(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体に接合された複数の熱可塑性ワイヤセグメント（４３１ａ、４３１ｂ、４３１ｃ）を含む３次元交差接合されたワイヤトラス構造体（２１９）を備える支持構造体であって、前記複数の熱可塑性ワイヤセグメント（４３１ａ、４３１ｂ、４３１ｃ）が、
熱可塑性材料からなる第１ワイヤセグメント（４３１ａ）であって、第１鋸歯状パターンを有する第１ワイヤセグメント、
前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）の上に位置決めされるとともに前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に接着された、熱可塑性材料からなる第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）であって、前記第１鋸歯状パターンからオフセットされた第２鋸歯状パターンを有する第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）、
前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）の上に位置決めされた、熱可塑性材料からなる第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）であって、前記第１鋸歯状パターンを有し、前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に揃えられるとともに前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に接着されており、前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）からオフセットされた、第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）
を有する、支持構造体。
【請求項２】
前記接合は融着接合である、請求項１に記載の支持構造体。
【請求項３】
前記熱可塑性ワイヤセグメント（４３１ａ、４３１ｂ、４３１ｃ）は、各々その中に含浸されている繊維を含む、請求項１又は２に記載の支持構造体。
【請求項４】
前記熱可塑性ワイヤセグメント（４３１ａ、４３１ｂ、４３１ｃ）は、中空ワイヤから形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の支持構造体。
【請求項５】
前記３次元交差接合されたワイヤトラス構造体（２１９）の上に配設され、接合された外板（２１５）を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の支持構造体。
【請求項６】
前記複数の熱可塑性ワイヤセグメント（４３１ａ、４３１ｂ、４３１ｃ）の密度は、前記支持構造体の長さに沿って変化する、請求項１から５のいずれか一項に記載の支持構造体。
【請求項７】
熱可塑性材料からなる第１ワイヤセグメント（４３１ａ）であって、第１鋸歯状パターンを有する第１ワイヤセグメントを位置決めすることと、
熱可塑性材料からなる第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）であって、前記第１鋸歯状パターンからオフセットされた第２鋸歯状パターンを有する第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）を前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）の上に位置決めすることと、
前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）を前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に接着することと、
熱可塑性材料からなる第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）であって、前記第１鋸歯状パターンを有し、前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に揃えられ、且つ前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）からオフセットされた第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）を前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）の上に位置決めすることと、
前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）を前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に接着すること
とを含む、支持構造体を形成する方法。
【請求項８】
前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）、前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）、及び前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）を展開することを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第４ワイヤセグメント（４３１ｄ）を前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）の上に配設することを更に含み、前記第４ワイヤセグメント（４３１ｄ）は前記第２鋸歯状パターンを有し、前記第４ワイヤセグメント（４３１ｄ）は前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）に揃えられている、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第４ワイヤセグメント（４３１ｄ）を、前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）及び前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）に接着することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第５ワイヤセグメント（４３１ｅ）を前記第４ワイヤセグメント（４３１ｄ）の上に配置することを更に含み、前記第５ワイヤセグメント（４３１ｅ）は前記第１鋸歯状パターンを有し、前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）及び前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）に揃えられている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第５ワイヤセグメント（４３１ｅ）を前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）に接着することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）を前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に接着することは、前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）を前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）に融着接合することを含む、請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
熱可塑性外板（２１５）を前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）、前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）、及び前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）に接着することを更に含む、請求項７から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
可溶性ツーリング媒質を使用して、前記第１ワイヤセグメント（４３１ａ）、前記第２ワイヤセグメント（４３１ｂ）、及び前記第３ワイヤセグメント（４３１ｃ）を展開した構成に維持することを更に含む、請求項７から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は概して、せん断力を伝えて翼及びローターブレード構造体の形状を維持するための、軽量な熱可塑性／ファイバー構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の記載
安定性を維持するため、細長い翼やローターブレードなどの、ねじりに対して柔軟な構造体は、翼弦の前方４分の１に重心を有すべきである。フェアリングは典型的に、外板及びコア“サンドイッチ”構造体から形成されている。熱可塑性の、溶融接合可能な樹脂を使用する複合材料は、製造がより容易で更に強靭な構造体の可能性をもたらす。高品質な表面を作り、アセンブリ部品を良好に接着するため、熱可塑性外板の形成時には、背圧が必要となる。
【０００３】
既存のソリューションでは、フェアリング構造体のコア材料として、リブ、ハニカム構造体、又は発泡体を利用する。ハニカム構造体はしばしばローターブレードでも使用されるが、ハニカムセルの開放部分に十分な背圧を与えることができないため、ハニカムを熱可塑性外板に溶融接合することは困難である。ハニカム構造体はまた、可溶性ツーリング（ｓｏｌｕｂｌｅ  ｔｏｏｌｉｎｇ）の使用時には問題を引き起こす。特に、ハニカム構造体は、通気性のハニカム構造体を使用するときであっても、可溶性ツーリングの媒質を洗い流すための、十分な開放構造を提供していない。リブもフェアリング構造体の形成に使用されうる。しかしながら、あまり大きな付加重量が加算されないよう、リブには十分に大きな間隔を空けなければならない。リブ間の間隔を大きくするためには、付加的な補強構成要素並びにより厚い外板が必要となるが、これらは重量を増すため望ましくない。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は概して、熱可塑性トラス構造体及びその形成方法に関する。トラス構造体は、繊維強化熱可塑性樹脂などの熱可塑性材料を用いて形成され、トラス構造体の形状に基づいて、方向荷重支持を促進する。一実施例では、繊維強化熱可塑性樹脂の複数の２次元パターンは互いに、鋸歯状パターン、正弦波パターン、或いは他の反復パターンで配設され、選択された位置で互いに接着される。２次元パターンは次いで、３次元交差接合されたトラス構造体を形成するため、第３の次元に展開されうる。３次元交差接合されたトラス構造体は次いで、３次元形状を維持するため、加熱或いは他の処理が施されうる。
【０００５】
一実施形態では、支持構造体は、一体に接合された熱可塑性ワイヤセグメントを有する３次元交差接合されたトラス構造体を備える。３次元交差接合されたトラス構造体は、翼の支持構造体、ローターブレード、燃料タンク、及び他の機械的な構成要素として使用されうる。
【０００６】
別の実施形態では、支持構造体を形成する方法は、第１鋸歯状パターンを有する熱可塑性材料の第１ワイヤセグメントを位置決めすることと、第１鋸歯状パターンからオフセットされた第２鋸歯状パターンを有する熱可塑性材料の第２ワイヤセグメントを第１ワイヤセグメントの上に位置決めすることと、第２ワイヤセグメントを第１ワイヤセグメントに接着することと、第１鋸歯状パターンを有し、第１ワイヤセグメントに揃えられ、且つ第２ワイヤセグメントからオフセットされた、熱可塑性材料の第３ワイヤセグメントを第２ワイヤセグメントの上に位置決めすることと、第３ワイヤセグメントを第１ワイヤセグメントに接着することと、第１ワイヤセグメント、第２ワイヤセグメント、及び第３ワイヤセグメントを展開することとを含む。
【０００７】
本開示の上述の特徴が詳細に理解されるように、上記で簡潔に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって行われ、その一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、本開示は他の同等に有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一態様による航空機を概略的に示す。
【図２】本開示の一態様による航空機の翼の断面を示す線図である。
【図３Ａ】本開示の態様による様々な密度のトラス構造体を線図で表している。
【図３Ｂ】本開示の態様による様々な密度のトラス構造体を線図で表している。
【図３Ｃ】本開示の態様による様々な密度のトラス構造体を線図で表している。
【図４Ａ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｂ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｃ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｄ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｅ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｆ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｇ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｈ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｉ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｊ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｋ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【図４Ｌ】本開示の一態様によるトラス構造体の形成を示す線図である。
【０００９】
理解しやすくするため、各図面に共通する同一のエレメントを指定する際に、可能であれば、同一の参照番号が使用されている。一実施形態のエレメント及び特徴は、有利には、更に列挙することなく、他の実施形態に組み込まれうる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は概して、熱可塑性トラス構造体及びその生成方法に関する。トラス構造体は、繊維強化熱可塑性樹脂などの熱可塑性材料を用いて形成され、トラス構造体の形状に基づいて、方向荷重支持を促進する。一実施例では、繊維強化熱可塑性樹脂の複数の２次元パターンは互いに鋸歯状パターンで配設され、選択された位置で互いに接着される。２次元パターンは次いで、３次元交差接合されたトラス構造体を形成するため、第３の次元に展開されうる。３次元交差接合されたトラス構造体は次いで、３次元形状を維持するため、加熱或いは他の処理が施されうる。３次元交差接合されたトラス構造体は、翼の支持構造体、ローターブレード、燃料タンク、及び他の機械的な構成要素として使用されうる。
【００１１】
図１は、本開示の一態様による航空機１００を概略的に示す。図１に示された航空機１００は、乗客及び／又は貨物を保持するための胴体１１０を含む。航空機１００を飛行させるために必要な揚力をもたらす２つの翼１１４は、胴体１１０の対向する側面に連結されている。垂直安定板１１６及び２つの水平安定板１１８は、その尾端部で胴体１１０に連結されている。航空機１００を前方に推進するために必要とされる推力をもたらす、一又は複数のエンジン１０２（２個が図示されている）は、翼１１４に連結されている。
【００１２】
また、航空機１００の翼１１４上には、スポイラ１２８、フラップ１２６、及びスラット１３０が存在するが、これらは２次飛行操縦翼面と称されることがある。スポイラ１２８は翼１１４上に配置され、垂直飛行経路の制御を支援すること、航空機１００の前進速度を制御するエアブレーキとして働くこと、及び制動時に着陸装置と滑走路との間の接触を維持するように支援するため、翼揚力を低減するグラウンドスポイラとして働くこと、を含む様々な機能を実行する。フラップ１２６及びスラット１３０は、航空機１００に影響を与える揚力及び抗力を変化させるため、航空機１００の翼上に配置され、フラップ１２６は翼１１４の後縁に位置決めされ、スラット１３０は翼１１４の前縁に位置決めされる。フラップ１２６及びスラット１３０が広げられると、翼１１４の形状が変化してより大きな揚力をもたらす。揚力が増すと、航空機１００はより低速で飛行することが可能となり、その結果、着陸手順も離陸手順も簡略化される。
【００１３】
航空機１００はまた、飛行中に航空機１００の方向転換を容易にするため、１次飛行操縦装置を含む。航空機１００上の１次飛行操縦翼面には、エルロン１２４、昇降舵１２０、及びラダー１２２が含まれる。エルロン１２４は、航空機１００の翼１１４の後縁上に配置され、航空機１００のロールを制御する。昇降舵１２０は、航空機１００の水平安定板１１８上に配置され、航空機１００のピッチを制御する。ラダー１２２は、垂直安定板１１６上に配置され、航空機１００のヨーを制御する。航空機によっては、１次操縦翼面を動かすために使用されるアクチュエータにパイロット制御を接続するケーブル又はワイヤ（図示せず）が存在しうる。
【００１４】
図２は、本開示の一態様に従って、切断線２−２に沿った航空機１００の翼１１４の断面図を示す。翼１１４は、その外表面を画定する外側外板２１５を含む。３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９は、外板２１５を支持して、外板２１５を所定の形状に維持するため、外板２１５内に位置決めされる。３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９は、熱可塑性材料からなる複数の交差接合された、或いは交差するワイヤセグメントによって形成される３次元格子構造体である。熱可塑性材料のワイヤセグメントは、各交差部分で接合されて、単体の材料片を形成し、これによって、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９の高い構造強度を促進する。
【００１５】
３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９は、複数の開口部２２１（２個に参照番号を振った）を有する開放格子構造体を画定する。複数の開口部２２１は、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９と共に、可溶性ツーリングの使用を促進する。一実施例では、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９が所望の形状又は構成を有するように、３次元交差接合されたワイヤトラス構造を構築する間に、熱可塑性材料のセグメントを支持するために可溶性の材料又は媒質（図示せず）が使用されうる。このような実施例では、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９は所望の配向で位置決めされ、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９の構成を維持するため、可溶性材料が３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９に適用されうる。３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９は次いで、所望の配向を維持するため硬化され、その後、可溶性材料は除去される。
【００１６】
代替的に、外板２１５が３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９に適用され、両者の間で適切な接着が起こるように、可溶性材料は、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９に対して外板２１５を支持するために使用されうる。一実施例では、接着は融着接合によって起こりうる。融着接合のプロセスは、構成要素の接合位置で熱可塑性材料を加熱溶融すること、及びこれらの表面を共に押圧して固化及び連結することを含む。接着後、可溶性材料は熱可塑性材料に対して選択的に溶媒中へ溶解可能であるため除去され、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９及び外板２１５のみを残す。従来使用されていたハニカム構造体とは異なり、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９の開口部２２１は十分に大きいため、溶媒は可溶性ツーリングで使用された可溶性材料を溶解して除去することができる。一実施例では、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９の空隙率は約５０％以上で、可溶性材料の除去を促進しうる。
【００１７】
加えて、ハニカム構造体とは対照的に、翼１１４の相対領域内で３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９の重量を減らすため、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９の密度（例えば、単位長さ当たりのワイヤセグメント交差の数）は変更可能である。例えば、翼１１４の後方４分の３部分２２３ａは、翼１１４の前方４分の１部分２２３ｂよりもトラス構造体の密度が低いため、翼１１４の所望の重量バランスを促進する。一実施例では、翼１１４の前方４分の１部分は、翼の後方４分の３部分とほぼ等しい重量を有しうる。フラッターの可能性を低減するためには、翼弦の前縁に向かって重量をシフトすることが望ましい。対照的に、ハニカム構造体は概して一様な密度を有し、したがって、ハニカム構造体を使用する場合、翼の後縁の重量を低減する唯一の方法は、材料の一部を完全に取り除くことである。しかしながら、翼１１４内の主要な支持体領域から材料が除去されるため、このような除去は、構造体の剛性及び支持を犠牲にしうるため、好ましくない。対照的に、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９は、低密度の支持構造体を使用して重量を軽減するように、翼１１４の長さ方向に沿って様々な密度を利用しうるが、重量軽減を目的として３次元交差接合されたワイヤトラス構造体２１９が完全に取り除かれるわけではないため、構造支持体は重要な場所に留まる。
【００１８】
図３Ａから図３Ｃは、本開示の態様に従って、様々な密度を有する３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ａ〜３１９ｃを示している。図３Ａは、第１の密度の熱可塑性セグメント３３１ａを有する３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ａを示している。セグメント３３１ａ間の交差の相対角度３３２、並びに各セグメント３３１ａの方向の変化の相対角度３３３は、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ａの所望の密度レベルを促すため、調整可能である。
【００１９】
図３Ｂは、第２の密度の熱可塑性セグメント３３１ｂを有する、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ｂを示している。特に、セグメント３３１ｂは、その長さに沿って変化する或いは段階的な密度を有する。セグメント３３１ｂは、領域３３４内ではより低い密度を、領域３３５内ではより高い密度を有する。密度は、トラス構造体３１９ｂの長さに沿って、角度３３２、３３３を変えることによって調整される。したがって、図示されているように、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ｂの所望の重量及び支持輪郭を生み出すため、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ｂの密度はその長さに沿って（例えば、翼弦線に沿って）変更されうる。
【００２０】
図３Ｃは、重なり合う或いはより合わさったトラス構造体３３５ａ、３３５ｂを有する、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ｃを示している。このように、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ｃは、同時に形成されうる、或いは互いに対して順次形成されうる２つの分離されたトラス構造体３３５ａ、３３５ｂから形成される。例えば、トラス構造体３３５ａは、所望の構成で形成され位置決めされ、その後、トラス構造体３３５ｂはトラス構造体３３５ａの周囲に形成されうる。図示しているように、トラス構造体３３５ａは、翼弦などの弦の長さの全体を、或いはその大部分を伸長させるが、一方、第２トラス構造体３３５ｂは、翼弦の長さの一部、例えば、翼弦の長さの約３０パーセントから約５０パーセントを伸長させる。しかしながら、第２トラス構造体３３５ｂは、図示されているよりも長い又は短い翼弦を、例えば、翼弦の約１０パーセントから約９０パーセントまでを、具体的には、翼弦の長さの約３０パーセントから約７０パーセントまでを、伸長させうる。
【００２１】
２つの分離されたトラス構造体３３５ａ、３３５ｂを利用することで、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体３１９ｃの相対重量及び構造支持の調整に対して、より適合されたアプローチを促進する。特に、トラス構造体３３５ｂなどの第２トラス構造は、翼弦の前方４分の１部分に重量をシフトするために、或いは、負荷のより大きな割合を支える翼の領域内での構造支持を高めるために、使用可能である。これとは対照的に、ハニカム構造体はこのようなかみ合う幾何配置が可能ではないため、形状及び構成はさらに制限される。
【００２２】
図４Ａから図４Ｌは、本開示の一態様に従って、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体の構成を示している。図４Ａは、熱可塑性材料の第１セグメント４３１ａの位置決めを示している。第１ワイヤセグメント４３１ａは、図示しているように、鋸歯状すなわちジグザグのパターンで、支持構造体（図示せず）の上に位置決めされている。単位長さあたりの各ジグザグの相対的な高さ、並びに各ジグザグの頂点は、仕上げられる支持構造体によって要求される所望の構造ニーズ及び重量特性に基づいて選択されうる。
【００２３】
第１ワイヤセグメント４３１ａは、第１ワイヤセグメント４３１を所望のジグザグ構成で位置決めする自動配置装置を使用して、熱可塑性材料のロールから取り出されうる。一実施例では、第１ワイヤセグメント４３１ａは、矢印４８０で示されるように、第１の方向（ｙの正方向）に移動する自動配置装置によって、配置される。
【００２４】
その後、図４Ｂに示すように、熱可塑性材料の第２ワイヤセグメント４３１ｂは、第１ワイヤセグメント４３１ａの上に鋸歯状パターンで配設される。第２ワイヤセグメント４３１ｂの鋸歯状パターンは、第１セグメント４３１ａ及び第２ワイヤセグメント４３１ｂの長さに沿って、部分的に又は全体的に十字交差パターンを形成するため、第１ワイヤセグメント４３１ａの鋸歯状パターンからオフセットされている。一実施例では、自動配置装置は、矢印４８１で示されるように、第１の方向に対向する第２の方向に移動するときに、第２ワイヤセグメント４３１ｂを静置する。第２ワイヤセグメント４３１ｂは、第１ワイヤセグメント４３１ａにほぼ等しい長さを有しうる。
【００２５】
第２ワイヤセグメント４３１ｂの位置決め時には、第２ワイヤセグメント４３１ｂと第１ワイヤセグメント４３１ａとの間の単位長さあたりの交点の数は、角度３３２と３３３（図３Ｂに示す）を変えることによって調整可能である。概して、材料の所定の長さでの交点が増えると、局所的な座屈に対する抵抗が高まる。任意の所与の断面では、負荷を支持する間に、第１ワイヤセグメント４３１ａ及び第２ワイヤセグメント４３１ｂに作用する力により、第１ワイヤセグメント４３１ａと第２ワイヤセグメント４３１ｂとの交点によって形成される“Ｘ”の半分は引張状態にあり、一方、残りの半分は圧縮状態にある。引張状態にある部分と圧縮状態にある部分との接合により、圧縮部分の座屈を軽減する。単位長さあたりで高密度の交点は、局所座屈を更に軽減するように使用可能であるが、その結果得られる支持構造体の密度、並びに重量を増大させることがありうる。
【００２６】
第２ワイヤセグメント４３１ｂの配置後、第２ワイヤセグメント４３１ｂ及び第１ワイヤセグメント４３１ａは、両者の間の接着を引き起こすのに十分な温度まで交点４３２を加熱することによって、交点４３２で接合されうる。一実施例では、所望の位置での接合を促進するため、セグメント自体の全体ではなく、所望の領域（例えば、第２ワイヤセグメント４３１ｂと第１ワイヤセグメント４３１ａとの交点）を加熱するため、レーザーが使用されうる。
【００２７】
ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹脂（他の熱可塑性樹脂も可能であり、検討されているが）を使用するときには、熱可塑性材料の所望の領域は、第１ワイヤセグメント４３１ａと第２ワイヤセグメント４３１ｂとの接合を促進するため、華氏約５５０度から華氏約７５０度の範囲内の温度まで、例えば華氏約６００度から華氏約７００度まで加熱されうる。接着（例えば、融着接合）を促進するため、第１ワイヤセグメント４３１ａ及び第２セグメント４３１ｂに圧力が印加されることが想定されている。
【００２８】
加熱後、第１ワイヤセグメント４３１ａ及び第２ワイヤセグメント４３１ｂは、接合の固定を促進するため冷却することが許可されうる。エポキシ材料とは対照的に、ハニカム構造体で使用される材料では、熱可塑性材料を使用する接合の形成は、非常に迅速である。例えば、熱可塑性材料間の接合は、数秒又は数分で形成され固定されうるが、一方、エポキシを使用する接合は固定に数時間を要する。したがって、本明細書で開示されているように、熱可塑性材料の利用は、エポキシを使用する支持構造体と比較して、構築時間の短縮を促進しうる。加えて、熱可塑性材料は、エポキシ及び／又はフェノール材料よりも更に熱安定性が高くなりうる。例えば、ある種の熱可塑性材料は、華氏約６００度まで熱に対して安定であるが、一方、ある種のエポキシは華氏約２００度までしか熱に対して安定でない。
【００２９】
第２ワイヤセグメント４３１ｂと第１ワイヤセグメント４３１ａを接合した後、第３ワイヤセグメント４３１ｃは、図４Ｃに示したように、第１ワイヤセグメント４３１ａの上に配設され揃えられる。第３ワイヤセグメント４３１ｃは、矢印４８０で示したように、第１の方向に移動する自動配置装置によって位置決めされうる。第３ワイヤセグメント４３１ｃが位置決めされると、第３ワイヤセグメント４３１ｃは、例えば、両者の接着を引き起こすように、第１ワイヤセグメント４３１ａ及び／又は第３ワイヤセグメント４３１ｃを加熱することによって、第１ワイヤセグメント４３１ａに接合されうる。図４Ｃに示したように、第１ワイヤセグメント４３１ａ及び第３ワイヤセグメント４３１ｃの鋸歯状構造体の上向き頂点は、点４３３に示されているように一体に接合される。
【００３０】
第３ワイヤセグメント４３１ｃの静置及び接着後、図４Ｄに示すように、第４ワイヤセグメント４３１ｄは第２ワイヤセグメント４３１ｂの上に配設され、これに揃えられる。第４ワイヤセグメント４３１ｄは、第２の方向に移動する自動配置装置によって静置され、矢印４８１によって示されるように、第２ワイヤセグメント４３１ｂとほぼ同じ長さになりうる。第４ワイヤセグメント４３１ｄは、点４３４で第３ワイヤセグメント４３１ｃに接合される。第４ワイヤセグメント４３１ｄは、点４３５で示されているように、第２ワイヤセグメント４３１ｂと第４ワイヤセグメント４３１ｄによって形成される鋸歯状形状の重なり合う下向き頂点で、第２ワイヤセグメント４３１ｂに接合される。
【００３１】
図４Ｅに示したように、第５ワイヤセグメント４３１ｅは、第１ワイヤセグメント４３１ａ及び第３ワイヤセグメント４３１ｃの上に配設され、これらに揃えられる。第５ワイヤセグメント４３１ｅは、矢印４８０によって示されているように、第１の方向に移動する自動配置装置によって静置されうる。第５ワイヤセグメント４３１ｅの配置後、第５ワイヤセグメント４３１ｅは、点４３６で示されているように、第３ワイヤセグメント４３１ｃと第５ワイヤセグメント４３１ｅの重なり合う下向き頂点で、第３ワイヤセグメント４３１ｃに接着されうる。第５ワイヤセグメント４３１ｅは、上述のものと同様なレーザーなどの熱源を使用して、第３ワイヤセグメント４３１ｃに接着されうる。
【００３２】
第５ワイヤセグメント４３１ｅを配置した後、第６ワイヤセグメント４３１ｆは、図５Ｆに示されているように、第２ワイヤセグメント４３１ｂ及び第４ワイヤセグメント４３１ｄの上に配設され、揃えられている。第６ワイヤセグメント４３１ｆは、矢印４８１によって示されているように、第２の方向に移動する自動配置装置によって静置されうる。第６ワイヤセグメント４３１ｆは、第２ワイヤセグメント４３１ｂ及び第４ワイヤセグメント４３１ｄの長さとほぼ等しい長さを有しうる。第６ワイヤセグメント４３１ｆは、上述のレーザーなどの熱源を使用して、これらの上向き頂点及び交点で、第４ワイヤセグメント４３１ｄに接着される。接着の領域は、点４３７、４３８で示されている。点４３７は、第５ワイヤセグメント４３１ｅと第６ワイヤセグメント４３７ｆの交点である。接着点４３８は、第６ワイヤセグメント４３１ｆと下部の第４ワイヤセグメント４３１ｄの上向き頂点である。
【００３３】
所望の寸法のトラス構造体を生成するため、構造体の上に付加的なセグメントが配設されうる。例えば、図４Ｃから図４Ｆに示されているような付加的な静置及び接着が、所望どおりに反復されうる。加えて、本明細書に記載の特定の接着点は例にすぎず、セグメント間の他の接着領域も想定されていることに留意されたい。
【００３４】
図４Ｇは、積み重ねられた構成にあるセグメント４３１ａ〜４３１ｆの回転された図を示す。明確にするため、ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆ間には、隙間や空間が示されている。図４Ｈ及び図４Ｉでは、セグメント４３１ａ〜４３１ｆはそれぞれ、部分的に展開された構成で示されている。図４Ｈは３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９の上面図を示し、図４Ｉは３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９の対応する斜視図を示す。図４Ｇ及び図４Ｈを参照すると、ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆは、３次元構造体、例えば、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９を形成するため、Ｘ方向に展開されている。展開のレベルは、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９の所望の密度又は構成を作り出すため、調整されうる。
【００３５】
図４Ｊ及び図４Ｋは、更に展開された構成にある３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９を示す。図４Ｊは、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９の上面図を示し、図４Ｋは、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９の対応する斜視図を示す。３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９を所望の構成に維持するため、トラス構造体４１９を所望の構成に展開することにより、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９は、アニーリング操作などの熱処理にさらされうる。その結果として、展開されて硬化状態にある３次元構成が図４Ｌに示されている。図４Ｌの構造体は、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９を所望の形状及び／又はサイズにトリミングすることにより、例えば、翼、ローターブレード、又は他の構成要素に成形されうる。
【００３６】
ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆは、各ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆの鋸歯状構造体が所望の方向に配向されるように、所望の距離まで展開されてもよく、これによって、方向荷重が印加されるときに、荷重の伝達を促進する。方向荷重の伝達により、比較的少ない量の支持材料を使用するときでも、印加される構造荷重を高めることが可能で、これにより、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９の重量を軽減する。これとは対照的に、ハニカム支持構造体（ストライプ状のエポキシ又は接着剤と組み合わされたストライプ状の紙から形成される）は特定の方向の支持荷重に適合されず、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９と比較した場合、所定の荷重を支持するためには、より多くのハニカム材料を必要としうる。
【００３７】
３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９はまた、アルミニウムなどの他の材料から形成される同様の外板よりも軽くなりうる、熱可塑性外板（図２に示した外板２１５など）の使用を促進する。熱可塑性外板は望ましいが、材料間で接合の不整合性があるため、ハニカム支持構造体など、従来使用されている支持構造体との接合には問題がある。しかしながら、熱可塑性支持体トラスは、材料の類似性により、熱可塑性外板と容易に接合可能である。熱可塑性外板には、例えば、ＰＥＥＫ及び／又はＰＥＫＫから形成される翼外板、又はローターブレード外板が含まれる。
【００３８】
一実施例では、熱可塑性外板の使用により、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９の剛性又は構成を維持するために使用される熱処理を除外しうる。このように実施例では、ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆは所望の構成に展開されうるため、次いで可溶性ツーリングで使用される可溶性材料は、展開された構造体に適用可能であり、展開された構成にあるワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆを維持するように設定することができる。可溶性材料の例には、アリゾナ州ツーソンのＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇから入手可能な可溶性セラミクスが含まれる。熱可塑性材料の融点を下回る融点を有する金属材料も使用されうることが想定されている。
【００３９】
熱可塑性外板は次いで、形に合わせて適用され、熱可塑性外板と３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９との間に接合を形成するため加熱される。可溶性材料が取り除かれると、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９と熱可塑性外板との間の接着剤接合により、３次元交差接合されたワイヤトラス構造体４１９は所望の構成で残る。無用な接着剤は使用されないため、最終構造体の重量は、従来の構造体と比較して軽減されている。
【００４０】
本明細書に記載の実施形態は、ＰＥＥＫ及びＰＥＫＫなどの熱可塑性材料の使用に言及しているが、繊維含浸材料も使用されうることを想定している。一実施例では、炭素繊維含浸熱可塑性材料又はガラス繊維含浸熱可塑性材料が使用されうるが、他の繊維の使用も想定されている。含浸繊維の利用により熱可塑性樹脂の強度は高まるが、同じ荷重を支持するために使用される熱可塑性樹脂を減らすことが可能で、これにより、より軽量のトラス支持構造体の製造を促進する。
【００４１】
一実施形態では、ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆなどの可塑性セグメントは、含浸されていないときには、約０．００２０インチから約０．００３０インチの直径を有しうるが、繊維に含浸しているときには、約０．００２０インチ未満、例えば、０．００１０インチから約０．００２０インチの直径を有しうる。別の実施例では、ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆは、約０．００１インチから約０．２５インチの範囲内の直径を有しうる。ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆは丸い断面又は他の断面を有しうる。加えて、ワイヤセグメント４３１ａ〜４３１ｆは、座屈強度を改善しうる中空ワイヤを有しうる。
【００４２】
本明細書に記載の実施形態は、航空機翼及びローターブレードに関して記載されているが、本明細書に記載のトラス構造体は、有利には、航空機コンポーネントの外側を含む、他のコンポーネントのための支持構造体として使用されうる。加えて、本明細書に記載されているトラス構造体は、内部を通って流体を流すことができるトラス構造体の開放特性によって、燃料タンクなどの流体収納容器に使用されうる。しかも、本明細書に記載の実施形態は、鋸歯状パターンに関して記載されているが、正弦波パターンなど、他の周期的あるいは反復パターンも使用されうることが想定されている。加えて、本明細書に記載の実施形態は、熱可塑性ワイヤを位置決めするため、自動配置装置を利用するが、熱可塑性ワイヤは手動でも位置決めされうることが想定されている。
【００４３】
本開示の利点には、軽減された重量と方向荷重耐久能力を有する開放支持構造体が含まれる。支持構造体は熱可塑性外板に容易に接合可能であり、材料整合性により、より大きな支持構造体を生成するため、互いに容易に接合されうる。
【００４４】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【００４５】
条項１．  一体に接合された複数の熱可塑性ワイヤセグメントを含む３次元交差接合されたワイヤトラス構造体（２１９）を備える支持構造体。
【００４６】
条項２．  前記接合は融着接合である、条項１に記載の支持構造体。
【００４７】
条項３．  前記熱可塑性ワイヤセグメントは、各々その中に含浸されている繊維を含む、条項１又は２に記載の支持構造体。
【００４８】
条項４．  前記繊維は炭素繊維である、条項３に記載の支持構造体。
【００４９】
条項５．  前記熱可塑性ワイヤセグメントは、約０．００１０インチから約０．００２０インチの範囲内の直径を有する、条項３又は４に記載の支持構造体。
【００５０】
条項６．  前記熱可塑性ワイヤセグメントは、ポリエーテルケトンケトンを含む、条項１から５のいずれか一項に記載の支持構造体。
【００５１】
条項７．  前記熱可塑性ワイヤセグメントは、ポリエーテルエーテルケトンを含む、条項１から６のいずれか一項に記載の支持構造体。
【００５２】
条項８．  前記熱可塑性ワイヤセグメントは、中空ワイヤから形成される、条項１から７のいずれか一項に記載の支持構造体。
【００５３】
条項９．  前記３次元交差接合されたワイヤトラス構造体の上に配設され接合されている外板を更に含む、条項１から８のいずれか一項に記載の支持構造体。
【００５４】
条項１０．  前記外板は融着接合によって、前記３次元交差接合されたワイヤトラス構造体に接合されている、条項８に記載の支持構造体。
【００５５】
条項１１．  前記熱可塑性ワイヤセグメントは、０．００１０インチから約０．００２０インチの範囲内の直径を有する、条項１から１０のいずれか一項に記載の支持構造体。
【００５６】
条項１２．  前記複数のワイヤセグメントの密度は、前記支持構造体の長さに沿って変化する、条項１から１１のいずれか一項に記載の支持構造体。
【００５７】
条項１３．  熱可塑性材料からなる第１ワイヤセグメントであって、第１鋸歯状パターンを有する第１ワイヤセグメントを位置決めすることと、
熱可塑性材料からなる第２ワイヤセグメントであって、前記第１鋸歯状パターンからオフセットされた第２鋸歯状パターンを有する第２ワイヤセグメントを前記第１ワイヤセグメントの上に位置決めすることと、
前記第２ワイヤセグメントを前記第１ワイヤセグメントに接着することと、
熱可塑性材料からなる第３ワイヤセグメントであって、第１鋸歯状パターンを有し、前記第１ワイヤセグメントに揃えられ、且つ前記第２ワイヤセグメントからオフセットされた第３ワイヤセグメントを前記第２ワイヤセグメントの上に位置決めすることと、  前記第３ワイヤセグメントを前記第１ワイヤセグメントに接着すること
とを含む、支持構造体を形成する方法。
【００５８】
条項１４．  前記第１ワイヤセグメント、前記第２ワイヤセグメント、及び前記第３ワイヤセグメントを展開することを更にふくむ、条項１３に記載の方法。
【００５９】
条項１５．  第４ワイヤセグメントを前記第３ワイヤセグメントの上に配設することを更に含み、前記第４ワイヤセグメントは前記第２鋸歯状パターンを有し、前記第４ワイヤセグメントは前記第２ワイヤセグメントに揃えられている、条項１３又は１４に記載の方法。
【００６０】
条項１６．  前記第４ワイヤセグメントを、前記第２ワイヤセグメント及び前記第３ワイヤセグメントに接着することを更に含む、条項１５に記載の方法。
【００６１】
条項１７．  第５ワイヤセグメントを前記第４ワイヤセグメントの上に配置することを更に含み、前記第５ワイヤセグメントは前記第１鋸歯状パターンを有し、前記第１ワイヤセグメント及び前記第３ワイヤセグメントに揃えられている、条項１６に記載の方法。
【００６２】
条項１８．  前記第５ワイヤセグメントを前記第３ワイヤセグメントに接着することを更に含む、条項１７に記載の方法。
【００６３】
条項１９．  前記第２ワイヤセグメントを前記第１ワイヤセグメントに接着することは、前記第２ワイヤセグメントを前記第１ワイヤセグメントに融着接合することを含む、条項１３から１８のいずれか一項に記載の方法。
【００６４】
条項２０．  前記第１ワイヤセグメント、前記第２ワイヤセグメント、及び前記第３ワイヤセグメントを展開した後、前記第１ワイヤセグメント、前記第２ワイヤセグメント、及び前記第３ワイヤセグメントを加熱処理することを更にふくむ、条項１９に記載の方法。
【００６５】
条項２１．  熱可塑性外板を前記第１ワイヤセグメント、前記第２ワイヤセグメント、及び前記第３ワイヤセグメントに接着することを更に含む、条項１３から２０のいずれか一項に記載の方法。
【００６６】
条項２２．  可溶性ツーリング媒質を使用して、前記第１ワイヤセグメント、前記第２ワイヤセグメント、及び前記第３ワイヤセグメントを展開した構成に維持することを更に含む、条項１３から２１のいずれか一項に記載の方法。
【００６７】
前記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の更なる実施形態は、その基本的な範囲並びに以下の特許請求の範囲によって決定されるその範囲を逸脱することなく、考案されうる。
【図１】
0006732471.tif 000002
【図２】
0006732471.tif 000003
【図３Ａ】
0006732471.tif 000004
【図３Ｂ】
0006732471.tif 000005
【図３Ｃ】
0006732471.tif 000006
【図４Ａ】
0006732471.tif 000007
【図４Ｂ】
0006732471.tif 000008
【図４Ｃ】
0006732471.tif 000009
【図４Ｄ】
0006732471.tif 000010
【図４Ｅ】
0006732471.tif 000011
【図４Ｆ】
0006732471.tif 000012
【図４Ｇ】
0006732471.tif 000013
【図４Ｈ】
0006732471.tif 000014
【図４Ｉ】
0006732471.tif 000015
【図４Ｊ】
0006732471.tif 000016
【図４Ｋ】
0006732471.tif 000017
【図４Ｌ】
0006732471.tif 000018