(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体および一体フランジを有する複合材料部品を製造するための方法であって、
接触する第１領域、第２領域、および第３領域を備えるとともに、前記第１領域が前記部品の前記本体に対応し、前記第２領域が前記部品の前記一体フランジに対応し、前記第３領域の厚みが前記第２領域の厚みよりも小さいプリフォームを供給するために、本体部分およびフランジ成形部分を備えるツール上に、繊維強化材を適用する工程と、
前記プリフォームの前記第２領域が変形して前記フランジを成形するように、前記フランジ成形部分と前記本体部分の間の相対移動を発生させる工程と、を有し、
前記フランジ成形部分と前記本体部分との相対移動は、前記プリフォームの前記第２領域および前記第３領域と前記フランジ成形部分の間のスライド移動を発生させ、それによって、前記フランジの成形中に、前記プリフォームの少なくとも前記第２領域に張力を付与する、方法。
【請求項２】
成形工程の後に、前記プリフォームの前記第３領域に対応する材料を含め、前記ツール上に成形された複合材料の一部を分離する工程をさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プリフォームの前記第３領域は、前記プリフォームの前記第２領域よりも少ない前記繊維強化材の層を有する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記プリフォームの前記第３領域の厚みは、前記プリフォームの前記第２領域の厚みの５０％以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記繊維強化材は、前記プリフォームの前記第２領域の厚みが実質的に一定となるように、かつ、前記プリフォームの前記第３領域の厚みが実質的に一定となるように、前記ツール上に適用される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記プリフォームは、少なくとも前記プリフォームの前記第２領域および前記第３領域を通り抜けて伸びる繊維強化材のベース層セットと、少なくとも前記第２領域を通り抜けるが前記第３領域を通り抜けないで伸びる上層セットと、を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ベース層セットは、少なくとも一つの繊維強化材の層を有し、前記上層セットは、複数の繊維強化材の層を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記プリフォームの前記第１領域と前記ツールの前記本体部分のスライド移動を抑制する工程をさらに有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記繊維強化材は、前記プリフォームの前記第３領域が、前記プリフォームの前記第２領域の面積の少なくとも２５％の面積を有するように、前記ツール上に適用される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記繊維強化材は、前記第１領域、前記第２領域、および前記第３領域が略長手方向に沿って接触するように適用され、前記プリフォームの前記第３領域は、前記プリフォームの前記第２領域の長手方向範囲の少なくとも２５％の長手方向範囲を有している、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ツールの前記フランジ成形部分は、前記ツールのレイアップ形態において、前記ツールの前記本体部分のレイアップ表面に対して実質的に連続的なレイアップ表面と、前記ツールの成形形態において、前記ツールの前記フランジ成形部分の前記レイアップ表面と前記本体部分の前記レイアップ表面の間で伸びる側面と、を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ツールの前記フランジ成形部分と前記本体部分の前記相対移動の方向は、前記フランジの範囲に平行である、請求項１〜１１のいずか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合材用部品は、環状のまたは部分的に環状の部品であり、前記ツールの前記本体部分と前記フランジ成形部分は、放射方向の相対移動のために構成しており、前記フランジは、放射状のフランジである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
本体および一体フランジを有する複合材料部品のためのプリフォームとツールであって、前記ツールは本体部分およびフランジ成形部分を備え、
前記プリフォームは、第１領域、前記第１領域と接触する第２領域、および前記第２領域と接触する第３領域を備え、前記第１領域が前記部品の前記本体に対応し、前記第２領域が前記部品の前記一体フランジに対応し、
前記プリフォームは、前記ツール上に供給され、
前記プリフォームは、前記フランジ成形部分と前記本体部分の間の相対移動がある成形工程の間、前記プリフォームの前記第２領域が変形して前記フランジを成形するように構成されており、
前記プリフォームは、前記フランジ成形部分と前記本体部分の相対移動が、前記プリフォームの前記第２領域および前記第３領域と前記フランジ成形部分の間のスライド移動を発生させるように構成されており、それによって、前記フランジの成形中に、少なくとも前記プリフォームの前記第２領域に張力を付与し、
前記プリフォームの前記第３領域の厚みは、前記プリフォームの前記第２領域の厚みよりも小さい、プリフォームとツール。
【請求項１５】
前記プリフォームの前記第３領域は、前記プリフォームの前記第２領域の面積の少なくとも２５％の面積を有する、請求項１４に記載のプリフォームとツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体および一体フランジを有する複合材料部品、特に、排他的ではないが、環状の複合材料部品を製造する方法およびプリフォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、複数の材質の特定の組合せを必要とする部品に、徐々に使用されつつある。特に、炭素繊維強化ポリマー（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｒｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＦＲＰ）のような複合材料は、一般的に、その高い剛性およびその軽量さから、航空機の部品や他の工業部品に使用されている。
【０００３】
ガスタービンのケースの環状フランジや翼の桁の側方のような、フランジを備える部品を製造することが、しばしば望まれている。複合材料からこのような部品が製造された場合、フランジの構造は、工学的問題を引き起こす。例えば、フランジ状の型に、特に、型の本体部分とフランジの間のアクセスが困難であろう曲がり領域に、複合材料をレイアップ（ｌａｙ−ｕｐ）することは、おそらく難しい。
【０００４】
一体フランジを備える複合材料部品を製造するための一つの知られている方法は、英国特許２４８６２３１号に開示されている。英国特許２４８６２３１号は、第１部分および移動可能な第２部分を有する、複合材料プリフォーム用の環状の型を開示している。単一指向性の複合テープの複数の層を型にレイアップした後、型およびプリフォームは、加圧滅菌器内で加熱され、移動可能な第２の部分は、放射方向外方に移動するように駆動され、それによって、ツールの移動可能な第２領域に被せられたプリフォームの末端領域がフランジを成形するように変形させる。
【０００５】
英国特許２４８６２３１号では、フランジは、プリフォームの円筒状の領域から突然離れて伸びる。そのため、それらの間の遷移領域の断面は、相対的に、四角形に見える。すなわち、円筒状の領域とフランジの間には、大きい曲率の曲げ部がある。英国特許２４８６２３１号では、遷移領域の形状は、一部分において、大きい曲率端部を有するとともに周囲にフランジを成形する対抗する成形ツール（または雌型の成形ツール）によって、規定される。
【０００６】
部品の本体領域とフランジの間に小さい曲率の遷移がある複合材料部品を製造するための改良されたツールを提供することがしばしば望まれている。例えば、小さい曲率の遷移は、応力集中を低減させ、部品の構造特性を改善させる可能性がある。フランジ状の型を使用する場合、小さい曲率の遷移領域は、型上で規定することができる。しかしながら、フランジを成形するための移動可能な部分を備えるツールが使用された場合、レイアップ形態においてレイアップ表面は実質的に連続的であるため、小さい曲率の遷移領域は、ツールのレイアップ表面上に予め規定することができない。プリフォームの外側の遷移領域の外形を規定するために、対向する成形ツール部分が提供されてもよい一方、発明者らは、成形された部品の遷移領域が、整列における面外の皺の形成および層の位置ずれのように、所望の形状に一致しない場合があること、または、この領域の成形欠陥に悩まされる場合があることを発見した。したがって、複合材料部品を製造するための改善された方法を提供することが望まれている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、本体および一体フランジを備える複合材料部品を製造する方法が提供される。前記方法は、接触する（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）第１領域、第２領域、および第３領域を備えるとともに、前記第１領域が前記部品の前記本体に対応し、前記第２領域が前記部品の前記一体フランジに対応するプリフォームを供給するために、本体部分およびフランジ成形部分を備えるツール上に、繊維強化材を適用する工程と、前記プリフォームの前記第２領域が変形して前記フランジを成形するように、前記フランジ成形部分と前記本体部分の間の相対移動を発生させる工程と、を有し、前記フランジ成形部分と前記本体部分の前記相対移動は、前記プリフォームの前記第２領域および前記第３領域と前記フランジ成形部分の間のスライド移動を発生させ、それによって、前記フランジの成形中に、少なくとも前記プリフォームの前記第２領域に張力を付与する。
【０００８】
前記方法は、成形する工程の後に、前記プリフォームの前記第３領域に対応する材料を含む前記ツール上に成形された複合材料の一部を分離する工程をさらに有する。前記複合材料の分離された部分は、切断によって分離されてもよいし、その後捨てられてもよいし、または、再利用されてもよい。さらに、前記材料の分離された部分は、フランジの所望の大きさおよび形状を得るように、前記プリフォームの前記第３領域に隣り合う前記プリフォームの第２領域の一部に対応する材料を含んでもよい。
【０００９】
前記プリフォームの前記第３領域の厚みは、前記プリフォームの前記第２領域の厚みよりも小さくてもよい。前記プリフォームの前記第３領域は、前記プリフォームの前記第２領域より少ない繊維強化材の層を有していてもよい。前記プリフォームの前記第３領域の厚みは、前記プリフォームの前記第２領域の厚みの５０％以下であってもよい。前記プリフォームの前記第３領域の厚みは、前記プリフォームの前記第２領域の厚みの、９０％以下、８０％以下、７０％以下、６０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、または、５％以下であってもよい。
【００１０】
前記プリフォームの前記第３領域の層の数は、前記プリフォームの前記第２領域の層の数の５０％以下であってもよい。前記プリフォームの前記第３領域の層の数は、前記プリフォームの前記第２領域の層の数の、９０％以下、８０％以下、７０％以下、６０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、または、５％以下であってもよい。
【００１１】
繊維強化材は、前記プリフォームの前記第２領域の厚みが実質的に一定となり、かつ、前記プリフォームの前記第３領域の厚みが実質的に一定となるように、前記ツールに適用されてもよい。前記プリフォームの前記第１領域の厚みは、実質的に一定であり、前記第２領域の厚みに等しくてもよい。
【００１２】
前記プリフォームの前記第２領域の前記繊維強化材の層の数は、前記プリフォームの前記第２領域のあらゆる場所で実質的に一定であってもよく、前記プリフォームの前記第３領域の前記繊維強化材の層の数は、前記プリフォームの前記第３領域のあらゆる場所で実質的に一定であってもよい。前記プリフォームの前記第１領域の繊維強化材の層の数は、前記プリフォームの前記第１領域のあらゆる場所で実質的に一定であってもよい。前記プリフォームの前記第１領域および前記第２領域には、等しい数の層があってもよい。
【００１３】
前記プリフォームは、少なくとも前記プリフォームの前記第２領域および前記第３領域を通り抜けて伸びる繊維強化材のベース層セットと、少なくとも前記第２領域を通り抜けて伸びるとともに前記第３領域は通り抜けない上層セットと、を有していてもよい。前記ベース層セットは、少なくとも一つの前記繊維強化材の層を有していてもよく、前記上層セットは、複数の前記繊維強化材の層を有していてもよい。前記ベース層セットは、複数の前記繊維強化材の層を有していてもよい。前記ベース層セットは、前記ツールの表面に接触していてもよい。
【００１４】
前記方法は、前記プリフォームの前記第１領域と前記ツールの前記本体部分の間のスライド移動を抑制する工程をさらに有していてもよい。前記方法は、成形工程に先だって、対抗するフランジ支持構造を前記プリフォームに対向するように配置する工程を有していてもよい。そして、それによって、前記プリフォームが前記フランジ支持構造と前記ツールの第１および／または第２部分の間に配置され、前記フランジは、前記成形工程において、前記フランジ支持構造に対向するように成形される。前記フランジ支持構造は、前記ツールの前記第２部分上で伸びる前記プリフォームの前記第２領域と前記ツールの前記第２部分の間のスライド移動が抑制または防止されるように、配置されてもよい。
【００１５】
前記繊維強化材は、前記プリフォームの前記第３領域が前記プリフォームの前記第２領域の面積の、少なくとも２５％の面積を有するように、前記ツール上に適用されてもよい。前記プリフォームの前記第３領域の面積は、前記プリフォームの前記第２領域の面積の、少なくとも１０％、少なくとも５０％、少なくとも７５％、少なくとも１００％、または少なくとも１５０％であってもよい。
【００１６】
前記繊維強化材は、前記第１領域、前記第２領域、および前記第３領域が略長手方向に沿って接触するように適用されてもよく、前記プリフォームの前記第３領域は、前記プリフォームの前記第２領域の長手方向範囲の少なくとも２５％の、長手方向範囲を有していてもよい。前記プリフォームの前記第３領域は、前記プリフォームの前記第２領域の長手方向範囲の少なくとも１０％の、少なくとも５０％の、少なくとも７５％の、少なくとも１００％の、または少なくとも１５０％の長手方向範囲を有していてもよい。
【００１７】
前記ツールの前記フランジ成形部分は、前記ツールのレイアップ形態において前記ツールの前記本体部分のレイアップ表面に実質的に連続的なレイアップ表面と、前記ツールの前記成形形態において、前記フランジ成形部分の前記レイアップ表面と前記ツールの前記本体分の間で伸びる側面と、を有していてもよい。
【００１８】
前記ツールは、前記ツールの前記フランジ成形部分と前記本体部分の相対移動によって、前記レイアップ形態と前記成形形態の間で移動してもよい。前記ツールの前記フランジ成形部分と前記本体部分の相対移動の方向は、前記フランジの範囲に平行であってもよい。
【００１９】
前記複合材料部品は、ガスタービンエンジンのケースのように、環状のまたは部分的に環状の部品であってもよい。前記ツールの前記本体部分および前記フランジ成形部分は、放射方向の相対移動のために構成されていてもよく、前記フランジは放射状のフランジであってもよい。
【００２０】
本発明の第２の観点によれば、本体および一体フランジを有する複合材料部品のためのプリフォームが提供される。前記プリフォームは、接触する第１領域、第２領域、および第３領域を有するとともに、前記第１領域が前記部品の前記本体に対応し、前記第２領域が前記部品の前記一体フランジに対応する。前記プリフォームは、本体部分およびフランジ成形部分を備える前記ツール上に供給される。前記プリフォームは、前記フランジ成形部分と前記本体部分の間に相対移動がある成形工程の間、前記プリフォームの前記第２領域が変形して前記フランジを成形するように構成されている。前記プリフォームは、前記フランジ成形部分と前記本体部分の相対移動が、前記プリフォームの前記第２領域および前記第３領域と前記フランジ成形部分の間のスライド移動を発生させるように構成されている。それによって、前記フランジを成形する間、少なくとも前記プリフォームの前記第２領域に張力を付与する。
【００２１】
本発明は、下記の図面を参照して、例によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、ガスタービンエンジンの切断図を概略的に示す。
【図２】図２は、図１のガスタービンエンジンのケースを概略的に示す。
【図３】図３は、複合材料部品を製造するための装置の部分断面図を概略的に示し、図において装置の移動可能なフランジ成形部分はレイアップ形態で示されている。
【図４】図４は、図３の装置の部分断面図を概略的に示し、図において移動可能なフランジ成形部分は装置の体部分に対して移動している。
【図５】図５は、図３および図４の装置の部分断面図を概略的に示し、図において移動可能なフランジ成形部分は成形形態にある。
【図６】図６は、複数のフランジ成形部分のための駆動機器を概略的に示す。
【図７】図７は、図３〜図６の装置の斜視図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、前方側および機尾側のフランジ１６、１８を備える環状のケース１４に支持されている外側ナセル１２を有するガスタービンエンジン１０を示す。ケース１４は、エンジン１０の軸２０を中心としており、複数のファンブレードを有するファン２２を収容する。前方側および機尾側の環状ケース箱２４、２６は、ナセル１２の前方側および後方側の部分を支持する。
【００２４】
図２に示すように、ケース１４は、略円筒状の湾曲した本体２８を有し、本体の湾曲に対して放射方向外方に伸びている前方側および機尾側のフランジ１６、１８が設けられている。
【００２５】
ケース１４は、炭素繊維強化ポリマー（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｒｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＦＲＰ）のような複合材料部品によって構成している。特に、ケース１４は、レイアップ工程および硬化工程において型に適用される予め含浸した（プリプレグした）単一指向性の複合材料テープの複数の層（ｐｌｙ）を有している。
【００２６】
図３〜図５は、複合材料ケース１４を製造するための装置１００の断面図を示す。
【００２７】
装置１００は、工場の床のような水平面に載置されるように構成された略環状のツール１０２を有している。そのため、その中心軸（不図示）は垂直に伸びているが、他の実施形態ではどの方向で支持されていてもよい。ツール１０２は、角度方向に離間する複数のフランジ成形部分１０６を支持するための環状の支持構造１０３と、体部分１０４と、を有している。
【００２８】
体部分１０４は、周方向に伸びる複数の湾曲体パネル１０８を有しており、複数の湾曲体パネル１０８は、全体で複合材料プリフォーム２００の円筒状のレイアップ表面１１０を規定する。本実施形態では、湾曲体パネル１０８は６枚あり、それぞれが、６０度の角度範囲を有している。体部分１０４には、湾曲体パネル１０８の放射方向内方の表面に取り付けられるとともに湾曲体パネル１０８およびその近くの体部分１０４の外側レイアップ表面１１０上に配置されたプリフォーム２００を加熱する複数のヒーターマット１１６を備える体ヒーター１１４が、設けられている。この例では、体パネル１０８は、熱伝導性の金属、特にステンレス鋼やアルミニウムによって構成している。
【００２９】
複数のフランジ成形部分１０６は、駆動機器（不図示）によって、体部分１０４上において支持構造１０３に取り付けられており、支持構造１０３および体部分１０４に対して、レイアップ形態（図３）と成形形態（図５）の間で移動可能である。フランジ成形部分１０６のそれぞれは、周方向におよび放射方向外方に伸びるとともに、レイアップ形態において隣り合う体部分１０４のレイアップ表面１１０に接触し、かつ、連続するように構成され、成形形態において体部分１０４の放射方向外方に配置されるレイアップ表面１２０を有している。
【００３０】
この例では、各フランジ成形部分１０６は、半環状ブロックの形であり、放射方向外方のレイアップ表面１２０を規定し、放射方向に伸びている４つの側面を有している。４つの側面は、下方および上方の側面１２２、１２４と、角度方向に離間した２つの側面（不図示）と、である。下方の側面１２２は、下記に詳述するように、成形工程の間、フランジ成形表面として機能する。本実施形態では、各フランジ成形部分１０６は、角度範囲１２度を有し、そのため、ツール１０２は、３０個の分離したフランジ成形部分を有している。
【００３１】
各フランジ成形部分１０６は、空洞１２６を有しており、空洞１２６には、フランジ成形部分１０６を加熱するためのフランジヒーター１２３が配置されている。各フランジ成形部分１０６は、熱伝導性の金属、特にステンレス鋼やアルミニウムによって構成している。
【００３２】
フランジヒーター１２３および体ヒーター１１４は、下記に詳述するように、フランジ成形工程および硬化工程を制御するための制御部（不図示）に接続されている。同様に、フランジ成形部分１０６のための駆動機器（不図示）は、フランジ成形工程においてこれらの移動を制御するための制御部に接続されている。
【００３３】
ツール１０２は、フランジ成形部分１０６上に配置されるとともに、フランジ成形部分１０６がレイアップ形態にある場合にフランジ成形部分１０６のレイアップ表面１２０と接触し、かつ、連続するように配置される放射方向外方のレイアップ表面１３０を備える略円筒状の連続部分１２８をさらに有している。連続部分１２８は、支持構造１０３上に支持されており、複数の連続パネル１３１を有している。
【００３４】
ツール１０２の体部分１０４のレイアップ表面１１０、１２０、１３０、フランジ成形部分１０６、および、連続部分１２８は、全体として、円筒状のプリフォーム２００をレイアップするための略円筒状の連続的なレイアップ表面１３２を規定する。
【００３５】
ツール１０２は、ツール１０２の周方向範囲において連続部分１２８の上を角度方向に離間するとともに、フランジ支持構造１３６に連結するための複数の取付部１３４をさらに有する。フランジ支持構造１３６は、ツールのレイアップ表面１３２上に配置されるプリフォーム２００の周りに伸びるように構成した環状枠の形状であり、ツール１０２およびフランジ支持構造１３６のそれぞれの取付部１３４、１３５を連携させることによって、ツール１０２に取外し可能に取り付け可能である。例えば、取付部１３４、１３５は、ボルトによって連結されてもよい。
【００３６】
フランジ支持構造１３６は、成形したフランジの形状を制御するために、フランジ成形工程の間、ツール１０２のフランジ成形部分１０６のフランジ成形表面に対抗するように配置された対抗するフランジ支持部１３７を有している。特に、対抗するフランジ支持部１３７は、ツールのレイアップ表面に配置されているプリフォーム２００に隣接するように配置されており、成形工程において、フランジの背面側を形成するための環状の対抗する成形表面１４０を規定する。対抗する成形表面１４０は、実質的に水平であり、ツール１０２のフランジ成形部分の下方の表面１２２の水平面に対して、所望のフランジ厚みに対応する距離の分、下方に配置され、フランジにおいて部品の本体とフランジの交わる曲がり領域または遷移領域を形成するための、放射方向内方の曲がり部分または遷移部分を有している。本実施形態では、遷移部分は、比較的小さい曲率をさらに有しており、そのため、連続的な曲げ部が、複合材料部品の本体部およびフランジの間にある。特に、本実施形態では、フランジ成形部分は、約６５ｍｍの放射方向範囲を備えるフランジを成形するように配置されており、フランジの曲率半径は約１０ｍｍである。
【００３７】
フランジ支持構造１３６は、一体取付部および加熱要素も有している。それらによって、対抗するフランジ支持部１３７は、成形および硬化のために取り付けられ、加熱される。
【００３８】
図６は、５つのフランジ成形部分１０６に対応する駆動機器１３８の一部を示す。駆動機器は、各フランジ成形部分１０６用に、ツール１０２に取り付けられるとともに、フランジ成形部分１０６のレイアップ形態と成形形態の間の放射方向の直線的な移動を制御するための制御部に接続されるリニアモータ１４０を有している。
【００３９】
図７は、装置１００の完全な環の６分の１に対応する一部を示し、特に、体部分１０４、５つの移動可能なフランジ成形部分１０６、連続部分１２８、を含むツール１０２の配置を、フランジ支持構造１３６および駆動機器１３８の図示の５つのフランジ成形部分１０６に対応する一部とともに示す。
【００４０】
装置１００を使用して複合材料部品を製造する方法を、例によって説明する。
【００４１】
装置１００は、床のような支持表面上に載置されている。そのため、装置１００の中心軸は、垂直方向に伸びている。装置１００は、仮にフランジ支持構造１３６が取付けられていた場合、取り外すことによって、および、複数のフランジ成形部分１０６をレイアップ形態に戻すように駆動機器１３８を制御することによって、レイアップ工程のために準備される。それによって、連続的なレイアップ表面１３２が、体部分１０４、複数のフランジ成形部分１０６、および連続部分１２８の放射方向外方の表面によって、ツール１０２上に規定される。連続的なレイアップ表面１３２は、放射方向外方の位置からアクセス可能である。
【００４２】
複合材料を予め含浸した単一指向性のテープが自動テープ敷設機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔａｐｅ Ｌａｙｉｎｇ：ＡＴＬ）によって、連続層状または複数の層状に、連続したレイアップ表面１３２を覆うように適用されるレイアップ工程が行われる。そのため、実質的に円筒状の複合材料プリフォーム２００が、ツール１０２上に形成される。本実施形態では、複数のテープは、ツールの軸に垂直な平面に対して±６０度および９０度（すなわち垂直）の方向の組合せで適用され、かつ、体部分１０４、フランジ成形部分１０６、および連続部分１２８のレイアップ表面１１０、１２０、１３０のそれぞれを覆うように伸びている。他の実施形態では、自動繊維配置機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｉｂｒｅ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ:ＡＦＰ）や手動レイアップのような他のレイアップ技術が使用されてもよい。
【００４３】
複合材料は、３つの接触する領域を有するプリフォームを供給するため、ツールに適用される。第１領域２０６は、複合材料部品の本体に対応し、ツールの本体部分１０４のレイアップ表面１１０を覆うように配置される。第２領域２０８は、部品のフランジに対応し、ツールのフランジ成形部分１０６のレイアップ表面１２０を部分的に覆うように伸びている。第３領域２１０は、第２領域からツールのフランジ成形部分１０６および連続部分１２８のレイアップ表面１２０、１３０を覆うように伸びている。他の実施形態では、第２領域２０８は、ツールのフランジ成形部分のレイアップ表面１２０の全域および／または連続部分１２８のレイアップ表面１３０を覆うように伸びていてもよい。
【００４４】
本実施形態では、複合材料は、１０００ｍｍの軸方向長さおよび６５ｍｍのフランジ半径（１０ｍｍの曲率半径）を備えるガスタービンのケース用のプリフォームを供給するため、ツールに適用される。複合材料は、第１領域２０６が、体部分１０４上で１０００ｍｍの軸方向範囲を有し、第２領域２０８がツールのフランジ成形部分１０６上で６５ｍｍの軸方向範囲を有し、第３領域２１０が、ツールのフランジ成形部分１０６および連続部分１２８上で約６５ｍｍの軸方向範囲を有するように、ツールに適用される。本実施形態では、プリフォームの第３領域２１０の面積および長手方向範囲は、部品のフランジに対応する第２領域２０８の面積および長手方向範囲に実質的に等しい。他の実施形態では、プリフォームの第３領域２１０の面積および／または長手方向範囲は、第２領域２０８の面積および／または長手方向範囲よりも大きくてもよいし（例えば、少なくとも１５０％）、または、小さくてもよい（例えば、少なくとも１０％）。
【００４５】
レイアップ工程は、第１領域２０６および第２領域２０８が第３領域よりも多い数の複合材料の層を有するように、制御される。そのため、第３領域２１０の厚みは、第１領域２０６および第２領域２０８の厚みよりも小さい。特に、本実施形態では、十つの複合材料の層が、第１領域２０６および第２領域２０８を通り抜けて伸びており（一つのベース層および９つの上層）、二つの複合材料の層が、第３領域を通り抜けて伸びている（一つのベース層および一つの上層）。すなわち、繊維強化材の二つの層のベース層セットと、繊維強化材の八つの層の上層セットと、を有する。第３領域２１０は、一つのベース層セットの層しか備えない。他の実施形態では、ベース層セットには一つの層しかなくてもよいし（すなわち第３領域２１０において）、または、２以上の層があってもよい。さらに別の実施形態では、第２領域２０８と第３領域２１０には等しい数の層があってもよいし、第２領域２０８および第３領域２１０、実質的に等しい厚みであってもよい。
【００４６】
本実施形態では、ベース層セットは、約１０ｍｍの厚みであり、上層セットは、約３０ｍｍの厚みである。
【００４７】
レイアップ工程の完了後、粘着性の複数のテープ２０２は、環状のループ状にプリフォーム２００の上方および下方の体部分１０４および連続的な部分１２８のそれぞれに適用され、真空バッグ２０４は、プリフォーム２００上に配置され、ツール１０２に対して複数のテープ２０２でシールされる。
【００４８】
複数の真空チューブ（不図示）は、真空バッグを通り抜けてツール１０２と真空バッグ２０４によって囲まれた空間に向かって伸びており、真空ポンプのような真空源は、プリフォーム２００によって占められた空間に部分真空（ｐａｒｔｉａｌ  ｖａｃｕｕｍ）を形成するために、複数の真空チューブに適用される。この例では、周囲の雰囲気からの不均衡な圧力が、真空バッグを介してプリフォーム上に適用されるように、部分真空が形成される。
【００４９】
成形工程は、制御部が加熱機器（すなわち体ヒーター１１４およびフランジヒーター１２３）に、プリフォーム２００を成形閾値温度まで加熱させることによって開始される。成形閾値温度は、例えば、８０℃である。
【００５０】
プリフォーム２００が成形閾値温度に到達した場合、制御部は、駆動機器１３８に、複数のフランジ成形部分１０６を放射方向外方にレイアップ形態から成形形態（図３〜５）に移動させる。フランジ成形部分１０６が放射方向外方に移動するのに伴って、プリフォームの第２領域２０８および第３領域２１０は、フランジ成形部分上をスライドさせられる。フランジ成形部分１０６の移動は、第２領域２０８を、フランジ成形部分１０６の背面１２２と対抗するフランジ支持部１３７の周囲および間において、部品の放射状のフランジを成形するように塑性変形させる。その一方、プリフォームの第１領域２０６は、成形工程の間、第１領域２０６と第２領域が交わるプリフォームの遷移領域を除き、ツール１００の体部分１０４に対向する位置に実質的に留まり、対抗する支持要素１３７によって位置が保たれる。遷移領域は、（図４および図５に示すように）対向するフランジ支持部１３７に向かうように引っ張られる。フランジ成形部分１０６は、成形工程の間にプリフォームの第２領域に皺を形成することなく複合材料プリフォーム２００の複数の層が互いに相対的に移動することを確実にするため、成形工程の間に、約１２０ｍｍ／時のようにゆっくりと移動するように構成されている。
【００５１】
プリフォームの第２領域２０８および第３領域２１０のスライド移動は、これらの領域のベース層（ベース層セット）とフランジ成形部分１０６および連続部分１２８のレイアップ表面１２０、１３０の間に作用する摩擦またはせん断粘性力によって、抵抗される。せん断粘性力は、レイアップ表面１２０、１３０上をスライドする第２領域２０８および第３領域２１０の面積に比例する。せん断粘性力は、プリフォーム２００に張力が付与されるように、プリフォームの第２領域２０８および第３領域２１０に、プリフォームの第１領域２０６から離れて伸びる方向に作用する。
【００５２】
プリフォームにおける張力は、対向するフランジ支持部１３７の湾曲した遷移部分に向かってプリフォームが引き込む効果を有する。そのため、プリフォームは、遷移部分に密接するように一致する。プリフォームに著しい張力が無い場合、プリフォームは、対向するフランジ支持部１３７とツール１００のフランジ成形部分１０６および体部分１０４の連結部の間の空間１５０内に拡張する可能性がある（図４および図５参照）。これは、特に、小さい曲率の遷移領域によって発生した空間で、または、重力またはプリフォームに適用される部分真空による力のように、プリフォームが対向するフランジ支持部１３７の湾曲した遷移部分から離れて引き込むように他の力が作用した場合に、問題となるだろう。
【００５３】
さらに、プリフォーム２００の遷移領域周りの経路長は、遷移領域の曲率によって、ベース層セットで最も長く、上層セットの上層で低減することがわかる。逆のことが、背面１２２とレイアップ表面１２０との間の、プリフォームにおいてフランジ成形部分１０６の端部の周辺で伸びている部分で、成り立つ。したがって、これらの位置において、複数の層が束になるのを避けるため、複数の層が互いに相対的にスライドするのが有益であり、これは、プリフォームに張力を付与することによって促進することができる。
【００５４】
プリフォーム２００における張力は、ツールの表面に対してスライドするプリフォームの第２領域２０８および第３領域２１０の面積に比例する。したがって、第２領域を著しく超えて伸びるとともに成形の間に第２領域に対してスライドする第３領域２１０を備えるプリフォームを供給するのは、フランジの成形に有益な効果がある。
【００５５】
図５に示すように、成形工程の終わりにおいてフランジ成形部分１０６が成形形態にある状態では、プリフォームの第２領域２０８は、フランジ成形部分１０６のレイアップ表面１２０と背面１２２が連結する端部を超えてわずかに伸びており、プリフォームの第３領域２１０は、フランジ成形部分１０６のレイアップ表面１２０に沿って伸びている。
【００５６】
フランジ成形工程が完了した後（図５）、制御部は、硬化工程を開始し、加熱機器に、成形されたフランジを含むプリフォーム２００を、少なくとも硬化閾値温度まで加熱させる。硬化閾値温度は、本実施形態では、１３５℃である。制御部は、不均衡な圧力が真空バッグを介してプリフォームに適用されるように、真空源をさらに制御する。
【００５７】
６時間の硬化期間の後、制御部は、ヒーターの電源をＯＦＦにし、硬化したケース１４を、ツール１０２上で冷却することができる。フランジ支持構造１３６は、ツール１０２から取り除かれ、真空バッグおよび関連する設備が、硬化した部品から取り除かれる。フランジ成形部分１０６は、レイアップ形態に戻り、硬化したケース１４は、ツールから取り除かれる。
【００５８】
次に、ケース１４は、プリフォームの第３領域２１０および付加的にプリフォームの第２領域のすべての望ましくない部分を取除くために、トリムされる。本実施形態では、プリフォームの第２領域においてフランジ成形部分のレイアップ表面１２０上で伸びる部分は、取除かれる。
【００５９】
プリフォーム２００の第３領域２１０が成形工程の後に捨てられるのに伴い、第３領域がプリフォームの第２領域よりも小さい厚みおよび／または少ない層を有する本発明の実施形態は、結果として、目的である成形の間プリフォームにおける張力の増加を達成する一方で、消費する複合材料の量の削減に繋がる。
【００６０】
本発明の実施形態は、ガスタービンのケースの製造に関して説明されたが、本発明は、フランジまたは本体から逸れた他の部分を部品の一端に備えるあらゆる構造に等しく適用可能であり、フランジまたは他の部分は、成形工程においてツールの移動可能な部分に相対的にスライドさせることによって形成されることがわかる。
【００６１】
特に、本発明は、環状のおよび非環状の構造の両方に適用可能である。
【００６２】
非環状構造の一例は、翼の湾曲した桁である。翼の桁は、一般的に、中央の本体と、二つの側方フランジと、を有している。
【００６３】
プリフォーム領域の厚みについての言及は、プリフォーム領域の厚みの平均に関連することがわかる。例えば、プリフォーム領域の厚みが長さに沿って変化する場合、「厚み」という表現は、それぞれの領域の平均厚みを規定すると考えるべきである。
【００６４】
本体部分およびフランジ成形部分のいずれかひとつは、成形工程の間、支持構造に対して相対的に移動してもよいとわかる。例えば、本体部分および対抗する支持構造は、フランジ成形部分に対して相対的に移動するように駆動されてもよいし、プリフォームは、その結果として、フランジ成形部分上で引き込まれてもよい。本発明の実施形態は、自動テープ敷設機に言及して説明されたが、自動繊維配置機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｆｉｂｒｅ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ：ＡＦＰ）、自動繊維巻き機（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｗｉｎｄｉｎｇ）、およびマニュアルレイアップのような他のレイアップ手順が使用されてもよいことがわかる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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