(57)【要約】本発明は、複合構造を処理するために使用することができる膨張式増圧装置のための新規な設計及び構築方法を記載する。装置は、密閉された容積部で低圧及び高温の入力が要求されるところであれば、製造及び処理プラットフォームとして使用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化、後硬化、共硬化、複合材料部品の固着を含む複合材料の処理のための柔軟な壁がある増圧装置。
【請求項２】
前記増圧装置は、前記増圧装置が、処理される複合材料の異なる大きさ及び形状を収容するために任意の大きさ又は形状で構成され得るように、複数の相互接続されたモジュールでできている、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項３】
前記増圧装置は、前記増圧装置の内側に圧力及び温度の入力が付加され得る容積を提供する、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項４】
テキスタイルウェビング、織布、不織布、ロープ、被覆布、高分子フィルム、及び柔軟な断熱材料からなる群から選択された織物製品を備える複数の層からなる膨張式外郭構造を備える、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項５】
前記織物製品を支持し拘束する剛性梁の相互接続された骨格を更に備える、請求項４に記載の増圧装置。
【請求項６】
前記増圧装置を可動にするための車輪を有する剛性基礎を更に備える、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項７】
処理される複合材料を支持するための剛性内部プラットフォームを更に備える、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項８】
任意の大きさ及び形状の扉を作るための前記織物製品の異なる部分を接続する織物製品の機械的なインターフェースを更に備える、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項９】
前記機械的なインターフェースは、圧力シールジッパー、クリップ、バックル、及びカラビナから構成される群から選択される、請求項８に記載の増圧装置。
【請求項１０】
前記機械的なインターフェースは、前記インターフェースが前記織物製品の異なる部分に接続されていないとき、前記装置の中へアクセスすることを許容する、請求項８に記載の増圧装置。
【請求項１１】
ポート及びパススルーコネクタのうちの少なくとも１つを提供するために前記織物製品上に剛性パネルを更に備え、
前記パススルーコネクタは、熱、真空、及び空気から構成される群から選択される入力のうちの少なくとも１つ、又は処理監視及び制御のためのセンサを供給する、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項１２】
複数の層は、柔軟な積層板を形成するために、層の厚みを通して種々の点に取り付けられている、請求項４に記載の増圧装置。
【請求項１３】
前記複数の層は、構造負荷、空気保持、及び断熱の機能を達成するために使用される、請求項４に記載の増圧装置。
【請求項１４】
前記外郭構造の最も内側の層は、被覆織物材料を備える貯気槽の層であり、
前記被覆は、高分子複合材料の処理に関連する温度に耐える能力がある、請求項４に記載の増圧装置。
【請求項１５】
単一の部品、及び接合された複数の部品から構成される群から構成される、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項１６】
前記チャンバが膨張していないときに、前記織物製品を支持するために、前記織物製品に内接又は外接する剛性支持骨格を更に備える、請求項５に記載の増圧装置。
【請求項１７】
容器内処理の処理監視及び制御、又は容器自体の構造健全性の監視の機能を備えるために、織物製品の層に埋め込まれたセンサを更に備える、請求項４に記載の増圧装置
【請求項１８】
前記テキスタイルウェビングは、互いに織られ周期的に結合されるか、又は、重複し定期的に結合されるかのどちらかである、請求項４に記載の増圧装置。
【請求項１９】
前記増圧装置の部分は、圧容量を形成するために、ツール又は他の表面に取り付けられ得る、請求項１に記載の増圧装置。
【請求項２０】
前記増圧装置のモジュールは、前記増圧装置への部品の積み降ろしを容易にするために、部分的に分解されることができる、請求項２に記載の増圧装置。
【請求項２１】
直線状の円筒、及び異常な形状の部品を収容するための角又は突起を有する円筒から構成される群から選択される形状を有する、請求項２に記載の増圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、さまざまな大きさ及び形状の複合部品の製造、修理、及び共硬化に使用され得る製造及び処理のための装置に関する。この装置は、モジュール式の設計であり、剛性材料及び非剛性材料の組合せからなってもよい。複合材料を処理するために要求される低い内圧と温度において、材料を処理するために用いられてもよい。本発明の一部として、膨張式増圧装置は、航空宇宙、自動車、商業、又は風力エネルギのような市場におけるそのような用途のための繊維強化高分子（ＦＲＰ）複合系の処理のためのオーブン又はオートクレーブの代わりに使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、開放鋳型及び密閉鋳型カテゴリに分類され得るいくつかの技術及び処理を使用して製造されている。オートクレーブは、イソタクチック（isotactic）な高圧及び高温の同時入力を必要とする複雑な形状を有する大型及び小型の高品質な複合材料の製造に伝統的に使用される。しかしながら、オートクレーブ装置は、購入に資本を多く必要とし、オートクレーブ処理に関連する操作／設備コストが非常に高い。オートクレーブはまた、圧力容器の実用上の制限のため、製造される部品の大きさ又は形状を制限し、したがって、より大きな装置（航空機の翼、ロケットのケース等）を形成するために、質量を増し、信頼性を低下させる継手を有する構成部品を製造者に製造させる。量的な非効率性が許容され得る風力タービン翼及びタワーの製造のようないくつかの産業では、大型の部品の単純な真空バッグ処理が行われる。これは、重く、しばしば望ましい部品品質を下回る部品を生成する。最近では、オートクレーブを必要とせず、高品質の複合部品を生産できる製造方法を開発する持続的な取り組みがある。低温及び低圧で処理されうる複合プリプレグの開発は、複合材料製品の成長及び種々の市場での使用を加速できる。レジントランスファ成形（RTM）及びバキュームアシストレジントランスファ成形、コンプレッション成形等のような他の製造方法があり、複合材料部品を生産するためにますます使用されている。しかしながら、剛性のオートクレーブの外側で、１気圧以上の均一な外部圧力（バキュームバッギング）を適用して大型の部品を処理することを可能にする技術を誰も開発していない。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、複合材料の製造及び処理のための装置としての機能を果たす膨張式チャンバの形式の増圧装置を備える。この膨張式チャンバは、圧力及び温度を加えることで複合材料を硬化させるために使用される装置としても働くことができる。膨張式チャンバの壁は、柔軟な材料の複数の層のアセンブリからなる。本発明の一実施形態では、この柔軟な材料の複数の層のアセンブリは、チャンバが空気圧で膨張されたときに半球状の端部を有する水平な円筒形になることを許容するように、結合又は継ぎ合わされる。上記チャンバは、空気圧によって膨張したときの圧力容器に類似し、圧力容器として機能する。
【０００４】
本発明の増圧装置の基本設計は、小さな卓上モジュールから、長さ数百フィート及び直径数十フィートにわたる大きな構造物までの範囲の任意のサイズにおける、複合材料製造者の利用を可能にする。増圧装置は、直線状の円筒のような単純な形状であってもよく、そうでなければ、異常な形状の部品を収容するために角を有して製造されてもよく、突起を含んでもよい。増圧装置は、自立式の単一ボリュームであってもよく、そうでなければ、剛性基礎又はツールの周囲に取り付けられてもよい。ツールの周囲に取り付けることは、大型のツールが既に存在している風力タービン構成部品製造のような産業にとって重要であり、増圧装置の追加は、現在の真空バッグ方法よりも部品の統合を大幅に改善できる。
【０００５】
チャンバの柔軟な壁は、織物材料の種々の層の統合されたアセンブリからなる。膨張式チャンバの壁は、単一のアセンブリを形成するために互いに取り付けられる複数の柔軟な層を備える。アセンブリの最も外側の層は、拘束部と呼ばれており、加圧負荷によって引き起こされた応力に耐えることができる構造的な外郭構造又は網状のものを形成するために、織り合わされ及び又は互いに連結された高強度のウェビングからなる。高強度布、編組チューブ、又はひもの網も、構造拘束部を形成するために使用されてもよい。ケブラー、ベクトラン、ナイロン、ポリエステル、及びステンレスチールを含むがこれらに限定されない多数の種類の繊維は、拘束アセンブリに使用されてもよい。チャンバの柔軟な壁の次の層（中間層であることがある）は、布、発泡体、又は詰め綿のような良好な断熱特性を有する柔軟な材料からなる。この層は、チャンバの内部で内容物を製造し処理するのに要求される高温にチャンバの内部が維持されることを可能にし、その一方で、構造性能を低下させる高温に曝されることから構造層を保護する。アセンブリの最も内側の層であり、貯気槽と呼ばれる、柔軟な壁の第３の層は、熱溶接又は互いに結合されたフィルム又は被覆布からなる。この最も内側の層は、チャンバの内側で処理される複合材料に圧密圧力を適用する加圧媒体を含み、全てのタイプの高分子複合材料の処理に関連する温度に耐えうる材料から製造される。柔軟な壁の貯気槽（又は他の層）は、処理監視及び制御、又は増圧装置自体の構造健全性監視のために、外部供給型又は一体型電子テキスタイル型の統合された複数のセンサを固定し得る。柔軟な壁の３つの層について説明したが、機能性又は安全性を改善するための要求に応じて更なる層を追加してもよい。例えば、構造的冗長性を提供するために、構造ファブリック層がウェビング拘束装置と断熱材との間に追加されることがある。
【０００６】
チャンバの柔軟な壁は、部品が増圧装置アセンブリに挿入又は取り外され得るように、圧力シールジッパー及び構造層を開閉するための手段を包含することができるように設計されている。これを達成するための１つの方法は、半球状の端部のうちの１つが円筒の本体に取り付けられているところに閉鎖システムを設置することである。これは、部品が、標準オートクレーブに似たエンドキャップを通じて内外に輸送されることを可能にする。閉鎖機構は、容器の側面を通じて部品の積み降ろしができるように、又は容器が容器内で統合された（複数の）部品の上に展開できるように、増圧装置の側壁に取り付けられてもよい。この手法はまた、硬化前後に部品にアクセスするための頭上クレーンの使用を容易にするために、部品の上から容器を取り外すことを容易にする。
【０００７】
膨張式チャンバの柔軟な壁は、加圧、温度制御、センサの使用、視覚的評価、又は容器内の部品の統合のための他の必要なことを容易にするために、任意の数のシールされたパススルーシステムを取り付けられてもよい。これを行う１つの方法は、全ての層が連続的に機能し、ポートの追加を支持するように容器に取り付けられた剛性金属パネルを追加することである。
【０００８】
増圧装置のより大きなサイズ又はより高圧の用途のため、金属梁の相互接続したフレームワークが提供される。金属梁の骨格フレームワークは、圧力容器の壁に付加された力を分担するためにも有用であり、したがって、支持されていない膨張式構造の実用限界よりも大きさ及び形状が成長することを許可する。増幅器の織物製品の壁は、キルト風のマットレスに見えるように支持梁の間に突出している。この設計は、表皮応力を規定し、内部応力と共に変化するものである局所的な曲率半径を減少することで、丸い突出部のある部分の表皮応力を低減する。ユーザに安全性を増加させ、チャンバが高い圧力で使用されることを許容するため、低い表皮応力が望ましい。チャンバの壁の柔軟な材料アセンブリは、チャンバが膨張していないときに基礎に倒れないように、外部金属フレームに取り付けられる設備を有し、これにより、容器の簡単な積み降ろしを容易にする。金属支持梁は、前述したように、容器に閉鎖された（端部又は側部の）部品にアクセスするために簡単に取り外しできるように作られてもよい。金属フレームワークは、直線状の高アスペクト比の部品、角のある長い部品、突出する形体を有する部品等の任意の部品形状が製造できるように構成されていてもよい。フレームワークは、「Ｌ」、「Ｙ」、「Ｔ」形状、又は必要であれば三次元形状に組み立てられてもよい。この方法は、大型のオートクレーブと比較して、金属フレームとバッグが安価で製造でき、輸送、その後の組立が容易であるため、極度に低い適用コストである。
【０００９】
増圧装置はまた、剛性金属フレームを内側に含むように構成されていてもよい。剛性フレームがチャンバの内側にある場合、チャンバが膨張していないとき、チャンバ壁の柔軟な材料アセンブリの重量を支持するための骨格のように働く。チャンバが膨張しているとき、壁は、加圧された結果、自立する。膨張式チャンバモジュールは、好ましくは、膨張されたときに半球状又は円筒断面形状を有する。
【００１０】
膨張式チャンバは、１つの場所に固定されてもよいし、可動式の基礎に取り付けられてもよい。増圧装置システムを作る多くの構成が可能であり、既存設備と共に使用可能であってもよく、又は製造設備のなかで全く新しい資源であってもよい。
【００１１】
チャンバの内部は、剛性フレーム上の脚部を通して剛性基礎に接続された剛性金属プラットフォームを典型的には含む。剛性プラットフォームは、増圧装置の内側で処理される（複数の）部品を保持する目的を有する。剛性プラットフォームは、プラットフォームに取り付けられた加熱要素により直接加熱されてもよく、そうでなければ、加熱ランプ又は加熱ブランケットを用いてチャンバ内の空気を加熱することで加熱されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】柔軟な膨張式増圧装置の外側からの図。
【図２】増圧装置の内側の図。
【図３】増圧装置の膨張式の外郭構造を形成する柔軟な層の断面図。
【図４Ａ】増圧装置の２つのモジュールが直線的に取り付けられる機構を示す図。
【図４Ｂ】図４Ａの外部を部分的に切り取った図。
【図５Ａ】（外部の剛性フレームを用いて）横方向に取り付けられた増圧装置の複数のモジュールを示す図。
【図５Ｂ】横方向及び縦方向の剛性外部フレームに取り付けられた増圧装置の複数のモジュールを示す図。
【図６】剛性金属拘束を有する増圧装置の設計を示す図。
【００１３】
図１は、十分に加圧された状態のときの膨張式増圧装置の単一のモジュールの斜視図を示す。図１に示すように、織物製品１０１からなる膨張式チャンバ壁は、増幅器の内側に積載物を配置するためにチャンバの内側へのアクセスを許容する壁と統合された圧力シール可能な開口１０２を有する。その他の圧力シール可能な開口１０３は、膨張式チャンバの半球状の端部のうちの１つを円筒状の本体に取り付ける方法を提供する。膨張式チャンバは、底部において、剛性基礎１０４と接続される。剛性基礎１０４は、増圧装置が加圧状態において安定することを許容し、車輪１０５は、装置を容易に移動可能にするように基礎１０４に追加されてもよい。
【００１４】
図２は、十分に加圧されたときの、膨張式増圧装置の単一モジュールの断面図を示す。剛性金属フレームは、膨張式外郭構造に内接されており、中央に平坦なプラットフォーム２０４と、織物製品２０５用の剛性構造支持体２０１とを有する。プラットフォーム２０４と構造支持体２０１は、基礎１０５に接続されている。膨張式外郭構造の半球状の端部は、織物製品２０５に統合された剛性パネルを有する。このパネルは、循環された熱風及び圧力のような入力を提供するための必要なインターフェース、並びに処理監視及び制御のための装置を取り付けるように構成されている。
【００１５】
図３は、増圧装置の膨張式外郭構造を備えた織物材料の種々の層のアセンブリの断面図を示す。最も外側の層３０１は、膨張圧力に起因して発生した表皮応力を支えるため、耐荷重性の部材を示す。この層は、ケブラー（登録商標）、ベクトラン（登録商標）、ポリエステル、又はナイロンのような高強度繊維からなる高強度ウェビングから構築される。この拘束層は、高強度ウェビング、ロープからなり、強度、耐久性、及び安全性を最大化するパターンで編むことで構成されている。アセンブリの中間層３０２は、断熱性を提供し得る材料からなり、中間層３０２の機能は、電源入力を最小化しながら増圧装置の内部温度を望ましい範囲に維持することである。中間層３０２は、エアロゲル、ガラス繊維、複数段からなるポリエステル、発泡体、及び他の繊維系断熱材を含む多数の種類の柔軟な材料からなってもよい。アセンブリの最も内側の層３０３は、「貯気槽（bladder）」と称されており、漏れることなく空気圧を維持する主な機能を有する。貯気槽は、互いにシール又は固定された、被覆布又は膜からなり、高分子複合材料処理で直面する温度の幅広い範囲を通して機能できる。
【００１６】
図４Ａは、２つのモジュール４０１及び４０３が、機構４０２により互いに接合された増圧装置の実施形態を示す。２つ又はそれ以上のモジュールを互いに取り付ける機構４０２は、圧力シールジッパーであってもよく、及び／又はバックル又はカラビナのような構造拘束部を接続する方法を採用してもよい。この特徴は、増圧装置の単一モジュールに収容され得る高アスペクト比を有する部品の処理を可能にする。
【００１７】
図４Ｂは、大型の積載物の処理をサポートするための増加した内部体積を有する圧力増幅モジュールを形成するために、２つのモジュールの剛性フレームが直列に位置するように互いに取り付けられた２つのモジュールを部分的に切り取った図である。
【００１８】
図５Ａは、チャンバ内での処理用の大きく非対称な形状の積載物を収容する増加した体積を提供するために、増圧装置の３つのモジュールが横方向に取り付けられた実施形態を示し、図５Ｂは、チャンバ内での処理用の大きく非対称な形状の積載物を収容する増加した体積を提供するために、増圧装置の３つのモジュールが縦方向及び横方向の両方に取り付けられた代替的な実施形態を示す。
【００１９】
図６は、任意の大きさ又は形状に調整することができ、チャンバが高圧力でより高い安全に使用できる増圧装置を形成するために、いくつかの剛性要素を有する金属フレームが織物製品と共に使用されている増圧装置の実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
2017537003.tif 000010