JP2021130193A - 複合材料に穿孔を形成するための超音波ドリル加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被加工物の第１の箇所において被加工物に孔を形成するための超音波ドリル加工の実施方法を提供する。【解決手段】超音波ドリル加工方法は、超音波アクチュエータ３８に動作可能に結合された針３６又は針アレイ６０を使用して被加工物３２を貫通する孔４４を形成することによって穿孔シート１００を形成するために使用され得る。超音波動作周波数で針３６を被加工物３２の表面に繰り返し接触させ、被加工物３２を貫通する孔４４を形成する。このステップは、被加工物３２に複数の孔４４を形成するために繰り返され、騒音減衰のための吸音ライナー３３に使用され得る穿孔シート１００を形成する。被加工物３２は、被加工物３２の一部分を局所的に加熱する遠隔加熱ユニット９６を介して、孔４４が形成される間に加熱され得る。【選択図】図３

Description

本開示は、概して超音波ドリル加工方法に関し、より詳細には、超音波ドリル加工を用いて複合材料に穿孔を形成することに関する。
吸音ライナーは、多くの場合、多数の小さな孔又は穿孔が形成された薄い材料を使用して形成される。例えば、騒音減衰のために（すなわち、エンジン音を減衰させ且つ／又は航空機における騒音公害を低減するために）、吸音ライナーがジェットエンジンの内部（例えば、エンジン入口の内側バレル内）に配置されることがある。これらの吸音ライナーは、多くの場合、穿孔シートと不透過性層又は裏板との間に挟まれる、ハニカムコア材料の上に、穿孔された材料シート（例えば、金属又はグラファイトシート）を配置することによって形成される。
穿孔シートは、薄い金属シート又は複合材料シートを貫通する数十万個、又はさらには百万個以上の小さな孔をパンチ加工又はドリル加工で形成することによって形成される。従来の方法は、これらの孔をドリル加工で一度に１つずつ形成することを伴い、この方法は、時間集約的及び資本集約的であるので、作製サイクルの観点からコストがかかる。場合により、そのようなドリル加工では、１週間超にわたるロボットドリル加工作業が必要になることがあり、個々の孔のドリル加工には１〜５秒かかる。加えて、そのような穿孔を形成するための工具コストは、特に複合材料（例えば、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリマー）及び／又は他の熱可塑性材料のドリル加工の場合には、頻繁な交換を必要とするドリルビットの摩耗の観点から高価である。追加的に、ドリルビットは、多くの場合、機械加工が困難である工具鋼などの高価な材料で作製する必要がある。ドリル加工で多数の孔を一度に形成する試みがなされているが、そのような試みは、かかるドリル加工作業による回転運動の要件のために、ドリル加工で一度に４〜１２個の孔を形成することに限定されていた。
超音波ドリル加工は、被加工物表面に対する、ツール又はビットの高周波低振幅振動を使用して、研磨粒子によるマイクロチッピング又は侵食によって被加工物から材料を除去する技術である。回転を使用して材料を貫く従来的なドリル加工方法とは対照的に、超音波ドリル加工は、基本的にビットを材料に打ち込むのに軸方向の振動に依存する。図１には、先行技術の超音波ドリル加工機１０の例が図示されている。超音波ドリル加工機１０は、その動力源として圧電アクチュエータ１２を含み、様々なホーン１４を利用して、微細な研磨粒子の存在下で被加工物１６を貫通するようにビットを振動させる。微細な研磨粒子は、水と混合されて、スラリー槽１８に貯留されるスラリーを形成する。スラリーポンプ２０は、ライン及びノズル２２を介して被加工物１６及びビットの先端の全体にスラリーを分配し、このスラリーは、ビットを清潔且つ有効に保ちながら被加工物１６から材料を除去するために必要である。スラリーはまた、被加工物及びビットの損傷を防止するために、材料及びビットを低温に保つための冷媒液としての役割も果たす。スラリーは、スラリー戻りライン２４を介してスラリー槽１８に戻され、切削エリアから破片を取り除く役割を果たす。超音波ドリルビットは、回転ドリルと共に使用されるようなスラリーの利用を可能にするスロットを含まないので、ビットに達するスラリー又は切削流体の能力によって、超音波ドリル加工機が使用され得る深さが制限される。
硬質材料及び／又は脆性材料は、半導体、ステンレス鋼、ガラス、セラミック、炭化物、石英、石、タングステン、花崗岩、岩石、及び医療用途の精巧な骨などの、超音波ドリルを使用してうまく機械加工されている。複合材料（例えば、炭素繊維強化プラスチック）を用いた超音波ドリル加工方法を利用する試みは、回転ドリルビットに超音波振動を加えることに限定されており、この回転ドリルビットは、ドリル加工中にスラリー又は他の冷却流体を使用して冷却しなければならない。さらに、複合材料を貫通するドリル加工は、実行するのが困難で且つコストがかかる傾向があり、結果として、複合部品に損傷を与えることが多い。
被加工物の第１の箇所において被加工物に孔を形成するために超音波ドリル加工を実施する１つの開示の方法では、被加工物の表面が、超音波ホーンのツールに対して位置決めされ、且つ被加工物に孔を形成するのに十分な動作周波数でツールが被加工物の表面に繰り返し接触するように長手方向軸線に沿ってツールを振動させることによって、孔が被加工物に形成される。ツールは、被加工物の表面に実質的に直交する長手方向軸線を有し得る。そのような方法では、孔の形成中に被加工物の表面に対してツールを回転させないが、被加工物に孔を形成するのに十分な時間にわたってツールを振動させる。さらに、孔は、スラリー又は冷却流体を使用せずに形成され得る。本開示によるいくつかの方法では、被加工物は、複合材料で構成される。
本開示による別の方法では、複数の穿孔が薄い複合材料シートに形成される。そのような方法では、薄いシートの表面と超音波ホーンに動作可能に結合された針アレイとは、針アレイが薄いシートの第１の領域の上方に位置決めされるように配置される。針アレイは、薄いシートの表面に実質的に直交する長手方向軸線に沿って延伸する複数の針を含む。この方法では、薄いシートの第１の領域に第１の複数の孔を形成するのに十分である第１の時間にわたって約２０ｋＨｚを超える動作周波数で第１の領域内における薄いシートの表面を針アレイに繰り返し接触させる。薄いシートの表面のそのような繰り返しの接触によって、それぞれの第１の孔が、針アレイのそれぞれの各針に対応する薄いシートに形成される。この方法では、針アレイの針は、長手方向軸線を中心に複数の針を回転させずに、薄いシートに対して針を回転させずに、且つスラリー又は冷却流体を使用せずに薄いシートに接触する。
方法はまた、針アレイが薄いシートの第２の領域の上方に位置決めされるように、薄いシートに対して針アレイを並進させる（且つ／又はその逆も然りである）ステップと、次に、薄いシートの第２の領域に第２の複数の孔を形成するのに十分である第２の時間にわたって動作周波数で第２の領域内における薄いシートの表面を針アレイに再び複数回接触させるステップとを含み得る。ここでも、それぞれの第２の孔が、針アレイのそれぞれの各針に対応する薄いシートに形成され得る。薄いシートの後続の領域をそのように並進させて繰り返し接触させることは、薄いシートに所望の数の孔を形成するために任意の回数繰り返され得る。各繰り返しでは、長手方向軸線を中心に複数の針を回転させずに、薄いシートに対して針を回転させずに、且つスラリー又は冷却流体を使用せずに、薄いシートの表面を針アレイの複数の針に接触させてもよい。
吸音ライナーを形成する方法も開示される。一例では、開示の方法に従って形成された被加工物は、ハニカム構造の第１の側に結合される。前記ハニカム構造はまた、第１の側とは反対側の第２の側と、第１の側と第２の側との間に延伸する複数の内部セルとを含む。吸音ライナーが所望の周波数帯域に対する騒音減衰特性をもたらすように構成されるように、各内部セルは、所望の周波数帯域の内部セル内の音響平面波に適合するような大きさとされる。この方法では、剛性裏板がハニカム構造の第２の側に結合され、それによって吸音ライナーが形成される。
吸音ライナーも開示される。開示の吸音ライナーの一例としては、炭素繊維強化ポリマーと、薄いシート材料の厚さを貫通して形成された少なくとも１００，０００個の円形又は非円形の穿孔とで構成された薄いシート材料が挙げられる。薄いシート材料は、本開示の方法に従って形成され得る。吸音ライナーはまた、ハニカム構造と剛性裏板とを含み得る。ハニカム構造は、第１の側と、第１の側とは反対側の第２の側と、第１の側と第２の側との間に延伸する複数の内部セルとを含む。ハニカム構造の第１の側は、薄いシート材料に結合され、且つハニカム構造の第２の側は、剛性裏板に結合される。吸音ライナーが所望の周波数帯域に対する騒音減衰特性をもたらすように構成されるように、複数の内部セルの各内部セルは、所望の周波数帯域の内部セル内の音響平面波に適合するような大きさとされる。
先行技術の超音波ドリル加工装置の立面図である。 本開示による１つ又は複数の吸音ライナーを含み得る装置、及び／又は本開示の方法に従って形成された１つ又は複数の吸音ライナーの概略図である。 本開示による超音波ドリル加工方法を実施するためのシステムの例の概略図である。 本開示の方法に従って形成された吸音ライナーの例の斜視図である。 底面視で見た、本開示による針アレイの例の概略図である。 側面視で見た、本開示による針アレイの例の概略図である。 本開示の方法で使用され得る針アレイの例の斜視図である。 本開示による針アレイ内の針の分布の例の概略図である。 本開示による針アレイ内の針の分布の別の例の概略図である。 被加工物に１つ又は複数の孔を形成する開示の方法を表すフロー図である。 被加工物に１つ又は複数の孔を形成する開示の方法を表すフロー図である。 吸音ライナーを形成する開示の方法を表すフロー図である。 針の一部分の側面図を図示する、本開示の針アレイ及びシステムで使用される針先端の例の概略図である。 針先端の底面図を図示する、本開示の針アレイ及びシステムで使用される針先端の例の概略図である。
図２を参照すると、１つ又は複数の穿孔シート１００が装置１０２に含まれ得る。穿孔シート１００は、航空宇宙、自動車、電子、建設、軍事、レクリエーション、及び／又はモータースポーツ産業などの、多くの異なる産業及び用途において利用され得る。図２には、１つ又は複数の穿孔シート１００を含み得る装置１０２の例が、概して、航空機１０４の形態で図示されている。航空機１０４は、民間航空機、軍用機、又は他の任意の好適な航空機を含む、任意の好適な形態をとり得る。図２は固定翼航空機の形態である航空機１０４を図示しているが、（限定されるものではないが）回転翼航空機及びヘリコプターを含む、他の種類及び構成の航空機も本開示による航空機１０４の範囲内である。
装置１０２（例えば、航空機１０４）は、１つ又は複数の穿孔シート１００を含み得る。例示的な非排他的例として、主翼１０６、胴体１０８、すなわち胴体セクション１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、水平尾翼１１０、頭上荷物棚１１２、垂直安定板１１４、及びその他などの、航空機１０４の他の構成要素も追加的又は代替的に１つ又は複数の穿孔シート１００を含み得るが、穿孔シート１００は、エンジンハウジング１１６内で利用され得る。航空機１０４における穿孔シート１００の他の用途には、床パネル、内壁、食品調理室アセンブリ、翼制御面、乗客用収納ラック、推力偏向装置アセンブリ、カプセルパネル、ノーズコーン用アブレーションシールド、機器類の筐体及び棚、並びに、隔壁パネルが含まれる。他の産業では、装置１０２（１つ又は複数の穿孔シート１００を含む）の例は、宇宙衛星、電子レードーム構造、輸送ビークル、輸送コンテナ、シェルタ、大型アンテナ若しくは円板反射体、冷凍パネル、高速輸送フロアパネル、船上電子デッキシェルタ、貨物パレット、自動車車体、建築カーテンウォール、パーティション、分割パネル、拡張可能病院シェルタ、及び／又は、アセンブリの内部構造を含むか、又はその一部分であってもよい。
図３〜図９及び図１３〜図１４は、本開示による、システム３０、吸音ライナー３３、針３６、及び／又は針アレイ６０の例示的な非排他的例を提示している。同様の又は少なくとも実質的に同様の目的を果たす要素には、図３〜図９及び図１３〜図１４の各々で（及び概して本明細書全体を通して）類似の符号が付されており、これらの要素は、本明細書では図３〜図９及び図１３〜図１４の各々を参照して詳述されない場合がある。同様に、図３〜図９及び図１３〜図１４の各々では、全ての要素に符号が付されているわけではなく、これらの要素に関連する参照符号は、本明細書では一貫性を保つために利用されることがある。図３〜図９及び図１３〜図１４の１つ又は複数を参照して本明細書で述べる要素、構成要素、及び／又は特徴は、本開示の範囲から逸脱することなく、図３〜図９及び図１３〜図１４のいずれかに含まれ且つ／又は利用され得る。概して、所与の（すなわち、特定の）実施形態に含まれる可能性が高い要素は実線で図示されており、一方、所与の実施形態で任意選択の要素は破線で図示されている。しかしながら、実線で示す要素が全ての実施形態に必須であるわけではなく、実線で示す要素は、本開示の範囲から逸脱することなく、特定の実施形態から除外されることがある。必要に応じて、図３〜図９及び図１３〜図１４の各図の参照符号は、図３〜図９及び図１３〜図１４の他の対応する部品を指定するために使用されているが、図３〜図９及び図１３〜図１４の例は、非排他的なものであり、図３〜図９及び図１３〜図１４の他のもの及びそれらの変形形態を参照して図示され説明される任意の数の種々の態様、構成、特徴、特性などを包含してもよく、そのような態様、構成、特徴、特性などの全てを含める必要はない。簡潔にするために、前述の構成要素、部品、部分、態様、領域など、又はそれらの変形例の各々は、図３〜図９及び図１３〜図１４の各図に関して再び説明、図示、及び／又は符号付けされない場合があるが、前述の特徴、変形例などが同一のものいずれかと共に利用され得ることは本開示の範囲内である。
図３は、本開示によるシステム３０を概略的に図示している。そのようなシステム３０は、被加工物３２（穿孔シート１００の例である）に１つ又は複数の孔を形成するために使用され得る。いくつかの例では、システム３０は、被加工物３２に穿孔し且つ／又は吸音ライナー３３（被加工物３２の例であり得る）の一部又は全てを形成するために使用され得る。本開示によれば、本明細書でより詳細に説明するように、１つ又は複数の孔は、被加工物３２に１つ又は複数の孔を形成するのに十分な時間にわたって超音波動作周波数及び振幅で長手方向軸線４０に沿って１つ又は複数の針３６を振動させるように構成された超音波アクチュエータ３８に動作可能に結合された１つ又は複数の針３６（針アレイ６０として配置され得る）に被加工物３２の表面３４を繰り返し接触させることによって被加工物３２に（例えば、被加工物３２を貫通して）形成され得る。超音波アクチュエータ３８と針３６（又は針アレイ６０）との組み合わせは、本明細書では超音波ドリル加工装置５８と呼ばれることがある。いくつかの例では、超音波ドリル加工装置５８は、針アレイ６０を超音波アクチュエータ３８に結合するホーンを含み、前記ホーンは、長手方向軸線４０に沿った振動を増幅させるように構成される。
概して、システム３０は、超音波アクチュエータ３８に動作可能に結合されたそれぞれの針３６毎に被加工物３２を貫通するそれぞれの孔を形成するように構成される。超音波アクチュエータ３８は、圧電トランスデューサ及び電気発振器などを介して、超音波周波数で針３６（又は針アレイ６０）を振動させるように構成される。種々の例では、超音波アクチュエータ３８は、機械、電磁及び／又は熱エネルギー源を含み得る。被加工物３２の異なる領域又はエリアに１つ又は複数の孔を形成するために、針３６に対して被加工物３２を並進させてもよく、且つ／又は被加工物３２に対して針３６を並進させてもよく、結果として、針３６は、被加工物３２の異なる領域又はエリアの上方に位置決めされる。次に、被加工物３２に１つ又は複数の追加の孔を形成するために、針３６を被加工物３２の前記異なるエリアにおける表面３４に繰り返し接触させてもよい。針３６（例えば、針３６の又は針アレイ６０の針３６の長手方向軸線４０）は、表面３４に少なくとも実質的に直交するように（例えば、図６に示すように）配置され得る。他の例では、針３６は、表面３４に対して直角でない角度で表面３４に接触し得る。
システム３０は、被加工物３２を貫通する穿孔４４を従来のドリル加工と異なる方式で形成するように構成される。材料を貫くために（従来のドリル加工で行われるように）ドリルビットを高速で回転させるよりもむしろ、穿孔４４の形成中に被加工物３２の表面３４に対して針３６を回転させない（針３６に対して被加工物３２も回転させない）。同様に、穿孔４４の形成中に被加工物３２の表面３４に対して針アレイ６０を回転させない（針アレイ６０に対して被加工物３２も回転させない）。さらに、従来のドリル加工では、回転ドリル加工中に生じる熱に起因するドリルビット及び部品への損傷を防止するために冷却流体を使用する必要があり、また、依然としてドリルビットの回転を伴う従来の超音波ドリル加工では、部品を冷却するために且つ／又は破片を取り除くためにスラリーを使用する必要がある。その一方で、本開示の超音波ドリル加工装置５８は、スラリー又は冷却流体を使用せずに（所望であれば、いずれか一方又は両方が任意選択で使用され得るが）動作するように構成される。
そのようなシステム３０は、いくつかの例では吸音ライナー３３、その例が図４に示されている、を形成するために使用され得るが、様々な材料に又は様々な材料を貫通して任意の数の孔（単一の孔を含む）を形成するために使用され得る。吸音ライナー３３は、薄いシート材料を貫通して形成された複数の穿孔４４を有する薄いシート材料４２（被加工物３２及び穿孔シート１００の例である）を含む。前記穿孔４４は、薄いシート材料４２の厚さ４６（図３）全体を貫通して延伸する孔である。いくつかの具体例では、薄いシート材料４２の厚さ４６は、０．２５インチ未満、０．１インチ未満、０．０５インチ未満、及び／又は０．０２５インチ未満の厚さであってもよい。薄いシート材料４２は、金属及びセラミックを含む、他の材料で形成され得るが、概して、複合材料で形成される。
吸音ライナー３３はまた、第１の側５０、第１の側５０とは反対側の第２の側５２と、第１の側５０と第２の側５２との間に延伸する複数の内部隔壁、又は内部セル５４、とを有するハニカム構造４８を含む。第１の側５０は薄いシート材料４２に結合され、且つ第２の側５２は剛性裏板５６に結合され、その結果、ハニカム構造４８が薄いシート材料４２と剛性裏板５６との間に挟まれる。吸音ライナー３３が所望の周波数帯域に対する騒音減衰特性をもたらすように構成されるように、各内部セル５４は、所望の周波数帯域の内部セル５４内の音響平面波に適合するような大きさとされる。例えば、内部セル５４は、吸音ライナー３３が設計される特定の用途に応じた大きさとされてもよく、内部セル５４の大きさは、所与の使用において予想される騒音の予想周波数に応じて選択的に変更される。このように、吸音ライナー３３は、様々な用途において騒音公害を低減するために且つ／又は騒音減衰のために使用され得る。１つの具体例では、吸音ライナー３３は、航空機におけるジェットエンジンハウジング内に使用されるように構成され得、内部セル５４は、エンジンからの騒音公害を低減するために且つ／又は航空機又は他の装置内の騒音減衰のために吸音ライナー３３が使用され得るようにジェットエンジンによって生じる音響平面波の帯域に対応するような大きさとされる。吸音ライナー３３を含むジェットエンジン及び吸音ライナー３３を含む航空機は、本開示の範囲内である。
薄いシート材料４２は、例えば、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリマー、熱可塑性材料、熱硬化性材料、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、炭素繊維若しくはガラス繊維強化エポキシ、及び／又は炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）で形成され得る。剛性裏板５６（不透過性層、裏側シート、又は裏側外皮と呼ばれることもある）は、薄いシート材料４２及びハニカム構造４８に十分な支持を提供する任意の材料で形成され得、好適な例としては、金属、炭素繊維、及び／又は繊維系強化ポリマーが挙げられる。他のハニカム構造材料も本開示の範囲内であるが、ハニカム構造４８は、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）ハニカム材料で形成され得る。
薄いシート材料４２は、任意の数の穿孔４４を含み得る。いくつかの例では、薄いシート材料４２は、薄いシート材料に形成された、少なくとも１００個の穿孔、少なくとも１，０００個の穿孔、少なくとも１０，０００個の穿孔、少なくとも１００，０００個の穿孔、及び／又は少なくとも１，０００，０００個の穿孔を含む。穿孔４４は様々な異なる形状であり得るが、図４では、穿孔４４は、略楕円形であるものとして図示されている。例えば、穿孔４４は、正方形、矩形、三角形、多角形、星形、及び／又は菱形の穿孔４４などの、丸形（例えば、円形）及び／又は非円形の穿孔４４を含み得る。異なる形状の穿孔４４は、種々の断面形状を備えた針３６を使用して並びに／又は穿孔４４の形成中の針アレイ６０及び／若しくは被加工物３２の横方向の動きによって作成され得る。吸音ライナー３３のいくつかの例では、穿孔４４は全て、略均一な大きさ及び形状を有し得る。吸音ライナー３３の他の例では、１つ又は複数の穿孔４４は、１つ又は複数の他の穿孔４４と異なる大きさ及び／又は形状であってもよい。例えば、１つ又は複数の穿孔４４は、被加工物３２の所与のエリアでは、被加工物３２の別のエリアにおける１つ又は複数の他の穿孔４４よりも大きくてもよい。いくつかの例では、異なる大きさ及び／又は形状の穿孔４４を互いに散在させ、被加工物３２の表面全体に分布させてもよい。
本開示のシステム３０（及びかかるシステム３０を使用した関連する超音波ドリル加工方法）は、例えば、多数の孔を一度に形成することによって、吸音ライナー３３にそのような穿孔を形成するのに必要な時間を短縮し得る技術及び材料を使用して穿孔シートを形成するように構成され得る。加えて、開示の超音波ドリル加工技術のための針３６は、従来のドリルビットよりも安価な材料から及び／又は工具の製造に関連するコストを低減し得るより安価な設計及び製造手法（例えば、積層造形）を用いて作製され得る。開示の技術はまた、工具のライフサイクルを長くする可能性があり、これによって、さらにコストが低下する可能性がある。例えば、開示のシステム及び針アレイは、材料を貫くよりもむしろ、穿孔を形成するために効果的に繊維を押しのけており、結果として、そのような技術によって、被加工物における結果として得られる材料特性が高められ且つ／又は工具の摩耗が低減され得る。開示の技術はまた、従来のドリル加工技術よりも労働集約的でない可能性があり、それによって製造フロー時間を短縮し得る。
図５〜図６は、本開示による、被加工物３２に超音波穿孔を形成するために使用され得る針アレイ６０の例を概略的に図示している。針アレイ６０は、針アレイ６０を形成するように配置された複数の針３６を含む。一例では、各針３６は、長手方向軸線４０（図６）に沿って第１の端部６２から第２の端部６４に延伸するような向きに配置される。それぞれの各針３６は、針アレイ６０が被加工物の表面（例えば、図３に示す被加工物３２の表面３４）に繰り返し接触するように位置決めされたまま、超音波動作周波数で長手方向軸線４０に沿って針アレイ６０を振動させたときに被加工物にそれぞれの孔又は穿孔を形成するように構成される。例えば、１０本の針３６を有する針アレイ６０は、被加工物の領域内に１０個の孔又は穿孔を一度に形成するように構成される。そのような孔は、孔が形成される間に、被加工物に対して針アレイ６０を並進させずに、長手方向軸線４０を中心に複数の針３６を回転させずに、且つ被加工物に対して複数の針３６を回転させずに形成される。
再び図３を参照すると、そのような穿孔４４は、被加工物３２の領域６６内に位置し得る。被加工物３２の異なる領域（例えば、第２の領域９８）に穿孔４４を形成するために、針アレイ６０に対して被加工物３２を並進させてもよく、且つ／又は針アレイ６０が被加工物３２の異なる領域の上方に位置決めされるように、被加工物３２に対して針アレイ６０を並進させてもよく、並びに針３６が異なるエリア又は領域における被加工物３２の表面３４に繰り返し接触するように装置を再び動作させ、それによって、被加工物３２により多くの穿孔４４が形成される。
穿孔４４は、概して、大きさがかなり小さい。例えば、各穿孔４４は、０．１インチ未満、０．０９インチ未満、０．０８インチ未満、０．０７インチ未満、０．０６インチ未満、０．０５インチ未満、０．０４インチ未満、０．０３インチ未満、０．０２インチ未満、及び／又は０．０１インチ未満の直径（又は非丸形の穿孔４４の場合には最大寸法）を有し得る。具体例では、穿孔４４は、０．０４インチ〜０．０５インチの直径を有し得る。いくつかの例では、所与の被加工物３２の各穿孔４４は、略均一な直径を有する。いくつかの例では、所与の被加工物３２は、被加工物３２に形成された１つ又は複数の他の穿孔４４と異なる大きさ及び／又は形状を有する１つ又は複数の穿孔４４を含み得る。例えば、所与の針アレイ６０は、被加工物３２の所与の領域に複数の異なる大きさ及び／又は形状の穿孔４４を形成する複数の異なる大きさ及び／又は形状の針３６を含み得る。追加的又は代替的に、第１の針アレイ６０は、第２の針アレイ６０が被加工物３２の異なるエリアに異なる大きさ及び／又は形状の穿孔４４を形成するために使用され得る一方で、被加工物３２のあるエリアに第１の大きさ及び形状の穿孔４４を形成するために使用され得る。
所与の被加工物３２では、各孔又は穿孔４４は、隣接する各孔から最小中心間距離だけ離間して配置され得る。具体例では、最小中心間距離は、０．５インチ未満、０．４インチ未満、０．３インチ未満、０．２インチ未満、及び／又は０．１インチ未満であってもよい。１つの具体例では、最小中心間距離は、０．１３インチ〜０．１５インチである。追加的又は代替的に、最小中心間距離は、それぞれの各孔の直径よりも大きいか又はそれぞれの各孔の直径と等しくてもよい。例えば、最小中心間距離は、それぞれの各孔の直径の少なくとも１．２５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも１．５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも１．７５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも２倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも２．５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも３倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも４倍、及び／又はそれぞれの各孔の直径の少なくとも５倍であってもよい。
再び図５〜図６を参照すると、針アレイ６０は、支持板６８を含み得る。一例では、各針３６は、その第１の端部６２において支持板６８に結合される。一例では、各針３６は、支持板６８と一体に形成され得る。支持板６８は、所望の超音波動作周波数で針アレイ６０を振動させるために針アレイ６０が支持板６８を介して超音波アクチュエータ３８に動作可能に結合され得るように、針３６と超音波アクチュエータ３８（図３）との間のインターフェースとしての役割を果たし得る。いくつかの例では、針アレイ６０は、本開示に従って被加工物に穿孔を形成するために針アレイ６０が使用される場合、機械エネルギー出力を増大させるために超音波アクチュエータからの超音波振動を増幅させるホーンのような働きをする。いくつかの例では、針アレイは、針アレイが超音波アクチュエータ３８から選択的に取り外されて異なる針アレイ６０と交換され得るように、超音波ドリル加工装置５８に取り外し可能に結合される。
針アレイ６０は、針アレイ６０の所与の用途に応じて、様々な異なる数の針を含み得る。例えば、針アレイ６０は、少なくとも５本の針３６、少なくとも６本の針３６、少なくとも７本の針３６、少なくとも８本の針３６、少なくとも９本の針３６、少なくとも１０本の針３６、少なくとも２０本の針３６、少なくとも３０本の針３６、少なくとも４０本の針３６、少なくとも５０本の針３６、少なくとも６０本の針３６、少なくとも７０本の針３６、少なくとも８０本の針３６、少なくとも９０本の針３６、及び／又は少なくとも１００本の針３６を含み得る。針アレイ６０の針３６は、針３６の１つ若しくは複数の横列７０（例えば、横列７０ａ、横列７０ｂなど）及び／又は針３６の１つ若しくは複数の縦列７２（例えば、縦列７２ａ、縦列７２ｂなど）に配置され得る。前記縦列７２は、支持板６８の第１の辺７４と支持板６８の第２の辺７６との間に支持板６８の第１の辺７４と支持板６８の第２の辺７６とに実質的に平行に位置決めされ、且つ前記横列７０は、支持板６８の第３の辺７８と支持板６８の第４の辺８０との間に支持板６８の第３の辺７８と支持板６８の第４の辺８０とに実質的に平行に位置決めされ得る。支持板６８は、任意の所望の形状の設置面積を有し得るが、図５では、支持板６８は正方形の設置面積を有するものとして図示されている。追加的又は代替的に、針アレイ６０の針３６は、極性アレイ（例えば、円形配置）で配置され、ランダムに位置決めされ、且つ／又は任意の所望の形状若しくはパターンで配置され得る。
例では、針アレイ６０は、各横列７０が複数の針３６を有する、針３６の複数の横列７０と、各縦列７２が複数の針３６を有する、複数の縦列７２とを含む。針３６は、長さに応じて横列７０及び／又は縦列７２に配置され得る。例えば、第１の横列７０ａは、第１の長さを有する針３６を含み得、且つ第２の横列７０ｂは、第２の長さを有する針３６を含み得る。いくつかの例では、針３６の長さは、横列から横列へと（例えば、第１の横列７０ａから最後の横列７０ｘへと）長くなり得る。いくつかの例では、針３６の１つ又は複数のそれぞれの横列７０は、１つ又は複数の他のそれぞれの横列７０と異なる長さの針３６を含み得る。いくつかの例では、それぞれの各横列７０は、他のそれぞれの各横列７０と異なるそれぞれの長さを有する針３６を含み得る。いくつかの例では、所与の横列７０における針３６は全て均一な長さを有し、それに対して、他の例では、所与の横列７０における１つ又は複数の針３６は、その横列７０における１つ又は複数の他の針３６と異なる長さを有し得る。同様に、第１の縦列７２ａは、第１の長さを有する針３６を含み得、且つ第２の縦列７２ｂは、第２の長さを有する針３６を含み得る。いくつかの例では、針３６の長さは、縦列から縦列へと（例えば、第１の縦列７２ａから最後の縦列７２ｘへと）長くなり得る。いくつかの例では、針３６の１つ又は複数のそれぞれの縦列７２は、１つ又は複数の他のそれぞれの縦列７２と異なる長さの針３６を含み得る。いくつかの例では、それぞれの各縦列７２は、他のそれぞれの各縦列７２と異なるそれぞれの長さを有する針３６を含み得る。いくつかの例では、所与の縦列７２における針３６は全て均一な長さを有し、それに対して、他の例では、所与の縦列７２における１つ又は複数の針３６は、その縦列７２における１つ又は複数の他の針３６と異なる長さを有し得る。
図５は、円形又は丸形の断面積を有する針３６を概略的に表しているが、針アレイ６０の１つ又は複数の針３６は、形状の異なる断面を有し得る。例えば、針アレイ６０の１つ又は複数の針３６は、楕円形、正方形、矩形、三角形、多角形、星形、菱形、及び／又は他の形状の断面積を有し得る。そのような形状の異なる針３６は、穿孔の形成中に針３６を回転させないので、本開示の超音波技術に適している場合がある。針３６の断面積形状は、本開示に従って形成される結果として得られる吸音ライナーの騒音減衰性能の向上ために、対応する形状の穿孔を作成するように選択又は最適化され得る。
針３６は、当業者であれば分かるように、ステンレス鋼、チタン、及び／又は他の金属などの、任意の好適な材料で形成され得る。他の被覆も本開示の範囲内であるが、針３６は、炭化タングステン被覆などの、針３６の表面の一部又は全てに被覆を有し得る。当業者であれば分かるように、針アレイ６０内のいくつか又は全ての針３６の第２の端部６４は、面取りされ、成形され、被覆され、粗面化され、溝付きであり、且つ／又は別様に成形若しくは処理され得る。針３６の第２の端部６４の半径及び／又は粗さは、針３６の所望の特性のために選択的に変更され得る。針アレイ６０を作製する方法及び針アレイを使用して穿孔４４を形成する方法は、開示内容の全体が背景技術の例である、Ｗｅｉｄｏｎｇ Ｓｏｎｇによって発明され、２０２０年２月２０日に出願された、「ＮＥＥＤＬＥ ＡＲＲＡＹＳ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ ＰＥＲＦＯＲＡＴＩＯＮＳ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ（超音波穿孔形成のための針アレイ、及びその作製方法）」という名称の、代理人整理番号１９−１１６０−ＵＳ−ＮＰ［２］において開示されている。
例えば、図１３は、針３６（針アレイ６０の複数の針３６のうちの１つであり得る）の例を図示している。図１３に示すように、針３６は、平滑なシャフト部分１１８と、第２の端部６４に隣接する凹凸のある又は粗面化された先端部分１２０とを含み得る。先端部分１２０は、いくつかの例では、円錐形であってもよい。針３６は、シャフト部分１１８及び／又は先端部分１２０に形成された１つ又は複数の溝１２２を含み得る。例えば、図１３に示すような針３６は、シャフト部分１１８から先端部分１２０に延伸する２つの溝１２２を含む。針３６の他の例は、より多くの又は少ない溝１２２を含み得る。１つ又は複数の溝１２２は、いくつかの例では、シャフト部分１１８にのみ位置決めされ得、且つ／又は１つ若しくは複数の溝１２２は、先端部分１２０にのみ位置決めされ得る。前記溝１２２は、被加工物３２に穿孔４４が形成されている間に作業エリアからの破片の除去を可能にするように構成され得る。図１４は、第２の端部６４における、底面から見た針３６の例を示している。溝１２２の他の配置も本開示の範囲内であるが、針３６は、図１４に見られるように、先端部分１２０の中心点１２４で交わる複数の湾曲溝１２２を含む。いくつかの例では、先端部分１２０は、２０グリット未満、４０グリット未満、６０グリット未満、８０グリット未満、１００グリット未満、１２０グリット未満、１４０グリット未満、及び／又は１６０グリット未満の表面粗さを有し得る。具体例では、先端部分１２０は、８０〜１２０グリットの表面粗さを有する。別の例では、先端部分１２０は、４０〜６０グリットの表面粗さを有する。
図７は、針アレイ６０の一例を図示している。この図７の例では、針アレイ６０は、各々が第１の長さ８２を有する針３６の第１の横列７０ａ、各々が第２の長さ８４を有する針３６の第２の横列７０ｂ、各々が第３の長さ８６を有する針３６の第３の横列７０ｃ、各々が第４の長さ８８を有する針３６の第４の横列７０ｄ、及び各々が第５の長さ９０を有する針３６の第５の横列７０ｅなどを含む。この例では、針３６の長さは、第２の長さ８４が第１の長さ８２よりも大きく、第３の長さ８６が第２の長さ８４よりも大きくなるなどのように、支持板６８の第１の辺７４と支持板６８の第２の辺７６との間で横列から横列へと長くなり、支持板６８の第２の辺７６に隣接する最後の横列７０ｘ内の針３６の長さが最も長く、且つ第１の横列７０ａ内の針３６の長さが最も短い。この例では、所与の縦列７２の針の長さは、支持板６８の第１の辺７４と第２の辺７６との間の縦列に沿って増大する。他の配置も本開示の範囲内である。
図８〜図９に概略的に示すように、所与の針アレイ６０内の針３６の第２の端部６４は、接触形状９４（図９）又は接触外形を形成するように互いに対して配置された接触平面９２又は複数の接触平面９２を集合的に画定し得る。例えば、図８に示すように、針３６は、針３６の第２の端部６４が被加工物に接触する角度の付いた接触平面９２を集合的に形成するように、針３６の長さによって双線分布で配置され得る。別の例として、図９に示すように、針３６は、針３６の第２の端部６４が被加工物に接触するピラミッド型接触形状９４を集合的に形成するように、針３６の長さによってピラミッド型分布で配置され得、ピラミッド型接触形状９４は、針３６の第２の端部６４によって集合的に画定された複数の接触平面９２によって画定される。針３６の他の異なる配置は、異なる接触平面９２及び／又は接触形状９４を作成するために形成され得る。いくつかの例では、針３６は、湾曲形状又は不規則形状を有する接触外形を集合的に画定するように配置され得る。追加的又は代替的に、針３６は、針アレイ６０が動作可能に結合される超音波アクチュエータによるエネルギー消費を最適化するように針３６の長さによって選択的に配置され得る。追加的又は代替的に、針アレイ６０の針３６は、穿孔効率を最大化するように選択的に配置され得る。
再び図３を参照すると、システム３０は、超音波ドリル加工装置５８から離間して配置された遠隔加熱ユニット９６を含み得る。追加的又は代替的に、超音波ドリル加工装置５８は、超音波ドリル加工装置５８に結合された加熱ユニットを含み得、且つ／又は超音波ドリル加工装置５８は、冷却流体若しくは冷却液がない状態で被加工物３２に対して針アレイ６０を振動させることによって被加工物３２を効果的に加熱し得る。遠隔加熱ユニット９６は、穿孔４４が被加工物に形成される間に被加工物３２の一部分を局所的に加熱するように構成される。例えば、超音波ドリル加工装置５８が表面３４に接触して領域６６内に穿孔４４を形成している間に第１の領域６６が加熱されるように針アレイ６０が第１の領域６６の上方に位置決めされたまま、遠隔加熱ユニット９６は、遠隔加熱ユニット９６が被加工物３２の第１の領域（例えば、領域６６）を局所的に加熱するように被加工物３２及び超音波ドリル加工装置５８に対して位置決めされ得る。遠隔加熱ユニット９６は、穿孔４４が超音波ドリル加工装置５８によって形成される間に薄いシート材料の所与の領域（例えば、被加工物３２の第１の領域６６）の温度を閾値温度よりも高く維持するように構成され得る。例えば、閾値温度は、被加工物３２が形成される複合材料に使用される樹脂のガラス転移温度であってもよい。具体例では、閾値温度は、少なくとも華氏２００度（°Ｆ）、少なくとも２１０°Ｆ、少なくとも２２０°Ｆ、少なくとも２３０°Ｆ、少なくとも２４０°Ｆ、少なくとも２５０°Ｆ、少なくとも２６０°Ｆ、少なくとも２７０°Ｆ、少なくとも２８０°Ｆ、少なくとも２９０°Ｆ、及び／又は少なくとも３００°Ｆであってもよい。遠隔加熱ユニット９６は、他の種類の加熱ユニットも本開示の範囲内であるが、いくつかのシステム３０では加熱ランプであってもよい。
被加工物３２の第１の領域６６に穿孔４４が形成された時点で、超音波ドリル加工装置５８が被加工物３２の１つ又は複数の他の領域内に穿孔４４を形成するために使用され得るように、針アレイ６０が異なる領域（例えば、被加工物３２の第２の領域９８）の上方に位置決めされるように、被加工物３２に対して針アレイ６０を並進させてもよい。追加的又は代替的に、被加工物３２の異なる領域に穿孔を形成するために被加工物３２の異なる領域が針アレイ６０の下に位置決めされるように、針アレイ６０に対して被加工物３２を並進させてもよい。
超音波アクチュエータ３８は、任意の好適な超音波動作周波数で動作するように構成され得る。いくつかの例では、動作周波数は、少なくとも１５キロヘルツ（ｋＨｚ）、少なくとも２０ｋＨｚ、及び／又は少なくとも２５ｋＨｚである。
図１０〜図１２は、本開示による方法の例示的な非排他的例を表すフロー図を概略的に提示している。図１０〜図１２では、いくつかのステップが破線ブロックで図示されており、この破線ブロックは、かかるステップが任意選択であり得ること又は本開示による方法の任意選択のバージョンに相当し得ることを表している。とは言っても、本開示による全ての方法が、実線ボックスで図示されたステップを含む必要はない。図１０〜図１２に図示する方法及びステップは、限定的なものではなく、本明細書で述べる内容から理解されるように、図示したものよりも多数又は少数のステップを有する方法を含む、他の方法及びステップも本開示の範囲内である。
図１０は、被加工物の第１の箇所において被加工物（例えば、被加工物３２）に孔（例えば、穿孔４４）を形成するために超音波ドリル加工を実施する方法２００を図示している。方法２００は、概して、２０２において、超音波ホーンのツール（例えば、超音波ドリル加工装置５８の針３６又は針アレイ６０）に対して被加工物の表面（例えば、表面３４）を位置決めするステップであって、ツールが、被加工物の表面に実質的に直交する長手方向軸線（例えば、長手方向軸線４０）を有する、ステップを含む。方法２００はまた、被加工物に孔を形成するのに十分な動作周波数及び／又は予め定められた速度でツールが被加工物の表面に繰り返し接触するように長手方向軸線に沿ってツールを振動させることによって、２０４において被加工物に孔を形成するステップであって、ツールを振動させることが、被加工物に孔を形成するのに十分な時間にわたって実施される、ステップを含む。２０４での被加工物への孔（又は複数の孔）の形成中に、被加工物の表面に対してツールを回転させず、且つ２０４において孔を形成することが、スラリー又は冷却流体を使用せずに実施される。いくつかの方法２００では、ツールが被加工物に接触する力が抑制され得、結果として、２０４において孔を形成することは、ツールが被加工物の表面に接触する度にツールが被加工物の表面に所定の閾値力よりも小さな力を及ぼすようにツールを振動させることを含み得る。
被加工物に複数の孔を形成することを含む方法２００では、方法２００はまた、第１の孔が形成された第１の箇所と異なる被加工物の箇所の上方にツールが位置決めされるように、２０６においてツールに対して被加工物を並進させるステップと、２１０において、ツールが異なる箇所の上方に位置決めされたまま長手方向軸線に沿ってツールを再び振動させることによって被加工物に第２の孔（又は複数の孔）を形成するステップとを含み得る。追加的又は代替的に、方法２００は、第１の孔が形成された第１の箇所と異なる被加工物の箇所の上方にツールが位置決めされるように、２０８において被加工物に対してツールを並進させるステップと、２１０において、ツールが異なる箇所の上方に位置決めされたまま長手方向軸線に沿ってツールを再び振動させることによって被加工物に第２の孔（又は複数の孔）を形成するステップとを含み得る。そのようなステップは、被加工物の複数の異なる箇所に複数の孔を形成するために任意の回数繰り返され得る。例えば、２１０での１つ又は複数の孔の形成の各実施後に、被加工物を２０６において複数回並進させてもよい。同様に、追加的又は代替的に、２１０での１つ又は複数の孔の形成の各実施後に、ツールを２０８において複数回並進させてもよい。そのような方式で、ツールは、被加工物の複数の異なるそれぞれの箇所の上方に順次位置決めされ得、したがって、本開示に従って針又は針アレイを接触させる被加工物のそれぞれの各箇所にそれぞれの１つ又は複数の孔を形成する。
方法２００は、２１２において被加工物の一部分を局所的に加熱することを含み得る。例えば、２１２において被加工物の一部分を局所的に加熱することは、穿孔が形成される間に穿孔が形成される第１の箇所が遠隔加熱ユニットによって加熱されるように被加工物に対して遠隔加熱ユニット（例えば、遠隔加熱ユニット９６）を位置決めすることを含み得る。２１２でのそのような加熱は、２０４及び／若しくは２１０において孔が形成される前に実施され得、並びに／又は２１２での加熱は、２０４及び／若しくは２１０での孔の形成中に実施され得る。いくつかの例では、２１２において被加工物を局所的に加熱することは、被加工物への孔の形成中に被加工物の一部分の温度を閾値温度よりも高く、例えば、被加工物が形成される複合材料の樹脂のガラス転移温度よりも高く維持することを含む。
方法２００は、２１４において超音波ホーンの超音波アクチュエータ（例えば、超音波アクチュエータ３８）にツールを結合すること、２１６において超音波アクチュエータからツールを取り外すこと、及び／又は２１８において超音波アクチュエータに異なるツールを結合することを含み得る。
図１１は、概して、針アレイが薄いシートの第１の領域（例えば、第１の領域６６）の上方に位置決めされるように、２２２において、超音波装置に動作可能に結合された針アレイに対して薄いシートの表面を位置決めするステップと、２２４において、薄いシートの第１の領域に第１の複数の孔を形成するのに十分な時間にわたって約２０ｋＨｚを超える動作周波数で第１の領域内における薄いシートの表面を針アレイに繰り返し接触させるステップとを含む、複合材料の薄いシート（例えば、薄いシート材料４２）に複数の穿孔を形成する方法２２０を図示している。２２４において薄いシートの表面を繰り返し接触させることによって、それぞれの孔が、針アレイのそれぞれの各針に対応する薄いシートに形成され、この繰り返し接触させることは、長手方向軸線を中心に複数の針を回転させずに、薄いシートに対して針を回転させずに、且つスラリー又は冷却流体を使用せずに実施される。
方法２２０はまた、針アレイが薄いシートの第２の領域（例えば、第２の領域９８）の上方に位置決めされるように薄いシートが針アレイに対して位置決めされるように、２２６において薄いシート及び／又は針アレイを並進させるステップと、次に、２２４において、薄いシートを針アレイに再び繰り返し接触させるステップとを含む。このように、それぞれの孔は、針アレイのそれぞれの各針に対応する薄いシートの第２の領域に形成される。２２６においてそのように並進させるステップと、２２４において薄いシートの表面を繰り返し接触させるステップは、このシートの所望のエリアに所望の数の孔が形成されるまで任意の回数繰り返され得る。２２６において針アレイ及び／又は薄いシートを並進させる度に、針アレイは、薄いシート材料の複数の領域の異なるそれぞれの領域の上方に位置決めされ得、且つ２２４において薄いシートの表面を繰り返し接触させることは、針アレイが薄いシートの異なるそれぞれの領域の上方に位置決めされる度に実施され得る。
図１２は、本開示による吸音ライナーを形成する方法２３０を図示している。方法２３０は、２３２において穿孔された被加工物（例えば、被加工物３２、薄いシート材料４２）を形成するステップと、２３４において、穿孔された被加工物をハニカム構造の第１の側（例えば、ハニカム構造４８の第１の側５０）に結合するステップと、２３６において、裏板（例えば、剛性裏板５６）をハニカム構造の第２の側（例えば、ハニカム構造４８の第２の側５２）に結合し、それによって、吸音ライナー（例えば、吸音ライナー３３）を形成するステップとを含む。２３２において穿孔された被加工物を形成することは、複合材料の薄いシートに複数の穿孔を形成する方法２２０（図１１）及び／又は被加工物に孔を形成するために超音波ドリル加工を実施する方法２００（図１０）を含み得る。方法２３０はまた、２３８において吸音ライナーを航空機のジェットエンジンハウジングに組み込むステップと、２４０において吸音ライナーを使用して航空機のジェットエンジンによって生じる騒音を減衰させるステップであって、ジェットエンジンがジェットエンジンハウジング内に収納される、ステップを含み得る。例えば、吸音ライナー３３は、エンジンナセルの内壁に、入射する音響エネルギーの散逸のために吸気ダクト及び／又はバイパスダクト内に適用され得る。
本開示による本発明の主題の例示的な非排他的例が、以下に列挙した段落において説明される。
Ａ１．被加工物の第１の箇所において被加工物に孔を形成するために超音波ドリル加工を実施する方法であって、
超音波ホーンのツールに対して被加工物の表面を位置決めするステップであって、ツールが、被加工物の表面に実質的に直交する長手方向軸線を有する、ステップと、
被加工物に孔を形成するのに十分な動作周波数及び振幅でツールが被加工物の表面に繰り返し接触するように長手方向軸線に沿ってツールを振動させることによって、被加工物に孔を形成するステップであって、ツールを振動させることが、被加工物に孔を形成するのに十分な時間にわたって実施され、孔の形成中に被加工物の表面に対してツールを回転させず、孔を形成することが、スラリー又は冷却流体を使用せずに実施され、且つ被加工物が複合材料で構成される、ステップと
を含む方法。
Ａ２．孔が、被加工物の厚さ全体にわたって延伸する、段落Ａ１に記載の方法。
Ａ３．動作周波数が、少なくとも１５ｋＨｚ、少なくとも２０ｋＨｚ、及び／又は少なくとも２５ｋＨｚである、段落Ａ１又はＡ２に記載の方法。
Ａ４．孔が第１の孔であり、方法は、
第１の孔が形成された第１の箇所と異なる被加工物の箇所の上方にツールが位置決めされるように、ツールに対して被加工物を並進させるステップと、
ツールが異なる箇所の上方に位置決めされたまま長手方向軸線に沿ってツールを再び振動させることによって被加工物に第２の孔を形成するステップと
を含む、段落Ａ１〜Ａ３のいずれか１つに記載の方法。
Ａ５．ツールが被加工物の複数の異なるそれぞれの箇所の上方に順次位置決めされるように、ツールに対して被加工物を複数回並進させるステップと、被加工物の並進の各実施の間に、ツールがそれぞれの箇所の上方に位置決めされたまま長手方向軸線に沿ってツールを再び振動させることによってそれぞれの箇所において被加工物に追加のそれぞれの孔を形成するステップとを繰り返すステップをさらに含む、段落Ａ４に記載の方法。
Ａ６．孔が第１の孔であり、方法は、
第１の孔が形成された第１の箇所と異なる被加工物の箇所の上方にツールが位置決めされるように、被加工物に対してツールを並進させるステップと、
ツールが異なる箇所の上方に位置決めされたまま長手方向軸線に沿ってツールを再び振動させることによって被加工物に第２の孔を形成するステップと
を含む、段落Ａ１〜Ａ３のいずれか１つに記載の方法。
Ａ７．ツールが被加工物の複数の異なるそれぞれの箇所の上方に順次位置決めされるように、被加工物に対してツールを複数回並進させるステップと、ツールの並進の各実施の間に、ツールがそれぞれの箇所の上方に位置決めされたまま長手方向軸線に沿ってツールを再び振動させることによってそれぞれの箇所において被加工物に追加のそれぞれの孔を形成するステップとを繰り返すステップをさらに含む、段落Ａ６に記載の方法。
Ａ８．被加工物の一部分を局所的に加熱するステップであって、第１の箇所が被加工物の部分内に位置する、ステップをさらに含む、段落Ａ１〜Ａ７のいずれか１つに記載の方法。
Ａ９．被加工物の部分を局所的に加熱するステップが、被加工物への孔の形成するステップの前に実施される、段落Ａ８に記載の方法。
Ａ９．１．被加工物の部分を局所的に加熱するステップが、被加工物への孔の形成するステップ中に実施される、段落Ａ８又はＡ９に記載の方法。
Ａ１０．被加工物の部分を局所的に加熱するステップが、被加工物への孔の形成中に被加工物の部分の温度を閾値温度よりも高く維持するステップを含む、段落Ａ８〜Ａ９．１のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１１．閾値温度が、複合材料の樹脂のガラス転移温度である、段落Ａ１０に記載の方法。
Ａ１２．閾値温度が、少なくとも華氏２００度（°Ｆ）、少なくとも２１０°Ｆ、少なくとも２２０°Ｆ、少なくとも２３０°Ｆ、少なくとも２４０°Ｆ、少なくとも２５０°Ｆ、少なくとも２６０°Ｆ、少なくとも２７０°Ｆ、少なくとも２８０°Ｆ、少なくとも２９０°Ｆ、及び／又は少なくとも３００°Ｆである、段落Ａ８〜Ａ１１のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１３．被加工物の部分を局所的に加熱するステップが、遠隔加熱ユニットを介して被加工物の部分を局所的に加熱するステップを含む、段落Ａ８〜Ａ１２のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１４．遠隔加熱ユニットが加熱ランプを含む、段落Ａ１３に記載の方法。
Ａ１５．ツールが、複数の針を含む針アレイを含み、複数の針の各針が、長手方向軸線に沿って延伸する向きに配置され、複数の針のそれぞれの各針が、ツールを長手方向軸線に沿って振動させたときに被加工物にそれぞれの孔を形成するように構成され、結果として、被加工物に孔を形成するステップが、被加工物に対してツールを並進させずに、且つツールに対して被加工物を並進させずに、被加工物の領域内に複数の孔を形成するステップを含む、段落Ａ１〜Ａ１４のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１６．方法が、領域への複数の孔の形成前に被加工物の領域を加熱するステップをさらに含む、段落Ａ１５に記載の方法。
Ａ１６．１．針アレイが、少なくとも１０本の針、少なくとも２０本の針、少なくとも３０本の針、少なくとも４０本の針、少なくとも５０本の針、少なくとも６０本の針、少なくとも７０本の針、少なくとも８０本の針、少なくとも９０本の針、及び／又は少なくとも１００本の針を含む、段落Ａ１５又はＡ１６に記載の方法。
Ａ１７．孔を形成するステップが、予め定められた速度で長手方向軸線に沿ってツールを振動させるステップを含む、段落Ａ１〜Ａ１６．１のいずれか１つに記載の方法。
Ａ１８．孔を形成するステップは、ツールが被加工物に接触する度にツールが被加工物の表面に所定の閾値力よりも小さな力を及ぼすように長手方向軸線に沿ってツールを振動させるステップを含む、段落Ａ１〜Ａ１７に記載の方法。
Ａ１９．ツールが、超音波ホーンに取り外し可能に結合される、段落Ａ１〜Ａ１８のいずれか１つに記載の方法。
Ａ２０．ツールを超音波ホーンの超音波アクチュエータにさらに結合するステップをさらに含む、段落Ａ１〜Ａ１９のいずれか１つに記載の方法。
Ａ２１．ツールを超音波ホーンのホーンに結合するステップをさらに含む、段落Ａ１〜Ａ２０のいずれか１つに記載の方法。
Ａ２２．超音波ホーンからツールを取り外すステップと、第２のツールを超音波ホーンに結合するステップとをさらに含む、段落Ａ１〜Ａ２１のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ１．複合材料の薄いシートに複数の穿孔を形成する方法であって、
針アレイが薄いシートの第１の領域の上方に位置決めされるように、超音波装置に動作可能に結合された針アレイに対して薄いシートの表面を位置決めするステップであって、針アレイが、薄いシートの表面に実質的に直交する長手方向軸線に沿って延伸する複数の針を含む、ステップと、
薄いシートの第１の領域に第１の複数の孔を形成するのに十分な時間にわたって２０ｋＨｚを超える動作周波数で第１の領域内における薄いシートの表面を針アレイに繰り返し接触させるステップであって、薄いシートの表面を繰り返し接触させるステップによって、針アレイのそれぞれの各針に対応する薄いシートにそれぞれの孔が形成され、薄いシートの表面を繰り返し接触させるステップが、長手方向軸線を中心に複数の針を回転させずに、薄いシートに対して複数の針を回転させずに、且つスラリー又は冷却流体を使用せずに、薄いシートを針アレイの複数の針に接触させるステップを含む、ステップと、
針アレイが薄いシートの第２の領域の上方に位置決めされるように薄いシートが針アレイに対して位置決めされるように、薄いシート及び／又は針アレイを並進させるステップと、
薄いシートの第２の領域に第２の複数の孔を形成するのに十分な時間にわたって２０ｋＨｚを超える動作周波数で第２の領域内における薄いシートの表面を針アレイに繰り返し接触させるステップであって、薄いシートの表面を繰り返し接触させるステップによって、針アレイのそれぞれの各針に対応する薄いシートにそれぞれの孔が形成され、薄いシートの表面を繰り返し接触させるステップが、長手方向軸線を中心に複数の針を回転させずに、薄いシートに対して複数の針を回転させずに、且つスラリー又は冷却流体を使用せずに、薄いシートを針アレイの複数の針に接触させるステップを含む、ステップと
を含む方法。
Ｂ２．薄いシートが、０．２５インチ未満、０．１インチ未満、０．０５インチ未満、及び／又は０．０２５インチ未満の厚さを有する、段落Ｂ１に記載の方法。
Ｂ３．薄いシートが、吸音ライナーに組み込まれるように構成される、段落Ｂ１又はＢ２に記載の方法。
Ｂ４．薄いシートが複数の領域を含み、方法は、
薄いシート及び／又は針アレイのそれぞれの各並進によって針アレイが薄いシートの複数の領域の異なるそれぞれの領域の上方に位置決めされるように、薄いシート及び／又は針アレイを複数回並進させるステップと、
薄いシートのそれぞれの各領域にそれぞれの複数の孔を形成するのに十分な時間にわたって２０ｋＨｚを超える動作周波数で薄いシートの複数の領域のそれぞれの各領域内における薄いシートの表面を針アレイに繰り返し接触させるステップであって、針アレイが薄いシートの異なるそれぞれの領域の上方に位置決めされる度に、薄いシートの表面を繰り返し接触させるステップが繰り返される、ステップと
をさらに含む、段落Ｂ１〜Ｂ３のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ５．薄いシートの表面を繰り返し接触させるステップが、薄いシートに少なくとも１，０００個、少なくとも１０，０００個、少なくとも１００，０００個、及び／又は少なくとも１，０００，０００個の孔を形成するのに少なくとも必要な回数だけ繰り返される、段落Ｂ４に記載の方法。
Ｂ６．複合材料が、炭素繊維強化ポリマー、ガラス繊維強化ポリマー、熱可塑性材料、熱硬化性材料、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、炭素繊維若しくはガラス繊維強化エポキシ、及び／又は炭素繊維若しくはガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を含む、段落Ｂ１〜Ｂ５のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ７．第１の複数の孔の各孔、第２の複数の孔の各孔、及びそれぞれの各複数の孔の各孔が、０．１インチ未満、０．０９インチ未満、０．０８インチ未満、０．０７インチ未満、０．０６インチ未満、０．０５インチ未満、０．０４インチ未満、０．０３インチ未満、０．０２インチ未満、及び／又は０．０１インチ未満の直径を有する、段落Ｂ１〜Ｂ６のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ８．第１の複数の孔の各孔、第２の複数の孔の各孔、及びそれぞれの各複数の孔の各孔が、０．０４インチ〜０．０５インチの直径を有する、段落Ｂ１〜Ｂ７のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ９．第１の複数の孔の各孔、第２の複数の孔の各孔、及びそれぞれの各複数の孔の各孔が、略均一な直径を有する、段落Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ１０．第１の複数の孔の各孔、第２の複数の孔の各孔、及びそれぞれの各複数の孔の各孔が、隣接するそれぞれの各孔から最小中心間距離だけ離間して配置される、段落Ｂ１〜Ｂ９のいずれか１つに記載の方法。
Ｂ１１．最小中心間距離が、０．５インチ未満、０．４インチ未満、０．３インチ未満、０．２インチ未満、及び／又は０．１インチ未満である、段落Ｂ１０に記載の方法。
Ｂ１２．最小中心間距離が、それぞれの各孔の直径／直径よりも大きいか又はそれぞれの各孔の直径／直径と等しい、段落Ｂ１０又はＢ１１に記載の方法。
Ｂ１３．最小中心間距離が、それぞれの各孔の直径／直径の少なくとも１．２５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも１．５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも１．７５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも２倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも２．５倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも３倍、それぞれの各孔の直径の少なくとも４倍、及び／又はそれぞれの各孔の直径の少なくとも５倍である、段落Ｂ１０〜Ｂ１２のいずれか１つに記載の方法。
Ｃ１．吸音ライナーを形成する方法であって、
段落Ａ１〜Ａ２２のいずれか１つに記載の方法に従って被加工物を形成するステップと、
被加工物をハニカム構造の第１の側に結合するステップであって、ハニカム構造が、
第１の側と、
第１の側とは反対側の第２の側と、
第１の側と第２の側との間に延伸する複数の内部セルであって、吸音ライナーが所望の周波数帯域に対する騒音減衰特性をもたらすように構成されるように、複数の内部セルの各内部セルが、所望の周波数帯域の内部セル内の音響平面波に適合するような大きさとされる、複数の内部セルと
を含む、ステップと、
剛性裏板をハニカム構造の第２の側に結合し、それによって、吸音ライナーを形成するステップと
を含む方法。
Ｃ２．吸音ライナーを形成する方法であって、
段落Ｂ１〜Ｂ１３のいずれか１つに記載の方法に従って複合材料の薄いシートを形成するステップと、
複合材料の薄いシートをハニカム構造の第１の側に結合するステップであって、ハニカム構造が、
第１の側と、
第１の側とは反対側の第２の側と、
第１の側と第２の側との間に延伸する複数の内部セルであって、吸音ライナーが所望の周波数帯域に対する騒音減衰特性をもたらすように構成されるように、複数の内部セルの各内部セルが、所望の周波数帯域の内部セル内の音響平面波に適合するような大きさとされる、複数の内部セルと
を含む、ステップと、
剛性裏板をハニカム構造の第２の側に結合し、それによって、吸音ライナーを形成するステップと
を含む方法。
Ｃ３．吸音ライナーを航空機のジェットエンジンハウジングに組み込むステップと、
吸音ライナーを使用して航空機のジェットエンジンによって生じる騒音を減衰させるステップであって、ジェットエンジンがジェットエンジンハウジング内に収納される、ステップと
をさらに含む、段落Ｃ１又はＣ２に記載の方法。
Ｄ１．吸音ライナーであって、
複合材料で構成され、且つ薄いシート材料の厚さを貫通して形成された複数の穿孔を含む薄いシート材料であって、薄いシート材料が、段落Ａ１〜Ａ２２のいずれか１つに記載の方法に従って形成された被加工物であり、且つ／又は薄いシート材料が、段落Ｂ１〜Ｂ１３のいずれか１つに記載の方法に従って形成された複合材料の薄いシートである、薄いシート材料と、
第１の側と、第１の側とは反対側の第２の側と、第１の側と第２の側との間に延伸する複数の内部セルとを有するハニカム構造であって、第１の側が薄いシート材料に結合され、且つ吸音ライナーが所望の周波数帯域に対する騒音減衰特性をもたらすように構成されるように、複数の内部セルの各内部セルが、所望の周波数帯域の内部セル内の音響平面波に適合するような大きさとされる、ハニカム構造と、
ハニカム構造の第２の側に結合された剛性裏板と
を含む、吸音ライナー。
Ｄ２．複合材料が、炭素繊維又はガラス繊維強化ポリマー、熱可塑性材料、熱硬化性材料、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ＰＥＥＫ、炭素繊維若しくはガラス繊維強化ＰＰＳ、炭素繊維若しくガラス繊維強化エポキシ、及び／又は炭素繊維若しくはガラス繊維強化ＰＥＫＫを含む、段落Ｄ１に記載の吸音ライナー。
Ｄ３．複数の穿孔が、薄いシート材料に形成された、少なくとも１００個の穿孔、少なくとも１，０００個の穿孔、少なくとも１０，０００個の穿孔、少なくとも１００，０００個の穿孔、及び／又は少なくとも１，０００，０００個の穿孔を含む、段落Ｄ１又はＤ２に記載の吸音ライナー。
Ｄ４．吸音ライナーが、ジェットエンジンハウジング内に使用されるように構成される、段落Ｄ１〜Ｄ３のいずれか１つに記載の吸音ライナー。
Ｄ５．吸音ライナーが、段落Ｃ１〜Ｃ３のいずれか１つに記載の方法に従って形成される、段落Ｄ１〜Ｄ４のいずれか１つに記載の吸音ライナー。
Ｄ６．剛性裏板が、金属、炭素繊維、及び／又は繊維系強化ポリマーを含む、段落Ｄ１〜Ｄ５のいずれか１つに記載の吸音ライナー。
Ｄ７．複数の穿孔の各穿孔が非円形である、段落Ｄ１〜Ｄ６のいずれか１つに記載の吸音ライナー。
Ｄ８．複数の穿孔の１つ又は複数の穿孔が、正方形、矩形、三角形、多角形、星形、及び／又は菱形である、段落Ｄ１〜Ｄ７のいずれか１つに記載の吸音ライナー。
Ｅ１．段落Ｄ１〜Ｄ８のいずれか１つに記載の吸音ライナーを含むジェットエンジン。
Ｅ２．段落Ｄ１〜Ｄ８のいずれか１つに記載の吸音ライナーを含む航空機。
Ｆ１．騒音公害を低減するための及び／又は騒音減衰のための、段落Ｄ１〜Ｄ８のいずれか１つに記載の吸音ライナーの使用。
Ｆ２．エンジンからの騒音公害を低減するための及び／又は航空機内の騒音減衰のための、段落Ｄ１〜Ｄ８のいずれか１つに記載の吸音ライナーの使用。
本明細書で使用される場合、「選択的な」及び「選択的に」という用語は、１つ若しくは複数の構成要素の動作、運動、構成、又はその他の活動、或いは装置の特性を変更するときに、特定の動作、運動、構成、又はその他の活動が、装置の一態様、又は装置の１つ若しくは複数の構成要素に対する使用者による操作の直接的又は間接的結果であることを意味する。
本明細書で使用される場合、「適合された」及び「構成された」という用語は、要素、構成要素、又は他の主題が所与の機能を果たすように設計及び／又は意図されていることを意味する。したがって、「適合された」及び「構成された」という用語の使用は、所与の要素、構成要素、又は他の主題が、単純に所与の機能を果たす「ことができる」ことを意味するのではなく、要素、構成要素、及び／又は他の主題が、機能を果たす目的で具体的に選択され、作成され、実行され、利用され、プログラムされ、及び／又は設計されていることを意味するものと解釈されるべきである。特定の機能を果たすように適合されたものとして述べられている要素、構成要素、及び／又は他の主題が、追加的又は代替的に、その機能を果たすように構成されたものとして説明されることがあり、その逆もまた然りであることも、本開示の範囲内である。同様に、特定の機能を果たすように構成されたものとして述べられている主題は、追加的又は代替的に、その機能を果たすように動作可能であるものとして説明されることがある。
本明細書で使用される場合、１つ又は複数の実体のリストに関連する「少なくとも１つ」という語句は、実体のリスト内の実体の任意の１つ又は複数から選択される少なくとも１つの実体を意味するが、具体的に実体のリスト内に列挙されたありとあらゆる実体の少なくとも１つを必ずしも含まず、また実体のリスト内の実体の任意の組み合わせを除外しないものと理解されるべきである。この定義はまた、具体的に特定された実体に関連するか関連しないかに関わらず、「少なくとも１つの」という語句が指す実体のリスト内で具体的に特定された実体以外に実体が任意選択で存在し得ることを可能にし得る。したがって、非限定的例として、「Ａ及びＢの少なくとも一方」（又は、同等に、「Ａ又はＢの少なくとも一方」又は、同等に、「Ａ及び／又はＢの少なくとも一方」）は、一実施形態では、Ｂが存在せず（且つ任意選択でＢ以外の実体を含む）少なくとも１つの、任意選択で２つ以上を含む、Ａを指し；別の実施形態では、Ａが存在せず（且つ任意選択でＡ以外の実体を含む）少なくとも１つの、任意選択で２つ以上を含む、Ｂを指し；さらに別の実施形態では、少なくとも１つの、任意選択で２つ以上を含む、Ａ、及び少なくとも１つの、任意選択で２以上を含む、Ｂ（且つ任意選択で他の実体を含む）を指すことがある。換言すれば、「少なくとも１つの」、「１つ又は複数の」、及び「及び／又は」という語句は、運用において連言的及び選言的の両方である自由な表現である。例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、及びＣの１つ又は複数」、「Ａ、Ｂ、又はＣの１つ又は複数」及び「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」という表現の各々は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ及びＢ共に、Ａ及びＣ共に、Ｂ及びＣ共に、又はＡ、Ｂ及びＣ共に、並びに任意選択で少なくとも１つの他の実体と組み合わせた上記のいずれかを意味し得る。
本明細書に開示した種々の装置の要素及び方法のステップは、本開示による全ての装置及び方法に必要なものではなく、また、本開示は、本明細書に開示した種々の要素及びステップの全ての新規且つ非自明の組み合わせ及び部分組み合わせを含む。その上、本明細書に開示した種々の要素及びステップの１つ又は複数は、開示の装置又は方法の全てとは分離された別の独立した発明の主題を定義し得る。よって、このような発明の主題は、本明細書に明示的に開示する具体的な装置及び方法に関連する必要はなく、このような発明の主題は、本明細書に明示的に開示していない装置及び／又は方法に有用性を見出し得る。
本明細書で使用される場合、本開示による１つ又は複数の構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、及び／又は方法を参照して使用されるときの、「例えば」という語句、「例として」という語句、及び／又は単に「例」という用語は、説明した構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、及び／又は方法が、本開示による構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、及び／又は方法の例示的な非排他的例であることを伝えるように意図されている。したがって、説明した構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、及び／又は方法は、限定的なもの、必要とされるもの、又は排他的／網羅的なものとは意図されておらず、構造的に及び／又は機能的に類似し且つ／又は同等の構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、及び／又は方法を含む、他の構成要素、特徴、詳細、構造、実施形態、及び／又は方法も、本開示の範囲内である。
３０ システム
３２ 被加工物
３３ 吸音ライナー
３４ 表面
３６ 針
３８ 超音波アクチュエータ
４０ 長手方向軸線
４２ 薄いシート材料
４４ 穿孔
４８ ハニカム構造
５０ 第１の側
５２ 第２の側
５４ 内部セル
５６ 剛性裏板
５８ 超音波ドリル加工装置
６０ 針アレイ
６８ 支持板
９６ 遠隔加熱ユニット
１１８ シャフト部分
１２０ 先端部分
１２２ 湾曲溝
１２４ 中心点

Claims (10)

  1. 前記被加工物（３２）の第１の箇所において被加工物（３２）に孔（４４）を形成するために超音波ドリル加工を実施する方法（２００）であって、前記方法は、
    超音波ホーンのツールに対して前記被加工物（３２）の表面（３４）を位置決めするステップ（２０２）であって、前記ツールが、前記被加工物（３２）の前記表面（３４）に略直交する長手方向軸線（４０）を有する、ステップと、
    前記被加工物（３２）に前記孔（４４）を形成するのに十分な動作周波数及び振幅で前記ツールが前記被加工物（３２）の前記表面（３４）に繰り返し接触するように前記長手方向軸線（４０）に沿って前記ツールを振動させることによって、前記被加工物（３２）に前記孔（４４）を形成するステップ（２０４）であって、前記ツールを振動させる前記ステップが、前記被加工物（３２）に前記孔（４４）を形成するのに十分な時間にわたって実施され、前記孔（４４）の前記形成（２０４）中に前記被加工物（３２）の前記表面（３４）に対して前記ツールを回転させず、前記孔（４４）を形成する前記ステップ（２０４）が、スラリー又は冷却流体を使用せずに実施され、且つ前記被加工物（３２）が複合材料で構成される、ステップと
    を含む方法（２００）。
  2. 前記動作周波数が少なくとも２０ｋＨｚである、請求項１に記載の方法（２００）。
  3. 前記孔（４４）が第１の孔であり、且つ前記方法（２００）は、
    前記第１の孔が形成された前記第１の箇所と異なる前記被加工物（３２）の箇所の上方に前記ツールが位置決めされるように、前記ツールに対して前記被加工物（３２）を並進させるステップ（２０６）と、
    前記ツールが前記異なる箇所の上方に位置決めされたまま前記長手方向軸線（４０）に沿って前記ツールを再び振動させることによって前記被加工物（３２）に第２の孔を形成するステップ（２１０）と、
    前記ツールが前記被加工物（３２）の複数の異なるそれぞれの箇所の上方に順次位置決めされるように、前記ツールに対して前記被加工物（３２）を複数回並進させるステップ（２０６）と、前記被加工物（３２）の前記並進（２０６）の各実施の間に、前記ツールがそれぞれの箇所の上方に位置決めされたまま前記長手方向軸線（４０）に沿って前記ツールを再び振動させることによって前記それぞれの箇所において前記被加工物（３２）に追加のそれぞれの孔（４４）を形成するステップ（２１０）とを繰り返すステップと
    をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法（２００）。
  4. 前記被加工物（３２）の一部分を局所的に加熱するステップ（２１２）であって、前記第１の箇所が、前記被加工物（３２）への前記孔（４４）の形成する前記ステップ（２０４）中に前記被加工物（３２）の前記一部分内に位置する、ステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法（２００）。
  5. 前記被加工物（３２）の一部分を局所的に加熱する前記ステップ（２１２）が、前記被加工物（３２）への前記孔（４４）の形成（２０４）中に前記被加工物（３２）の前記一部分の温度を閾値温度よりも高く維持するステップを含む、請求項４に記載の方法（２００）。
  6. 前記閾値温度が、前記複合材料の樹脂のガラス転移温度である、請求項５に記載の方法（２００）。
  7. 前記ツールが、複数の針（３６）を含む針アレイ（６０）を含み、前記複数の針（３６）の各針（３６）が、前記長手方向軸線（４０）に沿って延伸する向きに配置され、前記複数の針（３６）のそれぞれの各針（３６）が、前記ツールを前記長手方向軸線（４０）に沿って振動させたときに前記被加工物（３２）にそれぞれの孔（４４）を形成するように構成され、結果として、前記被加工物（３２）に前記孔（４４）を形成する前記ステップ（２０４）が、前記被加工物（３２）に対して前記ツールを並進（２０８）させずに、且つ前記ツールに対して前記被加工物（３２）を並進（２０６）させずに、前記被加工物の領域内に複数の孔（４４）を形成するステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法（２００）。
  8. 前記針アレイ（６０）が、少なくとも４本の針（３６）を含む２次元アレイを含む、請求項７に記載の方法（２００）。
  9. 前記針アレイ（６０）が、前記超音波ホーンに取り外し可能に結合される、請求項７に記載の方法（２００）。
  10. 複合材料の薄いシート（４２）に複数の穿孔（４４）を形成する方法（２２０）であって、
    前記針アレイ（６０）が前記薄いシート（４２）の第１の領域（６６）の上方に位置決めされるように、前記薄いシート（４２）の表面（３４）と、超音波ホーンに動作可能に結合された針アレイ（６０）とを位置決めするステップ（２２２）であって、前記針アレイ（６０）が、前記薄いシート（４２）の前記表面（３４）に略直交する長手方向軸線（４０）に沿って延伸する複数の針（３６）を含む、ステップと、
    前記薄いシート（４２）の前記第１の領域（６６）に第１の複数の孔（４４）を形成するのに十分である第１の時間にわたって２０ｋＨｚを超える動作周波数で前記第１の領域（６６）内における前記薄いシート材料（４２）の前記表面（３４）を前記針アレイ（６０）に繰り返し接触させるステップ（２２４）であって、前記薄いシート（４２）の前記表面（３４）を繰り返し接触させる前記ステップ（２２４）によって、前記針アレイ（６０）のそれぞれの各針（３６）に対応する前記薄いシート（４２）にそれぞれの第１の孔が形成され、前記薄いシート（４２）の前記表面（３４）を繰り返し接触させる前記ステップ（２２４）が、前記長手方向軸線（４０）を中心に前記複数の針（３６）を回転させずに、前記薄いシート（４２）に対して前記複数の針（３６）を回転させずに、且つスラリー又は冷却流体を使用せずに、前記薄いシート（４２）を前記針アレイ（６０）の前記複数の針（３６）に接触させるステップを含む、ステップと、
    前記針アレイ（６０）が前記薄いシート（４２）の第２の領域（９８）の上方に位置決めされるように、前記薄いシート（４２）に対して前記針アレイ（６０）を並進させるステップ（２２６）と、
    前記薄いシート（４２）の前記第２の領域（９８）に第２の複数の孔（４４）を形成するのに十分である第２の時間にわたって前記動作周波数で前記第２の領域（９８）内における前記薄いシート（４２）の前記表面（３４）を前記針アレイ（６０）に繰り返し接触させるステップ（２２４）であって、前記薄いシート（４２）の前記表面（３４）を繰り返し接触させる前記ステップによって、前記針アレイ（６０）のそれぞれの各針（３６）に対応する前記薄いシート（４２）にそれぞれの第２の孔が形成され、前記薄いシート（４２）の前記表面（３４）を繰り返し接触させる前記ステップ（２２４）が、前記長手方向軸線（４０）を中心に前記複数の針（３６）を回転させずに、前記薄いシート（４２）に対して前記複数の針（３６）を回転させずに、且つ前記スラリー又は前記冷却流体を使用せずに、前記薄いシート（４２）を前記針アレイ（６０）の前記複数の針（３６）に接触させるステップを含む、ステップと
    を含む方法。
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