寸法の変化する外郭適合化された複合補強材を製作するための方法および装置
【課題】単一の複合成形材を用いつつ、比較的簡単な工具によって形成されるブレード補強材などの複合補強材を製作するための方法および装置を提供すること。
【解決手段】複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための工具装置であって、長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと長尺金型を有する。成形材はパンチを用いて押圧されて形成され、成形材は金型に導かれる。パンチおよび金型は、一対の可撓性プレートの間に載置される。プレートと連結されたプレスは、プレートを所望の外郭に曲げることで成形材を外郭適合化する。
【解決手段】複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための工具装置であって、長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと長尺金型を有する。成形材はパンチを用いて押圧されて形成され、成形材は金型に導かれる。パンチおよび金型は、一対の可撓性プレートの間に載置される。プレートと連結されたプレスは、プレートを所望の外郭に曲げることで成形材を外郭適合化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、大まかには、複合構造体の製作に関しており、より詳しくは、平らな複合成形材を寸法の変化するブレード補強材などの外郭適合化された補強基礎構造体に形成するための方法および装置を扱うものである。
【背景技術】
【０００２】
ブレード補強材のような複合補強基礎構造体は、ブレード縦通材と称されることがあり、海洋産業および航空機産業で頻繁に使用されている。これらの縦通材は、２つ以上の補強部材を接合することで製作することができる。例えば、ブレード形の縦通材は、断面がＬ字形またはＣ字形の２つの部材を背面で合わせて接合することで製作することができる。これらの部材は、複数の複合成形材をマンドレルまたは他の工具上で形成する手作業のホットドレープによって形成することができる。形成後、それらの部材は、背面で合わせて配置され、オートクレーブで共に硬化される。複数の別々の成形材を用いてブレード縦通材を製作することは、複数の工具を必要とし、比較的労働集約的であり、製造のフロー時間を増加させる可能性がある。
【０００３】
ある適用においては、上記のブレード縦通材などの補強材は、それらの取り付けられる、外郭適合化される航空機の外皮などの構造物に合致するように、長さに沿って外郭適合化される必要がある可能性がある。しかしながら、従来の工具を用いて高度に外郭適合化された縦通材を形成しようとすると、成形材が圧搾されるにつれて成形材の層にしわが寄る傾向があるため、難しい問題に直面する可能性がある。したがって、複合材を用いて高度に成形された縦通材を製作することは、一般的に、層にしわが寄る危険性を抑えるために、各層が金型または他の工具上に手作業で積層される手動積層技法に限定されている。手動積層技法は、労働集約的であるため、コストがかかるとともに比較的時間がかかる。別の問題として、縦通材の１つまたは複数の部位では、縦通材を外皮の局所における外郭に合致させるために、層の積層減少および／または積層増加がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、単一の複合成形材を用いつつ、比較的簡単な工具によって形成されるブレード縦通材などの複合補強材を製作するための方法および装置が必要とされている。また、層の積層減少または積層増加を用いた局所的な外郭適合化を含め、長さに沿って縦通材の外郭適合化を可能とする上記の形式の方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示された実施形態は、単一の複合成形材を所望の縦通材構成に形成するように、簡単化された工具を用いてブレード形縦通材を製作するための方法および装置を提供する。工具のコストおよびプロセスフロー時間は、所望の縦通材構成を達成するために複数の成形材を形成したり複数の補強部材を組み立てたりする必要性がないので、削減することができる。実施形態は、縦通材の長さに沿った層の積層増加および層の積層減少を許容することで、縦通材の局所的な外郭適合化を可能としている。成形材は、層にしわの寄るのが抑えられ、および／または、層のずれが抑えられた状態で形成されている間、長さに沿って外郭適合化させることができる。
【０００６】
開示された一実施形態によれば、複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための装置が提供される。その装置は、長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと、長さに沿って可撓性とされ、概して平らな複合成形材がパンチによってプレス成形され得る長尺金型とを有する。装置はさらに、第１層および第２層をそれぞれ裏当てする第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、ブレードに連結され、パンチおよび金型を所望の外郭に形成するためのプレスとを有する。
【０００７】
開示された別の実施形態によれば、複合成形材を、少なくとも１つの厚さ変化があって、鍔を有する外郭適合化されたブレード補強材に形成するための装置が提供される。その装置は、第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、長尺パンチおよび長尺金型とを有している。概して平らな複合成形材は、パンチと金型との間でプレス成形され得る。パンチおよび金型は、それぞれの長さに沿って可撓性であり、第１プレートおよび第２プレートの間に挟まれている。装置は、それらプレートの一方と金型との間に配置され、押圧形成する間に、厚さ変化の全域に渡って成形材への実質的に一定の圧力を維持するための第１のシムを少なくとも有している。装置はさらに、プレートを曲げて部品および金型を外郭適合化するためのプレスを有している。シムは、概して可撓性である。
【０００８】
さらに別の実施形態によれば、複合ブレード補強材を製作する方法が提供される。その方法は、パンチを用いて成形材を金型のキャビティへと導くことで、概して平らな成形材を一対の鍔を有するハット形に形成するステップを含んでいる。プレートが鍔を覆うように金型上に載置され、パンチがプレートに対して押し付けられて鍔を押圧して保持する。ハット形は、プレートがパンチによって鍔に対して押圧されている間に、金型を絞ることによって補強材のブレードへと形成される。
【０００９】
また、さらに別の実施形態によれば、外郭適合化された複合ブレード補強材を製作する方法が提供される。その方法は、実質的に平らな成形材を金型の上に配置するステップと、その平らな成形材をパンチを用いてハットに形成するステップであって、形成の成された成形材を金型のキャビティへと押圧するステップとを含んでいる。この方法はさらに、形成された成形材が金型にある間に、金型を曲げることで形成された成形材を外郭適合化させるステップを含んでいる。形成された成形材を外郭適合化させるステップは、パンチが金型内にある間に、パンチを曲げるステップを含んでいる。
【００１０】
手短に言えば、本発明の一態様によれば、複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための装置が提供され、その装置は、長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと、長さに沿って可撓性とされ、概して平らな複合成形材がパンチによってプレス成形され得る長尺金型と、第１金型および第２金型をそれぞれ裏当てする第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、パンチおよび金型の外郭を変更するために、第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートに連結された金型・パンチ外郭変更機構とを有している。
【００１１】
有利には、装置では、パンチは、概して平面であって、複数の個別のパンチ区画を有している。
【００１２】
有利には、装置では、金型は、金型キャビティを画定する離間された第１金型部および第２金型部を有し、第１金型部および第２金型部の間でパンチが受け入れ可能とされている。
【００１３】
有利には、装置では、第１金型部および第２金型部は、それらの間にある成形材を絞るために互いに向かって側方へと変位可能であり、装置は、成形材を絞る第１金型部および第２金型部に側方への力を付与するための拡張可能部材をさらに有している。
【００１４】
有利には、装置では、拡張可能部材は、それぞれが金型部の両側にあり、加圧空気源に連結するように適合された一対の膨張可能なホースを有している。
【００１５】
有利には、装置は、成形材に係合するように適合されており、成形材の局所における外郭に概して合致する外郭を有している少なくとも１つのシムをさらに有している。
【００１６】
有利には、装置は、第１プレートおよび第２プレートに連結されており、成形材がパンチと金型との間にある際に第１プレートおよび第２プレートを外郭適合化するためのプレスをさらに有している。
【００１７】
有利には、装置は、金型とパンチとの間に取り外し可能に設置することができ、成形材を形成する間に成形材の一部を保持するためのプレートをさらに有している。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、複合成形材を、少なくとも１つの厚さ変化がある鍔を有する外郭適合化されたブレード補強材に形成するための装置が提供される。その装置は、第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、長さに沿って可撓性とされ、第１プレートおよび第２プレートの間に挟まれており、概して平らな複合成形材が間においてプレス成形され得る長尺パンチおよび長尺金型と、それらプレートの一方と金型との間に配置された少なくとも第１のシムと、プレートを曲げてパンチおよび金型を外郭適合化するためのプレスとを有している。
【００１９】
有利には、装置では、シムは概して可撓性である。
【００２０】
有利には、装置はさらに第２のシムを有しており、第１のシムは金型の第１の側と第１プレートとの間に配置され、第２のシムは金型の第２の側と第２プレートとの間に配置される。
【００２１】
有利には、装置では、パンチは、概して平面であって、複数の個別のパンチ区画を有しており、金型は、金型キャビティを画定する離間された第１と第２の可撓性の金型部を有し、パンチがそれら金型部の間に受け入れ可能とされている。
【００２２】
有利には、装置はさらに、それぞれが複数の金型部の両側にあり、加圧空気源に連結するように適合され、金型部に側方への力を付与するための一対の膨張可能なホースを有している。
【００２３】
有利には、装置では、第１のシムは、厚さ変化に概ね対応するテーパ部を有している。
【００２４】
本発明のさらに別の態様によれば、複合ブレード補強材を製作する方法が提供され、その方法は、概して平らな成形材を形成するステップと、概して平らな成形材を金型のキャビティに導くことで成形材を一対の鍔を有するハット形に形成するようにパンチを用いるステップと、パンチを金型キャビティから抜き出すステップと、鍔を覆う金型上にプレートを載置するステップと、プレートにパンチを押し付けることで金型に対して鍔部を保持するステップと、鍔部が金型に対して保持されている間に、金型を用いてハットを絞ることで、生じたハット形をブレードに形成するステップとを含んでいる。
【００２５】
有利には、方法はさらに、成形材を金型内に配置するステップを含んでいる。
【００２６】
有利には、方法はさらに、金型上の成形材上に加熱ブランケットを配置するステップと、成形材を、加熱ブランケットを用いて形成温度に加熱するステップとを含んでいる。
【００２７】
有利には、方法はさらに、ブレードが形成される前に、金型およびパンチを外郭適合化することによって成形材を長さに沿って外郭適合化するステップを含んでいる。
【００２８】
有利には、方法はさらに、ブレードが形成された後に、金型およびパンチを外郭適合化することによって成形材を長さに沿って外郭適合化するステップを含んでいる。
【００２９】
有利には、方法はさらに、ブレードが形成された後に、鍔部の間に充填材を配置するステップと、鍔部および充填材の上にプレートを再び載置するステップと、パンチをプレートに対して下方に導くことで充填材を圧搾するステップとを含んでいる。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、外郭適合化された複合ブレード補強材を製作する方法が提供され、その方法は、実質的に平らな複合成形材を金型キャビティ金型の上に配置するステップと、成形材を金型キャビティ内でハットに押圧して形成するようにパンチを用いることを含む、平らな成形材を金型に対して押圧して形成するステップと、形成された成形材が金型にある間に、金型を曲げることで形成された成形材を外郭適合化させるステップとを含んでいる。
【００３１】
有利には、装置では、押圧形成することは、パンチが成形材を金型キャビティ内でハットへと形成している間に、成形材の鍔部を金型に当てて形成することと、パンチを金型キャビティから抜き出すことと、ハットを側方に圧搾してブレードにするように金型を用いることとを含んでいる。
【００３２】
有利には、装置では、外郭適合化は、ハットが圧搾されてブレードになる前に行われる。
【００３３】
有利には、装置では、形成された成形材を外郭適合化することは、パンチを金型に沿って曲げることを含んでいる。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、寸法の変化する外郭適合化された複合ブレード縦通材を形成するための装置が提供され、その装置は、離間された第１長尺可撓性プレートおよび第２長尺可撓性プレートと、第２プレートに向かい合う第１プレートに装着されており、金型キャビティを間に有する第１金型部および第２金型部を有し、各金型部が第１プレート上で摺動可能で個々に移動可能な複数の金型ブロックに分割されており、金型ブロックを共に連結する可撓性ストラップをさらに有する金型と、金型の両側にあって第１プレートに固定され、金型ブロックを側方において保持するための一対のブラケットと、金型ブロックおよびブラケットの間にそれぞれあって、金型部に側方への力を付与するための加圧空気源に連結されるように適合された一対のホースと、金型部の各々および第１プレートの間にあって、成形材が形成されるにつれて厚さが変化する成形材の面に一定の力を伝達するための第１テーパ状シムと、実質的に平らで、第２プレートに取り付けられた実質的に直交して延びる、成形材の一部を金型キャビティ内で形成するための長尺パンチであって、複数の個別の可動パンチ部に分割されているパンチと、パンチの各側面にあって第２プレートに固定され、成形材が形成されるにつれて厚さが変化する成形材の面に一定の力を伝達するための第２テーパ状シムと、第１プレートおよび第２プレートに連結され、プレートを曲げることでパンチおよび金型を所望の外郭に形成するための複数のアクチュエータとを有している。
【００３５】
本発明のさらに別の態様によれば、寸法の変化する外郭適合化された複合ブレード縦通材を形成する別の方法が提供され、その方法は、実質的に平らな、複数の複合プリプレグ成形材を提供するステップと、第１の充填材を成形材に配置するステップと、平らな成形材を、２つの向かい合う金型部およびそれらの間の金型キャビティを有する金型上に配置するステップと、成形材を形成温度に加熱するステップと、成形材の第１の部分および第１の充填材を金型キャビティに導いてハットを形成するようにパンチを使用するステップと、ハットがパンチによって形成されるときに、成形材の第２の部分を金型に対し押圧して縦通材の鍔部を形成するように第１プレートを使用するステップと、パンチを金型キャビティから後退させるステップと、縦通材の鍔部上に第２プレートを載置するステップと、第２プレートに圧力を付与するようにパンチを用いて金型に対して鍔部を保持するステップと、第２プレートを除去するステップと、それぞれの金型部に側方への圧力を付与するように一対の加圧されたホースを用いるステップと、金型部の間のハットを絞ることでハットをブレードに形成するように金型部を使用するステップと、ブレードが絞られている間に、パンチおよび金型の各々をそれぞれの長さに沿って外郭適合化することによって形成された成形材を外郭適合化するステップと、鍔部の間の溝に第２の複合充填材を配置するステップと、第２の充填材の上に接着剤および布地層を付与するステップと、第２プレートを、フランジ部の上に、第２の充填材、接着剤、布地層に重なる第２プレートを再び載置するステップと、圧力を第２プレートに付与し、第２の充填材、接着剤、布地層を圧搾するようにパンチを用いるステップと、第２の充填材が圧搾された後にパンチを後退させるステップと、金型部を互いに離間するように動かすステップと、第２プレートを除去するステップと、金型から形成された縦通材を除去するステップとを含んでいる。
【００３６】
有利な実施形態の特性であると考えられる新規は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、有利な実施形態は、使用における好ましい態様や、さらなる目的および有利性と同様に、本発明の開示の有利な実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面とともに参照しながら読むことで最もよく理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】開示された方法および装置で製作された、外郭適合化された複合ブレード縦通材の側面図である。
【図２】図１の横断線２−２における断面図である。
【図３】図２と同様であるが、縦通材の別の形成を示す図である。
【図４】実質的に平らな成形材を図１〜図３に示すブレード縦通材に形成するのに使用される工具装置の斜視図である。
【図５】図６の横断線５−５における断面図であり、成形材が形成される状態を示す。
【図６】図５の横断線６−６における断面図である。
【図６Ａ】形成する工程において、ブレードの外郭に合致するように金型ブロックがどのように変位するかを示す、積層増加を有するブレードの一部の平面図である。
【図７】図４に示す工具装置を採用する金型・パンチ外郭変更機構の平面図である。
【図８】図１および図２に示す外郭形成されたブレード縦通材を製作する方法の流れ図である。
【図９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１４】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１５】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１６】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１７】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１８】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２４】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２５】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２６】図３に示す外郭形成されたブレード縦通材を製作する方法の流れ図である。
【図２７】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２８】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３４】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３５】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３６】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３７】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３８】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４４】航空機生産および保守の手順の流れ図である。
【図４５】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
まず、図１および図２を参照すると、開示された実施形態は、ブレード形縦通材５０などの長尺の複合補強材を製作するための方法および装置に関する。ブレード形縦通材５０は、実質的に平らなブレード５２と、ブレード５２に実質的に直交して延びる鍔５４とを有している。鍔５４は、ブレード５２の一端から側方に延び、半径部６０によってブレード５２に連結された一対の鍔部５４ａを有する。ブレード縦通材５０は、それの長さに沿う１つまたは複数の外郭５８を有していてもよい。図示した実施形態においては、縦通材５０は、鍔５４の曲面５６に実質的に一定の外郭５８を有している。他の実施形態においては、縦通材５０は、一定の曲率である、または、一定の曲率ではない１つまたは複数の外郭５８を有していてもよい。また、後でより詳細に説明されるように、鍔５４は、航空機の外皮６１などの鍔５４の取り付けられる構造物の局所的な外郭に鍔５４を合致させるために、鍔５４の長さに沿う１つまたは複数の箇所で、寸法が変化してもよく、あるいは、厚さＴ１を有していてもよい。また、ブレード５２の厚さＴ２および／または高さＨは、縦通材５０の長さに沿って変化していてもよい。
【００３９】
開示された方法および装置は、図３に示すハイブリッド−Ｉの縦通材５０ａなどのブレード形縦通材５０の他の形状を製作するのに使用されてもよい。縦通材５０ａは、角ばった形状の外側端６２、および鍔５４を有するブレード５２を有している。ブレード端６２は、三角形状とされた複合充填材６４を有している。ただし、他の形状も可能である。鍔５４は、Ｖ字形の溝５７を、鍔部５４ａがブレード５２と交わる箇所に有している。溝５７は、溝５７の形状に実質的に合致する三角形状の断面を有する複合充填材６６で満たされている。充填材６４、６６は、それぞれ、繊維で強化されていてもよいし、されていなくてもよい接着剤を含むことができ、また代わりに、帯状のプリプレグテープ（図示せず）を含むこともできる。
【００４０】
図４〜図６は、単一の、実質的に平らな、複数の層の複合成形材５５を用いて、図１〜図３に示した縦通材を形成するのに採用することができる工具装置６８を示す。成形材は、限定されることはないが、炭素繊維エポキシプリプレグなどの複合材料の複数の層５９を有することができ、また、縦通材５０の鍔５４（図２）を外皮６１の局所的な外郭などの、局所的な外郭に合致させるために、積層増加９８を有していてもよい。工具装置６８は概して、下方金型７０、上方パンチ８８、ならびに、金型７０およびパンチ８８がそれぞれ装着される一対の可撓性プレート７２、７４を有している。金型７０は、金型キャビティ８６を形成するように離間され、プレート７２上を互いに接近離間する方向であって、実質的に側方へと摺動可能な一対の金型部７０ａ、７０ｂを有している。金型部７０ａ、７０ｂの各々は、７５で分割されており、複数の金型ブロック７６を有している。金型ブロック７６は、図示の例では概して長方形の断面を有しているが、他の断面形状も可能である。
【００４１】
金型ブロック７６は、プレート７２、７４の長さに沿って隣り合うようにして一直線に並べられており、例えば、限定されることはないが、可撓性の金属ストラップを備えることができる可撓性連結具７８によって共に結合されている。金型ブロック７６は、プレート７２上に装着されており、成形材５５の形成および外郭適合化の間にそれぞれの軸が中立のままとなっているように、連結具７８によって相互に連結されている。金型ブロック７６は、木材、金属、セラミック、または複合材料などの任意適切な比較的硬い材料を含むことができ、また、内側形成面７６ａおよび上方形成面７６ｂを有している。一対のＬ字形の長尺ブラケット８２がプレート７２上で金型７０の両側に装着されており、それらは、プレート７２上の金型ブロック７６を共に保持しつつ、金型ブロック７６によって発生させられる側方への形成力に反応するように機能する。バッグまたはブラダと称されることがある一対の膨張可能なホース８４がブラケット８２および金型ブロック７６の間に挟まれており、それらは、適切な加圧空気源（図示せず）に連結されるように適合されている。ホース８４は、形成の作業および／または外郭適合化の作業の間に、金型ブロック７６に側方への力を付与するように、選択的に加圧され得る。しかしながら、他の機構が、金型ブロック７６に側方への力を付与するために提供されてもよい。
【００４２】
パンチ８８は、実質的に平らであり、パンチ８８を、鍔５４の平面５６（図１および図２）に実質的に直交する平面（図示せず）においてパンチ８８の長さに沿って湾曲させることができる複数のパンチ部９２に分割するスリット９０を有している。パンチ８８は、金属、セラミック、または複合材料などの任意適切な硬い材料で形成され得る。
【００４３】
前述のように、縦通材５０は、それを外皮６１（図１）の局所的な外郭に合致させるために、縦通材５０の長さに沿う局所的な部位で変化する鍔の厚さＴ１を有していてもよい。これらの局所的な部位で成形材５５に一定の圧力が付与されるように厚さ変化を許容するために、適切に外郭適合化させる下方シム８０および上方シム９４がそれぞれ提供され得る。例えば、図４および図６に示すように、成形材５５は、鍔部５４ａ（図２）の部位で積層増加層９８を有していてもよい。実質的に均等な形成圧力が積層増加層９８の部位に確実に付与されるように、上方シム９４は、積層増加層９８の断面形状に実質的に合致する外郭９６を有している。図には示されてないが、下方シム８０はまた、縦通材５０の鍔部５４ａの厚さ変化を許容するために、金型ブロック７６の下に下方シム８０の長さに沿った１つまたは複数の外郭を有していてもよい。また、下方シム８０は、それの長さに沿ってブレードの高さを変更するために、金型キャビティ８６（図４）の下の部位においてテーパ状とされていてもよい（図示せず）。シム８０、９４は、力を成形材５５に伝達するが、工具装置６８の外郭適合化の間に、シム８０、９４を曲げることができるのに必要な程度に可撓性である、実質的に非圧縮性の任意の材料から形成され得る。
【００４４】
図６Ａを参照すると、前述のように、縦通材のブレード５２の厚さＴ２は長さに沿って変化していてもよい。例えば、ブレード５２は、ブレードの厚さＴ２を増加させる局所的な積層増加９７を有していてもよい。形成する工程の間、積層増加９７の部位９９における金型ブロック７６は、下方プレート７２上で外側の方へと摺動し１０１、積層増加９７によって示される外郭に合致し、ブレード５２への実質的に一定の形成圧力を維持する。
【００４５】
図７は、図４〜図６に示す工具装置６８を組み込んだ金型・パンチ外郭変更機構１０５を示す。金型・パンチ外郭変更機構１０５は、例えば、限定されることはないが、プレス１０５を備えることができる。複数の個別の離間されたアクチュエータ１００が、両側の押圧プレート１０４上にそれぞれ装着されており、互いに接近離間する方向に動くように適合されている。工具装置６８は、押圧プレート１０４の間に置かれている。押圧部プレート１０４は、シリンダアクチュエータなどの、押圧プレート１０４を変位させるための適切な電動式の機構（図示せず）に連結することができ、成形材を形成する作業の間に工具装置６８を拡げたり閉めたりする。各アクチュエータ１００は、プレート７２、７４の一方と連結されたプランジャ１０２を有しており、プランジャ１０２は、プレート７２、７４を曲げ、それにより工具装置６８を長手方向に外郭適合化することで成形材５５を外郭適合化するために、プレート７２、７４に力を付与する。２０１０年４月２９日に発行された米国特許出願第２０１０／０１０２４８２号で開示された機構など、他の機構が工具装置６８を長手方向に外郭適合化するのに採用されてもよい。この開示された機構の全体は、本明細書で参照されて援用される。
【００４６】
ここで図８に着目すると、外郭適合化されたブレード縦通材を製作する方法の個々のステップが記載されている。また、これらのステップは、図９〜図２５に、図形によって順に示されている。ステップ１１０から始めると、実質的に平らな複数層の複合成形材５５は、パンチ８８が持ち上げられた位置にある状態で、金型ブロック７６の上に載置１４６される（図９）。成形材５５の中央ブレード部５２は、金型キャビティ８６の上に位置し、成形材５５の外側鍔部５４ａは、金型ブロック７６を超えて側方へと延びている。成形材５５が金型ブロック７６に載置される前または後のいずれかにおいて、帯状の接着剤１４８が成形材５５の上に配置されてもよい。次に、図８でステップ１１２に記載するように、加熱ブランケット１５０（図１０）が成形材５５の上に載置される１５２。次に、ステップ１１４では、成形材が加熱ブランケット１５０を用いて加熱され（図１１）、それによって成形材５５を適切な形成温度へと軟化させる。他の型式の加熱装置が成形材５５を加熱するのに使用されてもよく、その加熱装置には放射型のヒータおよび誘導型のヒータ（図示せず）が含まれるが、それらに限定されることはない。ステップ１１６では、加熱ブランケット１５０が、図１２に示すように１５４で取り除かれる。ステップ１１８では、成形材５５のブレード部５２が、パンチ８８の金型キャビティ８６内への込み１５８によって、ハット１５６（図１３）に形成される。ハット１５６が図１３に示すように形成されていくにつれて、金型ブロック７６が成形材５５に対して荷重を与えたままにするために、圧力Ｐ１の第１中間レベルがホース８２によって金型ブロック７６に付与される。しかしながら、圧力Ｐ１のこの中間レベルは、パンチ８８によって発生する外側の方への圧力よりも小さく、その結果、ハット１５６に対して荷重を与えているにもかかわらず、金型ブロック７６は、ハット部１５６がキャビティ８６内で完全に形成されるまで外側の方へと移動１６８する。
【００４７】
次に、ステップ１２０では、側方内側の方への圧力Ｐ１が金型ブロック７６によってハット１５６に対して保持されつつ（図１４）、上端プレート７４が圧力１６４を鍔部５４ａに付与し、下にある金型ブロック７６との間で鍔部５４ａを形成する。任意選択で、ステップ１２２では、不完全に形成された成形材５５が、工具装置６８の外郭適合化８５によって外郭適合化され（図１５）、その間、金型ブロック７６によるハット１５６への側方内側の方への圧力Ｐ１は、引き続き維持されている。工具装置６８の外郭適合化８５は、図７に示したプレスで行うことができ、プレスは、前述のように、鍔５４の平面５６（図１および図２を参照）に実質的に平行な平面（図示せず）においてプレート７２、７４を曲げる。プレート７２、７４が所望の曲率に曲げられるにつれて、パンチ８８および金型７８の両方は、湾曲してプレート７２、７４の曲率に合致してくる。図４〜図６に関連して前述したように、下方シム８０および上方シム９４によって、工具装置６８が所望の形状へと外郭適合化８５されていくときに、鍔部５４ａへの実質的に一定の形成圧力が維持される。
【００４８】
図８のステップ１２４では、パンチ８８が金型キャビティ８６から後退させられる（図１６）。次に、ステップ１２６では、実質的に平らなプレート１６０（図１７）が鍔部５４ａ上に載置１６２される。ステップ１２８では、パンチ８８が降下１５８（図１８）させられてプレート１６０に接触することで、プレート１６０から鍔部５４ａに荷重を与えて鍔部５４ａを固定する。次に、ステップ１３０では、鍔部５４ａが、プレート１６０およびパンチ８８により付与される力によって、金型ブロック７６に対する位置が保持され、圧力Ｐ２（図１９）が、ホース８２によって金型ブロック７６に付与され、ハット１５６をブレード５２へと絞る。圧力Ｐ２は、ステップ１１８〜ステップ１２２の間に金型ブロック７６に付与される圧力Ｐ１よりも大きい形成圧力である。
【００４９】
図８に示すステップ１３４では、パンチ８８は後退１８０（図２０）させられ、プレート１６０は除去１６７され、Ｖ字形の溝１６５が鍔部５４ａの間に残される。図８に示すステップ１３６では、複合充填材６６が、図２１に示すように、溝１６５に配置される。次に、ステップ１３８では、帯状の接着剤１７４（図２２）および布地層１７２が充填材６６の上に配置される。ステップ１４０では、鍔５４に重なるように、プレート１６０が再び載置される（図２３）。そしてステップ１４２に示すように、布地層１７２、接着剤の帯１７４、および充填材６６は、図２４に示すように、パンチ８８を下方に変位させてプレート１６０に接触させることで圧搾される。最後に、ステップ１４４では、図２５に示すように、パンチ８８が後退１８０させられ、プレート１６０は除去１８４され、完全に形成されたブレード縦通材５０を工具装置６８から抜き出すことが可能となる。
【００５０】
なお、上記に記載された実施形態の方法では、工具装置６８の外郭適合化は、図１５に示すように、成形材５５が不完全に形成されている状態のときに行われることに留意すべきである。しかしながら、代わりに、成形材５５は、図１９に示すハット１５６がブレード５２に圧搾された後で、ステップ１３２で外郭適合化されてもよい。工具装置６８を外郭適合化することは、任意選択であって、工具装置６８を用いて実質的に直線状の縦通材（図示せず）を形成するときには必要とされない。縦通材の外郭適合化が必要ないときは、ステップ１２２〜ステップ１３２を行う必要はない。いずれの場合でも、開示された方法は、有利には形成の工程および／または外郭適合化の工程の間に、層の滑りを許容することができるために、層にしわが寄るのを抑えることができ、かつ、優れた特性を有し、ならびに／または、性能の向上を示す最終部品を作り出すことができる。さらに、別の実施形態においては、成形材５５の長さに沿った外郭適合化が、ブレード５２が形成された後であって、金型ブロック７６上に鍔部５４ａを形成する前に行われる。充填材６６は、外郭適合化されたブレード部５２上に鍔部５４ａが形成された後に、溝１６５に配置される。この記載した実施形態の方法は、外郭適合化の工程を容易にすることができ、特に、より高度に外郭適合化された縦通材５０を製作する場合には、しわのより少なく、かつ／または、成形材５５がより簡単に外郭適合化される、部品品質の改善をもたらすことになる。
【００５１】
ここで図２６に着目すると、関連する図２７〜図４３とともに、図３に示す縦通材のように、ハイブリッド型のブレード縦通材５０ａを製作する方法のステップが示されている。図２７〜図４３から見て取ることができるように、図３に示す縦通材５０ａを製作するのに使用される工具装置６８は、２つのことを除いて、前述のものと実質的に同様となっている。具体的には、図２７に示すように、パンチ８８の端には、パンチ８８の長さに沿う概してＶ字形の溝８８ａが設けられており、溝８８ａは、三角形状の充填材６４の大きさおよび形状と実質的に合致している。また、金型ブロック７８の各々は、底の角に沿って斜面または面取り１５５を有しており、図３に示すブレード５２の角ばった形状の外側端６２を形成する際に助けとなる。
【００５２】
ここで図２６を参照すると、ステップ１８８では、実質的に平らな複合成形材５５（図２７）が金型ブロック７６上に載置２２０される。帯状の接着剤１４８が成形材５５に付与されてもよく、それに続いて、上方充填材６４が中央の帯状の接着剤１４８の上に配置される。次に、ステップ１９０で、加熱ブランケット１５０（図２８）が成形材５５の上に載置２２２される。図２６のステップ１９２では、加熱ブランケット１５０が用いられて成形材５５を加熱（図２９）して適切な形成温度にする。図２６のステップ１９４では、ブランケット１５０が、図３０に示すように取り除かれる２２４。ステップ１９６では、パンチ８８が金型キャビティ８６（図３１）内に向かって下方へと変位させられ、成形材５５をハット１５６に形成する。パンチ８８が引き続きキャビティ８６を通って下方へと移動すると、上方プレート７４が、鍔部５４ａに接触し、金型ブロック７６に対して下方で鍔部５４ａを形成する。ステップ１９６の間、側方への圧力Ｐ１が、膨張可能なホース８２（図４および図５参照）によって金型ブロック７６に付与される。
【００５３】
ステップ１９８ではパンチ８８が後退され（図３３）、ステップ２００では実質的に平らなプレート１６０（図３４）が不完全に形成された成形材５５の鍔部５４ａ上に載置２２６される。ステップ２０２では、パンチ８８が、プレート１６０に載置され（図３５）、鍔部５４ａに圧力を付与してそれらを金型ブロック７６に対して保持する。ステップ２０４では、側方への圧力Ｐ２が、ホース８２によって金型ブロック７６に付与（図３６）され、金型ブロック７６によってハット１５６（図３５）がブレード５２へと圧搾させられる。
【００５４】
次に、ステップ２０６では、図３７に示すように、パンチ８８がプレート７４から除去され、形成された縦通材５２は、任意選択で、図７に示されたもののように、力１６４をプレート７２、７４に付与し、プレート７２、７４を曲げて所望の外郭にするプレスを用いる工具装置６８を外郭適合化することによって、外郭適合化８５されてもよい。ステップ２０６における工具装置６８の外郭適合化８５の間に、ホース８２による金型ブロック７６への側方内側の方への圧力Ｐ２が維持されている。
【００５５】
ステップ２０６での縦通材５２の外郭適合化に続いて、パンチ８８は、２０８で示すように後退１８０させられ、プレート１６０が除去２２８される。図２６のステップ２１０では、下方充填材６６（図３９）が鍔部５４ａの間の溝１６５に載置される。次に、ステップ２１２で示すように、帯状の接着剤１４８および布地層２２５が充填材６６の上に配置される（図４０参照）。図２６のステップ２１４で示すように、プレート１６０は鍔部５４ａに再び載置２３０される（図４１）。ステップ２１６では、パンチ８８が、下方へと変位させられてプレート１６０と接触し、布地層２２５および帯状の接着剤１４８を充填材６６に対して圧搾する。ステップ２１６の間、金型ブロック７６への圧力Ｐ１が維持される。最後に、図２６のステップ２１８では、パンチ８８が後退１８０させられ（図４３）、プレート１６０は除去２３２され、完成された縦通材５２が工具装置６８から抜き出される。
【００５６】
前述のように、工具装置６８の外郭適合化は、図２６〜図４３に示される方法を実施するときには任意選択であり、工具装置６８を用いて、図３に示すハイブリッド−Ｉ形状を有する実質的に直線状の縦通材（図示せず）を形成するときには必要とされない。縦通材の外郭適合化が必要ないときは、ステップ１９８〜ステップ２０６を行う必要はない。図２７〜図４３と関連して記載された実施形態では、ブレード部５２の外郭適合化は、鍔部５４が形成された後に行われる。しかしながら、代わりに、他の実施形態では、ブレード部５２が形成された後に鍔部５４ａを形成し、それに続いて上方充填材６６が配設され得るのが好ましい可能性がある。鍔部５４ａが形成される前に成形材５５を外郭適合化することで、外郭適合化の工程がより簡単になる可能性があり、かつ／または、部品品質が改善される可能性がある。
【００５７】
開示の実施形態は、様々な潜在用途で、具体的には、例えば、航空宇宙用途、海洋用途、自動車用途、および、自動化された積層機器が使用される可能性のある他の用途を含む運送産業での利用が見い出せるであろう。したがって、ここで図４４および図４５を参照すると、開示の実施形態は、図４４に示されるように、航空機の製造および保守の方法２３６および図４５に示されるような航空機２３８という状況において使用することができる。開示の実施形態の航空機の用途には、例えば、限定されることはないが桁や補強材などの縦通材の積層が、それに限定されることなく含まれ得る。生産前段階において、例示の方法２３６には、航空機２３８の仕様決定および設計２４０、ならびに、材料調達２４２が含まれ得る。生産の間では、構成部品および部分組立品の製造２４４、ならびに、航空機２３８のシステムインテグレーション２４６が行われる。その後、航空機２３８は、認証および納入２４８を経て、保守中２５０となる。顧客による使用の間、航空機２３８には定期的な点検および保守２５２が計画され、その点検および保守には、変更、再構成、改修なども含まれる。
【００５８】
方法２３６の工程の各々は、システムインテグレータ、第三者、および／または運用者（例えば、顧客）によって行われ、あるいは、実施されてもよい。説明のために言うと、システムインテグレータには、限定されることはないが、多くの航空機製造者および主なシステム下請け業者が含まれ得る。第三者には、限定されることはないが、多くの販売業者、下請け業者、および供給業者が含まれ得る。また、運用者には、航空会社、リース会社、軍事体、保守組織などが含まれ得る。
【００５９】
図４５に示すように、例示の方法２３６で生産された航空機２３８には、複数のシステム２５６および内装２５８を備えた機体２５４が含まれ得る。高度なシステム２５６の例には、１つまたは複数の推進システム２６０、電気システム２６２、油圧システム２６４、および環境システム２６６が含まれる。他に多くのシステムが含まれていてもよい。航空宇宙の例として示しているが、本開示の原理は、海洋産業や自動車産業などの他の産業に適用可能である。
【００６０】
本明細書で具体化されたシステムおよび方法は、生産および保守の方法２３６のうちの１つまたは複数の任意の段階において採用することができる。例えば、生産工程２４４に対応する構成部品または部品組立品は、航空機２３８が使用されている間に生産される構成部品または部品組立品と同様の手法で製作または製造することができる。また、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、生産の段階２４４および２４６の間に、例えば、実質的に、航空機２３８の組立てを速めたり、航空機２３８のコストを低減させたりすることで利用されてもよい。同様に、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、航空機２３８が使用されている間に、例えば、限定されることはないが、点検および保守２５２に利用されてもよい。
【００６１】
異なる有利な実施形態の説明が、解説および説明の目的のために提供されたが、その説明は、包括的であったり、開示された形態の実施形態に限定したりすることを意図するものではない。多くの変更および変形が、通常の当業者には明らかとなるであろう。さらに、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、異なる有利性を提供する可能性がある。選択された１つまたは複数の実施形態は、実施形態および実用的な用途の原理を最もよく説明するために、ならびに、他の通常の当業者が、検討している具体的な使用に適合するような、様々な変更がされる様々な実施形態のために開示を理解できるようにするために、選択されて記載されている。
【符号の説明】
【００６２】
５０ 縦通材
５５ 複合成形材
７０ 金型
７０ａ 金型部
７０ｂ 金型部
７２ 下方プレート
７４ 上方プレート
７６ 金型ブロック
７６ａ 内側形成面
７６ｂ 上方形成面
８０ 下方シム
８２ ホース
８６ 金型キャビティ
８８ 長尺パンチ
９４ 上方シム
１００ アクチュエータ
１０５ 金型・パンチ外郭変更機構
１１８ ハットを形成（パンチを金型内に変位）
１２０ 鍔に追加の圧力を付与しつつハットを絞る
１２２ 外郭適合化工具により縦通材を外郭適合化
１２４ パンチを後退
１２６ プレートを載置
１２８ プレートに圧力を付与して鍔を保持
１３０ ハットのウェブを圧搾
１３２ 任意選択で工具を外郭適合化することで縦通材を外郭適合化（形成圧力を維持）
１３４ パンチを後退およびプレートを除去
１３６ 充填材を載置
１３８ 接着剤および布地を充填材上に付与
１４０ プレートを載置
１４２ 布地、接着剤、および充填材を、パンチ８８をプレートに載置することで圧搾（圧搾されるハットのウェブへの側方への圧力を維持）
１６０ プレート
１９６ ハットを形成（側方への圧力を熱い成形材に付与しつつパンチを金型へと変位）
１９８ パンチ金型を後退
２００ プレートを載置
２０２ プレートに追加の圧力を付与して鍔を保持
２０４ ハットを圧搾
２０６ 金型を外郭適合化することで縦通材を外郭適合化（形成圧力を維持）
２０８ パンチを後退およびプレートを除去
２１０ 下方充填材を載置
２１２ 接着剤および布地を下方充填材上に付与
２１４ プレートを載置
２１６ 布地、接着剤、および充填材を、パンチ金型をプレートに対して降下させることで圧搾（圧搾されるハットへの側方への圧力を維持）
【技術分野】
【０００１】
本開示は、大まかには、複合構造体の製作に関しており、より詳しくは、平らな複合成形材を寸法の変化するブレード補強材などの外郭適合化された補強基礎構造体に形成するための方法および装置を扱うものである。
【背景技術】
【０００２】
ブレード補強材のような複合補強基礎構造体は、ブレード縦通材と称されることがあり、海洋産業および航空機産業で頻繁に使用されている。これらの縦通材は、２つ以上の補強部材を接合することで製作することができる。例えば、ブレード形の縦通材は、断面がＬ字形またはＣ字形の２つの部材を背面で合わせて接合することで製作することができる。これらの部材は、複数の複合成形材をマンドレルまたは他の工具上で形成する手作業のホットドレープによって形成することができる。形成後、それらの部材は、背面で合わせて配置され、オートクレーブで共に硬化される。複数の別々の成形材を用いてブレード縦通材を製作することは、複数の工具を必要とし、比較的労働集約的であり、製造のフロー時間を増加させる可能性がある。
【０００３】
ある適用においては、上記のブレード縦通材などの補強材は、それらの取り付けられる、外郭適合化される航空機の外皮などの構造物に合致するように、長さに沿って外郭適合化される必要がある可能性がある。しかしながら、従来の工具を用いて高度に外郭適合化された縦通材を形成しようとすると、成形材が圧搾されるにつれて成形材の層にしわが寄る傾向があるため、難しい問題に直面する可能性がある。したがって、複合材を用いて高度に成形された縦通材を製作することは、一般的に、層にしわが寄る危険性を抑えるために、各層が金型または他の工具上に手作業で積層される手動積層技法に限定されている。手動積層技法は、労働集約的であるため、コストがかかるとともに比較的時間がかかる。別の問題として、縦通材の１つまたは複数の部位では、縦通材を外皮の局所における外郭に合致させるために、層の積層減少および／または積層増加がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、単一の複合成形材を用いつつ、比較的簡単な工具によって形成されるブレード縦通材などの複合補強材を製作するための方法および装置が必要とされている。また、層の積層減少または積層増加を用いた局所的な外郭適合化を含め、長さに沿って縦通材の外郭適合化を可能とする上記の形式の方法および装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示された実施形態は、単一の複合成形材を所望の縦通材構成に形成するように、簡単化された工具を用いてブレード形縦通材を製作するための方法および装置を提供する。工具のコストおよびプロセスフロー時間は、所望の縦通材構成を達成するために複数の成形材を形成したり複数の補強部材を組み立てたりする必要性がないので、削減することができる。実施形態は、縦通材の長さに沿った層の積層増加および層の積層減少を許容することで、縦通材の局所的な外郭適合化を可能としている。成形材は、層にしわの寄るのが抑えられ、および／または、層のずれが抑えられた状態で形成されている間、長さに沿って外郭適合化させることができる。
【０００６】
開示された一実施形態によれば、複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための装置が提供される。その装置は、長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと、長さに沿って可撓性とされ、概して平らな複合成形材がパンチによってプレス成形され得る長尺金型とを有する。装置はさらに、第１層および第２層をそれぞれ裏当てする第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、ブレードに連結され、パンチおよび金型を所望の外郭に形成するためのプレスとを有する。
【０００７】
開示された別の実施形態によれば、複合成形材を、少なくとも１つの厚さ変化があって、鍔を有する外郭適合化されたブレード補強材に形成するための装置が提供される。その装置は、第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、長尺パンチおよび長尺金型とを有している。概して平らな複合成形材は、パンチと金型との間でプレス成形され得る。パンチおよび金型は、それぞれの長さに沿って可撓性であり、第１プレートおよび第２プレートの間に挟まれている。装置は、それらプレートの一方と金型との間に配置され、押圧形成する間に、厚さ変化の全域に渡って成形材への実質的に一定の圧力を維持するための第１のシムを少なくとも有している。装置はさらに、プレートを曲げて部品および金型を外郭適合化するためのプレスを有している。シムは、概して可撓性である。
【０００８】
さらに別の実施形態によれば、複合ブレード補強材を製作する方法が提供される。その方法は、パンチを用いて成形材を金型のキャビティへと導くことで、概して平らな成形材を一対の鍔を有するハット形に形成するステップを含んでいる。プレートが鍔を覆うように金型上に載置され、パンチがプレートに対して押し付けられて鍔を押圧して保持する。ハット形は、プレートがパンチによって鍔に対して押圧されている間に、金型を絞ることによって補強材のブレードへと形成される。
【０００９】
また、さらに別の実施形態によれば、外郭適合化された複合ブレード補強材を製作する方法が提供される。その方法は、実質的に平らな成形材を金型の上に配置するステップと、その平らな成形材をパンチを用いてハットに形成するステップであって、形成の成された成形材を金型のキャビティへと押圧するステップとを含んでいる。この方法はさらに、形成された成形材が金型にある間に、金型を曲げることで形成された成形材を外郭適合化させるステップを含んでいる。形成された成形材を外郭適合化させるステップは、パンチが金型内にある間に、パンチを曲げるステップを含んでいる。
【００１０】
手短に言えば、本発明の一態様によれば、複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための装置が提供され、その装置は、長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと、長さに沿って可撓性とされ、概して平らな複合成形材がパンチによってプレス成形され得る長尺金型と、第１金型および第２金型をそれぞれ裏当てする第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、パンチおよび金型の外郭を変更するために、第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートに連結された金型・パンチ外郭変更機構とを有している。
【００１１】
有利には、装置では、パンチは、概して平面であって、複数の個別のパンチ区画を有している。
【００１２】
有利には、装置では、金型は、金型キャビティを画定する離間された第１金型部および第２金型部を有し、第１金型部および第２金型部の間でパンチが受け入れ可能とされている。
【００１３】
有利には、装置では、第１金型部および第２金型部は、それらの間にある成形材を絞るために互いに向かって側方へと変位可能であり、装置は、成形材を絞る第１金型部および第２金型部に側方への力を付与するための拡張可能部材をさらに有している。
【００１４】
有利には、装置では、拡張可能部材は、それぞれが金型部の両側にあり、加圧空気源に連結するように適合された一対の膨張可能なホースを有している。
【００１５】
有利には、装置は、成形材に係合するように適合されており、成形材の局所における外郭に概して合致する外郭を有している少なくとも１つのシムをさらに有している。
【００１６】
有利には、装置は、第１プレートおよび第２プレートに連結されており、成形材がパンチと金型との間にある際に第１プレートおよび第２プレートを外郭適合化するためのプレスをさらに有している。
【００１７】
有利には、装置は、金型とパンチとの間に取り外し可能に設置することができ、成形材を形成する間に成形材の一部を保持するためのプレートをさらに有している。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、複合成形材を、少なくとも１つの厚さ変化がある鍔を有する外郭適合化されたブレード補強材に形成するための装置が提供される。その装置は、第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、長さに沿って可撓性とされ、第１プレートおよび第２プレートの間に挟まれており、概して平らな複合成形材が間においてプレス成形され得る長尺パンチおよび長尺金型と、それらプレートの一方と金型との間に配置された少なくとも第１のシムと、プレートを曲げてパンチおよび金型を外郭適合化するためのプレスとを有している。
【００１９】
有利には、装置では、シムは概して可撓性である。
【００２０】
有利には、装置はさらに第２のシムを有しており、第１のシムは金型の第１の側と第１プレートとの間に配置され、第２のシムは金型の第２の側と第２プレートとの間に配置される。
【００２１】
有利には、装置では、パンチは、概して平面であって、複数の個別のパンチ区画を有しており、金型は、金型キャビティを画定する離間された第１と第２の可撓性の金型部を有し、パンチがそれら金型部の間に受け入れ可能とされている。
【００２２】
有利には、装置はさらに、それぞれが複数の金型部の両側にあり、加圧空気源に連結するように適合され、金型部に側方への力を付与するための一対の膨張可能なホースを有している。
【００２３】
有利には、装置では、第１のシムは、厚さ変化に概ね対応するテーパ部を有している。
【００２４】
本発明のさらに別の態様によれば、複合ブレード補強材を製作する方法が提供され、その方法は、概して平らな成形材を形成するステップと、概して平らな成形材を金型のキャビティに導くことで成形材を一対の鍔を有するハット形に形成するようにパンチを用いるステップと、パンチを金型キャビティから抜き出すステップと、鍔を覆う金型上にプレートを載置するステップと、プレートにパンチを押し付けることで金型に対して鍔部を保持するステップと、鍔部が金型に対して保持されている間に、金型を用いてハットを絞ることで、生じたハット形をブレードに形成するステップとを含んでいる。
【００２５】
有利には、方法はさらに、成形材を金型内に配置するステップを含んでいる。
【００２６】
有利には、方法はさらに、金型上の成形材上に加熱ブランケットを配置するステップと、成形材を、加熱ブランケットを用いて形成温度に加熱するステップとを含んでいる。
【００２７】
有利には、方法はさらに、ブレードが形成される前に、金型およびパンチを外郭適合化することによって成形材を長さに沿って外郭適合化するステップを含んでいる。
【００２８】
有利には、方法はさらに、ブレードが形成された後に、金型およびパンチを外郭適合化することによって成形材を長さに沿って外郭適合化するステップを含んでいる。
【００２９】
有利には、方法はさらに、ブレードが形成された後に、鍔部の間に充填材を配置するステップと、鍔部および充填材の上にプレートを再び載置するステップと、パンチをプレートに対して下方に導くことで充填材を圧搾するステップとを含んでいる。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、外郭適合化された複合ブレード補強材を製作する方法が提供され、その方法は、実質的に平らな複合成形材を金型キャビティ金型の上に配置するステップと、成形材を金型キャビティ内でハットに押圧して形成するようにパンチを用いることを含む、平らな成形材を金型に対して押圧して形成するステップと、形成された成形材が金型にある間に、金型を曲げることで形成された成形材を外郭適合化させるステップとを含んでいる。
【００３１】
有利には、装置では、押圧形成することは、パンチが成形材を金型キャビティ内でハットへと形成している間に、成形材の鍔部を金型に当てて形成することと、パンチを金型キャビティから抜き出すことと、ハットを側方に圧搾してブレードにするように金型を用いることとを含んでいる。
【００３２】
有利には、装置では、外郭適合化は、ハットが圧搾されてブレードになる前に行われる。
【００３３】
有利には、装置では、形成された成形材を外郭適合化することは、パンチを金型に沿って曲げることを含んでいる。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、寸法の変化する外郭適合化された複合ブレード縦通材を形成するための装置が提供され、その装置は、離間された第１長尺可撓性プレートおよび第２長尺可撓性プレートと、第２プレートに向かい合う第１プレートに装着されており、金型キャビティを間に有する第１金型部および第２金型部を有し、各金型部が第１プレート上で摺動可能で個々に移動可能な複数の金型ブロックに分割されており、金型ブロックを共に連結する可撓性ストラップをさらに有する金型と、金型の両側にあって第１プレートに固定され、金型ブロックを側方において保持するための一対のブラケットと、金型ブロックおよびブラケットの間にそれぞれあって、金型部に側方への力を付与するための加圧空気源に連結されるように適合された一対のホースと、金型部の各々および第１プレートの間にあって、成形材が形成されるにつれて厚さが変化する成形材の面に一定の力を伝達するための第１テーパ状シムと、実質的に平らで、第２プレートに取り付けられた実質的に直交して延びる、成形材の一部を金型キャビティ内で形成するための長尺パンチであって、複数の個別の可動パンチ部に分割されているパンチと、パンチの各側面にあって第２プレートに固定され、成形材が形成されるにつれて厚さが変化する成形材の面に一定の力を伝達するための第２テーパ状シムと、第１プレートおよび第２プレートに連結され、プレートを曲げることでパンチおよび金型を所望の外郭に形成するための複数のアクチュエータとを有している。
【００３５】
本発明のさらに別の態様によれば、寸法の変化する外郭適合化された複合ブレード縦通材を形成する別の方法が提供され、その方法は、実質的に平らな、複数の複合プリプレグ成形材を提供するステップと、第１の充填材を成形材に配置するステップと、平らな成形材を、２つの向かい合う金型部およびそれらの間の金型キャビティを有する金型上に配置するステップと、成形材を形成温度に加熱するステップと、成形材の第１の部分および第１の充填材を金型キャビティに導いてハットを形成するようにパンチを使用するステップと、ハットがパンチによって形成されるときに、成形材の第２の部分を金型に対し押圧して縦通材の鍔部を形成するように第１プレートを使用するステップと、パンチを金型キャビティから後退させるステップと、縦通材の鍔部上に第２プレートを載置するステップと、第２プレートに圧力を付与するようにパンチを用いて金型に対して鍔部を保持するステップと、第２プレートを除去するステップと、それぞれの金型部に側方への圧力を付与するように一対の加圧されたホースを用いるステップと、金型部の間のハットを絞ることでハットをブレードに形成するように金型部を使用するステップと、ブレードが絞られている間に、パンチおよび金型の各々をそれぞれの長さに沿って外郭適合化することによって形成された成形材を外郭適合化するステップと、鍔部の間の溝に第２の複合充填材を配置するステップと、第２の充填材の上に接着剤および布地層を付与するステップと、第２プレートを、フランジ部の上に、第２の充填材、接着剤、布地層に重なる第２プレートを再び載置するステップと、圧力を第２プレートに付与し、第２の充填材、接着剤、布地層を圧搾するようにパンチを用いるステップと、第２の充填材が圧搾された後にパンチを後退させるステップと、金型部を互いに離間するように動かすステップと、第２プレートを除去するステップと、金型から形成された縦通材を除去するステップとを含んでいる。
【００３６】
有利な実施形態の特性であると考えられる新規は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、有利な実施形態は、使用における好ましい態様や、さらなる目的および有利性と同様に、本発明の開示の有利な実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面とともに参照しながら読むことで最もよく理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】開示された方法および装置で製作された、外郭適合化された複合ブレード縦通材の側面図である。
【図２】図１の横断線２−２における断面図である。
【図３】図２と同様であるが、縦通材の別の形成を示す図である。
【図４】実質的に平らな成形材を図１〜図３に示すブレード縦通材に形成するのに使用される工具装置の斜視図である。
【図５】図６の横断線５−５における断面図であり、成形材が形成される状態を示す。
【図６】図５の横断線６−６における断面図である。
【図６Ａ】形成する工程において、ブレードの外郭に合致するように金型ブロックがどのように変位するかを示す、積層増加を有するブレードの一部の平面図である。
【図７】図４に示す工具装置を採用する金型・パンチ外郭変更機構の平面図である。
【図８】図１および図２に示す外郭形成されたブレード縦通材を製作する方法の流れ図である。
【図９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１４】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１５】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１６】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１７】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１８】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図１９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２４】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２５】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図８に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２６】図３に示す外郭形成されたブレード縦通材を製作する方法の流れ図である。
【図２７】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２８】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図２９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３４】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３５】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３６】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３７】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３８】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図３９】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４０】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４１】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４２】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４３】図４に示す工具装置の概略図であり、それぞれ、図２６に示す製作方法の連続するステップを示す。
【図４４】航空機生産および保守の手順の流れ図である。
【図４５】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
まず、図１および図２を参照すると、開示された実施形態は、ブレード形縦通材５０などの長尺の複合補強材を製作するための方法および装置に関する。ブレード形縦通材５０は、実質的に平らなブレード５２と、ブレード５２に実質的に直交して延びる鍔５４とを有している。鍔５４は、ブレード５２の一端から側方に延び、半径部６０によってブレード５２に連結された一対の鍔部５４ａを有する。ブレード縦通材５０は、それの長さに沿う１つまたは複数の外郭５８を有していてもよい。図示した実施形態においては、縦通材５０は、鍔５４の曲面５６に実質的に一定の外郭５８を有している。他の実施形態においては、縦通材５０は、一定の曲率である、または、一定の曲率ではない１つまたは複数の外郭５８を有していてもよい。また、後でより詳細に説明されるように、鍔５４は、航空機の外皮６１などの鍔５４の取り付けられる構造物の局所的な外郭に鍔５４を合致させるために、鍔５４の長さに沿う１つまたは複数の箇所で、寸法が変化してもよく、あるいは、厚さＴ１を有していてもよい。また、ブレード５２の厚さＴ２および／または高さＨは、縦通材５０の長さに沿って変化していてもよい。
【００３９】
開示された方法および装置は、図３に示すハイブリッド−Ｉの縦通材５０ａなどのブレード形縦通材５０の他の形状を製作するのに使用されてもよい。縦通材５０ａは、角ばった形状の外側端６２、および鍔５４を有するブレード５２を有している。ブレード端６２は、三角形状とされた複合充填材６４を有している。ただし、他の形状も可能である。鍔５４は、Ｖ字形の溝５７を、鍔部５４ａがブレード５２と交わる箇所に有している。溝５７は、溝５７の形状に実質的に合致する三角形状の断面を有する複合充填材６６で満たされている。充填材６４、６６は、それぞれ、繊維で強化されていてもよいし、されていなくてもよい接着剤を含むことができ、また代わりに、帯状のプリプレグテープ（図示せず）を含むこともできる。
【００４０】
図４〜図６は、単一の、実質的に平らな、複数の層の複合成形材５５を用いて、図１〜図３に示した縦通材を形成するのに採用することができる工具装置６８を示す。成形材は、限定されることはないが、炭素繊維エポキシプリプレグなどの複合材料の複数の層５９を有することができ、また、縦通材５０の鍔５４（図２）を外皮６１の局所的な外郭などの、局所的な外郭に合致させるために、積層増加９８を有していてもよい。工具装置６８は概して、下方金型７０、上方パンチ８８、ならびに、金型７０およびパンチ８８がそれぞれ装着される一対の可撓性プレート７２、７４を有している。金型７０は、金型キャビティ８６を形成するように離間され、プレート７２上を互いに接近離間する方向であって、実質的に側方へと摺動可能な一対の金型部７０ａ、７０ｂを有している。金型部７０ａ、７０ｂの各々は、７５で分割されており、複数の金型ブロック７６を有している。金型ブロック７６は、図示の例では概して長方形の断面を有しているが、他の断面形状も可能である。
【００４１】
金型ブロック７６は、プレート７２、７４の長さに沿って隣り合うようにして一直線に並べられており、例えば、限定されることはないが、可撓性の金属ストラップを備えることができる可撓性連結具７８によって共に結合されている。金型ブロック７６は、プレート７２上に装着されており、成形材５５の形成および外郭適合化の間にそれぞれの軸が中立のままとなっているように、連結具７８によって相互に連結されている。金型ブロック７６は、木材、金属、セラミック、または複合材料などの任意適切な比較的硬い材料を含むことができ、また、内側形成面７６ａおよび上方形成面７６ｂを有している。一対のＬ字形の長尺ブラケット８２がプレート７２上で金型７０の両側に装着されており、それらは、プレート７２上の金型ブロック７６を共に保持しつつ、金型ブロック７６によって発生させられる側方への形成力に反応するように機能する。バッグまたはブラダと称されることがある一対の膨張可能なホース８４がブラケット８２および金型ブロック７６の間に挟まれており、それらは、適切な加圧空気源（図示せず）に連結されるように適合されている。ホース８４は、形成の作業および／または外郭適合化の作業の間に、金型ブロック７６に側方への力を付与するように、選択的に加圧され得る。しかしながら、他の機構が、金型ブロック７６に側方への力を付与するために提供されてもよい。
【００４２】
パンチ８８は、実質的に平らであり、パンチ８８を、鍔５４の平面５６（図１および図２）に実質的に直交する平面（図示せず）においてパンチ８８の長さに沿って湾曲させることができる複数のパンチ部９２に分割するスリット９０を有している。パンチ８８は、金属、セラミック、または複合材料などの任意適切な硬い材料で形成され得る。
【００４３】
前述のように、縦通材５０は、それを外皮６１（図１）の局所的な外郭に合致させるために、縦通材５０の長さに沿う局所的な部位で変化する鍔の厚さＴ１を有していてもよい。これらの局所的な部位で成形材５５に一定の圧力が付与されるように厚さ変化を許容するために、適切に外郭適合化させる下方シム８０および上方シム９４がそれぞれ提供され得る。例えば、図４および図６に示すように、成形材５５は、鍔部５４ａ（図２）の部位で積層増加層９８を有していてもよい。実質的に均等な形成圧力が積層増加層９８の部位に確実に付与されるように、上方シム９４は、積層増加層９８の断面形状に実質的に合致する外郭９６を有している。図には示されてないが、下方シム８０はまた、縦通材５０の鍔部５４ａの厚さ変化を許容するために、金型ブロック７６の下に下方シム８０の長さに沿った１つまたは複数の外郭を有していてもよい。また、下方シム８０は、それの長さに沿ってブレードの高さを変更するために、金型キャビティ８６（図４）の下の部位においてテーパ状とされていてもよい（図示せず）。シム８０、９４は、力を成形材５５に伝達するが、工具装置６８の外郭適合化の間に、シム８０、９４を曲げることができるのに必要な程度に可撓性である、実質的に非圧縮性の任意の材料から形成され得る。
【００４４】
図６Ａを参照すると、前述のように、縦通材のブレード５２の厚さＴ２は長さに沿って変化していてもよい。例えば、ブレード５２は、ブレードの厚さＴ２を増加させる局所的な積層増加９７を有していてもよい。形成する工程の間、積層増加９７の部位９９における金型ブロック７６は、下方プレート７２上で外側の方へと摺動し１０１、積層増加９７によって示される外郭に合致し、ブレード５２への実質的に一定の形成圧力を維持する。
【００４５】
図７は、図４〜図６に示す工具装置６８を組み込んだ金型・パンチ外郭変更機構１０５を示す。金型・パンチ外郭変更機構１０５は、例えば、限定されることはないが、プレス１０５を備えることができる。複数の個別の離間されたアクチュエータ１００が、両側の押圧プレート１０４上にそれぞれ装着されており、互いに接近離間する方向に動くように適合されている。工具装置６８は、押圧プレート１０４の間に置かれている。押圧部プレート１０４は、シリンダアクチュエータなどの、押圧プレート１０４を変位させるための適切な電動式の機構（図示せず）に連結することができ、成形材を形成する作業の間に工具装置６８を拡げたり閉めたりする。各アクチュエータ１００は、プレート７２、７４の一方と連結されたプランジャ１０２を有しており、プランジャ１０２は、プレート７２、７４を曲げ、それにより工具装置６８を長手方向に外郭適合化することで成形材５５を外郭適合化するために、プレート７２、７４に力を付与する。２０１０年４月２９日に発行された米国特許出願第２０１０／０１０２４８２号で開示された機構など、他の機構が工具装置６８を長手方向に外郭適合化するのに採用されてもよい。この開示された機構の全体は、本明細書で参照されて援用される。
【００４６】
ここで図８に着目すると、外郭適合化されたブレード縦通材を製作する方法の個々のステップが記載されている。また、これらのステップは、図９〜図２５に、図形によって順に示されている。ステップ１１０から始めると、実質的に平らな複数層の複合成形材５５は、パンチ８８が持ち上げられた位置にある状態で、金型ブロック７６の上に載置１４６される（図９）。成形材５５の中央ブレード部５２は、金型キャビティ８６の上に位置し、成形材５５の外側鍔部５４ａは、金型ブロック７６を超えて側方へと延びている。成形材５５が金型ブロック７６に載置される前または後のいずれかにおいて、帯状の接着剤１４８が成形材５５の上に配置されてもよい。次に、図８でステップ１１２に記載するように、加熱ブランケット１５０（図１０）が成形材５５の上に載置される１５２。次に、ステップ１１４では、成形材が加熱ブランケット１５０を用いて加熱され（図１１）、それによって成形材５５を適切な形成温度へと軟化させる。他の型式の加熱装置が成形材５５を加熱するのに使用されてもよく、その加熱装置には放射型のヒータおよび誘導型のヒータ（図示せず）が含まれるが、それらに限定されることはない。ステップ１１６では、加熱ブランケット１５０が、図１２に示すように１５４で取り除かれる。ステップ１１８では、成形材５５のブレード部５２が、パンチ８８の金型キャビティ８６内への込み１５８によって、ハット１５６（図１３）に形成される。ハット１５６が図１３に示すように形成されていくにつれて、金型ブロック７６が成形材５５に対して荷重を与えたままにするために、圧力Ｐ１の第１中間レベルがホース８２によって金型ブロック７６に付与される。しかしながら、圧力Ｐ１のこの中間レベルは、パンチ８８によって発生する外側の方への圧力よりも小さく、その結果、ハット１５６に対して荷重を与えているにもかかわらず、金型ブロック７６は、ハット部１５６がキャビティ８６内で完全に形成されるまで外側の方へと移動１６８する。
【００４７】
次に、ステップ１２０では、側方内側の方への圧力Ｐ１が金型ブロック７６によってハット１５６に対して保持されつつ（図１４）、上端プレート７４が圧力１６４を鍔部５４ａに付与し、下にある金型ブロック７６との間で鍔部５４ａを形成する。任意選択で、ステップ１２２では、不完全に形成された成形材５５が、工具装置６８の外郭適合化８５によって外郭適合化され（図１５）、その間、金型ブロック７６によるハット１５６への側方内側の方への圧力Ｐ１は、引き続き維持されている。工具装置６８の外郭適合化８５は、図７に示したプレスで行うことができ、プレスは、前述のように、鍔５４の平面５６（図１および図２を参照）に実質的に平行な平面（図示せず）においてプレート７２、７４を曲げる。プレート７２、７４が所望の曲率に曲げられるにつれて、パンチ８８および金型７８の両方は、湾曲してプレート７２、７４の曲率に合致してくる。図４〜図６に関連して前述したように、下方シム８０および上方シム９４によって、工具装置６８が所望の形状へと外郭適合化８５されていくときに、鍔部５４ａへの実質的に一定の形成圧力が維持される。
【００４８】
図８のステップ１２４では、パンチ８８が金型キャビティ８６から後退させられる（図１６）。次に、ステップ１２６では、実質的に平らなプレート１６０（図１７）が鍔部５４ａ上に載置１６２される。ステップ１２８では、パンチ８８が降下１５８（図１８）させられてプレート１６０に接触することで、プレート１６０から鍔部５４ａに荷重を与えて鍔部５４ａを固定する。次に、ステップ１３０では、鍔部５４ａが、プレート１６０およびパンチ８８により付与される力によって、金型ブロック７６に対する位置が保持され、圧力Ｐ２（図１９）が、ホース８２によって金型ブロック７６に付与され、ハット１５６をブレード５２へと絞る。圧力Ｐ２は、ステップ１１８〜ステップ１２２の間に金型ブロック７６に付与される圧力Ｐ１よりも大きい形成圧力である。
【００４９】
図８に示すステップ１３４では、パンチ８８は後退１８０（図２０）させられ、プレート１６０は除去１６７され、Ｖ字形の溝１６５が鍔部５４ａの間に残される。図８に示すステップ１３６では、複合充填材６６が、図２１に示すように、溝１６５に配置される。次に、ステップ１３８では、帯状の接着剤１７４（図２２）および布地層１７２が充填材６６の上に配置される。ステップ１４０では、鍔５４に重なるように、プレート１６０が再び載置される（図２３）。そしてステップ１４２に示すように、布地層１７２、接着剤の帯１７４、および充填材６６は、図２４に示すように、パンチ８８を下方に変位させてプレート１６０に接触させることで圧搾される。最後に、ステップ１４４では、図２５に示すように、パンチ８８が後退１８０させられ、プレート１６０は除去１８４され、完全に形成されたブレード縦通材５０を工具装置６８から抜き出すことが可能となる。
【００５０】
なお、上記に記載された実施形態の方法では、工具装置６８の外郭適合化は、図１５に示すように、成形材５５が不完全に形成されている状態のときに行われることに留意すべきである。しかしながら、代わりに、成形材５５は、図１９に示すハット１５６がブレード５２に圧搾された後で、ステップ１３２で外郭適合化されてもよい。工具装置６８を外郭適合化することは、任意選択であって、工具装置６８を用いて実質的に直線状の縦通材（図示せず）を形成するときには必要とされない。縦通材の外郭適合化が必要ないときは、ステップ１２２〜ステップ１３２を行う必要はない。いずれの場合でも、開示された方法は、有利には形成の工程および／または外郭適合化の工程の間に、層の滑りを許容することができるために、層にしわが寄るのを抑えることができ、かつ、優れた特性を有し、ならびに／または、性能の向上を示す最終部品を作り出すことができる。さらに、別の実施形態においては、成形材５５の長さに沿った外郭適合化が、ブレード５２が形成された後であって、金型ブロック７６上に鍔部５４ａを形成する前に行われる。充填材６６は、外郭適合化されたブレード部５２上に鍔部５４ａが形成された後に、溝１６５に配置される。この記載した実施形態の方法は、外郭適合化の工程を容易にすることができ、特に、より高度に外郭適合化された縦通材５０を製作する場合には、しわのより少なく、かつ／または、成形材５５がより簡単に外郭適合化される、部品品質の改善をもたらすことになる。
【００５１】
ここで図２６に着目すると、関連する図２７〜図４３とともに、図３に示す縦通材のように、ハイブリッド型のブレード縦通材５０ａを製作する方法のステップが示されている。図２７〜図４３から見て取ることができるように、図３に示す縦通材５０ａを製作するのに使用される工具装置６８は、２つのことを除いて、前述のものと実質的に同様となっている。具体的には、図２７に示すように、パンチ８８の端には、パンチ８８の長さに沿う概してＶ字形の溝８８ａが設けられており、溝８８ａは、三角形状の充填材６４の大きさおよび形状と実質的に合致している。また、金型ブロック７８の各々は、底の角に沿って斜面または面取り１５５を有しており、図３に示すブレード５２の角ばった形状の外側端６２を形成する際に助けとなる。
【００５２】
ここで図２６を参照すると、ステップ１８８では、実質的に平らな複合成形材５５（図２７）が金型ブロック７６上に載置２２０される。帯状の接着剤１４８が成形材５５に付与されてもよく、それに続いて、上方充填材６４が中央の帯状の接着剤１４８の上に配置される。次に、ステップ１９０で、加熱ブランケット１５０（図２８）が成形材５５の上に載置２２２される。図２６のステップ１９２では、加熱ブランケット１５０が用いられて成形材５５を加熱（図２９）して適切な形成温度にする。図２６のステップ１９４では、ブランケット１５０が、図３０に示すように取り除かれる２２４。ステップ１９６では、パンチ８８が金型キャビティ８６（図３１）内に向かって下方へと変位させられ、成形材５５をハット１５６に形成する。パンチ８８が引き続きキャビティ８６を通って下方へと移動すると、上方プレート７４が、鍔部５４ａに接触し、金型ブロック７６に対して下方で鍔部５４ａを形成する。ステップ１９６の間、側方への圧力Ｐ１が、膨張可能なホース８２（図４および図５参照）によって金型ブロック７６に付与される。
【００５３】
ステップ１９８ではパンチ８８が後退され（図３３）、ステップ２００では実質的に平らなプレート１６０（図３４）が不完全に形成された成形材５５の鍔部５４ａ上に載置２２６される。ステップ２０２では、パンチ８８が、プレート１６０に載置され（図３５）、鍔部５４ａに圧力を付与してそれらを金型ブロック７６に対して保持する。ステップ２０４では、側方への圧力Ｐ２が、ホース８２によって金型ブロック７６に付与（図３６）され、金型ブロック７６によってハット１５６（図３５）がブレード５２へと圧搾させられる。
【００５４】
次に、ステップ２０６では、図３７に示すように、パンチ８８がプレート７４から除去され、形成された縦通材５２は、任意選択で、図７に示されたもののように、力１６４をプレート７２、７４に付与し、プレート７２、７４を曲げて所望の外郭にするプレスを用いる工具装置６８を外郭適合化することによって、外郭適合化８５されてもよい。ステップ２０６における工具装置６８の外郭適合化８５の間に、ホース８２による金型ブロック７６への側方内側の方への圧力Ｐ２が維持されている。
【００５５】
ステップ２０６での縦通材５２の外郭適合化に続いて、パンチ８８は、２０８で示すように後退１８０させられ、プレート１６０が除去２２８される。図２６のステップ２１０では、下方充填材６６（図３９）が鍔部５４ａの間の溝１６５に載置される。次に、ステップ２１２で示すように、帯状の接着剤１４８および布地層２２５が充填材６６の上に配置される（図４０参照）。図２６のステップ２１４で示すように、プレート１６０は鍔部５４ａに再び載置２３０される（図４１）。ステップ２１６では、パンチ８８が、下方へと変位させられてプレート１６０と接触し、布地層２２５および帯状の接着剤１４８を充填材６６に対して圧搾する。ステップ２１６の間、金型ブロック７６への圧力Ｐ１が維持される。最後に、図２６のステップ２１８では、パンチ８８が後退１８０させられ（図４３）、プレート１６０は除去２３２され、完成された縦通材５２が工具装置６８から抜き出される。
【００５６】
前述のように、工具装置６８の外郭適合化は、図２６〜図４３に示される方法を実施するときには任意選択であり、工具装置６８を用いて、図３に示すハイブリッド−Ｉ形状を有する実質的に直線状の縦通材（図示せず）を形成するときには必要とされない。縦通材の外郭適合化が必要ないときは、ステップ１９８〜ステップ２０６を行う必要はない。図２７〜図４３と関連して記載された実施形態では、ブレード部５２の外郭適合化は、鍔部５４が形成された後に行われる。しかしながら、代わりに、他の実施形態では、ブレード部５２が形成された後に鍔部５４ａを形成し、それに続いて上方充填材６６が配設され得るのが好ましい可能性がある。鍔部５４ａが形成される前に成形材５５を外郭適合化することで、外郭適合化の工程がより簡単になる可能性があり、かつ／または、部品品質が改善される可能性がある。
【００５７】
開示の実施形態は、様々な潜在用途で、具体的には、例えば、航空宇宙用途、海洋用途、自動車用途、および、自動化された積層機器が使用される可能性のある他の用途を含む運送産業での利用が見い出せるであろう。したがって、ここで図４４および図４５を参照すると、開示の実施形態は、図４４に示されるように、航空機の製造および保守の方法２３６および図４５に示されるような航空機２３８という状況において使用することができる。開示の実施形態の航空機の用途には、例えば、限定されることはないが桁や補強材などの縦通材の積層が、それに限定されることなく含まれ得る。生産前段階において、例示の方法２３６には、航空機２３８の仕様決定および設計２４０、ならびに、材料調達２４２が含まれ得る。生産の間では、構成部品および部分組立品の製造２４４、ならびに、航空機２３８のシステムインテグレーション２４６が行われる。その後、航空機２３８は、認証および納入２４８を経て、保守中２５０となる。顧客による使用の間、航空機２３８には定期的な点検および保守２５２が計画され、その点検および保守には、変更、再構成、改修なども含まれる。
【００５８】
方法２３６の工程の各々は、システムインテグレータ、第三者、および／または運用者（例えば、顧客）によって行われ、あるいは、実施されてもよい。説明のために言うと、システムインテグレータには、限定されることはないが、多くの航空機製造者および主なシステム下請け業者が含まれ得る。第三者には、限定されることはないが、多くの販売業者、下請け業者、および供給業者が含まれ得る。また、運用者には、航空会社、リース会社、軍事体、保守組織などが含まれ得る。
【００５９】
図４５に示すように、例示の方法２３６で生産された航空機２３８には、複数のシステム２５６および内装２５８を備えた機体２５４が含まれ得る。高度なシステム２５６の例には、１つまたは複数の推進システム２６０、電気システム２６２、油圧システム２６４、および環境システム２６６が含まれる。他に多くのシステムが含まれていてもよい。航空宇宙の例として示しているが、本開示の原理は、海洋産業や自動車産業などの他の産業に適用可能である。
【００６０】
本明細書で具体化されたシステムおよび方法は、生産および保守の方法２３６のうちの１つまたは複数の任意の段階において採用することができる。例えば、生産工程２４４に対応する構成部品または部品組立品は、航空機２３８が使用されている間に生産される構成部品または部品組立品と同様の手法で製作または製造することができる。また、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、生産の段階２４４および２４６の間に、例えば、実質的に、航空機２３８の組立てを速めたり、航空機２３８のコストを低減させたりすることで利用されてもよい。同様に、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、航空機２３８が使用されている間に、例えば、限定されることはないが、点検および保守２５２に利用されてもよい。
【００６１】
異なる有利な実施形態の説明が、解説および説明の目的のために提供されたが、その説明は、包括的であったり、開示された形態の実施形態に限定したりすることを意図するものではない。多くの変更および変形が、通常の当業者には明らかとなるであろう。さらに、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、異なる有利性を提供する可能性がある。選択された１つまたは複数の実施形態は、実施形態および実用的な用途の原理を最もよく説明するために、ならびに、他の通常の当業者が、検討している具体的な使用に適合するような、様々な変更がされる様々な実施形態のために開示を理解できるようにするために、選択されて記載されている。
【符号の説明】
【００６２】
５０ 縦通材
５５ 複合成形材
７０ 金型
７０ａ 金型部
７０ｂ 金型部
７２ 下方プレート
７４ 上方プレート
７６ 金型ブロック
７６ａ 内側形成面
７６ｂ 上方形成面
８０ 下方シム
８２ ホース
８６ 金型キャビティ
８８ 長尺パンチ
９４ 上方シム
１００ アクチュエータ
１０５ 金型・パンチ外郭変更機構
１１８ ハットを形成（パンチを金型内に変位）
１２０ 鍔に追加の圧力を付与しつつハットを絞る
１２２ 外郭適合化工具により縦通材を外郭適合化
１２４ パンチを後退
１２６ プレートを載置
１２８ プレートに圧力を付与して鍔を保持
１３０ ハットのウェブを圧搾
１３２ 任意選択で工具を外郭適合化することで縦通材を外郭適合化（形成圧力を維持）
１３４ パンチを後退およびプレートを除去
１３６ 充填材を載置
１３８ 接着剤および布地を充填材上に付与
１４０ プレートを載置
１４２ 布地、接着剤、および充填材を、パンチ８８をプレートに載置することで圧搾（圧搾されるハットのウェブへの側方への圧力を維持）
１６０ プレート
１９６ ハットを形成（側方への圧力を熱い成形材に付与しつつパンチを金型へと変位）
１９８ パンチ金型を後退
２００ プレートを載置
２０２ プレートに追加の圧力を付与して鍔を保持
２０４ ハットを圧搾
２０６ 金型を外郭適合化することで縦通材を外郭適合化（形成圧力を維持）
２０８ パンチを後退およびプレートを除去
２１０ 下方充填材を載置
２１２ 接着剤および布地を下方充填材上に付与
２１４ プレートを載置
２１６ 布地、接着剤、および充填材を、パンチ金型をプレートに対して降下させることで圧搾（圧搾されるハットへの側方への圧力を維持）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための装置であって、
長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと、
長さに沿って可撓性とされ、概して平らな複合成形材が前記パンチによってプレス成形され得る長尺金型と、
前記第１金型および前記第２金型をそれぞれ裏当てする第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、
前記パンチおよび前記金型の外郭を変更するために、前記第１可撓性プレートおよび前記第２可撓性プレートに連結された金型・パンチ外郭変更機構と
を有する装置。
【請求項２】
前記パンチは、概して平面であって、複数の個別のパンチ区画を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記金型は、金型キャビティを画定する離間された第１金型部および第２金型部を有し、前記パンチは前記第１金型部および前記第２金型部の間に受け入れ可能とされている請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記金型部は、それらの間にある前記成形材を絞るために互いに向かって側方へと変位可能であり、前記装置は、前記成形材を絞る前記第１金型部および前記第２金型部に側方への力を付与するための拡張可能部材をさらに有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記拡張可能部材は、それぞれが前記金型部の両側にあり、加圧空気源に連結するように適合された一対の膨張可能なホースを有する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記成形材に係合するように適合されており、前記成形材の局所における外郭に概して合致する外郭を有している少なくとも１つのシムをさらに有する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１プレートおよび前記第２プレートに連結されており、前記成形材が前記パンチと前記金型との間にある際に前記第１プレートおよび前記第２プレートを外郭適合化するためのプレスをさらに有する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記金型と前記パンチとの間に取り外し可能に設置することができ、前記成形材を形成する間に前記成形材の一部を保持するためのプレートをさらに有する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
複合ブレード補強材を製作する方法であって、
概して平らな成形材を形成するステップと、
前記概して平らな成形材を金型のキャビティに導くことで前記成形材を一対の鍔を有するハット形に形成するようにパンチを用いるステップと、
前記パンチを前記金型キャビティから抜き出すステップと、
プレートを前記鍔を覆う前記金型上に載置するステップと、
前記プレートに前記パンチを押し付けることで前記金型に対して前記鍔部を保持するステップと、
前記鍔部が前記金型に対して保持されている間に、前記金型を用いて前記ハットを絞ることで、前記生じたハット形をブレードに形成するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記成形材を前記金型内に配置するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記金型上の前記成形材上に加熱ブランケットを配置するステップと、
前記成形材を、前記加熱ブランケットを用いて形成温度に加熱するステップと
をさらに含む請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ブレードが形成される前に、前記金型および前記パンチを外郭適合化することによって前記成形材を長さに沿って外郭適合化するステップをさらに含む請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ブレードが形成された後に、前記金型および前記パンチを外郭適合化することによって前記成形材を長さに沿って外郭適合化するステップをさらに含む請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ブレードが形成された後に、前記鍔部の間に充填材を配置するステップと、
前記鍔部および前記充填材の上に前記プレートを再び載置するステップと、
前記パンチを前記プレートに対して下方に導いて前記充填材を圧搾するステップと
をさらに含む請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
複合成形材を外郭適合化されたブレード縦通材に形成するための装置であって、
長さに沿って可撓性とされた長尺パンチと、
長さに沿って可撓性とされ、概して平らな複合成形材が前記パンチによってプレス成形され得る長尺金型と、
前記第１金型および前記第２金型をそれぞれ裏当てする第１可撓性プレートおよび第２可撓性プレートと、
前記パンチおよび前記金型の外郭を変更するために、前記第１可撓性プレートおよび前記第２可撓性プレートに連結された金型・パンチ外郭変更機構と
を有する装置。
【請求項２】
前記パンチは、概して平面であって、複数の個別のパンチ区画を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記金型は、金型キャビティを画定する離間された第１金型部および第２金型部を有し、前記パンチは前記第１金型部および前記第２金型部の間に受け入れ可能とされている請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記金型部は、それらの間にある前記成形材を絞るために互いに向かって側方へと変位可能であり、前記装置は、前記成形材を絞る前記第１金型部および前記第２金型部に側方への力を付与するための拡張可能部材をさらに有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記拡張可能部材は、それぞれが前記金型部の両側にあり、加圧空気源に連結するように適合された一対の膨張可能なホースを有する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記成形材に係合するように適合されており、前記成形材の局所における外郭に概して合致する外郭を有している少なくとも１つのシムをさらに有する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１プレートおよび前記第２プレートに連結されており、前記成形材が前記パンチと前記金型との間にある際に前記第１プレートおよび前記第２プレートを外郭適合化するためのプレスをさらに有する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記金型と前記パンチとの間に取り外し可能に設置することができ、前記成形材を形成する間に前記成形材の一部を保持するためのプレートをさらに有する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
複合ブレード補強材を製作する方法であって、
概して平らな成形材を形成するステップと、
前記概して平らな成形材を金型のキャビティに導くことで前記成形材を一対の鍔を有するハット形に形成するようにパンチを用いるステップと、
前記パンチを前記金型キャビティから抜き出すステップと、
プレートを前記鍔を覆う前記金型上に載置するステップと、
前記プレートに前記パンチを押し付けることで前記金型に対して前記鍔部を保持するステップと、
前記鍔部が前記金型に対して保持されている間に、前記金型を用いて前記ハットを絞ることで、前記生じたハット形をブレードに形成するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記成形材を前記金型内に配置するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記金型上の前記成形材上に加熱ブランケットを配置するステップと、
前記成形材を、前記加熱ブランケットを用いて形成温度に加熱するステップと
をさらに含む請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ブレードが形成される前に、前記金型および前記パンチを外郭適合化することによって前記成形材を長さに沿って外郭適合化するステップをさらに含む請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ブレードが形成された後に、前記金型および前記パンチを外郭適合化することによって前記成形材を長さに沿って外郭適合化するステップをさらに含む請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ブレードが形成された後に、前記鍔部の間に充填材を配置するステップと、
前記鍔部および前記充填材の上に前記プレートを再び載置するステップと、
前記パンチを前記プレートに対して下方に導いて前記充填材を圧搾するステップと
をさらに含む請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【公開番号】特開２０１３−４３４４８（Ｐ２０１３−４３４４８Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１７５６７３（Ｐ２０１２−１７５６７３）
【出願日】平成２４年８月８日（２０１２．８．８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７５６７３（Ｐ２０１２−１７５６７３）
【出願日】平成２４年８月８日（２０１２．８．８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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