JP5801576B2 - サーマルスプレッダを使用して複合構造部材を接合する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は概して、複合構造部品の接合に関し、さらに具体的には、複合構造部品間の接合部全体の温度を実質的に一定に維持することに関するものである。

比較的長い複合構造部材を加工する時に、複合構造部品の端と端をスプライスジョイントで接合することができる。例えば、航空機産業において、航空機の翼のスパーは、スプライス部材を用いて、スパーの２つ以上の比較的長い複合部分を接合することによって形成することができる。スプライス部材は、複合部分及びスプライス部材が同時硬化又は同時接着されて完成したスパーを形成することができるように、複合部分とスプライス部材が接着固定具内に装着されている時に、熱を加えることによって複合部分に接着させることができる。

製造要件を満たすために、比較的狭い温度範囲の熱をスプライスジョイントに加えることが通常必要である。温度範囲は、複合構造部品が硬化するまで所定の時間維持しなければならない。その上、温度の実質的な変動なしに、スプライスジョイントの長さ全体で実質的に均一の温度にすることが通常必要である。

同時硬化又は同時接着の複合構造部品については、複合構造部品の最大機械特性及び他の特質を得るために、熱を加えている間に複合構造部品に圧力を印加することも必要になり得る。複合構造部品の加工においては、一般にオートクレーブを、制御された一定の方法で熱及び圧力を加える手段として用いる。しかしながら、翼のスパー等の比較的長い構造部品については、ほとんどのオートクレーブの長さに制限があるため、熱と圧力を加えるためにオートクレーブに構造部品を設置することが可能でない場合がある。

したがって、当技術分野において、オートクレーブを必要とせずに、比較的長さの長い複合構造部品を接合させる装置及び方法が必要である。さらに、当技術分野において、上記複合構造部品が実質的な温度の変動なしに、ジョイントの長さ全体において実質的に均一な温度を維持することができる、複合構造部品を接合する装置及び方法が必要である。

スプライスジョイント全体に圧力及び均一な温度を印加することに関する上述の必要は、本発明によって具体的に対処され、本発明は、複合部分からなる構造部材のスプライスジョイント部分を硬化させる接着加工装置を提供する。この装置により、スプライスジョイント全体に均一な温度を印加することが容易になり得る。この装置は、複合部分の取付け及び取り外しが可能になるように、開位置と閉位置との間で互いに対して移動可能であってよいツールプラットフォーム及び圧力プラットフォームを備えることができる。

本装置は、部材を押しつけることができるツールを含むことができる。ツールは、ツールプラットフォームによって支持することができ、内表面を有することができる。本装置は、部材に圧力をかけるための圧力ブラダを含むことができる。圧力ブラダは、ツールに部材を押しつけるために圧力プラットフォームによって支持することができる。本装置は、内表面に実質的に均一に熱を分布するために、内表面と熱的に接触しているツール及びツールライナーを加熱するための加熱システムをさらに含むことができる。

さらなる実施形態では、複合構造部材を硬化する装置が開示されている。本装置は、開位置と閉位置との間を相対的に移動可能であってよいツールプラットフォーム及び圧力プラットフォームを備えることができる。本装置は、部材を押しつけることができるマンドレルを含むことができる。マンドレルは、ツールプラットフォームによって支持することができ、内表面を有することができ、少なくとも一つの端壁を含む。圧力ブラダを本装置に含むことができ、部材に圧力を印加するために加圧するように構成することができる。

圧力ブラダは、部材をマンドレルに押し付けるために、圧力プラットフォームによって支持することができる。本装置は、マンドレルを加熱するための加熱システムを含むことができる。例えば銅板等のツールライナーを、任意の方法で任意の場所に例えば機械的固定、接着、溶接、又は任意の他の好適な付着方法でマンドレルに装着することができる。ツールライナーは内表面に装着することができ、内表面に熱を分布させるために内表面と熱的に接触することができる。例えばサーマル・ペースト等の熱伝導膜を、ツールライナーと内表面の間に挿入して、ツールライナーと内表面間の熱的接触を高めることができる。本装置はさらに、ヒートシンクから熱を転送してマンドレルへの熱注入を減らすために、内表面の一部と熱的に接触している一又は複数のヒートシンクをさらに含むことができる。

また、構造部材を形成するための加熱ツールアセンブリも開示されている。このツールアセンブリは、構造部材をそれらの間に装着するためのツール及び圧力ブラダを含むことができる。ツールは、内表面と、内表面と熱的に接触しているライナーを有することができる。ツールアセンブリはさらに、ツールを加熱するための加熱システムを含むことができる。加熱システムは加熱媒体を加熱するためのヒータと、加熱媒体を送るブロワと、加熱媒体をツールライナー上に方向づけする複数のノズルをさらに含むことができる。

また、構造部材を形成する方法も開示されており、この方法は、第１及び第２複合部分を形成するステップ、及びスプライス部材を形成するステップを含む。本方法はまた、内表面及び外表面を有するマンドレルを提供して、ツールライナーを内表面に装着させることも含むことができる。本方法はさらに、外表面と圧力ブラダの間に第１及び第２複合部分とスプライス部材を取り付けることを含むことができる。加熱された媒体を次に、ツールライナー上に移動させてマンドレルを加熱することができる。

さらなる実施形態では、複合構造部材を形成する方法が開示されており、この方法は、第１及び第２複合部分を形成するステップ、及びスプライス部材を形成するステップを含む。本方法は、内表面及び外表面を有するマンドレルと、少なくとも一つのマンドレル端壁を提供することを含むことができる。ツールライナーを内表面に装着させることができる。本方法は、ツールライナーと内表面の間に熱伝導膜を取り付けて、ツールライナーを内表面に機械的に固定することを含むことができる。本方法はまた、ヒートシンクをマンドレル端壁に隣接する内表面に装着するステップも含むことができる。

第１及び第２複合部分とスプライス部材を外表面と圧力ブラダの間に取り付けることができる。熱をツールライナーの方に導いて、外表面全体に熱を分布させることができる。本方法は、ヒートシンクから熱を転送して、マンドレル端壁からの外表面への熱注入を減らすことを含むことができる。加熱媒体を内表面に導いている間に、圧力ブラダを加圧することができる。本方法はまた、第１及び第２複合部分とスプライス部材を硬化させることを含むこともできる。

本発明はまた：
構造部材を形成するための加熱ツールアセンブリに関するものであり、この加熱ツールアセンブリは：
ツールと圧力ブラダの間に構造部材を装着するためのツール及び圧力ブラダであって、ツールが内表面を有している、ツール及び圧力ブラダと；
ツールの内表面と熱的に接触しているライナーと；
ツールを加熱するための加熱システムを含み、加熱システムは：
加熱媒体を加熱するためのヒータ；
加熱媒体を送るためのブロワ；
加熱媒体をツールライナー上に方向づけするための複数のノズル
を含む。

ツールライナーが比較的高い熱伝導率を有する物質でできている、
上に記載の加熱ツールアセンブリ。
ツールライナーが銅及びアルミ板の少なくとも一つを含む、
上に記載の加熱ツールアセンブリ。
ツールライナーが、８５℃での測定において約２００Ｗ／ｍＫ〜約６００Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率を有する、
上に記載の加熱ツールアセンブリ。

ツールライナーがマンドレルに機械的に固定されている、
上に記載の加熱ツールアセンブリ。
ツールライナーと内表面の間に挿入されている熱伝導膜
をさらに含む、上に記載の加熱ツールアセンブリ。
膜が、サーマル・ペーストを含む、
上に記載の加熱ツールアセンブリ。

内表面の一部と熱的に接触しているヒートシンクを
さらに含む、上に記載の加熱ツールアセンブリ。
ツールが複数の区域を画定し；
加熱システムがさらに、加熱媒体を複数の区域へ方向づけするために、ブロワとノズルの間に連結されたノズルプレナムアセンブリを含む、
上に記載の加熱ツールアセンブリ。

構造部材の熱を保持するための、圧力ブラダを少なくとも部分的に囲む断熱材；及び
圧力ブラダを加熱するために、熱断熱材と圧力ブラダの間に挿入される少なくとも一つの加熱要素
をさらに含む、上に記載の加熱ツールアセンブリ。
圧力ブラダに熱を分布させるために、ブラダライナーに装着される加熱要素を有するブラダライナー
をさらに含む、上に記載の加熱ツールアセンブリ。

複合構造部材を形成する方法であって、この方法は：
第１及び第２複合部分を形成するステップ；
スプライス部材を形成するステップ；
内表面及び外表面を有するマンドレルと、少なくとも一つのマンドレル端壁とを提供するステップ；
ツールライナーを内表面に装着するステップ；
ツールライナーと内表面の間に熱伝導膜を設置するステップ；
ツールライナーを内表面に機械的に固定するステップ；
ヒートシンクをマンドレル端壁に隣接する内表面に装着するステップ；
第１及び第２複合部分とスプライス部材を外表面と圧力ブラダの間に設置するステップ；
加熱媒体をツールライナー上に方向づけして、熱を外表面全体に分布させるステップ；
ヒートシンクからの熱を転送して、マンドレル端壁からの外表面への熱注入を低減するステップ；
加熱媒体を内表面上に方向づけしている間に圧力ブラダを加圧するステップ；
第１及び第２複合部分とスプライス部材を硬化させるステップ
を含む方法。

説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態において個別に達成することができる、または下記の説明及び図面を参照することによってさらに詳細を理解することができる更に別の実施形態と組み合わせることができる。

本発明のこれらの及び他の特徴は、全体を通して同じパーツには同じ番号が割り当てられている図面を参照することによりさらに明らかとなる。

図１は複合部分を接合して連続的な構造部材を形成する装置の広範囲のブロック図である。 図２は図１に示す２つの複合部分の間のスプライスジョイントの正面図である。 図３は図２の線３−３に沿って切り取った断面図である。 図４は図２の線４−４に沿って切り取った断面図である。 図５は代替複合部分の形状を示す断面図である。 図６は代替複合部分の形状を示す断面図である。 図７は代替複合部分の形状を示す断面図である。 図８は代替複合部分の形状を示す断面図である。 図９は代替複合部分の形状を示す断面図である。 図１０は図３の「Ｂ」に指定された領域の断面図である。 図１１は複合部分の構造接着を行う方法を示す簡略化されたフロー図である。 図１２は複合部分の構造接着を行う装置に使用される制御システムを示すブロック図である。 図１３は複合部分の構造接着を行う装置の機能ブロック図である。 図１４は開位置にある接着機のブロック図である。 図１５は図１４に示す接着機の斜視図である。 図１６は閉位置にある接着機を示すブロック図である。 図１７は圧力ブラダのブロック図である。 図１８は真空バッグとスプライス部材の接着機への設置を示すブロック図である。 図１９は硬化プロセスの間に、複合部分を保持するのに使用される一対の押さえ板を示すブロック図である。 図２０はマンドレルとブラダを加熱するのに使用される加熱システムを示すブロック概略図である。 図２１は接着機のパーツを形成する制御システムの構成部品を示すブロック図である。 図２２はモジュール式の加熱／冷却システムを示す、ツールタワーの代替形態の概略図である。 図２３は図２２に示すモジュール式の加熱／冷却システムのさらなる構成部品を示すブロック図である。 図２４はマンドレルアセンブリとモジュール式の加熱／冷却システムの間の接続部を示すブロック図である。 図２５は弁が加熱モードに切り替えられている、モジュール式の加熱及び冷却システムのパーツを形成する誘導弁のブロック図である。 図２６は弁が冷却モードに切り替えられている所を示す、図２５と同様のブロック図である。 図２７はマンドレルアセンブリの構成部品を示すブロック図である。 図２８はマンドレルアセンブリのさらなる構成部品を示すブロック図である。 図２９はスパー部分を指標付けするのに有用なマンドレルの詳細を示すブロック図である。 図３０はマンドレル搬送台のブロック図である。 図３１はマンドレルアセンブリとマンドレル基部の構成部品間の関係を示すブロック図である。 図３２はブラダ及びシュラウドアセンブリのブロック図である。 図３３は取り外し可能なブラダ及びフレームを示すブロック図である。 図３４は二重圧力ブラダのブロック図である。 図３５は複合部分に圧力を印加するための圧力ブラダを示すブロック図である。 図３６は硬化中に複合部分を適所に保持するのに有用なフレームの代替形態を示すブロック図である。 図３７はツールプラットフォーム関連のポータブル圧力シュラウドカートを示すブロック図である。 図３８は引込位置にあるツールプラットフォームを示すブロック図である。 図３９は図３８と同様の図であるが、マンドレル搬送台の取り外し準備のために、ツールプラットフォームが前方位置に移動され、マンドレルアセンブリが加熱／冷却システムから接続解除されているところを示す図である。 図４０は航空機の製造及び就航方法のフロー図である。 図４１は航空機のブロック図である。 図４２は閉位置にある接着機の斜視図である。 図４３は図４２の線４３−４３に沿って切り取った接着機とスプライスジョイントの断面図であり、接着機に装着された熱伝導ツールライナーと熱伝導ブラダライナーを示す。 図４４はマンドレルの内表面に装着されたツールライナーを有するマンドレルの斜視図である。 図４５はマンドレル端壁に隣接して装着されたツールライナーとヒートシンクを示すマンドレルの平面図である。 図４６はツールライナーとヒートシンクの装着を示すマンドレルの部分断面図である。 図４７はサーマルスプレッダを装着していない、ステンレス製のテストクーポンの、経時的な温度表示である。 図４８はサーマルスプレッダが装着された、図４７のテストクーポンの経時的な温度表示であり、テストクーポンの異なる位置の実質的に均一な温度を示す。 図４９は熱伝導層（すなわち、サーマルスプレッダ）が装着されていない、インバー製のテストクーポン全体の温度勾配の表示である。 図５０はサーマルスプレッダが装着された、図４９のテストクーポン全体の温度勾配の表示であり、温度均一性の高まりを示す。 図５１は接着機を使用した複合構造部材を形成する方法のフロー図である。

ここで図面を参照し、図面は本発明の好適で多様な実施形態を示すためだけのものであり、本発明を限定するためのものではなく、図１に示すのは、例えば非限定的に、ストリンガー、スパー、及びフレーム等の連続的な構造部材１０４を形成するための、例えば複合部分１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ等の細長い複合構成部品を接合するのに使用することができる標準的な生産セル２０８である。少なくとも第１複合部分１０４ａ及び第２複合部分１０４ｂは、その間に構造接着剤を使用し端と端とを接合してスプライスジョイント１１０を形成することができる。複合部分１０４ａ〜１０４ｃは複数の整列接着アセンブリジグ１８４によって支持することができる。接着アセンブリジグ１８４は、複合部分１０４ａ〜１０４ｃを整列した形で支持することができると同時に、複合部分１０４ａ〜１０４ｃをその縦軸２６５に沿って接着ステーション２１０、２１２に各々位置する接着機１８６の中に引き入れることを可能にする。接着ステーション２１０、２１２は、スプライスジョイント１１０を接着することができる、構造部材１０４の長さに沿って位置することができる。

図２〜４を参照すると、開示の実施形態により、スプライスジョイントを使用して例えば複合部分１０４ａ及び１０４ｂ等の複数の複合部分の端と端を接合することによって構造部材を形成することができる。図３は、ある特定の構造部材１０４の上面図であり、この図では、第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂがそれぞれ互いにスプライスジョイントで接合されて「キンク」又は「Ａ」を表す角度を形成する。各複合部分１０４ａ、１０４ｂは、任意の多様な断面形状を有する硬化複合積層を含むことができる。しかしながら、後述するように、実施形態を示すために選択された複合部分１０４ａ、１０４ｂは図４に示すようにＣ形状の断面を有する。

ここで注記すべきことは、図面には特定の構造部材１０４を示すが、開示の実施形態を用いて、複合スプライスジョイントを使用して複合部分を互いに接着することによって多種多様な細長い構造部材のうちの任意の構造部材を形成することができることである。例えば、非限定的に、開示の実施形態を使用して複合部分、特に細長い部分を接合して、ほんのわずかな例を挙げると複合フロアビーム、フレーム及びストリンガーを形成することができる。さらに、構造部材１０４は非限定的に、図５に示すＺ形状、図６に示すＴ形状、図７に示すＪ形状、図８に示すハット形状、又は図９に示すＩ形状を含む多種多様な断面形状のうちの任意の断面形状を有することができる。

ここで図２及び３を参照すると、第１及び第２の隣接した複合部分１０４ａ及び１０４ｂは、図４を見て良くわかるように、複合部分１０４ａ、１０４ｂの断面に対応するおおむねＣ形状の断面を有することができる複合スプライス部材１１２を使用して、互いに接着させることができる。スプライス部材１１２は、ウェブ１１２ｃによって接続された上部及び下部フランジ１１２ａ及び１１２ｂを含むことができる。スプライス部材は図示した実施例では単一構造の部材として示しているが、スプライス部材１１２はいくつかの用途においては２つ以上の部分または部品を含むことができる。複合部分１０４ａ、１０４ｂが非常に小さい角度「Ａ」(図３)を形成するため、スプライス部材１１２は図２に示すように２つの隣接部分１１４を含むことができ、この２つの隣接部分１１４は角度「Ａ」とほぼ等しくてよい角度を形成する。図１０を見て良くわかるように、スプライス部材１１２は、隣接した複合部分１０４ａ、１０４ｂとともに、重なったスカーフ型ジョイント１１０を形成する。ここで注記すべきなのは、スカーフジョイント１１０を示したが、スプライスジョイント１１０を形成するために、非限定的にラップジョイント、ステップラップジョイント、テーブルスプライスジョイント等を含む他の種類のジョイントを用いることができることである。

ここで図１０を参照すると、複合部分１０４ａ、１０４ｂはそれぞれ例えば炭素繊維エポキシ樹脂等の繊維強化ポリマー樹脂の複数の積層体（図示せず）を含むことができ、この積層体では外縁１１７はテーパー形状又は傾斜形状を形成する層の傾斜部分（図示せず）を含む。同様に、スプライス部材１１２は複数の繊維強化ポリマー樹脂の層(図示せず)からできていてよく、それぞれが複合部分１０４ａ、１０４ｂの層と整列していてよい。スプライス部材１１２は、斜めになった又は傾斜した表面１１６を画定するほぼＶ字形の断面を有することができ、この形状は複合部分１０４ａ、１０４ｂの外側の隣接する端部の対応するテーパー縁部１１７に重なり合わせて接着し、スプライスジョイント１１０を形成することができる。前述したように、スプライスジョイント１１０を図示したが、他のスプライス構造もまた用途によっては可能であり得る。

ここで、複合部分１０４ａ〜１０４ｃ(図１)の構造接着を行う方法のステップを示す図１１に注目する。ステップ１２６において開始し、複合部分１０４ａ〜１０４ｃ(図１)を好適なツール（図示せず）上に積層することができ、その後ステップ１２８において、熱及び圧力を使用して、通常オートクレーブ（図示せず）内部で個別に硬化させることができる。次に、ステップ１３０において、接着機１８６（図１）を開いて、例えば第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂ（図１）等の２つの隣接する複合部分の端部を受け入れる準備をすることができる。

ステップ１３２において、第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂ（図１）を接着アセンブリジグ１８４（ＢＡJ）（図１）にロードして相互に位置合わせすることができる。次に、ステップ１３４において、複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部を接着機１８６の中に引き込むことができる。ステップ１２４において、スプライス部材１１２(図１)が積層されツール（図示せず）上に形成された後に、スプライス部材１１２は、ステップ１３８に示すように、スプライスジョイント１１０において複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)上で位置合わせして設置することができる。

ステップ１４０においては、真空バッグをスプライス部材１１２を含むことができる接合領域の上に設置することができ、その後ステップ１４２において、接着機１８６を閉じることができる。処理前の（硬化していない）スプライス部材１１２を次に、ステップ１４４で示す一連のステップによって、複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部に接着することができる。ステップ１４６を開始し、真空バッグに真空を引いて、スプライス部材１１２の積層体を部分的に固層化することができる。次に、ステップ１４８において、後述する圧力ブラダを加圧してスプライス部材１１２及び複合部分１０４ａ、１０４ｂをマンドレル１９４（図１３）に押し付けることによって、スプライス部材１１２の積層体をさらに固層化することができる。

加熱サイクルをステップ１５０において開始することができ、この加熱サイクルでは、複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)及びスプライス部材１１２を局所的に加熱して、未硬化のスプライス部材１１２を硬化させ、これによりスプライス部材１１２を複合部分１０４ａ、１０４ｂに接着させてスプライスジョイント１１０を形成することができる。最後に、ステップ１５２において、スプライス部材１１２（図１）を冷却することができ、その後接着機１８６をステップ１５４において開けることができる。ステップ１５６において、真空バッグを取り外すことができ、その後スプライス部材１１２を必要に応じてステップ１５８において調整することができる。この結果得られた接着されたスプライスジョイント１１０（図１）をステップ１６０において非破壊的に検査（ＮＤI）することができ、その後構造部材１０４を接着アセンブリジグ１８４から取り外すことができる。用途によっては、完成した構造部材１０４をステップ１６４において塗装し密閉することができる。ここで注目すべきなのは、ステップ１５８〜１６４を任意の所望の順番に実施することができることである。

図１１に関連して上述した方法の実施形態においては、複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)は、未硬化のスプライス部材１１２をスプライスジョイント１１０に適用することができる前に、硬化させることができる。しかしながら、他の実施形態では、未硬化のスプライス部材１１２をスプライスジョイント１１０に適用することができる前に、複合部分１０４ａ、１０４ｂの一部のみを硬化させることができると考えられる。例えば、図２に示すように、スプライス部材１１２をまたぐ複合部分１０４ａ、１０４ｂの未硬化部分１１５は、スプライス部材１１２をスプライスジョイント１１０に適用することができる時点では、未硬化の又は部分的に硬化した（「段階的な」）状態にあってよく、その一方で複合部分１０４ａ、１０４ｂ（図１）の残りの領域は硬化した状態にあってよい。代替実施形態においては、複合部分１０４ａ、１０４ｂの未硬化部分１１５を未硬化のスプライス部材１１２と同時硬化させることができる。

図１２は接着機１８６の制御システムの構成部品を広く示す図である。プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）又はパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）を含むことができるコントローラ１６６は、様々なソフトウェア・プログラム１７８を使用して、予めプログラムされた制御機能を自動的に実行することができる。オペレータ制御及び表示１８０により、オペレータがソフトウェア・プログラム１７８にアクセスし、コントローラ１６６とのインターフェースを形成することが可能になり、設定を調節する、またプロセス情報を表示することが可能になる。特定の実施形態においては、コントローラ１６６を接着アセンブリジグ１８４(図１)に連結させて、長い複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)の相互に対する位置を検出する又は制御することができる。コントローラ１６６は、接着機１８６の様々な構成部品及びシステムを制御することができ、これら構成部品には非限定的に、加熱／冷却システム１９２、１９６、ブラダ加圧装置１７４及び真空バッグ１７６を含む。接着機１８６は、後述するように温度及び圧力等の信号をコントローラ１６６に送る様々なセンサ１８２を含むことができる。

図１３は第１ツールプラットフォーム１８８及び第２圧力プラットフォーム１９０を広く含む接着機１８６の機能ブロック図である。プラットフォーム１８８、１９０は、互いに向かって、また互いから離れるように直線水平運動を行うために共通基盤２０２上のガイド２０４による滑動又は回転運動を行うために装着することができる。更に詳細に下に説明するように、プラットフォーム１８８、１９０を図１３に示す開位置から図１６及び２１に示す閉位置へ移動させることができ、閉位置においては、接着アセンブリジグ１８４で支持しながら、スプライス部材１１２と、組み立てられた複合部分１０４ａ、１０４ｂの端部を含む接合領域に局所的に熱及び圧力を加えることができる。局所的に印加された熱及び圧力により、スプライス部材１１２を複合部分１０４ａ、１０４ｂに構造的に接着させて、接着されたスプライスジョイント１１０を作製することができる。引き下げ及び固定装置２０６を使用して、プラットフォーム１８８、１９０を引き下げて、閉位置に固定することができる。図１３に示すように、ツールプラットフォーム１８８は、センサ１８２、加熱／冷却システム１９２及びマンドレル１９４を含むことができる。同様に、圧力プラットフォーム１９０は、センサ１８２、加熱／冷却システム１９６、圧力ブラダ１９８、及び真空バッグに真空を引いて圧力ブラダ１９８を加圧するためのポンプ２００を含むことができる。

ここで、接着機１８６のさらなる詳細を示す図１３〜１５に注目する。広い意味において、接着機１８６はツールタワー２３５及び圧力タワー２４５を含むことができ、これらの間に組み立てられたスプライス部材１１２と複合部分１０４ａ、１０４ｂを構造的に接着させて接着されたスプライスジョイント１１０を形成することができる。ツールタワー２３５は、任意の好適な手段による基盤２０２上の直線水平運動のために装着されたツールプラットフォーム１８８を含むことができる。図示した実施例では、プラットフォーム１８８は行路２２０によって誘導可能な脚部２０４を含むことができる。接着機１８６はマンドレル１９４を含むことができるツール１２８を含むことができる。

図１４及び４３〜４６を手短に参照すると、一実施形態における一側面が中空であってよいマンドレル１９４が示されている。マンドレル１９４は、相互に間隔をおいて配置され、また内表面及び外表面１３４ａ、１３４ｂ（図４５）を有する一対の端壁１３４によって境界される頂壁１３０と一対の側壁１３２を含むことができる。マンドレル１９４は一又は複数の側壁１３２及び/又は端壁１３４の間に延在可能な一又は複数のスティフナー１３６を含むことができる。マンドレル１９４は、圧力ブラダ１９８によって発生した加圧荷重下でマンドレル１９４の形状を維持するのに好適な任意の材料でできていてよい。例えば、マンドレル１９４は金属材料、又は非金属材料でできていてよい。

これに関連して、マンドレル１９４は、複合材料の熱膨張係数と同程度であり得るインバーの有利に低い熱膨張係数を理由に、インバーでできていてもよい。しかしながら、マンドレル１９４は非限定的に鋼鉄、合金鋼、及び複合材料を含む任意の好適な材料でできていてよい。マンドレル１９４はさらに、例えば非限定的にマンドレル１９４の内表面１３０ａ、１３２ａ、１３４ａ等の、接着機１８６の任意の位置に装着することができる一又は複数のツールライナー１３８及び/又はヒートシンク１４４を含むことができる。ヒートシンクは、マンドレルの一部への及び/又は複合部分への熱注入を増加させるために、加熱媒体から熱を引きこむことによって、マンドレルの領域への熱注入を増加させるように構成することができる。ヒートシンクは、ヒートシンクを介して冷却媒体（図示せず）を循環させて熱をヒートシンクから引き込むことによってマンドレルの領域への熱注入を低減するように構成することができる。当然ながら、ヒートシンクを任意の場所に取り付けて、マンドレル及び/又は複合部分に沿って均一な分布を促進することができる。このように、第１及び第２複合部分とスプライス部材は、さらに詳細に後述し、図４２〜５１に示すように、これらを硬化させる間に均一に加熱することができる。

図１３〜１５を参照すると、ツール１２８及びマンドレル１９４はマンドレル基部２１５に装着させることができ、その次にプラテン板２１４に固定することができる。プラテン板２１４は、ツールプラットフォーム１８８上に支持することができる。マンドレル基部２１５は、マンドレル１９４を簡単に取り外す及び/又は交換することができるように、一連の固定レバー２２５を用いてプラテン板２１４から開放可能であってよい。

図１４を参照すると、圧力タワー２４５は行路２２０に係合する脚部も有することができる圧力プラットフォーム１９０を含むことができる。空気注入式圧力ブラダ１９８は、ブラダシュラウド２２４に固定可能な半鋼体ブラダフレーム１９９の中に保持することができる。シュラウド２２４は次に、圧力プラットフォーム１９０に装着されたプラテン板２２２に固定することができる。マンドレル１９４と、圧力ブラダ１９８を囲む領域を加熱し冷却するために、加熱／冷却システム１９２、１９６を移動しているプラットフォーム１８８、１９０にそれぞれ装着することができる。外カバー２２６、２２８を用いて、ツールタワー２３５及び圧力タワー２４５の構成部品をそれぞれ保護するように囲むことができる。電気モータ又は他の形態のモータ（図示せず）を使用して、プラットフォーム１８８、１９０に電力供給をして、図１３及び１４に示す開位置、部分ロード／アンロード位置の間の行路２２０に沿って、図１６に示す閉位置、部分硬化位置まで移動させることができる。プラットフォーム１８８、１９０を最終的な閉位置に引きこむために、引張棒２２１(図１４)をタワー２３５、２４５の間に接続することができる。固定アーム２１８を使用して、プラットフォーム１８８、１９０を共にこれらの閉位置に固定することができる。

図１６〜１７を重点的に参照すると、圧力ブラダ１９８はマンドレル１９４の形状と同様のほぼＣ字形であってよい断面を有することができる。ブラダ１９８は例えば非限定的に、シリコンゴム等を含む、特定の用途向けの温度及び圧力に耐えることができる任意の好適な材料でできていてよい。流体フィッティング２３２により、気体又は液体等の加圧流体がブラダ１９８に進入し又ブラダ１９８から出ていくことを可能にすることができる。図１６〜１７、及び４３を手短に参照すると、加熱要素１６２を有するブラダライナー１６０を、複合スプライスジョイント１１０とは反対の圧力ブラダ１９８の側面に、圧力ブラダ１９８と熱的に接触するように取り付けることができる。加熱要素１６２によりブラダライナー１６０を加熱することができ、これにより次に、圧力ブラダ１９８を伝導的に加熱して、後にさらに詳細に説明し、図４２〜５１で示すように、均一にスプライスジョイント１１０を加熱することができる。

ここで、接着作業の準備において、接着機１８６(図１４)の準備及び閉鎖ステップを示す図１８に注目する。スプライス部材１１２をまず、ジョイント１１０の上の前述した接着アセンブリジグ１８４（図１）で保持することができる複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)の間に当てることができる。次に、接着機１８６（図１４）がまだ開いている間に、真空バッグ２３４をスプライス部材１１２の上に当てることができる。スプライス部材１１２及び真空バッグ２３４はいずれも、ジョイント１１０の各側面の積層体（図示せず）を含むことができる複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)の全層にわたって延在することができる。スプライス部材１１２及び真空バッグ２３４が取り付けられたら、プラットフォーム１８８、１９０を互いに向かって移動させることにより接着機１８６を閉じることができる。前述したように、固定アーム２１８（図１５）を回転させて、圧力ブラダシュラウド２２４に対するマンドレル１９４の位置を固定することができるまで、プラットフォーム１８８、１９０を共に引っ張る必要がある場合に、引張棒２２１（図１４）を用いることができる。

ここで図１９を参照すると、複合部分１０４ａ、１０４ｂを局所的に加熱することができる硬化プロセス中に、複合部分１０４ａ、１０４ｂをこれらの長手軸２６５に沿って移動させることができる。最終的な組立要件を満たすために、スプライスジョイント１１０をまたぎ、複合部分１０４ａ、１０４ｂの隣接する端部を共に固定する、一対の押さえ板２３６を使用して複合部分１０４ａ、１０４ｂを保持することにより、この動きを実質的に減らすことができる。押さえ板２３６は、複合部分１０４ａ、１０４ｂの上部及び下部の摩耗する余分な縁部分（図示せず）に固定して、スプライスジョイント１１０を覆い、複合部分１０４ａ、１０４ｂを固く結合させることができる。あるいは、複合部分の各部分は積層マンドレル（図示せず）の位置に固定して、硬化プロセスの間に複合部分がその長手軸に沿って移動するのを防止することができる。

ここで、スプライス部材１１２を硬化し、硬化後にスプライス部材１１２を冷却するのに十分な温度に到達するまで、スプライスジョイント１１０の領域を加熱するように構成することができる加熱／冷却システム１９２、１９６（図１４）のさらなる詳細を示す図２０に注目する。ツールタワー２３５の側面では、加熱要素２１６により媒体を加熱することができ、この媒体は供給ダクト２３８を介してマニホルド２４０まで送ることができ、マニホルド２４０により分配ダクト２４２まで加熱媒体を送ることができる。分配ダクト２４２により、加熱媒体をノズル２４４へ供給することができ、このノズル２４４により、加熱媒体を、一側面が中空であってよいマンドレル１９４の内表面上に方向づけすることができる。本明細書で使用されるように、「媒体」及び「加熱媒体」は、非限定的に空気及び他の気体だけでなくオイルを含む流体を含む様々な流動性を有する媒体を含むものである。例えば非限定的に、誘導加熱等の他の形態の加熱方法もまた可能であり得る。

圧力タワー２４５の側面では、加熱要素２３０により媒体１５２（図２３）を加熱することができ、この媒体１５２は供給ダクト２４６を介してマニホルド２４８まで送ることができ、マニホルド２４８により加熱媒体１５２（図２３）を分配ダクト２５０へ送ることができる。分配ダクト２５０により、加熱媒体１５２（図２３）をノズル２５２へ送ることができ、ノズル２５２により媒体を圧力ブラダ１９８周囲の領域と、スプライス部材１１２の型ラインの外へ方向づけすることができる。

図２１は加熱／冷却システム１９２、１９６だけでなく、例えば真空バッグ制御装置２７４及びブラダ圧力制御装置２８２等の他のシステムのさらなる構成部品を示す。周囲媒体（図示せず）を加熱要素２１６を介して引込み、マニホルド２４０によってノズル２４４に分配して、マンドレル１９４を加熱することができる。加熱要素２１６は、真空バッグ圧力センサ２９５、マンドレル加熱媒体温度センサ２７７、マンドレル経過温度センサ２６２、及びマンドレル制御温度２６４から受信したデータに部分的に基づいて、加熱制御装置２７２によって制御可能である。真空バッグ２３４（図１８）内部の真空圧は、真空バッグ制御装置２７４によって制御可能である。

圧力タワー２４５の側面では、周囲媒体を加熱要素２３０を介して高温媒体マニホルド２４８に引き込むことができ、高温媒体マニホルド２４８により加熱媒体をノズル２４４に分配することができる。圧力ブラダ１９８に印加された圧力は、圧力データを加熱制御装置２７６へ供給することができる圧力センサ２９７を含むことができる圧力制御装置２８２によって制御可能である。ヒータ２３０を通って流れる媒体は、圧力制御温度センサ２６６及び圧力加熱温度センサ３０１によって取得したデータに基づいて、制御装置２７６によってさらに制御することが可能である。

ここで、ツールタワー２３５の代替実施形態を示す図２２に注目する。図示した実施例では、内蔵型のモジュール式加熱／冷却システム２８４は、移動プラットフォーム２８８上のレール（図示せず）によって支持することができる。プラットフォーム２８８はポータブル基盤２９０上で直線的にずらすことが可能であってよい。マンドレル１９４は、マンドレル搬送台２８６に取り外し可能に支持されることができるマンドレル基部３４２に固定することができる。マンドレル搬送台２８６はプラットフォーム２８８の上部に位置する支持部３５７に取り外し可能に装着することができる。したがって、マンドレル搬送台２８６はプラットフォーム２８８から簡単に取り外すことができ、マンドレル１９４及びマンドレル基部３４２は、マンドレル搬送台２８６から取り外すことができる。加熱／冷却システム２８４は、後にさらに詳しく説明するように、開放可能な接続部３２７によってマンドレル１９４に開放可能に係合することができる媒体供給及び復路ダクト３１８(図２３)を含むことができる。

加熱／冷却システム２８４のさらなる詳細を図２２〜２５に示す。ブロワ駆動モータ３２５により、ブロワ２９４を駆動させることができ、ブロワ２９４により媒体が加熱要素３１６を通って移動し、その後ダクト２９６を通って一対の高温媒体供給ダクト３１４、４１６まで移動することが可能になる。高温媒体供給ダクト３１４、３１６はそれぞれ、マンドレル基部３４２の後部を通る流入接続部３２６、３２８（図２８）に係合することができる。流入接続部３２６、３２８を通して供給された加熱媒体１５２は、ノズルプレナムアセンブリ３００（図２４）に送ることができる。ノズルプレナムアセンブリ３００から戻ってきた媒体１５４は、ノズルプレナムアセンブリ３００の戻り媒体流入接続部３３０を通ることができ、復路ダクト３１８を介して誘導弁３２２に送ることができる。

図２４はノズルプレナムアセンブリ３００のさらなる詳細を示す。ノズルプレナムアセンブリ３００はマンドレル１９４の後部に固定することができる。ノズルプレナムアセンブリ３００は箱型の孔あきノズル３３８を付着させることができるプレナムフレーム３３４を含むことができる。孔あきノズル３３８は、マンドレル１９４の部分仕切り壁１９４ａ又は側壁、端壁及びスティフナー１３６によって画定することができるツール１２８の区画又は区域まで延在することができる。各ノズル３３８は、ファスナー（図示せず）でプレナムフレーム３３４に固定することができる。媒体流入接続部３２６、３２８は、プレナムフレーム３３４に固定することができる板３３１に固定可能である。戻り媒体接続部３３０は、開口部（図示せず）を含むことができる板３３６に装着することができ、この開口部を通って接続部３２６、３２８が延在可能である。流入接続部３２６、３２８に進入してくる加熱媒体１５２はノズル３３８を通って流れることができ、ノズル３３８により、後にさらに詳しく説明し図４２〜５１に示すように、ツールライナー１３８の加熱を介して、マンドレル１９４の頂壁１３０、側壁１３２及び端壁１３４の内表面１３０ａ、１３２ａ、１３４ａまで加熱媒体１５２を送ることができる。図２４では、戻り媒体１５４は接続部３３０及び３２７を通って、誘導弁３２２（図２３）に戻ることができる。

図２５〜２６を参照すると、誘導弁３２２はアーム３７４及び３７６によってそれぞれ制御される一対のヒンジ式弁部材３７８、３８０を含むことができる。冷却媒体流入口３７２を選択的に開いて、冷却媒体が弁３２２に流れることを可能にすることができる。図２６に示す状況においては、弁３８０を閉じて弁３７８を開くことができ、戻り媒体１５４が流入口３２４を通って入り、媒体流出口３７０を通って流出することが可能になり、これにより加熱サイクル中の再循環が可能になる。弁部材３８０により、加熱サイクル中に冷却媒体流入口３７２を閉鎖することができる。

図２６は、冷却サイクル中に冷却媒体をマンドレル１９４に送ることができる時の誘導弁３２２の状態を示す。弁３７８は第２閉位置に移動させることができ、この弁により、流入口３２４から受け入れた戻り媒体を媒体排出口３７５を通して迂回させて出すことができる。弁部材３８０は開位置にも移動されており、これにより、冷却媒体が媒体流入口３７２を通って進入し、媒体流出口３７０を通ってマンドレル１９４まで送られることが可能になる。

ここで、マンドレル１９４と、マンドレル搬送台２８６へのマンドレル基部３４２の装着を示す図２６〜３０に注目する。マンドレル搬送台２８６のピン３５１（図３０）を、マンドレル基部３４２に固定されたブラケット３４６に固定されたソケット３４８（図２７及び２８）内部に受け入れることができる。マンドレル基部３４２の後ろ側の位置制限ピン３６３により、マンドレル基部３４２とマンドレル搬送台２８６との間の第３接点が得られる。位置決めピン３６３はマンドレル搬送台２８６の停止部３６７（図３０）と係合可能である。ソケット３４８とピン３５１の間に形成されたボールジョイント接続部により、マンドレル１９４とマンドレル基部３４２が図３０に示すように、Ｙ軸及びＺ軸に沿って膨張することが可能になると同時に、制限ピン３６３によりＸ軸に沿った膨張を阻止することが可能になる。マンドレル基部３４２は、たわみを最小化して、マンドレル１９４を介した圧力ブラダの加圧に反発するように構成することができる。図２９に示すように、マンドレル１９４は、各々固定ピン３５０が付いているエンドブラケット３５２を含むことができる。固定ピン３５０は複合部分１０４ａ、１０４ｂの開口部（図示せず）内部に受け入れることにより、接着プロセス中に複合部分１０４ａ、１０４ｂを位置合わせされた状態に維持することができる。

図３１を参照すると、マンドレル１９４はファスナー（図示せず）を使用してマンドレル基部３４２に固定することができる。断熱材３５８を、相隔たった熱障壁３６４とともに、マンドレル１９４及びマンドレル基部３４２の間に挟むことにより、マンドレル１９４をマンドレル基部３４２と絶縁させて熱をマンドレル１９４内部に保つことができる。

図３２は硬化プロセス中に、スプライスジョイント１１０（図１０）の領域に熱を保つのを助ける機能を持つことができるブラダ１９８を囲む断熱材３６６の使用を示す。この実施形態では、スプライス部材１１２（図１０）の硬化に必要な熱は、図２３と関連させて前述した加熱システム２８４を使用して、ツール側（図１５のツールタワー２３５）からのみ加えることができる。ある用途では、後にさらに詳しく説明するように、圧力ブラダ１９８と周囲の断熱材３６６との間のブラダライナー１６０に加熱要素１６２を配置することが必要である、又は望ましいことであり得る。

ここで図３３を参照すると、圧力タワー２４５の位置に取り外し可能に、又は取り外せないように固定することができるブラダアセンブリ３８２が示されている。ブラダアセンブリ３８２は、空気注入式の圧力ブラダ１９８を含むことができる。加熱要素１６２は、ブラダ１９８と熱的に接触することができるブラダライナー１６０に装着することができる。圧力ブラダ１９８の縁部は、半柔軟性材料でできていてよい半柔軟性フレーム１９９に固定可能である。ブラダフレーム１９９は、フレーム１９９をスナップ式に保持できる一連のリテーナ３８６によってブラダシュラウド２２４に開放可能に保持することができ、これによりブラダアセンブリ３８２を簡単に取り外す及び/又は交換することができる。

圧力ブラダ１９８は単一のブラダであってよい、又は図３３及び３４に示すようなタイプの二重冗長ブラダを含むことができる。ブラダフレームリテーナ３８６はブラダシュラウド２２４に固定することができ、実質的に円形の断面を有することができる。ブラダフレーム１９９は、例えば強化シリコン等の半剛体の材料でできていてよく、円形の溝（図示せず）を含むことができ、この溝の周辺に沿ってスナップ式にリテーナ３８６を受け入れる。圧力ブラダ１９８に万が一漏れが発生した場合の予備のために、第２の空気注入式内側ブラダ３９８を第１の外側圧力ブラダ１９８の内側に位置づけすることができる。図３５は、接着機１８６のツール側にのみ加熱が行われ得るマンドレル１９４を通して発生し得る熱を保持するための断熱材３６６の使用を示す。上述したように、加熱要素１６２をブラダ１９８と熱的に接触可能なブラダライナー１６０に装着することができる。

ここで、図１９に関連して前述した押さえ板２３６を使用する必要をなくすことができるブラダフレーム１９９の代替実施形態を示す図３６に注目する。圧力ブラダ１９８は、断熱材３６６に沿ってシュラウド２２４に支持されるブラダフレーム１９９に取り付けることができる。圧力ブラダ１９８は、圧力ブラダ１９８とマンドレル１９４の間に挟むことができる複合部分１０４ａに重みをかけることが可能である。フレーム１９９は、複合部分１０４ａと重なり、複合部分１０４に重みをかける部分３９４を含むことができる剛性フランジ３５５を有することができる。フランジ３５５は、バッグ処理を補助することができ、複合部分１０４ａに十分な力をかけて、複合部分１０４ａを動かないように押さえることにより、押さえ板２３６の必要をなくすことができる。

ここで、マンドレル１９４に対してシュラウド２２４を位置づけするための、シュラウドカート３８８の使用を示す図３７に注目する。シュラウドカート３８８は作業場に手動で位置づけすることができる。作業する高さにまで持ち上げた後に、シュラウドカート３８８はマンドレル１９４に向かって移動させることができる。カート３８８は、ローラ（図示せず）に装着されたポータブル基盤３９０と、アクチュエータピストン３９１によって駆動されるリフト機構３８８を含むことができる。リフト機構３８８を使用してシュラウド２２４を所望の高さにまで持ち上げることができ、一方でポータブル基盤３９０を使用して接着作業の準備をするために図３７に示す位置までシュラウド２２４を動かすことができる。リフト機構３８８は、複合部分又はマンドレル１９４に荷重かけずに、シュラウドの位置を微細に調節することができるように適合させることができる。シュラウド２２４とプラットフォーム２８８にデバイス３９２ａ、３９２ｂを設置することにより、シュラウド２２４が閉位置に移動した時に、シュラウド２２４とマンドレル１９４を互いに位置合わせされた状態に置くことができる。

図３８及び３９は、マンドレル１９４のモジュール性と加熱システム２８４を示す図である。図３８に示すように、プラットフォーム２８８は引込位置にあってよく、マンドレル１９４は加熱システム２８４と係合することができる。マンドレル１９４を取り外す及び/又は交換するために、プラットフォーム２８８を図３９に示すように、基盤２９０の前方位置まで移動させることができる。その次に、加熱システム２８４を開放可能な接続部３２７を使用してマンドレル１９４から接続解除することができる。

本発明の実施形態は、様々な可能性のある用途、特に例えば航空宇宙、海洋、及び自動車用途を含む運送業において使用することができる。したがって、ここで図４０及び４１を参照すると、本発明の実施形態は図４０に示すような航空機の製造及び就航方法４００及び図４１に示すような航空機４０２において、使用可能である。試作段階においては、例示の方法４００は航空機４０２の仕様及び設計４０４と、材料調達４０６を含むことができる。製造段階においては、航空機４０２の部品及びサブアセンブリの製造４０８と、システム統合４１０がおこなわれる。そのあとに、航空機４０２は、認可及び納品４１２を経て就航４１４される。顧客によって就航されている間、航空機２１２には所定の整備及び保守４１６（変更、再構成、改装も含むことができる）が予定される。

本方法４００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客等）によって行う又は実施することができる。この説明のために、システムインテグレータは限定しないが、任意の数の航空機メーカー、及び主要システムの下請け業者を含むことができ；第三者は限定しないが、任意の数の供給メーカー、下請け業者、及びサプライヤを含むことができ；オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってよい。

図４１に示すように、例示の方法４００で製造された航空機４０２は、複数のシステム４２０と内装４２２を有する機体４１８を備えることができる。高レベルシステム４２０の例は、一又は複数の推進システム４２４、電気システム４２６、油圧システム４２８、及び環境システム４３０が挙げられる。任意の数の他のシステムを含むことができる。航空宇宙での実施例を示したが、本発明の原理は例えば海洋及び自動車産業等の他の産業分野に応用することが可能である。

本明細書に具現化されたシステム及び方法は、製造及び就航方法４００の任意の一又は複数の段階において採用することができる。例えば、製造プロセス４０８に対応する部品又はサブアセンブリは、航空機４０２が就航している間に製造される部品又はサブアセンブリと同じ方法で加工又は製造することができる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、例えば、航空機４０２を実質的に組立てしやすくする、又は航空機４０２にかかる費用を削減することによって、製造段階４０８及び４１０において用いることが可能である。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機４０２が就航している間に、例えば限定しないが、整備及び保守４１６に用いることができる。

図４２〜４６を参照すると、マンドレル１９４を均一な温度に加熱しやすくするために、接着機１８６に設置された一又は複数の熱伝導ツールライナー１３８を有する接着機１８６の一実施形態が示されている。マンドレル１９４を均一な温度に加熱することによって、複合部分１０４ａ、１０４ｂとスプライス部材１１２を含むスプライスジョイント１１０も同様に、スプライスジョイント１１０の領域全体を均一な温度で硬化させることができる。図４２で良く分かるように、圧力タワー２４５及びツールタワー２３５が閉位置にあり、複合部分１０４ａ、１０４ｂが接着機１８６の外側に延在している接着機１８６が示されている。

図４３〜４４を参照すると、加熱ツールアセンブリ１５０のマンドレル１９４が示されている。マンドレル１９４は、マンドレル１９４の内表面に装着されたツールライナー１３８を含むことができる。図４４に示すように、マンドレル１９４はおおよそ中空であってよく、側壁１３２を接合しており、一対の端壁１３４（図４４）で境界される頂壁１３０を含むことができる。上述したように、マンドレル１９４はインバーの有利に低い熱膨張係数を理由に、インバー等の任意の好適な材料でできていてよい。図４４に示すように、マンドレル１９４は、マンドレル１９４を均一に加熱するために、ツールライナー１３８に方向づけされた加熱媒体１５２（図２３）（例：空気）がツールライナー１３８全体に均一に分配されるように、マンドレル１９４の内表面１３０ａ、１３２ａ、１３４ａに装着することができる一又は複数のツールライナー１３８を含むことができる。ツールライナー１３８は、マンドレル１９４の、複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図４２)とスプライス部材１１２（図４２）と熱的に接触している部分に適用することができる。例えば、図４３に示すように、ツールライナー１３８は、外表面１３０ｂ、１３２ｂが複合部分１０４ａ、１０４ｂ（図４２）及びスプライス部材１１２（図４２）と直接接触している領域において、マンドレル１９４の頂壁１３０及び側壁１３２の一又は複数の内表面１３０ａ、１３２ａに適用することができる。ツールライナー１３８は、マンドレル１９４の端壁１３４に沿って、又はマンドレル１９４の他のいかなる場所にも任意に取り付けることが可能である。

ツールライナー１３８は、複合部分とスプライス部材と接触しているマンドレル１９４の外表面１３０ｂ、１３２ｂの直線形状に沿って実質的に均一な温度が得やすいように、比較的高い熱伝導率を有する材料でできていることが好ましい。ツールライナー１３８は、例えば非限定的に、比較的高い熱伝導率を有する銅及び/又はアルミ板又は他の任意の材料でできていてよい。ある実施形態では、熱伝導率は８５℃での測定において約２００〜６００Ｗ／ｍＫの範囲内である。

ツールライナーは任意の好適な厚さ又は約１．０インチまでの、またそれ以上の範囲の厚さを備えることができる。例えばツールライナーは、約１．０インチのマンドレルの頂壁又は側壁に装着するために、０．２５インチの厚さを備えることができる。好ましい厚さは、一つにはマンドレルの形状又は厚さによって決定することができる。ある実施形態では、マンドレルの全てを含めた熱質量を最小限に抑えて、マンドレル全体の温度プロフィールの均一性を高めることができることが好ましい。ツールライナーは、好ましくはツールライナーとマンドレルの内表面との間の熱接触が比較的強まるような任意の方法で、マンドレルの内表面に装着することができる。

例えば、図４４〜４６を参照すると、ツールライナー１３８は、例えばメカニカルファスナー１４２を使用する等によって、マンドレル１９４に機械的に固定することができる。図４６を見て良く分かるように、メカニカルファスナー１４２はマンドレル１９４に直接装着されて、ツールライナー１３８をマンドレル１９４に固定するネジ式スタッドを含むことができる。メカニカルファスナー１４２は、任意の好適な間隔又は例えば図４３〜４５に示すパターン等のパターンに配置することができる。しかしながら、ツールライナー１３８を装着するためのメカニカルファスナー１４２は、任意の好適なパターンに配置された多様な異なるファスナー構造のうちのいずれか一つを含むことができる。さらに、非限定的に、プレス嵌合、接着、溶接、ろう接、フレーム溶射等を含む代替手段によって、及び/又は他の任意の好適な機構又は機構の組み合わせによって、ツールライナー１３８をマンドレル１９４に装着することができる。

図４５〜４６を参照すると、ツールライナー１３８は任意ではあるが、マンドレル１９４全体に熱が妨げなく広がりやすくなるように、内表面１３０ａ、１３２ａ全体に延在する単一の連続的な長さを持つものとして設けられることが好ましくあり得る。ツールライナー１３８と、マンドレル１９４の内表面１３０ａ、１３２ａ、１３４ａの間の熱接触を強めるために、例えばサーマル・ペースト等の熱伝導膜１４０（図４６）をツールライナー１３８と、頂壁１３０及び側壁１３２の内表面１３０ａ、１３２ａの間に設置することができる。サーマル・ペーストは、頂壁１３０及び側壁１３２の内表面１３０ａ、１３２ａとツールライナー１３８の間の熱の転送を促進し、ツールライナー１３８を頂壁１３０及び側壁１３２の内表面１３０ａ、１３２ａに又はツールライナー１３８がマンドレル１９４に装着される他の任意の場所に接着する接着性能を付与することができる。

図４４〜４５を参照すると、マンドレル１９４は、マンドレル１９４の一又は複数の内表面１３０ａ、１３２ａに沿って延在する一又は複数のスティフナー１３６を含むことができる。例えば、スティフナー１３６はマンドレル１９４の側壁１３２及び/又は端壁１３４の間に位置することができる。上記スティフナー１３６は、マンドレル１９４の区画又は区域３３９を形成する部分仕切り壁１９４ａとして機能することができる。例えば、図４５は、マンドレル１９４の頂壁１３０の内表面１３０ａに沿って縦方向及び横方向に延びた一対のスティフナー１３６で形成される４つの区域３３９の各区域に取り付けられるツールライナー１３８を示す。ツールライナー１３８は、例えば図４６に示すように、マンドレル１９４にツールライナー１３８を機械的に固定する等で、一又は複数の区域３３９内に取り付けることができる。熱伝導膜１４０を内表面１３０ａ、１３２ａとツールライナー１３８の間に設置して、マンドレル１９４への熱転送を改善することができる。

ツールタワー２３５（図２２）の加熱システム２８４(図２２)により、上述したようにツールライナー１３８への加熱媒体１５２（図３２）の送達が促進される。加熱媒体(図３２)は、例えば空気等の加熱気体を含むことができ、図２０〜２１に示すようにヒータによって生成することができる。図２３に示すように、一又は複数のノズル（図２１）を介して加熱媒体１５２をマンドレル１９４へ及びツールライナー１３８へ送るために、ブロワ２９４を加熱システム２８４に含むことができる。上述したように、ノズル（図２１）を区域３３９まで延ばして、加熱媒体を各区域のツールライナー１３８に方向づけすることができる。

図４４を簡単に参照すると、ツールライナーは端壁１３４に装着されているように示されているが、ツールライナー１３８を端壁１３４から除いて、複合構成部品１０４ａ、１０４ｂ(図４２)の局所領域の外表面の過熱につながる端壁の過剰な加熱を防止することができる。さらにこれに関しては、一又は複数のヒートシンク１４４をマンドレル１９４の端壁１３４に隣接して装着し、頂壁１３０及び側壁１３２に熱を引きこむことができる。ヒートシンク１４４は端壁１３４の近くに又は熱注入を減らす又は増やすことが望ましい他の任意の領域に位置していてよい。ヒートシンク１４４は、マンドレル１９４に熱を転送するために表面領域を増やすために、例えばピンフィン１４８等の機構を含むことができる。あるいは、ヒートシンク１４４はまた、マンドレル１９４の冷却が所望される場所に設置することができる。例えば、ヒートシンク１４４は、マンドレル１９４の特定の部分において、マンドレル１９４の熱質量の増加による過熱にさらされる可能性のあるマンドレル１９４の領域に設置することができる。図４６に示すように、ヒートシンク１４４により、マンドレル１９４の頂壁１３０が端壁１３４と交差するところにおける過剰な加熱を防止することができる。上記の過剰な加熱により、マンドレル１９４全体の実質的に均一な温度プロフィールの達成が妨げられ得る。

上述したように、ヒートシンク１４４をマンドレル１９４の任意の場所に設置することができる。例えば、ヒートシンク１４４は、図４４を見ると良く分かるように、頂壁１３０の幅に沿って、また側壁１３２の長さに沿って延在するように配置することができる。ヒートシンク１４４は任意の寸法（すなわち、幅及び高さ）と形状を備えていてよく、マンドレル１９４の形状（例：厚さ）、また例えば複合部分１０４ａ、１０４ｂ（図４２）の硬化温度等の他の要因を考慮して構成することができる。図４６に示す実施形態では、ヒートシンク１４４は、例えば機械的な連結によって、及び/又は接着によって、又は他の任意の好適な手段によって等で、内表面１３０ａ、１３２ａに装着されたヒートシンク基部１４６を含むことができる。熱の転送を良くするために、熱伝導膜１４０をヒートシンク基部１４６と、頂壁１３０及び/又は側壁１３２の内表面の間に含むことができる。ヒートシンク１４４は、一実施形態では、熱を局所環境に転送するために、ヒートシンク基部１４６から外側に延在するピンフィン１４８を含むことができる。

図４３はさらに、マンドレル１９４に対向する圧力ブラダ１９８の側面に任意に装着することができるブラダライナー１６０を示す。上述したように、断熱材３６６（図３２）を圧力ブラダ１９８に装着して、熱をマンドレル１９４内部に維持することができる。ブラダライナー１６０はブラダフレーム１９９(図１７)に機械的に固定する、及び/又は接着することができる。ブラダライナー１６０は、断熱材３６６と圧力ブラダ１９８の間に任意に設置することができ、圧力ブラダ１９８に熱を分配するためにブラダライナー１６０に装着される加熱要素１６２を含むことができる。

図４７〜４８を参照すると、テストクーポン４８にサーマルスプレッダを装着したことによる温度プロフィールの変化を評価するためにテストしたステンレス製のテストクーポン４８の、温度４０対時間４２の表示が示されている。サーモカップルＴＣ１〜ＴＣ７、５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２をテストクーポン４８の異なる場所に装着した。一つのサーモカップルＴＣ８、６４は参照のためにテストクーポン４８以外の場所に装着した。テストクーポン４８の中間点の位置に熱を印加して、図４７に示すテスト結果を得た。図４８では、伝導板４６又は０．２５インチの厚さの銅から加工されたサーマルスプレッダがテストクーポン４８に固定された。伝導板４６の中間点の位置に熱を印加して、図４８に示すテスト結果を得た。この際、定常温度を達成するために、図４７、４８に示す各テストケースに対して、４時間にわたって一定の割合で単位表面積当たり２００ワットの熱を加えた。

図４７を見て分かるように、ＴＣ２〜ＴＣ７、５２、５４、５６、５８、６０、６２のどのサーモカップルも、テストクーポン４８の中央のサーモカップルＴＣ１、５０によって測定された定常温度４５０°Ｆとの違いが５０°Ｆ未満である定常温度に達成しなかった。サーモカップルＴＣ６及びＴＣ７、６０、６２は、中央のサーモカップルＴＣ１、５０から一番遠くに位置しており、中央のサーモカップルＴＣ１、５０によって測定された温度に対して、１５０°Ｆ超上回る定常温度が測定された。しかしながら、図４８を参照すると、銅製の伝導板４６を追加することによって、サーモカップルＴＣ１〜ＴＣ７、５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２の全ての測定された温度が、中央のサーモカップルＴＣ１、５０によって測定された温度の約３０°Ｆ以内の結果となった。図４８の表示に示すように、伝導板４６の追加によって、温度の均一性が大幅に改善された。同様に、ツールライナー１３８（図４２）を図４２〜４６に示すようにマンドレル１９４に追加することによって、結果的にマンドレル１９４（図４２）の温度分布が実質的に均一になった。

図４９〜５０を参照すると、インバー製のテストクーポン９６全体のいくつかの位置９２において測定された温度９０勾配の表示の図が示されている。図４９は、サーマルスプレッダ９８（すなわち、伝導板）をインバー製のテストクーポン９６に追加していない、テストクーポン９６の温度プロフィールを示す。図５０は、サーマルスプレッダ９８が追加されているテストクーポン９６の温度プロフィールを示す。図４９及び５０に示す各表示におけるインバー製のテストクーポン９６は、長さが１２インチ、幅が４インチ、そして厚さが１インチである。サーマルスプレッダ９８は、８インチの長さ、４インチの幅及び０．５インチの厚さを有する銅板から加工されたものである。テストクーポン９６は、サーマルスプレッダ９８の８インチの長さ全体に、熱伝導接着剤又は膜でサーマルスプレッダ９８に装着されている。サーマルカップルＴＣ１０〜ＴＣ２０、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０は、サーマルスプレッダ９８に対向するテストクーポン９６の側面に、その長さに沿って１インチの間隔を置いて装着された。約３５０°Ｆの定常温度に達成するために、単位表面積当たり２００ワットの一定の加熱電力を４時間にわたってテストクーポン９６に印加した。

図４９を見て分かるように、サーマルスプレッダ９８を装着していないテストクーポン９６については、テストクーポン９６の長さ全体の温度プロフィールが約１５５°Ｆ変化し、テストクーポン９６の中央の長さ６インチ全体の温度プロフィールが約１０４°Ｆ変化した。例えば、中央のサーモカップルＴＣ１０、７０の測定温度は、中央のサーモカップルＴＣ１０、７０から一番遠くに位置するサーモカップルＴＣ２０ ８８において測定された温度約２６２°Ｆに比べて、約４１７°Ｆであった。その一方で、図５０はサーマルスプレッダ９８が装着されたテストクーポン９６の温度プロフィールを示す。良く分かるように、図５０では、テストクーポン９６の１２インチの長さ全体の測定温度の変化が約５４°Ｆ未満であり、テストクーポン９６の中央の長さ６インチ全体の測定温度の変化は約１６°Ｆ未満であることが示されている。図４９及び５０の温度プロフィールの比較によって示されるように、サーマルスプレッダ９８を追加すると、結果的に温度の均一性が大幅に改善される。

図５１を参照すると、図１に示す複合部分１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを接合させて形成された構造部材１０４の形成方法が示されている。図５１においては、ステップ４５０は、図１について上述したように、ステップ４５２において第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)及びスプライス部材（図１）を形成することを含む。図４５〜４６に示すように、ステップ４５４は、上部及び下部の壁１３０、１３２及び少なくとも一つの端壁１３４の内表面及び外表面１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂ（図４５〜４６）を有するマンドレル１９４（図４５）を準備することを含む。ステップ４５６は、図４５に示すように、マンドレル１９４の頂壁１３０及び側壁１３２（図４５）の一又は複数の内表面１３０ａ、１３２ａ（図４５）にツールライナー１３８（図４５）を装着することを含む。図４３に示すように、外表面１３０ｂ、１３２ｂは複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)とスプライス部材１１２（図１）と直接接触していてよい。

図５１をさらに参照すると、ステップ４５８は、熱伝導膜１４０(図４６)をツールライナー１３８（図４６）と内表面１３０ａ（図４６）の間に設置して、これらの間の熱接触を改善することを含む。図５０の表示に示すように、ツールライナー１３８（図４６）の追加により、マンドレル１９４（図４６）の温度の均一性が改善される。ステップ４６０は、ツールライナー１３８（図４６）を内表面１３０ａ、１３２ａ（図４５〜４６）に機械的に固定して、これらの間の熱接触を改善することを含むことができる。ステップ４６２は、一又は複数のヒートシンク１４４（図４６）をマンドレル１９４の端壁１３４（図４６）に隣接する内表面１３０ａ、１３２ａ（図４５〜４６）に装着して、それらの最端部において頂壁及び側壁１３０、１３２（図４５〜４６）から過剰な熱を発散させて、その位置での過熱を防止することを含む。あるいは、ヒートシンク１４４（図４５〜４６）により、マンドレル領域への熱の注入が増加するようにしむけることができる。

図５１では、ステップ４６４は、図４３に示すように、外表面１３０ｂ、１３２ｂ（図４３）と圧力ブラダ１９８の間に第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂ(図１)とスプライス部材１１２(図１)を設置することを含むことができる。ステップ４６６は、上述したような方法で、ツールライナー１３８（図４３）に加熱媒体１５２(図２３)を方向づけして、外表面１３０ｂ、１３２ｂ（図４３）全体に熱を分配することを含むことができる。ステップ４６８は、ヒートシンク１４４（図４５〜４６）から熱を転送して、マンドレル１９４の端壁１３４（図４６）からの外表面１３０ｂ、１３２ｂ（図４３）への熱注入を減らすことを含むことができる。このように、ヒートシンク１４４は、端壁１３４（図４６）の熱質量が大きいために、頂壁１３０及び側壁１３２（図４５〜４６）の外表面１３０ｂ、１３２ｂ（図４３）での局所的な温度の増加を防止する又は低減することができる。ステップ４７０は、ステップ４７２において第１及び第２複合部分１０４ａ、１０４ｂ（図１）とスプライス部材１１２（図１）を硬化するために、熱を内表面１３０ａ、１３２ａ（図４５）に方向づけしている間に、加圧ブラダ１９８（図４３）を加圧することを含むことができる。

本発明の実施形態を特定の実例となる実施形態に関連させて説明してきたが、当然ながら特定の実施形態は説明のためであり、限定するものではなく、当業者が他の変形例を発想することが可能である。

１０４ 構造部材
１０４ａ 複合部分
１０４ｂ 複合部分
１０４ｃ 複合部分
１１０ スプライスジョイント
１１２ 複合スプライス部材
１１２ａ 上部フランジ
１１２ｂ 下部フランジ
１１２ｃ ウェブ
１１４ 隣接部分
１１５ 未硬化部分
１１６ 傾斜面
１１７ テーパー縁部
１２８ ツール
１３０ 頂壁
１３０ａ 内表面
１３０ｂ 外表面
１３２ 側壁
１３２ａ 内表面
１３２ｂ 外表面
１３４ 端壁
１３４ａ 内表面
１３４ｂ 外表面
１３６ スティフナー
１３８ ツールライナー
１４０ 熱伝導膜
１４２ メカニカルファスナー
１４４ ヒートシンク
１４６ ヒートシンク基部
１４８ ピンフィン
１５０ 加熱ツールアセンブリ
１５２ 加熱媒体
１５４ 戻り媒体
１６０ ブラダライナー
１６２ 加熱要素
１６６ コントローラ
１７４ ブラダ加圧装置
１７６ 真空バッグ
１７８ ソフトウェア・プログラム
１８０ オペレータ制御及び表示
１８２ センサ
１８４ 接着アセンブリジグ
１８６ 接着機
１８８ ツールプラットフォーム
１９０ 圧力プラットフォーム
１９２ 加熱／冷却システム
１９４ マンドレル
１９４ａ 部分仕切り壁
１９６ 加熱／冷却システム
１９８ 圧力ブラダ
１９９ 半柔軟性フレーム
２０２ 共通基盤
２０４ ガイド
２１０ 接着ステーション
２１２ 接着ステーション
２１４ プラテン板
２１５ マンドレル基部
２１６ 加熱要素
２１８ 固定アーム
２２０ 行路
２２１ 引張棒
２２２ プラテン板
２２４ 圧力ブラダシュラウド
２２５ 固定レバー
２２６ 外カバー
２２８ 外カバー
２３０ 加熱要素
２３４ 真空バッグ
２３５ ツールタワー
２３６ 押さえ板
２３８ 供給ダクト
２４０ マニホルド
２４２ 分配ダクト
２４４ ノズル
２４５ 圧力タワー
２４６ 供給ダクト
２４８ マニホルド
２５０ 分配ダクト
２５２ ノズル
２６２ マンドレル経過温度センサ
２６４ マンドレル制御温度
２６５ 縦軸
２６６ 圧力制御温度センサ
２７２ 加熱制御装置
２７４ 真空バッグ制御装置
２７６ 加熱制御装置
２７７ マンドレル加熱媒体温度センサ
２８２ 圧力制御装置
２８４ モジュール式加熱／冷却システム
２８６ マンドレル搬送台
２８８ プラットフォーム
２９０ 基盤
２９４ ブロワ
２９５ 真空バッグ圧力センサ
２９６ ダクト
２９７ 圧力センサ
３００ ノズルプレナムアセンブリ
３０１ 圧力加熱温度センサ
３１４ 高温媒体供給ダクト
３１６ 高温媒体供給ダクト
３１８ 媒体供給及び復路ダクト
３２２ 誘導弁
３２４ 流入口
３２５ ブロワ駆動モータ
３２６ 流入接続部
３２７ 接続部
３２８ 流入接続部
３３０ 戻り媒体流入接続部
３３１ 固定板
３３４ プレナムフレーム
３３６ 開口部を含む板
３３８ 孔あきノズル
３３９ マンドレルの区画又は区域
３４２ マンドレル基部
３４６ ブラケット
３４８ ソケット
３５１ ピン
３５２ エンドブラケット
３５５ 剛性フランジ
３５７ 支持部
３５８ 断熱材
３６３ 位置制限ピン
３６４ 熱障壁
３６６ 断熱材
３６７ 搬送台停止部
３７０ 媒体流出口
３７２ 冷却媒体流入口
３７４ アーム
３７５ 媒体排出口
３７６ アーム
３７８ ヒンジ式弁部材
３８０ ヒンジ式弁部材
３８２ ブラダアセンブリ
３８６ リテーナ
３８８ シュラウドカート
３９０ ポータブル基盤
３９１ アクチュエータピストン
３９２ａ デバイス
３９２ｂ デバイス
３９４ 重みをかける部分
３９８ 内側ブラダ

Claims (11)

1. 複合構造部材を硬化する装置であって：
   開位置と閉位置との間で相対的に移動可能なツールプラットフォームと圧力プラットフォーム；
   部材を押しつけることができ、ツールプラットフォームによって支持されており且つ内表面及び壁交差部を有するツール；
   部材に圧力を印加するために加圧されるように構成されている圧力ブラダ；
   ツールを加熱するための加熱システム；
   内表面に熱を分配するために内表面と熱接触しているツールライナー；及び
   内表面の一部と熱接触し、ツールライナーと壁交差部との間に装着されているヒートシンク
   を含む装置。
2. ツールライナーがツールの熱伝導率より高い熱伝導率を有する物質で形成されている、
   請求項１に記載の装置。
3. ツールライナーが銅板及びアルミ板のうちの少なくとも一つを含む、
   請求項１に記載の装置。
4. ツールライナーが８５℃での測定で２００〜６００Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率を有する、
   請求項１に記載の装置。
5. ツールライナーがツールに機械的に固定されている、
   請求項１に記載の装置。
6. ツールライナーと内表面との間に挿入されている熱伝導膜
   をさらに含む、請求項１に記載の装置。
7. 熱伝導膜がサーマル・ペーストを含む、
   請求項６に記載の装置。
8. 複合構造部材を形成する方法であって：
   第１及び第２複合部分を形成するステップ；
   スプライス部材を形成するステップ；
   内表面、外表面及び壁交差部を有するマンドレルを提供するステップ；
   ツールライナーを内表面に装着するステップ；
   内表面の一部と熱接触し、ツールライナーと壁交差部との間に位置するヒートシンクを装着するステップ；
   第１及び第２複合部分とスプライス部材とを外表面と圧力ブラダとの間に設置するステップ；
   加熱媒体をツールライナーに方向づけすることによりマンドレルを加熱するステップ
   を含む方法。
9. ツールライナーを内表面に装着するステップが、
   ツールライナーを内表面に機械的に固定するステップ
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 熱伝導膜をツールライナーと内表面との間に挿入するステップ
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. マンドレルを加熱している間に圧力ブラダを加圧するステップ
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。

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