JP2023500462A - 接合を評価するためのシステム及び方法 - Google Patents

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Abstract

接合を評価するためのシステムが、第１の電極と第２の電極を含む。誘電材料層が、第１の電極と第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される。電源が、第１の電極と第２の電力とに接続される。該電源は、第１の電極と第２の電極とに電気アークを生成させるように構成されている。電気アークは、犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させるように構成されている。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、2019年10月31日に出願された米国特許出願第16/670,857号の優先権を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本開示は、２つの構成要素の間の接合を評価するためのシステム及び方法を対象とする。特に、本開示は、プラズマアクチュエータを使用して２つの構成要素の間の接着剤接合を評価するためのシステム及び方法を対象とする。
[0003] レーザー接合検査（LBI）は、接合された構造物内の接着剤接合を評価するために使用されるプロセスである。LBIは、接合された構造物内に応力波を生成するプラズマを生成させるためにレーザーパルスを使用する。一実施例では、接合された構造物が、炭素繊維強化ポリマー（CFRP）とCFRP、又はCFRPと金属を含む。応力波は、接着剤接合に対する引張荷重を機械的に生成する。この荷重に晒されている最中、弱い接合部は壊れ、強い接合部は壊れない。したがって、弱い接合部を有する接合された構造物は、特定され、修理され又は捨てられる。しかし、現在のLBIシステムは、大きく、高価である。したがって、接合を評価するための改善されたシステム及び方法が必要とされている。
[0004] 接合を評価するためのシステムが開示される。該システムは、第１の電極と第２の電極とを含む。誘電材料層が、第１の電極と第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される。電源が、第１の電極と第２の電力とに接続される。該電源は、第１の電極と第２の電極とに電気アークを生成させるように構成されている。電気アークは、犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させるように構成されている。
[0005] 別の一実施態様では、システムが支持体を含む。該システムはまた、支持体に接触する第１の電極も含む。該システムはまた、支持体及び第１の電極から間隔を空けられる第２の電極も含む。該システムはまた、支持体に接触する誘電材料層も含む。誘電材料層は、支持体と第２の電極との間に少なくとも部分的に配置され、第１の電極と第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される。それによって、第２の電極は、支持体又は第１の電極と接触しない。該システムはまた、第１の電極と第２の電極とに接続される電源も含む。該電源は、第１の電極と第２の電極とに交流電流パルスを送信するように構成されている。交流電流パルスは、第１の電極と第２の電極とに電気アークを生成させる。電気アークは、接合された構造物上の犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かして、プラズマを生成させる。プラズマの生成によって、接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成される。圧縮波は、接合された構造物内の接合から張力波（tension wave）として反射される。
[0006] 接合を評価するための方法も開示される。該方法は、接合された構造物の表面上に犠牲材料層を配置することを含む。該方法はまた、第１の電極と第２の電極とに電気パルスを送信することも含む。電気パルスは、第１の電極と第２の電力とに電気アークを生成させる。電気アークは、犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させる。プラズマの生成によって、接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成される。圧縮波は、接合された構造物内の接合から張力波として反射される。
[0007] 先述の一般的な記載及び後述の詳細な記載は、両方とも例示及び説明のみのためのものであり、特許請求される本開示を限定するものではないことを理解されよう。
[0008] 本明細書に組み込まれ、且つ、この明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の態様を例示しており、説明部分と共に、本教示の原理を説明する役割を果たしている。
[0009] 一実施態様による、接合された構造物内の接合を評価するためのシステムの概略図を示す。 [0010] 一実施態様による、接合された構造物内の接合を評価するための方法のフローチャートを示す。
[0011] 図面の幾つかの細部は、厳密な構造的精度、細部、及び縮尺を維持するよりむしろ、理解を促すために簡略化されて図示されていることに留意されたい。
[0012] 次に、本教示について詳しく言及していくが、本教示の実施例は、添付図面に示されている。図面において、同一の要素を示すために、類似の参照番号が全体を通して使用されている。以下の説明では、説明の一部を成す添付図面を参照するが、図面には本教示を実施する特定の実施例が図解されている。したがって、以下の説明は単なる例示にすぎない。
[0013] 本開示は、LBIシステムに対してより小さくより廉価な代替物を表すプラズマアクチュエータを対象とする。該プラズマアクチュエータは、支持体、１以上の電極、及び誘電材料層を含む。プラズマアクチュエータは、犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させる、電気アークを生成するように構成されている。以下でより詳細に説明されるように、プラズマは、接合の品質を評価するために、接合された構造物の中に移動する波を生成する。
[0014] 図１は、一実施態様による、接合された構造物１１０内の接合を評価するためのシステム１００の概略図を示している。システム１００は、LBIシステムに対する代替物を提供するプラズマアクチュエータを含む。したがって、システム１００は、レーザーの使用なしに、接合された構造物１１０内の接合を評価する（例えば、接合の品質を判断することにおいて助けとなる）。接合の評価は、繊維ガラス複合材とピールプライ表面処理との二次接合における接着のASTM STP1455-メカニズムに従って実行されてよい。特に、システム１００は、所定の力を接合に印加する。所定の力は、理想的な接合を破壊するのに必要とされる力の約３０％から約７０％（例えば約５０％）である（又は理想的な接合を破壊するのに必要とされる力の３０％から７０％（例えば５０％）である）。次いで、接合が検査される。接合が破砕又は破壊されていない場合、その接合は合格／満足である。接合が破砕又は破壊されている場合、その接合は不合格／不満足である。
[0015] 接合された構造物１１０は、接合材料１１６（例えばボンド）によって共に接合された第１の構成要素１１２と第２の構成要素１１４とを含む。理解されるように、共に接合されるより多くの構成要素が存在してよいが、分かり易さのために、２つのみの構成要素が図示されている。幾つかの実施例では、第１の構成要素１１２と第２の構成要素１１４とが、CFRPから少なくとも部分的に作製される。他の実施例では、第１の構成要素１１２が、CFRPから少なくとも部分的に作製され、第２の構成要素１１４が、金属から少なくとも部分的に作製される。接合材料１１６は、樹脂、接着剤、又はエポキシ（例えば、ホウ素エポキシ又は炭素エポキシ）であり得る。
[0016] システム１００は、支持体１２０を含む。支持体１２０はまた、支持面又は基板とも称され得る。支持体１２０は、ポリイミド材料、ポリアミド材料、又はそれらの両方であってよく、又はこれらを含み得る。幾つかの実施例では、支持体１２０が、KAPTON（登録商標）テープなどのポリアミドテープから少なくとも部分的に作製される。支持体１２０は、高耐熱性及び高絶縁耐力（high dielectric strength）を提供する。支持体１２０はまた、意図せぬ絶縁アーク（dielectric arc）も防止する。
[0017] システム１００はまた、１以上の電極（２つが図示されている、すなわち、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂ）も含む。以下でより詳細に説明されるように、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂは、電気アークを生成するように構成されている。
[0018] 第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂは、銅又は他の金属から少なくとも部分的に作製される。電気アークは、第１の電極１３０Ａ及び第２の電極１３０Ｂ内の（１種以上の）材料に少なくとも部分的に依存する。例えば、（１種以上の）材料は、電気アークの大きさ、方向、及び／又は温度に影響を与え得る。
[0019] 幾つかの実施態様では、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂが、同じサイズ（例えば、長さ、幅、及び／又は高さ）である。しかし、幾つかの実施態様では、図１で示されているものと同様に、第１の電極１３０Ａが、第２の電極１３０Ｂとは異なるサイズ（例えば、異なる長さ）を有する。例えば、第１の電極１３０Ａは、約１０mmから約３０mm、例えば約２０mm（又は、１０mmから３０mm、例えば２０mm）の長さを有し得、第２の電極１３０Ｂは、約１mmから約１０mm、例えば約５mm（又は、１mmから１０mm、例えば５mm）の長さを有し得る。電気アークは、第１の電極１３０Ａ及び第２の電極１３０Ｂのサイズに少なくとも部分的に依存する。それらのサイズ（例えば、長さ）は、電気アークの大きさ、方向、及び／又は温度に影響を与える。（１以上の）電極１３０Ａ、１３０Ｂの（１以上の）サイズが増加すると、電気アークを生成するのに必要とされる電流の量も増加する。より大きい電気アークは、より高い温度を有する。
[0020] 第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂは、互いから間隔を空けられている。図示されているように、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂは、接合された構造物１１０の表面１１８と平行な又は実質的に平行な第１の方向に、第１の距離１３２だけ互いから間隔を空けられ得る。第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂはまた、接合された構造物１１０の表面１１８と垂直な又は実質的に垂直な第２の方向にも、第２の距離１３４だけ互いから間隔を空けられ得る。第１の距離１３２は、約２mmから約１０mm、例えば約５mm（又は、２mmから１０mm、例えば５mm）であり得、第２の距離１３４は、約０．５mmから約２mm、例えば約１mm（又は、０．５mmから２mm、例えば１mm）であり得る。したがって、図示されているように、第１の電極１３０Ａは、第２の電極１３０Ｂよりも、接合された構造物１１０から離れて配置されている。電気アークは、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂとの互いに対する間隔／配置に依存する。例えば、間隔／配置は、電気アークの大きさ、方向、及び／又は温度に影響を与える。第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂとを共により近くに移動させることによって、電気アークのサイズが低減される。それは、電気アークの温度を低減させる。逆に、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂとをより離れるように移動させることによって、電気アークのサイズが増加する。それは、電気アークの温度を増加させる。
[0021] システム１００はまた、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂとの間に少なくとも部分的に配置される誘電材料層１４０も含む。第１の方向（上記参照）は、誘電材料層１４０を通る平面１４２と平行又は実質的に平行であってよく、第２の方向は、平面１４２と垂直又は実質的に垂直であってよい。平面１４２はまた、接合された構造物１１０の表面１１８とも平行又は実質的に平行であってよい。誘電材料層１４０は、約０．５mmから約３mm、例えば約１mm（又は、０．５mmから３mm、例えば１mm）の厚さを有し得る。誘電材料層１４０は、KAPTON（登録商標）テープなどのシリコーン接着剤を有するポリイミドフィルムであってよく、又はそれを含み得る。他の実施態様では、誘電材料層１４０が、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）から少なくとも部分的に作製される。例えば、誘電材料層１４０は、TEFLON（登録商標）から作製され得る。誘電材料層１４０は、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂとの間の電気バリアを提供するように構成されている。誘電体バリアの厚さ及び／又は抵抗が増加すると、電気アークを生成するのにより多くの電流が必要とされる。逆に、誘電体バリアの厚さ及び／又は抵抗が減少すると、電気アークを生成するのにより少ない電流が必要とされる。
[0022] 図示されているように、第１の電極１３０Ａは、支持体１２０及び／又は誘電材料層１４０と接触する及び／又は結合される。第２の電極１３０Ｂは、誘電材料層１４０と接触する及び／又は結合されるが、支持体１２０とは接触しない及び／又は結合されない。誘電材料層１４０は、支持体１２０、第１の電極１３０Ａ、第２の電極１３０Ｂ、若しくはそれらの組み合わせと接触する及び／又は結合される。
[0023] システム１００は、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂとに接続される電源１５０を含む。電源１５０は、約４０キロボルト（kV）から約６０kV（又は４０kVから６０kV）の電圧を有し得る。電源１５０は、約１０ナノ秒（ns）から約１ミリ秒（ms）、約２５nsから約５００ns、又は約５０nsから約２００ns（又は、１０nsから１ms、２５nsから５００ns、又は５０nsから２００ns）の持続時間を有する交流電流（AC）パルスを生成する。例えば、パルスは、１００ns又は約１００nsの持続時間を有し得る。パルスは、第１の電極１３０Ａと第２の電極１３０Ｂとに、電気アークを生成させる。
[0024] 犠牲材料層１６０が、接合された構造物１１０の表面１１８に結合される及び／又は接触する。犠牲材料層１６０は、電気アークによって少なくとも部分的に溶かされて、プラズマを生成するように構成された材料から作製される。例えば、犠牲材料層１６０は、ポリ塩化ビニルテープから少なくとも部分的に作製され得る。
[0025] 液体（例えば、水又はFLUORINERT（登録商標））１７０が、接合された構造物１１０の表面１１８と誘電材料層１４０との間に少なくとも部分的に配置される。図示されているように、液体１７０は、犠牲材料層１６０上に配置される。以下でより詳細に説明されるように、犠牲材料層１６０を溶かすことによって、圧縮波が生成され、液体１７０は、圧縮波の少なくとも一部分を（例えば、接合材料１１６に向けて）接合された構造物１１０の中に誘導する。
[0026] 図２は、一実施態様による、接合された構造物１１０内の接合を評価するための方法２００のフローチャートを示している。方法２００は、システム１００を使用して実行されてよい。方法２００の例示的な順序が以下で説明されるが、方法２００の１以上のステップは、異なる順序で実行され及び／又は省略されてよいことが理解される。
[0027] 方法２００は、２０２で、接合された構造物１１０の表面１１８上に犠牲材料層１６０を配置することを含む。幾つかの実施例では、犠牲材料層１６０が、表面１１８に接着される。方法２００はまた、２０４で、システム１００と犠牲材料層１６０との間に液体１７０を配置することも含む。幾つかの実施例では、液体が、犠牲材料層１６０上に配置される。
[0028] 方法２００は、２０６で、システム１００を使用して電気パルスを生成することを含む。特に、電源１５０が、電極１３０Ａ、１３０Ｂに接続され、電気（例えばAC）パルスを電極１３０Ａ、１３０Ｂに送信する。電気パルスは、電極１３０Ａ、１３０Ｂに電気アークを生成させる。電気アークは、犠牲材料層１６０の少なくとも一部分を少なくとも部分的に溶かして、プラズマ１８０を生成させる（図１参照）。したがって、プラズマ１８０は、レーザーを使用することなしに生成され得る。それは、システム１００が、従来のLBIよりも、小さい設置面積を有し、より廉価であることを可能にする。
[0029] 犠牲材料層１６０を溶かしたこと及び／又はプラズマ１８０を生成させたことに応じて、第１の波が生成される。第１の波は、圧縮波である。第１の波は、少なくとも部分的に液体１７０によって、接合された構造物１１０の表面１１８に向けて（例えば、接合材料１１６に向けて）誘導される。第１の波は、加えて又は代替的に、少なくとも部分的に、電極１３０Ａ、１３０Ｂの材料、電極１３０Ａ、１３０Ｂのサイズ、電極１３０Ａ、１３０Ｂの配置、誘電材料層１４０の配置、又はそれらの組み合わせに応じて、接合された構造物１１０の表面１１８に向けて（例えば、接合材料１１６に向けて）誘導される。第１の波は、接合された構造物１１０から反射される。特に、第１の波は、接合材料１１６及び／又は表面１１８から第２の波として反射される。第２の波は、張力波である。
[0030] 第１の波及び／又は第２の波は、所定の力を接合（例えば、接合材料１１６）に印加してよい。所定の力は、理想的な接合部を破壊するのに必要とされる力の約３０％から約７０％、例えば約５０％である（又は理想的な接合部を破壊するのに必要とされる力の３０％から７０％、例えば５０％である）。
[0031] 方法２００はまた、２０８で、接合された構造物１１０を検査することも含む。例えば、接合（例えば、接合材料１１６）は、第１の波が接合材料１１６から反射されて、第２の波を生成した後で、超音波撮像システム又は超音波検査システムなどの非破壊検査（NDI）システム１９０（図１参照）を用いて検査され得る。検査は、第１の波及び／又は第２の波と接触したことに応じて生じた接合に対する不整合及び／又は損傷を検出する。検査が、接合（例えば、接合材料１１６）が粉砕又は破壊されていることを明らかにした場合、接合の品質は、悪い（すなわち、接合が検査に合格しない）と判断される。検査が、接合（例えば、接合材料１１６）が粉砕又は破壊されていないことを明らかにした場合、接合の品質は、良い（すなわち、接合が検査に合格した）と判断される。接合のそのような検査は、単方向繊維強化ポリマーマトリクス複合材の層間破壊靱性（モード１）向けのASTM D5528-13-標準試験方法の要件を満たすのに十分である。代替的な又は更なるステップも実行されてよい。
[0032] 他の実施態様では、システム１００の１以上の部分が、異なるパルス幅、異なる特性を有する電気アーク、異なる特性を有する波、又はそれらの組み合わせを生成するように、交換され又は修正され得る。例えば、電極１３０Ａ、１３０Ｂのうちの一方又は両方は、異なる材料で作製された及び／又は異なるサイズ／形状を有する（１以上の）異なる電極によって交換され得る。更に、電極１３０Ａ、１３０Ｂの配置（例えば、電極１３０Ａ、１３０Ｂの間隔）は、変化し得る。他の実施例では、誘電材料層１４０が、異なる材料で作製された及び／又は異なる形状／サイズを有する異なる誘電材料層によって交換され得る。更に、誘電材料層１４０の配置は、変化し得る。上述されたように電極１３０Ａ、１３０Ｂ及び／又は誘電材料層１４０を交換又は修正することによって、電気アークの大きさ、方向、及び／又は温度が影響を受ける。例えば、誘電材料層１４０は、異なる厚さ及び／又は抵抗性を有する第２の誘電材料層によって交換され得る。それは、電気アークを生成するのに必要とされる電流の量及び／又は電気アークの温度に影響を与える。
[0033] 少なくとも一つの実施態様では、システム１００が、LBIシステムによってしばしば使用されるように、銅の配線を有する検査テープを含まなくて／使用しなくてよい。というのも、システム１００は、圧縮波及び／又は張力波を変換するための電磁変換器（EMAT）を含まないからである。実際、システムは、圧縮波を受け取らない。
[0034] 前述のシステム１００及び方法２００は、ピールプライ試験に取って代わることができる。ピールプライ試験は、接合を剥がすように引っ張るために機械的に印加される応力を使用する。前述のシステム１００及び方法２００はまた、LBI試験にも取って代わることができる。LBI試験は、プラズマ及び圧縮波を生成するためにレーザーを使用する。
[0035] 満足な／合格する品質を有する接合に損傷を与える又は接合を破壊するのに必要な引張力は、方法２００を実行する前に知られていてよい。したがって、試験中に生成される波は、接合を破壊するのに必要とされる力よりも小さい力（例えば、その力の５０％と７０％との間、又はその力の約５０％と約７０％との間）を有し得る。検査が、（１以上の）波が接合と接触した後で、接合が未だ無傷であることを示した場合、その接合は、所望の品質を有する（その接合は試験に合格した）と考えられる。検査が、（１以上の）波が接合と接触した後で、接合が損傷を受け又は破壊されていることを示した場合、その接合は、所望の品質を有さない（その接合は試験に合格しない）と考えられる。
[0036] 更に、本開示は、以下の条項による実施例を含む。
[0037] 条項１．
接合を評価するためのシステムであって、第１の電極、第２の電極、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される誘電材料層、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに接続される電源を備え、前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させるように構成され、前記電気アークは、犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させるように構成される、システム。
[0038] 条項２．
前記第１の電極、前記第２の電極、又はそれらの両方が、銅から作製されている、条項１又は３から１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0039] 条項３．
前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向に第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、０．５mmから２mm又は約０．５mmから約２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行である、条項１、２、又は４から１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0040] 条項４．
前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mm又は２mmから１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る平面と垂直又は実質的に垂直である、条項１から３又は５から１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0041] 条項５．
前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、条項１から４又は６から１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0042] 条項６．
前記第１の電極は、前記第２の電極とは異なるサイズを有する、条項１から５又は７から１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0043] 条項７．
前記第１の電極は、前記第２の電極よりも第１の方向に長く、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行である、条項１から６又は８から１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0044] 条項８．
前記電源は、５０nsから２００ns又は約５０nsから約２００nsの持続時間を有する交流電流パルスを、前記第１の電極と前記第２の電極に送信するように構成され、前記交流電流パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに前記電気アークを生成させる、条項１から７、９、又は１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0045] 条項９．
ポリイミド材料、ポリアミド材料、又はそれらの両方を含む支持体を更に備え、前記第１の電極は前記支持体と接触し、前記誘電材料層は前記支持体と接触し、前記第２の電極は前記支持体と接触しない、条項１から８、又は１０のいずれか一項に記載のシステム。
[0046] 条項１０．
前記プラズマは、前記誘電材料層と前記犠牲材料層との間で少なくとも部分的に生成される、条項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
[0047] 条項１１．
接合を評価するためのシステムであって、支持体、前記支持体と接触する第１の電極、前記支持体及び前記第１の電極から間隔を空けられる第２の電極、前記支持体と接触する誘電材料層であって、前記第２の電極が前記支持体又は前記第１の電極と接触しないように、前記支持体と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される誘電材料層、及び、前記第１の電極と前記第２の電極とに接続される電源を備え、前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極とに交流電流パルスを送信するように構成され、前記交流電流パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させ、前記電気アークは、接合された構造物上の犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させ、前記プラズマの生成によって、前記接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成され、前記圧縮波は、前記接合された構造物内の接合から張力波として反射される、システム。
[0048] 条項１２．
前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向において第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、約０．５mmから約２mm又は０．５mmから２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行であり、前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mm又は２mmから１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る前記平面と垂直又は実質的に垂直であり、前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、条項１１に記載のシステム。
[0049] 条項１３．
前記第１の電極は、約１０mmから約２０mm又は１０mmから２０mmの前記第１の方向における長さを有し、前記第２の電極は、約１mmから約１０mm又は１mmから１０mmの前記第１の方向における長さを有する、条項１１、１２、１４、又は１５のいずれか一項に記載のシステム。
[0050] 条項１４．
前記誘電材料層と前記犠牲材料層との間に水が配置され、前記水は、前記圧縮波の一部分を前記接合された構造体内の前記接合に向けて誘導する、条項１１から１３、又は１５のいずれか一項に記載のシステム。
[0051] 条項１５．
前記システムは、レーザーを使用することなしに、前記プラズマ及び前記圧縮波を生成することができる、条項１１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
[0052] 条項１６．
接合を評価するための方法であって、接合された構造物の表面上に犠牲材料層を配置すること、及び第１の電極と第２の電極とに電気パルスを送信することを含み、前記電気パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させ、前記電気アークは、前記犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させ、前記プラズマの生成によって、前記接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成され、前記圧縮波は、前記接合された構造物内の前記接合から張力波として反射される、方法。
[0053] 条項１７．
前記犠牲材料層に近接して液体を配置することを更に含み、前記液体は、前記圧縮波の少なくとも一部分を前記接合された構造物の中に向ける、条項１６、又は１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
[0054] 条項１８．
誘電材料層が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置され、前記液体と前記プラズマは、前記犠牲材料層と前記誘電材料層との間に配置される、条項１７に記載の方法。
[0055] 条項１９．
前記圧縮波が前記接合から反射された後で、超音波撮像システムを使用して前記接合を検査することを更に含む、条項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
[0056] 条項２０．
前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向において第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、約０．５mmから約２mm又は０．５mmから２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行であり、前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mm又は２mmから１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る前記平面と垂直又は実質的に垂直であり、前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、条項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
[0057] 条項２１．
接合を評価するためのシステムであって、第１の電極、第２の電極、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される誘電材料層、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに接続される電源を備え、前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極とに電流を提供して、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させるように構成され、前記電気アークは、犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させる、システム。
[0058] 条項２２．
前記第１の電極及び／又は前記第２の電極は、銅から作製されている、条項２１に記載のシステム。
[0059] 条項２３．
前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向に第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、０．５mmから２mm又は約０．５mmから約２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行である、条項２１又は２２に記載のシステム。
[0060] 条項２４．
前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mm又は２mmから１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る平面と垂直又は実質的に垂直である、条項２３に記載のシステム。
[0061] 条項２５．
前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、条項２４に記載のシステム。
[0062] 条項２６．
前記第１の電極は、前記第２の電極とは異なるサイズを有する、条項２１から２５のいずれか一項に記載のシステム。
[0063] 条項２７．
前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、第１の方向において長く、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行である、条項２１から２６のいずれか一項に記載のシステム。
[0064] 条項２８．
前記電源は、５０nsから２００ns又は約５０nsから約２００nsの持続時間を有する交流電流パルスを、前記第１の電極と前記第２の電極とに提供するように構成され、前記交流電流パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極に前記電気アークを生成させる、条項２１から２７のいずれか一項に記載のシステム。
[0065] 条項２９．
ポリイミド材料及び／又はポリアミド材料を含む支持体を更に備え、前記第１の電極は前記支持体と接触し、前記誘電材料層は前記支持体と接触し、前記第２の電極は前記支持体から間隔を空けられている、条項２１から２８のいずれか一項に記載のシステム。
[0066] 条項３０．
前記プラズマは、前記誘電材料層と前記犠牲材料層との間で少なくとも部分的に生成される、条項２１から２９のいずれか一項に記載のシステム。
[0067] 条項３１．
前記システムは、接合された構造、例えばCFRPとCFRP、又はCFRPと金属の接合された構造内の接合を評価するために適している、条項２１から３０に記載のシステム。
[0068] 条項３２．
接合された構造、例えばCFRPとCFRP、又はCFRPと金属の接合された構造を更に備える、条項３１に記載のシステム。
[0069] 条項３３．
接合を評価するためのシステムであって、支持体、前記支持体と接触する第１の電極、前記支持体及び前記第１の電極から間隔を空けられる第２の電極、前記支持体と接触する誘電材料層であって、前記第２の電極が前記支持体及び前記第１の電極から間隔を空けられるように、前記支持体と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される誘電材料層、並びに、前記第１の電極と前記第２の電極とに接続される電源を備え、前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極とに交流電流パルスを提供するように構成され、前記交流電流パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させ、前記電気アークは、接合された構造物上の犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させ、前記プラズマの生成によって、前記接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成され、前記圧縮波は、前記接合された構造物内の接合から張力波として反射される、システム。
[0070] 条項３４．前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向において第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、約０．５mmから約２mm又は０．５mmから２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行であり、前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mm又は２mmから１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る前記平面と垂直又は実質的に垂直であり、前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、条項３３に記載のシステム。
[0071] 条項３５．
前記第１の電極は、約１０mmから約２０mm又は１０mmから２０mmの前記第１の方向における長さを有し、前記第２の電極は、約１mmから約１０mm又は１mmから１０mmの前記第１の方向における長さを有する、条項３４に記載のシステム。
[0072] 条項３６．
前記誘電材料層と前記犠牲材料層との間に水が配置されて、前記圧縮波の一部分を前記接合された構造体内の前記接合に向けて誘導する、条項３５に記載のシステム。
[0073] 条項３７．
前記システムは、レーザーを使用することなしに、前記プラズマ及び前記圧縮波を生成することができる、条項３６に記載のシステム。
[0074] 条項３８．
前記システムは、接合された構造、例えばCFRPとCFRP、又はCFRPと金属の接合された構造内の接合を評価するために適している、条項３３から３７のいずれか一項に記載のシステム。
[0075] 条項３９．
接合された構造、例えばCFRPとCFRP、又はCFRPと金属の接合された構造を更に備える、条項３８に記載のシステム。
[0076] 条項４０．
接合を評価するための方法であって、接合された構造物の表面上に犠牲材料層を配置すること、及び第１の電極と第２の電極とに電気パルスを送信することを含み、前記電気パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させ、前記電気アークは、前記犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させ、前記プラズマの生成によって、前記接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成され、前記圧縮波は、前記接合された構造物内の前記接合から引張波として反射される、方法。
[0077] 条項４１．
前記犠牲材料層に近接して液体を配置することを更に含み、前記液体は、前記圧縮波の少なくとも一部分を前記接合された構造物の中に向ける、条項４０に記載の方法。
[0078] 条項４２．
誘電材料層が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置され、前記液体と前記プラズマは、前記犠牲材料層と前記誘電材料層との間に配置される、条項４１に記載の方法。
[0079] 条項４３．
前記圧縮波が前記接合から反射された後で、超音波撮像システムを使用して前記接合を検査することを更に含む、条項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
[0080] 条項４４．
前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向において第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、約０．５mmから約２mm又は０．５mmから２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と平行又は実質的に平行であり、前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mm又は２mmから１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る前記平面と垂直又は実質的に垂直であり、前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、条項４０から４３のいずれか一項に記載の方法。
[0081] 条項４５．
前記システムは、接合された構造、例えばCFRPとCFRP、又はCFRPと金属の接合された構造内の接合を評価するために適している、条項４０から４４のいずれか一項に記載の方法。
[0082] 条項４６．
条項１から３９のいずれか一項に記載のシステムを使用して接合を評価するための方法であって、接合された構造物の表面上に犠牲材料層を配置すること、及び第１の電極と第２の電極とに電気パルスを送信することを含み、前記電気パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させ、前記電気アークは、前記犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させ、前記プラズマの生成によって、前記接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成され、前記圧縮波は、前記接合された構造物内の前記接合から張力波として反射される、方法。
[0083] 条項４７．
前記犠牲材料層に近接して液体を配置することを更に含み、前記液体は、前記圧縮波の少なくとも一部分を前記接合された構造物の中に向ける、条項４６に記載の方法。
[0084] 条項４８．
前記圧縮波が前記接合から反射された後で、超音波撮像システムを使用して前記接合を検査することを更に含む、条項４６又は４７に記載の方法。
[0085] 本開示の広い範囲を説明している数値の範囲及びパラメータは概算であるが、特定の実施例で説明されている数値は、可能な限り正確に記載されている。しかし、任意の数値は、それぞれの試験的測定に見られる標準偏差から必然的に生じる若干の誤差を本質的に含んでいる。更に、本明細書で開示された全ての範囲が、本明細書内に包含される任意の全ての部分範囲を含むと理解すべきである。
[0086] １以上の実施形態に関連して本明細書の教示を例示してきたが、付随する特許請求の主旨及び範囲から逸脱しなければ、実施例に変更及び／又は改変がなされ得る。また、幾つかの実施形態のうちの１つのみに関して本教示の特定の特徴が開示されてきたかもしれないが、こうした特徴は、任意の所与の又は特定の機能に関して所望されかつ有利である場合、他の実施形態の1又は複数の他の特徴と組み合わされてもよい。本明細書で使用される際に、用語「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その（the）」は、１以上の要素又は要素の部品を指し得る。本明細書で使用される際に、用語「第１の」と「第２の」は、２つの異なる要素又は要素の部品を指し得る。本明細書で使用される際に、例えば、Ａ及びＢなどの項目の列挙に関する「ＡとＢとのうちの少なくとも１つ」という用語は、Ａだけ、Ｂだけ、又はＡとＢを意味する。当業者は、これらの及び他の変形が可能であることを理解するだろう。更に、「含む（including／includes）」、「有する（having／has）」、「伴う（with）」という語、又はこれらの後の変化形は、本明細書と特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、「備える（comprising）」という語と同様の意味で、包括的であることが意図されている。更に、本明細書における考察及び特許請求の範囲において、「約」という用語は、変更が本明細書に記載の意図された目的に対してプロセス又は構造の不適合を生じさせない限り、列挙された値がいくらか変更されてもよいことを示している。最後に、「例示的な」は、記述が、理想的であることを示唆するというよりむしろ、例として使用されていることを示している。
[0087] 上に開示した変形例並びに、他の特徴及び機能又はそれらの代替例が他の多くの異なるシステム又はアプリケーションに組み込まれてもよいことは理解されよう。現在予見できない又は予期しない様々な代替例、修正例、変形例又はそれらの改良が、後に当業者によりなされるかもしれないが、それらもまた以下の特許請求の範囲によって包含される。

Claims (20)

  1. 接合を評価するためのシステムであって、
    第１の電極、
    第２の電極、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される誘電材料層、及び
    前記第１の電極と前記第２の電極とに接続される電源を備え、前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させるように構成され、前記電気アークは、犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させるように構成される、システム。
  2. 前記第１の電極、前記第２の電極、又はそれらの両方が、銅から作製されている、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向に第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は約０．５mmから約２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と実質的に平行である、請求項１又は２に記載のシステム。
  4. 前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る平面と実質的に垂直である、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
  5. 前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 前記第１の電極は、前記第２の電極とは異なるサイズを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
  7. 前記第１の電極は、前記第２の電極よりも第１の方向に長く、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と実質的に平行である、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
  8. 前記電源は、約５０nsから約２００nsの持続時間を有する交流電流パルスを、前記第１の電極と前記第２の電極に送信するように構成され、前記交流電流パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに前記電気アークを生成させる、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
  9. ポリイミド材料、ポリアミド材料、又はそれらの両方を含む支持体を更に備え、前記第１の電極は前記支持体と接触し、前記誘電材料層は前記支持体と接触し、前記第２の電極は前記支持体と接触しない、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
  10. 前記プラズマは、前記誘電材料層と前記犠牲材料層との間で少なくとも部分的に生成される、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
  11. 接合を評価するためのシステムであって、
    支持体、
    前記支持体と接触する第１の電極、
    前記支持体及び前記第１の電極から間隔を空けられる第２の電極、
    前記支持体と接触する誘電材料層であって、前記第２の電極が前記支持体又は前記第１の電極と接触しないように、前記支持体と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置される誘電材料層、及び
    前記第１の電極と前記第２の電極とに接続される電源を備え、前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極とに交流電流パルスを送信するように構成され、前記交流電流パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させ、前記電気アークは、接合された構造物上の犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させ、前記プラズマの生成によって、前記接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成され、前記圧縮波は、前記接合された構造物内の接合から張力波として反射される、システム。
  12. 前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向において第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、約０．５mmから約２mmであり、前記第１の方向は、前記誘電材料層を通る平面と実質的に平行であり、前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る前記平面と実質的に垂直であり、前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記第１の電極は、約１０mmから約２０mmの前記第１の方向における長さを有し、前記第２の電極は、約１mmから約１０mmの前記第１の方向における長さを有する、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記誘電材料層と前記犠牲材料層との間に水が配置され、前記水は、前記圧縮波の一部分を前記接合された構造体内の前記接合に向けて誘導する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
  15. 前記システムは、レーザーを使用することなしに、前記プラズマ及び前記圧縮波を生成することができる、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
  16. 接合を評価するための方法であって、
    接合された構造物の表面上に犠牲材料層を配置すること、及び
    第１の電極と第２の電極とに電気パルスを送信することを含み、前記電気パルスは、前記第１の電極と前記第２の電極とに電気アークを生成させ、前記電気アークは、前記犠牲材料層を少なくとも部分的に溶かしてプラズマを生成させ、前記プラズマの生成によって、前記接合された構造物の中に向けられる圧縮波が生成され、前記圧縮波は、前記接合された構造物内の前記接合から張力波として反射される、方法。
  17. 前記犠牲材料層に近接して液体を配置することを更に含み、前記液体は、前記圧縮波の少なくとも一部分を前記接合された構造物の中に向ける、請求項１６に記載の方法。
  18. 誘電材料層が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に少なくとも部分的に配置され、前記液体と前記プラズマは、前記犠牲材料層と前記誘電材料層との間に配置される、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記圧縮波が前記接合から反射された後で、超音波撮像システムを使用して前記接合を検査することを更に含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記第１の電極は、前記第２の電極から、第１の方向において第１の距離だけ間隔を空けられており、前記第１の距離は、約０．５mmから約２mmであり、前記第１の方向は、誘電材料層を通る平面と実質的に平行であり、前記第１の電極は、前記第２の電極から、第２の方向に第２の距離だけ間隔を空けられており、前記第２の距離は、約２mmから約１０mmであり、前記第２の方向は、前記誘電材料層を通る前記平面と実質的に垂直であり、前記第１の電極は、前記第２の電極よりも、前記犠牲材料層から離れて配置されている、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
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