(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合積層構造（１０、１１０）において、接合線（２０、２２）で、強化された接合部を形成する方法であって、
複合積層強化具（２００）に、接合部でクリップ基部（２６）に結合された杭を有するクリップ（２４）を装填するステップであって、前記杭が、前記クリップ基部（２６）に対して初期角度で延伸している、装填するステップと、
少なくとも２つの複合積層要素（１２、１４、１１２、１１４）の間で、前記接合線（２０、２２）に沿って前記複合積層強化具（２００）を位置決めするステップと、
前記接合部の柔軟性を増すために、前記複合積層強化具（２００）内で前記接合部を周囲温度以上に十分に加熱するステップと、
前記少なくとも２つの複合積層要素（１２、１４、１１２、１１４）を貫通するように、前記杭を打ち込むために、前記複合積層強化具（２００）を作動させるステップと、
前記杭が、前記クリップ基部（２６）に対して撓んだ角度に延伸するまで、前記杭を前記接合部で、前記クリップ基部（２６）に向かって撓ませるステップであって、前記撓んだ角度が、前記初期角度とは異なることによって、前記クリップ（２４）が固定される、杭を撓ませるステップと、
を含み、
前記複合積層強化具（２００）が、前記クリップ（２４）の前記クリップ基部（２６）と係合するように位置決めされたプランジャヘッド（２３２）を含み、前記接合部を加熱するステップが、前記プランジャヘッド（２３２）を加熱するステップを含む、強化された接合部を形成する方法。
【請求項２】
前記杭は、第１の杭（２８）および第２の杭（３０）を含み、
前記接合部は、第１の接合部（３２）および第２の接合部（３４）を含み、
前記クリップ（２４）が、前記第１および第２の杭（２８、３０）が前記第１および第２の接合部（３２、３４）で前記クリップ基部（２６）に結合された状態のＵ字型を成し、前記第１および第２の杭（２８、３０）が、前記クリップ基部（２６）に対して、第１および第２の初期角度で延伸しており、
前記接合部を加熱するステップが、前記第１および第２の接合部（３２、３４）を加熱するステップを含み、
前記第１および第２の杭（２８、３０）を打ち込むために、前記複合積層強化具（２００）を作動させるステップが、前記第１および第２の杭（２８、３０）を、前記少なくとも２つの複合積層要素（１２、１４、１１２、１１４）を貫通するように打ち込むステップを含み、
前記杭を撓ませるステップが、前記第１および第２の杭（２８、３０）が前記クリップ基部（２６）に対して、第１および第２の撓んだ角度に延伸するまで、前記第１および第２の杭（２８、３０）を前記第１および第２の接合部（３２、３４）で撓ませるステップを含み、前記第１および第２の撓んだ角度が、各々、前記第１および第２の初期角度とは異なっている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数のクリップが、前記複合積層強化具（２００）に装填され、前記接合線（２０、２２）に打ち込まれる、請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
隣接する前記複数のクリップの組を、連結部（１２５）で結合するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記プランジャヘッド（２３２）が、後退位置から延伸位置まで移動可能であり、前記複合積層強化具（２００）を作動させるステップが、前記プランジャヘッド（２３２）を前記後退位置から前記延伸位置まで作動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記杭を撓ませるステップの後、前記複合積層構造（１０、１１０）を硬化させるために、固定された前記クリップ（２４）、および前記少なくとも２つの複合積層要素（１２、１４、１１２、１１４）を加熱するステップをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
複合積層構造（１０、１１０）において、接合線（２０、２２）で、強化された接合を形成するための複合積層強化具（２００）であって、
複数のクリップ（２４）であって、前記複数のクリップ（２４）の各々が、第１および第２の接合部（３２、３４）でクリップ基部（２６）に結合された第１および第２の杭（２８、３０）を有して、Ｕ字型を形成している、複数のクリップ（２４）と、
基部（２０２）と、
前記基部（２０２）に結合されたハウジング（２０４）であって、前記ハウジング（２０４）および前記基部（２０２）が、前記複数のクリップ（２４）を受けるためのチャンバ（２０６）を画定し、前記チャンバ（２０６）が、チャンバ出口端部（２１０）を画定する、ハウジングと、
前記チャンバ（２０６）に配置されて、前記複数のクリップ（２４）を所定の方向に保持し、かつ前記複数のクリップ（２４）を前記チャンバ出口端部（２１０）に向かって付勢するように構成された、ガイドアセンブリ（２１２）と、
前記チャンバ出口端部（２１０）に隣接して、前記チャンバ（２０６）に配置されたプランジャヘッド（２３２）であって、前記プランジャヘッド（２３２）が、前記複数のクリップ（２４）のうちの先頭のクリップのクリップ基部（２６）と係合するように位置決めされ、前記プランジャヘッド（２３２）は、前記プランジャヘッド（２３２）が前記チャンバ内（２０６）に配置されている後退位置と、前記プランジャヘッド（２３２）が、前記チャンバ出口端部（２１０）を通過して、前記先頭のクリップを分配する延伸位置との間で移動可能である、プランジャヘッド（２３２）と、
前記プランジャヘッド（２３２）に熱的に結合された、前記チャンバ（２０６）内で前記第１および第２の接合部（３２、３４）を加熱する加熱素子（２４２）と、
を備える、複合積層強化具（２００）。
【請求項８】
前記プランジャヘッド（２３２）に結合され、前記チャンバ（２０６）の外側に配置されたプランジャハンドルをさらに備え、前記プランジャハンドルが、前記プランジャヘッド（２３２）を後退位置と延伸位置との間で作動させるのに十分な手動力を受けるように構成されている、請求項７に記載の複合積層強化具（２００）。
【請求項９】
前記加熱素子（２４２）が、前記ハウジング（２０４）に配置され、加熱素子ワイヤ（２４４）で前記プランジャヘッド（２３２）に熱的に結合されている、請求項７または８のいずれか一項に記載の複合積層強化具（２００）。
【請求項１０】
前記ガイドアセンブリ（２１２）が、
前記チャンバ（２０６）に配置され、且つ、前記複数のクリップ（２４）を所定の方向で受けるように構成されたスライドと、
前記複数のクリップ（２４）のうちの後続のクリップと係合するように位置決めされたガイドヘッドと、
前記ガイドヘッドに動作可能に結合され、且つ、前記チャンバ出口端部（２１０）に向かって前記ガイドヘッドを付勢するように構成されたガイドばねと、
を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の複合積層強化具（２００）。
【請求項１１】
前記複数のクリップ（２４）の各々の、前記第１および第２の杭（２８、３０）の各々が、前記クリップ基部（２６）の方を向いている内面（４２、４４）と、前記クリップ基部（２６）とは反対方向を向いている外面（４６、４８）とを有し、前記外面（４６、４８）が、前記第１および第２の杭（２８、３０）の各々の先端（３６、３８）で厚さを減少させるテーパ部（５０、５２）を有する、請求項７から１０のいずれか一項に記載の複合積層強化具（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
複合積層構造は、その軽さと耐荷重性能によって、運輸産業で広く使用されている。本明細書で使用される場合、運輸産業は、空運、海運、鉄道、および陸上車両の利用を含み得る。例えば、航空機の場合、航空機の翼にはストリンガ、補剛材、および桁構造が含まれている場合があるが、それらはすべて複合積層構造で形成されている。
【背景技術】
【０００２】
複合積層構造には、スキンとコアが含まれ得る。コアは、繊維組織の端が露出したバルサ材、金属箔またはアラミド紙のハニカム、あるいは多種多様なウレタン、ＰＶＣ、またはフェノール樹脂フォーム等で形成され得る。スキンは、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の高分子マトリックス繊維複合材の、複数の層すなわち積層から構成され得る。複合積層構造の複数の要素は、接着剤等で相互に接合され得る。
【０００３】
積層構造の典型的な損傷は、圧縮力を受けるか、またはせん断によるコアの損傷によって、あるいは、より一般的には、コアと複合積層スキンとの間、または積層スキンの層同士の間の接合力、すなわち接着力の損傷によって生じ得る。荷重によるその他の損傷には、一方または両方のスキンの縒れ、積層構造の屈曲損傷、または積層構造に一定の荷重が伝達されたことによる、端部取付け手段の損傷が含まれ得る。
【０００４】
上述の損傷状態のため、面外、すなわちスキンの面に垂直に、強化を延伸することが提案されている。これは「Ｚ」方向と呼ばれることがあり、一般的に、ＸおよびＹ座標を含む平面へと下がる、積層スキンの座標を指す。したがって、ＸおよびＹ座標は、２次元複合材、すなわち２Ｄ複合材を指すことがある。スキンは、多くの場合、縫合された、または織られた繊維構造物で形成され、複合材のプライ、すなわち層を形成するために相互に積み重ねられているので、これは特に適切である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の接合方法は、いくつかのタイプの積層物には不十分であって、積層物を有意に強化することはできず、および／または複合積層構造の構築中に使用するには、非常に厄介なものである。例えば、接合された積層物のフランジを固定する角度でインサートされるカーボンピンにおいて、Ｚピンニングが提案されている。この工程中は、積層スキンの上面から突出しているピンの端部は除去されなければならず、この除去によって、微小な亀裂のためにピンが弱くなる場合がある。また、このピンがもたらす積層物の強化は、あってもごく僅かである。別の提案されている手法は、積層物同士を接合するために縫合して、強化することである。しかし、含浸させた樹脂は、縫い目のインサートに使用される縫製機構の妨げとなるため、あらかじめ含浸させた積層物では、縫合は行えない。
【０００６】
したがって、上述した１つ以上の問題を考慮に入れた方法および装置があれば、有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１つの態様によれば、複合積層構造において、接合線で、強化された接合を形成する方法が提供される。この方法は、複合積層強化具に、接合部で基部に結合される杭を有するクリップを装填するステップを含み、杭は、基部に対して初期角度で延伸している。複合積層強化具は、少なくとも２つの複合積層要素の間で、接合線に沿って位置決めされ、接合部は、接合部の柔軟性を増すために、周囲温度以上に十分に加熱され得る。この方法は、少なくとも２つの複合積層要素を貫通するように杭を打ち込むために、複合積層強化具を作動させるステップと、杭が基部に対して撓んだ角度に延伸するまで、杭を接合部で、基部に向かって撓ませるステップとをさらに含む。撓んだ角度は、初期角度とは異なり得る。それによって、クリップが固定される。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、複合積層構造において、接合線で、強化された接合を形成する方法が提供される。この方法は、複合積層強化具に複数のクリップを装填するステップを含み、複数のクリップの各々が、第１および第２の接合部で基部に結合された第１および第２の杭を有し、第１および第２の杭が、基部に対して第１および第２の初期角度で延伸し、第１および第２の初期角度は、複数のクリップの各々がＵ字型を成すように、約９０度である。複合積層強化具は、少なくとも２つの複合積層要素の間で、接合線に沿って位置決めされ、複数のクリップの各々の第１および第２の接合部は、第１および第２の接合部の柔軟性を増すために、周囲温度以上に十分に加熱され得る。複合積層強化具は、複数のクリップの各々の第１および第２の杭を、少なくとも２つの複合積層要素を貫通するように打ち込むために、作動させることができる。この方法は、複数のクリップの各々の第１および第２の杭を、第１および第２の接合部で、第１および第２の杭が、基部に対して第１および第２の撓んだ角度に延伸するまで、基部に向かって撓ませるステップをさらに含み、第１および第２の撓んだ角度が、第１および第２の初期角度とはそれぞれ異なることによって、複数のクリップの１つが固定される。
【０００９】
本開示の別の態様によれば、複合積層構造において、接合線で、強化された接合を形成するために、複合積層補強具が提供される。この補強具は、複数のクリップの各々が、第１および第２の接合部で基部に結合された第１および第２の杭を有して、Ｕ字型を形成している複数のクリップと、基部と、基部に結合されたハウジングとを含み、ハウジングおよび基部が、複数のクリップを受けるチャンバを画定し、チャンバが、チャンバ出口端部を画定している。ガイドアセンブリが、チャンバに配置され、複数のクリップを所定の方向に保持し、複数のクリップをチャンバ出口端部に向かって付勢するように構成され得る。プランジャヘッドが、チャンバ出口端部に隣接して、チャンバに配置され、複数のクリップの、先頭のクリップの基部と係合するように位置決めされる。プランジャヘッドは、プランジャヘッドがチャンバ内に配置されている後退位置と、延伸位置との間で移動可能であり、プランジャヘッドは、先頭のクリップを分配するためにチャンバ出口端部を通過し、加熱素子が、プランジャヘッドに熱的に結合され得る。
【００１０】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、クリップの杭は、基部の方を向いている内面と、基部とは反対の方向を向いている外面とを有し、外面は、杭の先端で厚さを減少させるテーパ部を有する。
【００１１】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、クリップは、一方向性の繊維強化熱可塑性樹脂、無延伸の短繊維熱可塑性樹脂、および熱可塑性ニート樹脂から成るクリップ材料群から選択された、クリップ材料で形成され得る。
【００１２】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、複数のクリップは、複合積層強化具の中に装填され、接合線に打ち込まれ得る。
【００１３】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、複数のクリップの隣接する組は、連結部で結合され得る。
【００１４】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、初期角度は、約９０度であり得る。
【００１５】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、複合積層強化具は、クリップの基部と係合するように位置決めされたプランジャヘッドを有し、プランジャヘッドは、接合部を加熱するために加熱され得る。
【００１６】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、プランジャヘッドは、後退位置から延伸位置まで移動可能であり、複合積層強化具を作動させることが、プランジャヘッドを後退位置から延伸位置まで作動させることを含む。
【００１７】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、少なくとも２つの複合積層要素のうちの少なくとも１つは、あらかじめ含浸させた積層要素であってもよい。
【００１８】
本明細書において同定された、任意の他の態様と組み合わせられ得る、本開示の別の態様によれば、杭を撓ませた後に、固定されたクリップ、および少なくとも２つの複合積層要素が、複合積層構造を硬化させるために加熱され得る。
【００１９】
上述した特徴、機能、および利点は、種々の実施形態において個別に達成することができ、さらに別の実施形態と組み合わせられ得る。そのさらなる詳細は、以下の説明および図面を参照して、見ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】有利な実施形態による、強化クリップを含む複合積層構造の斜視図である。
【図２】複合積層構造の、図１の２−２の線に沿った断面の側面図である。
【図３】有利な実施形態による、強化クリップの拡大側面図である。
【図４】有利な実施形態による、連結した強化クリップを含む複合積層構造の斜視図である。
【図５】複合積層構造の、図４の５−５の線に沿った断面の側面図である。
【図６】有利な実施形態による、複合積層強化具の断面の側面図である。
【図７】図６の複合積層強化具の端面図である。
【図８】プランジャヘッドが延伸位置にある、図６の複合積層強化具の断面の側面図である。
【図９】有利な実施形態による、複合積層構造の強化された接合を形成する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面は、必ずしも正確な縮尺率である必要はなく、開示されている実施形態は、概略的に示されている場合があることが、理解されるべきである。以下の詳細な説明は、本質的に、単に例示的であって、本発明、またはその適用および使用について、限定することを意図していないことは、さらに明らかである。したがって、本開示は、説明の便宜上、いくつかの例示的な実施形態として図示され説明されるが、これは、様々な他のタイプの実施形態において、ならびに様々な他のシステムおよび環境において実施され得ることが理解されよう。
【００２２】
以下の詳細な説明は、本発明を実行する上で、現在、最良と考えられている形態についての説明である。この説明は、限定的意味合いに解釈されるべきではなく、本発明の一般的原則を示す目的でのみ記載される。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により、最もよく定義される。
【００２３】
図をさらに具体的に参照すると、図１は、第１の複合積層要素１２、および第２の複合積層要素１４を含む、複合積層構造１０を示している。複合積層構造１０は、２つの要素１２、１４を有するものとして示されているが、２つ以上の要素を有していてもよい。第１の複合積層要素１２は、積層スキンの形態で示され、第２の複合積層要素１４は、基部１６およびフランジ１８を有するストリンガの形態で示されている。ただし、第１および第２の複合積層要素１２、１４は、関連する技術分野において一般に知られている、他の構成要素の形態を取り得ることが、理解されるであろう。例えば、２つの要素は、両方ともスキン要素、インテグラルスキン要素の層同士、スキン要素と支持要素、または両方とも支持要素であってもよい。航空機技術においては、例示的な複合積層構造は、強力縦通材に結合されるスキン、隔壁、ストリンガ、フレームその他の構造を含み、同様に、別のスキンに結合されるスキンも含む。
【００２４】
第１および第２の複合積層要素１２、１４は、第１および第２の接合線２０、２２に沿って接合されているものとして示されている。接合線の数および箇所は、形成される複合積層構造のタイプ、複合積層構造の予測荷重、複合積層構造が使用され得る用途、その他の考慮事項に基づいて決定され得る。したがって、接合線の数および方向は、図１に示されているものとは異なっていてもよい。
【００２５】
図１から図３に最もよく示されているように、複合積層要素１２、１４は、複数の強化クリップ２４によって、接合線２０、２２に沿う方向で相互に接合されている。各クリップ２４は、基部２６、および基部２６の両方の端部からそれぞれ延伸している、２本の杭２８、３０を有し得る。杭２８、３０が基部２６に結合されている部分は、本明細書においては、接合部３２、３４として定義される。図２において、杭２８、３０は、第１および第２の複合積層要素１２、１４の両方を突き通して、杭２８、３０の各々の先端３６、３８が、第１の複合積層要素１２の底面４０と係合するように、基部２６に向かって内側に撓められていることが示されている。図２で示すように位置したとき、クリップ２４は、本明細書においては、「固定」された、または「固定された構成」にある、と呼ばれる。
【００２６】
固定される前に、クリップ２４は、第１および第２の複合積層要素１２、１４へのクリップ２４の取付けを容易にするために、図３に示すような初期構成を有し得る。図３は、基部２６、杭２８、３０、接合部３２、３４および先端３６、３８を有する、クリップ２４の部分をより明瞭に示している。初期構成において、杭２８、３０は、基部２６に対し、初期角度α１、α２で延伸し得る。示された実施形態において、初期角度α１、α２は、クリップ２４がＵ字型になるように、約９０度であるが、他の角度が使用されてもよい。
【００２７】
また、図３において、杭２８、３０は、ほぼ基部２６の方を向いている内面４２、４４、および基部２６とはほぼ反対の方向を向いている外面４６、４８を有するものとして示されている。外面４６、４８の各々は、先端３６、３８で杭２８、３０の厚さが減少している、テーパ部５０、５２を含み得る。テーパ部５０、５２は、クリップ２４の固定中に、杭２８、３０を内側に撓ませるのを容易にすることができるが、これについては、以下の説明でより十分に理解されるであろう。
【００２８】
クリップ２４は、複合積層構造で使用されるのに適した材料で形成され得る。航空機用の場合、クリップ材料は、高強度重量比を有し、必要に応じて、後に続く硬化の工程中に生成され得る熱に対して、好適に反応し得る。例示的なクリップ材料には、一方向性の繊維強化熱可塑性樹脂、無延伸の短繊維熱可塑性樹脂、および熱可塑性ニート樹脂が含まれ得る。繊維を使用する材料において、繊維は、グラファイト繊維、アラミド繊維等であってもよい。これらの材料は、単に例示的であって、クリップを形成でき、有利な非腐食性の特性を有する、ほとんどあらゆる材料が使用され得る。
【００２９】
複合積層構造１１０の代替実施形態が、図４および図５に示されている。図１および図２の実施形態と同様に、複合積層構造１１０は、複数のクリップ１２４で接合された、第１の複合積層要素１１２、および第２の複合積層要素１１４を含む。ただし、この実施形態において、クリップ１２４は、隣接するクリップ１２４の組の間に延伸している、連結部１２５によって、相互に結合されている。連結部１２５は、クリップ１２４と同一の材料で形成することができ、材料の例については上述した。
【００３０】
クリップ２４をインサートし、第１および第２の複合積層要素１２、１４を貫通させて、クリップ２４を固定するために、複合積層強化具２００が使用され得る。例示的な複合積層強化具２００が、ハウジング２０４に枢動可能に結合される基部２０２を備えるものとして、図６から図８に示されている。基部２０２、およびハウジング２０４は、複数のクリップ２４を受ける大きさのチャンバ２０６を画定している。チャンバ２０６は、基部端部２０８、および出口２１１を画定する出口端部２１０を有し、この出口２１１を通って、クリップ２４が、複合積層強化具２００から分配され得る。
【００３１】
複合積層強化具２００は、１つ以上のクリップ２４を所定の方向に保持し、１つ以上のクリップ２４を、チャンバ出口端部２１０に向かって付勢するように構成された、チャンバ２０６に配置されたガイドアセンブリ２１２をさらに備える。示された実施形態において、ガイドアセンブリ２１２は、チャンバ２０６に配置され、複数のクリップ２４を所定の方向で受けるように構成された、スライド２１４を有している。さらに詳細に、および図７に最もよく示されているように、スライド２１４は、Ｕ字型のクリップ２４とほぼ相補的な、長方形の断面を有する。スライド２１４の上面２１６は、クリップの基部２６の底面２７を支持し、クリップ２４の杭２８、３０は、スライド２１４の向かい合った側面２１８、２２０に沿って下方に延びている。したがって、スライド２１４は、杭２８、３０で、クリップ２４をチャンバの出口２１１に向かう方向に保持する。
【００３２】
ガイドアセンブリ２１２は、スライド２１４に配置された１つ以上のクリップ２４と係合する、ガイドヘッド２２２をさらに有し得る。ガイドヘッド２２２は、また、ガイドヘッド２２２がスライド２１４に沿って長手方向に平行移動できるように、スライド２１４に対しても相補的な形状とされ得る。ガイドヘッド２２２は、さらに、クリップ２４（または複数のクリップ２４の後続のクリップ）と係合するように構成され得る。ガイドばね２２４は、ガイドヘッド２２２を、出口端部２１０に向かって付勢するために、チャンバの基部端部２０８と、ガイドヘッド２２２の背面との間に延伸することができ、これによって、クリップ２４もまた、出口端部２１０に向かって付勢される。
【００３３】
最終的に、ガイドアセンブリ２１２は、ガイドヘッド２２２を、ガイドヘッド２２２の移動範囲全体に渡ってスライド２１４に維持するための、ガイドポスト２２６を含み得る。示されている実施形態において、ガイドポスト２２６は、基部端部２０８から、ガイドヘッド２２２の移動範囲の最前方まで延伸している。ガイドヘッド２２２は、摺動可能にガイドポスト２２６を受け、それによって、ガイドヘッド２２２は、スライド２１４と摺動係合するように保持される。ガイドアセンブリ２１２、および基部２０２が、両方ともハウジング２０４に対して枢動できるように、スライド２１４、ガイドヘッド２２２、ガイドばね２２４、およびガイドポスト２２６は、すべて基部２０２に対して固定の位置を有し得る。
【００３４】
複合積層強化具２００は、クリップ２４をチャンバの出口２１１から分配するための、プランジャアセンブリ２３０をさらに含む。示されている実施形態において、プランジャアセンブリ２３０は、チャンバ２０６に配置され、チャンバ出口端部２１０に隣接して位置決めされた、プランジャヘッド２３２を含む。プランジャヘッド２３２は、クリップの基部２６の上面２９と係合するように構成され、プランジャヘッド２３２がチャンバ２０６内に配置されている（図６）後退位置と、プランジャヘッド２３２が、部分的または全体的にチャンバの出口２１１を通過して、クリップ２４を分配する（図８）延伸位置との間で、移動可能である。図６から図８に示すように、プランジャヘッド２３２は、手動で作動させてもよく、この場合、プランジャアセンブリ２３０は、プランジャロッド２３４、プランジャハンドル２３６、およびプランジャばね２３８を含み得る。プランジャハンドル２３６は、チャンバ２０６の外側に配置され、後退位置と延伸位置との間で、プランジャヘッド２３２を作動させるのに十分な、（矢印２３９で表す）手動力を受けるように構成される。プランジャばね２３８は、手動力２３９が除去され次第、プランジャヘッド２３２が自動的に後退位置に戻るように構成され得る。これに替えて、プランジャヘッド２３２は、駆動システム（図示せず）を使用して、自動的に作動するようにしてもよい。
【００３５】
複合積層強化具２００は、また、プランジャヘッド２３２に熱的に結合される、加熱アセンブリ２４０を含み得る。示されている実施形態において、加熱アセンブリ２４０は、ハウジング２０４に配置された、加熱素子２４２を含む。加熱素子ワイヤ２４４は、加熱素子２４２からプランジャヘッド２３２まで延伸し、それによって、プランジャヘッド２３２を加熱素子２４２と熱的に結合する。
【００３６】
複合積層強化具２００は、図９のフローチャート３００に示すように、複合積層構造１０において、接合線で強化された接合を形成する方法を実行するために使用され得る。この方法は、ブロック３０２で始まり、ここで、複合積層強化具２００に、接合部３２で基部２６に結合された、少なくとも１本の杭２８を有する、クリップ２４を装填する。杭２８は、基部２６に対して、初期角度α１で延伸し得る。一部の実施形態において、クリップ２４は、第１および第２の接合部３２、３４で基部に接合された、第１および第２の杭２８、３０でＵ字型を成し、第１および第２の杭２８、３０は、基部２６に対して初期角度α１、α２で延伸している。
【００３７】
ブロック３０４に進んで、複合積層強化具２００は、少なくとも２つの複合積層要素１２、１４の間の接合線２０、２２に沿って位置決めされ得る。ブロック３０６で、クリップ２４の接合部３２は、接合部３２の柔軟性を増すために、周囲温度以上に十分に加熱され得る。接合部３２が加熱される実際の温度は、使用されているクリップ材料のタイプによって決まる。クリップ２４が２本の杭２８、３０を有する一部の実施形態において、加熱するステップは、第１および第２の接合部３２、３４の両方を加熱するステップを含む。
【００３８】
次に、ブロック３０８に示すように、複合積層強化具２００を、クリップ２４を分配するように作動させ得る。複合積層強化具２００の作動中は、プランジャヘッド２３２を、後退位置（図６）から、延伸位置（図８）まで作動させることができる。プランジャヘッド２３２が、延伸位置まで前進すると、クリップの杭２８（または杭２８、３０）が、複合積層要素１２、１４を突き通す。
【００３９】
ブロック３１０で、杭２８は、クリップ２４を固定するために、接合部３２で、クリップの基部２６に向かって撓められる。杭２８は、基部２６に対して、撓んだ角度β１まで撓められ、撓んだ角度β１は、初期角度α１とは異なっている。第１および第２の杭２８、３０を有する一部の実施形態において、このステップは、基部２６に対して、第１および第２の杭２８、３０が、第１および第２の撓んだ角度β１、β２で延伸するまで、第１および第２の接合部３２、３４で、第１および第２の杭２８、３０を撓ませるステップを含む。第１および第２の撓んだ角度β１、β２はいずれも、第１および第２の初期角度α１、α２とは、各々異なっている。
【００４０】
杭２８、３０を撓ませることは、接合部３２、３４の加熱によって、およびクリップ２４の形状によって、容易にすることができる。例えば、下地面１５（図１および図２）を、第１および第２の複合積層要素１２、１４の下に置くことができ、杭２８、３０が要素１２、１４を突き通すと、その先端３６、３８と係合する。下地面１５は、杭２８、３０を撓ませるのに十分な硬さを有する、レイアップ具その他の構造として、設けられ得る。接合部３２、３４が、柔軟性を増すために加熱されると、下地面１５は、杭２８、３０を撓ませる。杭２８、３０を、基部２６の内側に向かって、より確実に撓ませるために、クリップのテーパ部５０、５２が設けられ得る。
【００４１】
上述の方法は、樹脂であらかじめ含浸させた要素、またはドライファブリック（すなわち樹脂であらかじめ含浸させていない）のいずれかの、１つ以上の複合積層要素で、有利に使用され得る。あらかじめ含浸させた積層物が使用される場合は、この方法は、複合積層構造１０を硬化させるために、固定されたクリップ２４、および少なくとも２つの複合積層要素１２、１４を加熱するステップをさらに含んでもよい。ドライファブリックが使用される場合は、複合積層構造１０を硬化させる前に、樹脂をドライファブリック積層物に注入する、追加のステップが実行され得る。図９のブロック３１２に、任意選択の硬化するステップが示されている。
【００４２】
上述した実施形態は、多種多様な複合積層要素で有利に使用できる、複合積層強化具、および複合積層構造を強化する方法を示している。本明細書で開示された装置および方法は、樹脂を注入したドライファブリックの積層物、および／またはあらかじめ含浸された積層物で有利に使用できる、複合積層物の面外強化を提供する。一旦複合積層要素に固定されると、クリップは、面外強化をもたらすために、接合線に沿って機械的ロックをもたらす。上述したように、クリップは、手動または自動の器具で取り付けられ、一部の実施形態において、付加的な強化をもたらすために、クリップ同士の間に連結部を有している。
【００４３】
本開示による主題の、特許請求され得る、または特許請求されない場合もある、例示的であって網羅的ではない例が、以下の節１Ａから２０Ｃで提供される。
【００４４】
１Ａ．  複合積層強化具に、接合部で基部に接合されている杭を有するクリップを装填するステップであって、杭が、基部に対して初期角度で延伸している、杭を装填するステップと、
少なくとも２つの複合積層要素の間の接合線に沿って、複合積層強化具を位置決めするステップと、
接合部の柔軟性を増すために、周囲温度以上に接合部を十分に加熱するステップと、
少なくとも２つの複合積層要素を貫通するように杭を打ち込むために、複合積層強化具を作動させるステップと、
杭が、基部に対して撓んだ角度で延伸するまで、杭を接合部で撓ませるステップであって、撓んだ角度が、初期角度と異なることによってクリップを固定する、杭を撓ませるステップとを含む、複合積層構造において、接合線で強化された接合を形成する方法。
【００４５】
２Ａ．  クリップは、第１および第２の杭が第１および第２の接合部で基部に結合されている状態のＵ字型を成し、第１および第２の杭は、基部に対して第１および第２の初期角度で延伸し、
接合部を加熱するステップが、第１および第２の接合部を加熱するステップを含み、
杭を打ち込むために、複合積層強化具を作動させるステップが、第１および第２の杭を、少なくとも２つの複合積層要素を貫通するように打ち込むステップを含み、
杭を撓ませるステップが、第１および第２の杭が、基部に対して第１および第２の撓んだ角度で延伸するまで、第１および第２の接合部で、第１および第２の杭を撓ませるステップを含み、第１および第２の撓んだ角度が、各々、第１および第２の初期角度とは異なる、
節１Ａの方法。
【００４６】
３Ａ．  クリップの杭が、基部の方を向いている内面、および基部とは反対の方向を向いている外面を有し、外面が、杭の先端で厚さを減少させるテーパ部を有している、節１Ａまたは２Ａのいずれかの方法。
【００４７】
４Ａ．  クリップが、一方向性の繊維強化熱可塑性樹脂、無延伸の短繊維熱可塑性樹脂、および熱可塑性ニート樹脂から成るクリップ材料の一群から選択されたクリップ材料で形成されている、節１Ａから３Ａのいずれかの方法。
【００４８】
５Ａ．  複数のクリップが、複合積層強化具に装填され、接合線に打ち込まれる、節１Ａから４Ａのいずれかの方法。
【００４９】
６Ａ．  複数のクリップの隣接する組を、連結部で結合する方法をさらに含む、節５Ａの方法。
【００５０】
７Ａ．  初期角度が、約９０度である、節１Ａから６Ａのいずれかの方法。
【００５１】
８Ａ．  複合積層強化具が、クリップの基部と係合するように位置決めされたプランジャヘッドを有し、接合部を加熱するステップが、プランジャヘッドを加熱するステップを含む、節１Ａから７Ａのいずれかの方法。
【００５２】
９Ａ．  プランジャヘッドが、後退位置から延伸位置まで移動可能であり、複合積層強化具を作動させるステップが、プランジャヘッドを後退位置から延伸位置まで作動させるステップを含む、節８Ａの方法。
【００５３】
１０Ａ．  少なくとも２つの複合積層要素の少なくとも１つが、あらかじめ含浸させた積層要素を含む、節１Ａから９Ａのいずれかの方法。
【００５４】
１１Ａ．  杭を撓ませた後、複合積層構造を硬化させるために、固定したクリップ、および少なくとも２つの複合積層要素を加熱するステップをさらに含む、節１Ａから１０Ａのいずれかの方法。
【００５５】
１２Ｂ．    複合積層構造において、接合線で強化された接合を形成する方法であって、
複合積層強化具に複数のクリップを装填するステップであって、複数のクリップの各々が、第１および第２の接合部で基部に結合された第１および第２の杭を有し、第１および第２の杭が、基部に対して第１および第２の初期角度で延伸し、第１および第２の初期角度が、複数のクリップの各々がＵ字型を成すように、約９０度である、複合積層強化具を装填するステップと、
少なくとも２つの複合積層要素の間の接合線に沿って、複合積層強化具を位置決めするステップと、
第１および第２の接合部の柔軟性を増すために、複数のクリップの各々の第１および第２の接合部を、周囲温度以上に十分に加熱するステップと、
少なくとも２つの複合積層要素を貫通するように、複数のクリップの各々の第１および第２の杭を打ち込むために、複合積層強化具を作動させるステップと、
第１および第２の接合部で、第１および第２の杭が、基部に対して第１および第２の撓んだ角度に延伸するまで、複数のクリップの各々の第１および第２の杭を、基部に向かって撓ませるステップであって、第１および第２の撓んだ角度が、各々、第１および第２の初期角度とは異なっていることによって、複数のクリップの１つが固定される、第１および第２の杭を撓めるステップと、
を含む、複合積層構造において、接合線で強化された接合を形成する方法。
【００５６】
１３Ｂ．  複数のクリップの各々の、第１および第２の杭が、基部の方を向いている内面、および基部とは反対方向を向いている外面を有し、外面の各々が、関連する杭の先端の厚さが減少しているテーパ部を有する、節１２Ｂの方法。
【００５７】
１４Ｂ．  複数のクリップの隣接した組を、連結部で結合するステップをさらに含む、節１２Ｂまたは１３Ｂのいずれかの方法。
【００５８】
１５Ｃ．    複合積層構造において、接合線で強化された接合を形成するための複合積層強化具であって、
複数のクリップの各々が、Ｕ字型を形成するように、第１および第２の接合部で基部に結合された第１および第２の杭を有する、複数のクリップと、
基部と、
基部に結合されたハウジングであって、ハウジングおよび基部が、複数のクリップを受けるためのチャンバを画定し、チャンバはチャンバ出口端部を画定している、ハウジングと、
チャンバに配置されたガイドアセンブリであって、複数のクリップを所定の方向に保持するように構成され、且つ、チャンバ出口端部に向かって複数のクリップを付勢するように構成された、ガイドアセンブリと、
チャンバ出口端部に隣接してチャンバに配置されたプランジャヘッドであって、このプランジャヘッドは、複数のクリップのうちの先頭のクリップの基部と係合するように位置決めされ、プランジャヘッドがチャンバ内に配置されている後退位置と、プランジャヘッドが、先頭のクリップを分配するために、チャンバ出口端部を通過した延伸位置との間で移動可能である、プランジャヘッドと、
プランジャヘッドに熱的に結合された加熱素子と、
を備える、複合積層構造において、接合線で強化された接合を形成するための複合積層強化具。
【００５９】
１６Ｃ．  プランジャヘッドに結合され、且つ、チャンバの外側に配置されているプランジャハンドルであって、後退位置と延伸位置との間で、プランジャヘッドを作動させるのに十分な手動力を受けるように構成された、プランジャハンドルをさらに備える、節１５Ｃの複合積層強化具。
【００６０】
１７Ｃ．  加熱素子が、ハウジングに配置され、加熱素子ワイヤでプランジャヘッドと熱的に結合されている、節１５Ｃまたは１６Ｃのいずれかの複合積層強化具。
【００６１】
１８Ｃ．  ガイドアセンブリが、
チャンバに配置され、且つ、複数のクリップを所定の方向で受けるように構成されたスライドと、
複数のクリップの後続のクリップと係合するように位置決めされたガイドヘッドと、
ガイドヘッドに動作可能に結合され、ガイドヘッドをチャンバ出口端部に向かって付勢するように構成されたガイドばねと、
を備える、節１５Ｃから１７Ｃのいずれかの複合積層強化具。
【００６２】
１９Ｃ．  複数のクリップの各々の、第１および第２の杭の各々が、基部の方を向いている内面、および基部とは反対の方向を向いている外面を有し、外面が、第１および第２の杭の各々の先端で、厚さが減少しているテーパ部を有する、節１５Ｃから１８Ｃのいずれかの複合積層強化具。
【００６３】
２０Ｃ．  複数のクリップの各々が、一方向性の繊維強化熱可塑性樹脂、無延伸の短繊維熱可塑性樹脂、および熱可塑性ニート樹脂から成るクリップ材料群から選択されたクリップ材料で形成される、節１５Ｃから１９Ｃのいずれかの複合積層強化具。
【００６４】
異なる有利な実施形態の説明が、例示および説明目的で示されているが、これは、完全に網羅することや、実施形態を開示した形態に限定することを意図したものではない。多くの修正や変更が、当業者には明らかである。さらに、異なる有利な実施形態が、他の有利な実施形態と比較して、異なる利点を提供し得る。
【００６５】
異なる有利な実施形態が、航空機に関して説明されているが、この異なる有利な実施形態は、他のタイプのプラットフォームに適用されてもよい。例えば、他の有利な実施形態が、潜水艦、兵員輸送車、宇宙船、水上船舶、および／または他の好適な対象に、制限なく適用されてもよい。
【００６６】
選択された１つまたは複数の実施形態は、実施形態の原理や実際の用途を最もよく説明するために、かつ、様々な修正を有する様々な実施形態の開示が、考えられる特定の用途に適するものとして当業者に理解できるようにするために、選択されて説明されている。
【符号の説明】
【００６７】
１０  複合積層構造
１２、１４  複合積層要素
１５  下地面
１６  基部
１８  フランジ
２０、２２  接合線
２４  クリップ
２６  基部
２７  底面
２８、３０  杭
２９  上面
３２、３４  接合部
３６、３８  先端
４０  底面
４２、４４  内面
４６、４８  外面
５０、５２  テーパ部
α１、α２  初期角度
β１、β２  撓んだ角度
１１０  複合積層構造
１１２、１１４  複合積層要素
１２４  クリップ
１２５  連結部
２００  複合積層強化具
２０２  基部
２０４  ハウジング
２０６  チャンバ
２０８  基部端部
２１０  チャンバ出口端部
２１１  出口
２１２  ガイドアセンブリ
２１４  スライド
２１６  上面
２１８、２２０  側面
２２２  ガイドヘッド
２２４  ガイドばね
２２６  ガイドポスト
２３０  プランジャアセンブリ
２３２  プランジャヘッド
２３４  プランジャロッド
２３６  プランジャハンドル
２３８  プランジャばね
２３９  手動力
２４０  加熱アセンブリ
２４２  加熱素子
２４４  加熱素子ワイヤ
３００  フローチャート
３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２  ブロック
【図１】
0006543482.tif 000002
【図２】
0006543482.tif 000003
【図３】
0006543482.tif 000004
【図４】
0006543482.tif 000005
【図５】
0006543482.tif 000006
【図６】
0006543482.tif 000007
【図７】
0006543482.tif 000008
【図８】
0006543482.tif 000009
【図９】
0006543482.tif 000010