(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材コンポーネントを接合する方法であって、
各々の複合材コンポーネントが硬化されないか又は部分的に硬化された部分を有する、２つの別個の複合材コンポーネント（５０，５２，５３，５５，５６，７０，７４）を提供する、工程と、
前記２つの複合材コンポーネント（５０，５２，５３，５５）の前記部分同士を互いに近接した関係に配置し、これにより、それらの間に接合領域を提供する、工程と、
前記接合領域の上に、変位可能なアバットメントフェース（５，６）を含む少なくとも一つの圧力室（３，４，６６，６８，８０）を配置する、工程と、
昇温され昇圧された流体を前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）を通して循環させ、これにより、前記圧力室の前記変位可能なアバットメントフェース（５，６）で前記接合領域を圧縮すると共にその温度を上昇させて前記接合領域の硬化を行う、工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも硬化樹脂を含む接合材料（６４，８２）を前記接合領域に付与する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）内の圧力を周期的に変動させる工程を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記変位可能なアバットメントフェース（５，６）は、弾性的に変形可能なシート材料で形成された弾性的に変形可能な膜によって提供される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記変位可能なアバットメントフェース（５，６）は、別個の可撓な膨張バッグによって提供される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記接合領域又は接着領域の反対側に変位可能なアバットメントフェース（６）を持つ第２圧力室（４，６８，８０）を配置する工程を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
各圧力室（３，４，６６，６８，８０）内の流体圧力は少なくとも略同じである、請求項６記載の方法。
【請求項８】
接合される前記コンポーネント（５０，５２，５３，５５，５６，７０，７４）を少なくとも一つの固定ジグ（７２）を用いて整合配置する工程であって、前記少なくとも一つの圧力室（３，４，６６，６８，８０）は前記接合領域上への配置のために移動可能である、工程を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項９】
コンポーネントを接合するための装置と、接合される複数のコンポーネント（５０，５２，５３，５５，５６，７０，７４）との組み合わせにおいて、
各々の前記コンポーネント（５０，５２，５３，５５，５６，７０，７４）が硬化されないか又は部分的に硬化された部分を有し、
変位可能なアバットメントフェース（５，６）を持つ少なくとも一つの圧力室（３，４，６６，６８，８０）と、
二つの別個のコンポーネント（５０，５２，５３，５５，５６，７０，７４）の前記部分同士を近接した関係に配置することにより提供された接合領域の上に前記圧力室を配置するための配置手段（７６）と、
前記接合領域を圧縮してその硬化又は接着を行うために、前記少なくとも一つの圧力室（３，４，６６，６８，８０）を通して昇温され昇圧された流体を循環させるための流体循環手段と、
を備えたことを特徴とする組み合わせ。
【請求項１０】
前記変位可能なアバットメントフェース（５，６）は、弾性的に変形可能なシート材料で形成された弾性的に変形可能な膜によって提供されている、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項１１】
前記変位可能なアバットメントフェース（５，６）は、別個の可撓な膨張バッグによって提供されている、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項１２】
前記変位可能なアバットメントフェース（５，６）は、前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）の残りの部分に浮動の関係にて支持された剛性のモールドフェースによって提供されている、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項１３】
前記流体循環手段は、流体供給ラインを介して前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）に流体を循環させるための流体ポンプ、及び循環される流体を収容する少なくとも一つの流体リザーバを含む、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項１４】
前記流体リザーバに連通してその内部の流体を加圧するための圧縮ガス源を含む、請求項１３記載の組み合わせ。
【請求項１５】
複数の流体リザーバを含み、各リザーバがそれぞれ異なる温度の流体を収容する、請求項１３又は１４に記載の組み合わせ。
【請求項１６】
前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）内で、圧力又は圧力波効果を周期的に変動させるための振動手段を含む、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項１７】
前記振動手段は、前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）に取り付けられたバイブレーターを含む、請求項１６記載の組み合わせ。
【請求項１８】
前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）への流体の流れを周期的に遮断するための遮断弁の形体の振動手段を含む、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項１９】
前記振動手段は、前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）又はその中を循環する流体に周期的な衝撃力を与えるための周期的衝撃装置を含む、請求項１８記載の組み合わせ。
【請求項２０】
接合される前記コンポーネント（５０，５２，５３，５５，５６，７０，７４）を整合配置するための少なくとも一つの固定ジグ（７２）をさらに含み、前記配置手段は、前記接合領域上への配置のために前記少なくとも一つの圧力室（３，４，６６，６８，８０）を移動可能としている、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項２１】
前記接合領域又は接着領域の両側に配置可能である変位可能なアバットメントフェースを持つ二つの前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）を含む、請求項９記載の組み合わせ。
【請求項２２】
前記アバットメントフェース（５，６）に近接し又は前記アバットメントフェースと一体に配置された、少なくとも一つの補助の流体室を含み、流体は、差異化された加熱／冷却のために、前記補助の流体室を介して異なる温度にて前記圧力室（３，４，６６，６８，８０）内の流体に循環される、請求項９記載の組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  本発明は、概ね、金属や複合材のような材料からできたコンポーネントのための製造及び修理システムに関する。本発明は、航空産業での用途に適用可能であり、該用途との関係で本発明を説明するが、本発明はまた、産業全般に適用可能であることを理解されたい。
【０００２】  近年の航空機の機体は種々の材料にて構成することができる。一般的に使用されている材料には、アルミニウムやその他の金属が含まれ、複合材料もまた種々の航空機コンポーネントを製造するために現在使用されている。
【０００３】  機体及び航空機コンポーネントの高精度特性は、特別な製造方法の使用を要求する。さらに、そのような機体又はコンポーネントを修理するために特別な装置が必要とされる。本発明は、複合材及び金属コンポーネントを修理し、接合し、製造するためのシステムに関する。本発明を航空産業での用途との関係で説明するが、本発明はまた、その他の応用にも適用可能である。
【０００４】  「複合材」という用語は、産業界において、繊維材料に熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含浸させて積層体又は複数層を形成することで製造されたコンポーネントを特定するために使用される。複合材は、胴体、翼、テールフィン、ドア等の航空機コンポーネントを提供するために航空宇宙産業で幅広く使用されている。その理由は、複合材コンポーネントが、比較的軽量であると同時に金属に比して構造強度が高いという物理的特性を備えているからである。そのような複合材コンポーネントは、典型的には、外側及び内側スキンで被覆されたハニカムコアを持つサンドイッチ構造を備えている。
【０００５】  そのような複合材コンポーネントを少なくとも部分的に及び全体的に通る孔を修理することが可能である。一般的な手法では、損傷した部分を航空機から取り外し、真空バッグを持つ電気ブランケットを用いて孔を修理する。未硬化の樹脂が含浸された繊維材料の層で形成された「プレプレッグ」で、修理すべき領域を覆う。プレプレッグを硬化するために電気ブランケットで該領域を加熱する。真空バッグは、電気ブランケットを修理領域に保持すると同時に、プレプレッグに圧縮力を与える。
【０００６】  しかしながら、この手法を用いた修理は、必ずしも常に満足のいくものであるとは言えなかった。それは、電気ブランケットにより加えられる熱の不一致が硬化の信頼性を損なうためである。また、真空バッグ圧縮の使用はプレプレッグからエアーを除去する上で必ずしも効果的ではなく、修理領域が十分にボイドフリーにならないからである。
【０００７】  複合材コンポーネントを製造する現在の手法は、硬化のためのオートクレーブを使用する。これは、この手法によって製造することができる複合材の最大寸法を、オートクレーブの最大実効寸法に制限してしまう。このため、軍用ジェット戦闘機のような航空機の胴体の製造において複合材コンポーネントを使用することが可能ではあるが、これまでのところ、寸法上の制限及び大型オートクレーブのコストの問題から、商用輸送旅客機のような大型航空機の胴体を複合材コンポーネントを用いて製造することが極めて困難で実際上不可能であった。該胴体は、後に接合しなければならない多くの別体の胴体セクションから作り上げなければならない。オートクレーブ手法を用いて製造された複合材コンポーネントはさらに完全に硬化される。そのような完全に硬化された２つのコンポーネントが引き続いて接合される場合には、二次接着性能の劣化がもたらされる。そのような二次接着は、接合領域及び部品が同時に完全に硬化される場合の接着とは同じ強、度にはならない。このようにして接合された複合材は、二次接着時に層間剥離を起こしてバラバラになりやすい。
【０００８】  オートクレーブ手法はまた、接着剤を用いて各種の金属セクション又は部品を接着する必要がある場合に、金属から作られた複合材を製造する際にも使用される。ここでもまた、この手法を用いて製造できる金属コンポーネントの寸法がオートクレーブの寸法によって制限される。また、コンポーネント全体を加熱し、冷却する必要があるために、接合された金属コンポーネント中に歪みが発生するリスクがある。
【０００９】  複合材、金属、又は他の材料から作られた航空機コンポーネントを修理するための改良されたシステムを提供できることが有益である。
【００１０】  さらにまた、製造プロセスにおいてオートクレーブを必要とすることなく、複合材、金属、又は他の材料から作られた航空機コンポーネントを接着し、形成することができれば有益である。
【００１１】  そこで、本発明の第１の目的は、複合材コンポーネントを修理するための改良された手法及び装置を提供することにある。
【００１２】  これを念頭において、本発明の一つの特徴によれば、損傷領域を持つ複合材コンポーネントを修理する方法であって、
損傷領域の上に複合材レイアップを置く工程と、
損傷領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、
圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、圧力室のアバットメントフェースと複合材との間のレイアップを圧縮すると共にその温度を上昇させてレイアップの硬化を行う工程と、を備えた方法が提供される。
【００１３】  複合材レイアップは、硬化樹脂が付与された繊維材料層を含む標準ラミネートでも良い。それに代えて、複合材レイアップは、硬化樹脂を予め含浸させたプレプレッグでもい。
【００１４】  アバットメントフェースは、弾性的に変形可能なシート材料で形成された弾性的に変形可能な膜によって提供され得る。例えば、シリコーンのようなラバー又は同等の高温ラバー又はプラスチックが使用され得る。
【００１５】  弾性的に変形可能な膜を用いた圧力室を持つ利点は、複合材レイアップの厚さの変化に対処できると同時にレイアップ全体にわたって均一な圧力を提供できることである。これは、レイアップからの空気の排除及び過剰樹脂の排除を促進する。そのため、結果として得られた修理された領域には気泡がほとんどなく或いはまったくなく、修理の改善が図られる。
【００１６】  水やオイルのような流体を循環させて加熱機構として使用することで、より均等な熱伝達がレイアップに対して行われる。圧力室のアバットメントフェースを介して迅速な熱伝達が行われる。さらに、加熱された流体の循環によって、レイアップの薄い領域及び厚い領域の両方を同じ一般的な温度及び熱エネルギーにて加熱しながら、複合材レイアップのすべての領域を、より均等な温度とすることができる。
【００１７】  それに代えて、圧力室の残りの部分に浮動の関係にて支持された剛性のモールドフェースによってアバットメントフェースを提供することができる。例えば、圧力室の残りの部分にモールドフェースを相互接続する、周囲が弾性的に変形可能又は可撓なフランジによってモールドフェースを支持することができる。
【００１８】  本方法は、好ましくは、圧力室内の圧力を周期的に変動させる工程をさらに含む。こにより、アバットメントフェースに振動圧力波が与えられて複合材レイアップが振動環境下に置かれ、レイアップからの空気の除去が促進される。その結果、修理された領域は、硬化された複合材レイアップ内には気泡がほとんどないか或いはまったくなく、樹脂対繊維の比が比較的均一となる。
【００１９】  アバットメントフェースが弾性的に変形可能な膜である場合、「コール」プレート又は表面輪郭に一層正確な別個のモールドを、圧力室のアバットメントフェースとレイアップとの間に配置することができる。修理工程の際に、コールプレートと複合材コンポーネントとの間に複合材レイアップを挟み込むことができる。このコールプレート又はモールドは、ひとたび修理された複合材コンポーネントの表面形状に一致する表面を提供するように成形することができる。そのようなコールプレートは、そのコンポーネントの空気力学的な円滑さを確保する必要がある場合に使用することができる。振動圧力波が使用される場合には、圧力波は、レイアップを圧縮し、レイアップの上の位置にあるときにコールプレートの形にレイアップを固めることを助けることができる。
【００２０】  浮動の剛性モールドフェースを持つアバットメントフェースの使用はまたコールプレートと同様に機能し、モールドフェースは、複合材コンポーネントを成形するための表面を提供する。
【００２１】  上述の方法は、複合材コンポーネントがへこまされた時及び複合材コンポーネントが完全に貫通された時の両方で使用できる。しかしながら、後者の場合には、修理される側と反対側の孔の一側に初期パッチを設ける必要があるかも知れない。これは、複合材コンポーネントが修理される際に、損傷領域からの樹脂の損失等を防止する。従って、ひとたび孔の反対側にパッチが付与されると、本発明による方法を複合材コンポーネントの損傷領域の修理に使用することができる。それに代えて、パッチを複合材レイアップと同時に付与することもできる。
【００２２】  従って、多くの異なる修理シーケンスを使用することができる。
【００２３】  ａ）  損傷領域の一方の側に最初のパッチを置き、本発明による方法及び装置を用いて損傷領域の反対側を修理する。
【００２４】  ｂ）  本発明による方法及び装置を用いて損傷領域の各側を修理する。
【００２５】  ｃ）  本発明による方法及び装置を用いて損傷領域の両側を同時に修理する。
【００２６】  最も好ましい修理方法は、複合材部品の外側スキンの上にモールド又はコールプレートを置き、その部品を裏面から圧縮して、厚さの不完全さはすべて裏面に反映されるようにする。
【００２７】  修理すべき損傷領域に加えられる圧力のバランスをとるために第２圧力源を設けることもまた好ましい。
【００２８】  第１及び第２圧力室の間に損傷領域が位置するように、第２圧力容器を、複合材コンポーネントの損傷領域の反対側で第１圧力室の反対側に配置することができる。第２圧力室もまた、変位可能なアバットメントフェースを持つことができる。第２圧力室のアバットメントフェースは弾性的に変形可能な膜かも知れない。それに代えて、アバットメントフェースは、修理すべき複合材部品の形状に合致した形状を持つ浮動で比較的剛性のフェースを持つかも知れない。
【００２９】  複合材コンポーネントの修理の際に、第１及び第２圧力室を複合材の損傷領域の両側に配置して、第２圧力室から、第１圧力室により加えられる力と等しく且つ反対向きの力を複合材コンポーネントに加えても良い。
【００３０】  圧力室の構造は強度が高く、耐漏性を持つ必要があるが、均衡した圧力を使用することにより、比較的軽い構造であると同時に、対向する圧力室のアバットメントフェースが大きな力及び高い圧力に抗することできるようになる。そのため、アバットメントフェースは、より少ない熱エネルギーで加熱され、より少ない熱エネルギー損失で冷却され得る。従って、硬化を実行するための全熱エネルギー及び硬化時間を最少化することができる。
【００３１】  もちろん、第２圧力室は、複合材コンポーネントの反対側に損傷領域のためのパッチを提供する複合材レイアップを硬化するように機能することもできる。
【００３２】  しかしながら、均衡した圧力を提供することは本発明にとって重要ではなく、本方法は、圧力室によって複合材コンポーネントに加えられる圧力ひいては力を比較的小さくすることで、この均衡した力を用いること無しで実施することができることに留意されたい。
【００３３】  また、複合材レイアップに代えて金属パッチを使用することにより、同様の方法を金属コンポーネントの修理に用いることができることにも留意されたい。
【００３４】  従って、本発明の他の特徴によれば、損傷領域を持つ金属コンポーネントを修理する方法であって、損傷領域の上に接着剤を持つ金属パッチを置く工程と、損傷領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、圧力室のアバットメントフェースと金属コンポーネントとの間の金属パッチを圧縮して成形し、その温度を上昇させて金属パッチの圧縮、成形、及び接着を行う工程と、を備えた方法が提供される。修理されるコンポーネントについての真空をプロセス中に提供することも有益である。この金属コンポーネントの修理方法を使用する利点は、複合材コンポーネントに対してこの修理方法を使用する場合と同じである。特に、圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させることにより、金属パッチへの圧力を比較的均一にし、パッチ全体の温度分布を比較的均一にすることができる。これは、弾性的に変形可能な膜によって提供された圧力室のアバットメントフェースによって促進することができる。
【００３５】  さらに、圧力室内の圧力を周期的に変動させることができる。これは、金属パッチと金属コンポーネントとの間の接着剤からの気泡の除去を助け、結果として得られた接着の中の気泡を最少化することができる。
【００３６】  さらに、複合材コンポーネントの修理にコールプレートを使用することができ、コールプレートと金属コンポーネントとの間に金属パッチが挟み込まれる。しかしながら、もしも修理にコールプレートを使用するならば、金属パッチが付与されるべき金属コンポーネントの表面は、金属パッチの深さまで凹んでいるか窪んでいることが好ましい。これは、修理された領域に平滑な仕上げを施すことを助ける。
【００３７】  本発明のさらなる特徴によれば、コンポーネント上の損傷領域を修理するための装置であって、変位可能なアバットメントフェースを持つ少なくとも一つの圧力室と、少なくとも一つの圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させるための流体循環手段と、圧力室のアバットメントフェースを損傷領域に近接させて損傷領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置するための配置手段と、を備えた装置が提供される。
【００３８】  圧力室はハウジングを含み、ハウジングの一側に変位可能なアバットメントフェースを設けることもできる。変位可能なアバットメントフェースは弾性的に変形可能な膜でも良く、又は、前述したように浮動で剛性のモールドフェースによって提供されても良い。このハウジングは、修理される複合材又は金属コンポーネントの形状に概ね合致させて成形しても良い。例えば、ハウジングは、胴体パネルの湾曲面の概略形状に対応させて、断面で見たときに概ね弓形の形状にすることができる。
【００３９】  それに代えて、ハウジングは、翼又テールフィンのエッジを修理できるようにするために「Ｕ型」の断面形状でも良い。他の形状もまた考えられる。ハウジングは複合材又は金属コンポーネントの形状に正確に従っている必要はない点に留意されたい。なぜなら、アバットメントフェースはコンポーネントの形状に合致するための十分な「順応性」を持っているからである。
【００４０】  それに代えて、圧力室ハウジングを一つ又は複数のポイントで蝶番式に取り付けて、ハウジングを複合材又は金属コンポーネントに、より近接して適合するように調整できるようにしても良い。
【００４１】  上記構成において、弾性的に変形可能な膜をハウジングに直接固定して圧力室を形成することもできる。しかしながら、それに代えて、ハウジングにより支持された内部の可撓性膨張バッグによって弾性的に変形可能なフェースを提供することもできる。
【００４２】  流体循環手段は、流体供給ラインを介して圧力室から又は圧力室へ流体を循環させるための流体ポンプ、及び循環させる流体を収容する少なくとも一つの流体リザーバを含んでいても良い。
【００４３】  流体は、流体リザーバに供給される圧縮ガスによって加圧することができる。圧縮ガス源がガスラインを介して流体リザーバに通じていても良い。一連の流体リザーバを設け、それぞれが異なる温度の流体を収容していても良い。これにより、流体の所要温度に応じて異なる流体リザーバから流体を供給することができるので、圧力室を通して循環される流体の温度を迅速に変更することが可能になる。従って、複合材を硬化温度まで迅速に加熱し、続いて、修理されたもの及び周囲のラミネートを、ホットスポットを残すことなく、ひいては歪みを残すことなく迅速に冷却して、より優れた硬化プロセスを達成することができる。それに代えて、サイクルを完成させるようにして、流体を加熱するためのヒーターを持つ一つの流体源及び流体を冷却するための熱交換器を使用することもできる。
【００４４】  本装置は、さらに、圧力室又は各圧力室の内部の圧力を周期的に変動させる振動又は衝撃手段を含んでも良い。一つの構成例としては、圧力室は、圧力室を振動させるためにそこに固定された音波又は超音波バイブレーターを含み、これにより、複合材レイアップが振動環境に置かれる。それに代えて、圧力室を介した流体の流れを周期的に遮断して、「ウォーターハンマー」として一般に知られている圧力波効果を生成するために使用される遮断弁によって振動を達成することも可能である。圧力効果を達成するための他の方法としては、周期的衝撃装置を用いることができる。これは、例えば、剛性のモールドそれ自身に対して、又は圧力室の流体の内部に吊下されたプレート又は圧力室の構造体に設けられたプレートに対して周期的衝撃力を与える「ジャックハンマー」又は「リベットガン」を含むことができる。圧力室内の圧力に周期的振動又は圧力波効果を生じさせるためのその他の手段もまた考えられる。
【００４５】  本装置は、損傷領域に対して均衡した圧力を与えることができるように、二つの前記圧力室を含んでいても良い。従って、配置手段が、損傷領域の両側に圧力室をそれぞれ配置するかも知れない。
【００４６】  本装置は航空機の上にてその場で使用することが可能であり、修理すべきコンポーネントを航空機から取り外す必要がない。従って、この目的のために配置手段が選定される。例えば、損傷領域の上に圧力室を配置するために真空パッドを使用することができる。さらに、装置を所定の位置に保持し、パッチを圧縮し、さらに修理物からの空気の除去を支援するために、パッチそれ自身に真空が用いられるかも知れない。
【００４７】  それに代えて、修理される航空機のセクション上に圧力室をラインでくくりつけることもできる。さらに、装置を支持するために別個の自立構造を設けることもできる。
【００４８】  その場で修理することの利点は、航空機から取り外して修理するための除去作業及びそれによるロスタイムを生じさせることなく、滑走路上で航空機の上で複合材又は金属コンポーネントを修理することができる点である。
【００４９】  本発明による修理方法は、また、複合材コンポーネント部品の製造にも容易に適合させることができる。
【００５０】  そこで、本発明の第２の目的は、複合材コンポーネントを接合するための改良された方法及び装置を提供することにある。
【００５１】  これを念頭に置いて、本発明のさらに他の特徴によれば、複合材コンポーネントを接合する方法であって、２つの別個の複合材コンポーネントを近接した関係に配置し、これにより、それらの間に接合領域を提供する、工程と、少なくとも硬化樹脂を含む接合材料を接合領域に付与する工程と、接合領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、圧力室の変位可能なアバットメントフェースで接合領域を圧縮し、その温度を上昇させて接合領域の硬化を行う、工程と、を備えた方法が提供される。
【００５２】  複合材コンポーネントは、それらの間に接合領域を提供するために近接した関係で配置された縁部を含んでいても良い。二つの複合材コンポーネントはひとたび接合されると単一の連続したパネルを形成する。
【００５３】  それに代えて、一方の前記複合材コンポーネントの縁部が、他方のコンポーネント、例えばライトアングルジョイントのフェースに近接して配置されるかも知れない。この場合、二つの複合材コンポーネントによって定義されるコーナー領域が接合領域となり得る。他方のコンポーネントのフェースから延びる複合材コンポーネントは、例えば、機体又はコンポーネント部品の内部パネル上の支持リブかも知れない。
【００５４】  接合材料は、硬化されていないラミネート又はプレプレッグかも知れないし、接合領域にわたる位置に溶融され又は硬化されることもできる。しかしながら、その他の接合材料を使用することもできる。例えば、熱可塑性シートが、圧力によって押圧され、熱によって接合領域の位置に溶融される。それに代えて、樹脂トランスファーモールドアプローチを使用して、真空下で接合領域に樹脂が引き出されてコンポーネントの浸潤及び接合が行われるようにすることもできる。さらにまた、樹脂インジェクションモールディングアプローチを使用することもできる。この場合、負荷を保持するために乾燥ファイバが使用され、圧力により樹脂が接合領域に供給される。
【００５５】  圧力室の残りの部分に浮動の関係で支持された剛性モールドフェースによって、圧力室の変位可能なアバットメントフェースを提供することもできる。例えば、弾性的に変形可能なフランジが剛性のモールドフェースを圧力室の残りの部分に相互接続するかも知れない。剛性のモールドフェースが、複合材レイアップの表面に適合した正確なプロファイルを提供するかも知れない。
【００５６】  モールドフェースは、接合領域の表面を形成するために機能する表面を持っている。例えば、複合材コンポーネントを接合して連続的なパネルを形成する場合、モールドフェースは、接合領域が、各複合材コンポーネント部品の表面の残りの部分と同じ空気力学的平滑さを持つことを確実にするかも知れない。
【００５７】  しかしながら、接合領域に圧力を与えるための弾性的に変形可能な膜を圧力室が持つことも可能である。接合領域に対して精密な形状及び高度の平滑さが要求される場合には、コールプレート又は別個に配置されて正確に整合されたモールドを膜と接合領域との間に使用することも可能である。
【００５８】  連続的なパネルを製造するための複合材コンポーネントの縁部を硬化しないままにしておくか、或いは部分的にのみ硬化することによって、二次接着の問題を解消することができる。これは、複合材コンポーネントを製造するためにオートクレーブを使用する場合には容易には行えない。なぜなら、硬化率及び硬化温度をコンポーネント全体にわたって制御することが容易ではないからである。
【００５９】  「共硬化」接着を実施するためにオートクレーブを使用する場合には、ジグ及び／又は他の固定具を用いて部品を正確な位置に配置しなければならない。このジグは、オートクレーブの内部へ移動できるように、部品と共に輸送可能でなければならない。これは、ジグで保持された部品の事後的な不整合及び歪みが発生する可能性があることを意味する。比較すると、本発明においては、ジグを移動させる必要がないので、ジグ及び／又は固定具を、コンクリートの床のような頑丈な表面に永久的に固定することができる。従って、部品は、ジグの事後的な移動の必要無しに、正確に整合させることができる。これにより、製造公差をより小さくすることができる。
【００６０】  参考としてその詳細がここに組み込まれている本出願人のオーストラリア特許第６９７６７８号には、コンポーネントの硬化率の変化を許容する複合材コンポーネントの製造方法が記載されている。これは、記載された方法において、コンポーネントを硬化するために使用される流体の温度及び循環流を制御することによって達成することができる。従って、未硬化状態にしておくか又は部分的にのみ硬化することが許される縁部を除いて、コンポーネントを完全に硬化することができる。このようにして製造された複合材コンポーネントが本発明によって接合される場合、結果として得られた接合領域は二次接着ではない。これは、接合材料が完全な機械的及び化学的接着を生じ、接合される各コンポーネントの縁部が同時に完全に硬化されるからである。
【００６１】  第２圧力室によって接合領域の反対側に均衡用の圧力を与えることができる。第２圧力室は、接合領域に係合するための弾性的に変形可能な膜の形体のアバットメントフェースを含んでいるかも知れない。
【００６２】  接合領域の両側に圧力室を設けて、対向する均衡した力をそこに与えることによって、接合領域の歪みを抑制することができる。
【００６３】  圧力室又は各圧力室が接合領域に配置されると、上述した修理方法及び装置における様式と同じ様式にて、圧力室を通して流体が昇温昇圧下で循環され得る。また同様に、圧力を周期的に変化させて、アバットメントフェース及びひいては接合領域に対して、振動圧力波を提供することもできる。
【００６４】  また、製造される部品の差異化された加熱又は冷却を達成することもできる。これは、例えば、アバットメントフェースに近接して又は一体に配置された別個の流体バッグ、袋又は管によって提供された補助の流体室を用いて達成することができる。流体は、補助の流体室を介して異なる温度で圧力室に循環されるかも知れない。従って、補助の流体室に近接した部品の領域は、部品の残りの部分と比較して異なる率で硬化され得る。これは、部品の縁部を未硬化状態にしておくか又は部分的に硬化するために使用されるかも知れない。それはまた、部品の本体内の特定の領域を部分的に硬化して、引き続いて該領域にコンポーネントを接着することを可能とする。
【００６５】  上述した方法はまた、別個の金属コンポーネントを一体に接着するために適用することもできる。
【００６６】  そこで、本発明の更なる特徴によれば、金属コンポーネントを接着する方法であって、
２つの別個の金属コンポーネントを近接した関係に配置し、これにより、それらの間に接着領域を提供する、工程と、
少なくとも一つの金属セクション及び接着剤を含む接着材料を接合領域に付与する工程と、
接着領域の上に少なくとも一つの圧力室を配置する工程であって、圧力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、
圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、圧力室の変位可能なアバットメントフェースで接着領域を圧縮し、その温度を上昇させて接着領域の接着を行う、工程と、を備えた方法が提供される。
【００６７】  二つの金属コンポーネントが単一の連続したパネルに接着される場合、金属セクションは細長の金属ストリップセクションかも知れない。しかしながら、一つの金属コンポーネントの縁部が他のコンポーネントのフェースに角度を持って接着される場合、二つの金属アングルセクションが提供され、一つは二つのコンポーネントの間に定義された各コーナーに配置される。
【００６８】  そこで、本発明の他の特徴によれば、変位可能なアバットメントフェースを持つ少なくとも一つの圧力室と、
二つの別個のコンポーネントを近接した関係に配置することにより提供された接合領域の上に圧力室を配置するための配置手段と、
接合領域を圧縮してその硬化又は接着を行うために、少なくとも一つの圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させるための流体循環手段と、を備えた装置が提供される。
【００６９】  本装置は、さらに、追加の圧力室、及び、他方の圧力室に対して均衡する圧力を提供するために、追加の圧力室を接合領域の反対側に配置する配置手段を含んでもよい。
【００７０】  一方の圧力室のアバットメントフェースは浮動で剛性のモールドフェースの形体でも良く、他方の圧力室のアバットメントフェースは弾性的に変形可能であっても良い。
【００７１】  流体循環手段は、上述した修理装置のものと同じであっても良い。さらに、修理装置のように、圧力を周期的に変動させるために又は圧力室内に圧力波効果を生成するために、振動又は衝撃手段が含まれていても良い。
【００７２】  圧力室は、その一側にアバットメントフェースが設けられた細長の直線ハウジングを含むことができる。そのような圧力室は、近接したコンポーネントの間の直線接合領域のために使用される。
【００７３】  それに代えて圧力室は、その内周縁又は外周縁に設けられたアバットメントフェースを持つ環状ハウジングを有することができる。そのような圧力室は、航空機のための胴体セクション、或いはボート、潜水艦、又は他の大型構造物のハルセクションを接合するために使用され得る。
【００７４】  本発明による接合方法及び装置は、多くの別個の複合材又は金属パネルで形成された航空機の胴体全体のセクションを互いに接合するために使用することができる。この提案された発明は、もちろん、一体物に製造することが容易ではない複合材又は金属コンポーネントから他の大型構造物を製造するために使用することもできる。
【００７５】  本発明は、また、「トップハット」及び「Ｔ型」セクションのような金属セクションを金属パネル及び当業者に良く知られたセクションに接着するために適用することもできる。トップハットセクションは、機体の金属パネルを支持及び補強するために使用され、通常はリベットを用いて金属パネルに固定される。固定に先立ってパネル及びトップハットセクションを保持するために精巧なジグが必要とされる。それに代えて、オートクレーブ内で接着剤を用いてトップハットセクションを金属パネルに接着することができる。しかしながら、トップハットセクションは、オートクレーブ内でそれらに加えられる高い圧力に起因して、いくらか「平坦化する」傾向があることが見出されている。
【００７６】  そこで、本発明の他の目的は、トップハット及び他のセクションを金属パネルに接着するための改良された方法及び装置を提供することにある。
【００７７】  これを念頭において、本発明の更なる特徴によれば、セクションを金属パネルに接着する方法であって、セクションは中央部及び両側フランジ部を持ち、前記方法は、金属パネルとフランジ部との間に接着剤を付与し、セクションをそのフランジ部が金属パネルのすぐ近くになるように金属パネルに近接配置する工程と、フランジ部のそれぞれの上に各圧力室を配置する工程であって、各圧力室は変位可能なアバットメントフェースを含む、工程と、
各圧力室を通して昇温昇圧下で流体を循環させ、これにより、それぞれの圧力室の変位可能なアバットメントフェースでフランジ部を圧縮すると共にその温度を上昇させてフランジ部の金属パネルへの接着を行う、工程と、を備えた方法が提供される。
【００７８】  各圧力室内の温度及び圧力は同じであっても良い。これは、セクションに歪みが発生する可能性を低減する。既に述べたように、圧力室によって圧力変動を与えることもできる。
【００７９】  金属パネルの反対側は支持ジグで支えられているかも知れない。それに代えて、金属パネルの反対側は、オーストラリア特許第６９７６７８号に示されたものと同様の浮動モールドで支持されているかも知れない。
【００８０】  圧力を均衡させる対向圧力がジグ又は浮動モールドによってフランジ部に与えられるかも知れない。より詳細には、フランジ部に圧力を与えるものと同様の他の一対の圧力室によって、均衡させる圧力を与えることができる。さらにまた、対向する圧力室は、中間のジグ又は浮動モールドを必要とせずに、金属の反対側に圧力を直接与えることもできる。
【００８１】  セクションは、中央チャネル部を持つトップハットセクション又は当業者に良く知られた他のセクションかも知れない。それに代えて、セクションは、中央ウェブ部を持つ「Ｔ型」セクションかも知れない。
【００８２】  従って、本発明の更に他の特徴によれば、セクションを金属パネルに接着するための装置であって、セクションは中央チャネル部及び両側フランジ部を持ち、前記装置は、
互いに離間して平行な関係で配置された一対の細長の圧力室であって、各圧力室は変位可能なアバットメントフェースを持つ、一対の細長の圧力室を含み、
セクションの中央チャネル部は、セクションのフランジ部の上に各圧力室のアバットメントフェースをそれぞれ配置可能なようにして、圧力室同士の間に配置可能であり、フランジ部を金属パネルに圧縮して接着するために各圧力室を通して昇圧昇温下で流体を循環させるための流体循環手段を含む、装置が提供される。
【００８３】  本装置は、セクションの中央部をその中に収容する寸法の中央チャネルを持つ剛性の細長ハウジング、及び二つの圧力室の壁を提供する対向する側部チャネルで形成することもできる。各圧力室のアバットメントフェースを、弾性的に変形可能な膜によって提供することもできる。
【００８４】  流体循環手段を両圧力室に同時に連通させて、各圧力室内の流体の温度及び圧力を同一にすることができる。
【００８５】  金属パネル及び協働するセクションの意図された形状に従って、ハウジングは平坦かも知れないし、湾曲しているかも知れない。
【００８６】  本発明による一対の対向する装置を提供して、接着プロセスの際に、二つの装置の間に金属パネル及びセクションを配置可能とすることもできる。二つの装置は協働する湾曲を持っていても良く、これにより、それらの間に湾曲した態様でパネルを保持して金属パネルの最終プロファイルに適合させることもできる。従って、装置はパネルのためのジグとして機能する。
【００８７】  本発明はまた、ハニカム金属パネル又は接着された金属層で形成された金属パネルのような金属複合材の製造にも適用することができる。
【００８８】  そこで、本発明の更なる特徴によれば、金属複合材コンポーネントを製造する方法であって、
金属複合材料をその間にある接着剤と共に、対向する圧力室の間に配置する工程であって、各圧力室は変位可能なアバットメントフェースを持つ、工程と、
各圧力室を通して昇温症圧下で流体を循環させ、これにより、対向するアバットメントフェースの間の前記金属複合材料を曲げ、成形し、及び圧縮すると共に、前記金属複合材料の温度を上げて前記金属への前記接着剤の接着を行う、工程と、を備えた方法が提供される。
【００８９】  各アバットメントフェースと複合材料との間に空気ブリーザークロスを配置してそれらの間の空気の排除を促進することもできる。
【００９０】  一つのアバットメントフェースは、平坦な、或いは輪郭付けられた表面に湾曲が付与された浮動の圧力プレートの形体とすることができる。それに代えて、浮動モールドによってアバットメントフェースを提供することができる。弾性的に変形可能な膜によって反対側のアバットメントフェースを提供することができる。
【００９１】  本方法は、さらに、所望のプロファイル形状への金属複合材の成形／曲げを助けるために、各圧力室内に周期的な圧力変動を与える工程をさらに有することができる。
【００９２】  金属複合材は、例えば、その対向する面に金属スキンが設けられた中央金属ハニカムコアを含んでいても良い。各金属スキンと中央ハニカムコアとの間に接着剤を設けることができる。各金属スキンは、過剰の接着剤及び空気を複合材から逃すことができるように、複数のブリーダー孔を含んでいても良い。
【００９３】  それに代えて、金属複合材は、接着剤シートが間に設けられた複数の金属シート層を含んでいても良く、本方法は、金属シートを所望のプロファイルに接着し成形する。金属シートは、空気及び接着剤を逃すために複数の孔を含んでいるかも知れない。積層された材料の圧密を真空が助けるかも知れないが、これはプロセスを実行する上で必要ではない。
【００９４】  本発明の好ましい実施形態を示した添付図面を参照して本発明をさらに説明することが便利である。他の実施形態も可能であり、従って添付図面の詳細事項は本発明についての先行する記述の一般事項に取って代わるものと理解すべきではない。
【発明を実施するための形態】
【００９５】  複合材コンポーネント修理システム、複合材コンポーネント接合システム、金属コンポーネント接合システム、及び金属複合材パネル製造システムは、いずれも、同様の共通特徴を用いている。そこで、以下の記述は、特に断らない限り、これらのシステムのすべてに関連する。また、本発明の各種の実施形態における対応する特徴は、明瞭化するために概ね同一の参照番号を付している点にも留意されたい。
【００９６】  まず初めに図１を参照する。そこには、修理すべき損傷領域２を持つ複合材コンポーネント１の部分断面図が示されている。第１圧力室３が損傷領域２の一方の側に設けられ、第２圧力室４が、損傷領域２に近接する複合材部品１の他方の側に配置されている。
【００９７】  本発明が二つの複合材又は金属コンポーネント１を接合するために使用される場合、接合領域は第１及び第２圧力室３，４の間に配置されるであろう点に留意されたい。従って、これに関する記述及び本発明の以下の例の実施形態はまた、当該接合方法にも適用することができる。第１圧力室３は、弾性的に変形可能な膜５の形体の、変位可能なアバットメントフェース５を含んでいる。この膜は、シリコーン又は他の高温プラスチック又は材料のようなラバーで形成することができる。第２圧力室４は、同様に、弾性的に形成可能な膜の形体の、変位可能なアバットメントフェース６を含んでいる。硬化樹脂で含浸された複数層の積層材料で形成された複合材レイアップ７が、複合材コンポーネント１の一方の側に配置され、損傷領域２（又は接合領域）を架橋している。この複合材層７は、修理のための「パッチ」として機能する。複合材部品のスキン１０にギャップ９の形体で与えられた損傷は、パッチとして与えられた複合材レイアップ７と反対側にある。修理プロセスに先立って、ギャップ９の上には修理複合材レイアップ８が配置されている。このさらなる複合材レイアップ８もまた、硬化樹脂で含浸されている。複合材コンポーネント１は、ハニカム材料１２のコアが間に設けられた二つの外側スキン１０，１１のサンドイッチの形体である点に留意されたい。修理複合材レイアップ８は、ギャップ８を被覆すると共に複合材コンポーネント１のコア１２内に設けられたいかなるキャビティをも充填するのに十分な材料を含んでいる。
【００９８】  本発明による方法の実施の際に、各圧力室３，４のアバットメントフェース５，６は損傷領域２の両側のそれぞれに対して押し付けられる。そして、昇温昇圧下の流体が各圧力室３，４を通して循環され、これにより、各複合材レイアップ７，８が加圧され、各レイアップ内の樹脂の硬化が達成される。ピール層及びブリーザークロス（図示せず）をレイアップ７，８の間に配置して、各圧力室のアバットメントフェース６，５のレイアップ７，８からの分離を支援したり、過度の硬化樹脂をそこから除去できるようにすることも可能である。
【００９９】  図２は、図１と同様な構成を示しているが、第１圧力室３のアバットメントフェース５と修理複合材レイアップ８との間にコールプレート又は精密モールドが設けられている点で異なる。コールプレート１５は、修理時に複合材コンポーネント１の所望の形体に予備成形することができる比較的軟らかい金属で形成することができる。コールプレート１５は、修理時に、修理された複合材コンポーネント１の表面が所望の形を持つことを確実にする。これは、修理時に、コンポーネント表面１０が滑らかであることが要求される場合、例えば航空機又はボートでの適用において重要であり、そして圧力室は、硬いモールドに対して部品を所望の形に圧縮する際に最も効果的に機能する。モールドは圧力室に対して分離され又は分離可能であるので、部品を硬化するために圧力室により熱及び圧力が加えられる前に、まず最初にモールドを正確且つ堅固にフレームワークに配置して、部品を正確な整合にて保持することができる。このようにして、モールド、部品、ひいては硬化されたコンポーネントの最も正確な整合が可能となる。
【０１００】  図３は、本発明の他の可能な実施形態を示しており、これもまた図１及び図２に示した構成に似ている。主な違いは、第１圧力室３が、弾性的に変形可能なフランジ１８によって第１圧力室３の残りの部分に接合された浮動モールドフェース１７の形体のアバットメントフェース１５を持っている点である。浮動モールドフェース１７は、比較的硬く、修理複合材コンポーネント１が所要のプロファイル及び滑らかさを持っていることを確保することによって、図２のコール／モールドプレート１５と同じように機能する。
【０１０１】  前記構成のすべてにおいて、修理（又は接合）工程の際に第１及び第２圧力室３，４の両方の内部の流体に、周期的に変動する圧力波が与えられ、複合材レイアップ７，８からのエアーの除去が促進される。さらに、二つの圧力室を使用することにより、複合材コンポーネント１にバランスよく力を加えることができる。
【０１０２】  図４は、第１圧力室３の流体循環システム２０の各種コンポーネントを示している。図４には示されていないが、流体循環システム２０はまた、第２圧力室４に接続されていることにも留意されたい。
【０１０３】  このシステム２０は、温度の異なる流体を収容した三つの流体リザーバ２１，２２，２３を含んでいる。そのため、最も高い温度の流体は第１流体リザーバ２１に保持され、中間の温度の流体は第２流体リザーバ２２に保持され、冷たい流体２３は第３流体リザーバに収容されている。流体リザーバ２１，２２，２３のそれぞれは、圧縮空気源２４からの圧縮空気によって加圧されている。圧縮空気は、圧縮空気ライン２５を介して、第１及び第２流体リザーバ２１，２２の上部容量を相互接続する導管２６に送られる。同様の導管２７が第２及び第３流体リザーバ２２，２３を相互接続している。従って、同じ空気圧が流体リザーバのそれぞれの流体に加えられる。流体供給ライン２８は圧力室３に流体を供給し、流体戻りライン２９は流体を圧力室３から流体リザーバに還流する。流体ポンプ３０が圧力室３の真空側に設けられている。
【０１０４】  バイブレーター３１が圧力室３に取り付けられている。このバイブレーター３１は、圧力室３内に周期的に変動する圧力波を含み、これにより、複合材レイアップ７，８が振動環境におかれる。これは、複合材レイアップ７，８の積層された層の間からの気泡の除去を促進するように機能する。これはまた、頂部及び底部からの振動力のバランスをとることによって、或いは頂部及び底部の振動がまさに同時に同じ振動数及び同じ振幅で発生するようにバランスが取られた振動数を用いることによって、促進することができる。もしこの手法に従わない場合には、たった一つの振動源のみが供用され、これは、創造され又は形成されるべき精密な表面とは反対の可撓膜側から発せられる。
【０１０５】  図５は、航空機のための胴体セクション同士を接合するのに適した本発明を示している。これらの胴体セクション５０は、それら自身、本発明による方法によって接合された、より小さな一連の複合材パネルで形成することができる。それぞれが円形断面を持つ二つの胴体セクション５０がジグ上に支持され、一緒にされてそれらの間に接合領域が提供される。第１圧力室３は分割された環状リングの形体であり、第１圧力室３のアバットメントフェース５がその内周に配置されている。圧力室はまた、支持フレームワークに別個に配置されうる別個のバッグ又は膨張可能な袋で構成することもできる。第１圧力室３は、胴体セクション５０を全体的に取り囲んでいる。第２圧力室４は、胴体セクション５０の内部に置かれている。この第２圧力室４はまた、アバットメントフェース６がその外周に配置された環状リングの形体である。それ以外は、この胴体接合構成は、前述の修理及び接合方法と同様に機能する。
【０１０６】  図６ａ及び図６ｂは、本発明による航空機翼５２の製造シーケンスを示している。翼５２は、まず最初に頂部翼スキン５４を、頂部翼スキン５４のプロファイルを規定するモールド（図示せず）内に置く。飛行中に翼５２の頂部に加えられる負荷が大きいので、翼５２の頂部翼スキン部分は最初に製造される。翼スパー５５，５６は、本発明による方法で製造された接合部を用いて頂部翼スキン５４に接合される。この方法については、以下で、より詳細に説明する。底部翼スキン５３は、好ましくはモールド内に保持されながら、翼５２の残りの部分の上に置かれ、本発明により製造された更なる接合部６２によって翼スパー５５，５６に接合される。そして、接合部６２を製造するための接合材料６４は、底部翼スキン５３が頂部に置かれる前に、各翼スパー５５，５６の頂部の両側に最初に固定される。本発明による圧力室を提供するために、袋６６，６８が翼５２内の中空部に配置される。翼スキン５２，５３への翼スパー５５，５６の接合部６０，６２の接着を完了するために、加熱され、加圧された流体が袋６６，６８を介して循環される。これは、加圧を伴うかも知れないし、同時に、モールドへの歪み力を最小にするために頂部及び底部のモールド内の流体の圧力を伴うかも知れない。袋６６，６８は、接合部が形成された後にアクセスホールを介して翼５２から除去することができる。
【０１０７】  袋６６，６８は、図６ｂに示された翼スパー５５，５６間の翼５２内の全容積を充填することができる。しかしながら、より小さな袋／管又は他の流体室を容積内にジグで支持して使用することも考えられる。ジグは、接合されるべき領域に近接させて流体室を保持する。例えば、細長の流体室を、各接合部６０，６２に近接して翼スパーの容積内に配置されたジグによって配置することができる。そのような構成を用いることによって、使用後に翼５２から流体室を容易に除去することができる。翼スキン５２，５３及び翼スパー５５，５６は複合材料で形成することができる。図７は、図６ａ及び図６ｂに示されたタイプの横方向ジョイントにて複合材コンポーネントを接合するための方法及び装置を示している。この接合方法はまた、産業全般に適用されるので、そのような一般的な適用について説明する。
【０１０８】  図７は、ジグ７２上に支持された複合材パネル７０を示している。これに代えて、オーストラリア特許第６９７６７８号に記載されたタイプの浮動モールド上に複合材パネル７０を支持することもできる。複合材パネル７０，７４の間に規定されたコーナーのそれぞれに複合材ジョイントを付与することによって、第２複合材コンポーネント７４を第１複合材コンポーネントに接合することができる。
【０１０９】  本発明による装置７５は、ジョイントの長さに沿って延びる細長のハウジング７６を含み、ハウジング７６は弾性的に変形可能な膜７８を支持し、これにより、その中に圧力室８０が形成される。同様の圧力室８０がパネル７４の反対側に設けられ、ジョイントを硬化する際にパネル７４へ加えられる圧力がバランスする。これにより、パネル７４に圧力が加えられている際にパネル７４が動くことがない。しかしながら、圧力室８０の一方は、他方の圧力室８０と反対側のパネル７４の一側に配置されたジグによって置き換えることができる点に留意されたい。複合材ジョイント９０は、横方向パネル７４を定位置に保持するためにコーナーに樹脂の隅肉８２を最初に付与することで準備される。この樹脂隅肉８２は、また、樹脂浸潤クロス又はプレプレッグクロス８４の層を置くことができる湾曲部を提供する。この湾曲部は、最終的な複合材ジョイントに皺が形成される可能性を最小にする。樹脂で浸潤されたプレプレッグクロス又は乾燥ファブリックシート８４の上に、ピール層又はリリースクロス８６が設けられる。最後に、リリースクロスの上にブリーザークロス８８が設けられる。ピール層８６及びブリーザークロス８８の目的についてはすでに説明したのでここでは繰り返さない。ひとたび圧力室８０が各種層の上に配置されると、高温高圧の流体が圧力室８０を介して流れ、これにより、ジョイント材料が加熱され押圧される。さらに、各圧力室内で圧力を周期的に変動させる。同じ流体源から両方の圧力室８０へ供給することによって、横方向パネル７４全体に圧力をバランスさせ、パネル７４を変位させる力の発生を防止する。
【０１１０】  このようにして、ジョイント材料を、本発明による装置によって加熱し、硬化することができる。
【０１１１】  最終的な複合材ジョイント９０が図８に示されており、この図は複合材パネル７０，７４の間に形成されたコーナーに対してジョイント９０が圧縮されている様子を示している。応力が小さいジョイント９０の周縁よりも大きな応力を受けやすいコーナーにて複合材ジョイント９０がより厚くなるようにして、各種のプレプレッグ層が置かれる。
【０１１２】  本発明による方法及び装置は、金属コンポーネントを接合するために使用することもできる。金属コンポーネントを接合するために使用される装置７５は、図７に示されたような複合材コンポーネントを接合するために使用される装置と同一である。そこで、対応する特徴には同一の参照符号が付されている。主な違いは、二つの金属パネル９２，９４の間の横方向ジョイントを提供するために、異なる材料が使用される点である。ジョイント材料は金属アングルプレート９６を含み、アングルプレート９６と金属パネル９２，９４との間には接着剤が設けられている。ブリーザークロス８８が金属アングルプレート９６の上に設けられ、これにより、接着剤中に捕捉されたいかなる気泡の逃がしも可能となる。圧力室８０は、金属アングルプレート９６をパネル９２，９４に接着するように機能し、これによりジョイントが完成する。接着剤にてパネル９２，９４に接着された金属アングルプレート９６を持つ最終的なジョイントが図１０に示されている。アングルプレート９６を接着するこの方法は、接着剤を硬化するためにアッセンブリー全体をオートクレーブ内に入れる従来の方法に比べて、よりエネルギー効率が高く、より時間の無駄が少ない。また、アッセンブリー全体を加熱し、その後に冷却する必要がある場合には、ジョイント又は金属コンポーネントが歪んでしまう可能性がある。
【０１１３】  図９に示したような金属コンポーネント間のジョイントを形成する方法はまた、図１１に示したようなクローズアウト構成を接着するために使用することもできる。そのような構成はハニカム又は他の複合材パネルから形成され、パネル９８の周縁が絞られて薄いセクション１００が周囲に形成されている。金属アングルプレート９６は、パネルの周縁１００の間の接合領域に付与され得る。図１０に示したような複合材ジョイントはパネルの接合にも使用できる点に留意されたい。
【０１１４】  航空機産業で使用されている他の製造形態は、トップハット及び「Ｔ型」又は他のセクションで補強された金属パネルである。これらのセクションは現在、一般的に、金属パネルにリベットで留められている。この製造プロセスは、孔を穿ってリベットを装着する際にパネル及びセクションを所定の位置に保持するための複雑なジグを必要とする。これは、非常に時間を無駄にするプロセスになりうる。しかしながら、本発明は、そのようなトップハットセクションを金属パネルに迅速に固定することを可能とする。図１２は、左から右に向かって、トップハットセクション１０２を金属パネル１０４に固定するための各種工程を示している。金属パネル１０４は、オーストラリア特許第６９７６７８号に示されたタイプのジグ１０６又は浮動モールドで支持することができる。
【０１１５】  トップハットセクション１０２は、中央チャネル部１０６及び両側の周囲フランジ部１０８を含んでいる。本発明による装置１０９は、中央チャネル部１１２を持つ細長のハウジング１１０及び両側の側部チャネル１１５を含んでいる。中央チャネル部１１２は、トップハットセクション１０６の中央チャネル部１０７を収容するのに十分な寸法を有している。各側部チャネル１１５は、弾性的に変形可能な膜１１７を支持する。そのため、圧力室１１８が、側部チャネル１１５のそれぞれの中に設けられている。
【０１１６】  図１２の最も左側に示されているように、金属パネル１１４とトップハットセクション１０２のフランジ部１０８との間に接着剤１１９が置かれる。トップハットセクション１０２は、各フランジ部１０８の上に二つの圧力室１１８のそれぞれを適用させて金属パネル１０４に対して置かれる。加圧下で加熱流体を循環させることにより接着剤１１９が硬化され、これにより、トップハットセクション１０２を金属パネル１０４に接着することができる。トップハットセクション１０２の中央チャネル部１０７には圧力が加えられていないので、硬化プロセス中にトップハットセクション１０２が歪むことがない。
【０１１７】  図１２の最も右側に、最終的に固定されたトップハットセクション１０２が示されている。
【０１１８】  図１３は、図１２に示された方法の変形例を示しており、当該装置１０９がジグ１０６の両側に設けられており、これにより、圧力室１１８によってトップハットセクション１０２のフランジ部に加えられる圧力のバランスがとられる。
【０１１９】  図１４は、図１３の方法のさらなる変形例であり、ジグ１０６が除去されている。これは、両側の圧力室１１８が金属パネル１０６に対して均衡した力を与えるので、金属パネルを支持するためのジグが不要となったためである。さらに、例えば航空機の胴体の部品を形成するときに、装置１０９のハウジングをトップハットセクションの一般的な湾曲及びプロファイルに従って湾曲させて、金属パネル１０６をトップハットセクションに形成することもできる。
【０１２０】  両側の湾曲したハウジング１１０は金属パネルの両側に設けることができ、これにより、金属パネルを所定の位置に保持することでジグのように機能すると共に、トップハットセクション１０２のそこへの固定を可能として、トップハットセクションに金属パネルを形成する。図１５に模式的に示された構成は、トップハットセクション１０２をそこに固定する際に金属パネル１０４を所要の湾曲形状に維持するための複雑なジグを必要としない。
【０１２１】  本発明を金属複合材パネルを製造するために使用することもできる。図１６に示したように、製造すべきパネルの各種コンポーネントが、本発明による二つの圧力室（図示せず）の間に配置されている。一方の圧力室は浮動圧力プレート１２０を含んでおり、他方の圧力室は可撓袋１２２を含んでいる。製造すべきパネルのコンポーネントは、二つの金属スキン１２６の間に配置された中央ハニカムパネルコア１２４を含んでいる。完成したパネル１２１が図１７に示されている。接着剤が金属スキン１２６の上に噴霧され又はローラーで塗布され、本発明による方法は、金属スキンをハニカムコア１２４に接着するように機能する。さらにまた、可撓袋と一方の金属スキン１２６との間に、そこから空気を逃がすために、ブリーザークロス１２７が設けられている。さらに、本発明による方法は、金属パネル１２１を所要の形状に形成するように機能することもできる。例えば、図１７に示されたパネル１２１はコンプレックスカーブに形成されたものである。これは、形成プロセスに際に圧力室内の圧力を周期的に変動させることによって支援される。金属スキン１２６には、形成プロセスの際にパネル１２１のコアの内部から空気を逃すための複数の孔が設けられている。本発明による方法は、金属スキン１２６の両周縁を一緒に圧縮して接着することもできる。
【０１２２】  同様の手法を、接着層１３４が間に配置された複数層の有孔金属シート１３２から形成された複合材パネル１３０を製造するために使用することができる。図２０に示されているように、金属パネルに複数の孔１３３を穿設しても良い。金属パネルの圧縮及び形成の際に空気を確実に逃すために、接着剤層はそこから空気を逃すための通路１３６を含み、室温にて堅い又は弾性の構造であっても良い。圧縮及び形成がひとたび完了すると、部品が加熱されて接着剤が溶け、スキン同士が接着されてパネルが形成される。また、ケブラーのような補強材料を接着剤層１３４内に入れることもできる。
【０１２３】  本発明による方法及び装置は、アルミニウムシートのような金属の超塑性変形のような他の製造手法のために使用することもできる。約２５０℃の温度で、そのような材料は容易に変形する。これは、変形すべきシートを対向する圧力室間に配置し、上述した温度以上の流体を循環させ、それと共に、循環する流体内に圧力波効果又は周期的圧力変動を付与することによって達成される。各種の金属パネル層のために異なるタイプの金属を使用することができ、例えば、腐食及び浸食に耐えるように外側スキンを薄いチタンとし、軽量化及び製造容易化のために内側スキンをリチウムアルミニウムとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、複合材コンポーネントの修理に使用される本発明による方法の第１の好ましい実施形態を示した模式図である。
【図２】  図２は、複合材コンポーネントの修理に使用される本発明による方法の第２の好ましい実施形態を示した模式図である。
【図３】  図３は、複合材コンポーネントの修理に使用される本発明による方法の第３の好ましい実施形態を示した模式図である。
【図４】  図４は、本発明による装置のための流体循環回路を示した模式図である。
【図５】  図５は、本発明の第４の例の実施形態による航空機の胴体セクションを接合するための好ましい配置を示した模式図である。
【図６ａ】  図６ａは、本発明による航空機の翼の製造シーケンスを示した模式図である。
【図６ｂ】  図６ｂは、本発明による航空機の翼の製造シーケンスを示した模式図である。
【図７】  図７は、本発明の第５の好ましい実施形態による手法を用いた複合材パネルの横方向ジョイントを示した断面図である。
【図８】  図８は、図７の横方向ジョイントの完成時を示した断面図である。
【図９】  図９は、本発明の第６の好ましい実施形態による金属パネルの横方向ジョイントを示した断面図である。
【図１０】  図１０は、図９の横方向ジョイントの完成時を示した断面図である。
【図１１】  図１１は、図９に示した方法及び装置を用いたクローズアウトのための完成した横方向ジョイントを示した断面図である。
【図１２】  図１２は、本発明の第７の好ましい実施形態による、トップハットセクションの金属パネルへの接着シーケンスを示した模式断面図である。
【図１３】  図１３は、本発明の第８の好ましい実施形態による、トップハットセクションの金属パネルへの接着シーケンスを示した模式断面図である。
【図１４】  図１４は、本発明の第９の好ましい実施形態による、トップハットセクションの金属パネルへの接着シーケンスを示した模式断面図である。
【図１５】  図１５は、トップハットセクションを湾曲パネルに接着するために使用される、図１４に示した装置の模式側面図である。
【図１６】  図１６は、金属ハニカムコアを持つ金属複合材パネルを製造するために使用される、本発明の第１０の好ましい実施形態の模式断面図である。
【図１７】  図１７は、図１６に示した方法によって製造されたパネルを示した断面図である。
【図１８】  図１８は、複数層の金属シートで形成された金属複合材パネルを製造するために使用される、本発明の第１１の好ましい実施形態の模式断面図である。
【図１９】  図１９は、図１８に示した方法によって製造されたパネルを示した断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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