(57)【要約】      （修正有）【課題】成形中に複合部品のための成形ツールの形状を動的に変えるシステム及び方法の提供。【解決手段】成形ツール６００は、多層積層板１４０の第１の部分を保持する本体と、第１の部分１１２２に一直線に揃えて位置決めされる積層板１６０の第２の部分を保持するプラットフォーム６２０とを含み、積層板１６０の層の間にせん断応力が発生するように、積層板の成形中に第１の部分に対して第２の部分を再配置するバイアス装置を有する。【選択図】図６
2017193164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
多層積層板の第１の部分を保持する本体と、
前記第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた前記積層板の第２の部分を保持するプラットフォームと、
前記積層板の層の間にせん断応力が発生するように、前記積層板の成形中に前記第１の部分に対して前記第２の部分を再配置するバイアス装置と
を備える成形ツール
を備える装置。
【請求項２】
前記積層板を覆う真空バッグにより成形中に前記成形ツールに圧力が加えられる前に、前記プラットフォームが前記第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた前記積層板の前記第２の部分を保持し、
前記プラットフォームが成形中に前記積層板の形状を変えるように、前記バイアス装置が前記圧力に応じて前記プラットフォームを再配置する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バイアス装置が前記プラットフォームを垂直に動かすことによって、前記第２の部分を再配置する、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プラットフォームが横方向の隙間によって前記本体から分離され、
前記積層板の各層が前記隙間にまたがっており、
前記プラットフォームを垂直に動かすことで前記せん断応力が発生する、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記プラットフォームが、
前記積層板と接触する上面と、
前記本体に接続されたヒンジとを備え、
前記バイアス装置が前記ヒンジの周りで前記プラットフォームを回転することによって、前記第２の部分を再配置する、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記バイアス装置がエアピストンを備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記バイアス装置がバネを備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記本体が、前記プラットフォームから突出している延伸部と嵌合する溝を備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記積層板の異なる部分を各々保持し、対応するバイアス装置によって各々再配置される複数のプラットフォーム
を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
多層積層板を成形ツール上にレイアップすることであって、成形ツールの本体上にレイアップされた第１の部分と、前記成形ツールのプラットフォーム上に前記第１の部分に一直線に揃えて位置決めされるようにレイアップされた第２の部分とを含む積層板をレイアップすることと、
真空バッグで前記積層板を覆うことと、
前記積層板の層の間にせん断応力が発生するように、前記積層板の真空バッグ成形中に前記第１の部分に対して前記第２の部分を再配置することと
を含む方法。
【請求項１１】
前記真空バッグにより成形中に前記成形ツールに圧力が加えられる前に、前記第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた前記積層板の前記第２の部分を保持することと、
前記プラットフォームが成形中に前記積層板の形状を変えるように、前記圧力に応じて前記プラットフォームを再配置することと
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の部分を再配置することが、前記プラットフォームを垂直に動かすことを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記プラットフォームから前記本体を分離させる横方向の隙間を渡って前記積層板をレイアップすること
を更に含み、
前記プラットフォームを垂直に動かすことで、前記せん断応力が発生する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の部分を再配置することが、
前記本体に接続されたヒンジの周囲で前記プラットフォームを回転させること
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
システムであって、
成形ツールと、
前記成形ツール上にレイアップされた多層積層板と、
前記積層板を覆う真空バッグと
を備え、
前記成形ツールは、
前記積層板の第１の部分を保持する本体と、
前記第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた前記積層板の第２の部分を保持するプラットフォームと、
前記積層板の層の間にせん断応力が発生するように、前記積層板の成形中に前記第１の部分に対して前記第２の部分を再配置するバイアス装置と
を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、硬化性複合部品の分野に関し、より具体的には複合部品の成形ツールに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の複合部品（例：航空機の翼等の炭素繊維製品）は、真空バッグ製造プロセスを介して製造される。これらの技術を活用し、構成材料の層・プライがレイアップされて積層板が形成され、真空バッグによって成形ツールに押し付けられる。真空バッグにより外形に圧力がかかり、成形ツールの表面に当接して層が固化する。積層板は更に、好適に成形された複合部品を形成するために硬化されうる。
【０００３】
複雑な形状を呈する複合部品においては、（例えば成形中に積層板が垂れ下がったりしないように）成形前及び／又は成形中に積層板を十分に支持する成形ツールを設計することは難しく、また成形プロセス中に積層板が複雑な形状に達することを可能にすることも困難である。従って、複合部品の設計者は、改良された複合物の成形技術を追求し続ける。
【発明の概要】
【０００４】
本書に記載される実施形態は、積層板を複合部品の所望の形状に成形しながら、積層板の形状を動的に変化させることができる成形ツールを用いる。これにより、真空バッグ成形プロセスを用いて、複雑な複合部品を製造することが可能になる。成形ツールは、（真空バッグあるいは他の手段を介して加えられた圧力に応じて）成形ツール自体の形状を調節することによって、この有益な結果を達成することができる。
【０００５】
一実施形態は、積層板の形状を動的に変える成形ツールを含む。成形ツールは、多層積層板の第１の部分を保持する本体と、第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた積層板の第２の部分を保持するプラットフォームとを含む。成形ツールはまた、積層板の層の間にせん断応力が発生するように、積層板の成形中に第１の部分に対して第２の部分を再配置するバイアス装置も含む。
【０００６】
別の実施形態は、積層板の形状を動的に変える方法である。本方法は、成形ツールの本体上の第１の部分と、成形ツールのプラットフォーム上の第２の部分とを含む多層積層板をレイアップすることを含む。第２の部分は、第１の部分に一直線に揃えて位置決めされる。本方法はまた、真空バッグで積層板を覆うことと、積層板の成形中に第１の部分に対して第２の部分を再配置することと、積層板の層の間にせん断応力を発生させることも含む。
【０００７】
別の実施形態は、成形ツールと、成形ツール上にレイアップされた多層積層板を含むシステムである。システムはまた、積層板を覆う真空バッグも含む。成形ツールは、積層板の第１の部分を保持する本体と、第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた積層板の第２の部分を保持するプラットフォームとを含む。成形ツールはまた、積層板の層の間にせん断応力が発生するように、積層板の成形中に第１の部分に対して第２の部分を再配置するバイアス装置も含む。
【０００８】
他の例示的な実施形態（例えば、上述の実施形態に関連する方法及びコンピュータ可読媒体）が、後述される。上述の特徴、機能及び利点は、様々な実施形態において独立して実現することが可能であり、また別の実施形態において組み合わせることも可能である。これらの実施形態については、以下の説明および添付図面を参照して更に詳細に理解可能である。
【０００９】
本開示の幾つかの実施形態を、添付図面を参照し例示としてのみ説明する。全ての図面において、同じ参照番号は同じ要素又は同じタイプの要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態における真空バッグ製造システムを示す図である。
【図２】例示的な実施形態における真空バッグ製造システムの作製を示す断面図である。
【図３】例示的な実施形態における真空バッグ製造システムの作製を示す断面図である。
【図４】例示的な実施形態における真空バッグ製造システムの作製を示す断面図である。
【図５】例示的な実施形態における真空バッグ製造システムの作製を示す断面図である。
【図６】例示的な実施形態における第１の成形ツールを示す図である。
【図７】例示的な実施形態における第１の成形ツールを示す図である。
【図８】例示的な実施形態における成形が始まった後の第１の成形ツールを示す図である。
【図９】例示的な実施形態における成形が始まった後の第１の成形ツールを示す図である。
【図１０】例示的な実施形態における成形ツールを示す拡大図である。
【図１１】例示的な実施形態における成形ツールを示すブロック図である。
【図１２】例示的な実施形態における成形ツールを操作する方法を示すフロー図である。
【図１３】例示的な実施形態における第２の成形ツールを示す図である。
【図１４】例示的な実施形態における第２の成形ツールを示す図である。
【図１５】例示的な実施形態における成形が始まった後の第２の成形ツールを示す図である。
【図１６】例示的な実施形態における成形が始まった後の第２の成形ツールを示す図である。
【図１７】例示的な実施形態における第３の成形ツールを示す図である。
【図１８】例示的な実施形態における第３の成形ツールを示す図である。
【図１９】例示的な実施形態における成形が始まった後の第３の成形ツールを示す図である。
【図２０】例示的な実施形態における成形が始まった後の第３の成形ツールを示す図である。
【図２１】例示的な実施形態における第４の成形ツールを示す図である。
【図２２】例示的な実施形態における第４の成形ツールを示す図である。
【図２３】例示的な実施形態における成形が始まった後の第４の成形ツールを示す図である。
【図２４】例示的な実施形態における成形が始まった後の第４の成形ツールを示す図である。
【図２５】例示的な実施形態における完成した複合部品を示す斜視図である。
【図２６】例示的な実施形態における航空機の製造及び整備方法を示すフロー図である。
【図２７】例示的な実施形態における航空機を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面及び下記の記載により、本開示の具体的な例示的実施形態が示される。従って、当業者は、本明細書に明示的に記載又は図示されていない様々な装置を考案して本開示の原理を実施することができるが、それらは本開示の範囲に含まれることを理解されたい。更に、本明細書に記載のいかなる実施例も、本開示の原理の理解を助けるためのものであり、具体的に記載されたそれらの実施例や諸条件を限定しないものとして理解されるべきである。結果として、本開示は、下記の具体的な実施形態又は実施例に限定されず、特許請求項の範囲及びその均等物によって限定される。
【００１２】
図１〜５は、真空バッグ技術を介して複合部品を成形する及び／又は硬化させる例示的な技術を示す図である。具体的には、これらの図面は、複合部品の真空バッグ成形のための構成材料（例：炭素繊維）の積層板を作製するために実施されうる、例示的な作製及び調整プロセスを示す図である。
【００１３】
図１は、例示的な実施形態における真空バッグ製造システム１００を示すブロック図である。システム１００は、積層板１４０を固化、成形、及び／又は硬化させて複合部品（例：航空機の翼あるいは他の何らかの好適な構成要素等の繊維強化複合部品）を形成する真空バッグ技術を用いることができる構成要素及び／又は装置の任意の組み合わせからなる。
【００１４】
この実施形態では、システム１００は、製造中に積層板１４０がそれに沿って一致する表面を形成する成形ツール１１０を含む。積層板１４０は、硬化性樹脂、又は何らかの好適な硬化性積層板をすでに含む「プリプレグ」炭素繊維積層板を含みうる。図１に示すように、積層板１４０は、ツール１１０（例えば改良された動的に再成形可能なツール）上の積層板１４０を囲むためにエッジ封止材１２２を介してテープで貼付けされた／密封された真空バッグ１２０を介してツール１１０上の適所に保持される。積層板１４０を囲むエッジ通気孔１３０、１３２、１３４及び１３６は、真空バッグ１２０を介して積層板１４０に対して密封される。エッジ通気孔（１３０、１３２、１３４、１３６）により、硬化プロセスからの空気及び揮発性ガスが真空バッグ１２０内で移動するための通路が得られる。これらの揮発性ガスはその後、真空ライン１６０の取付具として機能するポート１５０を介して真空バッグ１２０から排出される。真空ライン１６０は、この実施形態ではコンプレッサ１７０によって動力供給される。
【００１５】
一実施形態の工程の間、コンプレッサ１７０は真空バッグ１２０から空気を排出させうる。真空バッグ１２０下の空気を除去することで、大気圧により真空バッグを積層板１４０に当接して押し付けることが可能になる。これにより、積層板１４０がツール１１０と一致するように、真空バッグ１２０が積層板１４０に当接して保持される。この圧力により、真空バッグ１２０がエッジ通気孔（１３０、１３２、１３４、１３６）にぴったり一致するようにもなる。これにより、積層板１４０が硬化する時に、積層板１４０がツール１１０の外形にぴったり当接して保持されるという利点が得られ、また、そうでなければ硬化プロセス中に形成されるであろう気泡が抜けるという利点も得られる。硬化プロセス自体は更に、（例えばオートクレーブ内で）相当量の圧力及び／又は熱を加えることを伴いうる。
【００１６】
図２〜５は、例示的な実施形態においてシステム１００が組み立てられているところを示す、システム１００の側面断面図である。この図は、図１の矢印２によって表される。システム１００の詳しい説明は従って、図２〜５に対して提供され、真空バッグ製造を促進するために様々な構成要素が組み立てられうる順序が記載される。図２に、停止しているツール１１０を示す。ツール１１０の上に置かれた部品が、硬化プロセス中に及び／又は硬化プロセス後にツール１１０に固着しないように、ツール１１０の上面１１１が離型剤１１２でコーティングされうる。積層板１４０の層／プライ１４４のように、エッジ通気孔（例：１３２、１３４）がツール１１０上に置かれる。図３に、積層板１４０のレイアップが完了したところを示す。この実施形態では、積層板１４０は層／プライ１４２及び１４４、及びコア１４６で構成されているが、別の実施形態では、コア１４６の代わりに硬い積層複合物が使われうる。積層板１４０には、いずれかの好適な複合構造を用いることができる。エッジ通気孔１３２及び１３４は積層板１４０の近くに配置され、積層板１４０の近くの空気が積層板１４０から排出される通り道として機能する。これにより、積層板１４０の硬化が気泡（図示せず）によって妨げられなくなる。
【００１７】
図４に、エッジ通気孔（例１３２、１３４）の周囲のツール１１０上にエッジ封止材１２２（例：両面テープ）を貼り付けたところを示す。図４に更に、積層板１４０への分離膜１８０の適用、及び分離膜１８０の上への表面通気孔１９０、及びエッジ通気孔１３２及び１３４の適用を示す。分離膜１８０は、積層板１４０が他の構成要素にくっつかないようにする透過性テフロン層を含みうる。エッジ通気孔（１３０、１３２、１３４、１３６）は、表面通気孔１９０と組み合わせて、硬化前及び／又は硬化中に積層板１４０から空気及び揮発性ガスが出ていく通路を形成する。具体的には、表面通気孔１９０は、空気が移動してシステムから出ていく多孔の通り道を提供する。
【００１８】
図５によれば、表面通気孔１９０とその下の構成要素が、エッジ封止材１２２を介してツール１１０に取り付けられた真空バッグ１２０によってツール１１０上に密封される。プローブパッド２１０により、真空ホース１６０が取り付けられるポート１５０の近くに小さな通気孔チャネルが得られる。真空ホース１６０は次に、真空バッグ１２０から空気を排出させることができ、これによりツール１１０上に積層板１４０が押し付けられる。積層板１４０を硬化させる／固化するために、熱及び／又は圧力が加えられ得る。
【００１９】
幾つかの実施形態では、積層板１４０の硬化が完了した後で、構成材料の追加の層が積層板１４０上に加えられうる。上記実施形態では、新たな「未加工の」層が積層板１４０に加えられて硬化され、その後追加の新たな「未加工の層」が再び加えられる。この技術を用いて、製造者は積層板１４０が完成するまで積層板１４０に一度に数千インチの厚さを加えることができる。別の実施形態では、積層板１４０の全体を一気にレイアップしてプリフォームを形成し、一気に硬化させることができる。
【００２０】
従来のツーリングは本来静的であるが、本書に記載される改良された成形ツールは、成形プロセス中に形状を変えることができ、これにより進歩した複雑な複合部品の作製が可能になる。システム１００（具体的には、システム１００によって用いられうる成形ツール）の操作の例示的な詳細を、以下の図面を参照して説明する。
【００２１】
図６〜７は、例示的な実施形態における第１の成形ツール６００を示す図である。具体的には、図６は、図１の矢印６によって示される成形ツールの側面図であり、図７は、図６の矢印７によって示される前面図である。成形ツール６００は、所望の形状を形成するために、成形中に積層板１４０を成形することができる任意の物体を備える。更に、成形ツール６００は、成形中にその形状を変えることができる（そしてこれにより、積層板１４０の形状を変化させる）。例えば、成形ツール６００は、成形中に真空バッグ１２０により加えられる圧力に応じてその形状が変化しうる。これにより、積層板１４０を何らかの様々な複雑な形状に成形しながらも、積層板１４０を迅速に効率的にレイアップすることが可能となる。図６に示すように、積層板１４０の部分１１２２は、プラットフォーム６２０の上にレイアップされ、積層板１４０の部分１１２４は本体６１０の上にレイアップされる。
【００２２】
この実施形態では、成形ツール６００は、本体６１０、支持要素６１４、可動プラットフォーム６２０、及びバイアス装置６３０を含む。積層板  １４０は、本体６１０の上面６１２をカバーし、距離Ｄの横方向の隙間６１６にまたがり、プラットフォーム６２０の上面６２２上に延びるように、レイアップされる。図６に示すように、真空バッグ１２０は積層板１４０をカバーし、成形ツール６００に対して密封される。しかしながら、明確に示すために、真空バッグ１２０は図示していない。バイアス装置６３０が支持要素６１４に取り付けられ、真空バッグ１２０により成形ツール６００に加えられる圧力に応じて、プラットフォーム６２０が再配置されうる。バイアス装置６３０は、バネ、密封エアピストン等の受動装置を備えうる、あるいは電子入力に応じてプラットフォーム６２０を再配置することができるアクチュエータ（例えば線形アクチュエータ又は論理駆動エアピストン）等の能動装置を備えうる。
【００２３】
図８〜９は、例示的な実施形態において成形が始まった後の成形ツール６００を示す図である。具体的には、図８は側面図であり、図９は前面図である。これらの図に示すように、プラットフォーム６２０が高さＨだけ下降すると、積層板１４０の部分１１２２の形状が変化する。
【００２４】
図１０は、例示的な実施形態における成形ツール６００の拡大図である。具体的には、図１０は、図８のエリア１０００の拡大図である。プラットフォーム６２０の高さが距離Ｄにわたって下降すると、せん断ゾーンＳ１に沿って層１４２及び１４４に相互に対するせん断力が発生する。この層間せん断力は、硬化が行われている間、積層板１４０の層が互いに適切に位置決めされるのに望ましいものでありうる。これにより、層が、下層１４４が上層１４２をわずかに越えて延びるように「電話帳」配置に位置決めされる。上記実施例では、積層板１４０の形状が変化すると、個々の層１４２と１４４が互いに滑動する。上記滑動により、曲る時に、層１４２の直線距離が層１４４の直線距離よりも長かったとしても、皺が形成されなくなる。
【００２５】
図１１は、例示的な実施形態における成形ツール６００のブロック図である。図１１によれば、成形ツール６００は、上面６１２を有する本体６１０を含む。成形ツール６００は更に、バイアス装置６３０が取り付けられた支持要素６１４を含む。バイアス装置６３０は、プラットフォーム６２０を移動させる。バイアス装置６３０が例えば動的エアピストン等の能動性マシンを備える実施形態では、コントローラ１１５０がバイアス装置６３０の操作を指示する。コントローラ１１５０は例えば、カスタム回路として、プログラムされた命令を実行するプロセッサとして、又はこれらの何らかの組み合わせとして実装され得る。積層板１４０は、本体６１０の表面６１２と、プラットフォーム６２０の表面６２２の上に置かれる。つまり、積層板１４０の第１の部分１１２４により表面６１２がカバーされ、積層板１４０の第２の部分１１２２により表面６２２がカバーされる。真空バッグ１２０は複合積層板１４０をカバーし、成形ツール６００に対して密封される。自動繊維配置（ＡＦＰ）ＡＦＰ機１１６０は、コントローラ１１５０からの命令に基づいて積層板１４０をレイアップしうる。
【００２６】
成形ツール６００の操作の例示的な詳細を、図１２に関して説明する。この実施形態においては、ユーザが、（例えば成形ツール６００に離型剤を適用することによって）積層板１４０を受け入れるように成形ツール６００を準備していると仮定する。
【００２７】
図１２は、例示の実施形態における成形ツール６００を操作する方法１２００を示すフロー図である。方法１２００のステップを図６の成形ツール６００を参照して説明したが、当業者は方法４００が真空バッグ硬化に使用される他の  システムで実施され得ることを理解するであろう。本明細書に記載のフロー図のステップは網羅的でなく、図示していない他のステップを含み得る。本明細書に記載のステップはまた、他の順序で実施され得る。更に、本書に記載される技術は、硬い積層板、及び（例えばそのコアの物理特性に応じて）コアを含む積層板に実施されうる。
【００２８】
積層板１４０は、（例えばコントローラ１１５０からの命令に基づいてＡＦＰ機１１６０によって）積層板１４０の第１の部分１１１２が本体６１０上にレイアップされ、積層板１４０の第２の部分１１２２が横方向の隙間６１６にまたがるようにプラットフォーム６２０の表面６２２上にレイアップされるように、成形ツール６００上にレイアップされる（ステップ１２０２）。次に、積層板１４０が、（コントローラ１１５０からＡＦＰ機１１６０又は作業員への命令に基づいて）真空バッグ１２０によってカバーされる（ステップ１２０４）。真空バッグ１２０が積層板１４０の上で適所に配置されると、真空バッグ１２０において圧力がかけられ、積層板１４０が成形ツール６００にぴったり一致するように押し付けられうる。
【００２９】
このプロセスの一部として、真空バッグ１２０によって加えられる圧力が、成形中にプラットフォーム６２０を保持するためにバイアス装置６３０によって加えられる力を上回りうる。これにより、プラットフォーム６２０の位置及び／又は方向付けが変化する。あるいは、コントローラ１１５０が、（例えば圧力センサからの入力を介して）真空バッグ１２０からの圧力の高まりを検出することができ、バイアス装置６３０にプラットフォーム６２０、従って部分１１２２を最配置するように動的に指示することができる（ステップ１２０６）。これにより、図１０に示すように、積層板１４０の部分１１２２の形状の変化が起きる。これにより、積層板１４０の層１４２と層１４４との間にせん断応力が発生し、せん断応力により、成形が完了した後の積層板１４０の強度が有益に高められる。
【００３０】
上述した技術を用いて、積層板により複雑な形状を形成することが可能になるように、真空バッグ成形中に積層板の形状を動的に変化させることができる。更に、積層板のレイアッププロセスの複雑性を高めることなく、これらの技術を用いることができ、これにより複雑な部品を加工するのに伴う労力が削減される。
【００３１】
実施例
下記の実施例では、更なるプロセス、システム、及び方法を、成形中に積層板１４０の形状を動的に変化させる成形ツールとの関連で説明する。図１３〜１６は、ヒンジ機構を用いた第２の成形ツールを示し、図１７〜２０は、樹脂の浸入を最小限に抑える位置に位置づけされた支持溝を有する第３の成形ツールを示し、図２１〜２４は、複雑な部品を作製することができる複数のプラットフォーム成形ツールを示す図である。
【００３２】
図１３〜１４は、例示的な実施形態における第２の成形ツール１３００を示す図である。具体的には、図１３は側面図であり、図１４は前面図である。この実施形態では、成形ツール１３００は、本体１３１０と、可動プラットフォーム６２０を含む。図１３に示すように、積層板１４０の部分１１２２はプラットフォーム１３２０の上にレイアップされ、積層板１４０の部分１１２４は本体１３１０の上にレイアップされる。支持体１３１２は本体１３１０から延び、ピン１３２２と共にプラットフォーム１３２０に固定されたヒンジ１３２６を形成する。真空バッグ１２０は、図１３に示すように、積層板１４０と成形ツール６００を覆う。しかしながら、明確にするために、真空バッグ１２０は図１４に図示していない。バネ１３２４は、ピン１３２２と、本体１３１０の位置１３２５に取り付けられる。バネ１３２４は、本体１３１０とほぼ同じ高さにプラットフォーム１３２０を維持できる静止力を提供する。しかしながら、バネ１３２４は、真空バッグ１２０から空気が抜かれる時に加わる圧力（例：約１気圧）に応じて、偏向する。これにより、真空バッグ１２０の圧力がかかると、プラットフォーム１３２０がヒンジ１３２６の周りで回転する。図１５〜１６は、例示的な実施形態において成形が始まった後の成形ツール１３００を示す図である。具体的には、図１５は側面図であり、図１６は前面図である。これらの図に示すように、プラットフォーム１３２０が角度θ（例：９０°）で回転し、積層板１４０の形状が変化する。
【００３３】
図１７〜１８は、例示的な実施形態における第３の成形ツール１７００を示す図である。この実施形態では、成形ツール１７００は、プラットフォーム１７２０から突出している延伸部１７２２と嵌合する溝１７１２を含む。溝１７１２内のバネ１７１４は、プラットフォーム１７２０の動きを作動させる機構として動作する。図１９〜２０に示すように、真空バッグ１２０からの圧力が増加して、本体１７１０に合わせて位置決めされたプラットフォーム１７２０を保持するためにバネ１７１４によって加えられている静止力を上回ると、プラットフォーム１７２０が高さＨだけ下降する。これにより、図１９の位置１９５０において、層間せん断が起こる。
【００３４】
図２１〜２２は、例示的な実施形態における第４の成形ツール２１００を示す図である。成形ツール２１００は、本体２１１０、支持要素２１１４、プラットフォーム２１２０及び２１４０、及びバイアス装置２１３０及び２１５０を含む。各バイアス装置（２１３０、２１５０）は、その対応するプラットフォームの高さを、真空バッグ１２０からの圧力に応じて異なる量だけ調節することができる。例えば、図２３〜２４に示すように、プラットフォーム２１２０は高さＨ１だけ下降し、プラットフォーム２１４０は高さＨ２だけ下降する。
【００３５】
図２５は、例示的な実施形態の完成した複合部品２５００を示す斜視図である。複合部品２５００は、例えば成形ツール２１００によって加工されうる。複合部品２５００は、側壁２５１２及び２５１４によって画定されるＣチャネル２５１０を呈し、複合部品２５００はまたシェアタイ２５２０も呈する。Ｃチャネル２５１０は、図２１のプラットフォーム２１４０の動作によって作製され、シェアタイ２５１０は、図２１のプラットフォーム２１２０の動作によって作製される。
【００３６】
本開示の実施形態を、図面を更に具体的に参照しながら、図２６に示す航空機の製造及び整備方法２６００、及び図２７に示す航空機２６０２に照らして説明する。製造前の段階では、例示的な方法２６００は、航空機２６０２の仕様及び設計２６０４と、材料の調達２６０６とを含み得る。製造段階では、航空機２６０２の構成要素及びサブアセンブリの製造２６０８とシステムインテグレーション２６１０とが行われる。その後、航空機２６０２は、認可及び納品２６１２を経て運航２６１４に供され得る。顧客による運航中、航空機２６０２には、改造、再構成、改修なども含み得る、定期的な保守及び整備２６１６が予定されている。
【００３７】
方法２６００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／またはオペレータ（例えば顧客）によって実行され、または実施され得る。本明細書の目的に関しては、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
【００３８】
図２７に示すように、例示的な方法２６００によって製造された航空機２６０２は、複数のシステム２６２０及び内装２６２２を備えた機体２６１８を含みうる。高レベルのシステム２６２０の例には、推進システム２６２４、電気システム２６２６、油圧システム２６２８、及び環境システム２６３０のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示しているが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用されうる。
【００３９】
本明細書中で具現化される装置及び方法は、製造及び整備方法２６００の任意の一又は複数の段階において用いられうる。例えば、製造段階２６０８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機２６０２の運航期間中に製造される構成要素又はサブアセンブリと類似の方法で作製又は製造されうる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機２６０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機２６０２のコストを削減することにより、製造段階２６０８及び２６１０で利用されうる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせのうちの一又は複数を、航空機２６０２の運航中に、例えば限定しないが、保守及び整備２６１６に利用することができる。
【００４０】
一実施形態では、積層板１４０は機体１１８の一部を含み、上述した改良された成形ツールの使用を介して、構成要素及びサブアセンブリの製造１１０８の間に加工される。積層板１４０は次に、システムインテグレーション１１１０において組み立てられて航空機が形成され、その後摩耗により積層板１４０が使用不能となるまで運航１１１４において用いられうる。次に、保守及び整備１１１６において、積層板１４０が廃棄され、上述した改良された成形ツールを使用して作製された新たに製造された積層板１４０に交換されうる。積層板１４０を製造するために、構成要素及びサブアセンブリの製造１１０８の間ずっと、成形ツール（６００、１３００、１７００、２１００）が用いられうる。
【００４１】
本明細書に記載される、あるいは図面に示す様々な演算要素及び／又は制御要素の内の任意のものが、ハードウェア、プロセッサにより実行されるソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの何らかの組み合わせとして実装され得る。例えば、ある要素が専用ハードウェアとして実装され得る。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、又は同様の何らかの用語で称され得る。プロセッサによって提供される場合、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はそのうちの幾つかが共有であり得る複数の個別のプロセッサによって機能が提供され得る。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」の語の明確な使用は、ソフトウェアの実行が可能なハードウェアのみを表すと解釈されるべきでなく、非限定的に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェア記憶用のリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性ストレージ、ロジックもしくは何らかの他の物理的ハードウェアコンポーネントもしくはモジュールなどを暗黙的に含み得る。
【００４２】
また、ある要素が、その要素の機能を実施するためにプロセッサ又はコンピュータによって実行可能な命令として実装され得る。命令の幾つかの例は、ソフトウェア、プログラムコード、及びファームウェアである。命令は、その要素の機能を実施するようにプロセッサに指示するためにプロセッサによって実行されるときに動作可能である。命令はプロセッサが可読なストレージデバイスに記憶され得る。ストレージデバイスの幾つかの例は、デジタルもしくはソリッドステートメモリ、磁気ディスク及び磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は光学可読デジタルデータ記憶媒体である。
【００４３】
したがって、要約すると、本発明の第１の態様により下記が提供される。
【００４４】
Ａ１．装置であって、
多層積層板の第１の部分を保持する本体と、
第１の部分一直線に揃えて位置決めされた積層板の第２の部分を保持するプラットフォームと、
積層板の層の間にせん断応力が発生するように、積層板の成形中に第１の部分に対して第２の部分を再配置するバイアス装置と
を備える成形ツール
を備える装置。
【００４５】
Ａ２．積層板を覆う真空バッグにより成形中に成形ツールに圧力が加えられる前に、プラットフォームが第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた積層板の第２の部分を保持し、
プラットフォームが成形中に積層板の形状を変えるように、バイアス装置が圧力に応じてプラットフォームを再配置する、
段落Ａ１に記載の装置もまた提供される。
【００４６】
Ａ３．バイアス装置がプラットフォームを垂直に動かすことによって、第２の部分を再配置する、
段落Ａ１に記載の装置もまた提供される。
【００４７】
Ａ４．プラットフォームが横方向の隙間によって本体から分離され、
積層板の各層が隙間にまたがっており、
プラットフォームを垂直に動かすことでせん断応力が発生する、
段落Ａ３に記載の装置もまた提供される。
【００４８】
Ａ５．プラットフォームが、
積層板と接触する上面と、
本体に接続されたヒンジとを備え、
バイアス装置がヒンジの周りでプラットフォームを回転させることによって、第２の部分を再配置する、
段落Ａ１に記載の装置もまた提供される。
【００４９】
Ａ６．バイアス装置がエアピストンを備える、
段落Ａ１に記載の装置も提供される。
【００５０】
Ａ７．バイアス装置がバネを備える、
段落Ａ１に記載の装置も提供される。
【００５１】
Ａ８．本体が、プラットフォームから突出している延伸部と嵌合する溝を備える、
段落Ａ１に記載の装置も提供される。
【００５２】
Ａ９．積層板の異なる部分を各々保持し、対応するバイアス装置によって各々再配置される複数のプラットフォーム
を更に備える、Ａ１に記載の装置もまた提供される。
【００５３】
本発明のさらなる態様によれば、下記が提供される。
【００５４】
Ｂ１．多層積層板を成形ツール上にレイアップすることであって、成形ツールの本体上にレイアップされた第１の部分と、成形ツールのプラットフォーム上に第１の部分に一直線に揃えて位置決めされるようにレイアップされた第２の部分とを含む積層板をレイアップすることと、
真空バッグで積層板を覆うことと、
積層板の層の間にせん断応力が発生するように、積層板の真空バッグ成形中に第１の部分に対して第２の部分を再配置することと
を含む方法。
【００５５】
Ｂ２．真空バッグにより成形中に成形ツールに圧力が加えられる前に、第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた積層板の第２の部分を保持することと、
プラットフォームが成形中に積層板の形状を変えるように、圧力に応じてプラットフォームを再配置することと
を更に含む、段落Ｂ１に記載の方法。
【００５６】
Ｂ３．第２の部分を再配置することが、プラットフォームを垂直に動かすことを含む、
段落Ｂ１に記載の方法もまた提供される。
【００５７】
Ｂ４．プラットフォームから本体を分離させる横方向の隙間を渡って積層板をレイアップすること
を更に含み、
プラットフォームを垂直に動かすことで、せん断応力が発生する、段落Ｂ３に記載の方法もまた提供される。
【００５８】
Ｂ５．第２の部分を再配置することが、
本体に接続されたヒンジの周囲でプラットフォームを回転させること
を含む、段落Ｂ１に記載の方法もまた提供される。
【００５９】
Ｂ６．真空バッグにより圧力が加えられている間に、積層板を硬化させて複合部品を形成することと、
成形ツールから複合部品を取り外すことと、
成形ツール上に新たな積層板をレイアップすることと
を更に含む、段落Ｂ１に記載の方法もまた提供される。
【００６０】
本発明のさらなる態様によれば、下記が提供される。
【００６１】
Ｃ１．システムであって、
成形ツールと、
成形ツール上にレイアップされた多層積層板と、
積層板を覆う真空バッグと
を備え、
成形ツールは、
積層板の第１の部分を保持する本体と、
第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた積層板の第２の部分を保持するプラットフォームと、
積層板の層の間にせん断応力が発生するように、積層板の成形中に第１の部分に対して第２の部分を再配置するバイアス装置と
を備えるシステム。
【００６２】
Ｃ２．真空バッグにより成形中に成形ツールに圧力が加えられる前に、プラットフォームが第１の部分に一直線に揃えて位置決めされた積層板の第２の部分を保持し、
プラットフォームが成形中に積層板の形状を変えるように、バイアス装置が圧力に応じてプラットフォームを再配置する、
段落Ｃ１に記載のシステム。
【００６３】
Ｃ３．プラットフォームが横方向の隙間によって本体から分離され、
積層板の各層が隙間にまたがっており、
プラットフォームを垂直に動かすことでせん断応力が発生する、
段落Ｃ１に記載のシステムもまた提供される。
【００６４】
Ｃ４．プラットフォームが、
積層板と接触する上面と、
本体に接続されたヒンジとを備え、
バイアス装置がヒンジの周りでプラットフォームを回転させることによって、第２の部分を再配置する、
段落Ｃ１に記載のシステムもまた提供される。
【００６５】
Ｃ５．バイアス装置がエアピストンを備える、
段落Ｃ１に記載のシステムもまた提供される。
【００６６】
Ｃ６．バイアス装置がバネを備える、
段落Ｃ１に記載のシステムもまた提供される。
【００６７】
Ｃ７．本体が、プラットフォームから突出した延伸部と嵌合する溝を備える、
段落Ｃ１に記載のシステムもまた提供される。
【００６８】
具体的な実施形態が本明細書に記載されたが、本開示の範囲はそれらの具体的な実施形態によって限定されるものではない。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲及びその全ての均等物によって規定されるものである。
【図１】
2017193164.tif 000003
【図２】
2017193164.tif 000004
【図３】
2017193164.tif 000005
【図４】
2017193164.tif 000006
【図５】
2017193164.tif 000007
【図６】
2017193164.tif 000008
【図７】
2017193164.tif 000009
【図８】
2017193164.tif 000010
【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】
2017193164.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2017193164.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2017193164.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【外国語明細書】
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2017193164000002.pdf
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