特許 7330682 連続繊維成分およびチョップド繊維成分の両方を有する複合部品の製造

(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】2023-08-14

(45)【発行日】2023-08-22

(54)【発明の名称】連続繊維成分およびチョップド繊維成分の両方を有する複合部品の製造

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/30 20060101AFI20230815BHJP

   C08J 5/04 20060101ALI20230815BHJP

   B29C 70/12 20060101ALI20230815BHJP

   B29C 70/16 20060101ALI20230815BHJP

   B29C 70/48 20060101ALI20230815BHJP

   B29C 39/12 20060101ALI20230815BHJP

   B29C 39/24 20060101ALI20230815BHJP

   B64C 1/00 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

B29C70/30

C08J5/04

B29C70/12

B29C70/16

B29C70/48

B29C39/12

B29C39/24

B64C1/00 B

【請求項の数】 9

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018208772

(22)【出願日】2018-11-06

(65)【公開番号】P2019127031

(43)【公開日】2019-08-01

【審査請求日】2021-10-18

(31)【優先権主張番号】15/877,628

(32)【優先日】2018-01-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】キース・ダニエル・フムフェルド

(72)【発明者】

【氏名】スコット・ハートショーン

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７３３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－２６９７８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ７０／３０

Ｃ０８Ｊ ５／０４

Ｂ２９Ｃ ７０／１２

Ｂ２９Ｃ ７０／１６

Ｂ２９Ｃ ７０／４８

Ｂ２９Ｃ ３９／１２

Ｂ２９Ｃ ３９／２４

Ｂ６４Ｃ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成形型の第１の表面上に連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つのプライを含む積層体を配置するステップ（４０２）と、
成形型のキャビティに積層体と接触するチョップド繊維および樹脂を充填するステップ（４０６）と、
成形型の第２の表面上に積層体を配置するステップと、
チョップド繊維および積層体を一緒に一体化複合部品に硬化するステップ（４０８）と、
一体化複合部品を成形型から分離するステップ（４１０）と、を含む方法。

【請求項2】

第１の表面は成形型の第１の部分にあり、チョップド繊維の集合体および積層体を硬化するステップが、チョップド繊維および積層体を加熱するステップを含み、方法が、
成形型の第１の部分とかみ合わせるために成形型の第２の部分を移動することによってキャビティを形成するステップであって、キャビティは成形型の第１の部分と成形型の第２の部分との間に存在し、積層体を取り囲む、ステップ（４０４）と、
チョップド繊維の集合体および積層体を一緒に一体化複合部品に硬化させた後に、成形型の第２の部分を成形型の第１の部分から分離するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

成形型の第２の部分を移動するステップが、成形型の第２の部分の第２の切欠き上に成形型の第１の部分の第１の切欠きを配置するステップと、第１の切欠きおよび第２の切欠きによって画定されキャビティに通じるポートを形成するステップとを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

積層体を配置するステップが、樹脂で予め含浸されたトウを配置するステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

キャビティに樹脂を充填するステップが、キャビティにチョップド繊維を充填するステップとは別に行われることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

樹脂が熱硬化性樹脂であり、
チョップド繊維および積層体を一緒に硬化するステップが、熱硬化性樹脂を硬化温度に加熱するステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

積層体を配置することにより、繊維の先端が第１の表面に露出することが防止される、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

樹脂が熱可塑性樹脂であり、
方法が、加熱後に一体化複合部品を冷却し、積層体およびチョップド繊維で熱可塑性樹脂を固化させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

プロセッサによって実行されるとき、方法を実行するように動作可能なプログラム命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
成形型の第１の表面上に連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つのプライを含む積層体を配置するステップ（４０２）と、
成形型のキャビティに、積層体に接触するチョップド繊維および樹脂を充填するステップ（４０６）と、
成形型の第２の表面上に積層体を配置するステップと、
チョップド繊維および積層体を一緒に一体化複合部品に硬化するステップ（４０８）と、
一体化複合部品を成形型から分離するステップ（４１０）を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複合材料の分野に関し、特に、繊維強化複合材料に関する。

【背景技術】

【0002】

複合部品を製造するためにチョップド炭素繊維を使用することができる。例えば、ランダムに配向され、短い長さのチョップド炭素繊維の集合体を取得し、これらの繊維に液状樹脂を含浸させ、次いで樹脂を硬化させて複合部品を形成することによって、複合部品を製造することができる。チョップド繊維は、チョップド繊維複合部品が労働集約的なレイアッププロセスを必要とせず、より安価な材料を使用する点で、他の繊維強化材料に比べて利点を提供する。しかしながら、チョップド繊維複合部品は、いくつかの用途において、多くの理由により望ましくないままである。

【0003】

第１に、チョップド繊維複合部品は、ある方向から加えられる力に対して所望の構造強度よりも低い構造強度を示すことがある。さらに、チョップド繊維複合部品は、所望よりも粗い端部および表面を示すことがある。この粗さは、得られた複合部品の表面および／または端部から突出するランダムに配向された繊維の先端によって引き起こされる。これらの粗い端部は、それらが抗力を増大させ、完成した部品に対して所望の適合性および／または機能を提供できないことがあるため、航空宇宙用途には望ましくない場合がある。さらに、これらの粗い端部は、炭素繊維が導電体として作用するという事実のために、電磁気特性が所望のものよりも劣っている場合がある。

【0004】

したがって、上述の問題の少なくとも幾つか、および他の可能性のある問題を考慮している方法および装置を有することが望ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書に記載の実施形態は、チョップド繊維と、平行に配向された連続繊維の層の両方を含むハイブリッドである繊維強化複合部品を提供する。複合部品の１つ以上の外面は、チョップド繊維の集合体と一緒に硬化される１つ以上の連続繊維の層をレイアップすることによって形成される。したがって、得られる複合部品は、もしも多量のチョップド繊維が使用され得る場合でも、所望の表面特性を示す。

【0006】

一実施形態は、連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つのプライを含む積層体を成形型の第１の表面上に敷設するステップと、成形型のキャビティにチョップド繊維および積層体に接触する樹脂を充填するステップと、チョップド繊維および積層体を一体化された複合部品に一緒に硬化するステップと、一体化された複合部品を成形型から分離するステップとを含む方法である。

【0007】

さらなる実施形態は、プロセッサによって実行されたとき、方法を実行するように動作可能なプログラム命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体である。この方法は、連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つのプライを含む積層体を成形型の第１の表面上に敷設するステップと、成形型のキャビティにチョップド繊維および積層体に接触する樹脂を充填するステップと、チョップド繊維および積層体を一体化された複合部品に一緒に硬化するステップと、一体化された複合部品を成形型から分離するステップとを含む。

【0008】

さらなる実施形態は、製品である。製品は、複合部品の外面に配置された連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つの平面層と、３つの軸のすべてに沿って互いにランダムに配向されたチョップド繊維の集合体とを含む複合部品を含む。チョップド繊維の集合体は、複合部品の内部にある位置で、連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つの平面層に共硬化される。

【0009】

他の例示的な実施形態（例えば、前述の実施形態に関連する方法およびコンピュータ可読媒体）を以下に説明することができる。議論された特徴、機能、および利点は、様々な実施形態において独立して実現され得るか、またはさらなる詳細が以下の説明および図面を参照して理解され得るさらに他の実施形態において組み合わされ得る。

【0010】

本開示の幾つかの実施形態を、単なる例示として、添付の図面を参照して、ここに説明する。同じ参照番号は、すべての図面において同じ要素または同じタイプの要素を表す。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】例示的な実施形態において、連続繊維およびランダムに配向された繊維の両方を含む複合部品の斜視図である。

【図2】例示的な実施形態において、連続繊維およびランダムに配向された繊維の両方を含む複合部品を形成するための開いた成形型の斜視図である。

【図3】例示的な実施形態において、連続繊維およびランダムに配向された繊維の両方を含む複合部品を形成するための閉じた成形型の斜視図である。

【図4】例示的な実施形態において、連続繊維およびランダムに配向された繊維の両方を含む複合部品を製造する方法を示すフローチャートである。

【図5】例示的な実施形態における複合部品の製造を示す側面断面図である。

【図6】例示的な実施形態における複合部品の製造を示す側面断面図である。

【図7】例示的な実施形態における複合部品の製造を示す側面断面図である。

【図8】例示的な実施形態における複合部品の製造を示す側面断面図である。

【図9】例示的な実施形態において、複数の外面に沿って連続繊維強化ポリマーを含む複合部品の斜視図である。

【図10】例示的な実施形態における複合部品を製造する成形型のブロック図である。

【図11】例示的な実施形態における航空機製造および保守点検方法の流れ図である。

【図12】例示的な実施形態における航空機のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図面および以下の説明は、本開示の特定の例示的な実施形態を例示する。したがって、当業者であれば、本明細書に明示的に記載または図示されていないが、本開示の原理を具現化し、本開示の範囲内に含まれる様々な構成を考案できることが理解されるであろう。さらに、本明細書に記載された例は、本開示の原理の理解を助けることを意図しており、そのように具体的に記載された例および条件に限定されるものではないと解釈される。結果として、本開示は、以下に記載される特定の実施形態または実施例に限定されず、特許請求の範囲およびそれらの同等物によって限定される。

【0013】

炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）部品などの複合部品は、初めに複数の層にレイアップされて、一緒に積層体を形成することができる。積層体の各層内部の個々の繊維は、典型的には互いに平行に整列しているが、異なる層は、異なる面内寸法に沿って得られる複合体の強度を増加させるために、異なる繊維配向を示してよい。積層体は、積層体を複合部品（例えば、航空機に使用するため）に固化させるために、高温で固化する液体樹脂を含むことができる。熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂（温度によって粘度が変化する）が含浸された炭素繊維は、「プリプレグ」と呼ばれる。他の種類の炭素繊維としては、熱硬化性樹脂が含浸されていないが、粘着付与剤または結合剤を含み得る、「乾式繊維」がある。硬化前に乾式繊維に樹脂を注入してもよい。熱硬化性樹脂では、固化は、硬化と呼ばれる一方向性のプロセスであるが、熱可塑性樹脂では、樹脂が再加熱されると、液体状に戻り得る。

【0014】

図１は、例示的な実施形態において、連続繊維１２２およびランダムに配向された繊維１１２（例えば、炭素繊維）の両方を含む複合部品１００の斜視図である。具体的には、領域１２０は、繊維強化ポリマーの１つ以上の層１２６（例えば、１～４層）を含む。層１２６は、プライとも呼ぶことができる。例えば、領域１２０は、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）テープ／トウの１つ以上の層によって形成することができる。各層１２６は、層中の他の繊維に対して平行な連続繊維１２２と、樹脂１２４の固化ポリマーとを含む。これらの連続繊維１２２は、領域１２０内部で数フィートまたは数十フィート延在することができる。領域１２０は、複合部品１００の外面１３０を画定し、したがって外面１３０は、レイアップされた積層体に関連する平滑さなどの表面品質を示す。外面１３０は滑らかであるので、外面１３０は空力面としての使用に特に適する場合がある。これは、以下に説明するように、複合部品１００がランダムに配向された繊維（例えば、３つの軸すべてに沿ってランダムに配向された繊維）を含む場合であっても当てはまる。

【0015】

領域１１０は、図１にも示されている。領域１１０は、領域１２０に化学的に結合され、ランダムに配向された繊維１１２（例えば、炭素繊維）、ならびに樹脂１１４を含む。ランダムに配向された繊維１１２は、ランダムに配向され、ランダムに配向された繊維１１２の各々（または繊維の小さなグループ）は、領域１１０内部の他のランダムに配向された繊維１１２に対して、ランダムな位置および／または配向（３本の軸１５２、１５４および１５６のすべてに沿って）を有してよい。例えば、ランダムに配向された繊維１１２は、ランダムに配向された小さなチップ（例えば、センチメートル程度の長さ未満）を含んでよく、各チップは、互いに平行に配向された小さなグループの繊維を含む。この構成は、使用できないスクラップ材料を残して、炭素部分をチップに細断し、次いでランダムに配向した繊維として再利用することを可能にする。同様のスクラップ材料は、複合テープ材料の切断、細断および／または破砕から得ることができる。ランダムに配向された繊維１１２は、例えばそれぞれ６センチメートル（長さが約３インチ）より短いチョップド繊維を含むことができる。樹脂１２４および樹脂１１４との両方が熱硬化性樹脂である実施形態では、領域１１０は領域１２０と共硬化されてよい。樹脂１２４と樹脂１１４が両方とも熱可塑性樹脂である実施形態では、樹脂１２４および樹脂１１４の両方は、同時に溶融状態から冷却されてよく、固化されたポリマー樹脂、ランダムに配向された繊維１１２、および連続繊維１２２が一体化された単一の本体をもたらす。外面１３２および外面１３４は、領域１１０によって画定され、その結果、チョップド繊維複合部品に関連する粗さおよび電気伝導率を有し得る。

【0016】

複合部品１００は、連続繊維強化ポリマーの薄い境界を利用するため、従来の複合部品に比べて実質的な利点を提供する。例えば、領域１２０は、５０，０００分の１インチ（例えば、１０，０００分の１インチ～３０，０００分の１インチ）未満の厚さであってもよい。これは、領域１２０をレイアップするプロセスが、複合部品１００の全てをレイアップするよりも指数関数的に速いことを意味する。同時に、複合部品１００の１つ以上の外面は、連続繊維テープでレイアップされた複合部品に関する所望の表面特性を示す。複合部品１００はまた、領域１１０が異方性であるという点でさらなる利点を示す。したがって、領域１１０の強度が、特定のタイプ／方向の力に関して領域１２０の強度よりも小さかったとしても、領域１１０は、実際には、他の種類の力に対して領域１２０よりも強い場合がある。完全に記載された複合部品１００について、図２および３は複合部品１００を製造するために使用され得る成形型を説明する

【0017】

図２は、例示的な実施形態において、連続繊維およびランダムに配向された繊維の両方を含む複合部品を形成するために開いている成形型２００の斜視図である。図２によれば、成形型２００は、第１の部分２１０および第２の部分２２０を含む。第２の部分２２０は、部分的に中空であり、切欠き２２２を含む。同様に、第１の部分２１０は、中空であり、容積２１６を画定し、切欠き２１２を含む。第１の部分２１０の表面２１４は、連続繊維および樹脂の１つ以上の層を含む積層体を受ける。成形型２００が開いている間、積層体を配置することができる。成形型２００が閉じられている間、容積２１６は、チョップド繊維の集合体および樹脂を受ける。

【0018】

図３は、例示的な実施形態において、連続繊維およびランダムに配向された繊維の両方を含む複合部品を形成するための閉じた成形型の斜視図である。図３に示すように、切欠き２２２および切欠き２１２が一体化されている場合、それらはポート３１０を形成し、そこを通ってチョップド繊維の集合体および樹脂が容積２１６に入り得る。

【0019】

成形型２００の動作の例示的な詳細は、図４に関して論じられる。この実施形態では、成形型２００が現在開いており、空であって、複合部品を形成するための未硬化材料を待っていると仮定する。

【0020】

図４は、例示的な実施形態における複合部品を製造する方法４００を示すフローチャートである。方法４００のステップは、図１の成形型２００を参照して説明されるが、当業者であれば、方法４００は、必要に応じて他の成形型および製造システムで実施できることを理解するであろう。本明細書に記載されたフローチャートのステップは、すべてを含むものではなく、図示されていない他のステップを含むことができる。本明細書に記載のステップは、代替的な順序で実行することもできる。

【0021】

ステップ４０２において、自動繊維配置（ＡＦＰ）装置または他の装置は、連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つのプライを含む積層体を成形型２００の第１の部分２１０の表面２１４上に配置する（ステップ４０２）。積層体は平滑な表面を提供し、必ずしも実質的な構造強度を提供する必要はない。例えば、図５（図３の矢印５に対応する成形型２００の断面側面図）に示すように、コントローラ５６０は、積層体５１０を表面２１４上に配置する際にＡＦＰマシン５５０に指示するために、メモリに記憶された数値制御（ＮＣ）プログラムに従って命令を発行することができ、その後、成形型２００が閉じられるとき、ＡＦＰマシン５５０をスタンバイ位置に移動させるように指示することができる。コントローラ５６０は、例えば、カスタム回路として、プログラムされた命令を実行するハードウェアプロセッサとして、またはそれらの組合せとして実装されてよい。図５に示すように、積層体５１０は、連続繊維５１２並びに未硬化（例えば、「グリーン」）樹脂５１４を含む。

【0022】

成形型２００は、積層体５１０の配置が完了した後に閉じられてよい。すなわち、方法４００は、成形型２００の第２の部分２２０を、成形型２００の第１の部分２１０とかみ合わせるように移動させるステップと、成形型２００の第１の部分２１０と積層体５１０を囲む成形型２００の第２の部分２２０との間にキャビティ５９０を形成するステップとをさらに含む。キャビティ５９０は、成形型２００の内部にあり、積層体５１０と連通する（ステップ４０４）。キャビティ５９０はまた、ポート３１０とも連通する。例えば、コントローラ５６０は、アクチュエータ５３０を制御して、成形型２００を閉じてキャビティ５９０を形成することができる。キャビティ５９０をチョップド繊維の集合体で充填するための準備として、配管５００をポート３１０に取り付けることができる。

【0023】

ステップ４０６において、コントローラ５６０は、装置（例えば、加圧リザーバまたはポンプ）に、チョップド繊維および樹脂で成形型２００のキャビティを満たすように指示する。このようにして、チョップド繊維の集合体が、容積内に注入／挿入される。繊維は、３つの軸すべてに沿ってランダムに配向されている（例えば、繊維は互いに対して非平面である）。この方法は、樹脂で含浸された繊維の集合体を配管５００を介してキャビティ５９０内にポンプ輸送するようにポンプ５２０に指示するコントローラ５６０を含むことができる。図６は、成形型２００内部の樹脂６１４で含浸されたランダムに配向された繊維６１２の集合体６００を示す。この実施形態では、複合部品１００が形成されるときに繊維が漏れ出ることを防止するためにポート３１０をキャップ６５０で封止している。

【0024】

ランダムに配向された繊維６１２（すなわち、チョップド繊維）の集合体６００および積層体５１０は一緒に硬化され一体化部品となる（ステップ４０８）。例えば、もしも積層体５１０および集合体６００が熱硬化性樹脂を利用する場合、コントローラ５６０は、ヒーター５４０に指示を出して樹脂が硬化する処理温度に成形型２００に熱を加えてよく（図７に示される）、積層体５１０および集合体６００を共硬化させる。あるいは、積層体５１０および集合体６００が熱可塑性樹脂を利用する場合、コントローラ５６０は、ヒーター５４０に対して、樹脂を完全に溶融させる熱を加え、次いで樹脂の溶融温度より低い温度に成形型２００を冷却するように指示することができる。これにより複合部品１００が形成される。

【0025】

複合部品１００が形成された後、複合部品１００は成形型２００から分離され、第２の部分２２０は成形型２００の第１の部分２１０から分離される（ステップ４１０）。例えば、コントローラ５６０は、図８に示すように、第１の部分２１０を第２の部分２２０から分離するようにアクチュエータ５３０に指示することができる。これにより複合部品１００が成形型２００から取り外され、複合部品１００が任意の所望の製造および／または組立工程で使用できるようになる。

【0026】

さらなる実施形態では、積層体５１０および集合体６００は、それらが成形型２００内に配置されたときに樹脂を含まない。次に、樹脂を成形型２００内にポンプで注入し、複合部品１００を形成するために成形型２００を加熱する。さらなる実施形態では、キャビティ５９０と連通している成形型２００の表面は、成形型１０００からの複合部品１００の取り出しを容易にするために離型剤（図示せず）で処理される。

【0027】

方法４００は、連続繊維およびランダムな繊維の両方を含む複合部品の一体化された全体の製造を可能にする。連続繊維およびランダムに配向した繊維は同時に一緒に硬化または固化されるので、連続繊維の領域とランダムに配向された繊維の領域との間の界面強度が増加する。さらに、空気力学的表面を含む部品では、より安価なランダム配向繊維を依然として利用することができる。

【0028】

図９は、連続繊維強化ポリマーによって画定される複数の外面と、ランダムに配向された繊維強化ポリマーを含む内部領域とを含む複合部品９００の斜視図である。この実施形態では、外面９１２は、連続繊維強化ポリマーの領域９１０によって画定され、外面９３２は、連続強化ポリマー９３０の領域９２０によって画定される。対照的に、領域９２０は、ランダムに配向された繊維強化ポリマーを含む。これは、効果的に、積層体面シートの間に挟まれたランダムに配向された繊維強化ポリマーコアをもたらす。

【実施例】

【0029】

以下の実施例では、連続繊維およびランダムに配向された繊維を含む複合部品を製造する状況において、追加のプロセス、システム、および方法が記載される。

【0030】

図１０は、例示的な実施形態における複合部品を製造する成形型１０００のブロック図である。この例では、成形型１０００は、表面１０１２を含む第１の部分１０１０を含む。表面１０１２は、未硬化部品１０２０の積層体１０３０を受ける。積層体１０３０は、それぞれが連続繊維１０３４並びに樹脂１０３６を含む多層１０３２を含む。未硬化部品１０２０はまた、ランダムに配向された繊維１０４２の集合体１０４０および樹脂１０４６を含む。未硬化部品１０２０は、キャビティ１０９０内部に配置される。集合体１０４０は、第１の部分１０１０の切欠き１０１４および第２の部分１０５０の切欠き１０５４によって形成されるポートを介して挿入される。第２の部分１０５０は、第１の部分１０１０とかみ合い、未硬化部品１０２０を囲む。集合体１０４０は、第２の部分１０５０の表面１０５２と接触する。

【0031】

より詳細に図面を参照すると、本開示の例示は、図１１に示すような航空機の製造および保守点検方法１１００および図１２に示すような航空機１１０２という観点から説明することができる。先行生産の間、例示的な方法１１００は、航空機１１０２の仕様および設計１１０４および材料調達１１０６を含んでよい。製造の間、航空機１１０２の構成要素および部分組立品の製造１１０８並びにシステム統合１１１０が行われる。その後、航空機１１０２は、就航中１１１４にするために、認証および搬送１１１２を経てもよい。顧客による就航中、航空機１１０２は、定期的な整備および保守点検１１１６（変更、再構成、改修などを含んでもよい）が予定されてよい。本明細書で具体化される装置および方法は、生産および保守点検方法１１００（例えば、仕様および設計１１０４、材料調達１１０６、部品および部分組立品製造１１０８、システムインテグレーション１１１０、認証および配送１１１２、保守点検１１１４、定期的な整備および保守点検１１１６）および／または航空機１１０２の任意の適切な構成要素（例えば、機体１１１８、システム１１２０、内部１１２２、推進１１２４、電気１１２６、油圧１１２８、環境１１３０）の任意の１つ以上の適切な段階の間、使用されてよい。

【0032】

方法１１００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、および／またはオペレータ（例えば、顧客）によって実施または実行することができる。この説明の目的のために、システムインテグレータは、任意の数の航空機製造業者および主要システム下請け業者を含み得るが、これらに限定されない。第三者は、非限定的に、任意の数の販売業者、下請業者及び供給業者を含んでよく、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍本体、サービス組織などであってよい。

【0033】

図１２に示すように、例示的な方法１１００に従って製造され得る航空機１１０２は、複数のシステム１１２０および内部１１２２を備えた機体１１１８を含んでもよい。高度システム１１２０の例は、推進システム１１２４、電気システム１１２６、油圧システム１１２８および環境システム１１３０のうちの１つまたは複数を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙の例が示されているが、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業に適用されてもよい。

【0034】

既に上述したように、本明細書で具体化される装置および方法は、生産および保守点検方法１１００の任意の１つまたは複数の段階の間に使用されてよい。例えば、製造段階１１０８に対応する構成要素または部分組立品は、航空機１１０２が稼動している間に生成された構造要素または部分組立品と同様の方法で作製または製造されてよい。また、例えば、航空機１１０２の組立を実質的に迅速化するか、またはコストを低減することによって、製造段階１１０８および１１１０の間に、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組み合わせを利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組み合わせの１つ以上は、航空機１１０２が、保守および点検１１１６に限定されることなく、例えば稼働中に利用されてもよい。例えば、本明細書に記載された技術およびシステムは、ステップ１１０６，１１０８、１１１０、１１１４および／または１１１６に関して使用されてよく、かつ／またはこれらの技術およびシステムは、機体１１１８および／または内部１１２２に関して使用されてよい。これらの技術およびシステムは、例えば、推進装置１１２４、電気装置１１２６、油圧装置１１２８、および／または環境１１３０などのシステム１１２０に関して使用されてもよい。

【0035】

一実施形態では、複合部品１００は、機体１１１８の一部を含み、構成要素および部分組立品製造中に製造される（１１０８）。次に、複合部品１００は、システムインテグレーション１１１０において航空機に組み立てられてよく、次いで、摩耗により複合部品１００が使用不能になるまで就航中１１１４で使用され得る。その後、保守点検１１１６において、複合部品１００は廃棄され、新たに製造された部品と交換することができる。本発明の構成要素および方法は、新しい部品を製造するために構成要素および部分組立品の製造１１０８を通して使用されてもよい。

【0036】

図面に示されているか、または本明細書に記載されている様々な制御要素（例えば、電気または電子構成要素）のいずれかは、ハードウェア、ソフトウェアを実装するプロセッサ、ファームウェアを実装するプロセッサ、またはこれらのいくつかの組み合わせとして実装することができる。例えば、要素は、専用ハードウェアとして実装されてもよい。専用のハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、または同様の用語で呼ばれることがある。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、または複数の個別プロセッサによって提供されてよく、それらのうちのいくつかは共有されてもよい。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアのみを指すものと解釈すべきではなく、暗黙的に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）または他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、ロジック、または他の物理的ハードウェア構成要素またはモジュールを含み得るが、これらに限定されない。

【0037】

また、制御要素は、要素の機能を実行するためにプロセッサまたはコンピュータによって実行可能な命令として実装されてもよい。命令の例には、ソフトウェア、プログラムコード、ファームウェアなどがある。命令は、プロセッサが要素の機能を実行するよう指示するためにプロセッサによって実行されるときに動作可能である。命令は、プロセッサによって読み取り可能な記憶装置に記憶されてもよい。記憶装置のいくつかの例は、デジタルまたは固体メモリ、磁気ディスクおよび磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学的に読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体である。

【0038】

本発明の装置および方法は、特許請求の範囲と混同されるべきではない以下の節でも言及される。

【0039】

Ａ１．
成形型の第１の表面上に連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つのプライを含む積層体を配置するステップ（４０２）と、
成形型のキャビティに積層体と接触するチョップド繊維および樹脂を充填するステップ（４０６）と、
チョップド繊維および積層体を一緒に一体化複合部品に硬化するステップ（４０８）と、
一体化複合部品を成形型から分離するステップ（４１０）と、を含む方法。

【0040】

Ａ２．
Ａ１に記載の方法において、
成形型の第２の表面上に積層体を配置するステップをさらに含む。

【0041】

Ａ３．
Ａ１に記載の方法において、
第１の表面は成形型の第１の部分にあり、チョップド繊維の集合体および積層体を硬化するステップは、チョップド繊維および積層体を加熱するステップを含み、方法が、
成形型の第１の部分とかみ合わせるために成形型の第２の部分を移動することによってキャビティを形成するステップであって、キャビティは成形型の第１の部分と成形型の第２の部分との間に存在し、積層体を取り囲む、ステップ（４０４）と、
チョップド繊維の集合体および積層体を一緒に一体化複合部品に硬化させた後に、成形型の第２の部分を成形型の第１の部分から分離するステップとをさらに含む。

【0042】

Ａ４．
Ａ３に記載の方法において、
成形型の第２の部分を移動するステップが、成形型の第２の部分の第２の切欠き上に成形型の第１の部分の第１の切欠きを配置するステップと、第１の切欠きおよび第２の切欠きによって画定されキャビティに通じるポートを形成するステップとを含む。

【0043】

Ａ５
Ａ１に記載の方法において、
積層体を配置するステップが、樹脂で予め含浸されたトウを配置するステップを含む。

【0044】

Ａ６
Ａ１に記載の方法において、
キャビティに樹脂を充填するステップが、キャビティにチョップド繊維を充填するステップとは別に行われることをさらに含む。

【0045】

Ａ７
Ａ１に記載の方法において、
樹脂が熱硬化性樹脂であり、
チョップド繊維および積層体を一緒に硬化するステップが、熱硬化性樹脂を硬化温度に加熱するステップを含む。

【0046】

Ａ８
Ａ１に記載の方法において、
積層体を配置することにより、繊維の先端が第１の表面に露出することが防止される。

【0047】

Ａ９
Ａ１に記載の方法において、
樹脂が熱可塑性樹脂であり、
方法が、加熱後に一体化複合部品を冷却し、積層体およびチョップド繊維で熱可塑性樹脂を固化させるステップをさらに含む。

【0048】

本装置または方法のさらなる態様によれば、以下が提供される。

【0049】

Ｂ１．
プロセッサによって実行されるとき、方法を実行するように動作可能なプログラム命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
成形型の第１の表面上に連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つのプライを含む積層体を配置するステップ（４０２）と、
成形型のキャビティに、積層体に接触するチョップド繊維および樹脂を充填するステップ（４０６）と、
チョップド繊維および積層体を一緒に一体化複合部品に硬化するステップ（４０８）と、
一体化複合部品を成形型から分離するステップ（４１０）を含む。

【0050】

Ｂ２
Ｂ１に記載の媒体において、
成形型の第２の表面上に積層体を配置するステップをさらに含む。

【0051】

Ｂ３
Ｂ１に記載の媒体において、
第１の表面が成形型の第１の部分にあり、チョップド繊維および積層体を硬化するステップが、チョップド繊維の集合体および積層体を加熱するステップを含み、方法が、
成形型の第１の部分とかみ合わせるために成形型の第２の部分を移動することによってキャビティを形成するステップであって、キャビティは成形型の第１の部分と成形型の第２の部分との間に存在し、積層体を取り囲む、ステップ（４０４）と、
チョップド繊維の集合体および積層体を一緒に一体化複合部品に硬化させた後に、成形型の第２の部分を成形型の第１の部分から分離するステップとをさらに含む。

【0052】

Ｂ４
Ｂ３に記載の媒体において、
成形型の第２の部分を移動するステップは、成形型の第２の部分の第２の切欠き上に成形型の第１の部分の第１の切欠きを配置するステップと、第１の切欠きおよび第２の切欠きによって画定されるポートを形成するステップであって、ポートがキャビティに通じるステップとを含む。

【0053】

Ｂ５
Ｂ１に記載の媒体において、
積層体を配置するステップが、樹脂で予め含浸されたトウを配置するステップを含む。

【0054】

Ｂ６
Ｂ１に記載の媒体において、
キャビティに樹脂を充填するステップが、キャビティにチョップド繊維を充填するステップとは別に行われることをさらに含む。

【0055】

Ｂ７
Ｂ１に記載の媒体において、
樹脂が熱硬化性樹脂であり、
チョップド繊維および積層体を一緒に硬化するステップが、熱硬化性樹脂を硬化温度に加熱するステップを含む。

【0056】

Ｂ８
Ｂ１に記載の媒体において、
積層体を配置することにより、繊維の先端が第１の表面に露出することが防止される。

【0057】

Ｂ９
Ｂ１に記載の媒体であって、
樹脂が熱可塑性樹脂であり、
方法が、加熱後に一体化複合部品を冷却し、積層体およびチョップド繊維で熱可塑性樹脂を固化させるステップをさらに含む。

【0058】

本装置または方法のさらなる態様によれば、以下が提供される。

【0059】

Ｃ１．
複合部品（１００）を含む製品であって、
複合部品（１００）が、
複合部品の外面１３０に配置された連続繊維（１２２）強化ポリマーの少なくとも１つの平面層（１２６）と、
３つの軸すべてに沿って互いにランダムに配向されたチョップド繊維（１１２）の集合体（６００）とを含み、
チョップド繊維の集合体は、複合部品の内部の連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つの平面層に共硬化される。

【0060】

Ｃ２
Ｃ１に記載の製品において、
平面連続繊維強化ポリマーの少なくとも１つの層が、１つから４つの層を含む。

【0061】

Ｃ３
Ｃ１に記載の製品において、
複合部品は炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）を含む。

【0062】

Ｃ４
Ｃ１に記載の製品において、
チョップド繊維の集合体中の繊維の各々が、６センチメートル未満の長さである。

【0063】

Ｃ５
Ｃ１の製品を含む航空機。

【0064】

特定の実施形態が本明細書に記載されているが、本開示の範囲はこれらの特定の実施形態に限定されない。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物によって定義される。

【符号の説明】

【0065】

１００ 複合部品
１１０ 領域
１１２ ランダムに配向された繊維
１１４ 樹脂
１２０ 領域
１２２ 連続繊維
１２４ 樹脂
１２６ 層
１３０ 外面
１３２ 外面
１３４ 外面
２００ 成形型
２１０ 第１の部分
２１２ 切欠き
２１４ 表面
２１６ 容積
２２０ 第２の部分
２２２ 切欠き
３１０ ポート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】