(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量であり、かつ製造容易な独自の取付部品を有する複合材支持構造と、かつ独自の形状をした取付部品を一体化することができ、より速い速度で製造できる方法を提供する。【解決手段】圧縮シリンダ５０を、部品用空隙部６５を有する金型６０上に配置するステップ、圧縮シリンダ５０および金型６０を相対移動させるステップ、繊維強化樹脂フレーク５６を前期圧縮シリンダ５０内に収容するステップ、繊維強化樹脂フレーク５６中の樹脂を溶融させて、樹脂及び繊維の流動性混合物を形成するステップ、流動性混合物を部品用空隙部６５に流し込んで、圧縮成形するステップを含む、方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの一体型取付部品を有する複合材部品を製造する方法であって、前記方法は、
圧縮シリンダを、部品用空隙部および少なくとも１つの取付部品用空隙部を有する金型上に配置するステップと、
前記圧縮シリンダおよび前記金型を相対移動させるステップと、
繊維強化樹脂フレークの充填剤を前記シリンダ内に収容するステップと、
前記フレーク中の樹脂を溶融させて、樹脂および繊維の流動性混合物を形成するステップと、
前記圧縮シリンダおよび前記金型が互いに対して移動するときに、前記流動性混合物を前記部品用空隙部に流し込んで、かつ前記取付部品用空隙部に流し込んで圧縮成形するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記圧縮シリンダおよび前記金型を相対移動させるステップは、前記金型を前記圧縮シリンダに対して連続的に移動させることにより行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧縮シリンダおよび前記金型を相対移動させるステップは、前記金型を前記圧縮シリンダに対して間欠的に移動させることにより行われる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
繊維強化樹脂フレークの充填剤を、複数の圧縮シリンダの各圧縮シリンダ内に収容するステップと、
前記圧縮シリンダの各圧縮シリンダを、前記金型上の異なる箇所に配置して、前記部品の異なる領域をそれぞれ成形するステップと、
を更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記流動性混合物を圧縮成形するステップは、ピストンを前記シリンダ内で押し下げることにより行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記樹脂は熱可塑性樹脂である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記繊維の各繊維は、約０．２５インチ超の長さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記繊維の各繊維は、約０．５インチの長さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
繊維で強化される熱可塑性樹脂により形成される細長部品と、
前記部品に一体化され、かつランダム配向繊維で強化される熱可塑性樹脂により形成される少なくとも１つの取付具と、
を備える、複合材構造。
【請求項１０】
前記ランダム配向繊維はそれぞれ、約０．２５インチ〜約０．５０インチの長さを有する、請求項９に記載の複合材構造。
【請求項１１】
前記部品を強化する前記繊維は、ほぼ連続する一方向配向繊維である、請求項９または１０に記載の複合材構造。
【請求項１２】
前記部品を強化する前記繊維はそれぞれ、ほぼランダムな繊維配向を有する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の複合材構造。
【請求項１３】
前記部品を強化する前記繊維はそれぞれ、約０．２５インチ〜約０．５０インチの長さを有する、請求項９から１２のいずれか一項に記載の複合材構造。
【請求項１４】
前記部品の樹脂、および前記取付具の樹脂は、溶融して融合する、請求項９から１３のいずれか一項に記載の複合材構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複合材部品の製造に関し、更に詳細には、一体型取付部品を有する繊維強化熱可塑性支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
支持構造は、この構造を他の構成要素に取り付ける、他の構成要素で支持する、または他の構成要素に接続する箇所となる独自の取付部品を有する場合がある。航空機産業では、特定の支持構造は、「ｈｏｇ−ｏｕｔ（ホグアウト）」と表記される場合がある加工金属部材により形成することができ、この加工金属部材は、特定用途向けに独自に形成される複数の金属部材構成部を有する。効果的ではあるが、これらの特定の形状に加工される部材は、所望の状態よりも重くなる虞があり、製造費用が高く付く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題に対する１つの部分的な解決策では、押出状の支持構造を、繊維強化熱可塑性材料から、連続圧縮成形法を使用して成形する方法を用い、この連続圧縮成形法では、金属製取付部品または個別に成形される取付部品を支持構造に組み付ける。しかしながら、この手法は、非常に多大な工数を要し、この手法によって更に、支持構造が所望の状態よりも重くなる。
【０００４】
従って、軽量であり、かつ製造するのが容易である独自の取付部品を有する複合材支持構造が必要である。また、このような複合材支持構造を製造し、かつ独自の形状をした取付部品を一体化することができ、より速い生産速度で製造する環境に良好に適合する方法が必要である。
【０００５】
本出願は、２０１３年１２月３日に出願された米国特許出願第１４／０９５，７１１号（代理人整理番号１３−０７６３−ＵＳ−ＮＰ）、および２０１３年１２月３日に出願された米国特許出願第１４／０９５，６９３号（代理人整理番号１３−０７６４−ＵＳ−ＮＰ）の関連出願である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態は、取り付け箇所を形成して他の構成要素を支持する、かつ／または取り付ける、かつ／または荷重を他の構造に伝達するために適する、独自に構成される一体型取付部品を有する複合材支持構造を提供する。これらの取付部品を支持構造に一体化することにより、製造コストを低減することができ、構造性能を高めることができる。支持構造は、連続長さを持ち、かつ複数の取付部品を備えるように製造することができ、これらの取付部品は、この支持構造の長さに沿った任意の所望の箇所で一体化される。
【０００７】
本開示の１つの実施形態によれば、少なくとも１つの一体型取付部品を有する複合材部品を製造する方法が提供される。圧縮シリンダを、部品用空隙部および少なくとも１つの取付部品用空隙部を有する金型上に配置し、前記圧縮シリンダおよび前記金型を互いに対して移動させる。繊維強化樹脂フレークの充填剤を前記シリンダ内に収容し、前記フレーク中の樹脂を溶融させて、樹脂および繊維の流動性混合物を形成する。前記圧縮シリンダおよび前記金型が互いに対して移動するときに、前記流動性混合物を前記部品用空隙部に流し込んで、かつ前記取付部品用空隙部に流し込んで圧縮成形する。前記金型を移動させるステップは、前記金型を前記圧縮シリンダに対して、間欠的に、または連続的に移動させることにより行うことができる。複数の前記圧縮シリンダは、前記金型上の異なる箇所に配置して、前記部品の異なる領域を成形することができる。前記圧縮シリンダへの充填は、オフラインで行うことができる。前記流動性混合物を圧縮成形するステップは、ピストンを前記シリンダ内で押し下げることにより行われる。前記樹脂は熱可塑性樹脂とすることができ、前記繊維は、約０．２５インチ超の長さを有することができる。前記繊維は、約０．５０インチの長さを有することができる。
【０００８】
本開示の別の実施形態によれば、一体型取付部品を有する繊維強化熱可塑性細長構造を製造する方法が提供される。前記方法は、繊維強化熱可塑性部品を成形するステップと、熱可塑性取付部品を前記繊維強化熱可塑性部品上で圧縮成形するステップと、を含む。前記繊維強化熱可塑性部品を成形するステップは、連続圧縮成形法により行うことができる。前記熱可塑性取付部品を圧縮成形するステップは、圧縮シリンダを、前記部品上に配置するステップと、前記圧縮シリンダを使用して、熱可塑性樹脂およびランダム配向強化繊維の流動性混合物を前記部品上で圧縮成形するステップと、を含むことができる。前記圧縮シリンダは、前記部品の長さに沿った種々の領域に移動させて、複数の取付部品の各取付部品を前記部品上で連続的に成形することができる。前記方法は更に、前記部品の複数領域を前記流動性樹脂に溶融させて融合させるステップを含むことができる。前記熱可塑性取付部品を圧縮成形するステップは、金型を前記部品上に配置するステップと、前記圧縮シリンダを使用して、熱可塑性樹脂および繊維の流動性混合物を前記金型に流し込んで、かつ前記部品を押圧して圧縮成形するステップと、を含むことができる。前記方法は更に、熱可塑性プリプレグフレークの充填剤を前記圧縮シリンダ内に流し込むステップと、前記プリプレグフレーク中の樹脂を、前記充填剤を前記圧縮シリンダ内で加熱することにより溶融させるステップと、を含むことができる。
【０００９】
本開示の更に別の実施形態によれば、複合材構造は、繊維で強化される熱可塑性樹脂により形成される細長部品と、前記部品に一体化され、かつランダム配向繊維で強化される熱可塑性樹脂により形成される少なくとも１つの取付具と、を備える。前記ランダム配向繊維はそれぞれ、約０．２５インチ〜約０．５０インチの長さを有することができる。前記部品を強化する前記繊維は、ほぼ連続する一方向配向繊維である。前記部品を強化する前記繊維はそれぞれ、ほぼランダムな繊維配向を有する。前記部品の樹脂、および前記取付具の樹脂は、溶融して融合する。
【００１０】
要約すると、本発明の１つの態様によれば、少なくとも１つの一体型取付部品を有する複合材部品を製造する方法が提供され、前記方法は、圧縮シリンダを、部品用空隙部および少なくとも１つの取付部品用空隙部を有する金型上に配置するステップと、前記圧縮シリンダおよび前記金型を相対移動させるステップと、繊維強化樹脂フレークの充填剤を前記シリンダ内に収容するステップと、前記フレーク中の樹脂を溶融させて、樹脂および繊維の流動性混合物を形成するステップと、前記圧縮シリンダおよび前記金型が互いに対して移動するときに、前記流動性混合物を前記部品用空隙部に流し込んで、かつ前記取付部品用空隙部に流し込んで圧縮成形するステップと、を含む。
【００１１】
有利な点として、前記方法では、前記圧縮シリンダおよび前記金型を相対移動させるステップは、前記金型を前記圧縮シリンダに対して連続的に移動させることにより行われる。
【００１２】
有利な点として、前記方法では、前記圧縮シリンダおよび前記金型を相対移動させるステップは、前記金型を前記圧縮シリンダに対して間欠的に移動させることにより行われる。
【００１３】
有利な点として、前記方法は更に、繊維強化樹脂フレークの充填剤を、複数の圧縮シリンダの各圧縮シリンダ内に収容するステップと、前記圧縮シリンダの各圧縮シリンダを前記金型上の異なる箇所に配置して、前記部品の異なる領域をそれぞれ成形するステップと、を含む。
【００１４】
有利な点として、前記方法では、前記流動性混合物を圧縮成形するステップは、ピストンを前記シリンダ内で押し下げることにより行われる。
【００１５】
有利な点として、前記方法では、前記樹脂は熱可塑性樹脂である。
【００１６】
有利な点として、前記方法では、前記繊維の各繊維は、約０．２５インチ超の長さを有する。
【００１７】
有利な点として、前記方法では、前記繊維の各繊維は、約０．５インチの長さを有する。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、一体型取付部品を有する繊維強化熱可塑性細長構造を製造する方法が提供され、前記方法は、繊維強化熱可塑性部品を成形するステップと、熱可塑性取付部品を前記繊維強化熱可塑性部品上で圧縮成形するステップと、を含む。
【００１９】
有利な点として、前記方法では、前記繊維強化熱可塑性部品を成形するステップは、連続圧縮成形法により行われ、熱可塑性取付部品を圧縮成形するステップは、圧縮シリンダを、前記部品上に配置するステップと、前記圧縮シリンダを使用して、熱可塑性樹脂およびランダム配向強化繊維の流動性混合物を前記部品上で圧縮成形するステップと、を含む。
【００２０】
有利な点として、前記方法では、前記圧縮シリンダは、前記部品の長さに沿った種々の領域に移動させて、複数の取付部品の各取付部品を前記部品上で連続的に成形する。
【００２１】
有利な点として、前記方法は更に、前記部品の複数領域を前記流動性樹脂に溶融させて融合させるステップを含む。
【００２２】
有利な点として、前記方法では、熱可塑性取付部品を圧縮成形するステップは、複数の金型の各金型を前記部品上に配置するステップと、前記圧縮シリンダを使用して、熱可塑性樹脂および繊維の流動性混合物を前記金型の各金型に流し込んで、かつ前記部品を押圧して圧縮成形するステップと、を含む。
【００２３】
有利な点として、前記方法は更に、熱可塑性プリプレグフレークの充填剤を前記圧縮シリンダ内に流し込むステップと、前記プリプレグフレーク中の樹脂を、前記充填剤を前記圧縮シリンダ内で加熱することにより溶融させるステップと、を含む。
【００２４】
本発明の更に別の態様によれば、複合材構造が提供され、前記複合材構造は、繊維で強化される熱可塑性樹脂により形成される細長部品と、前記部品に一体化され、かつランダム配向繊維で強化される熱可塑性樹脂により形成される少なくとも１つの取付具と、を含む。
【００２５】
有利な点として、前記複合材構造では、前記ランダム配向繊維はそれぞれ、約０．２５インチ〜約０．５０インチの長さを有する。
【００２６】
有利な点として、前記複合材構造では、前記部品を強化する前記繊維は、ほぼ連続する一方向配向繊維である。
【００２７】
有利な点として、前記複合材構造では、前記部品を強化する前記繊維はそれぞれ、ほぼランダムな繊維配向を有する。
【００２８】
有利な点として、前記複合材構造では、前記部品を強化する前記繊維はそれぞれ、約０．２５インチ〜約０．５０インチの長さを有する。
【００２９】
有利な点として、前記複合材構造では、前記部品の樹脂、および前記取付具の樹脂は、溶融して融合する。
【００３０】
特徴、機能、および利点は、本開示の種々の実施形態において個別に実現することができる、または更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態では、更なる詳細は、次の説明、および以下の図面を参照することにより理解することができる。
【００３１】
例示的な実施形態に固有と考えられる新規な特徴が添付の請求項に説明されている。しかしながら、例示的な実施形態のみならず、これらの例示的な実施形態の好適な使用形態、更に別の目的、および利点は、本開示の例示的な実施形態に関する以下の詳細な説明を、添付の図面に関連付けながら一読することにより最も深く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本開示の実施形態による一体型取付部品を有する熱可塑性複合材支持構造の斜視図を図示している。
【図２】図１に示す支持構造の側立面図を図示している。
【図３】図２の線３−３に沿った断面図を図示している。
【図４】図１〜３に示す支持構造を成形する装置を示す長手方向断面図を図示しており、支持構造は、圧縮シリンダによって部分的に成形されている。
【図５】フレーク中の樹脂が溶融する前の充填剤の繊維強化熱可塑性フレークを図示している。
【図６】図５に示す充填剤中のフレークのうちの１つのフレークの平面図を図示している。
【図７】図４と同様の様子を図示しているが、圧縮シリンダが進んでしまって、支持構造上の更に別の領域を成形する様子を図示している。
【図８】図４の線８−８に沿った断面図を図示している。
【図９】図４の切断線９−９に沿った断面図を図示している。
【図１０】図４の「矢印図形１０」として指示される方向に見たときの平面図を図示しており、上型の複数の入口開口部が良く見えるようになっている。
【図１１】図１０と同様の様子を図示しているが、上型の入口開口部の別の構成を示している。
【図１２】図４と同様の様子を図示しているが、第１圧縮シリンダで部品上の１つの領域を成形しているときに、第２圧縮シリンダにプリプレグフレークが充填されている様子を示している。
【図１３】図１２と同様の様子を図示しているが、一連の圧縮シリンダにプリプレグフレークがオフラインで充填されて生産速度を速める様子を示している。
【図１４】一体型取付部品を有する熱可塑性複合材支持構造を製造する装置の別の構成の側面図を図示している。
【図１５】図１４に示す連続圧縮成形装置の更に別の細部を示す概略側面図を図示している。
【図１６】図１４の線１６−１６に沿った断面図を図示している。
【図１７】図１４の線１７−１７に沿った断面図を図示している。
【図１８】図１４の線１８−１８に沿った断面図を図示している。
【図１９】一体型取付部品を有する熱可塑性複合材支持構造を製造する方法のフロー図を図示している。
【図２０】一体型取付部品を有する熱可塑性複合材支持構造を製造する別の方法のフロー図を図示している。
【図２１】航空機製造および整備方法のフロー図を図示している。
【図２２】航空機のブロック図を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１，図２，および図３を参照するに、本開示の実施形態は、長手方向軸線３５を有する細長繊維強化熱可塑性支持構造２５に関する。支持構造２５は、１つ以上の一体型熱可塑性複合材取付部品４０を有する熱可塑性複合材部品を広範に備える。この例では、部品３０は、フランジ３２とも表記される場合がある一対の脚部３２により形成される略Ｈ字形断面を有する。これらの脚部３２は、中心ウェブ３４により連結合体されるが、部品３０は、多種多様な他の断面形状のうちのいずれの断面形状を有していてもよい。これらの脚部３２、およびウェブ３４は、上側溝３６および下側溝３８をそれぞれ形成する。これらの取付部品４０のうちの１つ以上の取付部品は、部品３０と一体に形成されて、取付部品４０が、ウェブ３４だけでなく、両方の脚部３２にも取り付けられる。これらの取付部品４０は、多種多様なサイズおよび形状のうちのいずれのサイズおよび形状を有していてもよく、他の構成要素（図示せず）を支持するように、または取り付け箇所として機能するように適合させ、これらの取り付け箇所で、部品３０を他の構造に取り付ける。用途によって異なるが、これらの取付部品４０は、荷重を部品３０と他の構造との間で伝達することができる。
【００３４】
図２および図３から最も良く分かるように、これらの取付部品４０は、部品３０と一体に、支持構造２５の長手方向軸線３５に沿った１つ以上の所望の箇所に形成される。図示の例では、これらの取付部品４０は、下側溝３８の一部に嵌め込まれ、部品３０のこれらの脚部３２、およびウェブ３４と一体に形成される。この例では、取付部品４０は先細状本体４２を有し、この先細状本体４２は、１つ以上の貫通孔４４を、先細状本体の外側端に有することができる。任意であるが、金属のような耐摩耗材料により形成されるインサート４６は、貫通孔４４に配置することができる。これらの取付部品４０の各取付部品は、特定の用途の要求を満たすように構成される多種多様な独自の形状のうちのいずれの形状を有していてもよい。以下に更に詳細に説明されるように、１つの実施形態では、部品３０および取付部品４０はそれぞれ、ほぼランダムな配向を有する非常に長い繊維で強化される熱可塑性樹脂により形成される。しかしながら、後の方で説明される別の実施形態では、部品３０が連続一方向配向繊維で強化されるのに対し、これらの取付部品４０は、ランダムに配向した不連続長繊維で強化される。
【００３５】
次に、図４および図７〜１０に注目するに、これらの図は、１つ以上の一体型取付部品４０を有する細長熱可塑性複合材支持構造２５を圧縮成形する装置５５を示している。装置５５は、互いに対して移動することができる（図４および図７）金型アセンブリ４８および圧縮シリンダ５０を含む。図示の例では、金型アセンブリ４８は、圧縮シリンダ５０が静止している状態で右に向かって移動６６することができる（図４および図７）が、他の実施形態では、圧縮シリンダ５０は、金型アセンブリ４８が静止している状態で移動させることができる。金型アセンブリ４８および圧縮シリンダ５０の両方を同時に移動させることもできる。以下に説明するように、圧縮シリンダ５０は、部品３０の複数領域を、これらの取付部品４０とともに、圧縮シリンダ５０および金型アセンブリ４８が互いに対して、連続的または間欠的に移動６６するときに、徐々に圧縮成形する。
【００３６】
金型アセンブリ４８は、適切な型締め具７０により取り外し可能に固定合体される細長い下型６０および細長い上型６２を備える。プレス機または油圧型締装置（図示せず）のような他の手段を用いて、金型６０，６２を合体させた状態で保持することができる。下型６０は、下型の長さに沿って延伸する部品用上型空隙部６４と、下型の長さに沿って延伸する一連の個々の取付部品用下型空隙部空隙部６５と、を含む。上型空隙部６４は、部品３０の形状に一致し、下型空隙部６５はそれぞれ、形状がこれらの取付部品４０に一致する。
【００３７】
図８および図９を詳細に参照するに、下型６０は、金型アセンブリ４８を加熱および／または冷却するために使用される流体を流す内部流路７３を含むことができる。下型空隙部６５は、上型空隙部６４と連通し、かつ上型空隙部６４から下方に延伸することができる。上型６２はマンドレル６２ａを含み、このマンドレル６２ａは、上型空隙部６４内に延出する。上型６２は更に、１つ以上の入口開口部６８を含み、これらの入口開口部６８は、上型６２の厚さを貫通して、上型空隙部６４内に達している。図示の実施形態では、これらの入口開口部６８は、中心に配置され、そしてマンドレル６２ａを貫通しているが、これらの入口開口部６８は、マンドレル６２ａの他の複数領域に配置されていてもよい。１つの実施形態では、図１０から最も良く分かるように、これらの入口開口部６８が、連続する個々の長手方向離間貫通孔６８ａを備えることができるのに対し、図１１に示す別の実施形態では、これらの入口開口部６８は、１つ以上の細長開口部６８ｂを備えることができる。
【００３８】
次に、図４，図７，図８，および図９を参照するに、圧縮シリンダ５０は、上型６２の上面に、これらの入口開口部６８に被さって着座する。圧縮シリンダ５０は、繊維強化樹脂フレーク５７（図５）の充填剤５６を圧縮シリンダ５０内に収容するように適合させる。図６に示すように、これらのフレーク５７は、一方向配向繊維５９で強化された適切な熱可塑性樹脂を含むことができる。熱可塑性樹脂は、熱可塑性ポリマーマトリクスを、これらには限定されないが、ポリエチルエチルケトン（「ＰＥＥＫ」）、ポリエチルケトンケトン（「ＰＥＫＫ」）、ポリフェニルスルホン（「ＰＰＳ」）、ポリエチルイミド（「ＰＥＩ」）として含むことができる。これらの繊維５９（図６）は、炭素、ガラス、または用途に適する他の材料により形成することができる。これらのフレーク５７は、例えばこれに限定されないが、一方向配向熱可塑性プリプレグを所望のサイズおよび形状に切り刻むことにより形成することができる。図示の例では、これらのフレーク５７の各フレークは、矩形の形状であるが、他の形状も可能である。１つの実施形態では、これらの繊維５９は、当分野では、「ｌｏｎｇ  ｆｉｂｅｒｓ（長繊維）」であると考えられる。本明細書において使用されるように、「ｌｏｎｇ  ｆｉｂｅｒｓ（長繊維）」という用語は、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも略長い長さＬを有する繊維を指す。１つの実施形態では、これに限定されないが、これらの繊維５９は、約０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）と約０．５０インチ（１．２７ｃｍ）との間の長さＬを有する。二方向配向繊維（図示せず）で強化された熱可塑性樹脂のフレーク５７を用いることも可能である。
【００３９】
圧縮シリンダ５０は、油圧シリンダのような適切な動力源（図示せず）に接続されるラム５４によって駆動される内部ピストン５２を含む。充填剤５６をこれらのフレーク５７中の熱可塑性樹脂の溶融温度まで加熱して、熱可塑性樹脂およびランダム配向不連続長繊維５９の流動性混合物を得る。ピストン５２をラム５４で下方に変位５８させて、流動性混合物を圧縮し、流動性混合物を、入口開口部６８を通過するように押し下げて、上型空隙部および下型空隙部６４内に流し込むことにより、部品３０を４０とともに、略同時に圧縮成形する。
【００４０】
使用状態では、熱可塑性プリプレグフレーク５７の充填剤５６は、圧縮シリンダ５０内に収容される。１つ以上の任意のインサート４６を下型空隙部６４に配置することができ、下型６０および上型６２をそれぞれ閉じ、型締めして合体させることにより、圧縮成形作業を開始する状態となる。充填剤５６を、任意の適切な手段を使用して加熱することにより、熱可塑性樹脂および長繊維５９の流動性混合物を成形する。圧縮シリンダ５０内のピストン５２が、流動性混合物を、これらの入口開口部６８を通過するように押し下げて、金型空隙部６４，６５内に流れ込ませることにより、部品３０の一部を１つ以上の取付部品４０とともに同時に成形する。
【００４１】
部品３０をこれらの取付部品４０とともに同時に成形することにより、一体化複合材支持構造２５が得られ、この場合、これらの取付部品４０は部品３０に一体化される。充填剤５６が金型空隙部６４，６５内で圧縮されている状態で、金型アセンブリ４８（および／または圧縮シリンダ５０）を移動６６させる。金型アセンブリ４８と圧縮シリンダ５０との間の相対移動は、溶融充填剤５６が入口開口部６８内を流動し、金型空隙部６４，６５内で圧縮されるときに、略連続的に、または徐々に行うことができる。部品用複合材支持構造２５の長さによって異なるが、追加の充填剤５６を圧縮シリンダ５０に流し込んで、完成品部品３０を略連続的かつ順番に行われる圧縮成形作業により成形することができる。図７は、圧縮シリンダ５０が進んだ様子、および部品３０が４個の一体型取付部品４０とともにほぼ完成した様子を示している。
【００４２】
図１２は、１つ以上の更に別の圧縮シリンダ５０ａが、これらの取付部品４０を含む構造２５を圧縮成形する過程において圧縮シリンダ５０より進んだ箇所に並んで配置されていることを除き、図４および図７に示す装置と同様である装置５５の別の実施形態を示している。更に別の圧縮シリンダ５０ａを金型アセンブリ４８上に、先に進んだ位置（図１２を見たときに左の方の位置）に配置することにより、これらの圧縮シリンダ５０ａに、容器７２内に収容されるフレーク７４を供給７４して、フレーク５７の充填剤５６を充填７７することができる。圧縮シリンダ５０内の充填剤５６を、金型アセンブリ４８に流し込み、圧縮成形する場合、ピストン５２は、次のインライン圧縮シリンダ５０ａに、次の圧縮シリンダ５０ａに充填剤５６が充填された後に移動させることができる。次に、次のインライン圧縮シリンダ５０ａを使用して、連続圧縮成形法を継続することにより、部品３０およびこれらの取付部品４０の次の部分を、金型アセンブリ４８が圧縮シリンダ５０，５０ａに対して移動し続けている状態で圧縮成形する。
【００４３】
図１３を参照するに、圧縮成形法の速度は、複数の圧縮シリンダ５０，  ５０ａ，５０ｂ、フレーク７４の容器７２を使用して、圧縮シリンダ５０ｂへの充填をオフライン７６で行うことにより高めることができる。これらの圧縮シリンダ５０ｂへの充填は、圧縮成形が、金型アセンブリ４８上に既に配置されていた圧縮シリンダ５０，  ５０ａを使用して行われているのと同時にオフライン７６で行われる。これらの圧縮シリンダ５０ｂへの充填が行われ、圧縮成形作業が圧縮シリンダ５０，  ５０ａを使用して完了すると、予めオフライン７６で充填が行われている圧縮シリンダ５０ｂを金型アセンブリ４８上に送り込み、空になっている圧縮シリンダ５０，  ５０ａを金型アセンブリ４８から離れるようにオフライン７６で送り出して再充填を行う。
【００４４】
次に、図１４〜図１８を参照するに、これらの図は、１つ以上の一体型熱可塑性複合材取付部品４０を有する熱可塑性複合材部品３０を含む熱可塑性複合材構造２５を製造する装置５５の別の実施形態を示している。前に説明した実施形態とは異なり、この例では、部品３０が、一方向配向連続繊維８３により強化されるのに対し、これらの取付部品４０の各取付部品は、ほぼランダムに配向した不連続繊維５９（図６）により強化される。強化繊維５９，８３は、これらには限定されないが、ガラス繊維、炭素繊維、または用途に適する他の材料により形成される繊維を含むことができる。部品３０およびこれらの取付部品４０中の熱可塑性樹脂は、これらには限定されないが、ポリエチルエチルケトン（「ＰＥＥＫ」）、ポリエチルケトンケトン（「ＰＥＫＫ」）、ポリフェニルスルホン（「ＰＰＳ」）、ポリエチルイミド（「ＰＥＩ」）のような熱可塑性マトリクスポリマーを含むことができる。
【００４５】
熱可塑性複合材部品３０は、後で更に詳細に説明される連続圧縮成形（ＣＣＭ）装置８０により成形することができる。図示の例では、熱可塑性樹脂部品３０は、これらには限定されないが、用途に適する炭素またはガラスのような材料により形成される一方向配向連続繊維８３で強化される。他の実施形態では、繊維強化は二方向に行うことができる。これらの取付部品４０は、図１〜図７に関連して前に説明したこれらの取付部品４０と同様に、ランダム配向繊維５９（図６）で強化された熱可塑性樹脂により形成される。これらの取付部品４０は、後で説明される溶融法または溶着法により部品３０と一体に結合される。
【００４６】
図１５は、ＣＣＭ装置８０の１つの適切な実施形態を更に詳細に示している。ＣＣＭ装置８０は、予備成形ゾーン９６および圧密化ゾーン１０８を広範に備える。予備成形ゾーン９６では、繊維強化熱可塑性材料プライ８８を、これらのプライの配向角が正しくなるように装着してプライ積層体とし、治具９４で重ね合わせる。プライ８８の積層体を治具９４とともに予備成形ゾーン９６に送り込み、この予備成形ゾーン９６では、これらのプライを、部品３０の概略形状に高温で予め成形しておく。次に、予備成形部品３０が、予備成形ゾーン９６から出て行き、圧密化ゾーン１０８に進入し、この圧密化ゾーン１０８では、予備成形部品３０を圧密化して、１つの一体型熱可塑性複合材積層体部品３０を形成する。部品３０を予備成形するために使用される高い温度は、これらのプライ８８の軟化を生じてこれらのプライ８８を必要に応じて、予備成形プロセス中に湾曲させることができるために十分高い。
【００４７】
予備成形部品３０は、圧密化ゾーン１０８内の別体の圧密化構造１０２、またはつながっている圧密化構造１０２に進入する。圧密化構造１０２は、参照番号１１０で概略指示され、かつ治具９４と個々に嵌合する複数の標準化金型治具を含む。圧密化構造１０２は脈動構造１１６を有し、この脈動構造１１６は、予備成形部品３０を、圧密化ゾーン１０８内を、予備成形ゾーン９６から離れる方向に徐々に前進させる。部品３０が前進しているとき、部品３０はまず、加熱ゾーン１０４に進入し、この加熱ゾーン１０４では、この部品を、これらのプライ８８のマトリクス樹脂のポリマー成分が自由に流動することができる温度にまで加熱する。
【００４８】
次に、部品３０は前進して加圧ゾーン１０６に達し、この加圧ゾーン１０６では、標準化金型１１０を、これらのプライ８８を圧密化して（すなわち、マトリクス樹脂を自由に流動させて）、プライの所望の形状および厚さとするために十分な所定の力（圧力）で、一括して下降させるか、または個々に下降させる。各金型１１０は、絶縁体付きの複数の異なる温度ゾーンを有するように形成することができる。これらの金型１１０を開き、部品３０を圧密化構造１０２内で、予備成形ゾーン９６から離れる方向に前進させる。次に、これらの金型１１０を再び閉じて、予備成形部品３０の一部を、力を加えながら、異なる温度ゾーン内で圧縮することができる。プロセスは、予備成形部品３０が冷却ゾーン１１２に向かって徐々に前進している状態で、金型１１０の各温度ゾーンに対応して繰り返される。
【００４９】
冷却ゾーン１１２では、成形かつ造形後の部品３０の温度は、これらのプライ８８のマトリクス樹脂の自由流動温度以下の温度にすることにより、溶融部品３０または圧密部品３０を硬化させて部品の最終的な加圧形状とすることができる。次に、完全に成形され、圧密化された部品３０は、圧密化構造１０２から出て行き、この場合、これらの治具部材９４は、参照番号１２０の位置で回収することができる。
【００５０】
ＣＣＭ装置８０および関連する連続圧縮成形法についての更なる詳細は、１９９３年９月３０日に発行された独国特許出願公開第４０１７９７８号明細書に記載されており、この独国特許出願の内容は、本明細書において参照することにより本明細書に組み込まれる。しかしながら、これらには限定されないが、引き抜き成形、またはロール成形を含む当分野の当業者には公知の他の成形法が、本開示から具体的に想到される。
【００５１】
ＣＣＭ装置８０の構成によって異なるが、部品がＣＣＭ装置８０から出て行って、部品をこれらの取付部品４０と一体に結合させる作業を開始する状態になった後に、部品３０を部品３０の溶融温度に、または溶融温度に近い温度に再加熱する必要がある。１つの実施形態では、部品３０が圧密化された後、部品は冷却ゾーン１１２で冷却されなくてもよく、この場合、部品は、ＣＣＭ装置８０から、部品の溶融温度で、または溶融温度に近い温度で出て行くことができる。しかしながら、別の実施形態では、熱７５（図１４）を部品３０に、部品がＣＣＭ装置８０から出て行った後に加えて部品３０を、部品の溶融温度に、部品が冷却ゾーン１１２で冷却された後に、再加熱することができる。
【００５２】
図１４および図１６〜図１８を参照するに、部品３０がＣＣＭ装置８０から出て行くと、１つ以上の圧縮成形金型８２を部品３０の上部に、かつこれらの取付部品４０が成形される予定の部品３０の所望の複数領域９５に配置する。これらの部品用領域９５を必要に応じて、部品３０の熱可塑性樹脂の溶融温度に、または溶融温度に近い温度に加熱する。これらの圧縮成形金型８２は、金型内部空隙部８４を有し、これらの金型内部空隙部８４は、これらの取付部品４０の形状にほぼ一致する。これらの圧縮成形金型８２の各圧縮成形金型の底部は、開放され、成形直後の部品３０の形状に忠実に追従し、成形直後の部品３０は、図示の例では、上側溝３６（図１６）を含む。これらの図面には図示されていないが、これらの金型８２の各金型は、一体型加熱冷却部を有することにより、金型８２の温度を制御することができる。
【００５３】
繊維強化熱可塑性フレークの充填剤５６を収容する圧縮シリンダ５０は、金型８２の上部に配置される。充填剤５６中の熱可塑性樹脂は、樹脂の溶融温度に加熱されて、流動性熱可塑性樹脂および強化繊維の混合物が得られる。ラム５４は、ピストン５２を下方５８に変位させて、溶融充填剤５６を、入口開口部６８を通って金型８２内に押し込むことにより、これらの取付部品４０を圧縮成形する。図１６および１７から最も良く分かるように、溶融充填剤５６は、これらの取付部品４０が成形される予定の箇所にある部品３０の上側溝３６に流れ込み、上側溝３６を充填する。この圧縮成形法が行われているときに、充填剤５６の熱可塑性樹脂は、部品３０中の軟化熱可塑性樹脂または溶融熱可塑性樹脂に溶融して融合することにより、これらの取付部品４０を部品３０と一体に結合するか、または溶着する。
【００５４】
次に、図１９に注目するに、この図は、一体型取付部品４０を有する繊維強化熱可塑性部品３０を成形する方法のステップを広範に示している。ステップ１２２では、任意のインサート４６を金型アセンブリ４８内の金型空隙部６５内に配置することができ、ステップ１２４では、熱可塑性プリプレグフレーク５７の充填剤５６を圧縮シリンダ５０内に収容する。ステップ１２６では、熱可塑性プリプレグフレーク５７中の樹脂を圧縮シリンダ５０内で溶融させる。ステップ１２８では、金型アセンブリ４８および圧縮シリンダ５０を互いに対して移動させる。ステップ１３０では、金型アセンブリ４８および圧縮シリンダ５０が互いに対して移動するときに、圧縮シリンダ５０を使用して、溶融プリプレグフレーク５７を圧縮成形して、一体型取付部品４０を有する部品３０とする。
【００５５】
次に、図２０は、一体型繊維強化熱可塑性取付部品４０を有する繊維強化熱可塑性部品３０を備える繊維強化熱可塑性支持構造２５を成形する別の実施形態を示している。概略的に言うと、連続繊維で強化される熱可塑性部品３０はステップ１３２で形成され、ステップ１３４では、取付部品４０が部品３０上で圧縮成形される。熱可塑性部品３０の形成は、ステップ１３６から始まり、ステップ１３６では、複数枚のプライで構成される熱可塑性複合材積層体を、例えば一連のプライ８８を結束することにより形成する。ステップ１３８では、熱可塑性複合材積層体を、部品３０の種々の形状を成形するように適合させた治具９４のセットに組み付ける。ステップ１４０では、熱可塑性複合材積層体を、積層体および治具の組付体を、連続圧縮成形装置８０を通って連続的に移動させることにより圧密化して部品３０とする。別の構成として、積層体および治具の組付体は、連続成形装置を通って脈動状に、または段階的に移動させることができる。部品３０は連続圧縮成形装置８０からほぼ連続的に出て行く。
【００５６】
取付部品４０の製造は、ステップ１４２から始まり、ステップ１４２では、熱可塑性プリプレグフレーク５７の充填剤５６を圧縮シリンダ５０内に流し込む。ステップ１４４では、圧縮シリンダ５０を、金型８２のような適切な治具とともに部品３０上に、部品３０が連続圧縮成形装置８０から連続的に、または段階的に出て行くときに配置する。ステップ１４６では、プリプレグフレーク５７を加熱して、プリプレグフレーク５７中の樹脂を溶融させる。ステップ１４８では、圧縮シリンダ５０を使用して、溶融プリプレグフレークを圧縮成形して、移動中の部品３０上の取付部品４０とすることにより、取付部品４０が部品３０と一体に結合する。圧縮シリンダ５０によって行われる圧縮成形は、連続圧縮成形装置８０を通過する部品３０の移動と連動して、または同期して行われる。更に、図１４に示す実施形態の場合、これらの取付部品４０を圧縮成形するために使用される金型８２または他の治具は部品３０上に、部品３０が連続圧縮成形装置８０から出て行くときに配置される。
【００５７】
本開示の実施形態は、多種多様な潜在的用途に応用することができ、特に例えば航空宇宙用途、船舶用途、自動車用途、および取付部品を有する複合材製細長部品を使用することができる他の用途を含む輸送産業に応用することができる。従って、次に、図２１および２２を参照するに、本開示の実施形態は、図２１に示す航空機の製造および保守点検方法１５０、および２２に示す航空機１５２に関連して使用することができる。本開示の実施形態の航空機用途は、例えばこれらには限定されないが、構成要素の取り付け先である取付部品を有するハンガーおよび支持体のような複合材製細長部品を含むことができる。
【００５８】
製造前段階では、例示的な方法１５０において、航空機１５２の仕様および設計１５４、および材料調達１５６を行うことができる。製造段階では、航空機１５２の構成要素および部分組立品の製造１５８、およびシステム統合１６０が行われる。本開示の方法１５０を用いて、製造段階１５８で製造され、製造段階１６０で一体化される構成要素および部分組立品を取り付ける、または支持する軽量部品を製造することができる。その後、航空機１５２は、認証および搬送１６２を経て、就航１６４されることになる。顧客が供用している間、航空機１５２は、日常的な整備および保守点検１６６が行われるようにスケジューリングされ、この整備および保守点検１６６は、改修、再構成、改装などを含むこともできる。整備および保守点検１６６が行われている間、一体型取付部品を有する本開示の軽量複合材部品を使用して、既存の部品に置き換えることができる、かつ／または更に別の構成要素を航空機１５２に取り付けることができる。
【００５９】
方法１５０のプロセスの各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ、および／またはオペレータ（例えば、顧客）によって行うことができるか、または実行することができる。この説明を進めるために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、任意の数の航空機製造業者、および大手システムサブコントラクタを挙げることができ、サードパーティとして、これらには限定されないが、任意の数のベンダー、サブコントラクタ、およびサプライヤーを挙げることができ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、整備機関などとすることができる。
【００６０】
図２２に示すように、例示的な方法１５０により製造される航空機１５２は、複数のシステム１７０を搭載した機体１６８と、機内１７２と、を含むことができる。機内１７２の内部では、本開示の方法１５０を用いて、例えばこれに限定されないが、頭上のエアダクトのような１つ以上の構成要素１７８を支持する、取り付ける、または安定させるように適合させた取付部品１７６を有するハンガー１７４のような部品を製造することができる。本開示の方法１５０を用いて、機体１６８に使用される部品を製造することもできる。高位システム１７０の例として、推進システム１８０、電気システム１８２、油圧システム１８４、および環境システム１８６のうちの１つ以上を挙げることができる。任意の数の他のシステムを含めてもよい。航空宇宙用の例を示しているが、本開示の原理は、船舶産業および自動車産業のような他の産業に適用することができる。
【００６１】
本明細書において具体化される装置および方法は、航空機の製造および保守点検方法１５０の種々の段階のうちの任意の１つ以上の段階において用いることができる。例えば、製造プロセス１５８に対応する構成要素または部分組立品は、航空機１５２の就航中に製造される構成要素または部分組立品と同様の方法で組み立てる、または製造することができる。更に、１つ以上の装置実施形態、方法実施形態、またはこれらの実施形態の組み合わせは、製造段階１５８および１６０において、例えば航空機１２０の組み立てを大幅に促進することにより、または航空機１２０のコストを大幅に低減することにより利用することができる。同様に、装置実施形態、方法実施形態、またはこれらの実施形態の組み合わせのうちの１つ以上の実施形態は、航空機１２０を供用している間に利用することができ、例えばこれに限定されないが、航空機に、整備および保守点検１６６が施されている間に利用することができる。
【００６２】
本明細書において使用されるように、列挙されるアイテムに付属して使用される場合の「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ（〜のうちの少なくとも１つの）」というフレーズは、列挙されるアイテムのうちの１つ以上のアイテムの異なる組み合わせを使用することができ、かつ列挙される各アイテムの１つだけで済ませることを意味する。例えば、「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  ｉｔｅｍ  Ａ，  ｉｔｅｍ  Ｂ，  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ（アイテムＡ、アイテムＢ、およびアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、これらには限定されないが、「ｉｔｅｍ  Ａ（アイテムＡ）」、「ｉｔｅｍ  Ａ  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｂ（アイテムＡおよびアイテムＢ）」、または「ｉｔｅｍ  Ｂ（アイテムＢ）」を含むことができる。この例はまた、「ｉｔｅｍ  Ａ，  ｉｔｅｍ  Ｂ，  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ（アイテムＡ、アイテムＢ、およびアイテムＣ）」、または「ｉｔｅｍ  Ｂ  ａｎｄ  ｉｔｅｍ  Ｃ（アイテムＢおよびアイテムＣ）」を含むことができる。アイテムとは、特定のオブジェクト、物、またはカテゴリーとすることができる。別の表現をすると、ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆとは、任意の組み合わせアイテムを指し、多数のアイテムを列挙アイテムの中から使用することができるが、列挙アイテムの全てが必要である訳ではない。
【００６３】
異なる例示的な実施形態についての記載は、例示および説明を目的として提供されているものであり、網羅的にしようとしているのではない、または開示される構成の実施形態に限定されるものではない。多くの変形および変更が可能であることは、当分野の当業者には明らかであろう。更に、異なる例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる利点を提供することができる。選択される実施形態または実施形態は、これらの実施形態の原理、実際の用途を最も分かり易く説明するために、当分野の他の当業者が、想定される特定の使用に適合するように種々の変更が為される種々の実施形態に関する開示を理解することができるように選択され、記載されている。
【符号の説明】
【００６４】
２５  支持構造、部品用複合材支持構造、一体化複合材支持構造、熱可塑性複合材支持構造、繊維強化熱可塑性支持構造
３０  部品、熱可塑性複合材部品、一体型熱可塑性複合材積層体部品、予備成形部品
３２  フランジ、脚部
３４  ウェブ
３５  長手方向軸線
３６  上側溝
３８  下側溝
４０  一体型繊維強化熱可塑性取付部品、一体型取付部品、一体型熱可塑性複合材取付部品
４２  先細状本体
４４  貫通孔
４６  インサート
４８  金型アセンブリ
５０，５０ａ，５０ｂ  圧縮シリンダ
５２  ピストン
５４  ラム
５５  装置
５６  充填剤
５７  繊維強化樹脂フレーク、プリプレグフレーク、繊維強化樹脂フレーク
５８  変位
５９  長繊維、不連続繊維、強化繊維、ランダム配向繊維、一方向配向繊維
６０  下型
６２  上型
６２ａ  マンドレル
６４  上型空隙部、金型空隙部
６５  下型空隙部、金型空隙部
６６  移動
６８  入口開口部
６８ａ  長手方向離間貫通孔
６８ｂ  細長開口部
７０  型締め具
７２  容器
７３  内部流路
７４  供給、フレーク
７５  熱
７６  オフライン
７７  充填
８０  連続圧縮成形（ＣＣＭ）装置
８２  圧縮成形金型、金型
８３  一方向配向連続繊維
８４  金型内部空隙部
８８  繊維強化熱可塑性材料プライ、プライ
９４  治具、治具部材
９５  部品の複数領域、部品用領域
９６  予備成形ゾーン
１０２  圧密化構造
１０４  加熱ゾーン
１０６  加圧ゾーン
１０８  圧密化ゾーン
１１０  金型、標準化金型
１１２  冷却ゾーン
１１６  脈動構造
１２０  航空機
１２２，１２４，１２６，１２８，１３０，１３２，１３４，１３６，１３８，１４０，１４２，１４４，１４６，１４８  ステップ
１５０  航空機の製造および保守点検方法
１５２  航空機
１５４  仕様および設計
１５６  材料調達
１５８  構成要素および部分組立品の製造、製造段階、製造プロセス
１６０  システム統合、製造段階
１６２  認証および搬送
１６４  就航中
１６６  整備および保守点検
１６８  機体
１７０  システム
１７２  機内
１７４  ハンガー
１７６  取付部品
１７８  構成要素
１８０  推進システム
１８２  電気システム
１８４  油圧システム
１８６  環境システム
【図１】
2015107642.tif 000003
【図２】
2015107642.tif 000004
【図３】
2015107642.tif 000005
【図４】
2015107642.tif 000006
【図５】
2015107642.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015107642.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015107642.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2015107642.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2015107642.tif 000015
【図１４】
2015107642.tif 000016
【図１５】
2015107642.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2015107642.tif 000019
【図１８】
2015107642.tif 000020
【図１９】
2015107642.tif 000021
【図２０】
2015107642.tif 000022
【図２１】
2015107642.tif 000023
【図２２】
2015107642.tif 000024
【外国語明細書】
2015107642000001.pdf