(57)【要約】      （修正有）【課題】曲げやすい表面状態と固い表面状態を有するハウジングを備えた複合材コンポーネントの製造に用いられるエラストマー装置を提供する。【解決手段】エラストマー装置１０４は、磁場の印加により、エラストマーハウジング１０６の剛性状態を変化させるような磁性コンポーネント１０８をエラストマーハウジング１０６内に備え、磁場がない場合には、エラストマーハウジング１０６は、曲がりやすい第一の表面状態となり、磁場がある場合には、固い第二の表面状態となる。【選択図】図３
2017081147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材コンポーネントの製造に用いられるエラストマー装置であって、
エラストマーハウジング、及び
前記エラストマー装置への磁場の印加が、前記エラストマーハウジングの剛性状態を、前記エラストマーハウジングに加えられる表面圧縮を支える第二の状態に変化させるような所定の方式で前記エラストマーハウジング内に設けられた複数の磁性コンポーネント
を備える、エラストマー装置。
【請求項２】
前記エラストマー装置が、前記磁場がない場合に前記エラストマーハウジングが曲がりやすい第一の状態を有し、前記磁場がある場合に前記エラストマーハウジングが固い第二の状態を有する、請求項１に記載のエラストマー装置。
【請求項３】
前記エラストマーハウジング内の複数のロッドを更に備え、前記ロッドは前記ハウジングの幅に沿って延び、
それぞれの磁性コンポーネントは、前記複数のロッドのうちのそれぞれのロッドに回転可能に取り付けられ、
前記磁性コンポーネントは、前記磁場に反応して、前記複数のロッド上で回転することにより、位置合わせされ、前記エラストマーハウジングが前記第二の状態を有するようにし、前記磁性コンポーネントは、前記磁場がない場合に、前記エラストマーハウジングが前記第一の状態を有するようにする、請求項２に記載のエラストマー装置。
【請求項４】
前記エラストマー装置への前記磁場の印加の間、前記複数の磁性コンポーネントが、前記エラストマーハウジング内で位置合わせされ、前記エラストマーハウジングに内部の固い構造を提供する、請求項１から３のいずれか一項に記載のエラストマー装置。
【請求項５】
複合材コンポーネントの製造に用いられるエラストマー装置であって、
曲げやすい表面状態と固い表面状態を有するハウジング、
前記ハウジングに沿って延びる前記ハウジング内の一つ以上のロッド、及び
回転可能に前記一つ以上のロッドに取り付けられた複数の磁性コンポーネントを備え、前記複数の磁性コンポーネントは、磁場に反応して、前記一つ以上のロッド上で回転することにより、位置合わせされ、前記ハウジングが前記固い表面状態を有するようにし、前記複数の磁性コンポーネントは、前記磁場がない場合に、前記ハウジングが前記曲げやすい表面状態を有するようにする、エラストマー装置。
【請求項６】
前記複数の磁性コンポーネントが、前記曲げやすいハウジングの上部と底部に接触するように、上向きの回転により前記ハウジングの長さに沿って垂直に位置合わせされることによって、前記ハウジングが前記固い表面状態を有するようにする、請求項５に記載のエラストマー装置。
【請求項７】
前記複数の磁性コンポーネントが、前記一つ以上のロッドと実質的に直角になるように、前記ハウジングの長さに沿って位置合わせされることによって、前記ハウジングが前記固い表面状態を有するようにする、請求項５又は６に記載のエラストマー装置。
【請求項８】
エラストマー装置の表面剛性を変える方法であって、
第一の表面状態と第二の表面状態を有する前記エラストマー装置のハウジングを提供することと、
磁場への局所的な曝露の間に、前記ハウジングの表面剛性状態を、前記ハウジングが前記第一の表面状態を有するように、変化させることと、
前記磁場がない場合に、前記ハウジングの前記表面剛性状態を、前記ハウジングが前記第二の表面状態を有するように、変化させることと
を含む、方法。
【請求項９】
前記エラストマー装置を積層配置デバイスの力に抗するようにさせるために、自動積層中に前記磁場を印加することと、
自動積層の完了後に、前記ハウジングの前記表面剛性状態を、曲げやすい表面状態に戻すことと
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記エラストマー装置をマンドレルの内部空洞の中に配置することと、
前記エラストマー装置に前記磁場を印加して、前記ハウジングの前記表面剛性状態を固い表面状態にすることと、
複合材料を前記マンドレル上に配置することと、
前記エラストマー装置から前記磁場を取り除き、前記ハウジングの前記表面剛性状態を、曲げやすい表面状態にすることと
を更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、複合樹脂部品を製造する方法及び設備に関し、より詳細には、複合材部品を硬化する際に用いられるブラダーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の製造などに用いられる複合材部品は、フィラメントワインディング、テーププレースメント、オーバーブレード、チョップドファイバーロービング、コーティング、ハンドレイアップ、又は他の複合材処理技法及び硬化プロセスなどの、様々な生産方法を用いて、作製することができる。これらのプロセスの大部分が、剛性の硬化ツール／マンドレルを用い、その上に複合材料が塗布され、その後、剛性の複合材部品に硬化される。例えば、自動ファイバープレースメント（ＡＦＰ）機械が、モールド又はマンドレル上に繊維強化材を置いて、複合材レイアップを形成するために、用いられ得る。次に、複合材部品は、硬化サイクル中に部品に熱及び圧力を加えるオートクレーブ内で硬化され得る。
【０００３】
複合材部品の幾つかの形状は、内部空洞を含み、このために、部品は、インフレータブルブラダーなどのツールが空洞内に置かれなければ、複合材料又はオートクレーブの圧力印加の下でつぶれ得る。そのようなインフレータブルブラダーは、部品にかけられたオートクレーブの圧力に抗するように、硬化プロセス中、膨張させられ得る。通常、これらのインフレータブルブラダーは、真空バッグを通してオートクレーブ圧力と通風することによって、加圧される。
【０００４】
しかしながら、複合材料の自動ファイバープレースメントの間、ＡＦＰ機械は、モールド及びブラダーに圧力を及ぼす。従って、複合材料レイアップの製造において用いられ、膨張して、硬化サイクル中に均一な圧力を提供する既存のインフレータブルブラダーは、かけられた圧力によりしばしば変形し、これは、積層板の品質に影響し得る。硬化プロセス中に内部空洞形状を維持するために、堅いブラダーを用いる他の方法は、通常、ファイバープレースメントの間の変形において、少しの改良しかもたらさないが、硬化サイクル中に同様に働かないかもしれない。
【０００５】
更に別の種類のブラダーには、別の欠点がある。取り外し可能な剛性のブラダーのインサートを用いることができるが、これは、二次的な取り付け及び取外し作業を必要とし、追加的な労力と時間を要する。ファイバープレースメント中の変形に対する抵抗力を提供するために、ブラダーの代わりに、硬いマンドレルを用いることができるが、そのようなマンドレルは重く、しばしば硬化サイクル中に均一な圧力を提供せず、部品の品質を低下させる。ブラダーの堅さの状態を変化させるために、形状記憶ポリマーを用いることもできるが、このタイプのブラダーもまた、通常重く、設計するには非常に複雑である。従って、自動ファイバープレースメントの間ブラダーを固くし、部品の品質を改善し、また硬化サイクル中にブラダーを曲げやすくするブラダーデザインに対する要求が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
一例において、複合材コンポーネントの製造に用いられるエラストマー装置が記載される。エラストマー装置は、エラストマーハウジング、及びエラストマー装置への磁場の印加がエラストマーハウジングの剛性状態を第二の状態に変化させるような所定の仕方でエラストマーハウジング内に設けられた複数の磁性コンポーネントを備える。第二の状態は、エラストマーハウジングに加えられる表面圧縮を支える。
【０００７】
他の例において、曲げやすい表面状態と固い表面状態を有するハウジング、及びハウジングに沿って延びるハウジング内の一つ以上のロッドを備える、複合材コンポーネントの製造に用いられるエラストマー装置が記載される。エラストマー装置はまた、回転可能な仕方で一つ以上のロッドに取り付けられた複数の磁性コンポーネントを含み、複数の磁性コンポーネントは、磁場に反応して、一つ以上のロッド上で回転することにより、磁性コンポーネントを位置合わせし、ハウジングが固い表面状態を有するようにする。複数の磁性コンポーネントはまた、磁場がない場合、ハウジングが曲げやすい表面状態を有するようにする。
【０００８】
更に別の例において、エラストマー装置の表面剛性を変える方法が、記載される。本方法は、第一の表面状態と第二の表面状態を有するエラストマー装置のハウジングを提供することと、磁場への局所的な曝露の間に、ハウジングの表面剛性状態を、ハウジングが第一の表面状態を有するように、変化させることと、磁場がない場合に、ハウジングの表面剛性状態を、ハウジングが第二の表面状態を有するように、変化させることと、を含む。
【０００９】
論じられた特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態で独立に実現することができ、又は更に別の実施形態において組み合わされてもよく、更なる詳細が、以下の説明及び図面を参照して、理解することができる。
【００１０】
例示的な実施形態を特徴付けると思われる新規の特徴が、添付の特許請求の範囲に述べられる。しかしながら、例示的な実施形態並びに好適な使用モード、それらの更なる目的及び説明は、添付図面と併せて、本開示の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な実施形態による、繊維強化ポリマー樹脂の複数のプライを含む部品レイアップを形成及び／又は硬化するために用いられるマンドレルを含むシステム例を示す。
【図２】例示的な実施形態による、図１に記載されたような部品レイアップを形成するために、マンドレル及び曲げやすいエラストマー装置を使用することから利益を得ることのできる複合材コンポーネントの例を示す。
【図３】例示的な実施形態による、磁性コンポーネントを含むエラストマー装置のハウジングを示す。
【図４】例示的な実施形態による、エラストマー装置が挿入されているマンドレルの動作を示す。
【図５】例示的な実施形態による、中心スパインロッドに連結された磁性コンポーネントの例を示す。
【図６】例示的な実施形態による、エラストマー装置の別の例を示す。
【図７】例示的な実施形態による、ロッドに取り付けられた磁性コンポーネントの側面図を示す。
【図８】例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性状態を変える方法例を示す。
【図９】例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性状態を変えて、エラストマー装置が、追従的又は曲げやすい状態にあるようにする方法例を示す。
【図１０】例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性状態を変えて、エラストマー装置が、固い状態にあるようにする方法例を示す。
【図１１】例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性状態を変えて、エラストマー装置が、曲げやすい状態に戻るようにする方法例を示す。
【図１２】例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性を変える方法例のフローチャートを示す。
【図１３】例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性を変える別の方法例のフローチャートを示す。
【図１４】例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性を変える別の方法例のフローチャートを示す。
【図１５】例示的な実施形態による、航空機の製造及び保守の方法例のフローチャートを示す。
【図１６】例示的な実施形態による、航空機のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
開示される実施形態が、添付の図面を参照して、以下でより十分に説明され、図面には、開示される実施形態のうちの、全てではないが幾つかが示される。実際に、幾つかの異なる実施形態が、記載され得るが、本書に述べられた実施形態に限定されると見なすべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的且つ完全であり、当業者に対して本開示の範囲を十分に伝えるように、記載される。
【００１３】
例の中で、複合材部品を成形するなどのために、モールド又はマンドレルに構造上の支持を提供する方法及び装置が、記載される。支持装置は、柔らかい及び／又は曲げやすい状態である第一の状態、並びに固い及び／又は堅い状態である第二の状態を含む複数の状態を取ることのできるブラダーを備え得る。ブラダーは、エネルギー場又は力学的エネルギーの印加により、柔らかい状態から固い状態に変化する。従って、ブラダーは、マンドレル上の複合材料の硬化中、固い状態に置かれ得、硬化サイクルの後、ブラダーは、硬化された複合材部品から除去されるために隙間をもたらす柔らかい状態に置かれ得る。
【００１４】
幾つかの例において、特定の製造用途に応じて、ブラダーの自然状態が、通常は固く、活性化されて曲げやすく若しくは柔らかくなり得、又は通常は曲げやすく又は柔らかく、活性化されて固くなり得る。
【００１５】
このようにして、曲げやすいブラダーは、複合材料レイアップの製造に用いられ、膨張して、硬化サイクル中に均一な圧力を提供することができる。更に、自動ファイバープレースメント（ＡＦＰ）プロセスなどを用いた、複合材料の自動積層中に、自動装置は、ブラダー上に圧力を及ぼし、ブラダーを変形させ、その結果、余分な材料が置かれ得る。しかしながら、多状態ブラダーの使用は、部品の品質を改善するために、積層中にブラダーを固くさせ、また硬化サイクル中にブラダーを曲げやすくする。例えば、製造プロセスにステップを追加せずに、複合材料がより効率的に塗布され得るように、ＡＦＰ装置がブラダーに圧力をかけている短い時間の間、ブラダーが固くなる能力を有することが、望ましいことがある。
【００１６】
ここで図１を参照すると、マンドレル１００が、繊維強化ポリマー樹脂の複数のプライ（図示せず）を含む部品レイアップ１０２を形成及び／又は硬化するために、用いられ得る。例えば、繊維強化ポリマープライの複数のプライが、プライを所望の部品形状に形成するために、マンドレル１００上にレイアップされる。マンドレル１００が、部品レイアップ１０２によって少なくとも実質的に囲まれるように、部品レイアップ１０２は、マンドレル１００を部分的に又は完全に囲みうる。マンドレル１００は、曲げやすいハウジング１０６を有する曲げやすいエラストマー装置１０４を含み、曲げやすいハウジング１０６は、曲げやすいエラストマー装置１０４が、曲げやすい状態に置かれる場合、内側につぶれ得る囲いを形成し、レイアップが圧縮及び／又は硬化された後に、マンドレル１００が部品レイアップ１０２から引き出されることを可能にする。曲げやすいエラストマー装置１０４は、曲げやすいエラストマー装置１０４のハウジング１０６の間で位置合わせされるように構成される磁性コンポーネント１０８を更に含む。磁性コンポーネント１０８は、部品レイアップ１０２が当てられているときに、曲げやすいエラストマー装置１０４を変形に対して押さえるように構成され得る。
【００１７】
エラストマー装置１０４は、ブラダー又は部品レイアップ１０２を硬化するための他の構成部品であってよい。エラストマー装置１０４の曲げやすさを可能にするために、ハウジング１０６は、磁性コンポーネント１０８の位置合わせに基づく、曲げやすい表面状態と固い表面状態を有する。
【００１８】
磁性コンポーネント１０８は、磁性材料からなる長方形の支持構造物であってもよく、又は所定の仕方でハウジング１０６内に配列された鋼コンポーネントの一様な混合物であってもよい。任意のタイプの磁性材料又は金属材料が、磁性コンポーネント１０８のために用いられ得る。磁性コンポーネント１０８は、ハウジング１０６内に配置されるが、ハウジング１０６とは別の構造物であり得る。
【００１９】
部品レイアップ１０２は、長さに沿って均一な又は不均一な断面を有する完全な又は部分的な囲いを形成する種々の複合材コンポーネント、構造物、又は部品のうちのいずれかを形成するために、硬化され得る。例えば、硬化された部品は、例えば、限定しないが、乗り物を含む多種多様の用途に用いられる空気ダクト及び燃料ラインなどの、流体を輸送するために用いられるダクト（図示せず）又は導管（図示せず）を含み得る。部品レイアップ１０２を形成するために、マンドレル１００及び曲げやすいエラストマー装置１０４を使用することから利益を得られ得る複合材コンポーネントの例が、図２に示される。
【００２０】
図２において、開示された曲げやすい装置及び硬化方法が、一つ以上の内部空洞を有する、様々な形状の種々の複合樹脂部品を硬化するために、用いられ得る。例えば、限定しないが、開示された曲げやすいブラダー及び硬化方法が、繊維強化複合樹脂ストリンガ２００の製造に用いられ得る。一つの配置において、ストリンガ２００は、プリプレグのマルチプライレイアップを含み得る。示された配置において、ストリンガ２００は、内部ストリンガ空洞２０４を形成するハット部２０２、１対の横方向に延びるフランジ部２０６、及び硬化中にフランジ部２０６と統合される実質的に平坦な外板部２０８を備える。当業者が認めるように、代替的なストリンガ形状が可能である。
【００２１】
ストリンガ２００が、図１のマンドレル１００及び曲げやすいエラストマー装置１０４を用いて、曲げやすいエラストマー装置１０４が挿入されたマンドレル１００に部品レイアップ１０２を配置することによって、製造され得る。硬化後に、部品レイアップ１０２は、ストリンガ２００を形成する。曲げやすいエラストマー装置１０４は、中空の台形空間であるストリンガ空洞２０４を満たす。曲げやすいエラストマー装置１０４は、部品レイアップ１０２の配置の間、積層ヘッドの力に抗するように機能するので、曲げやすいエラストマー装置１０４は、外板積層中に固くなって荷重に抗し、硬化後に曲げやすくなって取り除かれ得る。
【００２２】
別の実施形態において、ストリンガ２００が予備成形され、硬化されていない。マンドレル１００が、ストリンガ空洞２０４の内部に配置され、マンドレル１００は、対応するストリンガ空洞２０４と実質的に一致する形状を有し、それにより、マンドレル１００及び内部の曲げやすいエラストマー装置１０４が、硬化中にストリンガ２００に支持を提供し得る。示された実施形態のマンドレル１００は、ハット形状ストリンガ２００と一致する台形形状を有するけれども、マンドレルは、異なる形状のストリンガと一致する任意の数の他の形状を有することができる。
【００２３】
マンドレル１００は、テフロン（登録商標）（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）コーティングされたシリコーン又は硬質ゴムなどの、任意のエラストマー材料で形成され得、曲げやすく、マンドレル１００が様々な形態に一致するこを可能にし得る。エラストマー装置１０４は、例えば、限定しないが、曲げやすいシリコンゴムから形成され得、ハウジング１０６は、エラストマーハウジングであり得る。
【００２４】
ストリンガ２００用に用いられる例示的な複合材料は、未硬化の前もって含浸された強化テープ又はファブリック（すなわち、「プリプレグ」）などの、概して軽量の材料であり得る。テープ又はファブリックは、ポリマー、例えばエポキシ又はフェノール、などのマトリックス材料の中に埋め込まれているグラファイト繊維などの複数の繊維を含み得る。テープ又はファブリックは、所望の強化の程度に応じて、単方向であってもよいし、又は織られてもよい。このようにして、プリプレグテープ又はファブリックが、マンドレル１００（又はモールド）上に置かれ、テープ又はファブリックを、マンドレル１００によって定められるような、ストリンガ２００の所望の形状に予備成形する。ストリンガ２００は、様々な程度の強化を提供する任意の適当な寸法であり得、任意の数のプリプレグテープ又はファブリックのプライを含み得る。
【００２５】
図３は、磁性コンポーネント１０８を含むエラストマー装置１０４のハウジング１０６を示す。ハウジング１０６は、ハウジング１０６の長さに沿って延びる中心スパインロッド１１０を含み、磁性コンポーネント１０８が、ハウジング１０６の長さに沿って間隔をおいて、中心スパインロッド１１０に各々取り付けられる。磁性コンポーネント１０８は、回転可能な仕方で中心スパインロッド１１０に取り付けられ、それにより、磁性コンポーネント１０８は、中心スパインロッド１１０上で回転することによって、磁性コンポーネント１０８を位置合わせするように、磁場に反応し、ハウジング１０６が固い表面状態を有するようにし、磁場がない場合、磁性コンポーネント１０８は、ハウジング１０６が曲げやすい表面状態を有するようにする。
【００２６】
図３は、上部で、エラストマー装置ハウジング１０６が、磁場がない場合に、曲げやすい第一の状態を有することを示す。磁性コンポーネント１０８が、弛緩しており、ハウジング１０６に固い内部構造を提供しないので、ハウジング１０６は曲げやすい。磁性コンポーネント１０８は、ハウジング１０６の長さに沿って互いに間隔をおいて中心スパインロッド１１０に取り付けられ、磁場がない場合、ハウジング１０６の長さに沿って実質的に水平に又は約４５°の角度に置かれる。他の例において、磁性コンポーネント１０８は、局所的な磁場がない場合、垂直でないことがあり得る。垂直でないとは、例えば、中心スパインロッド１１０に対して１８０°より小さい角度であることを含み得る。
【００２７】
図３の下部において、磁石１１２による磁場のハウジング１０６への印加が、ハウジング１０６の剛性状態を、エラストマーハウジング１０６に加えられる表面圧縮を支える第二の状態に変化させる。第二の状態において、ハウジング１０６は、磁場の存在下で固いが、これは、磁性コンポーネント１０８が、ハウジング１０６の中で垂直に位置合わせされ、ハウジング１０６に固い内部構造を提供するからである。例えば、磁性コンポーネント１０８が、曲げやすいハウジング１０６の内部の上部１１４と底部１１６に接触するように、上向きの回転によりハウジング１０６の長さに沿って垂直に位置合わせされることによって、ハウジング１０６は、固い表面状態を有するようになる。
【００２８】
図３に示されるように、磁性コンポーネント１０８の位置合わせは、ハウジング１０６の長さに沿って、中心スパインロッド１１０と実質的に直角に起こる。本書で用いられる場合、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という言葉により、記載された特性、パラメータ、又は値が、正確に達成される必要はなく、例えば、許容誤差、測定誤差、測定精度の限界、及び当技術分野で既知の他の要因を含む偏差又は変動が、該特性が与えることが意図された効果を排除しない量で生じ得る、ということが意味される。
【００２９】
図４は、エラストマー装置１０４が挿入されたマンドレル１００の動作を示す。図４の上部において、ハウジング１０６は弛緩しており、マンドレル１００の表面と隣接していない。磁石がマンドレル１００を横切って移動するとき、磁性コンポーネント（図４に図示せず）が位置合わせされ、ハウジング１０６が固くなり、マンドレル１００に対する支持を提供する。図４は、ハウジング１０６の可能な構成の２つの図を示し、図４の上図で、ハウジング１０６は、マンドレル１００に対する円形の内部支持を与え、図４の下図において、ハウジング１０６は、平坦な又は水平の内部支持（マンドレル１００の形状に一致する）を与える。ハウジング１０６の支持の異なる構成は、内部の磁性コンポーネントの構成及び位置合わせ、並びに磁性コンポーネントの間隔に基づく（以下に記載される）。
【００３０】
図５は、中心スパインロッド１１０に連結された磁性コンポーネント１０８の例を示す。この例において、磁性コンポーネント１０８は、回転ベアリング１２２により下部アーム１２０に連結された上部アーム１１８を含む。磁性コンポーネント１０８は、磁性コンポーネントが回転するのを可能にする回転ベアリング１２２により中心スパインロッド１１０に取り付けられる。磁性コンポーネントは、回転ベアリング１２２と中心スパインロッド１１０に連結されたスプリング１２４を更に含み、磁場がない場合、磁性コンポーネント１０８は、ハウジングの長さに沿って実質的に水平になるように回転する。回転ストップ１２６が、中心スパインロッド１１０に取り付けられ、したがって、スプリング１２４は、磁場がない場合、磁性コンポーネント１０８を回転させ、下部アーム１２０が回転ストップ１２６に接触するように、構成される。更なる例において、上部アーム１１８は、磁気感受性材料を含み、下部アーム１２０は、磁気感受性でない材料を含む。このように、磁場が印加されると、上部アーム１１８は磁場に引き付けられ、磁性コンポーネント１０８を回転させ、垂直にする。磁場がない場合、スプリング１２４は、磁性コンポーネント１０８を反対方向に回転させる力を与え、これにより、磁性コンポーネントは、もはや垂直でなくなり、下部アーム１２０が回転ストップ１２６に接触するとき、約４５°の角度になり得る。
【００３１】
図６は、エラストマー装置１０４の他の例を示す。この例において、エラストマー装置１０４は、ハウジング内に磁性コンポーネント１０８などの磁性コンポーネントの各々に対するロッド１２８などのロッドを含み、ロッドは、ハウジング１０６の幅に沿って延びる。例えば、磁性コンポーネント１０８は、磁性コンポーネント１０８の回転ベアリング１２２により回転可能な仕方でロッド１２８に取り付けられる。このように、磁性コンポーネント１０８は、磁場に反応して、ロッド１２８上で回転することにより、位置合わせされ、エラストマーハウジング１０６を第二の固い状態にさせ、磁場がない場合、磁性コンポーネント１０８は、エラストマーハウジング１０６を第一の曲げやすい状態にする。上部アーム１１８は、磁気感受性材料を含み、印加された磁場に引き付けられることができ、下部アーム１２０は、磁気感受性でない材料を含む。
【００３２】
記載されたように、各磁性コンポーネント１０８は、磁性コンポーネント１０８を、回転させ、磁場がない場合、ハウジング１０６の長さに沿って実質的に水平に又は約４５°の角度にするための、ロッド１２８に連結されたスプリング（図６に図示せず）を含む。ハウジング１０６は、回転ストップ１２６などの、各ロッドに連結された複数の回転ストップを含み、磁場がない場合、スプリングは、磁性コンポーネント１０８を、回転ストップ１２６と接触するまで、回転させる。
【００３３】
ハウジング１０６は、ロッドをハウジング１０６に沿って長さ方向に連結させる、リンク１３０などのリンクを更に含む。複数の磁性コンポーネントが、リンク１３０によって、ハウジング１０６の長さに沿って互いに間隔をおいた複数のロッドに取り付けられ、磁場がない場合、複数の磁性コンポーネントは、ハウジングの長さに沿って実質的に水平に又は約４５°の角度に置かれる。
【００３４】
図６において、ハウジング１０６は、長方形形状として示され、ロッド１２８は、ハウジング１０６の側面間に延びる。他の例において、ハウジング１０６は台形形状であってもよく、ロッドはハウジング１０６の平行でない側面間に延び、又は曲線的なハット形状で、ロッド１２８はハウジング１０６の側面間に延びることができる。エラストマー装置１０４の用途に応じて、ハウジング１０６の更に別の形状が可能である。
【００３５】
図７は、ロッド１２８に取り付けられた磁性コンポーネント１０８の側面図を示す。図７において、磁性コンポーネント１０８は弛緩しており、磁場は印加されていない。従って、下部アーム１２０が、スプリング１２４によって、回転ストップ１２６に対して押し付けられる。
【００３６】
図８は、エラストマー装置の表面剛性状態を変える方法例を示す。図８において、４つの磁性コンポーネント１０８ａ−ｄが示され、個々のロッド（図示せず）又は中心スパインロッド（図示せず）に取り付けられ得る。磁場１３２への局所的な暴露に反応して、磁性コンポーネント１０８ａ−ｂは、垂直に位置合わせされ、それにより、上部アーム１１８が、ハウジングの内部の上部１１４に接触し、下部アーム１２０が、ハウジングの内部の底部１１６に接触し、他方、磁性コンポーネント１０８ｃ−ｄは、それぞれの回転ストップ１２６ｃ−ｄに対して後戻りする。
【００３７】
図８に示されるように、磁性コンポーネント１０８ａ−ｄは、ハウジング内に取り付けられ、約数インチの間隔をおかれる。幾つかの設計において、磁性コンポーネントは、長さが０．５インチから数インチであり得る。これらの寸法では、ハウジングの内部の上部１１４及びハウジングの内部の底部１１６との接触箇所は、表面積全体にわたるものでなく、ハウジング１０６に骨組みを設けるような、内部に沿った離散的な点においてであり得る。
【００３８】
図９〜１１は、自動積層中にエラストマー装置の表面剛性状態を変える方法例を示す。図９において、エラストマー装置１０４は、追従的な状態３０８又は曲げやすい状態にある。繊維の配置のための、ＡＦＰローラ３０２及びＩＲヒータ３０４を含むＡＦＰ機械ヘッド３００が、エラストマー装置１０４が挿入されたマンドレル（図示せず）を横切って移動する。ＡＦＰ機械ヘッド３００はまた、磁場若しくは磁界差分、電磁場（例えば、電波）、マイクロ波場、赤外線（ＩＲ）場、Ｘ線場、ガンマ線場、又は他の電場（例えば、電気活性ポリマーに対する）のうちの任意の一つを生成し得る場生成器３０６を含むように示される。ＡＦＰ機械ヘッド３００が、エラストマー装置１０４を横切って進むとき、エラストマー装置１０４内の磁性コンポーネント（図９〜図１１には示されていない）が、場生成器３０６によって生成された場に反応して、垂直に位置合わせされ、工具マンドレルの表面剛性状態を変える。例えば、図１０は、固い状態３１０のエラストマー装置１０４を示す。ＡＦＰ機械ヘッド３００が上を転がるとき、磁性コンポーネントは、一時的に垂直位置に入り、その後、磁性コンポーネントは、再び弛緩し、図１１に示されるように、エラストマー装置１０４を追従的な状態３０８又は曲げやすい状態に戻す。
【００３９】
図９〜図１１に示されるように、エラストマー装置１０４の固い状態は、ＡＦＰ機械ヘッド３００によって加えられる表面圧縮を支える。ＡＦＰファイバープレースメントの間、ＡＦＰローラ３０２が、エラストマー装置１０４の上を転がり、エラストマー装置をわずかに変形し得る力を加える。けれども、本書に記載された方法を用いて、内部の磁性コンポーネントは、ＡＦＰローラ３０２の力に抗する支持を与えることができる。ＡＦＰローラ３０２によって加えられる例示的な力は、材料配置の間、約１００ＰＳＩ、又は約０〜２００ＰＳＩであり得る。このようにして、磁性コンポーネント１０８は、そのような力に抗するための構造をハウジング１０６に与えうる。
【００４０】
このようにして、図９〜図１１に示されるような例において、エラストマー装置１０４は、最初に追従的な状態３０８に構成され得、その後、積層デバイス（例えば、ＡＦＰ機械ヘッド３００）が、エラストマー装置１０４のそばを通り、エラストマー装置１０４を固い状態３１０に移行させ得る。
【００４１】
追従的なエラストマー装置１０４は、材料を弛緩させ、しわを作り得るので、エラストマー装置１０４が、複数のプライの配置及び積層デバイスの複数の通過のためのＡＦＰ機械ヘッド３００の動作の間などの、全積層プロセス中、固い状態３１０に置かれるような、他の構成を用いることもできる。従って、この構成において、エラストマー装置１０４は、積層デバイス（ＡＦＰ機械ヘッド３００）の存在によってでなく、おそらくは、例えば、他の印加された外部の磁場によって、活性化され得る。
【００４２】
図１２は、例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性を変える方法例４００のフローチャートを示す。図１２に示された方法４００は、例えば、図１に示されたシステムによって用いられることができ、例えば、図１のシステムの構成要素によって実施され得る方法の実施形態を示す。幾つかの例において、デバイス及び／又はシステムの構成要素は、構成要素が、そのような実施を可能にするように、実際に構成され、（ハードウェア及び／又はソフトウェアで）構築されて、機能を実施するように構成され得る。他の例において、デバイス及び／又はシステムの構成要素は、ある特定の仕方で動作する場合など、機能を実施するように適合され、又は実施する能力があり、又は実施するのに適するように、用意され得る。方法４００は、ブロック４０２〜４０６のうちの一つ以上によって示されるように、一つ以上の工程、機能、又は動作を含み得る。ブロックは、順次的な順序で示されているけれども、これらのブロックは、並行に、及び／又は本書に記載されたものとは異なる順序で、実施されてもよい。また、所望の実施態様に基づいて、様々なブロックが、組み合わされて、より少ないブロックになってもよいし、追加のブロックに分割されてもよいし、及び／又は取り除かれてもよい。
【００４３】
これ及び本書に開示された他のプロセス及び方法に対して、フローチャートは、本実施形態の一つの可能な実施態様の機能性及び動作を示す、ということが理解されるべきである。当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時、又は逆の順序を含む、示された又は論じられたものとは違う順序で機能が実行され得る、代替的な実施態様が、本開示の例示的な実施形態の範囲に含まれる。
【００４４】
ブロック４０２において、方法４００は、第一の表面状態及び第二の表面状態を有するエラストマー装置１０４のハウジング１０６を用意することを含む。ブロック４０４において、方法４００は、磁場への局所的な曝露の間に、ハウジング１０６の表面剛性状態を、ハウジング１０６が第一の表面状態を有するように、変化させることを含む。ブロック４０６において、方法４００は、磁場がない場合に、ハウジング１０６の表面剛性状態を、ハウジング１０６が第二の表面状態を有するように、変化させることを含む。幾つかの例において、第一の表面状態は、固い表面状態であり、第二の表面状態は、曲げやすい表面状態である。他の例において、第一の表面状態は、曲げやすい表面状態であり、第二の表面状態は、固い表面状態である。
【００４５】
図１３は、例示的な実施形態による、エラストマー装置の表面剛性を変える別の方法例４１０のフローチャートを示す。方法４１０は、例えば、図１２に示された方法４００と組合わせて実施され得る。
【００４６】
図１３のブロック４１２に示されるように、方法４１０は、エラストマー装置１０４が積層配置デバイス（例えば、ＡＦＰ機械ヘッド３００）の力に抗するようにするために、自動積層（例えば、ファイバープレースメントの適用）の間、磁場を印加することを含む。ブロック４１４に示されるように、方法４１０は、自動積層の後に、ハウジング１０６の表面剛性状態を、曲げやすい表面状態に戻すことを含む。
【００４７】
図１４は、例示的な実施形態による、エラストマー装置１０４の表面剛性を変える別の方法例４２０のフローチャートを示す。方法４２０は、例えば、図１２に示された方法４００と組合わせて実施され得る。
【００４８】
ブロック４２２に示されるように、方法４２０は、エラストマー装置１０４を、マンドレル１００の内部空洞の中に配置することを含む。ブロック４２４に示されるように、方法４２０は、エラストマー装置１０４に磁場を印加し、ハウジング１０６の表面剛性状態を、固い表面状態にすることを含む。ブロック４２６に示されるように、方法４２０は、マンドレル１００上に複合材料、又は部品レイアップ１０２を配置することを含む。ブロック４２８に示されるように、方法４２０は、エラストマー装置１０４から磁場を取り除き、ハウジング１０６の表面剛性状態を、曲げやすい表面状態にすることを含む。その後、エラストマー装置１０４は、マンドレル１００から取り除かれ得る。
【００４９】
本開示の実施形態は、様々な潜在的用途において、例えば、航空宇宙、海、自動車用途並びに、複合材部品のオートクレーブ硬化が用いられ得る他の用途を含む、特に輸送産業において、用いられ得る。従って、次に図１５及び図１６を参照し、本開示の実施形態は、図１５に示されるような航空機の製造及び保守方法５００並びに図１６に示されるような航空機５５０に関連して使用され得る。開示された実施形態の航空機用途は、限定しないが、少数の例を挙げると、ビーム、スパー及びストリンガなどの補強部材の硬化を、例えば、限定しないが、含み得る。生産前の段階で、例示的な方法５００は、航空機５５０の仕様及び設計５０２並びに材料調達５０４を含み得る。生産段階で、航空機５５０のコンポーネント及びサブアセンブリの製造５０６並びにシステムインテグレーション５０８が行われる。その後、航空機５５０は、認可及び納品５１０を経て、運航５１２に供され得る。顧客によって運航されている間、航空機５５０は、所定の整備及び保守５１４が予定されており、これには、改造、再構成、改装等も含み得る。
【００５０】
方法５００の工程の各々が、システムインテグレータ、サードパーティ、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって、実施又は実行されてもよい。本明細書の目的では、システムインテグレータは、限定するものではないが、任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含むことができ、サードパーティは、限定するものではないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織などであってよい。
【００５１】
図１６に示されるように、例示的な方法５００によって生産される航空機５５０は、複数のシステム５５４及び内装５５６を伴う機体５５２を含み得る。高水準のシステム５５４の例には、推進システム５１８、電気システム５２０、油圧システム５２２、及び環境システム５２４のうちの１つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが、含まれてもよい。航空宇宙の例が示されているけれども、本開示の原理は、海及び自動車産業などの他の産業に適用され得る。
【００５２】
本書に具現化されたシステム及び方法は、生産及び保守方法５００の任意の１つ以上の段階で用いられ得る。例えば、生産工程５０２に対応するコンポーネント又はサブアセンブリが、航空機５５０が運航されている間に生産されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様に、組立て又は製造され得る。また、１つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組合せが、例えば、大幅に航空機５５０の組立てを早める又は航空機５５０のコストを削減することによって、生産段階５０２及び５０４で利用され得る。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組合せのうちの１つ以上が、航空機５００が運航されている間に、例えば限定しないが、整備及び保守５１０に利用され得る。
【００５３】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【００５４】
条項１．  複合材コンポーネントの製造に用いられるエラストマー装置であって、エラストマーハウジング、及びエラストマー装置への磁場の印加が、エラストマーハウジングの剛性状態を、エラストマーハウジングに加えられる表面圧縮を支える第二の状態に変化させるような所定の仕方で、エラストマーハウジング内に設けられた複数の磁性コンポーネントを備える、エラストマー装置。
【００５５】
条項２．  エラストマー装置が、磁場がない場合にエラストマーハウジングが曲がりやすい第一の状態、及び磁場がある場合にエラストマーハウジングが固い第二の状態を有する、条項１のエラストマー装置。
【００５６】
条項３．  エラストマーハウジング内の複数のロッドを更に備え、ロッドはハウジングの幅に沿って延び、それぞれの磁性コンポーネントが、回転可能な仕方で複数のロッドのうちのそれぞれのロッドに取り付けられ、磁性コンポーネントは、磁場に反応して、複数のロッド上で回転することにより、磁性コンポーネントを位置合わせし、エラストマーハウジングが第二の状態を有するようにし、磁性コンポーネントは、磁場がない場合に、エラストマーハウジングを、第一の状態を有するようにする、条項２のエラストマー装置。
【００５７】
条項４．  エラストマー装置への磁場の印加の間、複数の磁性コンポーネントが、エラストマーハウジング内で位置合わせされ、エラストマーハウジングに内部の固い構造を提供する、条項１のエラストマー装置。
【００５８】
条項５．  複合材コンポーネントの製造に用いられるエラストマー装置であって、曲げやすい表面状態と固い表面状態を有するハウジング、ハウジングに沿って延びるハウジング内の一つ以上のロッド、及び回転可能な仕方で一つ以上のロッドに取り付けられた複数の磁性コンポーネントを備え、複数の磁性コンポーネントは、磁場に反応して、一つ以上のロッド上で回転することにより、磁性コンポーネントを位置合わせし、ハウジングが固い表面状態を有するようにし、複数の磁性コンポーネントは、磁場がない場合に、ハウジングを、曲げやすい表面状態を有するようにする、エラストマー装置。
【００５９】
条項６．  一つ以上のロッドが、ハウジングの長さに沿って延びる中心スパインロッドを含み、複数の磁性コンポーネントが、ハウジングの長さに沿って間隔をおかれて、中心スパインロッドに各々取り付けられる、条項５のエラストマー装置。
【００６０】
条項７．  一つ以上のロッドが、ハウジングの幅に沿って延びるハウジング内の複数のロッドを含み、複数の磁性コンポーネントのうちのそれぞれのコンポーネントが、回転可能な仕方で複数のロッドのうちのそれぞれのロッドに取り付けられる、条項５のエラストマー装置。
【００６１】
条項８．  複数の磁性コンポーネントが、回転ベアリングによって下部アームに連結された上部アームを含み、複数のロッドのうちのそれぞれのロッドは、複数の磁性コンポーネントのそれぞれの回転ベアリングを通って配置される、条項７のエラストマー装置。
【００６２】
条項９．  複数の磁性コンポーネントが、下部アームに連結された上部アームを含み、上部アームは、磁気感受性材料を含み、下部アームは、磁気感受性でない材料を含む、条項５のエラストマー装置。
【００６３】
条項１０．  複数の磁性コンポーネントが、曲げやすいハウジングの上部と底部に接触するように、上向きの回転によりハウジングの長さに沿って垂直に位置合わせされることによって、ハウジングを、固い表面状態を有するようにする、条項５のエラストマー装置。
【００６４】
条項１１．  複数の磁性コンポーネントが、一つ以上のロッドと実質的に直角になるように、ハウジングの長さに沿って位置合わせされることによって、ハウジングを、固い表面状態を有するようにする、条項５のエラストマー装置。
【００６５】
条項１２．  一つ以上のロッドが、複数のロッドを含み、複数の磁性コンポーネントが、ハウジングの長さに沿って互いに間隔をおいた複数のロッドに取り付けられ、複数の磁性コンポーネントは、磁場がない場合、ハウジングの長さに沿って実質的に水平に又は非垂直に置かれる、条項５のエラストマー装置。
【００６６】
条項１３．  磁場がない場合、複数の磁性コンポーネントを、ハウジングの長さに沿って実質的に水平に又は非垂直になるように回転させる、一つ以上のロッドに連結された複数のスプリングを更に備える、条項５のエラストマー装置。
【００６７】
条項１４．  一つ以上のロッドに連結された複数の回転ストップを更に備え、磁場がない場合、複数のスプリングは、複数の磁性コンポーネントを、複数の回転ストップと接触するまで回転させる、条項１３のエラストマー装置。
【００６８】
条項１５．  ハウジングの長さに沿って複数のロッドを連結する複数のリンクを更に備える、条項５のエラストマー装置。
【００６９】
条項１６．  第一の表面状態と第二の表面状態を有するエラストマー装置のハウジングを提供することと、磁場への局所的な曝露の間に、ハウジングの表面剛性状態を、ハウジングが第一の表面状態を有するように、変化させることと、磁場がない場合に、ハウジングの表面剛性状態を、ハウジングが第二の表面状態を有するように、変化させることと、を含む、エラストマー装置の表面剛性を変える方法。
【００７０】
条項１７．  第一の表面状態は、固い表面状態であり、第二の表面状態は、曲げやすい表面状態である、条項１６の方法。
【００７１】
条項１８．  第一の表面状態は、曲げやすい表面状態であり、第二の表面状態は、固い表面状態である、条項１６の方法。
【００７２】
条項１９．  エラストマー装置を積層配置デバイスの力に抗するようにさせるために、自動積層中に磁場を印加することと、自動積層の完了後に、ハウジングの表面剛性状態を、曲げやすい表面状態に戻すことと、を更に含む、条項１６の方法。
【００７３】
条項２０．  エラストマー装置をマンドレルの内部空洞の中に配置することと、エラストマー装置に磁場を印加して、ハウジングの表面剛性状態を固い表面状態にすることと、複合材料をマンドレル上に配置することと、エラストマー装置から磁場を取り除き、ハウジングの表面剛性状態を、曲げやすい表面状態にすることと、を更に含む、条項１６の方法。
【００７４】
種々の有利な配置の説明は、例示及び説明の目的のために提示されたのであり、包括的であること、又は開示された形での実施形態に限定することを意図していない。多くの修正及び変形が、当業者に明らかであろう。更に、異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態と比較して、異なる利点を記載し得る。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の適用を説明するため、及び、他の当業者に対して、想定される特定の用途に適する様々な修正を伴う様々な実施形態についての本開示の理解を促すために、選ばれ且つ記述されている。
【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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【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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【外国語明細書】
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