(57)【要約】      （修正有）【課題】種々のプリプレグ層を様々な向きにレイアップすることが出来、製造しようとする複合材料構造体の厚みに応じて、様々な数の層を用いることが出来る装置の提供。【解決手段】ツールプレート（２０２）と、ツールプレート（２０２）に相互接合されたタブ（２０４）と、タブに関連付けられた一群のアラインメント部（２１０，２１２）と、を備え、ツールプレート（２０２）は、ツール（１０２）と共に用いることによって複合材部品（３００）を形成するように構成されており、一群のアラインメント部（２１０，２１２）は、複合材部品（３００）を形成するために用いるツール（１０２）に対して、ツールプレート（２０２）を位置合わせするように構成されている装置。【選択図】図３
2015178265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツールと共に用いることによって複合材部品を形成するように構成されたツールプレートと、
前記ツールプレートと相互接合されたタブと、
前記タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備えてなり、
前記一群のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するために用いる前記ツールに対して、前記ツールプレートを位置合わせするように構成されている、装置。
【請求項２】
前記ツールは第一のツールであり、前記一群のアラインメント部は、
前記ツールプレートを前記第一のツールに対して位置合わせするように構成された第一のアラインメント部と、
前記タブを、当該装置を形成するための第二のツールに対して位置合わせするように構成された第二のアラインメント部と、を備え、
前記第一のアラインメント部及び前記第二のアラインメント部は、前記タブと前記ツールプレートとを相互接合する前に形成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第一のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するための前記第一のツールに関連付けられたピンを挿入するように構成された開口を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第二のアラインメント部は、前記第二のツールの面から突出する第一のピンを挿入するように構成された開口を含み、
前記第二のツールの前記面から突出する第二のピンを挿入するように構成された開口を含む第三のアラインメント部をさらに備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ツールプレートは、
第一の数の複合材料層と、
第二の数の複合材料層と、を備えてなり、
前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合する前に、第一の数の複合材料層と第二の数の複合材料層との間に前記タブが位置している、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ツールプレートと前記一群のアラインメント部とが、位置決め当て板を形成している、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記タブは、
平面部と、
前記平面部に設けられた所定数の面取り縁部と、を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記一群のアラインメント部は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形から選択される１つの形状を有する開口を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ツールプレートは、前記複合材部品を形成するために用いられる所定数の複合材料層の硬化中に、前記複合材部品の外面を形成するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
成形器具の形成方法であって、
ツール上に第一の数の複合材料層をレイアップすることと、
一群のアラインメント部を有するタブを、前記第一の数の複合材料層に対して配置することと、
第二の数の複合材料層をレイアップし、その際に前記第二の数の複合材料層の一部が前記タブの平面部を覆うようにすることと、
前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合することによって前記成形器具を形成すること、とを含む方法。
【請求項１１】
前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を用いて、前記ツール上に前記タブを配置する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記一群のアラインメント部は開口を含み、
前記ツールに関連付けられた一群のピンを、前記開口の少なくとも一つに挿入することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を前記タブに形成することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記ツールと前記タブの下面との間にスペーサーを配置することによって、前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層との相互接合が行われる間、前記タブを支持すること、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記一群のアラインメント部に樹脂テープの層を配置することによって、前記一群のアラインメント部の形状を維持すること、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、接合タブ及び成形器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の設計及び製造において、複合材料が占める割合が増えつつある。航空機に複合材料を用いることによって、航空機の重量を減らすことができる。このように重量を減らすことによって、有料荷重容量や燃料効率などの性能特性を改善することができる。また、複合材料を用いることによって、航空機の様々な部品の耐用年数を延ばすことができる。
【０００３】
複合材料は、２つ又はそれ以上の機能部品を組み合わせることによって形成された、高強度且つ軽量の材料である。例えば、複合材料は、強化繊維がポリマー樹脂マトリックスに結合されたものであってもよい。繊維は、一方向性であってもよいし、織布または織物の形態であってもよい。繊維及び樹脂を配置し硬化することによって、複合材料が形成される。
【０００４】
また、複合材料を用いて航空宇宙産業用の複合材構造体を作製することによって、結果的には、航空機の各部分を、より大きな構成部分又はセクションとしてして製造することができる。例えば、航空機の胴体部を、円筒形のセクションとして形成することができる。他の例として、限定するものではないが、翼のセクションを連結して翼を形成したり、スタビライザーセクションを連結してスタビライザーを形成したりすることもできる。
【０００５】
複合材構造体を製造する際には、通常、複合材料層をツール(tool)の上にレイアップする。複合材料層は、繊維をシート状にしたものであってもよい。これらのシートは、織物、テープ、トウ、あるいはその他の適当な形態をとるものであってもよい。いくつかのケースにおいて、上記シートに、樹脂を注入または予備含浸させてもよい。このようなタイプのシートは、通常、プリプレグとよばれる。
【０００６】
種々のプリプレグ層を様々な向きにレイアップすることができ、製造しようとする複合材構造体の厚みに応じて、様々な数の層を用いることもできる。これらのプリプレグ層は、手作業によってレイアップしてもよいし、テープ積層機やファイバー配置装置（fiber placement system）などの自動積層設備を用いてレイアップしてもよい。
【０００７】
しばしば、成形器具(tooling devices)を用いて複合材構造体の表面が形成される。例えば、複合材料層の上にツールプレート(tooling plate)を載置することによって、所望の形状の複合材部品の形成に利用する。
【０００８】
通常、ツールプレートは、硬化前の複合材部品上に載置される。当該複合材部品とツールプレートとの間に、保護用の被覆層を配置してもよい。硬化中に、圧力、熱、又は、圧力と熱の両方が、ツールプレートによって複合材レイアップに伝達される。このようにして、ツールプレートによって、複合材部品の滑らかな表面が形成される。
【０００９】
ツールプレートは、様々な形状や大きさの物があり、所定数の異なるタイプの材料によって形成される。ツールプレートの大きさ及び形状は、当該プレートを用いて形成しようとする複合材部品の表面形状に基づいて、選択される。
【００１０】
ツールプレートの形状を形成した後、ツールプレートに対して種々の加工を行うことによって、ツールプレートに様々な特異部分を形成してもよい。これらの特異部分は、複合材部品の形成に用いるツールに対してツールプレートを位置合わせするためのアラインメント部を含んでもよい。例えば、ツールプレートに穿孔することによって、アラインメント部を形成してもよい。
【００１１】
しかし、このようにしてツールプレートを製造すると、多くの時間がかかったり、ツールプレートに対して加工を行う際に失敗が起こるリスクが増えたりする。例えば、ツールプレートが複合材料で形成されている場合、ツールプレートに対する加工を硬化後に行う場合がある。硬化後のツールプレートにこのような加工を行うと、ツールプレートに不具合が起こる場合がある。このような不具合の例としては、空隙の発生、層の剥がれ、異物の破片（ＦＯＤ: foreign object debris）の混入、ひび割れ、その他の不具合がある。不具合のあるツールプレートを用いて複合材部品を形成すると、所望の形状又は表面特性を有する複合材部品にならない場合がある。従って、複合材部品を再加工または廃棄しなければならない場合がある。
【００１２】
また、ツールプレートは、その耐用年数にわたって、複数の複合材部品の形成に使用されうる。ある程度の期間使用すると、ツールプレートは摩耗し、アラインメント部が変形する場合がある。すると、複合材部品を製造する際に、アラインメント部を用いてツールプレートの位置合わせを行っても、所望の精度の位置合わせが実現できない場合がある。従って、上述した問題点の少なくともいくつか、並びに上記以外の問題点も考慮に入れた方法及び装置が望まれている。
【発明の概要】
【００１３】
例示的な一実施形態において、装置は、ツールプレートと、ツールプレートに相互接合されたタブと、タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備える。ツールプレートは、ツールと共に用いることによって複合材部品を形成するように構成されている。一群のアラインメント部は、複合材部品を形成するために用いるツールに対して、ツールプレートを位置合わせするように構成されている。
【００１４】
別の例示的な実施形態において、成形器具の形成方法が提供される。第一の数の複合材料層を、ツール上にレイアップする。一群のアラインメント部を有するタブを、第一の数の複合材料層に対して配置する。第二の数の複合材料層をレイアップする。第二の数の複合材料層の一部が、タブの平面部を覆うようにする。第一の数の複合材料層と、第二の数の複合材料層と、タブとを相互接合することによって、成形器具を形成する。
【００１５】
さらに別の例示的な実施形態において、複合材部品の形成方法が提供される。ツールに対して、所定数の複合材料層を配置する。所定数の複合材料層上に成形器具を配置する。成形器具は、ツールプレートと、当該ツールプレートと相互接合された、一群のアラインメント部を有するタブと、を備える。
【００１６】
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達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって、より明らかになるであろう。
【００１７】
例示的な実施形態に特有のものと考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。ただし、例示的な実施形態、及び、好ましい使用の形態、さらなる目的及び利点は、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を下記の添付図面と共に参照することによって、最も理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置を示す図である。
【図２】例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置を示す図である。
【図３】例示的な一実施形態による成形装置及び複合材部品の分解図である。
【図４】例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。
【図５】例示的な一実施形態によるタブの上面図である。
【図６】例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。
【図７】例示的な一実施形態によるタブの上面図である。
【図８】例示的な一実施形態による、ツール上に形成された成形器具を示す図である。
【図９】例示的な一実施形態による、ツール上の第一の数の複合材料層を示す図である。
【図１０】例示的な一実施形態による、ツール上のタブ及び第一の数の複合材料層を示す図である。
【図１１】例示的な一実施形態による、ツール上の第二の数の複合材料層を示す図である。
【図１２】例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。
【図１３】例示的な一実施形態による、成形器具デザイン環境のブロック図である。
【図１４】例示的な一実施形態による、成形器具を形成するためのプロセスのフローチャートである。
【図１５】例示的な一実施形態による、成形器具を用いた複合材部品を形成するためのプロセスのフローチャートである。
【図１６】例示的な一実施形態による、航空機の製造及びサービス方法をブロック図で示したものである。
【図１７】例示的な一実施形態を実施し得る航空機をブロック図で示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
例示的な実施形態においては、１つ又は複数の問題点が認識及び考慮されている。例えば、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることの１つは、複合材構造体を形成するためにツールプレート(tooling plate)を配置する際に、ツールプレートによって複合材構造体に所望の形状が形成されるように、当該プレートを配置することが望ましい、ということである。さらに、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることとして、複合材構造体を形成するためのツール(tool)に対してツールプレートを位置合わせするための一つの方法は、ツールプレートに設けたアラインメント部(alignment feature)を利用することである、ということである。例示的な一実施形態において、このアラインメント部は、複合材構造体を形成するためのツールの面から突出するピン上に配置され、これによって、ツールプレートを、複合材レイアップに対して望ましい状態に配置することができる。
【００２０】
ただし、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることであるが、ツールプレートにアラインメント部を形成するには、多くの時間がかかり、望ましくない。例えば、例示的な実施形態において認識及び考慮されていることであるが、現在のツールプレートの製造方法の中には、ツールプレートの製造に要する時間を増やす原因となる様々な工程を含むものがある。例えば、複合材料製のツールプレートの製造方法の中には、複合材料を硬化する工程と、これに続いて、ツールプレートに対して穿孔もしくはルータ加工(routing operations)またはその両方を行うことによってアラインメント部を形成する工程と、を含むものがある。硬化後のツールプレートに対してこれらの加工作業を行うと、不具合が発生するリスクが増し、所望したものとは異なる形状または表面特性を有する複合材部品が形成される場合がある。
【００２１】
従って、例示的な実施形態において、成形器具を形成するための方法及び装置が提供される。例示的な一実施形態においては、装置は、ツールプレートと、当該ツールプレートに関連付けられたタブと、当該タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備える。ツールプレートは、ツールと共に用いることによって、複合材部品を形成するように構成されている。一群のアラインメント部は、複合材部品を形成するためのツールに対して、ツールプレートを位置合わせするように構成されている。
【００２２】
図面、特に、図１を参照すると、同図には、例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置(tooling system)が示されている。この図示の例では、成形装置１００は、複合材部品を形成するために用いる部品を含む。この実施例では、成形装置１００は、ツール１０２を含む。
【００２３】
図示のように、ツール１０２は、複合材部品を形成するために用いられる構造体である。例えば、この実施例では、ツール１０２は、レイアップマンドレル（layup mandrel）である。ツール１０２は、面１０３を有しており、当該面に、所定数の複合材料１０４の層をレイアップすることができる。本明細書において、「所定数の」アイテムとは、１つ又は複数のアイテムをいうものとする。例えば、所定数の複合材料１０４の層とは、１つ又は複数の複合材料層である。
【００２４】
この実施例では、所定数の複合材料１０４の層が、ツール１０２に対して配置されている。換言すれば、所定数の複合材料１０４の層が、ツール１０２上にレイアップされている。
【００２５】
この実施例では、所定数の複合材料１０４の層は、様々な形態をとることができる。例えば、所定数の複合材料１０４の層は、織物、布、テープ、トウ、あるいはその他の適当な複合材料の形態をとってもよい。いくつかの実施例では、所定数の複合材料１０４の層の各層内に、樹脂が注入されている。所定数の複合材料１０４の層に樹脂が注入されている場合、当該所定数の複合材料１０４の層は、プリプレグの形態を有する。
【００２６】
他の実施例では、所定数の複合材料１０４には樹脂が注入されていない。この場合、硬化前または硬化中に、様々な含浸技術を用いて、当該所定数の複合材料１０４の層に樹脂を注入してもよい。
【００２７】
図示のように、ツール１０２は、一群のピン１０６を含む。一群のピン１０６は、ツール１０２の面１０３から突出する部品である。本明細書において、「一群の」アイテムとは、１つ又は複数のアイテムをいうものとする。例えば、一群のピン１０６とは、１つ又は複数のピンである。
【００２８】
一群のピン１０６は、ツール１０２及び所定数の複合材料１０４の層に対して、成形器具（図示せず）のアラインメントを行えるように構成されている。図示のように、一群のピン１０６は、ツール１０２の一端に配置されたピン１１０と、ツール１０２の他端に配置されたピン１１２とを含む。
【００２９】
次に、図２を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、複合材部品を形成するための成形装置を示している。この図示の例では、成形装置１００は、成形器具(tooling device)２００をさらに含む。
【００３０】
成形器具２００は、複合材部品の表面を成形するために用いられる、あらかじめ形成された器具である。換言すれば、成形器具２００は、複合材部品の形成プロセスとは別のプロセスにおいて形成される。
【００３１】
この実施例では、成形器具２００は、硬化中の所定数の複合材料１０４の層に対して、所望のレベルの圧力、熱、又はこれらの両方を付与するように構成されている。この実施例では、成形器具２００は、所定数の複合材料１０４の層上に配置されている。
【００３２】
成形器具２００は、所定数の複合材料１０４の層によって形成される所望の部品と実質的に同じ大きさ及び形状となるように構成されている。この実施例では、所定数の複合材料１０４の層と成形器具２００との間には、保護層又は離型剤（図示せず）が設けられている。
【００３３】
図示のように、成形器具２００は、ツールプレート２０２及び一群のタブ２０４を含む。ツールプレート２０２は、ツール１０２と共に用いることによって、複合材部品を形成するように構成されている。この図示の例では、ツールプレート２０２は、成形器具２００の構成部品である。例えば、ツールプレート２０２は、当て板(caul plate)であってもよい。
【００３４】
ツールプレート２０２を用いて、複合材部品の外側のモールドライン（mold line）が形成される。「外側のモールドライン」とは、複合材部品の外面である。このように、ツールプレート２０２は、複合材部品を形成するために用いられる所定数の複合材料１０４の層の硬化中に、複合材部品の外面を形成するように構成されている。ツール１０２の面１０３は、内側のモールドライン、すなわち、複合材部品の内面を形成する。
【００３５】
ツールプレート２０２は、この実施例では、様々なタイプの材料を含みうる。例えば、ツールプレート２０２は、金属、合金、コルク、複合材料、またはその他の適当な種類の材料から選択される少なくとも１つの材料を含みうる。この図示の例においては、ツールプレート２０２は、複合材料によって構成されている。具体的には、ツールプレート２０２は、複合材料の第一の層、及び、複合材料の第二の層を備える。
【００３６】
本明細書において、「少なくとも１つの」という語句がアイテムのリストについて用いられる時は、リストアップされたアイテムの１つまたは複数の様々な組み合わせを使用してもよいということであり、リストのアイテムの１つだけを必要とする場合もあることを意味する。アイテムは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってもよい。換言すると、「少なくとも１つの」は、あらゆる組み合わせのあらゆる数のアイテムをリストから使用してもよいが、リスト上の全てのアイテムを必要とするわけではないということを意味する。
【００３７】
例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、アイテムＣの少なくとも１つ」は、アイテムＡ；アイテムＡとアイテムＢ；アイテムＢ；アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ；又は、アイテムＢとアイテムＣ、を意味する場合がある。いくつかのケースにおいて、「アイテムＡ、アイテムＢ、アイテムＣの少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、２個のアイテムＡと、１個のアイテムＢと、１０個のアイテムＣ；４個のアイテムＢと７個のアイテムＣ；又は、他の適当な組み合わせであってもよい。
【００３８】
図示のように、一群のタブ２０４は、ツールプレート２０２に物理的に関連付けられている。この実施例では、一群のタブ２０４などの第一の部品が、ツールプレート２０２などの第二の部品に対して、第二の部品に対する固定（secured）、第二の部品に対する接合(bonded)、第二の部品に対する取り付け(mounted)、第二の部品に対する溶接(welded)、第二の部品に対する締結（fastened）、他の適当な方法による第二の部品に対する接続、またはそれらの組み合わせ、によって、関連付けられると考えてよい。また、第三の部品を用いて、第一の部品を第二の部品に接続してもよい。また、第一の部品を第二の部品の一部として形成すること、第二の部品の延長部として形成すること、またはそれらの組み合わせ、によって、第一の部品が第二の部品に関連付けられると考えてもよい。
【００３９】
一群のタブ２０４は、タブ２０６及びタブ２０８を含む。この実施例では、タブ２０６及びタブ２０８は、ツールプレート２０２と相互接合される（co-bonded）ことによって、成形器具２００を形成している。
【００４０】
１つの部品が他の部品と相互接合される、という場合、これら２つの部品の少なくとも１つの硬化中に、第一の部品と第二の部品とが互いに接合されることを意味する。この例においては、一群のタブ２０４は、ツールプレート２０２と接合される前に、予備硬化される。これによって、その後にツールプレート２０２が硬化される際に、一群のタブ２０４がツールプレート２０２に接合される。成形器具２００の形成は、複合材部品の形成とは別のプロセスにおいて行われる。
【００４１】
図示の例においては、一群のアラインメント部２１０が、タブ２０６に関連付けられている。同様に、一群のアラインメント部２１２が、タブ２０８に関連付けられている。一群のアラインメント部２１０及び一群のアラインメント部２１２は、ツールプレート２０２を、複合材部品を形成するのに用いるツール１０２に対して位置合わせするように構成されている。一群のアラインメント部２１０は、中央のアラインメント部を含んでおり、これを用いて、ツールプレート２０２をツール１０２に対して位置合わせすることができる。
【００４２】
この実施例では、アラインメント部２１０は開口である。これらの開口は、様々な形状の穴であってもよい。例えば、一群のアラインメント部２１０の一つとして採用される穴の形状は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形、及びその他の適当な形状から選択された１つであってもよい。
【００４３】
この実施例では、タブ２０６に設けられた一群のアラインメント部２１０の１つは、ツール１０２に設けられたピン１１０を挿入することができるように構成されている一方、タブ２０８に設けられた一群のアラインメント部２１２の１つは、ツール１０２に設けられたピン１１２を挿入することができるように構成されている。このように、一群のアラインメント部２１０及び一群のアラインメント部２１２は、複合材部品を形成する際に、ツール１０２に対してツールプレート２０２を位置合わせし、当該ツールプレートの所定数の方向における移動を制限するように、構成されている。さらに、一群のアラインメント部２１０及び一群のアラインメント部２１２は、複合材部品が所望の形状となるように、ツール１０２及び所定数の複合材料１０４の層に対して、ツールプレート２０２を位置合わせするように構成されている。
【００４４】
次に、図３を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形装置及び複合材部品の分解図を示している。この実施例では、図１に示した所定数の複合材料１０４の層が硬化されて、複合材部品３００を形成している。
【００４５】
所定数の複合材料１０４の層を、種々の硬化プロセスを用いて硬化することにより、複合材部品３００を形成することができる。これらの硬化プロセスは、所望の温度及び圧力を、所定数の複合材料１０４の層にかける。例えば、真空バッグを用いて、ツール１０２上の所定数の複合材料１０４の層に真空を印加してもよい。次に、所定数の複合材料１０４の層を、所定時間オートクレーブ内に入れる。真空の印加は、オートクレーブ内における硬化中に行ってもよい。他の実施例では、実施の形態に応じて他の硬化プロセスを用いてもよい。
【００４６】
同図に示すように、ツールプレート２０２は、複合材部品３００の外側のモールドライン３０２を形成する。特に、ツールプレート２０２の内面３０４が、外側のモールドライン３０２を形成する。ツール１０２の面１０３は、複合材部品３００の内側のモールドライン３０６を形成する。ツール１０２及び成形器具２００を用いて複合材部品３００を形成した後は、複合材部品３００をツール１０２から取り外し、航空機又はその他の適当な構造体に取り付ける。
【００４７】
次に、図４を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。図示の例では、図２に示したタブ２０８がツールプレート２０２と相互接合される前の状態における、一群のアラインメント部２１２を有するタブ２０８が示されている。
【００４８】
図示のように、タブ２０８は、所定数の様々な材料で形成してもよい。例えば、タブ２０８は、熱可塑性材料、熱硬化性材料、フェノール樹脂、金属、合金、フッ化エチレンプロピレン、又は他の適当な材料から選択される少なくとも１つの材料で形成してもよい。タブ２０８の材料は、ツールプレート２０２と相互接合する際に、タブ２０８が変形しないように選択される。
【００４９】
この図示の例では、タブ２０８は、一群のアラインメント部２１２に加えて、平面部４０２及び所定数の面取り縁部４０４を含む。平面部４０２は、タブ２０８における実質的に平らな部分である。平面部４０２は、タブ２０８をツールプレートに接合するための接合面を形成するように構成されている。
【００５０】
この図示の例では、面取り縁部４０４は、タブ２０８の平面部４０２から延びる削り面である。面取り縁部４０４も、タブ２０８をツールプレートに接合するための接合面を形成するように構成されている。特に、面取り縁部４０４を設けることによって、ツールプレート２０２を形成するための複合材料層を下向きに傾斜させることができ、これによって、硬化後のタブ２０８とツールプレート２０２との間に空隙やしわが発生する可能性を減らすことができる。
【００５１】
図示のように、一群のアラインメント部２１２は、タブ２０８の平面部４０２に設けられている。一群のアラインメント部２１２のそれぞれは、開口、溝、スロット、切り欠き、突起、あるいは、図１に示したツール１０２に対してタブ２０８を位置合わせするように構成された他のタイプの特異部分から選択される１つを含んでいてもよい。この実施例では、一群のアラインメント部２１２は、タブ２０８の平面部４０２に形成された開口４０６を含む。開口４０６のそれぞれは、開口４０６のうちの他の開口と同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
【００５２】
各開口４０６の形状は、ツール１０２に対してタブ２０８をどのようにして位置合わせするかに基づいて選択してもよい。例えば、図１に示したツール１０２の面１０３から突出するピンを開口４０６に挿入する場合は、ツール１０２を用いて作業を行っている間、タブ２０８、及び、タブ２０８に取り付けられたツールプレート２０２の移動を所定数の方向において制限できるような形状に、開口４０６を形成してもよい。例えば、開口４０６を、タブ２０８に取り付けられたツールプレート２０２が軸周りに回転しないような形状に形成してもよい。
【００５３】
この図示の例では、一群のアラインメント部２１２は、第一のアラインメント部４０８、第二のアラインメント部４１０、及び、第三のアラインメント部４１２を備える。第一のアラインメント部４０８、第二のアラインメント部４１０、及び、第三のアラインメント部４１２は、タブ２０８をツールプレート２０２と相互接合させて成形器具２００を形成する前に、形成される。換言すれば、第一のアラインメント部４０８、第二のアラインメント部４１０、及び、第三のアラインメント部４１２は、予備機械加工される（pre-machined）。従って、第一のアラインメント部４０８、第二のアラインメント部４１０、及び、第三のアラインメント部４１２を形成するための工程は、成形器具２００の硬化後には行われない。
【００５４】
この図示の例では、成形器具２００は、図３に示した複合材部品を形成するためのツール１０２とは別のツール上で形成される。成形器具２００を形成するために用いるツールは、当該ツールの面から突出するピンを有する。これらのピンを用いて、タブをツールに対して位置合わせすることができる。
【００５５】
第一のアラインメント部４０８は、複合材部品３００を形成するために用いられるツール１０２に関連付けられている。この図示の例では、ツール１０２は、第一のツールである。第二のアラインメント部４１０及び第三のアラインメント部４１２は、成形器具２００を形成するために用いられる第二のツールに関連付けられている。
【００５６】
図示のように、第一のアラインメント部４０８は、タブ２０８に取り付けられたツールプレート２０２を、複合材部品３００を形成するためのツール１０２に対して位置合わせするように構成されている。この実施例では、第一のアラインメント部４０８は、開口４１４を含んでおり、当該開口は、図１に示したツール１０２に関連付けられたピン１１２を挿入するように構成されている。
【００５７】
第二のアラインメント部４１０は、成形器具２００を形成するための第二のツールに対してタブ２０８を位置合わせするように構成されている。この図示の例では、第二のアラインメント部４１０は、開口４１６を含んでおり、当該開口は、成形器具２００を形成するための第二のツールに関連付けられた第一のピンを挿入するように構成されている。
【００５８】
第三のアラインメント部４１２も、成形器具２００を形成するための第二のツールに対してタブ２０８を位置合わせするように構成されている。この実施例では、第三のアラインメント部４１２は、開口４１８を含んでおり、当該開口は、成形器具２００を形成するための第二のツールに関連付けられた第二のピンを挿入するように構成されている。
【００５９】
この図示の例では、タブ２０８は、ツールプレート２０２の一端で、ツールプレート２０２と相互接合されるように構成されている。ツールプレート２０２に沿う様々な箇所で、所定数の追加のタブをツールプレート２０２と相互接合させてもよい。
【００６０】
次に図５を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの上面図である。この実施例では、図４における矢印５−５の方向に見たタブ２０８を示している。この図では、開口４０６の形状がより詳細に示されている。
【００６１】
図示のように、開口４１４は、円形状５００を有する。開口４１４を円形状５００とすることによって、図１及び図２に示したピン１１２をタブ２０８に挿入した際に、ツール１０２に対する成形器具２００の移動を制御することができる。この実施例では、開口４１４の円形状５００は、図２に示した成形器具２００の、３つの方向における移動を制限する。具体的には、開口４１４の円形状５００は、ツール１０２のピン１１２が挿入された際に、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向における成形器具２００の移動を制限する。
【００６２】
この実施例では、開口４１８は、円形状５０２を有する。開口４１８を円形状５０２とすることによって、成形器具２００を形成するために用いる第二のツールに対するタブ２０８の移動を制御することができる。この実施例では、開口４１８の円形状５０２は、タブ２０８をツールプレート２０２に接合する際に、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向におけるタブ２０８の移動を制限する。
【００６３】
図示のように、開口４１６は、楕円形状５０４を有する。開口４１６を楕円形状５０４とすることによって、成形器具２００を形成するために用いる第二のツールに対するタブ２０８の移動を制御することができる。この実施例では、開口４１６の楕円形状５０４は、タブ２０８をツールプレート２０２に接合する際に、タブ２０８の回転を制限する。このように、開口４１６及び開口４１８によって、成形器具２００を形成する際の、タブ２０８の望ましくない移動が制限される。
【００６４】
次に、図６を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。この図示の例では、図２に示したタブ２０６がツールプレート２０２と相互接合される前の状態における、タブ２０６が示されている。
【００６５】
図示のように、タブ２０６は、タブ２０８と同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。タブ２０８と同様に、タブ２０６の材料は、ツールプレート２０２と相互接合する際にタブ２０６が変形しないように、選択される。
【００６６】
この実施例では、タブ２０６は、一群のアラインメント部２１０に加えて、平面部６００及び面取り縁部６０２を含む。一群のアラインメント部２１０は、タブ２０６の平面部６００に設けられた開口６０６を含む。この実施例では、一群のアラインメント部２１０は、予備機械加工される。すなわち、一群のアラインメント部２１０は、タブ２０６をツールプレート２０２と接合する前に形成される。
【００６７】
図示のように、開口６０６の形状は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形、及びその他の適当な形状から選択された１つであってもよい。開口６０６のそれぞれは、開口６０６のうちの他の開口と同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
【００６８】
各開口６０６の形状は、ツールに対してタブ２０６をどのようにして位置合わせするかに基づいて選択してもよい。例えば、図１及び図２に示したツール１０２を用いて作業を行っている間、タブ２０８に取り付けられたツールプレート２０２の移動を所定数の方向において制限できるような形状に、開口６０６を形成してもよい。
【００６９】
この図示の例では、一群のアラインメント部２１０は、第一のアラインメント部６０８、第二のアラインメント部６１０、及び、第三のアラインメント部６１２を備える。第一のアラインメント部６０８は、図３に示した複合材部品３００を形成するために用いられるツール１０２に関連付けられている。第二のアラインメント部６１０及び第三のアラインメント部６１２は、図２に示した成形器具２００を形成するために用いられる第二のツールに関連付けられている。
【００７０】
図示のように、第一のアラインメント部６０８は、タブ２０６に取り付けられたツールプレート２０２を、複合材部品３００を形成するためのツール１０２に対して位置合わせするように構成されている。この実施例では、第一のアラインメント部６０８は、開口６１４を含んでおり、当該開口は、図１に示したツール１０２に関連付けられたピン１１２を挿入するように構成されている。
【００７１】
第二のアラインメント部６１０は、成形器具２００を形成するための第二のツールに対して、タブ２０６を位置合わせするように構成されている。この図示の例では、第二のアラインメント部６１０は、開口６１６を含んでおり、当該開口は、成形器具２００を形成するための第二のツールに関連付けられた第三のピンを挿入するように構成されている。
【００７２】
第三のアラインメント部６１２も、成形器具２００を形成するための第二のツールに対してタブ２０６を位置合わせするように構成されている。この実施例では、第三のアラインメント部６１２は、開口６１８を含んでおり、当該開口は、成形器具２００を形成するための第二のツールに関連付けられた第四のピンを挿入するように構成されている。タブ２０６は、タブ２０８とは反対側のツールプレート２０２の端部で、ツールプレート２０２と相互接合されるように構成されている。
【００７３】
タブ２０６における一群のアラインメント部２１０、及び、タブ２０８におけるアラインメント部２１２として、それぞれ３つのアラインメント部が示されているが、タブ２０６もしくはタブ２０８またはこれらの両方に設けるアラインメント部の数を、これより少なくしても多くしてもよい。例えば、２個、３個、１０個又はその他の数のアラインメント部を、タブ２０６もしくはタブ２０８またはこれらの両方に設けてもよい。
【００７４】
次に図７を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの上面図である。この実施例では、図６における矢印７−７の方向に見たタブ２０６を示している。この図では、開口６０６の形状がより詳細に示されている。
【００７５】
図示のように、開口６１４は、楕円形状７００を有する。開口６１４を楕円形状７００とすることによって、図１及び図２に示したツール１０２に対する成形器具２００の移動を制御することができる。具体的には、開口６１４の楕円形状７００は、タブ２０８の開口４１４にピン１１２が挿入され、且つ、図２に示したタブ２０６の開口６１４にピン１１０が挿入された時に、成形器具２００の回転を制限することができる。このように、タブ２０６及びタブ２０８は、成形器具２００が望ましくない移動又は回転をしないように、成形器具２００の動きを制御する。
【００７６】
また、タブ２０６及びタブ２０８によって、成形器具２００をツール１０２に対して位置合わせし、これによってツール１０２上に成形器具２００を適切にそろえることができる。開口６１４の楕円形状７００は、やはり回転を抑制しつつ、多少の可動範囲を与える。この可動範囲があることによって、ツール１０２のピン１１０及びピン１１２に、成形器具２００を嵌めやすくなる。例えば、仮にピン１１０とピン１１２との距離が、開口６１６と開口６１４との距離と正確に等しくない場合でも、開口６１４内に可動範囲があることによって、成形器具２００をツール１０２に対して適切に配置することができる。
【００７７】
図示の例では、開口６１８は、円形状７０２を有する。開口６１８の円形状７０２は、タブ２０６をツールプレート２０２に接合する際に、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向におけるタブ２０６の移動を制限する。
【００７８】
図示のように、開口６１６は、楕円形状７０４を有する。開口６１６の楕円形状７０４は、タブ２０６をツールプレート２０２に接合する際に、タブ２０６の回転を制限する。このように、開口６１６及び開口６１８によって、成形器具２００を形成する際の、タブ２０６の望ましくない移動が制限される。
【００７９】
次に、図８を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上に形成された成形器具を示す図である。この図示の例では、ツール８００上に形成された後の成形器具２００を示している。この実施例では、ツール８００は、第二のツールである。成形装置１００の成形器具２００を用いて図３に示した複合材部品３００を形成する前に、ツール８００を用いて成形器具２００が形成される。
【００８０】
図示のように、ツール８００は、面８０２を有しており、当該面に、所定数の複合材料１０４の層をレイアップして、ツールプレート２０２を形成することができる。ツール８００によって、図３に示したツールプレート２０２の内面３０４が形成される。ツールプレート２０２を硬化する際に、タブ２０６及びタブ２０８がツールプレート２０２と相互接合される。
【００８１】
この実施例では、ツール８００は、一群のピン８０４を含む。一群のピン８０４は、ツール８００の面８０２から突出する部品である。一群のピン８０４は、ツール８００に対する、タブ２０６及びタブ２０８のアラインメントを行えるように、構成されている。一群のピン８０４は、図３に示した複合材部品３００を形成するためのツール１０２に、タブ２０６及びタブ２０８を適切に嵌合できるように、互いに離間して配置されている。例えば、図４に示したタブ２０８の開口４１４及び図６に示したタブ２０６の開口６１４を、図１及び図２に示したツール１０２上に配置した際に、これら開口の位置がピン１１２及びピン１１０の位置にそれぞれ揃うように、一群のピン８０４を互いに離間させる。
【００８２】
一群のピン８０４は、ピン８０６、ピン８０８、ピン８１０及びピン８１２を含む。ピン８０６及びピン８０８は、ツール８００の一端に配置される一方、ピン８１０及びピン８１２は、ツール８００の他端に配置されている。図示の例では、図６に示したタブ２０６の開口６１６及び開口６１８が、それぞれ、ピン８０６及びピン８０８を挿入できるように構成されている。同様に、図４に示したタブ２０８の開口４１６及び開口４１８が、それぞれ、ピン８１０及びピン８１２を挿入できるように構成されている。
【００８３】
タブ２０６及びタブ２０８が一群のピン８０４によって位置決めされている間に、ツールプレート２０２は、タブ２０６及びタブ２０８と相互接合される。この実施例では、硬化後の成形器具２００を示している。
【００８４】
図９〜図１１は、成形器具２００を形成するための各工程における、ツール８００上の成形器具２００を示している。具体的には、図９〜図１１は、成形器具２００の形成、及び、タブ２０６とツールプレート２０２との相互接合を示している。タブ２０８は、タブ２０６と同時に、且つ、同じ方法で、ツールプレート２０２と相互接合される。
【００８５】
図９を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上の第一の数の複合材料層を示している。この図示の例では、第一の数の複合材料９００の層が、ツール８００上にレイアップされている。
【００８６】
この実施例では、第一の数の複合材料９００の層は、４つの複合材料層である。他の実施例では、実施の形態に応じて、より多い数又は少ない数の層を用いてもよい。
【００８７】
図示のように、ツール１０２には、スペーサー９０２が配置されている。スペーサー９０２の厚みは、第一の数の複合材料９００の層と実質的に同じである。このスペーサー９０２の厚みがあるために、タブ２０６（同図には図示せず）を共通平面内に保持することができる。この実施例では、スペーサー９０２は、シム(shim)の形態をとってもよい。スペーサー９０２は、ピン８０６及びピン８０８を挿入するためのバカ穴９０４を含む。スペーサー９０２の長さ及び幅は、第一の数の複合材料９００の層からはみ出すタブ２０６の部分全体を支持可能な寸法とされている。スペーサー９０２は、成形器具２００を形成するために行われる種々の工程の間、タブ２０６を支持する。
【００８８】
図１０を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上のタブ及び第一の数の複合材料層を示している。この図示の例では、一群のアラインメント部２１０を有するタブ２０６が、第一の数の複合材料９００の層上に載置されている。
【００８９】
この実施例では、ツール８００のピン８０６が開口６１６に挿入される一方、ツール８００のピン８０８が開口６１８に挿入されるように、タブ２０６が第一の数の複合材料９００の層上に載置されている。この実施例では、タブ２０６の一部が、スペーサー９０２の上にも載置されている。開口６１８の円形状７０２及び開口６１６の楕円形状７０４によって、タブ２０６の移動が制御されている。
【００９０】
次に、図１１を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、ツール上の第二の数の複合材料層を示している。この図示の例では、第二の数の複合材料１１００の層が、ツール８００上にレイアップされている。第二の数の複合材料１１００の層は、４つの層を含んでいてもよいし、他の数の層を含んでいてもよい。
【００９１】
図示のように、第二の数の複合材料１１００の層は、当該第二の数の複合材料１１００の層の一部がタブ２０６の平面部６００を覆うように、タブ２０６上にレイアップされる。第一の数の複合材料９００の層と、第二の数の複合材料１１００の層と、タブ２０６とを相互接合する前の段階で、タブ２０６は、第一の数の複合材料９００の層と第二の数の複合材料１１００の層との間に位置している。この状態で、第一の数の複合材料９００の層及び第二の数の複合材料１１００の層を硬化することによって、ツールプレート２０２、すなわちタブ２０６が相互接合されたツールプレート２０２を形成することができる。
【００９２】
第一の数の複合材料９００の層及び第二の数の複合材料１１００の層が硬化されるにつれて、タブ２０６が、第一の数の複合材料９００の層及び第二の数の複合材料１１００の層と相互接合され、成形器具２００が形成される。このように、図２に示したツールプレート２０２、タブ２０６、タブ２０８によって、位置決め当て板が形成される。
【００９３】
成形器具２００の形成の間、図９〜図１１を参照しつつ説明した工程に追加する工程あるいはこれらに代わる工程を行ってもよい。例えば、樹脂テープの層を、一群のアラインメント部２１０上に載置することによって、一群のアラインメント部２１０の形状を維持してもよい。この実施例では、樹脂テープはフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）の形態を有する。この樹脂テープによって、開口６０６への樹脂の流入が抑制される。樹脂テープは、タブ２０８と第二の数の複合材料１１００の層との界面だけでなく、タブ２０６と第一の数の複合材料９００の層との界面にも載置してもよい。
【００９４】
図１２を参照すると、同図は、例示的な一実施形態によるタブの斜視図である。この実施例では、タブ１２００は、成形器具用のタブの形状の他の実施形態の一例である。
【００９５】
図示のように、タブ１２００は、一群のアラインメント部１２０２、平面部１２０４、及び、平面部１２０６を有する。平面部１２０６は面取り縁部１２０８を含む一方、平面部１２０４は、一群のアラインメント部１２０２を含む。平面部１２０６は、タブ１００をツールプレートに接合するための接合面を形成するように構成されている。
【００９６】
この図示の例では、一群のアラインメント部１２０２は、開口１２０９の形態を有する。一群のアラインメント部１２０２は、第一のアラインメント部１２１０、第二のアラインメント部１２１２、及び、第三のアラインメント部１２１４を備える。開口１２１５、開口１２１６及び開口１２１７は、それぞれ、第一のアラインメント部１２１０、第二のアラインメント部１２１２、及び、第三のアラインメント部１２１４に対応している。
【００９７】
この実施例では、第一のアラインメント部１２１０は、複合材構造体を形成するためのツールに対して、タブ１２００を位置合わせする。第二のアラインメント部１２１２及び第三のアラインメント部１２１４は、成形器具を形成するためのツールに対してタブ１２００を位置合わせし、タブ１２００をツールプレートと相互接合する際に、タブ１２００を所望の位置に保持する。図２に示したタブ２０６及びタブ２０８と同様に、タブ１２００に対する加工作業は、タブ１２００をツールプレートに接合する前に行われる。
【００９８】
図１３を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形器具デザイン環境のブロック図を示している。図示のように、デザイン環境１３００は、成形器具１３０４用のデザイン１３０２を生成するように構成されており、さらに成形器具１３０４の製造に用いることもできる。図２に示した成形器具２００は、この図に示した成形器具１３０４の具体的な実施形態の一例である。
【００９９】
この実施例では、デザイン手段１３０６は、デザイン１３０２を生成するものであり、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせとして実施することができる。ソフトウェアを用いる場合は、デザイン手段１３０６によって行われる操作は、プロセッサユニット上で動作するように構成されたプログラムコードによって実施される。ファームウェアを用いる場合は、デザイン手段１３０６によって行われる操作は、データとして永続メモリに格納されて、プロセッサユニット上で動作するプログラムコードによって実施される。ハードウェアを用いる場合は、当該ハードウェアは、デザイン手段１３０６による操作を行うために動作する回路を含む。
【０１００】
実施例では、ハードウェアは、回路システム、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス、又は、所定数の操作を行うように構成された他の適当なタイプのハードウェアの形態であってもよい。プログラマブルロジックデバイスの場合は、当該デバイスは、所定数の操作を行うように構成してもよい。当該デバイスは、後に構成を変更してもよいし、所定数の操作を行う恒久的な構成としてもよい。プログラマブルロジックデバイスの例としては、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルアレイロジック、フィールドプログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、及び、他の適当なハードウェアデバイスを含む。また、プロセスは、無機要素を一体化させた有機要素によって実施してもよいし、人間を除く有機要素によって全体を構成してもよいし、またはこれらの組み合わせであってもよい。例えば、プロセスは、有機半導体の回路として実施してもよい。
【０１０１】
本実施例では、デザイン手段１３０６は、コンピューターシステム１３０８内に設けられている。コンピューターシステム１３０８は、所定数のコンピューターによって構成されている。コンピューターシステム１３０８内に２つ以上のコンピューターが存在する場合、これらのコンピューターは、ネットワークなどの通信媒体を介して、互いに通信を行ってもよい。
【０１０２】
図示のように、デザイン手段１３０６は、成形器具１３０４のデザイン１３０２を生成する際に使用する入力１３１０を受け取る。例えば、入力１３１０は、入力パラメータ１３１２を含んでもよい。入力パラメータ１３１２は、例えば、成形器具１３０４を用いて形成される複合材部品１３１７の外面１３１６の形状１３１４を示すもの、あるいは、他の適当なパラメータであってもよい。例えば、入力パラメータ１３１２は、図３に示した成形器具２００及びツール１０２を用いて形成する複合材部品３００について所望される外側モールドライン３０２の形状を含んでいてもよい。
【０１０３】
デザイン手段１３０６は、入力１３１０を用いて、デザイン１３０２を生成するように構成されている。具体的には、デザイン手段１３０６は、成形器具１３０４のデザインパラメータ１３１８を生成してもよい。
【０１０４】
図示のように、デザインパラメータ１３１８は、種々のパラメータを含む。例えば、デザインパラメータ１３１８は、成形器具１３０４の部品１３２０を示すものであってもよい。部品１３２０は、例えば、ツールプレート１３２２及びタブ１３２４の少なくとも１つを含むものであってもよい。この実施例では、タブ１３２４は、一群のアラインメント部１３２６を含む。
【０１０５】
図示のように、デザインパラメータ１３１８は、寸法１３３０、材料１３３２、位置１３３３、または他の適当なパラメータの少なくとも１つを含むことによって、成形器具１３０４の種々の部品を表すものであってもよい。
【０１０６】
例えば、入力１３１０で指定された複合材部品１３１７の外面１３１６の形状１３１４を成形器具１３０４が形成しやすいように、寸法１３３０及び材料１３３２を用いてツールプレート１３２２をカスタマイズしてもよい。例えば、寸法１３３０によって、ツールプレート１３２２における、第一の複合材料１３３４の層の数、及び、第二の複合材料１３３６の層の数を示してもよい。
【０１０７】
この実施例では、寸法１３３０は、様々な形態をとることができる。これらの形態は、図１〜３及及び図８〜１１に示した実施例のものを含んでもよい。
【０１０８】
材料１３３２は、タブ１３２４の材料を示すものであってもよい。寸法１３３０は、タブ１３２４の寸法、一群のアラインメント部１３２６の形状、またはそれらの両方を含むものであってもよい。
【０１０９】
この実施例では、位置１３３３は、タブ１３２４における一群のアラインメント部１３２６の位置を示す。位置１３３３は、さらに、成形器具１３０４を形成する際における、第一の数の複合材料１３３４の層、第二の数の複合材料１３３６の層、またはそれらの両方に対するタブ１３２４の配置位置を含む。
【０１１０】
製造システム１３４２は、デザイン１３０２を用いることによって、成形器具１３０４を製造することができる。具体的には、製造システム１３４２におけるツール１３４４を用いて、成形器具１３０４が製造される。成形器具１３０４が製造されると、今度は、製造システム１３４２内のツール１３４６を用いて、複合材部品１３１７が形成される。
【０１１１】
図１３に示したデザイン環境１３００及びデザイン環境１３００内の構成要素は、例示的な実施形態が実施されうる態様を、物理的又は構成的に限定することを意図したものではない。図示した構成要素に加え、別の構成要素を用いたり、あるいは、代替の構成要素を用いてもよい。
【０１１２】
図１〜１２に示した様々な構成要素は、図１にブロックとして示した構成要素を物理的構造としてどのように実施し得るか、を例示したものである。また、図１〜１２に示した構成要素の中には、図１３の構成要素と組み合わせたり、図１３の構成要素と共に用いたり、またはその両方を行うことができるものもあるであろう。
【０１１３】
例えば、ツールプレート２０２は、図３に示した複合材部品３００の外側のモールドライン３０２を形成するための滑らかな面を形成しているものとして説明したが、ツールプレート２０２を用いて手触りのある面(textured surface)を形成することもできる。他の実施例では、一群のアラインメント部２１０、一群のアラインメント部２１２、またはこれらの両方のアラインメント部の数を、より多くしても少なくしてもよい。
【０１１４】
さらに他の実施例では、一群のアラインメント部２１０及び一群のアラインメント部２１２は、開口以外の形態を有する。例えば、いくつかの実施例では、一群のアラインメント部２１０及び一群のアラインメント部２１２の少なくとも一方は、溝であってもよい。
【０１１５】
図１４を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形器具を形成するためのプロセスのフローチャートである。図１４に示したプロセスは、図１３に示したデザイン環境１３００において実施することができる。具体的には、当該プロセスを用いて、ツールプレート１３２２及びタブ１３２４を有する成形器具１３０４を形成することができる。
【０１１６】
当該プロセスでは、まず、ツール上に、第一の数の複合材料の層をレイアップする（工程１４００）。次に、当該プロセスでは、一群のアラインメント部を有するタブを、第一の数の複合材料の層に対して配置する（工程１４０２）。いくつかの実施例では、第一の数の複合材料の層上に、２つ以上のタブを配置してもよい。一群のアラインメント部を利用して、ツール上にタブを配置してもよい。当該一群のアラインメント部は、第一の数の複合材料の層上にタブを配置する前に、タブに予備機械加工されている。
【０１１７】
次に、当該プロセスでは、ツールとタブの下面との間にスペーサを配置する（工程１４０４）。当該スペーサーは、シムの形態を有しており、タブと、第一の数の複合材料の層と、第二の数の複合材料の層との相互接合の間、タブを支持するために用いられる。
【０１１８】
その後、当該プロセスでは、第二の数の複合材料の層をレイアップする（工程１４０６）。工程１４０６において、第二の数の複合材料の層の一部が、タブの平面部を覆う。
【０１１９】
次に、当該プロセスでは、第一の数の複合材料の層と、第二の数の複合材料の層と、タブとを相互接合することによって、成形器具を形成し（工程１４０８）、この後、プロセスが終了する。工程１４０８において、タブは、第一の数の複合材料の層及び第二の数の複合材料の層が硬化する際に、これらの層に接合される。
【０１２０】
図１５を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による、成形器具を用いた複合材部品を形成するためのプロセスのフローチャートである。図１５に示したプロセスは、図１３に示したデザイン環境１３００において実施することができる。具体的には、図１３に示した成形器具１３０４及びツール１３４４を用いて複合材部品１３１７を形成するために、当該プロセスを用いることができる。
【０１２１】
当該プロセスでは、まず、所定数の複合材料層をツールに対して配置する（工程１５００）。次に、当該プロセスでは、ツールプレートと一群のアラインメント部を有するタブとを備える成形器具を、当該所定数の複合材料層上に配置する（工程１５０２）。一群のアラインメント部を有するタブは、ツールプレートと相互接合されている。
【０１２２】
次に、当該プロセスでは、ツールの面から突出しているピンを、一群のアラインメント部の一つに挿入することによって、成形器具を所定数の複合材料層に対して位置合わせする（工程１５０４）。次に、当該プロセスでは、所定数の複合材料層を硬化させることによって、複合材料部品を形成し（工程１５０６）、その後、当該プロセスは終了する。この実施例では、所定数の複合材料層を硬化させている間に、成形器具によって複合材料部品の表面が形成される。
【０１２３】
上述した種々の実施形態におけるフローチャート及びブロック図は、例示的な一実施形態における装置及び方法のいくつかの可能な実施態様の構造、機能、及び動作を示すものである。この点において、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、工程またはステップ、若しくはそれらの一部または組み合わせ、の少なくとも１つを表わしうる。
【０１２４】
例示的な一実施形態のいくつかの代替の態様においては、ブロックに示した機能が、図に示した順序とは異なる順序で起こってもよい。例えば、いくつかのケースにおいて、連続するものとして示されている２つのブロックは、ほぼ同時に実行されてもよいし、あるいは、機能によっては、これらのブロックが逆の順序で実行されてもよい。また、フローチャート又はブロック図に示したブロックに、他のブロックをさらに追加してもよい。
【０１２５】
本開示の例示的な実施形態を、図１６においては航空機の製造及びサービス方法１６００に関連させ、図１７においては航空機１７００に関連させて説明する。まず、図１６を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による航空機の製造及びサービス方法を、ブロック図の形態で示している。生産開始前の工程として、航空機の製造及びサービス方法１６００は、図１７に示した航空機航空機１７００の仕様決定及び設計１６０２と、材料調達１６０４とを含む。
【０１２６】
生産中には、図１７の航空機１７００の部品及び小組立品（subassembly）の製造１６０６、及び、システムインテグレーション１６０８が行われる。その後、図１７の航空機１７００は、認証及び納品１６１０の工程を経て、使用１６１２に入る。顧客による使用１６１２中は、図１７の航空機１７００は、定例のメンテナンス及びサービス１６１４に組み込まれる。当該サービスは、調整、変更、再磨き上げ、及び他のメンテナンスまたはサービスを含みうる。
【０１２７】
航空機の製造及びサービス方法１６００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、オペレーター、又はこれらの組み合わせによって実行または実施することができる。これらの例において、オペレーターは顧客であってもよい。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、航空機メーカー及び主要システム（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。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体（military entity）、サービス組織（service organization）などであってもよい。
【０１２８】
図１７を参照して説明すると、同図は、例示的な一実施形態を実施しうる航空機をブロック図で示している。この例において、航空機１７００は、図１６に示した航空機の製造及びサービス方法１６００によって生産され、複数のシステム１７０４及び内装１７０６を備えた機体１７０２を含みうる。システム１７０４の例には、１つ又はそれ以上の駆動系１７０８、電気系１７１０、油圧系１７１２、環境系１７１４が含まれる。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。また、航空産業に用いた場合を例として示しているが、種々の例示的な実施形態を、例えば自動車産業などの他の産業に適用してもよい。
【０１２９】
本明細書において実施される装置及び方法は、図１６に示した航空機の製造及びサービス方法１６００おける、少なくとも１つの段階において、採用することができる。特に、図３に示した成形器具２００及びツール１０２で形成された複合材部品３００は、航空機の製造及びサービス方法１６００におけるどの段階で使用してもよい。また、成形器具２００、成形器具２００内の部品、複合材部品３００、またはこれらの組み合わせは、部品及び小組立品の製造１６０６において形成してもよい。他の実施例では、複合材部品３００は、システムインテグレーション１６０８、定例のメンテナンス及びサービス１６１４、又は、航空機の製造及びサービス方法１６００における他の段階の少なくとも１つにおいて、複合材部品３００を取り付け又は再加工してもよい。
【０１３０】
一実施例では、図１６における部品及び小組立品製造工程１６０６で作製される部品又は小部品は、航空機１７００が図１６に示した使用１６１２にある間に作製される部品又は小部品と同様に作製してもよい。また、さらに他の例として、１つ又はそれ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、図１６における部品及び小組立品製造工程１６０６及びシステムインテグレーション１６０８などの製造段階で用いてもよい。１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、航空機１７００が、図１６における使用１６１２の際、もしくは、メンテナンス及びサービス１６１４において、またはそれらの組み合わせにおいて、用いてもよい。様々な例示的な実施形態を用いることによって、組み立てを迅速化したり、航空機１７００にかかるコストを低減したりすることができるであろう。
【０１３１】
このように、例示的な実施形態は、成形器具２００を形成するための方法及び装置を提供する。例示的な一実施形態において、成形器具２００は、ツールプレート２０２、ツールプレート２０２に関連付けられたタブ２０６、及び、タブ２０６に関連付けられた一群のアラインメント部２１０を備える。成形器具２００は、ツールプレート２０２に関連付けられたタブ２０８をさらに含む。タブ２０８には、一群のアラインメント部２１２が関連付けられている。成形用器具２００は、ツール１０２と共に用いることによって、複合材部品３００を形成するように構成されている。一群のアラインメント部２１０及び一群のアラインメント部２１２は、複合材部品３００を形成するために用いるツール１０２に対して、ツールプレート２０２を位置合わせするように構成されている。一群のアラインメント部２１０及び一群のアラインメント部２１２は、さらに、成形器具２００を形成するために用いるツール８００に対して、タブ２０６及びタブ２０８のそれぞれを位置合わせするように構成されている。
【０１３２】
一群のアラインメント部を有する予備機械加工したタブを用いることによって、現在用いられているシステムを用いる場合に比べて、より効率的且つ正確に成形器具を製造することができるであろう。タブをツールプレートの所定数の複合材料層と相互接合すれば、成形器具に対して行われてきた穿孔工程、ルータ加工工程、及びその他の工程をさらに行う必要性が減る、あるいは、無くなる。また、予備機械加工されたタブは、大量生産環境において迅速に生産したり、あるいはメーカーから購入したりすることができる。その結果、複合材部品を形成するための成形器具の製造に要する時間を短縮できるであろう。
【０１３３】
また、予備機械加工したタブを用いて成形器具を製造することによって、成形器具の形成において、不具合が起こるリスクが低減する。成形器具の形成後に当該器具に対して行う作業数を減らすことによって、ひび割れ、空隙の発生、層の剥がれ、その他の不具合を減らすことができる。その結果、再加工または廃棄が必要となる成形器具の数を、減らすことができる。また、成形器具が不具合の少ない状態で製造されると、そのような成形器具を用いて形成された複合材部品の表面は、現在用いられているプロセスで形成された場合に比べて、より望ましい状態となり、再加工の必要性が少ない。
【０１３４】
予備機械加工によってタブにアラインメント部を形成する方が、硬化された後の成形器具にアラインメント部を形成する現在の技術を用いた場合より、より正確に形成することができる。例えば、タブに開口を形成する際に、より正確な測定を行うことができる。アラインメント部を形成するための測定をより正確に行うことによって、これらのタブが形成された成形器具が、より高い確率で、ツールの面から突出するピンに適切に嵌合する。
【０１３５】
さらに、予備機械加工したタブは汎用性があるため、成形器具に対して行う作業数や、複合材部品を形成するのに必要な作業数を増やすことなく、様々な数のタブを、様々なタイプの成形器具に用いることができる。また、これらの予備機械加工タブのアラインメント部は、現在用いられている製造方法で形成されたものほど早く摩耗しないであろう。
【０１３６】
様々な例示的な実施形態の説明は、例示および説明のために提示したものであり、すべてを網羅することや、開示した形態での実施に限定することを意図するものではない。多くの変更または変形が当業者には明らかであろう。また、例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる特徴をもたらしうる。選択した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【０１３７】
付記１  ツールと共に用いることによって複合材部品を形成するように構成されたツールプレートと、
前記ツールプレートと相互接合されたタブと、
前記タブに関連付けられた一群のアラインメント部と、を備えてなり、
前記一群のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するために用いる前記ツールに対して、前記ツールプレートを位置合わせするように構成されている、装置。
【０１３８】
付記２  前記タブは、熱可塑性材料、熱硬化性材料、フェノール樹脂、金属、合金、フッ化エチレンプロピレンから選択される少なくとも１つの材料によって形成されている、付記１に記載の装置。
【０１３９】
付記３  前記ツールは第一のツールであり、前記一群のアラインメント部は、
前記ツールプレートを前記第一のツールに対して位置合わせするように構成された第一のアラインメント部と、
前記タブを、当該装置を形成するための第二のツールに対して位置合わせするように構成された第二のアラインメント部と、を備え、
前記第一のアラインメント部及び前記第二のアラインメント部は、前記タブと前記ツールプレートとを相互接合する前に形成されている、付記１に記載の装置。
【０１４０】
付記４  前記第一のアラインメント部は、前記複合材部品を形成するための前記第一のツールに関連付けられたピンを挿入するように構成された開口を含む、付記３に記載の装置。
【０１４１】
付記５  前記第二のアラインメント部は、前記第二のツールの面から突出する第一のピンを挿入するように構成された開口を含む、
前記第二のツールの前記面から突出する第二のピンを挿入するように構成された開口を含む第三のアラインメント部をさらに備える、付記４に記載の装置。
【０１４２】
付記６  前記一群のアラインメント部は、前記複合材部品を形成する際に、前記ツールに対する前記ツールプレートの所定数の方向における移動を制限するように構成されている、付記１に記載の装置。
【０１４３】
付記７  前記ツールプレートは、
第一の数の複合材料層と、
第二の数の複合材料層と、を備えてなり、
前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合する前に、第一の数の複合材料層と第二の数の複合材料層との間に前記タブが位置している、付記１に記載の装置。
【０１４４】
付記８  前記ツールプレートと前記一群のアラインメント部とが、位置決め当て板を形成している、付記１に記載の装置。
【０１４５】
付記９  前記タブは、
平面部と、
前記平面部に設けられた所定数の面取り縁部と、を備える、付記１に記載の装置。
【０１４６】
付記１０  前記一群のアラインメント部は、円形、矩形、六角形、三角形、楕円形から選択される１つの形状を有する開口を含む、付記１に記載の装置。
【０１４７】
付記１１  前記ツールプレートは、前記複合材部品を形成するために用いられる所定数の複合材料層の硬化中に、前記複合材部品の外面を形成するように構成されている、付記１に記載の装置。
【０１４８】
付記１２  成形器具の形成方法であって、
ツール上に第一の数の複合材料層をレイアップすることと、
一群のアラインメント部を有するタブを、前記第一の数の複合材料層に対して配置することと、
第二の数の複合材料層をレイアップし、その際に前記第二の数の複合材料層の一部が前記タブの平面部を覆うようにすることと、
前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層と、前記タブとを相互接合することによって前記成形器具を形成することと、を含む方法。
【０１４９】
付記１３  前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を用いて、前記ツール上に前記タブを配置する、付記１２に記載の方法。
【０１５０】
付記１４  前記一群のアラインメント部は開口を含み、
前記ツールに関連付けられた一群のピンを、前記開口の少なくとも一つに挿入することをさらに含む、付記１２に記載の方法。
【０１５１】
付記１５  前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層とを相互接合する前に、前記一群のアラインメント部を前記タブに形成することをさらに含む、付記１２に記載の方法。
【０１５２】
付記１６  前記ツールと前記タブの下面との間にスペーサーを配置することによって、前記タブと、前記第一の数の複合材料層と、前記第二の数の複合材料層との相互接合が行われる間、前記タブを支持すること、をさらに含む、付記１２に記載の方法。
【０１５３】
付記１７  前記一群のアラインメント部に樹脂テープの層を配置することによって、前記一群のアラインメント部の形状を維持すること、をさらに含む、付記１２に記載の方法。
【０１５４】
付記１８  複合材部品の形成方法であって、
ツールに対して所定数の複合材料層を配置することと、
前記所定数の複合材料層に成形器具を配置することと、を含み、
前記成形器具は、ツールプレートと、前記ツールプレートと相互接合され、且つ、一群のアラインメント部を有するタブと、を備える、方法。
【０１５５】
付記１９  前記所定数の複合材料層を硬化することによって複合材部品を形成することをさらに含み、前記所定数の複合材料層の硬化中に、前記成形器具を用いて前記複合材部品の面を形成する、付記１８に記載の方法。
【０１５６】
付記２０  前記ツールの面から突出するピンを前記一群のアラインメント部の一つに挿入することによって、前記成形工具を前記所定数の複合材料層に位置合わせする、付記１９に記載の方法。
【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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【外国語明細書】
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