特許 7209793 複合材料コンポーネントの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-12

(45)【発行日】2023-01-20

(54)【発明の名称】複合材料コンポーネントの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/42 20060101AFI20230113BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20230113BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20230113BHJP

   B29L 23/00 20060101ALN20230113BHJP

【ＦＩ】

B29C70/42

B29C70/06

B29K105:08

B29L23:00

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021157868

(22)【出願日】2021-09-28

(62)【分割の表示】P 2018552816の分割

【原出願日】2017-03-28

(65)【公開番号】P2022000353

(43)【公開日】2022-01-04

【審査請求日】2021-09-28

(31)【優先権主張番号】1605888.5

(32)【優先日】2016-04-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】590005438

【氏名又は名称】ロールス‐ロイス、パブリック、リミテッド、カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＬＬＳ－ＲＯＹＣＥ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】八田国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】マレンゴ，ジョバンニ アントニオ

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５０４９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０４２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１１４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１５３６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ７０／４２

Ｂ２９Ｃ ７０／０６

Ｂ２９Ｋ １０５／０８

Ｂ２９Ｌ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

本体と一体型フランジとを含む複合材料コンポーネントを製造する方法であって、
本体部（３６）およびフランジ形成部（４０，４２）を有するツール（３２）上に繊維強化材を配置してプリフォーム（２００）を提供し、
前記プリフォーム（２００）は、本体領域（２１０）と前記本体領域（２１０）に連続して長手方向に隣接するフランジ領域（２１２，２１４）とを含み、前記本体領域（２１０）は、前記複合材料コンポーネントの前記本体に対応し、前記フランジ領域（２１２，２１４）は、前記複合材料コンポーネントの前記一体型フランジに対応し、
前記プリフォーム（２００）は、２つの長手方向端部（２２６）の間に長手方向に延在し、
前記プリフォーム（２００）のトレーリングプライ（２０２，２０４）は、前記フランジ領域（２１２，２１４）に最も近い前記長手方向端部（２２６）と対向するプライ端部との間で長手方向に延在し、
前記トレーリングプライ（２０２，２０４）は、前記長手方向に沿った配向を持つように配置されており、
前記プリフォームの前記フランジ領域（２１２，２１４）が変形して前記複合材料コンポーネントの前記一体型フランジを形成するように、前記フランジ形成部（４０，４２）と前記本体部（３６）との間に相対運動を生じさせ、
前記フランジ形成部（４０，４２）と前記本体部（３６）の前記相対運動は、前記トレーリングプライ（２０２，２０４）と前記フランジ形成部（４０，４２）との間に摺動を引き起こし、前記一体型フランジの成形中に前記プリフォームの少なくとも前記フランジ領域（２１２，２１４）に引っ張り力を発生させる、複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項2】

前記トレーリングプライ（２０２，２０４）の対向する前記プライ端部は、前記プリフォームの対向する前記長手方向端部（２２６）と隣接する、請求項１に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項3】

前記繊維強化材は、前記トレーリングプライ（２０２，２０４）が前記本体領域（２１０）と前記フランジ領域（２１２）との間の境界に垂直な向きを有するように配置される、請求項１または請求項２に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項4】

前記繊維強化材は、前記トレーリングプライ（２０２，２０４）が前記ツール（３２）の前記本体部（３６）と前記フランジ形成部（２１２，２１４）との間の境界に対して垂直な向きを有するように配置される、請求項１～３のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項5】

前記フランジ領域（２１２，２１４）は、複数のプライ層に配置された繊維強化材の複数のプライを含み、ベースプライ層は複数の前記プライ層のうち前記ツール（３２）に対して最も近い層であり、
前記繊維強化材は、前記トレーリングプライ（２０２，２０４）が少なくとも部分的に前記ベースプライ層を形成するように配置される、請求項１～４のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項6】

前記フランジ領域（２１２，２１４）は、複数の前記プライ層に配置された複数の繊維強化材のプライを含み、
前記繊維強化材は、前記トレーリングプライ（２０２，２０４）が前記フランジ領域（２１２，２１４）の中間プライ層または前記ツール（３２）から最も遠い前記フランジ領域（２１２，２１４）の最外プライ層を少なくとも部分的に形成するように配置される、請求項１～４のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項7】

前記フランジ領域（２１２，２１４）は、前記本体領域（２１０）から前記フランジ領域（２１８）の対向する外側端部まで延在し、前記トレーリングプライ（２０２，２０４）は、インナープライ端部（２２４）から前記フランジ領域（２１８）の外側端部を越えてプリフォーム（２２６）のそれぞれの長手方向端部まで長手方向に延在する、請求項１～６のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項8】

前記プリフォームの厚さは前記フランジ領域（２１８）の前記外側端部を越えて減少する、請求項７に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項9】

前記トレーリングプライ（２０２，２０４）が、前記フランジ領域（２１８）の前記外側端部を少なくとも２０ｍｍ超えて全体的に縦方向に延在する、請求項７または請求項８に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項10】

前記フランジ領域（２１８）の前記外側端部を越えて延在する少なくとも２つのトレーリングプライ（２０２，２０４，２３２，２３４）を有し、
前記トレーリングプライ（２０２，２０４，２３２，２３４）は、前記フランジ領域（２１８）の前記外側端部を越えた第１の距離だけ延在する第１のトレーリングプライ（２０２，２０４）と、前記フランジ領域（２１８）の前記外側端部を越えて前記第１の距離よりも大きい第２の距離だけ、前記プリフォームの前記長手方向端部（２２６）で終結するように前記第１のトレーリングプライ（２０２，２０４）を越えて延在する第２のトレーリングプライ（２３２，２３４）と、を有し、
前記トレーリングプライ（２０２，２０４，２３２，２３４）の少なくとも一部分はフランジの成形作業中に前記ツールの前記フランジ形成部に対して相対的に摺動する、請求項７～９のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項11】

前記各フランジ領域（２１８）の前記外側端部を越えて延在する前記トレーリングプライ（２０２，２０４）に対応する前記複合材料コンポーネントを除去する工程をさらに含む、請求項７～１０のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項12】

前記複合材料コンポーネントは、前記複合材料コンポーネントの長手方向端部に対向する第１および第２のフランジを有し、
前記ツールは、第１および第２のフランジ形成部（４０，４２）をそれぞれ有し、
前記プリフォームは前記第１および第２のフランジ領域（２１２，２１４）および前記第１および第２のトレーリングプライ（２０２，２０４，２３２，２３４）を有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項13】

前記ツールの前記フランジ形成部（４０，４２）は、前記ツールのレイアップ構成における前記ツールの本体部（３６）のレイアップ面（３８）に連続するレイアップ面（４４，４６）と、前記フランジ形成部の前記レイアップ面（４４，４６，３８）と前記ツールの成形構成における前記ツールの本体部との間に延在する側面（４８，５０）と、を有する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項14】

前記ツールの前記フランジ形成部（４０，４２）と前記本体部（３６）との相対的な移動方向は、前記フランジの範囲に平行である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項15】

前記複合材料コンポーネントは、ガスタービンエンジン（１０）用のケーシング（２４）のように環状または部分的に環状の複合材料コンポーネントであり、
前記ツールの前記本体部（３６）および前記フランジ形成部（４０，４２）は、相対的に半径方向に移動するように構成され、前記フランジは放射状である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の複合材料コンポーネントの製造方法。

【請求項16】

本体と一体型フランジとを有する複合材料コンポーネント用のプリフォーム（２００）であって、
前記プリフォームは、
本体領域（２１０）および前記本体領域（２１０）に連続して長手方向に隣接するフランジ領域（２１２，２１４）を有し、前記本体領域（２１０）は、前記複合材料コンポーネントの前記本体に対応し、前記フランジ領域（２１２，２１４）は、前記複合材料コンポーネントの前記一体型フランジに対応し、
前記プリフォーム（２００）は、２つの長手方向端部（２２６）の間に長手方向に延在し、
前記プリフォームのトレーリングプライ（２０２，２０４）は、前記フランジ領域（２１２，２１４）に最も近い前記長手方向端部（２２６）と対向するプライ端部との間で長手方向に延在し、
前記トレーリングプライ（２０２，２０４）は、前記長手方向に沿った配向を持つように配置されており、
前記プリフォーム（２００）は、本体部（３６）およびフランジ形成部（４０，４２）を有するツール（３２）上に設けられ、
前記プリフォーム（２００）は、成形作業中に前記フランジ形成部（４０，４２）と前記本体部（３６）との間に相対運動が生じるように、前記プリフォーム（２００）の前記フランジ領域（２１２，２１４）が変形して前記フランジを形成し、
前記プリフォーム（２００）は、前記フランジ形成部（４０，４２）と前記本体部（３６）との間に相対運動を生じさせることによって、前記プリフォーム（２００）の前記トレーリングプライ（２０２，２０４）と前記ツールの前記フランジ形成部（４０，４２）との間に摺動を発生させ、前記フランジの成形中に前記プリフォームの少なくとも前記フランジ領域に引っ張り力を生じさせることを特徴とする、プリフォーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、本体と一体型フランジとを有する複合材料コンポーネントを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複合材料は、特定の材料特性の組み合わせを必要とするコンポーネントへの適用が増加している。特に、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）のような複合材料は、高い剛性と軽量性のために、航空宇宙産業および他の産業のコンポーネントに広く使用されている。

【0003】

ガスタービンのケーシング上の環状フランジのようなフランジや翼用のスパーの側部を有するコンポーネントを製造することが頻繁に望まれている。このようなコンポーネントが複合材料から製造される場合、フランジの形成は工学的問題を引き起こす可能性がある。例えば、特に、アクセスが困難な可能性がある成形型の主要部とフランジとの間の屈曲領域において、フランジ形状の成形型上に複合材料を積層することは困難である。

【0004】

一体型フランジを有する複合材料を製造する方法が、英国特許第２４８６２３１号明細書に開示されており、第１の部分と可動の第２の部分とを有する複合材料のプリフォーム用の環状成形型が開示されている。一方向材の複合材料テープの層を成形型上に敷設した後、型および予備成形品をオートクレーブ中で加熱し、可動の第２部分を作動させて半径方向外側に移動させ、それによりフランジを形成するためのツールである可動の第２部分を覆うプリフォームの端部領域を変形させる。

【0005】

英国特許第２４８６２３１号明細書では、フランジはプリフォームの円筒領域から突出し、その間の遷移領域の断面形状は略正方形である。換言すれば、円筒領域とフランジとの間は曲率が高くなっている。英国特許第２４８６２３１号明細書では、遷移領域の形状は、部分的にフランジが形成された高い曲率の端部を有する反作用成形ツール（ｃｏｕｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｏｏｌ）（または雌型成形ツール）によって画定される。

【0006】

コンポーネントの主領域とフランジとの間に比較的低い曲率遷移が存在する複合材料コンポーネントを製造することが望ましい場合もある。例えば、曲率の変化が小さいと応力集中が減少し、コンポーネントの構造的特性が改善される。フランジ付き成形型が使用される場合、低曲率の遷移領域が成形型上に画定され得る。しかしながら、可動部分を有するツールがフランジを形成するために使用される場合、レイアップ面はレイアップ形状において実質的に連続であるので、低曲率の遷移領域はツールのレイアップ面上に予め規定することができない。本願の発明者らは、プリフォームの外側に遷移領域の輪郭を画定するために反作用成形ツール部分を設けたとしても、形成されたコンポーネントの遷移領域が所望の形状に適合しないか、アライメントにおける平面外のしわの形成およびプライの位置ずれなど、この領域に欠陥を形成することを発見した。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の態様によれば、本体と一体型フランジとを含む複合材料コンポーネントを製造する方法であって、本体部とフランジ形成部とを有するツール上に繊維強化材を配置してプリフォームを提供し、前記プリフォームは、本体領域と前記本体領域に連続して長手方向に隣接するフランジ領域とを含み、前記本体領域は、前記コンポーネントの前記本体に対応し、前記フランジ領域は、前記コンポーネントの前記一体型フランジに対応し、前記プリフォームは、２つの長手方向端部の間に長手方向に延在し、前記プリフォームのトレーリングプライ（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｐｌｙ）は、前記フランジ領域に最も近い前記長手方向端部と、前記フランジ領域内に位置するまたは途中で前記本体領域に入るインナープライ端部との間に長手方向に延在し、前記プリフォームの前記フランジ領域が変形して前記コンポーネントの前記一体型フランジを形成するように、前記フランジ形成部と前記本体部との間に相対運動を生じさせ、前記フランジ形成部と前記本体部との間の前記相対運動は、前記トレーリングプライと前記フランジ形成部との間に摺動を引き起こし、前記一体型フランジの成形中に前記プリフォームの少なくとも前記フランジ領域に引っ張り力を発生させる。

【0008】

前記トレーリングプライは、インナープライ端部で終端する。前記インナープライ端部は、インナープライプライ端部が前記プリフォームの対向する前記長手方向端部から離間するように、前記フランジ領域内に、または前記本体領域の途中に配置されてもよい。前記プリフォームの繊維強化材は、２つの長手方向端部で終端する。

【0009】

前記引っ張り力は、前記インナープライ端部を隣接するプライに対して長手方向に移動させるものであってもよい。前記隣接するプライは、前記プリフォームの厚み方向に対して隣接していてもよい。

【0010】

前記繊維強化材は、前記トレーリングプライが長手方向と実質的に整列した配向を有するように配置することができる。前記繊維強化材は、前記トレーリングプライが、前記プリフォームの前記本体領域と前記フランジ領域との間の境界に実質的に垂直な向きを有するように配置することができる。前記本体領域と前記フランジ領域との間の境界は、前記コンポーネントの前記フランジを形成するための成形中にフランジ領域が延在（または偏向や迂回）する線または領域であってもよい。前記境界は、前記フランジ形成部と前記コンポーネントの前記本体部との間の境界を実質的に覆うことができる。言い換えれば、前記トレーリングプライは、前記フランジ領域が前記本体領域から延在する方向および／または前記コンポーネントの前記フランジが本体から延在する方向と実質的に整列した向きを有することができる。

【0011】

前記繊維強化材は、前記トレーリングプライが前記ツールの前記本体部と前記フランジ形成部との間の境界に実質的に垂直な向きを有するように配置することができる。

【0012】

前記フランジ領域は、複数のプライ層に配置された繊維強化材の複数のプライからなり、そのベース（またはより低い）プライ層は複数の前記プライ層のうち前記ツールに対して最も近い層であり、前記繊維強化材は、前記トレーリングプライが少なくとも部分的に前記ベースプライ層を形成するように配置される。

【0013】

各プライ層は、厚み方向に１つのプライから形成されてもよいが、プライ層を横方向または縦方向に隣接する複数のプライなどプライ層を共に形成する複数のプライを含んでもよい。

【0014】

前記フランジ領域は、前記プライ層に配置された複合材料の複数のプライから形成することができ、前記繊維強化材は、前記トレーリングプライが少なくとも部分的に前記フランジ領域の中間プライ層または前記ツールから最も遠い前記フランジ領域の最外プライ層を少なくとも部分的に形成するように配置される。前記トレーリングプライは、前記プリフォームのそれぞれの長手方向端部と接するアウタープライ端部を有してもよい。

【0015】

前記フランジ領域は、前記本体領域から前記フランジ領域の対向する外側端部まで延在することができる。前記トレーリングプライは、前記インナープライ端部から前記フランジ領域の外側端部を越えてプリフォームのそれぞれの長手方向端部までほぼ長手方向に延在する。

【0016】

前記プリフォームの厚さは、フランジ領域の外側端部（すなわち、前記プリフォームのそれぞれの長手方向端部）を超えて減少してもよい。前記フランジ領域における前記プリフォームの厚さは、前記フランジ領域の前記外側端部まで実質的に一定であってもよい。

【0017】

前記フランジ領域の前記外側端部を越える前記プリフォームの厚さは、前記プリフォームの前記フランジ領域の最大厚さまたは平均厚さの５０％以下であってもよい。前記フランジ領域の前記外側端部を越えて延在する繊維強化材の層が１０プライ未満であってもよい。前記フランジ領域は、その外側端部まで少なくとも１０プライの厚さを有することができる。前記フランジ領域の前記外側端部における前記プリフォームの厚さの段階的変化が存在し得る。そのトレーリングプライは、前記フランジ領域の前記外側端部を越えて延在することができる。

【0018】

前記トレーリングプライは、前記フランジ領域の前記外側端部を少なくとも２０ｍｍ超えて全体的に長手方向に延在することができる。前記トレーリングプライは、前記フランジ領域の前記外側端部を少なくとも３０ｍｍ、少なくとも５０ｍｍ、または少なくとも１００ｍｍ超えて、概して縦方向に延在することができる。前記トレーリングプライは、少なくとも２００ｍｍ、少なくとも２５０ｍｍ、または少なくとも３００ｍｍの全縦方向範囲を有することができる。

【0019】

前記フランジ領域の前記外側端部を越えて延在する少なくとも２つのトレーリングプライがあってもよく、第１のトレーリングプライは前記フランジ領域の前記外側端部を越えて第１の距離だけ延在し、第２のトレーリングプライは前記フランジ領域の前記外側端部を越えて前記第１の距離よりも大きい第２の距離だけ、前記プリフォームの前記長手方向端部で終結するように前記第１のトレーリングプライを越えて延在し、前記トレーリングプライの少なくとも一部分はフランジの成形作業中に前記ツールの前記フランジ形成部に対して相対的に摺動する。

【0020】

前記各トレーリングプライは、成形中に前記ツールの前記フランジ形成部に対して摺動して各トレーリングプライに引っ張り力を生じ、それにより成形中にフランジ領域に引っ張り力を生じさせてもよい。前記各トレーリングプライは、前記ツールの前記フランジ形成部との間の摩擦摺動接触、または前記ツールの前記フランジ形成部の上に配置された剥離ライナーであってもよい。

【0021】

本発明に係る方法は、前記各フランジ領域の前記外側端部を越えて延在する前記トレーリングプライに対応する複合材料を除去する工程をさらに含むことができる。

【0022】

本発明に係る方法は、前記フランジ領域の前記外側端部に対応する複合材料を除去すること、例えば、Ｌ字形断面を有するＺ字形断面を有するフランジをトリミングする工程をさらに含むことができる。

【0023】

複合材料コンポーネントは、前記コンポーネントの長手方向端部に対向する第１および第２のフランジを有することができる。前記ツールは、第１および第２のフランジ形成部を有してもよく、前記プリフォームは前記第１および第２のフランジ領域および前記第１および第２のトレーリングプライを有してもよい。前記第１および第２のトレーリングプライは、重なり合わない（すなわち、前記プリフォームの対向する端部にあってもよい）。前記第１および第２のトレーリングプライのそれぞれのインナープライ端は、長手方向に離間していてもよい。

【0024】

前記ツールの前記フランジ形成部または各々の前記フランジ形成部は、前記ツールのレイアップ構成における前記ツールの本体部のレイアップ面に連続するレイアップ面と、前記フランジ形成部の前記レイアップ面と前記ツールの成形構成における前記ツールの本体部との間に延在する側面と、を有していてもよい。

【0025】

前記ツールの前記フランジ形成部と前記本体部との相対的な移動方向は、前記フランジの範囲に平行であってもよい。

【0026】

前記複合材料は、ガスタービンエンジン用のケーシングのように環状または部分的に環状のコンポーネントであってもよい。前記ツールの前記本体部および前記フランジ形成部は、相対的に半径方向に移動するように構成され、前記フランジは放射状であってもよい。

【0027】

長手方向は、複合材料の軸方向であってもよい。

【0028】

本発明の第２の態様によれば、本体と一体型フランジとを含む複合材料コンポーネントを製造する方法であって、本体部とフランジ形成部とを有するツール上に繊維強化材を配置してプリフォームを提供し、前記プリフォームは、本体領域と前記本体領域に連続して長手方向に隣接するフランジ領域とを含み、前記本体領域は、前記コンポーネントの前記本体に対応し、前記フランジ領域は、前記コンポーネントの前記一体型フランジに対応し、前記プリフォームは、２つの長手方向端部の間に長手方向に延在し、前記プリフォームのトレーリングプライは、前記フランジ領域に最も近い前記長手方向端部と対向するプライ端部との間で長手方向に延在し、前記トレーリングプライは前記長手方向と実質的に整列した向きを有し、前記プリフォームの前記フランジ領域が変形して前記コンポーネントの前記一体型フランジを形成するように、前記フランジ形成部と前記本体部との間に相対運動を生じさせ、前記フランジ形成部と前記本体部との間の前記相対運動は、前記トレーリングプライと前記フランジ形成部との間に摺動を引き起こし、前記一体型フランジの成形中に前記プリフォームの少なくとも前記フランジ領域に引っ張り力を発生させる。

【0029】

前記トレーリングプライの対向するプライ端部は、前記プリフォームの対向する長手方向端部と接していてもよい（すなわち、前記トレーリングプライは、前記プリフォームの長手方向の全長にわたって延在してもよい）。代替的には、対向するプライ端部は、本発明の第１の態様に関して説明したように、例えば、前記対向するプライ端部が、前記プリフォームの対向する長手方向端部から離間するように、前記フランジ領域内に、または前記本体領域の途中に配置されてもよい。

【0030】

本発明の第３の態様によれば、本体と一体型フランジとを含む複合材料コンポーネント用のプリフォームが提供され、本体部とフランジ形成部とを有するツール上に繊維強化材を配置してプリフォームを提供し、前記プリフォームは、本体領域と前記本体領域に連続して長手方向に隣接するフランジ領域とを含み、前記本体領域は、前記コンポーネントの前記本体に対応し、前記フランジ領域は、前記コンポーネントの前記一体型フランジに対応し、前記プリフォームは、２つの長手方向端部の間に長手方向に延在し、前記プリフォームのトレーリングプライ（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｐｌｙ）は、前記フランジ領域に最も近い前記長手方向端部と、前記フランジ領域内に位置するまたは途中で前記本体領域に入るインナープライ端部との間に長手方向に延在し、前記プリフォームは、前記本体部と前記フランジ形成部とを有するツール上に設けられ、前記プリフォームは、成形作業中に前記フランジ形成部と前記本体部との間に相対運動を生じ、前記プリフォームの前記フランジ領域が変形して前記フランジを形成するように構成され、前記プリフォームは、前記フランジ形成部と前記本体部との間の前記相対運動が、前記プリフォームの前記トレーリングプライと前記ツールの前記フランジ形成部との間に摺動を引き起こし、それにより、前記一体型フランジの成形中に前記プリフォームの少なくとも前記フランジ領域に引っ張り力を発生させる。

【0031】

前記プリフォームは、本発明の第１および第２の態様に関して上述したプリフォームの特徴のいずれかを有することができる。

【0032】

当業者であれば、互いに排他的な場合を除いて、上記の態様のいずれか１つに関して記載された特徴が、他のいずれかの側面において準用され得ることを理解するであろう。さらに、相互排他的な場合を除いて本明細書に記載された任意の特徴は本明細書に記載された他の任意の態様に適用され、かつ／または、本明細書に記載された他の任意の特徴と組み合わせられ得る。

【0033】

本発明は、添付した図面を参照して、例によって説明される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】ガスタービンエンジンの概略側断面図である。

【図2】ガスタービンエンジンのケーシングの概略側断面図である。

【図3】レイアップ構成のツール上の複合材料コンポーネントのプリフォームの概略部分断面図である。

【図4】成形構成における図３のプリフォームおよびツールの概略部分断面図である。

【図5】ツールの成形部分の概略部分断面図である。

【図6】図５のツールの概略部分斜視図である。

【図7】図３のプリフォームの概略部分断面図である。

【図8】成形構成の別のプリフォームおよびツールの概略部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１には、回転軸である主軸１１を有するガスタービンエンジン１０が概略的に示されている。エンジン１０は、軸流シリーズにおいて、吸気口１２、推進ファン１３、中圧圧縮機１４、高圧圧縮機１５、燃焼装置１６、高圧タービン１７、中圧タービン１８、低圧タービン１９および排気ノズル２０を含む。ナセル２１は、一般に、エンジン１０を取り囲み、吸気口１２と排気ノズル２０とを備えている。環状ケーシング２４は、ファン１３の周囲にナセル２１内に配置されている。

【0036】

ガスタービンエンジン１０は、吸気口１２に入る空気がファン１３によって加速されて２つの空気流、すなわち中圧圧縮機１４への第１の空気流とバイパスダクト２２を通過する第２の空気流とを生成する推進力を提供するために従来の方法で動作する。中圧圧縮機１４は、その中に導かれた空気流を圧縮して高圧圧縮機１５に送り、高圧圧縮機１５においてさらなる圧縮が行われる。

【0037】

高圧圧縮機１５から排出された圧縮空気は、燃焼装置１６に導かれ、そこで燃料と混合され、混合物が燃焼される。その結果得られる高温燃焼生成物は、その後、膨張して、ノズル２０を通って排出される前に高圧タービン１７、中圧タービン１８および低圧タービン１９を駆動して追加の推力を提供する。高圧タービン１７、中圧タービン１８および低圧タービン１９の各圧力タービンは、高圧圧縮機１５、中圧圧縮機１４およびファン１３をそれぞれ適切な相互接続シャフトによってそれぞれ駆動する。

【0038】

本開示が適用され得る他のガスタービンエンジンは、別の構成を有してもよい。一例として、そのようなエンジンは、代替数の相互接続シャフト（例えば２つ）および／または代替数の圧縮機および／またはタービンを有することができる。さらに、エンジンは、タービンから圧縮機および／またはファンへの駆動トレインに設けられたギアボックスを備えることができる。

【0039】

図２に示すように、例示的なケーシング２４は、エンジンの主軸１１と同軸の、軸方向に延在する実質的に円筒形の本体２６を備え、前方半径方向フランジ２８および後方半径方向フランジ３０は、それぞれ本体２６に取り付けられている。

【0040】

図３は、コンポーネントを形成するためのツール３２の一部、この例では図２のケーシング２４、およびコンポーネントのプリフォーム２００を概略的に示す。ツール３２は、概して環状であり、ケーシング２４の主軸１１に対応するツール軸３３の周りに配向されている。ツール３２は、レイアップ作業中に繊維強化材を受容するための外側および円筒形本体レイアップ面３８を備える環状本体部３６を有する。この例では、本体部３６は、円周方向に延在する湾曲した本体パネルを含み、これらの本体パネルは、共に円筒形のレイアップ面３８を画定する。この例では、それぞれ６０°の角度範囲を有する６つの湾曲した本体パネルがある。本体部３６は、例えば本体部３６の内面または本体パネルに固定されることによって本体部３６に熱的に結合された複数の本体加熱要素を含む本体ヒータ３９を備える。これにより、本体部３６およびその上に収容された任意の繊維強化材は、例えば硬化操作中に加熱されてもよい。この例では、本体パネルは熱伝導性の金属、特にステンレス鋼またはアルミニウムで構成されている。

【0041】

本体部３６の軸方向に隣接して、軸方向のいずれかの側に、各々が複数のフランジ形成部４０，４２を有する前方および後方フランジ形成組立体がある。各フランジ形成部４０，４２は、レイアップ動作の間に繊維強化材を受容するための外側フランジレイアップ面４４，４６を有する環状ブロックであり、これらは合わせて前方および後方円筒形レイアップ面を形成する。この例では、各フランジ形成部４０，４２は１２°の角度範囲を有し、各フランジ形成組立体は３０個のフランジ形成部４０，４２を含む。

【0042】

図３に示すように、フランジ形成部４０，４２の外側フランジレイアップ面４４，４６は、レイアップ面４４，４６のそれぞれが円筒状のレイアップ面の一部分を形成するように実質的に長手方向（すなわち、ツール軸３３と平行）に延在する。

【0043】

各フランジ形成部４０，４２は、レイアップ構成（図３）と成形構成（図４）との間で本体部３６に対して半径方向に移動可能である。レイアップ構成では、フランジ形成部４０，４２のレイアップ面４４，４６は、隣接する本体部３６のレイアップ面３８と実質的に連続して隣接しており、それらが共に実質的にこの例では円筒形のツールの連続的なレイアップ面を有する。本体部３６に対するフランジ形成部４０，４２の成形形状への半径方向外向きの移動により、フランジ形成部４０，４２の半径方向に延在する前方および後方側面４８，５０が本体部のレイアップ面３８，４４，４６とフランジ形成部との間にそれぞれ延在するように、レイアップ面４４，４６が本体部３６のレイアップ面３８の半径方向外側に配置される。

【0044】

各フランジ形成部４０，４２は、その内部に埋め込まれたフランジヒータ５２を有しているため、フランジ形成部４０，４２およびその上に受容された繊維強化材は、成形または硬化操作中に加熱され得る。例えば、ヒータ要素５２は、フランジ形成部のキャビティ内に受け入れられてもよい。この例では、各フランジ形成部４０，４２は熱伝導性金属、特にステンレス鋼またはアルミニウムで構成されている。

【0045】

本体ヒータ３９およびフランジヒータ５２は、後述するように、フランジ形成および硬化操作を制御するためのコントローラ（図示せず）に接続される。同様に、フランジ形成部４０，４２のためのアクチュエータ（図示せず）は、フランジ成形動作におけるそれらの相対運動を制御するためにコントローラに接続される。

【0046】

本体部３６およびフランジ形成部４０，４２は、支持構造（図示せず）上に支持されてもよく、フランジ形成部４０，４２は、後述するように、本体部３６に対して相対的に移動できるように支持構造に対して半径方向に移動可能であってもよい。

【0047】

他の例では、ツールは、フランジ形成部４０，４２に軸方向に隣接するさらなる部分を含むことができ、これは連続部分と呼ばれ得る。例えば、レイアップ作業中に繊維強化材を受容するための半径方向外側のレイアップ面をそれぞれ有する本体部から各フランジ形成部またはアセンブリの反対側に前方および後方の連続部分が存在してもよい。このようなレイアップ面は、連続部分のレイアップ面がツール３２の連続したレイアップ面の一部を形成するように、レイアップ構成のフランジ形成部のレイアップ面４４，４６と隣接して連続していてもよい。このような連続部分は、本体部３６およびフランジ形成部４０，４２と同じ支持構造に支持されてもよい。

【0048】

図４に示すように、ツール３２は、後述で詳細に説明するように、本体部（およびその上に受け入れられたプリフォーム）の半径方向外側に配置され、フランジ形成部４０，４２に対向する前方および後方フランジ支持部５４，５６をさらに含む。フランジの形成のために反作用の支持面を提供するように、成形構成を形成する。この例では、ツール３２の周りに角度をなして間隔を置いて配置され、ツールの主支持構造に取り外し可能に取り付け可能な反作用（ｃｏｕｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ）支持構造（図示せず）上に支持された複数の前方および後方フランジ支持部５４，５６がある。フランジ支持部は、反作用支持構造に取り外し可能に取り付け可能である。

【0049】

フランジ支持部５４，５６は、それぞれ、使用中のプリフォームまたはコンポーネントの実質的に円筒形の領域または遷移領域上に載るための半径方向内面５８と、半径方向に延びかつ実質的に平坦なフランジ支持面６０を有し、フランジ支持面６０は軸３３に対して垂直であり、フランジ形成部４０，４２の側面４８，５０に対向するように構成されている。内面５８とフランジ支持面６０との間に円周方向に延在する遷移曲線が存在する。遷移曲線は、使用時に、プリフォームおよび成形コンポーネントの本体領域とフランジ領域との間に連続的な湾曲が存在するように、比較的低い曲率を有してもよい。これにより、フランジ支持部５４，５６は、フランジ形成部と関連して成形作業中に半径方向フランジの形状を画定するように構成される。他の例では、フランジ支持部５４，５６の内面５８とフランジ支持面６０との間に比較的高い曲率または実質的に正方形の移行部が存在してもよい。

【0050】

さらに、他の実施例では、フランジ支持部５４，５６に、成形中にフランジ支持部５４，５６およびプリフォームのフランジ領域を加熱するための一体のまたは取り付けられたヒータまたは加熱要素を設けることができる。

【0051】

図５は、前方フランジ形成部４０の５つに対応する駆動機構６２の一部を示すが、後方フランジ形成部４２の駆動機構も同様に構成される。各フランジ形成部４０に対応して、駆動機構は、駆動機構ツール３２に取り付けられ、レイアップ構成と成形構成との間のフランジ形成部４０の直線的な半径方向移動を制御するためのコントローラに接続されたリニアモータ６４を備える。

【0052】

図６は、全体の１／６に対応するツール３２の一部を示しており、特に、本体部３６、前方フランジ形成部４０、および前方連続部分６５を含むツール３２の例示的な配置を示している。ツール３２の前方部分のみが示されているので、本体部３６に隣接する後方フランジ形成部は図示されていない。図６は、上述したフランジ支持部５４を支持するフランジ支持構造６６の配置例を示す。図６は、上述したように前方フランジ形成部４０を動かすための駆動機構６２の一部を示している。

【0053】

次に、ツール３２を使用して複合材料を製造する方法を、図３～図８を例にして説明する。

【0054】

ツールは、支持面（床など）上で軸３３が垂直方向に延在するように向けられている。ツール３２は、取り付けられている場合はフランジ支持構造６６を取り外し、複数のフランジ形成部４０，４２をレイアップ構成に戻すように駆動機構６２を制御することによって、レイアップ動作のために準備される。したがって、連続レイアップ面は、本体部３６、前方および後方フランジ形成部４０，４２（および、他の例ではいずれかの連続部分）の半径方向外側の面によってツール３２上に画定され、半径方向外側の位置からアクセス可能である。

【0055】

レイアップ作業では、予備含浸された繊維強化材の一方向テープを、自動テープ敷設（ＡＴＬ）装置を使用して連続するレイアップ面に適用し、それにより実質的にツール３２上に円筒形の複合材プリフォーム２００を形成する。

【0056】

繊維強化材は、本体領域２１０と、本体領域２１０の軸方向のいずれかの側に軸方向に隣接する前方フランジ領域２１２および後方フランジ領域２１４とを有し、本体領域２１０がフランジ領域２１２，２１４（図３）の各々と隣接して連続するプリフォーム２００を提供するためにツールに適用される。繊維補強テープは、ツールの環状の周りに適用されて、連続する円筒状層を形成する。プライ層は、例えば０°（すなわち、軸方向に整列）、±６０°、および９０°（すなわち、横方向）の配向を有することができる。

【0057】

しかしながら、この特定の例では、繊維強化材が最初に適用されて、図３，４に示され、図７でより詳細に示されるように、前方および後方のトレーリングプライ２０２，２０４を形成する。

【0058】

図７は、本体領域２１０の一部、前方フランジ領域２１２、およびトレーリングプライ２０２を含む、プリフォーム２００の前方部分を断面で示す。

【0059】

本体領域２１０と前方フランジ領域２１２との間に境界２１６が存在し、これは、前方フランジ領域２１２が成形動作中に本体領域から偏向するかまたは変形する場所に対応する。したがって、境界２１６の位置は、下側の本体部３６と前方のフランジ形成部４０との間の境界を参照することによって決定することができ、例えば、この境界の真上に位置すると考えることができる。それにもかかわらず、プリフォームの本体領域およびフランジ領域は互いに実質的に連続しているため、形成されたコンポーネントの本体とフランジとの間に連続的な曲がりが存在することがあるので、プリフォームの本体領域２１０およびフランジ領域２１２と重なる遷移領域に位置するようにする。

【0060】

図７に簡略化して示すように、本体領域２１０からの複数のプライは前方フランジ領域２１２内に入り、前方フランジ領域２１２の外側端部２１８（すなわち、本体領域２１０から最も遠い端部）で終端する。

【0061】

さらに、この例では、プリフォーム２００の最下層の層の一部を形成するトレーリングプライ２０２が設けられる。トレーリングプライ２０２は、アウタープライ端部２２２とインナープライ端部２２４との間に長手方向に延在する。この例では、トレーリングプライ２０２は、インナープライ端部２２４から前方フランジ領域２１２の外側端部２１８を超えて長手方向に延び、トレーリングプライが前方フランジ領域２１２を越えて突出する。この例では、前方トレーリングプライ２０２のアウタープライ端部２２２は、プリフォームの前方長手方向端部２２６を画定する。プリフォームの対応する後方長手方向端部は、対応する後方側のトレーリングプライ２０４のアウタープライ端部によって画定される。他の実施例では、各々のトレーリングプライまたはトレーリングプライは、対応するフランジ領域のアウタープライ端部に沿って実質的に終端してもよい。

【0062】

インナープライ端部２２４は、インナープライ端部２２４がプリフォームの対向端部２２６から分離されるように、本体領域２１０の途中で終わっている。特に、この例では、完成コンポーネントの前方フランジの所望の長さは１５０ｍｍであり、前方フランジ領域２１２の長手方向の長さは２００ｍｍであり（後述するようにＺ形状成形に対応するため）トレーリングプライの長手方向長さは３００ｍｍであり、トレーリングプライ２０２は前方フランジ領域２１２の外側端部２１８を５０ｍｍ超えて長手方向に延び、本体領域２１０内に５０ｍｍ（すなわち境界２１６を越えて）延在している。本体領域の軸方向の長さは１５００ｍｍである。

【0063】

他の例では、インナープライ端部２２４は、フランジ領域２１２で終端してもよく、例えば、実質的に境界２１６で、またはフランジ領域２１２の中間の長手方向の点で終端してもよい。

【0064】

この例では、レイアップ動作は、繊維補強テープが最初に適用されて、前方および後方のトレーリングプライ２０２，２０４を形成するように制御される。その後、複数のプライが適用されて、本体領域２１０が形成され、図７に示すように、複数のプライがトレーリングプライ２０２のインナープライ端部２２４の上に配置され、それにより、プリフォーム内にマイナーステップが形成されてもよい。したがって、トレーリングプライ２０２は、全体としてプリフォームのベースプライ層の一部を形成するだけである。

【0065】

７つのプライ（トレーリングプライ２０２を除く）の厚さが図７に示されているが、図面は単に例示的なものであり、プリフォームはより大きい（またはより小さい）プライの数を含み得ることが理解される。

【0066】

この特定の例では、前方および後方のトレーリングプライ２０２，２０４はそれぞれ、約０．２５ｍｍの厚さに対応する１本の繊維強化材から形成され、その上に２０プライの上層を有する本体領域２１０および前方および後方フランジ領域２１２，２１４は、約５ｍｍの厚さに対応する。これは単純化された例であり、プライの厚さおよび数はプリフォームの長手方向の長さに沿って変化し、厚さの段階的変化または長手方向長さにわたる厚さの漸減が存在し得ることが理解されよう。例えば、１０～４０プライ以上であってもよい。

【0067】

この特定の例では、前方および後方のトレーリングプライ２０２，２０４は、０°の向きで適用され、その結果、層の向きは、プリフォーム２００の軸方向または長手方向と整列し、それによって形成されるコンポーネントと整列する。この例において上部プライ（すなわち、本体領域２１０およびフランジ領域２１２，２１４を形成するために配置されたもの）は、最終的なコンポーネントにおいて望ましい構造特性を得るための当該技術分野において知られているように、複数の異なる向きで適用される。特に、この例では、ツール軸３３に対してそれぞれ＋６０°、－６０°および９０°の向きを有する上部プライがある。また、０°の向きを有する上部プライも存在し得る。他の例では、ＡＦＰ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）またはハンドレイアップなどの他のレイアップ技術を使用することができる。

【0068】

図３に示すように、繊維強化材は、前方フランジ領域２１２および後方フランジ領域２１４が、それぞれのフランジ形成部４０，４２のレイアップ面４４，４６の途中まで部分的に延び、他の例では、フランジ領域２１２，２１４および／またはトレーリングプライ２０２，２０４は、それぞれの上にそれぞれ延在することができる上述したように、フランジ形成部４０，４２の本体部３６とは反対側の連続部に形成されている。

【0069】

図３に示すように、レイアップ動作が完了した後、可撓性膜２２８（すなわち、真空バッグ）、例えばシリコンゴムのシートが、ツール３２上のプリフォーム２００上に配置され、長手方向プリフォーム２００がツール３２と可撓性膜２２８との間が密封された環境になるように、前方および後方端部（すなわち、プリフォームの長手方向端部の外側）に配置される。可撓性膜２２８は、例えば、接着テープを用いて密封される。

【0070】

真空チューブ（図示せず）は、可撓性膜２２８を通ってツール３２と膜２２８との間に囲まれた空間に延在され、真空ポンプのような真空源が真空チューブに適用してプリフォーム２００が占める空間に部分真空を形成する。この例では、大気からの不均衡な圧力が真空バッグを介してプリフォーム２００に加えられるように、部分真空が形成される。

【0071】

成形動作は、コントローラによって開始され、加熱装置（すなわち本体ヒータ３９およびフランジヒータ５２）がプリフォーム２００を閾値形成温度（この例では８０℃）に加熱する。この例では、コントローラは、フランジ領域２１２，２１４が閾値形成温度に達するようにヒータを制御するが、本体領域２１０の実質的な部分は、例えばフランジヒータ５２を作動させるだけではなく、ヒータ３９を用いて本体領域２１０をフランジ領域２１２，２１４よりも低い温度に加熱する。

【0072】

プリフォームのフランジ領域が閾値形成温度に達すると、コントローラは、駆動機構６２に、レイアップ構成（図３）から成形構成（図４）へ半径方向外側にフランジ形成部４０，４２を駆動させる。フランジ形成部４０，４２が半径方向外側に移動すると、フランジ形成部４０，４２に隣接するプリフォーム２００の最も低いプライ層がフランジ形成部上を摺動する。この例では、前方および後方のトレーリングプライ２０２，２０４は、フランジ形成部４０，４２上に最も低いプライ層を形成し、したがって、これらのプライは、フランジ形成部４０，４２に対して摺動する。他の例では、トレーリングプライは、フランジ形成部４０，４２に隣接するプリフォーム内の最も低いプライ層の一部を占めるだけである。

【0073】

フランジ形成部４０，４２の移動により、フランジ形成部４０，４２の側面４８，５０の周りおよびフランジ形成部４０，４２の対向するフランジ支持面のフランジ支持面６０の周りでフランジ領域２１２，２１４が塑性変形するコンポーネントの前方および後方半径方向フランジを形成する。これとは対照的に、プリフォームの本体領域２１０は、ツール３２の本体部３６に対して実質的に定位置にとどまっている。それぞれのフランジ領域２１２，２１４と本体領域２１０各フランジ形成部４０，４２に隣接する本体領域のレイアップ面３８の部分から引き離されて、後述するようにプリフォームの移行曲がり部を形成する。

【0074】

プリフォーム２００の最下層の、隣接するフランジ形成部４０，４２に対する摺動運動は、最下層層とフランジ形成部４０，４２の外面（または後述するようにその上に配置された剥離ライナー）との間に作用する摩擦または剪断粘性力によって抵抗が生じる。剪断粘性力は、それぞれのフランジ形成部４０，４２に対して摺動する最も低いプライ層の面積に比例する。剪断粘性力はまた、可撓性膜を介してプリフォームに加えられる圧力に依存する（そしてともに増加する）。

【0075】

摩擦力またはせん断粘性力は、フランジ形成部４０，４２の相対スライド移動方向（すなわち、摺動運動に抵抗するように）の最下層のプライ層に加えられる。したがって、せん断粘性力は、最下層の層に引っ張り力をもたらす。

【0076】

プリフォーム内のプライは互いに摩擦接触しているので、最下層のプライ層の引っ張り力はプリフォームの厚さ全体にわたって反応し、その結果プリフォーム内に合成引っ張り力が生じる。図４に示すように、この引っ張り力は、フランジ領域２１２，２１４が本体領域２１０からプリフォームのそれまで、最短経路をたどるように、フランジ形成部４０，４２と共にプライのフランジ領域２１２，２１４を引き寄せるまたは引っ張る傾向がある。これにより、フランジ領域２１２，２１４が反作用フランジ支持面６０に押し付けられ、プリフォームが本体部３６のレイアップ面３８とフランジ形成部４０，４２のそれぞれの側面４８，５０との間の接合部から持ち上げられる。

【0077】

対比として、プリフォームに著しい引っ張り力がない場合、プリフォームは、各反作用フランジ支持面６０と、本体部３６とツール３２のそれぞれのフランジ形成部４０，４２との間の接合部との間に形成された空隙２３０（図４）内に拡張する可能性がある。これは、重力作用が顕著である場合や可撓性膜２２８を介して加えられる大きな圧力が存在する場合に、本体とフランジとの間の（例えば、反作用フランジ支持面６０によって画定されるような）低曲率遷移領域によって引き起こされるより大きな空隙が特に問題となる可能性があり、依然として高い曲率または正方形の遷移に影響を及ぼす可能性がある。

【0078】

したがって、プリフォームの引っ張り力は、フランジが形成されるときに生じ得るシワなどのフランジ領域２１２，２１４に欠陥を形成することを回避するのに役立つ。

【0079】

さらに、本体領域とフランジ領域との間の遷移領域の周りの経路長さは、最も低いプライ層のために最長であり、プリフォームの上部層のために減少することが理解されよう。それにもかかわらず、反対側は、側面４８，５０とレイアップ面４４，４６との間のそれぞれのフランジ形成部４０，４２の縁の周りに延在するプリフォームの領域にも当てはまり、経路長の違いによる引っ張り力の損失が最小限に抑えられます。それにもかかわらず、プリフォームに付与される引っ張り力は、例えばこれらの領域におけるバンチング（ｂｕｎｃｈｉｎｇ）を低減するためにプライの相対的なスライドを促進することによって、これらの領域における成形欠陥を低減するのに役立つ。

【0080】

トレーリングプライ２０２，２０４は、フランジ形成部４０，４２（即ち、フランジ領域２１２，２１４）に隣接するプリフォームの領域において最も低いプライ層を形成するので、トレーリングプライ２０２，２０４の間の摩擦抵抗は、摺動時にフランジ形成部４０，４２とフランジ形成部４０，４２がプリフォームをもたらす引っ張り力を決定する。例えば、引っ張り力は、トレーリングプライ２０２，２０４を伸張させて、トレーリングプライ２０２，２０４とフランジ形成部４０，４２との間の摩擦接触面積を増加させることによって、増加させることができる。図３に示すように、例えば、トレーリングプライ２０２，２０４は、それぞれのフランジ領域２１２，２１４の外側端部２１８を越えて延在する。特に、トレーリングプライ２０２，２０４は、フランジ領域２１２，２１４の外側端部２１８を超えて約５０ｍｍ延び、フランジ領域２１２，２１４の範囲は約２００ｍｍである。したがって、トレーリングプライ２０２，２０４は、フランジ領域の約２５％のそれぞれのフランジ領域を超えて長手方向の範囲を有する。他の実施例では、トレーリングプライは、（フランジ領域に対して絶対的でも比例的でも）大きくても小さくてもよく、フランジ領域の外側端部２１８と隣接していてもよい。フランジ領域２１２，２１４は、最終的に（後述するように）約１５０ｍｍまでトリミングされる。

【0081】

この例では、トレーリングプライ２０２，２０４は、フランジ領域２１２，２１４内のそれぞれのインナープライ端部２２４で、またはプリフォームの本体領域２１０の途中、特に本体領域２１０内の約５０ｍｍで終わる。各トレーリングプライ２０２，２０４の引っ張り力は、トレーリングプライ２０２，２０４をプリフォームの隣接プライ（またはプライ）に対して摺動させて、インナープライ端部２２４が隣接するプライに対してプリフォーム内を摺動するようにすることができる。これにより、トレーリングプライ２０２，２０４は、（湾曲領域に起因して互いに対して摺動するプライとは反対に、または引っ張り力下でプライの伸長により）成形中にプリフォーム内で並進運動を行うことができる。例えば、トレーリングプライは、約３ｍｍの並進運動を受けることができる。

【0082】

この例では、トレーリングプライ２０２，２０４は、ツール３２の長手方向軸３３に対して０°（すなわち、軸方向の整列）の向きを有する。上述したように、プリフォームのフランジ領域２１２，２１４の変形（フランジ領域２１２，２１４において最も低いプライ層を形成する）トレーリングプライの摺動運動および結果として得られる引っ張り力がプライのスタック内で反応することによって影響される。理解されるように、最も低いプライ層に加えられる引っ張り力は、ツール軸３３を通って延在する平面内で作用する（例えば、フランジ形成部４０，４２のレイアップ面４４，４６に対する領域上に軸方向に沿って、フランジ形成部４０，４２の側面４８，５０に半径方向に沿って）形成されている。本出願人は、プライが、プライの操縦効果と呼ばれている引っ張り力の方向に向かって変形、伸長または平行移動することによって、プライの配向と整列しない引っ張り力に応答することができることを見出した。そのようなステアリング効果は、プライシワなどの望ましくない成形効果をもたらすことがある。トレーリングプライはツール３２の軸３３に対して０°の向きを有するので、トレーリングプライの操縦効果は回避される。他の例では、プリフォーム２００の２つの長手方向端部の間に延在する単一のトレーリングプライがあってもよい。

【0083】

フランジ成形動作が完了すると（図４）、コントローラは硬化動作を開始し、形成されたフランジを含むプリフォーム２００を少なくとも閾値硬化温度まで加熱する（この実施例では、 １３５℃。コントローラはまた、不均衡な圧力が可撓膜２２８を通ってプリフォームに加えられるように、真空源を制御する。

【0084】

６時間の硬化時間の後、コントローラは加熱装置をオフにし、硬化したケーシング２４をツール３２上で冷却させる。フランジ支持構造６６を分離し、可撓性膜２２８および関連装置を硬化したコンポーネントから除去する。フランジ形成部４０，４２はレイアップ構成に後退し、硬化したケーシング２４はツール３２から取り外される。

【0085】

次に、ケーシング２４をトリミングして、トレーリングプライ２０２，２０４、および場合によっては形成されたフランジ領域２１２，２１４の望ましくない部分を除去する。この例では、形成されたフランジ領域２１２，２１４の軸方向に延在する部分は、半径方向部分からの関連する湾曲部と共に除去され、２つの半径方向に延在するフランジを残すことができる。

【0086】

図８は、ツールの成形構成におけるツール３２上のプリフォーム２００’のさらなる例を示す。この例のプリフォーム２００’は、プリフォーム２００の各長手方向端部に２つのトレーリングプライが存在する点で、上述したプリフォーム２００と異なる。

【0087】

特に、各端部において、第１のトレーリングプライ２０２，２０４が、それぞれのフランジ領域２１２，２１４の外側端部２１８を越えて、例えば５０ｍｍだけ延在する。第１のトレーリングプライ２０２，２０４は、上述したように、フランジ領域２１２，２１４の最も低いプライ層を少なくとも部分的に形成する。

【0088】

さらに、第２のトレーリングプライ２３２，２３４が、プリフォームのそれぞれの長手方向端部２２６の間で第１のトレーリングプライを越えて延在し、それぞれのフランジ領域２１２，２１４内のインナープライ端部または本体領域２１０の途中で終端する。他の例では、第２のトレーリングプライ２３２，２３４は、プリフォームの対向する長手方向端部に向かって延在してもよいし、その対向する長手方向端部で終端してもよい。

【0089】

この例では、各第２のトレーリングプライ２３２，２３４は、それぞれのフランジ領域（すなわち、スタックの半径方向内側と半径方向アウタープライの間の層）に中間プライ層を形成するが、他の例では、第２のトレーリングプライは、それぞれのフランジ領域に半径方向外側のプライを形成してもよい。

【0090】

各第２のトレーリングプライは、それぞれの第１のトレーリングプライ２０２，２０４の外側プライ端部を越えて延在するので、上述したように、第２のトレーリングプライ２３２，２３４は、フランジ形成動作中にそれぞれのフランジ形成部４０，４２に対して摺動する。したがって、これにより、上述したように、プリフォーム内の隣接するプライにおいて反応して第２のトレーリングプライ２３２に張力が生じ、それによりフランジ形成動作中にフランジを形成するのを助ける。

【0091】

さらに別の例では、互いに重なり合う２つ以上のトレーリングプライがあり、フランジ成形動作中にフランジ形成部（またはツールの連続部分）と摺動するように摩擦接触するように配置されてもよい。

【0092】

本発明の実施例をガスタービン用ケーシングの製造に関して説明してきたが、本開示は、成形作業中に予備成形品を工具の一部に対して摺動させることによって形成されたフランジまたはコンポーネントの端部において本体部分から逸れる他の部分を有する任意の構造に等しく適用可能である。特に、本発明は、環状構造および非環状構造の両方に適用可能である。軸上表記に対する上記の開示における任意の言及は、非環状コンポーネントの文脈における長手方向を指すものとして解釈され得る。さらに、半径方向への参照は、非環状コンポーネントとの関連で長手方向に垂直な方向として解釈されてもよい。

【0093】

非環状構造の一例は、翼用のスパーである。翼のための桁は、一般に、中央本体と２つの側部フランジとを備える。

【0094】

プリフォームの領域の厚さに関する言及は、プリフォームの領域にわたる平均厚さに関連し得ることが理解されるであろう。

【0095】

本体部およびフランジ形成部のいずれか一方が、成形作業中に支持構造に対して移動することができることは理解されよう。例えば、本体部および反作用フランジ支持構造は、フランジ形成部が固定された支持構造に対して相対的に移動するように作動され、その結果プリフォームがフランジ形成部の上に引き出されてもよい。

【0096】

本発明の例は、自動テープレイイング（ＡＴＬ）を参照して記載されているが、自動繊維配置（ＡＦＰ）、自動フィラメントワインディング、および手動レイアップなどの他のレイアップ動作を使用してもよいことが理解されるであろう。

【0097】

繊維強化材がツールのレイアップ表面上に配置され、ツールのライニング表面と接触する本発明の実施例を説明したが、剥離ライナーまたは他のライナーをレイアップ表面、および繊維強化材を剥離ライナー上に適用することができる。それにもかかわらず、繊維強化材と成形中にツールのレイアップ面との間に相対的な摺動が存在してもよく、例えば、繊維強化材は、ツールに固定され得る剥離ライナーに対して摺動してもよい。

【0098】

本発明は上述の例に限定されるものではなく、本明細書に記載された概念から逸脱することなく様々な改変および改良を行うことができることが理解されよう。互いに排他的な場合を除いて、特徴のいずれかを別個に、または他の特徴と組み合わせて使用することができ、本開示は、本明細書に記載される１つまたは複数の特徴のすべての組み合わせおよび部分組合せに及ぶ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】