(57)【要約】構成部材（６０）を他の構成部材（５５）に接合すべく、構成部材（６０）を準備する方法。この方法は、一連の層における構成部材（５５）の結合領域の突起（５６，５７）のアレイを拡張するステップであって、各層は、ヘッドから結合領域の選択部分にエネルギーおよび／または材料を指向させることにより、拡張するものとした、該拡張ステップを有する。例えば、航空宇宙の用途において、このジョイントは、一対の構造上の構成部材を接合するために用いることができる。例えば、ジョイントは、強化プレート、浮遊リブ足、または縦通材（ストリンガー）を、翼もしくは胴体カバーのようなパネルに接合するために用いることができる。代案として、ジョイントは、積層構体における隣接層を接合するのに用いることができる。
2010522849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の構成部材を接合する方法において、
構成部材における結合領域に突起のアレイを一連の層で成長させる成長ステップであって、各層は、エネルギーおよび／または材料をヘッドから前記結合領域の選択部分に指向させることにより成長させる該成長ステップによって、一方の構成部材を準備する準備ステップを有し、  前記突起のアレイを他方の構成部材に埋設することにより、構成部材を互いに接合する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、さらに、前記成長ステップ中、前記ヘッドと結合領域との間における相対移動を生じさせるステップを有する、方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法において、
前記準備ステップ中、前記ヘッドを結合領域の選択部分に材料を指向させる、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記準備ステップ中、材料を前記結合領域に指向させるとき、前記ヘッドはこの材料を溶融するようエネルギーを指向させる、方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の方法において、
前記準備ステップ中、構成部材をヘッドに対して第１の向きにして、材料を結合領域の選択部分に指向させ、ヘッドに対して前記構成部材が第２の向きをとるよう前記構成部材を回転し、またヘッドに対して前記構成部材を第２の向きにしたまま、材料を結合領域の選択部分に指向させる、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
突起は、一連の層の材料を前記結合領域に堆積させるステップと、前記ヘッドから各層の選択部分にエネルギーを指向させるステップとにより形成する、方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において、
突起は、粉末を溶融することにより形成する、方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、
前記構成部材を、一連の層で成長させ、各層は、ヘッドから作製した表面の選択部分にエネルギーおよび／または材料を指向させることにより成長させる、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、さらに、前記突起のアレイを前記他の構成部材に貫入させた後に、前記他の構成部材を硬化するステップを有する、方法。
【請求項１０】
請求項１または請求項２に記載の方法において、さらに、貫入を助長するよう、前記突起のアレイおよび／または前記他の構成部材を激しく揺り動かすステップを有する、方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法により形成したジョイント。
【請求項１２】
請求項１１に記載のジョイントにおいて、少なくとも１個の突起は、張り出し端縁を持つ部分を有するものとした、ジョイント。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のジョイントにおいて、
少なくとも１個の突起を、非対称形状にした、ジョイント。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、前記少なくとも１個の突起は、鋭利な先端を有するものとした、ジョイント。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、さらに、第１構成部材の第２結合領域に接合する第３構成部材を有し、前記第２結合領域は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法により形成した突起のアレイを有するものとした、ジョイント。
【請求項１６】
請求項１５に記載のジョイントにおいて、前記第２結合領域は、第１構成部材の反対面とした、ジョイント。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、前記第２構成部材は、積層体の構成部材とした、ジョイント。
【請求項１８】
請求項１１〜１７のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、前記第２構成部材を、複合材の構成部材とした、ジョイント。
【請求項１９】
請求項１８に記載のジョイントにおいて、前記複合材の構成部材を、繊維強化複合構成部材とした、ジョイント。
【請求項２０】
請求項１８に記載のジョイントにおいて、前記複合材の構成部材を、炭素繊維強化積層体複合構成部材とした、ジョイント。
【請求項２１】
請求項１１〜２０のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、前記突起を金属とした、ジョイント。
【請求項２２】
請求項１１〜２１のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、前記突起を、前記第１構成部材と同一材料で形成した、ジョイント。
【請求項２３】
請求項１１〜２２のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、支持突起を、第２構成部材と異なる材料で形成した、ジョイント。
【請求項２４】
請求項１１〜２３のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、
前記第２構成部材は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法により形成した突起のアレイを有する結合領域を有し、前記第２構成部材の結合領域を前記第１構成部材の結合領域に接合する、ジョイント。
【請求項２５】
請求項１１〜２４のいずれか一項に記載のジョイントにおいて、少なくとも１個の突起は、構成部品の結合領域に直交する高さ（Ｈ）、および結合領域に平行な平均幅（Ｗ）を有するものとし、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が１以上とした、ジョイント。
【請求項２６】
請求項２５に記載のジョイントにおいて、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）を２以上とした、ジョイント。
【請求項２７】
一連の層を有する複合板であって、各隣接層対を、請求項１１〜２７のいずれか一項に記載のジョイントにより互いに結合する、積層体。
【請求項２８】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法により準備した、構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部材を他の構成部材に接合するよう準備する方法、この方法により準備した構成部材、及びその構成部材を含むジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材と、金属または熱可塑性の構成部材との間の接合は、現在、数多くの方法でアプローチされているが、それぞれ限界がある。
【０００３】
固定具の使用は、一般的であるが、固定具の穴の周りに積層剥離を生ずる傾向があり、また複合材、例えば、炭素繊維、ケブラーのようなアラミドに穴を開けることに関連して困難もある。
【０００４】
積層複合材の荷重支持強度は低い傾向があり、例えば、層間せん断強度が低い。このことは、固定具の穴の周りを重点的に補強する必要性を生じ、大きな重量増加となり、このことは航空宇宙用途において、特に、望ましくない。
【０００５】
固定具による接合部は、とくに貫通方向（すなわち、固定具における軸線方向荷重の方向）に、脆弱となる傾向があり、そのため、リブをカバーに固定するような航空宇宙用途には適しておらず、この場合、カバーには、空気および燃料の圧力負荷が固定具を貫く大きな軸線方向荷重成分を生ずる。
【０００６】
接着ボンドは、金属構成部材を複合積層材に接合する上で一般的になりつつある手段であるが、剥離、張力、劈開において接合が弱く、前兆がほとんど、またはまったくなく接合しなくなる傾向がある。それら剥離および張力における脆弱さは、接着による接合部を普通の航空宇宙構体に適用する上で、同様に限界がある。剥離および張力における低い性能を補う手法は、いずれも接着する表面積を大きくすることとなり、これに関連して重量上の不利益を伴う。
【０００７】
表面造作（フィーチャー）を使用して金属／複合材接合部の強度を改善することに対する従来の研究には、限界がある。
【０００８】
特許文献１（国際公開第２００４／０２８７３１号）には、「パワービーム」、例えば電子ビームを用いて表面造作を生成する方法を記載しており、この場合、金属製の構成部材における表面材料に「フリックアップ（ムチ打ち）」した跡を付け、接着表面積を増大し、共に硬化する積層材の母材（マトリクス）に組み込むときの接合強度を向上することを意図する突起造作（フィーチャー）を刻む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００４／０２８７３１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このプロセスには、ある限界がある。
【００１１】
第１に、このプロセスは、表面材料を変位させて突起造作を生成する。このことは、構成部材の表面損傷を生じ、また母材部分の疲労寿命に悪影響を与える亀裂源を生じやすい。
【００１２】
第２に、このプロセスは、接合部の性能、特に、張力と剥離の顕著な改善を生じ得る、突起の輪郭および形状を最適化する自由度がない。
【００１３】
第３に、このプロセスは、構成部材の製造における付加的ステップであり、そのため、時間およびコストに悪影響をもたらす。
【００１４】
第４に、この従来の方法は、比較的低いアスペクト比を有する突起造作しか形成できない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様は、構成部材を他の構成部材に接合すべく構成部材を準備する方法を提供することであり、この方法は、構成部材における結合領域に突起のアレイを一連の層で成長させるステップであって、エネルギーおよび／または材料をヘッドから前記結合領域の選択部分に指向（照射）させることにより成長させる該成長ステップを有する。
【００１６】
本発明の第２の態様は、１対の構成部材を接合する方法を提供することであり、この方法は、第１構成部材の結合領域に突起のアレイを一連の層で成長させる成長ステップであって、各層は、エネルギーおよび／または材料をヘッドから前記結合領域の選択部分に指向（照射）させることにより成長させる該成長ステップと、前記突起を第２構成部材内に埋設するよう第１構成部材の結合領域を第２構成部材に接合する接合ステップと、を有する。
【００１７】
本発明の第３の態様は、突起のアレイを有する結合領域を持つ第１構成部材と、第１構成部材の結合領域に接合した第２構成部材とを備えたジョイントを提供することであり、突起は一連の層で成長させ、各層は、ヘッドから結合領域の選択部分にエネルギーおよび／または材料を指向（照射）させることにより、成長させる。
【００１８】
本発明は、国際公開第２００４／０２８７３１号に記載されたように、表面材料を変位させることにより突起を形成する代わりに、突起を形成するために継ぎ足し式(additive)製造技術を用いている。このことは、構成部材に損傷を与えるリスクを減少する。また、一連の層で突起を成長させることにより、各層の形状は、突起の輪郭を最適化可能に選択できる。
【００１９】
層状製造方法は、アスペクト比が比較的高い突起も形成できる。ここで、アスペクト比を結合領域に直交する突起の高さと、結合領域に平行な突起の平均幅との比と定義する。典型的には、アスペクト比は１以上であり、好ましくは２以上であり、最も好ましくは３以上である。このことは、アスペクト比が１以下である国際公開第２００４／０２８７３２号に記載された突起とは相違する。
【００２０】
レーザーヘッドと結合領域は、成長プロセス中、静止状態にすることができる。例えば、ヘッドは、固定のレーザーアレイおよび／またはノズルを有することができ、これらレーザーアレイおよび／またはノズルは、結合領域全体にわたって延在させ、エネルギーおよび／または材料を結合領域の選択した部分に指向（照射）させる必要があるときに、変調する。しかし、もっと好ましくは、本発明方法は、さらに、ヘッドと結合領域と間に相対移動させるステップを有するものとする。好ましくは、この相対移動はヘッドを動かすことにより引き起こすが、相対移動は構成部材の移動によって、またはヘッドおよび構成部材の双方の移動によって引き起こすことができることを理解されたい。
【００２１】
様々な継ぎ足し式(additive)製造技術を使用することができ、これには、ヘッドが材料を結合領域の選択した部分に指向（照射）する技術、および、一連の材料層（床）を結合領域に堆積させ、ヘッドがエネルギーを各層の選択した部分に指向（照射）させる技術がある。
【００２２】
前者の例としては、溶融堆積モデリング（ヘッドは熱い樹脂をノズルから押し出す）、および粉末供給製造（レーザービームを結合領域に送給するとき、エネルギーを照射して粉末材料を溶融する）がある。この方法の有利な点は以下のとおりである。・製造プロセスにおける材料の損失量を最小化する。・突起は、構成部材とは異なる材料から形成することができる。・製造プロセス中、ヘッドに対して構成部材を回転させて、複雑な形状を形成することができる。
【００２３】
後者の例としては、立体リソグラフィー（レーザーを使用して、液体感光性樹脂の層（床）における選択部分を硬化する）、および粉体層（床）製造（一連の粉体層を結合領域に堆積し、各層の選択した部分をレーザーにより溶融する）がある。予め堆積した材料の層における選択した部分にエネルギーを送給するヘッドを用いる有利な点は、以下のとおりである。
・構成部材および突起のアレイを一緒に形成することを可能にする。
・各層の未固体化部分が順次の層を支持し、比較的複雑な形状を形成することを可能にする。
【００２４】
典型的には、突起は粉末を溶融する、例えば粉体層プロセス、または、粉末供給プロセスにおいて溶融することにより形成する。
【００２５】
突起のアレイを第２構成部材に貫入させることにより、構成部材を接合することができる。このことは、第１構成部材、または第２構成部材、または双方を動かすことにより、達成することができる。
【００２６】
この接合は、突起のアレイを第２構成部材に貫入させた後に、第２構成部品を硬化することにより、または２個の構成部材間に中間接着層を用いることにより、確実にすることができる。後者の場合、第２構成部材にも、継ぎ足し式(additive)製造方法により形成した突起のアレイを有する結合領域を設けることができる。
【００２７】
突起は対称形状にする（例えば、円筒形または円錐形とし、かつ構成部材に対し直交するよう延在する）、または少なくとも１個の突起を非対称形状にする（例えば、突起は一方の側に傾斜する、および／または非円形断面にすることができる）。非対称突起を用いて、特定の荷重方向における特性を改善することができる。
【００２８】
第１構成部材は２個の構成部材間の中間面（インタフェース）素子とすることができる。この場合、ジョイントは、さらに、第１構成部材の第２結合領域に接合する第３構成部材を有するものとし、第２結合領域は、本発明の第１態様の方法により形成した突起のアレイを有するものとする。第２結合領域は、第１構成部材の両側の側面、単一面の個別部分または隣接する面に設けることができる。
【００２９】
第２構成部材は、一連の層で形成される積層構成部材とすることができる。この場合、突起は、従来の固定具ジョイントに比べて、層間剥離のリスクを減少する。好ましくは、第２構成部材は、複合体構成部材、例えば繊維強化複合体構成部材とする。
【００３０】
突起は、金属材料（例えば、チタンまたはステンレス鋼）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のような熱可塑性材料、または、本発明の第１態様の継ぎ足し式(additive)製造技術により成長させることができる任意の他の材料から形成することができる。
【００３１】
突起は、第１構成部材および／または第２構成部材と同一材料から形成する、あるいは異なる材料から形成することができる。
【００３２】
このジョイントを使用して、例えば航空宇宙用途における構造上の１対の構成部材を接合することができる。例えば、ジョイントを使用して、強化プレート、浮遊リブ足、または縦通材（ストリンガー）を、翼カバーまたは胴体カバーのようなパネルに接合することができる。代案として、ジョイントを使用して、積層構体における隣接層を接合することができる。
本発明の実施形態を以下に添付図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】浮遊リブ足を示す斜視図である。
【図２】浮遊リブ足を成形型ツールに組み込む状況を示す断面図である。
【図３】成形型ツールにレイアップした複合体を示す図である。
【図４】リブをカバーに連結する浮遊リブ足を示す斜視図である。
【図５】浮遊リブ足における一体樹脂ブリードチャネルを示す断面図である。
【図６】粉体層製造システムの概略的な図である。
【図７】粉末供給製造システムの概略的な図である。
【図８】第１中間面ストリップの斜視図である。
【図９】第２中間面ストリップの側面図である。
【図１０】１対の複合ワークピースを連結する第２中間面ストリップを示す断面図である。
【図１１】中間面ストリップによってカバーに接合しようとしている縦通材ランアウト部分を示す分解斜視図である。
【図１２】カバーに接合した縦通材ランアウト部の斜視図である。
【図１３】表面造作（フィーチャー）を組み込む金属層を有する繊維−金属積層体の断面図である。
【図１４】繊維−金属積層体の製造方法の初期ステップを示す端面図である。
【図１５】繊維−金属積層体の製造方法を示す側面図である。
【図１６】繊維−金属積層体の製造方法における次のステップを示す端面図である。
【図１７】金属−金属接合部の断面図である。
【図１８】一組の代替的突起輪郭を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１の金属の浮遊リブ（肋）足１は、ウェブ部分３および１対のフランジ２を有する。ウェブ部分３には、１対の固定用の孔４を設ける。突起５のアレイは、フランジ２の下面から突出する。図１に示すように、突起５は、フランジ２の周縁の周りに延在し、突起のない中央領域６を包囲する結合領域にわたり、均等に分布させる。
【００３５】
浮遊リブ足１は、図２に示すように、成形型ツール１０に組み込む。成形型ツール１０は、図３に示すようにフランジ２を収容する窪み１１を有する成形型表面１２を設ける。ウェブ部分３は、１対のプレート１３，１４間のチャネル内に突入し、図３に示すように、プレート１３，１４における１対の孔１５，１６に挿通する固定具１７により所定位置に固定する。図３の実施形態では、１個の固定具１７のみを示すが、代替的構成では、２個以上の固定具を用いて、浮遊リブ足を成形型ツールに固定することができる。２個の固定具を用いる場合、固定具はウェブ部分３の孔４に挿通することができる。
【００３６】
浮遊リブ足１を、成形型ツール１０に組み込んだ後、複合材レイアップ１８を成形型ツール上に載置する。複合レイアップ１８は、未硬化エポキシ樹脂を含浸させた一軸配向の炭素繊維による一連のプライを有する。各プライは、通常「プリプレグ」として知られている。初期的プリプレグには、図３に示すように、突起５が貫通する。
【００３７】
図３に示すように、複合レイアップ１８を形成した後に、複合レイアップいわゆる「真空バッギング（bagging）」プロセスにより、硬化および合体させる。すなわち、複合レイアップは、真空膜（および随意的に、様々な他の層、例えば通気層又は剥離層）により被覆する。真空膜を抽気して、合体化圧力を加え、また湿気および揮発物を排除し、また複合レイアップを（随意的に、オートクレーブにより）加熱して、エポキシ樹脂マトリクスを硬化する。エポキシ樹脂マトリクスは硬化前に溶融するため、エポキシ樹脂マトリクスは流動して突起５に密接に接触する。突起５は、エポキシ樹脂マトリクスに機械的に係合するとともに、結合の表面積を拡大する。
【００３８】
この後、構成部材を成形型から取り出し、図４に示すように、種々の他の主翼ボックスにおける構成部材に組み付ける。この例では、硬化した複合レイアップ１８は翼カバーであり、浮遊リブ足１は、リブをこの翼カバーに固定する。このリブは、リブウェブ２０と、リブウェブ２０から下方に突出する固定リブ足２１とを有する。固定具（図示せず）を、浮遊リブ足１のウェブ部分３の孔４に挿通し、浮遊リブ足１を固定リブ足２０に固定する。
【００３９】
突起５を担持するとともに、フランジ２の下面には、図５に示すように、樹脂滲出用のチャネル２６も形成することができる。樹脂は、硬化プロセス中、このチャネル２６を流動する。
【００４０】
各突起５は、図６に示す粉体層プロセス、または図７に示す粉末供給プロセスのいずれかの継ぎ足し式(additive)製造プロセスにより、一連の層で成長する。
【００４１】
図６に示す粉体層プロセスにおいて、突起のアレイは、レーザーヘッドを、粉体層を横切って横方向にスキャンし、粉体層の選択部分にレーザーを照射することにより、形成する。とくに、このシステムは、粉末化した金属材料、例えば粉末化チタンを収容する１対の供給容器３０，３１を有する。ローラー３２は、一方の供給容器から粉末を採取し（図６の例では、ローラー３２は、右側の供給容器から粉末を採取している）、支持部材３３上で連続層に転動させる。つぎに、レーザーヘッド３４により、粉体層をスキャンし、ヘッドからのレーザービームをオンオフして粉末を望みのパターンで溶融する。この後、支持部材３３を、僅かな距離（典型的には、０．１ｍｍのオーダー）だけ、下方に移動させ、次の層を成長させる準備をする。溶融した粉末が凝固する小休止後、ローラー３２は、焼結の準備として、支持部材３３上の別の粉体層における転動を行う。このようにプロセスを行うと、未固体化粉体部分３６により支持された焼結部分３５ができる。焼結部分が完成した後に、焼結部分を支持部材３３から取り出し、未固体化粉体部分３６は、リサイクルされてから供給容器３０，３１へ戻される。
【００４２】
図６の粉体層システムを使用して、ウェブ部分３、フランジ２、突起５を含めて、完全な浮遊リブ足１を構築することができる。レーザーヘッド３４の移動およびレーザービームの調節は、この焼結部分の望ましい輪郭およびレイアウトのコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルにより決定される。
【００４３】
図７に示される粉末供給製造システムを使用して、上述のように製造した浮遊リブ足上に突起５を作製することができる。すなわち、ウェブ部分３およびフランジ２を予め製造してから、粉末供給製造機構に取り付ける。
【００４４】
図７において、突起５を一方のフランジ２における下面上に作製する状況を示す。粉末供給製造システムには、レーザー４１およびレーザー４１の周りにおける環状チャネル４２を有する可動ヘッド４０を設ける。未焼結粉末が環状チャネル４２を通過してレーザービームの焦点４３に達する。粉末が堆積するとき、粉末は溶融しビード４４を形成し、既存材料と合体する。
【００４５】
粉末供給製造システムを使用して、突起を直列的に、または並列的に成長させることができる。とくに、突起は以下のシーケンスにより並列的に成長させることができる。
P(1)L(1), P(2)L(1),…P(n)L(1), P(1)L(2), P(2)L(2),…P(n)L(2)…等
または、突起は以下のシーケンスにより直列的に成長させことができる。
P(1)L(1), P(1)L(2),…P(1)L(m), P(2)L(1), P(2)L(2),…P(2)L(m)…等
ここで、P(X)L(Y) は、突起Ｙにおける層Ｘの成長を表す。
これは、突起を並列的に成長させることしかできない粉体層システムとは異なる。
【００４６】
図７の粉体層システムに比べると、図６の粉末供給システムは、粉末を結合領域の選択部分にのみ指向させ、粉末を供給するとき溶融する。したがって、粉末供給機構は、粉末により支持されない構体を製造し、またそれゆえ、選択部分に一体化し、その後、機械加工するのに支持体（図示せず）が必要となり、とくに突起が大きな張り出し部分を持つ場合に支持体が必要となる。
【００４７】
ヘッド４０を、プロセスにおける唯一の動く特徴を有するものとする、または選択部分を製造中に回転させることができる。言い換えれば、ヘッド４０に対して選択部分を第１の向きにして、ヘッド４０により粉末を結合領域の選択部分に指向させる。選択部分を回転し、ヘッド４０に対して選択部分を第２の向きにする。つぎに、ヘッド４０に対して選択部分を第２の向きにしたまま、ヘッド４０により、粉末を結合領域の選択部分に指向させる。これは、可動支持体の必要性なしに、複雑な形状の製造を容易にする。例えば、張り出す造作は、層間で選択部分を回転することにより形成でき、これにより、作製している要素が垂線に対して３０°以内となることを確実にする。作製領域は材料の溶融点よりも著しく低い温度なので、自己支持になるように十分に固体化するために、レーザーエネルギーの除去後、わずかな時間、作製領域を支持できる角度に保つ必要があるにすぎない。突起を並列シーケンスで作製する場合、支持されない張り出し造作を作製できるよう、各層間で再び選択部分の向きを変えることができる。
【００４８】
図８は中間面ストリップ５０を示し、この中間面ストリップ５０は、中間面ストリップを上側ワークピースに接合するための突起５１のアレイを担持する上面、および中間面ストリップを下側ワークピースに接合するための突起５２のアレイを担持する反対側の下面を有する。中間面ストリップおよび突起は、図６の粉体層プロセスにより製造することができ、または、突起を、図７の粉末供給プロセスを用いて、予め製造した中間面ストリップ上に作製することができる。
【００４９】
図９は、突起５６，５７による上側突起アレイおよび下側突起アレイを有する中間面ストリップ５５を示す。上側ワークピース５８を下側ワークピース５９に接合する中間面ストリップ５５を図１０に示す。中間面ストリップ５５は、上側ワークピース５８と下側ワークピース５９とを引き離すよう厚さ方向の大きな応力が作用する場合に、特に、有用である。突起のワークピース５８，５９への貫入は、引張、剥離、劈開荷重を受けるとき、接合部の強度を大幅に増大させる。
【００５０】
図１０に示した接合部は、以下の多くの方法で製造することができる。すなわち、
・中間面ストリップ５５を一方のワークピースに押し込み（振動ハンマーまたはローラーを用いて）、つぎに、他方のワークピースを（振動ハンマー又はローラーを用いて）中間面ストリップの露出している突起に押し付ける。または、
・中間面ストリップを、図２および図３に示す方法と類似の方法を用いて、第１ワークピースに結合し、中間面ストリップおよび第１ワークピースを共に硬化し、第２（未硬化の）ワークピースを（振動ハンマーまたはローラーを用いて）中間面ストリップの露出している突起に押し付け、それから、第２ワークピースを硬化する。または、
・中間面ストリップを、図２および図３に示す方法と類似の方法を用いて、第１ワークピースに結合し、中間面ストリップおよび第１ワークピースを共に硬化し、共に硬化した中間面ストリップおよび第１ワークピースを第２成形型に組み込み、第２ワークピースを、図２に示す方法と類似の方法を用いて、第２成形型にレイアップし、第２ワークピースを硬化する。
【００５１】
中間面ストリップ５５の使用例を、図１１に分解図として示す。図１１において、突起５６，５７を担持する結合領域は、中間面ストリップ５５の一方の端部にのみ存在することに留意されたい。この場合、下側ワークピースは翼カバー６１であり、上側ワークピースは、１対のフランジ６３，６４およびブレード部分６２を有する縦通材（ストリンガー）のランアウト部６０である。図１２は、中間面ストリップ（図１２では見えない）によりカバー６１に接合した縦通材のランアウト部６０を示す。
【００５２】
繊維−金属積層体７０を図１３に断面図で示す。繊維−金属積層体７０は、チタン層７２に交錯する一連の炭素繊維強化ポリマー層、すなわちＣＦＲＰ層７１を有する。各チタン層７２は、下面に突起７３のアレイを担持し、上面に突起７８のアレイを担持し、各突起のアレイは隣接するＣＦＲＰ層７１に埋設される。
【００５３】
積層体７０は、図１４〜１６に示すプロセスを用いて製造する。最初のステップで、第１ＣＦＲＰ層７１を成形型ツール（図示せず）に（例えば、プリプレグの積層として）レイアップする。つぎに、図１５に示すように、第１チタン層７２を、その下面突起７３をＣＦＲＰ層７１の上面に係合させて、ＣＦＲＰ層７１に載置する。この後、上面突起７８と同じ間隔の一連の環状リッジ７５を有するローラー７４を、チタン層７２の上面に当てる。図１４に示すように、上面突起７８は、隣接する１対のリッジ７５間の溝に、それぞれ受容される。図１４に示すように、ローラー７４は、その後、中間面ストリップ上で転動し、未硬化のＣＦＲＰ層７１内に貫入するように、下面突起７３を激しく動かして振動させる。ローラー７４は、下面突起７３をＣＦＲＰ層７１内に十分に埋め込むよう、多数回往復して転動させることができる。
【００５４】
つぎに、図１６に示すように、第２ＣＦＲＰ層７６を、チタン層７２の頂部に載置し、第２ローラー（リッジなし）７７を、第２ＣＦＲＰ層７６上で転動させ、上面突起７８を第２ＣＦＲＰ層７６に圧入するよう振動させる。その後、このプロセスを繰り返し、図１３に示すように一連の層対を形成する。各チタン層７２のための突起は、先行層からオフセットする。
【００５５】
金属−金属接合を図１７に示す。第１ワークピース８０には、一連の突起８１を形成する。第２ワークピース８２には、図示されるように、突起８１に相互連結する相補的突起８３のセットを形成する。接着剤の薄層（図示せず）を、ワークピース間の隙間に設け、これらワークピースを、実継ぎのように互いにシールする。
【００５６】
ワークピース８０，８２および突起８１，８３を、図６の粉体層プロセスにより製造する、または、突起８１、８３を、図７の粉末供給プロセスにより、予め製造したワークピースに作製することができる。
【００５７】
種々の代替的突起の輪郭を図１８に示し、これら輪郭は、層を追加していく継ぎ足し式(additive)層製造技術により製造でき、また上述したあらゆる接合部にも使用できる。突起９０は、円錐形のスパイクにより構成する。突起９１は、円錐台の基部９２および張り出し端縁９４を持つ円錐形先端部９１により構成する。突起９５は、垂線に対し角度θだけ傾く円錐形により構成する。突起９６は、張り出し側に１対のリッジ９７，９８を持ち、垂線に対し角度θで傾く円錐形により構成する。突起１００は、円筒形の基部１０１および円錐形先端部９１により構成する。突起１０３は、円錐台の基部１０４、ならびに張り出し端縁を持つ円錐台部分１０５および張り出し端縁を持つ円錐形先端部１０６により構成する。
【００５８】
これら突起のアスペクト比は比較的大きく、強固な機械的係合および大きな表面積を付与することに留意されたい。Ｈを構成部品の結合領域に直交する高さとし、Ｗを結合領域に平行な平均幅として、アスペクト比をＨ／Ｗと定義する場合、アスペクト比は、約３．５（突起１００に対して）〜５（突起９０および９５に対して）の間で変動する。突起のアスペクト比は増減させて、望ましい特性にすることができる。
【００５９】
図１８に示す種々の形状は、ジョイントの性能を最大化するように選択でき、ジョイントが受ける特定荷重に適合するよう調整できる。従って、例えば以下の通りである。
・突起９１，９６，１０３（全て張り出し端縁を持つ部分を有する）は、向上した引っ張り強度を要するジョイント（又はジョイントの選択部分）に用いることができる。
・非対称の突起９５または９６は、特定荷重の方向での特性を改善するために用いることができる。
・各突起は、複合材料に容易に貫入することができるように、鋭利な先端を有する。
【００６０】
本発明を１つまたはそれ以上の好ましい実施形態につき説明したが、添付の特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく、種々の改変または変更を加えることができることを理解されたい。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月12日(2009.11.12)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
1対の構成部材を接合する方法において、
構成部品における結合領域に突起のアレイを一連の層で成長させる成長ステップであって、前記アレイの各突起における各層を、継ぎ足し式の製造プロセスにより、エネルギーおよび／または材料をヘッドから前記結合領域の選択部分に指向させることにより成長させる該成長ステップによって、一方の構成部材を準備する準備ステップを有し、
前記突起のアレイを他方の構成部材に埋設することにより、構成部材を互いに接合する、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２７】
一連の層を有する複合板であって、各隣接層対を、請求項１１〜２６のいずれか一項に記載のジョイントにより互いに結合する、積層体。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
この後、構成部材を成形型から取り出し、図４に示すように、種々の他の主翼ボックスにおける構成部材に組み付ける。この例では、硬化した複合レイアップ１８は翼カバーであり、浮遊リブ足１は、リブをこの翼カバーに固定する。このリブは、リブウェブ２０と、リブウェブ２０から下方に突出する固定リブ足２１とを有する。固定具（図示せず）を、浮遊リブ足１のウェブ部分３の孔４に挿通し、浮遊リブ足１を固定リブ足２１に固定する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
粉末供給製造システムを使用して、突起を直列的に、または並列的に成長させることができる。とくに、突起は以下のシーケンスにより並列的に成長させることができる。
P(1)L(1), P(2)L(1),…P(n)L(1), P(1)L(2), P(2)L(2),…P(n)L(2)…等
または、突起は以下のシーケンスにより直列的に成長させことができる。
P(1)L(1), P(1)L(2),…P(1)L(m), P(2)L(1), P(2)L(2),…P(2)L(m)…等
ここで、P(X)L(Y) は、突起Ｘにおける層Ｙの成長を表す。
これは、突起を並列的に成長させることしかできない粉体層システムとは異なる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図６の粉体層システムに比べると、図７の粉末供給システムは、粉末を結合領域の選択部分にのみ指向させ、粉末を供給するとき溶融する。したがって、粉末供給機構は、粉末により支持されない構体を製造し、またそれゆえ、選択部分に一体化し、その後、機械加工するのに支持体（図示せず）が必要となり、とくに突起が大きな張り出し部分を持つ場合に支持体が必要となる。
【国際調査報告】
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