(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法であって、
形成されるべき前記複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように、ＳＭＰ（形状記憶高分子）装置を整形し、または注入成形し、
前記補強材を内部に配置するように構成された１つ以上の凹部を含むように、前記ＳＭＰ装置を整形し、または注入成形し、
前記凹部中に前記補強材を入れ、
前記ＳＭＰ装置、および前記１つ以上の凹部内にある前記補強材の露出面上に複合材料を塗布し、
圧力と熱によって、前記ＳＭＰ装置上の前記補強材を前記複合材料と相互硬化または相互結合して、前記複合部品を製造するものであり、
前記ＳＭＰ装置は、前記複合材料との前記補強材の相互硬化または相互結合の間中ずっと、剛性のある状態に維持され、
前記ＳＭＰ装置上に形成されるべき前記複合部品の前記第１の表面に対応するように、前記ＳＭＰ装置を整形する工程は、
剛性と耐久性のある材料で作製された内側マンドレルツールの上方に前記ＳＭＰ装置を配置し、
外側の型の中に前記ＳＭＰ装置と前記内側マンドレルツールとを配置し、
前記内側マンドレルツールまたは前記外側の型に対して前記ＳＭＰ装置の端部を密封し、
前記ＳＭＰ装置が展性のある状態になり始める温度Ｔｇよりも高温に前記ＳＭＰ装置を加熱し、かつ前記外側の型に向かって前記ＳＭＰ装置を膨張させ、
Ｔｇよりも低温に前記ＳＭＰ装置を冷却し、
前記外側の型から剛性のある状態の前記ＳＭＰ装置を取り除くものであることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記補強材を前記複合材料と相互硬化または相互結合する工程は、
前記複合材料のまわりに原材料不浸透性シートを密封し、
前記原材料不浸透性シートの外側および／または内側に圧力差を誘導することによって、前記複合材料に対して前記原材料不浸透性シートを押し付け、
前記原材料不浸透性シートが前記複合材料に対して押し付けられている間、前記ＳＭＰ装置が前記剛性のある状態で、前記複合材料を複合硬化温度に加熱する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記補強材は、フレーム、ストリンガ、複合コア、および前記複合材料の追加層の内の少なくとも１つを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って、予め硬化される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って硬化されない請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記ＳＭＰ装置を前記剛性のある状態から展性のある状態にさせ、
前記複合部品内から前記ＳＭＰ装置を取り除くものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ＳＭＰ装置は、温度Ｔｇよりも高温に加熱された時、前記展性のある状態にされるように構成され、前記複合材料の硬化温度は、Ｔｇ未満であり、前記ＳＭＰ装置は、前記複合部品になるまで前記複合材料が硬化している間、剛性のある状態のままである請求項６記載の方法。
【請求項８】
さらに、前記ＳＭＰ装置に前記複合材料を塗布するのに先立って、前記ＳＭＰ装置と前記補強材との間の前記凹部に剛性のある補強用挿入部材を配置するものであり、
前記凹部は、前記剛性のある補強用挿入部材と前記補強材の両方がその中にあることを可能にするサイズと形状である請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法であって、
ＳＭＰ（形状記憶高分子）装置を展性のある状態にさせ、
形成されるべき前記複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように、前記展性のある状態で前記ＳＭＰ装置を整形し、
前記補強材を内部に配置するように構成された１つ以上の凹部を含むように、前記ＳＭＰ装置を整形し、
前記ＳＭＰ装置を剛性のある状態にさせ、
前記凹部内に前記補強材を配置し、
前記ＳＭＰ装置と、前記凹部内にある前記補強材の露出面との上に複合材料を塗布し、
前記複合部品を製造するために、圧力と熱によって、前記ＳＭＰ装置上の前記複合材料と前記補強材を相互硬化または相互結合するものであり、
前記相互硬化または相互結合する工程は、
前記複合材料のまわりに原材料不浸透性シートを密封し、
前記原材料不浸透性シートの外側および／または内側に圧力差を誘導することによって、前記複合材料に対して前記原材料不浸透性シートを押し付け、
前記原材料不浸透性シートが前記複合材料に対して押し付けられている間、前記ＳＭＰ装置が前記剛性のある状態で、前記複合材料を複合硬化温度に加熱し、
前記ＳＭＰ装置上に形成されるべき前記複合部品の前記第１の表面に対応するように、前記ＳＭＰ装置を整形する工程は、
剛性と耐久性のある材料で作製された内側マンドレルツールの上方に前記ＳＭＰ装置を配置し、
外側の型の中に前記ＳＭＰ装置と前記内側マンドレルツールとを配置し、
前記内側マンドレルツールまたは前記外側の型に対して前記ＳＭＰ装置の端部を密封し、
前記ＳＭＰ装置が展性のある状態になり始める温度Ｔｇよりも高温に前記ＳＭＰ装置を加熱し、かつ前記外側の型に向かって前記ＳＭＰ装置を膨張させ、
Ｔｇよりも低温に前記ＳＭＰ装置を冷却し、
前記外側の型から剛性のある状態の前記ＳＭＰ装置を取り除くものであることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記補強材は、内側補強材である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記補強材は、フレーム、ストリンガ、コア、および前記複合材料の追加層の内の少なくとも１つを含む請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複合部品は、航空機の一体構造の胴体、翼、ナセル、航空機のパネル、航空機のダクト、航空機の構造用支持材、硬質な積層板で作製された航空機の部品、一体的に補強された積層板、またはコアが補強されたサンドイッチ構造体、または航空機の部品用の内側補強材である請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って、予め硬化される請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記補強材は、前記凹部の中への配置に先立って硬化されない請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、前記複合材料の硬化後に前記原材料不浸透性シートを取り除き、
前記ＳＭＰ装置を前記剛性のある状態から前記展性のある状態にさせ、
前記ＳＭＰ装置が前記展性のある状態にある間に、前記複合部品内から前記ＳＭＰ装置を取り除くものである請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＳＭＰ装置は、温度Ｔｇよりも高温に加熱された時、前記展性のある状態にされるように構成され、前記複合材料の硬化温度は、Ｔｇ未満であり、前記ＳＭＰ装置は、前記複合部品になるまで前記複合材料が硬化している間、剛性のある状態のままである請求項９〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、前記複合材料のまわりに前記原材料不浸透性シートを密封する工程の前に、前記複合材料の輪郭と表面仕上げをコントロールするために、前記複合材料の上方に当て板シートを配置し、前記当て板シートのまわりに前記原材料不浸透性シートを密封する請求項９〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記ＳＭＰ装置に前記複合材料を塗布するのに先立って、前記ＳＭＰ装置と前記補強材との間の前記凹部内に剛性のある補強用挿入部材を配置するものであり、
前記凹部は、前記剛性のある補強用挿入部材と前記補強材の両方がその中にあることを可能にするようなサイズと形状である請求項９〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
一体化された硬化特徴を備えた複合部品の製造方法であって、
ＳＭＰ（形状記憶高分子）装置を展性のある状態にさせ、
形成されるべき前記複合部品の第１の表面の所望の配置構成に略対応するように、前記展性のある状態で前記ＳＭＰ装置を整形し、
内側補強材を配置するように構成された１つ以上の凹部を含むように、前記ＳＭＰ装置を整形し、
前記ＳＭＰ装置を剛性のある状態にさせ、
前記凹部内に前記内側補強材を配置し、
前記ＳＭＰ装置と、前記凹部内にある前記内側補強材の露出面との上に複合材料を塗布し、
前記複合部品を製造するために、圧力と熱によって、前記ＳＭＰ装置上の前記複合材料と前記内側補強材を相互硬化または相互結合するものであり、
前記相互硬化または相互結合する工程は、
前記複合材料のまわりに原材料不浸透性シートを密封し、
前記原材料不浸透性シートの外側および／または内側に圧力差を誘導することによって、前記複合材料に対して前記原材料不浸透性シートを押し付け、
前記原材料不浸透性シートが前記複合材料に対して押し付けられている間、前記ＳＭＰ装置が前記剛性のある状態で、前記複合材料を複合硬化温度に加熱し、
前記複合部品から前記原材料不浸透性シートを取り外し、
前記ＳＭＰ装置を前記剛性のある状態から前記展性のある状態にさせ、
前記ＳＭＰ装置が前記展性のある状態にある間に、前記複合部品内から前記ＳＭＰ装置を取り除くものであり、
前記ＳＭＰ装置上に形成されるべき前記複合部品の前記第１の表面に対応するように、前記ＳＭＰ装置を整形する工程は、
剛性と耐久性のある材料で作製された内側マンドレルツールの上方に前記ＳＭＰ装置を配置し、
外側の型の中に前記ＳＭＰ装置と前記内側マンドレルツールとを配置し、
前記内側マンドレルツールまたは前記外側の型に対して前記ＳＭＰ装置の端部を密封し、
前記ＳＭＰ装置が展性のある状態になり始める温度Ｔｇよりも高温に前記ＳＭＰ装置を加熱し、かつ前記外側の型に向かって前記ＳＭＰ装置を膨張させ、
Ｔｇよりも低温に前記ＳＭＰ装置を冷却し、
前記外側の型から剛性のある状態の前記ＳＭＰ装置を取り除くものであることを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記内側補強材は、フレーム、ストリンガ、コア、および前記複合材料の追加層の内の少なくとも１つを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＳＭＰ装置は、温度Ｔｇよりも高温に加熱された時、前記展性のある状態に変化し始めるように構成され、前記複合材料の硬化温度はＴｇ未満であり、前記ＳＭＰ装置は、前記複合部品になるまで前記複合材料が硬化している間、剛性のある状態のままである請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、前記ＳＭＰ装置に前記複合材料を塗布するのに先立って、前記ＳＭＰ装置と前記内側補強材との間の前記凹部に剛性のある補強用挿入部材を配置するものであり、
前記凹部は、前記剛性のある補強用挿入部材と前記内側補強材の両方がその中にあることを可能にするサイズと形状である請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
仮出願でない本特許出願は、「空気袋スタイルの再構成可能なツール類」の名称で２０１０年１１月１１日に出願され、出願番号が第６１／４１２，６３５号であり、参照によってその全内容が本願に組み込まれた先願米国特許仮出願に対する優先権の利益を請求する。本願は、また、「空気袋スタイルの再構成可能なツール類」の名称で２０１０年１２月２１日に出願され、出願番号が第６１／４２５，４３５号であり、参照によってその全内容が本書に組み込まれた先願米国特許仮出願に対する優先権の利益を請求する。更に、本願は、「ＳＭＰ製のマンドレル／空気袋を用いた複合部品の製造方法及び製造システム」の名称で２０１１年５月１６日に出願され、出願番号が第６１／４８６，５３９号であり、参照によってその全内容が本書に組み込まれた先願米国特許仮出願に対する優先権の利益を請求する。
【０００２】
背景
技術分野
本発明は、形状記憶高分子（ＳＭＰ）で作製された再使用可能な装置を使用して、複合部品を製造するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術
航空機の製造において使用される複合部品は、フィラメントワインディング法、テーププレイスメント法、オーバーブレイド法、チョップファイバロービング法、コーティング法、ハンドレイアップ法、または他の複合加工技術と硬化プロセスのような様々な生産方式を使用して構築することができる。これらのプロセスのほとんどは、剛性のある硬化ツール／マンドレルを使用し、その上に複合材料が塗布され、その後剛性のある複合部品に硬化される。特に、結果として得られる複合部品が部品の容易な取り外しを妨げるトラップ形状を有する場合には、硬化された複合部品から剛性のある硬化ツールまたはマンドレルを取り外すのは、一般に困難で、コストがかかり、および／または時間がかかる。マンドレルを取り外す公知の１つの方法では、切断、溶解、ビードブラスト、または別の方法でマンドレルを複合部品の内部から取り外すことが可能なより小さな断片にすることによって、マンドレルを犠牲にするか、または破壊する必要がある。マンドレルを破壊することは、それがその後の部品のために再使用されるのを明らかに妨げ、かつ複合部品の内側表面に損傷を与えることがある。
【０００４】
別の方法では、複合部品が硬化された後に、分解して取り外すことができるセグメント化されたマンドレルが使用される。しかしながら、これらのマンドレルは、高価であり、取り付けと取り外しに多くの時間を必要とする。さらに、これらのセグメント化されたマンドレルは、通常、各々が特定の複合部品を製造するために設計され、他の複合部品の製造に使用されるために再構成されるのは容易ではない。
【０００５】
また、別の方法では、複合部品が硬化された後に、自身を萎ませることによって取り外すことができる膨張可能なマンドレルが使用される。しかしながら、この方法は、通常、複合材のレイアップ中の強さと硬さの相対的欠如によって、袋詰め補助器具としてのみ使用可能な風船状のマンドレルを含む。
【０００６】
別の代替方法は、シリコンコートされた発泡樹脂製のツール類またはマンドレルを必要とする。この発泡樹脂製のツール類は、シリコンバッグで覆われ、次に、未硬化の複合材料を巻き付けられることがある。硬化中に、シリコンバッグが膨張され、発泡樹脂製のツール類が溶解する。硬化後に、シリコンバッグが取り外され、再使用されることがある。しかしながら、発泡樹脂製のツール類は、再使用可能ではないので、新たな発泡樹脂製のツール類が硬化サイクル毎に新たな発泡樹脂から機械加工されなければならない。
【０００７】
従って、複合部品の製造方法を改善するニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００８】
概要
本発明の実施形態は、形状記憶高分子（ＳＭＰ）装置を使用して複合部品を製造する方法を示す。一例となる方法は、ＳＭＰ装置の少なくとも一部に対して複合材料を塗布し、剛性のある状態から展性のある状態にＳＭＰ装置のモジュラスを変化させるきっかけを与え、複合材料の硬化温度に複合材料を加熱し、剛性のある型に対して複合材料を押し付けるために、硬化前および／または硬化中に、展性のある状態にあるＳＭＰ装置を複合材料に向かって動かす圧力差を発生させることを含んでも良い。モジュラスの変化は、ＳＭＰ装置に対して温度変化、電流、水、および光の内の少なくとも１つを与えることがきっかけとなって起きるかもしれない。硬化が完了した時点で圧力が解放され、結果として得られる硬化された複合部品の内部からＳＭＰ装置が取り外されても良い。
【０００９】
別の一例となる複合部品の製造方法は、ＳＭＰ装置の少なくとも一部の上に複合材料を塗布し、複合材料の少なくとも一部が剛性のある成型ツールに支持されるように、剛性のある成型ツールの内部の凹部に複合材料およびＳＭＰ装置を入れ、複合材料およびＳＭＰ装置の上方に原材料不浸透性シートを置き、剛性のある成型ツールおよび／またはＳＭＰ装置に対して原材料不浸透性シートを密封するステップを含んでも良い。次に、この方法は、複合材料の硬化温度に複合材料を加熱し、剛性のある状態から展性のある状態にモジュラスを変化させるきっかけをＳＭＰ装置に与え、複合材料に向かって原材料不浸透性シートと展性のある状態にあるＳＭＰ装置とを動かすのに十分な圧力差を発生させ、それによって複合部品になるように、複合材料の硬化前と硬化中に剛性のある型に対して複合材料の少なくとも一部を押し付けることを含んでも良い。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法は、ＳＭＰ装置を展性のある状態にするきっかけを与え、製造される複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように展性のある状態にあるＳＭＰ装置を形作り、内部に補強材を入れるために形成された１つ以上の凹部を有するＳＭＰ装置を形作り、ＳＭＰ装置を剛性のある状態にするきっかけを与え、１つ以上の凹部に補強材を入れ、ＳＭＰ装置と１つ以上の凹部の内部にある補強材の露出面の上に複合材料を塗布し、複合部品を製造するために圧力と熱によってＳＭＰ装置上の複合材料と補強材とを相互硬化または相互結合するステップを含んでも良い。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、硬化された複合部品の内部からＳＭＰ装置を取り外す方法は、ＳＭＰ装置を剛性のある状態から展性のある状態にするきっかけを与え、展性のある状態にあるＳＭＰ装置を硬化された複合部品から離し、内側マンドレルツールに向かって動かす圧力差を発生させ、その上にＳＭＰ装置を備えた内側マンドレルツールを硬化された複合部品から取り外すステップを含んでも良い。内側マンドレルツールは、様々な起伏を有する外側表面を含み、外側表面の表面積は、ＳＭＰ装置が内側マンドレルツールに向かって動かされた時、自分の上に折り重なるかまたは折り目が付くのを防ぐために十分に大きくても良い。外側表面上の複数のポイントの間の最大直線距離は、硬化された複合部品から取り外すための内側マンドレルツールのクリアランスを確保するために十分に小さくても良い。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態では、一体化された補強材を備えた複合部品の製造方法は、形成される複合部品の第１の表面の所望の配置構成に対応するように、ＳＭＰ装置を形作るか、または成型し、内部に補強材を入れるように構成された１つ以上の凹部を含むように、ＳＭＰ装置を形作るか、または成型し、１つ以上の凹部の中に補強材を入れ、ＳＭＰ装置と１つ以上の凹部の内部にある補強材の露出面の上に複合材料を塗布し、複合部品を製造するために圧力と熱によってＳＭＰ装置上の複合材料と補強材とを相互硬化または相互結合するステップを含んでも良い。本発明のこの実施形態では、ＳＭＰ装置は、複合材料と補強材との相互硬化または相互結合の間中ずっと、剛性のある状態のままにあっても良い。
【００１３】
この概要は、以下の詳細な説明にさらに記載されている簡易様式の概念の選択を導入するために提供される。この概要には、特許請求の範囲に記載された主題の重要な特徴または基本的な特徴を特定する意図も、特許請求の範囲に記載された主題の範囲を限定するために使用する意図もない。本発明の他の形態と有益な効果は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明と添付図面から明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図面の簡単な説明
本発明の実施形態は、添付された図面を参照して以下に詳細に記載されている。
【図１】本発明の一実施形態に従って組み立てられ、上部に複合材料を置かれたマンドレルとして使用されることを示すＳＭＰ装置の斜視図である。
【図２】ＳＭＰ装置が、空気袋として作用するように外側に膨張され、外側の型に向かって複合材料を押し付けている状態の、図１のＳＭＰ装置の垂直断面の正面図である。
【図３】剛性のある膨張状態にあるＳＭＰ装置の別の実施形態の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って組み立てられた内側マンドレルツールの斜視図である。
【図５】図４に示された内側マンドレルツールの上方にスライドされ、内側マンドレルツールに対して収縮させるように加熱された後の、図３のＳＭＰ装置の分解斜視図であり、さらに、自身の各端部で内側マンドレルツールに対してＳＭＰ装置を密封するように構成された複数のエンドシールを示す。
【図６ａ】本発明の一実施形態に従って組み立てられ、複合部品に相互結合または相互硬化されるように構成された内側補強材の斜視図である。
【図６ｂ】所望の剛性のあるツールの配置構成になるように図５のＳＭＰ装置を形成するのを補助するために、本発明の一実施形態に従って組み立てられたダミー外板とダミー補強材の部分斜視図である。
【図７】図６のダミー外板とダミー補強材の部分斜視図であり、さらに、ダミー補強材の上方に置かれた補強用挿入部材を示す。
【図８】本発明の一実施形態に従って組み立てられた剛性のある外側ツールの中に入れられた、図５の内側マンドレルツールの分解斜視図である。
【図９】内部に形成された１つ以上の凹部の中にダミー内側補強材がある状態の、所望の剛性のあるツールの配置構成にある図５のＳＭＰ装置の斜視図である。
【図１０ａ】内部に形成された１つ以上の凹部から内側補強材が取り外された状態の、所望の剛性のあるツールの配置構成にある図９のＳＭＰ装置の斜視図である。
【図１０ｂ】内部に形成された１つ以上の凹部の中に図６ａの内側補強材がある状態の、所望の剛性のあるツールの配置構成にある図５のＳＭＰ装置の斜視図である。
【図１１】ＳＭＰ装置の上と内側補強材の周囲に複合材料が塗布された状態の、図９のＳＭＰ装置の斜視図である。
【図１２】複合材料の硬化後の図１１のＳＭＰ装置と複合材料の部分斜視図であり、ＳＭＰ装置が加熱され、内側マンドレルツールに向かって収縮された時点での、ＳＭＰ装置と硬化された複合材料との間のスペースを示す。
【図１３】内側マンドレルツール、剛性のある外側ツール、およびそこから取り外されたＳＭＰ装置を用いて、剛性のある胴体になるように一緒に相互硬化または相互結合された、図１２の複合材料と図６の内側補強材の斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態に従って、所望の剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置を形成する方法のフローチャートである。
【図１５】本発明の一実施形態に従って、ＳＭＰ装置を使用して胴体を製造する方法のフローチャートである。
【図１６】２つのＳＭＰ装置と剛性のある成型ツールとの間に形成され、各々が本発明の一実施形態に従って組み立てられたＪ−ストリンガの部分断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態に従って、ＳＭＰ装置を使用して複合補強材を製造する方法のフローチャートである。
【００１５】
図面は、本書に開示され、記載されている特定の実施形態に本発明を限定するものではない。図面は、本発明の本質を明確に示す時に代りに用いられる尺度や強調を必要としない。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
本発明の以下の詳細な説明は、本発明を実施できる特定の実施形態を示す添付図面を参照する。実施形態には、当業者が本発明を実施できるようにするために十分詳細に、本発明の形態について記載されるように意図される。他の実施形態は、利用可能であり、本発明の範囲から逸脱せずに変更できる。従って、以下の詳細な説明は、限定する意味で受け取られるべきではない。本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によってのみ、その特許請求の範囲が権利化される対応語句の全ての範囲に沿って定義される。
【００１７】
本明細書では、「１つの実施形態」または「複数の実施形態」の参照は、本技術の少なくとも１つの実施形態の中に、参照される１つの特徴または複数の特徴が含まれていることを意味する。本明細書における「１つの実施形態」または「複数の実施形態」の個別の参照は、そのように記載されている場合を除いて、および／または、当業者にとって本明細書から直ぐに明確になる場合を除いて、必ずしも同じ実施形態を参照するわけではなく、必ずしも互いに異なる実施形態を参照するわけでもない。例えば、１つの実施形態に記載されている特徴、構造、作用などは、他の実施形態にも含まれても良いが、必ずしも含まれているわけではない。従って、本技術は、本書に記述されている実施形態の様々な組み合わせおよび／または一体化を含むことができる。
【００１８】
ＳＭＰ装置を用いた複合部品の作製
本発明の１つの実施形態は、複合部品の作製方法である。本発明のこの実施形態は、図１〜２に最も良く示される形状記憶高分子（ＳＭＰ）装置１２、および／または、本書に後述され、図２に示された剛性のある外側ツール２８を用いて実施されても良い。ＳＭＰ装置１２は、図１に示されるように複合材料１４をその上に塗布するためのマンドレルまたは剛性のあるツール類、および図２に示されるように複合材料１４の硬化中に複合材料１４に対して外側への圧力を加えて固められた複合部品を得るための空気袋の両方として使用されても良い。
【００１９】
ＳＭＰ装置１２は、あらゆる記憶形状に成型されたＳＭＰ材料から形成されても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２は、参照によって全体が本書に組み込まれた米国特許第７，４２２，７１４号明細書に記載されている、ＳＭＰシリンダを形成する方法のように、従来技術の中で公知のあらゆる方法を使用して、１つ以上の開口端部を有する長尺なおよび／または窪んだ配置構成になるように成型されても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２は、対向する２つの端部で開口する、予め形成されたＳＭＰシリンダまたはバレルであっても良い。あるいは、ＳＭＰ装置１２は、台形、長方形、正方形、または三角形のようなあらゆる断面形状を有しても良く、または窪んでいない配置構成になるように成型されていても良い。本書では、ＳＭＰ装置の成型形状は、ＳＭＰ装置の記憶形状という。
【００２０】
ＳＭＰ装置１２の形成に使用されるＳＭＰ材料は、補強されたまたは未補強のＳＭＰ材料でも良い。具体的には、ＳＭＰ装置１２の形成に使用されるＳＭＰ材料は、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂ベースのＳＭＰ、スチレン共重合体ベースのＳＭＰ、またはシアン酸エステル、ポリウレタン、ポリエチレン単独重合体、ブタジエンスチレン、ポリイソプレン、アクリル酸ステアリルとアクリル酸またはアクリル酸メチルとの共重合体、ノルボネンまたはジメタンオクタヒドロナフタレンの単独重合体または共重合体、およびマレイミドのような他のあらゆるタイプのＳＭＰの組み合わせでも良い。例えば、ＳＭＰ装置１２において使用されるＳＭＰ材料は、参照によって全体が本書に組み込まれた米国特許第７，４２２，７１４号明細書、米国特許第６，９８６，８５５号明細書、米国特許第７，２７６，１９５号明細書、米国特許出願公開第２００８／００２１１８８号明細書、米国特許出願公開第２００８／００２１１６６号明細書、および／または米国特許出願公開第２００８／０２６９４２０号明細書に記載されているあらゆるＳＭＰでも良い。しかしながら、多数の他のタイプのＳＭＰが存在し、特定の許容範囲と温度条件を満たすように調整することができる。
【００２１】
いくつかの異なる方法によって、温度変化、電流、水、および／または光のような様々なＳＭＰ材料のモジュラスを変化させることができる。しかしながら、本書に記述されている典型的な方法は、温度変化を使用して、展性のある状態から剛性のある状態におよびその逆に、ＳＭＰ装置１２を変化させることを開示している。そうは言っても、ＳＭＰ装置１２のＳＭＰ材料のモジュラスを変化させるための上に列挙されたあらゆるきっかけは、本発明の範囲から逸脱せずに、本書に記載されている複合部品の製造方法のために使用できる。
【００２２】
ＳＭＰ材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、ＳＭＰ材料がその温度でおよび／またはその温度よりも高い温度でより低いモジュラス状態に移行し、変形されるように軟質におよび／または展性を持ち始める閾値温度として本書に定義される。従って、本発明のＳＭＰ装置１２は、Ｔｇよりも高温に加熱されるとフレキシブルかつ形成可能になり始め、Ｔｇよりも低温に冷却されると剛性を持ち始めるように構成されても良い。ＳＭＰ装置１２は、Ｔｇよりも高い温度で変形されると、次に、その変形された状態で保持され、その温度が降下してＴｇよりも低くなると、次に、ＳＭＰ装置１２はその変形された状態で固まる。再び加熱されると、ＳＭＰ装置１２は、別の力が別の方法で作用しない限り、その最初に成型された記憶形状にほぼ戻ることができる。ＳＭＰ装置１２のモジュラス変化がＴｇで始まっても良く、ＳＭＰ装置１２が次第に展性を持つ転移温度範囲が存在しても良い。
【００２３】
ＳＭＰ装置１２は、本書に記載されている用途と方法のために適切なあらゆるＴｇを有するＳＭＰ材料で作製されても良い。本発明のいくつかの実施形態では、Ｔｇは、複合材料１４の硬化温度以下であっても良く、ＳＭＰ装置１２は、複合部品の硬化中に膨張させることができる空気袋として使用されても良い。本発明の他の実施形態では、Ｔｇは、複合材料１４の硬化温度よりも高くても良く、ＳＭＰ装置１２は、複合部品の硬化中に剛性のあるままであっても良い。
【００２４】
ＳＭＰ装置１２は、あらゆるＴｇを有するように設計されても良く、本発明のいくつかの例の実施形態では、Ｔｇは、１００°Ｆ（３７．８℃）と７００°Ｆ（３７１．１℃）との間の温度であっても良い。具体的には、Ｔｇは、１００°Ｆ（３７．８℃）と２００°Ｆ（９３．３℃）との間、２００°Ｆ（９３．３℃）と３００°Ｆ（１４８．９℃）との間、または３００°Ｆ（１４８．９℃）と４００°Ｆ（２０４．４℃）との間の温度であっても良い。より具体的には、Ｔｇは、１２５°Ｆ（５１．７℃）と１７５°Ｆ（７９．４℃）との間、２５０°Ｆ（１２１．１℃）と３００°Ｆ（１４８．９℃）との間、または３５０°Ｆ（１７６．７℃）と４００°Ｆ（２０４．４℃）との間の温度であっても良い。本発明の１つの実施形態では、ＳＭＰ装置１２のＴｇは、１４３°Ｆ（６１．７℃）、２７５°Ｆ（１３５．０℃）、または３７５°Ｆ（１９０．６℃）と略等しくても良い。ＳＭＰ装置１２は、Ｔｇで始まるまたはＴｇを中心とした転移温度範囲を通過して加熱されると、次第に展性を持っても良く、転移温度範囲を通過して冷却されてＴｇの温度にまたはＴｇよりも低い温度になると、徐々に固まって剛性のある状態になっても良い。
【００２５】
剛性のある外側ツール２８は、複合部品を製造するのに望ましいあらゆる形状または配置構成を有しても良い。本発明のいくつかの実施形態では、剛性のある外側ツール２８は、ＳＭＰ装置１２と複合材料１４とが入れられる窪んだスペースを有しても良い。例えば、剛性のある外側ツール２８は、バレルツールまたはクラムシェルツールであっても良い。剛性のある外側ツール２８は、図２に示されるように、複合部品の外側表面を形成しても良い。本発明の代替の実施形態では、剛性のある外側ツール２８は、複合部品の内側表面または外側表面を形成するような形状で構成されたあらゆるタイプの型と取り替えられても良い。本発明のいくつかの実施形態では、剛性のある外側ツール２８を使用して、さらに、ＳＭＰ装置１２を形作るまたは形成するのを補助しても良い。例えば、ダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、および／または補強用挿入部材２６は、以下に詳細に記載されているように、ＳＭＰ装置１２の所望の型の配置構成を与えるために、剛性のある外側ツール２８の中に入れられても良く、またはそれに取り付けられても良い。
【００２６】
複合部品を形成するためにＳＭＰ装置１２の上に置かれた複合材料１４は、低温の樹脂、高温の樹脂、硬質の樹脂、プリプレグ、湿式処理されたファイバ、乾燥したファイバ、連続のファイバ、不連続のファイバ、刻まれたファイバ、ガラス、ケブラ、炭素、および／またはコアを含んでも良く、またはそれらの形態をしていても良い。コアは、複合材料の２つの層を分離する全てのオフセット部品として本書に定義される。例えば、コアは、発泡体、熱可塑性物質、ハニカム材料、アルミニウム、ファイバガラス、フェノール、炭素、ノメックスなどを含んでも良い。コアは、コアパネル、ハニカムコア、またはサンドイッチパネルコアということができる。さらに、複合材料１４の化学的構成は、エポキシ、ＢＭＩ、ベンゾキサジン、ビニル、アクリル、ポリエステル、ポリアミド、フタロニトリル、および従来技術の中で公知のあらゆる他の類似物質を含んでも良い。複合材料１４は、自動ファブリックプレイスメント法、自動ファイバプレイスメント法、自動フィラメントワインディング法、ファブリックプレイスメント法、ハンドレイアップ法、または従来技術の中で公知のあらゆる他の方法を使用して、ＳＭＰ装置１２の上に置かれても良い。複合材料１４は、低温硬化プロセスおよび／または高温硬化プロセスによって、オートクレーブの中と外で固められるか、または硬化されるように構成されても良い。
【００２７】
使用時には、剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２が形成され、次に、その上に複合材料１４が塗布されても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２は、ＳＭＰ装置１２の内側に置かれた１つ以上の内側の型、および／またはＳＭＰ装置１２の外側に置かれた（剛性のある外側ツール２８のような）１つ以上の外側の型によって形作られても良い。１つ以上の内側または外側の型は、ＳＭＰ装置１２に対して所望の形状を与えるために一体的に形成されたまたは一緒に組み立てられた、あらゆる所望の配置構成で剛性のある外側ツール２８の中に入れられたまたはその上に置かれたダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、および／または補強用挿入部材２６のようなあらゆる数の部品を含んでも良い。しかしながら、ＳＭＰ装置１２のあらゆる形成方法は、本発明の範囲から逸脱せずに使用できる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、１つ以上の内側または外側の型に対して密封され、加熱され、次に、１つ以上の内側または外側の型に対して押し付けられても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２は、膨張、真空、および／または型に向かってＳＭＰ装置１２を移動させるための、従来技術の中で公知のあらゆる他の方法によって発生された圧力差によって、１つ以上の内側または外側の型に対して押し付けられても良い。具体的には、ＳＭＰ装置１２は、加熱され、複合部品の内側表面を形成する配置構成になるように、外側の型に向かって膨張させられても良い。図１に示されるように、ＳＭＰ装置１２が剛性のあるツールの配置構成で冷却された時点で、ＳＭＰ装置１２は、１つ以上の内側または外側の型から取り外されても良く、複合材料１４は、ファイバプレイスメント法のような従来技術の中で公知のあらゆる方法を使用して、ＳＭＰ装置１２の上に置かれても良い。本書では、ＳＭＰ装置１２は、それに対して複合材料１４が塗布される所望の形状に形成された後、「剛性のあるツールの配置構成」にあるということができる。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態では、（複合フレーム、ストリンガ、またはコアなどの内側補強材のような）部品が複合材料１４に相互結合または相互硬化されるために凹部の中に入れられても良いように、ＳＭＰ装置１２の中に凹部（キャビティ）４０が形成されても良い。次に、複合材料１４は、それに対して相互結合または相互硬化される部品とＳＭＰ装置１２の両方の上方および／または上に置かれても良い。これらの凹部４０は、あらゆる機械的な取り付けを必要とせずに、複合材料１４の適所に相互結合または相互硬化される部品を複合材料１４の塗布中に保持しても良い。さらにまたは代わりに、様々な拘束を使用して、複合材料１４の塗布中に内側補強材を適所に保持しても良い。次に、ＳＭＰ装置１２による圧力は、硬化中の複合材料に対してこれらの部品または内側補強材を押し付けるので、それらを一緒に相互硬化または相互結合させることができる。
【００３０】
さらにまたは代わりに、ＳＭＰ装置１２のサイズと形状は、より厚い複合材料１４または追加層の複合材料１４が選択位置でその上に塗布されるのを可能にするように構成されても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２は、より小さな横断面積を備えた部分およびより大きな横断面積を備えた部分を有しても良い。より小さな横断面積を備えたＳＭＰ装置１２の部分は、より多い量の複合材料１４がその上に塗布されるのを可能にしても良い。一般に、複合材料１４および／または内側補強材の所望の厚さが、そのオフセットの内部にフィットすることができるように、ＳＭＰ装置１２は、ＳＭＰ装置１２と剛性のある外側ツール２８との間に十分なクリアランスまたはオフセットを与えるような形状で構成されても良い。
【００３１】
複合材料が塗布された時点で、ＳＭＰ装置１２と複合材料１４は、複合材料１４を硬化させる、および／または複合材料１４に対して他の部品または内側補強材を相互硬化または相互結合させるためにそれに対して加えられる熱と圧力を有しても良い。さらに、熱を使用して、ＳＭＰ装置１２のモジュラスを変化させても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２と複合材料１４は、剛性のある外側ツール２８の窪んだスペースの中に置かれ、複合材料１４を硬化させるのに必要なように加熱および加圧されても良い。いくつかの実施形態では、この硬化プロセス中に使用される加熱温度は、ＳＭＰ装置１２のＴｇよりも高温であり、ＳＭＰ装置１２を自身の展性のある状態に切り替えることを引き起こすかもしれないし、（例えば、オートクレーブによって）ＳＭＰ装置１２の内部および／または外部から加えられる圧力差は、ＳＭＰ装置１２を剛性のある外側ツール２８に向かって移動させることを引き起こすかもしれない。具体的には、熱は、ＳＭＰ装置１２を剛性のあるツールの配置構成から空気袋の配置構成になるように変化させ、その内部で、ＳＭＰ装置１２は、フレキシブルかつ膨張可能になり、図２に示されるように、剛性のある外側ツール２８に対して複合材料１４を押し付けるための内側の空気袋として作用するかもしれない。さらに、本発明のいくつかの実施形態では、圧力が所望の圧力の最高値まで強められた時点で、小さな圧力差または加圧がＳＭＰ装置１２にその温度がＴｇを超過するまで加えられても良い。
【００３２】
従って、ＳＭＰ装置１２は、剛性のある外側ツール２８またはあらゆる代替の剛性のある成型面に対して、複合材料１４を押し付けるのに使用されても良い。圧力差は、本書に記載されているように、本書に記載されている剛性のあるツールまたは複数の型の内の１つに対して密封されたＳＭＰ装置１２を用いて、様々な方法を使用して発生させることができ、ＳＭＰ装置１２は、複合材料に向かって膨張し、および／または硬化中の複合材料１４に対して取り出される。本発明のいくつかの実施形態では、圧力差は、オートクレーブによってもたらされる。
【００３３】
あるいは、本発明のいくつかの実施形態では、真空バッグまたは他の原材料不浸透性シートは、剛性のある表面に向かって自身の展性のある状態にあるＳＭＰ装置１２を移動させ、ＳＭＰ装置１２と剛性のある表面との間の複合材料１４を押し付ける方法に利用することができる。本発明のこの実施形態では、真空バッグまたは他の原材料不浸透性シートは、剛性のある外側ツール２８のような、本書に記載されている剛性のあるツールまたは複数の型の内の１つに対して密封されても良い。ＳＭＰ装置１２が不透過性ではなく、内部に孔または裂け目を含み、および／またはもう１つの表面に対して密封することができないのに、ＳＭＰ装置１２とそれを密封するそのもう１つの表面との間に圧力差を発生させる必要がある場合には、これは、特に有用であるかもしれない。例えば、真空バッグは、剛性のある外側ツール２８に対して密封されても良く、真空バッグを使用して、真空バッグに対して加えられた圧力差によって所望の方向に、自身の展性のある状態にあるＳＭＰ装置１２を動かしても良い。
【００３４】
上述されているように、ＳＭＰ装置１２は、電流、水、および／または光のような熱以外のきっかけに応じてモジュラスが変化するように構成されても良い。従って、本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２が膨張するか、または別の方法で剛性のある外側ツール２８に対して複合材料１４を押し付けるために十分に展性を持つように、複合材料１４が硬化されている際に、さらに他のきっかけの内の１つがＳＭＰ装置１２に加えられても良い。
【００３５】
複合材料１４が硬化された時点で、温度がＴｇよりも高く維持される間に、圧力差が実質的に等しくなり、次に、フレキシブルな空気袋の配置構成にあるＳＭＰ装置１２が、硬化された複合部品の内部から取り外されても良い。あるいは、複合材料１４が硬化された時点で、硬化された複合材料からＳＭＰ装置１２を離すのに十分な圧力差が発生させられても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、その最初の形状または記憶形状に収縮し、結果として得られる複合部品の内部からＳＭＰ装置１２を容易に取り外すこと可能にしても良い。本発明の他の実施形態では、本書に後述されるように、ＳＭＰ装置１２の内部に置かれた内側マンドレルは、複合部品から（引き続き自身の展性のある状態にある）ＳＭＰ装置１２を離すように構成されても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、引き続き展性のある状態にある間に、硬化された複合部品から離されても良く、硬化された複合部品の内部から取り外される前に、冷却するおよび／または少なくとも多少剛性をまたは完全に剛性を再び持つことを可能にしても良い。
【００３６】
ＳＭＰ装置１２を使用して、トラップ形状を備えた複合部品のような、様々な形状の様々な複合部品を形成しても良い。例えば、複合部品は、航空機胴体、翼、ナセル、パネル、ダクト、および航空機の構造用支持材または補強材であっても良い。航空機の構造用支持材の例は、ストリンガ、フレーム、台形の帽子状の補強材、ベル状の補強材、逆帽子状の補強材、Ｊ−補強材、Ｆ−補強材、ブレード補強材、Ｉ−補強材、およびＣ−補強材を含んでも良い。さらに、ＳＭＰ装置１２を用いて形成された複合部品は、回転翼航空機、パイロン、逆推力装置、シュラウド、インレット、ウィングレット、ウィングティップ、垂直および水平スタビライザ、機体構造物、尾翼、スパー、リブ、管状の機体構造物、操縦翼面、機首部分、フェアリング、フラップ、補助翼、スポイラ、スラット、トルクチューブ、ドライブシャフト、カウル、エンジンインレット、エキゾーストノズル、エキゾーストコーン、プロペラ、ギアボックス、トランスミッションハウジング、カフ、ロータブレード、燃料タンク、着陸装置、着陸装置室、ドア、サブフレーム、ロンジロン、ワイヤトレイ、支柱、ブラケット、フレームスタビライザ、ガンマウント、コントロールペデスタル、計器コンソールなどを含んでも良い。これらの複合部品は、ＳＭＰ装置１２を使用し、ＳＭＰ装置１２がその剛性のあるツールの配置構成にある時に、少なくともＳＭＰ装置１２の一部に対してまず複合材料１４を押し付けることによって形成される。次に、複合材料１４は、複合材料１４の複合部品への硬化中に、剛性のある状態かまたは展性のある状態にあるＳＭＰ装置１２に対しておよび／またはＳＭＰ装置１２によって押し付けられても良い。本発明のいくつかの実施形態では、本書に後述されるように、１つ以上のＳＭＰ装置１２を使用して複合部品を製造しても良い。複数のＳＭＰ装置を使用して複合部品を形成する本発明のいくつかの実施形態では、複数のＳＭＰ装置は、上述されているように、異なる複数のＳＭＰ装置のモジュラスを変化させるために、異なる複数のＴｇ温度または異なる複数のきっかけを有するように構成されても良い。
【００３７】
さらに、内側補強材は、本書に後述されるように、ＳＭＰ装置１２を使用して、上に列挙されたようなあらゆる複合部品に相互硬化または相互結合されても良い。本書では、相互硬化という用語は、未硬化の２つの複合部品を硬化させると同時に結合させるものとして定義される。本書では、相互結合という用語は、固められた１つの部品または予め硬化された１つの複合部品に対して未硬化の１つの複合部品を結合させる間に、同時にその未硬化の１つの複合部品を硬化させるものとして定義される。内側補強材は、上に定義されるように、例えば、フレーム、ストリンガ、またはコアを含んでも良い。フレームとストリンガは、複合部品の長さに対して横方向および／または垂直方向に伸びる長尺な構造用補強材であっても良い。本発明のいくつかの実施形態では、フレームは、格子状の配置構成でストリンガと交差しても良い。いくつかの特定のタイプのフレームとストリンガの例は、台形の帽子状の補強材、ベル状の補強材、逆帽子状の補強材、Ｊ−補強材、Ｆ−補強材、ブレード補強材、Ｉ−補強材、およびＣ−補強材を含んでも良い。さらに、ＳＭＰ装置１２を使用して、トレーラ、自動車用のダクトとマニホールド、ホース、タイヤ、ターボチャージャ、タンク、自動車、レース用車両、ボート、ヨット、自転車、カヌー、カヤック、パドル、スポーツ用品、銃床、グリップ、クロスボウおよびその付属品、ゴルフクラブおよびその関連部品、釣り竿、ギター、パイプ、ポール、建物の備品、風力タービンブレード、エンジン部品、家具、帆船用のマスト、電子機器用の筺体、鎧兜、ドライブシャフト、衛星、ミサイル、および宇宙船のような様々な他の複合部品を形成しても良い。これらの複合部品は、本書に記載されているあらゆる製造方法に類似した方法を使用して形成されても良い。
【００３８】
ＳＭＰ装置を用いた胴体の製造
本発明の別の実施形態は、図１３に示されるような一体化された内側補強材２４を備えた航空機の胴体１５の製造方法である。この実施形態の製造方法は、上述されているように、内側マンドレルツール１６、エンドシール１８、２０、ダミー外板２２、内側補強材２４、補強用挿入部材２６、および剛性のある外側ツール２８と共に、図２〜１２に最も良く示されるようなＳＭＰ装置１２を用いて実施されても良い。
【００３９】
本発明のこの実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、図３に示されるように、図１〜２に示された発明の実施形態に関して上述されている特徴と特性を有しても良い。さらに、ＳＭＰ装置１２は、その成型記憶形状として、バレル、ボトル、漏斗、コーン、またはシリンダの形状を有しても良い。しかしながら、あらゆる他の成型記憶形状は、本発明の範囲から逸脱せずに使用できる。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、膨張状態で受け入れられても良い。具体的には、ＳＭＰ装置１２は、予め加熱され、その記憶形状よりも大きな直径に膨張され、次に、冷却され、その膨張状態で固められても良い。ＳＭＰ装置１２は、１つか２つの開口端部を含んでも良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、直径約１インチから３５フィート、および長さ約１フィートから７５フィートであっても良い。しかしながら、ＳＭＰ装置１２は、本発明の範囲から逸脱せずにあらゆる寸法を有することができる。
【００４０】
内側マンドレルツール１６は、図４に示されるように、複合硬化サイクルの間中ずっと剛性のあるままであるあらゆる剛性と耐久性のある材料で作製されても良い。本発明のいくつかの実施形態では、内側マンドレルツール１６は、実質的に円筒状であっても良い。さらに、内側マンドレルツール１６は、その中が空洞であり、円筒壁３０と対向する２つの端部３２、３４を有し、内側マンドレルツール１６の内部の窪んだスペースへの開口部（図示せず）を含んでも良い。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態では、膨張用の１つ以上の開口部３６は、円筒壁３０を貫通し、エアライン（図示せず）などによって窪んだ内側マンドレルツール１６の内部に圧縮ガスが注入され、それによって、内側マンドレルツール１６から外側に膨張圧力を加えても良い。膨張用の１つ以上の開口部３６は、さらに、以下に記載されているように、胴体１５を製造する様々なステップ中に、内側マンドレルツール１６に対してＳＭＰ装置１２を吸引するように構成されても良い。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態では、内側マンドレルツール１６の外側表面は、さらに、様々な起伏を含んでも良い。例えば、様々な起伏は、複合部品の硬化後のＳＭＰ装置１２の回復において使用される多数の突起部３８および／または凹みを含んでも良い。具体的には、図４に示されるように、円筒壁３０の外側表面は、円周方向または軸方向に間隔を空けられた、実質的に互いに平行に配置された複数の尾根部またはリブの形態をしている多数の突起部３８を含んでも良い。複数の尾根部またはリブの各々は、内側マンドレルツール１６の対向する２つの端部３２、３４の間に伸びても良く、図４に示されるように、内側マンドレルツール１６の対向する２つの端部３２、３４の間に伸びる波状パターンまたは正弦波パターンで形作られても良い。さらにまたは代わりに、多数の突起部３８は、内側マンドレルツール１６の周囲に形成された１つ以上の同心リングであっても良く、またはあらゆる他の配置構成を有しても良い。多数の突起部３８は、一体的に形成されるか、または別の方法で内側マンドレルツール１６に取り付けられても良い。
【００４３】
様々な起伏または多数の突起部３８の目的は、より小さな横断面積のＳＭＰ装置１２により大きな歪み量を与えることであっても良い。具体的には、ＳＭＰ装置１２が発生された圧力差によって内側マンドレルツール１６に向かって移動され、硬化された複合部品の内部から取り外される時に、様々な起伏または多数の突起部３８は、ＳＭＰ装置１２が自分の上に折り重なるのを防ぐ。例えば、本書に後述されるように、ＳＭＰ装置１２は、硬化中に外側に膨張させた後に、引き伸ばされても良い。様々な起伏または多数の突起部３８によって発生された軸方向および／または円周方向の歪みは、自分の上に折り重なること、またはＳＭＰ材料に折り目を付けて破損することからＳＭＰ装置１２を防ぐことができる。
【００４４】
基本的には、様々な起伏、多数の突起部３８、および／または凹みは、内側マンドレルツール１６のサイズおよび／または断面の増加を必要とせずにＳＭＰ装置１２が収縮するための、より大きな表面積を与える。図４に示された実施形態では、内側マンドレルツール１６の半径が「ｒ」であり、長さが「Ｌ」であれば、表面積に対する計算式は、通常２π＊ｒ＊Ｌになるであろう。しかしながら、図４の中の内側マンドレルツール１６の表面から伸びる多数の突起部３８のせいで、図４の中の内側マンドレルツール１６の表面積は、２π＊ｒ＊Ｌよりも大きい。
【００４５】
図５に示されるように、エンドシール１８、２０は、ＳＭＰ装置１２と内側マンドレルツール１６との間の、ＳＭＰ装置１２の対向する２つの端部３２、３４の位置、またはそれらに隣接した位置に気密シールを与えるように構成されたあらゆるエンドフィッティング、シール、および／またはシーラントであっても良い。例えば、エンドシール１８、２０は、ＳＭＰ装置１２の開口端部に隣接したＳＭＰ装置１２の一部を覆うように、内側マンドレルツール１６の対向する２つの端部３２、３４に取り付けるような形状で構成されたスエージロックであり、それによって、ＳＭＰ装置１２の内部に圧力容器を形成しても良い。ＳＭＰ材料の性質のせいで、エンドシール１８、２０、ＳＭＰ装置１２、および／または内側マンドレルツール１６の間の適切なシールを形成するのに熱を必要としても良い。本発明のいくつかの実施形態では、エンドシール１８、２０は、実質的に円形のスエージロックであっても良い。膨張圧力は、本発明のいくつかの実施形態では、エンドシール１８、２０を通って供給された１つ以上のエアライン（図示せず）によって圧縮ガスをＳＭＰ装置１２の中に注入することによって導入されても良い。しかしながら、ＳＭＰ装置１２に加えられる圧力は、本発明の範囲から逸脱せずに、エンドシール１８、２０、内側マンドレルツール１６、および／または剛性のある外側ツール２８のあらゆる開口部を通って供給されても良い。留意すべきことは、本発明のいくつかの実施形態では、エンドシール１８、２０は、省略されても良く、むしろ、さらにまたは代わりに剛性のある外側ツール２８に対してＳＭＰ装置１２を密封するように構成されても良いということである。
【００４６】
図６ｂと７に示されるように、ダミー外板２２は、あらゆる材料で作製されても良く、ＳＭＰ装置１２の上に置かれた未硬化の複合材料１４の厚さに相当する厚さを有しても良い。ダミー外板２２は、複合材料形態、金属、未補強のプラスチック、または熱と圧力が加えられている状態で良好な寸法安定性を示すあらゆる材料で作製されても良い。例えば、ダミー外板２２は、炭素繊維で強化されたエポキシ複合材の積層板のような複合材料で作製されても良い。ダミー外板２２は、本書に後述されるように、剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を変形させる間に、剛性のある外側ツール２８の内部に置かれるように構成される。本発明のいくつかの実施形態では、ダミー外板２２は、さらに、ダミー内側補強材２３を含むか、またはそれと一体的に形成されても良い。
【００４７】
ダミー内側補強材２３は、図６ｂと７に示されるように、剛性のあるツールの配置構成にＳＭＰ装置を変形させている間、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４に対応するように、内側補強材２４と実質的に同一のサイズと形状であり、ダミー外板２２の上に配置された剛性のある構造物であっても良い。あるいは、ダミー内側補強材２３は、剛性のあるツールの配置構成にＳＭＰ装置１２を変形させている間、内側補強材と補強用挿入部材２６の両方に対応するサイズと形状であっても良い。
【００４８】
内側補強材２４は、図６ａと１０ｂに示されるように、胴体または他の複合部品の複合材料１４に相互結合および／または相互硬化されるように構成されたあらゆるサブ構造用補強材であっても良い。内側補強材２４は、胴体の内側表面の起伏と一致するように曲がった長尺な構造用部品であっても良い。内側補強材２４は、フレームとストリンガのような内部フレーム要素の形態をしている硬化された複合材料または未硬化の複合材料を含んでも良い。内側補強材２４は、本書に後述されるように、硬化中に補強用挿入部材２６によって所望の形状に保持されても良い。内側補強材２４のいくつかの例は、台形の帽子状の補強材、ベル状の補強材、逆帽子状の補強材、Ｊ−補強材、Ｆ−補強材、ブレード補強材、Ｉ−補強材、Ｃ−補強材、コア補強材、サンドイッチパネルコア、ハニカムコアなどを含むが、それらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施形態では、内側補強材２４は、高さ約８インチのフレームと高さ約３インチのストリンガを含んでも良い。しかしながら、あらゆる寸法は、本発明の範囲から逸脱せずに使用できる。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態では、フレームは、完成した胴体１５の内部の格子状の配置構成でストリンガと交差するように構成されても良い。例えば、図６ａに示されるように、ストリンガがフレームの一部に重なるように形成されても良く、および／または、フレームがストリンガの一部に重なるように形成されても良い。内側補強材２４の部分的な重なりは、内側補強材２４をパズルピースのように一緒にフィットさせるサイズと形状にすることによって形成されても良い。図６ｂ、７、８、および９に示されるように、ダミー内側補強材２３のために同じ配置構成を使用しても良い。
【００５０】
補強用挿入部材２６は、図７に示されるように、インバーのようなニッケル鋼合金などの剛性のある材料で作製されても良く、ＳＭＰ装置１２に面する内側補強材２４の一部および／またはダミー内側補強材２３の一部に接触および／または結合しても良い。補強用挿入部材２６は、ＳＭＰ装置１２の形成をより容易にするために、内側補強材２４および／またはダミー内側補強材２３の鋭い角と曲げを緩和するように構成されても良い。具体的には、補強用挿入部材２６は、内側補強材２４の内の１つ以上および／またはダミー内側補強材２３の内の１つ以上によって示された１つ以上の角度で結合するまたはその角度以内にあるように構成されても良い。例えば、内側補強材２４の１つまたはダミー内側補強材２３の１つが直角を示す場合、補強用挿入部材２６の１つは、直角で交わる、内側補強材２４またはダミー内側補強材２３と直角で結合するように構成された２つの表面を有しても良い。補強用挿入部材２６は、さらに、内側補強材２４またはダミー内側補強材２３から離れた、実質的に水平である表面および／またはより段階的な複数の角度を示す表面からなる複数の表面を有しても良い。例えば、補強用挿入部材２６の内の１つ以上は、本書に後述されるように、剛性のある外側ツール２８に向かって外側に移動される際にＳＭＰ装置１２と接触する、面取りされたまたは角度のある少なくとも１つの表面および／または丸い複数のエッジを有しても良い。補強用挿入部材２６は、さらに、内側補強材２４、ダミー内側補強材２３、および／または剛性のある外側ツール２８の内側表面のカーブと実質的に一致するように、長さ方向に湾曲されても良い。
【００５１】
補強用挿入部材２６を備えた内側補強材２４および／またはダミー内側補強材２３は、図１０に示され、本書に後述されるように、ＳＭＰ装置１２に溝または長くて狭い窪みのような凹部40を形成するように構成されても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ダミー内側補強材２３および／または補強用挿入部材２６は、ＳＭＰ装置１２に凹部４０を形成するように構成されても良く、あとで内側補強材２４と取り替えられても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２が剛性のあるツールの配置構成になった時点で、ダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、および／または補強用挿入部材２６は、凹部４０から取り外され、補強用挿入部材２６に対抗して胴体１５の内部で相互硬化されるように構成された、未硬化の内側補強材２４と取り替えられても良い。あるいは、ＳＭＰ装置１２が剛性のあるツールの配置構成になった時点で、ダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、および／または補強用挿入部材２６は、凹部４０から取り外され、補強用挿入部材２６に対抗して胴体１５に相互結合されるように構成された、予め硬化された内側補強材２４と取り替えられても良い。
【００５２】
本発明の一例の実施形態では、図６ａ、６ｂ、および７に示されるように、内側補強材２４および／またはダミー内側補強材２３は、対応する補強用挿入部材２６によって少なくとも２つの側面で支持されたＪ−補強材４２を含んでも良い。さらに、この一例の実施形態における内側補強材２４および／またはダミー内側補強材２３は、実質的に「Ｔ」状の横断面を有する、さらに、その各々が対応する補強用挿入部材２６によって少なくとも２つの側面で支持されたフレーム４４を含んでも良い。図７に示されるように、補強用挿入部材２６および／またはダミー内側補強材２３の一部は、継ぎ目ストラップとボルトのような機械的締結具４６によって、適所にかつ一緒に保持されても良い。しかしながら、内側補強材２４および／またはダミー内側補強材２３は、公知のあらゆる配置構成を有しても良く、補強用挿入部材２６は、それに結合するあらゆる形状と配置構成を有しても良い。
【００５３】
剛性のある外側ツール２８は、図８に示されるように、胴体１５の外側表面の形状を形成するように構成された内側表面を有する剛性のあるツールであっても良い。例えば、剛性のある外側ツール２８は、図２に示されるように、または図８に示されるように、クラムシェルツールであっても良く、下側のクラムシェルと上側のクラムシェルからなる２等分された部分を有しても良い。共に、２等分された部分は、剛性のある外側ツール２８の内側表面によって囲まれた窪んだ円筒形状を形成しても良い。しかしながら、剛性のある外側ツール２８は、一緒に連結された時に、胴体１５の外側表面の形状を形成するように構成された内側表面を形成するあらゆる複数の部分を含んでも良い。
【００５４】
一般的に、胴体１５の製造方法は、内側補強材２４のための凹部４０を備えた剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形成し、ＳＭＰ装置１２の凹部４０の中に、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４と補強用挿入部材２６とを入れ、ＳＭＰ装置１２の上に未硬化の複合材料１４を置き、次に、剛性のある外側ツール２８の中に、そのＳＭＰ装置１２と未硬化の複合材料１４とを入れるステップを含んでも良い。製造方法は、次に、硬化プロセス中に剛性のある外側ツール２８に対して複合材料１４を押し付けるために、ＳＭＰ装置１２を膨張させるか、または別の方法で膨張させると同時に、圧力と熱によって複合材料１４を硬化させ、次に、複合材料１４が硬化された時点で、縮小された断面にＳＭＰ装置１２を移動させ、結果として得られる胴体の内部からＳＭＰ装置１２を取り出すステップを含んでも良い。それによって、内側補強材２４は、胴体に対して内側補強材２４を取り付けるための機械的締結具の必要性をなくし、複合材の胴体に相互結合および／または相互硬化される。胴体に対して内側補強材２４を相互硬化または相互結合するための、本書に記載されている複数の製造方法を使用して、さらに、本書に列挙されたあらゆる様々な航空機部品のような、従来技術の中で公知のあらゆる複合部品に対して補強材または他の部品を相互硬化または相互結合しても良い。
【００５５】
図１４のフローチャートは、胴体１５を製造するのに使用される剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形成するための一例となる方法１４００のステップを示す。いくつかの代替の実施では、様々な複数のブロックに記載された作用は、図１４に示された順序以外で生じても良い。例えば、図１４に連続して示される２つのブロックは、実際に、実質的に同時に実行されても、時には含まれる機能性に依存して逆の順序で実行されても良い。
【００５６】
製造方法１４００は、ブロック１４０２に記載されるように、図３に示されるように膨張状態にあるＳＭＰ装置１２を受け入れるステップか、またはその記憶形状のＳＭＰ装置１２を受け入れ、その後、膨張状態になるようにＳＭＰ装置１２を加熱して膨張させるステップを含んでも良い。ＳＭＰ装置１２のこの膨張は、さらに、ＳＭＰ装置１２のモジュラスを変化させるための様々な他のきっかけ、および／または所望のサイズにＳＭＰ装置１２を膨張させる様々な他の力や技術を使用して実行されても良い。次に、ＳＭＰ装置１２は、内側マンドレルツール１６の上方にスライドされ得るほど十分に大きくなっても良い。あるいは、ＳＭＰ装置１２は、内側マンドレルツール１６の上方にフィットし得るほど十分に大きな記憶形状に成型されても良い。製造方法１４００の次のステップは、ブロック１４０４に記載されるように、ＳＭＰ装置１２の中に内側マンドレルツール１６をスライドさせるか、または内側マンドレルツール１６の上にＳＭＰ装置１２をスライドさせることであっても良い。本発明のさらに別の代替の実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、凹んだ状態で受け入れられても良く、既に図４の内側マンドレルツール１６の形状に合わせられても良い。
【００５７】
ＳＭＰ装置１２が内側マンドレルツール１６の上に置かれた時点で、製造方法１４００は、ブロック１４０６に記載されるように、ＳＭＰ材料が展性を持ちかつ形成可能になるＴｇよりも高温にＳＭＰ装置１２を加熱することを含んでも良い。閾値温度Ｔｇよりも高温で、図５に示されるように、ＳＭＰ装置１２を内側マンドレルツール１６の周囲で収縮させるので、ＳＭＰ装置１２は、その最初の記憶形状とサイズに向かって自然に収縮しても良い。さらにまたは代わりに、膨張用の開口部によって内側マンドレルツール１６の内部から真空が加えられ、内側マンドレルツール１６に対して加熱された展性のあるＳＭＰ装置１２を吸引しても良い。本発明のいくつかの実施形態では、内側マンドレルツール１６は、対向する２つの端部３２、３４の各々で、ＳＭＰ装置１２の形状に合わせられた複数の面取り部または傾斜部４８を有しても良い。複数の面取り部または傾斜部４８を超えて外側に伸びるあらゆる余剰材料は、移動または切断される必要があっても良い。
【００５８】
製造方法１４００は、ブロック１４０８に記載されるように、ＳＭＰ装置１２と内側マンドレルツール１６に対してエンドシール１８、２０を利用し、内側マンドレルツール１６とＳＭＰ装置１２との間に圧力容器を構成するステップをさらに含んでも良い。具体的には、ＳＭＰ装置１２の端部は、ＳＭＰ装置１２が収縮する際に、内側マンドレルツール１６および／または複数の面取り部または傾斜部４８に向かって内側に押し付けられ、スエージロックのようなエンドシール１８、２０によってそれにロックされても良い。本発明のいくつかの実施形態では、気密シールを形成するために、エンドシール１８、２０と内側マンドレルツール１６との間にＳＭＰ装置１２の一部を挟み込み、エンドシール１８、２０が内側マンドレルツール１６の複数の面取り部または傾斜部４８に結合しても良い。本発明のいくつかの代替の実施形態では、エンドシール１８、２０を利用するステップは、省略されるか、またはＳＭＰ装置１２に圧力差が作用させるために、ＳＭＰ装置１２が他の方法で、または他の表面に密封されても良い。
【００５９】
方法１４００の次のステップは、ブロック１４１０に記載され、図７に示されるように、胴体の内部にある内側補強材２４の所望の位置に対応する配置構成になるように、ダミー外板２２の上にダミー内側補強材２３および／または補強用挿入部材２６をセットすることを含んでも良い。ダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、および／または補強用挿入部材２６は、それらが互いにおよび／またはＳＭＰ装置１２にくっつくのを防ぐために、薄膜または他のある物質で覆われても良い。製造方法１４００は、次に、ブロック１４１２に記載されるように、剛性のある外側ツール２８の中にダミー外板２２を入れることを含んでも良い。具体的には、ダミー外板２２は、あとでＳＭＰ装置１２の上に置かれる複合材料１４の厚さを模倣するか、またはその代替物として役立つように、剛性のある外側ツール２８の内側表面に適用されても良い。このことは、複合材料１４が所望の厚さでその上に塗布されたＳＭＰ装置１２が、剛性のある外側ツール２８の内部に引き続きフィットするであろうということを保証する。
【００６０】
補強用挿入部材２６は、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４のサイズと配置構成を模倣するような形状で構成されたダミー内側補強材２３と共に、剛性のある外側ツール２８の中にあるダミー外板２２の上に配置されても良い。ダミー内側補強材２３は、後で凹部４０から取り外され、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４と取り替えられても良い。次に、補強用挿入部材２６を備えた、硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４は、胴体１５を製造する複合材料１４と内側補強材２４とを相互結合または相互硬化するために、溝または凹部４０の中に入れられても良い。
【００６１】
上述されているように、ダミー内側補強材２３は、省略され、および／または、本書に記載されているあらゆるステップにおいて、未硬化のまたは硬化された状態にある内側補強材２４と取り替えられても良い。例えば、内側補強材２４および／または補強用挿入部材を使用して、凹部４０を形成しても良い。本発明の１つの実施形態では、内側補強材２４は、予め硬化されても、および／またはＳＭＰ装置１２の成形中に硬化されても良く、後でその硬化中の複合材料１４に相互結合されて、胴体１５を製造しても良い。
【００６２】
製造方法１４００は、さらに、ブロック１４１４に記載され、図８に示されるように、剛性のある外側ツール２８の内側に、内側マンドレルツール１６と共にＳＭＰ装置１２を置き、次に、ブロック１４１６に記載されるように、ＳＭＰ装置１２を加熱および加圧するステップを含んでも良い。熱と圧力は、ＳＭＰ装置１２を膨張させてダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、内側補強材２４、および／または補強用挿入部材２６に対して押し付けても良い。上述されているように、ＳＭＰ装置１２は、それを形成可能かつ膨張可能にするＳＭＰ装置１２のモジュラスを変化させるために、ＴｇにまたはＴｇよりも高温に加熱されても良い。しかしながら、本書に記載されているように、さらに他の方法を使用して、ＳＭＰ装置１２のモジュラスを変化させても良い。さらに、本発明の代替の実施形態では、方法ステップ１４１０〜１４１４は、形成される複合部品の内側表面を模倣するような形状で構成された、ＳＭＰ装置１２の中に所望の凹部４０を形成するための突起部を含むあらゆる剛性のある外側の型の内側にＳＭＰ装置１２を置くステップと取り替えられても良い。
【００６３】
圧力または圧力差は、図４に示されるように、内側マンドレルツール１６の膨張用の１つ以上の開口部３６を通って与えられた強制的な圧縮ガスによるような多くの方法で発生させられても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２を膨張させるのに必要な圧力は、ＳＭＰ装置１２の厚さおよび／または外形寸法に依存しても良い。さらに、使用されたＳＭＰ材料のタイプおよび／またはＳＭＰ装置１２の設計は、さらに、ＳＭＰ装置１２を変形させることの容易さまたは困難さに影響を与えても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２を膨張させるのに、平方インチ当たり１〜１５０重量ポンド（ｐｓｉｇ）（０．０７０３〜１０．５ｋｇ重／ｃｍ２）の範囲の圧力またはより狭い３０〜９０ｐｓｉｇ（２．１１〜６．３３ｋｇ重／ｃｍ２）の範囲の圧力を加えても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２を膨張させるのに、約４５ｐｓｉｇ（３．１６ｋｇ重／ｃｍ２）をＳＭＰ装置１２の内部に加えても良い。さらに、本書に記載されている製造方法の、ＳＭＰ装置１２が加熱および加圧されるあらゆるステップでは、ＳＭＰ装置１２が軟質になり始める際に、ＳＭＰ装置１２が凹んで複合材料１４から離れることを防ぐために、加熱温度がＴｇまでまたはＴｇよりも高温に上げられる際に、低い圧力差を発生させても良い。次に、ＳＭＰ装置１２がＴｇを超えた後のある時点で、圧力差は、十分な所望の量に高められても良い。例えば、ＳＭＰ装置１２を十分に展性を持たせるのに必要な熱が加えられ、その時点で、ＳＭＰ装置１２の内部に加えられる圧力が、３０〜９０ｐｓｉ（２．１１〜６．３３ｋｇ／ｃｍ２）のような硬化サイクル圧力に高められるまでは、約５〜１０ｐｓｉ（０．３５２〜０．７０３ｋｇ／ｃｍ２）の低い圧力が、ＳＭＰ装置１２の内部に加えられても良い。
【００６４】
次に、製造方法１４００は、ブロック１４１８に記載されるように、剛性のあるツールの配置構成でＳＭＰ装置を固めるために、ＳＭＰ装置１２を冷却することを含んでも良い。膨張圧力は、ＳＭＰ装置１２の温度がＴｇよりも低温に冷却され、ＳＭＰ装置がその膨張された剛性のあるツールの配置構成で固められる際に、連続的に加えられても良い。それによって、ＳＭＰ装置１２は、ＳＭＰ装置１２の中に溝または凹部４０を形成するダミー外板２２、ダミー内側補強材２３、内側補強材２４、および／または補強用挿入部材２６に従って形作られる。次に、ブロック１４２０に記載されるように、製造方法１４００は、剛性のある外側ツール２８からＳＭＰ装置１２と内側マンドレルツール１６とを取り外すことを含んでも良い。ダミー外板２２は、図９に示されるように、ＳＭＰ装置１２からさらに取り外されても良い。図１０ａは、ダミー内側補強材２３がさらに取り外された後に結果として得られる、それによって、製造方法１４００によって形成された凹部４０を明らかにする、剛性のあるツールの配置構成にあるＳＭＰ装置１２を示す。図１０ｂは、図９でダミー内側補強材２３があった場所に内側補強材２４が置かれた結果として得られる、剛性のあるツールの配置構成にあるＳＭＰ装置１２を示す。
【００６５】
図１５のフローチャートは、ＳＭＰ装置１２を使用して、胴体１５を製造するための一例となる方法１５００のステップをより詳細に示す。いくつかの代替の実施では、様々な複数のブロックに記載された作用は、図１５に示された順序以外で生じても良い。例えば、図１５に連続して示される２つのブロックは、実際に、実質的に同時に実行されても、時には含まれる機能性に依存して逆の順序で実行されても良い。
【００６６】
図１５に示されるように、製造方法１５００は、ブロック１５０２と図１４の製造方法のステップに記載されるような、剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形成するステップを最初に含んでも良い。上述されているように、このステップは、完成した胴体１５の内部にある内側補強材２４の所望の位置に対応する配置構成で、ＳＭＰ装置１２に凹部４０を形成する必要があるかもしれない。様々な方法を使用して、溝または凹部４０が内部に形成された所望の剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形作っても良い。
【００６７】
ＳＭＰ装置１２が剛性のあるツールの配置構成になるように形成された時点で、胴体１５を製造する製造方法１５００は、ブロック１５０４に記載され、図１０ｂに示されるように、ＳＭＰ装置１２の凹部の中に硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４と補強用挿入部材２６とをセットするステップを含んでも良い。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態では、内側補強材２４が、剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を加熱し、かつ形成する間に、複数の補強用挿入部材２６の上またはその間に既に配置されていた場合に、内側補強材２４と補強用挿入部材２６は、それらがＳＭＰ装置１２の中に作製した結果として得られる溝または凹部４０の内部にそのままあり、ステップ１５０４が省略されても良い。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態では、内側補強材２４は、補強材用の１つ以上のＳＭＰ装置に塗布されたまたはその周囲に巻き付けられた、ＳＭＰ装置１２用の上述されているようなＳＭＰ材料で作製される未硬化の材料であっても良い。このように、内側補強材２４、および複合部品または胴体１５の両方は、ＳＭＰ材料を使用して相互硬化されても良い。しかしながら、補強材用のＳＭＰ装置に使用されるＳＭＰ材料は、胴体１５を形成するのに使用されるＳＭＰ装置１２とは異なるきっかけおよび／または異なるＴｇを有しても良い。そのように、補強材用のＳＭＰ装置または胴体１５用のＳＭＰ装置１２の一方は、相互硬化中に剛性のあるままであるのに対して、補強材用のＳＭＰ装置とＳＭＰ装置１２の他方が、相互硬化中に内側の空気袋として使用されても良い。
【００６９】
次に、方法１５００は、ブロック１５０６に記載され、図１１に示されるように、ＳＭＰ装置１２の上に未硬化の複合材料１４の一部を塗布するステップを含んでも良い。具体的には、本書に後述されるように、複合材料１４は、ＳＭＰ装置１２と凹部４０の中にある内側補強材２４の両方の上に塗布されても良く、内側補強材２４の少なくとも一部は、接触して胴体１５の複合材料１４に相互硬化または相互結合しても良い。未硬化の複合材料１４は、自動ファブリックプレイスメント法、自動ファイバプレイスメント法、自動フィラメントワインディング法、および／またはハンドレイアップ法のような、従来技術の中で公知のあらゆる方法を使用して、ＳＭＰ装置１２の上に置かれても良い。上述されているように、複合材料１４は、低温の樹脂、高温の樹脂、硬質の樹脂、プリプレグ、湿式処理されたファイバ、乾燥したファイバ、連続のファイバ、不連続のファイバ、刻まれたファイバ、ガラス、ケブラ、炭素、および／またはコアを含んでも良く、またはそれらの形態をしていても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２と複合材料１４との間に障壁および／または離型材が置かれ、それらが複合材料１４の硬化後により容易に分離されても良い。障壁または離型材は、フィルム、プラスチックなどであっても良い。障壁または離型材は、さらに例えば、結合可能側と解放側を有しても良い。
【００７０】
次に、胴体１５を製造する製造方法１５００は、ブロック１５０８に記載されるように、剛性のある外側ツール２８の中にＳＭＰ装置１２と未硬化の複合材料１４を入れることを含んでも良い。次に、製造方法は、ブロック１５１０に記載されるように、圧力と熱によって複合材料１４を硬化させる間に、１５１２に記載されるように、ＳＭＰ装置１２を膨張させると同時に硬化プロセス中の複合材料１４を押し付けるステップを含んでも良い。本発明のいくつかの実施形態では、膨張圧力は、内側マンドレルツール１６によって与えられても良く、加熱温度は、Ｔｇよりも高い複合硬化温度に上昇させられても良い。ＳＭＰ装置１２の膨張は、硬化サイクル中の複合材料１４を圧迫し、ＳＭＰ装置１２と剛性のある外側ツール２８との間の硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４を圧迫しても良い。さらにまたは代わりに、ＳＭＰ装置１２の膨張は、複数の補強用挿入部材２６の内の１つ以上に対して直接圧力を加えても良く、複数の補強用挿入部材２６は、複数の補強用挿入部材２６の間に配置された内側補強材２４の一部に対して直接圧力を加えても良い。ＳＭＰ装置１２の膨張は、さらに、胴体の複合材料１４の中に硬化されたまたは未硬化の内側補強材２４を押し込むので、胴体に内側補強材２４を相互結合または相互硬化することができる。
【００７１】
本発明の別の実施形態では、剛性のある外側ツール２８とＳＭＰ装置１２の間のシールは、メカニカルシール、接着剤、または剛性のある外側ツール２８に対してＳＭＰ装置１２の外周部を密封するためのあらゆる公知の方法を使用して形成されても良い。剛性のある外側ツール２８は、複合材料１４の硬化中にオートクレーブによって作られた圧力差をさらに増大させるためにベントされても良い。このことは、内側マンドレルツール１６との気密シールの必要性をなくすかもしれない。留意すべきことは、本発明の範囲から逸脱せずに、複合材料１４に対してＳＭＰ装置１２を押し付ける他の方法を使用できるということである。さらに、本書に記載されている熱と圧力差は、オートクレーブ（図示せず）または複合部品を製造するための公知の加熱および加圧技術のあらゆる他の組み合わせによって与えられても良い。
【００７２】
複合材料１４が硬化された時点で、製造方法１５００は、ブロック１５１４に記載されるように、ＳＭＰ装置１２の内部から膨張圧力を取り除き、ブロック１５１６に記載されるように、結果として得られる胴体の内部からＳＭＰ装置１２を取り出すことを含んでも良い。加熱温度がＴｇよりも高温のままである間に、圧力が取り除かれた時点で、ＳＭＰ装置１２は、内側マンドレルツール１６の周囲で収縮しても良い。例えば、内側マンドレルツール１６に対して元の方向にＳＭＰ装置１２を吸引するために、内側マンドレルツール１６の内部から真空が加えられても良い。それによって、図１２に示されるように、ＳＭＰ装置１２は、硬化された複合材料１４から離される。従って、硬化された胴体と内側補強材２４の内部から内側マンドレルツール１６を取り出す場合には、膨張圧力が取り除かれた後に、内側マンドレルツール１６に対して収縮したＳＭＰ装置１２を取り出さなければならない。
【００７３】
最後に、製造方法１５００は、ブロック１５１８に記載されるように、硬化された内側補強材２４から補強用挿入部材２６を取り外し、ブロック１５２０に記載されるように、剛性のある外側ツール２８から胴体を取り出すステップを含んでも良い。例えば、剛性のある外側ツール２８の一部は、相互に機械的に分離され、胴体１５とその一体化された内側補強材２４が、剛性のある外側ツール２８から持ち上げて取り出されることを可能にしても良い。
【００７４】
本発明の代替の実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、硬化中に剛性のあるままであっても良い。例えば、未硬化の複合材料１４がＳＭＰ装置１２の上に塗布された時点で、それらの両方は、フレキシブルな不透過性材料（図示せず）の内部に真空バッグ詰めされまたは密封され、そして硬化されても良い。この代替の実施形態では、複合材料１４の硬化温度は、ＳＭＰ装置１２が展性を持ち始める温度Ｔｇよりも低くて、ＳＭＰ装置１２が硬化サイクルの間中ずっと剛性のあるままであっても良い。従って、硬化中に空気袋としてＳＭＰ装置１２を使用する代わりに、ＳＭＰ装置１２は、硬化中に剛性のあるままであり、真空バッグまたは不透過性材料の圧縮力を使用して、胴体と内側補強材２４からなる複合材料１４を相互硬化または相互結合しても良い。次に、複合材料１４が硬化された時点で、真空バッグは、結果として得られる胴体の周囲から取り外されても良く、ＳＭＰ装置１２が、展性を持ちおよび／またはその記憶形状に向かって収縮して胴体の内部から取り外されるように、ＳＭＰ装置１２の温度は、Ｔｇよりも高くされても良い。
【００７５】
ＳＭＰ装置を用いた補強材の製造
本発明の別の実施形態は、図１６〜１７に最も良く示されるように、上述されている内側補強材２４、フレーム、および／またはストリンガのような補強材５０の製造方法である。本発明のこの実施形態では、図１６に示されるように、製造方法は、ＳＭＰ装置１２、剛性のある成型ツール５２、および補強材を製造するための真空バッグのような原材料不浸透性シート５４を使用して実施されても良い。
【００７６】
図１６に示されたＳＭＰ装置１２は、図１〜２に示された本発明の実施形態のために記載されているＳＭＰ装置１２と同じ特徴と特性を有しても良い。さらに、ＳＭＰ装置１２は、上述されている技術のようなあらゆる所望の方法を使用して、所望の剛性のあるツールの配置構成になるように形成されても良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２は、結果として得られる補強材５０の少なくとも１つの表面の所望の形状または起伏に実質的に対応する記憶形状に成型されても良い。例えば、製造される補強材５０が台形の横断面を備えたストリンガである場合には、ＳＭＰ装置１２は、実質的に台形の横断面を有する記憶形状に成型されても良い。あるいは、ＳＭＰ装置１２は、任意の長尺な形状になるように成型され、あとで、中空成型ツールに挿入され、加熱され、その内部で膨張され、次に、冷却され、中空成型ツールによって与えられる形状になるように固められても良い。
【００７７】
剛性のある成型ツール５２は、機能と設計が上述されている剛性のある外側ツール２８に類似しているまたは同一であっても良く、スチールのような、複合材料１４の硬化中に剛性のあるままであることができるあらゆる材料で作製されても良い。あるいは、剛性のある成型ツール５２は、複合材料１４の硬化中に剛性のあるままであるように構成されたＳＭＰ材料で作製されても良い。例えば、剛性のある成型ツール５２は、図１０ａに示されたＳＭＰ装置１２であり、図１６に示されたＳＭＰ装置１２のＴｇは、本発明のこの代替の実施形態では、剛性のある成型ツール５２のＴｇと異なっても良い。剛性のある成型ツール５２は、補強材の少なくとも１つの所望の外側表面を形成するように構成されても良い。例えば、剛性のある成型ツール５２は、未硬化の複合材料１４が内部に置かれる、内部に形成された凹部５６を含み、補強材５０の少なくとも１つの壁を形成しても良い。図１６に示されるように、凹部５６は、底面とそれぞれ９０°以外の角度で底から伸びる２つの側壁を備えた凹みであっても良い。
【００７８】
原材料不浸透性シート５４は、真空バッグ、または剛性のある成型ツール５２および／またはＳＭＰ装置１２に対して密封されるあらゆる他のフレキシブルな不透過性材料であっても良い。例えば、原材料不浸透性シート５４は、複合材料１４の上方に置かれ、剛性のある成型ツール５２に対して密封され、原材料不浸透性シート５４と剛性のある成型ツール５２との間の実質的な気密シールを構成しても良い。原材料不浸透性シート５４は、さらに、排気と通気を可能にするために、それを貫通する真空ポート（図示せず）を含んでも良い。剛性のある成型ツール５２と原材料不浸透性シート５４との間から空気が取り除かれる時に、原材料不浸透性シート５４は、その間に置かれた複合材料１４を押し付けても良い。さらにまたは代わりに、ＳＭＰ装置１２は、オートクレーブおよび／または圧縮ガスによって圧迫されるので、剛性のある成型ツール５２と原材料不浸透性シート５４に向かってＳＭＰ装置１２を膨張させることができる。さらに、当て板シート（図示せず）は、複合材料１４の輪郭と表面仕上げをより良くコントロールするために、原材料不浸透性シート５４と複合材料１４との間に置かれても良い。従来技術の中で公知の他の複合バッグ詰め技術も、本発明の範囲から逸脱せずに本書で使用できる。
【００７９】
本発明の代替の実施形態では、原材料不浸透性シート５４は、複合材料１４とＳＭＰ装置１２の上方に置かれる原材料浸透性シートと取り替えられても良い。本発明のこの実施形態では、硬化中のＳＭＰ装置１２からの圧力が複合材料１４を圧迫するのに対して、原材料浸透性シートは、複合材料１４に向かって物理的に押し付けられても良い。本発明のさらに別の代替の実施形態では、原材料不浸透性シート５４は、透過性でも不透過性でも良く、剛性のある成型ツール５２に対してクランプされ、それに向かって押し付けられ、それに対して機械的に固定され、かつ複合材料１４の上方にある剛性のあるカバー用ツールと取り替えられても良い。
【００８０】
図１７のフローチャートは、ＳＭＰ装置１２を使用して、複合補強材を製造するための一例となる方法１７００のステップを示す。いくつかの代替の実施では、様々なブロックに記載されている作用は、図１７に示された順序以外で生じても良い。例えば、図１７に連続して示される２つのブロックは、実際に、実質的に同時に実行されても、時には含まれる機能性に依存して逆の順序で実行されても良い。
【００８１】
ＳＭＰ装置１２を使用して、補強材５０を製造する製造方法１７００は、ブロック１７０２に記載されるように、剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形成し、次に、ブロック１７０４に記載されるように、ＳＭＰ装置１２の少なくとも一部に複合材料１４を塗布するステップを含んでも良い。本発明のいくつかの実施形態では、ＳＭＰ装置１２の剛性のあるツールの配置構成は、その上に形成される補強材５０の内側の形状および／または角度に対応しても良い。本発明の他の実施形態では、複合材料１４は、まずＳＭＰ装置１２の上に置かれるか、またはその上に巻き付けられても良く、次に、ＳＭＰ装置１２は、本書に記載されているか、または従来技術の中で公知のあらゆる成型技術を使用して、剛性のあるツールの配置構成になるように形成されても良い。
【００８２】
次に、製造方法１７００は、ブロック１７０６に記載されるように、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の中に複合材料１４を塗布されたＳＭＰ装置１２を入れることを含んでも良い。あるいは、複合材料１４が、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の中に入れられて、次に、剛性のあるツールの配置構成にあるＳＭＰ装置１２が、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の内部の複合材料１４の上に置かれても良い。
【００８３】
しかしながら、多くの技術を使用して、本発明の範囲から逸脱せずに、ＳＭＰ装置１２に接するように複合材料１４をセットし、両方を剛性のある成型ツール５２の凹部の中に置くことができる。更に、本発明のいくつかの実施形態では、１つ以上のＳＭＰ装置を使用して、補強材５０を製造しても良い。例えば、図１６に示されるように、上述されているようなＳＭＰ装置１２の特性を有する２つのＳＭＰ装置５８、６０は、Ｊ−ストリンガの配置構成にある補強材５０を製造するために、複合材料１４の対向する表面を支持するように形作られるかまたは成型される。具体的には、補強材５０は、実質的にＪ−状の断面を有する長尺な補強材であっても良い。複合材料１４は、ハンドレイアップ法または従来技術の中で公知のあらゆる他の方法を使用して、図１６に示されるような２つのＳＭＰ装置５８、６０と剛性のある成型ツール５２との間に配置されても良い。次に、外装用積層板６２は、２つのＳＭＰ装置５８、６０の上方に置かれ、補強材５０のＪ状の断面を形成する複合材料１４の端部と接触しても良い。本発明のこの実施形態では、本書に後述されるように、外装用積層板６２と複合材料１４は、一緒に相互結合されても良い。
【００８４】
従って、一般に、製造方法１７００は、ブロック１７０８に記載されるように、ＳＭＰ装置１２の上方に、剛性のある成型ツール５２の凹部５６の内部にある少なくとも一部の複合材料１４に接触する別の層の複合材料または外装用積層板６２を置くステップを含んでも良い。次に、ブロック１７１０に記載されるように、製造方法は、複合材料１４の上方に原材料不浸透性シート５４および／または外装用積層板６２を置き、ブロック１７１２に記載されるように、剛性のある成型ツール５２に対して原材料不浸透性シートを密封し、それによって複合材料１４の周囲に気密境界を形成することを含んでも良い。気密境界は、さらに、ＳＭＰ装置１２を覆うように、および／またはそれに対抗して形成されるのに対して、ＳＭＰ装置１２のために少なくとも１つの通気開口部（図示せず）を残しても良いので、ＳＭＰ装置１２の内部のスペースが、気密境界の外側の大気にさらされたままであっても良い。
【００８５】
次に、製造方法１７００は、ブロック１７１４に記載されるように、剛性のある成型ツール５２に向かって原材料不浸透性シート５４を移動させるための圧力差を発生させるステップを含んでも良い。例えば、このステップは、複合材料１４および／または外装用積層板６２に向かって、またはそれらに対して原材料不浸透性シート５４を押し付けることができる真空などによって、原材料不浸透性シート５４と剛性のある成型ツール５２との間から空気を取り除くことを含んでも良い。ブロック１７１４に記載されたステップの次に、またはそれと同時に、製造方法１７００は、ブロック１７１６に記載されるように、複合材料１４を硬化させるための温度に複合材料１４とＳＭＰ装置１２を加熱するステップを含んでも良い。複合硬化温度は、Ｔｇよりも高温であり、ＳＭＰ装置１２は、展性を持ち、複合材料１４に対して圧迫しながら外側を押して膨張しても良い。従って、ＳＭＰ装置１２は、内部の真空バッグに似た振る舞いをしても良い。さらにまたは代わりに、ガスまたは空気圧は、ＳＭＰ装置の中に導入され、複合材料１４を圧迫するためのその外側への膨張を引き起こしたり補助したりするかもしれない。
【００８６】
本発明のいくつかの代替の実施形態では、２つのＳＭＰ装置５８、６０の内の少なくとも１つは、同じ形状の剛性のあるツールと取り替えられても良い。本発明の他の代替の実施形態では、２つのＳＭＰ装置５８、６０の両方が、同じ形状の剛性のあるツールと取り替えられても良く、剛性のある成型ツール５２は、図１０ａのＳＭＰ装置１２と取り替えられても良い。一般に、ＳＭＰ装置と剛性のある成型ツールのあらゆる組み合わせを使用して、本書に記載された複合部品を形成しても良い。
【００８７】
複合材料１４が硬化された時点で、製造方法は、ブロック１７１８に記載されるように、剛性のある成型ツール５２から原材料不浸透性シート５４を取り外すステップを含んでも良い。本発明のいくつかの実施形態では、製造方法１７００は、ブロック１７２０に記載されるように、さらに、ＳＭＰ装置１２を加熱し続けるか、または再加熱するかのいずれかを含んでも良く、ＳＭＰ装置１２が収縮されるか、または別の方法で硬化された補強材５０から離されても良い。ＳＭＰ装置１２の膨張を補助するためにガス圧または空気圧が導入された場合、この圧力も取り除かれても良い。ＳＭＰ装置１２は、冷却されるまで軟質で展性のあるままの状態で、その最初の記憶形状に向かって自然に収縮するかもしれない。従って、製造方法１７００は、ブロック１７２２に記載されるように、それが軟質で展性のある状態にある間に、硬化された複合材料１４または補強材５０からＳＭＰ装置１２を取り外すステップを含んでも良い。あるいは、ＳＭＰ装置１２は、展性のある状態にある間に、収縮されるか、または硬化された補強材５０から離されても良いが、次に、硬化された補強材５０の内部から取り外される前に冷却されて固められても良い。
【００８８】
留意すべきことは、硬化された補強材５０から取り外された時点で、次に、ＳＭＰ装置１２は、ＳＭＰ装置１２の変形制限内のあらゆる所望の剛性のあるツールの配置構成になるように再構成されても良く、別の補強材を作製するために再使用されても良いということである。一般に、ＳＭＰ装置１２は、再構成も再使用も可能である。反対に、従来技術の中で公知の内側マンドレルバッグは、再使用することができないか、または所望の耐久性を示さず、失敗する傾向がある。内側マンドレルバッグには、さらに、複合材料１４が塗布されるレイアップツールとして使用されるのに必要な剛性がない。具体的には、従来の補強材形成アプリケーションで使用される他のタイプのマンドレルは、硬化された補強材から頻繁に切り取られるか、または洗い落される必要があるので、再使用も可能ではない。有益な効果を有するのは、ＳＭＰ装置１２は、複合材料のレイアップ用の剛性のあるレイアップツールおよび複合材料１４の硬化中の内部のバッグまたは空気袋の両方として使用され、次に、多数のサイクルのために取り外されて再使用され得ることである。
【００８９】
本発明は、添付された図面に示された好ましい実施形態に関して記載されているが、留意すべきことは、クレームに記載されるような本発明の範囲から逸脱せずに、本書において等価物を使用し、代用品を作製できるということである。例えば、本書に記載されているように、ＳＭＰ装置１２の内側または外側に加えられた真空力または膨張圧力のあらゆる実例は、単に一例となるものであり、所望の型および／または複合材料１４に向かってＳＭＰ装置１２を移動させることができる圧力差を作るための、従来技術の中で公知のあらゆる技術と置き替えることができる。さらに、所望の剛性のあるツールの配置構成になるようにＳＭＰ装置１２を形作るための様々な形状、配置構成、およびツール類が、本書に記載されている一方で、留意すべきことは、本書に記載されている製造方法の複数のステップの内の１つ以上を使用し、あらゆる型または型と剛性のあるツール類の組み合わせを使用して、ＳＭＰ装置１２の形状を定義しても良いということである。
【００９０】
さらに、本書に示された図面と実施例の実施形態には、航空機用の複合部品を製造することが記載されているが、本書に記載されている成形ツールと方法は、本発明の範囲から逸脱せずに、自動車、ボート、スポーツ用品などのための複合部品を製造するのに使用できる。
【００９１】
このように、本発明の様々な実施形態について記載したが、新たなものとして特許請求の範囲に記載され、特許証によって保護されることが望まれるものは、以下を含む。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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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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