複合構造部材を連結する方法及び装置と、該方法及び装置によって作製された構造部材
【課題】複合スプライス部材の使用を可能にする、例えばストリンガー、スパー、及びフレーム部分等の構造部材を連結する方法及び装置が必要である。また、複合スプライス部材によって相互に連結する複合部分からできた複合構造部材も必要である。
【解決手段】複合構造部材は、第１及び第２複合部分と重なり合う複合スプライス部材によって互いに接合される第１及び第２複合部分を含む。本発明の実施形態は、オートクレーブ内で接着剤を硬化させる必要なしに、局所において比較的大きな複合構造部材の構造接着を行う方法及び装置を提供する。接着ジョイントに局所的に加熱及び加圧する能力によって、複合スプライス部材の使用が可能になり、締め具の必要性を除去できる。
【解決手段】複合構造部材は、第１及び第２複合部分と重なり合う複合スプライス部材によって互いに接合される第１及び第２複合部分を含む。本発明の実施形態は、オートクレーブ内で接着剤を硬化させる必要なしに、局所において比較的大きな複合構造部材の構造接着を行う方法及び装置を提供する。接着ジョイントに局所的に加熱及び加圧する能力によって、複合スプライス部材の使用が可能になり、締め具の必要性を除去できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して複合構造に関し、更に具体的には、接着スプライスを使用して複合部分を互いに連結させる方法及び装置だけでなく、該方法及び装置によって作製された構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的長い複合構造部材を製造するために、しばしばスプライスジョイントを使用して複合部分を互いに連結させる。例えば、航空業界においては、金属製スプライス部材及び締め具を使用して、２つ以上の長い複合部分を互いに連結させることにより、比較的長い翼ストリンガー、スパー、フレーム、及び他の複雑な複合形状を形成することができる。しかしながら、金属製スプライス部材は組立てに関わる複数の理由から望ましくないと言える。
【０００３】
複合スプライス部材を使用して複合構造部材を連結させることは可能であり得る。しかしながら、市販のオートクレーブが例えば翼ストリンガー、スパー、及びフレーム等の比較的長いパーツの長さを収容できるほど十分に大きくない可能性があるため、長い複合部分の間に複合スプライスジョイントを形成することは、実用的でないと言える。
【０００４】
したがって、複合スプライス部材の使用を可能にする、例えばストリンガー、スパー、及びフレーム部分等の構造部材を連結する方法及び装置が必要である。また、複合スプライス部材によって相互に連結される複合部分からできた複合構造部材も必要である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、オートクレーブ内で接着剤を硬化させる必要なしに、局所において比較的大きな複合構造部材の構造接着を行う方法及び装置を提供する。接着ジョイントに局所的に加熱及び加圧する能力によって、複合スプライス部材の使用が可能になり、締め具の必要性を除去できる。
【０００６】
本発明の一実施形態によると、複合構造部材は第１複合部分及び第２複合部分を含む。複合スプライス部材は少なくとも部分的に重なって、第１及び第２部分を互いに接合させる。スプライス部材は、Ｖ字形状の断面を有する第１及び第２複合部分の間のジョイントを形成する。複合部分は、限定しないが、Ｃ字形状、Ｚ字形状、Ｊ字形状、Ｔ字形状、Ｉ字形状及び帽子形の断面を含む複雑な形状を有することができる。
【０００７】
本発明の方法の一実施形態によると、複合構造部材の製造には、第１及び第２複合部分の形成が含まれる。複合スプライス部材が形成され、第１及び第２複合部分の間のスプライスジョイントを形成する。スプライス部材は第１及び第２複合部分に接着される。スプライス部材の接着には、プレス機を使用してジョイントに局所的に熱及び圧力を加えることを含むことができる。接着は、膨張式加圧空気袋を使用して、ジョイントを加熱しながら、プレス機内部でジョイントに圧力をかけることによって行うことができる。
【０００８】
別の実施形態によると、複合パーツを硬化する装置は、開いたパーツ挿入位置と閉じたパーツ硬化位置との間で相対的に移動可能な第１プラットフォーム及び第２プラットフォーム；パーツを当接させて圧力をかけることができるツールを備えている。このツールは第１プラットフォームによって支持されている。少なくとも第１空気袋は、パーツをツールに当接させて圧力をかけるために加圧され第２プラットフォームによって支持されるよう構成されている。ツールを加熱するための手段が提供されている。第１及び第２プラットフォームは別々に移動可能である。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態によると、複合構造部材の複合部分を連結させるための装置が提供されている。本装置は、複合スプライス部材を、２つの細長い複合部分の隣接する端部間のジョイント上に接着させる接着機と、複合部分の端部と端部を合わせた形で支持する、接着機の反対側にあるジグを含む。
【００１０】
本方法の更に別の実施形態によると、２つの細長い複合部分の連結は、複合部分を位置合わせした、端部と端部を合わせた形に支持するステップを含む。複合部分の隣接した端部をプレス機内部に挿入する。未硬化のスプライス部材を複合部分の隣接した端部上に配置することによって複合部分の間にジョイントが形成される。プレス機を閉めて、プレス機を使用してジョイントを加熱及び加圧することにより、複合部分の端部にスプライス部材を接着させる。
【００１１】
別の実施形態によると、パーツを形成する加熱ツールアセンブリは、パーツをその間で形成することができる第１ツール及び第２ツールを備えている。媒質を加熱するヒーター、加熱された媒質に吹き付けるブロワー、加熱された媒質を第１ツール上で方向付けするための複数のノズル、及びブロワーとノズルの間に係合されたプレナムを含む、第１ツールを加熱する手段が提供されている。
【００１２】
実施形態１ 第１複合部分と、
第２複合部分と、
少なくとも部分的に重なり合い、第１及び第２複合部分を相互に接合させる複合スプライス部材
を備える、複合構造部材。
実施形態２ 第１及び第２複合部分のそれぞれが、
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
から成るグループから選択された形状の断面を有する、実施形態１の複合構造。
【００１３】
実施形態３ スプライス部材が、スプライス部材の断面に対して横方向に延びたほぼＶ字形状の長手部分を含む、実施形態２の複合構造。
実施形態４ 第１および第２複合部分が、違う方向に延びて、ある角度をなしており、
複合スプライス部材が、それぞれ重なり合い且つ第１及び第２複合部分に連結された第１及び第２部分を含む、
実施形態１の複合構造。
【００１４】
実施形態５ 複合スプライス部材が、第１及び第２複合部分の間にほぼＶ字形状のジョイントを形成する、実施形態１の複合構造。
実施形態６ ほぼＶ字形状のジョイントが、
複合スプライス部材と第１複合部分との間の第１スカーフジョイントと、
複合スプライス部材と第２複合部分との間の第２スカーフジョイント
を含む、実施形態５の複合構造。
【００１５】
実施形態７ 第１及び第２複合部分が、航空機の連続スパー、連続梁、連続ストリンガー、又は連続フレームのうちの一つを形成し、
スプライス部材が第１及び第２複合部分に接着されている、
実施形態１の複合構造。
実施形態８ 実施形態１の複合構造部材を含む機体を備える航空機。
【００１６】
実施形態９ 複合構造部材を翼アセンブリ内に挿入組立てし、翼アセンブリが機体の一構造要素を形成するステップを含む、実施形態８の機体を製造する方法。
実施形態１０ 請求項１による少なくとも一つの複合構造部材で航空機を組み立てるステップを含む、実施形態８の航空機を製造する方法。
【００１７】
実施形態１１ 第１及び第２複合部分が、
スパー、
梁、
ストリンガー、及び
フレーム
から成るグループから選択される連続パーツを形成する、実施形態１の複合構造。
実施形態１２ 連続パーツが、
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
から成るグループから選択された形状の断面を有する、実施形態１１の複合構造。
【００１８】
実施形態１３ 第１複合部分を形成し、
第２複合部分を形成し、
複合スプライス部材を形成し、
複合スプライス部材を第１及び第２複合部分に接着して、第１及び第２複合部分の間にスプライスジョイントを形成するステップ
を含む、複合構造部材を作製する方法。
実施形態１４ 第１複合部分を形成するステップが、複合材料の第１積層体を形成し、第１積層体を硬化させるステップを含み、
第２複合部分を形成するステップが、複合材料の第２積層体を形成し、第２積層体を硬化させるステップを含み、
複合スプライス部材を形成するステップが、複合材料の第３積層体を形成するステップを含み、
スプライス部材を接着するステップが、第３積層体を第１及び第２複合部分の上に置き、第３積層体を硬化させるステップを含む、
実施形態１３の方法。
【００１９】
実施形態１５ スプライス部材を接着するステップが、プレス機を使ってジョイントを局所的に加熱及び加圧するステップを含む、実施形態１３の方法。
実施形態１６ 第１積層体を形成するステップが、第１積層体の縁に沿って第１傾斜部を形成するステップを含み、
第２積層体を形成するステップが、第２積層体の縁に沿って第２傾斜部を形成するステップを含み、
第３積層体を形成するステップが、第３積層体が第１及び第２複合部分上に配置されたときに、第１及び第２傾斜部にそれぞれ重なり合うように第３及び第４傾斜部を形成するステップを含む、
実施形態１４の方法。
【００２０】
実施形態１７ スプライス部材を接着するステップが、
マンドレルを準備し、
マンドレルの上にジョイントを配置し、
ジョイントの上に真空バッグを配置し、
真空バッグを使用してジョイントに圧力をかける
ステップを含む、実施形態１３の方法。
実施形態１８ スプライス部材を接着するステップが、
加圧空気袋を使用してジョイントを加圧し、
空気袋によってジョイントを加圧しながらジョイントを加熱する
ステップを含む、実施形態１３の方法。
【００２１】
実施形態１９ 空気袋を使用して加圧するステップが、プレス機内部で行われる、実施形態１８の方法。
実施形態２０ 実施形態１３の方法で作られた複合構造部材。
【００２２】
実施形態２１ 第１及び第２複合部分のそれぞれが、
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
から成るグループから選択された形状の断面を有する、実施形態１３の方法によって作製される複合構造部材。
実施形態２２ それぞれの複合部分が、
スパー、
梁、
ストリンガー、及び
フレーム
から成るグループから選択されるうちの一つである、実施形態１３の方法。
【００２３】
実施形態２３ 開いた位置と閉じた位置の間で相対的に移動可能な第１プラットフォーム及び第２プラットフォームと、
パーツを当接させて圧力をかけることができ、且つ第１プラットフォームによって支持されるツールと、
加圧され、パーツをツールに当接させて圧力をかけるために第２プラットフォームによって支持されるように構成された少なくとも一つの第１空気袋と、
ツールを加熱する手段
を備える、複合パーツを硬化させる装置。
実施形態２４ 第１及び第２プラットフォームのそれぞれが移動可能である、実施形態２３の装置。
【００２４】
実施形態２５ パーツに向かって、及びパーツから離れるようにほぼ水平の直線運動を行うために、第１プラットフォーム上にツールを取り付ける第１手段と、
パーツに向かって、及びパーツから離れるように直線運動を行うために、第２プラットフォーム上に第１空気袋を取り付ける第２手段
をさらに備える、実施形態２３の装置。
実施形態２６ 第２プラットフォーム上に取り外し可能に取り付けられたフレームを更に備え、
第１空気袋がフレームに取付けられ、フレームに沿って第２プラットフォームから取り外し可能である、
実施形態２３の装置。
【００２５】
実施形態２７ 加熱手段が、
ツールを加熱するために第１プラットフォーム上に取り付けられた第１加熱システムと、
パーツを加熱するために第２プラットフォーム上に取り付けられた第２加熱システム
を含む、実施形態２３の装置。
実施形態２８ 第１加熱システムが、
熱源と、
ブロワーと、
加熱された媒質を送るためにブロワーと熱源に係合されたダクトと、
加熱された媒質をツール上に方向付けするためにダクトに係合されたノズル
を備える、実施形態２７の装置。
【００２６】
実施形態２９ ツールを加熱する手段が、空気袋を囲む断熱材を含む、実施形態２３の装置。
実施形態３０ ダクトが、加熱された媒質をツールから離れるように送る再循環媒質ダクトを含み、
第１加熱システムが、
冷却媒質供給源と、
冷却媒質をツールに選択的に送ってパーツを冷却するために、再循環媒質ダクトと、冷却媒質供給源に係合された弁
をさらに含む、実施形態２８の装置。
【００２７】
実施形態３１ 媒質が
空気、及び
オイル
のうちの一つである、実施形態２８の装置。
実施形態３２ 複合スプライス部材を、２つの複合部分の隣接する端部の間のジョイントに接着させる接着機と、
複合部分を端部と端部を合わせた形で支持するための、接着機の反対側にあるジグ
を備える、複合構造部材の細長い複合部分を接合させる装置。
【００２８】
実施形態３３ 接着機が、マンドレルと、接着機内部において複合部分の端部を所望の配置に維持するために、マンドレルを複合部分に接続させる配置ピンを含む、実施形態３２の装置。
実施形態３４ ジグが、複合部分をその長さに沿って支持し、スプライス部材が複合部分の間のジョイント上に接着されるときに、複合部分を所望の配置に維持するように構成されている、実施形態３２の装置。
【００２９】
実施形態３５ 接着機が、
スプライス部材を硬化させるために、ジョイントを加熱する手段と、
硬化中に動かないように複合部分を保持する手段
を備える、実施形態３２の装置。
実施形態３６ 複合部分を保持する手段が、ジョイントをまたがり、複合部分の隣接する端部を相互に締め付けする一対のプレートを含む、実施形態３５の装置。
【００３０】
実施形態３７ 複合部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に支持し、
複合部分の隣接した端部をプレス機内に挿入し、
未硬化のスプライス部材を複合部分の隣接した端部の上に置くことにより、複合部分間にジョイントを形成し、
プレス機を閉じ、
プレス機を使用してジョイントを局所的に加熱及び加圧することにより、複合部分の端部にスプライス部材を接着させる
ステップを含む、２つの細長い複合部分を連結する方法。
実施形態３８ 複合部分を支持するステップが、
ジグをプレス機の反対側に位置づけし、
スプライス部材が複合部分の端部に接着されている間に、複合部分をジグ内に保持する
ステップを含む、実施形態３７の方法。
【００３１】
実施形態３９ スプライス部材を接着するステップが、
スプライス部材の上に真空バッグを置き、
真空バッグに真空をかけることによってスプライス部材を加圧する
ステップを含む、実施形態３８の方法。
実施形態４０ スプライス部材を接着するステップが、
加圧空気袋をプレス機内のスプライス部材と真空バッグ上に位置づけし、
空気袋を加圧することにより、スプライス部材に圧力をかける
ステップを含む、実施形態３７の方法。
【００３２】
実施形態４１ ジョイントを形成するステップが、スプライス部材と複合部分の端部をマンドレル上に置くステップを含み、
ジョイントを加熱するステップが、高温の媒質をマンドレル上に方向付けするステップを含む、
実施形態３７の方法。
実施形態４２ ジョイントを加熱するステップが、
マンドレル上に方向付けされた媒質を再循環させ、
媒質が再循環している間に媒質を加熱する
ステップを含む、実施形態４１の方法。
【００３３】
実施形態４３ 複合部分が、
床梁、
スパー、
フレーム、並びに、
ストリンガー
のうちの一つを形成する、実施形態３７の方法。
実施形態４４ その間でパーツを形成することができる第１ツール及び第２ツールと、
第１ツールを加熱する手段であって、
媒質を加熱するためのヒーターと、
加熱された媒質を吹き付けるブロワーと、
加熱された媒質を第１ツール上に方向付けするための複数のノズルと、
ブロワー及びノズルの間に係合されたプレナム
を備える手段
を備える、パーツを形成するための加熱されたツールアセンブリ。
【００３４】
実施形態４５ プレナムが、媒質流入口と、第１ツール上の異なった区域に媒質を方向付けするように空間的に構成された複数の媒質流出口を有するマニホルドを備える、実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
実施形態４６ 各ノズルが、加熱された媒質がこれを通って第１ツール上に流れることができる穿孔要素を備える、実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
【００３５】
実施形態４７ 第１ツールがほぼ空洞の側面を有するマンドレルであり、
ノズルが、マンドレルの空洞の側面内に延びている、
実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
実施形態４８ 第２ツールが、
パーツを形成するためのツール表面と、
ツール表面から熱が逃げるのを抑えるための断熱材
を備える、実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
【００３６】
実施形態４９ 第１硬化複合スパー部分を形成し、
第２硬化複合スパー部分を形成し、
第１及び第２スパー部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に保持し、
未硬化の複合スプライス部材を、整列したスパー部分の端部間のジョイント上に挿入し、整列したスパー部分の端部とスプライス部材をプレス機内に挿入し、
スプライス部材の上に真空バッグを置き、
プレス機を閉じ、
真空バッグに真空をかけ、
加圧空気袋を使用してスプライス部材を加圧して、スプライス部材をツールに当接して押し付け、
ツールとスプライス部材を加熱してスプライス部材を硬化させ、
スプライス部材が硬化された後でプレス機を開け、
プレス機から連続翼スパーを取り出す
ステップを含む、複合部分を接合して連続翼スパーを作製する方法。
実施形態５０ 第１硬化複合ストリンガー部分を形成し、
第２硬化複合ストリンガー部分を形成し、
第１及び第２ストリンガー部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に保持し、
未硬化の複合スプライス部材を、整列したストリンガー部分の端部間のジョイント上に挿入し、
整列したストリンガー部分の端部とスプライス部材をプレス機内に挿入し、
スプライス部材の上に真空バッグを置き、
プレス機を閉じ、
真空バッグに真空をかけ、
加圧空気袋を使用してスプライス部材を加圧して、スプライス部材をツールに当接して押し付け、
ツールとスプライス部材を加熱してスプライス部材を硬化させ、
スプライス部材が硬化された後でプレス機を開け、
プレス機から連続複合ストリンガーを取り出す
ステップを含む、複合部分を接合して連続複合ストリンガーを作製する方法。
【００３７】
実施形態５１ ツールタワーと、
ツールと、
ツールをツールタワー上に取り外し可能に取り付ける手段と、
ツールを加熱及び冷却するためのツールタワー上のモジュール式加熱及び冷却システムと、
加圧タワーと、
加圧タワー上の加圧空気袋と、
加圧空気袋を加圧して、フレーム部分の端部間のスプライスジョイントに圧力を印加する手段と、
相互に向かう及び相互から離れる動きを行うために、ツールタワーと加圧タワーを取り付ける手段と、
接合作業中にツールタワーと加圧タワーを互いに固定する固定システムと、
フレーム部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に支持し、スプライスジョイントをツールと加圧空気袋の間に保持するジグ
を備える、複合フレーム部分を接合させて連続複合フレームを形成する装置。
【００３８】
本発明の実施形態により、金属製スプライスプレートの必要性を除去し、接着されたジョイントをオートクレーブ内部で硬化させる必要のない、２つの複合部分間に構造的接着を形成する方法及び装置の必要が満たされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は複合部分を連結して連続構造部材を形成する装置の広範のブロック図である。
【図２】図２は図１に示す２つの複合部分間のスプライスジョイントの正面図である。
【図３】図３は図２の線３−３に沿って切り取った断面図である。
【図４】図４は図２の線４−４に沿って切り取った断面図である。
【図５】図５は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図６】図６は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図７】図７は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図８】図８は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図９】図９は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図１０】図１０は図３において「Ｂ」で指定される領域の断面図である。
【図１１】図１１は複合部分を構造的に接着する方法を示す簡略化したフロー図である。
【図１２】図１２は複合部分を構造的に接着する装置において使用される制御システムを示すブロック図である。
【図１３】図１３は複合部分を構造的に接着する装置の機能ブロック図である。
【図１４】図１４は開いた位置にある接着機のブロック図である。
【図１５】図１５は図１４に示す接着機の斜視図である。
【図１６】図１６は閉じた位置にある接着機を示す別のブロック図である。
【図１７】図１７は加圧空気袋のブロック図である。
【図１８】図１８は接着機への真空バッグとスプライス部材の取り付けを示すブロック図である。
【図１９】図１９は硬化プロセス中に複合部分を保持するのに使用される一対のホールドダウンプレートを示すブロック図である。
【図２０】図２０はマンドレルと空気袋を加熱するのに使用される加熱システムを示すブロック概略図である。
【図２１】図２１は接着機の一部を形成する制御システムの構成要素を示すブロック図である。
【図２２】図２２はツールタワーの代替形態を示す図であり、モジュール式の加熱／冷却システムを図示している。
【図２３】図２３は図２２に示すモジュール式加熱／冷却システムの追加の構成要素を示すブロック図である。
【図２４】図２４はマンドレルアセンブリとモジュール式加熱及び冷却システムの間の接続部を示すブロック図である。
【図２５】図２５はモジュール式加熱及び冷却システムの一部を形成する誘導弁のブロック図であり、ここで弁は加熱モードに切り替えられている。
【図２６】図２６は図２５と同様のブロック図であるが、弁が冷却モードに切り替えられた状態を示している。
【図２７】図２７はマンドレルアセンブリの構成要素を示すブロック図である。
【図２８】図２８はマンドレルアセンブリの追加の構成要素を示す別のブロック図である。
【図２９】図２９はスパー部分の指標として役立つマンドレルの詳細を示すブロック図である。
【図３０】図３０はマンドレル運搬装置のブロック図である。
【図３１】図３１はマンドレルアセンブリの構成要素とマンドレル基部との関係を示すブロック図である。
【図３２】図３２は空気袋とシュラウドアセンブリのブロック図である。
【図３３】図３３は取り外し可能な空気袋及びフレームを示すブロック図である。
【図３４】図３４は双数の加圧空気袋のブロック図である。
【図３５】図３５は複合部分に圧力をかけるための加圧空気袋を示すブロック図である。
【図３６】図３６は硬化中に複合部分を適所に保持するのに役立つフレームの代替形態を示すブロック図である。
【図３７】図３７はツールプラットフォームと関連する移動可能な加圧シュラウドカートを示すブロック図である。
【図３８】図３８は引き込み位置にあるツールプラットフォームを示すブロック図である。
【図３９】図３９は図３８と同様の図であるが、前方位置に移動したツールプラットフォームと、マンドレル運搬装置の取り外し準備のために加熱／冷却システムとの接続を解除したマンドレルアセンブリを示している。
【図４０】図４０は航空機製造及び点検手順のフロー図である。
【図４１】図４１は航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、たとえば複合部分１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ等の細長い複合部分を連結して、例えばこれらに限定しないが、ストリンガー、スパー、またはフレーム等の連続構造部材１０４を形成するのに使用できる通常の製造セル２０８を示している。少なくとも第１複合部分１０４（ａ）及び第２複合部分１０４（ｂ）は、スプライスジョイント１１０を形成する構造接着を使用して、端部と端部を合わせた形で連結される。複合部分１０４〜１０４ｃは複数の整列した接着アセンブリジグ１８４によって支持することができる。接着アセンブリジグ１８４は整列した形で複合部分１０４ａ〜１０４ｃを支持すると同時に、接着ステーション２１０、２１２にそれぞれ位置する接着機１８６の中へ、複合部分１０４ａ〜１０４ｃをその縦軸２６５に沿って引き込むことを可能にする。接着ステーション２１０、２１２は、スプライスジョイント１１０が接着される構造部材１０４の長さに沿って位置している。
【００４１】
図２〜４を参照すると、本発明の実施形態によれば、構造部材１０４は例えば複合部分１０４ａ、１０４ｂ、及び１０４ｃ等の複数の複数部分を、端部と端部を合わせた形でスプライスジョイント１１０を使って連結することにより形成することができる。図３は、ある特定の構造部材１０４の上面図であり、ここでは、第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂがそれぞれたがいにスプライスジョイント１１０において連結され「ねじれ」を形成するか、または「Ａ」を表す角度を形成している。各複合部分１０４ａ〜１０４ｃは、任意のさまざまな断面形状を有する硬化した複合積層体を含むことができるが、下に説明するように、実施形態を示すのに選択された複合部分１０４ａ〜１０４ｃは図４に示すようなＣ字形状の断面を有している。
【００４２】
ここで注記すべきは、図面において特定の構造部材１０４を図示しているが、本発明の実施形態は、複合スプライスジョイント１１０を使用して複合部分をたがいに接着させることにより任意の幅広い種類の細長い構造部材を形成するのに採用することができる。例えば、これらに限定しないが、本発明の実施形態は複合部分、特に細長い部分を接合して、例えば、複合床梁、フレーム、ストリンガーを形成するのに使用することができる。さらに、構造部材は、限定しないが、図５に示すＺ字形状、図６に示すＴ字形状、図７に示すＪ字形状、図８に示す帽子形状、又は図９に示すＩ形状を含む任意の幅広い範囲の断面形状を有することができる。
【００４３】
ここで図２と３を参照すると、隣接する第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂを、複合部分１０４ａ、１０４ｂの断面形状に対応する、ほぼＣ字形状の断面を有する、図４から良くわかる複合スプライス部材１１２を使用して互いに接着させることができる。スプライス部材１１２は、ウェブ１１２ｃによって接続された最上部及び最下部フランジ１１２ａ、１１２ｂを含む。このスプライス部材は図示した実施例において一体型の構造体として示されているが、スプライス部材１１２はある応用形態では２つ以上の部分または区画を含むことができる。複合部分１０４ａ、１０４ｂは非常に小さい角度「Ａ」（図３）を形成し、このスプライス部材１１２は図２に示すように２つの隣接する部分１１４を含み、これら２つの隣接する部分１１４によって、角度「Ａ」とほぼ等しい角度が形成される。図９から良く分かるように、スプライス部材１１２は、隣接する複合部分１０４ａ、１０４ｂとともに、重なり合ったスカーフ型ジョイント１１０を形成している。しかしながらここで注記すべきことは、スカーフジョイントが図示されているが、他のタイプのジョイントを使用して、例えば限定しないが、ラップジョイント、ステップラップジョイント、テーブルスプライスジョイント等を含むスプライスジョイント１１２を形成することができる。
【００４４】
ここで図１０を参照すると、複合部分１０４ａ、１０４ｂはそれぞれ、例えばカーボン繊維エポキシ樹脂等の繊維強化ポリマー樹脂の複数の積層体（図示せず）を含むことができ、これら積層体の外端部１１７は、テーパー型又は傾斜した形状を形成する層が減少する部分（図示せず）を含んでいる。同様に、スプライス部材１１２は、複合部分１０４ａ、１０４ｂの積層体に合わせてそれぞれ配置することができる、繊維強化ポリマー樹脂の複数の積層体（図示せず）で形成することができる。スプライス部材１１２は、ほぼＶ字形状の断面を有し、この断面により、重なり合った、複合部分１０４ａ、１０４ｂの外側の隣接する端部上の対応するテーパー型縁部１１７に接着された、傾いた又は傾斜した表面１１６を画定して、スプライスジョイント１１０を形成する。前述したように、スプライスジョイント１１０を図示したが、応用形態により他のスプライス構成も可能であり得る。
【００４５】
ここで、複合部分１０４ａ〜１０４ｃを構造的に接着する方法のステップをおおまかに図示する図１１に注目する。ステップ１２６で開始し、複合部分１０４ａ〜１０４ｃを適切なツール（図示せず）上に積層し、通常オートクレーブ（図示せず）内で加熱及び加圧することによって、ステップ１２８において個別に硬化する。次にステップ１３０において、接着機１８６（図１）を開けて例えば第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂ等の２つの隣接する複合部分の端部を受ける準備をする。
【００４６】
ステップ１３２において、第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂを接着アセンブリジグ１８４（ＢＡＪ）（図１参照）の中に取り付けて、相対的に配置される。次にステップ１３４において、複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部を接着機１８６の中に引き込む。ステップ１２４においてスプライス部材１１２をツール（図示せず）上に積層して形成した後に、スプライス部材１１２はステップ１３８で示すように、スプライスジョイント１１０の複合部分１０４ａ、１０４ｂ上に配置及び設置される。
【００４７】
ステップ１４０において、真空バッグをスプライス部材１１２を含むスプライス領域上に設置して、次にステップ１４２において、接着機１８６を閉じることができる。未完成（未硬化）のスプライス部材１１２を次に、ステップ１４４に示す一連のステップによって複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部に接着する。ステップ１４６で開始して、真空バッグに真空をかけて、スプライス部材１１２の積層体を部分的に強化する。次にステップ１４８において、バッグ型の加圧空気袋（後に説明する）を加圧して、スプライス部材１１２と複合部分１０４ａ、１０４ｂをマンドレル１９４（図１３）に当接させて圧力をかけることにより、スプライス部材１１２の積層体をさらに強化する。
【００４８】
この時点で、ステップ１５０において熱サイクルが開始され、この熱サイクルでは、複合部分１０４ａ、１０４ｂとスプライス部材１１２が局所的に加熱されて未硬化のスプライス部材１１２を硬化させることにより、スプライス部材１１２を複合部分１０４ａ、１０４ｂに接着してスプライスジョイント１１０を形成する。最後にステップ１５２において、スプライス部材１１２を冷却し、次にステップ１５４において接着機１８６を開けることができる。ステップ１５６では、真空バッグを取り外して次にステップ１５８に示すように、必要に応じてスプライス部材１１２を調整する。こうして得られた接着されたスプライスジョイント１１０の非破壊検査（ＮＤI）をステップ１６０において行うことができ、次に構造部材１０４を接着アセンブリジグ１８４から取り外すことができる。応用形態によっては、完成した構造部材１０４をステップ１６４においてを塗装し密閉することができる。ここで注記すべきことは、ステップ１５８〜１６４を任意の所望の順番に実施することが可能であることである。
【００４９】
図１１に関連して上述した方法の実施形態においては、複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）は、未硬化のスプライス部材１１２がスプライスジョイント１１０に適用される前に硬化される。しかしながら他の実施形態においては、複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の一部のみを、未硬化のスプライス部材１１２がスプライスジョイント１１０に適用される前に硬化することが可能である。例えば、図２に示すように、スプライス部材１１２全域にわたる複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の一部１１５は、スプライス部材２１２がジョイント１１０に適用される際に、未硬化のまたは部分的に硬化された（「段階的な」）状態にあり、その一方で複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の残りの領域が硬化された状態であってよい。この代替実施形態では、複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の未硬化部分１１５を、未硬化のスプライス部材１１２と同時に硬化させることができる。
【００５０】
図１２は、接着機１８６の制御システムの構成要素をおおまかに示している。プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）又はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を備えることができるコントローラ１６６は、さまざまなソフトウェアプログラム１７８を使用して、予めプログラムされたやり方で制御機能を自動的に実施することができる。オペレータ制御及び表示１８０により、オペレータがソフトウェアプログラム１７８にアクセスしてコントローラ１６６とのインターフェースを形成することが可能になり、プロセス情報の設定及び表示の調節ができるようになる。ある場合には、コントローラ１６６を接着アセンブリジグ１８４（図１）に係合させて、長い複合部分１０４ａ、１０４ｂの位置を互いに相対的に感知する又は制御することが可能である。
【００５１】
コントローラ１６６は、加熱／冷却システム１９２、１９６、空気袋による加圧１７４、及び真空バッグ１７６を含む、接着機１８６上のさまざまな構成要素及びシステムを制御することができる。接着機１８６は、後に説明する多種多様のセンサ１８２を備えることができ、このセンサ１８２により、例えば温度及び圧力等の信号がコントローラ１６６に送られる。
【００５２】
図１３は、第１のツールプラットフォーム１８８と第２の圧力プラットフォーム１９０を概して備える接着機１８６の機能ブロック図である。プラットフォーム１８８、１９０は、誘導部位２０４によって滑動又は回転運動を行うために共通基部２０２上に取り付けることができ、プラットフォーム１８８、１９０は互いに向かって及び離れるように直線水平運動を行う。後述するように、プラットフォーム１８８、１９０は図１３に示す開いた位置から閉じた位置（図１６及び２１）まで移動することができ、この位置において、スプライス部材１１２及び組み立てられた複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部を含むスプライス領域を接着アセンブリジグ１８４で支持しながら、熱及び圧力が局所的に印加される。この局所的に加えられた熱および圧力によりスプライス部材１１２が複合部分１０４ａ、１０４ｂに構造的に接着されて接着スプライスジョイント１１０が形成される。プラットフォーム１８８、１９０を引き寄せ及びロック手段２０６を使用してプラットフォームの閉鎖位置に引き寄せてロックすることができる。ツールプラットフォーム１８８は、センサ１８２、加熱／冷却システム１９２及びマンドレル１９４を含むことができる。同様に、加圧プラットフォーム１９０は、センサ１８２、加熱／冷却システム１９６、加圧空気袋１９８及び、真空バッグ処理及び空気袋１９８の加圧に使用されるポンプ２００を含むことができる。
【００５３】
ここで、接着機１８６の更なる詳細を図示する図１３〜１５に注目する。接着機１８６は大まかに、ツールタワー２３５と加圧タワー２４５を含み、ツールタワー２３５と加圧タワー２４５の間に、組み立てられたスプライス部材１１２と複合部分１０４ａ、１０４ｂを構造的に接着して接着スプライスジョイント１１０を形成することができる。ツールタワー２３５は、任意の好適な手段によって基部２０２上において直線の水平運動を行うために取り付けられたツールプラットフォーム１８８を含んでいる。図示した実施例においては、プラットフォーム１８８は走路２２０によって誘導される脚部２０４を含む。マンドレル１９４を含むことができるツールは、次にプラテン板２１４に固定されるマンドレル基部２１５の上に取り付けられる。プラテン板２１４はツールプラットフォーム１８８上に支持される。マンドレル基部２１５はロックレバー２２５の一連の手段によってプラテン板２１４から開放可能であることにより、マンドレル１９４を簡単に取り外す及び／または交換することが可能になる。
【００５４】
加圧タワー２４５は加圧プラットフォーム１９０を含み、加圧プラットフォーム２４５もまた、走路２２０と係合する脚部２０４を有している。膨張可能な加圧空気袋１９８は、シュラウド２２４に固定されるフレーム１９９に保持される。シュラウド２２４はそして、加圧プラットフォーム１９０上に取り付けられたプラテン板２２２に固定される。加熱／冷却システム１９２、１９６はそれぞれ、マンドレル１９４を加熱及び冷却するために移動するプラットフォーム１８８、１９０上、および加圧空気袋１９８を囲む領域に取り付けられている。外部被覆２２６、２２８を使用して、ツール及び加圧タワー２３５、２４５それぞれの構成要素を保護的に囲むことができる。電動のまたは他の形態のモータ（図示せず）を使用して、プラットフォーム１８８、１９０を駆動して図１３及び１４に示すように開いた、パーツ挿入／取出し位置と、図１６に示すように閉じた、パーツ硬化位置の間を走路２２０に沿って移動させることができる。引棒２２１（図１４）をタワー２３５、２４５の間に接続して、プラットフォーム１８８、１９０を最終的な閉鎖位置に引くのに使用することができる。ロックアーム２１８を使用してプラットフォーム１８８、１９０をその閉鎖位置にともにロックすることができる。
【００５５】
特に図１７を参照すると、加圧空気袋１９８はマンドレル１９４の形状と同じ、ほぼＣ字形状である断面を有することができる。空気袋１９８は、たとえば限定しないがシリコンゴム等の特定の応用形態での熱及び圧力に耐えることができる任意の好適な材料でできていてよい。流体調整具２３２により、気体または液体であってよい加圧された流体の空気袋１９８への流出入が可能になる。
【００５６】
接着作業準備のために、接着機１８６の準備及び閉鎖のステップを示す図１７をここで注目する。最初にスプライス部材１１２を、前述した接着アセンブリジグ１８４によって工学的に規定された空間に保持される複合部分１０４ａ、１０４ｂの間のジョイント１１０上に置く。次に、接着機１８６を開けたまま、スプライス部材１１２上で真空バッグ２３４を設置する。スプライス部材１１２と真空バッグ２３４の両方は、ジョイント１１０の両側の積層体（図示せず）を含むことができる複合部分１０４ａ、１０４ｂの厚さいっぱいに延在している。スプライス部材１１２及び真空バッグ２３４が設置された状態で、プラットフォーム１８８、１９０を相互に向けて移動させることにより接着機１８６を閉じる。前述したように、必要に応じて引棒２２１（図１４）を使用して、ロックアーム２１８（図１５）を回転させてマンドレル１９４の位置を加圧空気袋のシュラウド２２４に相対的にロックすることができるまで、プラットフォーム１８８、１９０を一緒に引くことができる。
【００５７】
ここで図１９を参照すると、複合部分１０４ａ、１０４ｂが局所的に加熱される硬化プロセス中に、複合部分１０４ａ、１０４ｂをその縦軸２６５に沿って移動させることが可能である。最終的な組立要件を満たすために、スプライスジョイント１１０の全長に及び、複合部分１０４ａ、１０４ｂの隣接する端部を互いに固定する、一対のホールドダウンプレート２３６を使用して複合部分１０４ａ、１０４ｂを保持することによって、この動きを実質的に減らすことができる。ホールドダウンプレート２３６を、複合部分１０４ａ、１０４ｂの最上部および最下部上の摩擦性の過剰な縁部（図示せず）に、スプライスジョイント１１０と重なり合い、複合部分１０４ａ、１０４ｂを堅く接続させるように固定することができる。
【００５８】
ここで、加熱／冷却システム１９２、１９６（図１４）の更なる詳細を示す図２０に注目し、この加熱／冷却システム１９２、１９６は、スプライスジョイント１１０の領域をスプライス部材１１２が硬化するのに十分な温度に加熱するのに使用され、そして次に硬化後のスプライス部材１１２が冷却される。ツールタワー２３５の側部において、加熱要素２１６により媒質が加熱され、この媒質は供給ダクト２３８を通ってマニホルド２４０まで送られ、マニホルド２４０により加熱された媒質が分配ダクト２４２に送られる。分配ダクト２４２から加熱された媒質がノズル２４４に供給され、ノズル２４４により片側が空洞になっているマンドレル１９４の内面に加熱された媒質が送られる。本明細書に使用されるように、「媒質」及び「加熱された媒質」は、限定しないが、空気及び他の気体だけでなく、オイルを含む流体を含むさまざまな流動性媒質を意味している。たとえば限定しないが、誘導加熱等の他の形態の加熱方法も利用可能である。
【００５９】
加圧タワー２４５の片側において、加熱要素２３０により媒質が加熱され、加熱された媒質は供給ダクト２４６を通ってマニホルド２４８まで送られ、マニホルド２４８は高温の媒体を分配ダクト２５０に送る。分配ダクト２５０から高温の媒質がノズル２５２に送られ、ノズル２５２により加圧空気袋１９８を囲む領域と、スプライス部材１１２の外側モールドライン（ＯＭＬ）に媒質が送られる。
【００６０】
図２１は、加熱／冷却システム１９２、１９６の追加の構成要素だけでなく、例えば真空バッグ制御機器２７４及び空気袋圧力制御機器２８２等の他のシステムを図示している。周囲媒質は加熱要素２１６を通って引き込まれ、マニホルド２４０によってノズル２４４に分配されてマンドレル１９４を加熱する。加熱要素２１６は、一つには、真空バッグ圧力センサ２９５、マンドレルヒータ媒質温度センサ２７７、マンドレル経過温度センサ２６２、及びマンドレル制御温度２６４から受信したデータに基づいて加熱制御機器２７２によって制御される。真空バッグ２３４（図１８）内部の真空は真空バッグ制御機器２７４によって制御される。
【００６１】
圧力タワー２４５の側では、周囲媒質は加熱要素２３０を通って高温媒質マニホルド２４８まで引き入れられ、高温媒質マニホルド２４８によって高温媒質がノズル２４４に分配される。加圧空気袋１９８に加えられる圧力は、加熱制御機器２７６に圧力データを送る圧力センサ２９７を備える圧力制御機器２８２によって制御される。ヒータ２３０を通って流れる媒質はさらに、圧力制御温度センサ２６６と圧力ヒータ温度センサ３０１によって測定されるデータに基づいて、制御機器２７６によって制御することができる。
【００６２】
ここで、ツールタワー２３５の代替実施形態を図示する図２２に注目する。この実施例では、内蔵式のモジュール型加熱／冷却システム２８４が移動するプラットフォーム２８８上のレール（図示せず）によって支持されている。プラットフォーム２８８は持ち運び可能な基部２９０の上で直線的に動かすことができる。マンドレル１９４は、マンドレル運搬装置２８６の上に取り外し可能に支持されるマンドレル基部３４２に固定されている。マンドレル運搬装置２８６はプラットフォーム２８８の最上部に位置する支持材３５７上に取り外し可能に取り付けられている。このため、マンドレル運搬装置２８６はプラットフォーム２８８から簡単に取り外すことができ、マンドレル１９４はマンドレル基部３４２とともにマンドレル運搬装置２８６から取り外すことができる。加熱／冷却システム２８４は、後に説明する媒質供給及び戻りダクト（図２２には図示せず）を備え、このダクトは開放可能な接続部３２７によってマンドレル１９４に開放可能に係合されている。
【００６３】
図２２〜２５に加熱／冷却システム２８４のさらなる詳細を示す。ブロワー駆動モーター３２５によりブロワー２９４が駆動し、媒質を加熱要素２１６を通して送り出し、媒質はダクト２９６を通って一対の高温媒質供給ダクト３１４、３１６へ送られる。高温媒質供給ダクト３１４、３１６はそれぞれ、マンドレル基部３４２の後部を通って、流入口接続部３２６、３２８（図２５）に係合される。流入口接続部３２６、３２８を通って供給された高温媒質は、下記のさらなる詳細において後に説明するノズルプレナムアセンブリ３００（図２４）まで送ることが可能である。ノズルプレナムアセンブリ３００から戻ってきた媒質は、再循環媒質流入口接続部３３０を通り、再循環ダクト３１８を通って誘導弁３２２へ送られる。
【００６４】
図２４は、ノズルプレナムアセンブリ３００をさらに詳細に示す図である。ノズルプレナムアセンブリ３００はマンドレル１９４の後部に固定される。プレナムフレーム３３４には、箱形の穴のあいたノズル３３８が取り付けられている。穴のあいたノズル３３８は、部分的な隔壁１９４ａによって画定されるマンドレル１９４の区画又は区域３３９の中に延びている。各ノズル３３８は締め具（図示せず）でプレナムフレーム３３４に固定されている。媒質流入口接続部３２６、３２８は、プレナムフレーム３３４に固定されたプレート３３１に固定されている。再循環媒質接続部３３０は開口部（図示せず）を含むことができるプレート３３６に取り付けられており、接続部３２６、３２８はこの開口部を通って延びている。流入口接続部３２６、３２８に流入してくる媒質はノズル３３８を通り、ノズルからマンドレル９４の内面上にほぼ均一に送られる。再循環媒質は、接続部３３０及び３２７を通って誘導弁３２２（図２３）に戻る。
【００６５】
図２５〜２６を参照すると、誘導弁３２２は一対のヒンジで連結した弁部材３７８、３８０を備え、弁部材はそれぞれアーム３７４及び３７６によって制御されている。低温媒質流入口３７２を選択的に開けて、低温媒質を弁３２２へ流すことができる。図２６に示す状況では、弁３８０が閉じ、弁３７８が開いて再循環媒質が流入口３２４を通って流入し流出口３７０を通って流出することが可能になり、これにより、熱サイクルにおいて再循環が起こる。弁部材３８０は熱サイクル中に低温媒質流入口３７２を閉鎖する。
【００６６】
図２６は、冷却サイクル中に、低温媒質がマンドレル１９４に送られるときに、誘導弁３２２の状態を示す図である。弁３７８は第２閉鎖位置に移動し、ここで流入口３２４を通って受け入れた再循環媒質を媒質排出口３７５を通して誘導する。弁部材３８０はまた開放位置に移動することによって、低温媒質が流入口３７２を通って流入し、流出口３７０を通ってマンドレル１９４に送られることが可能になる。
【００６７】
ここで、マンドレル１９４と、マンドレル基部３４２のマンドレル運搬装置２８６への取付けの詳細をより良く示す図２６〜３０に注目する。マンドレル運搬装置２８６のピン３５１（図３０）は、マンドレル基部３４２に固定されたブラケット３４６に固定されたソケット３４８（図２７及び２８）内部に収容される。マンドレル基部３４２の後ろ側の位置制限ピン３６３により、マンドレル基部３４２とマンドレル運搬装置２８６の間に第３接触ポイントが設けられる。位置づけピン３６３は、マンドレル運搬装置２８６の停止部３６７（図３０）に係合する。ソケット３４８とピン３５１の間に形成されたボールジョイント接続部により、マンドレル１９４とマンドレル基部３４２が図３０に示すＹ及びＺ軸に沿って拡大することができると同時に、制限ピン３６３により、Ｘ軸に沿った上記動きが抑えられる。マンドレル基部３４２はたわみを最小限に抑えるように設計されており、マンドレル１９４を通して圧力システムの力に反応する。図２９に示すように、マンドレル１９４は、それぞれ保持ピン３５０が装着されたエンドブラケット３５２を含むことができる。保持ピン３５０は、複合部分１０４ａ、１０４ｂを接着プロセス中に整列した状態に維持するために、複合部分１０４ａ、１０４ｂの開口部（図示せず）内部に収容される。
【００６８】
図３１を参照すると、マンドレル１９４は締め具（図示せず）を使ってマンドレル基部３４２に固定されている。断熱シート３５８は、間隔をおいて配置された熱障壁３６４とともに、マンドレル１９４をマンドレル基部３４２から防護するために、マンドレル１９４とマンドレル基部３４２の間に挟まれている。
【００６９】
図３１は、硬化プロセス中にスプライスジョイント１１０（図１０）の領域で熱を保持しやすくする機能を持つ空気袋１９８を囲む断熱材３６６の使用を示す図である。この実施形態においては、スプライス部材１１２（図１０）の硬化に要する熱は、図２３に関連して前述した加熱システム２８４を使用してツール側（図１５のツールタワー２３５）からのみ供給することができる。ある応用形態においては、任意のヒータ要素（図示せず）を空気袋１９８とこれを囲む断熱材３６６の間に設置することが必要又は望ましい場合がある。
【００７０】
ここで図３３を参照すると、取り外し可能な空気袋アセンブリ３８２は膨張可能な空気袋１９８を含んでいる。空気袋１９８の縁部を、半柔軟性材料でできていてよい半剛性フレーム１９９に固定することができる。空気袋フレーム１９９は、一連の保持器３８６によって空気袋シュラウド２２４の中に開放可能に保持されており、この保持器はフレーム１９９をスナップ式に保持しているため、空気袋アセンブリ３８２を簡単に取り外す及び／又は交換することができる。
【００７１】
空気袋１９８は単一の空気袋であってよく、又は図３３及び３４に示す種類の重複した二重空気袋を含むことができる。空気袋フレーム保持器３８６は空気袋シュラウド２２４に固定され、ほぼ円形の断面を有することができる。空気袋フレーム１９９は、例えば強化シリコン等の半剛性材料でできていてよく、保持器３８６をスナップ式に受けるその外周に沿って円形の溝（図示せず）を含むことができる。第１空気袋１９８が漏れた時の予備のために、第２の膨張可能な内側空気袋３９８を、第１の外側空気袋１９８の内部に配置することができる。図３５は、マンドレル１９４から発生する熱を保持するための断熱材３６６の使用を示す図であり、マンドレル１９４では、接着機１８６のツール側のみで熱が供給される。
【００７２】
ここで、図１９に関連して前述したホールドダウンプレート２３６を使用する必要をなくすことができる、空気袋フレーム１９９の代替実施形態を示す図３６に注目する。加圧空気袋１９８は、断熱材３６６とともにシュラウド２２４に支持された空気袋フレーム１９９に取り付けられている。空気袋１９８は、空気袋１９８とマンドレル１９４との間に拘束された複合部分１０４ａに当接して位置している。フレーム１９９は、複合部分１０４ａに重なり、これに当接して位置する部分３９４を含む剛性フランジ３５５を有している。フランジ３５５により固定がしやすくなり、複合部分１０４ａに対して十分な力を加えて複合部分１０４ａが動かないように押さえつけることが可能になり、ホールドダウンプレート２３６の必要性が除去される。
【００７３】
ここで、マンドレル１９４に相対的にシュラウド２２４を位置づけするためのシュラウドカート３８８の使用を図示する図３７を注目する。シュラウドカート３８８は作業箇所に手動で配置する。作業する高さまで持ち上げた後に、シュラウドカートをマンドレル１９４に向かって移動させる。カート３８８はローラ（図示せず）に取り付けられた持ち運び可能な基部３９０と、アクチュエータピストン３９１によって駆動されるリフト機構３８８を備えている。リフト機構３８８は、シュラウド２２４を所望の高さまで持ち上げるのに使用することができ、その一方で持ち運び可能な基部３９０を、接着作業の準備のために、図３７に示す位置にシュラウド２２４を移動するのに使用することができる。リフト機構３８８は、複合部分１０４ａ、１０４ｂ又はマンドレル１９４に負荷を加えることなく、シュラウドの位置に微妙に調節可能なように柔軟であってよい。シュラウド２２４及びプラットフォーム２８８上の位置決めデバイス３９２ａ、３９２ｂは、シュラウドがその閉鎖位置に移動したときに、シュラウド２２４及びマンドレル１９４が確実に互いに整列した関係にあることができるようにするためである。
【００７４】
図３８及び３９は、マンドレルアセンブリと加熱システム２８４のモジュール性を示す図である。図３８に示すように、プラットフォーム２８８は引き込み位置にあり、マンドレル１９４は加熱システム２８４に係合されている。マンドレル１９４を取り外す及び／又は交換するには、図３９に示すように、プラットフォーム２８８を基部２９０上の前方位置に移動する。その後、加熱システム２８４を開放可能な接続部３２７を使用してマンドレル１９４との接続から解除することができる。
【００７５】
本発明の実施形態は、様々な可能性のある応用形態、特に例えば航空宇宙、海洋、及び自動車への応用形態を含む運送業において使用することができる。したがって、ここで図４０及び４１を参照すると、本発明の実施形態は図４０に示すような航空機の製造及び就航方法４００及び図４１に示すような航空機４０２において、使用可能である。試作段階においては、例示の方法４００は航空機４０２の仕様及び設計４０４と、材料調達４０６を含むことができる。製造段階においては、航空機４０２の部品及びサブアセンブリの製造４０８と、システム統合４１０がおこなわれる。そのあとに、航空機４０２は、検査及び納入４１２を経て就航４１４される。顧客によって就航されている間、航空機２１２には所定の保守及び点検４１６（変更、再構成、改装も含むことができる）が予定される。
【００７６】
本方法４００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客等）によって行う又は実施することができる。この説明のために、システムインテグレータは限定しないが、任意の数の航空機メーカー、及び主要システムの下請け業者を含むことができ；第三者は限定しないが、任意の数の供給メーカー、下請け業者、及びサプライヤを含むことができ；オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってよい。
【００７７】
図４１に示すように、例示の方法４００で製造された航空機４０２は、複数のシステム４２０と内装４２２を有する機体４１８を備えることができる。高レベルシステム４２０の例は、一以上の推進システム４２４、電気システム４２６、油圧システム４２８、及び環境システム４３０が挙げられる。任意の数の他のシステムを含むことが可能である。航空宇宙での実施例を示したが、本発明の原理は例えば海洋及び自動車産業等の他の産業分野に応用することが可能である。
【００７８】
本明細書に具現化されたシステム及び方法は、任意の一以上の製造及び保守方法４００の段階において採用することができる。例えば、製造プロセス４０８に対応する部品又はサブアセンブリは、航空機４０２が就航している間に製造される部品又はサブアセンブリと同じ方法で加工又は製造することができる。また、一以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、例えば、実質的に組立てしやすくする、又は航空機４０２にかかる費用を削減することによって、製造段階４０８及び４１０において用いることが可能である。同様に、一以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機４０２が就航している間に、例えば限定しないが、保守及び点検４１６に用いることができる。
【００７９】
本発明の実施形態を特定の実例となる実施形態に関連させて説明してきたが、当然ながら特定の実施形態は説明のためであり、限定するものではなく、当業者が他の変形例を発想することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０４ａ 複合部分
１０４ｂ 複合部分
１１０ ジョイント
１１２ スプライス部材
１６６ コントローラ
１８２ センサ
１８４ 接着アセンブリジグ
１８８ プラットフォーム
１９０ プラットフォーム
１９２ 加熱／冷却システム
１９４ マンドレル
１９６ 加熱／冷却システム
１９８ 加圧空気袋
１９９ フレーム
２００ ポンプ
２０２ 基部
２０６ 引き寄せロック手段
２１６ ヒーター
２１８ ロック
２２０ 走路
２２１ 引棒
２２４ 空気袋シュラウド
２２６ シュラウド
２２８ シュラウド
２３０ ヒーター
２３４ 真空バッグ
２３６ ホールドダウンプレート
２８４ 加熱／冷却システム
２８６ マンドレル運搬装置
２８８ プラットフォーム
２９０ 持ち運び可能な基部
２９４ ブロワー
２９６ ダクト
３１６ 供給ダクト
３１８ 再循環ダクト
３２２ 誘導弁
３２５ 駆動モーター
３２７ コネクタ
３４２ マンドレル基部
３５２ ブラケット
３５５ フランジ
３５８ 断熱シート
３６４ 熱障壁
３６６ 断熱材
３８８ リフター
３９０ 基部
３９１ ピストン
３９８ 内側の空気袋
４０２ 航空機
４０４ 仕様及び設計
４０６ 材料調達
４０８ 部品及びサブアセンブリの製造
４１０ システム統合
４１２ 検査及び納入
４１４ 就航
４１６ 保守及び点検
４１８ 機体
４２０ 系統
４２２ 内装
４２４ 推進
４２６ 電気
４２８ 油圧
４３０ 環境
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して複合構造に関し、更に具体的には、接着スプライスを使用して複合部分を互いに連結させる方法及び装置だけでなく、該方法及び装置によって作製された構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的長い複合構造部材を製造するために、しばしばスプライスジョイントを使用して複合部分を互いに連結させる。例えば、航空業界においては、金属製スプライス部材及び締め具を使用して、２つ以上の長い複合部分を互いに連結させることにより、比較的長い翼ストリンガー、スパー、フレーム、及び他の複雑な複合形状を形成することができる。しかしながら、金属製スプライス部材は組立てに関わる複数の理由から望ましくないと言える。
【０００３】
複合スプライス部材を使用して複合構造部材を連結させることは可能であり得る。しかしながら、市販のオートクレーブが例えば翼ストリンガー、スパー、及びフレーム等の比較的長いパーツの長さを収容できるほど十分に大きくない可能性があるため、長い複合部分の間に複合スプライスジョイントを形成することは、実用的でないと言える。
【０００４】
したがって、複合スプライス部材の使用を可能にする、例えばストリンガー、スパー、及びフレーム部分等の構造部材を連結する方法及び装置が必要である。また、複合スプライス部材によって相互に連結される複合部分からできた複合構造部材も必要である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、オートクレーブ内で接着剤を硬化させる必要なしに、局所において比較的大きな複合構造部材の構造接着を行う方法及び装置を提供する。接着ジョイントに局所的に加熱及び加圧する能力によって、複合スプライス部材の使用が可能になり、締め具の必要性を除去できる。
【０００６】
本発明の一実施形態によると、複合構造部材は第１複合部分及び第２複合部分を含む。複合スプライス部材は少なくとも部分的に重なって、第１及び第２部分を互いに接合させる。スプライス部材は、Ｖ字形状の断面を有する第１及び第２複合部分の間のジョイントを形成する。複合部分は、限定しないが、Ｃ字形状、Ｚ字形状、Ｊ字形状、Ｔ字形状、Ｉ字形状及び帽子形の断面を含む複雑な形状を有することができる。
【０００７】
本発明の方法の一実施形態によると、複合構造部材の製造には、第１及び第２複合部分の形成が含まれる。複合スプライス部材が形成され、第１及び第２複合部分の間のスプライスジョイントを形成する。スプライス部材は第１及び第２複合部分に接着される。スプライス部材の接着には、プレス機を使用してジョイントに局所的に熱及び圧力を加えることを含むことができる。接着は、膨張式加圧空気袋を使用して、ジョイントを加熱しながら、プレス機内部でジョイントに圧力をかけることによって行うことができる。
【０００８】
別の実施形態によると、複合パーツを硬化する装置は、開いたパーツ挿入位置と閉じたパーツ硬化位置との間で相対的に移動可能な第１プラットフォーム及び第２プラットフォーム；パーツを当接させて圧力をかけることができるツールを備えている。このツールは第１プラットフォームによって支持されている。少なくとも第１空気袋は、パーツをツールに当接させて圧力をかけるために加圧され第２プラットフォームによって支持されるよう構成されている。ツールを加熱するための手段が提供されている。第１及び第２プラットフォームは別々に移動可能である。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態によると、複合構造部材の複合部分を連結させるための装置が提供されている。本装置は、複合スプライス部材を、２つの細長い複合部分の隣接する端部間のジョイント上に接着させる接着機と、複合部分の端部と端部を合わせた形で支持する、接着機の反対側にあるジグを含む。
【００１０】
本方法の更に別の実施形態によると、２つの細長い複合部分の連結は、複合部分を位置合わせした、端部と端部を合わせた形に支持するステップを含む。複合部分の隣接した端部をプレス機内部に挿入する。未硬化のスプライス部材を複合部分の隣接した端部上に配置することによって複合部分の間にジョイントが形成される。プレス機を閉めて、プレス機を使用してジョイントを加熱及び加圧することにより、複合部分の端部にスプライス部材を接着させる。
【００１１】
別の実施形態によると、パーツを形成する加熱ツールアセンブリは、パーツをその間で形成することができる第１ツール及び第２ツールを備えている。媒質を加熱するヒーター、加熱された媒質に吹き付けるブロワー、加熱された媒質を第１ツール上で方向付けするための複数のノズル、及びブロワーとノズルの間に係合されたプレナムを含む、第１ツールを加熱する手段が提供されている。
【００１２】
実施形態１ 第１複合部分と、
第２複合部分と、
少なくとも部分的に重なり合い、第１及び第２複合部分を相互に接合させる複合スプライス部材
を備える、複合構造部材。
実施形態２ 第１及び第２複合部分のそれぞれが、
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
から成るグループから選択された形状の断面を有する、実施形態１の複合構造。
【００１３】
実施形態３ スプライス部材が、スプライス部材の断面に対して横方向に延びたほぼＶ字形状の長手部分を含む、実施形態２の複合構造。
実施形態４ 第１および第２複合部分が、違う方向に延びて、ある角度をなしており、
複合スプライス部材が、それぞれ重なり合い且つ第１及び第２複合部分に連結された第１及び第２部分を含む、
実施形態１の複合構造。
【００１４】
実施形態５ 複合スプライス部材が、第１及び第２複合部分の間にほぼＶ字形状のジョイントを形成する、実施形態１の複合構造。
実施形態６ ほぼＶ字形状のジョイントが、
複合スプライス部材と第１複合部分との間の第１スカーフジョイントと、
複合スプライス部材と第２複合部分との間の第２スカーフジョイント
を含む、実施形態５の複合構造。
【００１５】
実施形態７ 第１及び第２複合部分が、航空機の連続スパー、連続梁、連続ストリンガー、又は連続フレームのうちの一つを形成し、
スプライス部材が第１及び第２複合部分に接着されている、
実施形態１の複合構造。
実施形態８ 実施形態１の複合構造部材を含む機体を備える航空機。
【００１６】
実施形態９ 複合構造部材を翼アセンブリ内に挿入組立てし、翼アセンブリが機体の一構造要素を形成するステップを含む、実施形態８の機体を製造する方法。
実施形態１０ 請求項１による少なくとも一つの複合構造部材で航空機を組み立てるステップを含む、実施形態８の航空機を製造する方法。
【００１７】
実施形態１１ 第１及び第２複合部分が、
スパー、
梁、
ストリンガー、及び
フレーム
から成るグループから選択される連続パーツを形成する、実施形態１の複合構造。
実施形態１２ 連続パーツが、
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
から成るグループから選択された形状の断面を有する、実施形態１１の複合構造。
【００１８】
実施形態１３ 第１複合部分を形成し、
第２複合部分を形成し、
複合スプライス部材を形成し、
複合スプライス部材を第１及び第２複合部分に接着して、第１及び第２複合部分の間にスプライスジョイントを形成するステップ
を含む、複合構造部材を作製する方法。
実施形態１４ 第１複合部分を形成するステップが、複合材料の第１積層体を形成し、第１積層体を硬化させるステップを含み、
第２複合部分を形成するステップが、複合材料の第２積層体を形成し、第２積層体を硬化させるステップを含み、
複合スプライス部材を形成するステップが、複合材料の第３積層体を形成するステップを含み、
スプライス部材を接着するステップが、第３積層体を第１及び第２複合部分の上に置き、第３積層体を硬化させるステップを含む、
実施形態１３の方法。
【００１９】
実施形態１５ スプライス部材を接着するステップが、プレス機を使ってジョイントを局所的に加熱及び加圧するステップを含む、実施形態１３の方法。
実施形態１６ 第１積層体を形成するステップが、第１積層体の縁に沿って第１傾斜部を形成するステップを含み、
第２積層体を形成するステップが、第２積層体の縁に沿って第２傾斜部を形成するステップを含み、
第３積層体を形成するステップが、第３積層体が第１及び第２複合部分上に配置されたときに、第１及び第２傾斜部にそれぞれ重なり合うように第３及び第４傾斜部を形成するステップを含む、
実施形態１４の方法。
【００２０】
実施形態１７ スプライス部材を接着するステップが、
マンドレルを準備し、
マンドレルの上にジョイントを配置し、
ジョイントの上に真空バッグを配置し、
真空バッグを使用してジョイントに圧力をかける
ステップを含む、実施形態１３の方法。
実施形態１８ スプライス部材を接着するステップが、
加圧空気袋を使用してジョイントを加圧し、
空気袋によってジョイントを加圧しながらジョイントを加熱する
ステップを含む、実施形態１３の方法。
【００２１】
実施形態１９ 空気袋を使用して加圧するステップが、プレス機内部で行われる、実施形態１８の方法。
実施形態２０ 実施形態１３の方法で作られた複合構造部材。
【００２２】
実施形態２１ 第１及び第２複合部分のそれぞれが、
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
から成るグループから選択された形状の断面を有する、実施形態１３の方法によって作製される複合構造部材。
実施形態２２ それぞれの複合部分が、
スパー、
梁、
ストリンガー、及び
フレーム
から成るグループから選択されるうちの一つである、実施形態１３の方法。
【００２３】
実施形態２３ 開いた位置と閉じた位置の間で相対的に移動可能な第１プラットフォーム及び第２プラットフォームと、
パーツを当接させて圧力をかけることができ、且つ第１プラットフォームによって支持されるツールと、
加圧され、パーツをツールに当接させて圧力をかけるために第２プラットフォームによって支持されるように構成された少なくとも一つの第１空気袋と、
ツールを加熱する手段
を備える、複合パーツを硬化させる装置。
実施形態２４ 第１及び第２プラットフォームのそれぞれが移動可能である、実施形態２３の装置。
【００２４】
実施形態２５ パーツに向かって、及びパーツから離れるようにほぼ水平の直線運動を行うために、第１プラットフォーム上にツールを取り付ける第１手段と、
パーツに向かって、及びパーツから離れるように直線運動を行うために、第２プラットフォーム上に第１空気袋を取り付ける第２手段
をさらに備える、実施形態２３の装置。
実施形態２６ 第２プラットフォーム上に取り外し可能に取り付けられたフレームを更に備え、
第１空気袋がフレームに取付けられ、フレームに沿って第２プラットフォームから取り外し可能である、
実施形態２３の装置。
【００２５】
実施形態２７ 加熱手段が、
ツールを加熱するために第１プラットフォーム上に取り付けられた第１加熱システムと、
パーツを加熱するために第２プラットフォーム上に取り付けられた第２加熱システム
を含む、実施形態２３の装置。
実施形態２８ 第１加熱システムが、
熱源と、
ブロワーと、
加熱された媒質を送るためにブロワーと熱源に係合されたダクトと、
加熱された媒質をツール上に方向付けするためにダクトに係合されたノズル
を備える、実施形態２７の装置。
【００２６】
実施形態２９ ツールを加熱する手段が、空気袋を囲む断熱材を含む、実施形態２３の装置。
実施形態３０ ダクトが、加熱された媒質をツールから離れるように送る再循環媒質ダクトを含み、
第１加熱システムが、
冷却媒質供給源と、
冷却媒質をツールに選択的に送ってパーツを冷却するために、再循環媒質ダクトと、冷却媒質供給源に係合された弁
をさらに含む、実施形態２８の装置。
【００２７】
実施形態３１ 媒質が
空気、及び
オイル
のうちの一つである、実施形態２８の装置。
実施形態３２ 複合スプライス部材を、２つの複合部分の隣接する端部の間のジョイントに接着させる接着機と、
複合部分を端部と端部を合わせた形で支持するための、接着機の反対側にあるジグ
を備える、複合構造部材の細長い複合部分を接合させる装置。
【００２８】
実施形態３３ 接着機が、マンドレルと、接着機内部において複合部分の端部を所望の配置に維持するために、マンドレルを複合部分に接続させる配置ピンを含む、実施形態３２の装置。
実施形態３４ ジグが、複合部分をその長さに沿って支持し、スプライス部材が複合部分の間のジョイント上に接着されるときに、複合部分を所望の配置に維持するように構成されている、実施形態３２の装置。
【００２９】
実施形態３５ 接着機が、
スプライス部材を硬化させるために、ジョイントを加熱する手段と、
硬化中に動かないように複合部分を保持する手段
を備える、実施形態３２の装置。
実施形態３６ 複合部分を保持する手段が、ジョイントをまたがり、複合部分の隣接する端部を相互に締め付けする一対のプレートを含む、実施形態３５の装置。
【００３０】
実施形態３７ 複合部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に支持し、
複合部分の隣接した端部をプレス機内に挿入し、
未硬化のスプライス部材を複合部分の隣接した端部の上に置くことにより、複合部分間にジョイントを形成し、
プレス機を閉じ、
プレス機を使用してジョイントを局所的に加熱及び加圧することにより、複合部分の端部にスプライス部材を接着させる
ステップを含む、２つの細長い複合部分を連結する方法。
実施形態３８ 複合部分を支持するステップが、
ジグをプレス機の反対側に位置づけし、
スプライス部材が複合部分の端部に接着されている間に、複合部分をジグ内に保持する
ステップを含む、実施形態３７の方法。
【００３１】
実施形態３９ スプライス部材を接着するステップが、
スプライス部材の上に真空バッグを置き、
真空バッグに真空をかけることによってスプライス部材を加圧する
ステップを含む、実施形態３８の方法。
実施形態４０ スプライス部材を接着するステップが、
加圧空気袋をプレス機内のスプライス部材と真空バッグ上に位置づけし、
空気袋を加圧することにより、スプライス部材に圧力をかける
ステップを含む、実施形態３７の方法。
【００３２】
実施形態４１ ジョイントを形成するステップが、スプライス部材と複合部分の端部をマンドレル上に置くステップを含み、
ジョイントを加熱するステップが、高温の媒質をマンドレル上に方向付けするステップを含む、
実施形態３７の方法。
実施形態４２ ジョイントを加熱するステップが、
マンドレル上に方向付けされた媒質を再循環させ、
媒質が再循環している間に媒質を加熱する
ステップを含む、実施形態４１の方法。
【００３３】
実施形態４３ 複合部分が、
床梁、
スパー、
フレーム、並びに、
ストリンガー
のうちの一つを形成する、実施形態３７の方法。
実施形態４４ その間でパーツを形成することができる第１ツール及び第２ツールと、
第１ツールを加熱する手段であって、
媒質を加熱するためのヒーターと、
加熱された媒質を吹き付けるブロワーと、
加熱された媒質を第１ツール上に方向付けするための複数のノズルと、
ブロワー及びノズルの間に係合されたプレナム
を備える手段
を備える、パーツを形成するための加熱されたツールアセンブリ。
【００３４】
実施形態４５ プレナムが、媒質流入口と、第１ツール上の異なった区域に媒質を方向付けするように空間的に構成された複数の媒質流出口を有するマニホルドを備える、実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
実施形態４６ 各ノズルが、加熱された媒質がこれを通って第１ツール上に流れることができる穿孔要素を備える、実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
【００３５】
実施形態４７ 第１ツールがほぼ空洞の側面を有するマンドレルであり、
ノズルが、マンドレルの空洞の側面内に延びている、
実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
実施形態４８ 第２ツールが、
パーツを形成するためのツール表面と、
ツール表面から熱が逃げるのを抑えるための断熱材
を備える、実施形態４４の加熱されたツールアセンブリ。
【００３６】
実施形態４９ 第１硬化複合スパー部分を形成し、
第２硬化複合スパー部分を形成し、
第１及び第２スパー部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に保持し、
未硬化の複合スプライス部材を、整列したスパー部分の端部間のジョイント上に挿入し、整列したスパー部分の端部とスプライス部材をプレス機内に挿入し、
スプライス部材の上に真空バッグを置き、
プレス機を閉じ、
真空バッグに真空をかけ、
加圧空気袋を使用してスプライス部材を加圧して、スプライス部材をツールに当接して押し付け、
ツールとスプライス部材を加熱してスプライス部材を硬化させ、
スプライス部材が硬化された後でプレス機を開け、
プレス機から連続翼スパーを取り出す
ステップを含む、複合部分を接合して連続翼スパーを作製する方法。
実施形態５０ 第１硬化複合ストリンガー部分を形成し、
第２硬化複合ストリンガー部分を形成し、
第１及び第２ストリンガー部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に保持し、
未硬化の複合スプライス部材を、整列したストリンガー部分の端部間のジョイント上に挿入し、
整列したストリンガー部分の端部とスプライス部材をプレス機内に挿入し、
スプライス部材の上に真空バッグを置き、
プレス機を閉じ、
真空バッグに真空をかけ、
加圧空気袋を使用してスプライス部材を加圧して、スプライス部材をツールに当接して押し付け、
ツールとスプライス部材を加熱してスプライス部材を硬化させ、
スプライス部材が硬化された後でプレス機を開け、
プレス機から連続複合ストリンガーを取り出す
ステップを含む、複合部分を接合して連続複合ストリンガーを作製する方法。
【００３７】
実施形態５１ ツールタワーと、
ツールと、
ツールをツールタワー上に取り外し可能に取り付ける手段と、
ツールを加熱及び冷却するためのツールタワー上のモジュール式加熱及び冷却システムと、
加圧タワーと、
加圧タワー上の加圧空気袋と、
加圧空気袋を加圧して、フレーム部分の端部間のスプライスジョイントに圧力を印加する手段と、
相互に向かう及び相互から離れる動きを行うために、ツールタワーと加圧タワーを取り付ける手段と、
接合作業中にツールタワーと加圧タワーを互いに固定する固定システムと、
フレーム部分を、整列した、端部と端部を合わせた形に支持し、スプライスジョイントをツールと加圧空気袋の間に保持するジグ
を備える、複合フレーム部分を接合させて連続複合フレームを形成する装置。
【００３８】
本発明の実施形態により、金属製スプライスプレートの必要性を除去し、接着されたジョイントをオートクレーブ内部で硬化させる必要のない、２つの複合部分間に構造的接着を形成する方法及び装置の必要が満たされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は複合部分を連結して連続構造部材を形成する装置の広範のブロック図である。
【図２】図２は図１に示す２つの複合部分間のスプライスジョイントの正面図である。
【図３】図３は図２の線３−３に沿って切り取った断面図である。
【図４】図４は図２の線４−４に沿って切り取った断面図である。
【図５】図５は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図６】図６は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図７】図７は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図８】図８は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図９】図９は他のタイプの構造部材の形状を示す断面図である。
【図１０】図１０は図３において「Ｂ」で指定される領域の断面図である。
【図１１】図１１は複合部分を構造的に接着する方法を示す簡略化したフロー図である。
【図１２】図１２は複合部分を構造的に接着する装置において使用される制御システムを示すブロック図である。
【図１３】図１３は複合部分を構造的に接着する装置の機能ブロック図である。
【図１４】図１４は開いた位置にある接着機のブロック図である。
【図１５】図１５は図１４に示す接着機の斜視図である。
【図１６】図１６は閉じた位置にある接着機を示す別のブロック図である。
【図１７】図１７は加圧空気袋のブロック図である。
【図１８】図１８は接着機への真空バッグとスプライス部材の取り付けを示すブロック図である。
【図１９】図１９は硬化プロセス中に複合部分を保持するのに使用される一対のホールドダウンプレートを示すブロック図である。
【図２０】図２０はマンドレルと空気袋を加熱するのに使用される加熱システムを示すブロック概略図である。
【図２１】図２１は接着機の一部を形成する制御システムの構成要素を示すブロック図である。
【図２２】図２２はツールタワーの代替形態を示す図であり、モジュール式の加熱／冷却システムを図示している。
【図２３】図２３は図２２に示すモジュール式加熱／冷却システムの追加の構成要素を示すブロック図である。
【図２４】図２４はマンドレルアセンブリとモジュール式加熱及び冷却システムの間の接続部を示すブロック図である。
【図２５】図２５はモジュール式加熱及び冷却システムの一部を形成する誘導弁のブロック図であり、ここで弁は加熱モードに切り替えられている。
【図２６】図２６は図２５と同様のブロック図であるが、弁が冷却モードに切り替えられた状態を示している。
【図２７】図２７はマンドレルアセンブリの構成要素を示すブロック図である。
【図２８】図２８はマンドレルアセンブリの追加の構成要素を示す別のブロック図である。
【図２９】図２９はスパー部分の指標として役立つマンドレルの詳細を示すブロック図である。
【図３０】図３０はマンドレル運搬装置のブロック図である。
【図３１】図３１はマンドレルアセンブリの構成要素とマンドレル基部との関係を示すブロック図である。
【図３２】図３２は空気袋とシュラウドアセンブリのブロック図である。
【図３３】図３３は取り外し可能な空気袋及びフレームを示すブロック図である。
【図３４】図３４は双数の加圧空気袋のブロック図である。
【図３５】図３５は複合部分に圧力をかけるための加圧空気袋を示すブロック図である。
【図３６】図３６は硬化中に複合部分を適所に保持するのに役立つフレームの代替形態を示すブロック図である。
【図３７】図３７はツールプラットフォームと関連する移動可能な加圧シュラウドカートを示すブロック図である。
【図３８】図３８は引き込み位置にあるツールプラットフォームを示すブロック図である。
【図３９】図３９は図３８と同様の図であるが、前方位置に移動したツールプラットフォームと、マンドレル運搬装置の取り外し準備のために加熱／冷却システムとの接続を解除したマンドレルアセンブリを示している。
【図４０】図４０は航空機製造及び点検手順のフロー図である。
【図４１】図４１は航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、たとえば複合部分１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ等の細長い複合部分を連結して、例えばこれらに限定しないが、ストリンガー、スパー、またはフレーム等の連続構造部材１０４を形成するのに使用できる通常の製造セル２０８を示している。少なくとも第１複合部分１０４（ａ）及び第２複合部分１０４（ｂ）は、スプライスジョイント１１０を形成する構造接着を使用して、端部と端部を合わせた形で連結される。複合部分１０４〜１０４ｃは複数の整列した接着アセンブリジグ１８４によって支持することができる。接着アセンブリジグ１８４は整列した形で複合部分１０４ａ〜１０４ｃを支持すると同時に、接着ステーション２１０、２１２にそれぞれ位置する接着機１８６の中へ、複合部分１０４ａ〜１０４ｃをその縦軸２６５に沿って引き込むことを可能にする。接着ステーション２１０、２１２は、スプライスジョイント１１０が接着される構造部材１０４の長さに沿って位置している。
【００４１】
図２〜４を参照すると、本発明の実施形態によれば、構造部材１０４は例えば複合部分１０４ａ、１０４ｂ、及び１０４ｃ等の複数の複数部分を、端部と端部を合わせた形でスプライスジョイント１１０を使って連結することにより形成することができる。図３は、ある特定の構造部材１０４の上面図であり、ここでは、第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂがそれぞれたがいにスプライスジョイント１１０において連結され「ねじれ」を形成するか、または「Ａ」を表す角度を形成している。各複合部分１０４ａ〜１０４ｃは、任意のさまざまな断面形状を有する硬化した複合積層体を含むことができるが、下に説明するように、実施形態を示すのに選択された複合部分１０４ａ〜１０４ｃは図４に示すようなＣ字形状の断面を有している。
【００４２】
ここで注記すべきは、図面において特定の構造部材１０４を図示しているが、本発明の実施形態は、複合スプライスジョイント１１０を使用して複合部分をたがいに接着させることにより任意の幅広い種類の細長い構造部材を形成するのに採用することができる。例えば、これらに限定しないが、本発明の実施形態は複合部分、特に細長い部分を接合して、例えば、複合床梁、フレーム、ストリンガーを形成するのに使用することができる。さらに、構造部材は、限定しないが、図５に示すＺ字形状、図６に示すＴ字形状、図７に示すＪ字形状、図８に示す帽子形状、又は図９に示すＩ形状を含む任意の幅広い範囲の断面形状を有することができる。
【００４３】
ここで図２と３を参照すると、隣接する第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂを、複合部分１０４ａ、１０４ｂの断面形状に対応する、ほぼＣ字形状の断面を有する、図４から良くわかる複合スプライス部材１１２を使用して互いに接着させることができる。スプライス部材１１２は、ウェブ１１２ｃによって接続された最上部及び最下部フランジ１１２ａ、１１２ｂを含む。このスプライス部材は図示した実施例において一体型の構造体として示されているが、スプライス部材１１２はある応用形態では２つ以上の部分または区画を含むことができる。複合部分１０４ａ、１０４ｂは非常に小さい角度「Ａ」（図３）を形成し、このスプライス部材１１２は図２に示すように２つの隣接する部分１１４を含み、これら２つの隣接する部分１１４によって、角度「Ａ」とほぼ等しい角度が形成される。図９から良く分かるように、スプライス部材１１２は、隣接する複合部分１０４ａ、１０４ｂとともに、重なり合ったスカーフ型ジョイント１１０を形成している。しかしながらここで注記すべきことは、スカーフジョイントが図示されているが、他のタイプのジョイントを使用して、例えば限定しないが、ラップジョイント、ステップラップジョイント、テーブルスプライスジョイント等を含むスプライスジョイント１１２を形成することができる。
【００４４】
ここで図１０を参照すると、複合部分１０４ａ、１０４ｂはそれぞれ、例えばカーボン繊維エポキシ樹脂等の繊維強化ポリマー樹脂の複数の積層体（図示せず）を含むことができ、これら積層体の外端部１１７は、テーパー型又は傾斜した形状を形成する層が減少する部分（図示せず）を含んでいる。同様に、スプライス部材１１２は、複合部分１０４ａ、１０４ｂの積層体に合わせてそれぞれ配置することができる、繊維強化ポリマー樹脂の複数の積層体（図示せず）で形成することができる。スプライス部材１１２は、ほぼＶ字形状の断面を有し、この断面により、重なり合った、複合部分１０４ａ、１０４ｂの外側の隣接する端部上の対応するテーパー型縁部１１７に接着された、傾いた又は傾斜した表面１１６を画定して、スプライスジョイント１１０を形成する。前述したように、スプライスジョイント１１０を図示したが、応用形態により他のスプライス構成も可能であり得る。
【００４５】
ここで、複合部分１０４ａ〜１０４ｃを構造的に接着する方法のステップをおおまかに図示する図１１に注目する。ステップ１２６で開始し、複合部分１０４ａ〜１０４ｃを適切なツール（図示せず）上に積層し、通常オートクレーブ（図示せず）内で加熱及び加圧することによって、ステップ１２８において個別に硬化する。次にステップ１３０において、接着機１８６（図１）を開けて例えば第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂ等の２つの隣接する複合部分の端部を受ける準備をする。
【００４６】
ステップ１３２において、第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂを接着アセンブリジグ１８４（ＢＡＪ）（図１参照）の中に取り付けて、相対的に配置される。次にステップ１３４において、複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部を接着機１８６の中に引き込む。ステップ１２４においてスプライス部材１１２をツール（図示せず）上に積層して形成した後に、スプライス部材１１２はステップ１３８で示すように、スプライスジョイント１１０の複合部分１０４ａ、１０４ｂ上に配置及び設置される。
【００４７】
ステップ１４０において、真空バッグをスプライス部材１１２を含むスプライス領域上に設置して、次にステップ１４２において、接着機１８６を閉じることができる。未完成（未硬化）のスプライス部材１１２を次に、ステップ１４４に示す一連のステップによって複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部に接着する。ステップ１４６で開始して、真空バッグに真空をかけて、スプライス部材１１２の積層体を部分的に強化する。次にステップ１４８において、バッグ型の加圧空気袋（後に説明する）を加圧して、スプライス部材１１２と複合部分１０４ａ、１０４ｂをマンドレル１９４（図１３）に当接させて圧力をかけることにより、スプライス部材１１２の積層体をさらに強化する。
【００４８】
この時点で、ステップ１５０において熱サイクルが開始され、この熱サイクルでは、複合部分１０４ａ、１０４ｂとスプライス部材１１２が局所的に加熱されて未硬化のスプライス部材１１２を硬化させることにより、スプライス部材１１２を複合部分１０４ａ、１０４ｂに接着してスプライスジョイント１１０を形成する。最後にステップ１５２において、スプライス部材１１２を冷却し、次にステップ１５４において接着機１８６を開けることができる。ステップ１５６では、真空バッグを取り外して次にステップ１５８に示すように、必要に応じてスプライス部材１１２を調整する。こうして得られた接着されたスプライスジョイント１１０の非破壊検査（ＮＤI）をステップ１６０において行うことができ、次に構造部材１０４を接着アセンブリジグ１８４から取り外すことができる。応用形態によっては、完成した構造部材１０４をステップ１６４においてを塗装し密閉することができる。ここで注記すべきことは、ステップ１５８〜１６４を任意の所望の順番に実施することが可能であることである。
【００４９】
図１１に関連して上述した方法の実施形態においては、複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）は、未硬化のスプライス部材１１２がスプライスジョイント１１０に適用される前に硬化される。しかしながら他の実施形態においては、複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の一部のみを、未硬化のスプライス部材１１２がスプライスジョイント１１０に適用される前に硬化することが可能である。例えば、図２に示すように、スプライス部材１１２全域にわたる複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の一部１１５は、スプライス部材２１２がジョイント１１０に適用される際に、未硬化のまたは部分的に硬化された（「段階的な」）状態にあり、その一方で複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の残りの領域が硬化された状態であってよい。この代替実施形態では、複合部分１０４（ａ）、１０４（ｂ）の未硬化部分１１５を、未硬化のスプライス部材１１２と同時に硬化させることができる。
【００５０】
図１２は、接着機１８６の制御システムの構成要素をおおまかに示している。プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）又はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を備えることができるコントローラ１６６は、さまざまなソフトウェアプログラム１７８を使用して、予めプログラムされたやり方で制御機能を自動的に実施することができる。オペレータ制御及び表示１８０により、オペレータがソフトウェアプログラム１７８にアクセスしてコントローラ１６６とのインターフェースを形成することが可能になり、プロセス情報の設定及び表示の調節ができるようになる。ある場合には、コントローラ１６６を接着アセンブリジグ１８４（図１）に係合させて、長い複合部分１０４ａ、１０４ｂの位置を互いに相対的に感知する又は制御することが可能である。
【００５１】
コントローラ１６６は、加熱／冷却システム１９２、１９６、空気袋による加圧１７４、及び真空バッグ１７６を含む、接着機１８６上のさまざまな構成要素及びシステムを制御することができる。接着機１８６は、後に説明する多種多様のセンサ１８２を備えることができ、このセンサ１８２により、例えば温度及び圧力等の信号がコントローラ１６６に送られる。
【００５２】
図１３は、第１のツールプラットフォーム１８８と第２の圧力プラットフォーム１９０を概して備える接着機１８６の機能ブロック図である。プラットフォーム１８８、１９０は、誘導部位２０４によって滑動又は回転運動を行うために共通基部２０２上に取り付けることができ、プラットフォーム１８８、１９０は互いに向かって及び離れるように直線水平運動を行う。後述するように、プラットフォーム１８８、１９０は図１３に示す開いた位置から閉じた位置（図１６及び２１）まで移動することができ、この位置において、スプライス部材１１２及び組み立てられた複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部を含むスプライス領域を接着アセンブリジグ１８４で支持しながら、熱及び圧力が局所的に印加される。この局所的に加えられた熱および圧力によりスプライス部材１１２が複合部分１０４ａ、１０４ｂに構造的に接着されて接着スプライスジョイント１１０が形成される。プラットフォーム１８８、１９０を引き寄せ及びロック手段２０６を使用してプラットフォームの閉鎖位置に引き寄せてロックすることができる。ツールプラットフォーム１８８は、センサ１８２、加熱／冷却システム１９２及びマンドレル１９４を含むことができる。同様に、加圧プラットフォーム１９０は、センサ１８２、加熱／冷却システム１９６、加圧空気袋１９８及び、真空バッグ処理及び空気袋１９８の加圧に使用されるポンプ２００を含むことができる。
【００５３】
ここで、接着機１８６の更なる詳細を図示する図１３〜１５に注目する。接着機１８６は大まかに、ツールタワー２３５と加圧タワー２４５を含み、ツールタワー２３５と加圧タワー２４５の間に、組み立てられたスプライス部材１１２と複合部分１０４ａ、１０４ｂを構造的に接着して接着スプライスジョイント１１０を形成することができる。ツールタワー２３５は、任意の好適な手段によって基部２０２上において直線の水平運動を行うために取り付けられたツールプラットフォーム１８８を含んでいる。図示した実施例においては、プラットフォーム１８８は走路２２０によって誘導される脚部２０４を含む。マンドレル１９４を含むことができるツールは、次にプラテン板２１４に固定されるマンドレル基部２１５の上に取り付けられる。プラテン板２１４はツールプラットフォーム１８８上に支持される。マンドレル基部２１５はロックレバー２２５の一連の手段によってプラテン板２１４から開放可能であることにより、マンドレル１９４を簡単に取り外す及び／または交換することが可能になる。
【００５４】
加圧タワー２４５は加圧プラットフォーム１９０を含み、加圧プラットフォーム２４５もまた、走路２２０と係合する脚部２０４を有している。膨張可能な加圧空気袋１９８は、シュラウド２２４に固定されるフレーム１９９に保持される。シュラウド２２４はそして、加圧プラットフォーム１９０上に取り付けられたプラテン板２２２に固定される。加熱／冷却システム１９２、１９６はそれぞれ、マンドレル１９４を加熱及び冷却するために移動するプラットフォーム１８８、１９０上、および加圧空気袋１９８を囲む領域に取り付けられている。外部被覆２２６、２２８を使用して、ツール及び加圧タワー２３５、２４５それぞれの構成要素を保護的に囲むことができる。電動のまたは他の形態のモータ（図示せず）を使用して、プラットフォーム１８８、１９０を駆動して図１３及び１４に示すように開いた、パーツ挿入／取出し位置と、図１６に示すように閉じた、パーツ硬化位置の間を走路２２０に沿って移動させることができる。引棒２２１（図１４）をタワー２３５、２４５の間に接続して、プラットフォーム１８８、１９０を最終的な閉鎖位置に引くのに使用することができる。ロックアーム２１８を使用してプラットフォーム１８８、１９０をその閉鎖位置にともにロックすることができる。
【００５５】
特に図１７を参照すると、加圧空気袋１９８はマンドレル１９４の形状と同じ、ほぼＣ字形状である断面を有することができる。空気袋１９８は、たとえば限定しないがシリコンゴム等の特定の応用形態での熱及び圧力に耐えることができる任意の好適な材料でできていてよい。流体調整具２３２により、気体または液体であってよい加圧された流体の空気袋１９８への流出入が可能になる。
【００５６】
接着作業準備のために、接着機１８６の準備及び閉鎖のステップを示す図１７をここで注目する。最初にスプライス部材１１２を、前述した接着アセンブリジグ１８４によって工学的に規定された空間に保持される複合部分１０４ａ、１０４ｂの間のジョイント１１０上に置く。次に、接着機１８６を開けたまま、スプライス部材１１２上で真空バッグ２３４を設置する。スプライス部材１１２と真空バッグ２３４の両方は、ジョイント１１０の両側の積層体（図示せず）を含むことができる複合部分１０４ａ、１０４ｂの厚さいっぱいに延在している。スプライス部材１１２及び真空バッグ２３４が設置された状態で、プラットフォーム１８８、１９０を相互に向けて移動させることにより接着機１８６を閉じる。前述したように、必要に応じて引棒２２１（図１４）を使用して、ロックアーム２１８（図１５）を回転させてマンドレル１９４の位置を加圧空気袋のシュラウド２２４に相対的にロックすることができるまで、プラットフォーム１８８、１９０を一緒に引くことができる。
【００５７】
ここで図１９を参照すると、複合部分１０４ａ、１０４ｂが局所的に加熱される硬化プロセス中に、複合部分１０４ａ、１０４ｂをその縦軸２６５に沿って移動させることが可能である。最終的な組立要件を満たすために、スプライスジョイント１１０の全長に及び、複合部分１０４ａ、１０４ｂの隣接する端部を互いに固定する、一対のホールドダウンプレート２３６を使用して複合部分１０４ａ、１０４ｂを保持することによって、この動きを実質的に減らすことができる。ホールドダウンプレート２３６を、複合部分１０４ａ、１０４ｂの最上部および最下部上の摩擦性の過剰な縁部（図示せず）に、スプライスジョイント１１０と重なり合い、複合部分１０４ａ、１０４ｂを堅く接続させるように固定することができる。
【００５８】
ここで、加熱／冷却システム１９２、１９６（図１４）の更なる詳細を示す図２０に注目し、この加熱／冷却システム１９２、１９６は、スプライスジョイント１１０の領域をスプライス部材１１２が硬化するのに十分な温度に加熱するのに使用され、そして次に硬化後のスプライス部材１１２が冷却される。ツールタワー２３５の側部において、加熱要素２１６により媒質が加熱され、この媒質は供給ダクト２３８を通ってマニホルド２４０まで送られ、マニホルド２４０により加熱された媒質が分配ダクト２４２に送られる。分配ダクト２４２から加熱された媒質がノズル２４４に供給され、ノズル２４４により片側が空洞になっているマンドレル１９４の内面に加熱された媒質が送られる。本明細書に使用されるように、「媒質」及び「加熱された媒質」は、限定しないが、空気及び他の気体だけでなく、オイルを含む流体を含むさまざまな流動性媒質を意味している。たとえば限定しないが、誘導加熱等の他の形態の加熱方法も利用可能である。
【００５９】
加圧タワー２４５の片側において、加熱要素２３０により媒質が加熱され、加熱された媒質は供給ダクト２４６を通ってマニホルド２４８まで送られ、マニホルド２４８は高温の媒体を分配ダクト２５０に送る。分配ダクト２５０から高温の媒質がノズル２５２に送られ、ノズル２５２により加圧空気袋１９８を囲む領域と、スプライス部材１１２の外側モールドライン（ＯＭＬ）に媒質が送られる。
【００６０】
図２１は、加熱／冷却システム１９２、１９６の追加の構成要素だけでなく、例えば真空バッグ制御機器２７４及び空気袋圧力制御機器２８２等の他のシステムを図示している。周囲媒質は加熱要素２１６を通って引き込まれ、マニホルド２４０によってノズル２４４に分配されてマンドレル１９４を加熱する。加熱要素２１６は、一つには、真空バッグ圧力センサ２９５、マンドレルヒータ媒質温度センサ２７７、マンドレル経過温度センサ２６２、及びマンドレル制御温度２６４から受信したデータに基づいて加熱制御機器２７２によって制御される。真空バッグ２３４（図１８）内部の真空は真空バッグ制御機器２７４によって制御される。
【００６１】
圧力タワー２４５の側では、周囲媒質は加熱要素２３０を通って高温媒質マニホルド２４８まで引き入れられ、高温媒質マニホルド２４８によって高温媒質がノズル２４４に分配される。加圧空気袋１９８に加えられる圧力は、加熱制御機器２７６に圧力データを送る圧力センサ２９７を備える圧力制御機器２８２によって制御される。ヒータ２３０を通って流れる媒質はさらに、圧力制御温度センサ２６６と圧力ヒータ温度センサ３０１によって測定されるデータに基づいて、制御機器２７６によって制御することができる。
【００６２】
ここで、ツールタワー２３５の代替実施形態を図示する図２２に注目する。この実施例では、内蔵式のモジュール型加熱／冷却システム２８４が移動するプラットフォーム２８８上のレール（図示せず）によって支持されている。プラットフォーム２８８は持ち運び可能な基部２９０の上で直線的に動かすことができる。マンドレル１９４は、マンドレル運搬装置２８６の上に取り外し可能に支持されるマンドレル基部３４２に固定されている。マンドレル運搬装置２８６はプラットフォーム２８８の最上部に位置する支持材３５７上に取り外し可能に取り付けられている。このため、マンドレル運搬装置２８６はプラットフォーム２８８から簡単に取り外すことができ、マンドレル１９４はマンドレル基部３４２とともにマンドレル運搬装置２８６から取り外すことができる。加熱／冷却システム２８４は、後に説明する媒質供給及び戻りダクト（図２２には図示せず）を備え、このダクトは開放可能な接続部３２７によってマンドレル１９４に開放可能に係合されている。
【００６３】
図２２〜２５に加熱／冷却システム２８４のさらなる詳細を示す。ブロワー駆動モーター３２５によりブロワー２９４が駆動し、媒質を加熱要素２１６を通して送り出し、媒質はダクト２９６を通って一対の高温媒質供給ダクト３１４、３１６へ送られる。高温媒質供給ダクト３１４、３１６はそれぞれ、マンドレル基部３４２の後部を通って、流入口接続部３２６、３２８（図２５）に係合される。流入口接続部３２６、３２８を通って供給された高温媒質は、下記のさらなる詳細において後に説明するノズルプレナムアセンブリ３００（図２４）まで送ることが可能である。ノズルプレナムアセンブリ３００から戻ってきた媒質は、再循環媒質流入口接続部３３０を通り、再循環ダクト３１８を通って誘導弁３２２へ送られる。
【００６４】
図２４は、ノズルプレナムアセンブリ３００をさらに詳細に示す図である。ノズルプレナムアセンブリ３００はマンドレル１９４の後部に固定される。プレナムフレーム３３４には、箱形の穴のあいたノズル３３８が取り付けられている。穴のあいたノズル３３８は、部分的な隔壁１９４ａによって画定されるマンドレル１９４の区画又は区域３３９の中に延びている。各ノズル３３８は締め具（図示せず）でプレナムフレーム３３４に固定されている。媒質流入口接続部３２６、３２８は、プレナムフレーム３３４に固定されたプレート３３１に固定されている。再循環媒質接続部３３０は開口部（図示せず）を含むことができるプレート３３６に取り付けられており、接続部３２６、３２８はこの開口部を通って延びている。流入口接続部３２６、３２８に流入してくる媒質はノズル３３８を通り、ノズルからマンドレル９４の内面上にほぼ均一に送られる。再循環媒質は、接続部３３０及び３２７を通って誘導弁３２２（図２３）に戻る。
【００６５】
図２５〜２６を参照すると、誘導弁３２２は一対のヒンジで連結した弁部材３７８、３８０を備え、弁部材はそれぞれアーム３７４及び３７６によって制御されている。低温媒質流入口３７２を選択的に開けて、低温媒質を弁３２２へ流すことができる。図２６に示す状況では、弁３８０が閉じ、弁３７８が開いて再循環媒質が流入口３２４を通って流入し流出口３７０を通って流出することが可能になり、これにより、熱サイクルにおいて再循環が起こる。弁部材３８０は熱サイクル中に低温媒質流入口３７２を閉鎖する。
【００６６】
図２６は、冷却サイクル中に、低温媒質がマンドレル１９４に送られるときに、誘導弁３２２の状態を示す図である。弁３７８は第２閉鎖位置に移動し、ここで流入口３２４を通って受け入れた再循環媒質を媒質排出口３７５を通して誘導する。弁部材３８０はまた開放位置に移動することによって、低温媒質が流入口３７２を通って流入し、流出口３７０を通ってマンドレル１９４に送られることが可能になる。
【００６７】
ここで、マンドレル１９４と、マンドレル基部３４２のマンドレル運搬装置２８６への取付けの詳細をより良く示す図２６〜３０に注目する。マンドレル運搬装置２８６のピン３５１（図３０）は、マンドレル基部３４２に固定されたブラケット３４６に固定されたソケット３４８（図２７及び２８）内部に収容される。マンドレル基部３４２の後ろ側の位置制限ピン３６３により、マンドレル基部３４２とマンドレル運搬装置２８６の間に第３接触ポイントが設けられる。位置づけピン３６３は、マンドレル運搬装置２８６の停止部３６７（図３０）に係合する。ソケット３４８とピン３５１の間に形成されたボールジョイント接続部により、マンドレル１９４とマンドレル基部３４２が図３０に示すＹ及びＺ軸に沿って拡大することができると同時に、制限ピン３６３により、Ｘ軸に沿った上記動きが抑えられる。マンドレル基部３４２はたわみを最小限に抑えるように設計されており、マンドレル１９４を通して圧力システムの力に反応する。図２９に示すように、マンドレル１９４は、それぞれ保持ピン３５０が装着されたエンドブラケット３５２を含むことができる。保持ピン３５０は、複合部分１０４ａ、１０４ｂを接着プロセス中に整列した状態に維持するために、複合部分１０４ａ、１０４ｂの開口部（図示せず）内部に収容される。
【００６８】
図３１を参照すると、マンドレル１９４は締め具（図示せず）を使ってマンドレル基部３４２に固定されている。断熱シート３５８は、間隔をおいて配置された熱障壁３６４とともに、マンドレル１９４をマンドレル基部３４２から防護するために、マンドレル１９４とマンドレル基部３４２の間に挟まれている。
【００６９】
図３１は、硬化プロセス中にスプライスジョイント１１０（図１０）の領域で熱を保持しやすくする機能を持つ空気袋１９８を囲む断熱材３６６の使用を示す図である。この実施形態においては、スプライス部材１１２（図１０）の硬化に要する熱は、図２３に関連して前述した加熱システム２８４を使用してツール側（図１５のツールタワー２３５）からのみ供給することができる。ある応用形態においては、任意のヒータ要素（図示せず）を空気袋１９８とこれを囲む断熱材３６６の間に設置することが必要又は望ましい場合がある。
【００７０】
ここで図３３を参照すると、取り外し可能な空気袋アセンブリ３８２は膨張可能な空気袋１９８を含んでいる。空気袋１９８の縁部を、半柔軟性材料でできていてよい半剛性フレーム１９９に固定することができる。空気袋フレーム１９９は、一連の保持器３８６によって空気袋シュラウド２２４の中に開放可能に保持されており、この保持器はフレーム１９９をスナップ式に保持しているため、空気袋アセンブリ３８２を簡単に取り外す及び／又は交換することができる。
【００７１】
空気袋１９８は単一の空気袋であってよく、又は図３３及び３４に示す種類の重複した二重空気袋を含むことができる。空気袋フレーム保持器３８６は空気袋シュラウド２２４に固定され、ほぼ円形の断面を有することができる。空気袋フレーム１９９は、例えば強化シリコン等の半剛性材料でできていてよく、保持器３８６をスナップ式に受けるその外周に沿って円形の溝（図示せず）を含むことができる。第１空気袋１９８が漏れた時の予備のために、第２の膨張可能な内側空気袋３９８を、第１の外側空気袋１９８の内部に配置することができる。図３５は、マンドレル１９４から発生する熱を保持するための断熱材３６６の使用を示す図であり、マンドレル１９４では、接着機１８６のツール側のみで熱が供給される。
【００７２】
ここで、図１９に関連して前述したホールドダウンプレート２３６を使用する必要をなくすことができる、空気袋フレーム１９９の代替実施形態を示す図３６に注目する。加圧空気袋１９８は、断熱材３６６とともにシュラウド２２４に支持された空気袋フレーム１９９に取り付けられている。空気袋１９８は、空気袋１９８とマンドレル１９４との間に拘束された複合部分１０４ａに当接して位置している。フレーム１９９は、複合部分１０４ａに重なり、これに当接して位置する部分３９４を含む剛性フランジ３５５を有している。フランジ３５５により固定がしやすくなり、複合部分１０４ａに対して十分な力を加えて複合部分１０４ａが動かないように押さえつけることが可能になり、ホールドダウンプレート２３６の必要性が除去される。
【００７３】
ここで、マンドレル１９４に相対的にシュラウド２２４を位置づけするためのシュラウドカート３８８の使用を図示する図３７を注目する。シュラウドカート３８８は作業箇所に手動で配置する。作業する高さまで持ち上げた後に、シュラウドカートをマンドレル１９４に向かって移動させる。カート３８８はローラ（図示せず）に取り付けられた持ち運び可能な基部３９０と、アクチュエータピストン３９１によって駆動されるリフト機構３８８を備えている。リフト機構３８８は、シュラウド２２４を所望の高さまで持ち上げるのに使用することができ、その一方で持ち運び可能な基部３９０を、接着作業の準備のために、図３７に示す位置にシュラウド２２４を移動するのに使用することができる。リフト機構３８８は、複合部分１０４ａ、１０４ｂ又はマンドレル１９４に負荷を加えることなく、シュラウドの位置に微妙に調節可能なように柔軟であってよい。シュラウド２２４及びプラットフォーム２８８上の位置決めデバイス３９２ａ、３９２ｂは、シュラウドがその閉鎖位置に移動したときに、シュラウド２２４及びマンドレル１９４が確実に互いに整列した関係にあることができるようにするためである。
【００７４】
図３８及び３９は、マンドレルアセンブリと加熱システム２８４のモジュール性を示す図である。図３８に示すように、プラットフォーム２８８は引き込み位置にあり、マンドレル１９４は加熱システム２８４に係合されている。マンドレル１９４を取り外す及び／又は交換するには、図３９に示すように、プラットフォーム２８８を基部２９０上の前方位置に移動する。その後、加熱システム２８４を開放可能な接続部３２７を使用してマンドレル１９４との接続から解除することができる。
【００７５】
本発明の実施形態は、様々な可能性のある応用形態、特に例えば航空宇宙、海洋、及び自動車への応用形態を含む運送業において使用することができる。したがって、ここで図４０及び４１を参照すると、本発明の実施形態は図４０に示すような航空機の製造及び就航方法４００及び図４１に示すような航空機４０２において、使用可能である。試作段階においては、例示の方法４００は航空機４０２の仕様及び設計４０４と、材料調達４０６を含むことができる。製造段階においては、航空機４０２の部品及びサブアセンブリの製造４０８と、システム統合４１０がおこなわれる。そのあとに、航空機４０２は、検査及び納入４１２を経て就航４１４される。顧客によって就航されている間、航空機２１２には所定の保守及び点検４１６（変更、再構成、改装も含むことができる）が予定される。
【００７６】
本方法４００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客等）によって行う又は実施することができる。この説明のために、システムインテグレータは限定しないが、任意の数の航空機メーカー、及び主要システムの下請け業者を含むことができ；第三者は限定しないが、任意の数の供給メーカー、下請け業者、及びサプライヤを含むことができ；オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってよい。
【００７７】
図４１に示すように、例示の方法４００で製造された航空機４０２は、複数のシステム４２０と内装４２２を有する機体４１８を備えることができる。高レベルシステム４２０の例は、一以上の推進システム４２４、電気システム４２６、油圧システム４２８、及び環境システム４３０が挙げられる。任意の数の他のシステムを含むことが可能である。航空宇宙での実施例を示したが、本発明の原理は例えば海洋及び自動車産業等の他の産業分野に応用することが可能である。
【００７８】
本明細書に具現化されたシステム及び方法は、任意の一以上の製造及び保守方法４００の段階において採用することができる。例えば、製造プロセス４０８に対応する部品又はサブアセンブリは、航空機４０２が就航している間に製造される部品又はサブアセンブリと同じ方法で加工又は製造することができる。また、一以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、例えば、実質的に組立てしやすくする、又は航空機４０２にかかる費用を削減することによって、製造段階４０８及び４１０において用いることが可能である。同様に、一以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機４０２が就航している間に、例えば限定しないが、保守及び点検４１６に用いることができる。
【００７９】
本発明の実施形態を特定の実例となる実施形態に関連させて説明してきたが、当然ながら特定の実施形態は説明のためであり、限定するものではなく、当業者が他の変形例を発想することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０４ａ 複合部分
１０４ｂ 複合部分
１１０ ジョイント
１１２ スプライス部材
１６６ コントローラ
１８２ センサ
１８４ 接着アセンブリジグ
１８８ プラットフォーム
１９０ プラットフォーム
１９２ 加熱／冷却システム
１９４ マンドレル
１９６ 加熱／冷却システム
１９８ 加圧空気袋
１９９ フレーム
２００ ポンプ
２０２ 基部
２０６ 引き寄せロック手段
２１６ ヒーター
２１８ ロック
２２０ 走路
２２１ 引棒
２２４ 空気袋シュラウド
２２６ シュラウド
２２８ シュラウド
２３０ ヒーター
２３４ 真空バッグ
２３６ ホールドダウンプレート
２８４ 加熱／冷却システム
２８６ マンドレル運搬装置
２８８ プラットフォーム
２９０ 持ち運び可能な基部
２９４ ブロワー
２９６ ダクト
３１６ 供給ダクト
３１８ 再循環ダクト
３２２ 誘導弁
３２５ 駆動モーター
３２７ コネクタ
３４２ マンドレル基部
３５２ ブラケット
３５５ フランジ
３５８ 断熱シート
３６４ 熱障壁
３６６ 断熱材
３８８ リフター
３９０ 基部
３９１ ピストン
３９８ 内側の空気袋
４０２ 航空機
４０４ 仕様及び設計
４０６ 材料調達
４０８ 部品及びサブアセンブリの製造
４１０ システム統合
４１２ 検査及び納入
４１４ 就航
４１６ 保守及び点検
４１８ 機体
４２０ 系統
４２２ 内装
４２４ 推進
４２６ 電気
４２８ 油圧
４３０ 環境
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１複合部分；
第２複合部分；及び
第１及び第２複合部分と少なくとも部分的に重なり、第１及び第２複合部分を互いに接合させる複合スプライス部材
を備える、複合構造部材。
【請求項２】
第１及び第２複合部分がそれぞれ
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
からなるグループから選択される断面を有する、請求項１に記載の複合構造。
【請求項３】
前記スプライス部材が、スプライス部材の断面に対して横方向に延びるほぼＶ字形状の縦断面を含む、請求項２に記載の複合構造。
【請求項４】
第１及び第２複合部分が異なる方向に延びて角度を形成しており、
複合スプライス部材が、第１及び第２複合部分とそれぞれ重なり、且つ第１及び第２複合部分に連結する第１及び第２部分を含む、
請求項１に記載の複合構造。
【請求項５】
複合スプライス部材が、第１及び第２複合部分の間にほぼＶ字形状のジョイントを形成する、請求項１に記載の複合構造。
【請求項６】
ほぼＶ字形状のジョイントが、
複合スプライス部材及び第１複合部分の間の第１スカーフジョイント、及び、
複合スプライス部材及び第２複合部分の間の第２スカーフジョイント
を含む、請求項５に記載の複合構造。
【請求項７】
第１及び第２複合部分が、航空機の連続スパー、連続梁、連続ストリンガー、及び連続フレームの一つを形成し、
スプライス部材が第１及び第２複合部分に接着されている、
請求項１に記載の複合構造。
【請求項８】
第１複合部分を形成するステップ、
第２複合部分を形成するステップ、
複合スプライス部材を形成するステップ、及び
複合スプライス部材を第１及び第２複合部分に接着して、第１及び第２複合部分の間にスプライスジョイントを形成するステップ
を含む、複合構造部材の製造方法。
【請求項９】
第１複合部分を形成するステップが、複合材料の第１積層体を形成するステップ、及び第１積層体を硬化するステップを含み、
第２複合部分を形成するステップが、複合材料の第２積層体を形成するステップ、及び第２積層体を硬化するステップを含み、
複合スプライス部材を形成するステップが、複合材料の第３積層体を形成するステップを含み、
スプライス部材を接着するステップが、第１及び第２複合部分に第３積層体を配置し、第３積層体を硬化するステップを含む、
請求項８の方法。
【請求項１０】
スプライス部材を接着するステップが、ジョイントを局所的に加熱及び加圧するのにプレス機を使用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第１積層体を形成するステップが、第１積層体の縁部に沿って第１傾斜部を形成するステップを含み、
第２積層体を形成するステップが、第２積層体の縁部に沿って第２傾斜部を形成するステップを含み、
第３積層体を形成するステップが、第３積層体を第１及び第２複合部分の上に配置したときに、第１及び第２傾斜部とそれぞれ重なる第３及び第４傾斜部を形成するステップを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
スプライス部材を接着するステップが、
マンドレルを提供するステップ、
マンドレル上にジョイントを配置するステップ、
ジョイント上に真空バッグを配置するするステップ、及び
前記真空バッグを使ってジョイントに圧力を加えるステップ
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
スプライス部材を接着するステップが、
加圧空気袋を使用して、ジョイントに圧力を加えるステップ、及び
前記空気袋によってジョイントに圧力が加えられている間にジョイントを加熱するステップ
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
空気袋を使用して圧力を加えるステップが、プレス機内部で実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１】
第１複合部分；
第２複合部分；及び
第１及び第２複合部分と少なくとも部分的に重なり、第１及び第２複合部分を互いに接合させる複合スプライス部材
を備える、複合構造部材。
【請求項２】
第１及び第２複合部分がそれぞれ
Ｃ字形状、
Ｚ字形状、
Ｊ字形状、
Ｔ字形状、
Ｉ字形状、及び
帽子形
からなるグループから選択される断面を有する、請求項１に記載の複合構造。
【請求項３】
前記スプライス部材が、スプライス部材の断面に対して横方向に延びるほぼＶ字形状の縦断面を含む、請求項２に記載の複合構造。
【請求項４】
第１及び第２複合部分が異なる方向に延びて角度を形成しており、
複合スプライス部材が、第１及び第２複合部分とそれぞれ重なり、且つ第１及び第２複合部分に連結する第１及び第２部分を含む、
請求項１に記載の複合構造。
【請求項５】
複合スプライス部材が、第１及び第２複合部分の間にほぼＶ字形状のジョイントを形成する、請求項１に記載の複合構造。
【請求項６】
ほぼＶ字形状のジョイントが、
複合スプライス部材及び第１複合部分の間の第１スカーフジョイント、及び、
複合スプライス部材及び第２複合部分の間の第２スカーフジョイント
を含む、請求項５に記載の複合構造。
【請求項７】
第１及び第２複合部分が、航空機の連続スパー、連続梁、連続ストリンガー、及び連続フレームの一つを形成し、
スプライス部材が第１及び第２複合部分に接着されている、
請求項１に記載の複合構造。
【請求項８】
第１複合部分を形成するステップ、
第２複合部分を形成するステップ、
複合スプライス部材を形成するステップ、及び
複合スプライス部材を第１及び第２複合部分に接着して、第１及び第２複合部分の間にスプライスジョイントを形成するステップ
を含む、複合構造部材の製造方法。
【請求項９】
第１複合部分を形成するステップが、複合材料の第１積層体を形成するステップ、及び第１積層体を硬化するステップを含み、
第２複合部分を形成するステップが、複合材料の第２積層体を形成するステップ、及び第２積層体を硬化するステップを含み、
複合スプライス部材を形成するステップが、複合材料の第３積層体を形成するステップを含み、
スプライス部材を接着するステップが、第１及び第２複合部分に第３積層体を配置し、第３積層体を硬化するステップを含む、
請求項８の方法。
【請求項１０】
スプライス部材を接着するステップが、ジョイントを局所的に加熱及び加圧するのにプレス機を使用するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第１積層体を形成するステップが、第１積層体の縁部に沿って第１傾斜部を形成するステップを含み、
第２積層体を形成するステップが、第２積層体の縁部に沿って第２傾斜部を形成するステップを含み、
第３積層体を形成するステップが、第３積層体を第１及び第２複合部分の上に配置したときに、第１及び第２傾斜部とそれぞれ重なる第３及び第４傾斜部を形成するステップを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
スプライス部材を接着するステップが、
マンドレルを提供するステップ、
マンドレル上にジョイントを配置するステップ、
ジョイント上に真空バッグを配置するするステップ、及び
前記真空バッグを使ってジョイントに圧力を加えるステップ
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
スプライス部材を接着するステップが、
加圧空気袋を使用して、ジョイントに圧力を加えるステップ、及び
前記空気袋によってジョイントに圧力が加えられている間にジョイントを加熱するステップ
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
空気袋を使用して圧力を加えるステップが、プレス機内部で実施される、請求項８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【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】
【公開番号】特開２０１０−１５０９１１（Ｐ２０１０−１５０９１１Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２５９３７０（Ｐ２００９−２５９３７０）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【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２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５９３７０（Ｐ２００９−２５９３７０）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【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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