JPH01182015A - 外板−補強材複合組立体のコアなし成型及び硬化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外板及び補強材からなる複合組立体を一体に
同時硬化するための鋳型を提供する新規な方法に関する
ものである。

〔従来の技術］ 航空機の部品を製造するについて、所謂複合材料を使用
する傾向が増大してきている。このような複合材料は通
常、強化繊維並びにガラス繊維、グラファイト、ボロン
その他の如き単方向性繊維材料から形成され、エポキシ
樹脂が含浸された織り混ぜ材料により構成されている。

このような材料を使用することの利点は、それらが、普
通の金属性パネルを枠組みに取り付けるに際して使用さ
れている非常に多くの機械的な留め具、例えばりヘット
の如きを省略することができると同時に、強固で軽量の
構造体を提供できるということにある。このような外板
の使用についての典型的な例は、ボーイング社に対して
１９８３年６月２６日に発行された米国特許第４．３９
５．４５０号に開示されている。しかしながら上記の特
許は、交差外板パネルの間に配置された補強用コアを有
する構成要素の構造に関するものである。

〔発明の解決しようとする課題〕

本発明は、例えばパネルの如く、それと一体に硬化され
た補強材を有する単一の外板を有する型式の構造を製造
するための方法及びこれに関する鋳型を問題とする。こ
のような補強材は、外板を補強し且つ枠組みを支持する
よう外板を固定するための横方向フランジを備えて形成
されるのが通常である。しかしこれらの横方向フランジ
が配置されることにより、これまでは外板と補強材とを
一体に成型することは容易ではなかった。なぜなら従来
の型からは、成型された複合部材を抜き取ることができ
なかったからである。そこで、外板と補強材とを別々に
製造し、その後通例は熱及び圧力の下において接着剤を
使用することにより、補強材を外板へと固定することが
実施されていた。このような補強材を外板へと固定する
ために、留め具もまた使用されていた。

別の製造方法は、補強材と外板とを一緒に同時硬化する
ために、オートクレーブ中において外板と補強材とを適
当な位置に保持するための高価な複合鋳型を使用するこ
とであった。しかしながらそのような鋳型は非常に高価
なものであり、また嵩高で取り扱いが難しく、さらにそ
のような鋳型を収容することのできる特別のオートクレ
ーブを必要とするものである。

本発明の課題は、樹脂物質中に含浸された補強繊維材料
からなる外板及び補強材と共に、外板−補強材の複合組
立体を同時硬化するための鋳型を使用する新規な方法を
提供することにある。

本発明の別の課題は、オートクレーブなしての改良され
た加熱及び同時硬化を可能ならしめる、繊維材料及び樹
脂からなる外板−補強材の複合組立体の一体同時硬化の
ための新規な方法を提供することにある。

本発明の別の課題は、外板と補強材とを一体に硬化し、
それによってこれらを結合させるための接合や機械的留
め具の必要性を回避する、方法及び成型装置を提供する
ことにある。

本発明の別の課題は、開放横断面を有する構造的構成要
素に対して外板を一体に同時硬化し、その際該要素相互
間に離間ギャップがあるようにし、それにより構造的構
成要素に対する接近を可能ならしめて検査及び修理を容
易とするような方法及び成型装置を提供することである
。

本発明の別の課題は、総ての複合材料を成型部材の対応
する硬化表面に対して圧接係合するよう配置し硬化する
ことにより、本願の新規な方法及び成型装置が平滑な外
側表面及び平滑な内側表面を生成するようにすることで
ある。

本発明の別の課題は、単一の外板を有する型式の外板−
補強材複合組立体を硬化するための鋳型を使用する方法
であって、複合材料片が、補強材形成用材料の間にある
離間ギャップと整合して成型エンクロージャ内に配置さ
れた膨張可能な成型装置による与圧下に適当な位置に保
持され、従って該膨張可能な成型装置を離間ギヤングを
介して引き抜くことにより、該装置を除去可能であるよ
うな方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、本発明はその最も広い観
点からして、少なくとも一つの補強材成型用リッジ（尾
根）と、波形硬化表面に対して形成される谷とを有する
補強材成型部材を準備する段階を含む、単一外板型式の
外板−補強材複合組立体を硬化するための成型方法を提
供するものである。複合材料の複数の薄い層が、開放横
断面（ｏｐｅｎ　ｃｒｏｓｓ　５ｅｃｔｉｏｎ）の補強
材の形状でもって、波形硬化表面上へと載置される。

拡開可能な成型装置が、複合材料の複数の薄い層が載置
されている補強材成型部材のリッジに隣接する谷に設け
られる。複合材料の外板もまた、外板成型部材の硬化表
面上へと載置される。

次いで、外板成型部材及び補強材成型部材の硬化表面は
並置され、外板成型部材にある外板の少なくとも一部分
かりフジ上の複合材料の少なくとも一部分と接触するよ
うにして、−又は二基上の成型エンクロージャを画定す
る。拡開可能な成型装置はこのとき拡開されて、外板及
びリッジ上の複合材料に対して圧力を加え、これらを適
当な位置において保持するようにする。

外板及び補強材の複合材料はその後、適当な熱及び圧力
の下に同時硬化される。硬化の後、隣接するりフジ上に
それぞれ載置された複合材料片の間に設けられた対応す
る離間ギャップを介して引き抜くことにより、拡開可能
な成型装置は除去される。

本発明のさらに広い観点によれば、成型部材には加熱要
素が埋め込まれており、それにより外板及び補強材の複
合材料に対して適当な熱を供給するようになっている。

本発明の別の特徴によれば、複合補強材組立体を同時硬
化するための鋳型が提供される。この鋳型は、外板受容
硬化表面を有する外板成型部材を含んでいる。補強材成
型部材もまた設けられ、そしてこれは、少なくとも一つ
の補強材成形用リッジ及び各々のリッジの両側にある谷
を含む硬化表面を有している。これらの成型部材は、硬
化表面が並置されるようにして、作動の際に保持される
。拡開可能な成型装置が各々の谷に配置され、加熱硬化
サイクルの間に、外板の複合材料を外板成型部材の硬化
表面に対して、また補強材成型部材のリッジに対して押
圧するようにされる。

〔実施例〕

以下に本発明の好ましい実施例を、添付図面に図示され
た例を参照して説明する。

さて添付図面中特に第１図及び第２図を参照すると、そ
こには、第４図において９で示されている如き外板−補
強材複合組立体を同時硬化するための、本発明による成
型装置の構造の全体が１０で示されている。この成型装
置は本質的に、外板成型部材１１と、補強材成型部材１
２とを含んでいる。これらの成型部材には両方とも、硬
化表面１１゛及び１２“が備えられている。これらの成
型部材は、例えば蝶番（図示せず）その他の如き通常の
結合手段により相互に固定され、それにより硬化表面１
１゛及び１２′が並置されるようになっている。

第１図により明瞭に示されているように、外板底型部材
１１は、その硬化表面１１゛　に形成された外板受容空
所１３を有している。この外板受容空所は延伸された平
坦な浅い空所であり、樹脂材料で含浸された繊維材料の
複数の薄い層を保持するようになっている。

補強材成型部材１２にはその硬化表面１２゛　に、補強
材成型硬化表面に機械加工などにより形成された補強材
成形用リッジ１４，１５が備えられている。

これらのリッジ１４．１５は平坦な頂面２３と、該頂壁
２３に対して角をなしている側壁２３゛　とを有してお
り、実質的に逆向きのトラフ（かいばおけ）状の区域を
画定し、硬化された外板−補強材複合組立体の引き抜き
がそれによって容易となるようにしている。リッジ１４
．１５の間には空所即ち谷１６が画定されており、ここ
では膨張可能な膜１７の形で示されている拡開可能な成
型装置をその中に受容するようになっている。この膜は
通常、鋳型が閉じられた場合に谷１６を取り囲む壁の各
々に対して、及び谷に向かい合う対面する外板に対して
圧接するよう拡開されるように形成されている。

鋳型の空所すなわちキャビティを取り囲む特定の領域及
び外板に対して熱を加えるために、成型部材１１及び１
２の各々の内部には加熱管又は加熱要素１８が配置され
ている。この加熱媒体は例えば、成型部材に埋設された
電気的抵抗のある要素により、或いは加熱流体が循環す
る導管によって構成される。これらの要素又は管は、樹
脂が含浸された繊維材料が同時硬化されるべき領域に配
置される。この同時硬化は、鋳型の全部の硬化表面を加
熱することにより行われ得る。

第１図及び第２図に示された実施例においては、リッジ
１４の各々に隣接する部分において谷１６に平坦な凹部
１９が配置されており、それにより補強材のフランジ２
０を成形するようになっていることが観察される。

この成形装置の作動又はこの成形装置によって実施され
る方法は、複合材料の複数のストリップ又は薄い層を、
補強材成形用リッジ１４上及び凹部１９内へと載置する
ことからなっている。

また同様の複合材料の外板が、外板成型部材１１の外板
受容空所１３に配置され、それ自体の粘着性や重力によ
り、或いは吸引その他の如き他の適当な手段によりその
上に保持される。次いで膨張可能な成型装置１７が谷１
６に、従って成型部材の硬化表面同士が並置されること
により形成された成型エンクロージャ内に配置される。

次いでポンプ（図示せず）により、膨張可能な成型装置
へと空気圧が加えられる。この空気圧は膨張可能な膜を
複合材料に対して押し当て、該複合材料を適当な位置に
おいて、且つ所要の圧力の下に保持するものである。次
いで熱及び外側からの圧力が成型部材に対して加えられ
て、あらゆる側面から均等な圧力を保持するようにされ
る。補強材２１と外板２２とを同時硬化する際に、複合
材料が接触している部分、例えばリッジ１５の平坦な頂
面２３及びこれに隣接する外板成型部材の表面の如き部
分は、−緒になって成型を行い、当該部分において加熱
加圧して樹脂を硬化させることにより、複合材料を相互
に結合して固形の部材とする。熱並びに内部及び外部の
圧力は、使用される複合材料についての硬化サイクルに
より特定される所定の時間だけ加えられ、その時間の後
に鋳型は冷却され、開かれる。再使用可能な膨張可能な
成型装置１７たる膜は収縮されて、横方向を向いた補強
材装着フランジ２０の自由端の中間にあるスペース即ち
離間ギャップを介して除去される。

第４図は、第１図及び第２図に関して説明された如き型
式の方法による鋳型を用いて形成された製品を示してい
る。ここに示されているように、この製品は第３図に示
された如き航空機の翼３０の構造中において使用されて
いる。なお第４図は、第３図の翼を４−４線に沿って矢
印方向に見た断面図である。この型式の翼の構造におい
ては、翼の外側表面には実質的に留め具が不要であるこ
とが看取されうるであろう。

次に第５図を参照すると、そこには外板−補強材の複合
組立体に対して行い得る典型的な修正例が示されている
。この特別の実施例において示されている補強材３１に
は、横方向に横断して延伸している交差リブ３３を取着
するための通路３２が形成されている。ここではこの交
差リブは、やはり複合材料から形成され、その両側に鋳
型圧力パッド３４を有する、逆さまの丁字形のリブとし
て示されている。この特別の実施例においてはまた、補
強材のリッジは通路３２の領域にある位置３５において
は高さが減少して形成されていることが観察される。勿
論、他にも種々の設計変更を行うことが可能である。

第６Ａ図及び第６Ｂ図は、成型部材１１”及び１２”°
の別の形状を示している。ここに示されているように、
外板成型部材１１１は形状が円筒形であり、分断して形
成することもできる。補強材成型部材１２”は、横方向
に離間されたリッジ４０を有する複数の成型区分から形
成されている。膨張可能な成型装置は、リッジ４ｏの間
に画定された成型エンクロージャ４２の各々へト挿入さ
れる。これらの鋳型は、管状の飛行機の胴体の構造中に
使用される。

これまでに説明された成型部材１１及び１２には、埋設
された加熱手段が備えられていたが、これらの成型部材
をオートクレーブ内に入れて、硬化サイクルのための加
熱及び所要の加圧を実行することも可能である。しかし
ながら、本明細書で説明したようにして加熱手段を設け
ることがより経済的である。なぜなら、鋳型内に生地を
載置したのと同じ場所において硬化を行うことが可能だ
からである。

〔発明の効果〕

上記したような特別の方法及び関連する鋳型をもってす
れば、補強材の寸法、厚み或いは幅が異なっても良く、
また所望に応じて形成し得ることも看取されるであろう
。補強材が相互に平行に延伸することは必要でなく、従
って配置については実質的に自由である。硬化の後にも
外板又は補強材をトリミングすることは必要でなく、平
坦な或いはある輪郭を有する構造体を成型することがで
きる。交差リブをも同時硬化に組み入れることが可能で
あり、外板と補強材とを一体に同時硬化することにより
、機械的な留め具や二次的な接着剤による結合は不要と
される。航空機自体の構造用にと必然的に限定されたも
のばかりでなく、床材や壁材料、天井その他のような、
種々の航空機部品又は部材の構造のための完全なボディ
を製造することもまた可能である。

ここに説明した好ましい実施例の自明な修正を含めるこ
とは、そのような修正が特許請求の範囲内に含まれる場
合には、本発明の範囲の裡にあるものである。

〔発明の要約〕

最後に理解の便宜に資するために本発明の要約を記すと
、本発明は、樹脂が含浸された繊維材料から外板−補強
材複合組立体を硬化するための鋳型を使用する方法であ
る。この方法はコアなしての成型と、補強材を一体に有
する一枚外板型式のパネルを同時硬化することを可能な
らしめ、種々の高さ、厚み及び幅の補強材を使用するこ
とを可能ならしめ、補強材のレイアウトを実質的に自由
なものとし、そして交差補強材をも一体に形成すること
を可能ならしめる。

接着や機械的な留め具は使用せずに済む。この方法はま
た、波形表面を有する補強材形成用の成型部材を準備す
ること、波形表面によって画定されたリッジ上へと複合
材料を載置して、開放横断面形状を有し相互間に離間ギ
ャンプを有する補強材が外板形成用材料と結合接触する
ように形成すること、及び外板−補強材組立体を同時硬
化することをさらに特徴としている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により外板−補強材複合組立体を
同時硬化するための鋳型の構造を示す断面図； 第２図は成型部材上に載置された複合材料の薄い層を示
す拡大断面図； 第３図は本発明による外板−補強材複合組立体で構成さ
れた航空機の翼の一部の平面図；第４図は第３図の４−
４線に沿う断面図；第５図は適当な成型装置において補
強材上に渡る交差リブの通路を示す外板−補強材複合組
立体の部分断面図； 第６Ａ図は胴体の構造中に使用される外板−補強材複合
組立体の成型に使用される円筒形の鋳型の部分断面図；
及び 第６Ｂ図は第６Ａ図の部分拡大図である。 ９−外板−補強材複合組立体 １〇−成型袋Ｗ１１，１１″゛−外板成型部材１１”　
−外板硬化表面 １２、１２”−補強材成型部材 １２’−波形硬化表面　　１３−外板受容空所１４．１
５，４（１−−−補強材成形用リッジ　　１６−谷１７
−膨張可能な成型装置　　１８−加熱要素１９−凹部　
　２０−　フランジ ２１．３１−補強材　　２２−外板　　２３−頂面２３
’−側壁　　３〇−翼　　３２−通路３３−交差リブ　
　３４−圧力パッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　単一外板型式の外板−補強材複合組立体を成型し硬
   化する方法であって： ｉ）少なくとも一つの補強材成形用リッジと各々のリッ
   ジの両側に形成された谷を備え て形成された、波形硬化表面を有する補強 材成型部材を用意し； ｉｉ）リッジの両側に対面するようにして、補強材形成
   用複合材料片を各々のリッジ上に 補強材の開放横断面形状をもって載置し、 配置された補強材形成用複合材料片相互間 に離間用ギャップがあるようにして前記リ ッジ上に補強材を形成し； ｉｉｉ）前記補強材成型部材の波形硬化表面により形成
   された谷の各々に、配置された補強 材形成用材料片の間のギャップ上へと、拡 開可能な成型装置を配置し； ｉｖ）外板成型部材の外板硬化表面上へと、複合材料の
   外板を載置し； ｖ）前記谷がリッジの各々の各側部に沿う長手方向の成
   型エンクロージャを画定し、ま た外板成型部材上の外板材料の少なくとも 一部分が各々のリッジ上に載置された補強 材形成用複合材料片の各々の少なくとも一 部と成型接触するように、外板成型部材の 外板硬化表面と補強材成型部材の波形補強 材硬化表面とが向かい合って並置されるよ う位置決めし； ｖｉ）外板材料及び成型エンクロージャ内に延伸してい
   る補強材形成用複合材料に対して 適当な成型圧力を加えてこれらをその位置 で対応する硬化表面に対して押圧するよう に、前記拡開可能な成型装置を拡開し； ｖｉｉ）適当な熱及び圧力の下に、前記外板及び補強材
   複合材料を硬化すること からなる方法。 ２　補強材成型部材の波形硬化表面により複数の成形用
   リッジ及び谷が形成され、前記段階（ｉｉｉ）は膨張可
   能な膜を長手方向の成型エンクロージャの谷の各々に配
   置して該膜に空気圧を加えることを含む、請求項１記載
   の方法。 ３　前記リッジは延伸されたリッジであり、前記段階（
   ｉｉ）は複合材料のストリップを前記成形用リッジ及び
   隣接する谷の部分の一部の上に縦方向に載置することを
   含み、前記谷の部分に沿って延伸している前記ストリッ
   プは外板材料から離隔された側方フランジを画定する、
   請求項２記載の方法。 ４　平坦な凹部を備えて谷を形成し、前記材料のストリ
   ップを前記平坦な凹部上に載置して前記側方フランジを
   形成することを含む、請求項３記載の方法。 ５　逆向きにされたトラフ形のリッジ上に材料のストリ
   ップを載置することを含む、請求項１、２又は３記載の
   方法。 ６　外板材料との平坦面係合を行う接触部分を画定する
   ため、平坦な頂部を備えてリッジの形状を成形すること
   を含む、請求項１記載の方法。 ７　横方向の交差リブ通路を画定するために前記リッジ
   の一部を高さを減少させて成形し、減少された高さの部
   分に渡り交差リブ通路を通して交差リブを横方向に載置
   し、補強材形成用材料と結合接触させて前記交差リブを
   前記外板及び前記補強材と一体に同時硬化することを含
   む、請求項１記載の方法。 ８　前記段階（ｖｉｉ）は、前記補強材成型部材及び外
   板成型部材に加熱要素を備えさせ、前記同時硬化を行う
   ために調整された熱を加えることを含む、請求項１記載
   の方法。 ９　外板硬化表面を有する外板成型部材と；少なくとも
   一つの補強材成形用リッジと各 々の補強材成形用リッジの両側に形成された谷を備えて
   形成された波形硬化表面を有する補強材成型部材と； 外板成型部材と補強材成型部材は外板硬化 表面が波形硬化表面と対面するように近接した位置で合
   わされていることと；及び 硬化サイクルの間に両側の硬化表面に相対 する位置において、複合材料の外板を前記外板成型部材
   の前記硬化表面上及び前記補強材成型部材の前記リッジ
   上に保持するための圧力を加えるように、硬化表面の間
   で各々の谷に配置された拡開可能な成型装置とを含む、
   単一外板型式の外板−補強材複合組立体を 成型し硬化するための鋳型。 １０　前記補強材成型部材の前記硬化表面には複数の成
   形用リッジ及び谷が形成されている、請求項９記載の鋳
   型。 １１　前記成形用リッジは延伸されたリッジであり、前
   記リッジの各々に隣接して前記谷には平坦な凹部が設け
   られていて、一体に成型される外板から離隔した補強用
   側方フランジを成型するようになっている、請求項１０
   記載の鋳型。 １２　前記リッジは、平坦な頂壁と該頂壁に対して角を
   なした側壁を画定している実質的に逆向きになったＵ字
   形横断面であり、逆向きのトラフ上リッジを画定する、
   請求項１１記載の鋳型。 １３　前記外板成型部材及び補強材成型部材を加熱する
   ためにこれらの部材には複数の加熱要素が配置されてい
   る、請求項１０記載の鋳型。 １４　少なくとも一方の側に、前記リッジ上に載置され
   た複合補強材と同時硬化する接触状態にあるように交差
   リブ通路の各々に複合材交差リブを位置決めするよう構
   成及び配置された少なくとも一つの横方向の交差リブ通
   路を画定する、高さが減少された少なくとも一つの部分
   を有している、請求項１２記載の鋳型。