(57)【要約】      （修正有）【課題】複合構造のプレフォームを製造するために用いられる織物を連続的に減量する方法を提供する。【解決手段】連続的な減量方法は、織物１２のスプール１０を提供するステップ、前記織物１２を加熱して、加熱された織物１８を生成すると同時に、前記加熱された織物１８を複合構造形成ツール１４に移送するステップ、前記複合構造形成ツール１４の周りに前記加熱された織物１８を巻き付けるステップ、前記加熱された織物１８に樹脂を塗布して、樹脂含量の多い織物表面２８を得るステップ、前記樹脂含量の多い織物表面２８に加熱された織物１８の次の層を貼り付けて含浸複合材３０を得るステップ、及び前記含浸複合材３０を減量及び冷却して、複合構造のプレフォーム３２を得るステップを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
織物（１２）のスプール（１０）を提供するステップ、
前記織物（１２）を加熱して、加熱された織物（１８）を生成すると同時に、前記加熱された織物（１８）を複合構造形成ツール（１４）に移送するステップ、
前記複合構造形成ツール（１４）の周りに前記加熱された織物（１８）を巻き付けるステップ、
前記加熱された織物（１８）に樹脂を塗布して、樹脂含量の多い織物表面（２８）を得るステップ、
前記樹脂含量の多い織物表面（２８）に加熱された織物（１８）の次の層を貼り付けて、含浸複合材（３０）を得るステップ、及び
前記含浸複合材（３０）を減量及び冷却して、複合構造のプレフォーム（３２）を得るステップを含む連続的な減量方法。
【請求項２】
前記織物（１２）は、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、芳香族ポリアミド繊維、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記樹脂は、エポキシ樹脂、ＢＭＩ樹脂、ポリイミド樹脂及びそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記織物（１２）を、エポキシ樹脂の塗布に対して６５℃ないし１２０℃、ＢＭＩ樹脂の塗布に対して６５℃ないし１６０℃、及びポリイミド樹脂の塗布に対して２４０℃ないし２７５℃の温度で加熱することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記含浸複合材（３０）を、エポキシ樹脂に対して１８℃ないし２７℃、ＢＭＩ樹脂に対して６０℃ないし８０℃、及びポリイミド樹脂に対して１５０℃ないし２２５℃の温度で冷却することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記含浸複合材（３０）は、加圧ローラ（２４）を用いて減量されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記織物（１２）は、少なくとも１つの加熱装置（１６）を用いて加熱されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記加圧ローラ（２４）は、圧力を解放することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記加圧ローラ（２４）は、冷却した外面（３４）を含み、前記冷却した外面（３４）は、前記含浸複合材（３０）を冷却するために用いられることを特徴とする請求項６ないし請求項８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】
本明細書における実施例は、一般的に連続的な減量方法に関し、さらに詳しくは、複合構造のプレフォームを製造するために用いられる織物を減量する連続的な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材は、近年、耐久性があり相対的に軽量であることから、様々な航空宇宙用途における需要が増大している。複合材は、優れた強度と重量特性を備えているが、依然としてその製造の仕組みにおいて幾つかの課題がある。
【０００３】
例えば、複合構造を製造するために用いられる織物は、通常かなりのバルクを有している。このバルクにより、樹脂で含浸された織物である複合材のレイアップ及び硬化時に、得られた複合構造においてしわが形成されることもある。複合材の繊維は、所望の最終的な硬化厚さに近い寸法で硬化または圧縮して、しわの形成を防止することができる。このような硬化は、減量時に起こる。
【０００４】
現製造方法では、一般的に複合材の減量のための高温及び低温の真空バギングを用いる。しかし、硬化の前に複合材を減量しても、特に円筒状の複合構造を製造する場合は、上述のしわ形成を防止することができない。これは、織物が円筒状の複合構造形成ツールの周りにレイアップされることによって、嵩高い織物がしわになったり折り曲がったりする可能性が増し、得られた複合構造においてしわが形成されることがあるためである。
【０００５】
さらに、円筒状の複合構造を製造する場合、現在の減量技術では、織物を４層ないし６層貼り付ける毎に、真空バギングが必要である。平均的な複合構造では、一般的に少なくとも約６０層の織物を含まれるので、この工程には手間がかかる。加えて、減量の開始及び停止を繰り返すと、織物がしわになったり折り曲がったりすることが増える可能性があるので、この工程の非連続的な特性により、さらなるしわが形成される可能性がある。
【０００６】
したがって、しわの形成が減少する複合構造を製造するための織物を減量する方法には、時間効率的な方法が求められる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書の実施例は、一般的に、織物のスプールを提供するステップ、前記織物を加熱して、加熱された織物を生成すると同時に、前記加熱された織物を複合構造形成ツールに移送するステップ、前記複合構造形成ツールの周りに前記加熱された織物を巻き付けるステップ、前記加熱された織物に樹脂を塗布して、樹脂含量の多い織物表面を得るステップ、前記樹脂含量の多い織物表面に加熱された織物の次の層を貼り付けて、含浸複合材を得るステップ、及び前記含浸複合材を減量及び冷却して、複合構造のプレフォームを得るステップを含む連続的な減量方法に関する。
【０００８】
本明細書の実施例は、さらに、一般的に、織物のスプールを提供するステップ、前記織物を加熱して、加熱された織物を生成すると同時に、前記加熱された織物を複合構造形成ツールに移送するステップ、前記複合構造形成ツールの周りに前記加熱された織物を巻き付ける一方で、前記加熱された織物に樹脂を塗布して樹脂含量の多い織物表面を得るステップ、前記樹脂含量の多い織物表面に加熱された織物の次の層を貼り付けて、含浸複合材を得るステップ、及び含浸複合材を減量すると同時に、前記含浸複合材を冷却して複合構造のプレフォームを得るステップを含む連続的な減量方法に関する。
【０００９】
上記の及びその他の特性、形態及び利点は、以下の詳細な説明によって当業者に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書に記載した実施例は、一般的に、複合構造のプレフォームを製造するために用いられた織物を連続的に減量する方法に関する。ここで用いられた「連続的」とは、一旦製造工程が始まると、所望の複合構造のプレフォームが生産されるまで、中断することなく製造工程が継続することを意味する。本明細書の実施例は、主に、ガスタービンエンジンの複合ファンケーシングのプレフォームの製造に関するが、それに制限されない。以下に説明するように、本明細書に記載する方法は、一般的に、任意の円筒状の複合構造に適用することができる。
【００１１】
図１において、ここで説明する方法は、織物１２のスプール１０を提供することを含む。「織物」とは、複合材を形成するために樹脂を塗布することができる任意の材料を意味する。様々な織物１２が本発明に適用可能であるが、一実施例において、織物１２は、これに限定されないが、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）繊維（すなわち、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標））のような芳香族ポリアミド繊維、及びそれらの組み合わせを含む、当業者に公知の任意の好適な強化繊維から作られた材料の層を含んでも良い。一実施例で、織物１２は、炭素繊維を含んでも良い。さらに、織物１２は、これに限定されないが、材料の繊維トウ当たり約３，０００ないし約２４，０００繊維フィラメントを有する、織布、遍布及びしわのあるまたはしわのない不織布のような多方向テキスタイルのプレフォームなどの様々な任意の形態をとることができる。
【００１２】
織物１２はスプール１０から引き出された後加熱され、複合構造形成ツール１４に移送される加熱された織物１８となる。円滑に織物を移送するよう、複合構造形成ツール１４はスプール１０に隣接して位置する。一実施例において、織物１２の加熱及び移送は、本明細書に記載した方法の連続的な特性により、同時に行われ得る。
【００１３】
加熱は、輻射ヒータ、強制空気ヒータ、加熱されたエアナイフ、加熱されたローラ、加熱されたプラテンなどの当業者に公知の任意の加熱装置１６を用いて行われ得る。織物１２は、所望の任意の温度において加熱され、加熱された織物１８となる。ここで「加熱された織物」とは、複合構造のプレフォームの製造時に初期層の上端にレイアップされた任意の次の層だけでなく、ツール１４の周りにレイアップされた加熱された織物の初期層のことでもある。一実施例において、織物１２は、加熱された織物１８に樹脂が続いて塗布される場合、以下に説明するように、織物１８は、その熱で樹脂の溶解を促すように加熱されても良い。樹脂の溶解を促すために最低必要な加熱のみに抑えることによって、次のステップで除去する必要のある熱量を最小限に抑える。これは、工程の連続性を高めることになる。
【００１４】
用いられた織物と樹脂によって所望の加熱温度が変化することは、当業者には自明である。しかし、一般的に、加熱された織物１８は、約６５℃ないし約１２０℃の温度を有することが好ましく、他の実施例で、エポキシ樹脂の塗布に対して約８０℃ないし約１０５℃及び約６５℃ないし約１６０℃、また、他の実施例で、ＢＭＩ樹脂の塗布に対して約８０℃ないし約１３５℃及び約２４０℃ないし約２７５℃、また、さらに他の実施例で、ポリイミド樹脂の塗布に対して約２５０℃ないし約２７０℃の温度が好ましい。加熱された織物１８をツール１４に巻き付けることにより、加熱された織物１８の温度がわずかに低下し得ることが考えられる。しかし、加熱された織物１８は、一般的に、樹脂が塗布されるまで、上述した温度範囲内に維持し続けられる。加熱温度に関係なく、加熱された織物１８は、複合構造形成ツール１４に連続的に巻き付けられる。
【００１５】
複合構造形成ツール１４は、製造される複合構造に対応する所望の任意の形状を有することができる。一実施例において、ツール１４は、ガスタービンエンジンのファンケーシングのプレフォームを製造するために用いられ、したがって円状に形成される。また、ツール１４は、図１及び図２に示すように、一般的に円筒状のコア２０とコア２０に着脱可能な状態で付着したエンドプレート２２とを有する。例えば、参照文献としてＢｌａｎｔｏｎ等による米国特許出願第２００６／０１３４２５１号がある。織物１２は、先ず開始点Ｘにおいてツール１４と接触する。織物１２の端部の粘着力を高めるために樹脂を用いることにより、手動または機械的手段によって軸方向に連続的に回転可能なツール１４のコア２０の周りに織物が巻き付けられる時、織物を好適な場所に維持することができる。
【００１６】
加熱された織物１８がツール１４のコア２０の周りに巻き付けられる一方で、熱溶融接着剤の塗布器のように当業者に公知の任意の樹脂塗布器２６を用いて樹脂が塗布されて、樹脂含量の多い織物表面２８を生成することができる。用いられた樹脂は、変更しても良いが、一実施例として、樹脂は熱溶融樹脂であっても良い。ここで使用可能な熱溶融樹脂は、これに限定されないが、エポキシ樹脂、ＢＭＩ樹脂、ポリイミド樹脂及びそれらの組み合わせを含んでも良い。一実施例において、ツール１４が完全に回転して開始点Ｘに戻る直前に、樹脂を加熱された織物１８に塗布することが好ましい。この方式により、得られた樹脂含量の多い織物表面２８は、スプール１０から引き出されてツール１４に移送される時に、加熱された織物１８の次の層で直ちに覆われる。樹脂が加熱された織物１８へ流れる傾向があるため、樹脂含量の多い織物表面２８からの樹脂は、加熱された織物１８の次の層に染み、よって、複数の層を接着して含浸複合材３０を生成することができる。
【００１７】
含浸複合材３０は、加圧ローラ２４を用いて減量することができる。減量することにより、含浸複合材３０の複数の層を圧縮しやすくなる。一実施例において、随意的に、加圧ローラ２４は圧力を解放し、連続的な巻き工程及び減量工程時における加圧を周期的に軽減することができる。さらに具体的には、図３に示すように、加圧ローラ２４に付着したエアシリンダ３６は、ローラ２４に圧力を加えるように用いられ、一実施例において、可変直径を有する。ローラ２４の回転に伴い、大径領域は、小径領域よりさらに遠くへ移動して、含浸複合材のしわ及び／または折り曲がりの原因となる少なくとも１つの応力蓄積地帯３８をその間に形成する。不可逆損失が起こる前の、含浸複合材をしわや歪みのない状態に戻すためには、圧力が軽減されるかまたは周期的にパルスされる。図４に示す他の実施例において、少なくとも２つの小型応力蓄積地帯１３８が形成されることにより、圧力が軽減される頻度を減らすために、加圧ローラ１２４を２つ以上の小型ローラに分けることができる。
【００１８】
減量に加えて、含浸複合材３０はさらに、樹脂を凝固して複合構造のプレフォーム３２を形成するに必要な所望の圧縮状態において含浸複合材３０の層を維持するように冷却する。ここで「複合構造のプレフォーム」とは、凝固、硬化されていない樹脂を含む含浸複合材の減量層のことである。冷却は、空調システムなどの様々な冷却装置を用いて行われる。他の実施例において、図１に示すように、加圧ローラ２４を冷却装置として用いることにより、減量と同時に冷却を行っても良い。さらに具体的には、この実施例において、冷却流体は、加圧ローラ２４により循環されて加圧ローラの外面３４を冷却する。
【００１９】
所望の冷却温度は、織物が初期に加熱された温度だけでなく、織物と樹脂によって変化することは明らかである。しかし、一般的に、含浸複合材３０を約１８℃ないし約２７℃、他の実施例で、エポキシ樹脂を用いる場合に約２０℃ないし約２５℃及び約６０℃ないし約８０℃、また他の実施例で、ＢＭＩ樹脂を用いる場合に約６５℃ないし約７０℃及び約１５０℃ないし約２２５℃、また、さらに他の実施例で、ポリイミド樹脂を用いる場合に約１９０℃ないし約２１０℃の温度で冷却することが好ましい。上述したように、樹脂を溶解するに最低必要な温度に織物の加熱を抑えることにより、樹脂を凝固して複合構造のプレフォーム３２を得るために冷却する時に、除去しなければならない熱量を最少化することができる。
【００２０】
一方、所望の厚さが得られると、複合構造のプレフォーム３２は、最終の硬化工程に進む。当業者には明らかであるが、最終の硬化細工工程は、用いられる樹脂、部品の外形、及び装備性能などの要因により変更が可能である。
【００２１】
以上、最良の形態を含む様々な例示を用いて、また当業者が本発明を達成し利用できるように本発明を説明してきた。本発明の特許可能な範囲は、添付の特許請求の範囲により定められ、当業者が想像できるその他の実施例を含む。かかるその他の実施例は、特許請求の範囲に示す表現と同様の構成部材を有するか、または特許請求の範囲に示す表現と本質的に相違ない構成部材を含む限り、特許請求の範囲の範囲内にあると見なされる。
【００２２】
本発明の特許可能な範囲は、添付の特許請求の範囲において明示されるが、本明細書において示される実施例は、同じ参照符号は同様の要素を示す添付の図面を参照しながら参照されることにより、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本明細書による連続的な減量システムの一実施例の概略的な側面図である。
【図２】本明細書による複合構造形成ツールの一実施例の概略的な拡大正面図である。
【図３】本明細書による加圧ローラの一実施例の概略的な正面図である。
【図４】本明細書による加圧ローラの代替的な実施例の概略的な正面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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