０８を折り畳むことは、支持フォームマンドレルが化学分解することなく、第１のサイズ１９４８から第１のサイズ１９４８よりも小さい第２のサイズ１９５０に移行することを含む。
【０１８２】
幾つかのガス不透過層１９１０は支持フォームマンドレル１９０８を取り囲む。支持フォームマンドレル１９０８上で真空１９３４が引かれると、幾つかのガス不透過層１９１０は真空１９３４を含む。
【０１８３】
幾つかのガス不透過層１９１０はまた、折り畳み中に支持フォームマンドレル１９０８が複数の断片に引裂かれないような材料１９１４を含む。幾つかのガス不透過層１９１０は、折り畳み後の支持フォームマンドレル１９０８の除去を容易にする材料１９１４を含む。
【０１８４】
幾つかのガス不透過層１９１０は、任意の所望の形態をとりうる。幾つかの例示的な実施例では、幾つかのガス不透過層１９１０は幾つかのポリマーバッグ１９５２である。例示的な実施例では、幾つかのガス不透過層１９１０は１つのポリマーバッグを含む。別の例示的な実施例では、幾つかのガス不透過層１９１０は２つのポリマーバッグを含む。
【０１８５】
幾つかのガス不透過層１９１０は任意の所望の材料から形成される。幾つかのガス不透過層１９１０の材料は、任意の所望の特性に基づいて選択されうる。例えば、幾つかのガス不透過層１９１０の材料は、コスト、可撓性、反応性、又は他の任意の所望の特性に基づいて選択されうる。この例示的な実施例では、幾つかのガス不透過層１９１０はナイロン１９５４で形成されている。
【０１８６】
図示したように、幾つかのガス不透過層１９１０と剥離層１９１２との間にはブリーザ１９５６が配置される。ブリーザ１９５６が存在する場合、真空１９３４により、幾つかのガス不透過層１９１０は剥離層１９１２に密着しない。幾つかのガス不透過層１９１０内に加えられた真空１９３４は、幾つかのガス不透過層１９１０を支持フォームマンドレル１９０８に向かって引っ張る。
【０１８７】
剥離層１９１２は任意の所望の形態をとる。幾つかの例示的な実施例では、剥離層１９１２はポリマーバッグ１９６０の形態をとる。
【０１８８】
剥離層１９１２はバリアとして機能し、複合材料１９０４の樹脂がブリーザ９５６又は幾つかのガス不透過層１９１０に結合するのを防止する。剥離層１９１２は、任意の所望の材料から形成されてよい。幾つかの例示的な実施例では、剥離層１９１２はフッ素化エチレンプロピレン１９６２から形成される。剥離層１９１２は、所望のバリアとして機能する任意の材料から形成される。
【０１８９】
フォームマンドレルアセンブリを含む圧縮ストリンガパッケージ１９３６を形成した後、圧縮ストリンガパッケージ１９３６は硬化ツール１９６４上に配置される。幾つかのカウル１９６６は、硬化ツール１９６４上の複合材料１９０４の上に配置される。圧縮ストリンガパッケージ１９３６の複合材料１９０４は高温で硬化され、複合材構造１９０６を形成する。幾つかの例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ１９３６の複合材料はオートクレーブ１９２０内で硬化される。他の例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ１９３６の複合材料はオーブン１９４９内で硬化される。オートクレーブ１９２０は、硬化中に高温１９１６と高圧１９１８を共に提供しうる。オーブン１９４９は、硬化中に高温１９１６のみを提供しうる。支持フォームマンドレル１９０８は、硬化中に、フォームマンドレルアセンブリ１９０２内で折り畳まれる。
【０１９０】
フォームマンドレルアセンブリ１９０２は、複数の方法で圧縮ストリンガパッケージ１９３６内に配置されうる。例示的な一例では、複合材チャージ、例えば、図２の複合材チャージ２０４は、フォームマンドレルアセンブリ１９０２、第１のＲ部充填剤１９３８、及び第２のＲ部充填剤１９４０の上に配置される。複合材チャージをフォームマンドレルアセンブリ１９０２及び剛性ベース（例えば、図２の剛性ベース２３０）の形状にするため、機械的な圧力が加えられ、ストリンガレイアップを形成する。圧縮ストリンガパッケージ１９３６を形成するため、真空圧がストリンガレイアップに加えられる。
【０１９１】
別の例示的な実施例では、別々の形成ツール上でストリンガが形成される。次いで、ストリンガはキッティングトレイツールに移送される。別々の形成ツールを除去した後、圧縮ストリンガパッケージ１９３６を形成するため、フォームマンドレルアセンブリ１９０２、第１のＲ部充填剤１９３８、及び第２のＲ部充填剤１９４０がストリンガ内に実装される。
【０１９２】
例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ１９０２は、複合材料１９０４の閉じられた断面１９６８又は部分的に閉じられた断面１９７０内に存在する。閉じられた断面１９６８又は部分的に閉じられた断面１９７０を有する複合材料１９０４はオートクレーブ１９２０内で硬化され、複合材構造１９０６を形成する。硬化開始時に、複合材料１９０４はフォームマンドレルアセンブリ１９０２に接触している。
【０１９３】
硬化ツール１９６４から分離された圧縮ストリンガパッケージ１９３６を組み立てることによって、製造時間は短縮されうる。硬化ツール１９６４から分離された圧縮ストリンガパッケージ１９３６を組み立てることによって、硬化ツール１９６４のダウンタイムは短縮される。フォームマンドレルアセンブリ１９０２が成形マンドレル１９２４と硬化マンドレル１９２２の両方で利用されることにより、製造時間又は製造コストのうちの少なくとも１つが低減される。
【０１９４】
圧縮ストリンガパッケージ１９３６の硬化後のフォームマンドレルアセンブリ１９０２の除去は、従来の硬化マンドレルの除去よりも速くなる。フォームマンドレルアセンブリ１９０２を使用すると、複合材料１９０４からのマンドレルの除去に費やされる時間が短くなることで、製造時間は短縮されうる。
【０１９５】
幾つかの例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ１９０２は成形マンドレル１９２４である。他の例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ１９３６は、別々の成形マンドレルと硬化マンドレルを用いて、成形及び硬化される。
【０１９６】
幾つかの例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージ１９３６は形成ツール１９７２を用いて形成され、硬化マンドレル１９２２として機能する別のフォームマンドレルアセンブリ１９０２を用いて硬化される。これらの例示的な実施例では、ストリンガ１９７４は形成ツール１９７２の上に形成される。ストリンガ１９７４はキッティングトレイツール１９７６へ移送される。キッティングトレイツール１９７６上にある間に、フォームマンドレルアセンブリ１９０２、第１のＲ部充填剤１９３８、及び第２のＲ部充填剤１９４０がストリンガ１９７４内に実装され、圧縮ストリンガパッケージ１９３６を形成する。
【０１９７】
図１９の製造環境１９００の図は、例示的な実施形態が実装されうる態様への物理的な又は構造上の限定を示唆することを意図するものではない。図示した構成要素に加えてまたは代えて、他の構成要素を使用できる。幾つかの構成要素は不要となることがある。ブロックはまた、幾つかの機能的構成要素を図示するためにも提示されている。例示的な実施形態で実装される場合、一又は複数のこれらのブロックは、結合されても、分割されても、結合かつ分割されて異なるブロックになってもよい。
【０１９８】
例えば、圧縮ストリンガパッケージ１９３６は複数の圧縮ストリンガパッケージのうちの１つであってもよい。複数の圧縮ストリンガパッケージの各々は、硬化ツール１９６４内に配置され、共硬化されうる。
【０１９９】
加えて、図１９に示した種々の構成要素は、図１〜図１８の構成要素と組み合わせるか、図１〜図１８の構成要素と共に使用するか、或いはこれら２つの場合を組み合わせることができる。ブロックは、他のブロック図のブロックと組み合わせられうる。図１９に示した種々の構成要素は、図２の構成要素と組み合わせるか、図２の構成要素と共に使用するか、或いはこれら２つの場合を組み合わせることができる。
【０２００】
ここで図２０を参照すると、例示的実施形態によるフォームマンドレルアセンブリの断面図が示されている。フォームマンドレルアセンブリ２０００は、図１９のフォームマンドレルアセンブリ１９０２の物理的な実装である。フォームマンドレルアセンブリ２０００は、図２の成形硬化アセンブリ２１０の物理的な実装であってもよい。幾つかの例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ２０００は、図５の成形硬化マンドレル５０２、図７の成形硬化マンドレル７０２、又は図９の成形硬化マンドレル９０２に取って代わってもよい。
【０２０１】
フォームマンドレルアセンブリ２０００は、支持フォームマンドレル２００２、幾つかのガス不透過層２００４、及び剥離層２００６を含む。支持フォームマンドレル２００２は、化学分解することなく、オートクレーブの高温下で折り畳まれるように構成されたマンドレル２００８を含む。幾つかのガス不透過層２００４は支持フォームマンドレル２００２を取り囲む。剥離層２００６は幾つかのガス不透過層２００４を取り囲む。
【０２０２】
図示されたように、幾つかのガス不透過層２００４は、第１のガス不透過層２０１０と第２のガス不透過層２０１２とを含む。幾つかのガス不透過層２００４は２つの層を有するように描かれているが、幾つかのガス不透過層２００４は所望の数の層を有しうる。図には描かれていない他の幾つかの実施例では、幾つかのガス不透過層２００４は１つだけの層を含んでもよい。図には描かれていない別の実施例では、幾つかのガス不透過層２００４は２つ以上の層を含んでもよい。
【０２０３】
幾つかのガス不透過層２００４は、硬化後の複合材構造（図示せず）から支持フォームマンドレル２００２を除去するのに役立つ。例えば、材料２００８が折り畳まれた後、ガス不透過層２００４は支持フォームマンドレル２００２を含む。折り畳み後、支持フォームマンドレル２００２は不規則な形状を有しうる。幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレル２００２は複数の断片に折り畳まれうる。折り畳まれるとき、支持フォームマンドレル２００２のすべての断片を含む幾つかのガス不透過層２００４は、複合材構造（図示せず）から支持フォームマンドレル２００２を除去するのに役立つ。幾つかの例示的な実施例では、幾つかのガス不透過層２００４は、支持フォームマンドレル２００２が複数の断片に折り畳まれるのを制限又は阻止しうる。
【０２０４】
材料２００８が開放セルフォームであるときには、支持フォームマンドレル２００２を折り畳むため、幾つかのガス不透過層２００４内で真空が引かれうる。幾つかのガス不透過層２００４は、真空が剥離層２００６に入らないように、真空を封じ込める。幾つかのガス不透過層２００４に真空がもたらされると、剥離層２００６に異なる圧力が加えられる。
【０２０５】
剥離層２００６に対する幾つかのガス不透過層２００４の動きを促進するため、ガス不透過層２００４と剥離層２００６との間にブリーザ２０１４が配置される。ブリーザ２０１４は、第２のガス不透過層２０１２と剥離層２００６との間の圧力の分散を可能にする。ブリーザ２０１４は、第２のガス不透過層２０１２が剥離層２００６に張り付くのを防止する。
【０２０６】
フォームマンドレルアセンブリ２０００は、成形マンドレル又は硬化マンドレルのうちの少なくとも１つとして使用されうる。成形中には、幾つかのガス不透過層２００４と剥離層２００６の内部には任意の所望の圧力が存在しうる。例示的な一例では、複合材料（図示せず）の成形中に、幾つかのガス不透過層２００４と剥離層２００６の両方が環境に放出される。
【０２０７】
複合材構造（図示せず）の硬化中、剥離層２００６には任意の所望の圧力が存在しうる。幾つかの例示的な実施例では、剥離層２００６に正の圧力が加えられる。幾つかの例示的な実施例では、剥離層２００６は環境に放出される。その環境はオーブン又はオートクレーブ、或いは複合材構造（図示せず）の硬化に望ましい他の任意の環境であってもよい。
【０２０８】
材料２００８は、任意の所望の種類の材料から選択される。材料２００８は、フォームマンドレルアセンブリ２０００に構造支持を提供するように選択される。材料２００８は、複合材構造（図示せず）の硬化中に折り畳まれるように選択される。材料２００８は、化学分解することなく、オートクレーブ（図示せず）の高温及び高圧下で折り畳まれるように構成される。
【０２０９】
材料２００８は、硬化される部品内の圧力差が実質的に等しくなる圧力差温度を超える温度で軟化するように選択される。材料２００８は、硬化される複合材料の樹脂の粘度が最小になる温度を超える温度で軟化するように選択される。材料２００８は、硬化サイクルの最大温度を下回る温度で軟化するように選択される。幾つかの例示的な実施例では、材料２００８は１００Ｆ〜３５０Ｆの範囲内で軟化する。幾つかの例示的な実施例では、材料２００８は１２０Ｆ〜３００Ｆの範囲内で軟化する。幾つかの例示的な実施例では、材料２００８は１５０Ｆ〜３００Ｆの範囲内で軟化する。幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレル２００２は開放セルフォームである。材料２００８は所望の密度を有するように選択されうる。幾つかの例示的な実施例では、材料２００８の密度は１ポンド／立方インチ〜１６ポンド／立方インチの範囲内にある。幾つかの例示的な実施例では、材料２００８の密度は２ポンド／立方インチ〜８ポンド／立方インチの範囲内にある。材料２００８が開放セルフォームである例示的な一例では、開放セルフォームは２ポンド／立方インチ〜８ポンド／立方インチの範囲内の密度を有する。
【０２１０】
材料２００８は、任意の所望の方法を用いて、支持フォームマンドレル２００２内に形成される。例えば、材料２００８は、他の任意の所望の方法で台形２０１６の形状に鋳造、押出成形、切断、又は成形されうる。図示したように、支持フォームマンドレル２００２は台形２０１６の形状を有する。図には描かれていない他の例示的な実施例では、支持フォームマンドレル２００２は別の所望の非台形形状を有しうる。支持フォームマンドレル２００２は、閉じられた断面又は実質的に閉じられた断面を有する複合材料（図示せず）を支持するための任意の所望の形状を有しうる。
【０２１１】
ここで図２１を参照すると、例示的な実施形態によるフォームマンドレルアセンブリの斜視図が示されている。フォームマンドレルアセンブリ２１００は、図１９のフォームマンドレルアセンブリ１９０２の物理的な実装である。フォームマンドレルアセンブリ２１００は、図２の成形硬化アセンブリ２１０の物理的な実装であってもよい。幾つかの例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ２１００は、図５の成形硬化マンドレル５０２、図７の成形硬化マンドレル７０２、又は図９の成形硬化マンドレル９０２に取って代わってもよい。
【０２１２】
フォームマンドレルアセンブリ２１００は、図２０のフォームマンドレルアセンブリ２０００とは異なる形状を有するフォームマンドレルアセンブリの例である。フォームマンドレルアセンブリ２１００は、支持フォームマンドレル２１０２、幾つかのガス不透過層２１０４、及び剥離層２１０６を含む。支持フォームマンドレル２１０２は、化学分解することなく、オートクレーブの高温及び高圧下で折り畳まれるように構成されたマンドレル２１０８を含む。幾つかのガス不透過層２１０４は支持フォームマンドレル２１０２を取り囲む。剥離層２１０６は幾つかのガス不透過層２１０４を取り囲む。
【０２１３】
図示したように、幾つかのガス不透過層２１０４は第１のガス不透過層２１１０を含む。ブリーザ２１１２は、第１のガス不透過層２１１０と剥離層２１０６との間に配置される。フォームマンドレルアセンブリ２１００は、図２０のフォームマンドレルアセンブリ２０００とは異なる形状を有する。フォームマンドレルアセンブリ２１００は、ほぼ丸い上部２１１４と非台形形状を有する。
【０２１４】
ここで図２２を参照すると、例示的実施形態により、フォームマンドレルアセンブリの上に配置された複合材料の断面図が示されている。ビュー２２００は、圧縮前の圧縮ストリンガパッケージの構成要素の図である。
【０２１５】
複合材チャージ２２０２は、図２の複合材チャージ２０４の物理的な実装である。複合材チャージ２２０２は、フォームマンドレルアセンブリ２２０４、第１のＲ部充填剤２２０６、及び第２のＲ部充填剤２２０８の上に配置される。図示したように、複合材チャージ２２０２は、フォームマンドレルアセンブリ２２０４、第１のＲ部充填剤２２０６、及び第２のＲ部充填剤２２０８の上に一体として配置される。他の幾つかの例示的な実施例では、複合材チャージ２２０２は、フォームマンドレルアセンブリ２２０４、第１のＲ部充填剤２２０６、及び第２のＲ部充填剤２２０８の上に、一体としてではなく、一層ずつ配置されてもよい。
【０２１６】
フォームマンドレルアセンブリ２２０４は、図１９のフォームマンドレルアセンブリ１９０２の物理的な実装である。フォームマンドレルアセンブリ２２０４は、図２のスフォームマンドレルアセンブリ２１０の物理的な実装である。図２２のビュー２２００は、図５、図７、及び図９のビューに類似しているが、フォームマンドレルアセンブリ、フォームマンドレルアセンブリ２２０４を伴っている。
【０２１７】
第１のＲ部充填剤２２０６と第２のＲ部充填剤２２０８は、図２の第１のＲ部充填剤２０７と第２のＲ部充填剤２０８の物理的な実装である。成形硬化マンドレル２２０４の上に複合材チャージ２２０２を置くことによって、複合材チャージ２２０２は複合材プライ２２０４に接触するように配置される。内部プライ２２１０は、剛性ベース２２１２の上に配置される。内部プライ２２１０は、図２の内部プライ２１６の物理的な実装である。剛性ベース２２１２は、図２の剛性ベース２３０の物理的な実装である。
【０２１８】
図２２では、機械的な圧力と真空圧力はまだ加えられていない。図２２では、構成要素は圧縮されていない。
【０２１９】
ビュー２２００では、フォームマンドレルアセンブリ２２０４は、図１９の成形マンドレル１９２４などの成形マンドレルの形態をとる。フォームマンドレルアセンブリ２２０４の支持フォームマンドレル２２１４は、複合材チャージ２２０２の成形中に支持を行う。支持フォームマンドレル２２１４は、圧縮中に加えられる力に抗する十分な剛性を有する。
【０２２０】
ビュー２２００は、フォームマンドレルアセンブリ２２０４を含む圧縮ストリンガパッケージを形成するプロセスの一部のビューの第１の実施例である。この第１の実施例では、複合材チャージ２２０２の一部、及びその結果得られる複合材構造の一部は、フォームマンドレルアセンブリ２２０４に対して形成される。
【０２２１】
ここで図２３を参照すると、例示的実施形態により、フォームマンドレルアセンブリを受容するストリンガの断面図が示されている。ビュー２３００は、圧縮後の圧縮ストリンガパッケージの構成要素の図である。ビュー２３００では、複合材料２３０２から形成されたストリンガ２３０１はまだフォームマンドレルアセンブリに接触していない。
【０２２２】
複合材チャージ２３０４は、図２の複合材チャージ２０４の物理的な実装である。複合材チャージ２３０４は形成ツール（図示せず）の上に配置されている。ビュー２３００では、形成ツールは除去されている。複合材料２３０２から形成されたストリンガ２３０１の検査を容易にするため、形成ツールは除去されてもよい。より具体的には、形成ツールを除去することにより、複合材料２３０２の閉じられた断面２３０６内の検査が可能になる。
【０２２３】
幾つかの例示的な実施例では、形成ツール及び検査ストリンガ２３０１を除去するため、ストリンガ２３０１はキッティングトレイツールに移送される。形成ツールを除去した後、圧縮ストリンガパッケージを形成するため、フォームマンドレルアセンブリ（図示せず）、第１のＲ部充填剤（図示せず）、及び第２のＲ部充填剤（図示せず）がストリンガ内に実装される。
【０２２４】
図１９のフォームマンドレルアセンブリ１９０２の物理的な実装は、形成ツールの除去後、ストリンガ内に行われる。この例示的な例では、フォームマンドレルアセンブリはストリンガの形成又は成形に使用されないため、フォームマンドレルアセンブリは図２の成形硬化マンドレル２１０の物理的な実装ではない。図２３のビュー２３００に描かれたステップは、圧縮ストリンガパッケージを形成するための中間的なステップである。図２３のビュー２３００に描かれたステップは、図２２に示された第１の実施例とは異なる。
【０２２５】
ビュー２３００は、フォームマンドレルアセンブリを含む圧縮ストリンガパッケージの形成プロセスの一部の間の、第２の非限定的なビューの実施例である。この第２の実施例では、複合材チャージ２３０４の一部、及びその結果得られる複合材構造の一部は、形成ツールに対して形成される。形成ツールを除去した後、複合材料２３０２の移送及び硬化中に支持するため、フォームマンドレルアセンブリが実装される。
【０２２６】
ここで図２４を参照すると、例示的な実施形態により、硬化前に圧縮ストリンガパッケージ内のフォームマンドレルアセンブリの断面図が示されている。図示したように、圧縮ストリンガパッケージ２４００は、硬化ツール２４０４の凹部２４０２内に存在する。圧縮ストリンガパッケージ２４００は、図１９の圧縮ストリンガパッケージ１９３６の物理的な実装である。硬化ツール２４０４は、図１９の硬化ツール１９６４の物理的な実装である。
【０２２７】
カウル２４０６は、硬化中に圧縮ストリンガパッケージ２４００の一端を成形するため、圧縮ストリンガパッケージ２４００の上に配置される。カウル２４０６は、図１９の複数のカウル１９６６の物理的な実装である。この例示的な実施例では、カウル２４０６及び硬化ツール２４０４は、閉じられた剛性モールドではなく圧縮ストリンガパッケージ２４００を硬化するために使用される。
【０２２８】
真空バッグ２４０８は、硬化アセンブリ２４１０を形成するため、圧縮ストリンガパッケージ２４００及び硬化ツール２４０４の上に配置される。真空バッグ２４０８を配置した後、硬化アセンブリ２４１０はオーブン（図示せず）又はオートクレーブ（図示せず）内に配置されうる。
【０２２９】
図示したように、フォームマンドレルアセンブリ２４１３の支持フォームマンドレル２４１２は第１のサイズ２４１４を有する。幾つかの例示的な実施例では、硬化アセンブリ２４１０はオートクレーブの高温及び高圧にまだ曝露されていない。他の例示的な実施例では、硬化アセンブリ２４１０はオートクレーブ内の高温と高圧にさらされうるが、支持フォームマンドレル２４１２を折り畳むための十分な温度と圧力がまだ供給されていない。幾つかの例示的な実施例では、硬化アセンブリ２４１０はオートクレーブ内の高温と高圧にさらされうるが、支持フォームマンドレル２４１２を折り畳むための真空はまだ供給されていない。
【０２３０】
図２４は１つの圧縮ストリンガパッケージのみを表示しているが、圧縮ストリンガパッケージ２４００、硬化ツール２４０４は複数の圧縮ストリンガパッケージを保持しうる。図２６は、複数の圧縮ストリンガパッケージを保持する硬化ツールの１つの非限定的な実施例である。幾つかの例示的な実施例では、図２４は硬化ツール２４０４の一部を示すものである。
【０２３１】
ここで図２５を参照すると、例示的な実施形態により、硬化後の圧縮ストリンガパッケージ内のフォームマンドレルアセンブリの断面図が示されている。ビュー２５００は、第２のサイズ２５０２の支持フォームマンドレル２４１２を備える、図２４の硬化アセンブリ２４１０のビューである。第２のサイズ２５０２は、第１のサイズ２４１４よりも小さい。第２のサイズ２５０２は、硬化後、圧縮ストリンガパッケージ２４００からのフォームマンドレルアセンブリ２４１３の抽出に役立つ。
【０２３２】
図示したように、支持フォームマンドレル２４１２を含むフォームマンドレルアセンブリ２４１３の各構成要素は、説明のために縮んでいる。しかしながら、幾つかの例示的な実施例では、フォームマンドレルアセンブリ２４１３の各構成要素は縮まないことがある。一実施例では、支持フォームマンドレル２４１２は縮むが、一方、剥離層２５０４、ブリーザ２５０６、又は幾つかのガス不透過層２５０８は、支持フォームマンドレル２４１２に沿って縮まない。フォームマンドレルアセンブリ２４１３で真空引きされると、剥離層２５０４、ブリーザ２５０６、又は幾つかのガス不透過層２５０８のうちの少なくとも１つは、支持フォームマンドレル２４１２に対して折り重なるか圧迫される。
【０２３３】
幾つかの例示的な実施例では、縮むフォームマンドレルアセンブリ２４１３の構成要素は一様に縮まないことがある。例えば、支持フォームマンドレル２４１２は断面が一様でないように縮むことがある。
【０２３４】
幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレル２４１２は、オートクレーブの高温と高圧だけで第２のサイズ２５０２まで折り畳まれる。他の例示的な実施例では、支持フォームマンドレル２４１２は、支持フォームマンドレル２４１２での真空引きによって、第２のサイズまで折り畳まれる。
【０２３５】
ここで図２６を参照すると、オートクレーブ内の複数のフォームマンドレルアセンブリを有する硬化ツールの断面図が示されている。硬化ツール２６００は、図１９の硬化ツール１９６４の物理的な実装である。複数の圧縮ストリンガパッケージ２６０２は、図１９の圧縮ストリンガパッケージ１９３６を含む複数の圧縮ストリンガパッケージの物理的な実装である。
【０２３６】
複数の圧縮ストリンガパッケージ２６０２の各々は、少なくとも硬化の一部の間に圧力を加えるため、複数のフォームマンドレルアセンブリ２６０３の各フォームマンドレルアセンブリを含む。複数の圧縮ストリンガパッケージ２６０２の各々は、硬化ツール２６００の各凹部内に配置される。複数の圧縮ストリンガパッケージ２６０２は、オートクレーブ２６０４内において硬化ツール２６００上で同時に硬化される。
【０２３７】
複数の圧縮ストリンガパッケージ２６０２の硬化中、複数のフォームマンドレルアセンブリ２６０３は、化学分解することなく、オートクレーブ２６０４の高温及び高圧下で折り畳まれる。幾つかの例示的な実施例では、少なくとも１つのフォームマンドレルアセンブリを折り畳むため、複数のフォームマンドレルアセンブリ２６０３のうちの少なくとも１つのフォームマンドレルアセンブリに真空が加えられる。
【０２３８】
図２０〜図２６に示した種々の構成要素は、図１９の構成要素と組み合わせるか、図１９の構成要素と共に使用するか、或いはこれら２つの場合を組み合わせることができる。加えて、図２０〜図２６の構成要素の幾つかは、図１９のブロック図に示された構成要素をどのように物理的な構造として実装できるかを示す例示的な実施例である。
【０２３９】
更に、図１９から図１７に示す様々な構成要素を、図２の構成要素と組み合わせるか、図２の構成要素に使用するか、又はそれら２つの場合を組み合わせることができる。加えて、図２０〜図２６の構成要素の幾つかは、図２のブロック図に示された構成要素をどのように物理的な構造として実装できるかを示す例示的な実施例である。
【０２４０】
ここで図２７を参照すると、例示的な実施形態による複合材構造を製造する方法のフロー図が示されている。方法２７００は、図１９の複合材構造１９０６を管理するために使用されうる。方法２７００は、図２０のフォームマンドレルアセンブリ２０００、或いは図２１のフォームマンドレルアセンブリ２１００と共に実行されうる。方法２７００は、図２２の構成要素又は図２３の構成要素から形成される圧縮ストリンガパッケージを用いて実行されうる。方法２７００は、図２４及び図２５の圧縮ストリンガパッケージ２４００及びフォームマンドレルアセンブリ２４１３上で実行されうる。方法２７００は、図２６の複数の圧縮ストリンガパッケージ２６０２上で実行されうる。
【０２４１】
方法２７００はフォームマンドレルアセンブリを含む圧縮ストリンガパッケージを形成する（操作２７０２）。幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルは開放セルフォームである。例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージを形成することは、複合材チャージをフォームマンドレルアセンブリ、第１のＲ部充填剤、及び第２のＲ部充填剤の上に配置すること、複合材チャージを成形硬化マンドレル及び剛性ベースの形状にするための機械的な圧力を加えて、ストリンガレイアップを形成すること、並びに、ストリンガレイアップに真空圧力を加えて、圧縮ストリンガパッケージを形成することを含む。別の例示的な実施例では、圧縮ストリンガパッケージを形成することは、形成ツールの上にストリンガを形成すること、ストリンガキッティングトレイツールへ移送すること、並びに、圧縮ストリンガパッケージを形成するため、ストリンガ内にフォームマンドレルアセンブリ、第１のＲ部充填剤及び第２のＲ部充填剤を実装することを含む。
【０２４２】
方法２７００は、硬化ツールの上に圧縮ストリンガパッケージを配置する（操作２７０４）。方法２７００は、オートクレーブ内の圧縮ストリンガパッケージの複合材料を硬化し、複合材構造を形成する（操作２７０６）。方法２７００は、硬化中、フォームマンドレルアセンブリ内の支持フォームマンドレルを折り畳む（操作２７０８）。その後、方法は終了する。
【０２４３】
例示的な一例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、硬化中にフォームマンドレルアセンブリ内で真空引きを行って、フォームマンドレルアセンブリ内で支持フォームマンドレルを折り畳むことを含む。別の例示的な実施例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、支持フォームマンドレルが化学分解することなく、第１のサイズから第１のサイズよりも小さい第２のサイズに移行することを含む。例示的な一例では、各支持フォームマンドレルを折り畳むことは、高温又は高圧のうちの少なくとも１つに依存する。幾つかの例示的な実施例では、オートクレーブ内部は高温で高圧になっている。
【０２４４】
ここで図２８を参照すると、例示的な実施形態による複合材構造を製造する方法のフロー図が示されている。方法２８００は、図１９の複合材構造１９０６を製造するために使用されうる。方法２８００は、図２０のフォームマンドレルアセンブリ２０００、或いは図２１のフォームマンドレルアセンブリ２１００と共に実行されうる。方法２８００は、図２２の構成要素又は図２３の構成要素から形成される圧縮ストリンガパッケージを用いて実行されうる。方法２８００は、図２４及び図２５の圧縮ストリンガパッケージ２４００及びフォームマンドレルアセンブリ２４１３上で実行されうる。方法２８００は、図２６の複数の圧縮ストリンガパッケージ２６０２上で実行されうる。
【０２４５】
方法２８００は、閉じられた断面又は部分的に閉じられた断面を有する複合材料は硬化して複合材構造を形成し、硬化開始時には、複合材料はフォームマンドレルアセンブリに接触している（操作２８０２）。方法２８００は、硬化中に、フォームマンドレルアセンブリ内の支持フォームマンドレルを折り畳む（操作２８０４）。その後、方法は終了する。
【０２４６】
幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルは開放セルフォームである。幾つかの例示的な実施例では、各支持フォームマンドレルを折り畳むことは、高温又は高圧のうちの１つに依存する。幾つかの例示的な実施例では、オートクレーブ内部は高温で高圧になっている。幾つかの例示的な実施例では、支持フォームマンドレルを折り畳むことは、支持フォームマンドレルに真空を加えることを含む。
【０２４７】
図示した種々の実施形態におけるフロー図及びブロック図は、例示的な実施形態における、装置及び方法の幾つかの可能な実行態様の構造、機能、及び工程を示している。これに関し、フロー図またはブロック図内の各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、及び／又は、動作若しくはステップの一部分を表わしうる。
【０２４８】
例示的実施形態の幾つかの代替的な実施態様では、ブロックに記載された一又は複数の機能が、図中に記載の順序を逸脱して起こることがある。例えば、あるケースでは、連続して示されている２つのブロックがほぼ同時に実行されてもよく、または時には含まれる機能に応じてブロックが逆順に実施されてもよい。また、フロー図またはブロック図に示されているブロックに加えて、他のブロックが追加されることもある。
【０２４９】
例えば、方法２７００は更に、硬化後の複合材構造から、折り畳まれたフォームマンドレルを有するフォームマンドレルアセンブリを引き出すことを含みうる。別の実施例として、方法２８００は更に、硬化ツール上に複合材料を配置すること、及び硬化ツール上の複合材料の上に幾つかのカウルを配置することを含む。
【０２５０】
例示的な実施例は、その後の外板取り付けのため、硬化マンドレル上での取り付け中に使用される位置に維持されるフォーム成形マンドレル上で開放構造ストリンガを形成することを含む、一体的に補強された共硬化複合材外板パネルを製造するための方法を提示する。フォームマンドレルは、硬化サイクル中には、オプションの真空の補助によって折り畳まれ、除去され、リサイクルされることがある。
【０２５１】
ハット型補剛材、並びに、閉じられた断面又は部分的に閉じられた断面を有するその他の複合材構造の製造は、部分的にトラップされた空洞の内部にツールを配置することを含むが、これは従来のツールの除去を困難にするために望ましくない。例示的な実施例は、抽出ステップを従来のツールの抽出よりも容易にするため、スティフナの硬化中には折り畳まれる剛性フォームを提供する。
【０２５２】
例示的な実施例は、複合材料のレイアップに対しては強固であるが、通常の硬化サイクル中には収縮する材料を含む支持フォームマンドレルを提供する。支持フォームマンドレルは、低コストなフォームから作られることが望ましい。低コストなフォームは、炭素繊維のレイアップ中、幾つかのガス不透過層内部の支持マンドレルとして使用することができる。幾つかのガス不透過層は、低コストブラダー又はチューブバッグのうちの少なくとも１つの形態をとりうる。
【０２５３】
部品のオートクレーブ硬化中、フォームは熱と圧力下で折り畳まれる。フォーム材料は、任意の所望の温度と圧力で折り畳まれるように選択される。温度と圧力は、硬化される複合材料に基づいて選択されうる。１つの非限定的な実施例では、温度は２５０Ｆを超え、圧力は３５ｐｓｉを超える。１つの非限定的な実施例では、温度は約３５０Ｆで、圧力は約９０ｐｓｉである。硬化後、フォームは容易に抽出される。
【０２５４】
チューブバッグブラダーは剥離層として使用されうる。しかしながら、チューブバッグブラダーは、形状を保持し、自動繊維配置（ＡＦＰ）及び形成などの複合材レイアップ中の力に抗する内部構造を有していない。そのため、このような操作中には、チューブバッグ内部に二次的な支持構造を配置することが望ましい。例示的な実施例での支持マンドレルの考え方は、室温では強固であるが、オートクレーブ硬化中には高温と圧力によって折り畳まれる単回使用フォームである。
【０２５５】
ハット型、オメガ型又は他の閉じられた構成要素を備える、一体的に補強された共硬化複合材構造を製造するための現在の方法は、最初にストリンガを、次に複合材ヌードル、マンドレル、又はエレメントの他の構成要素を実装する複数の（多くの場合、作業による）ステップを含む。このアプローチは、硬化マンドレルと連係して、併行作業を行う能力を制限する。この従来の方法では、その後の各レイアップのステップは硬化マンドレル上で実施される。この処理はまた、自動化することが困難なことがある。ストリンガを設置する際に、１ステップずつ処理を行う理由の１つは、ストリンガが最初は直線的に形成されており、輪郭に合わせて設置する必要があるからである。その結果、ブラダーの実装の前に検査が必要となる皺が生ずる場合がある。
【０２５６】
ストリンガの設置処理を効率化するため、例示的な実施例のフォーム成形マンドレルを使用して共硬化された構造を作ってもよい。硬化サイクル中にフォーム成形マンドレルを使用することにより、複雑なストリンガは積層可能で、パッケージとして硬化マンドレルに移送される。これらの圧縮ストリンガパッケージは、オプションによりヌードル、ラッププライ、ベースプライを含みうる。フォームマンドレルアセンブリを使用することにより、その後の処理で硬化マンドレルに迅速に取り付けることができる複数のストリンガを併行処理することが可能にある。硬化マンドレルは製造中に、フォームマンドレルアセンブリを用いて不必要に固定されることはない。形成及び硬化にフォームマンドレルアセンブリを使用することによって、使用されるツールは少なくなる。硬化中、成形マンドレルは所定の場所に留まり、次いで折り畳まれ、硬化後、除去される。圧縮ストリンガパッケージの形成には、移送するか自動化によって設置するかの選択肢がある。
【０２５７】
種々の例示的な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、網羅的であること、または開示された形態の実施形態に限定することは意図されていない。当業者には、多くの修正例及び変形例が自明であるだろう。さらに、種々の例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態と比較して、異なる特徴を提供してよい。選択された１つ以上の実施形態は、実施形態の原理と実際の応用を最もよく説明するため、及び、様々な修正例を伴う様々な実施形態の開示内容が想定される特定の用途に適することを当業者に理解させるために、選択され記載されている。
【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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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【外国語明細書】
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