(57)【要約】  ハニカムコア複合構造の製造方法であって、その方法は硬化プロセス中にハニカムコア41のセルからの流体の流動を可能にする。特に、この方法は表皮結合プロセス期間中にポリマーマトリックスにより密封される前に流体の流動を可能にするために、その構造の表皮46に１以上の孔47を形成することを含み、これらは好ましくはウィック54で充填されることが好ましい。さらに、構造はハニカムコア41の多数のセル間で流体の流動を可能にするスクリム40を具備することが好ましい。このプロセスにしたがって生成されたハニカム複合構造６は特に、表皮を横切るポリマーマトリックスおよびファイバを含む密封された有孔領域を具備する。【選択図】図３
2008528240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表皮と、第２の表皮と、第１及び第２の表皮の間でそれらに結合されて配置されるハニカムコアとを具備するハニカム複合構造を形成する方法において、
第１及び第２の各表皮は少なくとも１つの繊維シートおよびポリマーマトリックスを具備し、硬化されても硬化されなくてもよく、前記方法は第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合する期間中にハニカムコアのセル間に流体の流動を可能にするために、ハニカムコアと第１及び第２の表皮の少なくとも１つとの間にスクリムを配置し、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアの結合期間中にポリマーマトリックスにより密封される前に流体の流動を可能にする寸法にされた少なくとも１つの孔を有するように第１及び第２の表皮の少なくとも１つを穿孔し、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合するステップを含んでいる方法。
【請求項２】
さらに、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合する前に少なくとも１つの孔を通って繊維孔中にウィックを配置し、繊維孔中のウィックの少なくとも一部は少なくとも１つの穴を密封するポリマーマトリックスによる結合期間中に第１及び第２の表皮の少なくとも１つに一体化される請求項１記載の方法。
【請求項３】
フェース表皮と、ベース表皮と、フェースとベース表皮との間に配置されそれらと結合されているハニカムコアとを具備するハニカム複合構造を形成する方法において、
ａ．結合されるハニカムコアとベース表皮を覆ってフェースレイアップを形成し、そのフェースレイアップはハニカムコア上のスクリムと、ハニカムコア上の接着層と、繊維及びポリマーマトリックスを具備する接着層上の複数のプリプレグシートとを具備しており、スクリムとベース表皮の一部分はフェースレイアップと結合されており、
ｂ．ハニカムコアに重畳するフェースレイアップの一部分を通る孔を形成し、その孔は相互結合動作期間中にポリマーマトリックスにより密封される前に流体の流動を可能にするような寸法にされており、
ｃ．孔を通して繊維の孔中にウィックを配置し、繊維のウィックの少なくとも一部は相互結合作用期間中にフェース表皮と一体化し、
ｄ．フェース表皮を形成し、そのフェース表皮とハニカムコアとベース表皮とを結合するために多数のプリプレグシートを積層するようにフェースレイアップを相互結合するステップを含んでいる方法。
【請求項４】
フェースレイアップを相互結合するステップは、ハニカムコアとベース表皮を覆ってその孔および繊維孔中のウィックによりフェースレイアップを真空バッグし、真空をそこに適用し、複数のプリプレグシートを積層するのに十分な期間その温度を硬化温度へ上昇させ、フェース表皮を形成し、フェース表皮と、ハニカムコアと、ベース表皮とを結合するステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項５】
真空は少なくとも水銀柱約２７であり、硬化温度は少なくとも約１７０゜Ｆであり、期間は約６時間以上である請求項４記載の方法。
【請求項６】
孔は約０．１２５インチより大きくない断面の長さを有する請求項３記載の方法。
【請求項７】
孔は約０．０５インチ以上の断面の長さを有している請求項６記載の方法。
【請求項８】
繊維の孔中のウィックは約孔の断面の長さの直径である公称上の断面直径を有する請求項７記載の方法。
【請求項９】
さらに多数の孔を形成し、各孔に繊維のウィックを配置するステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項１０】
多数の孔は１平方フィート当り少なくとも約０．５の孔の集中度である請求項９記載の方法。
【請求項１１】
孔の集中度は１平方フィート当り約２個の孔より多くはない請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
多数の孔は少なくとも１平方フィート当り約０．７５の孔の集中度である請求項９記載の方法。
【請求項１３】
孔の集中度は１平方フィート当り約１．５の孔を超えない請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
フェースレイアップは接着層と外部表面に接触する内部表面を具備し、方法はさらに、フェースレイアップの外部表面から外方向に延在する繊維の孔中のウィックの一部分を扇形にし、相互結合期間中にフェース表皮の型あとの形成を最小にするステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項１５】
さらに、ハニカム複合構造の外部の繊維孔中のウィックの一部分をトリミングするステップを含んでいる請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
さらに、密封された通孔を覆って繊維パッチを結合するステップを含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
第１の表皮と、第２の表皮と、第１と第２の表皮との間でそれらに結合されて配置されるハニカムコアとを具備し、第１及び第２の表皮の少なくとも１つは外部表面と、ハニカムコアの少なくとも一部が結合される内部表面とを備え、さらに外部表面、内部表面またはその両者に実質的に平行に整列しているファイバを含む少なくとも１つの繊維シートと、ポリマーマトリックスと、内部表面から外部表面まで延在するハニカムコアに近接し外部表面、内部表面またはその両者を横切るポリマーマトリックスおよびファイバを有している密封された有孔領域とを具備しているハニカム複合構造。
【請求項１８】
密封された通孔領域は約０．１２５インチを超えない断面の長さを有する請求項１７記載のハニカム複合構造。
【請求項１９】
さらに、１平方フィート当り約１つの密封された通孔である集中度で多数の密封された通孔領域を具備している請求項１８記載のハニカム複合構造。
【請求項２０】
さらに、外部表面に結合される繊維パッチを具備し、その繊維パッチはそれぞれ密封された孔領域をカバーしている請求項１９記載のハニカム複合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカムコアの補強された複合構造とその製造方法に関し、特に硬化プロセス中にハニカムコアのセルからの流体の流動を可能にするこのような構造の製造方法に関する。本発明の方法は過大な気圧ではなく熱及び真空を使用するこのような構造のコンポーネントを効率的に結合するために使用されることができ、それは圧力釜中でコンポーネントを結合する必要をなくすことができる利点を有している。
【背景技術】
【０００２】
ハニカムコアのサンドウィッチパネルまたは複合構造は、典型的に接着剤によりハニカムコアに対して相互に硬化された複合積層表皮を具備し、これらは特に高い剛性対重量（即ち「比剛性」）と強度対加重（即ち「比強度」）比を有しているために航空宇宙応用で広く使用されている。
【０００３】
ハニカムコア複合構造は種々の複合成形方法を使用して製造されることができる。大部分の普通に使用される技術は真空バッグモールドアセンブリの使用を含んでおり、それにおいては不浸透性薄膜または「真空バッグ」が複合表皮または層を強化し、中央に配置されたハニカムコアに対する適切な接着を確実にするために使用される。特に、下部またはベース複合表皮と、ハニカムコアと、上部またはフェース複合表皮とが剛性なモールド部材中に逐次的に置かれ、それによってハニカムコアは上部及び下部の複合表皮により覆われ、被覆される。上部及び下部の複合表皮は典型的にエポキシ、フェノール、または他の類似の有機物樹脂材料のような結合高分子のマトリックス中に配置されているグラファイト、アラミドまたはファイバガラスファイバ（例えば線形、織物またはその両者）のようなファイバ強化材を含む硬化されない「プリプレグ」または「Ｂ段階」積層から形成される。薄膜接着剤は典型的に上部及び下部の複合表皮とハニカムコアとの間に結合部を形成する。真空バッグが剛性なモールド部材上に配置され、それを密封し、それによって硬化されていない／結合されていない複合レイアップにより占有されたモールド空洞を形成する。そのモールド空洞はその後モールド内で減圧された大気圧へ排気され、過大気圧は（圧力釜中の）外部へ与えられ、圧力釜中でレイアップを硬化しながら複合レイアップの温度が増加される。減圧内部圧力と過大気外部気圧との組み合わせは複合表皮を強化し、空気を除去し、樹脂の結合体から揮発し、レイアップの十分で均一な接着を確実にするために必要な圧縮圧力を与えることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複合構造の形成期間中に圧力釜を使用することはある状態では望ましくない。例えば硬化期間中に複合物で過大気圧を使用することはセルを通常横切る方向で（典型的にはエッジの近くで）ハニカムコアのシフト、歪、またはその両者を生じる可能性が高くなる。さらに、（例えばサイズ、例えば約１ｍ２よりも大きい長さ及び幅を有する）比較的大きな構造の形成期間中の過大気圧の使用は通常使用されないような、大きくて高価な圧力釜を必要とする。過大気圧なしでは、積層の不適切な圧縮、ハニカムコアと表皮またはその両者の不適切な結合のために十分な強度または頑丈な構造を製造することは不可能ではなくても困難である。これは少なくとも部分的に硬化または結合或いはその両者のプロセス期間中に構造内の気体の圧力が増加するためであると考えられている。特に、一般ガスの公式（ＰＶ＝ｎＲＴ）にしたがったセル中の空気の膨張に加えて、例えばハニカムコア内のレイアップまたは吸収された湿気のポリマーマトリックスからの揮発物質の発生はセル内の圧力を増加する傾向があり、これは表皮とハニカム構造とを分離する可能性がある。したがって、過大気圧を必要とせずに、表皮とハニカムコアの適切な結合を行うハニカム複合構造、特に寸法が約１ｍ２よりも大きい構造を形成する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は第１の表皮と、第２の表皮と、第１と第２の表皮との間でそれらに結合されて配置されるハニカムコアとを具備しているハニカム複合構造を形成する方法に関し、第１及び第２の表皮のそれぞれは少なくとも１つの繊維シートおよびポリマーマトリックスを具備し、それらは硬化されていてもよく、硬化されていなくてもよい。この方法は第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合する期間中にハニカムコアのセル間に流体の流動を可能にするために、ハニカムコアと第１及び第２の表皮の少なくとも１つとの間にスクリム（scrim）を配置するステップを含んでいる。また、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとの結合期間中にポリマーマトリックスにより密封される前に流体の流動を可能にする寸法にされた少なくとも１つの孔を有するように第１及び第２の表皮の少なくとも１つを穿孔する。さらに、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合する。
【０００６】
本発明はまた、フェース表皮と、ベース表皮と、フェースとベース表皮との間に配置されそれらと結合されるハニカムコアを具備しているハニカム複合構造を形成する方法に関する。その方法は結合されるハニカムコアとベース表皮とを覆ってフェースレイアップを形成するステップを含んでおり、フェースレイアップはハニカムコア上にスクリムと、ハニカムコア上の接着層と、繊維及びポリマーマトリックスを具備する接着層上の多数のプリプレグシートとを具備し、ベース表皮部分はフェースレイアップと結合されている。ハニカムコアに重畳するフェースレイアップ部分を通る孔を形成し、孔は相互結合作用期間中にポリマーマトリックスにより密封される前に流体の流動を可能にする寸法にされる。孔を通して繊維の孔中のウィックを配置し、繊維のウィックの少なくとも一部は相互結合作用期間中にフェース表皮と一体化する。フェース表皮を形成し、そのフェース表皮とハニカムコアとベース表皮を結合するため多数のプリプレグシートを積層するようにフェースレイアップを相互結合する。
【０００７】
さらに、本発明はハニカム複合物に関する。ハニカム複合物は第１の表皮、第２の表皮、第１及び第２の表皮の間でそれらに結合されて配置されるハニカムコアを具備し、第１及び第２の表皮は少なくとも１つは外部表面と、少なくともハニカムコアの一部が結合される内部表面と、外部表面、内部表面またはその両者に実質的に平行に整列するファイバを具備する少なくとも１つの繊維シートと、ポリマーマトリックスと、内部表面から外部表面まで延在するハニカムコアに近接し外部表面、内部表面またはその両者を横切るポリマーマトリックスおよびファイバを具備している密封された有孔領域とを具備している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は一般的にハニカム複合構造を形成する方法に関し、ここでは複合物の内部は硬化、結合またはその両者のプロセスの少なくとも一部の期間中に通孔を開けられる。この孔は過大気圧を複合物の外部に供給せずに、表皮またはコアが適切に結合されることを可能にする。したがって、本発明の穿孔（ベンチング）方法は圧力釜ベースの動作で使用されることができるが、それが不可欠であるわけではない。圧力釜を不要にすることによって、本発明は適切に結合されたハニカム複合構造、特に比較的大きい構造（１ｍ２を超える寸法）を形成するための便利で価格が効率的な方法である。
【０００９】
前述し、当業者に知られているように、ハニカム複合構造の主なコンポーネントは表皮である。本発明の方法で使用される表皮または複合表皮は当業者に知られている任意のタイプであってもよい。表皮は少なくとも１つ、典型的には多数のプリプレグシートで形成される。２以上のプリプレグシートが典型的に表皮を生成するために使用されるが、プリプレグ層の数は少なくとも部分的に所望のコンポーネントの重量、強度、寸法、最終用途、またはその組み合わせにしたがう。典型的にプリプレグ層の厚さは約０．２８と約０．３８ｍｍの間である。通常、ハニカムコアを覆う表皮の厚さは約４乃至６層のプリプレグ層の積層の厚さである。プリプレグシートは典型的にポリマーマトリックスで合浸されたファイバ繊維（例えばファイルガラスファイバ、炭素ファイバ、アラミドファイバ、炭化珪素ファイバ、Ｋｅｖｌａｒ（商標名）ファイバ）を有している。よく知られているように、適切なファイバ繊維は一方向または多方向のファイバを含むことができる。さらに、特定の表皮レイアップは異なるファイバの方位を有する繊維から構成されることができる。ポリマーマトリックスに適切な材料は当業者に知られており、例えばビスマールイミド（ＢＭＩ）樹脂、エポキシ、フェノール、またはその他の類似の有機物の樹脂材料が含まれている。適切なプリプレグ層の例にはAdvanced Composites Groupから市販されているLTM45EL/CF0108および、Cytec Engineered Materialsから市販されているCycom-5215/WAS4C-5HSが含まれている。
【００１０】
他の主要なコンポーネントはハニカムコアであり、同様に適切なハニカムコアは当業者に知られている。適切なコアの例はアルミニウムおよびチタニウムのような金属、またはファイバガラス／フェノールと、カリフォルニア州チャッツワースのHexcel社から市販されているアラミドファイバまたは繊維であるＮｏｍｅｘ（商標名）のような非金属から作られ、あるいは構成されている。通常、ハニカムコアはバルクで購入され、コンピュータの数値制御の機械加工装置を使用して、所望の形状及び寸法に加工される。例えばハニカムコアは剪断荷重を硬化された表皮（例えば図３参照）へ漸進的に伝送するために傾斜された表面と、直角の表面と、曲線的な表面と、その組み合わせを有することができる。
【００１１】
ハニカム複合構造を製造するための本発明の方法は特に、少なくとも１つの穴または通孔を１以上の表皮、特にハニカムコアのセルに近接する表皮部分に形成するステップを含んでおり、それによって１以上の表皮は硬化または積層されるか、その両者が組み合わせられる１以上の表皮とハニカムコアが結合される熱的に駆動されたプロセスの一部の期間中に構造の内部からの流体の流動を可能にする。１または複数の孔と関連して、結合されている複合構造もまた、ハニカムコアの多数のセルと少なくとも１つの孔との間に流体の流動または接続を可能にするためにコアと、そのコアに結合されている表皮との間にスクリムを有することが好ましい。スクリムなしでは、ハニカムコアの各セル上に少なくとも１つの孔を有することが好ましい。この選択肢は価格及び構造的な一体性のような理由で
望ましいとは言えない。したがって、スクリムの使用は非常に望ましい。前述の観点で、本発明はハニカムコアと硬化された表皮を結合するとき、または少なくとも１つのレイアップとハニカムコアを硬化及び結合する（これは通常「相互結合」と呼ばれる）ときに実行されることができる。
【００１２】
本発明が（例えばドリルにより）前もって硬化され、部分的に硬化され、或いはＢ段階の表皮または積層に穴または通孔を形成することにより実行されることが可能であるが、これは通常、１以上の表皮の結合期間中に複合構造を穿孔する所望な方法ではないと考えられている。むしろ、本発明の方法は１以上の硬化されていない表皮またはレイアップ中に穴または通孔を形成するステップを有することが好ましい。例えば１つの特定の相互結合製造方法は通常ベース表皮のレイアップと硬化、硬化されたベース表皮とハニカムコアの結合、ハニカムコアとコアの外周から延在するベース表皮の少なくとも一部を覆ってフェース表皮をレイアップし、コアを覆うフェースレイアップ部分に少なくとも１つの孔を形成し、ハニカム複合構造を形成するためにフェース表皮を相互結合するステップを含んでいる。別の方法として、本発明の方法はベースレイアップを形成し、ハニカムコアをベースレイアップ上に配置し、フェースレイアップを形成し、フェースレイアップ、ベースレイアップまたはその両者に少なくとも１つの孔を形成し、ハニカム複合構造を形成するためにレイアップとハニカムコアを相互結合することにより実行されることができる。
【００１３】
前述したように、本発明の方法は少なくとも１つの表皮及びハニカムコアの結合または相互結合の少なくとも一部の期間中に構造を十分に穿孔するステップを含んでいる。本発明にしたがって構造を十分に穿孔するステップは、少なくとも１つの穴、孔、空隙を形成するステップを含んでおり、または（硬化され、部分的に硬化されているか硬化されていない）少なくとも１つの表皮を通して延在する材料がなく、コアとそれに結合する表皮との間にスクリムを配置し、それによってハニカムコアに結合されている１または複数の表皮は適切な結合を形成する。換言すると、コアと表皮との間のオープンスペース、または表皮を通過する通路の量は十分なガス（例えば空気または揮発された化合物）が硬化−結合動作期間中に複合物の内部から流れることを可能にするのに十分であることが好ましく、それは構造内の実質的な圧力の増加を防止し、それによって表皮とコアが適切に結合するようにそれらの間で十分な接触が維持される。
【００１４】
十分な穿孔は単一の孔で実現されることができるが、現在までの結果では一般的に多数の孔が好ましいことが示されている。特に、現在までの結果では、孔が単位平方フィート当り少なくとも０．５の孔（単位平方メートル当り少なくとも５．４の孔）の集中度であることが好ましいことが示されている。さらに好ましくは、集中度は単位平方フィート当り少なくとも約０．７５孔（単位平方メートル当り約８孔）である。他方で、複合構造の強度を最大にし、或いは表皮の物理的特性、構造またはその両者に対する劣化を最小にするために孔の数を最小にすることが一般的に望ましい。したがって、一般的に孔の集中度は好ましくは単位平方メートル当り約２１．５孔（単位平方フィート当り約２）より多くはなく、特に好ましくは単位平方メートル当り約１６孔（単位平方フィート当り約１．５孔）より多くはないことが好ましいと考えられている。本発明の１実施形態では、多数の孔は単位平方メートル当り約１１孔（単位平方フィート当り約１孔）の集中度でハニカムコア上またはそれに隣接する表皮で形成される。
【００１５】
前述したように、少なくとも１つの孔に加えて、本発明はハニカムコアと、結合されている表皮との間にスクリムを配置し、それによってハニカムコアのセル間で流体の流通または流動を可能にし、それにより多数のセルおよび少なくとも１つの孔からの流体の流動を可能にする。スクリムは流体の接続を維持するのに十分小さい開口を有する任意の材料から形成されることができる。通常、流体の接続はハニカムコアのセルよりも小さいスクリムの開口により維持される。例えば、コアのセルの横断寸法が約６．４ｍｍ（約０．２５インチ）であるならば、開口の寸法（即ち開口の周辺に沿って最も遠い位置における開口を横切った距離）は約６．４ｍｍ（約０．２５インチ）よりも小さい。他方で、開口は接着剤（好ましくは薄膜接着剤、エポキシまたはＢＭＩ）が結合のために適切にコアと接触することを可能にするのに十分大きいことが好ましい。さらにスクリムは接着剤が表皮とコアに結合しないようにするように大きくはない厚さを有することが好ましい。換言すると、スクリムは接着剤により「濡らされる」ように十分薄いことが好ましい。通常、薄膜接着剤の重量が増加するにつれて、依然として「濡らされること」を可能にしながらスクリムの厚さは増加することができる。さらに、スクリムはコアの形状に適合できるようにフレキシブルであることが好ましい。前述の説明を考慮すると、スクリムは重合体ファイバまたはフィラメントのような任意の適切な材料から作られる目の粗い編物繊維であることが好ましいことが発見されている。このような重合体ファイバまたはフィラメントの例にはナイロンとポリエステルが含まれている。
【００１６】
本発明の１実施形態では、ＦＭ３００−２のような薄膜接着剤がコアと表皮の結合に使用される。薄膜接着剤ＦＭ３００−２は厚さ約０．１８ｍｍ（約７ミル）、重量約０．５ｋｇ／ｍ２（約０．１ｌｂｓ／ｆｔ２）のスクリムを含んでいる。薄膜接着剤は典型的に処理を容易にするためスクリムを有している。さらにアセンブリはコアと表皮との間に「ドライ」スクリム（即ち接着剤を浸透されていないスクリム）を含むことが好ましい。特に、スクリムはコア、スクリム、薄膜接着剤、表皮の順序の層であることが好ましい。この実施形態で適切なドライスクリムは約０．１３乃至約０．１８ｍｍ（約５と約７ミル）の範囲の厚さを有するスタイル１１９１ナイロンおよびスタイル５６０２ポリエステルを含んでいる。
【００１７】
適切な結合を可能にするために構造を十分に穿孔することに加えて、本発明の方法は少なくとも実質的に密封され好ましくは完全に密封された複合構造の形成を可能にする。これらの２つの見かけ上反対の品質は孔の寸法または断面の長さ（即ち外側の表皮表面と空隙との間の境界部に沿った任意の２つの点の間の最大距離）を慎重に選択することによって実現される。例えば、通常円筒形表面を有する孔では、寸法または断面の長さはほぼ表皮表面と空隙との間のほぼ円形の境界部の直径である。このようなほぼ円筒形の孔は例えば硬化された表皮の場合にはドリルビットにより、また硬化されていないレイアップの場合には突きぎり（awl）によって形成されることができる。孔の断面形状は円形である必要はなく、孔は任意の断面形状（例えば楕円状、正方形状または長方形状）であってもよいことに注意することが重要である。孔は典型的には表皮の外部表面に対して実質的に垂直であるが、それが必要であるわけではないことに注意することも重要である。孔は表皮を横切ることだけが必要である。
【００１８】
特に、孔の寸法はその孔が硬化、結合、またはその両者のプロセス中にポリマーマトリックスの流動により少なくとも実質的に密封されることを可能にしながら適切な結合を行うように選択される。例えば現代までの結果は、孔の寸法は孔が最終的に密封されることを確実にするために約３．２ｍｍ（約０．１２５インチ）を超えないことが好ましい。特に、孔の寸法は約２．５ｍｍ（約０．１インチ）を超えないことが好ましい。他方で、孔の寸法は少なくとも約１．３ｍｍ（約０．０５インチ）であることが好ましく、孔が硬化／結合作用期間中に十分開いている状態（即ち穴は十分なガス量が構造から排出される前には密封されない）であることを確実にするために少なくとも約２．３ｍｍ（約０．０９インチ）であることが好ましい。
【００１９】
随意選択的に、本発明の方法はさらに、少なくとも１つの繊維孔中のウィック（芯体：wick）を少なくとも１つの孔へ挿入することを含んでいる。特定の論理にはこだわらないが、孔中にウィックを配置することにより、１以上の次のような利点が与えられることが考えられており、即ち例えばポリマーマトリックスによる孔の早過ぎる密封に抵抗し、または孔の寸法を減少するか孔を閉じる可能性のあるレイアップのファイバのシフトに抵抗することにより複合構造の内部からのガス流の維持を促し、空隙を通るポリマーマトリックスの流動を容易にすることによって孔の最終的な密封を助け、密封された孔の強化を行い、それによって孔の生成から生じうる複合構造の強度または堅牢さが減少する可能性を少なくしている。
【００２０】
繊維孔中のウィックの挿入は基本的に任意の方法により実現されることができ、１つのこのような方法は、ウィックを外部表面にあるまたはそこに近い孔の開口中へ配置し、これをさらに好ましくは孔を通して押し込み、それによってウィックの少なくとも一部は（硬化またはレイアップしている）表皮の内部表面から突出して延在する。換言すると、ウィックの一部分はハニカムコアのセル中に延在することが好ましい。同様に、通常、ウィックの一部分は表皮の外部表面（即ち複合構造の外部）から外方向に延在することが好ましい。好ましくは、表皮の外部表面から外方向に延在するウィックの長さは少なくとも１２．５ｍｍ（約０．５インチ）であるが、約１９ｍｍ（約０．７５インチ）を超えない。特定の論理にはこだわらないが、この外部の長さは外部表面へ折りたたまれるとき孔中のウィックを位置に維持するのを助け、それによってこれは硬化／結合動作期間中に孔を通して落ちないことが考えられている。複合構造外部のウィック部分では、ファイバは「扇形状」（即ちウィックのファイバは分離され、ファイバが円の半径として位置付けられる実質的な円形パターンで配置される）にされ、硬化／結合動作期間中に表皮または表皮の外部表面の「マークオフ」（即ちインプレッションの形成またはファイバの部分的埋設）を最小にする。ウィックの「扇形化」の前に、コアからの流体の流動を確実にするために離型剤薄膜を通過することが好ましい（図２および３参照）。
【００２１】
前述したように、孔中のウィックは好ましくは繊維（即ち多数のファイバまたはフィラメントを含む）であることが好ましい。好ましくはこれらのフィラメントは表皮のファイバ及びポリマーマトリックスと調和性（劣化せず、化学的に反応せず、腐食しない）である。さらに、孔中のウィックフィラメントが孔の密封を容易にするためにウィックを通ってポリマーマトリックスが移行することを促すためにポリマーマトリックスにより濡れることが可能であることが望ましい。適切な孔中のウィック材料の例にはファイバガラス、炭素、アラミド、炭化珪素、Ｋｅｖｌａｒ（商標名）が含まれている。さらに繊維孔中のウィックは表皮と同じまたは異なるファイバから作られてもよい。実際に、本発明の１実施形態では、表皮は炭素ファイバを含み、孔中のウィックはファイバガラスファイバを含み、これはウィックを切出すことのできるファイバガラスのストランドまたはストリングが比較的廉価で多数の寸法及び構造で容易に入手できるので、望ましい。
【００２２】
ウィックの寸法または直径に関して、孔に良好に適合するような寸法にされることが好ましい。これは典型的にほぼ孔の断面の長さの直径を有するストリングを選択することにより実現される。例えば、約３．２ｍｍ（約０．１２５インチ）を超えない断面の長さを有する孔では、許容可能な孔中のウィックは３ｋ炭素のトウ（即ちトウは３，０００の炭素フィラメントから作られている）または直径約１．８乃至３．０ｍｍ（約０．０７と約０．１２インチの間）の寸法であるファイバガラスエッジ通気ストリングから切り出されることができる。
【００２３】
前述したように、存在するならば、ウィックはハニカム複合構造の一部になるか、その構造に統合されることが好ましい。したがって、本発明のプロセスにしたがって形成されるハニカム複合構造は第１の表皮と、第２の表皮と、表皮の間でそれらに結合されて配置されるハニカムコアとを具備することができ、少なくとも１つの表皮は外部表面と、ハニカムコアの少なくとも一部が結合されている内部表面と、外部表面、内部表面またはその両者とポリマーマトリックスに実質的に平行に整列されたファイバを具備する少なくとも１つの繊維シートと、内部表面から外部表面まで延在し、外部表面、内部表面またはその両者とポリマーマトリックスを横切るファイバを具備している少なくとも１つの密封された通孔領域とを具備することができる。好ましくは本発明のハニカム複合構造はプロセスに関してここで説明した好ましいセットを示している（例えば寸法、集中、ウィック材料等を含めた孔の形成）。硬化／結合動作後、通常表皮の外部表面またはその近くのウィックを切出すかその他の方法で切断することによってウィックをトリムすることが好ましい。
【００２４】
本発明のプロセスに対する更に別の選択肢は、比較的小さい（例えば直径約２５．４乃至約３８．１ｍｍ（直径約１乃至約１．５インチ））パッチまたはカバーを密封された通孔領域を覆って形成し、位置付け、結合して、さらに複合構造が適切に密封され構造的に適切であるかまたはその両者であることを確実にする。このようなパッチングプロセスは当業者によく知られており、ハニカム複合構造を修理するための標準的な方法であり、通常パッチと接触される表皮の表面（即ち密封された通孔領域とその硬化された表皮の外部表面）を（例えば１８０グリットのサンドペーパーにより）軽く研磨し、埃を除去するために研磨された領域を清浄し、清浄にされた領域上にエポキシ接着剤（即ちパッチ）で濡らされた直径約３８ｍｍ（約１．５インチ）の繊維円を配置し、パッチを硬化するステップを含んでいる。
【００２５】
本発明の方法の前述のステップはハニカム複合構造を製造または形成するための基本的に任意の製造プロセスに組み込まれることができ、基本的に任意の材料及び関連される装置（例えば薄膜接着剤、スクリム、真空ポンプ、真空バッグまたはナイロンバギング薄膜、真空バッグ密封剤、モールドまたはツール、離型剤、不織通気薄膜、両面テープ、例えばコルクから作られるエッジダム、例えばファイバガラスから作られるブリーダ層、無孔離型剤薄膜、無孔離型剤繊維、剛性のあて板プレート、エポキシなどの他の接着剤、例えばファイバガラス等から作られるエッジ通気コード）と共に使用されることができる。このような製造プロセス及び材料は当業者に知られており、ここで詳細に説明する必要はない。不可欠ではないが、本発明の１実施形態を有する製造プロセスの一般的説明を以下行う。
【００２６】
［例示的なハニカム複合製造プロセス］  
この例示的なプロセスは複合積層または固体の積層ベース表皮を形成し、ハニカムコアを硬化されたベース表皮へ結合し、複合フェースシートまたは層を相互結合し、それによってフェース表皮を形成しフェース表皮および硬化されたベース表皮−コアアセンブリを結合する。
【００２７】
［Ａ．複合積層の形成］  
図１を参照すると、プロセスは典型的に結合ジグ１を準備することにより開始する。結合ジグ１は離型剤の製造業者の命令にしたがって結合ツール４の表面３上に離型剤２を均等に施すことにより準備される。例示的な離型剤はFREKOTE700NCを含んでおり、これはHenkel Aerospace社から市販されている。第２に、容積を減らしていない厚さの複合体６よりも高いコルクのダム５はその間に配置されている両面テープ10により離型剤に接着される。次に複合体６、この場合ではベース表皮が離型剤２上で、コルクのダム５により境界を定められている領域内にプリプレグシート（図面では詳細に示されていないが技術ではよく知られている）のスタックをレイアップすることにより形成される。プリプレグシートは形成される複合構造にしたがって適切な寸法にされ、成形され、位置付けされる。
【００２８】
プリプレグシートのスタックはその後容積を減らされることが好ましい。容積を減らすことは真空をそれらに与えることにより実現されることができる。これは典型的にそれらを穿孔された剥離薄膜11の少なくとも１つの層によってカバーし、その後不織の通気布12の少なくとも１つのプライと、その後に真空のバッギング薄膜13でカバーする処理を含んでいる。複数の真空ポート30（その１つのみが図面に示されている）は真空バギング薄膜13の外部の周線を通して延在する。真空ポート30は丁度ダムの外周の外側に位置されており、それによってこれらは通気布12に接触する。真空バギング薄膜13は真空バッグ密封剤32により結合ツール４の表面３に取付けられている。真空バッグ密封剤32はこれらが通気布12の外周の外側に数センチメートルまたは数インチ延在する。真空ホース（図示されていないが技術でよく知られている）が真空ポート30に接続され、真空（例えば少なくとも約０．０８５ＭＰａ（水銀柱で約２５））がプリプレグシートの容積を減らすために真空バギング薄膜13に与えられる。プリプレグシートの容積を減らすために、真空は典型的に数分間（例えば約３分と約１５分の間）維持される。必要とはされないが、プリプレグの最後のシートは典型的に容積を減らした後に浸透されたナイロンの剥離層（図面には示さず）で被覆される。
【００２９】
図２を参照すると、容積を減らされたプリプレグシートはその後、好ましくはこれらを空気循環炉（図面には示さず）に配置し、真空（例えば少なくとも約０．０９１ＭＰａ（水銀柱約２７））を与えながらそれらの温度を増加することによって硬化される。容積を減らされたプリプレグシートを硬化するためのアセンブリは容積を減らすアセンブリと類似しているが、図１の穿孔された離型薄膜11を使用する代わりに、図２に示されているアセンブリは無孔の離型薄膜24を具備している。さらに、必要ではないが、（例えばファイバガラスから作られている）エッジ通気コード25と（例えばスタイル120または細かく折られたファイバガラス繊維から作られる）ブリーダプライ27とを具備することができる。エッジ通気コード25はコルクのダム５と複合体６との間の境界部に配置され、それはこの場合では容積を減らされたプリプレグシートである。次に、無孔離型薄膜24が複合体６と、コルクのダム５と、エッジ通気コード25上に配置される。ブリーダプライ27は無孔離型薄膜24に配置される。当業者に知られているように、通気コード25は硬化中にプリプレグシートのレイアップ内の排気を助けるようにダム５を通過する。
【００３０】
硬化作用の温度プロフィールは硬化される材料のような要因に基づいて変化する傾向があるが、典型的には材料の発熱反応を誘起しないレート（例えば毎分約４゜Ｆ以下）で硬化温度（例えば少なくとも１７０゜Ｆ（約７６℃））までプリプレグシートを加熱し、十分な期間（例えば少なくとも約６時間）硬化温度を保持し、その後材料または構造に過剰な応力を与えないレート（例えば毎分約２゜Ｆ以下）で硬化された複合積層を冷却する処理を含んでいる。
【００３１】
［Ｂ．硬化された表皮とハニカムコアの結合］  
硬化された表皮とハニカムコアの結合は典型的にハニカムコアが配置される合浸されたナイロンの剥離層の部分を除去し、硬化された表皮の結合表面を研磨し、研磨ダストを除去することにより開始する。その後、薄膜接着剤の少なくとも１つの層が硬化された表皮表面に配置され、アセンブリは図１に示されているように容積を減らされるが、複合体６は硬化されたベース表皮と薄膜接着剤とから構成されている。次にハニカムコアが薄膜接着剤に配置される。これはその後図１に示されているように（コアの形状を変更しないような、典型的に水銀柱で約１０乃至約１５の範囲の真空レベルを使用して）容積を減らされるが、複合体は硬化されたベース表皮、薄膜接着剤、ハニカムコアを有している。コアにおける硬化された表皮の薄膜接着剤の容積を減らされたアセンブリ（複合体６）は図１に示されているように結合される。結合は真空を供給しアセンブリを結合温度（例えば少なくとも約１９０゜Ｆ（約８２℃））まで十分な期間（例えば約２乃至３時間）加熱し、その後、結合されたアセンブリを損傷を起こさないレート（例えば毎分約２゜Ｆ以下）で冷却することにより実現される。
【００３２】
［Ｃ．複合フェースシートの相互結合］  
相互結合は典型的にコアを包囲するベース表皮の結合表面を準備する（例えば剥離層を除去し、軽く研磨し、研磨ダストを除去する）ことにより開始される。次に、フェース表皮のレイアップが行われる。レイアップはアセンブリ（結合されたベース表皮およびコア）が結合ツール４上にあり、コルクのダム５により包囲されている間に生じる。図３を参照すると、レイアップはベース表皮42ではなくハニカムコア41上にドライスクリム40の少なくとも１つの層を配置する処理を含んでいる。その後、接着層44がスクリム40上に配置される。スクリムをハニカムコア上に位置付ける前に薄膜接着剤へ取付けることが好ましい。この取付けは典型的に水銀柱で約５乃至約１０の範囲の真空圧力を使用して、平坦なテーブル上で容積を減らすことにより行われる。このアセンブリは図１の複合体６に対応し、容積を減らされる。
【００３３】
容積を減らした後、フェース表皮プリプレグシート46が接着層44に配置され、図１に示されているように容積を減らされる。プリプレグシートの容積を減らすことはコレーションと呼ばれる。次に孔47はコレートされたプリプレグシート46と、フェース表皮48の外部表面とハニカムコア41との間にある接着層44とスクリム40のような任意の他の層を通して形成される。孔の形成後、繊維の孔中のウィック54は孔47へ挿入される。アセンブリはその後、ハニカム複合構造を形成するために相互結合（即ちフェース表皮プリプレグシート46の結合された硬化または積層と、積層されたフェース表皮、ハニカムコア41、硬化されたベース表皮42の結合）のために図２に示されているようにバッグされる。相互結合動作は複合層（例えばベース表皮）の形成作用と同じまたは類似している。換言すると、前述した例示的な真空圧力、温度、処理時間は同等に適用可能である。
【００３４】
前述の説明を考慮して、本発明の１以上の利点が実現され達成されたことが認められる。本発明の前述の原理とその実際的な応用はそれによって、当業者が本発明を種々の実施形態で、考察される特定の使用に適するように種々の変形によって最良に使用することを可能にする。さらに、本発明の技術的範囲から逸脱することなく種々の変形がここで説明され示された構造及び方法で行われるとき、前述の説明に含まれているか添付図面に示されている全ての事項は限定ではなく例示として解釈されることを意図する。したがって、本発明の技術的範囲は任意の前述の例示的な実施形態により限定されるべきではなく、特許請求の範囲とそれらの等価物にしたがってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】容積を減らすため複合体分のレイアップを含む結合ジグの概略図。
【図２】硬化、結合またはその両者を行うための複合体分のレイアップを含む結合ジグの概略図。
【図３】孔を有するハニカム複合構造のレイアップの概略図。
【図１】
2008528240.tif 000003
【図２】
2008528240.tif 000004
【図３】
2008528240.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月18日(2008.4.18)
【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】
第１の表皮と、第２の表皮と、第１及び第２の表皮の間でそれらに結合されて配置されるハニカムコアとを具備するハニカム複合構造を形成する方法において、
第１及び第２の各表皮は少なくとも１つの繊維シートおよびポリマーマトリックスを具備し、硬化されても硬化されなくてもよく、前記方法は第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合する期間中にハニカムコアのセル間に流体の流動を可能にするために、ハニカムコアと第１及び第２の表皮の少なくとも１つとの間にスクリムを配置し、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアの結合期間中にポリマーマトリックスにより密封される前に流体の流動を可能にする寸法にされた少なくとも１つの孔を有するように第１及び第２の表皮の少なくとも１つを穿孔し、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合するステップを含んでいる方法。
【請求項２】
さらに、第１及び第２の表皮の少なくとも１つとハニカムコアとを結合する前に少なくとも１つの孔を通って繊維孔中にウィックを配置し、繊維孔中のウィックの少なくとも一部は少なくとも１つの穴を密封するポリマーマトリックスによる結合期間中に第１及び第２の表皮の少なくとも１つに一体化される請求項１記載の方法。
【請求項３】
フェース表皮と、ベース表皮と、フェースとベース表皮との間に配置されそれらと結合されているハニカムコアとを具備するハニカム複合構造を形成する方法において、
ａ．結合されるハニカムコアとベース表皮を覆ってフェースレイアップを形成し、そのフェースレイアップはハニカムコア上のスクリムと、ハニカムコア上の接着層と、繊維及びポリマーマトリックスを具備する接着層上の複数のプリプレグシートとを具備しており、スクリムとベース表皮の一部分はフェースレイアップと結合されており、
ｂ．ハニカムコアに重畳するフェースレイアップの一部分を通る孔を形成し、その孔は相互結合動作期間中にポリマーマトリックスにより密封される前に流体の流動を可能にするような寸法にされており、
ｃ．孔を通して繊維の孔中にウィックを配置し、繊維のウィックの少なくとも一部は相互結合作用期間中にフェース表皮と一体化し、
ｄ．フェース表皮を形成し、そのフェース表皮とハニカムコアとベース表皮とを結合するために多数のプリプレグシートを積層するようにフェースレイアップを相互結合するステップを含んでいる方法。
【請求項４】
フェースレイアップを相互結合するステップは、ハニカムコアとベース表皮を覆ってその孔および繊維孔中のウィックによりフェースレイアップを真空バッグし、真空をそこに適用し、複数のプリプレグシートを積層するのに十分な期間その温度を硬化温度へ上昇させ、フェース表皮を形成し、フェース表皮と、ハニカムコアと、ベース表皮とを結合するステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項５】
真空は少なくとも水銀柱約２７であり、硬化温度は少なくとも約１７０゜Ｆであり、期間は約６時間以上である請求項４記載の方法。
【請求項６】
繊維の孔中のウィックは約孔の断面の長さの直径である公称上の断面直径を有する請求項３記載の方法。
【請求項７】
さらに多数の孔を形成し、各孔に繊維のウィックを配置するステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項８】
フェースレイアップは接着層と外部表面に接触する内部表面を具備し、方法はさらに、フェースレイアップの外部表面から外方向に延在する繊維の孔中のウィックの一部分を扇形にし、相互結合期間中にフェース表皮の型あとの形成を最小にするステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項９】
さらに、ハニカム複合構造の外部の繊維孔中のウィックの一部分をトリミングするステップを含んでいる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
さらに、密封された通孔を覆って繊維パッチを結合するステップを含んでいる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
第１の表皮と、第２の表皮と、第１と第２の表皮との間でそれらに結合されて配置されるハニカムコアとを具備し、第１及び第２の表皮の少なくとも１つは外部表面と、ハニカムコアの少なくとも一部が結合される内部表面とを備え、さらに外部表面、内部表面またはその両者に実質的に平行に整列しているファイバを含む少なくとも１つの繊維シートと、ポリマーマトリックスと、内部表面から外部表面まで延在するハニカムコアに近接し外部表面、内部表面またはその両者を横切るポリマーマトリックスおよびファイバを有している密封された有孔領域とを具備しているハニカム複合構造。
【請求項１２】
密封された通孔領域は約０．１２５インチを超えない断面の長さを有する請求項１１記載のハニカム複合構造。
【請求項１３】
さらに、１平方フィート当り約１つの密封された通孔である集中度で多数の密封された通孔領域を具備している請求項１２記載のハニカム複合構造。
【請求項１４】
さらに、外部表面に結合される繊維パッチを具備し、その繊維パッチはそれぞれ密封された孔領域をカバーしている請求項１３記載のハニカム複合構造。
【国際調査報告】
2008528240.tif 000006
2008528240.tif 000007
2008528240.tif 000008