JP2019010864A - セルベース構造配列の誘導硬化 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤接合ラインの硬化不足状態又は過硬化状態を解消するための方法及び装置を提供する。【解決手段】セルベース構造配列における接着剤接合ラインは、セル内に挿入されたツールブロックを使用して熱硬化される。ツールブロックは、電磁石により発生した交流電磁場により誘導加熱される埋設されたサセプターを有する。【選択図】なし

Description

本開示は、概して、接着剤で接合されたセルベース構造配列の製造及び修理に関し、より詳細には、セル及び外板パネルを互いに接合する接着剤接合ラインを誘導硬化させるための方法及び装置を取り扱う。

セルベース構造配列は、複合構造に強度及び剛性を与えるために、且つ／又はRF信号の送信及び/又は受信のために使用される構造的RF（無線周波）開口などの機能的特徴部を形成するために使用されてもよい。一用途では、セルベース構造配列は、サンドイッチ構造を形成するために内側表面板と外側表面板との間に接合される。配列は、接合ラインに沿って互いに接着剤で接合されるセル壁により形成された個々の中空セルを備える。接着剤が塗布された後に、ツールブロックの群が配列のセル内に挿入され、配列がツールブロックと共に熱硬化のためにオーブン又はオートクレーブ内に置かれる。

上で説明した硬化技術は、高密度のツールブロック群にわたって熱を均等に対流させ得ない、対流熱供給源に依存する。この不均一な対流加熱は、ツールブロックの比較的大きな熱質量により生じる温度勾配に一部起因する。不均一な対流加熱により、配列の内部領域におけるツールブロックが外部領域におけるツールブロックよりもゆっくりと昇温する場合がある。このことは、配列のセルを横切って又は個々のセルの深さに熱を容易に伝達できないためである。高密度のツールブロック配列にわたる比較的大きな温度勾配は、接着剤接合ラインの硬化不足又は過硬化を生じさせる可能性がある。硬化サイクルを延長することでは、不均一な加熱状態が十分に解消されず、製造時間及び設備コストが増大する。接着剤接合ラインの硬化不足状態又は過硬化状態は、最終的にスクラップ又は再加工につながり、製造及び修理コストを上昇させる可能性がある。

本開示は、概して、セルベースコアを有する複合サンドイッチ構造を製造するためのプロセス及び設備に関し、より具体的には、セルを互いに且つ構造の表面板に取り付ける接着剤接合ラインを硬化させるための方法及び装置に関する。接着剤の均一な加熱は、埋設された磁気サセプターを有するセル型ツールブロックを使用して配列全体にわたって達成される。ツールブロックの誘導加熱は、高周波交流（AC）電源により電力供給された誘導コイルにより生成された電磁場にサセプターをさらすことにより達成される。サセプターによるツールブロックの内部加熱は、内部セル及び外部セルを含む、配列におけるセルの位置にかかわらず、セル配列全体にわたるセルの高度に制御可能で均一な加熱、並びにセルの各々の全体にわたる均一な加熱をもたらす。電磁界は、アンテナ素子などの、セル内の感熱性構成要素の望ましくない不正な加熱を低減又は排除するような向きに選択的に配置することができる。セルの局所領域の標的加熱を可能にする埋設されたサセプター素子の様々な構成が考えられる。

一態様によれば、セルベース複合構造内の少なくとも1つのセルを加熱するのに使用される装置が提供される。装置は、セル内に挿入されるツールブロックを備える。ツールブロックは、セルの少なくとも一部分を加熱するための電磁エネルギーの供給源からの電磁エネルギーに応答する少なくとも1つのサセプターを含む。別の態様によれば、接着剤接合ラインにより互いに接合されたセル壁により形成された複合セルの配列を有する複合構造を熱硬化させるための装置が提供される。装置は、接着剤接合ラインを熱硬化させるためにそれぞれセル内に挿入されるツールブロックの群を備える。ツールブロックの各々は、ツール本体と、ツール本体内に埋設されたサセプターとを含む。サセプターは、電磁エネルギーを熱に変換することができる導電性材料で形成される。

更なる態様によれば、セルベース複合構造のセル内の接着剤接合ラインを硬化させる方法が提供される。方法は、複数のツールブロックの各々内にサセプターを設置するステップと、セルベースの複合構造のセル内にそれぞれツールブロックを挿入するステップとを含む。方法はまた、電磁場を発生させるステップと、電磁場を使用してサセプターを誘導加熱するステップと、加熱されたサセプターを使用して接着剤接合ラインを熱硬化させるステップとを含む。

誘導加熱プロセスの利点の1つは、配列にわたる温度勾配なしにセル群全体にわたる均一な加熱を比較的速やかに且つ容易に達成できることである。別の利点は、個々のセル全体にわたる均一な加熱が達成され、それにより、接着剤の硬化不足又は過硬化を回避できることである。更なる利点は、所望によりセルの局所部分又は標的領域のみを加熱し、これにより、感熱性構成要素が位置し得るセルの他の領域の過熱を回避できることである。更に他の利点は、構造を熱硬化させるための誘導加熱の使用では、対流加熱などの他のタイプの加熱よりもエネルギー消費が少なく、且つ誘導加熱の使用が低コストで容易に実現されることである。更なる利点は、サセプター材料がそのキュリー温度を超えて昇温し得ないので、誘導加熱されるサセプター材料の使用がセルの過熱を防止することである。他の利点は、誘導加熱プロセスが、迅速で、高度に制御可能で、非常に均一で、自己修正性が高く、且つ容易にスケーラブルであることである。

特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施形態で個別に達成することができ、又は更に他の実施形態で組み合わせてもよく、これらの実施形態の更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照して確認することができる。

例示的な実施形態に特有であるとみられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、例示的な実施形態、並びに、好ましい使用形態、更にその目的及び利点は、添付の図面と併せて読むとき、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより、最も良く理解されるであろう。

図1は、航空機胴体の前側部分の斜視図の図解である。 図2は、図1に示す航空機胴体にRF開口を形成するセルベース構造配列の一部分の斜視図の図解である。 図3は、図2における「図3」として指定された領域の斜視図の図解である。 図4は、セルベース構造配列のセル内に挿入されたツールブロックの群の斜視図の図解である。 図5は、サセプターを備えたいくつかのツールブロックが挿入されているが、セルのいくつかにはツールブロックが充填されていない、セルベース構造配列の一部分の図解である。 図6は、誘導コイル及び関連する電磁場の向きを図示する、図4に示すセルベース構造配列の斜視図の図解である。 図7は、セルベース構造配列を誘導硬化させるための装置の機能ブロック図の図解である。 図8は、管状サセプターの一形態を有するツールブロックの一例の斜視図の図解である。 図9は、管状サセプターの別の形態を有するツールブロックの別の例の斜視図の図解である。 図10は、単一の配線サセプターが周囲に巻き付けられたツールブロックの別の例の斜視図の図解である。 図11は、図10と同様であるが、複数の配線サセプターがツールブロックの周囲に巻き付けられた図解である。 図12は、中心に位置するサセプターと、ツールブロックの各角部におけるロッド状サセプターとを有するツールブロックの更なる例の図解である。 図13は、ツールブロックの更に別の例を製造する方法の一連のステップを示す斜視図の図解である。 図14は、ツールブロックの更に別の例を製造する方法の一連のステップを示す斜視図の図解である。 図15は、ツールブロックの更に別の例を製造する方法の一連のステップを示す斜視図の図解である。 図16は、ツールブロックの更に別の例を製造する方法の一連のステップを示す斜視図の図解である。 図17は、セルベース構造配列を誘導硬化させる方法のフロー図の図解である。 図18は、航空機の生産及び保守点検方法のフロー図の図解である。 図19は、航空機のブロック図の図解である。

開示の実施形態は、セルの構造配列が2つの表面板間に挟まれる、時としてセルベースサンドイッチ構造と称される、セルベース構造配列を組み込んだ複合構造を作製又は修理するために用いられてもよい。これらのセルベース構造配列は、荷重を伝達するために、又は他の目的のために使用することができる。

図1を参照すると、セルベース構造配列50の一例は、通信のために使用され且つ航空機胴体54の外板52に一体化されるRF（無線周波）構造開口50aである。図2に示すように、RF構造開口50aは、複合サンドイッチ構造を形成するように内側表面板60と外側表面板62との間に挟まれたセル58の配列56を備える。RF構造開口50aは航空機胴体54に位置するものとして示されているが、RF構造開口50aは、限定されるものではないが、翼、カウル、安定板、ドアなどを含む、航空機の他の領域に位置してもよい。その上、航空機用途が例示されているが、セルベース構造配列50が、例えば、非限定的に、陸上又は海上ビークル、宇宙船、衛星などの、他の用途において使用される構造に組み込まれてもよい。

図3を参照すると、セル58は、接着剤フィレット又は垂直方向接合ライン68を形成する好適な樹脂接合用接着剤により壁64の相互の縁部に沿って互いに接合される壁64によって形成される。壁64はまた、接着剤フィレット又は水平方向接合ライン70を形成する接合用接着剤により内側表面板60に且つ／又はRFアンテナ素子72（図2）に接合される。セル58の各々は、RF通信信号を受信及び／又は送信するようになされるRFアンテナ素子72のうちの1つを含んでもよい。図示の例において、セル58は略矩形断面を有するが、他のセル断面形状も考えられる。図1〜図3に示すRF構造開口50aは、以下でより詳細に説明する方法及び装置を使用して作製及び／又は修理され得る広範囲にわたるセルベース構造配列を単に例示するものに過ぎない。

セルベース構造配列50の作製及び／又は再加工中に、壁64、及び／又は接合ライン68、70を形成する接合用接着剤を熱硬化させることが必要であり得る。ここで図4及び図5を参照すると、セルベース構造配列50は、ツールブロック74の群66を使用して熱硬化させてもよく、ツールブロック74の各々はセル58の1つに挿入され且つセル58の反転形状を有する。ツールブロック74の各々は、熱を発生させる埋設された熱伝導性磁気サセプター76を有するツール本体75を含む。以下に明らかになるように、サセプター76は、単一のサセプター素子又は複数のサセプター素子を備えてもよい。本明細書で使用される場合、「埋設された」とは、サセプター76が、ツール本体75内に組み込まれていること、ツール本体75に取り囲まれていること、ツール本体75に取り付けられていること、又はツール本体75上に装着されていることを指す。

サセプター76による各ツールブロック74の内部加熱は、配列56内のセルの位置に関係なくセルの均一な加熱をもたらす。サセプター76の内部で発生した熱は、ツール本体75を通じて周囲のセル壁64に及び接着剤接合ライン68、70に伝導される。ツールブロック74は、群66内で連動させられ、すなわち密にグループ化されてもよく、且つ図示の例では、ツールブロック74の直線状に整列した列84として配設される。列84は、互いに僅かな間隔をおいて配置することができる。この例では、群66内のツールブロック74の列84が互いに整列しているが、他の例では、列84が互いに対して千鳥状に配置されてもよい。ツールブロック74は、セル58の構成と一致するように整列する。

ツール本体75はPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）などの低摩擦材料で形成することができるが、電磁場を遮断しない限り、他の材料も考えられる。ツール本体75はまた、ツールブロック74がセル58の内外に容易に摺動することを可能にする低摩擦材料の層で被覆される、金属を含む、他の剛性又は半剛性材料で形成されてもよい。サセプター76は、電磁エネルギーを吸収してこれを熱に変換することができる、アルミニウム、鋼、炭素、鉄、銅又は金属合金のなどの熱伝導性金属で形成される。以下でより詳細に説明するように、サセプター76内で発生した熱は、接着剤接合ライン68、70及び／又はセル58の他の特徴部を熱硬化させるために使用される。ツールブロック74が加熱される最大温度を制御するために、サセプター76は、磁性をも有する導電性材料で形成されてもよい。例えば、サセプター76は、鉄（Fe）、ニッケル（Ni）若しくはコバルト（Co）の合金などの強磁性材料、又は非限定的にフェライトなどのフェリ磁性材料で形成されてもよい。磁性材料で形成されるサセプター76の場合には、接合ラインの接着剤の硬化温度に近いがその温度よりも僅かに高いキュリー温度を有するサセプター材料が選択される。磁気サセプターを使用するときに、サセプター76により生成される熱は、温度がキュリー温度まで上昇するにつれて減少し、それにより、セル58の過熱を防止し、その一方で、接着剤接合ラインのその硬化温度での適切な硬化を確実にする。

ツール本体75の各々は、セル58の断面形状と実質的に一致する断面形状を有し、且つ周囲壁64、内側表面板60及び接着剤接合ライン68、70と実質的に対面接触する。図4に示す例では、サセプター76は、中空中心82及び円形断面形状を有する丸管であり、その一方で、図5に示す例におけるサセプター76は、同じく中空であるが略四角形断面形状を有する角管102である。図4及び図5に示すサセプター76の各々は、ツールブロック74内の中心に位置し且つツールブロック74の高さ全体にわたって延伸する単一のサセプター素子（管98及び102）を備え、サセプター76内で発生した熱をセル58全体にわたって均等に分配させる。図4及び図5に示す例では、サセプター76が、それぞれのツール本体75の上方に延伸する露出部分76aを含むが、後に説明する他の例では、ツール本体75がサセプター76の上方に延伸してもよい。

以下でより詳細に述べるように、サセプター76は、他の形状を有してもよく、且つ単一のサセプター素子よりも多くのサセプター素子を備えてもよい。サセプター76の効率は、サセプター76の形状と、電磁場90に対するサセプター76の向きとによって決まる。概して、図4、図5及び図6に示すタイプの細長い磁気サセプター76の外端部は、形状減磁と称される表面効果に起因して磁化されない。電磁場90の方向に平行な長手寸法を有するサセプター76は、減磁の影響を最も受けにくい。逆に、電磁場90に平行な向きに配置された短手寸法を有するサセプター76は、減磁の影響を最も受ける。

ここで図6及び図7を参照すると、電磁石86は、コントローラー96により制御される高周波AC（交流電流）の供給源92により電力供給される少なくとも1つの誘導コイル88を含む。高周波AC供給源92による誘導コイル88の励磁により、電磁場90が生成される。誘導コイル88は、電磁場90が連動型ツールブロック74の列84に垂直に（直交して）延伸するような向きに配置される。電磁場90は、サセプター76内に電流の流れを誘導する。これらの電流は、サセプター76を通って流れる渦電流を含み、配列56全体にわたってサセプター76の内部ジュール発熱を起こす。サセプター76が強磁性材料又はフェリ磁性材料で形成される場合、誘導電流は、磁気ヒステリシス損失により発生するヒステリシス電流を含む。これらの電流は、サセプター76の全てが同じ電磁場90にさらされるのでサセプターの全てに等しく誘導される。これらの内部電流の結果として、配列56のセル58の全てが同じ速度で均等且つ迅速に加熱される。接合ライン68、70を含む、セル58のこうした均等且つ均一な加熱により、接着剤接合ライン68、70の過硬化又は硬化不足が低減又は排除される。その上、上述したように、サセプター76によりセル58の内部を加熱することによって、個々のセル58内での均等且つ均一な加熱が可能となる。ツールブロック74を互いに密に連動させたときに、ツールブロック74の各々内で発生した熱は、ツールブロック74が互いに個別に且つ同じ速度で昇温するので、隣り合うツールブロック74に影響を及ぼさない。サセプター76はそのキュリー温度まで昇温するがキュリー温度を超えないので、磁気サセプター76の使用により温度の自己調節がもたらされる。

いくつかの用途において、セル58の配列56は、電磁場90にさらされたときに望ましくない「不正な加熱」により生じる損傷を受ける可能性のある、RFアンテナ素子72などの特定の構成要素を含んでもよい。この不正な加熱は、誘導コイル88が感熱性構成要素に実質的に平行に整列するような向きに誘導コイル88を配置することにより回避することができる。例えば、図示の用途では、誘導コイル88は、RFアンテナ素子72に平行であるが、加熱すべきツールブロック74の列84に垂直な向きに配置される。図6に示す例では、誘導コイル88がセルベース構造配列50の下方に位置するが、他の例では、誘導コイル88が配列50の上方に位置してもよい。これらの例のいずれかにおいて、誘導コイル88とツールブロック74との間の距離は、サセプター76が電磁場90内に位置し、それゆえ、電磁場90と磁気的に結合されるような距離である。サセプター76の効率は、サセプター76が電磁場90からより多量のエネルギーを吸収してサセプター76がより多くの熱を発生させることを可能にするので、誘導コイル88からサセプター76までの距離の減少に伴って増加する。更に他の例では、ツールブロック74が設置された構造配列50が電磁場90の中心に位置決めされてもよい。このように電磁場90の中心に構造配列50を配置することにより、サセプター76と結合される磁場の部分の均一性が高められてもよい。

いくつかの用途では、互いに直交する向きに配置される誘導コイル88の2つを用いることが必要であるか又は望ましい場合がある。2つの誘導コイル88の一方は、ツールブロック74の列84に垂直である電磁場90を生成するような向きに配置され、他方の誘導コイル88は、列84に平行である電磁場90を生成するような向きに配置される。セル58の隣り合う壁を加熱するために、互いに直交する向きに配置される2つの誘導コイル88を交互に通電させることができる。

用途に応じて、1つ又は複数の温度センサー94は、ツールブロック74の温度を検知して所望の温度が達成されているかどうかを検出するために、ツールブロック74に組み込まれるか又はツールブロック74の近傍に位置してもよい。温度センサー94は、測定された温度を表す信号をフィードバックループ95内のコントローラー96に送信し、コントローラー96が、誘導コイル88に印加される電力を調節することを可能にし、それにより、電磁場強度を制御してセルベース構造配列50全体にわたるセル接着剤温度の自己調節を達成する。この温度制御は、サセプター76の温度の自己調節をもたらし、それゆえ、サセプター76が過熱の可能性のある磁性材料で形成されていない場合に、特に有用であり得る。

図8は、図6に示すタイプのツールブロック74の一例の更なる詳細を図示している。ツールブロック74は、セル58の断面形状と実質的に一致する断面形状を有するツール本体75を含む。ツール本体75は、中心に位置するサセプター76により発生した熱が、接着剤接合ライン68、70を含むセル58の周囲特徴部に伝導されることを可能にすることができる、任意の好適な材料で形成されてもよい。サセプター76を形成する、中心に位置する丸管98は、誘導コイル88と磁気的に結合させることができる任意の好適な導電性金属で形成されてもよい。丸管98は、その磁化率を高めるように機能する中空中心82を有する。中空中心82はまた、サセプター76内で発生した熱をより均一に分配するのに役立つ。図示の例において、丸管98は、ツール本体75の上部の上方に延伸する露出した上側部分76aを有する。露出した上側部分76aは、ツール本体75内へのサセプター76の挿入、並びにセル58内へのツールブロック74の挿入及びその後のセル58からのツールブロック74の取り外しを容易にする。しかしながら、他の例では、管98の上部は、ツールブロック74の上部と面一であるか又はツールブロック74の上部の下方に凹設されてもよい。

図9は、図5に示すタイプのツールブロック74の別の例を図示している。中心に位置するサセプター76は、略四角形であり且つ中空中心82を有する断面形状を有する角管102を備える。

図10は、ツール本体75の外周面の周囲に巻き付けられ且つ外周面に凹設される1つの導電性配線リング100の形態の埋設されたサセプター76を有して設けられたツールブロック74の更なる例を図示している。この例において、ツール本体75は、手で又は把持／移送用固定具を使用してセル58へのツールブロック74の設置及びセル58からのツールブロック74の取り外しを容易にするように構成される上側延長部75aを含む。

図11は、図10に示したものと同様の、ツールブロック74の別の例を図示しているが、ここでは、ツール本体75には、ツール本体75の高さに沿って分配配置されるサセプター76として機能する、離間して埋設された複数の配線リング100が設けられている。3つの配線リング100が示されているが、ツール本体75には、任意の数の配線リング100が設けられてもよい。図10に示す例では、ツール本体75の上部の近傍に位置する単一の配線リング100が主にセル58の上側領域のみを加熱し、その一方で、図11の例では、ツール本体75の高さ全体にわたって分配配置された複数の配線リング100の使用により、セル58全体の実質的に均一な加熱がもたらされる。更に別の例（図示せず）において、単一の配線リング100は、ツール本体75の長さに沿ってツール本体75の周囲に螺旋状に巻き付けられてもよい。

ここで、ツールブロック74の更に別の例を図示する図12に注目する。この例において、ツール本体75は、中心貫通孔106と、ツールブロック74の各角部においてツールブロック74を長手方向に貫通するロッド104などの導電性金属素子の形態のサセプター76とを有する。ロッド104をツール本体75の各角部に位置決めすることにより、サセプター76により発生した熱は、垂直方向接着剤接合ライン68に沿って局所的に標的化され分配される。熱を発生させる際のロッド104の効率は、両側が一列に並んだループ内のロッド104を電磁場90と接続することにより増加させてもよい。同様に、図面に示されていないが、追加のサセプター76は、セル58の他の特徴部に熱を局所的に導くためにツール本体75の他の領域内に埋設されてもよい。図12に示す構成を有するサセプター76を使用するときに、コイル88は、電磁場90がロッド104の長手寸法に平行に延伸するような向きに配置されるべきである。したがって、図6に示す構造配列50内において図12のサセプター76を使用するときに、コイル88は、構造配列50に対して垂直な向きを有する電磁場90を生成するような向きに配置されなければならない。

ここで、ツールブロック74の更なる例を生産する際の一連のステップを図示する図13〜図16に注目する。図13を参照すると、矩形断面形状と、中心貫通孔106と、外面に及び外面の周囲における長手方向に離間した複数の連続した溝又は凹所108とを有するツール本体中心コア110が作られる。ツール本体コア110は、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）又はPEK（ポリエーテルケトン）などの任意の好適な材料で形成されてもよく、且つ成形、機械加工、又は積層造形などのいくつかの製造プロセスのいずれかにより生産されてもよい。例えば、溝108を含む、ツール本体コア110は、FDM（熱溶融積層法）又は他の既知の3D印刷技術などの積層造形プロセスにより層毎に形成されてもよい。次に、図14に示すように、サセプター76として機能する、配線リング100が、それぞれ溝108内に設置される。ツール本体コア110が積層造形により生産されるそれらの例では、ツール本体コア110を生産するために使用される積層造形プロセスにより配線リング100を層毎に形成することが可能であり得る。

図15を参照すると、熱伝導性金属ロッドを含むヒートパイプ105は、ツール本体コア110の角部を挟んで対角に位置決めされるとともに、ツール本体コア110の角部から外方に間隔をおいて配置される。次に、図16に示すように、ツール本体外殻111は、ツール本体コア110及びヒートパイプ105の周囲に設置される。ツール本体外殻111は、PTFEなどの好適な材料で形成され、且つ機械加工、成形又は積層造形技術により生産することができ、その後に、ツール本体コア110及びヒートパイプ105がツール本体外殻111内に挿入される。代替的に、ツール本体外殻111は、ツール本体コア110及びヒートパイプ105の周囲にオーバーモールドされてもよい。他の組立技術も考えられる。使用時に、サセプター76として働く配線リング100は、ツール本体コア110の全長にわたって均等に、ツール本体コア110の外周縁に熱を発生させる。配線リング100により発生した熱は、ツール本体外殻111を通じて伝導され、ヒートパイプ105により吸収される。ヒートパイプ105は、セル58内の垂直方向接着剤接合ライン68にごく近接して、ツール本体外殻111の外側角部に熱を集中させる。同様のヒートパイプ105が、所望により、セル58の他の領域に熱を局所的に集中させるために外殻111内に埋設されてもよい。

ここで、接着剤接合ライン68、70を有するセルベース構造配列50などの、セルベース複合構造を熱硬化させる方法のステップを大まかに図示する図17を参照する。112において、サセプター76は、複数のツールブロック74内に設置される。サセプター76の構成に応じて、サセプター76は、ツールブロック74がセルベース構造配列50のセル58内に挿入される前又は挿入された後にツール本体75内に挿入されてもよい。114において、ツールブロック74は、手で個々に又は保持／移送用固定具（図示せず）を使用してグループ毎に、セルベース構造配列50のセル58内に挿入される。114において、電磁石86の一部を形成する誘導コイル88は、ツールブロック74の列84に実質的に直交して延伸する電磁場90を発生させる。118において、サセプター76は、電磁場90を使用して誘導加熱される。より具体的には、サセプター76は、熱を生成するサセプター76内に電流の流れを誘導する、電磁場90から電磁エネルギーを吸収する。120において、セル58を互いに接合する接着剤接合ライン68、70は、サセプター76により発生し且つツール本体75を通して伝達される熱を使用して熱硬化される。

本開示の実施形態は、例えば、航空宇宙、海洋、自動車用途、及びセルベース構造配列などのセルベース構造構成要素が用いられる他の用途を含む、多種多様な潜在的用途、特に運輸産業において使用されてもよい。したがって、ここで図18及び図19を参照すると、本開示の実施形態は、図18に示す航空機の製造及び保守点検方法122並びに図19に示す航空機124との関連で使用されてもよい。開示の実施形態の航空機用途は、数例を挙げると、例えば、非限定的に、複合サンドイッチ構造に使用される複合セル型コア、及びRF開口を含んでもよい。生産前の段階では、例示的な方法122は、航空機124の仕様及び設計126と、材料調達128とを含んでもよい。生産段階では、航空機124の構成要素及び部分組立品の製造130並びにシステム統合132が行なわれる。その後、航空機124は、認証及び搬送134を経て就航136されてもよい。顧客による就航中、航空機124には日常的な整備及び保守点検138（変更、再構成、改修などを含んでもよい）が予定される。

方法122のプロセスの各々は、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）により実施又は実行されてもよい。本説明の目的で、システムインテグレータは、非限定的に、任意の数の航空機製造業者及び主要システムの下請業者を含んでもよく、第三者は、非限定的に、任意の数の納入業者、下請業者、及び供給業者を含んでもよく、オペレータは、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。

図19に示すように、例示的な方法122により生産された航空機124は、複数のシステム142を備えた機体140と内部144とを含んでもよい。高レベルシステム142の例としては、推進システム146、電気システム148、油圧システム150、及び環境システム152の1つ又は複数が挙げられる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例が示されているが、本開示の原理は、海洋及び自動車産業などの、他の産業に適用されてもよい。

本明細書に具現化されたシステム及び方法は、生産及び保守点検方法122の任意の1つ又は複数の段階で用いられてもよい。例えば、生産プロセス130に対応する構成要素又は部分組立品は、航空機124の就航中に生産される構成要素又は部分組立品と同様の方式で作製又は製造されてもよい。また、1つ若しくは複数の装置実施形態、方法実施形態、又はこれらの組み合わせは、例えば、航空機124の組立てを大幅に効率化するか又は航空機124のコストを削減することにより、生産段階130及び132で利用されてもよい。同様に、装置実施形態、方法実施形態、又はこれらの組み合わせの1つ又は複数は、例えば、航空機124の就航中に、非限定的に整備及び保守点検138に利用されてもよい。

本明細書で使用する場合、列挙されたアイテムと共に使用するときの「〜のうちの少なくとも1つ」という表現は、列挙されたアイテムの1つ又は複数の異なる組み合わせが使用され得ることと、列挙された各アイテムのうちの1つだけあればよいことを意味する。例えば、「アイテムA、アイテムB、及びアイテムCのうちの少なくとも1つ」は、非限定的に、「アイテムA」、「アイテムA及びアイテムB」、又は「アイテムB」を含んでもよい。この例はまた、「アイテムAとアイテムBとアイテムC」、又は「アイテムBとアイテムC」を含んでもよい。アイテムは特定の対象物、物、又はカテゴリーであってもよい。換言すれば、「〜のうちの少なくとも1つ」とは、アイテムの任意の組み合わせ及び任意の数のアイテムが、列挙されたものから使用され得るが、列挙された全てのアイテムが必要であるわけではないことを意味する。

更に、本開示は、以下に列挙した条項において説明されるような例を含む。

条項1．セルベース複合構造内の少なくとも1つのセルを加熱するのに使用される装置であって、セルの少なくとも一部分を加熱するための電磁エネルギーの供給源からの電磁エネルギーに応答する少なくとも1つのサセプターを含む、セル内に挿入されるツールブロックを備える、装置。

条項2．ツールブロックが、電磁場に対して透過性である材料で形成されたツール本体を含み、サセプターがツール本体内に埋設される、条項1に記載の装置。

条項3．サセプターが、ツール本体内の中心に位置する、条項2に記載の装置。

条項4．サセプターが、円形断面形状を有する管である、条項2に記載の装置。

条項5．サセプターが、四角形断面形状を有する管である、条項2に記載の装置。

条項6．サセプターが実質的に中空である、条項2に記載の装置。

条項7．サセプターが、ツール本体の周囲に巻き付けられた少なくとも1つの導電性配線を含む、条項2に記載の装置。

条項8．ツール本体が、セルの壁に接触するように構成された外周面を有し、サセプターが、ツール本体の外周面に埋設され且つ外周面に近接して位置する複数のサセプター素子を含む、条項2に記載の装置。

条項9．ツール本体が、ツール本体中心コアと、ツール本体中心コアを取り囲む外殻とを含み、サセプターがツール本体中心コアの周囲に巻き付けられる、条項2に記載の装置。

条項10．接着剤接合ラインにより互いに接合されたセル壁によって形成された複合セルの配列を有する複合構造を熱硬化させるための装置であって、接着剤接合ラインを熱硬化させるための複合セルの配列のセル内にそれぞれ挿入されるツールブロックの群を備え、ツールブロックの各々が、ツール本体と、ツール本体内に埋設されたサセプターとを含み、サセプターが、電磁エネルギーを熱に変換することができる導電性材料で形成される、装置。

条項11．サセプターと結合される交流電磁場を発生させるように構成された電磁石を更に備える、条項10に記載の装置。

条項12．電磁石が、ツールブロックの群に近接して位置し且つサセプター内に電流を誘導するために高周波交流電流の供給源と結合されるように構成された少なくとも1つの誘導コイルを含む、条項11に記載の装置。

条項13．ツールブロックが、ツールブロックの群内のツールブロックの列として配設され、且つ誘導コイルは、誘導コイルにより発生した交流電磁場がツールブロックの列に実質的に直交して延伸するように配設される、条項12に記載の装置。

条項14．ツールブロックの群に近接して位置し且つサセプターの測定された温度を表す信号を生成する温度センサーと、温度センサー及び誘導コイルと結合されたコントローラーであって、高周波交流電流を制御するように動作可能であるコントローラーとを更に備える、条項12に記載の装置。

条項15．セルベース複合構造のセル内の接着剤接合ラインを硬化させる方法であって、複数のツールブロックの各々内にサセプターを設置するステップと、セルベース複合構造のセル内にそれぞれ複数のツールブロックを挿入するステップと、電磁場を発生させるステップと、電磁場を使用してサセプターを誘導加熱するステップと、加熱されたサセプターを使用して接着剤接合ラインを熱硬化させるステップとを含む、方法。

条項16．電磁場を発生させるステップが、誘導コイルに高周波交流電流を流すステップを含む、条項15に記載の方法。

条項17．複数のツールブロックがツールブロックの列として配設され、サセプターを誘導加熱するステップは、電磁場がツールブロックの列に実質的に直交して延伸するような向きに誘導コイルを配置するステップと、サセプターと電磁場を結合するステップとを含む、条項16に記載の方法。

条項18．少なくとも特定のセルが感熱性構成要素を含み、サセプターを誘導加熱するステップは、電磁場が感熱性構成要素に平行に延伸するような向きに誘導コイルを配置することにより感熱性構成要素の加熱を実質的に回避するステップを含む、条項16に記載の方法。

条項19．サセプターを設置するステップが、複数のツールブロック内にそれぞれ導電性金属素子を挿入するステップを含む、条項15に記載の方法。

条項20．サセプターを設置するステップが、複数のツールブロックの各々の周囲に少なくとも1つの導電性配線を巻き付けるステップを含む、条項15に記載の方法。

異なる例示的な実施形態の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、網羅的であるように、又は開示した形態の実施形態に限定されるように意図されたものではない。多くの変更及び変形が当業者には明らかであろう。更に、異なる例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態と比較して異なる利点を提供してもよい。選択された1つ又は複数の実施形態は、それらの実施形態の原理及び実際の用途を最も良く解説するため、並びに、企図される特定の使用に適合するような種々の変更を伴う種々の実施形態に関する開示内容を当業者が理解できるようにするために、選択及び説明される。

50 セルベース構造配列
50a RF（無線周波）構造開口
52 外板
54 航空機胴体
56 配列
58 セル
60 内側表面板
62 外側表面板
64 壁
66 群
68 垂直方向接着剤接合ライン
70 水平方向接着剤接合ライン
72 RFアンテナ素子
74 ツールブロック
75 ツール本体
75a 上側延長部
76 サセプター
76a 上側部分
82 中空中心
84 列
86 電磁石
88 誘導コイル
90 電磁場
92 供給源
94 温度センサー
95 フィードバックループ
96 コントローラー
98 丸管
100 導電性配線リング
102 角管
104 ロッド
105 ヒートパイプ
106 中心貫通孔
108 溝又は凹所
110 ツール本体コア
111 ツール本体外殻
122 生産及び保守点検方法
124 航空機
126 仕様及び設計
128 材料調達
130 構成要素及び部分組立品の製造
132 システム統合
134 認証及び搬送
136 就航中
138 整備及び保守点検
140 機体
142 システム
144 内部
146 推進システム
148 電気システム
150 油圧システム
152 環境システム

Claims (15)

1. セルベース複合構造（50）内の少なくとも1つのセル（58）を加熱するのに使用される装置であって、
   前記セル（58）内に挿入されるツールブロック（74）であって、前記ツールブロック（74）は、前記セル（58）の少なくとも一部分（68、70）を加熱するための電磁エネルギー（90）の供給源（86）からの電磁エネルギー（90）に応答する少なくとも1つのサセプター（76）を含む、ツールブロック（74）
   を備える、装置。
2. 前記ツールブロック（74）が、
   電磁場（90）に対して透過性である材料で形成されたツール本体（75）を含み、
   前記サセプター（76）が前記ツール本体（75）内に埋設される、
   請求項1に記載の装置。
3. 前記サセプター（76）が、前記ツール本体（75）内の中心に位置する、請求項2に記載の装置。
4. 前記サセプター（76）が、円形断面形状を有する管（98）である、請求項2又は3に記載の装置。
5. 前記サセプター（76）が、四角形断面形状を有する管（102）である、請求項2から4のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記サセプター（76）が中空である、請求項2から5のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記サセプター（76）が、前記ツール本体（75）の周囲に巻き付けられた少なくとも1つの導電性配線（100）を含む、請求項2から6のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記ツール本体（75）が、前記セルの壁に接触するように構成された外周面を有し、
   前記サセプター（76）が、前記ツール本体の前記外周面に埋設され且つ前記外周面に近接して位置する複数のサセプター素子（100）を含む、
   請求項2から7のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記ツール本体（75）が、ツール本体中心コア（110）と、前記ツール本体中心コア（110）を取り囲む外殻（111）とを含み、
   前記サセプター（76）が前記ツール本体中心コア（110）の周囲に巻き付けられる、
   請求項2から8のいずれか一項に記載の装置。
10. セルベース複合構造（50）のセル（58）内の接着剤接合ライン（68、70）を硬化させる方法であって、
    複数のツールブロック（74）の各々内にサセプター（76）を設置するステップと、
    前記セルベース複合構造（50）の前記セル（58）内にそれぞれ前記複数のツールブロック（74）を挿入するステップと、
    電磁場（90）を発生させるステップと、
    前記電磁場（90）を使用して前記サセプター（76）を誘導加熱するステップと、
    加熱された前記サセプター（76）を使用して前記接着剤接合ライン（68、70）を熱硬化させるステップと
    を含む、方法。
11. 前記電磁場（90）を発生させるステップが、誘導コイル（88）に高周波交流電流を流すステップを含む、請求項10に記載の方法。
12. 前記複数のツールブロック（74）が前記ツールブロックの列（84）として配設され、前記サセプター（76）を誘導加熱するステップは、前記電磁場（90）が前記ツールブロック（74）の前記列（84）に直交して延伸するような向きに前記誘導コイル（88）配置するステップと、
    前記サセプター（76）と前記電磁場（90）を結合するステップと
    を含む、請求項11に記載の方法。
13. 少なくとも特定の前記セル（58）が感熱性構成要素（72）を含み、前記サセプター（76）を誘導加熱するステップは、前記電磁場（90）が前記感熱性構成要素（72）に平行に延伸するような向きに前記誘導コイル（88）を配置することにより前記感熱性構成要素（72）の加熱を回避するステップを含む、請求項11又は12に記載の方法。
14. 前記サセプター（76）を設置するステップが、前記複数のツールブロック（74）内にそれぞれ導電性金属素子（98、100、102、104）を挿入するステップを含む、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記サセプター（76）を設置するステップが、前記複数のツールブロック（74）の各々の周囲に少なくとも1つの導電性配線（100）を巻き付けるステップを含む、請求項10から14のいずれか一項に記載の方法。