(57)【要約】      （修正有）【課題】一体的な位置決めスタックを備える補強ストリンガパネル、及びその製造方法の提供。【解決手段】例示的な複合パネル（３００）は、内表面（３１０−Ａ）を有する外板部材（３１０）を含む。支持ツール（３３０）を配置するための位置決め部（３５０）は、上記内表面に結合された第１及び第２積層スタック（３５１、３５２）を含み、第１積層スタックと第２積層スタックの間には、溝が形成されている。第１及び第２積層スタックは、上記溝で支持ツールを保持することで、支持ツールをパネルに対して自動的にアライメントするよう構成されている。ストリンガ（３２０）は、第１積層スタックから第２積層スタックに跨がって延びるキャップ部（３２２）を含み、外板部材の内表面上にフランジ部（３２４）を形成する。位置決め部と外板部材は、共硬化又は共接合される。【選択図】図３Ｂ
2019111807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強複合パネルの製造方法であって、
内表面を有する外板部材を用意し、
前記外板部材の前記内表面に第１積層スタック及び第２積層スタックを積層して、前記第１積層スタックと前記第２積層スタックの間に位置決め溝を有する位置決め部を形成し、前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記位置決め溝で支持ツールを保持するよう構成され、
前記サポートツールを前記位置決め溝に配置し、
前記支持ツール並びに前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの上に、１つ以上のストリンガプライを積層してストリンガを形成し、
前記外板部材、前記第１積層スタック、前記第２積層スタック、及び、前記ストリンガプライを接合する、方法。
【請求項２】
前記ストリンガは、前記第１積層スタックから前記第２積層スタックに跨がって延びるキャップ部を含み、前記外板部材の前記内表面上に前記キャップ部から繋がる第１フランジ部及び第２フランジ部を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位置決め部と前記外板部材は、共硬化される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記位置決め部と前記外板部材は、共接合される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記支持ツールが各積層スタックの一部と面接触する状態で前記支持ツールを保持するよう構成されている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記支持ツールは、成形用マンドレルである、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記積層スタックは、樹脂系を予備含浸させた複合繊維を含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記支持ツールは、前記位置決め溝において自動的にアライメントされる、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
さらに、前記第１積層スタックの第１最上層位置決めプライ上に第１フィラーを配置し、
前記第２積層スタックの第２最上層位置決めプライ上に第２フィラーを配置する、
請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記第１フランジ部は、前記第１積層スタックの第１延出ベースプライ上に位置し、
前記第２フランジ部は、前記第２積層スタックの第２延出ベースプライ上に位置し、
前記第１延出ベースプライ及び前記第２延出ベースプライは、それぞれ前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの最下層を構成する、
請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
内表面を有する外板部材と、
前記内表面に支持ツールを配置するための位置決め部と、
キャップ部を有するストリンガと、を含み、
前記位置決め部は、第１積層スタック及び第２積層スタックを含み、前記第１積層スタック及び第２積層スタックは、両積層スタックの間に溝を形成するように前記内表面に接合されているとともに、当該溝で支持ツールを保持するよう構成されており、
前記キャップ部は、前記第１積層スタックから前記第２積層スタックに跨がって延びており、前記外板部材の前記内表面上に前記キャップ部から繋がる第１フランジ部及び第２フランジ部が形成されている、
複合パネル。
【請求項１２】
前記ストリンガは、複数のストリンガプライを含む被覆積層体である、請求項１１に記載の複合パネル。
【請求項１３】
前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記支持ツールが各積層スタックの一部と面接触する状態で前記支持ツールを保持するよう構成されている、請求項１１又は１２に記載の複合パネル。
【請求項１４】
前記積層スタックは、樹脂系を予備含浸させた複合繊維を含む、請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の複合パネル。
【請求項１５】
各積層スタックは、複数の位置決めプライを含み、
前記第１積層スタックの第１最上層位置決めプライ上に第１フィラーが配置されており、前記第２積層スタックの第２最上層位置決めプライ上に第２フィラーが配置されている、請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の複合パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、航空機の支持構造に関し、より具体的には、ストリンガパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機及び打ち上げロケットなどの構造では、航空機の外板などの様々な表面部材に、ストリンガ又はスティフナとして知られる構造的な支持部材が取り付けられる。航空機の胴体部では、航空機の長手方向に延びる胴体部外板にストリンガが張り付けられる。これらは主に、外板に加わる空力負荷をフレームなどの内部構造に伝達する役割を有する。航空機の翼や水平安定板では、翼外板にストリンガが取り付けられ、その主な機能も、翼に加わる曲げ荷重をリブ及びスパーなどの内部構造に伝達することである。
【０００３】
複合部材に補強材を作製する従来の技術では、ツールへの依存度が高くなりがちである。航空機の翼及び胴体部の大きさを考えると、このような部材を作製し、取り扱うための設備は、コストが高く、重量が重く、かなりの工場床面積を必要とする場合がある。また、そのような設備の使用により、多くの時間及び労力が必要になる場合がある。
【０００４】
よって、航空機の支持構造を作製するためのシステム及び方法を改良して、労力、高価なツール、工場スぺース、材料の取扱い機器の必要性を低減する必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
以下に、本開示の概要を簡潔に提示する。この概要は、本開示の特定の実施形態の基本的な理解を与えることを目的とするものであって、本開示の包括的な概説ではない。また、この概要は、本開示のキーや重要要素を特定するものでも、本開示の範囲を規定するものでもない。この概要は、後述するより詳細な説明の前置きとして、本開示のいくつかの概念を簡略化した形で提示することを唯一の目的とする。
【０００６】
一体的な位置決めスタックを備える補強ストリンガパネル、及び、当該パネルの製造方法が提供される。具体的には、複合パネルは、内表面を有する外板部材を含む。当該複合パネルは、さらに、前記内表面に支持ツールを配置するための位置決め部を含む。前記位置決め部は、第１積層スタック及び第２積層スタックを含むよう構成することができ、前記第１積層スタック及び第２積層スタックは、両積層スタックの間に溝を形成するように前記内表面に接合されている。
【０００７】
前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記溝で支持ツールを保持するよう構成することができる。いくつかの実施形態では、前記支持ツールは、成形用マンドレルである。いくつかの実施形態では、前記支持ツールは、各積層スタックの一部と面接触する。前記支持ツールは、前記位置決め部によって自動的にアライメントされる。
【０００８】
前記複合パネルは、さらに、キャップ部を有するストリンガを含む。前記キャップ部は、前記第１積層スタックから前記第２積層スタックに跨がって延びており、前記外板部材の前記内表面上に第１フランジ部及び第２フランジ部が形成されてもよい。各フランジ部は、前記キャップ部に繋がった構成でもよい。前記ストリンガは、複数のストリンガプライを含む被覆積層体であってよい。
【０００９】
各積層スタックは、複数の位置決めプライを含むよう構成することができる。前記第１積層スタックの第１最上層位置決めプライ上に第１フィラーを配置することができる。前記第２積層スタックの第２最上層位置決めプライ上に第２フィラーを配置することができる。前記第１フランジ部は、前記第１積層スタックの第１延出ベースプライ上に位置させることができる。前記第２フランジ部は、前記第２積層スタックの第２延出ベースプライ上に位置させることができる。前記第１延出ベースプライ及び前記第２延出ベースプライは、それぞれ前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの最下層でもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、前記位置決め部と前記外板部材は、共硬化される。他の実施形態では、前記位置決め部と前記外板部材は、共接合される。前記積層スタックは、樹脂系を予備含浸させた複合繊維で構成することができる。
【００１１】
本開示のその他の実施態様は、上述の装置に対応するシステム及び方法を含む。例えば、上述、及び／又は、後述の実施例及び側面の要旨の少なくとも一部を含みうる別の側面において、上述の複合パネルを１つ以上含む航空機が提供される。
【００１２】
また、上述の補強複合パネルの製造方法も提供される。当該方法は、内表面を有する外板部材を用意することを含む。次いで、前記外板部材の前記内表面に第１積層スタック及び第２積層スタックを積層して、前記第１積層スタックと前記第２積層スタックの間に位置決め溝を有する位置決め部を形成することを含みうる。
【００１３】
前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記位置決め溝で支持ツールを保持するよう構成されている。いくつかの実施形態では、前記支持ツールは、成形用マンドレルである。当該方法は、さらに、前記サポートツールを前記位置決め溝に配置することを含む。いくつかの実施形態では、前記支持ツールは、各積層スタックの一部と面接触する。前記支持ツールは、前記位置決め溝において自動的にアライメントされる。当該方法は、さらに、前記支持ツール並びに前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの上に、１つ以上のストリンガプライを積層してストリンガを形成することを含む。次いで、前記外板部材、前記第１積層スタック、前記第２積層スタック、及び、前記ストリンガプライを接合する。
【００１４】
当該方法は、さらに、前記第１積層スタックの第１最上層位置決めプライ上に第１フィラーを配置し、前記第２積層スタックの第２最上層位置決めプライ上に第２フィラーを配置することを含みうる。
【００１５】
前記ストリンガは、前記第１積層スタックから前記第２積層スタックに跨がって延びるキャップ部を有し、前記外板部材の前記内表面上に第１フランジ部及び第２フランジ部が形成される。各フランジ部は、前記キャップ部から繋がっている。
【００１６】
前記第１フランジ部は、前記第１積層スタックの第１延出ベースプライ上に位置させることができ、前記第２フランジ部は、前記第２積層スタックの第２延出ベースプライ上に位置させることができる。前記第１延出ベースプライ及び前記第２延出ベースプライは、それぞれ前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの最下層であってもよい。
【００１７】
いくつかの実施形態では、前記位置決め部と前記外板部材は、共硬化される。他の実施形態では、前記位置決め部と前記外板部材は、共接合される。前記積層スタックは、樹脂系を予備含浸させた複合繊維で構成することができる。
【００１８】
これらの実施形態及びその他の実施形態を、図面を参照して以下にさらに記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示の様々な実施形態における補強ストリンガパネルの一実施例を示す。
【図２】従来のストリンガパネルアセンブリの一例を示す断面図である。
【図３Ａ−３Ｂ】１つ以上の実施形態による、位置決め用積層スタックを一体化した補強ストリンガパネルの一実施例を示す断面図である。
【図３Ｃ−３Ｅ】１つ以上の実施形態による、位置決め用積層スタックを一体化した補強ストリンガパネルの別の実施例を、対応する支持ツールと共に示す断面図である。
【図４】本開示の様々な実施形態で利用可能な複合材料の様々なレイヤを示す図である。
【図５Ａ−５Ｃ】１つ以上の実施形態による、位置決め用積層スタックを一体化した補強ストリンガパネルの別の例を示す断面図である。
【図６】１つ以上の実施形態による、位置決め用積層スタックを一体化した補強複合パネルの製造プロセスの一実施例を示す図である。
【図７】１つ以上の実施形態による、本明細書に記載の補強ストリンガパネルを備えることができる航空機の模式図である。
【図８】本明細書に記載の方法及びアセンブリを利用可能な航空機の製造及び使用方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の説明では、本開示の概念が十分に理解されるように、多くの具体的な詳細事項を提示している。本開示の概念は、これらの詳細事項のうちのいくつか又はすべてが無くとも実施可能である。他の例において、本開示が不必要に不明瞭になることを避けるため、周知の動作については詳細な説明を省略している。いくつかの概念は特定の実施例に関連づけて説明するが、これらの実施例が限定を意図するものではないことは理解されよう。むしろ、これらの実施例は、添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の精神及び範囲に含まれうる代替例、変形例及び均等物を包含することを意図するものである。
【００２１】
例えば、本開示の技術的特徴を、外板パネルなどの航空機の特定の構造に関連づけて説明するが、本開示の技術特徴及び機構は、様々な他の輸送体又は建物における他の様々なパネルアセンブリに適用可能である。以下の説明では、本開示が十分に理解されるように、多くの具体的な詳細事項を提示している。本開示の特定の実施形態の例は、これらの詳細事項のうちのいくつか又はすべてが無くとも実施可能である。他の例において、本開示が不必要に不明瞭になることを避けるため、周知の動作については詳細な説明を省略している。本開示の様々な技術的特徴及び機構は、明瞭性のために単数形で記載する場合があるが、実施形態によっては、そのような技術的特徴を複数使用したり、そのような機構を複数設けることを含む場合があることは理解されよう。
【００２２】
本開示は、航空機及びその他の輸送体、あるいは、産業システムに用いられる新規な補強ストリンガパネル（stiffened stringer panel）アセンブリについて記載する。本開示において、「ストリンガ」、「ロンジロン」、「スティフナ」、「支持構造」及び「支持部材」は、同義に用いられる場合がある。本開示に記載の補強ストリンガパネルは、積層スタック（laminated stack）から成る位置決め部（index）を一体的に備える。
【００２３】
各位置決め部は、第１積層スタックと第２積層スタックから成る一対の積層スタックを含む。各積層スタックは、パネルの外板部材の内表面に形成された複合材料の複数のプライで構成されている。本明細書において、位置決め部を構成する積層スタックにおける複合材料のプライを、「位置決めプライ」を呼ぶ場合がある。第１積層スタック及び第２積層スタックは、両積層スタックの間に特定の断面形状を有する位置決め溝を画成する。積層スタックは、成形用マンドレルなどの支持ツールを保持するよう構成されている。支持ツールは、位置決め溝の断面形状に適合する断面形状を含み、支持ツールにおける１つ以上の面が積層スタックと面接触する構成であってもよい。
【００２４】
支持ツールは、補強ストリンガパネルの形成プロセスにおいて様々な支持構造の形状を支持するために用いられ、例えば、内部が空洞のスティフナを硬化させるプロセスにおいて用いられる。適切な構造強度を有する適切な形状の支持構造を正しい位置に形成するためには、支持ツールを適切にアライメントしなければならない。
【００２５】
従来の補強ストリンガパネルの作製では、支持ツールの配置を手動で行うので、労力及びツールへの依存度が非常に高くなりうる。従来のシステムには、光レーザによるテンプレートなどの複雑な誘導システムを備えることで、支持ツールをパネルに手動で配置する際の誘導を実現するものがある。また、誘導システムに基づいて支持ツールを配置する自動ピックアンドプレースシステムを利用することも可能であるが、アイテム（ツール、ストリンガ、及び、その他のパネル部材）を適切に配置するように自動化システムをプログラムするには、保持・載置作業並びに測定テストを繰り返し行うため、コストと労力を要する可能性がある。このように、支持ツール又はストリンガの正確な配置を実現するには、労力及び作業時間の増加が伴う。
【００２６】
また、部材の大きさ及び柔軟性に起因して、部材の搬送、配置、及び、アライメントには、手間や時間がかかるとともに、大型の機器と広い床面積が必要である。例えば、長さ１１０フィートのストリンガは、同じ長さの支持ツールを必要としうる。そのような大型の支持ツールを取り扱うことにより、コストが増加し、製造のスループットが低下する。
【００２７】
本明細書によれば、一体的な位置決め溝に支持ツールを配置することによって、支持ツールは補強ストリンガパネルに対して適切にアライメントされる。例えば、一体的な位置決め部は、支持ツールを適切にアライメントさせる誘導構造として機能する。加えて、この構成によれば、支持ツールを補強ストリンガパネルに安全に配置することができ、これにより、製造プロセス全体を通じて適切なアライメントを保証することができる。また、位置決め部の積層スタックは、硬化プロセスにおいて、支持ツールによって支持されるストリンガをさらに支持するとともに、パネルに構造的な支持を付加する。一体的な位置決め溝を自動ピックアンドプレースシステムと併せて用いれば、製造プロセスにおける支持ツールの配置及びアライメントを完全に自動化することができる。加えて、この一体的な位置決め溝によれば、自動テープ配置プロセスを利用して、高精度にツールをアライメントさせることができる。
【００２８】
したがって、本明細書のシステム及びアセンブリによれば、支持ツールの配置及びアライメントを手動で行って構造的支持部材を製造する従来のシステムを改良することができる。本開示に記載のアセンブリによれば、支持ツールのアライメントを、従来のシステムよりも正確に、効率よく、自動で行うことができるので、労力の低減を可能にし、大規模なツールや取り扱い機器を不要にすることができる。
【００２９】
本開示の様々な実施形態おいて提供することができる補強ストリンガパネル１００の一実施例について、図１を参照して説明する。図１に示すように、パネル１００は、横軸（Ｘ軸）、長手軸（Ｙ軸）、及び、垂直軸（Ｚ軸）によって規定される。いくつかの実施形態では、パネル１００は、航空機の胴体外殻の一部である。ただし、他の実施形態では、パネル１００は、様々な他の構造の一部であってもよい。例えば、様々なパネルは、外板パネルの一部であってもよいし、あるいは、垂直及び水平安定板の構造又は操縦翼面の構造の一部であってもよい。
【００３０】
図１に示すように、パネル１００は、内表面１１０−Ａを有する外板部材１１０を含む。様々な実施形態において、パネル１００は、フレーム１０６を有する構造である。パネル１００は、例えば、パネル１００の内表面１１０−Ａに沿ってストリンガ１２０を接合するなど、１つ以上の補強支持構造によって強化することができる。いくつかの実施形態では、ストリンガ１２０は、図１に示すＹ軸と平行な飛行方向１０５とストリンガ１２０の長さ方向が実質的に平行な配置になるように構成されている。ただし、様々な実施形態において、補強支持構造は、主構造体の荷重及びたわみを低減するために、荷重経路及びたわみ方向に基づいて様々な他の角度で配置することができる。加えて、補強支持構造には、例えば、配線用ブラケットの取り付け、あるいは、ストリンガを介したガス抜きなどに必要な箇所など、他の機能に必要な他の配向のものも含まれる。
【００３１】
ストリンガ１２０は、異なる構造特性に合わせた様々な断面形状を有するように構成することができる。ストリンガの種類としては、ハット型のストリンガなど、閉塞された断面形状を有するもの、あるいは、Ｌ型ストリンガなど、開放された断面形状を有するものが含まれる。その他の成形ストリンガの種類としては、ブレード型ストリンガ（blade stringer）、Ｚ型ストリンガ、Ｃ型ストリンガ、などがある。図２は、従来のストリンガパネルアセンブリ構造２００の一例を示す断面図である。いくつかの実施形態では、構造２００は、パネル１００であって、図２は、当該パネルを長手軸に対応するＡ−Ａ視点（図１に示す）から見た断面を示している。
【００３２】
図示のように、パネル２００は、外板部材２１０を含み、ハット型ストリンガ２２０が内表面２１０−Ａに沿って設けられている。いくつかの実施形態では、ストリンガ２２０は、構造的及び製造的な品質のために必要であれば、ベース材（base charge）２１１上に配置される。ただし、他の実施形態では、ストリンガ２２０は、外板部材２１０上に直接配置される。
【００３３】
様々な実施形態のパネルアセンブリにおいては、ストリンガの硬化あるいは配置に際して、支持ツールを用いてストリンガを構造的、あるいは、位置的に支持する必要がある。支持ツール２３０としては、例えば、成形用マンドレルが含まれる。成形用マンドレルは、中実のゴム製マンドレル（solid rubber mandrel）、発泡ゴム製マンドレル（expanding rubber mandrel）、粘土や粉体で形成されたウォッシュアウト式マンドレル（washout mandrel）、及び、フライアウェイ式発泡マンドレル（flyaway foam mandrel）などの様々な種類のマンドレルのうちの任意のものである。他の実施形態では、支持ツールは、膨張袋型（inflatable bladder type）であってもよい。いくつかの実施形態では、ヌードル（noodle）２４０などの様々なアール付フィラー（radius filler）２４０を含むことができる。これらは、ストリンガ２２０と、支持ツール２３０と、ベース材２１１又は外板部材２１０と、の間の隙間を充填するよう機能して、硬化の際に樹脂だまりの形成を防止することができる。
【００３４】
ストリンガパネルアセンブリにおいては、ストリンガの位置に加え、ストリンガの姿勢及び形状を正確に制御するために、支持ツールを外板部材又はベース材上で正確にアライメントする必要がある。従来のパネルアセンブリでは、支持ツール及び／又はストリンガの配置及び／又はアライメントを行う際に、通常、大型のツールを用いて、支持ツールを持ち上げ、移動させ、配置する。加えて、正確な配置を実現するには、例えば、レーザによるテンプレートを利用してレーザで示される境界線に沿って手作業での配置を誘導するなど、様々な方法を用いる。様々な他のアライメント機構も、手作業での支持ツールの配置の誘導に用いる場合がある。手作業による支持ツールのアライメントを正確に実行しようとすると、必要な労力及び製造時間が増加することになる。
【００３５】
加えて、支持ツールは、一般的に長尺であり、ストリンガと同じ長さのものもある。上述したように、７７７Ｘ型航空機のストリンガは、１１０フィートにも及ぶ。例えば、長さ１１０フィートの中実のゴム製マンドレルは、かなりの重量になる。また、そのような大型の支持ツールは、支持ツールの成形、配置、及び、搬送にも大型の取り扱いツール及び機器を必要とする。例えば、そのようなツールの搬送及び操作には、ピックアンドプレース機器を用いるが、その大きさのため、支持ツールの配置に際して寸法的なばらつきも発生しうる。これは、製造効率に影響するとともに、作業時間及び製造スループットのコストを増加させる要因となりうる。
【００３６】
パネルの外板部材に積層スタックを一体的に設けることによって、支持ツールを自動でアライメントする位置決め構造をパネルの内表面に沿って一体的に構成することができる。図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、１つ以上の実施形態における補強ストリンガパネル３００の一実施例の断面が示されており、位置決め積層スタックが一体化されている。様々な実施形態において、補強ストリンガパネル３００は、外板部材３１０を有し、支持ツール位置決め部３５０が外板部材３１０の内表面３１０−Ａに配置されている。いくつかの実施形態では、外板部材３１０は、複合材料の複数のプライ又はレイヤを含む。本明細書において、複合材料のプライは、外板部材を構成するものであり、「外板部材プライ」又は「パネルプライ」とも称する。いくつかの実施形態では、外板部材３１０に加えて、あるいは、その代わりに、ベース材、又は、その他の構造が上層に設けられていてもよい。
【００３７】
様々な実施形態において、位置決め部３５０は、積層スタック３５１及び積層スタック３５２を含む。各積層スタックは、プリプレグなどの複合材料で形成された位置決めプライの複数のプライ又はレイヤを含む。この詳細については、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを参照して後述する。各積層スタックは、外表面及び内表面を有する。積層スタック３５１は、内表面３５１−Ａ及び外表面３５１−Ｂを有し、積層スタック３５２は、内表面３５２−Ａ及び外表面３５２−Ｂを有する。
【００３８】
この２つの積層スタック３５１及び３５２の内表面３５１−Ａと３５２−Ａとの間に、溝３５４が形成される。いくつかの実施形態では、溝３５４は、内表面３５１−Ａ、内表面３５２−Ａ、及び、外板部材３１０の内表面３１０−Ａによって形成される。ただし、他の実施形態では、溝３５４は、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、積層スタックの内表面によってのみ形成されうる。さらに他の実施形態では、図５Ｂに示すように、溝は、ベース材、又は、その他の上層構造（higher level assembly structure）によって形成される。いくつかの実施形態では、溝の形状は、マンドレルなどの支持ツールの一部分の形状に対応する。よって、積層スタック３５１及び３５２は、図３Ｂに示す支持ツール３３０のように、溝３５４で支持ツールを保持するよう構成されている。いくつかの実施形態では、支持ツール３３０は、支持ツール２３０である。いくつかの実施形態では、支持ツール３３０は、内側プライラップ（inner ply wrap）３３２で包まれている。例えば、様々な支持ツールとしては、通気性の白繊維（breather white fabric）やプラスチックシートなどの調製材料（prepped material）が含まれる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、支持ツールの表面は、各積層スタックの内表面と面接触する。いくつかの実施形態では、支持ツールの底面も、外板部材３１０の内表面３１０−Ａ、又は、ベース材などのその他の上層構造と面接触する。様々な実施形態において、支持ツール３３０は、溝３５４に配置されることで、位置決め部３５０においてパネル３００に対して自動的にアライメントされる。加えて、このような構成によって、配置後の支持ツール３３０の移動を防ぎ、よって、適切なアライメントを維持できるように、より安全に支持ツール３３０を配置する構成が提供される。
【００４０】
支持ツール３３０が位置決め部３５０に配置されてアライメントされると、次いで、ストリンガ３２０がパネル３００に配置される。様々な実施形態において、ストリンガ３２０は、丸み付けされたストリンガであり、丸み付けされたキャップ部３２２を有する。本明細書において「丸み付けされたストリンガ」との用語は、「丸み付けされたハット形状のストリンガ」あるいは「オメガ型ストリンガ（omega stringer）」と同義に用いられる場合がある。ただし、本明細書に記載の実施形態は、対応する支持ツールの形状に依存して、様々なストリンガ形状を用いて実現することが可能である。ストリンガ３２０のキャップ部３２２は、一方の積層スタック３５１から他方の積層スタック３５２に跨って延び、外板部材３１０の内表面３１０−Ａに位置するフランジ部３２４を形成する。図３Ｂにおいては、説明のためフランジ部３２４に影をつけて示している。いくつかの実施形態では、ストリンガ３２０は、複数のストリンガプライを含む被覆積層体（cover laminate）から成る。いくつかの実施形態では、ストリンガプライは、複合材料で形成されている。いくつかの実施形態では、ストリンガプライを構成する複合材料は、パネルプライ又は積層スタック３５１及び３５２の位置決めプライを構成する材料と同じである。
【００４１】
支持ツール３３０の上面の形状は、ストリンガ３２０のキャップ部の形状に対応する。したがって、ストリンガ３２０のキャップ部は、支持ツール３３０と面接触する。加えて、積層スタック３５１及び３５２は、アール付フィラーと同様に機能して、支持ツール３３０と協働して、ストリンガ３２０の形状及び構造を支持することができる。積層スタック３５１及び３５２などのスタックは、パネル自体の剛性及び保全性にも寄与する。
【００４２】
いくつかの実施形態では、支持ツールと、積層スタックと、ストリンガの間に空間３７０又は隙間が空いている。これは、積層スタックを形成するのに用いられる複合材料の厚みに対する制限により生じうる。ただし、そのような空間３７０は、積層スタックが支持ツール３３０と協働してストリンガ３２０を支持する機能に影響を与えるものではなく、無視しても構わない。そのような空間は、パネルアセンブリが未焼成で硬化されていない状態においてのみ存在する。共硬化、又は、共結合プロセスを行うと、部材が収縮し、また、樹脂が流れることによって、空間３７０は消滅する。
【００４３】
いくつかの実施形態では、アール付フィラー２４０などの追加のフィラーを積層スタックの上に配置して、そのような空間を充填することができる。図３Ｂに示すように、アール付フィラー３４０を積層スタック３５１の最上層プライの上に配置して、支持ツール３３０と、積層スタック３５１と、ストリンガ３２０との間の空間を充填している。いくつかの実施形態では、別のフィラーを用いて空間３７０を充填してもよい。他の実施形態では、支持ツール３３０は、空間３７０を充填するように構成されており、ストリンガとの接触面積が大きくなっている。この詳細は、図３Ｃを参照して後述する。このようなアール付フィラーは、プリプレグ樹脂と炭素繊維の比率を変えたものを用いて、あるいは、類似の材料特性を有する他の材料を用いて予め作製しておくことができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、積層スタックは、様々な他の支持ツールの形状に対応する様々な断面形状の溝を形成するように構成されている。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、底部に丸みをつけたマンドレルが、積層スタック３５１及び３５２によって支持されている。図３Ｃは、位置決め用積層スタックを一体化した補強ストリンガパネル３００−Ａの別の例を示す断面図である。図３Ｃに示すパネル３００−Ａは、外板部材３１１を含み、これは、外板部材３１１の内表面３１１−Ａに設けられた積層スタック３６１−Ａ及び３６２−Ａから成る位置決め部３６０−Ａを含む。図示のように、積層スタック３６１−Ａ及び３６２−Ａの内表面は、支持ツール３３０−Ａの底部の形状に対応した矩形断面を有する溝３６４−Ａを形成する。
【００４５】
ただし、このような矩形の構成においては、積層スタックと支持ツールとの間の形状公差が厳密であることが要求される。これにより、両積層スタックが適切に離間しており、支持ツールが両積層スタックの間に適切に嵌り込む大きさであることが保証される。したがって、この構成は、積層スタックの壁と支持ツールとの寸法差が正確であって、支持ツールの方がわずかに小さく、積層スタックの方がわずかに大きいことを要件とする。一例では、支持ツールの幅は、２インチに対して＋０．０００インチ、−０．００２インチであり、溝の幅は、２インチに対して＋０．００２インチ、−０．０００インチである。
【００４６】
丸み付けされた溝の利点の１つとして、丸み付けされた底部を有する支持ツールを溝で安定して保持することが比較的容易である。よって、図３Ａ及び図３Ｂ、あるいは、後述する図３Ｅに示すような曲線の実施形態によれば、支持ツールと溝を互いに中心線でアライメントすることができる。また、曲面の構成によれば、支持ツールと位置決め部との間に生じうる隙間を小さくしたり、あるいは、無くしたりすることが可能である。
【００４７】
図３Ｄは、位置決め用積層スタックを一体化した補強ストリンガパネル３００−Ｂの別の実施例を示す断面図である。図３Ｄに示すパネル３００−Ｂは、外板部材３１１を含み、これは、外板部材３１１の内表面３１１−Ａに設けられた積層スタック３６１−Ｂ及び３６２−Ｂから成る位置決め部３６０−Ｂを含む。図示のように、積層スタック３６１−Ｂ及び３６２−Ｂの内表面は、支持ツール３３０−Ｂの形状に対応したひし形の断面形状を有する溝３６４−Ｂを形成している。このようなひし形の構成によっても、支持ツール３３０−Ｂをひし形の溝３６４−Ｂで安定して保持して、支持ツールと溝をそれぞれの中心線でアライメントさせることができる。積層スタックは、異なる支持ツールを収用する様々な断面形状に構成することができる。
【００４８】
図３Ｃに示すように、支持ツール３３０−Ａは、積層スタック３６１−Ａ及び３６２−Ａの頂面と接触する面を形成する段部（ledge）３３４−Ａ及び３３５−Ａを含むように構成することができる。この段部によって、支持ツール３３０−Ａがさらに支持されるので、適切なアライメントを確実にすることができる。加えて、段部を有することによって、支持ツールの形状が最適化されて、隙間を可能な限り充填することができる。例えば、段部を有することによって、支持ツール３３０−Ａの表面を積層スタックの外表面とほぼ連続させることができるので、位置決め部と、支持ツールと、ストリンガとの間に生じうる空間３７０などの空間や隙間を小さくしたり、無くしたりすることができる。
【００４９】
図３Ｅは、１つ以上の実施形態における、位置決め用積層スタックを一体化した補強ストリンガパネル３００−Ｃの別の実施例を、対応する支持ツールと共に示す断面図である。図３Ｅに示すように、パネル３００−Ｃは、位置決め部３６０−Ｃを含み、これを構成する積層スタック３６１−Ｃ及び３６２−Ｃは、全体が曲面である溝３６４−Ｃを形成する。位置決め部３６０−Ｃは、対応する形状の底部を有する支持ツール３３０−Ｃが嵌るように構成されている。支持ツール３３０−Ｃは、段部３３５−Ｃを１つのみ有する。この構成によれば、支持ツール３３０−Ｃを１つの積層スタック、即ち積層スタック３６２−Ｃに当接させて位置決めすることができる。具体的には、支持ツールを溝３６４−Ｃ内で回転して当該積層スタック３６２−Ｃに当接させることで、溝３６４−Ｃで安定して保持することができる。様々な実施形態において、記載した補強ストリンガパネル及び支持ツールは、異なる組み合わせの段部及び底部形状の構成を含んでもよく、これにより、上述したような所望の位置決め特性を備えるようにできる。
【００５０】
したがって、記載の補強ストリンガパネルによれば、より簡易且つ合理的に航空機及びその他の輸送体又は構造体の部材を製造することが可能になる。パネルが位置決め機構を一体的に備えるので、支持ツールの配置を不正確な手作業で行ったり、適切なアライメントのために複雑な誘導機構や取り扱い機器を使用したりする必要がなくなる。したがって、補強ストリンガパネルをより精度よく構成することができ、パネルを適切にアライメントして、品質を向上させることができる。加えて、既存のシステムにおいて、高価な取り扱い機器を用いて支持ツールを搬送し、取り付けるために要していた労力及び時間を大幅に低減することができる。よって、パネルが備える位置決め機構を利用して製造がおこなわれるので、支持ツールを取り扱うための労力及び時間を低減することができる。全体として、製造に要する時間及びコストを低減しつつ、質の高いパネルを製造することができる。
【００５１】
上述したように、位置決め部３５０の積層スタックは、複合材料の複数のレイヤ又はプライを含む。様々な実施形態において、複合材料は，エポキシなどの熱硬化性のポリマーマトリックス材料又は樹脂系（resin system）を予備含浸させた複合ファイバなど、様々な予備含浸複合材料（又は、「プリプレグ」）を含む。例えば、樹脂系（通常は、エポキシ）は、適切な硬化剤を既に含んでいる。したがって、プリプレグは、樹脂を一切追加しなくても、そのまま、金型に配置したり、あるいは、外板部材３１０などの表面に配置することが可能である。いくつかの実施形態では、複合材料は、樹脂を注入した、あるいは、熱成形されたものである。
【００５２】
いくつかの実施形態では、位置決め部３５０の積層スタックは、外板部材３１０と共硬化、又は、共接合される。例えば、積層スタックは、共接合プロセスによって外板部材３１０に接合する前に、予め作製し、硬化しておくことができる。そのような実施例では、外板部材３１０は、共接合プロセスの前に予め硬化しておいてもよいし、硬化しておかなくてもよい。別の実施例では、積層スタックを予め作製しておき、硬化済みの外板部材３１０上に配置して、共接合してもよい。別の実施例では、積層スタックを予め作製しておき、これを外板部材３１０上に配置して、一緒に硬化してもよい。外板部材３１０に接合する前に積層スタックを予め作製しておくような実施形態では、積層スタックを手作業で外板部材３１０に配置することも可能である。ただし、積層スタックを手作業によって配置する場合には、支持ツールとの正確なアライメントを保証するために、正確な測定及び誘導が必要になる。
【００５３】
他の実施形態では、位置決め部３５０の積層スタックは、複合材料の条材（strip）を外板部材３１０に積層し、後に共硬化又は共接合することで形成することもできる。いくつかの実施形態では、複合材料の条材は、ロボットアームによって、あるいは、エンドエフェクタを備えるガントリ機構によって自動積層することができる。例えば、複合材料の条材を回転リールに蓄積しておき、これを送出してアセンブリ構造の上に成形、及び／又は、積層する。このように、複合材料の条材を自動で積層して位置決め部の積層スタックを形成することで、補強ストリンガパネルにおける人為的なミスを排除して、精密さ及びアライメントを向上させることができる。他の実施例では、複合材料の幅を一層ずつ変えながら積層することができる自動の繊維積層機、又は、その他の積層機器を用いて、位置決め部３５０の積層スタックを直接積層することができる。
【００５４】
図４は、本開示の様々な実施形態で利用可能な、複合材料の条材を示す図である。複合条材４００は、１つ以上の材料層を含む。図４に示すように、複合条材４００は、第１レイヤ４１０、第２レイヤ４１２、及び、第３レイヤ４１４を含む。ただし、様々な実施形態において、複合条材４００は、任意の数のレイヤを含むことができる。いくつかの実施形態では、これらのレイヤは、同じ材料及び構成のものでもよいし、異なるものでもよい。いくつかの実施形態では、複合材料の条材４００に複数のレイヤを含ませることにより、上層構造に対する積層速度を最適化してもよい。例えば、１つの複合条材４００が複数のレイヤを含むことにより、各積層スタックを所望の厚さにすることができる。また、複数のレイヤを含むことによって、材料を追加で積層する必要が少なくなるので、製造中のエラーの可能性を低減することができる。複合材料の条材は、積層後、エンドエフェクタから切り離され、あるいは、分離される。いくつかの実施形態では、パネルに条材を追加で積層して、重なり合うプライ、連続するプライ、又は、不連続のプライを形成することができる。いくつかの実施形態では、１つの位置決め部のプライが、互いに重なる位置決めプライ、又は、不連続な位置決めプライを含むことができる。いくつかの実施形態では、各積層スタックのプライは、複合条材４００の１つのレイヤとして個々に積層される。
【００５５】
ただし、他の実施形態では、複数のレイヤを積層に先立って組み合わせたり、予め積層しておくことができる。いくつかの実施形態では、様々な所望の機械的特性を得るため、複数のレイヤを組み合わせる。例えば、隣り合うレイヤにおいて一方のレイヤの繊維が他方のレイヤの繊維に直交するように構成して、複合材料全体の強度を高めることができる。いくつかの実施形態では、各レイヤの幅を変えて、様々な設計特性又は形状の積層スタックを構成することができる。一例では、図４に示すように、第１レイヤ４１０の幅は、第２レイヤ４１２より広く、また、第２レイヤの幅は、第３レイヤ４１４より広い。これらのレイヤは、エッジ４２０でアライメントされている。この複合材料の条材を外板部材３１０の内表面３１０−Ａに積層すれば、この条材で積層スタック３６１−Ａの最初の３層を形成することができる。次いで、より幅の狭いレイヤを条材４００上にさらに積層すれば、積層スタック３６１−Ａを完成することができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、複合材料４００には裏当て基材４０２が裏張りされていてもよい。これにより、貯蔵リールやロボットアーム機構の他の部材に複合材料４００が張り付くことを防止できる。様々な実施形態において、裏当て基材は、紙、プラスチック、フィルム、布などの様々な材料で構成することができる。樹脂を注入した材料については、裏当て基材４０２は不要である。様々な実施形態において、裏当て基材は、複合材料をパネルに配置する前に除去される。
【００５７】
様々な実施形態において、外板部材３１０の１つ以上のプライも、上述した複合材料の条材を用いて作成することができる。いくつかの実施形態では、ストリンガ３２０の１つ以上のプライも、上述した複合材料の条材を用いて作成することができる。例えば、支持ツール３３０を位置決め部３５０に適切にアライメント配置した後、ロボットアーム機構によって、複合条材４００などの複合材料の条材を一層以上のストリンガプライとして積層して、被覆積層体であるストリンガ３２０を付着形成する。いくつかの実施形態では、ストリンガ３２０は、積層スタック及び／又は外板部材と共に硬化される。他の実施形態では、ストリンガ３２０は、積層スタック及び／又は外板部材と共に接合される。
【００５８】
図５Ａ、図５Ｂ、及び、図５Ｃは、１つ以上の実施形態による、補強ストリンガパネルの実施例のさらに別の構成を示す図である。いくつかの実施形態では、ストリンガ３２０のフランジ部３２４は、位置決め部３５０の一部の上に位置するよう構成されている。例えば、図５Ａは、補強ストリンガパネル５００−Ａの一実施例を示す断面図であり、延出ベースプライ（elongated base ply）を含む積層スタックで構成された位置決め部５５０が設けられている。各延出ベースプライは、各積層スタックに含まれる位置決めプライのうちの最下層のプライであってもよい。図示のように、位置決め部５５０は、延出ベースプライ５５１−Ａを有する積層スタック５５１、及び、延出ベースプライ５５２−Ａを有する積層スタック５５２を含む。延出ベースプライ５５１−Ａ及び５５２−Ａは、外板部材５１０の内表面５１０−Ａにそれぞれ積層されており、その上に追加のプライが積層されている。いくつかの実施形態では、これらの積層スタックは、複数の延出ベースプライを含む。
【００５９】
図示のように、位置決め部５５０は、位置決め部３５０と同様に、支持ツール３３０を保持するよう構成されている。支持ツール３３０がパネル５００−Ａの位置決め部５５０に配置されると、次いで、ストリンガ３２０がパネル５００−Ａに配置される。図３Ｂと同様、ストリンガ３２０のキャップ部３２２は、一方の積層スタック５５１から他方の積層スタック５５２に跨って延び、フランジ部３２４を形成する。図示のように、ストリンガ３２０のキャップ部３２２は、支持ツール３３０及び位置決め部５５０の積層スタックによって支持される。ただし、ストリンガ３２０のフランジ部３２４は、延出ベースプライ５５１−Ａ及び５５２−Ａに積層されており、外板部材５１０の内表面５１０−Ａには直接には接していない。
【００６０】
このような実施形態は、補強ストリンガパネルを構成するために使用した材料及び接合方法に依存して実現することができる。例えば、ストリンガ３２０は、共接合によってパネル５００−Ａに結合させることが望ましい。外板部材５１０は、予め形成し、硬化させておいてもよい。したがって、積層スタック５５１及び５５２を外板部材５１０に積層して、ストリンガ３２０と共硬化させることができる。
【００６１】
いくつかの実施形態では、位置決め部の複合プライは、ベース材上に形成して、ベース材に位置決め溝が配置されるようにしてもよい。図５Ｂは、補強ストリンガパネル５００−Ｂの一実施例を示す断面図であり、位置決め部５５０−Ｂを構成する積層スタック５５１及び５５２は、ベース材５５３上に形成されている。いくつかの実施形態では、ベース材５５３と積層スタック５５１及び５５２とは、一体構造である。
【００６２】
他の実施形態では、積層スタックは、外板部材に一体化された部材である。例えば、位置決め部の積層スタックは、外板部材に含まれる積層パネルプライに設けられており、これらパネルプライが途切れた部分が位置決め溝を形成している。図５Ｃは、補強ストリンガパネル５００−Ｃの一実施例を示す断面図であり、位置決め部５５０の積層スタックは、外板部材５１０内に形成されている。いくつかの実施形態では、位置決め部５６０の積層スタック５６１及び５６２は、外板部材５１０の一部分として構成される。換言すると、積層スタックプライは、即ち、外板部材５１０のパネルプライである。いくつかの実施形態では、積層スタック５６１及び５６２の１つ以上のプライは、外板部材５１０のパネルプライの長さに沿って連続するプライである。いくつかの実施形態では、積層スタックプライは、外板部材５１０と同じ材料で構成されている。そのような実施例は、位置決め部５６０及び外板部材５１０が予め一体に組み立てられている。
【００６３】
次いで、支持ツール５３０が位置決め部５６０に配置されて、アライメントされる。空間３７０と同様に、積層スタックの間、あるいは、積層スタックと支持ツールとの間に空間５７０が存在する。しかしながら、そのような空間５７０は、位置決め部が支持ツール５３０に十分に接触して、これを支持する機能に影響を与えるものではなく、無視しても構わない。
【００６４】
次いで、ハット型のストリンガ５２０がパネル５００−Ｃに積層される。図５Ｃにおいては、説明のため、ストリンガ５２０のフランジ部５２４に影をつけて示している。図５Ｃに示すように、いくつかの実施形態では、ストリンガ５２０のキャップ部５２２の全体が、支持ツール５３０によって支持される。ストリンガ５２０のフランジ部５２４は、外板部材５１０の積層スタック５６１及び５６２に積層される。よって、いくつかの実施形態では、位置決め部の積層スタックは、ストリンガ５２０の形状及び／又は位置を支持には寄与しない。
【００６５】
補強複合パネルの作製方法も提供される。図６を参照すると、１つ以上の実施形態による補強複合パネルの作製方法６００の一実施例が示されている。様々な実施形態において記載した様々な構造は、複合材料の自動配置を行うロボットのエンドエフェクタを用いて自動で形成及び積層することができ、ツール関連の手間を最小限にすることができる。
【００６６】
ステップ６１０において、外板部材を用意する。いくつかの実施形態では、外板部材は、内表面３１０−Ａを有する外板部材３１０である。いくつかの実施形態では、外板部材は、複数のパネルプライを積層して形成されている。次いで、ステップ６２０において、外板部材の内表面に第１積層スタックを積層する。いくつかの実施形態では、第１積層スタックは、積層スタック３５１である。ステップ６３０において、外板部材の内表面に第２積層スタックを積層する。いくつかの実施形態では、第２積層スタックは、積層スタック３５２である。
【００６７】
いくつかの実施形態では、ステップ６２０とステップ６３０は、同時に、あるいは、連続して、あるいは、並行して実行することができる。例えば、ステップ６２０において、一連の位置決めプライを積層して第１積層スタックを形成し、その後、ステップ６３０において、一連の位置決めプライを積層して第２積層スタックを形成する。別の実施例では、第１積層スタックの各位置決めプライと第２積層スタックの各位置決めプライを両方同時に外板部材に積層して、第１積層スタック及び第２積層スタックを同時に形成する。さらに別の例では、各積層スタックの１つの位置決めプライをそれぞれ順に積層し、次いで、各積層スタックの次の位置決めプライをそれぞれ順に積層する。
【００６８】
上述したように、１つの積層スタックは、位置決めプライを一度に１つずつ積層して形成することができる。ただし、いくつかの実施形態では、ステップ６２０又は６３０の各々で、複数の位置決めプライを積層することも可能である。例えば、各積層スタックについて、一度に２つ以上の位置決めプライを積層することができる。一例として、そのような予め積層された位置決めプライは、例えば、Ｆｉｖｅｓ Ｆｏｒｅｓｔ−ＬｉｎｅのＡＴＬＡＳ又はＡＣＣＥＳＳなどの積層機器を利用して作製することができる。
【００６９】
様々な実施形態において、追加の積層スタックを外板部材の内表面に形成することができる。例えば、積層スタックを６つ形成すれば、３つの位置決め溝を設けることができる。このような追加の積層スタックは、ステップ６２０及びステップ６３０について既に記載したように、第１積層スタック及び第２積層スタックと同時に、あるいは、連続して、あるいは、並行して形成することができる。
【００７０】
次いで、積層スタックを、外板部材の積層パネルプライと共に硬化あるいは接合することができる。積層スタックと外板部材を一緒に接合するような実施形態においては、積層スタックと外板部材との間に接着フィルムを配置して、外板部材への積層スタックの接合を促進することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、第１積層スタックと第２積層スタックの間に位置決め溝を有する位置決め部が形成される。このように形成された位置決め溝は、位置決め部３５０の溝３５４、又は、位置決め部３６０−Ａの溝３６４−Ａに相当する。よって、第１及び第２積層スタックは、支持ツール３３０などの支持ツールを、位置決め溝で保持するよう構成されている。上述したように、位置決め部の積層スタックは、様々な断面形状の溝を形成するように構成することができる。したがって、これに対応する形状の底部を有する支持ツールであれば、位置決め溝におい自動的に複合パネルとアライメントされる。
【００７２】
ステップ６４０において、サポートツールを位置決め溝に配置する。支持ツールの底部は、位置決め部に確実に嵌り込むように、溝の断面形状に適合した断面形状を有する。いくつかの実施形態では、支持ツールの１つ以上の面が、積層スタックの表面の一部に面接触する。
【００７３】
ステップ６５０において、ストリンガを、外板部材、第１及び第２積層スタック、並びに、支持ツールの上に配置する。いくつかの実施形態では、このストリンガは、１つ以上のストリンガプライを含むストリンガ３２０である。上述したように、ストリンガは、第１積層スタックから第２積層スタックに跨って延びる湾曲したキャップ部を有する。キャップ部は、支持ツール及び位置決め部の積層スタックによって支持される。ただし、いくつかの実施形態では、キャップ部は、支持ツールのみに支持される。キャップ部の各端部は、位置決め部又は外板部材まで延在して、フランジ部３２４などのフランジ部を形成する。
【００７４】
上述したように、ストリンガは、複数のストリンガプライを含みうる。いくつかの実施形態では、このようなストリンガは、上述したように、外板部材、積層スタック、及び、支持ツールに配置する前に、予め作製しておくことができる。ただし、他の実施形態では、１つ以上のストリンガプライは、ステップ６５０において順次積層される。任意の構成として、例えば、ヌードル２４０などの１つ以上のフィラーを、各積層スタックの頂部に配置することができる。これにより、ストリンガの形状に対する支持を補助するとともに、支持ツール又は外板部材とストリンガとの間の空間を充填することができる。
【００７５】
ステップ６６０において、外板部材のパネルプライとストリンガプライを接合する。上述したように、外板部材とストリンガは、共硬化あるいは共接合することが可能である。共硬化又は共接合のプロセスでは、積層スタックの位置決めプライも外板部材及び／又はストリンガプライに結合することができる。いくつかの実施形態では、外板部材及びストリンガを含むパネルを減圧バッグ内に配置して、圧力を加えて、硬化又は接合において複合レイヤを固定して保持することができる。
【００７６】
本開示の実施例は、図７に示す航空機７００、及び、図８に示す航空機製造及び使用方法８００に関連させて説明することができる。図７は、１つ以上の実施形態において、本開示の補強ストリンガパネルを備えることができる航空機７００の模式図である。図７に示すように、航空機７００は、内装７７０を備える機体７５０を含む。航空機７００は、機体７５０に連結された翼７２０を含む。航空機７００は、また、翼７２０に支持されたエンジン７３０も含む。航空機７００は、補強ストリンガパネル１００など、記載のシステム及び方法を実現し、実行することが可能な、例示的な実施形態による輸送体の一例である。航空産業に用いた場合を例として説明したが、本明細書において開示した原理は、例えば自動車産業などの他の産業にも適用可能である。したがって、本明細書に記載の原理は、航空機７００だけでなく、例えば、陸上車両、船舶、宇宙船などの他の輸送体にも適用可能である。
【００７７】
図８は、本明細書に記載の方法及びアセンブリを利用可能な航空機の製造及び使用方法を示すブロック図である。製造開始前の工程として、例示的な方法８００は、航空機７００の仕様決定及び設計（ブロック８０４）並びに材料調達（ブロック８０６）を含む。製造において、航空機７００の部品及び小組立品（subassembly）の製造（ブロック８０８）及びシステム統合（ブロック８１０）が行われる。開示した装置、及び、対応する方法は、航空機７００の仕様決定及び設計（ブロック８０４）、材料調達（ブロック８０６）、航空機７００の部品及び小組立品の製造（ブロック８０８）及びシステム統合（ブロック８１０）のいずれの工程においても実施可能である。
【００７８】
その後、航空機７００は認証及び納品（ブロック８１２）を経て、使用（ブロック８１４）の工程に入る。使用期間中は、航空機７００は、定例の整備及び保守のスケジュールに組み込まれる（ブロック８１６）。定例の整備及び保守は、航空機７００の１つ又は複数のシステムの変更、再構成、改装などを含みうる。開示した装置、及び、対応する方法は、認証及び納品（ブロック８１２）、使用（ブロック８１４）、及び／又は、定例の整備及び保守（ブロック８１６）のいずれの工程おいても実施可能である。
【００７９】
例示的な方法８００の各工程は、検査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）によって実行又は実施することができる。説明のために言及すると、検査システムインテグレータは、航空機メーカ及び主要システム（majority-system）下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等であってもよい。
【００８０】
さらに、本開示は、以下に列挙する付記に記載の実施例も包含する。
【００８１】
Ａ１．内表面（３１０−Ａ）を有する外板部材（３１０）と、前記内表面に支持ツール（３３０）を配置するための位置決め部（３５０）と、キャップ部（３２２）を有するストリンガ（３２０）と、を含み、前記位置決め部は、第１積層スタック（３５１）及び第２積層スタック（３５２）を含み、前記第１積層スタック及び第２積層スタックは、両積層スタックの間に溝（３５４）を形成するように前記内表面に接合されているとともに、当該溝で支持ツールを保持するよう構成されており、前記キャップ部は、前記第１積層スタックから前記第２積層スタックに跨がって延びており、前記外板部材の前記内表面上に前記キャップ部から繋がる第１フランジ部（３２４）及び第２フランジ部（３２４）が形成されている、複合パネル（３００）。
【００８２】
Ａ２．前記ストリンガは、複数のストリンガプライ（４１０、４１２、４１４）を含む被覆積層体（４００）である、Ａ１に記載の複合パネル。
【００８３】
Ａ３．前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記支持ツールが各積層スタックの一部と面接触する状態で前記支持ツールを保持するよう構成されている、Ａ１又はＡ２に記載の複合パネル。
【００８４】
Ａ４．前記位置決め部と前記外板部材は、共硬化される、Ａ１、Ａ２、又は、Ａ３に記載の複合パネル。
【００８５】
Ａ５．前記位置決め部と前記外板部材は、共接合される、Ａ１〜Ａ４のいずれか１つに記載の複合パネル。
【００８６】
Ａ６．前記支持ツールは、成形用マンドレルである、Ａ１〜Ａ５のいずれか１つに記載の複合パネル。
【００８７】
Ａ７．前記積層スタックは、樹脂系を予備含浸させた複合繊維を含む、Ａ１〜Ａ６のいずれか１つに記載の複合パネル。
【００８８】
Ａ８．前記支持ツールは、前記位置決め部において自動的にアライメントされる、Ａ１〜Ａ７のいずれか１つに記載の複合パネル。
【００８９】
Ａ９．各積層スタックは、複数の位置決めプライ（４１０、４１２、４１４）を含み、前記第１積層スタックの第１最上層位置決めプライ（４１４）上に第１フィラー（３４０）が配置されており、前記第２積層スタックの第２最上層位置決めプライ（４１４）上に第２フィラー（３７０）が配置されている、Ａ１〜Ａ８のいずれか１つに記載の複合パネル。
【００９０】
Ａ１０．前記第１フランジ部は、前記第１積層スタックの第１延出ベースプライ（５５１−Ａ）上に位置し、前記第２フランジ部は、前記第２積層スタックの第２延出ベースプライ（５５２−Ａ）上に位置し、前記第１延出ベースプライ及び前記第２延出ベースプライは、それぞれ前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの最下層を構成する、Ａ１〜Ａ９のいずれか１つに記載の複合パネル。
【００９１】
Ｂ１．補強複合パネル（３００）の製造方法（６００）であって、内表面（３１０−Ａ）を有する外板部材（３１０）を用意（６１０）し、前記外板部材の前記内表面に第１積層スタック（３５１）及び第２積層スタック（３５２）を積層（６２０、６３０）して、前記第１積層スタックと前記第２積層スタックの間に位置決め溝（３５４）を有する位置決め部（３５０）を形成し、前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記位置決め溝で支持ツール（３３０）を保持するよう構成され、前記サポートツールを前記位置決め溝に配置（６４０）し、前記支持ツール並びに前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの上に、１つ以上のストリンガプライ（４１０、４１２、４１４）を積層（６５０）してストリンガ（３２０）を形成し、前記外板部材、前記第１積層スタック、前記第２積層スタック、及び、前記ストリンガプライを接合（６６０）する、方法。
【００９２】
Ｂ２．前記ストリンガは、前記第１積層スタックから前記第２積層スタックに跨がって延びるキャップ部（３２２）を含み、前記外板部材の前記内表面上に前記キャップ部から繋がる第１フランジ部（３２４）及び第２フランジ部（３２４）を形成する、Ｂ１に記載の方法。
【００９３】
Ｂ３．前記位置決め部と前記外板部材は、共硬化又は共接合される、Ｂ２に記載の方法。
【００９４】
Ｂ４．前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記支持ツールが各積層スタックの一部と面接触する状態で前記支持ツールを保持するよう構成されている、Ｂ１、Ｂ２、又は、Ｂ３に記載の方法。
【００９５】
Ｂ５．前記支持ツールは、成形用マンドレルである、Ｂ１〜Ｂ４のいずれか１つに記載の方法。
【００９６】
Ｂ６．前記積層スタックは、樹脂系を予備含浸させた複合繊維を含む、Ｂ１〜Ｂ５のいずれか１つに記載の方法。
【００９７】
Ｂ７．前記支持ツールは、前記位置決め溝において自動的にアライメントされる、Ｂ１〜Ｂ６のいずれか１つに記載の方法。
【００９８】
Ｂ８．さらに、前記第１積層スタックの第１最上層位置決めプライ（４１４）上に第１フィラー（３４０）を配置し、前記第２積層スタックの第２最上層位置決めプライ（４１４）上に第２フィラー（３７０）を配置する、Ｂ１〜Ｂ７のいずれか１つに記載の方法。
【００９９】
Ｂ９．前記第１フランジ部は、前記第１積層スタックの第１延出ベースプライ（５５１−Ａ）上に配置されており、前記第２フランジ部は、前記第２積層スタックの第２延出ベースプライ（５５２−Ａ）上に配置されており、前記第１延出ベースプライ及び前記第２延出ベースプライは、それぞれ前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックの最下層を構成する、Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１つに記載の方法。
【０１００】
Ｃ１．１つ以上の複合パネル（３００）を含む航空機（７００）であって、前記１つ以上の複合パネルは、内表面（３１０−Ａ）を有する外板部材（３１０）と、前記内表面に支持ツール（３３０）を配置するための位置決め部（３５０）と、キャップ部（３２２）を有するストリンガ（３２０）と、を含み、前記位置決め部は、第１積層スタック（３５１）及び第２積層スタック（３５２）を含み、前記第１積層スタック及び第２積層スタックは、両積層スタックの間に溝（３５４）を形成するように前記内表面に接合されているとともに、当該溝で支持ツールを保持するよう構成されており、前記キャップ部は、前記第１積層スタックから前記第２積層スタックに跨がって延びており、前記外板部材の前記内表面上に前記キャップ部から繋がる第１フランジ部（３２４）及び第２フランジ部（３２４）が形成されており、前記第１積層スタック及び前記第２積層スタックは、前記支持ツールが各積層スタックの一部と面接触する状態で前記支持ツールを保持するよう構成されている、航空機。
【０１０１】
上述の説明において、本開示の概念が十分に理解されるように、多くの具体的な詳細事項を提示したが、本開示は、これらの詳細事項のいくつか又はすべてが無くても実施可能である。他の例では、既知の装置及び／又は処理についての詳細を省略して、これは本開示が不必要に曖昧になることを避けている。
【０１０２】
本開示は、特定の実施形態に言及することで具体的に図示及び説明されているが、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、開示の実施形態の様式及び詳細についての変更が可能であることは、当業者に明らかであろう。したがって、本開示は、本開示の真の精神及び範囲に含まれるすべての変形例及び均等物を含むものと解釈されることを意図している。したがって、本開示の実施例は、あくまでも例であって、限定ではない。
【０１０３】
また、便宜上、多くのコンポーネント及びプロセスを単数形で記載しているが、本開示の技術を実施するために、複数のコンポーネント及び複数回のプロセスを採用しうることは、当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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