(57)【要約】【課題】樹脂注入を実行する様々な方法により、注入する樹脂の量をよりよく制御する。【解決手段】航空機部品の製造方法は、プリフォーム（14）に少なくとも１つの層（22,29）を積み重ねて配置すると共に、上記プリフォームにおける上記層に最も近い一部の透過性よりも小さい透過性を所定の樹脂に与える材料によって上記層を構成する工程と、上記プリフォームから離れて上記層（22,29）の表面に樹脂の存在を検知するセンサ（24）を配置する工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリフォーム（14）に少なくとも１つの層（22,29）を積み重ねて配置すると共に、上記プリフォームにおける上記層に最も近い一部の透過性よりも小さい透過性を所定の樹脂に与える材料によって上記層を構成する工程と、
上記プリフォームから離れて上記層（22,29）の表面に樹脂の存在を検知するセンサ（24）を配置する工程とを含む
ことを特徴とする航空機部品の製造方法。
【請求項２】
上記請求項１に記載された製造方法によって製造された航空機（2）の部品であって、
胴体部品（4）と、翼部品（6）と、スタビライザー部品と、構造的部品、支柱部品、及び／又は積荷室部品とのうち少なくとも１つの種類であることを特徴とする航空機部品。
【請求項３】
上記請求項１に記載された製造方法によって製造された少なくとも１つの部品を含むことを特徴とする航空機。
【請求項４】
航空機部品を製造するための製造装置であって、
プリフォーム（14）と、
上記プリフォームに積み重ねて配置された少なくとも１つの層（22,29）であって、当該層に最も近い上記プリフォームの一部における透過性よりも小さい透過性を所定の樹脂に与える材料からなる上記層と、
上記プリフォームから離れた上記層（22,29）の表面に配置され、樹脂の存在を検知するセンサ（24）とを備えていることを特徴とする製造装置。
【請求項５】
上記請求項４に記載された製造装置であって、
上記材料からなる複数の層（22,29）を有し、
上記センサ（24）は、望ましくは、２つの上記層の間又は２組の複数の上記層の間に配置されていることを特徴とする製造装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載された製造装置であって、
上記材料の層（22,29）は、当該層に最も近い上記プリフォーム（14）の部分における繊維体積分率よりも大きい繊維体積含有率を示していることを特徴とする製造装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか1つに記載された製造装置であって、
上記材料の層（22,29）は、上記層に最も近い上記プリフォーム（14）の部分における織り状態よりも細かい織り状態を示すことを特徴とする製造装置。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか1つに記載された製造装置であって、
上記透過性は、上記層（22,29）の接平面に垂直な方向（Z）における上記材料の透過性であり、
上記層の材料は、望ましくは上記接平面に平行な方向（X,Y）における上記プリフォームの一部の透過性よりも小さい上記樹脂に対する透過性も示すことを特徴とする製造装置。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか1つに記載された製造装置であって、
上記センサ（24）は、上記樹脂と接触しているときに所定の静電容量を示し、上記樹脂と接触していないときに異なる静電容量を示す材料を有していることを特徴とする製造装置。
【請求項１０】
請求項４乃至９のいずれか1つに記載された製造装置であって、
上記センサは、上記樹脂の硬化の程度に関する情報を送信するように構成されていることを特徴とする製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料からなる航空機部品の製造方法に関し、特に樹脂注入を実行する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料からなる航空機部品を製造する公知の方法では、繊維を含むプリフォームに樹脂を注入するために、真空の効果を利用したステップを実行する必要がある。より正確に、プリフォームに比べて樹脂に高い透過性を示す媒質を用いることにより、樹脂は全体の繊維プリフォームの下表面に広がる。その後、樹脂を、層であるプリフォームを構成する補強層に対して垂直方向にプリフォームを通して注入させる。
【０００３】
型の注入口において流れが止まったとき、又は、樹脂の注入量が理論的に必要とされる重量となったときに、樹脂の注入は停止される。それは半透膜を利用した方法に関する。このような半透膜により、樹脂は半透膜の下方で型内に閉じ込められる。このような半透膜が存在しない場合、注入動作の終了は、型内の真空を生成するために使用された通気孔から樹脂が流出することによって検出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この方法を実行している間、注入された樹脂の量は、部品の強固さに影響を与える。注入される量が十分でない場合、その部品に１つ又は複数の乾燥領域が生じる問題がある。注入が真空バッグの下で実行される場合、その注入量も部品の厚みに影響を与える。その部品における繊維の体積分率は低下し、その部品の機械的特性となる。
【０００５】
残念ながら、半透膜の下に設けられた繊維プリフォームに樹脂を注入して複合材料の部品を形成している間、様々な理由で、プリフォームが樹脂で満たされた時点を検出することは困難である。
【０００６】
第一に、注入容器の重さによって計測することは十分に正確でないため、樹脂の流れが止まった時点を検出することは困難である。容器と型との間の配管の存在が測定を妨害する。さらに、大量の樹脂を正確に測定することは困難である。最後に、型内において、又はその環境に設けられた材料において、漏れが樹脂回路で発生する可能性がある。
【０００７】
さらに、プリフォームの体積を決定することが困難であるため、プリフォームに注入する必要がある樹脂の量を算出することは困難である。
【０００８】
同様に、樹脂の供給管の長さは、装置の機能として、及び、注入後の樹脂を重合するために用いられる加熱手段として、使用者に決定されるので、樹脂の供給管の内部容積を制御することはできない。最終的に、樹脂の物理的特性（膨張係数、密度、圧縮率）に関する不確実性が残る。
【０００９】
さらに、閉じた型の中でなく真空バッグの下方に注入するとき、樹脂の流量は初めに一時的な方法で停止することが判明した。樹脂の理論的な量が注入されたときに、樹脂の流量はゼロに向かう傾向がある。それによって、射出ポットとプリフォームの上部との間の損失ヘッドが低減する。損失ヘッドは流量の二乗に比例する。損失ヘッドが低減することにより、射出ポットとプリフォームの上部領域との間における圧力差は低減する。射出ポットの圧力が大気圧に等しければ（真空バッグの下に注入するときは一般に真である）、プリフォーム内の圧力は、例えば真空バッグの下において、大気圧に近くなる。これは、成形圧力（真空バッグの下の圧力と大気圧に等しい圧力との差に等しい圧力）の低減につながる。その結果、繊維プリフォームの厚みが増加し、さらに、追加の樹脂が吸い込まれる。そのことによって、樹脂の流量が一度ゼロに下がる前に、その流量が一時的に上昇する。
【００１０】
本発明の目的は、樹脂注入を実行する様々な方法により、注入する樹脂の量をよりよく制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明に係る航空機部品の製造方法は、
・プリフォームに少なくとも１つの層を積み重ねて配置すると共に、上記プリフォームにおける上記層に最も近い一部の透過性よりも小さい透過性を所定の樹脂に与える材料によって上記層を構成する工程と、
・上記プリフォームから離れて上記層の表面に樹脂の存在を検知するセンサを配置する工程とを含む。
【００１２】
したがって、相対的に不透過である層から離れたプリフォームの端より当該プリフォームに樹脂を注入することにより、プリフォームが樹脂により満たされた後でのみ、樹脂含浸は上記層において行われる。
【００１３】
これにより、プリフォームの他方側にその透過性を与えると、樹脂がプリフォーム全体に注入された後にのみ、各追加の層の材料は樹脂で満たされる。
【００１４】
樹脂は、このように追加の層を含浸させる前に、プリフォームの最後の層を含浸し終える傾向にある。
【００１５】
樹脂が存在することを示すセンサから情報が受信されたときに、注入は停止される。
【００１６】
この段階で、樹脂は既にプリフォームを満たしている。
【００１７】
好ましくは、センサは、装置の半透膜の下に配置されます。
【００１８】
本発明はまた、本発明の方法を使用して製造され、１つ以上の次のタイプの部品、すなわち、胴体部品と、翼部品と、スタビライザー部品と、構造的部品、支柱部品、及び／又は積荷室部品とのうち、少なくとも１つの種類の航空機部品を提供する。
【００１９】
本発明はまた、本発明の方法によって製造された少なくとも１つの部品を含む航空機を提供する。
【００２０】
また、本発明は、航空機部品を製造するための装置を提供する。上記装置は、
・プリフォームと、
・上記プリフォームに積み重ねて配置された少なくとも１つの層であって、当該層に最も近い上記プリフォームの一部における透過性よりも小さい透過性を所定の樹脂に与える材料からなる上記層と、
・上記プリフォームから離れた上記層の表面に配置され、樹脂の存在を検知するセンサとを備えている。
【００２１】
好ましくは、上記装置は、上記材料からなる複数の層を有し、上記センサは、望ましくは、２つの上記層の間又は２組の複数の上記層の間に配置されている。
【００２２】
これにより、上記樹脂が付加的な層に到達する前に上記プリフォームが適切に含浸されていることを確認する方法の信頼性が向上する。
【００２３】
実施形態では、上記材料の層は、半透膜と装置のカウルプレートと間に設けられている。
【００２４】
好ましくは、上記材料の層は、当該層に最も近い上記プリフォームの部分における繊維体積分率よりも大きい繊維体積含有率を示し、及び／又は、上記層に最も近い上記プリフォームの部分における織り状態よりも細かい織り状態を示す。
【００２５】
これら最後の２つの状況は、上記材料の層が、上述の透過特性を与えることができるように実施形態を構成する。
【００２６】
好ましくは、上記透過性は上記層の接平面に垂直な方向における上記材料の透過性であり、上記層の材料は、望ましくは上記接平面に平行な方向における上記プリフォームの一部の透過性よりも小さい上記樹脂に対する透過性も示す。
【００２７】
従って、上記付加的な層に垂直な方向に沿って伝播する前に、樹脂層はプリフォームの最後の層を含浸し終える傾向にあることが保証される。
【００２８】
上記材料の透過性がまた上記層の全体的な平面に平行な方向におけるプリフォームの透過性よりも小さい場合、上記樹脂は、上記付加的な層に早期に伝播することが防止されて、プリフォームの他の領域に含浸するため、その部分に乾燥領域が残ることとなる。
【００２９】
上記平面に平行な方向におけるプリフォームでの損失ヘッドが一定でない場合、特にプリフォームの厚み及びその一部の厚みが上記方向において変化する場合、この構成は特に有利である。
【００３０】
好ましくは、上記センサは、上記樹脂と接触しているときに所定の静電容量を示し、上記樹脂と接触していないときに異なる静電容量を示す材料を有している。
【００３１】
これは、実施することが特に簡単であるセンサの一実施形態である。
【００３２】
好ましくは、上記センサは、上記樹脂の硬化の程度に関する情報を送信するように構成されている。
【００３３】
これにより、重合の完了に対応した時点を決定することができ、例えば、ストーブやオートクレーブなどの加熱手段の中に部品を配置させる時間を短縮できる。
【００３４】
好ましくは、上記センサは、上記樹脂の粘度に関する情報を送信するように構成されている。
【００３５】
上記装置が複数のセンサを有するようにしてもよい。
【００３６】
そのことにより、もしいずれかが例えば部品の表面に近づけば、充填の不均一性を検出することができる。
【００３７】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例の方法により、添付図面を参照して与えられた実施形態の以下の説明からさらに現される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、樹脂注入を実行する様々な方法により、注入する樹脂の量をよりよく制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の航空機の斜視図である。
【図２】図２は、４つの連続した工程で方法を実行する一般的な原理を示す本発明の装置における断面図である。
【図３】図３は、４つの連続した工程で方法を実行する一般的な原理を示す本発明の装置における断面図である。
【図４】図４は、４つの連続した工程で方法を実行する一般的な原理を示す本発明の装置における断面図である。
【図５】図５は、４つの連続した工程で方法を実行する一般的な原理を示す本発明の装置における断面図である。
【図６】図６は、本発明の装置の例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の装置の例を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の装置の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、ここでは重航空機である本発明の航空機２を示しており、本実施形態では飛行機を例として示している。飛行機は胴体４と、それぞれエンジン８を有する２つの翼６を備えている。飛行機はまた尾翼１０を備えている。
【００４１】
図２〜図５に示すように、以下に、本発明の方法を実行する一般的な原則を説明する。本発明の思想は、特にガラス繊維により補強されたプラスチック材料等の複合材料からなる飛行機２において、１つ以上の部品を製造することにある。
【００４２】
上記方法を実行するために、製造装置１２は、具体的には平面又は略平面形状の複数の重畳層又は層１６を有するプリフォーム１４を備えている。これらの各層は、繊維により構成されている。ここで、上記繊維は炭素繊維であるが、繊維は同様に例えばガラス繊維等の他の繊維とすることが可能である。プリフォームは、互いに積層された繊維織物からなる複数の層によって構成されている。しかし、より一般に、上記繊維は、織物、縫い合わされたシート、又は実際に積層されたシートを構成している長い繊維又は短い繊維であってもよい。上記繊維はまた、繊維又は切断された繊維のマットであってもよい。図２において、積層された４つの層１６は、繊維プリフォーム１４を形成している。
【００４３】
製造装置１２は、上記積層体に樹脂を注入するための注入手段１８を有している。注入手段１８は、特に、樹脂容器と、注入手段を制御するための制御手段２０とを有している。
【００４４】
本方法は、いかなるタイプのエポキシ樹脂を用いて実行してもよい。具体的に、サプライヤーであるＨｅｘｃｅｌにおける参照番号ＲＴＭ６を有する樹脂を使用してもよい。その他にもポリエステル、フェノール、又はビスマレイミド樹脂などの注射可能な他のタイプの樹脂を使用してもよい。
【００４５】
上記装置は、例えば層（プライ）を形成する１つ以上の付加的な層２２をさらに有している。具体的には、２つの層２２が設けられている。これらの層はプリフォーム１４の上部に配置され、それらの層は積層体における層１６の上に重ねられている。具体的に、それらの層はガラス繊維織物の層（プライ）である。しかしながら、それらの層は、例えば炭素繊維等のいくつかの他のタイプの繊維によって同様に形成することが可能である。
【００４６】
ここで、参照のＸ，Ｙ，Ｚ，フレームが用いられており、方向Ｘ，Ｙは、互いに直交し、層１６，２２の平面に対して平行及び接線方向である。また、方向Ｚは、それら方向Ｘ，Ｙに対して垂直である。
【００４７】
付加的な層２２は、本方法に用いられ、プリフォーム１４の層における透過性よりも小さい樹脂の透過性を有する。特に、上記透過性が各層２２を形成するＸＹ平面内の任意の方向で測定されたとき、及び、上記透過性がＺ方向で測定されたときに、この特性は同様に適用される。さらに、上記透過性が、プリフォーム１４の上層の透過性又はさらにその上層の透過性よりも小さくなるように準備することは可能であるが、本実施例において上記透過性はプリフォームの各層における透過性よりも小さい。
【００４８】
この透過性特性を得るためには、特に各層２２が、層１４のいずれよりも細かく織られるように、すなわち各層１４よりも大きい単位面積あたりの繊維量を与えるように準備する。その代わりに、又はそのことに加え、層２２における繊維の体積分率が層１４よりも大きくなるように準備してもよい。
【００４９】
特に、上記装置１２は、このように構成された積層体の底部に、すなわちプリフォームの底部の層に、樹脂が注入されるように設けられている。
【００５０】
上記装置１２は、樹脂の存在及び関連した取得を検出するセンサ２４と、測定システムとを有している。例えば、これは誘電体センサであってもよい。上記センサは、樹脂と接触しているかどうかによって異なる静電容量を示す。
【００５１】
この実施例では、センサ２４は、触れている材料の機能として変化する電界の電気的特徴と共に、センサ表面での電界を生成する電流を伝えるのに適し、互いにかみ合った（織り合わされた格子状を含む）電極のシステムによって構成されている。したがって、センサが樹脂に接触していないとき、センサは、半導体材料や樹脂などの絶縁材料の透過性とは非常に異なる空の空間の透過性を測定する。とりわけ、センサは、樹脂成形材料の誘電特性を測定すること、及び、実行している間に特にその一部が重合している間にどのように変化するのかを追跡することを可能にする。それは、このように追跡する方法を可能にする。したがって、樹脂の存在及びその硬化の度合いは、誘電センサのインピーダンスを変更させる。センサによって提供された信号（位相シフト）を比較することにより、まず樹脂の存在、続いて硬化の度合い（又はその重合度の度合い）を検出することが結果として可能になる。センサが電流を流しかみ合っていることを考えると、センサは局所的に電気的に絶縁されているが、センサは樹脂と接触できるに違いない。これは、本実施例に見られるように、付加的な層２２に、ガラス繊維のような非導電性材料を用いることができるからであり、それにより、電極間の短絡を避けることができる。センサ２４は、２つの付加的な層２２との間に配置されている。センサは、回路２５を介して、電気的に適切な方法で例えば制御手段２０に接続されている。
【００５２】
積層体において、剥離布の層２９は、方法の最後に層２２からプリフォーム１４を分離するのを簡単にするために、プリフォーム１４と層２２との間に介在されている。
【００５３】
本発明の方法は、本実施例では次のように実施されている。
【００５４】
液状樹脂は、その下の層を介して積層体に注入される。図２は、層の面内及び方向Ｚで積層体に注入し始めている樹脂の含浸層１６を示している。
【００５５】
その後、樹脂は、次の層１６に、そして次の層にも注入され、特にＺ方向に沿って拡がっていく。図３では、３つの下層１６に樹脂が含浸され、一方で最後又は最も上の層１６と２つの付加的な層２２にはまだ樹脂が到達していないことがわかる。
【００５６】
図４においてプリフォーム１４全体が樹脂を含浸されるように、注入は第４層１６に起こる。層１６と２２の透過性の差を考えると、樹脂は最初の追加層２２に注入され始める前に、プリフォームの上部層１６への含浸は完結する。
【００５７】
最終的に、図５に示されるように、一旦プリフォームが完全に含浸されると、樹脂は剥離布の層２９に浸透し、さらに下層の付加的な層２２に浸透することによって、センサ２４が樹脂に触れることとなる。センサはこのようにして、制御手段２０、つまり樹脂が層２２のうちの一層を通って注入したことを示すオペレーターに、情報を伝達する。そして、これらの方法により、樹脂の積層体への注入が妨げられる。
【００５８】
この方法が続くと、樹脂は硬化し、その硬化の度合いは、センサにより提供される情報を用いて直接に監視される。この情報が、樹脂の重合完了を示したときに、その部品は積層体から抽出される。
【００５９】
上記装置１２の第１の詳細な実施形態を図６に示す。これは、密閉型に注入するための装置である。この装置は上部型２６と下部型２８とを示しており、両型とも内部は非成形物質により覆われている。ここで、下部型は平面である一方、上部型は積層体を囲む空洞を形成している。型２６の内部では、付加的な層２２を担時するプリフォーム１４を見ることができるが、この図では、それらを区別していない。上記装置は、剥離布からなる３つの層２９を有している。その下部層２９は、プリフォーム１４と下部型２８との間に配置されている。最上層２９は、付加的な層２２と上部型２６との間に配置されている。３つめの層２９は、プリフォーム１４と付加的な層２２との間に置かれている。剥離布の３つの層２９により、その方法の最後において、作成された部分と型と層２２とを分離することが容易になる。センサ２４は、また層２２の間に挿入される。ここで、非形成物質があらかじめ積層されている場合には、剥離布が下部の型２８とプリフォーム１４の間で必要とされていないことがわかるはずである。
【００６０】
上記装置の第２の実施形態は、図７で示されており、装置は半透膜３６を備えている。図６に示されるように、型２６と型２８との間に配置された積層体の全体が見てとれる。本実施例には、下部の型２８のみが存在している。剥離布の一番上の層２９の上に、半透膜３０が配置されており、その半透膜は密封ガスケット３２を用いて型２８と接続させるために、積層体の側面を越えて落ちる。排液布の層３４は、半透膜上の積層体に位置しており、実施例では両者とも示されている。最後に、その組み立て部分は、密封ガスケット３２に向かって下降し、そこで固定されている真空バッグ３６を載せている。
【００６１】
型が半透膜を含んでいるいる場合、本発明は大きな利点を示す。それにより、注入終了に関する情報が入手されると同時に、その部品に残る乾燥領域のリスクを最小限にする。付加的な層２２は、注入の終了時にプリフォーム内で真空圧の排出を改善するが、作成部分が含浸される質のみを改善するものである。
【００６２】
また、上記実施形態とは異なり、まだ真空バッグが備わっている図８の実施形態は、カウルプレート４０が設けられている。上記装置のこの実施形態は、単に、剥離布の中間層２９下に挿入されているプレート４０によって、そしてプレート４０下にありプリフォーム上にある剥離布の付加的な層２９の存在によって、上記実施形態とは異なっている。カウルプレートそれ自体が、繊維状プリフォーム１４と半透膜の間に位置している限り、付加的な層２２はこのようにカウルプレート４０と半透膜３０の間に位置している。
【００６３】
本発明の方法は、図２から図５に示されるように、これらの装置のいずれかを用いて実施される。特に、樹脂は、最初に繊維状プリフォームに含浸し、その後で付加的な層２２に含浸し始めるように、どんな場合にも積層体の底へ向かって注入される。センサは、一旦樹脂に接触すると、このようにプリフォームが適切に含浸されていることを示す信号を送信する。
【００６４】
本発明の方法及び装置は、図２の航空機の部品を作るために使用されることがある。本発明の方法及び装置は、パネル、縦通材、スパー、又は胴体４のパネルに適用される得る。それらは、フラップや補助翼などの領域又はスタビライザを有する部品であってもよい。或いは、それらは、縦通材、スパー、マット、エンジン室のような構造的部品であってもよい。もしくは、それらは翼部品であってもよい。
【００６５】
当然のことながら、多くの修正は、その範囲を越えることなく、本発明に適用することができる。
【００６６】
プリフォーム及びその派生部品は、形状が平面である必要はない。
【００６７】
本発明は、航空機部品の製造に限定されない。本発明は、複合材料からなるいかなる部品（例えばパネル、カバー、船体）、特に樹脂を注入して作られる船（船体とデッキ）や鉄道車両（ハッチ、パーテーション、車体）や自動車（ボンネット等）の部品に適用され得る。
【００６８】
図面を参照して説明したように、注入が上方向にではなく、層の最上部から下方向に起こるように条件を設定することができる。このような状況下では、付加的な層２２は、プリフォームの下に配置される。
【００６９】
剥離布が一般的に、プリフォームの層１６よりも透過性が小さいことを示していることを考えれば、プリフォームからセンサを分離する付加的な層として剥離布の層を用いることが可能である。たとえば、図２の積層体では、付加的な層２２を省略することができる。
【００７０】
付加的な層２２、あるいはその層のうちの一層が、積層体における他の層の範囲よりも狭い範囲、特にプリフォームの範囲よりも狭い範囲を有するよう条件付けることができる。層２２は、積層体の一端から他端へ至らない局部的な層であってもよい。したがって、単にガラス繊維マットにより形成されると共にプリフォームから分離させるためにセンサ２４が配置された層２２は、たった一つしかないことを予測することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明は、複合材料からなる航空機部品の製造方法に関し、特に樹脂注入を実行する方法について有用である。
【符号の説明】
【００７２】
２  航空機
４  胴体
６  翼
１２  製造装置
１４  プリフォーム
２２  層
２４  センサ
２９  剥離布の層
【図１】
2013500180.tif 000003
【図２】
2013500180.tif 000004
【図３】
2013500180.tif 000005
【図４】
2013500180.tif 000006
【図５】
2013500180.tif 000007
【図６】
2013500180.tif 000008
【図７】
2013500180.tif 000009
【図８】
2013500180.tif 000010
【国際調査報告】
2013500180.tif 000011
2013500180.tif 000012
2013500180.tif 000013
2013500180.tif 000014
2013500180.tif 000015
2013500180.tif 000016