複合フランジ、フランジを組み込むダクト及びフランジの製造方法
複合材料で作られるフランジ（１）、フランジ（１）の製造方法及びフランジ（１）を形成するためのマンドレル（３）を提供する。フランジ（１）は、実質的に三角形の断面を有する湾曲した中空部材を有する。フランジ（１）の製造方法は、複合材料を湾曲したマンドレル（３）の外側表面に適用する。マンドレル（３）は、湾曲され、中実の三角形の断面を有している。製造方法は、断面が実質的に三角形で、湾曲した中空部材を有するフランジ（１）を生成する複合材料を硬化する工程も含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料で作られたフランジに関する。特に、本発明は、湾曲し、且つ、実質的に三角形の断面を有し、しかも複合材料で作られたフランジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フランジは、例えば、パイプ等のような金属の中空構造上に、当該２つ金属の中空構造を接合するために設けられる。従来のフランジの例としては、それらを互いに連結するためのパイプ及びシャフトの端に形成された円形状のリムを挙げることができる。
【０００３】
複合材料は、より軽量であること、疲労又は損傷抵抗の改善、耐食性の改善及び無視できる熱膨張等の改善された特性を提供するため、最近では、複合材料は、多くの航空機の構成部材にとって金属に代わってますます魅力的となった。製造に関し、複合材料から作られ、円形に形成されたリム状のフランジは、繊維配列の均一性がフランジにおける使用時の耐荷重性に関して重要であるため、製造工程が非常に複雑となり得る。
【０００４】
複合フランジを製造することにおける複雑さのため、そのような構成を必要とする航空機の構成部材は、一般的に金属から作られている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面は、複合材料を含むフランジであって、フランジが実質的に三角形の断面を有する湾曲した中空部材を備えているフランジを提供することである。
【０００６】
一実施形態において、フランジは、三角形の断面を有し、複合構造と一体不可分の部分として機能するように当該構造に取り付けられ得る構造を提供する複合材料から作られる。三角形の断面は、局所化された負荷を構造に効率的に伝達することによって軸の偏荷重に耐えることができる構造を提供することができる。三角形に形成されたフランジにより、複合構造は、円形に形成されたリム状のフランジと同様に、互いを又は周囲の構成要素と接合することができる。
【０００７】
フランジは、実質的に直角三角形である断面を有し、三角形の第１辺がフランジの湾曲面により定義され、且つ、対応する湾曲構造に取り付け可能であり、三角形の第２辺が第１辺に実質的に垂直であってもよい。第１辺に実質的に垂直な三角形の第２辺は、２つの構造を互いに連結するための表面を設けるために取り付けられた構造の外周部から突出するように構成されてもよい。
【０００８】
湾曲したフランジは閉じた形状の一部、例えば、円又は楕円の一部として定義してもよい。２以上の湾曲したフランジ部材は、閉じた形状を形成するために互いに接合されてもよい。本発明に係るフランジの例は、通路のような開かれた構造に接合されてもよいし、パイプ等のような閉じた構造に接合されてもよい。
【０００９】
断面において、三角形のフランジは閉じた形状を有している。従って、２つの構成部材又は構造の相互接続を容易にするために、フランジは、三角形の取り付け側が２つの構成部材又は構造が接合された状態で容易にアクセス可能なように、三角形の第３辺（斜辺側面）上にアクセスホールを有してもよい。一実施形態において、アクセスホールは、五角形状であり、五角形の各辺が積層構造における繊維配向に沿っており、その形状はフランジの品質にほとんど又は全く影響を与えないものであってもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態において、フランジは、複合材料で作られたダクトに取り付けられる。従って、ダクトは、他のダクト又は他の構造部材と連結することができる。ダクト、例えば、エンジンケーシングは、フランジと同じ複合材料から作られていてもよい。これに代えて、ダクトは、フランジとは異なる複合材料で作られていてもよい。実施形態の一例において、ダクト及びフランジは、実質的に熱的及び化学的に互換性のある複合材料で作られる。
【００１１】
ダクトは、湾曲した外周部を有する開水路であってもよいし、湾曲した外周部を有する閉じた形状、例えば、円又は楕円等であってもよい。１又は複数のフランジは、ダクトの一端又は両端に取り付けられてもよい。
【００１２】
本発明の第２の側面は、複合材料を含むフランジの製造方法であって、複合材料を実質的に三角形の断面を有する湾曲したマンドレルに適用し、複合材料を硬化させて中空且つ三角形の断面を有する湾曲したフランジを生成するステップを有する方法を提供する。
【００１３】
マンドレルは、フランジの中空部に残っていてもよいし、又は、除去可能とされてもよい。例えば、軽量の発泡体のマンドレルを使用することにより、マンドレルを中空部内に残すことができる。
【００１４】
マンドレルが除去可能である場合、フランジの製造方法は、マンドレルを除去するステップをさらに含む。発泡体のマンドレルは可溶性であってもよい。この場合、発泡体のマンドレルを除去するには、マンドレルを溶かすことにより中空のフランジから除去される。
【００１５】
この代わりに、好適なマンドレルは、除去のために解体されてもよい。このマンドレルは、複合材料が適用され得る中実の三角形の本体を提供するために互いに接合された２以上の部材から構成されてもよい。
【００１６】
フランジの製造方法は、複合材料で作られたダクトの少なくとも一端にフランジを取り付けることを含んでもよい。２つの構成部材が互いに接合するように、ダクトを形成する材料の端面は、端面がフランジの側面に対して折り曲げられて生成されるように、突出されてもよい。材料がフランジと接触するように折り曲げられたときに、複合材料を突出させることは、繊維の破損又は歪みによる損傷の危険性を最小化する。
【００１７】
また、フランジの表面によってダクトに接触しているフランジの表面により提供された三角形の断面の頂点と斜辺との接合部に、充填材が、当該接合部に存在し得るどんな間隙をも除去するために適用されてもよい。充填材は、ダクトに接触しているフランジの表面により提供された三角形の断面の頂点と斜辺との接合部の領域におけるねじれのため、複合繊維への損傷を低減させるのにも有効であろう。フランジをダクト、ダクトの一部、充填材及び斜辺の一部に接合するために、複合材料の層を設けて覆ってもよい。
【００１８】
三角形のフランジとダクトとの接触面に存在するギャップが満たされるように、ダクトへのフランジの取り付けは、三角形の断面の湾曲面に好適な接着剤を適用することにより、さらに改良されてもよい。
【００１９】
フランジ及びダクトの製造方法は、フランジがダクトと一体不可分になるように全体構造を送り込み、硬化させるステップをさらに有する。
【００２０】
積層構造において、各層は、整列された繊維を含んでもよい。フランジ及びダクトを提供する積層プラスチックは、繊維が０度、９０度、＋４５度及び／又は−４５度で指向された層を含んでもよい。
【００２１】
硬化ステップの後、三角形のフランジの斜辺上に、アクセスホールが機械加工されてもよい。アクセスホールにより、フランジの取り付け表面、すなわち、構造の一方を他方に取り付けるフランジの側面へのアクセスが可能となる。アクセスホールは、アクセスホールの側面が繊維に沿うように、五角形状であってもよい。上述したように配列された繊維を含む積層構造における五角形状のアクセスホールは、複合材料の品質にほとんど又は全く影響を与えないものであるべきである。
【００２２】
本発明のさらなる側面は、第１の側面に従うフランジの製造方法に用いられるマンドレルに向けられたものである。マンドレルは、フランジの形状に対応して、湾曲され、且つ、三角形の断面を有する中実の構成部材であってもよい。
【００２３】
マンドレルは、三角形の断面を提供するために互いに接合された２以上の部材を有していてもよい。有利なことに、マンドレルを構成する部材は、フランジの中空部内にあるときに、それらが除去され得るように、解体可能である。一実施形態において、マンドレルは、フランジから除去するために、互いに対して摺動させることにより分離する留め継ぎ表面（mitred surfaces）を有する２つの分割部を備えている。これに代えて、マンドレルは、互いに接合して中実の三角形の断面を形成する複数のモザイク状片を有し、三角形のフランジ内にある間に、除去のために解体され得ることとしてもよい。
【００２４】
マンドレルは、当該マンドレルの三角形の断面を構成する部材の端に固定され得る１以上のエンドプレートを含んでもよい。エンドプレートは、マンドレルの部材が互いに対して移動したり、フランジの製造中に分離したりすることを保護するのに用いられ得る。製造中のマンドレルの移動は、結果としてフランジを構成する層内の不連続性をもたらすかもしれない。どんな不連続性も使用中のフランジの強度及び品質に悪影響を与えるかもしれない。
【００２５】
例えば、解体可能なマンドレルは、例えば、金属、例えば、ＩＮＶＡＲ（ＴＭ）で作られてもよい。好ましくは、マンドレルの材質は、フランジが形成され、硬化する温度により影響を受けない特性を有している。
【００２６】
フランジからマンドレルを容易に除去するために、マンドレルは、剥離剤により被覆されてもよいし、これに加えて又はこれに代えて、マンドレルは、低摩擦材（例えば、ＰＴＦＥ）により被覆されてもよい。
【００２７】
本発明の様々な側面は添付の独立請求項に示されているが、本発明のその他の側面は、添付の請求項に明確に示された単一の組み合わせのみならず、実施形態の記述、及び／又は、独立請求項の特徴を備えた添付の従属請求項からの特徴をどのように組み合せたものをも含むものである。
【００２８】
本発明の実施形態は、添付図面を参照して以下に記述されるが、これは一例に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の一例の実施形態を形成するフランジ部材の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の３つのフランジ部材が互いに接合された状態を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａのフランジの部分断面図である。
【図３】図３は、図１のフランジを生成するためのマンドレルに適用されるマンドレル及び複合材料を示す概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１のフランジを作るために好適なマンドレルの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、マンドレルに固定されたエンドプレートを示す図４Ａのマンドレルの端面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、複合ダクト及び複合フランジが互いに接合された状態の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図６】図６は、筒状構造に取り付けられたフランジ及びフランジに機械加工されたアクセスホールを含む筒状構造の部分斜視図である。
【図７】図７は、２機のエンジンを備えた航空機を示す概略図である。
【図８】図８は、航空機のエンジンのための２つのハウジング構成部材を示す概略図である。
【図９】図９は、それぞれのフランジで接合された２つの部材を示す概略図である。
【図１０】図１０は、フランジの２つの部材の接合を詳細に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は様々な変更及び代替形態をとり得る余地があり、特定の実施形態が、図面に一例として示されており、ここに詳細に説明される。しかしながら、図面及び詳細な説明に記載された事項が、本発明を限定するものではなく、本発明が請求の範囲内に含まれる全ての変更、均等物、及び代替物を含むことは理解されるべきである。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係るフランジ１を提供する中空の湾曲構造の斜視図を示す。フランジ１は、対応する形状の通路又は容器構造、例えば、エンジンケーシングに、取り付けられるような湾曲表面を有している。フランジ１は、複合材料で作られている。この特定の例において、フランジは、航空機アプリケーションにおいて使用するために、炭素繊維強化複合材料で作られている。
【００３２】
図２Ａには、閉じた円を形成するために互いに接合された３つのフランジ部材１が例示されている。この特定の例において、各フランジ部材１は、円の１／３を定義する。他の例においては、各フランジ部材が湾曲構造の他の割合、例えば湾曲構造の１／４又は湾曲構造の１／４と１／３との間のその他の割合、あるいは、それ以外の割合を構成してもよいことは理解されるだろう。図２Ａは湾曲構造の略等しい割合で形成される３つのフランジ部材について例示しているが、他の例において、異なる数のフランジ部材が提供されてもよく、それらは湾曲構造の等しい又は異なる割合を形成してもよい。図２Ａに示された湾曲構造は、断面が実質的に円形であるが、他の例において、湾曲構造は、ある他の形状、例えば、閉じた楕円、楕円又は円に近似する形、あるいは複雑に湾曲した形、例えば部分的に円形だが所々平坦な湾曲構造を有していてもよい。実際に、図２Ａは、例示する目的のためだけに、一般的に円形の閉じた構造を示し、他の例において、他の湾曲構造が想定され得ることに留意すべきである。
【００３３】
図２Ｂは、図２Ａの閉じた形状に通じる断面を示している。フランジ部材１の本例における断面形状は、直角三角形である。図２Ｂで例示されるような三角形は、フランジ部材１を作るための製造工程によって頂点が丸められている。
【００３４】
図３は、フランジ部材１の例を生成するための製造工程の例を表す。フランジ部材１は複合材料５で作られる。フランジ部材１を生成するためにいかなる好適な製造工程、例えば、フィラメント・ワインディング、３Ｄ織物の注入等をも使用可能であることが理解されるだろう。三角形の断面に対応するマンドレル３は、フランジ１の湾曲部材又は湾曲部分を生成するために用いられ得る。複合材料５は、複合構造、すなわち、中空のフランジ部材１において三角形の断面を生成するためにマンドレル３に適用される。
【００３５】
図４Ａには、マンドレル３が、湾曲構造における三角形の断面を形成するために組み立て可能とされ、且つ、フランジ部材１の中空部から除去するために解体可能とされていることが例示されている。
【００３６】
例示された例において、マンドレル３は、２つの留め継ぎ部３Ａ，３Ｂにより形成される。一方の留め継ぎ部３Ａは、他方の留め継ぎ部３Ｂの上部に載置され、複合材料がフランジ１を生成するために設置される中実の三角形の断面を生成する。２つの部材が互いに対して移動したり、製造工程の間、分離したりするのを防ぐために、エンドプレート３Ｃは組み立てられた留め継ぎ部３Ａ，３Ｂの一方又は双方に取り付けられてもよい。
【００３７】
図４Ｂは、エンドプレート３Ｃが取り付けられたマンドレル３の一端を示す。ねじ等の好適な機械的締結部材が、エンドプレート３Ｃをマンドレル３に取り付けるために用いられ得る。
【００３８】
フランジ部材１を作るための複合材料は、図３に示されるように、フランジ部材１を形成するためにマンドレルの周囲に巻き付けられる。複合材料５は、人手により巻き付けられることとしてもよいし、この工程が自動化されることとしてもよい。フランジ部材１のレイアップは、特定のアプリケーションに従って選択され得る。例えば、フランジ１が航空機のエンジンケーシングにおいて使用されるものであるとき、複合レイアップは、縦の繊維層を有していてもよく、各層において繊維の配向が０度、＋４５度、９０度及び−４５度に沿っていてもよい。層が所望の厚さに到達した場合、複合材料は硬化される。マンドレル３は、複合材料を硬化させた後に、除去され得る。
【００３９】
フランジ部材１からマンドレル３を除去するために、１又は複数のエンドプレート３Ｃを使用している場合には、当該エンドプレートをマンドレル３から取り外し、２つの留め継ぎ部３Ａ，３Ｂを矢印７Ａ，７Ｂの方向に互いに対して摺動させることにより、２つの留め継ぎ部２Ａ，３Ｂが分離され、しかも、双方がフランジ部材１内の中空部に対して摺動されて、三角形の断面を有する湾曲した中空部が残されるようにフランジ部材１から取り出される。
【００４０】
例示された例において、マンドレル３は金属、例えばＩＮＶＡＲ（インバー）（ＴＭ）で作られている。ＩＮＶＡＲ（ＴＭ）は、３６パーセントの鉄ニッケル合金であり、熱膨張率がほとんど０又は複合材料が形成可能である。フランジ部材１を形成する複合材料の品質が製造工程の間に影響されないように、マンドレル３の材料は、複合材料の硬化温度に影響を与えないことを１つとして選択される。マンドレル３のための材料の選択は、フランジ部材１が硬化した後にマンドレル３がフランジ部材１からどれだけ容易に除去されるかということに影響され得る。フランジの材料及びマンドレルの材料が異なる熱膨張率を有する場合、フランジ部材１の内部にあるときのマンドレル３の取り外しは、より容易となる。これは、フランジ部材１が例えばガラス繊維及び／又は炭素繊維等の繊維強化材を含む１又は複数の樹脂の複合物から形成された複合材料で作られた場合であり、マンドレル３がＩＮＶＡＲ（ＴＭ）で作られた場合である。
【００４１】
硬化したフランジ部材１からのマンドレル３の除去をさらに簡単化するために、マンドレル３は、ＰＴＦＥで被覆されてもよい。これに加えて又はこれに代えて、複合材料に影響を与えないｒｏｔａｆｉｘ（Ｒ）の製品であるＦＲＥＫＯＴＥ（フリコート）（Ｒ） ＮＣ７００のような剥離剤が、フランジ部材１からの除去をより容易にするためにマンドレル３の表面に塗布されてもよい。
【００４２】
フランジから除去するために解体されるマンドレル３を使用する代わりに、例えば、マンドレルを発泡体で作ることも可能である。発泡体のマンドレルは、発泡体による重量の増加が無視できると思われるため、フランジ部材１の内部に残っていてもよい。これに代えて、発泡体のマンドレルは、フランジ部材１が硬化した後にそれを溶かすことによって除去されてもよい。
【００４３】
発泡体で作られたマンドレルは、小さな断面積を有するフランジに特に好適である。フランジ部材から除去するために解体可能な金属で作られたマンドレルは、比較的大きい断面積を有するフランジに特に好適である。
【００４４】
フランジ又はフランジ部材１は、エンジンケーシングのような構造の一端又は両端に取り付けられ、２つのこのような構造を互いに連結することを容易にしたり、このような構造と他の構造部材とを取り付けることを容易にしたりする。
【００４５】
図５Ａは、筒状構造１１、例えば、一端にフランジ１が取り付けられたエンジンケーシングの斜視図を示す。フランジ１を筒状本体１１に取り付ける工程は、図５Ｂから図５Ｅを参照しつつ以下で説明される。
【００４６】
図５Ｂは、複合材料で作られた筒状ドラム１１の外側表面に載置されたフランジ又はフランジ部材１の断面を示している。筒状ドラム１１は、筒状の形成治具１３上にレイアップされる。図５Ｂにおいて、筒状ドラム１１に供給される複合材料は、複数の平行な水平線によって示されており、構造が複数の層を含む積層プラスチックにより形成されることを示している。本例における積層されたプラスチック材料は、例えば、ガラス繊維及び／又は炭素繊維等の繊維強化材を含む１又は複数の樹脂（例えばエポキシ樹脂又はポリエステル樹脂）から形成された積層複合材料とされ得る。
【００４７】
筒状ドラム１１のための製造工程は、最終生成物が特定のアプリケーションのために要求される機械特性を有する複合材料を作るためのいかなる工程を含んでもよい。フランジ部材１は、ドラム１１の端部から離れた部分１１Ａに配置される。図５Ｃに示されるように、筒状ドラム１１の端部１１Ａは、突出されており、図５Ｄに示されるように、ドラム材料が伸びたり裂けたりする危険がほとんどない状態で各突出部１１Ｂが垂直に折り曲げられてドラム１１の外部に設けられ得る。
【００４８】
図５Ｄに例示されるように、筒状ドラム１１の端部１１Ａの突出部１１Ｂは、ドラム１１の軸に垂直なフランジ１の面に当接するように折り曲げられている。
【００４９】
接着剤又は樹脂等の好適な充填材が、三角形のフランジ１と筒状ドラム１１との接触面に適用されてもよい。充填材は、フランジ１とドラム１１との合わせ面に存在する表面の不規則性によって生じ得る間隙又はギャップを埋めるだろう。生じた間隙を埋めることは、構造全体の品質を改良することに有益であろう。
【００５０】
筒状ドラム１１へのフランジ１の取り付けをよりよくするために、複合材料１１Ｃは、三角形のフランジ１の斜辺側面と筒状ドラム１１の一部とに取り付けられる。しかしながら、三角形のフランジ１の頂点が丸いため、三角形のフランジの斜辺側面の頂点と筒状ドラム１１のとの接合部に間隙が存在するおそれがある。複合材料を被覆する際に間隙を埋めようとすると、繊維がねじれたり破損したりする可能性がある。ギャップがフランジと筒状ドラム１１との間に残っている場合、その領域における複合材料の層間剥離が、フランジ１が使用中に十分高い負荷を受けた結果として生じる可能性がある。被覆された複合材料の破損及びギャップが残ることを防止し、完成した構造の品質を改善するために、充填材のヌードル（noodle）１５、例えば、発泡体が、三角形のフランジ１と筒状ドラム１１の表面の外側との接合部に塗布される。複合材料１１Ｃは、筒状ドラム１１の一部、ヌードル１５及び三角形のフランジ１の斜辺側面の一部を被覆し、フランジ１をドラム１１に取り付ける。
【００５１】
図２Ａを参照しつつ上述したように、１以上の三角形のフランジ部材１が筒状のエンジンケーシングのような閉じた形状の外周部の全体にフランジ１を供給するために用いられる。
【００５２】
図５Ｅ及び図５Ｆに示されるように、２つのフランジ部材が当接する領域には、複合材料１１Ｄの追加層又はプライがフランジ部材１に適用されている。複合部材１１Ｄは、フランジ部材同士が接合される部分１Ａが被覆されるように適用され、複合材料１１Ｂ，１１Ｃは、フランジ又はフランジ部材１を筒状ドラム１１に接合させる。
【００５３】
それから、全体構造は、図５Ａに例示されるような、フランジ１及びドラム１１が一体不可分である製品となるように硬化される。フランジ１及びドラム１１を含む組み合せ構造は、例えばオートクレーブ又は屋外で、硬化されてもよい。
【００５４】
フランジ１とドラム１１とが一体不可分の製品となるように、フランジ１及びドラム１１を形成する複合材料は、同じものであるべきか、又は、少なくとも複合材料は、化学的又は熱的に互換性を有するべきである。
【００５５】
図６には、フランジ１及びドラム１１を含む組み合わせ構造の部分斜視図が示されている。三角形のフランジ１の斜辺側面には、アクセスホール１７が設けられている。本例において、アクセスホール１７は、五角形状を有している。これは五角形のホール１７の各辺が、０度、９０度、＋４５度及び−４５度に配向された繊維層を有する積層構造における繊維配向に沿うように設けたものである。五角形の各辺を繊維配向に沿わせることにより、フランジの品質への損害が最小限となる。
【００５６】
アクセスホールにより、ドラム１１及びフランジ１の組み合せ構造の他の構造部材への取り付けを可能とするための複数の孔（図示せず）が設けられたフランジ１の取り付け表面へのアクセスが可能となる。
【００５７】
上記においては、エンジンケーシング上の三角形のフランジの使用について説明した。三角形のフランジ１の使用例は、航空機アプリケーションにおけるものである。例えば、ジェットエンジン上において、複合フランジ１は、エンジンハウジングの前方及び／又は後方の金属フランジと置き換えられてもよい。上述したように複合ダクト及び複合フランジ配置を用いることは、金属のハウジング及びフランジに比較して、重量の軽減をもたらし、要求される部品数の低減をもたらすだろう。
【００５８】
例えば、図１は、エンジンケーシング内に収容された第１エンジン１０２及び第２エンジン１０４を含む航空機１００を示す概略図である。
【００５９】
図８は、２つの部分すなわち第１部分１０６及び第２部分１１０を有するエンジン１０２及び１０４のようなジェットエンジンの外部ファンダクトを示す概略図である。第１部分１０６には、第１フランジ１０８が設けられ、第２部分１１０には、第２フランジ１１２が設けられている。図９は、フランジ１０８，１１２によって第２部分１１０に接合された第１部分１０６を例示している。図１０は、これをより詳細に例示するものであり、特に拡大図には、例えばボルトやリベット等によって形成され得る締結部材１１４によって第１部分の第１フランジ１０８が第２部分１１０の第２フランジ１１２に接合されることが示されている。
【００６０】
図７−１０に示される事項は、例示の目的のみに概略的に示されたものであり、本発明が航空機及び他のアプリケーションにおける湾曲構造上のフランジを形成するアプリケーションとしても有用であろう。
【００６１】
上記実施形態は、かなり詳細に記載されているが、上記開示が十分に理解されれば、様々なバリエーション及び変更が当業者に明らかとなるだろう。以下の特許請求の範囲はそのようなバリエーション及び変更と同様にそれらの均等物の全てを包含すると解釈されることを意図したものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料で作られたフランジに関する。特に、本発明は、湾曲し、且つ、実質的に三角形の断面を有し、しかも複合材料で作られたフランジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フランジは、例えば、パイプ等のような金属の中空構造上に、当該２つ金属の中空構造を接合するために設けられる。従来のフランジの例としては、それらを互いに連結するためのパイプ及びシャフトの端に形成された円形状のリムを挙げることができる。
【０００３】
複合材料は、より軽量であること、疲労又は損傷抵抗の改善、耐食性の改善及び無視できる熱膨張等の改善された特性を提供するため、最近では、複合材料は、多くの航空機の構成部材にとって金属に代わってますます魅力的となった。製造に関し、複合材料から作られ、円形に形成されたリム状のフランジは、繊維配列の均一性がフランジにおける使用時の耐荷重性に関して重要であるため、製造工程が非常に複雑となり得る。
【０００４】
複合フランジを製造することにおける複雑さのため、そのような構成を必要とする航空機の構成部材は、一般的に金属から作られている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の側面は、複合材料を含むフランジであって、フランジが実質的に三角形の断面を有する湾曲した中空部材を備えているフランジを提供することである。
【０００６】
一実施形態において、フランジは、三角形の断面を有し、複合構造と一体不可分の部分として機能するように当該構造に取り付けられ得る構造を提供する複合材料から作られる。三角形の断面は、局所化された負荷を構造に効率的に伝達することによって軸の偏荷重に耐えることができる構造を提供することができる。三角形に形成されたフランジにより、複合構造は、円形に形成されたリム状のフランジと同様に、互いを又は周囲の構成要素と接合することができる。
【０００７】
フランジは、実質的に直角三角形である断面を有し、三角形の第１辺がフランジの湾曲面により定義され、且つ、対応する湾曲構造に取り付け可能であり、三角形の第２辺が第１辺に実質的に垂直であってもよい。第１辺に実質的に垂直な三角形の第２辺は、２つの構造を互いに連結するための表面を設けるために取り付けられた構造の外周部から突出するように構成されてもよい。
【０００８】
湾曲したフランジは閉じた形状の一部、例えば、円又は楕円の一部として定義してもよい。２以上の湾曲したフランジ部材は、閉じた形状を形成するために互いに接合されてもよい。本発明に係るフランジの例は、通路のような開かれた構造に接合されてもよいし、パイプ等のような閉じた構造に接合されてもよい。
【０００９】
断面において、三角形のフランジは閉じた形状を有している。従って、２つの構成部材又は構造の相互接続を容易にするために、フランジは、三角形の取り付け側が２つの構成部材又は構造が接合された状態で容易にアクセス可能なように、三角形の第３辺（斜辺側面）上にアクセスホールを有してもよい。一実施形態において、アクセスホールは、五角形状であり、五角形の各辺が積層構造における繊維配向に沿っており、その形状はフランジの品質にほとんど又は全く影響を与えないものであってもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態において、フランジは、複合材料で作られたダクトに取り付けられる。従って、ダクトは、他のダクト又は他の構造部材と連結することができる。ダクト、例えば、エンジンケーシングは、フランジと同じ複合材料から作られていてもよい。これに代えて、ダクトは、フランジとは異なる複合材料で作られていてもよい。実施形態の一例において、ダクト及びフランジは、実質的に熱的及び化学的に互換性のある複合材料で作られる。
【００１１】
ダクトは、湾曲した外周部を有する開水路であってもよいし、湾曲した外周部を有する閉じた形状、例えば、円又は楕円等であってもよい。１又は複数のフランジは、ダクトの一端又は両端に取り付けられてもよい。
【００１２】
本発明の第２の側面は、複合材料を含むフランジの製造方法であって、複合材料を実質的に三角形の断面を有する湾曲したマンドレルに適用し、複合材料を硬化させて中空且つ三角形の断面を有する湾曲したフランジを生成するステップを有する方法を提供する。
【００１３】
マンドレルは、フランジの中空部に残っていてもよいし、又は、除去可能とされてもよい。例えば、軽量の発泡体のマンドレルを使用することにより、マンドレルを中空部内に残すことができる。
【００１４】
マンドレルが除去可能である場合、フランジの製造方法は、マンドレルを除去するステップをさらに含む。発泡体のマンドレルは可溶性であってもよい。この場合、発泡体のマンドレルを除去するには、マンドレルを溶かすことにより中空のフランジから除去される。
【００１５】
この代わりに、好適なマンドレルは、除去のために解体されてもよい。このマンドレルは、複合材料が適用され得る中実の三角形の本体を提供するために互いに接合された２以上の部材から構成されてもよい。
【００１６】
フランジの製造方法は、複合材料で作られたダクトの少なくとも一端にフランジを取り付けることを含んでもよい。２つの構成部材が互いに接合するように、ダクトを形成する材料の端面は、端面がフランジの側面に対して折り曲げられて生成されるように、突出されてもよい。材料がフランジと接触するように折り曲げられたときに、複合材料を突出させることは、繊維の破損又は歪みによる損傷の危険性を最小化する。
【００１７】
また、フランジの表面によってダクトに接触しているフランジの表面により提供された三角形の断面の頂点と斜辺との接合部に、充填材が、当該接合部に存在し得るどんな間隙をも除去するために適用されてもよい。充填材は、ダクトに接触しているフランジの表面により提供された三角形の断面の頂点と斜辺との接合部の領域におけるねじれのため、複合繊維への損傷を低減させるのにも有効であろう。フランジをダクト、ダクトの一部、充填材及び斜辺の一部に接合するために、複合材料の層を設けて覆ってもよい。
【００１８】
三角形のフランジとダクトとの接触面に存在するギャップが満たされるように、ダクトへのフランジの取り付けは、三角形の断面の湾曲面に好適な接着剤を適用することにより、さらに改良されてもよい。
【００１９】
フランジ及びダクトの製造方法は、フランジがダクトと一体不可分になるように全体構造を送り込み、硬化させるステップをさらに有する。
【００２０】
積層構造において、各層は、整列された繊維を含んでもよい。フランジ及びダクトを提供する積層プラスチックは、繊維が０度、９０度、＋４５度及び／又は−４５度で指向された層を含んでもよい。
【００２１】
硬化ステップの後、三角形のフランジの斜辺上に、アクセスホールが機械加工されてもよい。アクセスホールにより、フランジの取り付け表面、すなわち、構造の一方を他方に取り付けるフランジの側面へのアクセスが可能となる。アクセスホールは、アクセスホールの側面が繊維に沿うように、五角形状であってもよい。上述したように配列された繊維を含む積層構造における五角形状のアクセスホールは、複合材料の品質にほとんど又は全く影響を与えないものであるべきである。
【００２２】
本発明のさらなる側面は、第１の側面に従うフランジの製造方法に用いられるマンドレルに向けられたものである。マンドレルは、フランジの形状に対応して、湾曲され、且つ、三角形の断面を有する中実の構成部材であってもよい。
【００２３】
マンドレルは、三角形の断面を提供するために互いに接合された２以上の部材を有していてもよい。有利なことに、マンドレルを構成する部材は、フランジの中空部内にあるときに、それらが除去され得るように、解体可能である。一実施形態において、マンドレルは、フランジから除去するために、互いに対して摺動させることにより分離する留め継ぎ表面（mitred surfaces）を有する２つの分割部を備えている。これに代えて、マンドレルは、互いに接合して中実の三角形の断面を形成する複数のモザイク状片を有し、三角形のフランジ内にある間に、除去のために解体され得ることとしてもよい。
【００２４】
マンドレルは、当該マンドレルの三角形の断面を構成する部材の端に固定され得る１以上のエンドプレートを含んでもよい。エンドプレートは、マンドレルの部材が互いに対して移動したり、フランジの製造中に分離したりすることを保護するのに用いられ得る。製造中のマンドレルの移動は、結果としてフランジを構成する層内の不連続性をもたらすかもしれない。どんな不連続性も使用中のフランジの強度及び品質に悪影響を与えるかもしれない。
【００２５】
例えば、解体可能なマンドレルは、例えば、金属、例えば、ＩＮＶＡＲ（ＴＭ）で作られてもよい。好ましくは、マンドレルの材質は、フランジが形成され、硬化する温度により影響を受けない特性を有している。
【００２６】
フランジからマンドレルを容易に除去するために、マンドレルは、剥離剤により被覆されてもよいし、これに加えて又はこれに代えて、マンドレルは、低摩擦材（例えば、ＰＴＦＥ）により被覆されてもよい。
【００２７】
本発明の様々な側面は添付の独立請求項に示されているが、本発明のその他の側面は、添付の請求項に明確に示された単一の組み合わせのみならず、実施形態の記述、及び／又は、独立請求項の特徴を備えた添付の従属請求項からの特徴をどのように組み合せたものをも含むものである。
【００２８】
本発明の実施形態は、添付図面を参照して以下に記述されるが、これは一例に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の一例の実施形態を形成するフランジ部材の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の３つのフランジ部材が互いに接合された状態を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａのフランジの部分断面図である。
【図３】図３は、図１のフランジを生成するためのマンドレルに適用されるマンドレル及び複合材料を示す概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１のフランジを作るために好適なマンドレルの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、マンドレルに固定されたエンドプレートを示す図４Ａのマンドレルの端面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、複合ダクト及び複合フランジが互いに接合された状態の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、筒状構造に複合フランジを取り付ける方法を示す模式図である。
【図６】図６は、筒状構造に取り付けられたフランジ及びフランジに機械加工されたアクセスホールを含む筒状構造の部分斜視図である。
【図７】図７は、２機のエンジンを備えた航空機を示す概略図である。
【図８】図８は、航空機のエンジンのための２つのハウジング構成部材を示す概略図である。
【図９】図９は、それぞれのフランジで接合された２つの部材を示す概略図である。
【図１０】図１０は、フランジの２つの部材の接合を詳細に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は様々な変更及び代替形態をとり得る余地があり、特定の実施形態が、図面に一例として示されており、ここに詳細に説明される。しかしながら、図面及び詳細な説明に記載された事項が、本発明を限定するものではなく、本発明が請求の範囲内に含まれる全ての変更、均等物、及び代替物を含むことは理解されるべきである。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係るフランジ１を提供する中空の湾曲構造の斜視図を示す。フランジ１は、対応する形状の通路又は容器構造、例えば、エンジンケーシングに、取り付けられるような湾曲表面を有している。フランジ１は、複合材料で作られている。この特定の例において、フランジは、航空機アプリケーションにおいて使用するために、炭素繊維強化複合材料で作られている。
【００３２】
図２Ａには、閉じた円を形成するために互いに接合された３つのフランジ部材１が例示されている。この特定の例において、各フランジ部材１は、円の１／３を定義する。他の例においては、各フランジ部材が湾曲構造の他の割合、例えば湾曲構造の１／４又は湾曲構造の１／４と１／３との間のその他の割合、あるいは、それ以外の割合を構成してもよいことは理解されるだろう。図２Ａは湾曲構造の略等しい割合で形成される３つのフランジ部材について例示しているが、他の例において、異なる数のフランジ部材が提供されてもよく、それらは湾曲構造の等しい又は異なる割合を形成してもよい。図２Ａに示された湾曲構造は、断面が実質的に円形であるが、他の例において、湾曲構造は、ある他の形状、例えば、閉じた楕円、楕円又は円に近似する形、あるいは複雑に湾曲した形、例えば部分的に円形だが所々平坦な湾曲構造を有していてもよい。実際に、図２Ａは、例示する目的のためだけに、一般的に円形の閉じた構造を示し、他の例において、他の湾曲構造が想定され得ることに留意すべきである。
【００３３】
図２Ｂは、図２Ａの閉じた形状に通じる断面を示している。フランジ部材１の本例における断面形状は、直角三角形である。図２Ｂで例示されるような三角形は、フランジ部材１を作るための製造工程によって頂点が丸められている。
【００３４】
図３は、フランジ部材１の例を生成するための製造工程の例を表す。フランジ部材１は複合材料５で作られる。フランジ部材１を生成するためにいかなる好適な製造工程、例えば、フィラメント・ワインディング、３Ｄ織物の注入等をも使用可能であることが理解されるだろう。三角形の断面に対応するマンドレル３は、フランジ１の湾曲部材又は湾曲部分を生成するために用いられ得る。複合材料５は、複合構造、すなわち、中空のフランジ部材１において三角形の断面を生成するためにマンドレル３に適用される。
【００３５】
図４Ａには、マンドレル３が、湾曲構造における三角形の断面を形成するために組み立て可能とされ、且つ、フランジ部材１の中空部から除去するために解体可能とされていることが例示されている。
【００３６】
例示された例において、マンドレル３は、２つの留め継ぎ部３Ａ，３Ｂにより形成される。一方の留め継ぎ部３Ａは、他方の留め継ぎ部３Ｂの上部に載置され、複合材料がフランジ１を生成するために設置される中実の三角形の断面を生成する。２つの部材が互いに対して移動したり、製造工程の間、分離したりするのを防ぐために、エンドプレート３Ｃは組み立てられた留め継ぎ部３Ａ，３Ｂの一方又は双方に取り付けられてもよい。
【００３７】
図４Ｂは、エンドプレート３Ｃが取り付けられたマンドレル３の一端を示す。ねじ等の好適な機械的締結部材が、エンドプレート３Ｃをマンドレル３に取り付けるために用いられ得る。
【００３８】
フランジ部材１を作るための複合材料は、図３に示されるように、フランジ部材１を形成するためにマンドレルの周囲に巻き付けられる。複合材料５は、人手により巻き付けられることとしてもよいし、この工程が自動化されることとしてもよい。フランジ部材１のレイアップは、特定のアプリケーションに従って選択され得る。例えば、フランジ１が航空機のエンジンケーシングにおいて使用されるものであるとき、複合レイアップは、縦の繊維層を有していてもよく、各層において繊維の配向が０度、＋４５度、９０度及び−４５度に沿っていてもよい。層が所望の厚さに到達した場合、複合材料は硬化される。マンドレル３は、複合材料を硬化させた後に、除去され得る。
【００３９】
フランジ部材１からマンドレル３を除去するために、１又は複数のエンドプレート３Ｃを使用している場合には、当該エンドプレートをマンドレル３から取り外し、２つの留め継ぎ部３Ａ，３Ｂを矢印７Ａ，７Ｂの方向に互いに対して摺動させることにより、２つの留め継ぎ部２Ａ，３Ｂが分離され、しかも、双方がフランジ部材１内の中空部に対して摺動されて、三角形の断面を有する湾曲した中空部が残されるようにフランジ部材１から取り出される。
【００４０】
例示された例において、マンドレル３は金属、例えばＩＮＶＡＲ（インバー）（ＴＭ）で作られている。ＩＮＶＡＲ（ＴＭ）は、３６パーセントの鉄ニッケル合金であり、熱膨張率がほとんど０又は複合材料が形成可能である。フランジ部材１を形成する複合材料の品質が製造工程の間に影響されないように、マンドレル３の材料は、複合材料の硬化温度に影響を与えないことを１つとして選択される。マンドレル３のための材料の選択は、フランジ部材１が硬化した後にマンドレル３がフランジ部材１からどれだけ容易に除去されるかということに影響され得る。フランジの材料及びマンドレルの材料が異なる熱膨張率を有する場合、フランジ部材１の内部にあるときのマンドレル３の取り外しは、より容易となる。これは、フランジ部材１が例えばガラス繊維及び／又は炭素繊維等の繊維強化材を含む１又は複数の樹脂の複合物から形成された複合材料で作られた場合であり、マンドレル３がＩＮＶＡＲ（ＴＭ）で作られた場合である。
【００４１】
硬化したフランジ部材１からのマンドレル３の除去をさらに簡単化するために、マンドレル３は、ＰＴＦＥで被覆されてもよい。これに加えて又はこれに代えて、複合材料に影響を与えないｒｏｔａｆｉｘ（Ｒ）の製品であるＦＲＥＫＯＴＥ（フリコート）（Ｒ） ＮＣ７００のような剥離剤が、フランジ部材１からの除去をより容易にするためにマンドレル３の表面に塗布されてもよい。
【００４２】
フランジから除去するために解体されるマンドレル３を使用する代わりに、例えば、マンドレルを発泡体で作ることも可能である。発泡体のマンドレルは、発泡体による重量の増加が無視できると思われるため、フランジ部材１の内部に残っていてもよい。これに代えて、発泡体のマンドレルは、フランジ部材１が硬化した後にそれを溶かすことによって除去されてもよい。
【００４３】
発泡体で作られたマンドレルは、小さな断面積を有するフランジに特に好適である。フランジ部材から除去するために解体可能な金属で作られたマンドレルは、比較的大きい断面積を有するフランジに特に好適である。
【００４４】
フランジ又はフランジ部材１は、エンジンケーシングのような構造の一端又は両端に取り付けられ、２つのこのような構造を互いに連結することを容易にしたり、このような構造と他の構造部材とを取り付けることを容易にしたりする。
【００４５】
図５Ａは、筒状構造１１、例えば、一端にフランジ１が取り付けられたエンジンケーシングの斜視図を示す。フランジ１を筒状本体１１に取り付ける工程は、図５Ｂから図５Ｅを参照しつつ以下で説明される。
【００４６】
図５Ｂは、複合材料で作られた筒状ドラム１１の外側表面に載置されたフランジ又はフランジ部材１の断面を示している。筒状ドラム１１は、筒状の形成治具１３上にレイアップされる。図５Ｂにおいて、筒状ドラム１１に供給される複合材料は、複数の平行な水平線によって示されており、構造が複数の層を含む積層プラスチックにより形成されることを示している。本例における積層されたプラスチック材料は、例えば、ガラス繊維及び／又は炭素繊維等の繊維強化材を含む１又は複数の樹脂（例えばエポキシ樹脂又はポリエステル樹脂）から形成された積層複合材料とされ得る。
【００４７】
筒状ドラム１１のための製造工程は、最終生成物が特定のアプリケーションのために要求される機械特性を有する複合材料を作るためのいかなる工程を含んでもよい。フランジ部材１は、ドラム１１の端部から離れた部分１１Ａに配置される。図５Ｃに示されるように、筒状ドラム１１の端部１１Ａは、突出されており、図５Ｄに示されるように、ドラム材料が伸びたり裂けたりする危険がほとんどない状態で各突出部１１Ｂが垂直に折り曲げられてドラム１１の外部に設けられ得る。
【００４８】
図５Ｄに例示されるように、筒状ドラム１１の端部１１Ａの突出部１１Ｂは、ドラム１１の軸に垂直なフランジ１の面に当接するように折り曲げられている。
【００４９】
接着剤又は樹脂等の好適な充填材が、三角形のフランジ１と筒状ドラム１１との接触面に適用されてもよい。充填材は、フランジ１とドラム１１との合わせ面に存在する表面の不規則性によって生じ得る間隙又はギャップを埋めるだろう。生じた間隙を埋めることは、構造全体の品質を改良することに有益であろう。
【００５０】
筒状ドラム１１へのフランジ１の取り付けをよりよくするために、複合材料１１Ｃは、三角形のフランジ１の斜辺側面と筒状ドラム１１の一部とに取り付けられる。しかしながら、三角形のフランジ１の頂点が丸いため、三角形のフランジの斜辺側面の頂点と筒状ドラム１１のとの接合部に間隙が存在するおそれがある。複合材料を被覆する際に間隙を埋めようとすると、繊維がねじれたり破損したりする可能性がある。ギャップがフランジと筒状ドラム１１との間に残っている場合、その領域における複合材料の層間剥離が、フランジ１が使用中に十分高い負荷を受けた結果として生じる可能性がある。被覆された複合材料の破損及びギャップが残ることを防止し、完成した構造の品質を改善するために、充填材のヌードル（noodle）１５、例えば、発泡体が、三角形のフランジ１と筒状ドラム１１の表面の外側との接合部に塗布される。複合材料１１Ｃは、筒状ドラム１１の一部、ヌードル１５及び三角形のフランジ１の斜辺側面の一部を被覆し、フランジ１をドラム１１に取り付ける。
【００５１】
図２Ａを参照しつつ上述したように、１以上の三角形のフランジ部材１が筒状のエンジンケーシングのような閉じた形状の外周部の全体にフランジ１を供給するために用いられる。
【００５２】
図５Ｅ及び図５Ｆに示されるように、２つのフランジ部材が当接する領域には、複合材料１１Ｄの追加層又はプライがフランジ部材１に適用されている。複合部材１１Ｄは、フランジ部材同士が接合される部分１Ａが被覆されるように適用され、複合材料１１Ｂ，１１Ｃは、フランジ又はフランジ部材１を筒状ドラム１１に接合させる。
【００５３】
それから、全体構造は、図５Ａに例示されるような、フランジ１及びドラム１１が一体不可分である製品となるように硬化される。フランジ１及びドラム１１を含む組み合せ構造は、例えばオートクレーブ又は屋外で、硬化されてもよい。
【００５４】
フランジ１とドラム１１とが一体不可分の製品となるように、フランジ１及びドラム１１を形成する複合材料は、同じものであるべきか、又は、少なくとも複合材料は、化学的又は熱的に互換性を有するべきである。
【００５５】
図６には、フランジ１及びドラム１１を含む組み合わせ構造の部分斜視図が示されている。三角形のフランジ１の斜辺側面には、アクセスホール１７が設けられている。本例において、アクセスホール１７は、五角形状を有している。これは五角形のホール１７の各辺が、０度、９０度、＋４５度及び−４５度に配向された繊維層を有する積層構造における繊維配向に沿うように設けたものである。五角形の各辺を繊維配向に沿わせることにより、フランジの品質への損害が最小限となる。
【００５６】
アクセスホールにより、ドラム１１及びフランジ１の組み合せ構造の他の構造部材への取り付けを可能とするための複数の孔（図示せず）が設けられたフランジ１の取り付け表面へのアクセスが可能となる。
【００５７】
上記においては、エンジンケーシング上の三角形のフランジの使用について説明した。三角形のフランジ１の使用例は、航空機アプリケーションにおけるものである。例えば、ジェットエンジン上において、複合フランジ１は、エンジンハウジングの前方及び／又は後方の金属フランジと置き換えられてもよい。上述したように複合ダクト及び複合フランジ配置を用いることは、金属のハウジング及びフランジに比較して、重量の軽減をもたらし、要求される部品数の低減をもたらすだろう。
【００５８】
例えば、図１は、エンジンケーシング内に収容された第１エンジン１０２及び第２エンジン１０４を含む航空機１００を示す概略図である。
【００５９】
図８は、２つの部分すなわち第１部分１０６及び第２部分１１０を有するエンジン１０２及び１０４のようなジェットエンジンの外部ファンダクトを示す概略図である。第１部分１０６には、第１フランジ１０８が設けられ、第２部分１１０には、第２フランジ１１２が設けられている。図９は、フランジ１０８，１１２によって第２部分１１０に接合された第１部分１０６を例示している。図１０は、これをより詳細に例示するものであり、特に拡大図には、例えばボルトやリベット等によって形成され得る締結部材１１４によって第１部分の第１フランジ１０８が第２部分１１０の第２フランジ１１２に接合されることが示されている。
【００６０】
図７−１０に示される事項は、例示の目的のみに概略的に示されたものであり、本発明が航空機及び他のアプリケーションにおける湾曲構造上のフランジを形成するアプリケーションとしても有用であろう。
【００６１】
上記実施形態は、かなり詳細に記載されているが、上記開示が十分に理解されれば、様々なバリエーション及び変更が当業者に明らかとなるだろう。以下の特許請求の範囲はそのようなバリエーション及び変更と同様にそれらの均等物の全てを包含すると解釈されることを意図したものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料から構成されるフランジであって、前記フランジが実質的に三角形の断面を有する湾曲した中空部材を備えている、フランジ。
【請求項２】
前記断面は、実質的に直角三角形を含み、前記三角形の第１辺は、湾曲して続く前記三角形の第２辺に実質的に垂直である、請求項１に記載のフランジ。
【請求項３】
前記湾曲した中空部材は、湾曲した外周部を有する閉じた形状が分割されたものとして定義される、請求項１又は２に記載のフランジ。
【請求項４】
前記分割は、湾曲した外周部を有する閉じた形状の１／４から１／３とされる、請求項３に記載のフランジ。
【請求項５】
複数の前記湾曲した中空部材は、湾曲した外周部を有する閉じた形状を形成するために組み合せられる、請求項１から４の何れかに記載のフランジ。
【請求項６】
前記閉じた形状は、円である、請求項５に記載のフランジ。
【請求項７】
前記閉じた形状は、楕円である、請求項５に記載のフランジ。
【請求項８】
繊維強化複合材料を含む、請求項１から７の何れかに記載のフランジ。
【請求項９】
前記繊維強化複合材料は、炭素繊維によるものである、請求項８に記載のフランジ。
【請求項１０】
前記複合材料は、積層されている、請求項８又は９に記載のフランジ。
【請求項１１】
前記三角形の第３辺は、実質的に五角形状の孔を有している、請求項２又は請求項２に従属する請求項３から１０の何れかに記載のフランジ。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れかに記載のフランジを含む複合材料から構成される、ダクト。
【請求項１３】
前記ダクトの断面形状は、湾曲した外周部を有する閉じた形状である、請求項１２に記載のダクト。
【請求項１４】
前記ダクトは、湾曲した外周部を有する開水路である、請求項１２に記載のダクト。
【請求項１５】
前記ダクトの材料は及び前記フランジの材料は、化学的及び熱的に互換性がある、請求項１２から１４の何れかに記載のダクト。
【請求項１６】
前記ダクトの材料及び前記フランジの材料は、同じ材料である、請求項１２から１４の何れかに記載のダクト。
【請求項１７】
請求項１２から１６の何れかに記載のダクトを備えた、航空機。
【請求項１８】
複合材料から構成されるフランジの製造方法であって、
ａ）複合材料を実質的に三角形の断面を有する湾曲したマンドレルの外側表面に適用するステップと、
ｂ）前記複合材料を硬化して、実質的に三角形の断面を有する湾曲した中空部材を備えたフランジを生成するステップとを有する、方法。
【請求項１９】
ｃ）前記中空部材から前記マンドレルを除去するステップをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記マンドレルは、解体可能であり、前記マンドレルを除去するステップは、前記マンドレルを解体するステップを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記マンドレルは、実質的に三角形の断面を形成するために組み立てられる２以上の部材からなり、前記２以上の部材は、前記中空部材から除去するために分解される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記マンドレルは、互いに対して摺動することにより分解される２以上の分割部からなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記マンドレルは、組み立てる際に実質的に三角形の断面を有する前記マンドレルを提供するために互いに接合し、前記中空部材から除去するために分離する複数のモザイク状部材からなる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記マンドレルは、可溶性の材料から作られ、形成された前記中空部材から前記マンドレルを除去するために溶かされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
複合材料から構成される構造の製造方法であって、複合材料のフランジを有する複合材料のダクトを提供するステップを有し、前記フランジは、請求項１８から２４の何れかに記載の方法から生成され、前記フランジを少なくとも前記ダクトの一端に取り付けるステップをさらに有する、方法。
【請求項２６】
前記ダクトの材料の端部は、前記材料を前記フランジの一端に当接するように折り曲げることが可能となるように突出されており、前記フランジを前記突出部近傍の前記ダクトの表面に取り付け、前記複合材料の突出部を折り曲げて前記フランジの側面に接触するようにダクトを形成することにより前記フランジを前記ダクトに取り付ける、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ダクトに接触している前記フランジの表面と前記三角形の断面の斜辺側面とによって形成される前記三角形の断面の頂点の接合部に充填材を適用するステップと、前記ダクト、前記充填材及び前記三角形の断面の斜辺側面の少なくとも一部を被覆するために、複合材料の層を付設するステップとをさらに有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記構造を送り込み、前記複合材料を硬化させて前記構造を供給するステップを含む、請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記フランジの外表面に固定孔及びアクセスホールを機械加工して設けるステップをさらに有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記アクセスホールは、前記三角形の断面の斜辺を形成する前記フランジの表面に機械加工された五角形状の孔であり、前記五角形の各辺は、前記フランジを形成する前記複合材料の繊維に沿って配置されている、請求項２６に従属する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項１８から２３の何れかに記載のフランジの製造方法に用いるマンドレルであって、前記マンドレルは、湾曲され、中実の三角形の断面を有している、マンドレル。
【請求項３２】
前記マンドレルは、互いに組み立てられることにより実質的に三角形の断面が形成されるような２以上の部材を有する、請求項３１に記載のマンドレル。
【請求項３３】
実質的に三角形の断面を有する湾曲した部材を形成するために、一方の留め継ぎされる表面が他方の上部に配置される、２つの分割部を有している、請求項３２に記載のマンドレル。
【請求項３４】
前記分割部の一端又は両端に取り付け可能な１又は複数のエンドプレートを有している、請求項３３に記載のマンドレル。
【請求項３５】
前記マンドレルは、鉄ニッケル合金で作られる、請求項３１から３４の何れかに記載のマンドレル。
【請求項３６】
前記マンドレルは、複合材料で作られる、請求項３１から３５の何れかに記載のマンドレル。
【請求項３７】
前記マンドレルは、剥離剤により被覆される、請求項３１から３６の何れかに記載のマンドレル。
【請求項３８】
前記マンドレルは、ＰＴＦＥにより被覆される、請求項３１から３７の何れかに記載のマンドレル。
【請求項１】
複合材料から構成されるフランジであって、前記フランジが実質的に三角形の断面を有する湾曲した中空部材を備えている、フランジ。
【請求項２】
前記断面は、実質的に直角三角形を含み、前記三角形の第１辺は、湾曲して続く前記三角形の第２辺に実質的に垂直である、請求項１に記載のフランジ。
【請求項３】
前記湾曲した中空部材は、湾曲した外周部を有する閉じた形状が分割されたものとして定義される、請求項１又は２に記載のフランジ。
【請求項４】
前記分割は、湾曲した外周部を有する閉じた形状の１／４から１／３とされる、請求項３に記載のフランジ。
【請求項５】
複数の前記湾曲した中空部材は、湾曲した外周部を有する閉じた形状を形成するために組み合せられる、請求項１から４の何れかに記載のフランジ。
【請求項６】
前記閉じた形状は、円である、請求項５に記載のフランジ。
【請求項７】
前記閉じた形状は、楕円である、請求項５に記載のフランジ。
【請求項８】
繊維強化複合材料を含む、請求項１から７の何れかに記載のフランジ。
【請求項９】
前記繊維強化複合材料は、炭素繊維によるものである、請求項８に記載のフランジ。
【請求項１０】
前記複合材料は、積層されている、請求項８又は９に記載のフランジ。
【請求項１１】
前記三角形の第３辺は、実質的に五角形状の孔を有している、請求項２又は請求項２に従属する請求項３から１０の何れかに記載のフランジ。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れかに記載のフランジを含む複合材料から構成される、ダクト。
【請求項１３】
前記ダクトの断面形状は、湾曲した外周部を有する閉じた形状である、請求項１２に記載のダクト。
【請求項１４】
前記ダクトは、湾曲した外周部を有する開水路である、請求項１２に記載のダクト。
【請求項１５】
前記ダクトの材料は及び前記フランジの材料は、化学的及び熱的に互換性がある、請求項１２から１４の何れかに記載のダクト。
【請求項１６】
前記ダクトの材料及び前記フランジの材料は、同じ材料である、請求項１２から１４の何れかに記載のダクト。
【請求項１７】
請求項１２から１６の何れかに記載のダクトを備えた、航空機。
【請求項１８】
複合材料から構成されるフランジの製造方法であって、
ａ）複合材料を実質的に三角形の断面を有する湾曲したマンドレルの外側表面に適用するステップと、
ｂ）前記複合材料を硬化して、実質的に三角形の断面を有する湾曲した中空部材を備えたフランジを生成するステップとを有する、方法。
【請求項１９】
ｃ）前記中空部材から前記マンドレルを除去するステップをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記マンドレルは、解体可能であり、前記マンドレルを除去するステップは、前記マンドレルを解体するステップを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記マンドレルは、実質的に三角形の断面を形成するために組み立てられる２以上の部材からなり、前記２以上の部材は、前記中空部材から除去するために分解される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記マンドレルは、互いに対して摺動することにより分解される２以上の分割部からなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記マンドレルは、組み立てる際に実質的に三角形の断面を有する前記マンドレルを提供するために互いに接合し、前記中空部材から除去するために分離する複数のモザイク状部材からなる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記マンドレルは、可溶性の材料から作られ、形成された前記中空部材から前記マンドレルを除去するために溶かされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
複合材料から構成される構造の製造方法であって、複合材料のフランジを有する複合材料のダクトを提供するステップを有し、前記フランジは、請求項１８から２４の何れかに記載の方法から生成され、前記フランジを少なくとも前記ダクトの一端に取り付けるステップをさらに有する、方法。
【請求項２６】
前記ダクトの材料の端部は、前記材料を前記フランジの一端に当接するように折り曲げることが可能となるように突出されており、前記フランジを前記突出部近傍の前記ダクトの表面に取り付け、前記複合材料の突出部を折り曲げて前記フランジの側面に接触するようにダクトを形成することにより前記フランジを前記ダクトに取り付ける、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ダクトに接触している前記フランジの表面と前記三角形の断面の斜辺側面とによって形成される前記三角形の断面の頂点の接合部に充填材を適用するステップと、前記ダクト、前記充填材及び前記三角形の断面の斜辺側面の少なくとも一部を被覆するために、複合材料の層を付設するステップとをさらに有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記構造を送り込み、前記複合材料を硬化させて前記構造を供給するステップを含む、請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記フランジの外表面に固定孔及びアクセスホールを機械加工して設けるステップをさらに有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記アクセスホールは、前記三角形の断面の斜辺を形成する前記フランジの表面に機械加工された五角形状の孔であり、前記五角形の各辺は、前記フランジを形成する前記複合材料の繊維に沿って配置されている、請求項２６に従属する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項１８から２３の何れかに記載のフランジの製造方法に用いるマンドレルであって、前記マンドレルは、湾曲され、中実の三角形の断面を有している、マンドレル。
【請求項３２】
前記マンドレルは、互いに組み立てられることにより実質的に三角形の断面が形成されるような２以上の部材を有する、請求項３１に記載のマンドレル。
【請求項３３】
実質的に三角形の断面を有する湾曲した部材を形成するために、一方の留め継ぎされる表面が他方の上部に配置される、２つの分割部を有している、請求項３２に記載のマンドレル。
【請求項３４】
前記分割部の一端又は両端に取り付け可能な１又は複数のエンドプレートを有している、請求項３３に記載のマンドレル。
【請求項３５】
前記マンドレルは、鉄ニッケル合金で作られる、請求項３１から３４の何れかに記載のマンドレル。
【請求項３６】
前記マンドレルは、複合材料で作られる、請求項３１から３５の何れかに記載のマンドレル。
【請求項３７】
前記マンドレルは、剥離剤により被覆される、請求項３１から３６の何れかに記載のマンドレル。
【請求項３８】
前記マンドレルは、ＰＴＦＥにより被覆される、請求項３１から３７の何れかに記載のマンドレル。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１０−５３０３１９（Ｐ２０１０−５３０３１９Ａ）
【公表日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１０８７０（Ｐ２０１０−５１０８７０）
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００１８９２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４９０７９
【国際公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（５０９０１６５７５）ジーケイエヌ エアロスペース サービシイズ リミテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００１８９２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４９０７９
【国際公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（５０９０１６５７５）ジーケイエヌ エアロスペース サービシイズ リミテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
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