JP6649434B2 - 複合材スティフナを搬送し、配置し、そして圧密化する方法及び器具 - Google Patents

Description

本開示は概して、複合材構造物の形成に関するものであり、特に造形された複合材スティフナを搬送し、配置し、そして圧密化する方法及び器具に関するものである。

ストリンガのような造形された複合材スティフナの形成過程では、成形用コア材を用いて、ストリンガ積層体を治具表面に押圧して圧密化することができる。幾つかの場合では、治具表面は１つ以上の平面に沿って凹凸状になっている可能性がある。単一の曲率平面に沿って可撓性を示す成形用コア材が開発されており、従って、ストリンガが、１つよりも多くの平面で凹凸状になっている場合、治具表面は、圧密化作業を手作業で行なう必要がある非常に複雑な幾何学形状を有する。複合凹凸面を有する複合材ストリンガを手作業で積層する場合、積層体の種々の箇所に高密度に集まる積層プライ群にしわが形成される虞があり、そして／または不所望の繊維変形が生じる虞がある。ハンドレイアップ法を用いると、プライのしわ、及びプライの高密度領域の箇所を制御することが困難であることにより、仕上げ部品にバラツキが生じ、部品性能に影響を及ぼす。また、ハンドレイアップに含まれる人的要因によって、作業バラツキが生じ、これにより仕上げ部品に不所望な不一致が生じる。

従って、ストリンガのような造形された複合材スティフナを圧密化し、かつプライのしわ、及びプライの高密度領域を、部品の品質及び／又は性能が向上するように一貫して、かつ予測可能に分布させる方法及び器具が必要である。また、ストリンガを硬化用治具に搬送するために用いることができ、かつ複合凹凸面を有するストリンガの曲率に、ストリンガを配置し、そして圧密化している過程で忠実に追従する圧密用器具が必要である。

本開示の実施形態は、１つよりも多くの平面内で凹凸を呈するストリンガのような複合材スティフナを搬送し、配置し、そして圧密化する方法及び器具を提供する。成形用コア材でストリンガ積層体を硬化用治具に、プライのしわ及び／又はプライの高密度領域の分布が調整され、そして平準化されるように配置し、そして圧密化する。本開示の圧密用器具は、ストリンガの幾何学形状の起伏に関係なく、複数平面内で可撓性を有し、そしてストリンガの凹凸に忠実に追従する。プライのしわ／高密度領域が予測可能になると、加工変更をストリンガ構造に対して行なうことができ、これにより、プライのしわ及び／又はプライの高密度を補正して、部品品質及び／又は性能を向上させる。

本開示の１つの実施形態によれば、造形された細長複合材構造物を形成するために使用される成形用コア材が提供される。前記成形用コア材は、少なくとも１つの第１セクションであって、該第１セクションが、該第１セクションの長さに沿って第１平面内で可撓性を有する、前記少なくとも１つの第１セクションと、そして前記第１セクションに接続される少なくとも１つの第２セクションであって、該第２セクションが該第２セクションの長さに沿って、前記第１平面内で、そして第２平面内で可撓性を有する、前記少なくとも１つの第２セクションと、を備える。前記第１平面及び第２平面は、互いに対して略直交している。前記第１セクション及び前記第２セクションの各セクションは、略平面状のキャップ部分と、そして複合材構造物の空洞内に収容されるように適合させたハット型部分と、を含む。前記キャップ部分は、前記キャップ部分の横幅の方向に延在し、かつ前記キャップ部分の長さに沿って離間する複数の補強帯状体を含む。前記キャップ部分は更に、複数の弾性ゴムジョイントを、前記キャップ部分の長さに沿って含み、これにより、前記第２セクションを前記第２平面内で曲げることができる。前記ハット型部分は、複数の横方向延在スリットを前記ハット型部分に含み、これらの横方向延在スリットは、前記弾性ゴムジョイント群に略位置合わせされる。

別の実施形態によれば、空洞を積層体内に有する造形されたハット型複合材スティフナ積層体を搬送し、そして圧密化する器具が提供される。前記器具は、前記空洞内に収容されるように適合させたハット型部分と、そして前記ハット型部分に接続される略平面状のキャップ部分と、を備え、該キャップ部分は、該キャップ部分に略平行な第１平面内で可撓性を有する。前記ハット型部分及び前記キャップ部分はそれぞれ、前記第１平面と略直交する第２平面内で可撓性を有する。前記キャップ部分は、可撓性材料からなる積層プライ群と、そして非常に高い剛性の補強材からなる帯状体群と、を含む。前記可撓性材料はゴムを含むことができる。

更に別の実施形態によれば、成形用コア材を用いて複合材スティフナを形成する方法が提供される。前記方法は、複合材スティフナ積層体を形成する工程と、そして前記成形用コア材を前記積層体に接触させる工程と、を含む。前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に固着させ、そして前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を搬送し、そして表面に配置する。前記スティフナ積層体を、前記成形用コア材を介して前記表面に押し付けて圧密化する。前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に固着させる工程は、前記成形用コア材の内部を真空にする工程と、そして前記真空を利用して、前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に押し付けて吸着させる工程と、を含む。前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に押し付けて吸着させる工程では、吸引力を、前記積層体に接触している前記成形用コア材の側面を通って空気を排出することにより生成する。前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を配置する工程では、前記成形用コア材を前記表面の幾何学形状に、前記成形用コア材を２つの略直交する平面内で曲げることができることにより忠実に追従させる。

更に別の実施形態によれば、成形用コア材に、直交する平面内で可撓性を持たせることにより造形された複合材スティフナ積層体を圧密化する方法が提供される。前記方法は、前記成形用コア材の少なくとも１つの第１部分を、複数の複合材補強帯状体を略平行に、かつ互いに離間して配置することにより積層する工程と、そして可撓性ジョイント群を前記補強帯状体群の間に、弾性ゴム製プライを前記補強帯状体群の間に挟んで積層することにより形成する工程と、を含む。前記プライを積層する工程では、前記ゴム製プライ及び前記補強帯状体群を同時硬化させる。前記成形用コア材の前記第１部分を積層する工程は、少なくとも１枚の平坦な繊維強化樹脂プライを提供する工程と、前記平坦プライの両縁部をスプライン加工に形成して、フランジ帯状体群を前記平坦プライに形成する工程と、そして前記補強帯状体群をフランジ帯状体群の上に積層する工程と、を含む。

要約すると、本発明の１つの態様によれば、造形された細長複合材構造物を形成するために使用される成形用コア材が提供され、該成形用コア材は、少なくとも１つの第１セクションであって、該第１セクションが該第１セクションの長さに沿って第１平面内で可撓性を有する、前記少なくとも１つの第１セクションと；そして前記第１セクションに接続される少なくとも１つの第２セクションであって、該第２セクションが該第２セクションの長さに沿って、前記第１平面内で、そして第２平面内で可撓性を有する、前記少なくとも１つの第２セクションと、を含む。

有利な点として、前記成形用コア材では、前記第１平面及び第２平面は、互いに対して略直交している。

有利な点として、前記成形用コア材では、前記成形用コア材の前記第２セクションは、略平面状の第１部分と、そして前記複合材構造物の空洞内に収容されるように適合させた第２部分と、を含む。

有利な点として、前記成形用コア材では、前記第１部分は、前記第１部分の横幅の方向に延在し、かつ前記第１部分の長さに沿って離間する複数の補強帯状体と、前記補強帯状体群の間のスロット群と、そして前記スロット群内の可撓性材料と、を含む。

有利な点として、前記成形用コア材では、前記第２部分は、複数の横方向延在スリット群を前記第２部分に含み、そして前記スリット群は、前記第１部分の前記スロット群に略位置合わせされる。

有利な点として、前記成形用コア材では、前記第２セクションは、複数の弾性ゴムジョイントを、前記第２セクションの長さに沿って含むことにより、前記第２セクションを前記第２平面内で曲げることができる。

有利な点として、前記成形用コア材では、前記第２セクションは、補強帯状体及びゴム製帯状体を前記第２セクションの長さに沿って交互に含む。

有利な点として、前記成形用コア材は更に、スプライスジョイントを前記第１セクションと前記第２セクションとの間に備える。

本発明の別の態様によれば、空洞を有する造形されたハット型複合材スティフナ積層体を搬送し、そして圧密化する器具が提供され、前記器具は、前記空洞内に収容されるように適合させたハット型部分と；そして前記ハット型部分に接続される略平面状のキャップ部分と、を含み、該キャップ部分は、該キャップ部分に略平行な第１平面内で可撓性を有する。

有利な点として、前記器具では、前記ハット型部分及び前記キャップ部分はそれぞれ、前記第１平面と略直交する第２平面内で可撓性を有する。

有利な点として、前記器具では、前記キャップ部分は、可撓性材料からなる積層プライ群と、そして前記キャップ部分の横幅の方向に延在する非常に高い剛性の補強材からなる帯状体群と、を含む。

有利な点として、前記器具では、前記可撓性材料はゴムであり、前記補強帯状体群は、前記キャップ部分の長さに沿って互いに離間配置されて、横方向スロット群を画定し、そして前記スロット群は、ほぼ全体がゴムで充填される。

有利な点として、前記器具では、前記補強帯状体群は一方向性繊維強化樹脂を含み、そして可撓性材料は合成ゴムを含む。

有利な点として、前記器具では、前記ハット型部分は、複数のスリットを前記ハット型部分に、前記ハット型部分の長さに沿って含み、前記スリット群は、前記キャップの平面と略直交する方向に延在し、そして前記補強帯状体群の間の前記スロット群に略位置合わせされる。

有利な点として、前記器具では、前記ハット型部分は、複数のスリットを前記ハット型部分の長さに沿って含み、前記スリット群は、真空源に接続されて、前記積層体を前記ハット型部分に押し付けて吸着させるように適合させる。

本発明の更に別の態様によれば、成形用コア材を用いて複合材スティフナを形成する方法が提供され、前記方法は、複合材スティフナ積層体を形成する工程と；前記成形用コア材を前記スティフナ積層体に接触させる工程と；前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に固着させる工程と；前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を搬送し、そして前記スティフナ積層体を表面に配置する工程と；そして前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を前記表面に押し付けて圧密化する工程と、を含む。

有利な点として、前記方法では、前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に固着させる工程は、前記成形用コア材の内部を真空にする工程と、そして前記真空を利用して、前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に押し付けて吸着させる工程と、を含む。

有利な点として、前記方法では、前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に押し付けて吸着させる工程は、吸引力を、前記スティフナ積層体に接触している前記成形用コア材の側面を通って空気を排出することにより生成する工程を含む。

有利な点として、前記方法では、前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を配置する工程は、前記成形用コア材を前記表面の幾何学形状に、前記成形用コア材を略直交する２つの平面内で曲げることができることにより忠実に追従させる工程を含む。

本発明の更に別の態様によれば、直交する平面内で可撓性を有する成形用コア材を形成して造形された複合材スティフナ積層体を圧密化する方法が提供され、前記方法は、前記成形用コア材の少なくとも１つの第１部分を、複数の複合材補強帯状体を略平行に、かつ互いに離間して配置することにより積層する工程と；そして可撓性ジョイント群を前記補強帯状体群の間に、弾性ゴム製プライを前記補強帯状体群の間に挟んで積層することにより形成する工程と、を含む。

有利な点として、前記方法では、前記プライを積層する工程は、前記ゴム製プライ及び前記補強帯状体群を同時硬化させる工程を含む。

有利な点として、前記方法では、前記成形用コア材の前記第１部分を積層する工程は、繊維強化樹脂からなる少なくとも１枚の平坦プライを提供する工程と、前記平坦プライの両縁部をスプライン加工形成して、フランジ帯状体群を前記平坦プライに形成する工程と、そして前記補強帯状体群をフランジ帯状体群の上に積層する工程と、を含む。

有利な点として、前記方法は更に、前記成形用コア材の第２部分を、複数の繊維強化樹脂プライを、キャビティを治具内に有する当該治具に積層することにより積層する工程と；そしてブラダーを前記治具キャビティ内に、かつ積層後の前記繊維強化樹脂プライ群の上に配置する工程と、を含み、前記成形用コア材の前記第１部分を積層する工程は、前記補強帯状体群を、前記治具に積層された前記繊維強化樹脂プライ群の上に配置することにより行なわれる。

本発明の別の態様によれば、複合造形された複合材ハット型ストリンガを搬送し、配置し、そして圧密化する器具が提供され、前記器具は、ほぼ連続する略平面状の細長キャップ部分を含み、前記キャップ部分は、第１平面内でのみ可撓性を有し、かつ複数の繊維強化樹脂積層プライを含む第１セクションと、前記第１平面内で可撓性を有し、かつ前記第１平面と直交する第２平面内で可撓性を有する第２セクションと、を含み、前記第２セクションは、複数の一方向性繊維強化樹脂積層帯状体を含み、前記積層帯状体群は、前記キャップ部分の長さに沿って離間配置されて、スロット群を前記積層帯状体群の間に画定し、前記第２セクションは更に、前記スロット群に充填され、かつ前記キャップ部分の全幅に亘って延在する弾性ゴムと、そして前記第１セクションと前記第２セクションとの間のスプライスジョイントと、を含み；ハット型部分は前記キャップ部分に接合され、前記ハット型部分は、概ね開放されている内部と、そして前記ハット型部分に前記ハット型部分の長さに沿って設けられて、前記開放内部と連通し、かつ前記ハット型部分をセグメント群に分割する複数のスリットと、を有し、前記スリット群は、前記キャップ部分の前記第２セクションの前記スロット群にそれぞれ略位置合わせされ、前記ハット型部分は、真空源に接続されて、前記開放内部を真空引きして、前記スリット群を介した真空吸引力を生成することにより、前記ストリンガを前記ハット型部分に押し付けて吸着させるように適合させる。

本発明の別の態様によれば、複合凹凸をストリンガの長さに沿って有する複合材ハット型ストリンガを搬送し、配置し、そして圧密化する可撓性成形用コア材を形成する別の方法が提供され、前記方法は、前記成形用コア材の少なくとも１つの第１部分を、複数の複合材補強帯状体を略平行に、かつ互いから離間して配置することにより積層する工程と、少なくとも１枚の平坦な繊維強化樹脂プライを提供する工程と、前記平坦プライの両縁部をスプライン加工形成して、フランジ帯状体群を前記平坦プライに形成する工程と、そして前記補強帯状体群を前記フランジ帯状体群の上に積層する工程と、を含み；可撓性ジョイント群を前記補強帯状体群の間に、弾性ゴム製プライを前記補強帯状体群の間に挟んで積層することにより形成する工程は、前記ゴム製プライ及び前記補強帯状体群を同時硬化させる工程と；前記成形用コア材の第２部分を、複数の繊維強化樹脂プライを、キャビティを治具内に有する当該治具に積層することにより積層する工程と；ブラダーを前記治具キャビティ内に、かつ積層後の前記繊維強化樹脂プライ群の上に配置する工程であって、前記成形用コア材の前記第１部分を積層する工程が、前記補強帯状体群を、前記治具に積層された前記繊維強化樹脂プライ群の上に配置することにより行なわれる、前記配置する工程と；そしてスリット群を前記成形用コア材の前記第２部分に、前記スリット群が前記成形用コア材の前記第１部分の前記可撓性ジョイント群に位置合わせされるようにソーイングで切断することにより開口する工程と、を含む。

有利な実施形態に固有であると考えられる革新的な特徴が添付の請求項に開示される。しかしながら、有利な実施形態のみならず、好適な使用形態、更に別の目的、及びこれらの実施形態の利点は、本開示の有利な実施形態に関する以下の詳細な説明を、添付の図面と関連付けながら一読することにより最も深く理解されると考えられる。

図１は、本開示の１つの実施形態による成形用コア材を斜めから見た図である。 図２は、２つの平面内で湾曲する航空機外板に取り付けられる複合材ストリンガを斜めから見た図である。 図３は、図２に示すストリンガを側方から見た図である。 図４は、図３の切断線４−４に沿った断面で見た図である。 図５は、図３の切断線５−５に沿った断面で見た図である。 図６は、図１に示す成形用コア材の１つのセクションを形成するために用いられるプライ積層体を分解して断面で見た図である。 図７は、図６と同様の図であるが、図１に示す成形用コア材の別のセクションを形成するために用いられるプライ積層体を示している。 図８は、図６及び７に示す積層体の一部を構成するプライを平面で見た図である。 図９は、図８と同様の図であるが、スプライン加工形成されたプライの一部の両縁部を示している。 図１０は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１１は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１２は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１３は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１４は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１５は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１６は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１７は、積層治具、及び成形用コア材を形成するために用いられる連続プライ積層工程を平面で見た図である。 図１８は、図１の切断線１８−１８に沿った断面で見た図である。 図１９は、成形用コア材を形成する方法のフロー図を示している。 図２０は、真空バッグ成形法により雄型の上で成形されるハット型ストリンガを断面で見た図である。 図２１は、打ち抜き雄型と打ち抜き雌型との間で成形されるハット型ストリンガを断面で見た図である。 図２２は、図２１と同様の図であるが、成形用コア材をストリンガ積層体に取り付けた様子を示している。 図２３は、ハット型ストリンガを硬化用治具で、成形用コア材を用いて搬送し、配置し、そして圧密化する連続工程を断面で示す図である。 図２４は、ハット型ストリンガを硬化用治具で、成形用コア材を用いて搬送し、配置し、そして圧密化する連続工程を断面で示す図である。 図２５は、ハット型ストリンガを硬化用治具で、成形用コア材を用いて搬送し、配置し、そして圧密化する連続工程を断面で示す図である。 図２６は、ハット型ストリンガを硬化用治具で、成形用コア材を用いて搬送し、配置し、そして圧密化する連続工程を断面で示す図である。 図２７は、複合材ストリンガを形成する方法のフロー図を示している。 図２８は、航空機製造及び整備方法のフロー図を示している。 図２９は、航空機のブロック図を示している。

まず、図１〜５を参照するに、成形用コア材３０（図１）を用いて、これらに限定されないが、図２〜５に示す造形されたハット型ストリンガ５０のような湾曲複合材積層スティフナを搬送し、配置し、そして圧密化することができる。成形用コア材３０は普通、半剛性であり、この場合、可撓性の度合いは、ストリンガ積層体を治具に配置し、そして圧密化している過程で、成形用コア材３０を曲げることができ、そして複雑な治具表面（図１には示さず）に忠実に追従させることができるような度合いである。ストリンガ５０を搬送し、そして配置している過程では、ストリンガ５０は成形用コア材３０に、真空吸引力３１によって保持される。成形用コア材３０は細長であり、そして第１分割ハット型部分３８と、そして略平面状の第２連続キャップ部分３６と、を広く備えている。ハット型部分３８は、複数の傾斜側壁３８ａと、そして底部壁３８ｂと、を含む。

キャップ３６は、複数の側方突出フランジ３６ａを含む。キャップ部分３６は、ハット型部分３８及び一対の端部壁４５と一体となって、成形用コア材３０のほぼ全長“Ｌ”に亘って延びる閉鎖内部空間３５を形成する。これらの端部壁４５のうちの一方または両方の油圧継手４２は、成形用コア材３０の内部空間３５を適切な真空源（図示せず）に接続して成形用コア材３０内の真空引きを行なうように適合させる。以下に説明するように、ハット型部分３８は、複数の略平行スリット４０を当該ハット型部分３８に含み、これらの略平行スリット４０により、空気がハット型部分３８を通って内部空間３５に引き込まれるようにすることができる。これらのスリット４０は、ハット型部分３８の略全高に亘って延在し、そしてハット型部分３８を個別セグメント群４１に分割し、これらの個別セグメント４１により、成形用コア材３０のハット型部分３８を、積層体を治具に配置し、そして圧密化している過程で曲げることができる。これらのスリット４０によって更に、空気を内部空間３５に引き込むことにより、真空吸引力３１を発生させ、この真空吸引力でストリンガ５０を成形用コア材３０に、搬送、配置、及び圧密化過程で保持することができる。このように、ストリンガ５０が成形用コア材３０に真空固着すると、プライのしわ、及び高密度領域を、ストリンガを圧密化している過程で更に対称に分布させることができる。

成形用コア材３０は、少なくとも１つの第１の一方向可撓性セクション３２と、そして少なくとも１つの第２の二方向可撓性セクション３４と、を含む。セクション３２，３４は互いに対して、これらには限定されないが、スプライスジョイント、スカーフジョイント、またはバットジョイントのような用途に適するジョイント４８で接続される。図示の実施形態では、成形用コア材３０は、セクション３２の２つの間で２つのジョイント４８により接続されるセクション３４を１つだけ含む。しかしながら、成形用コア材３０は、成形用コア材３０の何れかの端部に設けられる構成を含む、成形用コア材３０の長さに沿った任意の領域に設けられるセクション群３４のうちの１つよりも多くのセクション３４を有することができる。幾つかの実施形態では、成形用コア材３０のほぼ全体が、二方向可撓性セクション３４を備えることができる。成形用コア材３０は、一方向可撓性セクション群３２のうちの２つよりも多くの、または少ないセクション３２を有することができる。以下に更に詳細に説明するように、成形用コア材３０のセクション３４は、可撓性ジョイント群２３を含み、これらの可撓性ジョイント２３により、セクション３４は、互いに対して略直交する２つの平面４４，４６の各平面内で曲がることができる。平面４４がキャップ３６に略平行に、かつキャップ３６内を延びているのに対し、平面４６は、キャップ３６に対して略直角に延びている。可撓性ジョイント２３により更に、成形用コア材３０は、当該成形用コア材の長手軸４７に沿ってねじれることができる。

キャップ部分３６及びハット型部分３８は共に、これに限定されないが、炭素繊維エポキシのような繊維強化樹脂からなる積層プライ（図１には示されず）により形成することができる。セクション３２のキャップ部分３６を形成するために使用されるプライの枚数及び厚さは、このようなキャップ部分３６が平面４４内で、成形用コア材３０が湾曲治具表面（図示せず）に、ストリンガ積層体を治具に配置し、そして治具で圧密化している過程で、忠実に追従することができるために必要な程度に可撓性を有するように選択される。ハット型部分３８のこれらのスリット４１により、ハット型部分３８は、キャップ部分３６と一体となって平面４４内で曲がることができる。

後で説明することであるが、キャップ部分３６のうち、成形用コア材３０の二方向可撓性セクション３４内にある領域は、同時硬化されて複数の可撓性ジョイント２３を形成する材料群を組み合わせることにより形成される。これらの可撓性ジョイント２３により、キャップ部分３６を両方の平面４４，４６内で曲げることができるのみならず、キャップ部分３６の長手軸４７の回りにねじれることができる。ハット型部分３８のこれらのスリット４０により更に、セクション３４内のハット型部分３８の領域を、平面４６内で曲げることができる。成形用コア材３０が、２つの平面４４，４６内で曲がることができ、そして造形された治具１５８（図２４〜２６）の幾何学形状、または他の表面に、ストリンガを配置し、そして圧密化している過程で、忠実に追従する能力を備えている結果、プライの高密度領域及び／又はプライのしわ（図示せず）の箇所及び／又はパターンが、部品ごとに、更に一貫して規則的になり、そして／または予測可能になることにより、適切な補正加工変更をストリンガ５０の設計に加えることができ、これにより、ストリンガ５０の性能を向上させることができる。

次に、図２〜５を参照するに、ハット型ストリンガ５０は、上面５６、傾斜側壁群５５、一対の側方突出フランジ５８を含む概略ハット型断面を有する。ストリンガ５０は、ストリンガ５０を追従させる必要がある追従先の複合凹凸面を有する外板５２の内側表面５２ａに取り付けることができる。ストリンガ５０のこれらのフランジ５８は外板５２に、ファスナー（図示せず）、接合接着剤のような任意の適切な手段により固定するか、または複合材ストリンガ５０を外板５２と、外板５２が複合材であるこれらの用途において同時硬化させることにより固定することができる。図２及び３に示すように、ストリンガ５０は第１面外曲率５４を有し、そして図５に示すように、外板表面５２ａの複合凹凸面に忠実に追従する第２面外曲率６０を有する。

次に、図６に注目すると、図６は、図１に示す成形用コア材３０のセクション３４を形成するために使用される代表的なプライ積層体６１を示している。積層体６１は、積層治具６５にプライを１枚ずつ張り付けて形成され、この積層治具６５は、ストリンガ５０のハット型部分３８を成形するキャビティ６６と、そしてキャップ部分３６を成形するフランジ面６５ａと、を有する。繊維強化樹脂からなる２枚の広幅プライ６４をキャビティ部分６６の上に積層し、そしてこれらの広幅プライ６４でフランジ面６５ａを覆う。繊維強化樹脂からなる３枚の更に別のプライ６８をキャビティ部分６６の内部に積層する。１つの実施形態では、プライ６４がバイアスプライとすることができるのに対し、プライ６８は、バイアスプライ、及び平織で織り上げる織物プライを組み合わせたプライを備えることができる。プライの枚数、及びこれらのプライの繊維配向は、用途に応じて変えることができる。

第６プライ７０は、一方向繊維強化樹脂からなる複数の補強帯状体７０ａを備え、これらの補強帯状体７０ａは、治具６５の長さに沿って離間配置され、そしてそれぞれが、キャビティ部分６６の横幅の方向に延びる繊維配向を有する。第６プライ７０は、一方向プリプレグテープからなる１つ以上の積層補強帯状体７０ａを備えることができる。第７プライ７２は、これに限定されないが、ビトン（Ｖｉｔｏｎ：登録商標）フルオロエラストマーのような未硬化弾性合成ゴム層を備え、この合成ゴム層は、第６プライ７０の帯状体よりも僅かに狭い幅を有する。第７プライ７２は、硬化後に可撓性を保持する他の材料を含むことができる。第８プライ７４は、第２集合体の一方向繊維強化樹脂帯状体７４ａを備え、これらの一方向繊維強化樹脂帯状体７４ａは、治具６５のキャビティ部分６６を覆い、そしてそれぞれ、以下に更に詳細に説明するように、プライ７０を形成する帯状体７０ａに位置合わせされる。最後の第９プライ７６は、未硬化弾性合成ゴムからなる第２広幅層を備え、この未硬化弾性合成ゴムも、ビトン（Ｖｉｔｏｎ：登録商標）のようなフルオロエラストマーとすることができる。積層体６１のハット型部分３８が、プライ６４及び６８により形成されるのに対し、キャップ部分３６は、プライ６４，７０，７２，７４，及び７６により形成される。

図７を参照するに、成形用コア材３０のセクション３２を形成する積層体６３は、治具６５のキャビティ部分６６の横幅の方向に延び、かつ治具６５のフランジ面６５ａを覆って延びる一対の広幅プライ７８を備える。３枚の更に別のプライ８０をキャビティ部分６６の上に積層する。次に、広幅プライ８６を積層し、続いてキャビティ部分６６のみを覆う３枚のプライ８８を積層する。最後に、別の広幅プライ９０を積層する。積層体６３のプライ群の各プライは、特定の用途に選択される繊維配向を有する一方向繊維プリプレグまたは交織繊維プリプレグを備えることができる。

次に、図８〜１７に注目すると、これらの図は、図６に示す積層体６１を形成するために使用される一連の工程を示している。まず、図８を参照するに、図６に示すプライ群６４からなり、かつ成形用コア材３０の全ての３セクション３２，３４の長さとほぼ等しい長さを有する略平坦な積層体６２を設ける。次に、図９に示すように、積層体６２の成形用コア材セクション３４に沿った両側縁端９５を、例えばこれに限定されないが、型抜きのような任意の適切な材料除去方式を用いてスプライン加工形成する。このようにスプライン加工形成すると、プライ群６４の各プライにおける一連の補強フランジ帯状体６４ａがセクション３４の長さに沿って離間配置され、そしてスロット群１２８を挟んで分離されるようになる。

図１０は、図６に示すプライ積層体６１を収容し始めようとしている状態の治具６５を示している。前に説明したように、治具６５は、成形用コア材３０のハット型部分３８を成形するハット型キャビティ部分６６と、そして成形用コア材３０のキャップ部分３６のフランジ部分３６ａを成形する一対のフランジ面６５ａと、を含む。

図１１は、治具６５に積層された状態のスプライン加工プライ６４を示しており、この場合、治具６５のフランジ面６５ａを覆うフランジ帯状体６４ａが離間配置されている。図１２は、積層作業の次の工程が完了した様子を表わしており、この工程では、プライ群６８を治具６５のキャビティ部分６６内に、これらのプライ６４を覆うように積層する。次に、図１３に示すように、膨張ブラダー１４２をキャビティ部分６６内に、これらのプライ６８を覆うように配置する。

図１４を参照するに、組み付け作業の次の工程では、横方向に延びる一方向プリプレグ補強帯状体７０ａを、スプライン加工積層体６２のフランジ帯状体６４ａ（図１３）に位置合わせして、かつこれらのフランジ帯状体６４ａを覆って積層する。これらの補強帯状体７０ａの各補強帯状体は、一方向プリプレグテープからなる１枚以上のプライを含むことができるが、他の種類の補強材を用いることもできる。これらの補強帯状体７０ａは、キャップセクション３６のほぼ全幅に亘って架設され、かつ特定の用途に適合するピッチで離間される。

図１５は、これらの補強帯状体７０ａの上に積層された状態のゴム製プライ７２を示しており、この後、図１６に示すように、略平行な離間補強帯状体７４ａからなる第２集合体を、下層の補強帯状体７０ａ及びフランジ帯状体６４ａ（図１３及び１４参照）の両方に位置合わせされるように、ゴム製プライ７２の上に積層させる。これらの補強帯状体７４ａにより、キャビティ６６の上に在るキャップセクション３６の領域を補強する。最後に、図１７に示すように、未硬化合成ゴムまたは同様の弾性材料からなる第２プライ７６をこれらの補強帯状体７４ａの上に積層させる。第２ゴム製プライ７６は、積層体６１のほぼ全幅に亘って架設される。

図１８は、成形用コア材セクション３４における可撓性ジョイント群２３のうちの１つの可撓性ジョイントを示す断面図である。これらの補強帯状体６４ａ，７０ａ，７４ａを位置合わせして積層すると、スロット群１２８が形成され、これらのスロット１２８は、ゴム製プライ７２，７６中のゴムで、キャップ部分３６のプライを積層しているときに充填される。この積層の後、弾性ゴムジョイント群２３がキャップ部分３６の横幅のほぼ全体にわたって延びる。これらの補強帯状体６４ａ，７０ａ，７４ａによって、成形用コア材セクション３４に、成形用コア材セクション３４の形状を維持し、かつ成形用コア材セクション３４が成形用コア材３０内を真空引きするときに変形するのを防止するために必要な剛性を付与するのに対し、ジョイント群２３を形成するゴム充填スロット群１２８によって、キャップ部分３６を直交する平面４４，４６（図１）の何れの平面内でも曲げることができる。弾性ゴムジョイント群２３は、スリット群４０の箇所に成形用コア材の長さに沿って一致するように位置合わせされる。

図１９は、成形用コア材３０を形成する方法の工程を示すフロー図である。１つの実施形態では、プライ群６４からなる平坦積層体６２を提供する工程９２から始まり、そして工程９４では、積層体６２の両縁部をスプライン加工形成する。工程９６では、スプライン加工積層体６２を治具６５に配置し、そして治具６５で成形し、そして更に別のプライ群６８を必要に応じて積層して、成形用コア材３０のハット型部分３８を補強する。次に、工程１０６に示すように、膨張ブラダー１４２を治具６５のキャビティ６６に、プライ６４，６８を覆うように取り付ける。別の構成として、工程１００に示すように、プライ群６４を成形治具６５の上に、スプライン加工することなく積層させることができ、その後、更に別のハット型プライ６８を工程１０２で、必要に応じて積層させることができる。工程１０４では、プライ群６４の両縁部をスプライン加工して、成形用コア材３０の二方向可撓性セクション３４の補強フランジ帯状体６４ａを成形する。工程１０８では、複合材補強帯状体７０ａをこれらのフランジ帯状体６４ａの上に積層させ、そして工程１１０では、未硬化ゴムからなる第１プライ７２をこれらのフランジ帯状体６４ａの上に積層させる。工程１１２では、一方向複合材補強帯状体７４ａからなる第２集合体を第１ゴム製プライ７２の上に積層させて、キャップ部分３６のうち、キャビティ６６の上に在る領域を更に補強する。工程１１４では、未硬化ゴムからなる第２プライ７６を、これらの補強帯状体７４の上に積層させる。

成形用コア材セクション群３２の各成形用コア材セクションは、まず、ハット型部分３８のプライ群を工程１１６において積層し、そして次に、キャップ部分３６のプライ群を工程１１８において積層することにより積層させる。成形用コア材セクション３２のキャッププライ群を積層しているとき、これらのプライのうちの少なくとも特定のプライは、工程１２０に示すように、成形用コア材セクション３４のキャッププライ群の間に差し挟まれて、重なりスプライスジョイント４８を成形用コア材セクション３２と３４との間に形成する。これらのジョイント４８により、剛性の局所集中が起こりにくくすることができ、そして成形用コア材３０の全体的な耐久性を向上させることができる。前に説明したように、スプライスジョイント群４８を例示的な実施形態において示してきたが、他の種類のジョイントを用いることもできる。

工程１２２では、圧密積層体を真空バギングし、そしてゴム製複合材樹脂プライ群を、オートクレーブ処理により、またはオートクレーブ処理を経ることなく、同時硬化させる。同時硬化後、成形用コア材３０のハット型部分３８のスリット群４０が、カッティング、ソーイング、または他の適切な処理により形成される。前に説明したように、これらのスリット４０は、互いから離れて位置し、かつ離間して、これらのスリットがゴム充填スロット群１２８に略位置合わせされるようになる。

次に、図２０〜２６に注目すると、これらの図は、複合材ハット型ストリンガ積層体５０を、可撓性成形用コア材３０を用いて成形し、搬送し、配置し、そして圧密化する方法の工程を示している。まず、図２０を参照するに、複合材ハット型ストリンガ５０は、複数プライ複合材充填材を雄型１５２に配置し、真空バッグ１５３を用いて、当該充填材を当該型１５２に載せて圧密化し、そして成形することにより形成することができる。別の構成として、図２１に示すように、ストリンガ５０は、複合材充填材を雄型１５２と雌型１５６それぞれの間でスタンプ成形して、ハット形空洞を形成することにより形成することができる。成形後、ストリンガ５０を必要に応じてトリミング加工することができる。ストリンガ５０が雌型１５６内で支持されている状態で、成形用コア材３０を、ストリンガ５０のハット形空洞１５４に収容して、成形用コア材３０のハット型部分３８がストリンガ５０の側壁５５及び上面５６に当接し、そして成形用コア材キャップ３６のフランジ部分３６ａを、ストリンガ５０のフランジ５８に載せて当接するようにする。ストリンガ５０及び成形用コア材３０は、雌型１５６内に保持されたままとすることができ、この雌型１５６を保持固定具として利用して、ストリンガ５０を取り出し、そして搬送して配置する作業が開始される状態になるまでストリンガ５０の形状を維持することができる。任意であるが、ストリンガ５０は保持固定具（図示せず）に、配置する作業が開始される状態になるまでに移送しておくことができる。ストリンガ５０を雌型１５６（または、任意の保持固定具）から取り出すために、成形用コア材３０の内部を真空引きして空気を、スリット群４０（図１）内を通って排出して、ストリンガ５０を成形用コア材３０に固着させる吸引力３１（図２２）を生じさせる。

図２３に示すように、ストリンガ５０が成形用コア材３０に固着している状態では、成形用コア材３０をストリンガ５０と一緒に、雌型１５６から離れる方向に持ち上げ、そして成形用コア材３０を利用して、ストリンガ５０を、図２３に示すように、治具１５８のような構造体に搬送し、この治具１５８は雌治具成形面１５９を有し、これらの雌治具成形面１５９は、１つよりも多くの平面で湾曲し、かつストリンガ５０の成形輪郭線（ＯＭＬ）の成形面（図示せず）に略一致する。図２５に示すように、成形用コア材３０を用いて、ストリンガ５０を治具１５８のキャビティ１６０に収容する。成形用コア材３０及びストリンガ５０を治具キャビティ１６０に取り付けた状態で、真空バッグアセンブリ１５５を成形用コア材３０及びストリンガ５０を覆うように取り付けて、バッグ１５５（図２５）を真空引きし、このバッグ１５５が成形用コア材３０と一体となって、積層体５０を治具表面１５９に押圧して圧密化する。ストリンガ５０を圧密化した後、図２６に示すように、成形用コア材３０をストリンガ５０から引き離す。次に、ストリンガ５０を更に処理することができる。例えば、フィラー（図示せず）をストリンガ５０に取り付けることができ、１つ以上のブラダー（図示せず）をストリンガ５０に押圧して取り付けることができ、ストリンガ５０を外板５２（図２）に取り付け、そしてオートクレーブ（図示せず）などで硬化させることができる。

図２７は、図２０〜２５に関連して前に説明したストリンガ５０を形成する工程のフロー図を示している。工程１６２から始まり、この工程１６２では、複合材ハット型ストリンガ充填材５０を積層し、そして任意であるが、必要に応じてトリミング加工する。工程１６４では、ストリンガ充填材を、例えば金型打ち抜き加工または他の加工法によりストリンガ形状に成形する。成形後のストリンガ５０は、ストリンガ５０を工程１６４で成形した後に、かつストリンガ５０を工程１６２で予めトリミング加工していない場合にトリミング加工することができる。任意であるが、ストリンガ５０は、ストリンガ５０を、成形用コア材３０を介して搬送し、そして配置する作業を開始する状態になるまでに、保持固定具に移送しておくことができる。工程１６６では、成形用コア材３０を、ストリンガを収容しているキャビティ１６０に取り付ける。成形用コア材３０をストリンガ５０内に保持してストリンガ５０の形状を、ストリンガ５０が雌型１５６または保持固定具から取り出される作業が開始される状態になるまで維持することができる。工程１６８では、ストリンガ５０を成形用コア材３０に、成形用コア材３０の内部を真空引きして、ストリンガ５０を成形用コア材３０に押圧して吸着することにより生じる力を利用して固着させる。次に、工程１７０では、成形用コア材３０を利用して、ストリンガ５０を持ち上げ、そして治具、固定具、部品、または他の構造体または表面に搬送する。例えば、これに限定されないが、成形用コア材３０を利用して、ストリンガ５０を治具１５８に搬送し、そして次に、ストリンガ５０を治具１５８、または他の構造体または表面の所望の位置に配置することができる。ストリンガ５０は成形用コア材３０を介して配置されているので、成形用コア材３０は直交する２つの平面４４，４６のいずれかの平面内で、または両方の平面内で曲がることができる、または成形用コア材３０の長手軸４７（図１）の回りに、ストリンガ積層体５０を治具表面１５９のような構造体の湾曲面に忠実に追従させるために必要な程度にねじれることができる。

工程１７４では、真空バッグ１５５を他の通常のバギング材（図示せず）と共に、治具１５８を覆うように取り付け、そして真空バッグ１５５及びバギング材で治具１５８を密閉し、ストリンガ５０及び成形用コア材３０を覆う。工程１７６では、バッグ１５５を真空引きしてストリンガ５０を、成形用コア材３０内の真空を維持しながら、成形用コア材３０を介して圧密化する。成形用コア材３０内を真空引きすると、空気が成形用コア材３０内にスリット群４０（図１）を通って漏出する結果として、真空バッグ１５５を圧密化処理時に容易に排気することができる。工程１７８では、ストリンガ積層体５０のバギングを終え、成形用コア材３０内の真空を開放し、そして成形用コア材３０を治具１５８から取り出す。工程１８０では、成形用コア材３０を、別のストリンガ積層体５０を圧密化するために再使用する段階に移行させることができる。用途によって異なるが、フィラーをストリンガ５０に取り付け、ブラダーを配置し、外板をストリンガに取り付けるなどの操作を行なうことにより、ストリンガ形成作業を工程１８２から継続して行なうことができる。

本開示の実施形態は、多種多様な潜在的用途に用いることができ、特に例えば航空宇宙用途、船舶用途、自動車用途、及び自動積層装置を用いることができる他の用途を含む輸送産業に用いることができる。従って、次に図２８及び２９を参照するに、本開示の実施形態は、図２８に示す航空機製造及び整備方法１８４及び図２９に示す航空機１８６に関連して用いることができる。本開示の実施形態の航空機への適用形態は、例えばこれらには限定されないが、スパー及びストリンガのようなスティフナ部材の積層体を含むことができる。生産前段階では、例示的な方法１８４は、航空機１８６の仕様決定及び設計１８８と、そして材料調達１９０と、を含むことができる。生産段階では、航空機１８６の構成部品及びサブアセンブリ製造１９２、及びシステム統合１９４を行なう。その後、航空機１８６は、証明書発行及び機体引き渡し１９６を経て、供用１９８される。カスタマーによって供用されている間、航空機１８６を日常的なメンテナンス及び整備２００に関してスケジューリングすることができ、このメンテナンス及び整備２００は、改修、再構成、補修などを含むこともできる。

方法１８４の工程群の各工程は、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、カスタマー）によって行なうことができるか、または実行することができる。この説明を進めるために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、任意の数の航空機製造業者、及び航空機大手システムサブコントラクタを挙げることができ；サードパーティとして、これらには限定されないが、任意の数のベンダー、サブコントラクタ、及びサプライヤーを挙げることができ；そしてオペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、航空機整備機関などとすることができる。

図２９に示すように、例示的な方法１８４により製造される航空機１８６は、複数のシステム２０４を搭載した機体２０２と、そして機内２０６と、を含むことができる。機体２０２は、本開示の方法及び成形用コア材を用いて形成することができるストリンガ及びスパーのような種々のスティフナを含むことができる。高位システム２０４の例として、推進システム２０８、電気システム２１０、油圧システム２１２、及び環境システム２１４のうちの１つ以上を挙げることができる。任意の数の他のシステムを含めてもよい。航空宇宙用の例を示しているが、本開示の原理は、船舶産業及び自動車産業のような他の産業に適用することができる。

本明細書において具体化されるシステム及び方法は、製造及び整備方法１８４の種々の段階のうちのいずれか１つ以上の段階において用いることができる。例えば、製造工程１９２に対応する構成部品またはサブアセンブリは、航空機１８６を供用している間に製造される構成部品またはサブアセンブリと同様の方法で組み立てるか、または製造することができる。また、１つ以上の装置実施形態、方法実施形態、またはこれらの装置実施形態及び方法実施形態の組み合わせは、製造段階１９２及び１９４において、例えば航空機１８６の組み立てを大幅に促進する、そして／または航空機１８６のコストを大幅に低減することにより利用することができる。装置実施形態、方法実施形態、またはこれらの装置実施形態及び方法実施形態の組み合わせは、航空機１８６を供用している間に、例えばこれに限定されないが、メンテナンス及び整備２００中に利用することができる。

異なる有利な実施形態についての説明を提示して、例示及び記述を行なってきたが、当該説明を網羅的に記載しようとするものではない、または開示される構成の実施形態に限定しようとするものではない。多くの変形及び変更が存在することはこの技術分野の当業者には明らかである。更に、異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態とは異なる利点を提供することができる。選択される実施形態または実施形態群は、これらの実施形態の原理、実際の用途を最も分かり易く説明するために、そしてこの技術分野の他の当業者が、想定される特定の使用に適合するように種々の変更が為される種々の実施形態に関する開示を理解することができるように選択され、そして記載されている。

Claims (4)

1. 成形用コア材を用いて複合材スティフナを形成する方法であって、前記成形用コア材が、
   少なくとも１つの第１セクションであって、前記第１セクションの長さに沿って第１平面内で可撓性を有する、少なくとも１つの第１セクションと、
   前記第１セクションに接続される少なくとも１つの第２セクションであって、前記第１平面内及び第２平面内で前記第２セクションの長さに沿って可撓性を有する、少なくとも１つの第２セクションと、
   を備え、前記成形用コア材の前記第２セクションは、略平面状の第１部分と、複合材構造物の空洞内に収容されるように適合された第２部分と、を含み、
   前記第１部分は、
   前記第１部分の横幅の方向に延在し、かつ前記第１部分の長さに沿って離間する複数の補強帯状体であって、一方向性繊維強化樹脂を含む、複数の補強帯状体と、
   前記補強帯状体の間のスロット群と、
   前記スロット群内の可撓性材料であって、合成ゴムを含む可撓性材料と、を含み、
   前記方法は、
   複合材スティフナ積層体を形成することと、
   前記成形用コア材を前記スティフナ積層体に接触させることと、
   前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に固着させることと、
   前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を搬送し、硬化用治具の表面に配置することと、
   前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を前記表面に押し付けて圧密化することと、
   を含む、方法。
2. 前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に固着させることは：
   前記成形用コア材の内部を真空にすることと、
   前記真空を利用して、前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に押し付けて吸着させることと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記スティフナ積層体を前記成形用コア材に押し付けて吸着させることは、吸引力を、前記スティフナ積層体に接触している前記成形用コア材の側面を通って空気を排出することにより生成することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記成形用コア材を用いて、前記スティフナ積層体を配置することは、前記成形用コア材が２つの略直交する平面内で曲がることが可能となることにより、前記成形用コア材を前記表面の幾何学形状に忠実に追従させることを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

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