特許 7444567 複合構造体を製造するためのシステム及び方法

(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】2024-02-27

(45)【発行日】2024-03-06

(54)【発明の名称】複合構造体を製造するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/44 20060101AFI20240228BHJP

【ＦＩ】

B29C70/44

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019166292

(22)【出願日】2019-09-12

(65)【公開番号】P2020062875

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2022-09-07

(31)【優先権主張番号】16/142,819

(32)【優先日】2018-09-26

(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】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100200609

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 智和

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン マイケル シューチャック

(72)【発明者】

【氏名】マイケル マトラック

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー ジェイ．ルチニ

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２５４４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０２２２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ７０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合構造体の形成方法であって、
ツールの外側モールドライン面を加工温度に加熱することと、
前記外側モールドライン面の内側に、マンドレルの内側モールドライン面を、当該内側モールドライン面に配置された複合材プリフォームとともに配置することと、
前記内側モールドライン面及びゲル化した前記複合材プリフォームを前記外側モールドライン面から離脱させることと、を含み、
前記ゲル状の複合材プリフォームは、当該ゲル状の複合材プリフォームを前記マンドレルから離脱させるのに十分な自立性を有しており、
前記マンドレルは、端部片に接続された内包体アセンブリを含み、前記内包体アセンブリは、膨張可能な内包体と、当該内包袋の周りを覆う形状記憶層とを含んでおり、当該形状記憶層は、閾値温度よりも低い温度では剛性状態を維持し、前記閾値温度よりも高い温度では軟化した可撓性状態となって、前記内包体の膨張に伴って膨張するように構成されている、方法。

【請求項2】

前記複合材プリフォームを前記内側モールドライン面に配置すること、及び／又は、
前記複合材プリフォームを前記内側モールドライン面に配置する前、又は、配置した後に、前記複合材プリフォームが配置された前記内包体を膨張させること、及び／又は、
前記複合材プリフォームを前記外側モールドライン面に対して押圧すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記内側モールドライン面を加熱して、前記内側モールドライン面を前記剛性状態から前記可撓性状態に転移させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記内側モールドライン面が前記可撓性状態のときに、前記内側モールドライン面の内側に配置されている前記内包体を膨張させることをさらに含み、
前記内側モールドライン面及び前記複合材プリフォームを前記外側モールドライン面から離脱させた後に、前記内包体を収縮させること、及び／又は、
前記内側モールドライン面が前記剛性状態のときに、前記複合材プリフォームを前記内包体に配置すること、及び／又は、
前記複合材プリフォームが室温であるときに、前記複合材プリフォームを前記内包体に配置すること、をさらに含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記内側モールドライン面を、当該内側モールドライン面に配置された前記複合材プリフォームとともに、前記外側モールドライン面の内側に配置した後に、前記内側モールドライン面及び当該内側モールドライン面に配置された前記複合材プリフォームに真空圧を印加することと、
前記内側モールドライン面に設けられた離型剤コーティングに前記複合材プリフォームを配置することと、
ゲル化した前記複合材プリフォームを前記ツールの前記外側モールドライン面から離脱させた後に、前記複合材プリフォームを硬化させて前記複合構造体を形成することと、のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記複合材プリフォームを前記内側モールドライン面から離脱させること、及び次の第２複合材プリフォームを前記内側モールドライン面にレイアップすることをさらに含み、前記次の第２複合材プリフォームを前記内側モールドライン面にレイアップすることは、前記内側モールドライン面の内側に配置された前記内包体を収縮させた後に行う、請求項１～５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

次の第２複合材プリフォームを第２内側モールドライン面にレイアップすることをさらに含み、
前記第２内側モールドライン面を前記第２複合材プリフォームとともに、前記外側モールドライン面の内側に配置することと、第２内包体を膨張させて、前記第２複合材プリフォームを前記外側モールドライン面に対して押圧することと、前記第２内側モールドライン面を、ゲル化した前記第２複合材プリフォームとともに、前記外側モールドライン面から離脱させることと、前記第２複合材プリフォームを硬化させて、第２複合構造体を形成することと、をさらに含むか、及び／又は、
前記内側モールドライン面を前記複合材プリフォームとともに離脱させ、また、前記第２内側モールドライン面を前記第２複合材プリフォームとともに前記外側モールドライン面の内側に配置する間、前記外側モールドライン面の温度を前記加工温度に維持することをさらに含む、請求項１～６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記複合材プリフォームに熱硬化性樹脂が含浸されているか、
前記内側モールドライン面が室温で前記剛性状態であるか、
前記内側モールドライン面が６５℃で軟化するか、
前記加工温度が１８０℃であるか、あるいは、前記加工温度が１８０℃から２１５℃までの間であるか、のうちの少なくとも１つを充足する、請求項１～７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

離脱させることは、前記外側モールドライン面の温度が前記加工温度に維持されている間に、前記内側モールドライン面を前記外側モールドライン面から離脱させることを含む、請求項１～８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

前記内側モールドライン面及び複合材プリフォームを前記外側モールドライン面から離脱させた後に、前記内側モールドライン面を溶解させることをさらに含む、請求項１～９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

前記マンドレルは、前記内包体アセンブリに接続された端部片を備える、請求項１～１０のいずれかに記載の方法。

【請求項12】

前記内包体が、空気、窒素、蒸気、又は、油によって膨張されるか、
前記内包体が前記端部片に封着されているか、
前記マンドレルが、前記内包体に接続されているとともに、前記内包体を膨張及び収縮させるための加圧システムをさらに備えるものであって、前記加圧システムが、加熱された空気、窒素、蒸気、又は、油を前記内包体に供給するものであるか、
前記内包体がシリコーン製であるか、
前記形状記憶層が形状記憶ポリマからなるものであるか、のうちの少なくとも１つを充足する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記内包体アセンブリに接続された第２端部片をさらに備え、前記端部片が前記内包体アセンブリの一端に接続されており、前記第２端部片が前記内包体アセンブリにおける前記端部片と反対側の端部に接続されている、及び／又は、
前記内側モールドライン面が実質的に円筒形である、及び／又は、
前記端部片に接続された支持プレートをさらに備え、前記内包体アセンブリが、前記支持プレートと前記端部片の間に挟まれており、
前記端部片は、前記内包体の内部と連通するポートを有する、請求項１１又は１２に記載の方法。

【請求項14】

複合構造体を製造するためのシステムであって、
ツールアセンブリと、
コントロールシステムと、
複合材プリフォームと、を備え、
前記ツールアセンブリは、加熱素子及び外側モールドライン面を有するツールと、
内側モールドライン面を規定するとともに、端部片に接続された内包体アセンブリを有するとともに、前記ツールの中に離脱可能に配置されるマンドレルと、を含み、
前記内包体アセンブリは、膨張可能な内包体と、当該内包袋の周りを覆う形状記憶層とを含んでおり、当該形状記憶層は、閾値温度よりも低い温度では剛性状態を維持し、前記閾値温度よりも高い温度では軟化した可撓性状態となって、前記内包体の膨張に伴って膨張するように構成されており、
前記コントロールシステムは、前記加熱素子に接続された温度コントローラと、
前記内包体アセンブリに接続された圧力コントローラと、を含み、
前記複合材プリフォームは、前記内包体アセンブリの周りに配置されている、システム。

【請求項15】

前記温度コントローラは、前記外側モールドライン面を加工温度に維持し、前記圧力コントローラは、前記内包体アセンブリの内部を、前記複合材プリフォームが前記外側モールドライン面に対して押圧される所定の圧縮圧力に維持し、及び／又は、
前記コントロールシステムは、前記ツールに接続されて、前記ツールの開閉を制御するアクセスコントローラを含み、及び／又は、
前記コントロールシステムは、配置・離脱コントローラを含み、当該配置・離脱コントローラは、前記ツールに対する前記マンドレル及び前記複合材プリフォームの配置及び離脱を制御する機構に接続されている、請求項１４に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、航空機部材の製造に関する。より具体的には、本開示は、航空機用の複合構造体を作製するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

航空機の設計及び製造において、使用される複合材料の割合が高くなってきている。複合材料は、一般的に、ポリマ樹脂マトリックスで結合した強化繊維を含む。繊維は、一方向繊維でもよいし、織物や織布の形態のものでもよい。これらの繊維と樹脂を配置し、硬化することで、例えば航空機の胴体バレルなどの複合構造体が形成される。

【0003】

現行では、複合材の胴体バレルは、作成中のパーツの内側モールドライン又は外側モールドラインのいずれかに適合する固定のツールを用いて製造されている。この製造方法では、マンドレルにレイアップを配置した後、このレイアップを真空バッグと当て板（caul plate）で覆う処理を手作業で行う。次いで、真空バッグを用いてレイアップを圧密化（consolidate）し、圧密化したレイアップを、オートクレーブに入れて加熱及び加圧して硬化させる。この硬化サイクルは、少なくとも４～２４時間を要し、この間、多くのリソース（resources）の使用が制限されることになる。さらに、現行のプロセスでは、複合構造体を連続で作製する場合、そのサイクル時間は、４～２４時間に及ぶ硬化サイクルに支配されることになる。

【0004】

現行の方法は、意図した目的については十分に有用であるものの、このような部品の製造に必要なリソースを減らす方法や装置についての技術、また、その他の潜在的な問題に対処する技術が必要とされている。

【発明の概要】

【0005】

いくつかの態様において、複合構造体の形成方法は、ツールの外側モールドライン面を加工温度に加熱することと、前記外側モールドライン面の内側に、内側モールドライン面を、当該内側モールドライン面に配置された複合材プリフォームとともに配置することと、前記内側モールドライン面及びゲル化した前記複合材プリフォームを前記外側モールドライン面から離脱させることと、を含む。

【0006】

いくつかの他の態様において、ゲル状の複合材を形成するためのマンドレルは、内側モールドライン面を規定するとともに、形状記憶層及び内包体を含む内包体アセンブリと、前記内包体アセンブリに接続された端部片と、を備える。

【0007】

いくつかの他の態様において、複合構造体を製造するためのシステムはツールアセンブリを含み、当該ツールアセンブリは、加熱素子及び外側モールドライン面を有するツールと、内側モールドライン面を規定する内包体アセンブリを有するマンドレルと、を含む。前記マンドレルは、前記ツールの中に離脱可能に配置されている。前記ツールアセンブリは、さらに、コントロールシステムを含み、当該コントロールシステムは、前記加熱素子に接続された温度コントローラと、前記内包体アセンブリに接続された圧力コントローラと、を含む。また、複合合材プリフームが、前記内包体アセンブリの周りに配置されている。

【0008】

いくつかの他の態様において、装置は、マンドレルと、前記マンドレルに巻き付けられた、ゲル状の複合材プリフォームと、を備える。

【0009】

上述した特徴、機能、及び、利点は、様々な実施形態において個別に実現することも可能であるし、さらに他の実施形態と組み合わせることも可能である。その詳細は、下記の説明及び添付図面に示す。

【図面の簡単な説明】

【0010】

添付図面は、あくまでも例示を目的としており、本開示の範囲を何ら限定するものではない。

【0011】

【図1】例示的な実施形態による複合材製造システムのコンポーネントを示すシステム構成図である。

【図2A】例示的な実施形態による複合材製造システムのツールアセンブリを示す側面斜視図である。

【図2B】例示的な実施形態による複合材製造システムのツールアセンブリを示す分解斜視図である。

【図3】例示的な実施形態によるツールアセンブリに複合材プリフォームが配置された状態を示す断面図であって、図２Ａの矢印３－３の方向に見た図である。

【図3A】代替の実施形態によるツールアセンブリの部分断面図であって、複合材プリフォームが中に配置された状態を示している。

【図4】例示的な実施形態によるツールアセンブリを図２Ａの矢印４－４の方向に見た端面図である。

【図5】例示的な実施形態によるツールアセンブリの概略側面図である。

【図6】例示的な実施形態による複合構造体の形成方法を示す例示的なフロー図である。

【図7】例示的な実施形態による複合構造体の他の形成方法を示す例示的なフロー図である。

【図8】例示的な実施形態による複合構造体のさらに他の形成方法を示す例示的なフロー図である。

【図9】航空機の製造及び就航の方法を示す例示的なフロー図である。

【図10】航空機を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下の記載は、あくまでも例示であって、本開示及びその用途や仕様を限定することを意図するものではない。

【0013】

図１を参照すると、迅速硬化性樹脂（quick cure resin）を用いた複合構造体の製造システムが符号１０で示されている。一実施例において、迅速硬化性樹脂は、約３０分以内に硬化する樹脂を含む。ここでいう「約」という用語の意味は、当業者の解釈に委ねられる。或いは、ここでの「約」という用語は、±５分を含む。システム１０で作製される複合構造体は、好ましくは、湾曲した複合構造体であり、例えば、航空機の機体に用いられるナセルやバレルである。システム１０は、概して、ツールアセンブリ１２と、ツールアセンブリ１２に充填された複合材プリフォーム１４と、ツールアセンブリ１２の動作を制御するよう構成されたコントロールシステム１６と、を含む。

【0014】

次に、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図３Ａを図１と併せて参照すると、ツールアセンブリ１２は、マンドレル１８、ツール２０、及び、硬化デバイス２１を含む。図２Ａは、ツールアセンブリ１２の側面斜視図であり、図２Ｂは、ツールアセンブリ１２の分解斜視図である。マンドレル１８は、複合材プリフォーム１４（図２Ｂに示す）を支持するとともに、複合構造体の内側モールドラインを規定するよう構成されている。マンドレル１８は、図３に示すように、ツール２０の中に配置可能なサイズである。マンドレル１８は、内包体アセンブリ２６に接続された第１端部片（first end piece）２２及び第２端部片（second end piece）２４を含む。本実施例では、マンドレル１８が２つの端部片２２及び２４を含んでいるが、マンドレル１８が第１端部片２２のみを含む構成も、本開示の範囲を逸脱するものではない。第１端部片２２のみが用いられる場合、第１端部片２２は、内包体アセンブリ２６を片持ち支持する構成である。端部片２２、２４は、ツール２０内で内包体アセンブリ２６を支持するとともに、マンドレル１８とツール２０の間の接続部を構成する。また、端部片２２、２４は、内包体アセンブリ２６を加圧したときの膨張圧に反作用するが、詳細は後述する。本実施例では、端部片２２、２４は、円形である。端部片２２、２４が円形であると、端部片２２、２４の製造が容易である。また、端部片２２、２４が円形であると、マンドレル１８の割出し操作（indexing）の必要がないので、ツール２０に容易に装填できる。ただし、端部片２２、２４が円形以外の形状を有する場合は、ツール２０に対してマンドレル１８の割出し操作、即ち、回転方向の位置合わせ操作を行うことが望ましい。端部片２２、２４は、例えば、矩形、三角形、又は、その他の多面形であってもよい。

【0015】

図３は、複合材プリフォーム１４を含むツールアセンブリ１２の断面図を示す。内包体アセンブリ２６は、硬化前は、複合材プリフォーム１４を剛性支持し、硬化中は、複合材プリフォームを柔軟に支持して、圧縮するよう構成されている。内包体アセンブリ２６は、形状記憶層２８と、形状記憶層２８の内側に配置された内包体３０と、を含む。形状記憶層２８の外側表面は、内側モールドライン（ＩＭＬ）面３２を規定する。このＩＭＬ面３２が、複合構造体の内側モールドラインを規定する。形状記憶層２８は、内包体３０の周りを覆っており、形状記憶ポリマからなる。形状記憶ポリマは、温度などのパラメータの変化に応じて、剛性が変化する性質を有する。よって、形状記憶層２８は、剛性状態と、軟化した可撓性状態とを有する。剛性状態は、形状記憶層２８が室温のときに現れ、加熱されて閾値温度を超えると、可撓性状態に転移する。室温は、複合材プリフォーム１４をマンドレル１８に沿わせて配置することができる温度をいう。室温の範囲は、材料加工の仕様によって決まる。例えば、特定の種類の繊維強化材料については、室温は約４３℃である。ここでいう「約」という用語の意味は、当業者の解釈に委ねられる。或いは、ここでの「約」という用語は、±１０度を含む。他の実施形態において、他の種類の繊維強化材料については、室温は約２７℃である。ここでいう「約」という用語の意味は、当業者の解釈に委ねられる。或いは、ここでの「約」という用語は、±１０度を含む。他の実施例では、室温は、閾値温度より数度低い温度の可能性もある。閾値温度は、室温よりも高く、特定の態様では、後述するように、硬化処理が行われる温度よりも高い。特定の態様では、形状記憶層２８は、約６５℃で軟化して可撓性を有する状態に転移する。ここでいう「約」という用語の意味は、当業者の解釈に委ねられる。或いは、ここでの「約」という用語は、±１０度を含む。

【0016】

内包体３０は、気密であって、膨張可能な構成である。一実施形態では、内包体３０は、シリコーン製であるが、他の膨張可能な材料を使用してもよい。第１端部片２２には、ポート３４が貫通しており、このポートを介して、内包体３０にアクセス可能である。内包体３０を膨張させるには、例えば、空気、窒素、蒸気、又は、油で内包体３０を加圧する。空気、窒素、蒸気、又は、油は、ポート３４を介して内包体３０と連通する加圧システム３５（図２Ａ及び図３に示す）から供給される。加圧システム３５は、例えば、加圧された空気、窒素、蒸気、又は、油などの供給源、ポンプ、圧力センサ、圧力逃し弁、及び、供給ラインを含む。加圧システム３５の圧力逃し弁は、ＯＭＬ面５６に加わる圧力を制御して、ツール２０を強制的に開放させる圧力を超えないようにする。特定の態様では、内包体３０の膨張時の圧力は、約６２０ｋＰａに達する。ここでいう「約」という用語の意味は、当業者の解釈に委ねられる。或いは、ここでの「約」という用語は、±５０ｋＰａを含む。様々な態様において、膨張圧は、低ければ１００ｋＰａ程度であり、高ければ２１００ｋＰａ程度である。内包体３０の膨張圧は、複合材プリフォーム１４の材料に基づいて選択される。一実施例において、内包体３０は、容積基準で約１０％膨張し、他の実施例では、容積基準で約２％～約３％膨張し、好ましい実施例では、容積基準で約１％膨張する。ここでいう「約」という用語の意味は、当業者の解釈に委ねられる。或いは、ここでの「約」という用語は、容量基準で±１パーセントを含む。一実施形態において、第２端部片２４を貫通するポート３７が設けられているので、内包体３０をより迅速に充填することができるとともに、空気がツール２０を通過して再循環することができる。

【0017】

内包体アセンブリ２６は、端部片２２、２４に封着して取り付けられており、その取り付け方法としては、端部片２２、２４が個別に、あるいは、協働して、内包体アセンブリ２６、複合材プリフォーム１４、加圧システム３５、及び、任意のセンサなどを支持できるのであれば、様々な方法が可能である。提示した実施例では、形状記憶層２８が端部片２２と端部片２４の間に挟まれている。内包体３０は、一端が第２端部片２４に取り付けられており、他端が、第１端部片２２と支持プレート３６との間に挟み込まれている。別の実施形態では、形状記憶層２８と内包体３０の両方が、支持プレート３６と端部片２２、２４との間に挟まれている。別の実施形態では、形状記憶層２８と内包体３０の両方が、端部片２２、２４に、例えば、接着剤で接合された構成である。この場合、内包体アセンブリ２６の使用中に、端部片２２、２４を取り外すことはできない。さらに別の実施形態では、端部片２２、２４は、内包体アセンブリ２６から離脱可能な構成である。

【0018】

これ以外の構成の内包体アセンブリ２６も、本開示の範囲から逸脱するものではない。例えば、形状記憶層２８を省略して、水溶性、又は、溶剤可溶性の内部マンドレルを内包体３０の中に配置してもよい。この実施形態では、内包体３０がＩＭＬ面３２を規定する。可溶性の内部マンドレルは、室温では剛性であるが、内包体３０を水で膨張させると、溶解する。

【0019】

引き続き図２Ａ、図２Ｂ、図３、及び、図３Ａを参照すると、ツール２０は、複合材プリフォーム１４をゲル化させるよう構成されており、自己発熱型であるか、あるいは、オーブンの中に配置される。ツール２０は、完成部品の外側モールドラインを規定する。ツール２０は、互いに組み合わさるように構成された第１コンポーネント４０と第２コンポーネント４２を含む。第１コンポーネント４０は、当該第１コンポーネント４０の内側に第１外側モールドライン（ＯＭＬ）面４４を規定する。また、第１コンポーネント４０は、第１ＯＭＬ面４４の両側に２つのスロット４６、４８を規定する。同様に、第２コンポーネント４２は、当該第２コンポーネント４２の内側に第２外側モールドライン（ＯＭＬ）面５０を規定する。また、第２コンポーネント４２は、第２ＯＭＬ面５０の両側に２つのスロット５２、５４を規定する。第１コンポーネント４０と第２コンポーネント４２を組み合わせると、第１ＯＭＬ面４４と第２ＯＭＬ面５０が一緒になって、マンドレル１８及び複合材プリフォーム１４を収容する空間が画成される。つまり、第１ＯＭＬ面４４と第２ＯＭＬ面５０とが一緒になって、複合構造体の外側モールドラインを規定する外側モールドライン（ＯＭＬ）面５６が形成される。外側モールドライン面５６は、例えば、鋼、インバー（Invar）、アルミニウム、又は、複合材料など、任意の適当な材料で形成される。加えて、第１コンポーネント４０と第２コンポーネント４２を組み合わせると、スロット４６とスロット５２が合わさって、第１端部片２２を収容し、スロット４８とスロット５４が合わさって、第２端部片２４を収容する。スロット４６、５２を貫通する開口５８が設けられているので、第１コンポーネント４０と第２コンポーネント４２を組み合わせたときに、ツール２０の内部に形成される空間にアクセスすることができ、よって、マンドレル１８の第１端部片２２のポート３４にアクセスすることができる。

【0020】

この実施例におけるＯＭＬ面５６の形状は、樽形、つまり、円筒形であるが、ＯＭＬ面５６は、当然ながら様々な形状に構成することができ、例えば、航空機胴体部の様々なセクションやエンジンナセルのパネルなどの様々な完成部品に適合した形状にすることができる。同様に、実施例におけるスロット４６、４８、５２、５４は、端部片２２、２４を収容する半円筒形であるが、スロット４６、４８、５２、５４は、当然ながら、端部片２２、２４を収容する様々な形状に構成することができる。このようなスロット４６、４８、５２、５４は、コンポーネント４０及び４２の中で処理中の内包体アセンブリ２６と複合材プリフォーム１４を支持する補助として有用である。例えば、端部片２２、２４が円形でない場合は、スロット４６、４８、５２、５４も半円筒形にはせず、径方向に非対称なツールの使用や、ツール２０におけるマンドレル１８の割り出し操作を補助する形状にすることができる。なお、第１端部片２２のみを用いる場合は、ツールは、スロット４６、５２のみを有する構成でもよい。特定の態様では、コンポーネント４０、４２は、スロット４６、４８、５２、５４内にねじ切りされた領域を設けて、端部片２２及び２４の一方又は両方をツール２０に螺合させるよう構成してもよい。開口５８が設けられていることにより、マンドレル１８がツール２０内部に配置された状態で、内包体３０を加圧することができる。また、開口５８は、センサや制御機器へのアクセスポイント、及び、処理のリアルタイム監視及び制御のためのアクセスポイントも提供する。ガスケット５９は、第１端部片２２とツール２０との間に配置されており、開口５８の周りを封止する。また、開口５８を通るラインや導管などがある場合には、これらと開口５８の間にシール材（図示せず）を追加で設けることができる。

【0021】

次に、ツールアセンブリ１２の端面図が示す図４を参照すると、第１コンポーネント４０は、様々な方法で第２コンポーネント４２に固定することができる。図示の実施例によれば、第１コンポーネント４０は、一対の特異部６０Ａ、６０Ｂを有し、第２コンポーネント４２は一対の特異部６２Ａ、６２Ｂを有する。一対のラッチ機構６４は、特異部６０Ａ、６２Ａを特異部６０Ｂ、６２Ｂと係合させて、第１コンポーネント４０を締め付けて第２コンポーネント４２に固定する。他の実施形態では、油圧、ボルト、ピンなどによって、第１コンポーネント４０を第２コンポーネント４２に連結する。

【0022】

次に、ツールアセンブリ１２の側面を概略的に示す図５を参照すると、ツール２０のＯＭＬ面５６は、参照符号６９、７０、７１、７２、及び、７４で示す１つ以上の加熱素子で加熱される。一実施例では、ツール２０は、外部加熱システム６９に接続されている。外部加熱システム６９は、ツール２０に配管されたチューブ７０に熱油を供給する。熱油は、チューブ７０を経由して循環されて、ＯＭＬ面５６を加熱する。この構成では、ツール２０は、マンドレル１８の第１端部片２２が第２端部片２４の上方に位置するように、垂直方向に配置することが好ましい。他の実施例では、ツール２０に配線された電線７２に外部電気システム７１が接続されている。外部電気システム７１は、電線７２で抵抗熱を発生させてＯＭＬ面５６を加熱する。他の実施例では、例えば、カートリッジヒータ、ヒートブランケットやヒートマット、誘導加熱器、オーブン、又は、プレス機に設けたヒータプラテンなど、１つ以上の外部熱源７４がツール２０に接続されており、ツール２０とＯＭＬ面５６を加熱する。他の実施例では、内包体３０を膨らませるために使用する加圧システム３５を用いて、ツール２０を加熱してもよい。ＯＭＬ面５６は、マンドレル１８をツール２０の中に配置した後に、内包体３０を内部から加熱することで加熱される。例えば、ＯＭＬ面５６を加熱するには、加熱した窒素、加熱した空気、熱油、又は、蒸気を加圧システム３５から供給して、内包体３０を内部から加熱する。例えば、加熱流体又は加熱した圧縮空気は、ツール２０の開口５８とマンドレル１８のポート３４を通る流体ラインを介して内包体３０に送られる。マンドレル１８及びツール２０は、図示のように水平方向での処理にも、図示しない垂直方向での処理にも用いることができる。

【0023】

上述のように、複合材プリフォーム１４は、マンドレル１８に沿って配置される。なお、図においては編組構造の複合材プリフォーム１４が示されているが、例えば、一方向繊維のプリフォームなど、その他の構造も利用可能である。特定の態様では、複合材プリフォーム１４は、ＩＭＬ面３２の全体を覆うが、他の態様では、複合材プリフォーム１４は、ＩＭＬ面３２のすべて、又は、一部を覆う構成でもよい。複合材プリフォーム１４は、例えば、テープやトウのレイアップマシン、ファブリックのドレーピングシステム、又は、編組システムを用いてマンドレル１８に配置することができる。複合材プリフォーム１４に含まれる繊維は、一方向繊維でもよいし、織物や織布の形態であってもよい。様々な態様において、複合材プリフォーム１４には、例えば、約３０分以内にゲル化する迅速硬化性樹脂が含侵されている。様々な態様において、内包体３０は、例えば、約６５℃を超える温度で膨張させた後に冷却することにより、複合材プリフォーム１４を支持する内側モールドライン内包体の形状に固めることができる。特定の態様では、複合材プリフォーム１４には、熱硬化性樹脂が含侵されている。いくつかの態様では、ファイバは、例えば、二軸又は三軸などの多軸ファイバである。様々な態様において、複合材プリフォームに含まれるファイバは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、又は、ボロン繊維である。

【0024】

図３Ａは、マンドレル１８及び複合材プリフォーム１４の代替実施形態の断面を拡大して示す。図３Ａでは、織物布又は通気性材料（breather material）７５が複合材プリフォーム１４とＩＭＬ面３２との間に配置されており、作製プロセスにおいて脱気を促進する。脱気は、図３及び図４に示すように、ＯＭＬ面５６に連通する真空ポート７６を介して行うことができる。一実施形態では、真空ポート７６は、真空を生成する真空源７８につながっている。複合材プリフォーム１４に真空圧を印加すると、複合材プリフォーム１４がＯＭＬ面５６側に引き寄せられる。また、真空圧によって内側モールドライン面３２も、外側モールドライン面５６側に引き寄せられる。通気性材料７５は、複合材処理において、複合材プリフォーム１４に溶け込んだガスや溶剤の除去を促進し、より均一に真空圧を行き渡らせるために有効である。他の実施形態では、真空ポート７６は、周囲環境に連通しており、内包体３０を膨張させたときに、空気をツール２０から外に逃がすことができる。特定の態様では、複合材プリフォーム１４とＩＭＬ面３２との間に、例えば、ＦＲＥＫＯＴＥ７００ＮＣなどの離型剤コーティング７７を配置してもよい。あるいは、離型剤コーティング７７の代わりに、例えば、ＰＴＦＥフィルムやＦＥＰフィルムのほか、適当な離型剤フィルムなどのバリアフィルム（図示せず）を用いてもよい。

【0025】

図１と併せて、引き続き図２～図５を参照すると、コントロールシステム１６は、ツールアセンブリ１２の動作を制御するよう構成されている。コントロールシステム１６は、圧力コントローラ８０、温度コントローラ８２、アクセスコントローラ８４、及び、配置・離脱コントローラ（placement and removal controller）８６を含む。圧力コントローラ８０は、例えば、圧力トランスデューサや圧力センサで内包体３０の圧力を監視するとともに、加圧システム３５を制御することで、内包体３０の圧力を特定の圧力に維持する。温度コントローラ８２は、例えば、熱電対を用いてＩＭＬ面３２及びＯＭＬ面５６の温度を監視するとともに、加圧システム３５（図３）及び／又は加熱素子６９、７０、７１、７２、７４（図５）を制御することで、各温度を、例えば、加工温度などの特定の温度に維持する。特定の態様では、温度コントローラ８２と圧力コントローラ８０のいずれか、又は、両方が比例積分偏差（ＰＩＤ：proportional-integral-derivative）コントローラである。アクセスコントローラ８４は、ツール２０の開閉を制御して、ツール内部へのアクセスを可能にする。配置・離脱コントローラ８６は、マンドレル１８と係合する機構８７を制御して、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４をツール内部に配置したり、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４をツール２０から離脱させたりする。

【0026】

ＯＭＬ面５６は、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４をツール２０に配置する前に所望の加工温度に加熱してもよいし、あるいは、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４を配置した後で、内包体３０を内部から加熱することで加熱してもよい。ＯＭＬ面５６が高温に加熱されているので、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４をツール２０に配置する作業を、機構８７を用いた自動プロセスで行うことができる。機構８７は、好ましくは、１つ以上のロボットアーム又は把持機構であって、マンドレル１８を把持してツール２０に配置し、及び／又は、ツールから取外すことができる。特定の態様では、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４をツール２０に配置する作業及びツール２０から離脱させる作業は、フォークリフト、クレーン、人力、あるいは、その他の適当な手段を用いて行われる。

【0027】

様々な態様において、マンドレル１８は、内包体３０を膨張させる前に、ＩＭＬ面３２に巻きつけられた状態で複合材プリフォーム１４とともにツール２０に配置される。複合材プリフォーム１４は、やや小さいサイズに形成されており、図３及び図３Ａに示すように、ツール２０に配置すると、複合材プリフォーム１４とＯＭＬ面５６との間に隙間８８が形成される。内包体３０を膨張させると、複合材プリフォーム１４は、ＩＭＬ面３２とＯＭＬ面５６の間で圧縮される。様々な態様において、真空ポート７６を介して複合材プリフォーム１４に真空圧を印加すると、複合材プリフォーム１４がＯＭＬ面５６に対して押圧されるので、圧縮が促進される。

【0028】

一実施形態では、ＯＭＬ面５６の加工温度は、約１８０℃である。他の実施形態では、加工温度は、約１８０℃と約２１５℃との間である。ここでいう「約」という用語の意味は、当業者の解釈に委ねられる。或いは、ここでの「約」という用語は、±１０℃を含む。このような高温に約３０分間晒すと、複合材プリフォーム１４に含まれる樹脂がゲル化する。なお、複合材プリフォーム１４における樹脂と繊維は、ゲル化した状態で十分な自立性を有しており、複合材プリフォーム１４をマンドレル１８から離脱しても、ゲル化した複合材プリフォーム１４がつぶれたり、変形したりしない状態である。次いで、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４をツール２０から離脱させる。マンドレル１８が形状記憶層２８を含む構成では、マンドレル１８を加熱してＩＭＬ面３２を軟化させると、ツール２０からマンドレル１８と複合材プリフォーム１４を離脱させることが可能になる。軟化した状態は、マンドレル１８は所望の態様に膨張させることができ、その後、マンドレル１８がまだ柔らかいうちに十分に収縮させることで、複合材プリフォーム１４から適切に分離することができる。これによって、マンドレル１８の分離及び除去が容易になる。マンドレル１８が、上述したような可溶性の内部マンドレルを含む構成では、この可溶性の内部マンドレルを溶解させて、複合材プリフォーム１４をツール２０から容易に離脱させることができる。特定の態様では、複合材プリフォーム１４は、マンドレル１８からの離脱に加えて、硬化デバイス２１に配置されたツール２０からも取り外される。硬化デバイス２１は、オーブンやその他の加熱装置であって、ゲル化した複合材プリフォーム１４を最終硬化させて、複合構造体を形成するよう構成されている。いくつかの態様では、マンドレル１８と複合材プリフォーム１４の両方を硬化デバイス２１に入れて、複合材プリフォーム１４を最終硬化させて、複合構造体を形成する。その後、最終硬化した複合構造体を、マンドレル１８から離脱させる。硬化デバイス２１は、特定の態様では、１つのオーブンであってもよく、他の態様では、硬化デバイス２１は、コンベアオーブン又はバスオーブン（conveyer or bath oven）である。特定の態様では、複合材プリフォーム１４は、適切な硬化温度の油浴に入れて加熱する。いくつかの実施形態では、硬化した複合材プリフォーム１４をマンドレル１８から離脱させる前に、マンドレル１８を冷却して、形状記憶層２８の剛性を復元させる。

【0029】

様々な態様において、硬化した複合材プリフォーム１４をマンドレル１８から離脱した後、ゲル化されていない状態の複合材プリフォーム１４と同等の第２複合材プリフォーム１４'をマンドレル１８に配置する。その他の態様では、第２複合材プリフォーム１４'は、ツール２０に配置されている次の第２マンドレル１８'に配置される。

【0030】

次に図６を参照すると、特定の実施形態において、複合構造体を作製する例示的な方法１００を示すフロー図が示されている。図６に示す方法は、図１に示すシステム１０によって実施される。システム１０は、ツールアセンブリ１２とコントロールシステム１６とともに、速やかにゲル化する性質の樹脂が含浸された複合材プリフォーム１４を使用して、複合構造体の生産率を高めている。システム１０によれば、オートクレーブ処理の排除又は低減を実現し、真空バッグや当て板の使用を最小限に抑えることができる。つまり、システム１０は、複合構造体の硬化に際してコストの高い処理を排除又は低減して、コストを低減しており、これは、オートクレーブ処理に関係する時間を排除あるいは低減し、よって、真空バッグや当て板の配置に要する人的労力を排除することで実現される。加えて、システム１０は、複数のマンドレル１８と複合材プリフォーム１４をツール２０に連続的に出し入れする間、ツール２０の温度を維持することで、ツール２０の加熱及び冷却に要するコストと時間を低減し、これによってもコストの低減を実現する。

【0031】

ブロック１０２において、ＯＭＬ面５６を、例えば、約１８０℃に加熱する。特定の実施態様では、ＯＭＬ面５６を約１８０℃から約２１５℃までの間の加工温度に加熱して、硬化サイクルを速めている。ＯＭＬ面５６の温度を約１８０℃から約２１５℃までの間での上げ下げすることで、室温と約２１５℃の間で温度の上げ下げする場合に比べ、時間とコストを低減することができる。

【0032】

ブロック１０４において、複合材プリフォーム１４をマンドレル１８のＩＭＬ面３２に配置する。複合材プリフォーム１４が、織物プリプレグ又は一方向性プリプレグである場合、複合材プリフォーム１４は、マンドレル１８に巻き付けることができる。複合材プリフォーム１４が編組体である場合、複合材プリフォーム１４は、マンドレル１８にレイアップされる。上述したように、複合材プリフォーム１４は、熱硬化性樹脂を含浸させたものであるか、より迅速な硬化サイクルを促進する予備含浸テープや予備含浸トウであってもよい。特定の態様では、内包体３０は、複合材プリフォーム１４をＩＭＬ面３２に配置する前に膨張させてもよい。あるいは、内包体３０は、複合材プリフォーム１４を配置する前に膨張させてもよい。特定の実施態様では、複合材プリフォーム１４は予め室温にしておき、その後、同様に室温のＩＭＬ面３２にレイアップする。内包体アセンブリ２６が形状記憶層２８を含む場合、形状記憶層２８は、室温では剛性状態であり、例えば約６５℃で軟化する。

【0033】

ブロック１０６において、ＩＭＬ面３２に配置されたマンドレル１８と複合材プリフォーム１４を、ツール２０のＯＭＬ面５６内側に配置する。端部片２２、２４は、ツール２０内でＩＭＬ面３２と複合材プリフォーム１４を支持する。内包体３０は、予め膨張させておくか、あるいは、内包体３０は、例えば、加圧システム３５で圧縮した空気、窒素、蒸気、油などによって膨張させる。いくつかの態様では、内包体３０は、熱した空気、熱した窒素、蒸気、又は、熱した油で加熱及び加圧される。

【0034】

ブロック１０８において、内包体３０を膨張させて複合材プリフォーム１４をＯＭＬ面５６に対して押圧する。温度が高くなっているので、形状記憶層２８は、内包体３０が膨張するのに伴って撓む。ラッチ機構６４がツール２０を閉状態に維持する。加圧システム３５の圧力逃し弁がＯＭＬ面５６にかかる圧力を加減して、ツール２０を強制的に開放させるような圧力を超えないようにする。加圧システム３５の圧力センサは、内包体３０内部の圧力を感知し、また、圧力コントローラ８０は、内包体３０内部を所定の圧力に維持する。

【0035】

ブロック１１０において、複合材プリフォーム１４がゲル化したら、ＩＭＬ面３２に巻き付けられているマンドレル１８と複合材プリフォーム１４を、ツール２０のＯＭＬ面５６から離脱させる。いくつかの態様では、温度と加熱時間に対して予想される架橋量（expected amount of crosslinking）を関連づけておき、熱曲線（thermal profile）に基づいて複合材プリフォーム１４がゲル化したタイミングを特定する。他の態様では、樹脂の架橋の際に生じるキャパシタンスの増加を予め登録しておいて、誘電センサを用いて、複合材プリフォーム１４がゲル化したタイミングを特定する。その後、複合材プリフォーム１４を硬化デバイス２１によって硬化して、複合構造体を形成する。特定の実施態様では、マンドレル１８とゲル状の複合材プリフォーム１４の両方を硬化デバイス２１に入れるが、別の態様では、ゲル状の複合材プリフォーム１４をマンドレル１８から離脱させた上で硬化デバイス２１に入れて、最終硬化させる。様々な実施態様では、ＯＭＬ面５６を加工温度に維持した状態で、マンドレル１８及びゲル状の複合材プリフォーム１４をツール２０から離脱させる。続いて、ブロック１１２において、ＯＭＬ面５６を加工温度に維持した状態で、第２マンドレル１８'及び第２複合材プリフォーム１４'をツール２０内に配置する。様々な態様では、ＩＭＬ面３２を室温で自然冷却するか、あるいは、例えば、冷却液で冷却して剛性状態に戻した上で、硬化した複合構造体をマンドレル１８から離脱させる。内包体３０は、ツール２０から離脱させる前に、複合材プリフォーム１４がゲル化した状態で、収縮させる。

【0036】

上述したように、様々な態様において、第２複合材プリフォーム１４'は、マンドレル１８にレイアップされ、他の態様では、第２複合材プリフォーム１４'は、第２マンドレル１８'にレイアップされる。いずれの態様においても、第２複合材プリフォーム１４'をツール２０中に配置しておき、内包体３０を膨張させることで、あるいは、第２マンドレル１８'内の第２内包体３０'を膨張させることで、第２複合材プリフォームをＯＭＬ面５６に対して押圧する。その後、内包体３０又は第２内包体３０'を第２複合材プリフォーム１４'とともにツール２０から離脱させる。その後、第２複合材プリフォーム１４'を硬化デバイス２１によって硬化して、第２複合構造体を形成する。

【0037】

図７を参照すると、方法１００を拡張して、複数のマンドレル１８及び複数のツール２０を用いるようにした例示的な方法２００が示されている。この方法により、複数の複合材プリフォーム１４を並列処理して、複数の複合構造体を形成することができる。例えば、各ツール２０は、特定の種類の航空機における１つの胴体バレルセクションに対応して、例えば、ノーズ部分、中央部分、後方部分、ナセル部分などに対応して構成されている。つまり、航空機の胴体部全体を並列処理により同時に作製することが可能である。これらの複合構造体を、連続的ではなく同時に作成することで、時間の節約とコストの削減を実現することができる。個々のマンドレル１８及びツール２０の処理の詳細は、方法１００について既に記載した内容と同じである。

【0038】

ブロック２０２において、複数のツール２０の複数のＯＭＬ面５６を加熱する。ブロック２０４において、複数のマンドレル１８の複数のＩＭＬ面３２のそれぞれに複合材プリフォーム１４を配置する。ブロック２０６において、各ＩＭＬ面３２を、当該ＩＭＬ面３２に巻き付けられた複合材プリフォーム１４とともに、対応するＯＭＬ面５６に配置する。ブロック２０８では、各複合材プリフォーム１４を、対応するＯＭＬ面５６に対して押圧する。ブロック２１０において、各ＩＭＬ面３２に巻き付けられた複合材プリフォーム１４がゲル化したら、当該複合材プリフォームをＩＭＬ面３２とともに、対応するＯＭＬ面５６から離脱させる。次いで、各複合材プリフォーム１４を１つの硬化デバイス２１又は複数の硬化デバイス２１で硬化して、航空機の複合構造体をそれぞれ形成する。

【0039】

次に、図８を参照すると、システム１０を用いて複合構造体を作製する別の例示的な方法３００が示されている。ブロック３０２において、ツール２０のＯＭＬ面５６を、約１８０℃と約２１５℃の間の加工温度に加熱する。ブロック３０４において、マンドレル１８のＩＭＬ面３２に配置された第１複合材プリフォーム１４を、ツール２０のＯＭＬ面５６の内側に配置する。ブロック３０６では、内包体３０を膨張させて、第１複合材プリフォーム１４をＯＭＬ面５６に対して押圧する。ブロック３０８において、第１複合材プリフォーム１４がゲル化するまで、第１複合材プリフォーム１４をツール２０内に保持する。ブロック３１０において、第１複合材プリフォーム１４を外側モールドライン面５６から離脱させる。ブロック３１２において、第１複合材プリフォーム１４を硬化デバイス２１で硬化させて、例えば、ノーズ部分、中央部分、後方部分、ナセル部分などの複合構造体を形成する。

【0040】

ブロック３１４において、第２マンドレル１８'の第２ＩＭＬ面３２'に配置された第２複合材プリフォーム１４'を、ツール２０のＯＭＬ面５６の内側に配置する。ＯＭＬ面５６の温度は、第１複合材プリフォーム１４をツール２０から離脱させ、次いで第２複合材プリフォーム１４'をツールに配置する間、加工温度に維持しておく。ブロック３１６において、第２内包体３０'を膨張させて、第２複合材プリフォーム１４'をＯＭＬ面５６に対して押圧する。ブロック３１８において、第２複合材プリフォーム１４'がゲル化するまで、ツール２０の中に第２複合材プリフォーム１４'を保持する。ブロック３２０において、第２複合材プリフォーム１４'を外側モールドライン面５６から離脱させる。ブロック３２２において、第２複合材プリフォーム１４'を硬化デバイス２１によって硬化して、もう１つ同じ複合構造体を形成する。

【0041】

システム１０の実施形態は、部品及び小組立品の製造、システム統合、整備及び保守、機体の製造において利用可能である。例として、図９及び図１０を参照して、システム１０を用いた本開示の実施形態を、航空機の製造及び就航に関する方法５００（図９）と航空機５０２（図１０）に関連付けて説明する。製造開始前において、例示的な方法５００は、航空機５０２の仕様決定及び設計５０４と、材料調達５０６とを含む。製造中には、航空機５０２の部品及び小組立品の製造５０８及びシステム統合５１０が行われる。その後、航空機５０２は、認証及び納品５１２の工程を経て、就航５１４の段階に入る。顧客による就航の間、航空機５０２は、定期的な整備及び保守５１６（改良、再構成、改修、など）のスケジュールに組み込まれる。

【0042】

方法５００の各工程は、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）によって実行又は実施することができる。なお、システムインテグレータは、航空機メーカ及び主要システム下請業者を特に限定なくいくつ含んでいてもよい。第三者は、売主、下請業者、供給業者を特に限定なくいくつ含んでいてもよい。オペレータは、例えば、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織、及び他の適当なオペレータを含む。

【0043】

図１０に示すように、方法５００によって製造された航空機５０２は、複数のシステム５２０及び内装５２２を有する機体５１８を含む。高レベルシステム５２０の例としては、推進系５２４、電気系５２６、油圧系５２８、及び、環境系５３０のうちの１つ又は複数が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。なお、航空宇宙産業に用いた場合を例として説明したが、本発明の原理は、例えば自動車産業などの他の産業にも適用可能である。本明細書に記載のシステム１０及び方法１００、２００、３００は、部品及び小組立品の製造５０８、システム統合５１０、機体５１８の作製において採用することができる。

【0044】

図６～図８に示したフロー図及びブロック図は、例示的な実施形態による装置及び方法において可能な態様の構成、機能、及び動作を示すものである。ここで、フロー図又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、及び／又は、動作もしくはステップの一部を表す。例示的な一実施形態のいくつかの代替の態様においては、ブロックに示した機能が、図に示した順序とは異なる順序で実行されてもよい。例えば、場合によっては、連続して示されている２つのブロックを、関連する機能に応じて、実質的に同時に実行してもよいし、逆の順序で実行してもよい。また、図示のブロックとはさらに他のブロックを追加してもよい。

【0045】

本開示に記載の複合構造体を製造するためのシステム及び方法は、いくつかの利点及び効果を実現する。本開示では、添付図面を概括的に参照して、大型、小型を問わず、湾曲した複合構造体を作製するためのシステム及び方法について説明した。本システム及び方法によれば、迅速硬化性樹脂を利用することができる。迅速硬化性樹脂を用いれば、複合材プリフォームが形状を維持できる状態に短時間で変化する（つまり、複合材プリフォームが自立可能な状態になるのが非常に速い）ので、関連するツールの一部又はすべてを開放して、他の複合材セクションの形成に利用することが可能になる。

【0046】

当業者には多くの改変又は変形が明らかであろう。さらに、例示の実施形態によっては、他の好適な実施形態とは異なる特徴をもたらす場合がある。選択した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために選択且つ記載したものであり、また、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を当業者が理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。

【0047】

本発明は、以下の付記においてさらに明らかにされる。

【0048】

１． 複合構造体の形成方法（１００）であって、
ツール（２０）の外側モールドライン面（５６）を加工温度に加熱することと、
前記外側モールドライン面（５６）の内側に、内側モールドライン面（３２）を、当該内側モールドライン面に配置された複合材プリフォーム（１４）とともに配置することと、
前記内側モールドライン面（３２）及びゲル化した前記複合材プリフォーム（１４）を前記外側モールドライン面（５６）から離脱させることと、を含む方法。

【0049】

２． 前記複合材プリフォーム（１４）を前記内側モールドライン面（３２）に配置することをさらに含む、付記１に記載の方法（１００）。

【0050】

３． 前記複合材プリフォーム（１４）を前記内側モールドライン面（３２）に配置する前、又は、配置した後に、前記複合材プリフォーム（１４）が配置された内包体（３０）を膨張させることをさらに含む、付記１又は２に記載の方法（１００）。

【0051】

４． 前記複合材プリフォーム（１４）を前記外側モールドライン面（５６）に対して押圧することをさらに含む、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0052】

５． 前記内側モールドライン面（３２）を加熱して、前記内側モールドライン面（３２）を剛性状態から可撓性状態に転移させることをさらに含む、付記１に記載の方法（１００）。

【0053】

６． 前記内側モールドライン面（３２）が可撓性状態のときに、前記内側モールドライン面（３２）の内側に配置されている内包体（３０）を膨張させることをさらに含む、付記５に記載の方法（１００）。

【0054】

７． 前記内側モールドライン面（３２）及び前記複合材プリフォーム（１４）を前記外側モールドライン面（５６）から離脱させた後に、前記内包体（３０）を収縮させることをさらに含む、付記６に記載の方法（１００）。

【0055】

８． 前記内側モールドライン面（３２）が剛性状態のときに、前記複合材プリフォーム（１４）を前記内包体（３０）に配置することをさらに含む、付記６又は７に記載の方法（１００）。

【0056】

９． 前記複合材プリフォーム（１４）が室温であるときに、前記複合材プリフォーム（１４）を前記内包体（３０）に配置することをさらに含む、付記６～８のいずれかに記載の方法（１００）。

【0057】

１０． 前記内側モールドライン面（３２）を、当該内側モールドライン面に配置された前記複合材プリフォーム（１４）とともに、前記外側モールドライン面（５６）の内側に配置した後に、前記内側モールドライン面（３２）及び当該内側モールドライン面に配置された前記複合材プリフォーム（１４）に真空圧を印加することをさらに含む、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0058】

１１． 前記内側モールドライン面（３２）に設けられた離型剤コーティング（７７）に前記複合材プリフォーム（１４）を配置することをさらに含む、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0059】

１２． ゲル化した前記複合材プリフォーム（１４）を前記ツール（２０）の前記外側モールドライン面（５６）から離脱させた後に、前記複合材プリフォーム（１４）を硬化させて前記複合構造体を形成することをさらに含む、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0060】

１３． 前記複合材プリフォーム（１４）を前記内側モールドライン面（３２）から離脱させることをさらに含む、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0061】

１４． 次の第２複合材プリフォーム（１４'）を前記内側モールドライン面（３２）にレイアップすることをさらに含む、付記１３に記載の方法（１００）。

【0062】

１５． 前記次の第２複合材プリフォーム（１４'）を前記内側モールドライン面（３２）にレイアップすることは、前記内側モールドライン面（３２）の内側に配置された内包体（３０）を収縮させた後に行う、付記１４に記載の方法（１００）。

【0063】

１６． 次の第２複合材プリフォーム（１４'）を第２内側モールドライン面（３２'）にレイアップすることをさらに含む、付記１～１２のいずれかに記載の方法（１００）。

【0064】

１７． 前記第２内側モールドライン面（３２'）を前記第２複合材プリフォーム（１４'）とともに、前記外側モールドライン面（５６）の内側に配置することと、第２内包体（３０'）を膨張させて、前記第２複合材プリフォーム（１４'）を前記外側モールドライン面（５６）に対して押圧することと、前記第２内側モールドライン面（３２'）を、ゲル化した前記第２複合材プリフォーム（１４'）とともに、前記外側モールドライン面（５６）から離脱させることと、前記第２複合材プリフォーム（１４'）を硬化させて、第２複合構造体を形成することと、をさらに含む、付記１６に記載の方法（１００）。

【0065】

１８． 前記内側モールドライン面（３２）を前記複合材プリフォーム（１４）とともに離脱させ、また、前記第２内側モールドライン面（３２'）を前記第２複合材プリフォーム（１４'）とともに前記外側モールドライン面（５６）の内側に配置する間、前記外側モールドライン面（５６）の温度を前記加工温度に維持することをさらに含む、付記１６又は１７に記載の方法（１００）。

【0066】

１９． 前記複合材プリフォーム（１４）に、熱硬化性樹脂が含浸されている、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0067】

２０． 前記内側モールドライン面（３２）は、室温で剛性状態である、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0068】

２１． 前記内側モールドライン面（３２）は、約６５℃で軟化する、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0069】

２２． 前記加工温度は約１８０℃であるか、あるいは、前記加工温度は約１８０℃から約２１５℃までの間である、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0070】

２３． 離脱させることは、前記外側モールドライン面（５６）の温度が前記加工温度に維持されている間に、前記内側モールドライン面（３２）を前記外側モールドライン面（５６）から離脱させることを含む、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0071】

２４． 前記内側モールドライン面（３２）及び複合材プリフォーム（１４）を前記外側モールドライン面（５６）から離脱させた後に、前記内側モールドライン面（３２）を溶解させることをさらに含む、先行する付記のいずれかに記載の方法（１００）。

【0072】

２５． ゲル状の複合材を形成するためのマンドレル（１８）であって、
内側モールドライン面（３２）を規定する内包体アセンブリ（２６）であって、形状記憶層（２８）及び内包体（３０）を含む内包体アセンブリ（２６）と、
前記内包体アセンブリ（２６）に接続された端部片（２２）と、を備える、マンドレル（１８）。

【0073】

２６． 前記内包体（３０）は、空気、窒素、蒸気、又は、油によって膨張される、付記２５に記載のマンドレル（１８）。

【0074】

２７． 前記内包体（３０）は、前記端部片（２２）に封着されている、付記２５又は２６に記載のマンドレル（１８）。

【0075】

２８． 前記内包体に接続されており、前記内包体を膨張及び収縮させるための加圧システム（３５）をさらに備える、付記２５～２７のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0076】

２９． 前記加圧システム（３５）は、加熱された空気、窒素、蒸気、又は、油を前記内包体（３０）に供給する、付記２８に記載のマンドレル（１８）。

【0077】

３０． 前記内包体（３０）は、シリコーン製である、付記２５～２９のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0078】

３１． 前記形状記憶層（２８）は、前記内包体（３０）の周りに配置されている、付記２５～３０のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0079】

３２． 前記形状記憶層（２８）は、形状記憶ポリマからなり、前記形状記憶ポリマは、閾値温度未満の温度では剛性状態であり、前記閾値温度を超える温度では可撓性状態である、付記２５～３１のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0080】

３３． 前記閾値温度は、約６５℃である、付記３２に記載のマンドレル（１８）。

【0081】

３４． 前記内包体アセンブリ（２６）に接続された第２端部片（２４）をさらに備える、付記２５～３３のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0082】

３５． 前記端部片（２２）は、前記内包体アセンブリ（２６）の一端に接続されており、前記第２端部片（２４）は、前記内包体アセンブリ（２６）における前記端部片（２２）と反対側の端部に接続されている、付記３４に記載のマンドレル（１８）。

【0083】

３６． 前記内側モールドライン面（３２）は、実質的に円筒形である、付記２５～３５のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0084】

３７． 前記端部片（２２）に接続された支持プレート（３６）をさらに備え、前記内包体アセンブリ（２６）は、前記支持プレート（３６）と前記端部片（２２）の間に挟まれている、付記２５～３６のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0085】

３８． 前記端部片（２２）は、前記内包体（３０）の内部と連通するポート（３４）を有する、付記２５～３７のいずれかに記載のマンドレル（１８）。

【0086】

３９． ツールアセンブリ（１２）と、
コントロールシステム（１６）と、
複合材プリフォーム（１４）と、を備える、複合構造体を製造するためのシステム（１０）であって、
前記ツールアセンブリは、
加熱素子（６９、７０、７１、７２、７４）及び外側モールドライン面（５６）を有するツール（２０）と、
内側モールドライン面（３２）を規定する内包体アセンブリ（２６）を有するマンドレルであって（１８）、前記ツール（２０）の中に離脱可能に配置されたマンドレル（１８）と、を含み、
前記コントロールシステムは、
前記加熱素子（６９、７０、７１、７２、７４）に接続された温度コントローラ（８２）と、
前記内包体アセンブリ（２６）に接続された圧力コントローラ（８０）と、を含み、
前記複合材プリフォームは、前記内包体アセンブリ（２６）の周りに配置されている、システム（１０）。

【0087】

４０． 前記温度コントローラ（８２）は、前記外側モールドライン面（５６）を加工温度に維持し、前記圧力コントローラ（８０）は、前記内包体アセンブリ（２６）の内部を、前記複合材プリフォーム（１４）が前記外側モールドライン面（５６）に対して押圧される所定の圧縮圧力に維持する、付記３９に記載のシステム（１０）。

【0088】

４１． 前記コントロールシステム（１６）は、前記ツール（２０）に接続されているとともに前記ツール（２０）の開閉を制御するアクセスコントローラ（８４）を含む、付記３９又は４０に記載のシステム（１０）。

【0089】

４２． 前記コントロールシステム（１６）は、配置・離脱コントローラ（placement and extraction controller）（８６）を含み、当該配置・離脱コントローラは、前記ツール（２０）に対する前記マンドレル（１８）及び前記複合材プリフォーム（１４）の配置及び離脱を制御する機構（８７）に接続されている、付記３９～４１のいずれかに記載のシステム（１０）。

【0090】

４３． マンドレル（１８）と、
前記マンドレル（１８）に巻き付けられた、ゲル状の複合材プリフォーム（１４）と、を備える装置。

【0091】

４４． ツール（２０）をさらに備え、前記マンドレル（１８）及び前記ゲル状の複合材プリフォーム（１４）は、前記ツール（２０）の中に配置されている、付記４３に記載の装置。

【0092】

４５． 前記ゲル状の複合材プリフォーム（１４）は、当該ゲル状の複合材プリフォーム（１４）を前記マンドレル（１８）から離脱させるのに十分な自立性を有している、付記４３又は４４に記載の装置。

【0093】

４６．前記ゲル状の複合材プリフォーム（１４）は、加工温度である約１８０℃において、約３０分でゲル化する、付記４３～４５に記載の装置。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図3A】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】