(57)【要約】  本方法は、複合材層の平らな積層体(13)を２つの隔膜(15A, 15B)の間に有する隔膜パック(19)を形成するステップであって、前記平らな積層体(13)の各層(L1, L2, L3) は複数の複合材のタイル(9)で作製され、各タイル(9)は少なくとも第１の部分 (9A)と第２の部分 (9B) とを有し、第１の部分 (9A)の側端部は隣接するタイルの側端部に接するように構成され、第２の部分(9B)の側端部は隣接するタイルの側端部に重なるように構成される、ステップを有している。空気は、中空形成ツール(23)を備えた二重隔膜形成装置内に前記隔膜パックを設置する前又は後に、前記隔膜パック(19)内から排気され、前記複合材タイル(9)の第１の部分 (9A)は前記ツール(23)の上面(23A)上に支持される。熱(25)は前記隔膜パック(19)を加熱し、前記積層体が形成温度に達したときに真空が複合材タイル(9)の下側の隔膜(15B)と中空形成ツール(23)との間に適用されて、複合材タイル(9)の第２の部分(9B)が中空形成ツール(23)の内壁(23B)に接するように下側に引かれ、複合材タイル(9)の側端部が隣接するタイル(9)の側端部に接するように移動する。各タイル(9)の第１の部分(9A)はリム(3)の部分を形成し、各タイル(9)の第２の部分(9B)が前記曲線状の本体(5)の部分を形成する。【選択図】  図４Ｆ
2010538195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲線状の本体と、該曲線状の本体の端部から延びる一体的なリムとを備えた複合構造体の作製方法であって、該方法は、
複合材層の平らな積層体を２つの隔膜の間に有する隔膜パックを形成するステップであって、前記平らな積層体の各層は複数の複合材のタイルで作製され、各タイルは少なくとも第１の部分と第２の部分とを有し、第１の部分の側端部は隣接するタイルの側端部に接するように構成され、第２の部分の側端部は隣接するタイルの側端部に重なるように構成される、ステップと、
前記隔膜パック内から空気を排気することを含む中空形成ツールを備えた二重隔膜形成装置内に前記隔膜パックを設置するステップであって、前記複合材タイルの第１の部分が前記ツールの上面上に支持される、ステップと、
前記隔膜パックを加熱するステップと、
前記複合材タイルの第２の部分に相当する支持されていない領域が前記中空形成ツールの内壁に接するように引かれ、隣接するタイルの前記第２の部分の端部が隣接するタイルの側端部に対して接するように移動し、各タイルの第１の部分が前記リムの部分を形成し、各タイルの第２の部分が前記曲線状の本体の部分を形成するように、下側の隔膜と中空形成ツールとの間に真空を適用するステップと
を包含している方法。
【請求項２】
前記各タイルの前記第１の部分の前記側端部が、実質的に半径方向である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記各タイルの前記第２の部分の前記側端部が、実質的に平行な端部で構成されている請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記タイルが円形パターンに置かれる請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
各層における隣接するタイルの端部は、隣接する層における隣接するタイルの端部からオフセットしている請求項２，３又は４に記載の方法。
【請求項６】
置かれているタイルのそれぞれは、実質的に同じ形状および大きさである請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記各タイルは、１層の複合材料を有している請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記タイルは、単一方向の予め含浸された複合材料を含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記タイルは、織布の予め含浸された複合材料を含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記タイルは、ドライの繊維を含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ドライの繊維が織物又はバインダー若しくは粘着付与剤を含む単一方向の縫合したシワのない繊維である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ドライの繊維の各層は、複合材料積層体を形成するように置かれたときに、樹脂フィルムを挟んでいる請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合材料は、炭素繊維及び／又はアラミド繊維及び／又はガラス繊維を含んでいる請求項７乃至１２の何れかに記載の方法。
【請求項１４】
中空のダクトと、その端部の一体的なリムとを備えた複合構造体であり、該ダクトおよびリムは、少なくとも第１の部分および第２の部分を備えた複数の複合材タイルから形成され、各タイルの前記第１の部分は前記リムの一部を形成し各タイルの前記第２の部分は前記中空ダクトの一部を形成し、隣接するタイルの端部は互いに接し、前記複合構造体は以下のステップ：即ち、
複合材層の平らな積層体を２つの隔膜の間に有する隔膜パックを形成するステップであって、前記平らな積層体の各層は複数の複合材のタイルで作製され、各タイルは少なくとも第１の部分と第２の部分とを有し、第１の部分の側端部は隣接するタイルの側端部に接するように構成され、第２の部分の側端部は隣接するタイルの側端部に重なるように構成される、ステップと、
前記隔膜パック内から空気を排気することを含む中空形成ツールを備えた二重隔膜形成装置内に前記隔膜パックを設置するステップであって、前記複合材タイルの第１の部分が前記ツールの上面上に支持される、ステップと、
前記隔膜パックを加熱するステップと、
前記複合材タイルの第２の部分に相当する支持されていない領域が前記中空形成ツールの内壁に接するように引かれ、隣接するタイルの前記第２の部分の端部が隣接するタイルの側端部に対して接するように移動し、各タイルの第１の部分が前記リムの一部を形成し、各タイルの第２の部分が前記中空ダクトの一部を形成するように、下側の隔膜と中空形成ツールとの間に真空を適用するステップと
を含む方法により作製される複合構造体。
【請求項１５】
各タイルは、実質的にマッシュルームの形状であり、前記第１の部分が前記マッシュルームの頭部であり、前記第２の部分が前記マッシュルームの柄の部分である請求項１４に記載の複合構造体。
【請求項１６】
前記ダクトおよびリムは、円形の断面又は楕円形の断面を有している請求項１４又は１５に記載の複合構造体。
【請求項１７】
前記ダクトは、航空機用のエンジンダクトである請求項１４、１５又は１６に記載の複合構造体。
【請求項１８】
中空のダクトと、その端部の一体的なリムとを備えた複合構造体であり、該ダクトおよびリムは、少なくとも第１の部分および第２の部分を備えた複数の複合材タイルから形成され、各タイルの前記第１の部分は前記リムの一部を形成し各タイルの前記第２の部分は前記中空ダクトの一部を形成し、隣接するタイルの端部は互いに接している複合構造体。
【請求項１９】
中空のダクトと、その端部の一体的なリムとを備えた複合構造体であり、該ダクトおよびリムは、少なくとも第１の部分および第２の部分を備えた複数の複合材タイルから形成され、各タイルの前記第１の部分は前記リムの一部を形成し各タイルの前記第２の部分は前記中空ダクトの一部を形成し、隣接するタイルの端部は互いに接している航空機エンジン用ダクト。
【請求項２０】
請求項１から１３の何れかの方法によって製造される請求項１９に記載の航空機エンジン用ダクト。
【請求項２１】
請求項１４から２０の何れかの複合構造体を有する航空機エンジン用ダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合構造体の作製方法に関し、特に、本発明は、曲線状の本体及び該本体の端部から延びる一体的なリムを備えた複合構造体の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙産業では、近年、炭素繊維強化複合材（例えば、炭素繊維とエポキシ樹脂）が、多くの航空機の構成部品の金属の代替として、益々魅力的なものになってきている。炭素繊維強化複合材料は、軽量、より高い疲労／衝撃抵抗性、耐食性および無視し得る熱膨張などの改善された特性を提供する。
【０００３】
航空宇宙の用途では、ダクト（例えば、航空エンジンダクト、又はエンジン室）は一般的に金属からなり、これは、ダクトの相互の部分の接続を容易化し、エンジン部品をダクトに取り付けるためのフランジを有している。従来のフランジの例は、パイプの端部に形成されたディスク形状のリムと、それらを互いに結合するシャフトである。通常、フランジは、例えば、パイプのような２つのこのような構造体を互いに結合するための又は中空構造体をダクトの部品を互いに取り付けるのを容易にする航空エンジンダクト若しくはエンジン室のフランジのような周囲の構造的要素に結合させるための、そしてエンジンの部品をエンジンハウジングに取り付けるための、金属製の中空構造体に含まれる。
【０００４】
中空構造の上にディスク形状のリムをフランジを複合材料から形成することは、繊維の配列の均一さを維持することの重要性と、複合構造内のシワや空隙による不連続を最小限に維持する重要性とにより、特に、耐荷重性の用途に使用されるフランジにおいては、このような欠陥がその構成部品が意図する特性に対して劣悪な製品となりそうであるため、複雑な製造工程を含んでいる。
【０００５】
一体的なフランジを有するダクトの複合材料からの製造における複雑さにより、航空宇宙の用途（例えば、航空エンジンダクト、又はエンジン室）に使用される部品などは、通常は、金属から製造される。図１０Ａおよび図１０Ｂは、外側エンジンダクトと内側エンジンダクトをそれぞれ表しており、参照符号Ａ１で示される互いに隣接するフランジで結合されるダクトの部分の例を示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、曲線状の本体と、該曲線状の本体の端部から延びる一体的なリムとを備えた複合構造体の作製方法に関し、該方法は、
複合材層の平らな積層体を２つの隔膜の間に有する隔膜パックを形成するステップであって、前記平らな積層体の各層は複数の複合材のタイルで作製され、各タイルは少なくとも第１の部分と第２の部分とを有し、第１の部分の側端部は隣接するタイルの側端部に接するように構成され、第２の部分の側端部は隣接するタイルの側端部に重なるように構成される、ステップと、
前記隔膜パック内から空気を排気することを含む中空形成ツールを備えた二重隔膜形成装置内に前記隔膜パックを設置するステップであって、前記複合材タイルの第１の部分が前記ツールの上面上に支持される、ステップと、
前記隔膜パックを加熱するステップと、
前記複合材タイルの第２の部分に相当する支持されていない領域が前記中空形成ツールの内壁に接するように引かれ、
隣接するタイルの前記第２の部分の端部が隣接するタイルの側端部に対して接するように移動し、
各タイルの第１の部分が前記リムの部分を形成し、
各タイルの第２の部分が前記曲線状の本体の部分を形成するように、
下側の隔膜と中空形成ツールとの間に真空を適用するステップと
を包含している。
【０００７】
このような方法は、一端に一体的なフランジを有する中空ダクトを複合材料から作製することを可能とする。従って、フランジは複合構造体が同じ構造体に結合されることを許容する。この複合構造体は、例えば、複合構造体が航空エンジン又はエンジン室のハウジングの部品として使用され得、フランジがハウジング又はエンジン室の部分を互いに取り付けるのを容易にし及び／又はエンジン部品をハウジングに接続するのを容易にし得る。
【０００８】
中空ダクトを形成するために、最初にタイルが平面に置かれ、続いて実質的にタイルの第２の部分を中空形成ツールの内壁に接するように引いて、一体的なフランジを与えるタイルの第１の部分で曲線状の本体を形成する。タイルの第１の部分は、形成プロセスの間、殆ど又は全く変形を受けない。従って、平面の積層体内に置かれるとき、第１の部分の側端部は、隣接するタイルの端部に対して接することとなる。円形のフランジを有する複合構造体を作製するために、各タイルの第１の部分は、隣接するタイルの側端部に対して接する径方向の端部を有している。中空ダクトは、例えば、並行又はテーパ−状の壁面を有する円形、又は壁面が外側に膨らんだ樽の形状などのどのような形状であってもよい。断面の形状も、例えば円形、楕円形などのどのような形状であってもよい。中空ダクトの断面の形状およびフランジ又はリムの外周は、各タイルの全体の形状に影響を与えるであろうことが理解されるであろう。例えば、平行な側壁を有する円形の断面の円柱については、各タイルの第２の部分の側端部は平行であり得る。円形のパターンに置かれるとき、第２の部分の側端部は重なり、中空形成ツールの内壁に接するように引かれたときに、隣接するタイルの第２の部分は、一体的なフランジ又はリムを有する複合材ダクトの本体を形成するように接するであろう。円形のフランジに対するタイルの第１の部分の形状は、多くのタイルが互いに結合することにより形成されるより大きな円の一部に相当する曲線状の端部であり得、その円の半径を定義する角度のテーパー状である側端部であり得る。
【０００９】
最終的な構造体においては、隣接するタイルに接する端部は、層間の空隙や複合構造体内の不連続性の出現を減少させることができる。
【００１０】
複合構造体を弱くする隣接層間の同位置にある接している端部の出現を避けるために、積層体を形成する各層は、先の層に対してタイル間で接する端部がオフセットするように置かれる。このことは、耐荷重性の使用におけるフランジの領域で特に重要である。
【００１１】
本発明の実施形態に従う複合構造体を作製するのに使用される複合材料は、単方向性の予め含浸した複合材料である。これに代えて使用される材料は、予め含浸した織物である。これに代えて使用される材料は、樹脂フィルムを間に挟んだドライの織物である。適する複合材料の例は、炭素繊維、アラミド繊維若しくはガラス繊維、又は炭素繊維とアラミド繊維の組み合わせ若しくはアラミド繊維とガラス繊維の組み合わせ若しくは炭素繊維とガラス繊維との組み合わせ若しくは炭素繊維とアラミド繊維とガラス繊維の組み合わせを含んでいる。
【００１２】
タイルは手で置かれ得る。あるいは、タイルは自動化プロセスにより置かれ得、これにより、作製時間が短縮され、手で置くことにより作製される製品に比較して最終目的物の質が向上する。
【００１３】
本発明は、中空のダクトと、その端部の一体的なリムとを備えた複合構造体をも指向し、該ダクトおよびリムは、少なくとも第１の部分および第２の部分を備えた複数の複合材タイルから形成され、各タイルの前記第１の部分は前記リムの一部を形成し各タイルの前記第２の部分は前記中空ダクトの一部を形成し、隣接するタイルの端部は互いに接している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の実施形態が添付の図面を参照して例示のみを目的として以下に記述される。
【図１】図１は、その端部にフランジを有する中空ダクトの斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１のダクトとフランジとを作製するために使用される複合材料の積み置きに使用されるタイルの概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、曲線状の外周を規定するように配された図２Ａの３つのタイルの概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１の複合構造体を作製するための複合材料を作り上げるために重ねられた複合材料の層の配置を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示されている積層連続体の代替を示す概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１のダクトおよびフランジの作製方法の開始を示す複合材料の層の積み重ねを示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、隔膜パックを形成するための２つの隔膜の間に配された図４Ａの複合材料の層を示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは、２つの各膜間に適用される真空により複合材料を固める二重隔膜形成装置内に置かれた図４Ｂの隔膜パックの概略図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、下降されて中空形成ツールに接する隔膜パックの概略図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、形成ツール上で隔膜パックのリム部分が静止しているときに、隔膜パックが加熱されて真空が適用される、二重隔膜形成プロセスの途中の段階を示す概略図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、底部の隔膜と前記形成ツールとの間に真空が適用されて複合材料のダクトの部分が形成ツールの内壁に接するように引かれて形成プロセスを完了することを示す概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａ〜４Ｆにより示される二重隔膜形成プロセスにより製造される中空複合構造体の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、矢印Ｂの方向から見た図５Ａの中空複合構造体の平面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂの中空複合構造体のＣ−Ｃについての断面を示している。
【図６】図６は、２つのエンジンを含む航空機の概略図である。
【図７】図７は、航空機エンジンのための２つのハウジング部材の概略図である。
【図８】図８は、それぞれのフランジで結合された２つの部品の概略図である。
【図９】図９は、フランジで結合された２つの部品の詳細を表す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、航空機エンジンの外側のバイパスダクトの斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、航空機エンジンの内側のバイパスダクトの斜視図である。
【００１５】
本発明は、種々の改変および代替の形態が許容されるが、特定の実施形態が図面に示された実施例により示されて、ここに詳細に記載されている。しかしながら、図面とそれへの詳細な記述は、開示されている特定の形態に本発明を限定することを意図するものではなく、それとは逆に、本発明は、特許請求の範囲に記載されている発明の範囲内における全ての改変、均等物および代替物を含むことを意図していることを理解すべきである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に従う方法によって製造された中空構造体１の斜視図を示している。
【００１７】
中空構造体１は、複合材料からなり、中空構造体１の曲線状の本体５の端部から延びるリムの形状のフランジ３を有している。
【００１８】
中空構造体１は、図２Ｂに示すように、複合材料の層の水平で平らな積み重ねとして調製される複合材料からなる。複合材料積層体７の各層は、複数のタイル９から作製されている。図２Ａと図２Ｂを参照すれば、それぞれのタイル９は実質的にマッシュルームの形状であり、そのマッシュルーム形状の頭部には、中空構造体１上のフランジ（又はリム）３の一部を形成する第１の部分９Ａが設けられ、マッシュルーム形状の柄の部分には、フランジ３が延びる中空構造体１の壁面を構成する第２の部分９Ｂが設けられている。
【００１９】
例示の実施形態では、円形の断面を有する円柱状のダクトが示されている。従って、それぞれのタイル９の第１の部分９Ａは曲線状端部１１と直線状端部１２とを有している。２つの直線状端部１２は、図２Ａおよび２Ｂに示すように、フランジ３の外周によって規定されるより大きな円の半径である半径Ｒ１の線をたどる。曲線状端部１１は、複数のタイルが図２Ｂに示すように並べられて配されたときに形成される前記より大きな円の弧の形状である。前記より大きな円の半径Ｒ１によって規定される直線状端部１２のそれぞれの傾斜角は、２つ又はそれ以上のタイル９が並べられて配されたときに互いに隣接する直線状の端部とより大きい弧とが形成されることを意味している。タイル９の十分な数を置くことにより、完全な円が形成される。
【００２０】
例示の実施形態では、中空本体５は、円形の断面と平行な壁面とを有し、それぞれのタイル９第２の部分９Ｂは、実質的に矩形である。図２Ｂに示すようにタイル９が平面状に並べられたとき、それぞれのタイル９の第２の部分９Ｂの端部は重なり、複合材料の中空構造体１を図１に示すように作製したときに、第２の部分９Ｂは、第１の部分９Ａに対して約９０゜の角度で変形される。例示の実施形態では、変形プロセスの間（タイルの支持されていない領域が中空形成ツールの内壁に接するように引かれたとき）、第２の部分９Ｂの側端部は水平から垂直に移動し、第２の部分９Ｂの端部は重なった状態から隣接するタイルの側端部が実質的に接するように移動する。中空複合構造体１を作製するプロセスは、図４Ａ〜４Ｆを参照しながら以下に説明される。
【００２１】
図３Ａおよび３Ｂを参照すれば、複合材料積層体１３が、第１の層Ｌ１に層Ｌ２、Ｌ３を加えることにより作製されており、続く層Ｌ２、Ｌ３は、図２Ｂを参照して例示および記述されているのと同様に積層されている。各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３では、図３Ａおよび３Ｂに示すように、それぞれのタイル９の第１の部分９Ａの接する端部は、隣接する結合部によるどのような弱さも最小化するために、隣接する層におけるそれぞれのタイル９の第１の部分９Ａの接する端部からオフセットしている。図３Ａおよび３Ｂに示されている実施形態では、３つの層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が例示の目的で示されている。しかしながら、使用される実際の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の数は、目的生産物から要求される材料の特性によって定められることは当然である。図３Ａおよび３Ｂは、連続積層の別のものを例示している。図３Ａでは、各連続層は、各タイル間の結合部が重ならないように、先の層から右にオフセットして置かれる。図３Ｂでは、層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、第１の層および第３の層Ｌ１、Ｌ３における結合部が整列し、しかし第２の層Ｌ２は第１の層および第３の層Ｌ１、Ｌ３に挟まれて第１の層および第３の層Ｌ１、Ｌ３からオフセットして、第１及び第２の層におけるタイル９の間の結合部が互いにオフセットし、第２及び第３の層の層におけるタイル９の間の結合部が互いにオフセットするように配されている。
【００２２】
図４Ａ〜４Ｆは、図４Ａに示されているような複合材料層の実質的に２次元の積層体１３から、３次元の中空複合構造体１（図１および図５Ａ参照）を作製するプロセスを例示している。
【００２３】
図２Ａおよび２Ｂを参照して上記したように、複合材料積層体１３は手作業によりまたは自動化プロセスにより積み上げられ得る。
【００２４】
図４Ａを参照すれば、各層は積み上げられ、目的生産物の材料特性を決定するであろうような方法で配置される。例示の実施形態は、プロセスがどのようにして平面の積層体から成形プロセスの最後に３次元の構造体に変化するかを示す３つの層を示している。複合材料層１３の積層が完了した後、空気を除きその積層体を圧縮するために固められる。
【００２５】
図４Ｂは、成形プロセスの次のステージを示しており、複合材料積層体１３は２つの隔膜１５Ａおよび１５Ｂの間に置かれている。隔膜１５Ａおよび１５Ｂは、高い伸長特性を有するナイロン袋からなる。適切な材料の例は、ＤＰ１０００として知られており、これは、登録商標ＩＰＰＬＯＮの名の下に知られているナイロン袋フィルムの一例である。ＤＰ１０００は、最高使用温度２０４〜２１２℃の範囲における破断前の最大の伸び率４５０％が可能である。
【００２６】
また、図４Ｂは、隔膜１５Ａおよび１５Ｂがシールされて閉じたバッグを形成していることを示している。閉じたバッグは一つ又はそれ以上の真空ポートをその中に有している。図示されている例では、単一の真空ポート１７Ａを備えている。図４Ｂに例示されている配置は、以後、隔膜パック１９と称する。
【００２７】
図４Ｃは、二重隔膜形成（ＤＤＦ）装置内に配された隔膜パック１９の例示である。真空ポート１７Ａは、２つの隔膜１５Ａおよび１５Ｂの間に真空が適用されて、隔膜パック１９内の空気が排気され又は実質的に排気されるように接続されている。更なる真空ポート１７ＢがＤＤＦ装置の土台に設けられている。
【００２８】
図４Ｄを参照すれば、隔膜パック１９は、隔膜パック１９が変形して目的製造物を生成するための形成ツール２３の上に置かれている。
【００２９】
図４Ｅにおいては、矢印２５のセットが、形成プロセスを開始するためにＤＤＦ装置内の上方から適用される熱を表すために示されており、これにより複合材料積層体１３における樹脂が、複合材料積層体１３が形成ツール２３の形状に形成され得る温度に到達する。
【００３０】
例示の実施形態では、形成ツール２３は、タイル９の第１の部分９Ａが置かれる上部面２３Ａと、垂直な壁を有するボア２３Ｂとを有している。形成ツール２３は、タイル９の第１の部分９Ａが支持され、タイル９の第２の部分９Ｂが支持されないように構成され、中央部分の支持のみが、それが加熱されるまでおよび真空が適用されるまで、隔膜パック１９によって提供される。
【００３１】
隔膜パック１９内の複合材料積層体１３が所望の温度に到達したとき、隔膜パック１９は、形成ツール２３に接するように下降される。熱の適用２５は、複合材料積層体１３が実質的に定常の形成温度に維持されるように情報から係属される。形成ツール２３は、隔膜パック１９を直接加熱する熱源を提供し（図示せず）、これにより、隔膜パック１９を定常温度に維持するのを補助している。
【００３２】
形成プロセスの次のステージは、図４Ｅおよび４Ｆに示すように、底部の隔膜１５Ａ、形成ツール２３および二重隔膜形成装置の間に真空を適用することを含み、これにより、システムから空気を排気してタイル９の第２の部分９Ｂに相当する中央部分を吸引し、複合材料積層体１３を形成ツール２３の垂直な壁に接するように下方に向ける。タイル９の第１の部分９Ａに対応する複合材料積層体１３の外周は、形成ツール２３の上部面２３Ａに引かれ、３次元の中空構造体１を生成する。
【００３３】
形成プロセスは、タイル９の第２の部分９Ｂを水平の方向から垂直の方向へ移動させる。そのプロセスの間に、平らな積層体１３におけるタイル９の第２の部分９Ｂの側端部間の重なりは除かれ、タイル９の第２の部分９Ｂの側端部は、隣のタイルの側端部に実質的に接するように移動する。隔膜パックにおける平らな積層体を作り上げている複合材料は樹脂を含み、これは複合材料を作り上げている繊維に浸透し得、又はタイル層の間に含まれ得る。隔膜パックの加熱により、樹脂は軟化し、タイルの第２の部分が互いにスライドして、隣り合うタイルの端部が重複する位置から隣接タイルの側端部に接するように、形成ツールの内部表面に接することが可能となる。これに代えて、ドライの繊維をバインダー又は粘着付与剤とともに積層することが可能である。この平らな積層体は、次に上述のように形成されてドライのプリフォームを生成する。液状の樹脂がこのドライのプリフォームに注入され得る。
【００３４】
図５Ａ,５Ｂおよび５Ｃを参照して、図４Ａから４Ｆを参照して図示され又は記述された形成プロセスの目的製造物は、一体のフランジ３を備えた中空構造体１である。上記のプロセスにより製造された的製造物は、２つの曲線部を有する中空構造体１として定義され得る。曲線部Ｃ２の一つの要素は（図５Ａ参照）、フランジ３による円周によって規定され、曲線部Ｃ１の第２の要素は、フランジ３の円柱本体５との結合部に設けられた曲線である。フランジ３の円柱本体５との結合部での曲線部Ｃ１は、複合材料構造体１を製造するのに折られる複合材料積層体１３の厚さに依存している。
【００３５】
上記の実施形態では、各タイル９は複合材料の単一層を有している。例えば、各タイル９は、例えば整列した炭素繊維を含む単一方向の予め含浸された材料を有し得る（他の適切な繊維のタイプは以下に記載される）。単一方向の繊維の使用は、強化が必要なところに正確に複合材料の繊維を置く能力を提供する。記載した実施形態では、円柱構造の主要な２つの方向、即ち、幾分かはタイル９が置かれる円に対して接線方向（０゜の繊維方向）に置かれ、隣の層は繊維が半径方向（９０゜の繊維方向）に置かれて、強化を提供するように繊維が配される。あるいは、予め含浸された単一方向の繊維に代えて、ドライの単一方向に縫い合わされたシワのない繊維も使用され得る。樹脂は、布地の層の間に挟まれた樹脂フィルムとして、又は積層体の形成後に別の操作として注入される液体として、導入され得る。
【００３６】
適切な材料の他の例は、ドライの織物のみ（縦糸および横糸繊維のインターレースによって製造される）、樹脂フィルムを挟み込んだドライの織物、又は予め含浸させた織物（繊維又は織物は樹脂を予め含浸している）である。
【００３７】
繊維強化ポリマーとしても知られているポリマーマトリクス複合材は、上記の製造方法に最も適している。このような材料は、マトリクスとしてのポリマーベースの樹脂と、炭素、ガラス又はアラミド繊維のような強化材とを使用する。樹脂システム（例えば、エポキシ又はポリエステル）が強化繊維（炭素、アラミド、ガラス、又はこのような強化材の組み合わせ）と結合されるとき、特別な特性が得られる。結果的に得られる複合材料の特性は、樹脂システムの特性を強化材の特性に結合する。繊維の配置も、正しい機械特性を有する複合構造を製造するのに重要である。
【００３８】
上述のタイル９のそれぞれは、例えば格子状繊維（ドライな織物シート）の若しくは繊維を互いに結びつける第２の材料（樹脂マトリクス）により互いに結びつく炭素、アラミド、ガラス、又はこれらの繊維の組み合わせの長繊維の製造された集合として定義され得る複合材料若しくは繊維から作られている。１つより多くの繊維を含むハイブリッド織物は、タイルに使用され得る。各タイル９における強化材は、炭素繊維のみ、アラミド繊維のみ、ガラス繊維のみを含み得る。あるいは、各タイルにおける強化材は、２つ以上の異なるタイプの強化材を結合して各タイルを形成してハイブリッド織物を製造し得る。炭素とアラミド、ガラスとアラミド、炭素とガラス、炭素とアラミドとガラスの組み合わせの繊維は、ハイブリッド織物の例である。
【００３９】
ここに記載のような複合構造体の応用例は、航空機の用途である。例えば、ジェットエンジンにおいて、複合構造体は、エンジンハウジングの前及び／又は後ろの金属フランジの置き換えに使用し得る。上記で述べた複合構造体の使用は、金属のハウジングおよびフランジをに比較して、軽量化を提供しおよび必要な部品数をも低減させる。例えば、図６は、エンジンケーシング内に収容された第１のエンジン１０２及び第２のエンジン１０４を備えた航空機１００の概略図である。
【００４０】
図７は、２つのセクション即ち第１のセクション１０６と第２のセクション１１０とを有するエンジン１０２および１０４のようなジェットエンジンの外側ファンダクトの概略図である。第１のセクション１０６は第１のフランジ１０８を有し、第２のセクション１１０は第２のフランジ１１２を有している。図８は、フランジ１０８および１１２において第２のセクション１１０に結合した第１のセクション１０６を例示している。図９は、これを詳細に示しており、特に拡大図において、第２のフランジ１１２に結合した第１のセクションの第１のフランジ１０８が、例えばボルト、リベットなどであり得る固定手段１１４により第２のセクション１１０の第２のフランジ１１２に結合されているのを示している。
【００４１】
図６〜９に示されているのは例示のみを目的とした概略図であり、本発明は、航空機および他の用途における曲線状の構造にフランジを形成する用途を見出すことが理解されるであろう。
【００４２】
図１０Ａおよび１０Ｂは、上述の複合構造体に適した用途の例である航空機のダクトの更なる概略図である。例示されているそれぞれのダクトは、互いにフランジで結合された別々の中空構造を示す複数のセクションＡ１に分割されている。フランジは、ダクトをその周囲でフィットする他の同心の中空構造体に取り付けるのにも使用される。ダクトは平行な円柱ではなく、部分的には樽の形状でありテーパーの形状であることが図１０Ａおよび１０Ｂから明らかである。従って、上記の実施形態は円柱形状のダクトに関連しているが、上記の方法によって作製される製品は、円形および平行な壁面以外の形状をも有し得ることが理解されるであろう。例えば、ダクトは楕円の断面を有し、及び／又はダクトの壁面はテーパー状であり得若しくは壁面は樽の形状であり得る。例えば、樽の形状の本体では、複合材のタイル９の第２の部分９Ｂの側端部は、直線又は曲線であり得る。タイルの第１の部分９Ａおよび第２の部分９Ｂの側端部の形状は、複合構造体のダクトセクションに形成されるときに、隣接するタイルの第２の部分９Ｂの側端部が確実に隣に接するように、複合構造体の最終形状によって決定される。
【００４３】
曲線状以外の形状を有するダクトおよびフランジは、例えば、六角形、八角形などの角度のある角を有する断面形状を上記の方法により作製することができる。このような形状の場合には、タイルは全て直線の端部を有している。
【００４４】
上記実施形態は、上記に詳細に記述されているけれども、一度上記開示が理解されると、種々の変形および改良が、当業者に明らかになるであろう。以下の特許請求の範囲は、それらの均等物とともに、このような変形と改良の全てを包含しているとして説明されることを意図している。
【符号の説明】
【００４５】
１  中空構造体
３  フランジ
５  中空本体
９Ａ  第１の部分
９Ｂ  第２の部分
９  タイル
１１  曲線状端部
１２  直線状端部
１３  複合材料積層体
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  層
Ｃ１  曲線部
Ｃ２  曲線部
１５Ａ  隔膜
１５Ｂ  隔膜
１７Ａ  真空ポート
１７Ｂ  真空ポート
１９  隔膜パック
２３Ａ  上部面
２３Ｂ  ボア
１００  航空機
１０２  第１のエンジン
１０４  第２のエンジン
１０６  第１のセクション
１１０  第２のセクション
１０８  第１のフランジ
１１２  第２のフランジ
１１４  固定手段
【図１】
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【図２Ａ−２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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