特許 7456746 複合材部品の圧縮装置

(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】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】複合材部品の圧縮装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 43/56 20060101AFI20240319BHJP

   B29C 43/02 20060101ALI20240319BHJP

   B29C 43/34 20060101ALI20240319BHJP

   B29C 70/16 20060101ALI20240319BHJP

   B29C 70/30 20060101ALI20240319BHJP

   B29C 70/54 20060101ALI20240319BHJP

   B64F 5/10 20170101ALI20240319BHJP

   B64C 1/00 20060101ALI20240319BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20240319BHJP

【ＦＩ】

B29C43/56

B29C43/02

B29C43/34

B29C70/16

B29C70/30

B29C70/54

B64F5/10

B64C1/00 B

B29K105:08

【請求項の数】 13

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019190396

(22)【出願日】2019-10-17

(65)【公開番号】P2020097220

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2022-09-30

(31)【優先権主張番号】16/176,257

(32)【優先日】2018-10-31

(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】アレン ジェームズ ハルブリッター

(72)【発明者】

【氏名】エドワード レイ ダンカン

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１４８２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－１２０９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－７５２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４３／５６

Ｂ２９Ｃ ４３／０２

Ｂ２９Ｃ ４３／３４

Ｂ２９Ｃ ７０／１６

Ｂ２９Ｃ ７０／３０

Ｂ２９Ｃ ７０／５４

Ｂ６４Ｆ ５／１０

Ｂ６４Ｃ １／００

Ｂ２９Ｋ １０５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成形型の表面上で積層体を圧縮するための方法であって、
前記積層体を前記成形型に載置することと、
前記積層体の上に圧縮装置を配置することと、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることと、
前記積層体を前記圧縮装置のプレッシャーフットで圧縮することと、
前記圧縮装置を前記成形型から取り外すことと、を含み、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、磁性によって行われる、方法。

【請求項2】

前記成形型は、磁性を有しており、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、前記圧縮装置内に設けられた、前記圧縮装置に力を加えて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記圧縮装置は、磁性を有しており、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、前記成形型内に設けられた、前記圧縮装置を引き寄せて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記プレッシャーフットは、前記圧縮装置に空気圧が付与されると駆動され、前記積層体を完全に覆う、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。

【請求項5】

前記プレッシャーフットを駆動することは、前記圧縮装置に設けられ、前記プレッシャーフットに機械的に連結されているラムを作動させることを含む、請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。

【請求項6】

前記ラムを作動させることにより、前記プレッシャーフットに機械的に連結されているとともに前記プレッシャーフット全体に負荷を分散させる緩衝器を圧縮する、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記プレッシャーフットが駆動される際に、前記緩衝器と前記ラムとの間に介在するプレートの角度を調節することをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記積層体を圧縮することは、前記プレッシャーフットを駆動することを含み、その際に、前記プレッシャーフットは、可撓性材料によって形成されている、請求項１～７のいずれか１つに記載の方法。

【請求項9】

成形型の表面上で積層体を圧縮するための装置であって、
圧縮力を付与する作動可能なラムを収容する本体と、
前記ラムに機械的に連結されているとともに、前記積層体に圧縮力を付与しつつ前記積層体を覆うように寸法設定された、可撓性材料を含むプレッシャーフットと、
前記装置と前記成形型との間に制御可能に把持力を付与する把持装置と、
前記把持力と前記圧縮力との間で静的均衡を維持するコントローラと、を含み、
前記把持装置は、前記本体を前記成形型に固定する、前記本体に連結された電磁石を含む、装置。

【請求項10】

前記電磁石は、前記成形型との接触を容易にするために、回転可能に前記本体に取り付けられている、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記成形型は、前記把持装置に連結され、前記本体を前記成形型に固定する電磁石を含む、請求項９又は１０に記載の装置。

【請求項12】

前記プレッシャーフットに機械的に連結された緩衝器をさらに含む、請求項９～１１のいずれか１つに記載の装置。

【請求項13】

前記緩衝器と前記ラムとの間に介在するプレートをさらに含む、請求項１２に記載の装置。

【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、具体的には、複合材部品の製造に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）部品などの複合材部品は、強度を与えるために圧縮されて固く（例えば硬化）された構成材料の積層体として、レイアップされる。現在の圧縮技術では、積層体をマンドレルに配置し、積層体及びマンドレルの上に真空バッグを載置し、真空バッグを所定位置に密閉し、真空バッグを積層体に押し付けるための大気圧をかける。真空バッグを所定位置に密閉するのは、時間及び手間がかかるプロセスである。

【0003】

従って、上述した問題のうちの少なくともいくつかと、その他の潜在的な問題を考慮に入れた方法及び装置を提供することが望まれる。

【発明の概要】

【0004】

本明細書に記載の実施形態は、真空バッグを用いずに精細部分などの小型の積層体を圧縮することができる手持ち（handheld）式空気圧装置及び／又は電磁装置を提供する。例えば、本明細書に記載の実施形態では、マンドレル又は他の成形型を、磁力を付与することにより把持し、把持状態を維持しつつ積層体に空気圧をかけることによりマンドレル上で積層体を成形するものである。一実施形態は、成形型の表面上で積層体を圧縮するための方法である。当該方法は、積層体を前記成形型に載置することと、前記積層体の上に圧縮装置を配置することと、前記圧縮装置に前記成形型を把持させることと、前記積層体を前記圧縮装置のプレッシャーフットで圧縮することと、前記圧縮装置を前記成形型から取り外すことと、を含む。

【0005】

さらなる実施形態は、プロセッサによって実行された際に、成形型の表面上で積層体を圧縮するための方法を遂行させるための命令プログラムが実装された非一時的なコンピュータ可読媒体である。当該方法は、前記積層体を前記成形型に載置することと、前記積層体の上に圧縮装置を配置することと、前記圧縮装置に前記成形型を把持させることと、前記積層体を前記圧縮装置のプレッシャーフットで圧縮することと、前記圧縮装置を前記成形型から取り外すことと、を含む。

【0006】

さらなる実施形態は、成形型の表面上で積層体を圧縮するための装置である。当該装置は、圧縮力を付与する作動可能なラムを収容する本体と、前記ラムに機械的に連結されているとともに、前記積層体に圧縮力を付与しつつ前記積層体を覆うように寸法設定された、可撓性のベースを含むプレッシャーフットと、前記装置と前記成形型との間に制御可能に把持力を付与する把持装置と、前記把持力と前記圧縮力との間で静的均衡を維持するコントローラと、を含む。

【0007】

さらなる実施形態は、複合材プリフォームをレイアップするための方法である。当該方法は、少なくとも１つの繊維強化材料のプライを含む積層体を、成形型の表面に載置することと、圧縮装置と前記成形型との間に把持力を維持しつつ、前記積層体に制御可能に圧縮力を付与することにより、前記積層体を前記成形型に向けて圧縮することと、前記成形型における圧縮された前記積層体の最上部に、少なくとも１つのプライをレイアップすることと、前記圧縮工程及び載置工程を繰り返すことと、を含む。

【0008】

本開示の装置及び方法は、以下の付記においても言及されるが、これらの付記は、請求の範囲と混同されるべきではない。

【0009】

付記１． 成形型の表面上で積層体を圧縮するための方法（４００）であって、
前記積層体を前記成形型に載置すること（４０２）と、
前記積層体の上に圧縮装置を配置すること（４０４）と、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させること（４０６）と、
前記積層体を前記圧縮装置のプレッシャーフットで圧縮すること（４０８）と、
前記圧縮装置を前記成形型から取り外すこと（４１０）と、を含む方法。

【0010】

付記２． 前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、磁性によって行われる、付記１に記載の方法。

【0011】

付記３． 前記成形型は、磁性を有しており、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、前記圧縮装置内に設けられた、前記圧縮装置に力を与えて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、付記２に記載の方法。

【0012】

付記４． 前記圧縮装置は、磁性を有しており、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、前記成形型内に設けられた、前記圧縮装置を引き寄せて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、付記２に記載の方法。

【0013】

付記５． 前記プレッシャーフットは、前記圧縮装置に空気圧が付与されると駆動され、前記積層体を完全に覆う、付記１に記載の方法。

【0014】

付記６． 前記プレッシャーフットを駆動することは、前記圧縮装置に設けられ、前記プレッシャーフットに機械的に連結されているラムを作動させることを含む、付記１に記載の方法。

【0015】

付記７． 前記ラムを作動させることにより、前記プレッシャーフットに機械的に連結されているとともに前記プレッシャーフット全体に負荷を分散させる緩衝器を圧縮する、付記６に記載の方法。

【0016】

付記８． 前記プレッシャーフットが駆動される際に、前記緩衝器と前記ラムとの間に介在するプレートの角度を調節することをさらに含む、付記７に記載の方法。

【0017】

付記９． 前記積層体を圧縮することは、前記プレッシャーフットを駆動することを含み、その際に、前記プレッシャーフットは、可撓性材料によって形成されている、付記１に記載の方法。

【0018】

付記１０． 付記１に記載の方法によって組み立てられた航空機の一部。

【0019】

付記１１． プロセッサによって実行された際に、成形型の表面上で積層体を圧縮するための方法を遂行させるための命令プログラムが実装された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記方法（４００）は、
前記積層体を前記成形型に載置すること（４０２）と、
前記積層体の上に圧縮装置を配置すること（４０４）と、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させること（４０６）と、
前記積層体を前記圧縮装置のプレッシャーフットで圧縮すること（４０８）と、
前記圧縮装置を前記成形型から取り外すこと（４１０）と、を含む、媒体。

【0020】

付記１２． 前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、磁性によって行われる、付記１１に記載の媒体。

【0021】

付記１３． 前記成形型は、磁性を有しており、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、前記圧縮装置内に設けられた、前記圧縮装置に力を与えて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、付記１２に記載の媒体。

【0022】

付記１４． 前記圧縮装置は、磁性を有しており、
前記圧縮装置に前記成形型を把持させることは、前記成形型内に設けられた、前記圧縮装置を引き寄せて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、付記１２に記載の媒体。

【0023】

付記１５． 前記プレッシャーフットは、前記圧縮装置に空気圧が付与されると駆動され、前記積層体を完全に覆う、付記１１に記載の媒体。

【0024】

付記１６． 前記プレッシャーフットを駆動することは、前記圧縮装置に設けられ、前記プレッシャーフットに機械的に連結されているラムを作動させることを含む、付記１１に記載の媒体。

【0025】

付記１７． 前記ラムを作動させることにより、前記プレッシャーフットに機械的に連結されているとともに前記プレッシャーフット全体に負荷を分散させる緩衝器を圧縮する、付記６に記載の媒体。

【0026】

付記１８． 前記プレッシャーフットが駆動される際に、前記緩衝器と前記ラムとの間に介在するプレートの角度を調節することをさらに含む、付記７に記載の媒体。

【0027】

付記１９． 前記積層体を圧縮することは、前記プレッシャーフットを駆動することを含み、その際に、前記プレッシャーフットは、可撓性材料によって形成されている、付記１１に記載の媒体。

【0028】

付記２０． 付記１１に記載のコンピュータ可読媒体に保存された命令によって規定される方法に従って組み立てられた航空機の一部。

【0029】

付記２１． 成形型（５１０）の表面（５１２）上で積層体（５２０）を圧縮するための装置であって、
圧縮力を付与する作動可能なラム（３５０）を収容する本体（１１０）と、
前記ラムに機械的に連結されているとともに、前記積層体に圧縮力を付与しつつ前記積層体を覆うように寸法設定された、可撓性材料を含むプレッシャーフット（２００）と、
前記装置と前記成形型との間に制御可能に把持力を付与する把持装置（１２４）と、
前記把持力と前記圧縮力との間で静的均衡を維持するコントローラ（１３７０）と、を含む装置。

【0030】

付記２２． 前記把持装置は、前記本体を前記成形型に固定する、前記本体に連結された電磁石を含む、付記２１に記載の装置。

【0031】

付記２３． 前記電磁石は、前記成形型との接触を容易にするために、回転可能に前記本体に取り付けられている、付記２２に記載の装置。

【0032】

付記２４． 前記成形型は、前記把持装置に連結され、前記本体を前記成形型に固定する電磁石を含む、付記２１に記載の装置。

【0033】

付記２５． 前記プレッシャーフットに機械的に連結された緩衝器（３２０）をさらに含む、付記２１に記載の装置。

【0034】

付記２６． 前記緩衝器と前記ラムとの間に介在するプレート（３３０）をさらに含む、付記２５に記載の装置。

【0035】

付記２７． 付記２１に記載の装置を用いて、航空機の一部を製造すること。

【0036】

付記２８． 複合材プリフォームをレイアップするための方法であって、
少なくとも１つの繊維強化材料のプライを含む積層体を、成形型の表面に載置すること（１２０２）と、
圧縮装置と前記成形型との間に把持力を維持しつつ、前記積層体に制御可能に圧縮力を付与することにより、前記積層体を前記成形型に向けて圧縮すること（１２０４）と、
前記成形型における圧縮された前記積層体の最上部に、少なくとも１つのプライをレイアップすること（１２０６）と、
前記圧縮工程及び載置工程を繰り返すこと（１２０８）と、を含む方法。

【0037】

付記２９． 前記積層体を圧縮することは、大気圧下において行われる、付記２８に記載の方法。

【0038】

付記３０． 前記把持力は、磁性によって付与される、付記２８に記載の方法。

【0039】

付記３１． 前記成形型は、磁性を有しており、
前記把持力を維持することは、前記圧縮装置内に設けられた、前記圧縮装置に力を与えて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、付記２８に記載の方法。

【0040】

付記３２． 前記圧縮装置は、磁性を有しており、
前記把持力を維持することは、前記成形型内に設けられた、前記圧縮装置を引き寄せて前記成形型に接触させる電磁石を起動することを含む、付記２８に記載の方法。

【0041】

付記３３． 前記積層体に接触するプレッシャーフットに、ラムによって付与される力の量を制御することにより、前記圧縮力を制御することをさらに含む、付記２８に記載の方法。

【0042】

付記３４． 前記ラムによって付与される力の量は、前記把持力より小さいか又は把持力と等しくなるように制御される、付記３３に記載の方法。

【0043】

付記３５． 前記ラムによって付与された力を緩衝器で受けることと、
前記緩衝器を介して、前記力を前記プレッシャーフットに全体に分散させることと、をさらに含む、付記３３に記載の方法。

【0044】

付記３６． 前記力を前記プレッシャーフット全体に分散させることは、前記プレッシャーフットの複数の箇所の其々に力を付与することを含む、付記３５に記載の方法。

【0045】

他の例示的な実施形態（例えば、上記実施形態に関連する方法及びコンピュータ可読媒体）は、以下で説明されうる。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達成可能であり、また、さらに別の実施形態と組み合わせることも可能である。この詳細については、以下の説明及び図面を参照することにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0046】

次に、本開示のいくつかの実施形態を、単なる例示として、添付図面を参照しつつ説明する。全ての図面において、同じ参照数字は、同じ要素又は同じ種類の要素を示している。

【0047】

【図1】例示的な実施形態における圧縮装置の斜視図である。

【図2】例示的な実施形態における圧縮装置の別の斜視図である。

【図3】例示的な実施形態における圧縮装置の分解図である。

【図4】例示的な実施形態における、圧縮装置を動作させて積層体を圧縮するための方法を示すフローチャートである。

【図5-11】例示的な実施形態における、積層体に対して動作する圧縮装置を示す側面図である。

【図12】例示的な実施形態における、圧縮装置を動作させて積層体を圧縮するための方法を示すフローチャートである。

【図13】例示的な実施形態における圧縮装置のブロック図である。

【図14】例示的な実施形態における航空機の製造及び保守方法のフロー図である。

【図15】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】

【0048】

図面及び以下の説明は、本開示の特定の例示的な実施形態を提示するものである。なお、当業者であれば、本明細書に明示あるいは図示されていなくとも、本開示の原理を具体化するとともに本開示の範囲内に含まれる様々な変形を、考案することができるであろう。また、本明細書で説明されているいずれの実施例も、本開示の原理に対する理解を助けるためのものであり、これらの具体的に説明された実施例又は条件に限定されるものではない。従って、本開示は、以下に説明する特定の実施形態又は実施例に限定されるものではなく、請求の範囲及びその均等範囲のみによって限定される。

【0049】

炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）部品などの複合材部品は、まず、まとめてプリフォーム又は積層体と称される複数の層にレイアップされる。プリフォームの各層内の個々の繊維は、互いに平行に並べられるが、得られる複合材の様々な寸法方向の強度を向上させるため、層によって繊維の配向方向が異なる場合がある。プリフォームは、例えば、粘性の樹脂を含んでおり、プリフォームを固くして（例えば航空機に用いられる）複合部品にするためには、この樹脂が固化される。未硬化の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含浸させた炭素繊維は、「プリプレグ」と称される。その他の種類の炭素繊維として、「乾燥繊維(dry fiber）」があり、これは、熱硬化性樹脂を含浸させていないが、例えば粘着付与剤又はバインダを含むものである。乾燥繊維には、硬化の前に樹脂が注入される。熱硬化性樹脂の場合は、固くすることは、「硬化（curing）」と呼ばれる一方通行のプロセスであり、熱可塑性樹脂の場合は、樹脂は、再加熱すると粘性の状態になる。

【0050】

図１は、例示的な実施形態における圧縮装置１００の斜視図である。圧縮装置１００は、成形型を把持するとともに、把持状態が維持されている間、積層体に圧縮圧力を付与するように動作する任意のシステム、装置、又はコンポーネントを含む。本実施形態において、圧縮装置１００は、本体１１０及びベース１２０を含む。ベース１２０は、下部フレーム１２８を含み、この下部フレームから、突出部（prong）１２２が延びている。突出部１２２には、ベアリング１２６を介して、電磁石１２４が取り付けられており、成形型上の表面特徴（例えば一定の角度で配向されている表面）にアラインメントするために電磁石１２４が旋回又は回転可能となっている。さらなる実施形態において、ベアリング１２６は、電磁石１２４が複数の軸の周りを旋回できるようにするものでもよい。電磁石１２４は、圧縮装置１００と成形型との間の把持力を素早く付与したり除去したりするために、オンオフすることができる。これにより、圧縮装置１００を成形型に素早く固定したり、素早く取り外したりすることができ、積層体の圧縮の準備に要する時間が短縮される。このような特徴は、特に精細部分などの複数の小型の積層体を圧縮する際に、労力を低減できるという技術的利点をもたらす。本実施形態では電磁石１２４が例示されているが、さらなる実施形態において、クランプ、吸着カップ、粘着パッドなどの他の把持装置を用いてもよい。

【0051】

本体１１０は、技術者が圧縮装置１００を成形型に対して保持できるようにするためのハンドル１１２を含んでおり、さらに、電力を受け取るための電気ポート１３２、加圧ガスを受け取るための空気圧ポート１３４、及び、電磁石１２４を作動させるためのスイッチ１４２を含む。ライト１５４は、電磁石１２４が作動状態である際に、これを示すためのものである。本体１１０は、圧縮装置１００の内部に設けられた、プレッシャーフット（pressure foot）を介して積層体に圧縮力を付与するラムやピストン（又は任意の他の適当な部品）を駆動するためのスイッチ１４４も含む。ダイアル１５２は、ピストンによって付与される力が、電磁石１２４による把持力を解消してしまわないように、ラムによって付与される圧力の量を制御する。ラムは、成形型に載置されている積層体を圧縮するために、プレッシャーフット（例えば図２のプレッシャーフット２００）を駆動する。本実施形態において、ラムは、空気圧によって駆動される。ただし、さらなる実施形態において、ラムは、液圧や電気モータなどによって駆動してもよい。本体１１０は、ワイヤカバー１１６も含み、これらは、突出部１２２の間に配置されている。また、本体１１０は、上述した把持力と圧縮力との間で、静的均衡を維持する。

【0052】

図２は、例示的な実施形態における圧縮装置１００の別の斜視図であり、図１の矢印２の方向視に相当する。図２は、プレッシャーフット２００を示しており、当該プレッシャーフットは、積層体を圧縮するために、積層体に押し当てられる。プレッシャーフット２００は、成形型上の１つ以上の表面形状に沿うことができる任意の適当な可撓性材料（例えば、弾性材料又は変形可能材料）を含む。積層体を様々な表面形状に押し付けて圧縮できるようにするために、プレッシャーフット２００は、例えば、ゴム又はゴム引きプラスチックなどの伸縮性のある材料によって形成される。本実施形態において、プレッシャーフット２００は、凹部２１０も含む。凹部２１０は、圧縮プロセス中におけるプレッシャーフット２００の屈曲を容易にすることによる技術的利点をもたらす。

【0053】

図３は、例示的な実施形態における圧縮装置１００の分解図である。図３は、ベース１２０が、ファスナ３１０（例えば、ネジ、ボルトなど）によって、本体１１０に固定されることを示している。さらに図３に示すように、ベース１２０は、アクチュエータ３４０を含む。アクチュエータ３４０（例えば空気圧シリンダ）は、ラム３５０をプレート３３０に向けて駆動する。プレート３３０は、緩衝器３２０とラム３５０との間に介在しており、これにより、緩衝器３２０を介してプレッシャーフット２００と連結されている。緩衝器３２０は、これにより、プレッシャーフット２００と機械的に連結されている。

【0054】

このような構成では、ラム３５０は、プレッシャーフット２００と機械的に連結されているため、ラム３５０を作動させることにより、プレッシャーフット２００を駆動することができる。具体的には、ラム３５０を作動させることによりプレート３３０が下方に動き、これにより、プレッシャーフット２００に機械的に連結されているとともにプレッシャーフット２００全体に負荷を分散させる緩衝器３２０が圧縮される。成形型の表面が傾斜している実施形態では、ラムをプレート３３０に向けて駆動することにより、プレート３３０の角度を調節することができる。（すなわち、成形型の表面沿いで異なる高さにある緩衝器３２０は、ラム３５０からの力を受けた際に、それぞれ異なる量の力を付与するからである。）例えば、図３において、プレート３３０は、緩衝器３２０を介して付与された力により、角度θで傾斜している。このような構成は、ラム３５０によって付与される力をプレッシャーフット２００の面積全体に分散させることによる技術的利点をもたらし、これにより、積層体を複雑な形状に沿わせているような状況でも、確実に積層体に対して力を均一に付与することに役立つ。本実施形態において、ラム３５０は、空気圧によって駆動される。これは、圧縮装置１００に空気圧が付与されるとプレッシャーフット２００が駆動されることを意味する。

【0055】

圧縮装置１００の動作の例示的な詳細を、図４に関連させて説明する。本実施形態では、技術者が、積層体をすでにレイアップし、圧縮のためにこの積層体を成形型上に載置したいと考えていると仮定する。さらに、圧縮装置１００は、空気圧を供給するための蓄圧器（pressure reservoir）及び電源と接続されていると仮定する。

【0056】

図４は、例示的な実施形態における、圧縮装置を動作させて積層体を圧縮するための方法４００を示すフローチャートである。方法４００の工程を、図１の圧縮装置１００を参照して説明するが、当業者であればわかるように、方法４００は、他のシステムで行うこともできる。本明細書に記載のフローチャートの工程が、すべてを含んでいるものとは限らず、図示しない他の工程も含まれる場合がある。また、本明細書で説明する工程は、別の順序で実行することもできる。

【0057】

工程４０２において、積層体が成形型に載置される。例えば、図５（図１の矢印５方向視による側面図）に示すように、積層体５２０は、例えば、表面特徴部５１２を有する成形型５１０に載置される。

【0058】

工程４０４において、圧縮装置１００が、積層体５２０の上に、例えばプレッシャーフット２００が積層体５２０を覆うように、配置される。図６において、プレッシャーフット２００が積層体５２０を完全に覆うようにアラインメントされた状態で、圧縮装置１００を方向６００に移動させる。したがって、プレッシャーフット２００の外周５３０は、積層体５２０の外周５４０と等しいか又はそれ以上となるように、寸法設定するとよい。これにより、プレッシャーフット２００は、積層体５２０の全体を、一度に圧縮することができる。

【0059】

工程４０６において、スイッチ１４２が起動され、これにより電磁石１２４に動力が供給される。成形型５１０が（例えば鋼またはアンバによって形成されることにより）磁性を有するため、電磁石が、圧縮装置１００に成形型５１０を把持させる。これにより、図７に示すように、電磁石１２４と成形型５１０との間に引力７００が生成される。電磁石１２４によって把持力が付与されているため、圧縮装置１００は、積層体５２０の上で安定した状態を保つ。さらなる実施形態において、電磁石を成形型５１０自体に配置し、成形型５１０に設けられたスイッチによって起動してもよい。このような実施形態では、電磁石１２４を、鋼などの、磁力に反応する材料に替えるとよい。さらなる実施形態において、圧縮装置１００に成形型５１０を把持させることは、成形型５１０内に設けられた、圧縮装置１００に力を加えて成形型５１０に接触させる電磁石を起動することを含みうる。

【0060】

工程４０８において、可撓性材料で形成されたプレッシャーフット２００によって、積層体５２０が圧縮される。図８～図９は、圧縮装置１００が作動する際の、プレッシャーフット２００の動きを示している。例えば、圧縮装置１００のオペレータが、スイッチ１４４を起動し、これにより、アクチュエータ３４０によってラム３５０に空気圧が供給される。これにより、ラム３５０が、図８に示すように、方向８００に沿って変位し、プレッシャーフット２００を積層体５２０に押し付け、これにより積層体５２０を圧縮する。図９では、ラム３５０が方向８００に延出し続けて、プレッシャーフット２００が積層体５２０に沿うように変形した結果、プレッシャーフット２００によって積層体５２０に圧縮力が均一に付与されている。このプロセスの間、プレッシャーフット２００によって付与される力は、電磁石１２４によって供給される把持力と等しいか、あるいはこれより小さい。積層体５２０が、その下にある表面特徴部５１２に起因して屈曲しても、圧縮力は均一に付与される。これは、プレッシャーフット２００の可撓性によって得られる技術的利点である。

【0061】

圧縮装置１００は、例えば３０秒や３０分などの任意の適当な時間、この圧縮モードに維持することができる。この結果、圧縮が完了する。スイッチ１４２を切ることにより、電磁石１２４をオフにし、図１０に示すように、引力７００を消失させる。次に、工程４１０において、成形型５１０から方向１１００に持ち上げることにより圧縮装置１００を、取り外し、スイッチ１４４を切り替える。スイッチ１４４を切り替えると、ラム３５０を図１１の方向１１１０に移動させることにより、ラム３５０を元の位置にリセットするか、ラム３５０への空気圧の付与を停止することにより、緩衝器３２０によってラム３５０を休止位置に戻すことができる。図１１に示すように、積層体５２０は圧縮されており、これにより、積層体５２０は硬度が増した際は、確実に所望のレベルの強度を示すことになる。

【0062】

上述の動作は、複数回、積層体に追加の層が積層されるたびに繰り返すことができ、これは、複雑な輪郭を有する積層体の場合に特に有益である。このような実施形態では、レイアップの際に積層体に所定数のプライが加えられるたびに、圧縮を繰り返し行うことができる。

【0063】

図１２は、複合材プリフォームをレイアップするための方法１２００を示している。当該方法は、工程１２０２において、少なくとも１つの繊維強化材料のプライ（例えば１０個のプライ）を含む積層体を、成形型の表面に載置することを含む。当該方法は、工程１２０４において、大気圧下において（すなわち真空バッグを用いずに）圧縮装置と成形型との間に制御可能に把持力を付与することにより、積層体を成形型に向けて圧縮することを含む。工程１２０６は、成形型における圧縮されたプライの最上部に、少なくとも１つのプライ（例えば次の１０個のプライ）をレイアップすることを含み、工程１２０８は、圧縮工程及び載置工程を繰り返すことを含む。工程１２０８は、積層体の層の数に応じて、任意の適当な回数行うことができる。
［実施例］

【0064】

以下の実施例では、積層体用の圧縮装置に関連させて、追加のプロセス、システム、および、方法を説明する。

【0065】

図１３は、例示的な実施形態における圧縮装置１３００のブロック図である。図１３によれば、圧縮装置１３００は、成形型１３５０の表面特徴部１３５２に載置されている積層体１３６０の上に保持される。圧縮装置１３００は、ベース１３２０を含み、当該ベースは、成形型１３５０における積層体１３６０によって覆われていない箇所と磁気的に連結する電磁石１３２４を有する。ベース１３２０は、プレッシャーフット１３３０、緩衝器１３３２、及び、プレート１３３４も含む。これらの部品は、ラム１３３６によって駆動され、ラムは、空気圧ポート１３２６を介して動力を受けるアクチュエータ１３３８によって駆動される。上述のように、本明細書では空気圧システムについて記載しているが、さらなる実施形態において、ラム３５０を駆動するために任意の適当なシステムを用いることができる。本体１３１０は、ハンドル１３１２、空気圧ポート１３２６、及び、電気ポート１３２８を含む。空気圧ポート１３２６は、アクチュエータ１３３８に動力を与え、電気ポート１３２８は、電磁石１３２４に動力を与える。マグネットスイッチ１３９４は、電気ポート１３２８を介する電力の供給を制御し、空気圧スイッチ１３９２は、アクチュエータ１３３８への空気圧の供給を制御する。コントローラ１３７０によって、本明細書に記載のスイッチ、ポート、アクチュエータなどの動作を自動制御してもよい。例えば、コントローラ１３７０が、把持力と圧縮力との静的均衡を維持することにより、積層体の圧縮によって圧縮装置１３００が成形型１３５０から離れることがないようにする。コントローラ１３７０は、さらに、積層体１３６０に接触するプレッシャーフット１３３０に対しラム１３３６によって付与される力の量を制御することにより、圧縮力を制御してもよい。例えば、このような制御は、圧縮力が、確実に、把持力と等しいか又は把持力より小さくなるように行ってもよい。コントローラ１３７０は、メモリ内の命令を実行するハードウェアプロセッサ、専用ハードウェアなどを含みうる。

【0066】

より具体的に図面を参照すると、本開示の実施形態は、図１４に示すように航空機の製造及び保守方法１４００に関連させ、図１５に示すように航空機１４０２に関連させて説明することができる。製造開始前の工程として、方法１４００は、航空機１４０２の仕様決定及び設計１４０４と、材料調達１４０６とを含む。製造の際は、航空機１４０２の部品及び小組立品の製造１４０８及びシステム統合１４１０が行われる。その後、航空機１４０２は、例えば認証及び納品１４１２を経て、就航１４１４に入る。顧客による就航期間中は、航空機１４０２は、定期的な整備及び保守１４１６のスケジュールに組み込まれる。（これは、改良、再構成、改修なども含む場合がある。）本明細書で具体化した装置及び方法は、方法１４００で説明した製造及び保守の１つ又は複数の任意の適当な段階（例えば仕様決定及び設計１４０４、材料調達１４０６、部品及び小組立品の製造１４０８、システム統合１４１０、認証及び納品１４１２、就航１４１４、整備及び保守１４１６）、及び／又は、航空機１４０２の任意の適当なコンポーネント（例えば機体１４１８、システム１４２０、内装１４２２、推進系１４２４、電気系１４２６、油圧系１４２８、環境系１４３０）において、採用することができる。

【0067】

方法１４００の各工程は、例えば、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行または実施されることができる。なお、システムインテグレータは、限定するものではないが、航空機メーカ又は主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよい。第三者は、限定するものではないが、売主、下請業者、供給業者を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、サービス組織などであってもよい。

【0068】

図１５に示すように、方法１４００によって製造される航空機１４０２は、複数のシステム１４２０及び内装１４２２を備えた機体１４１８を含みうる。システム１４２０の例としては、推進系１４２４、電気系１４２６、油圧系１４２８、及び、環境系１４３０のうちの１つ以上が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。航空宇宙産業に用いた例を説明したが、本発明の原理は、例えば自動車産業などの他の産業に適用可能である。

【0069】

上述したように、本明細書で具体化した装置及び方法は、方法１４００で説明した製造及び保守の１つ又は複数の任意の適当な段階において採用することができる。例えば、部品及び小組立品製造工程１４０８に対応する部品又は小部品は、航空機１４０２の就航中に作製される部品又は小部品と同様に作製することができる。また、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせを、例えば、小部品製造工程１４０８及びシステム統合工程１４１０中に用いることによって、実質的に航空機１４０２の組み立て速度を速めたりコストを削減したりすることができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせの１つ又は複数を、航空機１４０２の就航中に、例えば、整備及び保守１４１６中に用いてもよいが、これに限定されない。例えば、本明細書に記載した技術及びシステムは、材料調達１４０６、部品及び小組立品の製造１４０８、システム統合１４１０、就航１４１４、及び／又は、整備及び保守１４１６に用いることができ、機体１４１８及び／又は内装１４２２に用いることもできる。これらの技術及びシステムを、例えば推進系１４２４、電気系１４２６、油圧系１４２８、及び／又は環境系１４３０を含むシステム１４２０に用いることもできる。

【0070】

一実施形態において、部品は、機体１４１８の一部を含み、部品及び小組立品の製造１４０８において製造される。当該部品は、システム統合１４１０において航空機に組み付けられ、摩耗によって使用不可能になるまで、就航段階１４１４において用いられる。次に整備及び保守段階１４１６において、当該部品は、廃棄され、新たに製造された部品と交換される。本発明の部品及び方法を、新たな部品を製造するために、部品及び小組立品の製造工程１４０８全体で採用してもよい。

【0071】

図示あるいは本明細書に記載した様々な制御要素（例えば電気又は電子部品）は、いずれも、ハードウェア、ソフトウェアを実現するプロセッサ、ファームウェアを実現するプロセッサ、又はこれらの何らかの組み合わせとして、実現することができる。例えば、ある要素は、専用ハードウェアとして実現することができる。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、又は、他の同様の用語で称される場合がある。プロセッサによって実現される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は、いくつかを共有可能な複数の個別プロセッサによって、実現することができる。更に、「プロセッサ」又は「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可能なハードウェアのみを限定的に指すと解釈されるべきではなく、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、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）若しくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを保存するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、論理回路、又は、他の物理的なハードウェア部品若しくはモジュールを暗黙的に含みうる。

【0072】

また、制御要素は、当該要素の機能を実行するための、プロセッサ又はコンピュータによって実行可能な命令として、実現することができる。命令の例をいくつか挙げると、ソフトウェア、プログラムコード、及び、ファームウェアがある。命令は、プロセッサにより実行されると稼働して、当該プロセッサに対して要素の機能を果たすように指示する。命令は、プロセッサによる読み取りが可能な記憶装置に保存することができる。記憶装置の例としては、デジタルメモリ若しくはソリッドステートメモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は、光学的に読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体などが挙げられる。

【0073】

本明細書において特定の実施形態を説明したが、本開示の範囲は、これらの特定の実施形態に限定されるものではない。本開示の範囲は、以下の請求の範囲及びその均等範囲によって規定される。

【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】