(57)【要約】      （修正有）【課題】複合部材を製造するためのシステム、特に複合部材を連続的に製造するためのシステムを提供する。【解決手段】１つ以上の強化材料の層ｓｎを材料供給所２から処理経路４に沿って供給する供給装置５と、処理経路４に沿って供給された該強化材料に樹脂Ｒを付与することにより樹脂マトリクスを提供する樹脂付与装置８と、強化材料が前記処理経路４に沿って供給される際に、該強化材料及び該樹脂マトリクスの形状を成形または成型することにより複合部材Ｃを形成するように構成される形成装置１２とを含む複合部材Ｃを製造するシステム１。【選択図】図１
2015096331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合部材（Ｃ）を製造するためのシステム（１）、特に複合部材を連続的に製造するためのシステム（１）であって、
１つ以上の強化材料の層（ｓｎ）を材料供給所（２）から処理経路（４）に沿って供給する供給装置（５）と、
前記処理経路（４）に沿って供給された前記強化材料に樹脂（Ｒ）を付与することにより樹脂マトリクスを提供する樹脂付与装置（８）と、
前記強化材料が前記処理経路（４）に沿って供給される際に、前記強化材料及び前記樹脂マトリクスの形状を成形または成型することにより前記複合部材（Ｃ）を形成するように構成される形成装置（１２）とを備える、システム（１）。
【請求項２】
前記樹脂付与装置（８）が、強化材料を浸透させる樹脂マトリクスを提供するように構成されており、
前記形成装置（１２）が、該樹脂マトリクスを形成及び少なくとも部分的に硬化して、前記複合部材（Ｃ）を生産する、請求項１に記載のシステム（１）。
【請求項３】
前記供給装置（５）が、１つ以上の前記強化材料の層（ｓｎ）を、前記処理経路（４）に沿った長手方向に伸長した条片またはシートとして供給するように構成され、
前記形成装置（１２）が、前記複合部材（Ｃ）の前記長手方向を横断する断面輪郭を成形または成型するように構成され、
前記形成装置（１２）が、好ましくは、前記部材（Ｃ）の断面輪郭がその中または上に成形または成型されている少なくとも１つの型枠または金型（２４）をその外周面に有する回転フレーム（１３）を含んでいる、請求項１または２に記載のシステム（１）。
【請求項４】
前記樹脂付与装置（５）が、前記強化材料に前記樹脂（Ｒ）を液体状態で付与するように構成されており、
前記樹脂（Ｒ）が、好ましくはノズルを介して前記強化材料に接触して注入される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項５】
強化材料が前記処理経路（４）に沿って供給または搬送される際に、前記強化材料の少なくとも一方の側面を被覆するようにフィルム層またはホイル層（ｆ）を付与する被覆層付与器（１０）をさらに備えており、
好ましくは、前記強化材料及び前記樹脂マトリクス（Ｒ）は、２つのフィルム層（ｆ１，ｆ２）の間に、それらに被覆されて支持されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項６】
前記樹脂付与装置（５）が、前記形成装置（１２）またはその付近において、前記樹脂（Ｒ）を付与するように構成されており、
前記樹脂（Ｒ）が、好ましくは前記強化材料が前記形成装置（１２）に接触するポイントのすぐ上流に付与され、好ましくは、少なくとも１つのフィルムまたはホイル（ｆ）上のポイント、より好ましくは２つのフィルム層（ｆ１，ｆ２）の間のポイントのすぐ上流に付与される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項７】
前記樹脂付与装置（５）が、前記形成装置（１２）のすぐ上流において、前記樹脂（Ｒ）を前記強化材料に付与するように構成されており、
前記樹脂が、望ましくは前記強化材料の層（ｓｎ）の間に、好ましくは液体として、または冷えた樹脂のシートもしくは条片もしくはフィルムのような固体もしくは半固体樹脂層として付与される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項８】
前記回転フレーム（１３）が、その周縁に配される複数の型枠または金型（Ｍ）を備えており、
前記複数の型枠または金型（Ｍ）が、前記回転フレーム（１３）から別々に取り外される位請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項９】
前記樹脂（Ｒ）を１つ以上の前記強化材料の層（ｓｎ）の中またはそれを通して浸透させることによって前記複合部材（Ｃ）の前記樹脂マトリクスを生産する圧力付与メカニズムをさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム（１）。
【請求項１０】
複合部材の製造方法、特に航空機または宇宙機のための複合部材（Ｃ）を連続的に製造する方法であって、
１つ以上の強化材料の層を材料供給所（２）から処理経路（４）に沿って供給する工程と、
前記処理経路（４）に沿って供給または搬送された前記強化材料にポリマー樹脂（Ｒ）を浸透させて、樹脂マトリクスを提供する浸透工程と、
前記強化材料が前記処理経路（４）に沿って供給または搬送される際に、前記強化材料及びそれに前記樹脂マトリクスの形状を形成または成形することにより前記複合部材（Ｃ）を形成する形成または成形工程とを備える、製造方法。
【請求項１１】
前記樹脂マトリクス（Ｒ）を少なくとも部分的に硬化、望ましくは完全に硬化することにより、前記複合部材（Ｃ）を製造する硬化工程をさらに備えており、
前記硬化工程が、前記形成または成形工程の間に及び／または直後に実施される、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記浸透工程が、前記ポリマー樹脂（Ｒ）を前記強化材料内へと含浸またはプレスすることを含む、請求項１０または１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記処理経路（４）に沿って供給された前記強化材料に対し、一組のフィルム層またはホイル層（ｆ１，ｆ２）の間に前記ポリマー樹脂（Ｒ）を付与する工程と、
前記一組のフィルム層またはホイル層（ｆ１，ｆ２）の間の空間に真空を付与することにより、前記ポリマー樹脂（Ｒ）を前記強化材料内へとプレスする工程とを含む、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記形成または成形工程が、前記強化材料と前記樹脂マトリクス（Ｒ）との層を、好ましくは膨張性圧力部材または真空アシスト圧力付与または少なくとも１つのローラ部材のうち１つ以上により、型枠または金型（Ｍ）内に押圧することを含む、請求項１０または１１に記載の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか１つに従う方法により製造される複合部材（Ｃ）、特に繊維強化ポリマー部材、特に航空機または宇宙機のための構造部材であって、
前記ポリマー樹脂が熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である、複合部材（Ｃ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合部材を製造するためのシステム及び方法に関し、特に、繊維強化複合部材を自動的及び／または連続的に製造するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機及び航空機部材の生産に用いられる現在の製造技術は、可変形態及び／または可変積層構造を有する繊維強化複合部材の大量生産のためのシステムまたは方法を提供しない。その結果、このような部材を製造するために必要な手動労力は重要であり、このことは当然ながら相当なコストにも繋がる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ここ最近の開発である同時係属中の欧州特許出願番号ＥＰ１３１６８５０４．２の主題は、複合構成部品の後続の封入のための材料を補強するための連続的な予備成形システム及び予備成形方法を提供している。ＥＰ１３１６８５０４．２の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本発明は、この概念をさらに発展させることを目指している。すなわち、本発明の目的は、繊維強化複合部材、特に航空機産業または宇宙機産業用の繊維強化複合部材を製造するための新規な改良システム及び方法を提供することである。この点において、本発明のシステム及び方法は、望ましくは、完全に自動化され得ると共に、連続運転のために構成され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、請求項１に記載された特徴を有する複合部材を製造するための新規なシステム、及び請求項１０に記載された工程を備える複合部材の新規な製造方法が提供される。好ましい特徴は、従属請求項において述べられる。
【０００５】
したがって、一態様によれば、本発明は、複合部材を製造するためのシステム、特に複合部材を連続的に製造するためのシステムを提供する。該システムは、以下を含む。
１つ以上の強化材料の層を材料供給所から処理経路に沿って供給する供給装置、
該処理経路に沿って供給された該強化材料に樹脂を付与することにより樹脂マトリクスを提供する樹脂付与装置、及び、
該強化材料が該処理経路に沿って供給される際に、該強化材料及びそれらに付与された該樹脂を成形または成型することにより該複合部材を形成するように構成される形成装置。
【０００６】
上記供給装置が上記材料供給所から１つ以上の強化材料層を供給し得るため、本発明の上記システムは、様々な部材構成に改変させられ得る。すなわち、上記複合部材の製造における柔軟性のために、複数の層及び各該強化材料層の組成物が選択され得る。また、１つまたは複数の強化材料層及びそれらに付与された上記樹脂が上記処理経路に沿って供給または搬送される際にそれらが成形または成型されることにより、連続的な製造処理が提供されると同時に、これにより大量生産が可能となる。換言すれば、本発明の本発明の該システムはより高水準の生産性をもたらす。重要なことには、該自動化された該システムの性質はまた、該強化材料及び該樹脂の一貫した取扱い及び処理をもたらし、該複合部材の繰り返し可能な生産品質だけでなく、コスト軽減にもつながる。
【０００７】
特に好ましい実施形態では、該樹脂付与装置は、該強化材料を浸透させる樹脂マトリクスを提供するように構成される。好ましくは、該形成装置は、該強化材料及び該樹脂マトリクスを成形するだけでなく、該樹脂マトリクスを少なくとも部分的に硬化（cure）して該複合部材を生産するように構成される。この点において、該形成装置は、該樹脂マトリクスを加熱及び少なくとも部分的に硬化するための１つ以上の加熱器を含んでいてもよい。該１つ以上の加熱器は、熱風加熱、誘導加熱及び赤外線（ＩＲ）加熱などの任意の数の異なる熱源を含んでいてもよい。該加熱は、該樹脂の硬化（hardening）を活性化させることにより、上記部材の硬化（curing）を促進してもよい。該硬化は、該形成装置で完全に遂行されてもよく、代わりに、該複合部材は、該形成装置において部分的に硬化された後、硬化ステーションに移送されて硬化処理を完成させてもよい。
【０００８】
特に好ましい実施形態では、上記供給装置は、強化材料の伸張体を、上記処理経路に沿った長手方向に伸長した条片またはシート、好ましくは連続した条片またはシートとして供給するように構成される。この点において、上記材料供給所は、好ましくは、該強化材料のスプール、ロールまたはリールの少なくとも１つを備え、その際に、強化材料は、ほぼ連続した伸張体の１つ以上の層として（例えば、合成ウェブまたは条片またはシートとして）、該材料供給所から引き出される。
【０００９】
好ましい実施形態では、上記強化材は、繊維強化複合部材のための強化繊維の織物の形状である。例えば、該織物材料は、様々な異なる種類の強化繊維の任意の１つ以上による、繊維配列または織布もしくは不織布のような織布を備えていてもよい。該強化繊維は、限定されないが、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維及びそれに類するものを含む。該繊維は好ましくは乾燥しているが、上記部材の製造の際における上記層間の接着及び／または成形を補助するため、樹脂またはポリマー被膜を含んでいてもよい。該樹脂材料は、通常、熱可塑性または熱硬化性ポリマー樹脂のようなポリマーであり、例としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂及びそれに類するものを含む。該強化材料は、通常、連続した条片またはシート材料の複数の層を含んでいてもよく、それらの条片またはシート材料は対応する複数のスプール、ロールまたはリールから引き出されてもよい。個々の該強化材料層は、製造される該複合部材に必要な特定のパラメータに応じて、例えば配置及び／または物質についてほぼ同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。
【００１０】
好ましい実施形態では、上記供給装置は、１つ以上の上記強化材料層を上記材料供給所から引っ張り、上記処理経路に沿って（１つまたは複数の）該層を供給または搬送するための少なくとも１対の従動ローラを備える。そのため、該従動ローラは、連続した条片またはシートを、該材料供給所のスプール、ロールまたはリールのそれぞれから引き出してもよく、これらの条片またはシートは、該強化材料層として互いに重ねられて、該処理経路に沿って搬送される。このようにして、同じ従動ローラは、全ての強化材料層を共に引き出して、続いて該処理経路に沿って供給または搬送される合成伸張体または織物ウェブを形成してもよい。
【００１１】
特に好ましい実施形態では、上記供給装置は、上記強化材料を、上記処理経路に沿った長手方向に伸長した条片またはシート、好ましくは連続した条片またはシートとして供給するように構成される。この点において、上記形成装置は、望ましくは上記複合部材の断面輪郭、すなわち、該処理経路に沿って進む方向を横断する面または該条片またはシートの上記長手方向を横断する面における断面輪郭を成形または成型するように構成される。したがって、製造された該複合部材は、好ましくは、既定の断面輪郭を伴って伸長しており、小骨または縦通材のような構造部品の典型として、航空機または宇宙機の胴体または機体に用いられる。
【００１２】
特に好ましい実施形態では、上記システムは、強化材料が上記処理経路に沿って供給または搬送される際に、該強化材料の少なくとも一方の側面を被覆するようにフィルム層またはホイル層を付与する被覆層付与器を備える。その際、フィルム層またはホイル層は、形成後における該複合部材のための裏打ちまたは除去層として作用する。したがって、実質的に連続したフィルムまたはホイルは、それが該処理経路に沿って進む際に該強化材料の側面をほぼ被覆するため、該被覆層付与器により導入されてもよい。実際には、そのようなフィルムまたはホイルは強化材料の伸張体の両面に導入されてもよい。該フィルムまたはホイルのそれぞれは、該強化材料に付与される該樹脂を制限するのに有用あってもよく、該強化材料の該繊維内への及びそれを通しての該樹脂マトリクスの含浸を補助してもよい。上述のように、各フィルムまたはホイルはまた、例えば上記硬化処理が完成された後における、該複合部材の該形成装置から除去を補助してもよい。該供給装置は、好ましくは、少なくとも１つの該フィルム層またはホイル層に支持された該強化材料を搬送または供給するように構成されてもよく、その後、該フィルム層またはホイル層は裏打ちフィルムまたは除去フィルムとして作用する。好ましくは、強化材料の伸張体及び該樹脂マトリクスは、２つのフィルム層の間に支持され、該処理経路に沿って共に全て供給または搬送される。
【００１３】
特に好ましい実施形態では、上記樹脂付与装置は、上記ポリマー樹脂を液体として上記強化材料の伸張体に付与するように構成される。この点において、該樹脂は、（例えばノズルを介して）該強化材料に接触して浸透または直接注入されてもよい。代わりに、該樹脂は、例えば引抜成形処理に、樹脂バスを通して（例えば、該バス中での含浸により）該強化材料を供給するまたは引き入れることにより、該バス中で利用可能になると共に該強化材料に接触してもよい。樹脂付与装置はまた、該樹脂を、（例えば、加熱及び／または圧力により）該強化材料内にまたは該強化材料を通して浸透または含浸させて樹脂マトリクスを提供するために、（例えば、液体として、及び／または、１つ以上の固体層または半固体層として）該強化材料の層の間に付与または導入するように構成されてもよい。上述のように、該強化材料の伸張体は、好ましくは、裏打ちフィルムまたは除去フィルムとして作用してもよいフィルムまたはホイルの少なくとも１つに支持される。より詳細には、それに付与された該強化材料及び該ポリマー樹脂の両方が、２つのフィルムまたはホイル（例えば、除去フィルム）の間に支持されてもよく、このことは、該樹脂マトリクスを含有すること、該強化繊維の浸透または含浸を促進すること、及び、形成後における上記部材の上記金型からの分離または除去を可能とすることに対して有用である。
【００１４】
特に好ましい実施形態では、上記樹脂付与装置は、上記樹脂を上記強化材料の上記繊維内へと浸透させるように構成される。このために、該樹脂付与装置は、該強化材料に付与された該樹脂を加圧するように構成されてもよい。例えば、そのような圧力は、液体樹脂を該樹脂材料に接触させて導入する間に付与されてもよい。別の例では、圧力は、該強化材料及び樹脂マトリクスの該表面と接触しているローラまたは圧力部材により付与されてもよい。さらなる例では、圧力は、真空により付与されてもよく、それによって、該強化材料への該樹脂の浸透または含浸が、その際大気圧によって促進される。この点において、真空は、該強化材料及び樹脂マトリクスをそれらの間に支持するまたは挟み込むフィルム層の間に付与され得る、並びに／または、真空は、そのようなフィルムもしくはホイル層と金型もしくは該形成装置の型枠との間に付与され得る。
【００１５】
特に好ましい実施形態では、上記樹脂付与装置が、前記形成装置またはその付近において、１つ以上の上記強化材料層に樹脂を付与するように構成される。例えば、該樹脂は、該強化材料が該形成装置に入るまたは接触するポイントのすぐ上流に付与されてもよい。この点において、該樹脂は、該強化材料が該形成装置に入る際に、フィルムまたはホイル上に付与された後、前記部材のための裏打ちフィルムまたは除去フィルムを形成してもよい。代わりに、または加えて、該樹脂付与装置は、該形成装置の該処理経路上流を移動する該強化材料の伸張体に樹脂を付与するように構成されてもよい。好ましい形態では、該処理経路に沿って供給または搬送される際に該強化材料の側面の少なくとも一方にフィルム層またはホイル層を付与するための上述の被覆層付与器は、該付与器が該強化材料を通した上記樹脂マトリクスの浸透に寄与または該浸透を補助できるような、該樹脂付与装置の一部を備えていてもよい。
【００１６】
本発明の特に好ましい実施形態では、上記形成装置は、上記複合部材の断面輪郭がその中または上に成形または成型されている少なくとも１つの型枠または金型をその外周面に有する回転フレームを含んでいる。該回転フレームは、その周縁に配された複数の型枠または金型を備えていてもよく、好ましくは別々に該回転フレームから取り外し可能である。該回転フレーム上における型枠または金型の形状は、単純な平面形状（すなわち、リング形状部材を形成するための形状）から、逆Ｖ字輪郭、Ｌ字輪郭、Ω字輪郭、Ｚ字輪郭及びさらに多くのより複雑な形状にまで変更可能である。したがって、該回転フレームの周縁は、該フレームの外周または円周上における該型枠または金型の接線速度が上記強化材料の伸張体が上記供給装置により上記処理経路に沿って供給されるまたは移動する速度にほぼ相当するための速度で回転するように構成された該回転フレームを伴って、該処理経路上に配されてもよい。それぞれの型枠または金型において、部材が所望の段階まで最終処理または完成すると、その部材は該回転フレームから除去されてもよい。このようにして、該複合部材は、それがまだ該型枠または金型内にある間に、該回転フレームから除去されてもよい。すなわち、該型枠または金型自身が、その中の完成部材と共に該フレームから除去されるまたは取り外される。そうするために、該システム内にまだ供給されている強化材料及び樹脂マトリクスの繋がった範囲から該複合部材を分割または切断するために、切断ユニットが設けられてもよい。しかしながら、代わりとして、該回転フレームが該金型から連続的に（例えば、螺旋状に）「こぼれる」「終わりのない」部材を効果的に提供するために回転している際において、繋がった基盤上に形成された複合部材は、該金型から部分的にまたは完全に硬化した後に、累進的及び／または連続的に離型または除去されてもよく、その後に所望の長さに切断される。
【００１７】
特に好ましい実施形態では、上記形成装置は、上記強化材料が上記処理経路に沿って供給または搬送される際に上記複合部材の断面輪郭を累進的に成形または成型するための少なくとも１つの形成ステーション、好ましくは該処理経路に沿って直列に配された複数の形成ステーションを有している。一連の形成ステーションにおいてまたは一連の工程にわたって成形または成型処理が実行することにより、該成形または成型が累進的に遂行され、これらのステーションの１つ以上を改変させることによって、該処理は変化させるための柔軟性を有する。したがって、本実施形態では、複数の形成ステーションが、上記回転フレームの周縁またはその周りに直列に配されてもよい。該形成装置及び／またはその形成ステーションのそれぞれは、通常、上記部材が形成または成形される際に、それぞれの金型内に該強化材料及び該樹脂マトリクスを加圧して押し込むように作用する。
【００１８】
例えば、該形成装置及び／または形成ステーションのそれぞれは、該樹脂が浸透した強化材料に転がり係合するように構成された１つ以上のローラ（例えば、ピンチローラ）を含んでいてもよい。したがって、該ローラは、該回転フレームが輪転する際に、該樹脂が含浸された繊維を該金型内へと加圧するように、すなわち、ＥＰ１３１６８５０４．２に記載された方法に相当する方法により動作してもよい。代わりに、該強化材料及び該樹脂マトリクスをそれぞれの金型内へと加圧するために、該形成ステーションに真空を付与してもよい。この点において、各金型の内部領域または裏板（liner）は、圧力を加えるための有効な選択肢として、熱膨張性ゴムのような柔軟な材料から形成されてもよい。該金型は、望ましくは、形成または成形処理の間及び／または後に該樹脂マトリクスを硬化するための統合加熱システムもまた有する。柔軟な（例えば、ゴムタイプの）金型裏板は、（例えば、硬化後において）該複合部材の離型または除去を容易にしてもよい。
【００１９】
該強化材料及び樹脂マトリクスをそれぞれの金型内へと加圧するための別の技術は、外側裏打ちまたは除去フィルムを該回転フレームの回転方向の反対側に引っ張るまたは牽引することを含む。さらなる技術は、（例えば、ブラダー（bladder）またはチューブのような膨張可能な加圧部材を介して）静水圧を金型キャビティ内に付与することを包含してもよい。例えば、フラットチェーンベルトが金型キャビティをその中に伸びる膨張性チューブにより閉じてもよく、その際には、該チューブが膨張して該金型内に保持された該樹脂マトリクス及び該強化材料に圧力を付与する。別の例では、硬質または柔軟な工具セグメントが真空ホイル上に設置されてもよく、その際に真空を用いて圧力が付与される。該形成処理は、該ポリマー樹脂に完全には浸透または含浸されていない強化繊維材料から生じる部材の弱い点を避けるように注意して実行または遂行する必要がある。
【００２０】
好ましい実施形態では、上記システムは、金型または型枠を備えた予備形成ステーションを上記処理経路内にさらに含んでいてもよい。上記伸張体または繊維強化材料のウェブの断面輪郭は、該材料が上記形成装置に到達する前に、上記金型または型枠内またはその上において予備的な成形または成型を受けてもよい。
【００２１】
本発明の特に好ましい実施形態では、上記システムは、個別的または非連続的な強化材料部品を、上記処理経路に沿って供給される１つ以上の層の上または間に敷設または挿入するための敷設装置をさらに備えていてもよい。したがって、該敷設装置は、部材の要求に応じて、個別的または局在化した強化材料部品または部分を、特定の重要な位置に加えるために使用されてもよい。このために、該敷設装置は、個別的または非連続的な該部品を拾い上げ、移送し、１つ以上の層の上または間に敷設または挿入するための移送ヘッドを備えていてもよい。したがって、望ましくは、該システムはまた、該処理経路に沿って供給される際に、１つ以上の該強化材料層及び／またはそれらに敷設または挿入された個別的または非連続的な該部品を共に併合または圧縮または加圧するための併合装置を含んでいてもよい。この目的のため、該併合装置はローラを含んでいてもよく、該ローラの間には、該層及び／または個別的な該強化材料部品が併合または圧縮される。
【００２２】
別の態様によれば、本発明は、複合部材の製造方法、特に航空機または宇宙機のための複合部材を連続的に製造する方法を提供する。該方法は、以下の工程を備える。
複合部材、特に航空機または宇宙機のための複合部材の製造方法であって、
１つ以上の強化材料の層を材料供給所から処理経路に沿って供給または搬送する工程、
該処理経路に沿って供給された該強化材料にポリマー樹脂を浸透させて、樹脂マトリクスを提供する浸透工程、及び、
該強化材料が該処理経路に沿って供給される際に、該強化材料及び該樹脂マトリクスの形状を形成または成形することにより該複合部材を形成する形成または成形工程。
【００２３】
好ましい実施形態では、上記方法の浸透工程が、上記ポリマー樹脂を上記強化材料内に含浸または加圧することを備えていてもよい。この目的で、該含浸または加圧に影響を及ぼすために、真空誘導性圧力（例えば大気圧）により該ポリマー樹脂が付与されてもよい。この点において、例えば、該方法は以下の工程を含んでいてもよい。
２つのフィルム層またはホイル層の間において、該処理経路に沿って供給された該強化材料にポリマー樹脂を付与する工程、及び、
該２つのフィルム層またはホイル層の間の空間に真空を付与することにより、該ポリマー樹脂を該強化材料内へとプレスする工程。
【００２４】
好ましい実施形態では、上記方法の形成または成形工程が、（１つまたは複数の）上記強化材料層が上記処理経路に沿って供給される際に、該強化材料及びそれに付与される上記樹脂マトリクスを金型または型枠内に押圧及び／または加圧することを含む。このために、該強化材料及び該樹脂マトリクスを該金型または型枠内に押圧または加圧することは、回転圧力、真空誘導性圧力（例えば、大気圧）、該回転フレームの回転方向と反対側への外側フィルムまたはホイルの引張または牽引、該金型による（例えば、膨張性圧力部材を介した）静水圧、及び／または（例えば、真空ホイル上の）硬質または柔軟な工具セグメントを通した圧力の１つ以上を含んでいてもよい。
【００２５】
好ましい実施形態では、上記方法は、上記複合部材を製造するために、上記樹脂マトリクスを少なくとも部分的に硬化する工程をさらに含む。該硬化工程は、望ましくは、上記強化材料及びそれに付与された該樹脂を形成または成形する工程の間及び／または後に実行される。この点において、該硬化工程は、好ましくは該樹脂及び（１つまたは複数の）該強化材料層をそれぞれの金型または型枠内で加熱することを含む。例えば、採用された該樹脂に応じて、該硬化工程は該樹脂マトリクスを、約１０分〜９０分の範囲の間、１５０〜２５０℃の範囲の温度まで加熱することを含んでいてもよく、好ましくは１７０〜２００℃の範囲（例えば、約１８０℃）まで加熱することを含んでいてもよい。該硬化工程の間に該樹脂マトリクスを加熱するために、１つ以上の加熱要素が該樹脂及び該強化材料を含んだそれぞれの金型または型枠内に包含されていてもよい。例えば、電気加熱要素が、伝導加熱を提供してもよい。代わりに、または加えて、該硬化工程の間に該樹脂マトリクスを（例えば放熱により及び／または強制対流により）加熱するため、１つ以上の加熱要素が、それぞれの金型または型枠の外に配されてもよい。
【００２６】
好ましい実施形態では、上記供給工程は、各強化材料層を、長尺の条片またはシート、好ましくは連続した条片またはシートとして、上記処理経路に沿った長手方向に供給することを含む。その際には、上記形成工程は、強化材料の条片またはシートの断面輪郭を、通常はその長手方向を横断する平面に成形または成型することを含む。
【００２７】
好ましい実施形態では、上記形成工程は、上記１つ以上の層が該処理経路に沿って供給される際に、上記強化材料の断面輪郭を累進的に成形または成型するように該処理経路に沿って連続して実行される複数の個別的な形成操作を含む。この点において、該形成工程は、回転フレームの周囲または周縁部上に、該強化材料及び該樹脂マトリクスの断面輪郭を成形または成型することを含んでいてもよい。したがって、該回転フレームは、好ましくは、該供給工程において該強化材料が供給される速度とほぼ同じその周縁の接線速度で回転する。該回転フレームは、好ましくは、その周縁の周りに配された１つ以上の型枠または金型を含み、該型枠または金型のそれぞれが、該回転フレームから別々に取り外されてもよい。
【００２８】
上記材料供給所は、強化材料のスプール、ロールまたはリールの少なくとも１つを含んでいてもよく、上記供給工程は、１つ以上の強化材料層を該材料供給所から引き出し、少なくとも１対のローラを駆動させることにより該処理経路に沿って供給または搬送することを備えている。すなわち、該１つ以上の強化材料層は、該従動ローラの間において引き込まれて、該処理経路に沿って供給される。
【００２９】
上記方法は、さらに個別的または非連続的な強化材料部品を、上記処理経路に沿って供給される１つ以上の強化材料層の上または間に敷設または挿入する工程をさらに備えていてもよい。該方法はまた、好ましくは、１つ以上の該強化材料層及び／または個別的または非連続的な該部品を、例えばローラを介して、共に併合または加圧する工程を含んでいてもよい。
【００３０】
上記方法は、上記１つ以上の層が上記形成装置に到達する前に、該１つ以上の強化材料層の断面輪郭が予備的に成形または成型を受ける予備形成工程を含んでいてもよい。この予備形成工程では、該１つ以上の強化材料層の断面輪郭は、望ましくは上記移動方向または上記長手方向を横断する平面に成形または成型される。
【００３１】
したがって、本発明の上記システム及び方法は、連続的に動作し得ると共に大規模にまたは完全自動化されて動作し得る新規な製造技術により、可変形態及び／または可変積層構造を有する繊維強化複合部材の製造においてこれまで要求されていた手動労力を著しく軽減させることができる。これは同時に、製造コストを大きく低減し、大量生産を可能とし、また該複合部材及び部材製造の品質及び繰り返し性を向上することができる。好ましい実施形態の説明から明らかなように、本発明の上記システム及び方法の両方が、特に、構造用途のための特定の断面または輪郭を有する長尺な複合部材の製造に有用である。
【００３２】
さらなる態様によれば、本発明は、上述の本発明の実施形態のいずれかに従うシステムまたは方法により製造された繊維強化複合部材、特に航空機または宇宙機に使用するための繊維強化複合部材を提供する。
【００３３】
さらに他の態様によれば、本発明は、そのような繊維強化複合部材が１つ以上組み込まれた、航空機または宇宙機のような乗物を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明及びその利点のより完璧な理解のため、本発明の例示の実施形態を、以下の説明において添付の図面を参照しつつより詳細に説明する。これらの図面において、類似の参照番号は類似の部品を示す。
【００３５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従う複合部材の製造のためのシステムの模式的側面図である。
【図２】図２は、図１の該システムにおける詳細領域ＩＩの模式的側面図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態に従うシステムにおける樹脂付与装置の模式的側面図である。
【図４】図４は、本発明のさらなる実施形態に従うシステムにおける樹脂付与装置の模式的側面図である。
【図５】図５は、図１の該システムにおける詳細領域Ｖの模式的側面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従う部材の製造方法の工程を示すダイヤグラムである。
【図７】図７は、本発明の該システムまたは方法により製造された予備成型体を基にする１つ以上の構造部材を含む航空機の模式的正面図である。
【００３６】
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に統合されると共に本明細書の一部を構成する。該図面は、本発明の特定の実施形態を示しており、詳細な説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。本発明の他の実施形態及び多くの本発明に伴う利点は、以下の詳細な説明を参照してより理解されるように、容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
商業的に実現可能な実施形態において有用または必要であり得る一般的かつ十分に理解される要素は、より抽象化された実施形態の表示を容易にするために、必ずしも示されていないことが理解される。図面の要素は、必ずしも相対的な縮尺では示されていない。さらに、方法の実施形態における所定の行為及び／または工程は、特定の発生順序により記載または示されてもよいことが理解されるが、当業者は、順序に関するそのような特殊性は必ずしも要求されないことを理解するであろう。また、本明細書で使用される用語及び表現は、本明細書において特定の意味が記載されている部分を除いて、それらの対応するそれぞれの調査及び研究範囲に関するそのような用語及び表現と一致するように、通常の意味を有することが理解されるであろう。
【００３８】
図面の図１に関し、本発明の好ましい実施形態に従う複合部材Ｃを製造するためのシステム１を動作中の状態において模式的に示す。本実施形態のシステム１は、繊維強化複合部材を連続的に製造するように設計され、強化材料の供給所２を含む。供給所２は、システム１の支持フレーム４上に回転可能に保持または形成される織布または不織布の条片またはシートｓｎを、ロールまたはリール３上に連続的に形成することを提供する。すなわち、条片またはシートｓ１，ｓ２，ｓ３は、材料供給所２における個々のロールまたはリール３のそれぞれから引き出されて合成ウェブＷ内に併合される材料の連続したウェブである。換言すれば、合成ウェブＷは、互いに重ねられてシステム１の処理経路４に沿って供給される強化材料の複数の層ｓｎを備える。
【００３９】
このために、システム１は供給装置５を含み、供給装置５は電子モータにより駆動する１対のローラ６を備えていてもよい。ローラ６は、複数の強化材料層を上部側面及び下部側面に備えるウェブＷと係合し、これらの層ｓ１，ｓ２，ｓ３を材料供給所２におけるこれらのロールまたはリール３のそれぞれから引き出すと共に、これらの合成ウェブＷの層を処理経路４に沿ってシステム１を通して供給または搬送するように作用する。別々の強化材料の層ｓｎは、１つ以上の種類の繊維を含んでいてもよいが、炭素繊維が好ましい。該繊維は「乾燥」していてもよく、該部材の製造における接着や成形を補助するための樹脂またはポリマー被膜を含んでいてもよい。さらに、強化材料のウェブＷはまた、航空機用途における雷保護のための金網層を含んでいてもよい。装置５は、通常は併合装置を通して、より詳細には互いに対して弾性的なまたはばね付勢されたローラの間に、強化材料のウェブＷを牽引しまたは引き入れ、それによって、それらは強化材料の層ｓｎを圧縮された合成ウェブＷ内に併合または圧縮するように作用し、その後、圧縮された合成ウェブＷはシステム１の処理経路４上に任意に配される予備形成装置７内に移される。
【００４０】
ＥＰ１３１６８５０４．２において詳細に説明されるように、予備形成装置７は、熱をウェブＷの中間まで高速に移すために、合成強化材料のウェブＷを上部側面及び／または下部側面のそれぞれから加熱するための加熱装置と一体化されていてもよい。例えば、加熱装置（図示しない）は、１９０℃で一定に動作し、該ウェブの開始温度である２５℃から、３０秒〜１２０秒の期間の加熱により、好ましくは４０秒〜９０秒の期間の加熱により、該中間層の温度を１００℃に上昇させる赤外線（ＩＲ）加熱器を備えていてもよい。ここでは強化材料のウェブＷの予備形成処理は示されないが、予備形成ステーション７は、通常はその上でまたはその上方において合成強化材料のウェブＷの断面輪郭が初期成形または成型を受ける金型または型枠を備えている。例えば、ほぼ平坦または平面状である強化繊維のウェブＷは、直立形状で加圧されまたは折り畳まれてもよく、それにより逆Ｖ字または逆Ｕ字形状を生成する。代わりに、図１の予備形成装置７は、ウェブＷの中央領域においてより一層小さいまたは限定的な窪みを設けてもよく、平坦であってもよい。
【００４１】
図面の図２に関し、任意の予備形成装置７の下流における図１のシステム１の領域ＩＩは、本実施形態の樹脂付与装置８に相当する。樹脂付与装置８は、強化材料のウェブＷが処理経路４に沿って搬送または供給される際に通過するハウジングＨと、該処理経路に沿って移動する際に液体状態のポリマー樹脂Ｒを強化材料のウェブＷと直接接触した状態でその中に注入する少なくとも１つのノズル機具９とを含む。ポリマー樹脂ＲをウェブＷの該繊維内に浸透させて製造される該複合部材Ｃの樹脂マトリクスを形成することを補助するため、樹脂付与装置８は、樹脂を浸透させないフィルムｆを強化ウェブＷの上部側面上または下部側面上のそれぞれにおける被覆フィルムまたは裏打ちフィルムとして連続した条片またはシート内に供給するための２つのフィルム付与器１０を含む。特に、ィルム付与器１０のそれぞれは、連続した条片またはシートにおけるフィルムまたはホイルｆ１，ｆ２（例えば、プラスチックフィルム）のロールまたはリール１１を含み、該連続した条片またはシートは、処理経路４に沿って搬送されるまたは移動する際に、強化材料ウェブＷの下部側面及び上部側面をそれぞれ覆いながら供給及び搬送される。
【００４２】
したがって、図２に見られるように、液体の樹脂Ｒは、ノズル機具９を介して強化ウェブＷに接触した状態でその中に注入され、樹脂Ｒは２つの被覆フィルムまたは裏打ちフィルムｆ１，ｆ２の間に含まれる。同時に、２つのフィルムｆ１，ｆ２の間に減圧（under-pressure）を生成することにより、後にそれらを外部圧力（すなわち、大気圧）によりウェブＷ上の注入された樹脂Ｒに密接に接触した状態でその中に加圧するために、１つ以上の吸引口ＶがハウジングＨ内に設けられる。同様に、これは強化ウェブＷ層ｓ１，ｓ２，ｓ３を通した該樹脂マトリクスの完全なまたは徹底した浸透を促進すると共に、任意の余分な樹脂Ｒが（１つまたは複数の）吸引口Ｖを介して除去されてもよい。このようにして、ウェブＷ及び該ウェブに注入された樹脂マトリクスＲは、製造される部材Ｃの輪郭を成形または成型するために、上部及び下部の裏打ちフィルムｆ１，ｆ２の間においてシステム１の形成装置１２まで搬送される。形成装置１２は、図面の図１及び図３において大きい円または輪として模式的に示され以下でより詳細に説明される回転フレーム１３を備える。この点について、ＥＰ１３１６８５０４．２における該形成装置及び回転フレームの詳細な説明にもまた参照される。
【００４３】
図面の図３に関し、本発明の修正された実施形態に従う樹脂付与装置８を示す。この場合には、図１及び２に示される種類の単一のフィルム付与器１０が、裏打ちフィルムｆ１を強化材料のウェブＷに、その一側面（すなわち、下部側面）上に付与するために設けられ、その際にはウェブＷの上部側面は被覆されないままとされる。本実施形態の樹脂付与装置８はまた、ポリマー樹脂Ｒを導入または注入するためのノズル機具９を含むが、このとき、（１つまたは複数の）ノズル９は、樹脂Ｒを形成装置１２の回転フレーム１３上に直接付与する位置である。この点において、第２の裏打ちフィルムｆ２は、該回転フレームを被覆するように設けられ、該樹脂付与器８のノズル９はその後、回転している回転フレーム１３を被覆するフィルムｆ２上にポリマー樹脂Ｒ流を注入する。このようにして、樹脂材料Ｒ層または樹脂材料Ｒ流は、該ウェブが処理経路４上で回転フレーム１３まで搬送される際に、フレーム１３上で強化材料のウェブＷに接触した状態でその中に運搬される。このようにして、液体の樹脂Ｒ及びウェブＷは、強化材料層が回転フレーム１３に到達する際に、２つの被覆フィルムまたは裏打ちフィルムｆ１，ｆ２の間にまた保持または含有される。さらに、これらのフィルムが回転フレーム１３の周りに延びる際の該フィルムの張力、特に下部フィルムｆ１における張力は、液体の樹脂Ｒが該強化織布の該繊維を通して完全に浸透することを促進する圧力を径内へと及ぼしてもよい。
【００４４】
図面の図４は、本発明に従うシステム１における樹脂付与装置８の別の可能な実施形態を模式的に示す。本実施形態では、樹脂材料Ｒは、液体でない状態で（すなわち、固体状態または半固体状態で）樹脂材料Ｒの、特に冷却された樹脂の層またはシート形状で提供されてもよい。樹脂Ｒの該層またはシートは、ロール上に設けられ、供給装置５によりウェブＷの該強化材料の個々の層ｓ１，ｓ２の間に供給または搬送される。その後、ウェブＷが処理経路４に沿って続く際に、樹脂材料Ｒ層は、樹脂Ｒを軟化させて、それが強化繊維層ｓ１，ｓ２の中へまたはそれを通して浸透することを補助するために、システム１の１つ以上の加熱装置（図示しない）により加熱されてもよい。このために、図２に関して上述したように、被覆フィルムまたは裏打ちフィルムｆ１，ｆ２に付与してこれらのフィルムｆ１，ｆ２の間の空間を排気することにより、軟化した樹脂層Ｒ上において圧力もまた及ぼされてもよく、それによって、その大気圧は、その後に繊維層ｓ１，ｓ２を通して樹脂Ｒを浸透することを促進する。
【００４５】
再び図面の図１に関し、形成装置１２の回転フレーム１３は、それらが処理経路４に沿って供給または搬送される際に、強化材料の層ｓｎの速度にほぼ相当する周速度で回転する。回転フレーム１３の外周は、複数の金型Ｍを含み、強化ウェブＷ及びその樹脂マトリクスＲが、処理経路４により該金型Ｍ内まで案内される。特に、被覆フィルムｆ１，ｆ２の間に保持及び支持される強化ウェブＷ及び樹脂マトリクスＲは、ウェブＷ及び／または被覆フィルムｆ１，ｆ２における張力の組み合わせにより、及び、ローラ（例えば、ｍピンチローラ）または静水圧（例えば、可膨張性の）圧力部材のような圧力を及ぼす追加の機構により、それぞれの金型Ｍ内へと加圧される。その結果、２つのフィルムｆ１，ｆ２の間に運搬されたウェブＷ及び樹脂マトリクスＲを構成する強化材料の層ｓ１，ｓ２，ｓ３は、回転フレーム１３の周縁の周りに設けられた金型Ｍにおいて、連続した金型キャビティＯ内に（すなわち、図５に示される矢印Ｐの方向に）加圧される。特に、図５は、図１に示される形成装置１２の領域Ｖにおける金型キャビティＯの断面を示す。この場合、該成型しているキャビティＯは、単純かつ実質的に平面形状を提供するが、Ｖ字輪郭、Ω字輪郭、Ｌ字輪郭、Ｚ字輪郭のようなより複雑な形状もまた考慮され得る。打ちフィルムｆ１，ｆ２上部及び下部のそれぞれのエッジ領域は、圧力Ｐ付与下における成型または成形の間の樹脂Ｒの望まれない漏出または放出を防止するため、該金型キャビティＯの側面に沿った金型Ｍのそれぞれの外表面上に模式的に示される封止体Ｓに沿って固定及び封止されてもよい。
【００４６】
加熱要素（図示しない）は、（例えば、熱硬化性樹脂の場合において）形成ステーション１２の回転フレーム１３が回転する際にポリマー樹脂Ｒを硬化するために、通常は形成装置１２内に設けられる。この点において、該加熱要素は自身を該金型Ｍ内に組み入れられてもよく、それによって熱が金型Ｍの本体を通して該成型しているキャビティＯ内へと伝導される。代わりに、または加えて、該金型キャビティにおける部材Ｃの赤外線（ＩＲ）加熱及び／または放射加熱のために、加熱要素は、処理経路４に沿って該金型キャビティの付近に設けられてもよい。当業者には理解されるように、所望の硬化時間及び硬化温度は、採用される特定の樹脂Ｒ、提供される加熱要素の出力及び性能、及び提供される部材Ｃ自身の要素及び寸法に応じて変化する。しかしながら、例として、該硬化は、約１８０℃の温度で約３０〜６０分間行われ得る。したがって、本硬化期間では、回転フレーム１３は半回転または全回転を完了し得る。
【００４７】
ここで、図面の図６に関し、図１〜５に関して上述した本発明の実施形態に従う航空機用の複合部材Ｃを連続的に製造する方法における工程を模式的に示すフローダイヤグラムを示している。この点において、図６の第１の枠Ｉは、長尺なシートまたは条片Ｗとしての強化材料の１つ以上の層ｓｎを材料供給所２から処理経路４に沿って供給または搬送する工程を表す。次に、第２の枠ＩＩは、処理経路４に沿って供給または搬送されたその強化材料の樹脂マトリクスＲを提供するために、ポリマー樹脂Ｒを（１つまたは複数の）強化材料層内に付与する及び浸透させる工程を表す。第３の枠ＩＩＩは、該強化材料が処理経路４に沿って供給または運搬される際に、形成装置１２の金型Ｍ内でその中に浸透させられた該強化材料及び樹脂マトリクスＲの輪郭を形成または成形して、該複合部材Ｃを形成する工程を表す。図面の図６の最後の枠ＩＶは、樹脂マトリクスＲを金型Ｍ内で硬化することにより該複合部材Ｃを製造する工程を示し、該硬化工程は、該形成または成形工程の後に及び／または直接続いて遂行または実行される。
【００４８】
上述のように、本発明のシステム１及び方法により製造された複合部材Ｃは、航空産業または航空宇宙産業において、縦通材及び／または小骨のような構造部材として使用するために構成されてもよい。例として、図面の図７は、そのような複合部材Ｃを組み入れてもよい胴体または機体構造体Ｆ及び主翼Ｂを備えた航空機Ａを示す。
【００４９】
本発明の特定の実施形態を図示し説明してきたが、様々な代替の及び／または等価の実装が存在することは、当業者により理解されるであろう。単一または複数の例示の実施形態は単なる例であって、どのような範囲、適用性または構成を限定するものではないことが理解されるべきである。むしろ、前述の概要及び詳細な説明は、少なくとも一つの例示の実施形態を実装するための便宜的なロードマップを当業者に提供するものであり、添付の特許請求の範囲に記載された範囲及びその法的均等物から逸脱することなく、様々な変更が例示の実施形態で説明した要素の機能及び設置においてなされ得ることが理解されるものである。概して、本出願は、本明細書において論じた具体的な実施形態における任意の改作または変形を包含することを意図している。
【００５０】
この文章において、用語「備える（comprise, comprising）」、「含む（include, including, contain, containing）」、「有する（have, having）」及びそれらの任意の変形は、包括的な(すなわち、非排他的な)意味で理解されることが意図され、そのため本明細書に記載されるプロセス、方法、デバイス、装置またはシステムは、それらの詳述された機能、部品、要素または工程に限定されるものではなく、そのようなプロセス、方法、デバイスまたは装置には明確に記載されていない、またはそれらに固有でない他の要素、機能、部品または工程を含んでいてもよい。さらに、本明細書で使用される用語「a」及び「an」は、特に明記しない限り、１つ以上を意味すると理解されることが意図される。また、用語「第一（first）」、「第二（second）」、「第三（third）」などは、単に標識として使用されているだけであり、数値要件を課すこと、またはそれらの対象の重要性について所定の順位を確立することを意図するものではない。
【符号の説明】
【００５１】
１     システム
２     材料供給所
３     ロールまたはリール
４     処理経路
５     供給装置
６     従動ローラ
７     予備形成装置
８     樹脂付与装置
９     ノズル機具
１０   フィルム付与器
１１   ロールまたはリール
１２   形成装置
１３   回転フレーム
ｓ１   強化材料の第１層
ｓ２   強化材料の第２層
ｓ３   強化材料の第３層
Ｗ     強化材料のウェブまたは条片またはシート
Ｃ     複合部材
ｆ     裏打ちまたは除去フィルムまたはホイル
ｆ１   裏打ちフィルム
ｆ２   裏打ちフィルム
Ｍ     金型
Ｏ     金型キャビティ
Ｓ     封止体
Ｐ     圧力方向
Ａ     航空機
Ｆ     胴体または機体
Ｂ     主翼
【図１】
2015096331.tif 000003
【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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【外国語明細書】
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2015096331.tif 000039
【Ｆｉｇ１】
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【Ｆｉｇ２】
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【Ｆｉｇ３】
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【Ｆｉｇ４】
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【Ｆｉｇ５】
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【Ｆｉｇ６】
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【Ｆｉｇ７】
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