JP6050351B2 - 複合材製品の成形用システム及び方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２０１１年７月２８日に出願され、「複合材製品の成形用システム」と表題がつけられた、米国仮出願番号６１／５７４，１５１に基づく利益を主張する。同出願は、その全体において、参照することにより本出願に取り込まれる。
本発明は、概して複合材製品の成形用システム及び方法に関する。より具体的には、本発明は熱システム及び炭素繊維複合材製品の成形方法に関する。
炭素繊維複合材（ＣＦＣ）製品は、典型的に二つ又はそれ以上の炭素繊維マットの層を有する。炭素繊維マットは炭素繊維フィラメントを有し、最終的な硬化状態において、炭素繊維フィラメントにはプラスチック樹脂が浸透している。ＣＦＣ製品を成形するための従来の方法は、真空バッグモールディング、圧力モールディング、仮想設計複合材（ＶＥＣ）モールディング、オートクレーブモールディング及び樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）を含む。企業平均燃費（Corporate Average Fuel Economy）（ＣＡＦＥ）、頭部衝撃特性（Head Impact Characteristic）（ＨＩＣ）及び歩行者保護（Pedestrian Protection）を含む最近の自動車工業規制は、鉄のような、自動車に使用される従来の材料への課題を代表する。鉄と比較して、ＣＦＣ製品は、強度、重量、及びエネルギー吸収を含む物理学的特性の素晴らしい組み合わせを有する。そのように、ＣＦＣ製品は、例えば質量の低減及びエネルギーの吸収の要求のような、これら最近の要求に応えることが可能である。
残念ながら、従来のＣＦＣ製品の大きな課題は、鉄を原料として製造される製品等の従来の製品と比較した、ＣＦＣ製品を製造するためにかかる時間の長さである。加えて、“クラスＡ”表面のような、審美的に満足のいく表面を有するＣＦＣ製品を達成することには時間を必要とする場合や、困難を伴う場合がある。このように、ＣＦＣ製品の成形方法及びＣＦＣ製品の製造用システムには、改良の余地が残されている。
本発明は、ツールの型表面の急速加熱及び急速冷却用熱システムを提供する。熱システムは、ツールに流体連通する加熱器サブシステムを有する。加熱器サブシステムは、第一熱流体を加熱する加熱器、加熱器に流体連通し、かつ十分な量の加熱された第一熱流体を収容するタンク、及び三方弁を有する。三方弁は、（ｉ）タンクと加熱器との間で流体連通して、第一熱流体をタンクから加熱器へ再循環させ、かつ（ｉｉ）タンクとツールとの間で流体連通して、第一熱流体をタンクからツールへと方向付ける。熱システムは、加熱器サブシステム及びツールに流体連通する交換器サブシステムを更に有する。交換器サブシステムは、ツールから戻った第一熱流体を冷却する交換器、及び三方弁を有する。三方弁は、（ｉ）交換器と加熱器サブシステムとの間で流体連通して、第一熱流体をツールから加熱器サブシステムへ戻し、かつ（ｉｉ）交換器とツールとの間で流体連通して、第一熱流体をツールから交換器へと方向付ける。熱システムは、交換器サブシステムに流体連通する冷却器サブシステムを更に有する。冷却器サブシステムは、第二熱流体を冷却する冷却器、冷却器に流体連通し、かつ十分な量の冷却された第二熱流体を収容するタンク、及び三方弁を有する。三方弁は、（ｉ）タンクと冷却器との間で流体連通して、第二熱流体をタンクから冷却器へ再循環させ、かつ（ｉｉ）タンクと交換器サブシステムとの間で流体連通して、第二熱流体をタンクから交換器へと方向付ける。ツールは、例えば炭素繊維混合材料製品のような、複合材製品の成形に用いることができる。
本発明はまた、ツールの型表面を急速に加熱及び冷却する方法を提供する。当該方法は、加熱器サブシステムを提供するステップ、交換器サブシステムを提供するステップ、冷却器サブシステムを提供するステップ、及び制御部を提供するステップを有する。制御部はツール及び複数のサブシステムに接続し、複数のサブシステムに指示をする。当該方法は更に、制御部を用いて、十分な量の加熱された第一熱流体を加熱器サブシステムのタンクからツールへと方向付け、ツールの型表面を第一の温度（Ｔ１）から第二の温度（Ｔ２）へと、第一の期間（Ｔｔ１）内で熱するステップを有する。当該方法は更に、制御部を用いて、加熱された十分な量の第一熱流体を加熱器サブシステムのタンクから型表面へと方向付け、型表面を第二の温度（Ｔ２）で、第二の期間（Ｔｔ２）の間保つステップを有する。当該方法は更に、制御部を用いて、冷却された十分な量の第二熱流体を冷却器サブシステムのタンクから交換器サブシステムへと方向付け、ツールの型表面をＴ２から第三の温度（Ｔ３）へと、第三の期間（Ｔｔ３）内で冷却するステップを有する。ツールの前記型表面は、６０°F（約３３°C）毎分よりも大きな速度で温度上昇し、４０°F（約２２°C）毎分よりも大きな速度で温度低下する。Ｔｔ１、Ｔｔ２及びＴｔ３の和（Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３）は、２０分間以下である。
本発明は、従来の複合材製品を成形するシステム及び方法を超える、様々な利益を提供する。例えば、従来の方法、例えばオートクレーブは、一般的に一時間以上、典型的には７５分間又はそれ以上のサイクル時間を有する。このようなサイクル時間は、複合材製品がオートクレーブ内で成形される時間である（例えば、樹脂の硬化の間）。
典型的なオートクレーブ工程では、母材がツール上に配置され、ツールはオートクレーブ内に積み込まれ（load）、真空バッグ（又は他の真空手段）がツールに取り付けられ、オートクレーブが閉じられ、真空が適用される。そして、複合材を成形するため、長い時間、例えば７５分間以上、オートクレーブが窒素ガス（Ｎ２）下で加熱及び加圧される。Ｎ２は、一般的にオートクレーブ内での発熱による突発的な発火を防止するために要求される。オートクレーブへの積み込み、開閉及び積み降ろしに伴う追加的な時間は、更に処理能力を低下させる。
オートクレーブは加熱のために長い時間がかかり、また安全上の理由によりＮ２を使用する必要がある。そのため、オートクレーブに関連するエネルギーコストは高くなりがちである。複合材製品の生産量を上げるために、オートクレーブは寸法が大きくなり、従って設置面積が大きくなりがちである。そのようなオートクレーブの寸法はまた多くの重く高価なツールを必要とし、資本コスト及び製造コストを更に増大させる。
オートクレーブはまた廃棄部品を作りがちである。例えば、オートクレーブの間に複数のツールのうちの一つ（又はそれ以上）の真空が機能しなければ（又は阻害されれば）、複合材製品は不適切な形、例えば強固でない形態で硬化する。真空は、硬化サイクルが完了した後まで再び成立され得ないが、それではその複合材製品を救うには遅すぎる。そのように、真空の問題を有する（複数の）複合材製品は、オートクレーブから取り出された後に廃棄されなければならない。
オートクレーブによって成形された複合材製品は、様々な場所、直径及び深さの穴のような、表面の欠陥という弱点を持つ傾向がある。そのような表面の欠陥は、例えば穴埋め及び研磨などの複合材製品の仕上げ工程の間に取り除かれなければならず、更に製造コストを増大させる。
本発明の熱システム及び方法は、従来技術を超える一つ又はそれ以上の恩恵を提供する。本発明は、従来のオートクレーブシステム及び方法にと比較して優れた温度制御を提供する。本発明は、オートクレーブのサイクルと比較して短縮されたサイクル時間を提供でき、サイクル時間の短縮により生産量の向上がもたらされる。エネルギーコストの低減もまた、高く評価される。本発明の熱システムによって、大きなオートクレーブと比較して縮小された接地面積が提供され得る。従来のオートクレーブによる方法に一般的に使用されるものと同一又は類似の要素及び／又は材料、例えば樹脂は、概して本発明においても使用されることができ、従って、化学的又は機械的な再設計を必要としない。
本発明は、概して優れた表面特性を有する複合材製品を提供する。その表面特性は、オートクレーブ内で成形された炭素複合材製品の表面特性におおよそ匹敵する。例えば、表面の欠陥（例えば穴）は、数及び／又は重度において概して縮小される。追加的又は代替的に、本発明は概して優れた機械的特性を有する複合材製品を提供する。その機械的特性は、オートクレーブ内で成形された炭素複合材製品の機械的特性に匹敵するか、又はこれをしのぐものである。
本発明の複数の他の利点は、添付の図面に関係して考慮され、以下の詳細な記述を参照することによって、より良く理解されるとともに、容易に理解されるであろう。
図１は、加熱器サブシステム、バルブ、制御部、プレス、プレス内に配置されたツール、及び圧力タンクを有する、熱システムの模式図である。 図２は、加熱器サブシステム、冷却器サブシステム、制御部、プレス、プレス内に配置されたツール、及び圧力タンクを有する、熱システムの他の実施形態の模式図である。 図３は、ツール、真空キャノピー、及びツールと真空キャノピーとの間に配置された複合材製品のプリフォームの部分分解斜視図である。 図４は、型表面及び管組織、ツールに取り付けられた真空キャノピー、及び型表面と真空キャノピーとの間に配置された複合材製品のプリフォームを有する、ツールの断面端面図である。 図５は、支持台、支持台上に配置されたツール、ツール上に配置された真空キャノピー、及びプレスの斜視図である。プレスはプラットフォーム及びカバーを有する。 図６は、図５に示されたプレス及びツールの細部の拡大斜視図である。プレスは、ツールをプレスの内外へ動かすための運搬装置及びラムを有する。 図７は、基盤と蓋との間に画成された空洞を有するプレスの部分断面端図である。ツールは型表面及び管組織、ツールに取り付けられた真空キャノピー、及び型表面と真空キャノピーとの間に配置された複合材製品のプリフォームを有する。 図８は、プレスの他の実施形態、支持台、及び複合材製品の簡略化した環境を示す斜視図である。支持台上に置かれたツールの型表面に、複合材製品のプリフォームを配置している二人の技術者が併せて示されている。 図９は、マンドレル（心棒）表面及び管組織を有するマンドレルの断面側面図である。マンドレル表面に配置された数片の炭素繊維シート、及びマンドレル表面上の炭素繊維シート片を覆って配置された真空シートが併せて示されている。 図１０は、複合材製品の成形のための追加的かつ任意的な製造ステップの概略を示す、流れ図である。 図１１は、熱システム及びプレスを使用した複合材製品の本発明による一つの実施形態に関する、温度、圧力、真空及び加熱器の経時的なプロファイルを示すグラフである。 図１２は、熱システム及びプレスを使用した複合材製品の本発明による一つの他の実施形態に関する、温度、圧力及び真空の経時的なプロファイルを示すグラフである。 図１３は、熱システム及びプレスを使用した複合材製品の本発明による一つの他の実施形態に関する、温度、圧力及び真空の経時的なプロファイルを示すグラフである。 図１４は、従来のオートクレーブを使用した複合材製品の一つの比較例に関する、温度、圧力、真空及び加熱器の経時的なプロファイルを示すグラフである。 図１５は、ツールに動作的に接続されるツール接続システムの斜視図である。ツールの管組織へ及びツールの管組織からの、熱流体の供給及び返還のための複数の接続部を有するツール接続システム、圧力測定のための真空ライン及び静圧ラインの複数の接続部、及び温度を開始し、フィードバックを提供するための測温抵抗体（ＲＴＤ）の接続部、が示されている。 図１６は、図１５に示されるツール接続システムと組み合わされて、プレスのカバーに動作的に接続されるプレス接続システムの斜視図である。プレスのカバーを通る、ツールの管組織へ及びツールの管組織からの、熱流体の供給及び返還のための複数の接続部を有するプレス接続システム、及び温度を開始し、測温抵抗体へ接続された接続部、が示されている。 図１７は、基盤とカバーとの間に画成された空洞を有するプレスの部分断面側面図である。熱流体がツールへ及びツールから伝えられることができるように、熱システムと、一体に結合されたツール接続システム及びプレス接続システム、が示されている。 図１８は、加熱器サブシステム、冷却器サブシステム、交換器サブシステム、バルブ、制御部、プレス、プレス内に配置されたツール、及び圧力タンク、を有する熱システムの他の実施形態の斜視図である。
図面を参照すると、数枚のビューを通じて同様の数字は同様の部品を示唆する。熱システムは概して２０と示される。熱システム２０は以下単にシステム２０と称される。システム２０は様々な種類の製品を成形するために使用され得る。システム２０は複合材製品２２、例えば炭素繊維強化プラスチック２２又は炭素繊維複合材（ＣＦＣ）製品２２を成形するために有用である。ＣＦＣ製品２２は、多くの産業、例えば自動車、海洋、軍事防衛、航空、宇宙、及び医療機器の各産業において有用である。
システム２０は、自動車プラットフォーム全体に渡る“クラスＡ”ＣＦＣ車体パネル２２の成形に特に有用である。車体パネル２２及び関連する部品の例は、フード、フェンダー、ルーフ、ロッカー、スプリッター、ルーフボウ（垂木）、ダイブプレイン、ウィング、ミラーキャップ、ディフレクター等である。ＣＦＣ製品２２の更なる例は、デッキリッド、バッテリー用途、コントロールアーム、バンパー、クレードル／サブフレーム、及び他の構造的構成要素を含む。システム２０は、如何なる特定の種類の複合材製品２２、又はある特定の産業のための複合材製品２２の成形にも限定されない。それら複合材製品２２は、様々な寸法、形状、及び用途であり得る。複合材製品２２については更に後述する。
システム２０は、ツール２６の型表面２４を加熱及び冷却するために有用である。特に、システム２０は、ツール２６の型表面２４を直接（又はほぼ直接）加熱及び冷却するために使用される流体を、加熱及び冷却するために有用である。システム２０は、本発明の方法と組み合わせて使用することができ、本発明の方法と離れて使用することもできる。本発明の方法は更に後述される。また、本発明の方法はシステム２０と組み合わせて使用することができ、システム２０から離れて使用することもできる。
ツール２６は型（例えばのツーピースの型）の一部分であり得る。ツール２６が上側の型、他方のツールが下側の型であってよく、又はその反対でもよい。ツール２６は典型的にはワンピースモールド２６（例えば、オープンモールド）である。システム２０は概して少なくとも１種類のツール２６と関連するが、２つ又はそれ以上の異なる種類のツール２６と関連してもよい。２つ又はそれ以上のツール２６は互いに同一でもよく、互いに異なるものでもよい。ツール２６は、システム２０に通じるために変更される可能性があるものの、様々な種類のものであってよい。
ある実施形態において、ツール２６は従来のオートクレーブに一般的に使用される種類（又は類似の種類）のものである。しかしながら、システム２０は、典型的にはオートクレーブと関連していない。換言すれば、システム２０には概してオートクレーブがなく、本発明の方法も同様である。一つの実施形態において、ツール２６は真空モールディング（又は真空成形）に一般的に使用される種類のものである。他の実施形態において、ツール２６は樹脂トランスファーモールディング（ＲＴＭ）に一般的に使用される種類のものである。他の種類のツール２６もまた使用できることが理解されるべきである。
型表面２４及びツール２６は、一体的、すなわち単体であってもよい。ある実施形態において、型表面２４及びツール２６は、例えば止め具や溶接等によってつなぎ合わされた別々の部品である。そのため、異なる型表面２４が異なるツール２６と共に使用されてもよく、又その逆も然りである。このことは、異なる種類の複合材製品２２を成形するために、異なる型表面２４及び／又は異なるツール２６の間の交換を可能にするという効果を有する。
型表面２４及びツール２６は、様々な形状を持つように構成されてもよい。典型的には、型表面２４は製造される特定の複合材製品２２、例えばフード、フェンダー、スポイラー等、に対応する形状に形作られる。型表面２４は如何なる特定の形状にも限定されない。
ツール２６の型表面２４は典型的に金属材料で形成される。金属材料は熱を伝達するために有益であり、例えばニッケル、鉄等が使用される。ある複数の実施形態において、型表面２４はニッケル合金から成る。これらの実施形態において、型表面２４は概して固く、柔軟でない（この点、ゴム又は“袋”タイプの型表面２４と異なる）。金属性の型表面２４は概して高い熱伝導性を有しており、その高い熱伝導性が型表面２４の急速な加熱及び冷却を可能にする。このことは、特にシステム２０と一緒に利用された場合に当てはまる。型表面２４は様々な厚さのものであってよく、典型的には約５mmから約２０mm、約７．５mmから約１５mm、又は約１０mmから約１２．５mmである。適切な型表面２４が、様々な業者から商業的に入手可能である。型表面２４の具体的な例は、例えば、カナダ、オンタリオ州ミッドランドのWeber Manufacturing Teamから入手可能なニッケルシェルの型表面２４、ミシガン州フレーザーのVisioneering Inc.及びミシガン州トロイのModels & Tools Inc.から入手可能な不変鋼(又は"64FeNi")から形成された型表面２４のような、商業的に入手可能なものを含む。
図４を参照し、ツール２６は典型的に流体を伝える管組織２８を有する。管組織２８は、流体を管組織２８へ伝える少なくとも一つの入口３０及び流体を環組織２８から伝えるための少なくとも一つの出口３２を有する。管組織２８と型表面２４との間の熱伝達を促進するため、管組織２８は型表面２４と連絡する又は直接に接触している。管組織２８は、（間接的よりもむしろ）直接的な型表面２４の加熱又は冷却に有用である。管組織２８は、ツール２６自体の内側に（ツール２６に穴をあけることなどによって）形成される、または型表面２４に近いツール２６の内側に、ツール２６に対して及び／又は型表面２４に対して取り付けられる。管組織２８は、（例えは型表面２４に対して）様々な様式、例えば溶接、留め具によって取り付けられてもよい。
管組織２８は、様々なやり方で配置されてよく、均一又は様々な直径のものであってもよい。例えば、型表面２４が複雑な形状であれば、管組織２８の割り当てを型表面２４のより重要な領域に集中させて、それらの領域の適切な加熱及び冷却を確かにしてもよい。先に示唆されたように、型表面２４は様々な形状であってよく、実質的に平面的、三次元的、又は複数の形状の組み合わせであってもよい。管組織２８は、型表面２４の直接的な加熱を提供するために、同様に形作られてもよい。ツール２６は、ツール２６に真空キャノピー３６を取り付けるための一つ又はそれ以上の止め具３４、例えばクランプ３４を有してもよい。様々な種類の止め具３４を用いることができる。真空キャノピー３６は更に後述する。他の実施形態において、従来の真空バッグ（図示なし）が利用され得る。
ツール２６の管組織２８は、システム２０の導管３８に接続されている。導管３８は、ツール２６へ及びツール２６から、そしてシステム２０へ及びシステム２０から、型表面２４を加熱及び冷却するために流体を伝える。様々な種類の導管３８を用いることができる。導管３８は、システム２０内に存在する温度及び圧力を取り扱うことが可能であることが好ましい。導管３８は様々な直径、例えば、導管３８は、外側の直径（ＯＤ）で、約０．５インチから約４インチ、約０．７５インチから約３インチ、約１インチから約２インチ、又は約２インチ（すなわち約１．３cmから約１０cm、１．９cmから約７．６cm、２．５cmから約５cm、又は約５cm）であってよい。
管組織２８は、一つより多い入口３０及び出口３２を有してもよい。例えば、型表面２４の加熱及び冷却のより良い制御のために、二つ又はそれ以上の別個の管組織２８配列の組が、ツール２６内に存在してもよい。適切なツール２６は、様々な業者から商業的に入手可能である。ツール２６の具体的な例は、ニッケルシェルツーリングのような、Weber Manufacturing Teamから商業的に入手可能なものを含む。
システム２０内に運ばれる流体は、典型的には熱伝導流体である。熱伝導流体はまた熱流体とも呼ばれる。様々な種類の流体を用いることができる。典型的には、システム２０内において到達する温度により、少なくともツール２６内で使用される流体は（水よりもむしろ）油、例えばサーマルオイルである。水はシステム２０内の他の場所で使用することができ、いくつかの実施形態において、サーマルオイルと水の組み合わせが使用され得る。適切な流体は様々な業者から商業的に入手可能である。流体の具体的な例は、DELF450及びDELF600を含む、ニューヨーク州バッファローのMokonから商業的に入手可能なものを含む。更なる流体の例は、PG-1及びIG-4を含むペンシルベニア州マルヴァーンのMultithermから商業的に入手可能なもの、NF及びHEを含むペンシルベニア州ウェストコンショホッケンのParatherm Corp.から商業的に入手可能なもの、Calflo（商標）G及びCalflo（商標）HTFを含むPetro-Canada Productから商業的に入手可能なもの、Therminol（登録商標）66を含むミズーリ州セントルイスのSolutia Inc.から商業的に入手可能なもの、及びDuratherm 450、Duratherm 600、及びDuratherm Lite(又はLT)を含むニューヨーク州ルイストンのDurathermから商業的に入手可能なもの、を含む。流体はシステム２０の温度を取り扱うことが可能であるべきであり、また、二つ又はそれ以上の異なる流体の混合を含んでもよい。典型的にシステム２０は閉ループであるが、しかしながら、折に触れてシステム２０はいくらかの量の流体を追加されること又は取り去られることができる。
システム２０の一つの実施形態を示す図１を参照すると、システム２０は加熱器サブシステム４０を有する。加熱器サブシステム４０は、ツール２６に流体連通する。加熱器サブシステム４０はツール２６の型表面２４を加熱するために有用である。ある実施形態において、加熱器サブシステム４０は、ツール２６の型表面２４の冷却にもまた使用することができる。
加熱器サブシステム４０は加熱器４２を有する。加熱器４２はシステム２０内の流体を加熱するために有用である。様々な種類の加熱器４２を用いることができる。加熱器４２は、少なくとも約３°F（約１６°C）から約３５０°F（約７７°C）、又は約６００°F（約３１５°C）から約６５０°F（約３４３°C）以上、の温度まで加熱することが可能であることが好ましい。一般的に、ツール２６内に流入する流体が熱いほど、型表面２４が早く温度上昇する。加熱器４２はまた、様々な流体の出力を供給することが可能であることが好ましい。適切な出力の例は、約１０ガロン毎分（gpm）から約１２０gpm、約２０gpmから約１００gpm、約４０gpmから約９０gpm、又は約６０gpm（すなわち、約３８リットル毎分から約４５４リットル毎分、約７６リットル毎分から約３７９リットル毎分、約１５１リットル毎分から約３４１リットル毎分、又は約２２７リットル毎分）である。適切な加熱器４２は、様々な業者から商業的に入手可能である。加熱器４２の具体的な例は、HTFシリーズ例えばHTF 500シリーズ、HTF 600シリーズ、HTF HF-2シリーズ及びSTシリーズの加熱器を含む、Mokonから商業的に入手可能なものを含む。例えばニューヨーク州プラスキのFulton Boiler Works, Inc. of Pulaskiから商業的に入手可能なもののような、ガス燃焼による加熱器もまた、使用され得る。例えば、Fulton FT-0320-C熱流体加熱器である。ここで使用されたように、例えば、US単位系からSI単位系への単位換算において、波型符号（〜）は近似を基礎としていることを意味する。
加熱器サブシステムはタンク４４を更に有する。加熱器サブシステム４０のタンク４４は、大量の加熱された流体を収容するために有用である。加熱器サブシステム４０のタンク４４は、更に後述するように、システム２０内における熱バッファー（一時的な蓄積装置）として働く。加熱器サブシステム４０のタンク４４は、加熱器４２に流体連通している。様々な種類のタンクを加熱器サブシステム４０のタンク４４として用いることができる。加熱器サブシステム４０のタンク４４は、少なくとも約３００°F（約１５７°C）から約３５０°F（約１７７°C）、及び約６００°F（約３１５°C）以上から約６５０°F（約３４３°C）の温度で流体を保持可能であることが好ましい。典型的に、加熱器サブシステム４０のタンク４４は、加熱器４２の最高温度出力以上に対応する等級であることが好ましい。ある実施形態において、加熱器サブシステム４０は、二つ又はそれ以上のタンク（図示なし）を有している。例えば、一つのタンク４４内に収容される流体の集合体（mass）は、もう一方のタンク４４に収容される流体の集合体とは異なる温度であってもよい。このような構成は、異なる温度を有する複数の流体の集合体を用いてシステム２０にバッファーする（熱を蓄える）ために有用である。タンク４４は、典型的に加熱器４２とは別個のものである。すなわち、加熱器４２の“内部の”タンクが存在したとしても、タンク４４はこれと区別可能である。
概して加熱器サブシステム４０のタンク４４は、内部の加熱された大量の（十分な量の）流体が周囲の環境によって冷却されることを防止するため、それ自体が及び／又は補助的な断熱層を用いて断熱されている。様々な種類の断熱手段が使用可能である。例えば、加熱器サブシステム４０のタンク４４は、断熱被覆によって包まれていてもよい。システム２０の導管３８、又はその一部もまた、断熱及び安全の目的で包まれる又は覆われていることが好ましい。例えば、加熱器サブシステム４０からツール２６へ続く導管３８は、熱損失、焦げ、発火等を防止するために断熱されていてもよい。
加熱器サブシステム４０のタンク４４は、様々な寸法及び形状であってよい。このことは、加熱器サブシステム４０のタンク４４の容積に対する表面積の比率（ＳＡ：Ｖ）を低減させて、熱損失を低減するために有用であり得る。しかしながら、これは必須ではない。加熱器サブシステム４０のタンク４４は、約５０ガロンから約２５０ガロン、約１００ガロンから約２２５ガロン、約１００ガロンから約２００ガロン、又は約１００ガロンから約１５０ガロン、の流体（又は約１８９リットルから約９４６リットル、約３７８リットルから約８５２リットル、又は約３７８リットルから約５６８リットル、の流体）を保持する寸法であることが好ましい。一般的に、大きな寸法のタンク４４ほど、システム２０内の大きな熱バッファーを提供する。加熱器サブシステム４０のタンク４４に関連する大量の加熱された流体の集合体への言及は、所与の事例において、タンク４４内に収容される加熱された流体の全体に対する一部分を指してもよい。本明細書において記述された、大量の流体の複数の集合体はまた、蓄積された（熱）エネルギーの複数の集合体として参照されてもよい。
加熱器サブシステム４０は、加熱器サブシステム４０のタンク４４と加熱器４２との間で流体連通する弁４６を更に有する。様々な種類の弁４６を用いることができる。典型的には、弁４６は三方弁４６である。加熱器サブシステム４０の三方弁４６は、加熱器サブシステム４０のタンク４４と加熱器４２との間に流体を再循環させるために有用である。この配置は、加熱器サブシステム４０のタンク４４内の大量（十分な量）の加熱された流体を初期的に形成、維持、及び／又は再加熱するために有用である。例えば、加熱された十分な量の流体の一部分（又は全て）が一度ツール２６に供給され、ツール２６から戻った流体は、加熱された十分な量の流体を維持又は再加熱するために、加熱器４２に、次いで加熱器サブシステム４０のタンク４４に供給されることができる。加熱された流体はその後、大量の加熱された流体の温度を更に上昇させる、又は維持するため、加熱器４２と加熱器サブシステム４０のタンク４４との間の一つ又はそれ以上の通路内で保持、又は再循環されてもよい。この構成はまた、加熱器４２がツール２６及び／又はシステム２０の要求に追随できない場合に有用である。この場合、大量の加熱された流体がバッファーとして働き、加熱器４２が要求に追いつくか又は回復することができる。この構成はまた、加熱器サブシステム４０内の流体を、定常状態に近い温度で維持して、ツール２６及びシステム２０の継続的な要求に応えるためにも有用である。
加熱器サブシステム４０の三方弁４６はまた、加熱器サブシステム４０のタンク４４とツール２６との間で流体連通している。そのため、加熱器サブシステム４０の三方弁４６はまた、流体を加熱器サブシステム４０のタンク４４からツール２６へ方向付けるために有用である。この構成は、更に後述するように、ツール２６の型表面２４を急速に加熱する場合に特に有用である。例えば、大量の加熱された流体の集合体（又はその一部分）は、ツール２６に供給されて、型表面２４を急速に加熱することができる。加熱器サブシステム４０のタンク４４から供給された、大量の加熱された流体は、加熱器４２が要求に応じてのみそれ自身で加熱された流体を供給する場合に達成しうる温度の変化と比較して、急速な温度の変化を生じさせることができる。例えば、加熱器４２は、型表面２４の温度が上昇している間に負荷をかけられてもよく、回復に時間を要する。大量の加熱された流体は、加熱器４２に全ての加熱負荷を加えることなく、非常に短い期間での劇的な温度変化、すなわち、型表面２４における最大のΔΤ、を生じさせる。
図１８を参照すると、システム２０の他の実施形態が示されている。加熱器サブシステム４０の三方弁４６は、（ｉ）タンク４４と加熱器４２との間で流体連通しており、第一熱流体をタンク４４から加熱器４２へ再循環させ、（ｉｉ）タンク４４とツール２６との間で流体連通しており、第一熱流体をタンク４４からツール２６へ方向付ける。任意的に、本実施形態又は他の実施形態において、加熱器サブシステム４０はタンク迂回線３９を含んでいてもよい。
図２を参照すると、システム２０の関係する実施形態は、冷却器サブシステムを更に有する。そのため、ある実施形態において、システム２０は加熱器サブシステム及び冷却器サブシステム４０，４８を有する。この実施形態において、冷却器サブシステム４８はツール２６に流体連通している。冷却器サブシステムはツール２６の型表面２４を冷却するために有用である。加熱器サブシステム４０がツール２６の型表面２４の冷却に使用される複数の実施形態において、冷却器サブシステム４８もまた更に型表面２４を冷却するために使用し得る。他のある複数の実施形態において、加熱器サブシステム４０は型表面２４の加熱にのみ使用され、冷却器サブシステム４８は型表面２４の冷却にのみ使用される。冷却器サブシステム４８がシステム２０の他の場所において使用される、システム２０の他の複数の実施形態は後述される。ある複数の実施形態において、複数のサブシステム４０，４８は、互いに分離している。しかしながら、他の複数の実施形態において、複数のサブシステム４０，４８は、互いに流体連通している。例えば、それらはシステム２０の流体を共有している。
冷却サブシステム４８は、冷却器５０を有している。冷却器５０はシステム２０内部の流体を冷却するために有用である。様々な種類の冷却器５０を用いることができる。冷却器５０は、流体を、少なくとも約５０°F（約１０°C）から約８０°F（約２７°C）、及び約−１０°F（約−２３°C）以下から約２０°F（約−7°C）の温度まで冷却可能であることが好ましい。冷却器５０はまた様々な流体の出力、例えば、約１０から約１５０、約２０から約１２５、約３９から約１００、約４０から約７５、冷却トンを供給可能であることが好ましい（１冷却トンは時間当たり約１２，０００イギリス熱単位（BTUs）の冷却に当たる）。適切な冷却器５０は様々な業者から商業的に入手可能である。具体的な冷却器５０の例は、Icemanシリーズ、例えばIceman SCシリーズ、Iceman LTシリーズ、Iceman Dual Circuit、及びIceman Full Rangeを含む、Mokonから商業的に入手可能なものを含む。
冷却器サブシステム４８はタンク５２を更に有する。冷却器サブシステム４８のタンク５２は、大量の冷却された流体を収容するために有用である。冷却器サブシステム４８のタンク５２は、冷却器５０に流体連通している。様々な種類のタンクを、冷却器サブシステム４８のタンク５２として用いることができる。冷却器サブシステム４８のタンク５２は、約−３０°F（約−３４°C）から約−１０°F（約−２３°C）、又は約２０°F（約−７°C）以上から約５０°F（約１０°C）の温度で流体を保持可能であることが好ましい。典型的には、冷却器サブシステム４８のタンク５２は、冷却器５０の最低温度出力よりも低い温度に対応する等級であることが好ましい。ある実施形態において、冷却器サブシステム４８は、二つ又はそれ以上のタンク（図示なし）を有している。例えば、一つのタンク５２内に収容された流体の集合体は、他のタンク５２内に収容された流体の集合体とは異なる温度であってもよい。このような構成は、システム２０を異なる温度を有する複数の流体の集合体を用いてバッファーするために有用であり得る。
概して、冷却器サブシステム４８のタンク５２は、内部の大量の冷却された流体が周囲の環境から熱を加えられることを防止するために、それ自体、及び／又は補助的な断熱層を用いて断熱されることが好ましい。加熱器サブシステム４０のタンク４４に関して前述したように、様々な種類の断熱手段を用いることができる。
冷却器サブシステム４８のタンク５２は、様々な寸法及び形状であり得る。このことは、冷却器サブシステム４８のタンク５２のＳＡ：Ｖを低減し、熱の流入を低減するために有用である。しかしながら、これは必須ではない。冷却器サブシステム４８のタンク５２は、約５０から約２００、約７５から約１５０、又は約１００から約１２５ガロンの流体（すなわち約１８９から約９４６、約３７８から約８５２、約３７８から約７５７、又は３７８から約５６８、リットルの流体）を保持する寸法であることが好ましい。一般的に、大きな寸法のタンク５２ほど、システム２０内の大きな冷却バッファーを提供する。冷却器サブシステム４８のタンク５２に関連する大量の冷却された流体の集合体への言及は、所与の事例において、タンク５２内に収容される冷却された流体の全体に対する一部分を指してもよい。タンク５２は、典型的に冷却器５０とは別個のものである。すなわち、冷却器５０の“内部の”タンクが存在したとしても、タンク５２はこれと区別可能である。
冷却器サブシステム４８は、冷却器サブシステム４８のタンク５２と冷却器５０との間で流体連通する弁５４を更に有する。様々な種類の弁５４を用いることができる。典型的には、弁５４は三方弁５４である。冷却器サブシステム４８の三方弁５４は、冷却器サブシステム４８のタンク５２と冷却器５０との間に流体を再循環させるために有用である。この配置は、大量の冷却された流体を冷却器サブシステム４８のタンク５２内に初期的に形成、維持、及び／又は再冷却するために有用である。例えば、冷却された大量の（十分な量の）流体の集合体の一部分（又は全て）が一度ツール２６に供給され、ツール２６から戻った流体は、大量の（十分な量の）冷却された流体を維持又は再冷却するために、冷却器５０に、次いで冷却器サブシステム４８のタンク５２内に供給されることができる。冷却された流体はその後、大量の（十分な量の）冷却された流体の温度を更に下降させる、又は維持するため、冷却器５０と冷却器サブシステム４８のタンク５２との間の一つ又はそれ以上の通路内で、保持又は再循環されてもよい。この構成はまた、冷却器５０がツール２６及び／又はシステム２０の要求に追随できない場合に有用である。この場合、大量の冷却された流体がバッファーとして働き、冷却器５０が要求に追いつくか又は回復することができる。この構成はまた、冷却器サブシステム４８内の流体を、定常状態に近い温度で維持して、ツール２６及びシステム２０の継続的な要求に応えるためにも有用である。
冷却器サブシステム４８の三方弁５４はまた、冷却器サブシステム４８のタンク５２とツール２６との間で流体連通している。そのため、冷却器サブシステム４８の三方弁５４はまた、流体を冷却器サブシステム４８のタンク５２からツール２６へ方向付けるために有用である。この構成は、更に後述するように、ツール２６の型表面２４を急速に冷却する場合に特に有用である。例えば、大量の冷却された流体の集合体（又はその一部分）は、ツール２６に供給されて、型表面２４を急速に冷却することができる。冷却器サブシステム４８のタンク５２から供給された、大量の冷却された流体は、冷却器５０が要求に応じてのみそれ自身で冷却された流体を供給する場合に達成しうる温度の変化と比較して、急速な温度の変化を生じさせることができる。例えば、冷却器５０は、型表面２４の温度が下降している間に負荷をかけられてもよく、回復に時間を要する。大量の冷却された流体は、冷却器５０に全ての冷却負荷を加えることなく、非常に短い期間での劇的な温度変化、すなわち、型表面２４における最大のΔΤ、を生じさせる。
図１８を参照すると、冷却器サブシステム４８の三方弁５４は、（ｉ）タンク５２と冷却器５０との間で流体連通しており、第二熱流体をタンク５２から冷却器５０へ再循環させ、（ｉｉ）タンク５２と交換器サブシステム４９との間で流体連通しており、第二熱流体をタンク５２から交換器５１へ方向付ける。任意的に、本実施形態又は他の実施形態において、冷却器サブシステム４８はタンク迂回線３９を含んでいてもよい。
図１８を参照すると、システム２０は交換器サブシステム４９を更に有する。交換器サブシステム４９は、（熱）交換器５１を有する。交換器５１は、例えばシェル・アンド・チューブ式やシェル・アンド・プレート式等、様々な種類のものであってもよい。交換器サブシステム４９は、弁５３を更に有する。典型的には、弁５３は三方弁５３である。本実施形態において、システム２０は典型的に少なくとも一つのポンプ５５を含む。様々な種類のポンプを用いることができる。ポンプ５５は、例えば再加熱及び再冷却の間のように、加熱器サブシステム４０及び冷却器サブシステム４８がツール２６から隔離されている場合に、システム内部で流体を循環させるために有用である。ポンプ５５を設けない場合は、概して加熱器４２がシステム２０の適切なポンプ機能を提供することができる。
交換器５１及び交換器サブシステムの三方弁５３は、間接的にツール２６へ冷却された流体を導入するために有用である。本実施形態において、冷却された流体は直接ツール２６には向かわず、交換器５１に向かう。冷却された流体は、ツール２６と直接的に接する加熱された流体の温度を低下させるために使用される。この構成では、冷却された流体をツール２６に導入するために交換器５１を用いる際に、より小さい閉ループを設置すればよく、その結果、ループ内の流体の温度フィードバック及び弁４６，５３，５４の制御を介して、その閉ループを固定された温度に“設定する”ことを可能にする。例えば、ポンプ５５を用いて、流体が逆止め弁５７を通って、かつその小さな閉ループを周って流れるように、弁４６，５３，５４を設定することができる。本実施形態の追加的な特徴については更に後述する。
図１８に示されたように、三方弁５３は、（ｉ）交換器５１と加熱器サブシステム４０との間で流体連通しており、ツール２６からの第一熱流体を加熱器サブシステム４０に戻し、（ｉｉ）交換器５１とツール２６との間で流体連通しており、ツール２６からの熱流体を交換器５１へ方向付ける。
概して、第一熱流体は加熱器サブシステム４０と交換器サブシステム４９との間で共有され、第二熱流体は冷却器サブシステム４８と交換器サブシステム４９との間で共有される。第一熱流体は第二熱流体と隔離された状態に保たれる。典型的には、第一熱流体はサーマルオイルであり、第二熱流体は水である。すなわち、第一及び第二の熱流体は互いに異なる。
システム２０は、典型的に制御部５６に接続している。制御部５６は、典型的に少なくとも一つのサブシステム４０，４８，４９及びツール２６に接続している。より典型的には、全てのサブシステム４０，４８，４９及びツール２６に接続している。様々な種類の制御部５６を用いることができる。典型的には、制御部５６はプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）５６である。ＰＬＣ５６は、プログラマブル制御装置と呼ぶこともできる。制御部５６は、有線、無線等の様々な方法によって、システム２０の複数の構成要素に接続することができる。
ある実施形態において、システム２０はサブシステム４０，４８，４９のバルブ４６，５３，５４に加えて弁５８を更に有する。様々な種類の弁５８を用いることができる。典型的には、弁５８は三方弁５８である。図２を参照すると、システム２０の三方弁５８は、ツール２６とサブシステム４０，４８の両方との間で流体連通している。三方弁５８はまた、制御部５６と接続する。本実施形態において、システム２０の三方弁５８は、流体がツール２６から戻った後に、流体を加熱器サブシステム４０又は冷却器サブシステム４８に方向付けるために有用である。換言すれば、制御部５６は、それぞれのサブシステム４０，４８の三方弁４６，５４と共にシステム２０の三方弁５８を制御することによって、流体をツール２６からサブシステム４０，４８のそれぞれへ方向付けることができる。図１８を参照すると、三方弁５８は任意的に、すなわち、例えば逆止め弁５７の代わりに補助弁５８として、利用されてもよい。
本明細書において、複数の“三方”弁４６，５３，５４，５８が概して参照されたが、同一の流れ制御が、三方弁を“模倣する”異なる種類の弁及び導管３８配列の組み合わせによって達成されることが理解されるべきである。例えば、二方弁及び導管３８の組み合わせが、三方弁によって達成される流れ制御と同一の流れ制御を達成するために利用されてもよい。その他の例として、三方弁の代わりに一方向が閉塞された四方弁が利用されてもよい。そのような、同一（又は類似の）流れ制御を達成するための代替的な配列は、本明細書において記述された三方弁４６，５３，５４，５８と機能において均等であると考えられる。
制御部５６はまた、システム２０内の流体の流れを制御するのに有用である。
例えば、制御部５６はシステム２０の弁５８、サブシステム４０，４８，４９の弁４６，５３，５４、加熱器４２、冷却器５０、及び／又は熱交換器４９の組み合わせを制御して、種々の温度で流体をツール２６へ、及びツール２６から、方向付けることができる。
制御部５６は、サブシステム４０，４８のそれぞれからの、大量の加熱された流体及び大量の冷却された流体を方向付けるために特に有用である。具体的に、制御部５６は、大量の加熱された流体を、加熱器サブシステム４０のタンク４４から、ツール２６の型表面２４を急速に加熱するために方向付けるために有用である。制御部５６はまた、大量の冷却された流体を冷却器サブシステム４８のタンク５２から方向付けて、ツール２６の型表面２４を急速に冷却するために有用である。これは、図２に示されるようにツール２６へ直接行われてもよく、又は、図１８に示されるように交換器サブシステム４９を介して間接的に行われてもよい。
ある実施形態において、制御部５６は三方弁４６，５３，５４，５８を制御し、流体をタンク４４，５２の少なくとも一つからツール２６へ、ツール２６の型表面２４を加熱又は冷却するために方向付ける。更なる実施形態において、制御部５６は三方弁４６，５３，５４，５８を制御し、流体を他のサブシステム４０，４８内で再循環させ、大量の加熱又は冷却された流体を、当該他のサブシステム４０，４８のタンク４４，５２内に維持する。サブシステム４０，４８内の流体の再循環は、他のサブシステム４０，４８による型表面２４の加熱又は冷却の前、後、又はその間に開始することができる。前述のとおり、制御部５６はまた交換器サブシステム４９内の流体を制御するために使用されてもよい。制御部５６は、三方弁４６，５３，５４，５８を特定の順序及び／又は特定の時期に開閉することで、システム２０内の流体を方向付けることができる。三方弁４６，５３，５４，５８は、同時にかつ／或いは同方向に、開くかつ／或いは閉じるようにしてもよい。図示されていないが、制御部５６はまた、流体の流れを制御するためにシステム２０内の他の弁に接続していてもよい。
これから、続く数段落に渡って、具体的な実施形態が記述される。図１８を参照すると、制御部５６は、様々な方法でサブシステム４０，４８，４９を操作するようにプログラムされ得る。本実施形態において、制御部５６は概して第一熱流体が加熱器４２とタンク４４との間を再循環し、ツール２６を迂回して、加熱器サブシステム４０内の大量の加熱された第一熱流体を維持するように、加熱器サブシステム４０の三方弁４６に特定の時期に指示を与えるようプログラムされる。またある時には、制御部５６は概して、第一熱流体が加熱器サブシステム４０から、そしてツール２６へ方向付けられて、ツール２６の型表面２４を加熱するように、加熱器サブシステム４０の三方弁４６に指示を与えるようプログラムされる。
加えて、制御部５６は概して、ある時には、第二熱流体が冷却器５０とタンク５２との間で再循環しかつ交換器サブシステム４９を迂回して、冷却器サブシステム４８内に大量の冷却された第二の熱流体を維持するように、冷却器サブシステム４８の三方弁５４に指示を与えるようプログラムされる。またある時には、制御部５６は概して、第二熱流体が冷却器サブシステム４８から交換器サブシステム４９へ方向付けられて、ツール２６から戻って交換器サブシステム４９に入る第一熱流体を冷却するように、冷却器サブシステム４８の三方弁５４に指示を与えるようプログラムされる。
加えて、制御部５６は概して、ある時には、ツール２６から戻った第一熱流体が加熱器サブシステム４０へ方向付けられ、交換器サブシステム４９を迂回して、加熱器サブシステム４０内で第一熱流体を再加熱するように、に交換器サブシステム４９の三方弁５３に指示を与えるようプログラムされる。またある時には、制御部５６は概して、ツール２６から戻った第一熱流体が交換器サブシステムへ方向付けられて、冷却器サブシステム４８からの第二熱流体を介して第一熱流体を冷却するように、に交換器サブシステム４９の三方弁５３に指示を与えるようプログラムされる。
ある実施形態において、流体は、型表面２４の最も冷たい領域又は最も熱い領域に対して、対向流方式でツール２６内へ方向付けられてもよい。例えば、型表面２４のある領域が初期的に型表面２４の他の領域と比較して最も冷たく、ツール２６が加熱されようとしている場合に、制御部５６は加熱された流体をこの領域に方向付け、大きな初期的温度勾配に基づいて、この領域における温度変化を促進してもよい。例えば、型表面２４に渡って温度勾配を保つために、平行な流れ配列が有用であり得る場合、又は、対向流配列及び平行流配列の組み合わせが使用され得る場合もあることが理解されるべきである。典型的には、型表面２４と管組織２８内の流体との間の大きな熱伝達を推進するため、ツール２６の管組織２８内の流れは乱流である。乱流は、様々な原因、例えば、らせん状に皺をつけた導管３８及び／又は管組織２８によって、引き起こされ得る。
図示されていないが、システム２０は、一つ又はそれ以上の追加的な様々な種類の、システム２０内で流体の流れを制御するための弁を含んでもよい。例えば、一つ又はそれ以上の、システム２０の一部分における流体の流れを停止又は開始するためのボール弁が存在してもよい。その他の例として、一つ又はそれ以上の仕切り弁及び／又は逆止め弁が、システム２０の一部分における流体の逆流を防止するために存在してもよい。その他の例として、一つ又はそれ以上のグローブ弁が、システム２０の一部分における流体の流量を調節するために存在してもよい。追加的な弁を用いる場合は、その追加的な弁はシステム２０の様々な位置に配置されてもよい。システム２０の弁は、三方弁４６，５３，５４，５８を含め、例えば空気式、手動式、電気的、磁気的等の様々な方法で操作せれてもよい。ある実施形態において、電気的制御、空気的制御、又はそれらの組み合わせによる制御が用いられる。
システム２０は、逃し弁６０を更に有してもよい。逃し弁６０はまた、圧力逃し弁６０、圧力安全弁６０、又は安全弁６０とも呼ばれる。様々な種類の逃し弁６０（及びそれらに関するシステム）を用いることができる。逃し弁６０は、典型的にサブシステム４０，４８，４９とツール２６との間で流体連通している。逃し弁６０は、システム２０内の流体の圧力を逃がす（軽減する）ために有用である。例えば、システム２０内の異常が、安全でない又は望ましくない水準まで流体の圧力を上昇させる恐れがある。そのため、逃し弁６０は、システム２０内の流体の一部分を放出して、流体の圧力を安全又は望ましい水準まで戻すことによって、そのような事態を補償することができる。制御部５６は、逃し弁６０に接続して、逃し弁６０が起動した場合には、システム２０、プレス６４等の損傷を防止するために、システム２０を停止するようにしてもよい。
システム２０は、濾過器（図示なし）を更に有してもよい。様々な種類の濾過器を用いることができる。濾過器は、流体を濾過して詰まり又は他のシステム２０内の継時的な問題を防止するために有用である。濾過器はまた、流体の乱流を与える及び／又は維持するためにも有用である。
前述の通り、システム２０は、一つ又はそれ以上のポンプ５５を更に有してもよい。様々な種類のポンプ、例えば熱伝達流体を移動させるために一般的に使用されるポンプを用いることができる。ある実施形態、例えば交換器サブユニット５１を欠く実施形態においては、加熱器４２及び冷却器５０が概して十分な流体のポンプ機能を提供する。
システム２０を利用して、ツール２６の型表面２４は様々な速度で加熱されることができる。加熱の速度は、線形又は曲線形であり得る。例えば、加熱の速度は、徐々に減少する比率で増大、又は徐々に増大する比率で増大してもよく、又は実質的に不変、又はそれらの組み合わせであり得る。典型的に、型表面２４は、約６０°F毎分以上、７０°F毎分以上、８０°F毎分以上、９０°F毎分以上、又は１００°F毎分以上（すなわち約３３°C毎分以上、約３９°C毎分以上、約４４°C毎分以上、約５０°C毎分以上、又は約５６°C毎分以上）の速度で温度上昇する。ある実施形態において、型表面２４は、約３００°F毎分以上、約２５０°F毎分、約２２５°F毎分、又は約２００°F毎分（約１６７°C毎分、約１３９°C毎分、約１２５°C毎分、又は約１１１°C毎分）の速度で加熱され得る。
システム２０を利用して、ツール２６の型表面２４は様々な速度で冷却されることができる。冷却の速度は、線形又は曲線形であり得る。例えば、冷却の速度は、徐々に減少する比率で増大、又は徐々に増大する比率で増大してもよく、又は実質的に不変、又はそれらの組み合わせであり得る。典型的に、型表面２４は、約４０°F毎分以上、５０°F毎分以上、６０°F毎分以上、７０°F毎分以上、８０°F毎分以上、９０°F毎分以上、又は１００°F毎分以上（すなわち約２２°C毎分以上、約２８°C毎分以上、約３３°C毎分以上、約３９°C毎分以上、約４４°C毎分以上、約５０°C毎分以上、又は約５６°C毎分以上）の速度で温度低下する。ある実施形態において、型表面２４は、約２００°F毎分以上、約１７５°F毎分、又は約１５０°F毎分（約１１１°C毎分、約９７°C毎分、又は約８３°C毎分）の速度で冷却され得る。
本発明は更に、ある方法を提供する。本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を加熱及び冷却するために有用である。当該方法は、加熱器サブシステム４０を提供するステップを有する。ある実施形態において、当該方法は、冷却器サブシステム４８を提供するステップを更に有する。様々な実施形態において、当該方法は、交換器サブシステムを提供するステップを更に有する。様々な実施形態において、当該方法は、制御部５６を提供するステップを更に有する。典型的には、当該方法は、ツール２６を提供するステップを更に有する。ツール２６は、手作業で又は自動的に設置され得る。例えば、ツール２６は技術者によって、又はロボット（図示なし）によって設置され得る。ツール２６及びサブシステム４０，４８，４９は、前述のものと同様のものでもよい。
本実施形態に係る方法は、大量の（十分な量の）加熱された流体（mass of heated fluid）を、加熱器サブシステム４０のタンク４４からツール２６へ方向付けるステップを有する。大量の加熱された流体は、前述のように、サブシステム４０，４８，４９及びシステム２０の三方弁５８に接続された制御部５６によって方向付けられてもよい。
大量の加熱された流体は、ツール２６の型表面２４を、第一の温度（Ｔ１）から第二の温度（Ｔ２）まで、第一の期間（Ｔｔ１）内で加熱する。Ｔ１は様々な温度であり得る。例えば、Ｔ１は起動時の型表面２４の温度であってもよい。すなわち、Ｔ１は周囲の温度（すなわち室温）であってもよい。代替的に、Ｔ１は、先行する加熱及び冷却の周期の後の、型表面２４の温度であってもよい。そのため、型表面２４は、周囲温度よりも熱く（又は冷たく）てもよい。典型的には、Ｔ１は、約５０°Fから約１２５°F、約７５°Fから約１２５°F、約９０°Fから約１２５°F、又は約１００°Fから約１２０°F（約１０°Cから約５２°C、約２４°Cから約５２°C、約３２°Cから約５２°C、又は約３８°Cから約４９°C）である。
Ｔｔ１は様々な長さの期間であり得る。典型的には、Ｔｔ１は続く加熱及び冷却の期間と比較して短い。しかしながら、Ｔｔ１は、続く加熱及び冷却の期間の一つ又はそれ以上の長さよりも長いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｔｔ１は、約１分から約２５分、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１０分、約２．５分から約１０分、約２．５分から約７．５分、又は約４分から約６分である。
Ｔ２は様々な温度であり得る。例えば、Ｔ２は加熱の間に到達する型表面２４の最高温度であってもよい。典型的には、Ｔ２は、約２５０°Fから約４００°F、約２５０°Fから約３７５°F、約２７５°Fから約３７５°F、約３００°Fから約３７５°F、又は約３２５°Fから約３５０°F（約１２１°Cから約２０４°C、約１２１°Cから約１９１°C、約１３５°Cから約１９１°C、又は約１６３°Cから約１７７°C）である。
概して、加熱器サブシステム４０のタンク４４内の大量の加熱された流体は、およそＴ２の温度か、それよりも高温である。大量の加熱された流体が、Ｔ２よりも少なくとも５０°F（１０°C）高い温度である場合、そしてより典型的にはＴ２よりはるかに高い温度である場合が、流体とツール２６の型表面２４との間の熱伝達を容易にするために有益である。ある実施形態において、加熱器サブシステム４０のタンク４４内の大量の加熱された流体は、約２５０°Fから約６００°F、約３００°Fから約５５０°F、約３５０°Fから約５００°F、又は約４００°Fから約４５０°F（約１２１°Cから約３１６°C、約１４９°Cから約２８８°C、約１７７°Cから約２６０°C、又は約２０４°Cから約２３２°C）の温度である。大量の加熱された流体によって、システム２０は、ツール２６型表面２４を前述のように急速に加熱することができる。
本実施形態に係る方法は、流体を加熱器サブシステム４０からツール２６の型表面２４へ方向付けるステップを有する。流体は、システム２０のサブシステム４０．４８及び三方弁に接続する制御部５６によって方向付けられることができる。流体は、第二の期間（Ｔｔ２）の間、型表面２４をおよそＴ２の温度で保持する。型表面２４は、Ｔ２で又は容認可能な許容範囲、例えばＴ２±１５°F（±約９°C）で保持されることができる。型表面２４をおよそＴ２でＴｔ２の間保持することは、複合材製品２２の樹脂を硬化させるために有益である。それはまた、複合材製品２２の表面特性を向上させるために有益であると考えられる。許容範囲内にとどまるために、サーモスタットによる調節が使用され得る。
Ｔｔ２は様々な長さの期間であり得る。典型的には、Ｔｔ２はＴｔ１よりも短い。しかしながら、Ｔｔ２はまた、Ｔｔ１又は続く期間よりも長いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｔｔ２は、約１分から約２５分、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１０分、約１分から約７．５分、約１分から約５分、又は約１分から約２．５分である。
ある実施形態において、本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を、Ｔ１及びＴ２の間の中間温度（Ｔ１‐２）で保持するステップを更に有する。典型的には、このステップはツール２６の型表面２４をＴ２まで加熱する前に現れる。Ｔ１‐２は、大量の加熱された流体の一部分のみを、型表面２４に供給すること、及び／又は加熱器サブシステム４０の全体としての温度を制御することによって、維持され得る。
流体は、Ｔｔ１の一部分（Ｔｔ＜１）の間、型表面２４をおよそＴ１‐２で保持する。流体は、システム２０の、サブシステム４０，４８及び三方弁５８に接続された制御部５６によって方向付けられることができる。型表面２４は、Ｔ１‐２で又は容認可能な許容範囲、例えばＴ１‐２±１５°F（±約９°C）で保持されることができる。型表面２４をおよそＴ１‐２でＴｔ＜１の間保持することは、複合材製品２２を強固にするために有益であると考えられる。例えば、複合材製品２２の樹脂は、その最小の粘性度及び／又は薄さに到達し、複合材製品２２の炭素繊維マットに、より容易に流入する。そのような強固化は、複合材製品２２のボディパネルの、機械的な特性及び改良されたクラスA表面を達成するために有益であると考えられる。許容範囲内にとどまるために、サーモスタットによる調節が使用され得る。
Ｔ１‐２は様々な温度であり得る。例えば、Ｔ１‐２は、Ｔ１及びＴ２の中央の温度、Ｔ１により近い温度、又はＴ２により近い温度であり得る。典型的には、Ｔ１‐２は、約１００°Fから約３５０°F、約１５０°Fから約３２５°F、約２００°Fから約３００°F、約２２５°Fから約２７５°F、又は約２３５°Fから約２６５°F（約３８°Cから約１７７°C、約６６°Cから約１６３°C、約９３°Cから約１４９°C、約１０７°Cから約１３５°C、又は約１１３°Cから約１２９°C）である。
Ｔｔ＜１は、Ｔｔ１よりも短い期間であることを条件として、様々な長さの期間であり得る。典型的には、Ｔｔ＜１は、Ｔｔ２よりも長い。しかしながら、Ｔｔ＜１はまた、Ｔｔ２又は続く期間よりも短いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｔｔ＜１は、約１分から約２５分以下、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１０分、約１分から約７．５分、約１分から約５分、又は約１分から約２．５分である。ある実施形態において、Ｔｔ＜１は、１分から１０分以下である。
ある実施形態において、図２の実施形態のように、本実施形態に係る方法は、大量の冷却された流体を冷却器サブシステム４８のタンク５２からツール２６へ方向付けて、ツール２６の型表面２４をおよそＴ２の温度から第三の温度（Ｔ３）まで、第三の期間（Ｔｔ３）内に冷却するステップを更に有する。他の実施形態において、加熱器サブシステム４０が、型表面２４を同様の方式で冷却するために使用される。典型的に、これらのステップのいずれか一つが、ツール２６の型表面２４がＴ２でＴｔ２の間保持された後に出現する。大量の冷却された流体が、システム２０のサブシステム４０，４８及び三方弁５８に接続する制御部５６によって方向付けられることができる。他の実施形態において、図１８の実施形態のように、方法は、大量の冷却された第二熱流体を冷却器サブシステム４８のタンク５２から交換器サブシステム４９へ、制御部５６によって方向付けて、ツール２６の型表面２４をＴ２からＴ３へＴｔ３の期間内に冷却するステップを更に有する。
Ｔ３は様々な温度であり得る。例えば、Ｔ３は起動時の型表面２４の温度であってもよい。すなわち、Ｔ３は周囲の温度（すなわち室温）であってもよい。Ｔ３は、概して周囲の温度よりも高い温度である。典型的には、Ｔ３は、約７５°Fから約１５０°F、約８５°Fから約１４０°F、約９０°Fから約１３０°F、又は約１００°Fから約１２０°F（約２４°Cから約６６°C、約２９°Cから約６０°C、約３２°Cから約５４°C、又は約３８°Cから約４９°C）である。
Ｔｔ３は様々な長さの期間であり得る。典型的には、Ｔｔ３は先行する加熱の期間と比較して長い。しかしながら、Ｔｔ３は、先行する加熱の期間の一つ又はそれ以上の長さよりも短いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｔｔ３は、約１分から約２５分、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１０分、約２．５分から約１０分、約２．５分から約７．５分、又は約４分から約６分である。
概して、冷却器サブシステム４８のタンク５２内の大量の冷却された流体は、およそＴ３の温度か、それよりも低温である。大量の冷却された流体が、Ｔ３よりも少なくとも５０°F低い温度である場合が、ツール２６の型表面２４と流体との間の熱伝達を容易にするために有益である。ある実施形態において、冷却器サブシステム４８のタンク５２内の大量の冷却された流体は、約３５°Fから約７０°F、約４０°Fから約６０°F、約４５°Fから約５５°F、又は約５５°F（約１．７°Cから約２１°C、約４．４°Cから約１６°C、約７°Cから約１３°C、又は約１０°C）の温度である。そのため、システム２０は、ツール２６の型表面２４を、大量の冷却された流体によって急速に冷却することができる。
前述のように、本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を加熱するために有益である。典型的には、ツール２６の型表面２４は、約６０°F毎分、約７０°F毎分、約８０°F毎分、約９０°F毎分、約１００°F毎分、約１１０°F毎分、約１２０°F毎分、約１３０°F毎分、約１４０°F毎分、約１５０°F毎分、約１６０°F毎分、約１７０°F毎分、又は約１８０°F毎分、よりも大きな速度（約３３°C毎分以上、約３９°C毎分以上、約４４°C毎分以上、約５０°C毎分以上、約５６°C毎分以上、約６１°C毎分以上、約６７°C毎分以上、約７２°C毎分以上、約７８°C毎分以上、約８３°C毎分以上、約８９°C毎分以上、約９４°C毎分以上、又は約１００°C毎分以上）で温度上昇する。
また前述のように、本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を冷却するために有益である。典型的には、ツール２６の型表面２４は、約４０°F毎分、約５０°F毎分、約６０°F毎分、約７０°F毎分、約８０°F毎分、約９０°F毎分、約１００°F毎分、約１１０°F毎分、約１２０°F毎分、約１３０°F毎分、約１４０°F毎分、約１５０°F毎分、約１６０°F毎分、約１７０°F毎分、又は約１８０°F毎分、よりも大きな速度（約３３°C毎分以上、約３９°C毎分以上、約４４°C毎分以上、約５０°C毎分以上、約５６°C毎分以上、約６１°C毎分以上、約６７°C毎分以上、約７２°C毎分以上、約７８°C毎分以上、約８３°C毎分以上、約８９°C毎分以上、約９４°C毎分以上、又は約１００°C毎分以上）で温度低下する。
前述のように、制御部５６は様々な制御スキームをもってプログラムされて、システム２０のサブシステム４０，４８，４９及び利用される場合には三方弁５８を用いて、型表面２４を加熱及び冷却することができる。例えば、制御部５６は、ある期間及び／又は型表面２４のある温度において、複数の三方弁４６，５３，５４，５８の一つ又はそれ以上を開く又は閉じるようにプログラムされ得る。そのような制御手法は、前述のように、流体をツール２６へ方向付けるステップため及び／又は流体を再循環させるために有用である。出発点として、制御部５６の制御スキームは、一般的にオートクレーブに使用される制御スキームを基にして具現化されてもよい。
ある実施形態において、制御部５６は、Ｔｔ１≦Ｔｔ２又はＴｔ１≧Ｔｔ１となる様にプログラムされる。更なる実施形態において、制御部５６は、Ｔｔ１≧Ｔｔ３又はＴｔ１≦Ｔｔ３となる様にプログラムされる。典型的に、Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３は、約３０分、約２５分、約２０分、約１９分、約１８分、約１７．５分、約１７分、約１５分、約１４分、約１３．５分、約１３分、約１２．５分、約１２分、約１１分、約１０分、約７．５分、約５分、約２．５分、約２分、以下である。ある実施形態において、Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３は２０分間以下、１９分間以下、１８分間以下、又は１７分間以下であり、また約１５分間以下、約１０分間、又は約５分間であり得る。システム２０を用いたツール２６の型表面２４の直接的な加熱及び冷却のため、複合材製品２２を製造するためのサイクル時間は、例えばオートクレーブのような従来の方法に比較して、大幅に減少された。
制御部５６は典型的に、型表面２４の基部に配置された一つ又はそれ以上の抵抗温度装置（ＲＴＤ）（図示なし）からのフィードバックによって型表面２４の温度を測定する。制御部５６はまた、導管３８の内部又は基部の一つ又はそれ以上の位置に配置された一つ又はそれ以上のＲＴＤ、及び／又はサブシステム４０，４８，４９の内部又は基部に配置された一つ又はそれ以上のＲＴＤによって、流体の温度を測定することができる。様々な種類のＲＴＤを用いることができる。
本発明は、複合材製品２２を成形する方法を更に提供する。当該製品は、ツール２６を提供するステップを有する。ツール２６は、前述したようなものでよい。当該方法は、プリフォーム６２を提供するステップを有する。プリフォーム６２は手動で、又は自動的に提供されることができる。
プリフォーム６２は、炭素繊維マット及び樹脂を有する。例えば連続的な繊維マットのような、様々な種類のプリフォームを用いることができる。炭素繊維マットはまた、ファブリック又はブレイズとも呼ばれる。炭素繊維マットは、一つ又はそれ以上の繊維の層、典型的には少なくとも二枚の繊維の層を含んでもよい。炭素繊維は、例えば標準弾性率、中弾性率、高弾性率、又は高強度の炭素繊維のように、様々な種類のものであってもよい。ある実施形態において、炭素繊維は単一指向性である。
炭素繊維マットは、実質的にドライであり、かつ／或いはプリプレグ（未硬化の樹脂が浸透した原料）である。ある実施形態において、炭素繊維マットは炭素繊維プリプレグである。炭素繊維プリプレグはプリプレグとも呼ばれることがある。適切な炭素繊維マットは、様々な業者から商業的に入手可能である。具体的な炭素繊維マットの例は、TORAYCA（登録商標）シリーズ、例えばTORAYCA（登録商標）T700Sを含むテキサス州フラワーマウンドのToray Carbon Fibers America, Inc.及びワシントン州タコマのToray Composites (America), Inc.から商業的に入手可能なものを含む。更なる具体的な炭素繊維マットの例は、GRAFILシリーズ及びPYROFIL（商標）シリーズ例えばPYROFIL（商標）TR30Sを含むオクラホマ州タルサのAdvanced Composites Group及びカリフォルニア州サクラメントのGrafil, Inc.から商業的に入手可能なものを含む。
熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂を含む、様々な種類の樹脂を用いることができる。典型的には、樹脂は熱硬化性の樹脂である。適切な熱硬化性樹脂の例は、エポキシ樹脂を含む。樹脂は、樹脂の硬化を促進するための一種又はそれ以上の硬化剤を含んで（すなわちこれと混合されて）いてもよい。様々な種類の硬化剤を用いることができる。樹脂は、システム２０によって提供される急速な加熱及び冷却を活用するために、前述した期間で硬化可能であることが好ましい。適切な樹脂が、様々な業者から商業的に入手可能である。具体的な樹脂の例は、G83プリプレグ樹脂を含むユタ州ソルトレイクシティのHuntsman International LLC、Toray Carbon Fibers America, Inc.及びToray Composites (America), Inc.から商業的に入手可能なもの、及びMTM57プリプレグ樹脂を含むAdvanced Composites Groupから商業的に入手可能なものを含む。
前述のように、複合材製品２２はプリプレグから成形されることができる。プリプレグは、事前に樹脂を浸透させた炭素繊維マットであり、ウェット又はドライのいずれか、典型的にはかすかにウェットである。プリプレグを用いる場合には、複合材製品２２を成形するために、プリプレグの樹脂と同一又は異なる追加的樹脂を使用し得ることが理解されるべきである。代替的に、プリプレグと共に提供された樹脂だけを、樹脂として用いることができる。様々な種類のプリプレグを用いることができる。具体的なプリプレグ又はプリプレグシステムの例は、PC7831-190-1000のような、Toray Composites (America), Inc.から商業的に入手可能なもの、及びMTM57/CF3238のようなAdvanced Composites Groupから商業的に入手可能なものを含む。
本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４上にプリフォーム６２を配置するステップを有する。プリフォーム６２は手動で又は自動的に配置され得る。当該方法は、ツール２６の型表面２４を、Ｔ１からＴ２へ、Ｔｔ１の期間内に加熱するステップを更に有する。Ｔ１、Ｔ２及びＴｔ１は、前述のものとすることができる。型表面２４を加熱することは、プリフォーム６２の樹脂を薄くするために有用である。そのため、樹脂は炭素繊維マットの周りを、その内部へ、及びその内部において、より円滑に流れる。型表面２４、従ってプリフォーム６２は、前述のようにシステム２０によって加熱され得る。
本実施形態に係る方法は、プリフォーム６２に圧力を加えるステップを更に有する。圧力は、様々な手段によって加えられ得る。典型的には、更に後述するように圧力はプレス６４によって加えられる。圧力は、第一の圧力（Ｐ１）から第二の圧力（Ｐ２）まで加えられる。
圧力は様々な度合いで加えられる。加圧の度合いは、線形又は曲線形であり得る。例えば、加圧の度合いは、徐々に減少する比率で増大、又は徐々に増大する比率で増大してもよく、又は実質的に不変、又はそれらの組み合わせであり得る。典型的に、加圧は、約０．１以上、約０．２以上、約０．３以上、約０．４以上、約０．５以上、約０．６以上、約０．７以上、約０．８以上、約０．９以上、約１以上、約１．１以上、約１．２以上、約１．３以上、約１．４以上、約１．５以上、又は約２以上、ポンド毎平方インチ（psi）毎秒（sec）の比率で行われる（１psi/secは、約２．０７kPa/secに相当する）。
Ｐ１は様々な圧力であり得る。例えば、Ｐ１は標準大気圧（約１４．７psi）であり得る。典型的には、Ｐ１は、約０から約５、約０から約１、約０から約０．５、約０から約０．２５、又は約０から約０．１、ポンド毎平方インチのゲージ圧（大気圧を０とする圧力）（psig）である（１psigは約２．０７kPaのゲージ圧に当たる）。
Ｐ２は様々な圧力であり得る。例えば、Ｐ２は加圧工程の間に到達する最大圧力であってもよい。典型的には、Ｐ２は、約５０psigから約１５０psig、約６０psigから約１４０psig、約７０psigから約１３０psig、約８０psigから約１２０psig、約９０psigから約１１０psig、又は約１００psigである。
圧力は、第一の期間（Ｐｔ１）内に加えられる。圧力を加えることは、特に、熱を加えることで樹脂が薄くされた後に、プリフォーム６２を強固にするために有益である。Ｐｔ１は様々な期間であり得る。典型的には、Ｐｔ１は、続く加圧及び減圧の期間と比較して短い。しかしながら、Ｐｔ１は、続く加圧及び減圧の期間の一つ又はそれ以上の長さよりも長いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｐｔ１は、約１分から約２５分、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１０分、約２．５分から約１０分、約２．５分から約７．５分、又は約４分から約６分である。
本実施形態に係る方法は、第二の期間（Ｐｔ２）の間、圧力をおよそＰ２に維持するステップを有する。圧力は、Ｐ２で又は容認可能な許容範囲、例えばＰ２±１０psi（１psiは約２．０７kPaに当たる）で維持されることができる。圧力をおよそＰ２でＰｔ２の間維持することは、複合材製品２２の樹脂を更に強固にし、硬化させるために有用である。許容範囲内にとどまるために、調節が用いられ得る。
Ｐｔ２は様々な長さの期間であり得る。典型的には、Ｐｔ２はＰｔ１よりも短い。しかしながら、Ｐｔ２はまた、Ｐｔ１又は続く期間よりも長いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｐｔ２は、約１分から約２５分、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１０分、約１分から約７．５分、約１分から約５分、又は約１分から約２．５分である。
ある実施形態において、本実施形態に係る方法は、圧力を、Ｐ１及びＰ２の間の中間圧力（Ｐ１−２）で、Ｐｔ２に先行するＰｔ１の一部分（Ｐｔ＜１）の間、維持するステップを更に有する。典型的には、このステップはＰ２まで加圧する前に現れる。圧力は、Ｐ１−２で又は容認可能な許容範囲、例えばＰ１−２±１０psiで維持されることができる。圧力をおよそＰ１−２でＰｔ＜１の間維持することは、複合材製品２２を強固にするために有益であると考えられる。例えば、樹脂は、その最小の粘性度又は薄さとなり、プリフォーム６２の炭素繊維マットに、より容易に流入する。許容範囲内にとどまるために、調節が使用され得る。
Ｐ１−２は様々な圧力であり得る。例えば、Ｐ１−２は、Ｐ１及びＰ２の中央の圧力、Ｐ１により近い圧力、又はＰ２により近い圧力であり得る。典型的には、Ｐ１−２は、約２５psigから約１２５psig、約３５psigから約１１５psig、約４５psigから約１０５psig、約５０psigから約１００psig、約５５psigから約９５psig、約６５psigから約８５psig、又は約７５psigである。
Ｐｔ＜１は、Ｐｔ１よりも短い期間であることを条件として、様々な長さの期間であり得る。典型的には、Ｐｔ＜１は、Ｐｔ２よりも長い。しかしながら、Ｐｔ＜１はまた、Ｐｔ２又は続く期間よりも短いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｐｔ＜１は、約１分から約２５分以下、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１０分、約１分から約７．５分、約１分から約５分、又は約１分から約２．５分である。
本実施形態に係る方法は、複合材製品２２にかかる圧力を低下させるステップを更に有する。本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を冷却して、型表面２４の温度をおよそＴ２からＴ３の温度まで、第三の期間（Ｔｔ３）内に落とすステップを更に有する。ツール２６の型表面２４は、前述のようにシステム２０によって冷却されることができる。本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４から、複合材製品２２を取り出すステップを更に有する。複合材製品２２は、手動で、又は自動的に取り出されることができる。
前述のように、システム２０はツール２６の型表面２４を加熱及び冷却するために使用されることができる。制御部５６は、システム２０のサブシステム４０，４８，４９及び利用される場合には三方弁５８を用いて型表面２４を加熱及び冷却するための様々な制御スキームをプログラムされ得る。制御部５６はまた、様々な期間において及び／又は様々な温度で複合材製品２２へ圧力を加え、また、加圧を解除するようにプログラムされ得る。
先に示唆されたように、圧力は様々な手段によって加えられ得る。ある実施形態において、更に後述されるように、複合材製品２２に圧力を加えるために、圧力タンク６６がプレス６４と一緒に使用される。本明細書において、複合材製品２２への言及は、その成形の程度に依存してプリフォーム６２をも指し得ることが理解されるべきである。
ある実施形態において、制御部５６は、Ｔｔ１≦Ｔｔ２又はＴｔ１≧Ｔｔ２となるようにプログラムされる。更なる実施形態において、制御部５６はＴｔ１≦Ｔｔ３又はＴｔ１≧Ｔｔ３となるようにプログラムされる。Ｔｔ１、Ｔｔ２及びＴｔ３の合計（Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３）は、前述の通りである。ある実施形態において、制御部５６はＰｔ１≦Ｐｔ２又はＰｔ１≧Ｐｔ２となるようにプログラムされる。更なる実施形態において、制御部５６はＰｔ１≦Ｔｔ１又はＰｔ１≧Ｔｔ１となるようにプログラムされる。その上に更なる実施形態において、制御部５６はＰｔ２≦Ｔｔ１又はＰｔ２≧Ｔｔ１となるようにプログラムされる。典型的には、下記数式１を満たすものとする。換言すれば、加熱及び冷却のための合計時間は、概して複合材製品２２の成形の全体のサイクル時間を規定する。
（数１）（Ｐｔ１＋Ｐｔ２）≦（Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３）
複合材製品２２の表面特性及び／又は機械的特性を改変するために、温度及び圧力の期間のそれぞれのタイミングを変えることができる。異なる複数の種類の複合材製品２２を製造するための具体的な加熱、冷却、加圧、及び減圧のプロファイルは、日常の実験を通じて定められ得る。具体的なプロファイルの例は、図１１、図１２及び図１３に示されている。これらについては後述する。前述のとおり、システム２０によって型表面２４を直接加熱及び冷却するため、オートクレーブ等の従来の方法と比較して、複合材製品２２製造のサイクル時間を大幅に削減することができる。
本発明は、その他の方法を提供する。当該方法は、複合材製品２２を成形するために有用である。当該方法は、ツール２６及びプリフォーム６２を提供するステップを有する。ツール２６及びプリフォーム６２は前述したようなものであってもよい。
当該方法は、プレス６４を提供するステップを更に有する。プレス６４は、システム２０、圧力タンク６６、及び／又は制御部５６のそれぞれの基部側又は先端側に設置され得る。システム２０のサブシステム４０，４８，４９は、互いの基部側又は先端側に設置されることができる。利用される場合、交換器サブシステム４９は、典型的にプレス６４の基部側に設置される。制御部５６は、サブシステム４０，４８，４９及び圧力タンク６６のそれぞれの基部側又は先端側に設置されることができる。そのため、システム２０は、その構成要素それぞれをレイアウトする際に柔軟性を提供する。
図５乃至７を参照すると、プレス６４は、プラットフォーム６８と、プラットフォーム６８に向き合うカバー７０を有する。プレス６４のプラットフォーム６８は、ツール２６を支持するために有用である。本実施形態に係る方法は、プラットフォーム６８をカバー７０に接触させて（又は接続させて）、プラットフォーム６８とカバー７０との間に空洞７２を画成するステップを更に有する。空洞７２は、プレナムとも呼ばれ得る。典型的には、カバー７０及び／又はプラットフォーム６８は、外縁シール７４を含む。外縁シール７４は、例えば外縁ガスケット７４のようなものであり、空洞７２を気密状態にする。このような方法で、空洞７２はツール２６の加圧状態及び／又は温度が制御された状態を維持することができる。様々な種類のシール７４を用いることができる。これらの実施形態において、カバー７０は概して固く、柔軟性がない（これはゴム製又は“袋”タイプの型表面とは異なる）。様々な種類のプレス６４を用いることができる。プレス６４は、本明細書に記載された圧力を取り扱うことが可能であることが好ましい。適切なプレス６４は、様々な業者から商業的に入手可能である。プレス６４の具体的な例は、ワシントン州タコマのGlobe Machine Manufacturing Companyから商業的に入手可能なものを含む。
図３を参照すると、本実施形態に係る方法は、プリフォーム６２を型表面２４上に配置するステップを更に有する。本実施形態に係る方法は、真空キャノピー３６をツール２６上に配置して、真空キャノピー３６をツール２６の型表面２４との間にエンベロープ（図示なし）を画成するステップを更に有する。プリフォーム６２及び真空キャノピー３６は、手動で又は自動的に配置され得る。
真空キャノピー３６は、バッグ３６又はシート３６とも呼ばれ得る。真空キャノピー３６は、例えばシリコン等の高分子材料のような、様々な材料で成形されることができる。真空キャノピー３６は、例えば外縁ガスケット７８のような、エンベロープの成形に助力する外縁シール７８を含む。追加的に又は代替的に、パテ７８を用いることができる。様々な種類のシール７８及び／又はパテ７８を用いることができる。典型的には、エンベロープは気密である。真空キャノピー３６は、固さを増して真空キャノピー３６の取り扱いを容易にするための外縁フレーム８０を含んでいてもよい。真空キャノピー３６を動かすために、外縁フレーム８０に複数の取手（図示なし）が取り付けられていてもよい。ツール２６の止め具３４と相互作用するために、止め金８２もまた外縁フレーム８０に取り付けられていてもよい。止め金８２及び止め具３４は、ツール２６上の真空キャノピー３６の方向を維持するために有用である。
貼り付きを防止するため、真空キャノピー３６とプリフォーム６２との間にリリースシート（図示なし）が配置されてもよい。リリースシート又は被膜（図示なし）は、複合材製品２２の張り付きを防止するために、型表面２４にもまた適用することができる。リリースシートは、例えば高分子フィルムのような、様々材料から成形することができる。
本実施形態に係る方法は、プレス６４の空洞７２が確立するときにその内部に位置するように、ツール２６をカバー７０の下に配置するステップを更に有する。ツール２６は、概して、空洞７２を確立するためにカバー７０をプラットフォーム６８に接触させる前に、プレス６４のカバー７０の下に配置される。ツール２６は、概して、空洞７２内部に配置されたときに、空洞７２の全体の容積の少なくとも約３３％、少なくとも約５０％、少なくとも約６６％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、又は少なくとも約９０％、を占める。そのため、ツール２６が存在するとき、空洞７２の残りの容積は全体の容積と比較して典型的に小さい。望まれるときは、空洞内の追加的な容積を占めるために、挿入物、仕切り又はブロック（図示なし）を使用することができる。
図５及び６を参照すると、支持台８４がプレス６４の隣に配置されている。支持台８４は、ツール２６を保持、積み込み、積み出しするために有用である。プレス６４の反対側に、積み出しのために他の支持台８４を用いることもでき、また、単一の支持台８４を用いることもできる。
運搬装置８６は、プラットフォーム６８の近傍に配置されている。運搬装置８６は、概してチェーン軌道上にあり、ツール２６と係合するための少なくとも一つのフック９０を有する。そして、運搬装置８６は、典型的にツール２６のそれぞれの側面に接続するための少なくとも一つのフック９０を有する。運搬装置８６は、ツール２６を支持台８４からプレス６４のプラットフォーム６８上かつプレス６４のカバーの下に引っ張るために有用である。
運搬装置８６がカバー７０の下の通路の大部分に渡ってツール２６を動かした後に、運搬装置８６はカバー７０の通路の外に出る。カバー７０は、その後プラットフォーム６８上に下降して、プラットフォーム６８と係合し（又は連結し）、空洞７２を画成する。プレス６４のカバー７０を上下に所定位置に動かすために、ピストン９２及び／又はギア９４を用いることができる。
ひとたびカバー７０がプラットフォーム６８に接触すると、カバー７０上に配置された複数のラム９６が、カバー７０及び空洞７２の内部に伸びる。ラム９６はツール２６上の受容部９８に係合してツール２６を更にプラットフォーム６８上に押し、ツール２６を実質的に空洞７２内の中心に置く。この位置において、ツール２６は、概してツール２６がシステム２０と流体接続するように配列される。そのような、ツール２６からシステム２０への流体連通は、カバー７０を通って及び／又はプレス６４のプラットフォーム６８を通って経路を定められている。プレス６４は、カバー７０の下降の前に及び／又は型表面２４の加熱の前に、ツール２６の適切な位置を確かめるために、一つ又はそれ以上のセンサー（図示なし）を有していてもよい。
ある実施形態において、システム２０は自動的にプレス６４とツール２６を連結するための接続システムを有する。接続システムは、ツール２６へ及びツール２６から、システム２０を介して熱流体を伝えるために有用である。図１５を参照すると、ツール２６のためのツール接続システム２００が示されている。ツール接続システム２００は、例えば流体の供給、流体の戻り及びセンサーのような、様々な要素をツール２６に接続するための複数の接続部を有している。換言すれば、ツール接続システム２００は、様々な機能をツール２６に、及び任意的にプレス６４の空洞７２に提供する。概して、これら複数の要素は機能及びツール２６との連通を提供する。これらの複数の要素は、概してツール２６と連通又は接続（communication）している。例えば、これらはツール２６の管組織２８に流体連通している。
ツール接続システム２００は、ツール２６の温度監視及び反応のための熱抵抗装置（ＲＴＤ）オス接続子２０２を有する。ツール接続システム２００はまた、第一整列ブッシング２０４、熱流体を入口３０からツール２６へ供給するための熱流体取入口バルブ２０６、オス止めピン２０８、ツール２６から出口３２へ熱流体が戻るための熱流体排出口バルブ２１０、第二整列ブッシング２１２、及び真空接続部２１４及びツール２６の圧力監視のための静的接続部２１６を有する。ＲＴＤに加えて、又はＲＴＤに替えて、例えば熱電対（サーモカップル）のような、他の形式のツール２６の温度測定を利用することができる。これらの形式には、熱電対、光高温計及び他の類似のシステムを含む。ある複数の実施形態では、実際の温度又は温度の変化率を測定することができる。
図１６を参照すると、プレス６４のためのプレス接続システム２１８が示されている。プレス接続システム２１８は、例えば流体の供給、流体の戻り及びセンサーのような、様々な要素をプレス６４に接続するための複数の接続部を有している。これらの複数の要素は、概してシステム２０と連通している。例えば、これらはシステム２０の導管３８に流体連通している。プレス接続システム２１８は、ツール２６の温度監視及び反応のためのＲＴＤメス接続子２２０を有する。プレス接続システム２１８はまた、入口３０からツール２６へ熱流体を供給するための熱流体排出口バルブ２２２、ツール２６から出口３２へ熱流体を戻すための熱流体取入口バルブ２２４、第一整列ピン２２６、真空接続部２２８及びツール２６の圧力監視のための静的接続部２３０、油圧アクチュエータによって操作されるメス止め輪２２３０、及び第二整列ピン２３２を有する。
図１７を参照すると、複合材製品２２を成形するための加圧サイクルの間の、プレス６４が示されている。プレス６４及びツール２６は、システム２０と組み合わせたプレス接続システム２１８及びツール接続システム２００によって部分的に付与される圧力及び温度のプロファイルを有する。典型的には、ツール２６とプレス６４のカバー７０との間の接続は、カバー７０が閉じた後に自動的になされる。具体的には、ツール接続システム２００及びプレス接続システム２１８は、ツール２６がプレス６４内に入った後に互いに連結及び係合する。典型的には、図１７に示されるように、二つの接続システム２００，２１８を押し付けるために複数のラム９６が用いられる。運搬装置８６は、後に二つの接続システム２００，２１８を引き離すために用いられ得る。ひとたび連結されると、ツール２６及びプレス６４は、互いに流体連通し（かつ、典型的には、電気的に接続する）、制御部５６に接続する。
ある実施形態において、ツール接続システム２００は、ツール２６に動作的に接続しており、プレス接続システム２１８は加熱器サブシステム４０及び交換器サブシステム４９に流体連通している。前述のとおり、二つの接続システム２００，２１８は、ツール２６へ及びツール２６から、第一熱流体を供給及び受容するために互いに結び付いている。プレス接続システム２１８は、第一熱流体を用いて型表面２４を加熱及び冷却するために、ツール２６の管組織２８に動作的に接続されている。プレス接続システム２１８は、ツール接続システム２００との連結のために、カバー７０及び／又はプレス６４のプラットフォーム６８を通じて空洞７２内に動作的に接続されている。一方、ツール２６は第一熱流体を用いて型表面２４を加熱及び冷却するために、プレス６４の空洞７２内に配置されている。
そのような“迅速接続／切断”構成は、例えば、利用される複数のツール２６のバリエーションを、それに由来する長時間の変更作業を伴わずに可能にするなど、組立ての多様性を提供する。例えば、様々なツール２６の構成が、二つの接続システム２００，２１８を介して、利用される、又は、単にプレス６４に“差し込まれる”ことができる。この構成はまた、システム２０内の複数のツール２６の迅速な交換を可能にする。ツール２６の交換は５分間の時間枠内で、２分間の早さで、及び１０分間の長さで起こることができる。比較のために、繊維強化プラスチック部品の加圧モールディングにおける典型的なツール交換は、４時間を要する。
前述のように、ツール２６の位置及び加えられる温度及び圧力を含むシステム２０内の動作は、概して、制御部５６によって監視され、制御される。制御部５６は、共有された処理装置及び／又は独立した処理装置を用いて実装され得る。処理装置には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号処理機、マイクロコンピュータ、中央処理ユニット、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラマブル論理装置、状態機械、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は動作上の指示に基づく如何なる信号を操作する装置（アナログ及び／又はデジタル）を含む。メモリは、単一のメモリ装置又は複数のメモリ装置であってよい。そのようなメモリ装置は、リード・オンリー・メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、フラッシュメモリ、及び／又はデジタル情報を保存する如何なる装置であってよい。ここで留意すべきは、ベースバンド処理モジュールが一つ又はそれ以上の機能を、状態機械、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は論理回路を介して実装するとき、対応する動作上の指示を保存するメモリは、その状態機械、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は論理回路を有する回路上に組み込み込まれることである。
方法に戻り、本実施形態に係る方法は、真空キャノピー３６に真空を適用して、エンベロープを空にして、プリフォーム６２をツール２６の型表面２４の近傍に保持するステップを更に有する。このステップは、加熱及び冷却のためにプリフォーム６２を型表面２４に接触した状態のままにするために有用である。真空は、様々な方法で適用することができる。例えば、真空ポンプ（図示なし）が、型表面２４から空気を引き出すツール２６に接続することができる。典型的には、ツール２６上の真空キャノピーの適切なシールを確認するために、ツール２６を空洞７２内に配置する前に、真空が試験される。前述のとおり、止め具３４及びクランプ８２は、ツール２６上の真空キャノピーを整列させるために有用である。真空ポンプは、プレス６４のカバー７０を通じて及び／又はプレス６４のプラットフォーム６８を通じてツールと流体連通していてもよい。真空は、例えば約１０Hgから約３５Hg、又は約１２．５Hgから約３２．５Hg、又は約１５Hgから約３０Hgのように、様々な圧力で適用されてもよい。
本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を、Ｔ１からＴ２まで、Ｔｔ１内で加熱するステップを更に有する。このステップは、プリフォーム６２の樹脂を薄くするために有用である。Ｔ１、Ｔ２及びＴｔ１は、前述と同様でよい。システム２０は、型表面２４を加熱するために用いられ得る。
本実施形態に係る方法は、Ｐ１からＰ２まで、Ｐｔ１内でプレス６４の空洞７２を加圧するステップを更に有する。このステップは、プリフォーム６２を強固にするために有用である。Ｐ１、Ｐ２及びＰｔ１は、前述と同様でよい。典型的には、本実施形態に係る方法は、圧力タンク６６を提供するステップを更に有する。圧力タンク６６は、プレス６４の空洞７２を加圧及び／又は減圧するために、プレス６４の空洞７２に流体連通している。そのような流体連通は、プレス６４のカバー７０を通じて及び／又はプレス６４のプラットフォーム６８を通じていてもよい。
ある実施手形態において、ガスは、使用後に空洞７２から再利用される。他の実施形態において、ガスは、使用後に再利用されずに空洞７２から排出される。圧力タンク６６は様々な圧縮されたガスを収容することができる。典型的には、圧力タンク６６は、プレス６４の空洞７２が空気で加圧されるように、圧縮空気を収容する。ある実施形態において、圧力タンク６６は、圧縮された窒素ガス（N2）を含まない。空気は７８％ものN2を含みうることが理解されるべきである。空気は典型的に空洞７２を加圧するために使用されるが、他の種類のガスも使用され得る。
圧力タンク６６は、圧縮されたガスを収容した独立型のタンクでもよく、または、空気圧縮機の一部であってもよい。圧力タンク６６は及び／又は空気圧縮機は、様々な種類のものであり得る。圧力タンク６６は及び／又は空気圧縮機は、プレス６４の空洞７２に適用される圧力を扱い、供給することが可能であることが望ましい。例えば、圧力タンク６６は、プレス６４の空洞７２を、少なくとも１５０psigまで、１２０秒以内に加圧できることが望ましい。適切な圧力タンク６６及び空気圧縮機は、様々な業者から商業的に入手可能である。空気圧縮機の具体的な例は、Sullair（登録商標）Stationary Air Power Systems例えばSullair（登録商標）2200、the Sullair（登録商標）3700、Sullair（登録商標）4500、及びSullair（登録商標）7500を含む、ミシガンシティのSullair（登録商標）から商業的に入手可能なものを含む。
圧力タンク６６は、乾燥機（図示なし）と流体連通していてもよい。乾燥機はプレス６４の空洞７２へ送られる、又は、空洞７２から戻った圧縮ガスから水分を取り除くために有用である。乾燥機は、様々な種類のものであってよい。適切な乾燥機は、様々な業者から商業的に入手可能である。乾燥機の具体的な例は、Drypoint（登録商標）シリーズ例えばDrypoint（登録商標）RAを含む、ジョージア州アトランタのBEKO Technologies Corp.から商業的に入手可能なものを含む。
典型的には、本実施形態に係る方法は、システム２０を提供し、ツール２６の型表面２４を加熱及び冷却するため、及び空洞７２を加圧及び減圧するために、制御部５６を提供するステップを更に有する。例えば、制御部５６は、圧力タンク６６及びプレス６４と接続して、制御部５６が圧力タンク６６及び／又はプレス６４を制御して空洞７２を加圧又は減圧するようにしてもよい。制御部５６は、典型的には、空洞７２内部に配置された一つ又はそれ以上の圧力センサー（図示なし）からの反応によって空洞７２の圧力を測定する。制御部５６は、典型的には、ある圧力をある時間及び／又は温度で設定するようにプログラムされる。
本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を、およそＴ２の温度でＴｔ２の間保持するステップを更に有する。このステップは、樹脂を硬化させるために有用である。本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４をＴ２まで加熱する前に、ツール２６の型表面２４をＴ１−２の温度でＴｔ＜１の間保持するステップを更に有する。
本実施形態に係る方法は、プレス６４の空洞７２を、およそＰ２の圧力でＰｔ２の間保持するステップを更に有する。このステップは、複合材製品２２を更に強固にするため及び硬化させるために有用である。本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４を冷却して、型表面２４の温度をＴ２からＴ３まで、Ｔｔ３の間に落とすステップを更に有する。制御部５６、システム２０、及び圧力タンク６６はこれらのステップのために使用され得る。
本実施形態に係る方法は、プレス６４の空洞７２を減圧するステップを更に有する。典型的には、空洞７２は、第三の期間（Ｐ１）の間に、Ｐｔ３に戻るまで減圧される。プレス６４の空洞７２は、様々な速度で減圧され得る。減圧の速度は、線形又は曲線形であり得る。例えば、減圧の速度は、徐々に減少する比率で増大、又は徐々に増大する比率で増大してもよく、又は実質的に不変、又はそれらの組み合わせであり得る。典型的に、減圧は、約０．１以上、約０．２以上、約０．３以上、約０．４以上、約０．５以上、約０．６以上、約０．７以上、約０．８以上、約０．９以上、約１以上、約１．１以上、約１．２以上、約１．３以上、約１．４以上、又は約１．５以上、psi毎秒の比率で行われる。ある実施形態において、空洞７２は、約１００以上、約７５、約５０、約２５、又は約１０、psi毎秒の比率で減圧される。
Ｐｔ３は様々な長さの期間であり得る。典型的には、Ｐｔ３は先行する複数の加圧の期間よりも短い。しかしながら、Ｐｔ３はまた、先行する複数の加圧の期間の一つ又はそれ以上よりも長いか、又は同等の長さであってもよい。典型的には、Ｐｔ３は、約１分から約２５分、約１分から約２０分、約１分から約１５分、約１分から約１２．５分、約１分から約１０分、約１分から約７．５分、約１分から約５分、又は約１分から約２分である。典型的には、下記数式２を満たすものとする。
（数２）（Ｐｔ１＋Ｐｔ２＋Ｐｔ３）≦（Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３）
本実施形態に係る方法は、プレス６４の空洞７２をＰ２まで加圧する前に、プレス６４の空洞７２を、およそＰ１−２の圧力でＰｔ＜１の間保持するステップを更に有する。本実施形態に係る方法は、プレス６４のカバー７０とプラットフォーム６８とを分離するステップを更に有する。典型的には、外縁シール７４及び／又は複合材製品２２への損傷を防止するため、カバー７０とプラットフォーム６８とを分離する前に空洞７２内部の圧力は減圧されている。先に示唆されたように、圧力タンク６６は空洞７２を減圧するために使用し得る。追加的に又は代替的に、急速又は制御された方法で、プレス６４が圧縮ガスを大気へ放出してもよい。本実施形態に係る方法は、真空キャノピー３６の維持するステップを更に有する。このステップは、典型的にプレス６４の空洞７２が加圧されている間に行われる。
本実施形態に係る方法は、プレス６４からツール２６を取り出すステップを更に有する。運搬装置８６は、ツール２６を、支持台８４に戻すように又は他の支持台８４へ、押す又は引くように使用され得る。図８を参照すると、プレス６４の他の実施形態が示されている。一つの支持台８４は、積み込みのために使用されることができ、もう一つの支持台は積み出しのために使用されることができる。この配置構成においては、先に積み出されたツール２６ではなく、異なる複数のツール２６が、プレス６４に積み込むために使用され得る。ただし、これは、先に積み出されたツール２６が後にプレス６４内に積み込むことができないことを意味しない。
本実施形態に係る方法は、ツール２６から真空キャノピー３６を取り外すステップを更に有する。真空キャノピー３６は、手動で、又は自動的に取り外すことができる。本実施形態に係る方法は、ツール２６の型表面２４から複合材製品２２を取り外すステップを更に有する。複合材製品２２は、手動で、又は自動的に取り外すことができる。典型的には、複合材製品２２は手袋をした手で（又は素手で）取り扱うことが可能な温度である。Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３の合計については、前述のとおりである。
本発明はまた、プリフォーム６２を成形する方法を提供する。本実施形態に係る方法は、レイアップ（又はレイ‐アップ）法と呼ばれる。プリフォーム６２は、システム２０及び／又は複合材製品２２を成形するための、前述した本発明に係る方法と共に用いることができる。
図９を参照すると、本実施形態に係る方法は、マンドレル表面１０２を有するマンドレル１００を提供するステップを有する。様々な種類のマンドレル１００を用いることができる。適切なマンドレル１００は、様々な業者から商業的に入手可能である。具体的なマンドレル１００の例は、Models & Tools Inc.から商業的に入手可能なものを含む。
典型的には、マンドレル１００のマンドレル表面１０２は、ツール２６の型表面２４と相補的である。例えば、二つの表面２４，１０２は、メス／オス構造の関係であてもよい。マンドレル１００は、ツール２６に類似していてもよい。例えば、マンドレルは流体を運ぶための管組織１０４を有してもよい。
管組織１０４は、管組織１０４へ流体を伝える少なくとも一つの入口１０６及び管組織１０４から流体を伝える少なくとも一つの出口１０８を有する。管組織１０４は、熱伝達を早めるためにマンドレル表面１０２の近傍又は直接接する位置にある。管組織１０４は、マンドレル表面１０２の（間接的よりはむしろ）直接的な加熱又は冷却に有用である。管組織１０４は、マンドレル１００自体の内側に（例えば穴をあけることなどによって）形成されてもよく、またはマンドレル表面１０２に近いマンドレル１００の内側に、マンドレル１００に対して及び／又はマンドレル表面１０２に対して取り付けられてもよい。管組織１０４は、ツール２６について前述したと同様に、様々なやり方で配置されてよく、均一又は様々な直径のものであってもよい。
マンドレル１００の管組織１０４は、導管（図示なし）に接続されている。導管は、マンドレル１００へ及びマンドレル１００から、流体を伝える。マンドレル１００は、マンドレル表面１０２を加熱及び冷却するために、システム２０に流体連通していてもよい。代替的に、マンドレル１００は他の種類のシステム（図示なし）に流体連通していてもよい。他の種類のシステムとは、例えば従来のオイル又は水ベースの加熱及び／又は冷却システム、典型的には水ベースのシステムである。
本実施形態に係る方法は、複数のピースの炭素繊維シート１１０を供給し、樹脂を提供するステップを有する。複数のピースの炭素繊維シート１１０は、例えば前述のプリプレグ及び／又は炭素繊維マットからなる複数のピース１１０のように、様々な種類のものであってよい。樹脂は、例えば前述のエポキシなど、様々な種類のものであってよい。樹脂は、“粘着（tack）”温度を有する。これについては後述する。
本実施形態に係る方法は、マンドレル表面１０２を第一の温度まで加熱するステップを更に有する。第一の温度は、プリフォーム６２の作製（preparation）の間に樹脂のマンドレル表面１０２への接着を促進する。第一の温度は、概して樹脂の粘着温度に対応する。タック温度において、樹脂は、マンドレル表面１０２に接着し、また、複数のピース層の間の接着のように樹脂自体に接着する。
粘着温度は、試験で測定することができ、又はＭＳＤＳ又は技術データシートなどの樹脂に関する技術的文献を参照することによっても確かめられる。粘着を測定するための典型的な試験は、手袋をした指又は工具を樹脂の層の上に置くこと及びその指又は工具を引き去り、どの温度点において引き去った際に樹脂が指又は工具に接着したか測定することを含む。第一の温度は、典型的には約１００°Fから約１７５°F、約１１０°Fから約１５５°F、又は約１２５°Fから約１４０°F（約３８°Cから約７９°C、約４３°Cから約６８°C、約５２°Cから約６０°C）である。
本実施形態に係る方法は、典型的に、樹脂層（図示なし）を形成するためにマンドレル１００のマンドレル表面１０２に樹脂を加えるステップを有する。樹脂は、様々な方法によって加えられてもよい。例えば、樹脂は、手で又は機械的なスプレー塗布、刷毛塗り、流し込み、その他によって加えられ得る。プリフォーム６２の張り付きを防止するため、樹脂を加える前に、リリースライナー又は被膜が、マンドレル表面１０２に適用されてもよい。
本実施形態に係る方法は、炭素繊維マットを成形するために、樹脂層上に複数のピース１１０を配置するステップを更に有する。複数のピース１１０は、単一の層として横たえてもよく、かつ／或いは互いに重ねてもよい。炭素繊維マットの厚みを作り上げるためにピース１１０の複数の層が配列されてもよい。また、任意的に、追加的な樹脂がピース１１０の複数の層の間に加えられてもよい。本実施形態に係る方法は、典型的に、追加的な樹脂を炭素繊維マットの一番上に加えるステップを有する。
本実施形態に係る方法は、真空シート１１２とマンドレル１００のマンドレル表面１０２との間にエンベロープ（図示なし）を画成するために、マンドレル１００上に真空シート１１２を配置するステップを更に有する。典型的に、エンベロープを気密にするために、マンドレル１００の外縁にパテ１１４が加えられる。パテ１１４は、例えば手作業、ロボットディスペンサー等の、様々な方法によって加えられる。張り付きを防止するため、リリースライナー又は被膜が真空シート１１２とプリフォーム６２との間に加えられる。パテ１１４を使用するかわりに、真空シート１１２を、ツール２６と共に前述した真空キャノピー３６と類似又は同一に構成することもできる。換言すれば、真空シート１１２は外縁シール（図示なし）を有してもよい。
本実施形態に係る方法は、真空シート１１２に真空を適用して、それによりエンベロープ内を空にし、プリフォーム６２をマンドレル１００のマンドレル表面１０２に隣接した状態に保持するステップを更に有する。このステップは、複数のピース１１０を強固にし、更にプリフォーム２を成形するために有用である。このステップはまた、加熱及び冷却の間、プリフォーム６２をマンドレル表面１０２に接触した状態に保つために有用である。真空は、例えば約１０Hgから約３５Hg、約１２．５Hgから約３２．５Hg、又は約１５Hgから約３０Hgのように、様々な圧力で適用されることができる。
本実施形態に係る発明は、マンドレル表面１０２を第二の温度まで冷却するステップを更に有する。第二の温度は、プリフォーム６２をマンドレル表面１０２から離すことを可能にする。第二の温度は、典型的に第一の温度よりも低く、概して、樹脂の非粘着（non-tack）又は粘着性が低い（less tacky）温度のいずれかに対応する。第二の温度は、典型的には約３５°Fから約１００°F、約４０°Fから約７５°F、又は約４０°Fから約５０°F（約１．７°Cから約３８°C、約４°Cから約２４°C、約４°Cから約１０°C）である。マンドレル表面１０２の加熱及び冷却は、手動で、又は他の制御部（図示なし）による等、自動的に制御することができる。本実施形態に係る方法は、真空シート１１２をマンドレル１００から取り外すステップ、及びプリフォーム６２をマンドレル表面から取り外すステップを更に有する。これらのステップは、手動又は自動で行われることができる。
ある実施形態において、マンドレル１００は、手動、又はロボットのアーム（図示なし）に取り付けられることができ、マンドレル１００は作製位置からモールディング位置まで移動可能にすることができる。例えば、作製位置において、マンドレル表面１０２は適当な位置に置かれたプリフォーム６２を第一の温度に保持するように設定され、プリフォーム６２はマンドレル１００上で成形される。プリフォーム６２が成形された後に、マンドレル１００は次にモールディング位置に移動することができる。モールディング位置において、マンドレル表面１０２の温度は第二の温度に設定され、そのためプリフォーム６２をマンドレル表面１０２から離すことを可能にする。プリフォーム６２はその後、更なる工程のために、直接的に移動する又はプリフォーム６２をマンドレル１００から型表面２４の上に落とすことによって、ツール２６の型表面２４上に配置されることができる。代替的に、プレフォーム６２は、同一又は異なる場所のいずれかでの後の使用のために、貯蔵又は配列されてもよい。
図１０を参照すると、様々なステップ（又は工程）がプレス６４内での複合材製品２２の成形の前及び／又は後に実行され得る。これらのステップは、様々な順番及び組み合わせで使用され得る。これらの追加的なステップは、単なる例示であり、本発明の限定であると解釈されるべきではない。
プリフォーム６２のための複数のピース１１０は、“キットカット”工程によって提供されることができる。例えば、プリプレグシートは、コンピュータ駆動の切断台を用いて切断され、複数のピース１１０となる。その切断台は、コンピュータを利用した製図（ＣＡＤ）システムから及び／又はデジタル化されたパターン及び図面からのデータを使用する。正確な切断のために、キットカット構成は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）作業セルを利用してもよい。ＣＮＣ作業セルは、一連のＣＮＣ及びマシニングツールを含む。型紙及び型は施設内で製造されてもよいが、必要があれば第三者によって供給されてもよい。他の原材料と同様に、レイアップ工程に先立ってピース１１０を保存するために、ピース１１０は冷凍庫内で低温貯蔵され得る。
複数のピース１１０は、前述のように、マンドレル１００を用いてプリフォーム６２を成形するために使用され得る。自動化が可能であるが、手作業のレイアップの使用は概して、それぞれのマンドレル１００に特有の複数のピース１１０の組を横たえることによって、複合材製品２２に渡って異なる強度要求で複合材製品２２をデザインすることを可能にする。加えて、手作業のレイアップは、不必要な追加の樹脂積層をなくすことによって、材料コストを低減することができる。
プレス６４を用いた複合材製品２２の成形の後、及びツール２６からの取り外しの後、複合材製品２２はトリム工程に供される。複合材製品２２は、ロボット外形加工機によって機械的にトリム及び／又は穿孔をされてもよい。ロボット外形加工機の使用は、一貫した精密度及び適時な転回を容易にする。複合材製品２２は、次に部分組立て及びボンディング工程に提供される。ボンディングを要求し得る複合材製品２２は、トリム工程に続いて準備され、それらかＣＮＣボンドされるボンディングセルに配置される。ロボットのボンディングセルの使用は、ボンドの正確さのための一貫した接着経路及び迅速な転回を提供する。
複合材２２は、次に仕上げ工程に供される。ここで、複合材製品２２は、ロボットで又は手で研磨される。自動化された技術は仕上げ工程を能率的にする一方で、クラスＡ表面の品質が望まれる場合は、手作業による研磨を用いることは、これを確保することを助けると考えられる。複合材製品２２の表面に小さな傷があれば、技術者はこれを発見し、修理する。複合材製品２２は、次に、下塗工程に供される。複合材製品２２は、大量低圧（ＨＶＬＰ）下塗剤（又は透明塗料）の塗装を受けるために塗装ラインシステムに入ってもよい。複合材製品２２は、汚れを防止するために先に洗浄される。露出した炭素繊維の織物（weave）を有する複合材製品２２は、透明に塗装されて直接消費者に出荷されてもよい。一方、色を必要とする複合材製品２２は、下塗りをされて、消費者に届く前に塗装を受けるために、第三者例えばＯＥＭ認可された供給者へ出荷されてもよい。複合材製品２２は、次に最終検査工程に供される。複合材製品２２は、寸法上の品質を確かめるために測定及び視覚的検査がなされる。透明塗装がなされた複合材製品２２はフィネスステージに供され、消費者への出荷に先立つ最終視覚的検査の前に宝石のように磨かれる。
本発明に係る方法によって成形された複合材製品２２は、素晴らしい機械的な特性及び／又は表面特性を有する。例えば、複合材製品２２は、従来のオートクレーブ法を用いて成形された複合材製品と比較して、傷がごく少数か、全く無い、クラスAに近い表面を有する。複合材製品２２の更なる仕様は、すぐ後の実施例に記載されている。
本発明の追加的な実施形態、特徴、及び利点は、以下の開示を参照して理解され得る。米国特許仮出願番号No.61/410,753, 発明の名称“METHOD OF MAKING COMPOSITE PARTS BY USING MEMBRANE PRESS”、米国特許仮出願番号No.61/495,661, 発明の名称“RAPID CURE SYSTEM FOR THE MANUFACTURE OF COMPOSITE PARTS”、米国特許仮出願番号No.61/418,521, 発明の名称“SYSTEMS AND METHODS FOR FORMING COMPOSITE COMPONENTS"”、国際特許出願番号No.PCT/US2011/059434, 発明の名称“THERMAL PROCESSING AND CONSOLIDATION SYSTEM AND METHOD”、及び国際特許出願番号No. PCT/US2011/062836, 発明の名称“METHOD AND SYSTEM FOR FORMING COMPOSIIE ARTICLES”。これらの全ては、その全体において参照されることによって、それらが本発明の一般的範囲に抵触しない限りにおいて本出願に取り込まれる。
本発明の複合材システム２０、方法及び複合材製品２２を例示する以下の複数の実施例は、例示を意図しており、発明を限定するものではない。
複合材製品の比較例は、従来のオートクレーブ及びオートクレーブ法を用いて製造された。複合材製品の本発明の例は、本発明のシステム及び方法を用いて製造された。これらの例に関する追加的な情報は、以下の表１及び後続の記述に提供された。
Figure 0006050351
 プリフォームは従来のレイ−アップ法によって成形された。プリフォームは自動車のフードの形状に成形された。炭素繊維マットは、織物が露出したプリプレグであり、樹脂は“高速硬化”エポキシ樹脂である。これらは両方ともワシントン州タコマのToray Composites (America), Inc.から商業的に入手可能である。
プリフォームは、ツール内に積み込まれ、真空シートで覆われる。ツールは構成及び材質において同一である。真空は確立されかつ確認される。ツールは、オートクレーブ又はプレス内にそれぞれ配置される。オートクレーブは閉じられ、起動される。プレスは閉じられ、起動される。プレスは本発明のシステムに流体連通している。
図１４を参照すると、オートクレーブにおける温度及び圧力の傾斜及び保圧を含む具体的なパラメータがより良く理解できる。図１４における複数のＴＣのそれぞれは、ツールの型表面上の具体的な位置の温度を参照する。よく理解されるように、オートクレーブは型表面を均一に一貫した温度で加熱することができていない。この均一な加熱処理（heat soaking）の欠乏は、オートクレーブによって成形された複合材製品に、例えば表面の傷のような様々な問題点を与えると考えられる。図１１を参照すると、プレスにおける温度及び圧力の傾斜及び保持を含む具体的なパラメータがより良く理解できる。
図１２は、第２の本発明の実施例（上記の表１に示されていない）を示している。図１３は、第３の本発明の実施例（同様に、上記の表１に示されていない）を示している。図１２及び図１３を参照してよく理解されるように、本発明のシステムは、型表面を、短い期間で急速に加熱することができる。加えて、ピーク温度に到達するために保圧が必要とされない。それどころか、本発明のシステムの急速加熱能力に基づいて、ピーク温度は非常に短い期間の初期時間で、迅速にピーク温度に到達することができる。
図１１を参照すると、ツールの型表面の温度は、加熱器サブシステム及び制御部を用いて、Ｔ１からＴ１−２まで傾斜を成している。具体的には、制御部は、Ｔ１−２に到達するまで、バルブを用いて大量の加熱された熱流体の一部分を加熱器サブシステムのタンクからツールへ向かわせる。
Ｔ１−２に到達すると、制御部はバルブを使用することによってタンクからの流れを停止させ、加熱器サブシステムは大量の加熱された流体を再加熱するために再循環を開始する。制御部がツールへの追加的な大量の加熱された流体の流れを必要な程度に調節することによって、Ｔ１−２は、容認可能な許容範囲で維持される。Ｔｔ＜１の間、樹脂はその最も低い又はそれに近い粘度であると考えられる。樹脂をそのような粘度にすることで、如何なる閉じ込められた空気又は樹脂の硬化の間に生成した樹脂の副生成物（例えば蒸気）も、複合材製品から排出されることが可能になる。
ツールがＴ１−２の温度に加熱されている間、プレスの空洞はＰ１−２で加圧されている。具体的には、制御部は、空洞へ圧縮空気を供給するよう圧力タンクに指示する。Ｐ１−２に到達すると、制御部はタンクからの流れを停止させる。制御部が空洞への追加的な圧縮空気の流れを必要な程度に調節することによって、Ｐ１−２は、容認可能な許容範囲で維持される。
Ｔｔ＜１が経過すると、制御部は、型表面がＴ２に到達するまで、大量の加熱された流体の他の一部分（又は全て）をツールに向かわせる。Ｔ２に到達すると、制御部はバルブを使用することによってタンクからの流れを停止させ、加熱器サブシステムは大量の加熱された流体を再加熱するために再循環を開始する。制御部がツールへの追加的な大量の加熱された流体の流れを必要な程度に調節することによって、Ｔ２は、容認可能な許容範囲で維持される。Ｔ２の間、樹脂は硬化温度又はそれに近い温度にあると考えられる。樹脂をそのような温度にすることで、複合材製品に素晴らしい表面特性及び機械的特性を与えられると考えられる。この温度は、試験を介して測定することができ、又はＭＳＤＳ又は技術データシートのような樹脂に関する技術文献を参照することで、決定することができる。
ツールがＴ２の温度に加熱されている間、プレスの空洞はＰ２で加圧されている。具体的には、制御部は、空洞へ圧縮空気を供給するよう圧力タンクに指示する。圧力が加えられている間、真空が維持されている。Ｐ２に到達すると、制御部はタンクからの流れを停止させる。制御部が空洞への追加的な圧縮空気の流れを必要な程度に調節することによって、Ｐ２は、容認可能な許容範囲で維持される。Ｐｔ２が経過すると、制御部は、プレスに減圧を指示する。具体的には、プレスは、Ｐｔ３の間に渡る圧縮空気の大気への放出を開始する。プレスは、完全な空気の“ダンプ”をしてもよい。すなわち、空気は制御された比率で開放される必要がない。
図２に記載されたようなシステムを利用するある実施形態において、Ｔｔ２が経過すると、制御部は、Ｔ３に到達するまで、バルブを用いて大量の冷却された流体の一部分を冷却器サブシステムのタンクからツールへ向かわせる。加熱器サブシステムが先に使用される以前又は使用されている間に、制御部は、冷却器サブシステムに対して、バルブ、タンク及び冷却器を用いて大量の冷却された流体を形成及び維持するよう指示する。冷却器サブシステムが使用されている間、制御部は、加熱器サブシステムに対して、バルブ、タンク及び加熱器を用いて、大量の加熱された流体を再加熱及び維持するよう指示する。そのため、システムは、短い期間の後直ぐに、後続のサイクルのための準備ができる。
図１８に記載されたようなシステムを利用した他の実施形態において、Ｔｔ２が経過すると、制御部は、Ｔ３に到達するまで、バルブを用いて大量の冷却された流体の一部分を冷却器サブシステムのタンクから交換器サブシステムへ向かわせる。加熱器サブシステムが先に使用される以前又は使用されている間に、制御部は、冷却器サブシステムに対して、バルブ、タンク及び冷却器を用いて大量の冷却された流体を形成及び維持するよう指示する。冷却器サブシステムが使用されている間、制御部は、加熱器サブシステムに対して、バルブ、タンク及び加熱器を用いて、大量の加熱された流体を再加熱及び維持するよう指示する。そのため、システムは、短い期間の後直ぐに、後続のサイクルのための準備ができる。
それぞれのサイクルが完了した後に、ツールは、オートクレーブ及びプレスから取り外される。各サイクルの出来栄えは、各方法を用いて成形された複合材製品の外観に基づいて評価される。具体的には、複合材製品はツールから取り外され、その表面は表面の傷を目立たせるために白タルク粉を用いて拭かれる。複合材製品の表面に存在する穴（Pits）及び／又は線（dry-lines）は、白タルク粉によって強調される。具体的には、それらの不具合は白い点（穴）又は白い筋（線）として見える。穴又は線は、サイクル中に樹脂が適切に流れず、それにより空隙が残された部分である。
本発明のシステム及び方法によって製造された複合材製品は、オートクレーブによって製造されたものと比較して、素晴らしい表面特性を有する。具体的には、本発明のシステム及び方法を用いて成形された複合材製品は、オートクレーブで成形されたものと比較して、穴及び線の量について約８５％から９０％の減少を有する。加えて、本発明のシステム及び方法を用いて成形された複合材製品は、オートクレーブで成形されたものと比較して、穴及び線の程度（深さ／幅）について約８５％から９０％の減少を有する。それらの不具合は、複合材製品の表面がクラスＡ表面と認められるためには、修理（充填及び研磨）されなければならない。
上記の表１に戻って参照すると、本発明のシステム及び方法はまた、オートクレーブ工程と比較して、サイクル時間について約８０％以上の削減を有する（１３分対７２分）。加えて、プレスから取り出された後のツールは、オートクレーブから取り出されたものと比較して、３０％以上低い温度である（約１２０°F（約４９°C）対約１８０°F（約８２°C））。そのため、本発明のシステム及び方法は、オートクレーブを用いて成形されたものと比較して、より高い品質の複合材製品を提供しつつ、サイクル時間及び全体の製造時間について有意な削減を可能にする。
添付の特許請求の範囲の各請求項は、発明の詳細な説明に記述された特定及び個別の化合物、構成、又は方法に限定されないことが理解されるべきである。これらは、添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれる複数の個別の実施形態の間で、多様なものであり得る。本明細書及び特許請求の範囲において様々な実施形態の個別の特徴又は性状を記述するために利用された、如何なるマーカッシュ形式のグループに関しても、全ての他のマーカッシュ形式のメンバーから独立した、それぞれのマーカッシュ形式のグループの各メンバーから、異なる、特別な、かつ／或いは予想外の効果が得られ得ることが理解されるべきである。マーカッシュ形式のグループの各メンバーは、独立して及び／又は組み合わされて利用（rely upon）されることができ、また、添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれる具体的な実施形態に、適正なサポートを提供する。
本発明の様々な実施形態を記述するために利用された如何なる範囲及び部分的な範囲も、独立に又は集合的に添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれることもまた理解されるべきである。また、本発明の様々な実施形態を記述するために利用された如何なる範囲及び部分的な範囲も、たとえその値が明細書等に明示的に記載されていなくとも、その中の全ての値及び／又は小数点以下の値を含む全ての範囲を記述し、考慮すると理解される。当業者は、列挙された範囲及び部分的な範囲は、本発明の様々な実施形態を十分に記述し、可能にすることを容易に認識する。そして、当業者は、それらの範囲及び部分的な範囲は、更に、関連する２分の１の範囲、三分の１の範囲、四分の１の範囲、五分の１の範囲、等に分けて描写され得ることを容易に認識する。ほんの一例として、“０．１から０．９の”という範囲は、更に下方の三分の１すなわち０．１から０．３、中央の三分の１即ち０．４から０．６、及び上方の三分の１すなわち０．７から０．９分けられることができ、それらは独立に及び集合的に添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれ、そして、それらは、独立に及び／又は集合的に利用されることができ、添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれる具体的な実施形態の適正なサポートを提供する。加えて、例えば“少なくとも”、“以上”、“より少ない”、“以下”及び類似のもののような範囲を規定又は修正する用語に関して、そのような用語は部分的な範囲及び／又は上限又は下限を含むことが理解されるべきである。他の例として、“少なくとも１０”の範囲は、１０から３５の部分的な部分、１０から２５の部分的な部分、２５から３５の部分的な部分等を本質的に含み、それぞれの部分的な部分は、独立に及び／又は集合的に利用されることができ、そして、添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれる具体的な実施形態の適切なサポートを提供する。最後に、開示された範囲内の個々の数値は、利用されることができ、そして、添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれる具体的な実施形態に適切なサポートを提供する。例えば、“１から９”の範囲は、例えば３などの様々な個々の整数及び、例えば４．１などの小数点を有する個々の数値（又は分数）を含む。これらの数値は、利用されることができ、そして、添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲に含まれる具体的な実施形態に適切なサポートを提供する。
本発明は、例示的に本明細書に記述されており、使用された用語は限定ではなく説明の用語の性質であることを意図することが理解されるべきである。本発明の多くの修正及び変形が上記の教示に照らして可能である。本発明は、具体的に添付の特許請求の範囲の各請求項の範囲内に記述された以外の方法で実施されてもよい。独立請求項および従属請求項の全ての組み合わせの対象物は、単独従属及び多項従属の両方が、本明細書に明示的に考慮されている。

Claims (12)

  1. 複合材製品の成形に使用するツールの型表面の急速加熱及び急速冷却用熱システムであって、当該熱システムは、
    （Ｉ） 前記ツールに流体連通する加熱器サブシステムであって、
    第一熱流体を加熱する加熱器、
    該加熱器に流体連通し、かつ加熱された十分な量の第一熱流体を収容するタンク、及び、
    （ｉ）前記タンクと前記加熱器との間で流体連通して、前記第一熱流体を前記タンクから前記加熱器へ再循環させ、かつ（ｉｉ）前記タンクと前記ツールとの間で流体連通して、前記第一熱流体を前記タンクから前記ツールへと方向付ける、三方弁、
    を有する、加熱器サブシステム、
    （ＩＩ） 前記加熱器サブシステム及び前記ツールに流体連通する交換器サブシステムであって、
    前記ツールから戻った前記第一熱流体を冷却する交換器、及び、
    （ｉ）前記交換器と加熱器サブシステムとの間で流体連通して、前記第一熱流体を前記ツールから加熱器サブシステムへ戻し、かつ（ｉｉ）前記交換器と前記ツールとの間で流体連通して、前記第一熱流体を前記ツールから前記交換器へと方向付ける、三方弁、
    を有する、交換器サブシステム、及び、
    （ＩＩＩ） 前記交換器サブシステムに流体連通する冷却器サブシステムであって、
    第二熱流体を冷却する冷却器、
    前記冷却器に流体連通し、かつ十分な量の冷却された前記第二熱流体を収容するタンク、及び、
    （ｉ）前記タンクと冷却器との間で流体連通して、前記第二熱流体を前記タンクから前記冷却器へ再循環させ、かつ（ｉｉ）前記タンクと前記交換器サブシステムとの間で流体連通して、前記第二熱流体を前記タンクから前記交換器へと方向付ける、三方弁、
    を有する、冷却器サブシステム、
    を有する、熱システム。
  2. 複数の前記サブシステム及び前記ツールに接続し、複数の前記三方弁の制御によって当該熱システム内の前記熱流体を方向付ける、制御部、を更に有し、
    前記制御部は、前記第一熱流体が、
    （ｉ） 前記加熱器と前記タンクとの間で再循環し、前記ツールを迂回して、前記加熱された十分な量の第一流体を前記加熱器サブシステム内に保持するか、又は、
    （ｉｉ） 前記加熱器サブシステムから前記ツールへと方向付けられて、前記ツールの前記型表面を加熱するように、
    前記加熱器サブシステムの前記三方弁に指示するようプログラムされている、請求項１記載の熱システム。
  3. 複数の前記サブシステム及び前記ツールに接続し、複数の前記三方弁の制御によって当該熱システム内の前記熱流体を方向付ける、制御部、を更に有し、
    前記制御部は、前記第二熱流体が、
    （ｉ） 前記冷却器と前記タンクとの間で再循環し、前記交換器サブシステムを迂回して、前記冷却された十分な量の第二熱流体を前記冷却器サブシステム内に保持するか、又は、
    （ｉｉ） 前記冷却器サブシステムから前記交換器サブシステムへと方向付けられて、前記ツールから戻って前記交換器サブシステムに入る前記第一熱流体を冷却するように、
    前記冷却器サブシステムの前記三方弁に指示するようプログラムされている、請求項１記載の熱システム。
  4. 複数の前記サブシステム及び前記ツールに接続し、複数の前記三方弁の制御によって当該熱システム内の前記熱流体を方向付ける、制御部、を更に有し、
    前記制御部は、前記ツールから戻った前記第一熱流体が、
    （ｉ） 前記加熱器サブシステムへと方向付けられて、前記交換器サブシステムを迂回して前記第一熱流体を前記加熱器サブシステム内で再加熱するか、又は、
    （ｉｉ） 前記交換器サブシステムへと方向付けられて、前記冷却器サブシステムからの前記第二熱流体を用いて前記第一熱流体が冷却されるように、前記交換器サブシステムの前記三方弁に指示するようプログラムされている、請求項１記載の熱システム。
  5. 前記ツールの前記型表面は、前記加熱器サブシステムによって、約３３°C毎分（６０°F／分）よりも大きな速度で、或いは、約３９°C毎分（７０°F／分）よりも大きな速度で温度上昇し、
    前記ツールの前記型表面は、前記交換器サブシステム及び前記冷却器サブシステムによって、約２２°C毎分（４０°F／分）よりも大きな速度で、或いは、約２８°C毎分（５０°F／分）よりも大きな速度で温度低下する、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱システム。
  6. 前記ツールに動作的に接続したツール接続システム、及び
    前記加熱器サブシステム及び前記交換器サブシステムに流体連通したプレス接続システム、を更に有し、
    前記ツール接続システム及びプレス接続システムは、前記第一熱流体を前記ツールに供給、及び前記ツールから受容するために、結合されている、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱システム。
  7. （ｉ） 前記ツールは前記型表面の反対側に管組織を含み、前記プレス接続システムは該管組織に動作的に接続されており、前記第一熱流体によって前記型表面を加熱及び冷却し、
    （ｉｉ） プラットホームを有するプレス及び該プラットホームに向かい合うカバーを更に有し、
    該カバーは前記プラットホームに連結して、加圧されかつ温度が制御された環境を維持可能な空洞を画成することができ、
    前記プレス接続システムは、前記カバー及び／又は前記プラットホームを通って前記空洞内に動作的に接続されて、前記ツールが前記プレスの前記空洞内に配置されているのに関わらず、前記ツール接続システムに連結し、前記第一熱流体によって前記型表面を加熱及び冷却する、又は、
    上記（ｉ）（ｉｉ） の両方を満たす、
    請求項６記載の熱システム。
  8. 複合材製品の成形に使用するツールの型表面の急速加熱及び急速冷却方法であって、当該方法は、
    前記ツールに流体連通する加熱器サブシステムを提供するステップであって、当該加熱器サブシステムは、
    第一熱流体を加熱する加熱器、
    該加熱器に流体連通し、かつ十分な量の加熱された第一熱流体を収容するタンク、及び、
    （ｉ）前記タンクと前記加熱器との間で流体連通して、前記第一熱流体を前記タンクから前記加熱器へ再循環させ、かつ（ｉｉ）前記タンクと前記ツールとの間で流体連通して、前記第一熱流体を前記タンクから前記ツールへと方向付ける、三方弁、
    を有する、加熱器サブシステムを提供するステップ、
    前記加熱器サブシステム及び前記ツールに流体連通する交換器サブシステムを提供するステップであって、当該交換器サブシステムは、
    前記ツールから戻った第一熱流体を冷却する交換器、及び、
    （ｉ）前記交換器と加熱器サブシステムとの間で流体連通して、前記第一熱流体を前記ツールから加熱器サブシステムへ戻し、かつ（ｉｉ）前記交換器と前記ツールとの間で流体連通して、前記第一熱流体を前記ツールから前記交換器へと方向付ける、三方弁、
    を有する、交換器サブシステムを提供するステップ、及び、
    前記交換器サブシステムに流体連通する冷却器サブシステムを提供するステップであって、当該冷却器サブシステムは、
    第二熱流体を冷却する冷却器、
    前記冷却器に流体連通し、かつ十分な量の冷却された前記第二熱流体を収容するタンク、
    （ｉ）前記タンクと冷却器との間で流体連通して、前記第二熱流体を前記タンクから前記冷却器へ再循環させ、かつ（ｉｉ）前記タンクと前記交換器サブシステムとの間で流体連通して、前記第二熱流体を前記タンクから前記交換器へと方向付ける、三方弁、
    を有する、冷却器サブシステムを提供するステップ、
    前記ツール及び前記複数のサブシステムに接続し、複数の前記サブシステムに指示をする制御部を提供するステップ、
    前記制御部を用いて、前記十分な量の加熱された第一熱流体を前記加熱器サブシステムの前記タンクから前記ツールへと方向付け、前記ツールの前記型表面を第一の温度（Ｔ１）から第二の温度（Ｔ２）へと、第一の期間（Ｔｔ１）内で熱するステップ、
    前記制御部を用いて、前記十分な量の加熱された第一熱流体を前記加熱器サブシステムの前記タンクから前記型表面へと方向付け、前記型表面を前記第二の温度（Ｔ２）で、第二の期間（Ｔｔ２）の間保つステップ、
    前記制御部を用いて、前記十分な量の冷却された第二熱流体を前記冷却器サブシステムのタンクから前記交換器サブシステムへと方向付け、前記ツールの前記型表面をＴ２から第三の温度（Ｔ３）へと、第三の期間（Ｔｔ３）内で冷却するステップ、
    を有し、
    前記ツールの前記型表面は、約３３°C毎分（６０°F／分）よりも大きな速度で温度上昇し、約２２°C毎分（４０°F／分）よりも大きな速度で温度低下し、
    Ｔｔ１＋Ｔｔ２＋Ｔｔ３は、２０分間以下である、
    方法。
  9. 前記制御部は、前記第一熱流体が、
    （ｉ） 前記加熱器と前記タンクとの間で再循環し、前記ツールを迂回して、前記加熱された十分な量の第一熱流体を前記加熱器サブシステム内に、Ｔ２又はそれ以上の温度で保つか、又は、
    （ｉｉ） 前記加熱器サブシステムから前記ツールへと方向付けられ、前記ツールの前記型表面をＴ１からＴ２へ加熱するように、
    前記加熱器サブシステムの前記三方弁に指示をする、請求項８記載の方法。
  10. 前記制御部は、前記第二熱流体が、
    （ｉ） 前記冷却器と前記タンクとの間で再循環し、前記交換器サブシステムを迂回して、前記冷却された十分な量の第二熱流体を前記冷却器サブシステム内に、Ｔ３又はそれ以下の温度で保つか、又は、
    （ｉｉ） 前記冷却器サブシステムから前記交換器サブシステムへと方向付けられ、前記ツールから戻って前記交換器サブシステムに入った前記第一熱流体を、Ｔ２又はそれ以下の温度まで冷却するように、
    前記冷却器サブシステムの前記三方弁に指示をする、請求項８又は請求項９記載の方法。
  11. 前記制御部は、前記ツールから戻った前記第一熱流体が、
    （ｉ） 前記加熱器サブシステムへと方向付けられ、前記交換器サブシステムを迂回して、前記第一熱流体が前記加熱器サブシステム内で、Ｔ２又はそれ以上の温度まで再加熱されるか、又は、
    （ｉｉ） 前記交換器サブシステムへと方向付けられ、前記冷却器サブシステムからの前記第二熱流体によって、前記第一熱流体がＴ２又はそれ以下の温度まで冷却されるように、
    前記交換器サブシステムの前記三方弁に指示をする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. （ｉ） Ｔ１は約１０°C（５０°F）から約５２°C（１２５°F）である、かつ／或いは、
    （ｉｉ） Ｔ２は約１２１°C（２５０°F）から約２０４°C（４００°F）である、かつ／或いは、
    （ｉｉｉ） Ｔ３は約２４°C（７５°F）から約６６°C（１５０°F）である、
    請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
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