(57)【要約】  複合構造体の一例はガスタービンエンジン１用の格納ケース２である。格納ケース２は、環状のハウジング３と、当該ハウジング３と一体となっているとともに、当該ハウジング３の端部に位置する環状のフランジ４とを有している。ハウジング３は、当該ハウジングの円周方向に沿って配置されるテープ９を有する複合材料を含んでいる。フランジ４は、フランジ４の円周方向に対して傾斜した角度で配置されるテープ８および／または円周方向に対して直角の角度で配置されるテープ７を有する複合材料を含んでいる。フランジ４は当該フランジの円周方向に沿って配置されるテープ９を有していない。というのは、このようなテープはフランジを形成するためのフランジ材料の整形を妨げてしまうからである。【選択図】図６
2013542870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲した主要面と、該湾曲した主要面の第一の縁部に沿って位置する、半径方向外側に延びるフランジとを有している複合構造体を製造する方法であって、
モールド型の湾曲面上に複合材料からなる主要ゾーンを積層するステップであって、前記主要ゾーンの形状が前記複合構造体の前記主要面の形状に対応し、前記主要ゾーンの前記複合材料が前記主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されているテープを有している、主要ゾーンを積層するステップと、
前記モールド型の前記湾曲面上に複合材料からなる第二のゾーンを積層するステップであって、前記第二のゾーンの前記複合材料が前記主要ゾーンの前記複合材料と隣接しかつ一体化し、前記第二のゾーンの前記複合材料が、前記主要面の前記第一の縁部に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているものの前記主要面の前記第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有していない、第二のゾーンを積層するステップと、
前記複合構造体の前記半径方向外側に延びるフランジを形成するために、前記第二のゾーンの前記複合材料を整形するステップと、 
前記複合材料を硬化するステップと
を有している、方法。
【請求項２】
前記主要ゾーンの前記複合材料が前記モールド型の静止部に積層され、前記第二のゾーンの前記複合材料が前記モールド型の１つ以上の可動部に積層され、前記整形するステップが前記モールド型の１つ以上の可動部を半径方向外側に向けて動かすことを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記主要ゾーンの前記複合材料および前記第二のゾーンの前記複合材料の各々が、前記主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度で配置されるテープを有している、請求項１乃至２のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度で配置されるテープが、前記第一の縁部に対して１０〜８０度の夾角で配置される、請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記第二のゾーンの前記複合材料が、前記主要面の前記第一の縁部に対して傾斜する角度で配置されるテープと前記第一の縁部に対して直角な角度で配置されるテープとを有している、請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記主要ゾーンが、中央部と、前記第二のゾーンに隣接する縁部とを有しており、前記主要ゾーンの前記中央部の複合材料が、前記主要面の前記第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有しているものの前記第一の縁部に対して直角の角度で配置されるテープを有しておらず、 前記主要ゾーンの前記縁部の複合材料が、前記主要面の前記第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープと、前記第一の縁部に対して直角に配置されるテープとを有している、請求項１乃至５のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記フランジの自由縁部に予め決められた高さを与えるために前記フランジをトリミングするステップをさらに有している、請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記トリミングするステップが前記フランジの高さの２０％〜８０％を取り除くことを含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複合材料が第一の温度まで加熱され、前記整形するステップが実行され、
次いで、前記複合材料が前記第一の温度よりも高い第二の温度まで加熱される、請求項１乃至８のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記フランジに締結孔を形成するステップをさらに有している、請求項１乃至９のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記主要ゾーンおよび前記第二のゾーンの各々が、テープ層の深さが少なくとも１０枚のシートに相当する深さなるようにテープで積層される、請求項１乃至１０のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちのいずれかに記載の方法によって製造される複合構造体。
【請求項１３】
環状のハウジングと、該環状のハウジングの端部に位置し、該環状のハウジングの端部に向かう方向とは反対側に半径方向に突出するフランジとを有している、ガスタービンエンジン用の格納ケースを製造する方法であって、
モールド型の外周面上に複合材料からなる主要環状ゾーンを積層するステップであって、前記主要環状ゾーンの形状が前記格納ケースの前記環状ハウジングの形状に対応し、前記主要環状ゾーンの前記複合材料が前記モールド型の円周方向に配置されるテープを有している、主要環状ゾーンを積層するステップと、 
前記モールド型の外周面上に複合材料からなる第二の環状ゾーンを積層するステップであって、前記第二の環状ゾーンの前記複合材料が前記主要環状ゾーンの前記複合材料と隣接しかつ一体化し、前記第二の環状ゾーンの前記複合材料が前記モールドの円周方向に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているものの前記円周方向に配置されるテープを有していない、第二の環状ゾーンを積層するステップと、
前記第二の環状ゾーンの前記複合材料を整形して前記格納ケースの前記フランジを形成するステップと、 
前記複合材料を硬化するステップと
を有している、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法によって製造されるガスタービンエンジン用の格納ケース。
【請求項１５】
複合構造体であって、
湾曲した主要面と、
前記湾曲した主要面の第一の縁部と一体化され、前記湾曲した主要面の第一の縁部に沿って位置する半径方向外側に延びるフランジとを備えており、
前記主要面が、該主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有した複合材料を包含しており、
前記フランジが、前記主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているものの前記主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有していない複合材料を包含してなる、複合構造体。
【請求項１６】
ガスタービンエンジン用の格納ケースであって、
環状のハウジングと、
前記環状のハウジングの端部に位置し、前記環状のハウジングの端部に向かう方向とは反対側に半径方向に突出する環状のフランジとを備えており、
前記ハウジングが、該ハウジングの円周方向に配置されるテープを有する複合材料を包含し、 
前記フランジが、該フランジの円周方向に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているものの前記フランジの円周方向に配置されるテープを有していない複合材料を包含してなる、格納ケース。
【請求項１７】
添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載されるようなガスタービンエンジン用の格納ケースを製造する方法。
【請求項１８】
添付の図面を参照して本明細に実質的に記載されるような、または添付の図面を参照しかつ添付の図面に記載されているようなガスタービンエンジン用の格納ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン用の格納ケースの如き複合構造体に関するものであり、さらに、航空宇宙産業における、ウイングレット（飛行中の抗力を減らすように設計された翼の先端）、エアロフォイル、目標塔、ならびに胴体および後部ファンケースおよび前部ファンケースの如きエンジン部品を含むすべてのバレル形状の構造体のような複合構造体に広く適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
複合材料の特性により、複合部材が用いられる範囲が航空宇宙から自動車部品に至るまでますます広範なものとなってきている。
【０００３】
たとえば航空宇宙産業では、複合材料が、その重さに対して強度が優れているため何年間も用いられている。用語「複合材料」（「複合体」としても知られている）は、たとえばガラス繊維または炭素繊維と、エポキシ樹脂（またはそれに類似したもの）と含有する材料を表すために用いられる。これらは、ガラス強化プラスティックまたは炭素繊維強化プラスティックとして知られている。炭素繊維により強化された複合材料は、軽量、優れた耐疲労性／耐損傷性、耐蝕性、および無視できる程度の熱膨張性などの如き優れた特性を提供する。
【０００４】
これらの材料の使用は、航空機を構成する部品の総重量を減らすことによって航空機の総耐用期間にわたる燃料を節約することができるため、航空宇宙産業全体にわたってますます増えてきている。航空力学部品および構造用部品は、複合材料から、とくに炭素繊維材料から形成されている。
【０００５】
複合材料部材は、形成される部分の所望の形状に対応するスタックを形成するために前もって樹脂のしみ込んだ布、テープなどを用いて積層される。次いで、スタックは、周囲温度および周囲圧力で、または高温および高圧でオートクレーブ内において硬化されて硬化部品が製造される。
【０００６】
ターボファンの如きガスタービンエンジンは、故障したブレードがエンジンから放り出されて航空機のその他の部分を破損してしまうのを防止するための格納ケースが設けられる構成としてもよい。たとえば、格納ケースは、ターボファンエンジンの前方のファンのまわりに設けられてもよい。格納ケースは、炭素繊維強化複合材料および／またはケブラー強化複合材料の如き複合材料から形成されてもよい。格納ケースは、おおむねシリンダ形状のバレルまたはハウジングの形状を有している。格納ケースは、エンジンの隣接する構造部材に取り付けられる必要があるので、バレルまたはハウジングの一方のまたは両方の端部にフランジを備えているのが好ましい。
【０００７】
格納ケースのハウジングの複合材料のシートをモールド型上またはマンドレル上に積層するために自動テープ積層（ＡＴＬ）マシンの如きマシンを用いると便利である。フランジの複合材料のシートを積層し、ハウジングおよびフランジを硬化する前に、フランジの複合材料をハウジングの複合材料と一体化するためにマシンを用いるのは困難であることが証明されている。マシンを用いてハウジングのシートを積層するシリンダ形状の主要モールド型から外側に延びている、モールド型の外側に突出する環状の壁部に、フランジのシートを一枚一枚手作業で積層していくことが必要であることが証明されている。フランジのシートは、手作業で積層され、マシンにより積層されるハウジングのシートと互いに噛み合わせられなければならない。このことは、不均一な質のフランジが製造される傾向があることを意味し、これを補償するために、本来必要なフランジの重さよりも重いフランジが必要となることを意味する。というのは、不均一な質のフランジは過剰の複合材料を使用するからである。
【０００８】
複合材料の使用に代えて、フランジをハウジングまたはバレルと一体化することができるように、直径の大きな格納ケースをチタンの如き金属から機械加工により形成するようにしてもよい。しかしながら、チタン製のファンケースは複合材料を使用したファンケースよりも非常に重くかつ高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の複合部材製の格納ケースまたは複合部材製のファンケースは、チタンと比較して重量の点で利点があるものの、格納ケースの複合部材製のフランジを複合部材製のハウジングと一体化することにより得られる構造的完全性の点での利点を得るために、マシンにより積層されたハウジングまたはバレルとフランジを一体化させるためにフランジを手作業または手動による積層を行わなければならないという上述の欠点が依然として存在する。
【００１０】
一般的に、複合構造体に関していえば（および格納ケースの個々の例に関していえば）、複合構造体の湾曲した主要面（格納ケースのハウジング）をマシンにより積層することに加えて、マシンを用いたフランジの積層を容易にするような積層時の複合材料の構成を有していることが望ましい。このことにより、複合材料の積層をすべて自動化することができ、また、手動または手作業により積層する必要がなくなる。フランジの積層を自動化すると、フランジおよび複合構造体（格納ケース）の質の向上も達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の態様によれば、湾曲した主要面と、当該湾曲した主要面の第一の縁部に沿って位置する半径方向外側に延びるフランジとを有している複合構造体を製造する方法は、モールド型の湾曲面上に複合材料からなる主要ゾーンを積層するステップであって、主要ゾーンの形状が複合構造体の主要面の形状に対応し、主要ゾーンの複合材料が主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有している主要ゾーンを積層するステップと、モールド型の湾曲面上に複合材料からなる第二のゾーンを積層するステップであって、第二のゾーンの複合材料が主要ゾーンの複合材料と隣接しかつ一体化し、第二のゾーンの複合材料が主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているものの主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有していない第二のゾーンを積層するステップと、複合構造体の半径方向外側に延びるフランジを形成するために、第二のゾーンの複合材料を整形するステップと、 複合材料を硬化するステップとを有している。
【００１２】
したがって、フランジを形成する複合材料の積層時の構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）は、その複合材料をマシンにより積層するのを容易にする（促進する）ようなものである。好ましい実施形態では、複合構造体の複合材料すべてをＡＴＬのマシンの如きマシンを用いて積層するようになっていてもよい。
【００１３】
フランジを形成する複合材料の第二のゾーンは、主要面の第一の縁部に対しておおむね平行（たとえば、バレル形状の複合構造体の円周方向に）に配置されるテープを有していないので、フランジの形成を目的とする整形するステップ時に実行される整形を妨げることはない。
【００１４】
したがって、バレル形状の複合構造体の例に関していえば、ハウジングまたはバレルを形成する複合材料は、モールド型の円周方向に沿って配置されるテープを有しているので、ハウジングまたはバレルは必要なフープ（ｈｏｏｐ）（円周方向）強度を有している。
【００１５】
本発明にかかる方法は、大型（たとえば乗客用）航空機で用いられる大型ターボファンのファンケースに必要となるような、格納ケースのハウジングの直径が２〜３ｍである直径の大きな格納ケースを製造するのにとくに適している。
【００１６】
フランジは、それが半径方向外側に延びている場合、主要面に接合される近位部（すなわち、ヒール）と、主要面から離れている自由縁部を形成する遠位部（または、トー）とを有し、主要面の曲率半径（たとえば、直径）よりも大きな曲率半径（たとえば、直径）を有していると考えてもよい。複合構造体が直径の大きなタイプ、たとえば、２ｍ以上の格納ケースの如きバレル形状の構造体である場合、フランジの遠位部とフランジの近位部との間の曲率半径（たとえば、直径）の差はかなり小さい。現在の典型的なバレルの直径の範囲は、現在のターボファンエンジンついていえば２〜３ｍである。
【００１７】
整形するステップでは、直径の大きな格納ケースのフランジの遠位部と近位部との間の直径の差が小さい場合、フランジを形成する第二のゾーンのテープは、整形するステップの実行時に円周方向に互いに扇状に広がっていかなくともよい。
【００１８】
具体的にいえば、好ましい実施形態では、フランジを形成する直角（９０度）テープのみが、整形ステップの実行の際にわずかに相互に扇状に広がる必要があり、この扇状の広がりは整形するステップの進行につれて容易に達成される。フランジの９０度テープと９０度テープとの間に生じるギャップは比較的小さいものである。フランジが多くの数のテープシートから形成される厚みを持っている場合、形成されたフランジのどの２つのテープ間におけるギャップであっても、フランジの厚み方向の異なる深さに存在する他のテープによってカバーされることになる。
【００１９】
好ましい実施形態にかかるフランジの整形されたテープとテープとの間にはこのような小さなギャップが存在しているものの、このような小さなギャップにより複合構造体のフランジの位置における耐フープ（円周方向）荷重性が著しく弱められてしまうようなことはない。というのは、形成されたフランジの存在に起因して主要面の第一の縁部の複合材料の半径方向の深さが増大することにより、第一の縁部に沿った十分な強度が提供されるからである。
【００２０】
また、好ましい実施形態では、主要ゾーンの複合材料がモールド型の静止部に積層され、第二のゾーンの複合材料がモールド型の１つ以上の可動部に積層され、整形するステップがモールド型の１つ以上の可動部を半径方向外側に向けて動かすことを含んでいる。
【００２１】
モールド型の可動部は、たとえば第一の縁部に沿って間隔をおいて並べられ、引き込まれた構成から半径方向外側に突出した構成へと移動することができるブロックであってもよい。これらのブロックと第二のゾーンの複合材料との間に可撓性の膜が配置されるようになっていてもよく、その結果、ブロックが突出位置へと進められた場合、ブロックとブロックとの間に生じるギャップには膜が渡される（ｓｐａｎ）ことになる。
【００２２】
好ましい実施形態では、主要ゾーンの複合材料および第二のゾーンの複合材料の各々が、主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度で配置されるテープを有している。好ましくは、主要ゾーンに傾斜した角度で配置されるテープは、主要ゾーンの複合材料と第二のゾーンの複合材料との間の一体的な接合の実現を補助するために第二のゾーンの中へと延出している。
【００２３】
たとえば、主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度で配置されるテープは、第一の縁部に対して１０〜８０度の夾角で配置される。この範囲に代えて、２０〜７０度または３０〜６０度の範囲であってもよい。とくに好ましい実施形態では、傾斜した角度で配置されるテープはすべて、第一の縁部（たとえば、円周方向）に対して実質的に６０度の夾角で配置される。
【００２４】
好ましい実施形態では、第二のゾーンの複合材料は、主要面の第一の縁部に対して傾斜する角度で配置されるテープおよび第一の縁部に対して直角な角度で配置されるテープを有している。換言すれば、フランジを形成する複合材料は両方のタイプのテープを有している。傾斜した角度で配置されるテープは、最終的なフランジがフープ（円周方向）荷重に対処することができるように補助する。
【００２５】
好ましい実施形態では、主要ゾーンは中央部と、第二のゾーンに隣接する縁部とを有し、主要ゾーンの中央部の複合材料は、主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有しているものの第一の縁部に対して直角の角度で配置されるテープを有しておらず、主要ゾーンの縁部の複合材料は、主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープと、第一の縁部に対して直角に配置されるテープとを有している。
【００２６】
したがって、特性は、主要ゾーンの中央部から主要ゾーンの縁部へと、そして第二のゾーン自体まで徐々に遷移していく。直角テープを縁部から第二のゾーンの中まで延在させることができるので、この漸進的な遷移は、第二のゾーンを主要ゾーンと構造的に一体化させる補助をする。
【００２７】
好ましい実施形態では、かかる方法は、フランジの自由（たとえば、環状の）縁部に前もって決められた高さ（たとえば、直径）を与えるためにフランジをトリミングするステップをさらに有している。
【００２８】
硬化するステップの前または後に、このトリミングするステップを実行するようにしてもよい。たとえば、硬化するステップの後、フランジの自由縁部（遠位部）の粗さを取り除くためにフランジに機械加工を施すようにしてもよい。
【００２９】
好ましい実施形態では、トリミングするステップは、フランジの高さの２０％〜８０％を取り除くことを含んでいる。上述の範囲に代えて、３０％〜７０％の範囲にしてもよいし、または４０％〜６０％の範囲にしてもよい。トリミングは、整形するステップにおいて複合材料が曲げられるためにフランジ内のテープの自由端部が扇形に開いてしまうことで生じる空隙がフランジの残りの部分に少しも無いことを担保する補助をする。
【００３０】
好ましい実施形態では、複合材料が第一の温度まで加熱され、整形するステップが実行され、次いで、複合材料が第一の温度よりも高い第二の温度まで加熱される。
【００３１】
第一の温度まで加熱することにより、整形するステップの曲げ行程時、第二のゾーンのテープのうちの１つのテープが他方のテープ上をスリップ（滑る）することが補助される。
【００３２】
次いで、より高い第二の温度まで加熱することにより、硬化するステップが実行または完了される。第一の温度まで加熱することを硬化作業の第一の部分とすることが好都合である場合もある。
【００３３】
第一の温度は、たとえば４０〜１００℃、５０〜９０℃、または６０〜８０℃であってもよい。本実施形態では、８０℃が用いられている。
【００３４】
第二の温度は、１２０℃以上であってもよい。本実施形態では、約１３５℃の温度が用いられている。
【００３５】
好ましい実施形態では、かかる方法は、フランジに締結孔を形成するステップをさらに有している。締結孔は、硬化するステップの後およびトリミングするステップの後に形成されるようになっていてもよい。好ましい実施形態では、締結孔は、フランジに円周方向に間隔をおいて設けられている。 
【００３６】
好ましい実施形態では、主要ゾーンおよび第二のゾーンの各々が、テープ層の深さが少なくとも１０枚のテープシートに相当する深さになるようにテープで積層される。それに代えて、テープ層の深さは少なくとも２０枚のテープシートに相当する深さであってもよいし、または少なくとも３０枚のテープシートに相当する深さであってもよい。好ましくは、テープ層の深さは、主要ゾーンおよび第二のゾーン全体にわたって均等である。
【００３７】
本発明の第二の態様にかかる複合構造体は、湾曲した主要面と、湾曲した主要面の第一の縁部に沿って位置するとともに、それと一体化している半径方向外側に延びるフランジとを有している。
【００３８】
主要面は、当該主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有した複合材料を包含しており、フランジは、主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているものの主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有していない複合材料を包含している。
【００３９】
環状のハウジングと、当該環状のハウジングの端部に位置し、当該環状のハウジングの端部に向かう方向とは反対側に半径方向に突出するフランジとを有している、本発明の第三の態様にかかるガスタービンエンジン用の格納ケースを製造する方法は、モールド型の外周面上に複合材料からなる主要環状ゾーンを積層するステップであって、主要環状ゾーンの形状が格納ケースの環状ハウジングの形状に対応し、主要環状ゾーンの複合材料がモールド型の円周方向に配置されるテープを有している主要環状ゾーンを積層するステップと、モールド型の外周面上に複合材料からなる第二の環状ゾーンを積層するステップであって、第二の環状ゾーンの複合材料が主要環状ゾーンの複合材料と隣接しかつ一体化し、第二の環状ゾーンの複合材料がモールドの円周方向に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているものの円周方向に配置されるテープを有していない第二の環状ゾーンを積層するステップと、格納ケースのフランジを形成するために第二の環状ゾーンの複合材料を整形するステップと、 複合材料を硬化するステップとを有している。
【００４０】
本発明の第四の態様にかかるガスタービンエンジン用の格納ケースは、環状のハウジングと、当該環状のハウジングの端部に位置し、当該環状のハウジングの端部に向かう方向とは反対側に半径方向に突出する環状のフランジとを有し、ハウジングは、該ハウジングの円周方向に配置されるテープを有する複合材料を包含し、 フランジは、当該フランジの円周方向に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープを有しているもののフランジの円周方向に配置されるテープを有していない複合材料を包含している。
【００４１】
本発明の第三の態様および第四の態様に関していえば、本発明の第一の態様および第二の態様に関して先に述べた好ましい特徴を準用することができる。
【００４２】
以下には、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態が例示のみを意図して記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】格納ケースおよびファンブレードを示すために部分的に切り取られた、ターボファンエンジンを示す側面図である。
【図２】本発明に従う格納ケースの製造方法の一連のステップの簡単な例を示す図である。
【図３】本発明に従う格納ケースの製造方法の一連のステップの簡単な例を示す図である。
【図４】本発明に従う格納ケースの製造方法の一連のステップの簡単な例を示す図である。
【図５】本発明に従う格納ケースの製造方法の一連のステップの簡単な例を示す図である。
【図６】本発明に従う格納ケースの製造方法の一連のステップの簡単な例を示す図である。
【図７】本発明に従う格納ケースの形成フランジのテープ層うちの一部を示す簡単な端面図である。
【図８】フランジを形成する前の、格納ケースのハウジングまたはバレルと格納ケースのフランジとの間のテープ層の変遷を示す展開図である。
【図９】本発明に従う格納ケースのハウジングとフランジとの間の分岐点におけるテープ層のさまざまな方向を示す断面図である。
【図１０】フランジを形成するための実験用のツールを使用する際の２つのステージを示す透視図である。
【図１１】フランジを形成するための実験用のツールを使用する際の２つのステージを示す透視図である。
【図１２】フランジの形成に用いられる実験用のツールの可動ブロックを示す斜視図である。
【図１３】フランジの形成に用いられる実験用のツールの可動ブロックを示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明に対してさまざまな変形を加えることおよび本発明には他の構成が可能であるものの、具体的な実施形態が、例示を目的として、図面に示され、本明細書に詳細に記載されている。しかしながら、いうまでもなく具体的な実施形態の図面および詳細な記載は、本発明を特定の形態に限定することを意図したものではない。むしろ、本発明は、添付の請求項によって規定されるような本発明の技術思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物および代替え案を含むものである。
【００４５】
図１には、ファンケース１１を有するターボファンエンジン１が示されている。ファンケース１１にはファンダクト１２が形成され、ファンダクト１２は複数のファンブレード１３を有する回転円板を備えている。
【００４６】
複数のファンブレード１３は、エンジン１の中央の長手方向の軸線１４を中心として回転するようになっている。
【００４７】
ファンケース１１は、環状の形状を有し、長手方向の軸線１４を中心としている。ファンケース１１は、部分的に切り取られて図１に示されている。これは、ファンケース１１が、ファンブレード１３を有する回転円盤の周縁に位置して破損したファンブレード１３を収容するための環状の格納ケース２を有していることを図示するためである。格納ケース２は、おおむね円筒状のバレルまたはハウジング３と、このハウジング３の先端部に位置して外側に延びる環状のフランジ４とを有している。
【００４８】
格納ケース２は、エンジン１の長手方向の軸線１４を中心とし、環状の先頭縁部５の如きファンケース１１の他の構成部品に取り付けることによって適切な位置に保持されるようになっている。フランジ４には、先頭端部５の構造体に格納ケース２を取り付けるために用いられるファスナ用の穴部が設けられていてもよい。
【００４９】
図２〜図６には、格納ケース２を製造するために用いられる一連の製造ステップが極めて簡略に図示されている。バレルまたはハウジング３は、その前端部および後端部にフランジ４を有している。分かり易いように、フランジ４のうちの１つだけしか図には示されていない。
【００５０】
ハウジング３は、環状であり、断面が円形のおおむね円筒状の形状を有している。ハウジング３は、炭素繊維強化複合材料および／またはケブラー強化複合材料の如き複合材料からなっている。フランジ４は同一の複合材料からなっている。ハウジング３およびフランジ４の複合材料は、周知になっているいかなる適切な樹脂（たとえば、エポキシ樹脂）をも含みうる前もって含浸されている一方向性のテープである。このようなテープは、コンピュータ制御の下で動作するテープ積層用のヘッドを有する自動機械によってモールド型に自動的に積層されるようになっていてもよい。このコンピュータは、円筒状のモールド型またはマンドレルの回転を制御し、モールド型に対するテープ積層用のヘッドの向きを制御し、また、モールド型の長手方向の軸線に沿ったヘッドの移動を制御するようになっている。このようなマシンは自動テープ積層（ＡＴＬ）マシンとして知られている。このようなマシンは、２ｍ程度の直径を有する大口径の格納ケースを形成するために用いるのに便利な７５ｍｍ〜１５０ｍｍの標準的な幅を有したテープを積層することが容易にできる。好ましい実施形態では、テープのみが複合材料として用いられる。
【００５１】
図２〜図６を参照すると、図２には、モールド型またはマンドレル６の一部およびテープシートの初期の積層の一部を示す図式化および簡略化された斜視図が示されている。図２では、記載の０度方向は、モールド型６の円周方向を指している。記載の９０度方向はモールド型６の円周方向に対して直角な方向である。記載のプラス６０度およびマイナスの６０度は、モールド型６の円周方向に対して斜めの方向である。
【００５２】
図３は、テープ積層段階におけるさらに進んだ段階を示したものである。図３では、記載のテープシートはハウジング３を形成するテープシートである。
【００５３】
図４には、ハウジング３を形成するために積層されたテープシートに加えて、フランジ４を形成するために積層されたテープシートが示されている。詳細にいえば、ハウジング３を形成するために積層されたテープからなる主要環状ゾーン３１が存在する。フランジ４の形成を目的として整形される、すなわち起こされる積層テープからなる第二の環状ゾーン４１がさらに存在する。プラス６０度およびマイナス６０度のテープが主要環状ゾーン３１から第二の環状ゾーン４１の中まで続いているので、第二の環状ゾーン４１は主要環状ゾーン３１に隣接、一体化されている。もっと正確にいえば、プラス６０度およびマイナス６０度のテープは格納ケース２の全長（ハウジング３とフランジ４とを合わせた全長）にわたって延びている。このことは図２から分かる。主要環状ゾーン３１は、０度の（円周方向の）テープを含んでいるが、第二の環状ゾーン４１は０度の（円周方向の）テープを含んでいないことも分かる。このことは、円周方向のテープが第二の環状ゾーン４１内に存在したならば、フランジ４形成を目的として第二の環状ゾーン４１を外方に向けて整形するときに生じる第二の環状ゾーン４１の直径の増大に対応するために円周方向のテープを円周方向に沿って伸ばすことができないので、フランジ４の形成を目的とする第二の環状ゾーン４１の整形を沮止してしまうからである。
【００５４】
図５にはテープ積層段階におけるさらに進んだ段階が示されている。図５には、９０度（直角）テープが第二の環状ゾーン４１の積層の中にどのように組み入れられるかが示されているとともに、これらの９０度（直角）テープが第二の環状ゾーン４１の直ぐ隣にある主要環状ゾーン３１の縁部３１１の中へ短い距離だけ延出していることが示されている。これらの９０度（直角）テープは、縁部３１１を越えて主要環状ゾーン３１の中央部または主要部３１２の中までは延びていない（図５を参照）。
【００５５】
図６には、製造方法における次の段階が示されており、フランジ４の形成を目的として第二の環状ゾーン４１を半径方向外側に向けて整形するにあたってどのようにツールが用いられるかが示されている。
【００５６】
図７は、半径方向外側に向けて整形されてフランジ４を形成するテープシートの層のうちのいくつかのテープシートを示す概略端面図である。図から分かるように、９０度（直角）テープ７は自由端部７１を有しており、これらの自由端部７１は、半径方向外側に向けて整形する際に僅かに広がって小さなギャップ７２を形成する。上述のように、図７には小数のテープシートの層しか示されていない。好ましい実施形態では、通常２０枚を超えるテープシートの層を有するテープ積層構造において、フランジ４の厚み方向にある深さを有するギャップ７２は、他のテープ７の自由端部７１により、またはプラス６０テープもしくはマイナス６０テープ８のうちのいくつかのテープの自由端部８１によりさまざまな深さでカバーされる。
【００５７】
フランジ４が形成されると、過剰なテープ材が存在する。硬化するステップの後、不必要かつ過剰となるテープ材４１２を取り除いてフランジ４の最終バージョン４１３を形成するために、過剰なテープ材は高さ４１１でトリミングされてもよい。このトリミング作業は、フランジ４に残るギャップ７２のサイズを縮小する有益な効果がある。
【００５８】
図８は、主要環状ゾーン３１と第二の環状ゾーン４１との間の接合部の一部を示す展開図である。図８には、円周方向の線である曲げ線が示されており、整形ツールは、フランジの形成を目的として第二の環状ゾーン４１をこの円周方向の線に沿って外側に向けて整形するように機能する。
【００５９】
図９は、ハウジング３とフランジ４との間の接合部における３４枚のテープシートの層を示す概略断面図である。
【００６０】
記載されている３４枚のテープシートのうちの３枚からなるグループ毎の２枚のテープシートは、プラス６０度テープのみまたはマイナス６０度テープのみから構成されている。
【００６１】
三番目毎のテープシートは、主要環状ゾーン３１では０度（円周方向）テープから構成され、それぞれの転移点４１５において９０度（直角）テープに移行し、９０度（直角）テープは、主要環状ゾーン３１からフランジ４の第二の環状ゾーン４１へと続く。
【００６２】
図９には、３４枚のテープシートの層が存在する。各テープは約０．２５ｍｍの厚さを有している。このことにより、ハウジング３は約８．５ｍｍの厚さとなり、フランジ４は約８．５ｍｍの厚さとなる。このことは、７５ｍｍの幅を有するテープの使用に基づくものである。
【００６３】
図１０〜図１３には、第二の環状ゾーン４１を整形してフランジ４を形成するための実験用ツールが示されている。実験用ツールは、シリンダ形状のモールド型またはマンドレル６の一部６１を有している。格納ケース２の実験用の部分２１がモールド型表面６１上に形成される。これは、実験用の第二の環状ゾーン４１ａと実験用の主要環状ゾーン３１ａとを有している。実験用の部分２１は、モールド型表面６１上に置かれる前に真空バッグ（図示せず）のダイアフラムの中に入れられる。モールド型６の可動ブロック６２は他の真空ダイアフラム（図示せず）でカバーされる。ダイアフラム材は、ブロック６２によって形成される周縁部を越えて突出していない。
【００６４】
次いで、雌型ツール６３（図１１を参照）が、主要環状ゾーン３１ａにおいて、第二の環状ゾーン４１ａに直接隣接する部分に押し付けられる。
【００６５】
次いで、モールド型６は、オーブンの中に入れられ、第一の温度（たとえば、８０℃）まで加熱される。この温度では、実験用の部分２１の複合材料を形成しているプリプレグテープの樹脂が、これから行われようとしている整形加工を促進することができる十分な流動性を有するようになる（十分に低い粘性を有するようになる）。この時点で、ブロック６２は、その引き込み位置、すなわち同一平面位置から図１２および図１３に示されている突出位置へと進められる。このことにより、第二の環状ゾーン４１ａが上方に向けて曲げられ、それにより、主要環状ゾーン３１ａに対して外方に向けて突出するフランジが形成される。
【００６６】
次いで、複合テープ材の硬化を継続および完了するために、オーブン内の温度が第二の温度に上げられる。たとえば、第二の温度は１３５℃であってもよい。硬化サイクルまたは硬化プロセスが完了した後、ブロック６２は図１０および図１１に示されている位置へと引き込まれ、雌ツール６３が取り除かれ、実験用の部分２１が真空バッグから取り出される。
【００６７】
実施形態にかかる複合構造体２を製造する方法が記載されている。複合構造体２は、湾曲した主要表面３と、湾曲した主要表面３の第一の縁部３１１に沿って位置する半径方向外側に延びるフランジとを有している。かかる方法は、モールド型６の湾曲面６１上に複合材料からなる主要ゾーン３１を積層するステップであって、主要ゾーン３１の形状が複合構造体２の主要面３に対応しており、主要ゾーン３１の複合材料が主要面３の第一の縁部３１１に対しておおむね平行に配置されているテープ９を有している、主要ゾーン３１を積層するステップと、モールド型６の湾曲面６１上に複合材料からなる第二のゾーン４１を積層するステップであって、第二のゾーン４１の複合材料が主要ゾーン３１の複合材料と隣接しかつ一体化し、第二のゾーン４１の複合材料が主要面３の第一の縁部３１１に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープ７、８を有しているものの主要面３の第一の縁部３１１に対しておおむね平行に配置されるテープ９を有していない、第二のゾーン４１を積層するステップと、第二のゾーン４１の複合材料を形成して複合構造体２の半径方向外側に延びるフランジ４を整形するステップと、複合材料を硬化するステップとを有している。
【００６８】
実施形態にかかるガスタービンエンジン１用の格納ケース２を製造する方法も記載されている。当該格納ケース２は、環状のハウジング３と、環状のハウジング３の端部に位置し、環状のハウジング３の端部に向かう方向とは反対側に半径方向に延出するフランジ４とを有している。かかる方法は、モールド型６外周面６１上に複合材料からなる主要環状ゾーン３１を積層するステップであって、主要環状ゾーン３１の形状が格納ケース２の環状ハウジング３の形状に対応しており、主要環状ゾーン３１の複合材料が主要面３のモールド型６の円周方向に配置されるテープ９を有している、主要環状ゾーン３１を積層するステップと、モールド型６の外周面６１上に複合材料からなる第二の環状ゾーン４１を積層するステップであって、第二の環状ゾーン４１の複合材料が主要環状ゾーン３１の複合材料と隣接しかつ一体化し、第二の環状ゾーン４１の複合材料がモールド６の円周方向に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープ７、８を有しているものの円周方向に配置されるテープ９を有していない、第二の環状ゾーン４１を積層するステップと、第二の環状ゾーン４１の複合材料を形成して格納ケース２のフランジ４を整形するステップと、複合材料を硬化するステップとを有している。
【００６９】
実施形態にかかる複合構造体２が記載されている。当該複合構造体２は、湾曲した主要面３と、湾曲した主要面３の第一の縁部３１１に沿って位置するとともに、それと一体化している半径方向外側に延びるフランジ４とを有している。主要面３は、当該主要面３の第一の端部３１１に対しておおむね平行に配置されるテープ９を有した複合材料を包含し、また、フランジ４は、主要面３の第一の縁部３１１に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープ７、８を有しているものの主要面３の第一の縁部３１１に対しておおむね並行に配置されるテープ９を有していない複合材料を包含している。
【００７０】
実施形態のかかるガスタービンエンジン１用の格納ケース２も記載されている。当該格納ケース２は、環状のハウジング３と、環状のハウジング３の端部に位置し、環状のハウジング３の端部に向かう方向とは反対側に半径方向に突出する環状のフランジ４とを有している。ハウジング３は、当該ハウジング３の円周方向に配置されているテープ９を有する複合材料を包含し、また、フランジ４は、フランジの円周方向に対して傾斜した角度でおよび／または直角な角度で配置されるテープ７、８を有しているもののフランジ円周方向に配置されるテープ９を有していない複合材料を包含している。
【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９−１】
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【図９−２】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月1日(2012.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲した主要面と、該湾曲した主要面の第一の縁部に沿って位置する、半径方向外側に延びるフランジとを有している複合構造体を製造する方法であって、
モールド型の湾曲面上に複合材料からなる主要ゾーンを積層するステップであって、前記主要ゾーンの形状が前記複合構造体の前記主要面の形状に対応し、前記主要ゾーンの前記複合材料が前記主要面の第一の縁部に対しておおむね平行に配置されているテープを有している、主要ゾーンを積層するステップと、
前記モールド型の前記湾曲面上に複合材料からなる第二のゾーンを積層するステップであって、前記第二のゾーンの前記複合材料が前記主要ゾーンの前記複合材料と隣接しかつ一体化し、前記第二のゾーンの前記複合材料が、前記主要面の前記第一の縁部に対して傾斜した角度で配置されるテープ、及び前記主要面の前記第一の縁部に対して直角な角度で配置されるテープを有しているものの前記主要面の前記第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有していない、第二のゾーンを積層するステップと、
前記複合構造体の前記半径方向外側に延びるフランジを形成するために、前記積層された第二のゾーンの前記複合材料を整形するステップと、 
前記複合材料を硬化するステップと
を有している、方法。
【請求項２】
前記主要ゾーンの前記複合材料が前記モールド型の静止部に積層され、前記第二のゾーンの前記複合材料が前記モールド型の１つ以上の可動部に積層され、前記整形するステップが前記モールド型の１つ以上の可動部を半径方向外側に向けて動かすことを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記主要ゾーンの前記複合材料が、前記主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度で配置されるテープを有している、請求項１乃至２のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記主要面の第一の縁部に対して傾斜した角度で配置されるテープが、前記第一の縁部に対して１０〜８０度の夾角で配置される、請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記主要ゾーンが、中央部と、前記第二のゾーンに隣接する縁部とを有しており、前記主要ゾーンの前記中央部の複合材料が、前記主要面の前記第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープを有しているものの前記第一の縁部に対して直角の角度で配置されるテープを有しておらず、 前記主要ゾーンの前記縁部の複合材料が、前記主要面の前記第一の縁部に対しておおむね平行に配置されるテープと、前記第一の縁部に対して直角に配置されるテープとを有している、請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記フランジの自由縁部に予め決められた高さを与えるために前記フランジをトリミングするステップをさらに有している、請求項１乃至５のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記トリミングするステップが前記フランジの高さの２０％〜８０％を取り除くことを含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複合材料が第一の温度まで加熱され、前記整形するステップが実行され、
次いで、前記複合材料が前記第一の温度よりも高い第二の温度まで加熱される、請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記フランジに締結孔を形成するステップをさらに有している、請求項１乃至８のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記主要ゾーンおよび前記第二のゾーンの各々が、テープ層の深さが少なくとも１０枚のシートに相当する深さなるようにテープで積層される、請求項１乃至９のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
環状のハウジングと、該環状のハウジングの端部に位置し、該環状のハウジングの端部に向かう方向とは反対側に半径方向に突出するフランジとを有している、ガスタービンエンジン用の格納ケースを製造する方法であって、
モールド型の外周面上に複合材料からなる主要環状ゾーンを積層するステップであって、前記主要環状ゾーンの形状が前記格納ケースの前記環状ハウジングの形状に対応し、前記主要環状ゾーンの前記複合材料が前記モールド型の円周方向に配置されるテープを有している、主要環状ゾーンを積層するステップと、 
前記モールド型の外周面上に複合材料からなる第二の環状ゾーンを積層するステップであって、前記第二の環状ゾーンの前記複合材料が前記主要環状ゾーンの前記複合材料と隣接しかつ一体化し、前記第二の環状ゾーンの前記複合材料が前記モールドの円周方向に対して傾斜した角度で配置されるテープ、及び前記モールドの円周方向に対して直角な角度で配置されるテープを有しているものの前記円周方向に配置されるテープを有していない、第二の環状ゾーンを積層するステップと、
前記積層された第二の環状ゾーンの前記複合材料を整形して前記格納ケースの前記フランジを形成するステップと、 
前記複合材料を硬化するステップと
を有している、方法。
【国際調査報告】
2013542870.tif 000017
2013542870.tif 000018
2013542870.tif 000019
2013542870.tif 000020