(57)【要約】本発明は、筒状の構造部材を製造するための方法を提供する。本発明では、まず筒状の構造部材の外周面に対応した形状の成形型内周面を有する、筒状の成形型が準備される。そして、拡張していない状態で、その支持表面と成形型内周面との間に拡張間隔を残すように、成形型内に配置されるように形成された拡張可能な支持体が、筒状の繊維織物によって覆われる。支持体が成形型内に配置されると、繊維織物が成形型内周面に支持体の拡張によって押し当てられ、押し当てられた繊維織物に硬化性樹脂マトリクスを含浸する。視点を変えると、本発明によって、筒状の構造部材を製造するためのデバイスが提供される。
2011506136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の構造部材（１００）の外周面に対応した形状の成形型内周面（１０６）を有する、筒状の成形型（１０２）を準備するステップ；
拡張していない状態で、前記成形型（１０２）内に配置され、支持表面（１０８）と前記成形型内周面（１０６）との間に拡張間隔（１１２）を残すように構成され、かつ拡張可能な支持体（１１０）の前記支持表面（１０８）を筒状の繊維織物（１１４）で覆うステップ；
前記成形型（１０２）内に前記支持体（１１０）を配置するステップ；
前記支持体（１１０）を前記繊維織物（１１４）の径方向に拡張し、前記繊維織物（１１４）を前記成形型内周面（１０６）に押し当てるステップ；および
前記繊維織物（１１４）に硬化性樹脂マトリクス（１１５）を含浸させるステップを有する、前記筒状の構造部材（１００）の製造方法。
【請求項２】
前記繊維織物（１１４）の繊維（１１６）が支持体１１０の周りを対角線状に延びるように、前記支持表面（１０８）が前記繊維織物（１１４）によって覆われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持体（１１０）が、前記繊維織物（１１４）で覆われたとき、前記筒状の繊維織物（１１４）は、前記構造部材（１００）よりも長い長さ（１１８）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記支持体（１１０）は、加圧膜（２００）を有し、前記支持体（１１０）は、内部領域（２０２）と、前記加圧膜（２００）と前記成形型（１０２）との間の中間領域（２０２）と、の間に気圧差を形成することで、拡張されることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記気圧差を形成するために、前記内部領域（２０２）内の気圧を大気圧よりも高くすることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記気圧差を形成するために、前記中間領域（２０６）内の気圧を大気圧よりも低くすることを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記支持表面（１０８）と前記繊維織物（１１４）との間に補強部材（２０８）を配置するステップをさらに有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記支持体（１１０）を拡張する間、前記補強部材（２０８）を、前記成形型（１０２）の径方向（２１２）にガイドするステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記補強部材（２０８）は、前記支持表面（１０８）と前記繊維織物（１１４）との間に配置され、樹脂が予め含浸された、または樹脂が含浸されていない半完成繊維製品であること特徴とする請求項７または請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記補強部材（２０８）は、前記支持表面（１０８）と前記繊維織物（１１４）との間に配置され、予備硬化された、半完成繊維製品であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記補強部材（２０８）は、前記支持表面（１０８）に対応して構成された凹部（２１０）に配置されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
スペースホルダ（３００）が、前記補強部材（２０８）と、前記筒状の繊維織物（１１４）との間のキャビティ（３０４）に配置されることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記スペースホルダ（３００）は、膜鞘（３０１）を有し、前記膜鞘  （３０１）内の気圧を高めることで、前記スペースホルダ（３００）を拡張するステップを有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
筒状の構造部材（１００）の外周面に対応した形状の成形型内周面（１０６）を有する、筒状の成形型（１０２）と、
拡張していない状態で、その支持表面（１０８）と前記成形型内周面（１０６）との間に拡張間隔（１１２）を残すように、前記成形型（１０２）内に配置されるように形成された拡張可能な支持体（１１０）と、
前記支持表面（１０８）が、筒状の繊維織物（１１４）で覆われ、前記支持体（１１０）が前記成形型（１０２）内に配置されたとき、前記支持表面（１０４）が前記繊維織物を径方向に拡張させ、前記成形型内周面（１０６）に押し当てるように、前記支持体（１１０）を拡張する手段と、
前記繊維織物（１１４）に硬化性樹脂マトリクス（１１５）を含浸させる手段と、を有する、筒状構造部材（１００）を製造するためのデバイス。
【請求項１５】
前記拡張間隔（１１２）は、１〜１０ｃｍであることを特徴とする請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記支持体（１１０）は、加圧膜（２００）を有し、前記拡張手段は、内部領域（２０２）と、前記加圧膜（２００）と前記成形型１０２との間の中間領域（２０２）と、の間に気圧差を形成するように構成されたことを特徴とする請求項１４または１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記拡張手段は、前記支持体（１１０）の前記内部領域（２０２）内の気圧を大気圧よりも高めるように構成されたコンプレッサー（２０５）を有することを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記拡張手段は、前記中間領域（２０６）内の気圧を大気圧よりも下げる排気ポンプを有することを特徴とする請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記支持体（１１０）は、補強部材（２０８）を挿入するために凹部を有することを特徴とする請求項１４〜１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記支持体（１１０）を拡張する間、前記補強部材（２０８）を前記成形型の径方向（２１２）にガイドする手段をさらに有することを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ガイド手段（２１０、３０２）は、前記成形型（１０２）および／または前記支持体（１１０）のすくなくとも一つの端部にフィットするためのガイドカバー（５００）を有し、前記ガイドカバーは、前記成形型（１０２）の径方向（２１２）に延び、前記補強部材（２０８）をガイドするための、ガイドスロット（３０２）を有することを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状の構造部材、特に航空機または宇宙機の機体バレル部分を製造するための方法およびデバイスに関する。
本発明および本発明の課題は、いかなる断面形状を有するいかなる筒状の構造部材に適用することができるが、本明細書では、航空機の機体バレル部分に適用した場合の本発明および本発明の課題について詳細に説明する。
【背景技術】
【０００２】
航空機（特に市販の航空機）の機体の製造では、通常、予め独立して製造された複数の筒型またはバレル型の機体部分を組み合わせ、航空機の機体を完成させる。機体部材の強度を高めるための材料として、例えば、比較的小さい重量で機体部分の高い安定性を実現することができる、炭素繊維で補強されたプラスチック（CFRP）などの繊維複合材料が用いられる。
【０００３】
従来の、繊維複合材料からなる機体バレル部分の製造方法では、ポジティブモールドとしての巻回体に、樹脂マトリクスを予め含浸させた繊維材料（プリプレグ）の層を巻きつけ、そして、巻きつけられたプリプレグを例えば熱処理によって硬化する。繊維材料の配置工程や巻きつけ工程は、コンポーネントのサイズおよびそれぞれのプリプレグ層における繊維の方向の相違が原因で、非常に時間がかかる。
【０００４】
隣接する機体バレル部分におけるわずかな径の差が、最終的な組立における障害となりうるため、巻回体は、正確な寸法を有し、かつ繊維材料の配置工程の後（例えば熱処理の際）に膨張しないことが求められる。同時に、巻回体は、分割したり、崩壊したりできるように構成されることが求められる。硬化工程の後、巻回体を、分割させたり、崩壊させたりすることで、巻回体を径内方向に縮め、機体バレル部分から離すためである。これらの特性を有する巻回体を提供するには、高いコストが求められる。
【０００５】
滑らかな外周面と、それに伴う好ましい空気力学的な特性とを有する機体バレル部分を得るために、硬化工程において加圧シートが用いられる。この場合、加圧シートとプリプレグ繊維との間に例えば目隠しまたは換気装置などの補助材料が配置されてはならない。このような補助材料が加圧シートとプリプレグとの間に配置されると、機体バレル部分の表面が粗くなってしまうからである。通常、巻回体と加圧シートとの間の空間から過剰な樹脂や空気を取り除くことは不可能である。不適切な樹脂や空気の除去は、コンポーネントを多孔質化してしまい、コンポーネントの品質を低下させてしまう。
【０００６】
また、硬化工程における成形中に加圧シートを押し当てるときに、セッティングパスと呼ばれる現象によってプリプレグの厚さが薄くなるという問題もある。しかしながら、プリプレグ材料のセッティングパスは、材料が担う機能によって異なる。このため、例えば、比較的長いセッティングパスが求められる場合、多孔度を上昇させるおそれがある。バレル部分の内径は、巻回体の外径によって予め固定されるため、機体バレル部分の外径は、挿入されたプリプレグの段階的設定に伴って、減少する。このため、プレプレグは、バレル部分の外周方向に押し込められ、望ましくない繊維のゆがみが生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高品質な筒状の構成部材（特に機体バレル部分）を低コストで製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この本発明の目的は、請求項１の特徴を有する筒状の構造部材を製造する方法と、請求項１４の特徴を有する筒状の構造部材を製造するデバイスとによって達成される。
本発明の思想は、筒状の構造部材の製造のために、同じく筒状の、かつネガティブモールドである成形型を用いることである。すなわち、成形型内周面が、形成される構造部材の外周面のネガになる。ここで「筒状」とは、断面が円形である筒に限定されるのではなく、楕円、長方形または他の任意の形状の断面を有する筒を含む。さらに、筒体の断面は筒体の全長に亘って一定である必要はなく、縮小されたり拡大されたり、他の形状にされたりされてもよい。
【０００９】
繊維織物を成形型の内周面に配置するため、拡張可能な（選択的に拡張状態または非拡張状態にされうる）支持体を備える。非拡張状態では、支持体の形状は、成形型の内周面によって規定された空間よりも小さい。このため、非拡張状態の支持体は、成形型内に配置されうる。これにより、成形型の内周面と支持体の外周面との間に、本発明において拡張間隔と称される最低限の間隔が残される。
【００１０】
支持体が成形型内に配置されたときに、成形型の内周面と対向する支持体の外周面は、製造工程で加工される繊維織物を支持する支持表面として機能する。繊維織物は、筒状の形状を有し、支持表面を覆うように、支持表面上に配置される。例えば、筒状の繊維織物は、非拡張状態の支持体に被せられ、成形型の外部から自由にアクセスできる。
【００１１】
支持体は、その後、繊維織物に覆われた支持表面が成形型の内周面に対向するように成形型内に配置される。成形型の内周面と繊維織物との間の拡張間隔は、繊維織物の厚さ分だけ減少する。その後、支持体が拡張される。その結果、残された拡張間隔がゼロになり、拡張状態の支持体の支持表面によって、繊維織物が成形型の内周面に押し当てられる。最終ステップでは、支持表面と成形型の内周面とによって挟まれた繊維織物に硬化性樹脂マトリクスを含浸させる。
【００１２】
機体バレル部分の外周面を複製するネガティブモールドの成形型を用いることで、所望の外部寸法を高精度で観察することが可能になる。成形型は、特別な構造的な費用を費やすことなく、一体的にまたは、開閉、分解できるように容易に形成されうる。支持体上に繊維織物を配置することによって、成形型および硬化手段にかかわらず、特定の成形型に適した複数の支持体を提供することが可能になり、成形型の外部で、複数の支持体のうち一つを繊維織物で覆い、そして他の支持体を、硬化のために成形型内に配置することが可能になる。これにより、成形型および適切であれば硬化手段を連続的に用いることができ、製造コストおよびデッドタイムを減少させることができる。
【００１３】
別途供給された樹脂マトリクスで含浸される繊維織物を用いることで、さらなる時間的なメリットが得られる。また、別途供給された樹脂マトリクスで含浸される繊維織物を用いることで、プリプレグを用いた従来の製造方法よりも、構造部材の設計自由度が大きくなる。繊維織物が支持体の拡張によって外周方向に伸ばされるので、繊維がゆがむことが防止される。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態では、拡張間隔は、１〜１０ｃｍであり、約５ｃｍである。この拡張間隔によって、支持表面と成形型の内周面との間に十分なゆとりが残され、一方で成形型内外に、支持体を迅速かつ非接触状態で移動させることができ；他方で、拡張工程で筒状の繊維織物が過剰に伸ばされることが防止される。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態では、繊維織物の繊維層の繊維が支持体の周りを対角線状に延びるように、支持表面が繊維織物に覆われる。これにより、筒状の繊維織物が径方向に拡張することが可能になる。また、繊維の長軸方向に繊維が過剰に伸ばされることとなく繊維の傾斜角度が変化する。支持体を覆った状態の筒状の繊維織物は、構造部材よりも長いことが好ましい。支持体が径方向に拡張され、繊維織物が長軸方向に縮んだとしても、支持表面を完全に覆うためである。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態では、支持体は加圧膜を有する。この場合、支持体は、支持体の内部領域と、加圧膜と成形型との間の中間領域と、の間の気圧差によって拡張される。加圧膜によって、筒状の繊維織物と、成形型の内周面全体とが均一な接触圧力で接触する。この接触圧力は、気圧差によって正確に調節することができる。これにより、構造部材の壁面を均一に成形することができる。
【００１７】
気圧差を生じさせるためには、支持体の内部領域の気圧を大気圧よりも高めることが好ましい。支持体の内部領域の気圧を大気圧よりも高めるために、例えば、適切な圧縮デバイスが支持体内部に収容されてもよい。これにより、支持体が成形型内に配置されたときに、中間領域をシールすることなく、支持体を拡張することができる。代替的にまたは追加的に、気圧差を生じさせるために、加圧膜と成形型との間の中間領域の気圧を大気圧以下に下げてもよい。これにより、例えば検査目的に、内部空間にアクセスすることが可能になり、加圧膜が、高い圧力に耐えうるように構成される必要がなくなる。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態は、補強部材を支持表面と繊維織物との間に配置するステップを有する。これにより、例えばストリンガなどの補強部材を、構造部材の製造方法における一回の操作で、構造部材に接続することができる。支持体が拡張されているとき、補強部材は、少なくとも一つ、筒状の成形型の径方向に延びたスロット内をガイドされうることが好ましい。これにより、補強部材は、傾くことなく所望の接続位置にガイドされることができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態では、繊維織物と支持表面との間に配置される補強部材は、予め樹脂が含浸された、または樹脂が含浸されていない半完成状態の繊維製品である。筒状の構成部材の壁に接続した状態の補強部材に樹脂マトリクスを含浸させ、含浸させた樹脂マトリクスを同時に硬化することで、補強部材は、構造部材に接続される。
【００２０】
本発明の他の好ましい実施の形態では、繊維織物と支持表面との間に配置される補強部材は、予め含浸された樹脂が硬化した半完成状態の繊維製品である。これにより、筒状の繊維織物に含浸される硬化性樹脂マトリクスが例えば接着剤として機能し、補強部材と筒状の構成部材とを結合できる。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態では、補強部材は、対応するように構成された支持表面の凹部に配置される。これにより、支持体への補強部材の装着が促進される。
本発明の好ましい実施の形態では、スペースホルダが補強部材と筒状の繊維織物との間のキャビティ内に配置される。硬化工程中、補強部材が支持表面および成形型の内周面からの相互の圧力にさらされるとき、このスペースホルダが、補強部材の所望のキャビティを中空状態に保つ。スペースホルダは、好ましくは鞘膜を有する。この場合、本発明の方法は、鞘膜内の気圧を上昇させることでスペースホルダを拡張させるステップをさらに有する。このように拡張されうるスペースホルダは、硬化工程後、収縮されることができるので、容易に離型されることができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態では、成形型および／または支持体の少なくとも一端を位置決めするための、少なくとも一つのガイドカバーが備えられる。ガイドカバーは、筒状の成形型の径方向に延び、補強部材をガイドするガイドスロットを有する。支持体の拡張中、ガイドスロットは、補強部材の形状および支持表面の形状に関わらず、補強部材を径方向に正確に、構造部材上の所望の位置までガイドする。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】航空機の機体バレル部分を製造するための本発明の第１の実施の形態のデバイスの概略斜視図。
【図１Ｂ】航空機の機体バレル部分を製造するための本発明の第１の実施の形態のデバイスの概略斜視図。
【図１Ｃ】航空機の機体バレル部分を製造するための本発明の第１の実施の形態のデバイスの概略斜視図。
【図２Ａ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第２の実施の形態のデバイスの断面図。
【図２Ｂ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第２の実施の形態のデバイスの断面図。
【図２Ｃ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第２の実施の形態のデバイスの断面図。
【図２Ｄ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第２の実施の形態のデバイスの断面図。
【図２Ｅ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第２の実施の形態のデバイスの断面図。
【図２Ｆ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第２の実施の形態のデバイスの断面図。
【図２Ｇ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第２の実施の形態のデバイスの断面図。
【図３Ａ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第３の実施の形態のデバイスの断面図。
【図３Ｂ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第３の実施の形態のデバイスの断面図。
【図３Ｃ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第３の実施の形態のデバイスの断面図。
【図３Ｄ】筒状の構造部材の製造中の本発明の第３の実施の形態のデバイスの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面では、特に説明する場合を除き、同一の符番は、同一のまたは同じ機能を有する構成要素を意味する。
図１Ａ〜図１Ｃは、航空機の機体バレル部分を製造するデバイスの３つの概要斜視図である。３つの図面はそれぞれ製造方法の異なる工程を示す。製造される機体バレル部分は、おおよそシリンダーバレル型である。機体バレル部分の断面は、通常、真円ではなく、機体バレル部分の長さ方向に沿って変化する。
【００２６】
図１Ａは、筒状の成形型１０２を示す。筒状の成形型１０２の内周面１０６は、製造される所望の機体バレル部分の外周面に対応している。成形型１０２は、ネガティブモールドであり、成形型１０２の内周面１０６は、機体バレル部分の外周面のネガ型を構成する。成形型１０２の隣には、筒状の繊維織物１１４を支持するための支持体１１０が配置されている。
【００２７】
支持体１１０は、おおよそ円筒状の形状を有する。また支持体１１０は、成形型１０２とおおよそ同じ長さと、成形型１０２の内径よりも僅かに小さい外径とを有する。このため、支持体１１０を成形型１０２内に配置したり、成形型１０２から取り出したりすることができる。支持体１１０は、図示された形状を規定する内フレームを有する。内フレームの外周面１０８は、弾性を有する加圧膜によって覆われる。加圧膜は支持体の内部領域を外部から密閉する。つまり、支持体を成形型に挿入するときに、支持体と成形型とが接触しない。支持体および／または成形型は、例えばローラによって準備されうる（不図示）。
【００２８】
おおよそ円筒状の支持体１１０の外周面１０８の回りに配置された加圧膜の表面は、支持表面１０８を構成する。支持表面１０８は機体バレル部分の製造中、筒状の繊維織物１１４を支持する。製造方法の最初の工程では、支持体１１０は成形型１０２の外側に位置する。筒状の繊維織物１１４は、所望のサイズになるように裁断され、支持表面１０８を完全に覆うように、支持体１１０の上で引き伸ばされる。用いられる繊維織物１１４は、例えば、炭素繊維や他の適した繊維からなりNCF （ノンクリンプファブリック）と呼ばれる、不織のレイドファブリックなどであり、製造される機体バレル部の構造的詳細に応じて局所的に補強されていてもよい。繊維織物１１４は、繊維１１６が異なる配向を有する複数の繊維層を有する。繊維層における繊維は、支持体の外周の周りを対角線状（例えば、らせん状）に延びている。さらなる繊維層（不図示）では、繊維は、異なる傾斜角度で対角線状に延びたり、支持体１１０の縦軸方向と平行に延びたりする。
【００２９】
裁断された筒状の繊維織物１１４の長さは、支持体１１０および成形型１０２の長さよりも長い。このため、繊維織物１１４は、支持体１１０の支持表面１０８を覆うだけでなく、支持体１１０の両端から突出している。
【００３０】
図１Ｂは、繊維織物１１４によって覆われた支持体１１０が、成形型１０２内に挿入された、製造方法の次のステップを示す。支持体１１０の外径は、成形型１０２の内径よりも小さい。このため、支持体１１０の支持表面１０８が、成形型１０２の内周面１０６に触れることなく、成形型１０２に支持体１０８がフィットする。一方、支持表面１０８および成形型１０２の内周面１０６は、おおよそ平行であり、両者の間のいずれの点でも、例えば５〜１０ｃｍの最低限の間隔１１２が形成される。支持表面１０８を覆う繊維織物１１４は、長さ１１８を有することから、成形型１０２の両端から突出している。
【００３１】
図１Ｃは、コンプレッサー２０５が支持体１１０の内部領域に過剰圧力を加える、製造方法のさらなるステップを示す。支持体の支持表面を構成する圧力膜は、過剰な圧力によって、内フレームの寸法を超えて膨張し、その結果、支持体１１０が径方向に拡張する。支持体１１０の径方向の拡張は、筒状の繊維織物１１４をも支持体１１０の外周方向に伸長させる。同時に、支持体１１０の回りを対角線状に延びた繊維１１６によって、筒状の繊維織物１１４の縦軸方向の長さは、長さ１１９まで縮められる。このように、繊維織物１１４の長さは縮まるので、繊維織物１１４は、長さが縮んだ状態であっても、支持表面を完全に覆うような長さに裁断されている。
【００３２】
図に示されたような、支持体１１０が拡張した状態では、支持体１１０の内部の過剰圧力によって、加圧膜が繊維織物１１４を成形型の内周面１０８に押し当てる。製造方法のさらなるステップでは、この状態で固定された繊維織物に、液状の硬化性樹脂マトリクス１１５を含浸させる。例えば、成形型１０２の一方の端部から、矢印で示されたように、加圧膜と成形型１０２との間のギャップに、樹脂マトリクスをインサートする。
【００３３】
その後、樹脂マトリクスは、例えば、熱処理によって硬化される。そして、過剰圧力が、支持体１１０の内部領域から解除され、支持体１１０は拡張されていない元の状態に戻る。これにより支持体１１０を、成形型１０２から容易に取り出すことができる。完成した機体バレル部分は、成形型１０２から離型される。一方の端部に向かってテーパ状に形成された機体バレル部分は、例えば、他方の端部に向かって、成形型１０２から離型される。または、成形型１０２を開くことで、完成した機体バレル部分を取り出すことができるように、成形型１０２は２以上の部材から構成されてもよい。
【００３４】
次に、製造方法のさらなる実施の形態について、図２Ａ〜図２Ｇを参照しながらより詳細に説明する。図２Ａ〜図２Ｇは、それぞれ製造方法の異なるステップにおける支持体１１０の外周を詳細に示す、支持体１１０の断面図である。
【００３５】
図２Ａは、スタート状態（支持表面１０８に繊維織物が配置されず、支持体１１０が成形型１０２の外にある状態）の支持体１１０を詳細に図示する。支持体１１０は、剛性を有し、実質的に円形の断面を有する支持フレーム１１１を有する。支持フレーム１１１は例えばアルミから形成され、表面に、真空および／または過剰圧力を供給するための多数の細かい孔を有する。多数の細かい孔は、図面を明快にするために図示していない。支持フレーム１１１の外周の一箇所にはスロット状の凹部２１０が形成される。凹部２１０は、後のステップで補強部材を収容する。支持フレーム１１１の外周のうち凹部２１０の両方のエッジ領域２１１は、平坦化されている。
【００３６】
支持フレームの１１１の表面は、加圧膜２００によって覆われている。加圧膜２００は、おおよそ円筒状の支持フレーム１１１の外周面の全体に亘って延在し、密閉するように、支持フレーム１１１の外周面の端部に接続されている。このため、加圧膜２００と支持フレーム１１１との間の内部領域２０２は、外部からシールされている。加圧膜２００は、例えば、プラスチック材料膜から構成される。
【００３７】
図２Ｂは、図２Ａの支持体１１０において、バキュームポンプ２０４が内部領域２０２に接続され、支持フレーム１１１の表面に設けられた微孔２１３を通して、内部領域２０２を真空にした状態を示す。図２Ｂでは、例として一つの孔２１３のみを示す。内部領域２０２が真空になることで、加圧膜が支持フレーム１１１に強固に吸いつけられる。具体的には、加圧膜は、凹部１２０を含んだ支持フレーム１１１の輪郭に追従する。
【００３８】
図２Ｃでは、Ｔ型形状を有する補強部材２０８（例えば、航空機の組立に用いられるＴストリンガと呼ばれる部材）が凹部１２０に挿入された状態を示す。Ｔ型形状の補強部材２０８の水平バー２０９は、加圧膜２００によって覆われた支持フレーム１１１の平坦化領域２１１内に配置される。
【００３９】
図２Ｄは、炭素繊維からなる筒状の繊維織物１１４によって、加圧膜２００が覆われた状態を示す。加圧膜２００の外周面１０８は、繊維織物１１４を支持し、支持体１１０の支持表面１０８として機能する。補強部材２０８は、支持表面１０８と繊維織物１１４との間に包含され、凹部２１０に収容される。Ｔ字形状の水平バー２０９も平坦化領域１１１内の隠匿位置にあるので、繊維織物１１４は、補強部材２０８上に突起を有さず、緩やかなカーブを示す。
【００４０】
図２Ｅは、筒状の成形型１０２に挿入された後の、上述したように準備され、補強部材２０８と繊維織物１１４とを備える支持体１１０を示す。支持体１１０は、成形型１０２の内径よりも小さく、支持表面１０８と成形型の表面１０６との間に常に間隔１１２ができるように、成形型の形状に対応するように構成される。換言すると、支持表面１０８と、成形型の表面１０６とは、図示された間隔１１２ができるように平行である。一方、繊維織物１１４および加圧膜２００ならびに加圧膜および支持フレーム１１１は、図２Ｂ〜Ｅでは、それぞれの構成要素を明確にするために互いに離間した状態で示されるが、実際は互いに接触する。
【００４１】
図２Ｆは、支持フレーム２０２と加圧膜２００との間の内部領域２０２がコンプレッサー２０５に接続され、微孔２０３を通して過剰圧力が印加された後の支持体１１０を示す。図２Ｆでは、支持体１１０は成形型１０２内に配置される。過剰圧力は、加圧膜２００が径方向２１２に拡張し、成形型１０２の内周面１０６に達するように、加圧膜２００を膨張させる。加圧膜および繊維織物の両方は、加圧膜２１２が拡張することによって伸ばされる。補強部材２０８および繊維織物１１４は、加圧膜２００の拡張によって、成形型内周面１０６まで誘導され、図示された状態では、過剰圧力から供給された均一な接触圧で、成形型内周面１０６に押し当てられる。拡張工程の間、補強部材２０８は、凹部１２０内を径方向１１２にガイドされる。図２Ｆでは、補強部材２０８は、ガイドされた後も、ガイドスロットとしての凹部１２０内に収容されるので、正確に位置決めされる。
【００４２】
図２Ｇは、加圧膜２００と成形型１０２との間の空間に、硬化性樹脂マトリクス１１５が充填された状態を示す。樹脂マトリクス１１５は、ハッチングで示されたように、繊維織物１１４および補強部材２０８の繊維材料の両方に含浸する。支持体１１０の内部領域２０２内の過剰圧力は、次に続く熱処理による硬化工程中も維持される。過剰圧力は、その後解除され完成した機体バレル部分１００が成形型１０２から離型される。
【００４３】
図３Ａ〜図３Ｄは、製造方法の他の実施の形態を示す。図３Ａ〜図３Ｄも、それぞれ製造方法の異なるステップにおける支持体１１０の外周を詳細に示した、支持体１１０の断面図である。
【００４４】
図３Ａは、図２Ｂに対応した状態、すなわち、例えば同様に支持体の内部領域を真空にすることで、加圧膜２００が支持フレーム１１１の表面に強固に吸いつけられた状態を示す。上述した本実施の形態と同様に、補強部材が収容される凹部１２０が支持フレーム１１１に形成されているが、本実施の形態では、凹部は、広い台形形状の窪みである。
【００４５】
図３Ｂに示された状態では、樹脂マトリクスを予め含浸させた繊維材料（プリプレグ）から形成され、Ω形状のプロフィールを有するΩストリンガとよばれる補強部材２０８が凹部２１０に配置される。完成した機体バレル部分に、ストリンガ２０８のΩ型の形状プロフィールで形成されるキャビティ３０４は、スペースホルダ３００によって占められている。本実施の形態では、スペースホルダ３００は、例えば、圧縮空気で満たされた膜鞘３０１から形成される。筒状繊維織物１１４は、加圧膜２００によって構成される支持表面１０８、Ωストリンガの足部３０６およびスペースホルダ３００の外側に向いた側面を覆う。
【００４６】
図３Ｃに示された状態では、準備された支持体１１０が成形型１０２内に配置される。上述した実施の形態のように、支持表面１０６と成形型の表面との間には、拡張間隔１１２が形成される。支持体１１０を拡張するため、内部領域２０２内に過剰圧力を加えるか、または／および加圧膜２００と成形型１０２との間の中間領域２０６を減圧する。拡張工程において、Ωストリンガ２０８を径方向２１２に正確に移動させることを可能にするため、ガイドピン５０２が、Ωストリンガ２０８の両端でスペースホルダ３００に固定される。ガイドピンは、径方向２１２に延びたガイドスロット３０２内をスライドする。ガイドスロット３０２は、ガイドカバー５００に設けられた凹部であり、成形型１０２の両端のそれぞれにフィットする。
【００４７】
図３Ｄは、内部領域２０２と中間領域２０６との間に形成された気圧差によって、加圧膜がΩシリンダー２０８および包含されたスペースホルダ３００と一緒に筒状の繊維織物１１４を成形型１０２の内周面に押し当てている状態を示す。次の工程では、繊維織物１１４およびΩストリンガ２０８を接続させた状態で樹脂マトリクスを含浸させ、含浸した樹脂マトリクスを硬化する。これにより、挿入された樹脂マトリクスとΩストリンガ２０８のプリプレグに含まれた樹脂材料とが結合する。熱硬化処理後、内部領域２０２内の過剰圧力および中間領域２０６内の真空状態が解放され、硬化した機体バレル部分が成形型１０２から離型される。キャビティ３０４を空にするために、スペースホルダ３００内の過剰圧力を解放し、スペースホルダをΩストリンガ２０８から離型される。
【００４８】
以上、好ましい実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多様に変更されうる。
例えば、形状プロフィールが異なる様々な補強部材を用いることができる。また、テーパ状の断面を有していたり、ドアや窓などの開口部を有する複雑な形状の機体バレル部分や、他の筒状構造部材を製造することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１００…構造部材、１０２…成形型、１０４…外周面、１０６…成形面、１０８…支持表面、１１０…支持体、１１１…フレーム、１１２…拡張間隔、１１４…繊維織物、１１５…樹脂マトリクス、１１６…繊維、１１８…拡張前の繊維織物の長さ、１１９…拡張後の繊維織物の長さ、２００…加圧膜、２０２…内部領域、２０３…孔、２０４…バキュームポンプ、２０５…コンプレッサー、２０６…中間領域、２０８…補強部材、２０９…水平部、２１０…凹部、２１１…平坦化領域、２１２…径方向、３００…スペースホルダ、３０１…膜鞘、３０２…ガイドスロット、３０４…キャビティ、３０６…足部、５００…ガイドカバー、５０２…ガイドピン。
【図１Ａ】
2011506136.tif 000003
【図１Ｂ】
2011506136.tif 000004
【図１Ｃ】
2011506136.tif 000005
【図２Ａ】
2011506136.tif 000006
【図２Ｂ】
2011506136.tif 000007
【図２Ｃ】
2011506136.tif 000008
【図２Ｄ】
2011506136.tif 000009
【図２Ｅ】
2011506136.tif 000010
【図２Ｆ】
2011506136.tif 000011
【図２Ｇ】
2011506136.tif 000012
【図３Ａ】
2011506136.tif 000013
【図３Ｂ】
2011506136.tif 000014
【図３Ｃ】
2011506136.tif 000015
【図３Ｄ】
2011506136.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月20日(2009.3.20)
【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】
筒状の構造部材（１００）の外周面に対応した形状の成形型内周面（１０６）を有する、筒状の成形型（１０２）を準備するステップ；
拡張していない状態で、前記成形型（１０２）内に配置され、支持表面（１０８）と前記成形型内周面（１０６）との間に拡張間隔（１１２）を残すように構成され、かつ拡張可能な支持体（１１０）の前記支持表面（１０８）を筒状の繊維織物（１１４）で覆うステップ；
前記成形型（１０２）内に前記支持体（１１０）を配置するステップ；
前記支持体（１１０）を前記繊維織物（１１４）の径方向に拡張し、前記繊維織物（１１４）を前記成形型内周面（１０６）に押し当てるステップ；および
前記繊維織物（１１４）に硬化性樹脂マトリクス（１１５）を含浸させるステップを有する、前記筒状の構造部材（１００）の製造方法。
【請求項２】
前記繊維織物（１１４）の繊維（１１６）が支持体１１０の周りを対角線状に延びるように、前記支持表面（１０８）が前記繊維織物（１１４）によって覆われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持体（１１０）が、前記繊維織物（１１４）で覆われたとき、前記筒状の繊維織物（１１４）は、前記構造部材（１００）よりも長い長さ（１１８）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記支持体（１１０）は、加圧膜（２００）を有し、前記支持体（１１０）は、内部領域（２０２）と、前記加圧膜（２００）と前記成形型（１０２）との間の中間領域（２０２）と、の間に気圧差を形成することで、拡張されることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記気圧差を形成するために、前記内部領域（２０２）内の気圧を大気圧よりも高くすることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記気圧差を形成するために、前記中間領域（２０６）内の気圧を大気圧よりも低くすることを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記支持表面（１０８）と前記繊維織物（１１４）との間に補強部材（２０８）を配置するステップをさらに有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記支持体（１１０）を拡張する間、前記補強部材（２０８）を、前記成形型（１０２）の径方向（２１２）にガイドするステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記補強部材（２０８）は、前記支持表面（１０８）と前記繊維織物（１１４）との間に配置され、樹脂が予め含浸された、または樹脂が含浸されていない半完成繊維製品であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記補強部材（２０８）は、前記支持表面（１０８）と前記繊維織物（１１４）との間に配置され、予備硬化された、半完成繊維製品であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記補強部材（２０８）は、前記支持表面（１０８）に対応して構成された凹部（２１０）に配置されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
スペースホルダ（３００）が、前記補強部材（２０８）と、前記筒状の繊維織物（１１４）との間のキャビティ（３０４）に配置されることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記スペースホルダ（３００）は、膜鞘（３０１）を有し、前記膜鞘（３０１）内の気圧を高めることで、前記スペースホルダ（３００）を拡張するステップを有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
筒状の構造部材（１００）の外周面に対応した形状の成形型内周面（１０６）を有する、筒状の成形型（１０２）と、
拡張していない状態で、その支持表面（１０８）と前記成形型内周面（１０６）との間に拡張間隔（１１２）を残すように、前記成形型（１０２）内に配置されるように形成された拡張可能な支持体（１１０）であって、前記拡張間隔（１１２）は、１〜１０ｃｍである支持体（１１０）と、
前記支持表面（１０８）が、筒状の繊維織物（１１４）で覆われ、前記支持体（１１０）が前記成形型（１０２）内に配置されたとき、前記支持表面（１０４）が前記繊維織物を径方向に拡張させ、前記成形型内周面（１０６）に押し当てるように、前記支持体（１１０）を拡張する手段と、
前記繊維織物（１１４）に硬化性樹脂マトリクス（１１５）を含浸させる手段と、を有する筒状構造部材（１００）を製造するためのデバイス。
【請求項１５】
前記支持体（１１０）は、加圧膜（２００）を有し、前記拡張手段は、内部領域（２０２）と、前記加圧膜（２００）と前記成形型１０２との間の中間領域（２０２）と、の間に気圧差を形成するように構成されたことを特徴とする請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記拡張手段は、前記支持体（１１０）の前記内部領域（２０２）内の気圧を大気圧よりも高めるように構成されたコンプレッサー（２０５）を有することを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記拡張手段は、前記中間領域（２０６）内の気圧を大気圧よりも下げる排気ポンプを有することを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記支持体（１１０）は、補強部材（２０８）を挿入するために凹部を有することを特徴とする請求項１４〜１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記支持体（１１０）を拡張する間、前記補強部材（２０８）を前記成形型の径方向（２１２）にガイドする手段をさらに有することを特徴とする、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ガイド手段（２１０、３０２）は、前記成形型（１０２）および／または前記支持体（１１０）のすくなくとも一つの端部にフィットするためのガイドカバー（５００）を有し、前記ガイドカバーは、前記成形型（１０２）の径方向（２１２）に延び、前記補強部材（２０８）をガイドするための、ガイドスロット（３０２）を有することを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2011506136.tif 000017
2011506136.tif 000018
2011506136.tif 000019
2011506136.tif 000020
2011506136.tif 000021
2011506136.tif 000022