JP6353042B2 - 熱可塑性サンドイッチ構造 - Google Patents

Description

本開示は概して、複合材構造物の形成に関する。より詳細には、本開示は複合材サンドイッチ構造物に関する。更に詳細には、本開示は、熱可塑性材料を含むサンドイッチ構造物を形成する方法及び装置に関する。

複合材料は、２つ以上の機能的部材を組み合わせることにより作成される、頑丈かつ軽量な材料であり得る。複合材料は例えば、ポリマー樹脂マトリクスに結合された強化繊維を含む。複合材料で使用される樹脂は、熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含み得る。熱可塑性材料は加熱すると軟化し、冷却すると硬化し得る。熱可塑性材料は、繰り返し加熱・冷却可能であり得る。熱硬化性材料は加熱すると硬化し得る。その繊維は単方向であり得るか、又は織布もしくは繊維織物の形態をとり得る。

面シート間に挟まれたコアを含む複合材構造物が、多くの用途で用いられている。この構成がサンドイッチ構造物を形成する。コアはセル又はキャビティ（空洞）を含むことが多い。これらのセル又はキャビティは、中空でない材料で作られた同様の構造物と比較して、複合材構造物の重量を削減するために利用されている。中空でない材料とはセルを含まない材料のことである。これらの複合材構造物の重量削減により、航空機産業では、航空機部材の重量を削減するためにそのような複合材構造物を用いている。

熱硬化性材料からサンドイッチ構造物を作製する所要時間が、望ましくないことがある。例えば、熱硬化性材料が、サンドイッチ構造物の形状をなすように人の手で又は機械によってレイアップされ得る。複合材料を置くスピードは限られている。しかも、熱硬化性材料の硬化に数時間を要することがある。熱硬化性材料を硬化温度で数時間保持することに加え、熱硬化性材料の硬化に抵抗加熱を利用する従来型のオートクレーブは、加熱と冷却に更に数時間を要することがある。

熱可塑性材料の固化には、熱硬化性材料の硬化ほど時間を要しないことがある。しかしながら、熱可塑性材料の固化中の抵抗加熱時間はやはり望ましいものではない。

現在、熱可塑性サンドイッチ構造物はファスナ（締結具）を用いて作製され得る。ファスナの使用により熱可塑性サンドイッチ構造物の重量が増す。ファスナの使用は、熱可塑性サンドイッチ構造物の作製時間も増大させ得る。

従って、ファスナを使用せずに熱可塑性サンドイッチ構造物を作製するための方法及びアセンブリが求められている。熱可塑性サンドイッチ構造物の固化方法も求められている。更に、熱可塑性サンドイッチ構造物の作製コスト及び熱可塑性サンドイッチ構造物の作製時間のうちの少なくとも一方を削減するために、抵抗加熱を利用するよりも速く熱可塑性サンドイッチ構造物を固化することが求められている。

従って、少なくとも上述の問題点の幾つかと、起こり得る他の問題点を考慮した方法及び装置を有することが望ましい。

装置が提示される。本装置は、複合材構造物、当該複合材構造物内部に広がる複数のキャビティ、及び、当該複数のキャビティ内に位置する複数のマンドレルを備える。複合材構造物は、固化される熱可塑性材料を含む。複数のマンドレルは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料を含む。

装置が提示される。本装置は複合材構造物及び複数のマンドレルを備える。複合材構造物は、固化される熱可塑性材料を含む。熱可塑性材料は、熱可塑性コア層、第１の熱可塑性層、及び第２の熱可塑性層を含む。熱可塑性コア層は、複合材構造物の内部に広がる複数のキャビティを含む。第１の熱可塑性層は熱可塑性コア層の第１の側面にある。熱可塑性コア層の第１の側面は、熱可塑性コア層の外面を含む。第２の熱可塑性層は熱可塑性コア層の第２の側面にある。熱可塑性コア層の第２の側面は、熱可塑性コア層の内面を含む。複数のマンドレルは、複数のキャビティ内に位置する。複数のマンドレルは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料と、可溶性の第２の材料とを含む。第１の材料は、第２の材料内の複数の金属製チューブとなるように成形されている。

固化された構造物を形成する方法が提示される。熱可塑性材料が置かれて、プリフォーム構造物の内部に広がる複数のキャビティを有する当該プリフォーム構造物を形成する。複数のマンドレルが当該複数のキャビティ内に存在する。プリフォーム構造物はツール内に位置決めされる。ツールは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された多数のダイライナーを有する。

固化された構造物を形成する方法が提示される。編組熱可塑性材料が金属製ブラダ上に置かれて、第１の熱可塑性層を形成する。編組熱可塑性材料は、複数のマンドレル上に置かれて、複数のコア部分を形成する。複数のマンドレルは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料と、可溶性である第２の材料とを含む。複数のコア部分が第１の熱可塑性層上に配置される。編組熱可塑性材料が、複数のコア部分に置かれて、プリフォーム構造物を形成する。プリフォーム構造物はツール内に位置決めされる。ツールは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された多数のダイライナーを有する。構造物が固化されて、固化された構造物を形成する。固化は、当該多数のダイライナーに磁場を印加して構造物を固化温度まで加熱すること、金属製ブラダが圧縮力を付与するように金属製ブラダを加圧すること、及び、構造物をツール内で冷却することを含む。固化された構造物がツールから除去される。固化された構造物内で第２の材料が溶解される。

概説すると、本発明の一態様によれば、固化される熱可塑性材料を含む複合材構造物、複合材構造物の内部に広がる複数のキャビティ、及び、複数のキャビティ内に位置する複数のマンドレルを含む装置が提供され、複数のマンドレルは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料を含む。

有利には、本装置において、複合材構造物の内部に広がる複数のキャビティが、複合材構造物の表面の複数の開口と連通している。

有利には、本装置において、マンドレルは可溶性である第２の材料を更に含む。

有利には、本装置において、第１の材料は第２の材料内の複数のチューブを含む。

有利には、本装置において、当該チューブは金属製である

有利には、本装置において、複合材構造物がサンドイッチ構造物であり、複数のマンドレルはサンドイッチ構造物の内部にある。

有利には、本装置において、複合材構造物は、熱可塑性コア層、及び熱可塑性コア層の第１の側面の熱可塑性層を含み、熱可塑性層は、熱可塑性コア層の第１の側面に接して固化される。

有利には、本装置において、熱可塑性層は、第１の熱可塑性層であり、更に熱可塑性コア層の第２の側面の第２の熱可塑性層を含み、第２の熱可塑性層は、熱可塑性コア層の第２の側面に接して固化される。

有利には、本装置において、複数のマンドレルは熱可塑性コア層内にある。

有利には、本装置において、第１の材料は、可溶性である第２の材料内の複数の金属製チューブを含む。

有利には、本装置において、当該複数の金属製チューブがインバー（Ｉｎｖａｒ）で構成されている。

本発明の別の態様によれば、固化される熱可塑性材料を含む複合材構造物であって、 当該熱可塑性材料が、当該複合材構造物内に広がる複数のキャビティを含む熱可塑性コア層を含む、複合材構造物、熱可塑性コア層の第１の側面の第１の熱可塑性層であって、熱可塑性コア層の第１の側面が熱可塑性コア層の外面を含む、第１の熱可塑性層、熱可塑性コア層の第２の側面の第２の熱可塑性層であって、熱可塑性コア層の第２の側面が熱可塑性コア層の内面を含む、第２の熱可塑性層、及び、複数のキャビティ内に位置する複数のマンドレルを含む、装置が提供され、当該複数のマンドレルは、磁場に応答して熱を発生させる第１の材料と可溶性である第２の材料とを含み、第１の材料は、第２の材料内の複数の金属製チューブ内に形成されている。

有利には、本装置において、複数の金属製チューブがインバーで構成されている。

本発明の更なる態様によれば、固化された構造物を形成する方法が提供され、本方法は、熱可塑性材料を置いて、プリフォーム構造物の内部に広がる複数のキャビティを有し且つ当該複数のキャビティ内に複数のマンドレルが存在する当該プリフォーム構造物を、形成すること、及び、プリフォーム構造物をツール内に位置決めすることであって、当該ツールは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された多数のダイライナーを有する、位置決めすることを含む。

有利には、本方法において、熱可塑性材料を置いて、プリフォーム構造物の内部に広がる複数のキャビティを有する当該プリフォーム構造物を形成することは、複数のマンドレルに編組熱可塑性材料を置いて複数のコア部分を形成することを含み、当該複数のマンドレルは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料と可溶性である第２の材料とを含む。

有利には、本方法は、構造を固化して、固化された構造物を形成することであって、当該多数のダイライナーに磁場を印加して構造を固化温度まで加熱することを含む、固化することを更に含む。

有利には、本方法は、プリフォーム構造物を固化して、固化された構造物を形成することであって、当該多数のダイライナーに磁場を印加してプリフォーム構造物を固化温度まで加熱することを含む、固化することを更に含み、プリフォーム構造物を固化して固化された構造物を形成することは、複数のマンドレルに磁場を印加することを更に含み、第２の材料はインバーである。

有利には、本方法は、プリフォーム構造物を固化して固化された構造物を形成することを更に含み、固化することは、当該多数のダイライナーに磁場を印加してプリフォーム構造物を固化温度まで加熱することを含み、熱可塑性材料を置いて、複数のキャビティを有するプリフォーム構造物を形成することは、編組熱可塑性材料を金属製ブラダに置いて第１の熱可塑性層を形成すること、及び、複数のコア部分を第１の熱可塑性層上に配置することを更に含み、プリフォーム構造物を固化して固化された構造物を形成することは、金属製ブラダが膨張し圧縮力を付与し、プリフォーム構造物を当該多数のダイライナーに対して押圧するように、金属製ブラダを加圧することを更に含む。

有利には、本方法において、熱可塑性材料を置いて複数のキャビティを有するプリフォーム構造物を形成することは、編組熱可塑性材料を複数のコア部分上に置くことを更に含む。

有利には、本方法は、固化された構造物内部から材料を溶解させることを更に含む。

有利には、本方法において、当該多数のダイライナーは多数の高性能サセプタを含む。

本発明の更なる態様によれば、固化された構造物を形成する方法が提供され、本方法は、編組熱可塑性材料を金属製ブラダに置いて第１の熱可塑性層を形成すること、編組熱可塑性材料を複数のマンドレルに置いて複数のコア部分を形成することであって、複数のマンドレルは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料と、可溶性である第２の材料とを含み、複数のコア部分を第１の熱可塑性層上に配置すること、編組熱可塑性材料を複数のコア部分上に置いてプリフォーム構造物を形成すること、プリフォーム構造物をツール内に位置決めすることであって、ツールは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された多数のダイライナーを有する、位置決めすること、プリフォーム構造物を固化して固化された構造物を形成することであって、当該多数のダイライナーに磁場を印加してプリフォーム構造物を固化温度まで加熱することを含む、固化すること、金属製ブラダが膨張して圧縮力を付与し、プリフォーム構造物を当該多数のダイライナーに対して押圧するように、金属製ブラダを加圧すること、プリフォーム構造物をツール内で冷却すること、固化された構造物をツールから除去すること、並びに、第２の材料を固化された構造物内で溶解させること、を含む。

有利には、本方法は、複数のマンドレルに磁場を印加することを更に含み、第１の材料はインバーである。

有利には、本方法において、当該多数のダイライナーは多数の高性能サセプタを含む。

本発明の更なる態様によれば、装置が提供され、本装置は、熱可塑性材料を含む複合材プリフォーム構造物、複合材プリフォーム構造物の内部に広がる複数のキャビティ、複数のキャビティ内に位置する複数のマンドレルであって、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料を含む、複数のマンドレル、ダイキャビティをなす複数のダイを含むツールであって、当該ダイキャビティ内に多数のダイライナーが存在する、ツール、並びに、複数の誘導コイルであって、当該複数の誘導コイルの複数の区域が当該複数のダイ中に埋め込まれている、複数の誘導コイル、を含む。

これらの特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態で独立に実現してもよく、更に別の実施形態で組み合わせてもよい。以下の説明及び図面を参照して、これらの実施形態が更に詳細に理解されよう。

例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に決定される。しかし、例示的な実施形態並びに好ましい使用モードと、更にはその目的及び特性とは、添付図面を参照しつつ、本開示の例示的な実施形態の後述の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるであろう。

例示的な実施形態により実施され得る航空機の図である。 例示的な実施形態による製造環境のブロック図である。 例示的な実施形態による、ツールの斜視図である。 例示的な一実施形態によるツール内の構造物の断面図である。 例示的な一実施形態によるツール内の構造物の断面図である。 例示的な実施形態により作製された構造物の図である。 別の例示的な実施形態による、ツールの斜視図である。 例示的な一実施形態によるツール内の構造物の断面図である。 例示的な一実施形態によるツール内の構造物の断面図である。 例示的な実施形態による、マンドレルの斜視図である。 例示的な実施形態による温度サイクルの図である。 例示的な実施形態によるサンドイッチ構造物を形成するプロセスのフロー図である。 例示的な実施形態によるサンドイッチ構造物を形成するプロセスのフロー図である。 例示的な実施形態による、航空機の製造及び保守方法をブロック図形式で示す。 例示的な実施形態が実装される航空機をブロック図形式で示す。

航空機の設計及び製造において複合材料の割合は増している。複合材料は航空機において、航空機の重量を削減するために使用される。軽量化により、ペイロード能力及び燃費効率などの性能特徴が改善される。さらに、複合材料により航空機の様々な部材の寿命が延びる。

種々の例示的な実施形態は、任意の数の種々の検討事項を認識し考慮している。例えば、例示的な実施形態は、サンドイッチパネルの使用により、航空機設計からストリンガ、スパー、フレーム、又はその他の支持構造を除外することが可能となり得ることを認識している。

例示的な実施例はまた、現在実現されている複合材サンドイッチ構造物が、熱硬化性材料を用いて作製されることがあることを認識し考慮している。複合材サンドイッチ構造物は、複数の材料層を有する構造物を含む。複合材サンドイッチ構造物において、前記複数の材料層のうちの一又は複数が複合材料からなるか、又は部分的に複合材料からなることがある。複合材サンドイッチ構造物は、当該構造内部に広がる複数のキャビティを含み得る。例示的な実施形態は、サンドイッチ構造物を熱硬化性材料から作製する所要時間が望ましいものでないことを認識し考慮している。

例えば、熱硬化性材料が、サンドイッチ構造物の形状をなすように人の手で又は機械によってレイアップされることがある。例示的な実施形態は、複合材料を押し当てるスピードが限られていることを認識し考慮している。

更に、例示的な実施形態は、熱硬化性材料の硬化に数時間かかることがあることを認識し考慮している。熱硬化性材料を硬化温度で数時間保持することに加え、熱硬化性材料の硬化に抵抗加熱を利用する従来型のオートクレーブは、加熱と冷却に更に数時間を要することがある。

種々の例示的な実施形態は、熱可塑性材料の固化が、熱硬化性材料の硬化よりも大幅に短時間で済むことがあることを認識し考慮している。更に、種々の例示的な実施形態は、誘導加熱の使用により、熱可塑性材料の固化又は熱硬化性材料の硬化に要する時間が短縮され得ることを認識し考慮している。また更に、種々の例示的な実施形態は、誘導加熱の使用により、熱可塑性材料の固化又は熱硬化性材料の硬化に消費されるエネルギーが削減され得ることを認識し考慮している。

種々の例示的な実施形態は、部品の形成時間を短縮することにより、ツールで作製される部品数が増大し得ることを認識し考慮している。更に、種々の例示的な実施形態は、部品の形成に消費するエネルギーを削減することにより、部品のコストが削減され得ることを認識し考慮している。

種々の例示的な実施形態は、現在、熱可塑性サンドイッチ構造物がファスナを用いて作製されていることを認識し考慮している。種々の例示的な実施形態は、熱可塑性サンドイッチ構造物をファスナなしで作製することにより、熱可塑性サンドイッチ構造物の作製に要する時間が短縮され得ることを認識し考慮している。種々の例示的な実施形態は、熱可塑性サンドイッチ構造物をファスナなしで作製することにより、得られる熱可塑性サンドイッチ構造物の重量を削減し得ることを認識し考慮している。

種々の例示的な実施形態はまた、編組複合材により、複合材テープ又はトウの積層よりも特性が向上し得ることを認識し考慮している。例えば、例示的な実施形態は、編組複合材は面外荷重において改善され得ることを認識し考慮している。編組複合材は互いに重なり合った繊維を含み、積層された複合材層よりも面外荷重に関し優れている。本明細書で使用する語「面外荷重」は、対象物の面内にない荷重を指す。例えば、編組複合材の表面に対して直角の荷重が面外荷重である。面外荷重の向上によって、損傷許容性が向上する。本明細書で使用する語「損傷許容性の向上」は、衝撃又はその他のソースからの損傷に対する耐性が向上していることを意味する。

種々の例示的な実施形態はまた、編組複合材の使用により複合材の製造時間が短縮され得ることを認識し考慮している。例えば、種々の例示的な実施形態は、編組機械が、従来型の複合材を配置する機械よりも多いスプール数の複合材料を一度に使用し得ることを認識し考慮している。このように、種々の例示的な実施形態は、編組機械の使用によって製造時間が短縮され得ることを認識している。

ここで図面（特に図１）を参照すると、例示的な実施形態による航空機が示されている。この例示的な実施例では、航空機１００は機体１０６に結合された翼１０２及び翼１０４を有する。航空機１００は、翼１０２に結合されたエンジン１０８と翼１０４に結合されたエンジン１１０とを含む。

機体１０６は尾部１１２を有する。水平安定板１１４、水平安定板１１６、及び垂直安定板１１８が機体１０６の尾部１１２に取り付けられている。

航空機１００は、例示的な実施形態による熱可塑性サンドイッチ構造物を実装できる航空機の一例である。例示的な一実施形態で、翼１０４の外板パネルが熱可塑性サンドイッチ構造物を含み得る。別の例示的な実施形態では、機体１０６の複数の部分が熱可塑性サンドイッチ構造物を含み得る。

図１の航空機１００の図は、例示的な構成を実装し得る方法に対する物理的な又は構造的な制限を示唆することを意図していない。例えば、航空機１００は民間機であるが、航空機１００は軍用機であってもよく、回転翼航空機、ヘリコプター、無人航空機、又は任意の他の適切な航空機であり得る。

例示的な実施形態についての例示的な実施例が航空機に関して記載されているが、例示的な実施形態は他のタイプのプラットフォームに応用され得る。プラットフォームは例えば、限定しないが、移動式プラットフォーム、固定式プラットフォーム、陸上構造物、水上構造物、及び宇宙構造物であってもよい。より詳細には、プラットフォームは、水上艦、戦車、人員運搬機、列車、宇宙船、宇宙ステーション、衛星、潜水艦、自動車、発電所、橋、ダム、家屋、風車、製造施設、建造物、及び他の適切なプラットフォームであり得る。

ここで図２を参照すると、製造環境のブロック図が例示的な実施形態に従って示されている。この例示的な実施例で、図２の製造環境２００は、一又は複数の例示的な実施形態の種々の部材を示すブロック図で示されている。図示の実施例で、製造環境２００は、ツール２０２、構造物２０６、金属製ブラダ２０８、コントローラ２１０、電力供給２１２、冷却剤供給２１４、及びセンサ２１６を含む。

ツール２０２は構造物２０６を固化するように構成されている。本明細書で使用する語「固化」は、熱可塑性材料中の樹脂が流動するように、熱可塑性材料に高温、高圧、又は高温高圧を印加することを含む。熱可塑性材料中の樹脂が流動するにつれて、強化繊維が実質的に同じ向きに留まり得る。樹脂は、流動するにつれて、近傍の熱可塑性材料の境界で、当該近傍の熱可塑性材料の樹脂と混ざり合うことがある。樹脂は冷却すると固形化する。固化によって複合材料が高品質となり得る。複合材料において高品質とは、複合材料の全体積に対する繊維の体積割合がより高いことであり得る。固化によって複合材料の空隙含有が減少し得る。ツール２０２は、複数の支持体２５１によって支持されている複数の荷重・拘束部（ｌｏａｄ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）２１７を備える。ツールは、複数の荷重・拘束部２１７内に位置する複数のダイ２１８も含む。ダイキャビティ２２０は、複数のダイ２１８によって生じた空間であり得る。ダイキャビティ２２０は、固化工程中に構造物２０６を収容するように構成され得る。

複数のダイ２１８は、誘導加熱の作用を受けない材料で形成され得る。幾つかの例示的な実施形態で、複数のダイ２１８は、セラミック、複合材、フェノール系、又は何らかの他の望ましい材料で形成され得る。例示的な一実施形態で、複数のダイ２１８の材料は、熱膨張率、耐熱衝撃性、及び圧縮強度に基づいて選択され得る。この例示的な実施例で、低い熱膨張率、望ましい耐熱衝撃性、及び相対的に高い圧縮強度を有する材料が選択され得る。例示的な一実施形態で、複数のダイ２１８は、キャスタブル溶融シリカ（ｃａｓｔａｂｌｅ ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ）セラミックであり得る。

図示のように、複数のダイ２１８は複数の誘導コイル２２２及び複数のロッド２２４を収容している。複数の誘導コイル２２２は、セクション２２３及び可撓性セクション２２５を有する。複数の誘導コイル２２２のセクション２２３は、複数のダイ２１８中に埋め込まれている。幾つかの例示的な実施形態で、セクション２２３は、複数のダイ２１８の各ダイの長さに沿って伸びている。複数の誘導コイル２２２の可撓性セクション２２５は、複数のダイ２１８における異なる複数のダイのセクション２２３を接合し得る。例示的な一実施形態で、可撓性セクション２２５は、複数のダイ２１８が動くにつれて動くよう、適切な可撓性を有し得る。例示的な一実施形態で、可撓性セクション２２５は、複数のセクション２２３を接続するように動くのに適切な可撓性を有し得る。複数の誘導コイル２２２は、可撓性セクション２２５に取り付けられたコネクタ２５３を通じて、コントローラ２１０、電力供給２１２、冷却剤供給２１４、及びセンサ２１６に接続され得る。

コントローラ２１０は、電力供給２１２によって複数の誘導コイル２２２に供給される入力電力を制御するように構成され得る。入力電力を制御することにより、コントローラ２１０は、誘導コイル２２２によって生成される磁場を制御し得る。誘導コイル２２２によって生成される磁場を制御することにより、コントローラ２１０はツール２０２の動作温度を制御し得る。

コントーラ２１０は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせにおいて実装される。ソフトウェアを使用する場合、コントーラ２１０によって実行されるプロセスは、プロセッサユニット上で実行されるように構成されたプログラムコードに実装することができる。ファームウェアを使用する場合、コントーラ１０によって実施される作業は、プロセッサユニット上で実行されるようプログラムコードに実装され、固定記憶域に保存することができる。ハードウェアが採用される場合には、ハードウェアはコントーラ２１０の作業を実施するように動作する回路を含むことができる。

冷却剤供給２１４は、複数の誘導コイル２２２に冷却剤を供給するように構成される。複数の誘導コイル２２２を通流する冷却剤は、ツール２０２から熱を逃がす熱交換器として機能し得る。センサ２１６は、動作中のツール２０２の一部の温度を測定するように構成され得る。

複数のダイ２１８内に複数のロッド２２４が埋め込まれ得る。複数のロッド２２４は、複数のダイ２１８を強化し得る。例示的な一実施形態で、複数のロッド２２４は繊維ガラスで形成される。複数のロッド２２４は、複数のボルト２２７によって所定位置に保持され得る。幾つかの例示的な実施形態で、複数のロッド２２４は、複数のダイ２１８中の１つのダイを貫通して長手方向に延伸し得る。幾つかの例示的な実施形態で、複数のロッド２２４は、複数のダイ２１８中の１つのダイを貫通して横断方向に延伸し得る。幾つかの例示的な実施形態で、複数のロッド２２４は、複数のダイ２１８中の１つのダイを貫通して長手方向及び横断方向の両方に延伸し得る。

ダイキャビティ２２０は、不活性ガス供給２１５に関連づけられる。構造物２０６の固化中、不活性ガス供給２１５からダイキャビティ２２０内に不活性ガス２２１が存在し得る。幾つかの例示的な実施形態で、不活性ガス供給２１５は、金属製ブラダ２０８を加圧するために不活性ガスを供給し得る。

多数のダイライナー２２６がダイキャビティ２２０内に位置決めされる。図示のように、多数のダイライナー２２６は材料２２９を含む。材料２２９は、磁場に晒されると熱を発生させるように構成された材料であり得る。材料２２９は、金属、合金、セラミック、金属化フィルム、又は任意の他の適切な材料から選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、多数のダイライナー２２６は、強磁性を有する合金を含む。幾つかの例示的な実施形態で、多数のダイライナー２２６の強磁性材料が、所望の固化温度に基づいて選択され得る。例えば、多数のダイライナー２２６の材料が、強磁性材料が非磁性となる温度に基づいて選択され得る。この温度はキュリー温度としても知られている。多数のダイライナー２２６の強磁性材料は、当該強磁性材料のキュリー温度が所望の固化温度に相当するように選択され得る。これらの例示的な実施例で、多数のダイライナー２２６はまた、多数の高性能サセプタとも称され得る。

多数のダイライナー２２６は、複数の誘導コイル２２２によって生成された磁場に晒されると、熱を発生させ得る。多数のダイライナー２２６は、固化工程中に構造物２０６に熱を加えるのに用いられ得る。

構造物２０６は断面２２８を有する。断面２２８は閉断面２３３である。本明細書で使用する語「閉断面」は、構造物が閉路をなす断面である。従って、構造物２０６の断面２２８が閉路をなす場合、構造物２０６は閉断面２３３を有する。閉断面２３３は、矩形２３０、円形２３２、又は三角形２３４であり得る。

構造物２０６は、第１の熱可塑性層２３６、熱可塑性コア層２３８、及び第２の熱可塑性層２４０を含む。構造物２０６は複合材構造物とも称され得る。固化の前、構造物２０６はプリフォーム構造物と称され得る。固化の後、構造物２０６は固化された構造物と称され得る。

熱可塑性コア層２３８は複数のコア部分２３７を含む。複数のコア部分２３７は、熱可塑性コア層２３８の内部に広がる複数のキャビティ２４４を有する。構造物２０６の内部に広がる複数のキャビティ２４４は、構造物２０６の表面２４２の複数の開口２４６と連通している。複数のキャビティ２４４は、構造物２０６を貫通して長手方向２４５に延伸し得る。幾つかの例示的な実施形態で、複数のキャビティ２４４は、熱可塑性コア層２３８の第１の側面２３９及び第２の側面２４１に対して実質的に平行な方向に、構造物２０６を貫通して延伸し得る。

熱可塑性コア層２３８は、複数のキャビティ２４４内に複数のマンドレル２４８を収容している。例示的な一実施形態で、構造物２０６はサンドイッチ構造物２４７であり、複数のマンドレル２４８はサンドイッチ構造物２４７の内部にある。

複数のマンドレル２４８は第２の材料２５０及び第１の材料２５２を含む。例示的な実施例で第２の材料２５０は可溶性材料である。例示的な一実施形態で、第２の材料２５０は水溶性であり得る。この例示的な実施例で、第２の材料２５０は、セラミック、グラファイト、又は他の適切な水溶性材料のうちの少なくとも１つから選択され得る。本明細書で使用されているように、列挙されたアイテムと共に使用される「〜のうちの少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムのうちの一又は複数の種々の組み合わせが使用可能であり、且つ列挙された各アイテムのうちの一つだけがあればよいということを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、限定しないが、「アイテムＡ」、又は「アイテムＡとアイテムＢ」を含む。この例は、「アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ」、又は「アイテムＢとアイテムＣ」も含む。

第１の材料２５２は、磁場に応答して熱を発生させるように構成された材料である。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料２５２は、強磁性を有する合金を含む。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料２５２の強磁性材料は、多数のダイライナー２２６の所望の固化温度及びキュリー温度のうちの少なくとも１つに基づいて選択され得る。例えば、第１の材料２５２の材料は、多数のダイライナー２２６が非磁性となる温度に基づいて選択され得る。第１の材料２５２の強磁性材料は、多数のダイライナー２２６が非磁性となった後、第１の材料２５２が熱を発生させるように選択され得る。これらの例示的な実施例で、複数の金属製チューブ２５４もまた、複数の高性能サセプタと称され得る。第１の材料２５２は、合金５１０、インバー、コバール（Ｋｏｖａｒ）、Ｍｏｌｙ Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ、又は磁場に晒されると熱を発生させる任意の他の適切な材料から選択され得る。合金５１０はリン青銅としても知られる。幾つかの例示的な実施形態で、複数の金属製チューブ２５４がインバーで構成され得る。第１の材料２５２は、所望の固化温度及びキュリー温度のうちの少なくとも１つに基づいて選択され得、当該多数のダイライナーの所望の固化温度及びキュリー温度を考慮するとインバーが望ましい場合、第１の材料２５２はインバーであり得る。インバーのその他の特性に基づいてインバーが第１の材料２５２として選択されてもよい。具体的には、インバーの熱膨張率が、複合材料の処理における利用に望ましいことがある。インバーの熱膨張率は、複合材料の熱膨張率と実質的に同様であり得る。

幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料２５２は複数のマンドレル２４８中の第２の材料２５０内に埋め込まれ得る。例示的な一実施形態で、第１の材料２５２が第２の材料２５０内の複数の金属製チューブ２５４の形態をとり得る。

第１の熱可塑性層２３６は閉断面２３５を有する。幾つかの例示的な実施形態で、閉断面２３５は、構造物２０６の閉断面２３３と実質的に同じ形状を有し得る。

第１の熱可塑性層２３６、熱可塑性コア層２３８、及び第２の熱可塑性層２４０が一体的に固化され得る。本明細書で使用する「材料が固化される」との表現は、材料が熱及び圧力のうちの少なくとも一方に晒されることによって材料が流動し固形化することをさす。本明細書で使用する「材料が一体的に固化され」得るとの表現は、複数の材料が共に熱及び圧力のうちの少なくとも１つに晒されることによって材料が流動し固形化することをさす。第１の熱可塑性層２３６と熱可塑性コア層２３８とを一体的に固化することにより、第１の熱可塑性層２３６の樹脂と熱可塑性コア層２３８の樹脂との界面が共に流動し得る。同様に、第２の熱可塑性層２４０と熱可塑性コア層２３８とを一体的に固化することにより、第２の熱可塑性層２４０の樹脂と熱可塑性コア層２３８の樹脂との界面が共に流動し得る。

幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層２３６は、熱可塑性コア層２３８の第１の側面２３９に接して固化され得る。例示的な一実施形態で、第１の側面２３９は熱可塑性コア層２３８の外面を含み得る。幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層２４０は、熱可塑性コア層２３８の第２の側面２４１に接して固化され得る。例示的な一実施形態で、第２の側面２４１は熱可塑性コア層２３８の内面を含み得る。

金属製ブラダ２０８が第２の熱可塑性層２４０に関連付けられ得る。幾つかの例示的な実施形態で、金属製ブラダ２０８は第２の熱可塑性層２４０内に配置され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層２４０は金属製ブラダ２０８上に配置され得る。幾つかの例示的な実施形態で、金属製ブラダ２０８はマンドレルとして機能し得る。固化中、金属製ブラダ２０８が圧縮力を付与するように、金属製ブラダ２０８は加圧され得る。幾つかの例示的な実施形態で、金属製ブラダ２０８は不活性ガスを用いて加圧され得る。

構造物２０６が編組熱可塑性材料である場合、編組熱可塑性材料のスリットが互いに対して移動し得る。編組熱可塑性材料のこの移動は、金属製ブラダ２０８が圧力下で膨張するときに発生し得る。編組熱可塑性材料の移動により、得られる構造物２０６の品質が向上し得る。

金属製ブラダ２０８は、望ましい特性２４３を示す材料で形成され得る。金属製ブラダ２０８の望ましい特性２４３は、圧力保持能力、熱安定性、可撓性、適合性、及び熱膨張特性を含み得る。例えば、金属製ブラダ２０８の材料が構造物２０６の固化温度で熱的に安定していることが望まれ得る。

更に、金属製ブラダ２０８の材料が、圧力の均一な分布をもたらすよう可撓性であることが望まれ得る。更に、金属製ブラダ２０８の材料が、プライドロップ又はその他の構造物２０６のトポロジーに適合するような適合性を有することが望まれ得る。また更に、金属製ブラダ２０８の材料が、固化の後に金属製ブラダ２０８の除去が可能となるよう熱膨張特性を有することが望まれ得る。

幾つかの例示的な実施形態で、多数の金属製ブラダ２０８は、磁気特性を有する材料で形成され得る。これらの例示的な実施例のうち幾つかで、多数の金属製ブラダ２０８は、磁場に晒されると熱を発生させ得る。幾つかの例示的な実施形態で、多数の金属製ブラダ２０８は非磁性材料で形成され得る、

幾つかの例示的な実施形態で、金属製ブラダ２０８は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され得る。幾つかの例示的な実施形態で、金属製ブラダ２０８は、マグネシウム又はマグネシウム合金で形成され得る。他の例示的な実施例では、アルミニウム又はマグネシウム以外の金属材料が、圧力保持能力、熱安定性、可撓性、適合性、及び熱膨張特性などの望ましい特性２４３をもたらし得る。

金属製ブラダ２０８は圧力源２１７に関連づけられる。圧力源２１７は、ツール２０２内での構造物２０６の固化中、金属製ブラダ２０８を加圧するように構成されている。

図２の製造環境２００の図は、実施形態が実施される方法に対して物理的な又は構造的な限定を表すことを意図していない。図示した部材に加えて又は代えて、他の部材が使用されてもよい。幾つかの部材は不要になることがある。また、幾つかの機能部材を図解するためにブロックが提示されている。例示的な実施形態において実装される場合、これらのブロックのうちの一又は複数を、異なるブロックと統合し、異なるブロックに分割し、或いは統合・分割してもよい。

例えば、複数のロッド２２４は、繊維ガラス以外の材料で形成されてもよい。この実施例で、複数の強化ロッドは、導電性でない材料で形成されることが好ましい。別の実施例で、複数の強化ロッドは導電性材料で形成され、誘導加熱の影響を受けないよう構成され得る。

別の実施例として、第１の熱可塑性層２３６、熱可塑性コア層２３８、及び第２の熱可塑性層２４０の熱可塑性材料に代わり、構造物２０６が熱硬化性材料を含んでもよい。上記ではツール２０２が固化処理を実施するように説明されているが、この例示的な実施例で、ツール２０２は熱硬化性材料の硬化処理を実施するために用いられてもよい。熱硬化性材料の硬化は、熱可塑性材料の固化よりも低い温度で実施され得る。結果として、これらの例示的な実施例で、多数の金属製ブラダ２０８が金属材料ではなくエラストマ材料を含んでもよい。

更なる実施例として、断面２２８は開断面又は実質的に閉断面であり得る。例えば、断面２２８は、Ｖ字型、Ｉ字型、Ｊ字型、Ｚ字型、Ｔ字型、Ｃ字型、Ｕ字型、又は他の適切な形状であり得る。

ここで図３を参照すると、例示的な実施形態によるツールの斜視図が示される。この図示の実施例で、ツール３００は、図２のツール２０２及びツール２０２中の部材の物理的実装の一例である。

この例示的な実施例で、ツール３００は第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４を含む。第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４は、図２の複数のダイ２１８の物理的実装であり得る。図示のように、第１のダイ３０２は荷重・拘束部３０６内に搭載されており、第２のダイ３０４は荷重・拘束部３０８内に搭載されている。荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８は、図２の複数の荷重・拘束部２１７の物理的実装であり得る。第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４は、ボルト又はクランプなどの任意の適切な締結デバイスによって、荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８にそれぞれ取り付けられ得る。

図示のように、荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８は、柱状支持体３１０、柱状支持体３１２、柱状支持体３１４、及び柱状支持体３１６に搭載されている。柱状支持体３１０、柱状支持体３１２、柱状支持体３１４、及び柱状支持体３１６は、図２の複数の支持体２５１の物理的実装であり得る。荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８は、第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４にバッキング面を提供している。荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８は、製造工程中、第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４の屈曲及びクラックを防止し得る。荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８は、鋼、アルミニウム、又は任意の他の望ましい材料で形成され得る。荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８の材料は、成形又は固化中に存在する荷重に基づいて選択され得る。荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８の材料は望ましい特性をもたらすように選択され、望ましい特性とは、製造工程中の第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４の屈曲及び／又はクラックを防止するのに望ましい剛性及び望ましい強度などであり得る。幾つかの例示的な実施形態で、材料は、複数の誘導コイル３２０によって生成された磁場の歪みを低減するよう非磁性であり得る。幾つかの例示的な実施形態で、荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８は存在しなくてもよい。そのような例示的な実施例では、第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４は、荷重・拘束部３０６及び荷重・拘束部３０８なしで第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４の屈曲又はクラックを防止するのに十分な強度を有し得る。

第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４は、複数のボルト３１９で保持された複数のロッド３１８を用いて強化されている。複数のロッド３１８は、図２の複数のロッド２２４の物理的実装であり得る。複数のボルト３１９は、図２の複数のボルト２２７の物理的実装であり得る。複数のロッド３１８は、第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４を貫通してグリッド状に長手方向に３２１及び横断方向に３２３の双方に延伸している。

複数の誘導コイル３２０が第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４に関連づけられている。複数の誘導コイル３２０は、図２の複数の誘導コイル２２２の物理的実装であり得る。複数の誘導コイル３２０は、セクション３２２及び可撓性セクション３２４を含む。図示のように、セクション３２２は、第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４の長さに沿って延伸している。セクション３２２は、図２のセクション２２３の物理的実装であり得る。セクション３２２は、第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４内に埋め込まれ得る。可撓性セクション３２４は、第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４のセクション３２２を結合している。可撓性セクション３２４は、図２の可撓性セクション２２５の物理的実装であり得る。複数の誘導コイル３２０の端部に位置するコネクタ３２６は、複数の誘導コイル３２０を、コントローラ、電力源、冷却剤供給、又はその他の外付け設備に接続し得る。コネクタ３２６は、図２のコネクタ２５３の物理的実装であり得る。

図３のツール３００の図は、例示的な実施形態を実装し得る方法に対する物理的な又は構造的な制限を示唆することを意図していない。図示した部材に加えてまたは代えて、他の部材が使用されてもよい。幾つかの部材は不要になることがある。

例えば、複数のロッド３１８が第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４内で一方向にのみ伸びていてもよい。第１のダイ３０２及び第２のダイ３０４のみを図示しているが、別の実施例として、ツール３００が３つ以上のダイを有してもよい。

ここで図４を参照すると、例示的な実施形態によるツール３００内の構造物の断面図が示されている。図４００は、図３のツール３００内の構造物を線４−４に沿って切り取り方向３２３から見た断面図であり、ツール４０２は、図２のツール２０２の物理的実装であり得る。構造物４０４は、図２の構造物２０６の物理的実装であり得る。

図示のように、構造物４０４がツール４０２内に位置決めされている。詳細には、構造物４０４が、ツール４０２のダイキャビティ４０５内で第１のダイ４０６と第２のダイ４０８との間に位置決めされている。複数の誘導コイル４１０が、第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８を貫通して長手方向４１１に伸びている。複数の誘導コイル４１０は可撓性セクション４１２によって結合されている。複数のロッド４１３が第１のダイ４０６を貫通して伸びている。複数のロッド４１５が第２のダイ４０８を貫通して伸びている。第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８は、荷重・拘束部４１４及び荷重・拘束部４１６内で保持されている。

ダイライナー４１８が、ダイキャビティ４０５内で第１のダイ４０６に関連付けられている。ダイライナー４２０が、ダイキャビティ４０５内で第２のダイ４０８に関連付けられている。ダイライナー４１８及びダイライナー４２０は、ダイキャビティ４０５内で構造物４０４と接触している。

構造物４０４は、第１の熱可塑性層４２２、熱可塑性コア層４２４、及び第２の熱可塑性層４２６を含む。第１の熱可塑性層４２２は、図２の第１の熱可塑性層２３６の物理的実装であり得る。熱可塑性コア層４２４は、図２の熱可塑性コア層２３８の物理的実装であり得る。第２の熱可塑性層４２６は、図２の第２の熱可塑性層２４０の物理的実装であり得る。

第２の熱可塑性層４２６は、複合材レイアップ処理を用いて形成され得る。複合材レイアップ処理は、ブレイディング、テープレイアップ、トウレイアップ、又は任意の他の望ましい複合材レイアップ処理から選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層４２６は、複合材レイアップ処理の間、金属製ブラダ４３０上に配置され得る。例示的な一実施形態で、複合材レイアップ処理では、複合材料が金属製ブラダ４３０上に直接置かれ得る。例示的な一実施形態で、編組複合材料が金属製ブラダ４３０上に直接置かれて、第２の熱可塑性層４２６を形成し得る。

幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層４２６は、金属製ブラダ４３０上にプリフォームとして配置され得る。この例示的な実施例で、第２の熱可塑性層４２６は、金属製ブラダ４３０上への配置の前に所望の形状に成形され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層４２６が金属製ブラダ４３０上に配置される際、第２の熱可塑性層４２６は固化されているか又は半剛体（ｓｅｍｉ ｒｉｇｉｄ）であり得る。

熱可塑性コア層４２４は第２の熱可塑性層４２６に隣接して位置決めされる。熱可塑性コア層４２４は複数のキャビティ４２７を有する。複数のキャビティ４２７は複数のマンドレル４２８を収容している。複数のキャビティ４２７は図４内部に延伸している。言い換えれば、複数のキャビティ４２７は構造物４０４を貫通して長手方向に延伸している。

熱可塑性コア層４２４は、複合材レイアップ処理を用いて形成され得る。複合材レイアップ処理は、ブレイディング、テープレイアップ、トウレイアップ、又はその他の望ましい複合材レイアップ処理から選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、熱可塑性コア層４２４は、複合材料を複数のマンドレル４２８上に置くことにより形成され得る。例示的な一実施形態で、熱可塑性コア層４２４は、編組熱可塑性材料を複数のマンドレル４２８上に置くことにより形成され得る。複合材料を複数のマンドレル４２８に押し当てた後、複数のマンドレル４２８は、互いに対して位置決めされて熱可塑性コア層４２４を形成し得る。例示的な一実施形態で、複数のマンドレル４２８が、第２の熱可塑性層４２６上に互いに対して位置決めされ得る。

第１の熱可塑性層４２２は、複合材テープ、複合材トウ、編組複合材、又は任意の他の適切な複合材料の幾つかの層で形成され得る。第１の熱可塑性層４２２は、複合材レイアップ処理を用いて形成され得る。複合材レイアップ処理は、ブレイディング、テープレイアップ、トウレイアップ、又は任意の他の望ましい複合材レイアップ処理から選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層４２２は、複合材レイアップ処理の間、熱可塑性コア層４２４上に配置され得る。例示的な一実施形態で、複合材レイアップ処理は、複合材料を熱可塑性コア層４２４上に直接置かれ得る。例示的な一実施形態で、編組複合材料が熱可塑性コア層４２４上に直接置かれ、第１の熱可塑性層４２２を形成し得る。

幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層４２２は、熱可塑性コア層４２４上にプリフォームとして配置され得る。本明細書で使用する語「プリフォーム」は、所定位置に配置される前に所望の形状に成形された複合材料である。この例示的な実施例で、第１の熱可塑性層４２２は、熱可塑性コア層４２４上に配置される前に所望の形状に成形され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層４２２が熱可塑性コア層４２４上に配置される際、第１の熱可塑性層４２２は固化されているか又は半剛体であり得る。

構造物４０４を固化するために、磁場を生成するよう複数の誘導コイル４１０に電力が供給され得る。磁場に応答して、ダイライナー４１８及びダイライナー４２０が熱を発生させ得る。

金属製ブラダ４３０が加圧され得る。金属製ブラダ４３０は、金属製ブラダ４３０が構造物４０４内で第２の熱可塑性層４２６に接触するように、構造物４０４内に位置決めされている。

加圧されると、金属製ブラダ４３０は圧縮力を構造物４０４に付与し得る。金属製ブラダ４３０は、圧力下で膨張することにより圧縮力を構造物４０４に付与し得、構造物４０４をダイライナー４１８及びダイライナー４２０に対して押し付ける。ダイライナー４１８及びダイライナー４２０は、第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８に関連付けられている。第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８は、構造物４０４の外側のモールド線を画定している。金属製ブラダ４３０が加圧されるとき、第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８は抵抗圧力をもたらす。言い換えれば、第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８が構造物４０４に実質的に剛性の外側のモールド線をもたらし得る。実際には、金属製ブラダ４３０が膨張し構造物４０４を第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８に対して押圧する。

構造物４０４が編組熱可塑性材料である場合、編組熱可塑性材料のスリットが互いに対して移動し得る。編組熱可塑性材料のこの移動は、金属製ブラダ４３０が圧力下で膨張するときに発生し得る。編組熱可塑性材料の移動により、得られる構造物４０４の品質が向上し得る。

複数のマンドレル４２８は、固化中、熱可塑性コア層４２４の形状の望ましくない変化を防止又は低減し得る。言い換えれば、複数のキャビティ４２７内の複数のマンドレル４２８により、金属製ブラダ４３０に印加される圧力が複数のキャビティ４２７のクラッシュ或いは複数のキャビティ４２７への悪影響を及ぼすことがない。

構造物４０４が加熱され圧縮されるにつれて、第１の熱可塑性層４２２が熱可塑性コア層４２４に接して固化される。加熱及び圧縮中、第１の熱可塑性層４２２の樹脂が熱可塑性コア層４２４に対して流動する。構造物４０４が冷却されるにつれて、第１の熱可塑性層４２２の樹脂は、熱可塑性コア層４２４に接して固形化され得る。第１の熱可塑性層４２２及び熱可塑性コア層４２４は、第１の熱可塑性層４２２の樹脂と熱可塑性コア層４２４の樹脂とが共に流動する界面をなし得る。

構造物４０４が加熱され圧縮されるにつれて、第２の熱可塑性層４２６が熱可塑性コア層４２４に接して固化される。加熱及び圧縮中、第２の熱可塑性層４２６の樹脂が熱可塑性コア層４２４に対して流動する。構造物４０４が冷却されるにつれて、第２の熱可塑性層４２６の樹脂は、熱可塑性コア層４２４に接して固形化され得る。第２の熱可塑性層４２６及び熱可塑性コア層４２４は、第２の熱可塑性層４２６の樹脂と熱可塑性コア層４２４の樹脂とが共に流動する界面をなし得る。

ここで図５を参照すると、例示的な実施形態によるツール３００内の構造物の断面図が示されている。図５は、ボックス５内の構造物４０４を示す。構造物４０４は図２の構造物２０６の物理的実装であり得る。

図５に示すように、複数のマンドレル４２８は、熱可塑性コア層４２４の複数のキャビティ４２７内に位置している。図４及び図５に示すように、複数のマンドレル４２８は、１つよりも多い断面形状を含む。マンドレル５０２、マンドレル５０４、及びマンドレル５０６は複数のマンドレル４２８内にある。マンドレル５０２は円形断面を有する。マンドレル５０４及びマンドレル５０６はそれぞれ台形断面を有する。幾つかの例示的な実施形態で、複数のマンドレル４２８は、異なる又は更なる断面形状を有し得る。

マンドレル５０２、マンドレル５０４、及びマンドレル５０６は、熱可塑性コア層４２４の成形ツールとして作用し得る。熱可塑性コア層４２４の成形中、複合材料は、マンドレル５０２、マンドレル５０４、及びマンドレル５０６上に置かれ、３つのコア部分を形成し得る。複合材料を押し付けた後、マンドレル５０２、マンドレル５０４、及びマンドレル５０６は互いに対して位置決めされ、熱可塑性コア層４２４の一部を形成し得る。例示的な一実施形態で、編組複合材料がマンドレル５０２、マンドレル５０４、及びマンドレル５０６上に置かれ得る。

マンドレル５０２は、固化工程中、金属製ブラダ４３０からの圧力に対して抵抗をもたらすように構成されている。結果として、マンドレル５０２は、固化中、複数のキャビティ４２７のうちのキャビティ５０３の形状を維持するか又は実質的に維持する。マンドレル５０２は、円形断面形状に成形された第２の材料５０８と、チューブ状に形成された第１の材料５１０とを含む。

第２の材料５０８は可溶性の材料を含む。第１の材料５１０は、磁場に応答して熱を発生させるように構成された材料を含む。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１０はインバーである。

第１の材料５１０は、所望の固化温度と、用いられる多数のダイライナーのキュリー温度とのうちの少なくとも１つに基づいて選択され得る。結果として、所望の固化温度と多数のダイライナーのキュリー温度とを考慮して、インバーのキュリー温度が望ましい場合、第１の材料５１０はインバーであり得る。インバーのその他の特性に基づいてインバーが第１の材料５１０として選択されてもよい。具体的には、インバーの熱膨張率が、複合材料の処理における利用に望ましいことがある。インバーの熱膨張率は、複合材料の熱膨張率と実質的に同様であり得る。

第１の材料５１０は第２の材料５０８を強化し得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１０はマンドレル５０２の剛性を高め得る。

構造物４０４の固化中、第１の材料５１０は、複数の誘導コイル４１０により生成された磁場に応答して熱を発生させ得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１０は、ダイライナー４１８及びダイライナー４２０の加熱後に熱を発生させ得、これはダイライナー４１８及びダイライナー４２０がほぼ非磁性となるまで進行する。

マンドレル５０４は、固化工程中、金属製ブラダ４３０からの圧力に対して抵抗をもたらすように構成されている。結果として、マンドレル５０４は、固化中、複数のキャビティ４２７のうちのキャビティ５０５の形状を維持するか又は実質的に維持する。マンドレル５０４は、台形断面形状に形成された第２の材料５１２と、チューブ状に形成された第１の材料５１４とを含む。

第２の材料５１２は可溶性の材料を含む。第１の材料５１４は、磁場に応答して熱を発生させるように構成された材料を含む。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１４はインバーである。第１の材料５１４は第２の材料５１２を強化し得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１４はマンドレル５０４の剛性を高め得る。

構造物４０４の固化中、第１の材料５１４は、複数の誘導コイル４１０により生成された磁場に応答して熱を発生させ得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１４は、ダイライナー４１８及びダイライナー４２０の加熱後に熱を発生し得、これはダイライナー４１８及びダイライナー４２０がほぼ非磁性となるまで進行する。

マンドレル５０６は、固化工程中、金属製ブラダ４３０からの圧力に対して抵抗をもたらすように構成されている。結果として、マンドレル５０６は、固化中、複数のキャビティ４２７のうちのキャビティ５０９の形状を維持するか又は実質的に維持する。マンドレル５０６は、台形断面形状に形成された第２の材料５１６と、チューブ状に形成された第１の材料５１８とを含む。

第２の材料５１６は可溶性の材料を含む。第１の材料５１８は、磁場に応答して熱を発生させるように構成された材料を含む。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１８はインバーである。第１の材料５１８は第２の材料５１６を強化し得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１８はマンドレル５０６の剛性を高め得る。

構造物４０４の固化中、第１の材料５１８は、複数の誘導コイル４１０により生成された磁場に応答して熱を発生させ得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料５１８は、ダイライナー４１８及びダイライナー４２０の加熱後に熱を発生し得、これはダイライナー４１８及びダイライナー４２０がほぼ非磁性となるまで進行する。

固化の後、第２の材料５０８、第２の材料５１２、及び第２の材料５１６が溶解され得る。次に、第１の材料５１０第１の材料５１４、及び第１の材料５１８がキャビティ５０３、キャビティ５０５、及びキャビティ５０９から除去され得る。

ここで図６を参照すると、例示的な実施形態により作製された構造物の正面図が示されている。構造物６００は、図２のツール２０２を用いて形成された構造物２０６の物理的実施形態であり得る。構造物６００は、ツール４０２内での固化後、及び複数のキャビティ４２７から複数のマンドレル４２８を除去した後の構造物４０４の物理的実施形態を図３の方向３２３から見た図であり得る。構造物６００は、図１の航空機１００の翼１０４の外板パネルであり得る。

構造物６００は固化された熱可塑性サンドイッチ構造物である。図示のように、構造物６００は紙面の内部へと延伸している。構造物６００は、第１の熱可塑性層６０２、熱可塑性コア層６０４、及び第２の熱可塑性層６０６を含む。熱可塑性コア層６０４は複数のキャビティ６０８を有する。幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層６０２、熱可塑性コア層６０４、及び第２の熱可塑性層６０６は、レイアップされ、次いで一体的に固化され得る。

ここで図７を参照すると、例示的な実施形態によるツールの斜視図が示されている。この図示の実施例で、ツール７００は、図２のツール２０２及びツール２０２中の部材の物理的実装の一例である。

この例示的な実施例で、ツール７００は、第１のダイ７０２、第２のダイ７０４、及び第３のダイ７０６を含む。第１のダイ７０２、第２のダイ７０４、及び第３のダイ７０６は、図２の複数のダイ２１８の物理的実装であり得る。図示のように、第３のダイ７０６は円筒形マンドレルの形態である。この例示的な実施例で、第３のダイ７０６は内側モールドラインを形成している。この例示的な実施例で、第１のダイ７０２及び第２のダイ７０４は外側のモールド線を形成している。図示のように、第１のダイ７０２は荷重・拘束部７０８内に搭載されている。図示のように、第２のダイ７０４は荷重・拘束部７１０内に搭載されている。第１のダイ７０２及び第２のダイ７０４は、ボルト又はクランプなどの任意の適切な締結デバイスによって荷重・拘束部７０８及び荷重・拘束部７１０に取り付けられている。荷重・拘束部７０８及び荷重・拘束部７１０は、図２の複数の荷重・拘束部２１７の物理的実装であり得る。

荷重・拘束部７０８及び荷重・拘束部７１０は、第１のダイ７０２及び第２のダイ７０４にバッキング面を提供している。荷重・拘束部７０８及び荷重・拘束部７１０は、製造工程中、第１のダイ７０２及び第２のダイ７０４の屈曲及びクラックなどの望ましくない変形を防止し得る。荷重・拘束部７０８及び荷重・拘束部７１０は、鋼、アルミニウム、又は任意の他の望ましい材料で形成され得る。荷重・拘束部７０８及び荷重・拘束部７１０の材料は、成形又は固化中に存在する荷重に基づいて選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、材料は、複数の誘導コイル７１２によって生成された磁場の歪みを低減するよう非磁性であり得る。幾つかの例示的な実施形態で、荷重・拘束部７０８及び荷重・拘束部７１０は存在しなくてもよい。これらの例示的な実施例で、第１のダイ７０２及び第２のダイ７０４は、屈曲又はクラックを防止するのに十分な強度を有し得る。

第３のダイ７０６は、複数のボルト７１６で保持された複数のロッド７１４を用いて強化されている。図示のように、複数のロッド７１４は、第３のダイ７０６を貫通して長手方向に延伸している。複数のロッド７１４は、図２の複数のロッド２２４の物理的実装であり得る。複数のボルト７１６は、図２の複数のボルト２２７の物理的実装であり得る。

複数の誘導コイル７１２が第１のダイ７０２、第２のダイ７０４、及び第３のダイ７０６に関連づけられている。複数の誘導コイル７１２は、図２の複数の誘導コイル２２２の物理的実装であり得る。複数の誘導コイル７１２は、セクション７２２及び可撓性セクション７２４を含む。図示のように、セクション７２２は、第１のダイ７０２、第２のダイ７０４、及び第３のダイ７０６の長さに沿って延伸している。セクション７２２は、図２のセクション２２３の物理的実装であり得る。セクション７２２は、第１のダイ７０２、第２のダイ７０４、及び第３のダイ７０６内に埋め込まれ得る。可撓性セクション７２４は、第１のダイ７０２、第２のダイ７０４、及び第３のダイ７０６においてセクション７２２を結合している。可撓性セクション７２４は、図２の可撓性セクション２２５の物理的実装であり得る。複数の誘導コイル７１２の端部に位置するコネクタ７２６は、複数の誘導コイル７１２を、コントローラ、電力源、冷却剤供給、又はその他の外付け設備に接続し得る。コネクタ７２６は、図２のコネクタ２５３の物理的実装であり得る。

図７のツール７００の図は、例示的な実施形態を実装し得る方法に対する物理的な又は構造的な制限を示唆することを意図していない。図示した部材に加えてまたは代えて、他の部材が使用されてもよい。幾つかの部材は不要になることがある。

例えば、複数のロッド７１４が第１のダイ７０２及び第２のダイ７０４内にも存在してよい。第１のダイ７０２、第２のダイ７０４、及び第３のダイ７０６が図示されているが、別の実施例として、ツール７００が３つよりも多いダイを有してもよい。

ここで図８を参照すると、例示的な実施形態によるツール３００内の構造物の断面図が示されている。図８００は、図７のツール７００内の構造物を線８−８で切り取った断面図であり得る。ツール８０２は、図２のツール２０２の物理的実装であり得る。構造物８０４は、図２の構造物２０６の物理的実装であり得る。

図示のように、構造物８０４がツール８０２内に位置決めされている。詳細には、構造物８０４は、ツール８０２のダイキャビティ８０６内で、第１のダイ８０８、第２のダイ８１０、及び第３のダイ８１２の間に位置決めされている。複数の誘導コイル８１８が第１のダイ８０８を貫通して伸びている。複数の誘導コイル８２０が第２のダイ８１０を貫通して伸びている。複数の誘導コイル８２４が第３のダイ８１２を貫通して伸びている。複数の誘導コイル８１８、複数の誘導コイル８２０、及び複数の誘導コイル８２４は可撓性セクションによって結合されている。

複数のロッド８２２が第３のダイ８１２を貫通して伸びている。第１のダイ８０８及び第２のダイ８１０は、荷重・拘束部８１４及び荷重・拘束部８１６内で保持されている。

ダイライナー８２５が、ダイキャビティ８０６内で第３のダイ８１２に関連付けられている。ダイライナー８２５は金属製ブラダ８２８と接触している。ダイライナー８２６が、ダイキャビティ８０６内で第１のダイ８０８及び第２のダイ８１０に関連付けられている。ダイライナー８２６は、ダイキャビティ８０６内で構造物８０４と接触している。

構造物８０４は、第１の熱可塑性層８３４、熱可塑性コア層８３２、及び第２の熱可塑性層８３０を含む。第１の熱可塑性層８３４は、図２の第１の熱可塑性層２３６の物理的実装であり得る。熱可塑性コア層８３２は、図２の熱可塑性コア層２３８の物理的実装であり得る。第２の熱可塑性層８３０は、図２の第２の熱可塑性層２４０の物理的実装であり得る。

第２の熱可塑性層８３０は、複合材テープ、複合材トウ、編組複合材、又は任意の他の適切な複合材料の幾つかの層で形成され得る。第２の熱可塑性層８３０は、複合材レイアップ処理を用いて形成され得る。複合材レイアップ処理は、ブレイディング、テープレイアップ、トウレイアップ、又は任意の他の望ましい複合材レイアップ処理から選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層８３０は、複合材レイアップ処理の間、金属製ブラダ８２８上に配置され得る。例示的な一実施形態で、複合材レイアップ処理では、複合材料が金属製ブラダ８２８上に直接置かれ得る。例示的な一実施形態で、複合材料は金属製ブラダ８２８上で編まれ、第２の熱可塑性層８３０を形成し得る。

幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層８３０は、金属製ブラダ８２８上にプリフォームとして配置され得る。この例示的な実施例で、第２の熱可塑性層８３０は、金属製ブラダ８２８上への配置の前に所望の形状に成形され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層８３０が金属製ブラダ８２８に配置される際、第２の熱可塑性層８３０は固化されているか、又は半剛体であり得る。

熱可塑性コア層８３２は複数のキャビティ８３３を有する。図８で複数のキャビティ８３３は、構造物８０４内、及び紙面内部へと延伸している。複数のキャビティ８３３は複数のマンドレル８３６を収容している。熱可塑性コア層８３２は、複合材レイアップ処理を用いて形成され得る。複合材レイアップ処理は、ブレイディング、テープレイアップ、トウレイアップ、又はその他の望ましい複合材レイアップ処理から選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、熱可塑性コア層８３２は、複合材料を複数のマンドレル８３６上に置くことにより形成され得る。例示的な一実施形態で、熱可塑性コア層８３２は、編組熱可塑性材料を複数のマンドレル８３６上に置くことにより形成され得る。複合材料が複数のマンドレル８３６上に置かれた後、複数のマンドレル８３６は互いに対して位置決めされ、熱可塑性コア層８３２を形成し得る。幾つかの例示的な実施形態で、複合材料が複数のマンドレル８３６上に置かれた後、複数のマンドレル８３６が第２の熱可塑性層８３０上で互いに対して位置決めされ、熱可塑性コア層８３２を形成し得る。

第１の熱可塑性層８３４は、複合材テープ、複合材トウ、編組複合材、又は任意の他の適切な複合材料の幾つかの層で形成され得る。第１の熱可塑性層８３４は、複合材レイアップ処理を用いて形成され得る。複合材レイアップ処理は、ブレイディング、テープレイアップ、トウレイアップ、又は任意の他の望ましい複合材レイアップ処理から選択され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層８３４は、複合材レイアップ処理の間、熱可塑性コア層８３２上に配置され得る。例示的な一実施形態で、複合材レイアップ処理は、複合材料を熱可塑性コア層８３２上に直接置かれ得る。例示的な一実施形態で、複合材料が熱可塑性コア層８３２上で編まれ、第１の熱可塑性層８３４を形成し得る。

幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層８３４は、熱可塑性コア層８３２上にプリフォームとして配置され得る。この例示的な実施例で、第１の熱可塑性層８３４は、熱可塑性コア層８３２上に配置される前に所望の形状に成形され得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層８３４が熱可塑性コア層８３２上に配置される際、第１の熱可塑性層８３４は固化されているか又は半剛体であり得る。

構造物８０４を固化するために、磁場を生成するよう複数の誘導コイル８１８、複数の誘導コイル８２０、及び複数の誘導コイル８２４に電力が供給され得る。磁場に応答して、ダイライナー８２５及びダイライナー８２６が熱を発生させ得る。

金属製ブラダ８２８が加圧され得る。幾つかの例示的な実施形態で、金属製ブラダ８２８は不活性ガスを用いて加圧され得る。加圧されると、金属製ブラダ８２８は圧縮力を構造物８０４に付与し得る。金属製ブラダ８２８は、圧力下で膨張することにより圧縮力を構造物８０４に付与し得、構造物４０４をダイライナー８２５及びダイライナー８２６に対して押し付ける。ダイライナー８２５及びダイライナー８２６は、第１のダイ８０８及び第２のダイ８１０に関連づけられている。第１のダイ８０８及び第２のダイ８１０は、構造物８０４の外側のモールド線を画定している。金属製ブラダ８２８が加圧されるとき、第１のダイ８０８及び第２のダイ８１０は抵抗圧力をもたらす。言い換えれば、第１のダイ８０８及び第２のダイ８１０が構造物８０４に実質的に剛性の外側のモールド線をもたらし得る。実際には、金属製ブラダ４３０が膨張し、構造物４０４を第１のダイ４０６及び第２のダイ４０８に対して押圧する。

構造物８０４が編組熱可塑性材料である場合、編組熱可塑性材料のスリットが互いに対して移動し得る。編組熱可塑性材料のこの移動は、金属製ブラダ８２８が圧力下で膨張するときに発生し得る。編組熱可塑性材料の移動により、得られる構造物８０４の品質が向上し得る。

複数のマンドレル８３６は、固化中、熱可塑性コア層８３２の形状の望ましくない変化を防止又は低減し得る。言い換えれば、複数のキャビティ８３３内の複数のマンドレル８３６により、金属製ブラダ８２８に印加される圧力が複数のキャビティ８３３のクラッシュ或いは複数のキャビティ４２７への悪影響を及ぼすことがない。

構造物８０４が加熱され圧縮されるにつれて、第１の熱可塑性層８３４が熱可塑性コア層８３２に接して固化される。加熱及び圧縮中、第１の熱可塑性層８３４の樹脂が熱可塑性コア層８３２に対して流動する。構造物８０４が冷却されるにつれて、第１の熱可塑性層８３４が熱可塑性コア層８３２に接して固形化され得る。第１の熱可塑性層８３４及び熱可塑性コア層８３２は、第１の熱可塑性層８３４の樹脂と熱可塑性コア層８３２の樹脂とが共に流動する界面をなし得る。

構造物８０４が加熱され圧縮されるにつれて、第２の熱可塑性層８３０が熱可塑性コア層８３２に接して固化される。加熱及び圧縮中、第２の熱可塑性層８３０の樹脂が熱可塑性コア層８３２に対して流動する。構造物８０４が冷却されるにつれて、第２の熱可塑性層８３０が熱可塑性コア層８３２に接して固形化され得る。第２の熱可塑性層８３０及び熱可塑性コア層８３２は、第２の熱可塑性層８３０の樹脂と熱可塑性コア層８３２の樹脂とが共に流動する界面をなし得る。

ここで図９を参照すると、例示的な実施形態によるツール３００内の構造物の断面図が示されている。図９は、図８のボックス９内を示している。図９に示すように、複数のマンドレル８３６は、熱可塑性コア層８３２の複数のキャビティ８３３内に位置している。図８及び図９に示すように、複数のマンドレル８３６は１つの断面形状を含む。

マンドレル９０２は複数のマンドレル８３６のうちの１つである。マンドレル９０２は台形断面を有している。幾つかの例示的な実施形態で、複数のマンドレル８３６は、異なる又は更なる断面形状を有し得る。

マンドレル９０２は、熱可塑性コア層８３２の成形ツールとして作用し得る。熱可塑性コア層８３２の成形中、複合材料がマンドレル９０２上に置かれ得る。複合材料が置かれた後、マンドレル９０２は、複数のマンドレル８３６のうちの他のマンドレルに対して位置決めされ、熱可塑性コア層８３２の一部を形成し得る。例示的な一実施形態で、編組複合材料がマンドレル９０２上に置かれ得る。

マンドレル９０２は、固化工程中、金属製ブラダ８２８からの圧力に対して抵抗をもたらすように構成されている。結果として、マンドレル９０２は、固化中、複数のキャビティ８３３のうちのキャビティ９０８の形状を維持するか又は実質的に維持する。マンドレル９０２は、台形断面形状に形成された第２の材料９０４と、チューブ状に形成された第１の材料９０６とを含む。

第２の材料９０４は可溶性の材料を含む。第１の材料９０６は、磁場に応答して熱を発生させるように構成された材料を含む。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料９０６はインバーである。第１の材料９０６は第２の材料９０４を強化し得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料９０６はマンドレル９０２の剛性を高め得る。

構造物８０４の固化中、第１の材料９０６は、複数の誘導コイル８１８、複数の誘導コイル８２０、及び複数の誘導コイル８２４によって生成された磁場に応答して熱を発生させ得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料９０６は、ダイライナー８２５及びダイライナー８２６の加熱後に熱を発生し得、これはダイライナー８２５及びダイライナー８２６がほぼ非磁性となるまで進行する。

ここで図１０を参照すると、例示的な実施形態によるマンドレルの斜視図が示されている。図示の実施例で、マンドレル１０００は、図２の複数のマンドレル２４８のうちの１つのマンドレルの物理的実装の一例である。マンドレル１０００が図９のマンドレル９０２であってもよい。マンドレル１０００は、図１の航空機１００の翼１０４の外板パネルなど、航空機部品の製造に用いられ得る。

図示のように、マンドレル１０００は台形断面を有する。幾つかの例示的な実施形態で、マンドレル１０００は、異なる又は変動する断面形状を有し得る。例示的な一実施形態で、マンドレル１０００は円形断面形状を有し得る。別の例示的な実施例で、マンドレル１０００は三角形の断面形状を有し得る。

マンドレル１０００は、台形断面形状に形成された第２の材料１００２と、チューブ状に形成された第１の材料１００４とを含む。第２の材料１００２は可溶性の材料を含む。第１の材料１００４は、磁場に応答して熱を発生させるように構成された材料を含む。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料１００４はインバーである。第１の材料１００４は第２の材料１００２を強化し得る。幾つかの例示的な実施形態で、第１の材料１００４はマンドレル１０００の剛性を高め得る。

マンドレル１０００は、図２の熱可塑性コア層２３８などの熱可塑性コア層の成形ツールとして作用し得る。熱可塑性コア層の成形中、複合材料がマンドレル１０００上に置かれ、コア部分を形成し得る。このコア部分は、図２の複数のコア部分２３７のうちの１つのコア部分であり得る。複合材料が置かれた後、マンドレル１０００は、他のマンドレルに対して位置決めされ、熱可塑性コア層の一部を形成し得る。例示的な一実施形態で、編組複合材料がマンドレル１０００上に置かれ得る。

マンドレル１０００は熱可塑性コア層におけるキャビティを画定し得る。このキャビティは、図２の複数のキャビティ２４４のうちの１つのキャビティであり得る。

マンドレル１０００は、固化工程中、図２の金属製ブラダ２０８などの金属製ブラダからの圧力に対して抵抗をもたらすように構成されている。結果として、マンドレル１０００は、固化中、キャビティの形状を維持するか又は実質的に維持する。

固化中、第１の材料１００４は、図２の複数の誘導コイル２２２などの複数の誘導コイルによって生成された磁場に応答して熱を発生させ得る。幾つかの例示的な実施形態で、ダイライナーの加熱が、ダイライナーがほぼ非磁性となるまで進行した後、第１の材料１００４は熱を発生させ得る。このダイライナーは、図２のダイライナー２２６中の１つのダイライナーであり得る。

図３〜１０に示される様々な部材は、図２の部材と組み合わせるか、図２の部材と共に使用するか、又は二者を組み合わせることができる。また、図３〜１０の部材の幾つかは、図２のブロック図に示された部材をどのように物理的構造物として実施できるかを示す実施例である。

ここで図１１を参照すると、例示的な一実施形態による温度サイクルが示されている。温度サイクル１１００は、図２の構造物２０６におけるツール２０２の温度サイクルの例示的な実施例であり得る。

温度サイクル１１００はｘ軸１１０２及びｙ軸１１０４を有する。温度サイクル１１００は、熱可塑性材料を含む構造物のツール中での固化を表している。ツールは誘導加熱ツールを含む。

Ｘ軸１１０２は時間を分で示す。Ｙ軸１１０４は温度を示す。傾き１１０６で表されるように、温度サイクル１１００で、ツールは構造物を固化温度１１０８まで加熱するのに約１５分を要している。その後、停止部（ｈｏｌｄ）１１１０で表されているように、固化温度１１０８が約３分間保持される。停止部１１１０の後、傾き１１１４で表されるように、構造物は常温１１１２まで制御可能に冷却される。

幾つかの例示的な実施形態で、構造物は、望ましい材料特性を生み出す速度で傾き１１１４において冷却される。例えば、構造物は、構造物の熱可塑性材料中に所望の結晶化度を生み出す速度で冷却され得る。幾つかの例示的な実施形態で、構造物は、望ましくない材料特性を防止する速度で傾き１１１４において冷却される。

図示のように、構造物のツール内での固化の温度サイクル１１００は、熱硬化性材料の硬化よりも大幅に短い。更に、図示のように、構造物のツール内での固化の温度サイクル１１００は、抵抗加熱ツールを用いた固化よりも所要時間が短縮され得る。このように、温度サイクル１１００を用いることにより、サンドイッチ構造物の製造時間が短縮され得る。更に、温度サイクル１１００を用いることにより、製造コストが削減され得る。

ここで図１２を参照すると、例示的な実施形態によるサンドイッチ構造物を形成するプロセスのフロー図が示されている。図１２に示されたプロセスは、図２の情報環境２００において実装され得る。さらに、このプロセスは図２の構造物２０６を形成するために実施され得る。

本プロセスは、熱可塑性材料を置いて、構造物の内部に広がる複数のキャビティを有する当該構造物を形成することで開始され得る。複数のマンドレルが当該複数のキャビティ内に存在する（工程１２０２）。構造物は、図２の構造物２０６であり得る。次に、本プロセスは、構造物をツール内で位置決めし得る。当該ツールは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された多数のダイライナーを有する（工程１２０４）。当該多数のダイライナーは、図２のダイライナー２２６であり得る。次に、本プロセスは、構造物を固化して、固化された構造物を形成する。固化は、当該多数のダイライナーに磁場を印加して構造物を固化温度まで加熱することを含む（工程１２０６）。その後、本プロセスは終了する。

ここで図１３を参照すると、例示的な実施形態によるサンドイッチ構造物を形成するプロセスのフロー図が示されている。図１３に示されたプロセスは、図２の情報環境２００において実装され得る。さらに、このプロセスは図２の構造物２０６を形成するために実施され得る。本プロセスは、編組熱可塑性材料を金属製ブラダ上に置いて、第１の熱可塑性層を形成することで開始され得る（工程１３０２）。金属製ブラダは図２の金属製ブラダ２０８であり得る。第１の熱可塑性層は図２の第２の熱可塑性層２４０であり得る。

次に、本プロセスは、編組熱可塑性材料を複数のマンドレル上に置いて、複数のコア部分を形成する。複数のマンドレルは、可溶性である第２の材料と、磁場に応答して熱を発生させるように構成された第１の材料とを含む（工程１３０４）。複数のマンドレルは図２の複数のマンドレル２４８であり得る。

次に、本プロセスは、当該複数のコア部分を第１の熱可塑性層上に配置する（工程１３０６）。当該複数のコア部分は図２の複数のコア部分２３７であり得る。

次に、本プロセスは、編組熱可塑性材料を当該複数のコア部分に置いて、構造物を形成し得る（工程１３０８）。編組熱可塑性材料を置くことにより図２の第１の熱可塑性層２３６が形成され得る。

次に、本プロセスは、構造物をツール内で位置決めし得る。当該ツールは、磁場に応答して熱を発生させるように構成された多数のダイライナーを有する（工程１３１０）。当該ツールは、図２のダイライナー２２６を有するツール２０２であり得る。

次に、本プロセスは、構造物を固化して固化された構造物を形成する。固化することは、多数のダイライナーに磁場を印加して構造物を固化温度まで加熱すること、金属製ブラダが圧縮力を付与するように金属製ブラダを加圧すること、及び、構造物をツール内で冷却することを含む（工程１３１２）。金属製ブラダは図２の金属製ブラダ２０８であり得る。構造物が編組熱可塑性材料を有する場合、編組熱可塑性材料のスリットは互いに対して移動し得る。編組熱可塑性材料のこの移動は、金属製ブラダ２０８が圧力下で膨張するときに発生し得る。編組熱可塑性材料の移動により、得られる構造物２０６の品質が向上し得る。

次に、本プロセスは、固化された構造物をツールから除去し得る（工程１３１４）。次に、本プロセスは、第２の材料を固化された構造物内で溶解し得る（工程１３１６）。その後、本プロセスは終了する。

本発明の例示の実施形態は、図１４の航空機の製造および保守方法１４００と図１５の航空機１５００に関連して記載されている。まず図１４を参照すると、例示的な実施形態による航空機の製造及び保守方法を示すブロック図が示される。製造前の段階で、航空機の製造及び保守方法１４００は、図１５の航空機１５００の仕様及び設計１４０２、並びに材料の調達１４０４を含むことができる。

製造段階では、図１５の航空機１５００の部材及びサブアセンブリの製造１４０６、並びにシステムインテグレーション１４０８が行われる。その後、図１５の航空機１５００は、認可および納品１４１０を経て、運航１４１２に供される。顧客による運航１４１２中、図１５の航空機１５００は、定期的な整備および保守１４１４（改造、再構成、改修、およびその他の整備または保守を含み得る）がスケジューリングされる。

航空機の製造及び保守方法１４００の各プロセスは、システム組立業者、第三者、及び／又はオペレータによって実施又は実行されてもよい。これらの例では、オペレータは顧客であってもよい。本明細書の目的では、システム組立業者は、限定するものではないが、いかなる数の航空機製造者、および主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定するものではないが、任意の数のベンダー、下請業者、および供給業者を含むことができ、オペレータは航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってよい。

ここで図１５を参照すると、例示的な実施形態が実装され得る航空機の図が、ブロック図の形態で示されている。この実施例では、航空機１５００は、図１４の航空機の製造及び保守方法１４００によって製造され、複数のシステム１５０４及び内装１５０６を有する機体１５０２を含むことができる。システム１５０４の実施例には、一又は複数の推進システム１５０８、電気システム１５１０、油圧システム１５１２、及び環境システム１５１４が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、様々な例示的な実施形態は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。

本明細書で具現化される装置および方法は、図１４の航空機の製造および保守方法１４００のうちの少なくとも１つの段階で採用可能である。１つ又は複数の例示的な実施形態は、部材及びサブアセンブリ製造１４０６中に使用され得る。例えば、図２の構造物２０６が、ツール２０２を用いて部材及びサブアセンブリの製造１４０６中に形成されてもよい。更に、構造物２０６はまた、整備及び保守１４１４中に交換を実行するために使用され得る。例えば、航空機１５００のスケジューリングされた保守中に航空機１５００が検査され得る。構造物２０６は、機体１５０２又はシステム１５０４の部分など航空機１５００の部分であり得る。

例示的な実施形態は、熱可塑性サンドイッチ構造物を形成する方法及び装置を提供している。具体的には、例示的な実施形態は、ファスナを使用せずに熱可塑性サンドイッチ構造物を形成する方法及び装置を提供している。構造物は、第１の熱可塑性層２３６、熱可塑性コア層２３８、及び第２の熱可塑性層２４０を含み得る。ツール２０２の複数の誘導コイル２２２及びダイライナー２２６を用いることにより、構造物２０６が固化され得る。固化中、複数のマンドレル２４８における第１の材料２５２は、複数の誘導コイル２２２によって生成された磁場に応答して加熱し得る。

固化中、金属製ブラダ２０８は圧縮力をもたらし得る。固化中、複数のマンドレル２４８は、熱可塑性コア層２３８内の複数のキャビティ２４４に支持を提供する。

幾つかの例示的な実施形態で、第１の熱可塑性層２３６は編組複合材を含み得る。幾つかの例示的な実施形態で、第２の熱可塑性層２４０が編組複合材を含み得る。幾つかの例示的な実施形態で、熱可塑性コア層２３８は、複数のマンドレル２４８を囲む編組複合材を含み得る。

例示的な実施形態によって熱可塑性サンドイッチ構造物を形成することにより、製造時間が短縮され得る。例示的な実施形態によって熱可塑性サンドイッチ構造物を形成することにより、サンドイッチ構造物の製造コストが削減され得る。更に、例示的な実施形態により、ファスナを含むサンドイッチ構造物よりも軽量の熱可塑性サンドイッチ構造物が作成され得る。

上述した様々な実施形態の説明は、例示及び説明を目的とするものであり、網羅的な説明であること、又はこれらの実施形態を開示された形態に限定することを意図していない。当業者には、多数の修正例及び変形例が明らかであろう。更に、種々の例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態と比較して、異なる特性を提供し得る。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の適用を最もよく説明するため、及び、他の当業者に対して、想定される特定の用途に適する様々な修正例を伴う様々な実施形態の開示内容の理解を促すために、選ばれ且つ記述されている。

Claims (14)

1. 複合材構造物であって、熱可塑性材料の第１の層と、熱可塑性材料の第２の層と、前記第１及び第２の層の間に位置し、前記複合材構造物の内部に広がる複数のキャビティを含む熱可塑性材料のコア層とを含む複合材構造物、
   前記複合材構造物内に位置し、前記複合材構造物上で圧縮力を付与するように加圧されるように構成される金属製ブラダ、及び
   前記複数のキャビティ内に位置する複数のマンドレルであって、可溶性である第１の材料と磁場に応答して熱を発生させるように構成されている第２の材料とを含む複数のマンドレル
   を含む、装置。
2. 前記複合材構造物がサンドイッチ構造物であり、前記複数のマンドレルが前記サンドイッチ構造物の内部に存在する、請求項１に記載の装置。
3. ダイキャビティをなす複数のダイと、
   前記ダイキャビティ内の任意の数のダイライナーと、
   複数の誘導コイルであって、前記複数の誘導コイルの複数の区域が前記複数のダイ中に埋め込まれている、
   複数の誘導コイルとを含むツールを含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記複数のマンドレルが前記熱可塑性材料のコア層内に存在する、請求項１に記載の装置。
5. 前記第２の材料が、複数の金属製チューブを含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記複合材構造物の内部に広がる前記複数のキャビティが、前記複合材構造物の表面の複数の開口と連通している、請求項１に記載の装置。
7. 前記第２の材料が、前記第１の材料内の複数のチューブを含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記熱可塑性材料の第１及び第２の層が、前記熱可塑性材料のコア層に接して固化される、請求項１に記載の装置。
9. 固化される熱可塑性材料を含む複合材構造物であって、前記熱可塑性材料は、
   前記複合材構造物の内部に広がる複数のキャビティを含む熱可塑性コア層と、
   前記熱可塑性コア層の外面を含む前記熱可塑性コア層の第１の側面上の第１の熱可塑性層と、
   前記熱可塑性コア層の内面を含む前記熱可塑性コア層の第２の側面上の第２の熱可塑性とを含む、複合材構造物、
   前記複合材構造物内に位置し、前記複合材構造物上で圧縮力を付与するように加圧されるように構成される金属製ブラダ、
   可溶性である第１の材料と、前記第１の材料内の複数の金属製チューブ内に形成され、磁場に応答して熱を発生させるように構成されている第２の材料とを含み、前記複数のキャビティ内に位置する複数のマンドレル、及び
   ツールであって、
   ダイキャビティをなす複数のダイと、
   前記ダイキャビティ内の任意の数のダイライナーと、
   複数の誘導コイルであって、前記複数の誘導コイルの複数の区域が前記複数のダイ中に埋め込まれている、複数の誘導コイルとを含む、ツール、
   を含む装置。
10. 固化された構造物を製造する方法であって、
    プリフォーム構造物であって、熱可塑性材料の第１の層と、熱可塑性材料の第２の層と、前記第１及び第２の層の間に位置する熱可塑性材料のコア層とを有し、前記プリフォーム構造物の内部に広がる複数のキャビティを含む前記プリフォーム構造物を形成するために、熱可塑性材料を置くこと、
    前記複数のキャビティ内に、可溶性である第１の材料と磁場に応答して熱を発生させるように構成されている第２の材料とを含む複数のマンドレルを位置決めすること、
    前記プリフォーム構造物上で圧縮力を付与するように加圧されるように構成される金属製ブラダを前記プリフォーム構造物内で位置決めすること、及び
    前記プリフォーム構造物を、磁場に応答して熱を発生させるように構成された任意の数のダイライナーを有するツール内で、位置決めすること
    を含む、方法。
11. 前記熱可塑性材料を置くことは、
    複数のコア部分を形成するために、前記複数のマンドレル上に、編組熱可塑性材料を置くことを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記プリフォーム構造物を固化して前記固化された構造物を形成することであって、前記任意の数のダイライナーに磁場を印加して前記プリフォーム構造物を固化温度まで加熱することを含む、固化することを更に含み、
    前記熱可塑性材料を置くことが、前記熱可塑性材料の第１の層を形成するために、編組熱可塑性材料を前記金属製ブラダ上に置くこと、及び、前記複数のコア部分を前記熱可塑性材料の第１の層上に配置することを更に含み、前記プリフォーム構造物を固化して前記固化された構造物を形成することが、前記金属製ブラダが膨張して圧縮力を付与し、前記プリフォーム構造物を前記任意の数のダイライナーに対して押圧するように、前記金属製ブラダを加圧することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記プリフォーム構造物を固化して前記固化された構造物を形成することであって、前記任意の数のダイライナーに磁場を印加して前記プリフォーム構造物を固化温度まで加熱することを含む、固化することを更に含み、
    前記プリフォーム構造物を固化して前記固化された構造物を形成することが、前記複数のマンドレルに前記磁場を印加することを更に含み、前記第２の材料がインバーである、請求項１１に記載の方法。
14. 前記固化された構造物内部から材料を溶解させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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