(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材構造を形成するシステムであって、
電磁プレスであって、
上型と、
前記上型に、複合材積層部材を収容するための間隔を置いて取り付けられる下型と、
磁気コイルと磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠とを含み、前記上型及び前記下型から前記複合材積層部材に圧縮力が加わるように励磁することができる少なくとも１つの電磁石と
を備える電磁プレス、並びに
前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方に取り付けることができる加熱機構
を含み、
前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方が前記伝導性枠に接続されて、前記磁気コイルを励磁すると、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方が誘導加熱される、システム。
【請求項２】
前記電磁石が、圧縮力を前記複合材積層部材に加える複数の磁気コイルを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記磁気コイルが、対応する第１圧縮力及び第２圧縮力を、前記複合材積層部材の対応する第１領域及び第２領域に加える第１コイル及び第２コイルを含んでいる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記加熱機構が、前記複合材積層部材の一部を第１温度に加熱する第１加熱ゾーンと、前記複合材積層部材の一部を第２温度に加熱する第２加熱ゾーンとを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記電磁プレスに取り付けられて、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方を冷却する少なくとも１つの冷却機構を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記下型に間隔を置いて固定して取り付けられ、前記電磁石が取り付けられる固定磁性部材と、
前記上型に接続され、かつ前記上型とは反対側の前記固定磁性部材の側面に取り付けられる可動磁性部材であって、前記電磁石を励磁すると前記固定磁性部材に向かって引き付けられて、前記上型及び前記下型から前記複合材積層部材に圧縮力が加わる可動磁性部材と
を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
繊維強化材料及び未硬化樹脂を含む複合材積層部材から複合材構造を形成する方法であって、
前記複合材積層部材内の前記繊維強化材料を固化させる工程と、
前記繊維強化材料を固化させている間に前記複合材積層部材を電磁力で圧縮する工程と
を含み、
前記複合材積層部材内の前記繊維強化材料を固化させる工程が、前記複合材積層部材を加熱する工程を含み、前記複合材積層部材を加熱する工程が、前記複合材積層部材が置かれる加熱環境を作り出す工程を含み、前記複合材積層部材を電磁力で圧縮する工程が、電磁力を前記加熱環境全体に加える工程を含む、方法。
【請求項８】
前記繊維強化材料を固化させている間に前記複合材積層部材内の前記未硬化樹脂の粘度を低下させる工程を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記繊維強化材料を固化させる工程、及び前記複合材積層部材を電磁力で圧縮する工程が、上型、下型、及び電磁石を有する電磁プレスを使用して行なわれ、前記方法が、
前記複合材積層部材を、前記上型と前記下型の間の間隔に挿入する工程と、
前記上型及び前記下型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させる工程と、
前記電磁石を励磁して、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加える工程と
を更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記複合材積層部材を前記間隔に挿入する前に、前記上型及び前記下型を予備加熱する工程を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複合材積層部材を加熱する工程が、
前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方で前記複合材積層部材を伝導加熱する工程
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記電磁石を励磁する工程が、前記電磁石に電流を流す工程を含み、前記方法が、
前記電磁石に流す電流の量を変化させて、前記複合材積層部材に加わる前記圧縮力の大きさを変化させる工程
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複合材部品の製造に関するものであり、特に複合材構造を形成する電磁プレスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合材構造は、極めて多種多様な用途に使用される。例えば、航空機組み立てにおいては、胴体、翼、尾翼部分、及び他の航空機部品を形成するために複合材料を使用する量がますます増えている。複合材部品の製造では普通、複合材料を治具又は金型に積層し、複合材料を高温及び高圧で硬化させて、高剛性の複合材構造を形成する。残念なことに、複合材料を積層し、硬化させる従来の方式は通常、所望の機械特性を有する最終複合材構造を製造するために多数の追加工程を含む。
【０００３】
例えば、複合材積層部材を硬化させる前に、及び／又は複合材積層部材の硬化させているときに、複合材積層部材を圧縮する、及び／又は減量する、及び／又は固化することにより、硬化済み複合材構造にボイドが発生するのを防止し、複合材積層部材の厚さを薄くして、硬化済み複合材構造が寸法設計要求を満たすようにすることが必要である。固化の結果として複合材積層部材の厚さを薄くすることはまた、硬化済み複合材構造の所望の繊維容積割合を達成するために必要である。この点に関して、固化によって、複合材料を構成する耐荷重繊維の容積、及び／又は重量に対する複合材構造内の樹脂の全容積及び／又は全重量を小さくすることができる。
【０００４】
１の先行技術による硬化方法、及び／又は固化方法では、複合材積層部材を治具に真空バッグで真空引き接着する、及び／又は密封接着することができる。真空バッグの真空引きを行なって、未硬化樹脂の分散を複合材積層部材全体に亘って促進し、空気及び揮発性物質（すなわち、硬化副生成物）を複合材積層部材から排出することができ、空気及び揮発性物質は、排出されない場合には、複合材積層部材内に硬化中に捕捉される虞がある。
【０００５】
複合材積層部材に作用する十分な大きさの外部圧力を発生させるために、従来の方式では、複合材積層部材アセンブリの真空引きを真空バッグで行ない、複合材積層部材をオートクレーブに搬送する。次に、オートクレーブ内の圧力及び温度を、複合材積層部材が硬化圧力及び硬化温度に達するまで上昇させる。複合材積層部材は通常、外部圧力を真空バッグの外側に加え、かつ真空圧を真空バッグの内側に加えている状態で、硬化温度に所定期間に亘って保持する必要がある。硬化サイクルでは更に、外部圧力及び真空圧を保持しながら、複合材積層部材の温度を階段状に又は徐々に上昇及び／又は低下させる必要がある。
【０００６】
硬化後、硬化済み複合材構造の圧力及び温度を低下させて、バッグに収容した複合材積層部材アセンブリをオートクレーブから取り出し、続いて、硬化済み複合材構造を真空バッグ及び治具から取り出すことができる。理解できることであるが、対応して大きくなる複合材積層部材をハンドリングするために十分大きいサイズのオートクレーブは、多額の設備投資支出を占めており、この設備投資支出が、複合材構造を形成するための全コスト及び複雑さに加わってくる。更に、複合材積層部材を用意してオートクレーブ処理を施し、硬化プロセス又は固化プロセスを、オートクレーブを使用して完了させるために要する時間の長さは、複合材構造の合計製造サイクル時間の大きな部分を占める。この点に関して、オートクレーブは通常、対流加熱を利用して、複合材積層部材の温度を上昇させるので、治具の熱量が、複合材積層部材の熱量と比べて非常に大きくなって、硬化温度に達し、次に複合材積層部材及び治具を冷却するために要する時間の長さが長くなってしまう。
【０００７】
オートクレーブの利用を減らして、十分な固化温度及び固化圧力を実現しようとする試みでは、油圧プレスを使用する。比較的小さいサイズの複合材構造を形成するためにほぼ十分ではあるが、油圧プレスは、変化させることができる圧力の大きさに限界がある。その結果、複合材積層部材を固化し、硬化するために油圧プレスを使用するのには限界がある。更に、特定の複合材積層部材に関する硬化サイクルでは、従来の油圧プレスを使用して達成することができない正確な値の温度及び圧力を加えることを必要とする。更に、油圧プレスは、油圧オイルを作動流体として使用することを考慮に入れ、かつ普通、油圧プレスに関連するアキュムレータ、ポンプ、シール機構、及び他のハードウェアのような種々の部品を使用することを考慮に入れると、清浄度を維持し、かつメンテナンスを実施するという非常に困難な解決課題を投げかける。
【０００８】
以上の説明から分かるように、この技術分野では、複合材積層部材を、オートクレーブを必要とすることなく硬化させるシステム及び方法が必要である。この点に関して、この技術分野では、複合材積層部材を硬化させ、かつ硬化させるために必要かつ十分な温度及び圧力を迅速に達成することができるシステム及び方法が必要である。更に、この技術分野では、複合材積層部材を硬化させ、かつ比較的大きいサイズの複合材積層部材を成形するために必要な硬化圧力を加えることができるシステム及び方法が必要である。最後に、この技術分野では、複合材積層部材を硬化させる低コストのシステム及び方法を、時間を短縮して実行できることが必要である。
【発明の概要】
【０００９】
複合材積層部材に硬化圧力及び硬化温度を加えることに関連する上述の必要性は詳細には、複合材構造を、電磁プレスを使用して形成するシステム及び方法を含む本明細書において開示される実施形態によって満たされる。
【００１０】
１つの実施形態では、前記システムは、上型と、該上型に間隔を置いて取り付けられて、複合材積層部材を収容する下型とを有する電磁プレスを備えることができる。該電磁プレスは、前記上型及び前記下型の一方に接続することができる少なくとも１つの電磁石を含むことができる。該電磁石を励磁することにより、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる。前記電磁プレスは更に、加熱機構を含むことができ、該加熱機構は、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方に取り付けることができ、前記加熱機構は、例えば前記上型及び前記下型を伝導加熱することにより、前記複合材積層部材を加熱するように構成することができる。
【００１１】
更に開示されるのは、前記複合材構造を前記複合材積層部材から形成する前記電磁プレスの１つの実施形態を備えることができるシステムであり、前記電磁プレスは、前記上型と、該上型に間隔を置いて取り付けられて、前記複合材積層部材を収容する下型とを含み、前記上型及び前記下型は移動させることができるので、前記複合材積層部材に接触させることができる。前記電磁プレスは、磁気コイルを有する前記電磁石を含むことができる。前記電磁石は、前記上型及び前記下型の一方の金型に接続することができ、電流を前記磁気コイルに流すことにより励磁することができるので、前記上型及び前記下型を引き付けて合体させることにより、圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる。前記システムは更に、前記複合材積層部材を加熱するように構成される加熱機構を備えることができる。１つの実施形態では、前記加熱機構は、磁気コイルと、該磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠とを含むことができる。該伝導性枠は、前記上型及び前記下型の一方の金型に接続することができ、前記磁気コイルを励磁すると、前記上型及び前記下型の一方の金型が誘導加熱されて、前記複合材積層部材を伝導加熱するように構成することができる。
【００１２】
別の実施形態では、開示されるのは、複合材構造を形成するシステムであり、該システムは、上型及び下型と、第１及び第２電磁機構とを含むことができる電磁プレスを有する。前記上型は、該上型に接続される前記第１電磁機構を有することができ、前記第１電磁機構は移動することができる。前記下型は、前記上型に間隔を置いて取り付けることができる。前記第２電磁機構は、前記下型とは反対側の前記第１電磁機構の側面に固定して取り付けることができる。更に、前記第２電磁機構を励磁することができるので、前記第１電磁機構に対する吸引力を発生させて、複合材積層部材を前記上型と前記下型との間に収容することができる。前記第２電磁機構は更に、極性反転可能に構成することができるので、反発力を前記第１電磁機構に対して発生させることができる。前記第１電磁機構を励磁することができるので、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる。
【００１３】
更に別の実施形態では、複合材構造を形成する前記システムは、上型と、下型と、第１及び第２電磁機構とを含むことができる電磁プレスを備えることができる。前記上型は、該上型に接続される前記第１電磁機構を有することができ、前記第１電磁機構は移動することができる。前記下型は、前記上型に間隔を置いて取り付けることができる。前記下型は前記第２電磁機構に接続することができる。前記第２電磁機構を励磁して前記第１電磁機構に対する反発力を発生させることにより、前記第１金型と前記第２金型との間に複合材積層部材を収容することができる。更に、前記第１電磁機構を励磁して前記第１電磁機構から前記第２電磁機構に対する反発力を発生させるときに前記第２電磁機構を励磁解除することにより、前記上型及び前記下型から前記複合材積層部材に圧縮力を加えることができる。
【００１４】
本開示は更に、複合材構造を形成するシステムを含み、該システムは、内金型と、該内金型に間隔を置いて取り付けることができることにより複合材積層部材を収容することができる外金型とを含む電磁プレスを備える。前記システムは、前記内金型及び前記外金型の一方の金型に接続される電磁石を含むことができる。該電磁石を励磁することができるので、前記内金型及び前記外金型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる。前記電磁プレスは、前記複合材積層部材の長さ部分に沿って移動できることにより、前記複合材構造を漸進的に形成するように構成することができる。
【００１５】
１つの実施形態では、前記電磁プレスは、複合材構造を複合材積層部材から形成する方法に使用することができる。前記複合材積層部材は、繊維強化材料及び未硬化樹脂を含むことができる。前記方法は、前記複合材積層部材内の前記繊維強化材料を固化させる工程を含むことができる。前記方法は更に、前記複合材積層部材を、前記繊維強化材料を固化させている間に電磁力で圧縮する工程を含むことができる。
【００１６】
更に開示されるのは、複数の固化ゾーンを複合材積層部材内に、該複合材積層部材の長さ部分に沿った離間位置に形成する方法である。前記方法では、上型及び下型と、前記上型及び前記下型の一方の金型に接続される電磁石とを有する電磁プレスを使用することができる。前記電磁石は、磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠を含むことができる。前記電磁石は前記上型に接続することができる。前記方法は、前記上型及び前記下型を予備加熱して、前記複合材積層部材を収容する準備をする工程を含むことができる。前記方法は更に、前記複合材積層部材の長さ部分の一部を、前記上型と前記下型との間の間隔に挿入する工程を含むことができる。離型フィルムを前記複合材積層部材と、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方との間に供給して、前記上型及び前記下型からの前記複合材積層部材の剥離を容易にすることができる。
【００１７】
前記方法は、前記上型及び前記下型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させる工程と、該工程の後に、前記電磁石を励磁して、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えて、固化ゾーンのうちの１つの固化ゾーンを前記複合材積層部材内に形成する工程とを含むことができる。前記方法は更に、前記伝導性枠及び前記上型を、前記電磁石を励磁して誘導加熱する工程を含むことができる。このようにして、誘導加熱された上型で、前記複合材積層部材を伝導加熱して、前記複合材積層部材を伝導加熱することができる。前記上型及び前記下型は分離することができ、前記複合材積層部材の長さ部分を材料供給方向に沿って、前記電磁プレスを通過するように進めて、前記固化ゾーンのうちの別の１つの固化ゾーンを前記複合材積層部材の長さ部分に沿って形成することができる。
【００１８】
更に開示されるのは、複合材構造を複合材積層部材から、電磁プレスを使用して形成する方法である。該電磁プレスは、上型及び下型と、第１及び第２電磁機構とを含むことができる。前記上型は、前記第１電磁機構に接続することができる。前記第２電磁機構は、前記下型とは反対側の前記第１電磁機構の側面に取り付けることができ、反転可能な極性を有することができる。前記方法は、前記第２電磁機構を励磁して、吸引力を前記第１電磁機構と前記第２電磁機構との間に発生させて、間隔が前記上型と前記下型との間に生じるようにする工程を含むことができる。前記複合材積層部材は、前記間隔に挿入することができる。前記第２電磁機構の極性を反転させて、反発力を前記第１電磁機構と前記第２電磁機構との間に発生させることができる。前記方法は更に、前記上型及び前記下型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させる工程を含むことができる。前記第１電磁機構を励磁して、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる。
【００１９】
本開示は更に、複合材構造を複合材積層部材から、第１電磁機構及び第２電磁機構にそれぞれ接続される上型及び下型を含む電磁プレスを使用して形成する方法を含む。前記方法は、前記第２電磁機構を励磁して、前記第１電磁機構に対する反発力を発生させることにより、前記上型と前記下型との間に間隔を生じさせる工程を含むことができる。前記方法は、更に、前記複合材積層部材を前記間隔に挿入する工程を含むことができる。次に、前記第２電磁機構を励磁解除し、次に前記第１電磁機構を励磁して、前記第１電磁機構と前記第２電磁機構との間に吸引力を発生させる工程を含むことができる。前記方法は更に、前記上型と前記下型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させ、圧縮力を前記複合材積層部材に加える工程を含むことができる。
【００２０】
複合材構造を複合材積層部材から形成する方法では、電磁プレスを使用することができ、前記電磁プレスは、電磁石と、前記複合材積層部材に嵌合可能に形成される内金型及び外金型とを有することができる。前記内金型及び前記外金型の一方の金型は、前記電磁石に接続することができる。前記方法は、前記電磁プレスを前記複合材積層部材に取り付けて、前記内金型及び前記外金型が、前記複合材積層部材の両側に配置されるようにする工程を含むことができる。前記内金型及び前記外金型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させることができる。前記電磁石を励磁して、前記内金型及び前記外金型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる。前記電磁プレスを前記複合材積層部材の長さ部分に沿って進めることにより、前記複合材構造を漸進的に形成することができる。
【００２１】
８．複合材構造を複合材積層部材から形成するシステムであって：
電磁プレスを備え、該電磁プレスは：
上型と；
該上型に間隔を置いて取り付けられて、前記複合材積層部材を収容する下型であって、前記上型及び前記下型を移動させることができることにより、前記複合材積層部材に接触させることができる、前記下型と；
磁気コイルを有する少なくとも１つの電磁石であって、該電磁石が、前記上型及び前記下型の一方の金型に接続され、かつ前記電磁石を、電流を前記磁気コイルに流すことにより励磁することができるので、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる、前記少なくとも１つの電磁石と；
前記複合材積層部材を加熱するように構成される加熱機構とを備え、該加熱機構は、前記磁気コイルと、前記磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠とを含み、該伝導性枠は、前記上型及び前記下型の一方の金型に接続され、更に前記伝導性枠は、前記電磁石を励磁すると、前記上型及び前記下型の一方の金型が誘導加熱されて、前記複合材積層部材を伝導加熱するように構成される、システム。
【００２２】
９．複合材構造を形成するシステムであって：
電磁プレスを備え、該電磁プレスは：
上型に接続される第１電磁機構を有する上型と；
該上型に間隔を置いて取り付けられる下型と；
該下型とは反対側の前記第１電磁機構の側面に取り付けられる第２電磁機構とを備え、該第２電磁機構を励磁できることにより、前記第１電磁機構に対する吸引力を発生させて、複合材積層部材を前記上型と前記下型との間に収容することができ、前記第２電磁機構は、反転可能な極性を有することにより、反発力を前記第１電磁機構に対して発生させ、前記第１電磁機構を励磁できることにより、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができる、
システム。
【００２３】
１０．前記第１電磁機構は、前記第２電磁機構が励磁されると励磁解除されるように構成される、請求項９に記載のシステム。
【００２４】
１１．前記第１電磁機構は、磁気コイルと、該磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠とを含むことにより、前記磁気コイルを励磁すると、前記上型が誘導加熱される、請求項９に記載のシステム。
【００２５】
１２．更に：
前記電磁プレスに取り付けられる加熱機構及び冷却機構のうちの少なくとも１つの機構を備えることにより、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方をそれぞれ加熱し、冷却する、請求項９に記載のシステム。
【００２６】
１３．複合材構造を形成するシステムであって：
電磁プレスを備え、該電磁プレスは：
上型に接続される第１電磁機構を有する上型と；
該上型に間隔を置いて取り付けられ、かつ下型に接続される第２電磁機構を有する下型とを含み、前記第２電磁機構を励磁して前記第１電磁機構に対する反発力を発生させることにより、複合材積層部材を前記上型と前記下型との間に収容することができ、前記第１電磁機構を励磁して前記第１電磁機構から前記第２電磁機構に対する反発力を発生させるときに前記第２電磁機構を励磁解除することにより、前記上型及び前記下型から前記複合材積層部材に圧縮力を加えることができる、
システム。
【００２７】
１４．前記第１電磁機構及び前記第２電磁機構のうちの少なくとも１つの機構は、磁気コイルと、該磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠とを含み；
前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方は、前記伝導性枠に接続されて、前記磁気コイルを励磁すると、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方が誘導加熱される、
請求項１３に記載のシステム。
【００２８】
１５．更に：
前記電磁プレスに取り付けられる加熱機構及び冷却機構のうちの少なくとも１つの機構を備えることにより、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方をそれぞれ加熱し、冷却する、請求項１３に記載のシステム。
【００２９】
１６．複合材構造を形成するシステムであって：
電磁プレスを備え、該電磁プレスは：
内金型と；
該内金型に間隔を置いて取り付けることができることにより複合材積層部材を収容することができる外金型と；
前記内金型及び前記外金型の一方の金型に接続される電磁石とを備え、該電磁石を励磁できることにより、前記内金型及び前記外金型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることができ、前記電磁プレスは、前記複合材積層部材の長さ部分に沿って移動することができる、
システム。
【００３０】
１７．更に：
前記内金型及び前記外金型のうちの少なくとも一方を加熱して、前記複合材構造を伝導加熱する加熱機構を備える、
請求項１６に記載のシステム。
【００３１】
１８．前記電磁石は、磁気コイルと、該磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠とを含み；
前記内金型及び前記外金型のうちの少なくとも一方は、前記伝導性枠に接続されて、前記磁気コイルを励磁すると、前記伝導性枠、及び前記伝導性枠に接続される前記内金型及び前記外金型の一方の金型が誘導加熱される、
請求項１７に記載のシステム。
【００３２】
１９．前記複合材積層部材は、内側表面及び外側表面を有するバレルセクションとして構成され；
前記内金型及び前記外金型のうちの少なくとも一方は、前記内側表面及び前記外側表面のうちの該当する１つの表面に嵌合可能に構成される、
請求項１６に記載のシステム。
【００３３】
２０．更に：
予備加熱部分、硬化部分、冷却部分、検査部分のうちの少なくとも１つを備える、
請求項１６に記載のシステム。
【００３４】
２９．前記電磁石は、磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠を含み、該伝導性枠は、該伝導性枠に接続される前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方を有し、前記複合材積層部材を加熱する前記工程は：
前記伝導性枠、及び前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方を、前記電磁石を励磁するときに誘導加熱する工程と；
前記複合材積層部材を、誘導加熱された前記上型及び前記下型の一方の金型で伝導加熱する工程と、
を含む、請求項２５に記載の方法。
【００３５】
３０．更に：
前記複合材積層部材の温度を、初期温度から第１温度に上昇させる工程と；
前記複合材積層部材を前記第１温度に第１期間に亘って保持する工程と；
を含む、請求項２１に記載の方法。
【００３６】
３１．前記電磁プレスは、固定磁性部材と、可動磁性部材とを含み、前記固定磁性部材は、前記下型に間隔を置いて取り付けられ、かつ前記固定磁性部材に取り付けられる前記電磁石を有し、前記可動磁性部材は、前記上型に接続され、かつ前記上型とは反対側の前記固定磁性部材の側面に配置され、前記方法は更に：
前記電磁石を励磁すると、前記可動磁性部材を前記固定磁性部材に向かって引き付けて、前記上型及び前記下型から前記圧縮力が前記複合材積層部材に加わるようにする工程を含む、
請求項２１に記載の方法。
【００３７】
３２．複数の固化ゾーンを複合材積層部材内に、該複合材積層部材に沿った離間位置に、上型と、下型と、前記上型及び前記下型の一方の金型に接続される電磁石とを有する電磁プレスを使用して形成する方法であって、前記電磁石は、磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲み、かつ前記上型に接続される伝導性枠を含み、前記方法は：
前記上型及び前記下型を予備加熱する工程と；
前記複合材積層部材の長さ部分の一部を、前記上型と前記下型との間の間隔に挿入する工程と；
前記複合材積層部材を加熱する工程と；
離型フィルムを、前記複合材積層部材と、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方との間に供給する工程と；
前記上型及び前記下型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させる工程と；
前記電磁石を励磁して、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加えることにより、前記固化ゾーンのうちの１つの固化ゾーンを前記複合材積層部材内に形成する工程と；
前記伝導性枠及び前記上型を、前記電磁石を励磁するときに誘導加熱して、前記複合材積層部材を伝導加熱する工程と；
前記上型及び前記下型を分離する工程と；
前記複合材積層部材の長さ部分を、材料供給方向に沿って進めることにより、前記固化ゾーンのうちの別の１つの固化ゾーンを前記複合材積層部材内に形成する工程と、
を含む、方法。
【００３８】
３３．複合材構造を複合材積層部材から、上型及び下型と、第１及び第２電磁機構とを含む電磁プレスを使用して形成する方法であって、前記上型は前記第１電磁機構に接続され、前記第２電磁機構は、前記下型とは反対側の前記第１電磁機構の側面に取り付けられ、かつ反転可能な極性を有し、前記方法は：
前記第２電磁機構を励磁して吸引力を、前記第１電磁機構と前記第２電磁機構との間に発生させて、間隔が前記上型と前記下型との間に生じるようにする工程と；
前記複合材積層部材を前記間隔に挿入する工程と；
前記第２電磁機構の極性を反転させて反発力を、前記第１電磁機構と前記第２電磁機構との間に発生させる工程と；
前記上型及び前記下型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させる工程と；
前記第１電磁機構を励磁して、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加える工程と、
を含む、方法。
【００３９】
３４．前記第１電磁機構を励磁して、前記上型及び前記下型から圧縮力を前記複合材積層部材に加える前記工程の後に：
前記第１電磁機構を励磁解除する工程と；
前記第２電磁機構の極性を反転させて吸引力を、前記第１電磁機構と前記第２電磁機構との間に発生させる工程と；
前記上型及び前記下型を分離する工程と；
前記複合材積層部材を前記電磁プレスから取り出す工程と、
が続く、請求項３３に記載の方法。
【００４０】
３５．更に：
前記複合材積層部材を加熱する工程を含む、
請求項３３に記載の方法。
【００４１】
３６．前記第１電磁機構は、磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠を含み、該伝導性枠は、該伝導性枠に接続される前記上型を有し、前記複合材積層部材を加熱する前記工程は：
前記伝導性枠及び前記上型を、前記磁気コイルを励磁するときに誘導加熱する工程と；
前記複合材積層部材を、誘導加熱された前記上型で伝導加熱する工程と、
を含む、請求項３５に記載の方法。
【００４２】
３７．第１及び第２電磁機構にそれぞれ接続される上型及び下型を含む電磁プレスを使用して複合材積層部材から複合材構造を形成する方法であって、前記方法は：
前記第２電磁機構を励磁して前記第１電磁機構に対する反発力を発生させることにより、前記上型と前記下型との間に間隔を生じさせる工程と；
前記複合材積層部材を前記間隔に挿入する工程と；
前記第２電磁機構を励磁解除し、前記第１電磁機構を励磁して、前記第１電磁機構と前記第２電磁機構との間に吸引力を発生させる工程と；
前記上型及び前記下型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させる工程と；
圧縮力を前記複合材積層部材に加える工程と、
を含む、方法。
【００４３】
３８．更に：
前記複合材積層部材を加熱する工程を含む、
請求項３７に記載の方法。
【００４４】
３９．前記第１及び第２電磁機構のうちの少なくとも１つの機構は、磁気コイルと、該磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠とを含み；
前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方は、前記伝導性枠に接続されて、前記磁気コイルを励磁すると、前記上型及び前記下型のうちの少なくとも一方が誘導加熱される、
請求項３７に記載の方法。
【００４５】
４０．複合材構造を複合材積層部材から、電磁石と、前記複合材積層部材に嵌合可能に形成される内金型及び外金型とを有する電磁プレスを使用して形成する方法であって、前記内金型及び前記外金型の一方の金型は前記電磁石に接続され、前記方法は：
前記電磁プレスを前記複合材積層部材に取り付けて、前記内金型及び前記外金型が、前記複合材積層部材の両側に配置されるようにする工程と；
前記内金型及び前記外金型を移動させて、前記複合材積層部材に接触させる工程と；
前記電磁石を励磁して、前記内金型及び前記外金型から圧縮力を前記複合材積層部材に加える工程と；
前記電磁プレスを前記複合材積層部材の長さ部分に沿って進める工程と、
を含む、方法。
【００４６】
４１．前記複合材積層部材を加熱する前記工程は：
前記複合材積層部材を、前記内金型及び前記外金型のうちの少なくとも一方を使用して伝導加熱する工程を含む、
請求項４０に記載の方法。
【００４７】
４２．前記電磁石は、磁気コイルを少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠を含み、前記内金型及び前記外金型のうちの少なくとも一方は、前記伝導性枠に接続され、前記複合材積層部材を加熱する前記工程は：
前記伝導性枠、及び該伝導性枠に接続される前記内金型及び前記外金型の一方の金型を、前記電磁石を励磁するときに誘導加熱する工程と；
前記複合材積層部材を、誘導加熱された前記内金型及び前記外金型の前記一方の金型で伝導加熱する工程と、
を含む、請求項４１に記載の方法。
【００４８】
４３．更に：
前記複合材積層部材を冷却する工程を含む、請求項４０に記載の方法。
【００４９】
上記に説明した特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施形態において個別に実現することができる、及び／又は更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態に関する更なる詳細は、以下の説明及び以下の図面を参照しながら理解することができる。
【００５０】
本開示のこれらの特徴、及び他の特徴は、これらの図面を参照することにより一層明確になると考えられ、これらの図面では、同様の参照番号はこれらの図面全体を通じて、同様の構成要素を指している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、複合材構造を形成するシステムの機能ブロック図を示し、当該システムは、上型及び下型と、少なくとも１つの電磁石とを有する電磁プレスを備えることができる。
【図２】図２は、電磁プレスの正面図であり、複合材構造に成形される前に、互いに間隔を置いて配置されて複合材積層部材を収容する上型及び下型を示し、更に、複合材積層部材の上に配置される離型フィルムを有する複合材積層部材を示している。
【図３】図３は、電磁プレスの正面図であり、複合材構造が、複合材積層部材を成形した後に上型及び下型の形状を呈する様子を示している。
【図４】図４は、図２の直線４−４に沿って切断したときの電磁プレスの側面図であり、複合材構造を、上型と下型との間の間隔に挿入される複合材積層部材の長さ部分から連続的に形成する実施形態を示し、更に、第１及び第２コイルと、可変の圧力及び熱を複合材積層部材に加える第１、第２、及び第３加熱ゾーンを示している。
【図５】図５は、電磁プレスの側面図であり、可動磁性部材と、上型及び下型を互いに引き付けて合体させる電磁石を含む固定磁性部材とを有する実施形態を示している。
【図６】図６は、電磁プレスの側面図であり、第２電磁機構の下方に配置される第１電磁機構を有する実施形態を示し、第１電磁機構と第２電磁機構との間の吸引力で上型と下型との間の間隔を保持する様子を示している。
【図７】図７は、図６の実施形態における電磁プレスの側面図であり、第１電磁機構と第２電磁機構との間の反発力を示している。
【図８】図８は、電磁プレスの側面図であり、第１及び第２電磁機構を有する実施形態を示し、更に第１電磁機構と第２電磁機構との間に発生する反発力で上型と下型との間の間隔を保持する様子を示している。
【図９】図９は、図８の実施形態における電磁プレスの側面図であり、第１電磁機構と第２電磁機構との間の吸引力によって、上型及び下型から圧縮力が複合材積層部材に加わる様子を示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、複合材積層部材を、第１期間に亘って複合材積層部材の固化サイクル中、及び／又は硬化サイクル中に保持される第１温度に、電磁プレスを使用して加熱するときの温度プロファイルを示すグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、電磁プレスを使用して複合材積層部材を第１温度に加熱し、当該第１温度を、対応する第２及び第３期間に亘って保持される第２及び第３温度に漸進的に低下させるときの温度プロファイルを示すグラフである。
【図１１】図１１は、バレルセクション構成の複合材積層部材に沿って漸進的に移動することができるように構成される実施形態における電磁プレスの斜視図であり、電磁プレスは、圧縮力を複合材積層部材に加えるように構成される。
【図１２】図１２は、図１１の直線１２−１２に沿って切断したときの電磁プレスの上面図であり、上型及び下型を移動させることができることにより、複合材積層部材に接触させて圧縮力を加える様子を示している。
【図１３】図１３は、航空機の斜視図であり、航空機は、電磁プレスの１つの実施形態を使用して形成されるような複合材構造を導入することができる。
【図１４】図１４は、複合材構造を複合材積層部材から電磁プレスを使用して形成する方法を示すフロー図である。
【図１５】図１５は、複数の固化ゾーンを複合材積層部材の長さ部分に沿って、電磁プレスの１つの実施形態を使用して形成する方法を示すフロー図である。
【図１６】図１６は、複合材積層部材の長さ部分に沿って移動することができる電磁プレスを使用して複合材積層部材を成形して複合材構造を形成する方法を示すフロー図である。
【図１７】図１７は、複合材構造を複合材積層部材から電磁プレスの１つの実施形態を使用して形成する方法を示すフロー図である。
【図１８】図１８は、複合材構造を複合材積層部材から、第１及び第２電磁機構を有する電磁プレスの１つの実施形態を使用して形成する方法を示すフロー図である。
【図１９】図１９は、複合材構造を複合材積層部材から、第１及び第２電磁機構にそれぞれ接続される上型及び下型を有する電磁プレスの１つの実施形態を使用して形成する方法を示すフロー図である。
【図２０】図２０は、航空機製造及び整備方法のフロー図である。
【図２１】図２１は、航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
後述では、図示は、本開示の好適な種々の実施形態を示すためにのみ行なわれているのであって、これらの実施形態を限定するために行なわれるのではない。これらの図面のうち、図１は、図２に示される複合材積層部材１０６から図２に示すように複合材構造１０４を形成するシステム１０を示している。複合材積層部材１０６は、図２に示すように、繊維強化材料１０９及び未硬化樹脂１１０により形成することができるが、いずれの材料を使用してもよい。図１に示すシステム１０は、上型２６及び下型２４と、少なくとも１つの電磁石４２とを有する電磁プレス１２を備えることができる。電磁石４２は、上型２６及び下型２４のうちの少なくとも１つの金型に接続することができる。任意であるが、上型２６及び下型２４の一方の金型は、図２に示す上型及び下型のうちの残りの１つの金型とは反対側の複合材積層部材１０６の側面に配置される加圧メンブレン４８として構成することができる。上型２６及び下型２４は、互いの金型に間隔を置いて取り付けられることにより、複合材積層部材１０６を図２に示すように収容することができる。上型２６及び下型２４を移動させることができることにより、複合材積層部材１０６に接触させることができる。
【００５３】
上型２６及び下型２４が複合材積層部材１０６に接触すると、電磁石４２を、電流を電磁石４２の１つ以上の磁気コイル４４に印加する、及び／又は流すことにより励磁することができる。磁気コイル４４が励磁される結果、反発力Ｆｒが作用している状態で、上型２６から圧力が下型２４に加わって、上型２６を電磁石４２に対して図２に示すように、押し下げることにより、圧縮力が複合材積層部材１０６に加わって、複合材積層部材１０６を固化させる、及び／又は硬化させることができる。有利な点として、電磁プレス１２によって、複合材積層部材１０６に加わる圧縮力の大きさに対する正確な制御が、磁気コイル４４に流すことができる電流の量を制御することにより容易になる。このようにして、圧縮力の大きさの変化を正確に制御することができる。
【００５４】
図１に示すように、電磁プレス１２は、上型２６及び／又は下型２４を加熱することにより複合材積層部材１０６を伝導加熱する加熱機構７０を含むことができる。複合材積層部材１０６を加熱することは、複合材積層部材１０６の硬化又は固化を促進する、及び／又は容易にするので望ましい。１つの実施形態では、加熱機構７０を上型２６及び／又は下型２４に、及び／又は電磁プレス１２の他の部品に取り付けることにより、複合材積層部材１０６を伝導加熱することができる。しかしながら、加熱機構７０は、複合材積層部材１０６を、これらには限定されないが、誘導熱伝達、伝導熱伝達、対流熱伝達、及び／又は放射熱伝達を含むいずれかの適切な熱伝達手段又はこれらの手段の組み合わせを使用して加熱することができる。
【００５５】
複合材積層部材１０６を加熱することにより、図２に示すように、複合材積層部材１０６内の未硬化樹脂１１０の粘度を容易に低下させることができる。更に、複合材積層部材１０６を加熱することにより、複合材積層部材１０６の繊維強化材料１０９の固化を促進し、かつ未硬化樹脂１１０の硬化を促進することができる。この目的のために、加熱機構７０は、１つ以上の加熱素子７２を備えることができ、これらの加熱素子７２は、図１に示すように、上型２６及び／又は下型２４に組み込むか、及び／又は取り付けることができる。
【００５６】
例えば、加熱機構７０は、１つ以上の電気加熱素子７２として構成することができ、これらの電気加熱素子７２は、上型２６及び／又は下型２４の少なくとも一部を少なくとも部分的に貫通して延在することができる。しかしながら、加熱機構７０は、多種多様な異なる構成に形成することができる。例えば、加熱機構７０は、加熱オイルのような加熱流体を循環させる複数の導管（図示せず）として形成することができる。更に、加熱機構７０の設置は、上型２６及び／又は下型２４への取り付け、及び／又は組み込みに限定されず、電磁プレス１２のいずれかの適切な部品への加熱機構７０の組み込み、及び／又は取り付けを含むことができ、これらには限定されないが、固定治具１４及び／又は可動治具１６への組み込み、及び／又は取り付けを含むことができる。
【００５７】
加熱機構７０の構成に関して、電磁石４２は、図１に示すように、伝導性枠４６を含むことができ、この伝導性枠４６は、磁気コイル４４を少なくとも部分的に取り囲むことができる。上に説明したように、電磁プレス１２は、上型２６、及び／又は下型２４を伝導性枠４６に接続することができるように構成することができる。磁気コイル４４を、電流を流して励磁することにより、上型２６及び下型２４のいずれの金型が伝導性枠４６に接続されるかによって変わるが、伝導性枠４６及び上型２６、及び／又は下型２４を誘導加熱することができる。
【００５８】
例えば、図２に示すように、上型２６を伝導性枠４６に接続することができる。伝導性枠４６及び上型２６の誘導加熱は、この技術分野で公知の如く、磁気コイル４４を励磁することにより行なうことができる。電流を磁気コイル４４に流し、その結果、コイル電流６６が磁気コイル４４を流れることによって、誘導電流６８が伝導性枠４６及び上型２６を、コイル電流６６の方向とは反対の方向に流れるようになる。伝導性枠４６及び上型２６の誘導加熱は、渦電流が伝導性枠４６及び上型２６に発生することにより行なうことができる。
【００５９】
有利な点として、上型２６、及び／又は下型２４の誘導加熱は、対流加熱のような従来手段による加熱に比べると、非常に迅速に行なうことができる。その結果、上型２６に接触する複合材積層部材１０６も、上型２６からの熱の伝導伝達によって非常に迅速に加熱される。下型２４からの複合材積層部材１０６の加熱は、上述の加熱素子７２によって容易に行なうことができ、これらの加熱素子７２は、下型２４及び／又は固定治具１４を貫通して延在することができる、及び／又はこれらの加熱素子７２は、下型２４及び／又は固定治具１４に取り付けることができる。しかしながら、加熱は、熱放射手段、及び／又は熱対流手段、或いはこれらの手段の組み合わせのような非伝導性枠手段によって行なうことができる。
【００６０】
図１に示すように、電磁プレス１２は、少なくとも１つの冷却機構８０を含むことができ、少なくとも１つの冷却機構８０を電磁プレス１２に取り付けることにより、上型２６及び下型２４のうちの少なくとも１つの金型を冷却することができる。冷却機構８０を電磁プレス１２に適宜組み込むことにより、複合材積層部材１０６を、従来の機器を用いる受動冷却に必要な時間の長さに比べて、迅速かつ能動的に冷却することができる。
【００６１】
図２は、上に概述した電磁プレス１２の１つの実施形態を示している。電磁プレス１２は、複合材構造１０４を形成するために使用することができ、可動治具１６の下方に取り付けられる固定治具１４を含むことができる。固定治具１４は、適切な支持構造１８の上に取り付けることができるか、及び／又は適切な支持構造１８によって支持することができる。可動治具１６は、固定治具１４に対していずれかの適切な手段により移動させて、可動治具１６と固定治具１４との間に、複合材積層部材１０６のような被加工部材１００を挿入する間隔２８を形成し、電磁プレス１２からの複合材積層部材１０６、及び／又は硬化済み複合材構造１０４の取り出しを容易にすることができる。可動治具１６は、図２に示すように、固定治具１４から上方に延在する一連のシャフト２０に移動可能に取り付けられる、及び／又は支持される。１つ以上の作動機構２２を電磁プレス１２に組み込むことにより、固定治具１４に対する可動治具１６の移動を容易にすることができる。これらのシャフト２０は、可動治具１６が固定治具１４に対して位置合わせされた状態を保持するように構成することができる。作動機構２２は、可動治具を固定治具１４に対して移動させるいずれかの適切な構造になるように構成することができる。例えば、作動機構２２は、これらには限定されないが、いずれかの適切な機械機構、電気機械機構、油圧機構、及び／又は空気圧機構、或いは相対移動を可能にするこれらの機構の組み合わせを含むいずれかの駆動機構構造を含むことができる。
【００６２】
図２から分かるように、上型２６は可動治具１６に接続することができ、上側成形面３０を含むことができ、この上側成形面３０を複合材積層部材１０６に接触させることにより、上側成形面３０の凹凸、及び／又は形状を複合材積層部材１０６に硬化プロセス中に転写することができる。この点に関して、上型２６を可動治具１６に着脱可能に取り付けることにより、異なる凹凸の上側成形面３０を有する別の上型２６構造物との取り替えを容易にすることができる。１つの実施形態では、上型２６には、下型２４の下側成形面３２の形状又は凹凸にぴったりと嵌合可能になる上側成形面３０の形状又は凹凸を設けることができる。上型２６及び下型２４は任意であるが、図３に示すように、被制御凹凸を複合材構造１０４の両側に形成するための略剛性構造物として形成することができる。
【００６３】
任意であるが、上型２６は、図２に示すように、可動治具１６に接続することができる加圧メンブレン４８として構成することができる。別の構成として、下型２４を加圧メンブレン４８として構成してもよい。加圧メンブレン４８は、複合材構造１０４の両側の一方の側の凹凸を正確に制御しなくても済むような構成の複合材構造１０４を製造するように適合させることができる。下型２４が加圧メンブレン４８として構成される実施形態では、上型２６は、下型２４／加圧メンブレン４８の反対側に配置することができる。下側成形面３２、上側成形面３０、及び／又は加圧メンブレン４８は任意であるが、図２に示すように、離型フィルム４０を含むことができる。離型フィルム４０によって、複合材積層部材１０６の硬化後のような時点における下側成形面３２、上側成形面３０、及び／又は加圧メンブレン４８からの複合材積層部材１０６の剥離を容易にすることができる。
【００６４】
図２を参照し続けると、上型２６は、図２に示すように、伝導性枠４６に取り付けることができる。伝導性枠４６は、磁気コイル４４を少なくとも部分的に取り囲むことができる。磁気コイル４４は、伝導性枠４６からギャップ８２を介して、及び／又は適切な電気絶縁材料によって、或いは他のいずれかの適切な電気絶縁取り付け構造を使用することにより、電気的に分離するか、及び／又は電気的に絶縁することができる。磁気コイル４４は、空気コア４３ａを含むか、及び／又はいずれかの適切な幾何学形状から成り、かついずれかの適切な材料により形成される磁気コア４３ｂを含むことができる。
【００６５】
下型２４は、固定治具１４に組み込むか、及び／又は取り付けることができる。この点に関して、下型２４は、固定治具１４に脱着可能に接続することにより、別の下型２４構造物との取り替えを容易にするように構成することができる。図２に示す実施形態では、下型２４は、下側成形面３２を含むことができ、下側成形面３２は、上型２６の上側成形面３０にぴったりと嵌合可能に構成することができる。この点に関して、上型２６及び下型２４は、硬化済み複合材構造１０４の外側成形面を正確に制御するために使用することができるような雄雌嵌合金型セット（ｍａｔｃｈｅｄ  ｄｉｅ  ｓｅｔ）を構成することができる。図２〜３から分かるように、下型２４は凹部３８を含むことができ、凹部３８は、上型２６の上側成形面３０にぴったりと嵌合可能なサイズに形成し、かつ嵌合可能に構成することができる。複合材積層部材１０６は、下型２４の凹部３８のサイズ及び幾何学形状にぴったり合うサイズに予め形成しておくことができる。この凹部３８によって、上型２６を下型２４に接触させるときの下型２４に対する複合材積層部材１０６の相対的な位置決め状態、及び／又は相対的な収納位置を保持することができる。例えば、複合材積層部材１０６は、未硬化樹脂１１０を予め含浸させた繊維材料の積層体として、及び／又は凹部３８の幾何学形状、及び／又はサイズにぴったり合う幾何学形状に形成されるプリプレグ複合材１０８の積層体として形成することができる。
【００６６】
図２はさらに離型フィルム４０を示しており、この離型フィルム４０は、上型２６と複合材積層部材１０６との間に、及び／又は下型２４と複合材積層部材１０６との間に挿入することができる。上型２６及び／又は下型２４に施すことができる任意の離型コーティングに関して上述したように、離型フィルム４０によって、複合材積層部材１０６の硬化後のような時点における上型２６及び／又は下型２４からの複合材積層部材１０６の剥離を容易にすることができる。離型フィルム４０は、いずれかの適切なサイズ及び形状で供給することができる。例えば、離型フィルム４０は、複合材積層部材１０６のサイズ、及び／又は上型２６及び／又は下型２４のサイズとほぼ同じサイズに形成し、かつ当該サイズとほぼ同じになるように構成することができる。離型フィルム４０は、上側成形面３０及び下側成形面３２に忠実に追従し、かつ複合材積層部材１０６に加わる可能性がある温度及び圧力に耐えることができるいずれかの適切な材料により形成することができる。例えば、離型フィルム４０は、非金属フィルム及び／又は金属シートにより形成することができる。１つの実施形態では、離型フィルム４０は、Ｅ．Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏ（イ−アイデュポン ドゥヌムールアンドカンパニー）から市販されているカプトンフィルムのようなポリイミドフィルムにより形成することができる。例えば、しかしながら、離型フィルム４０は、適切な強度及び耐熱性（すなわち、高融点）を有する多種多様な市販フィルムのうちのいずれか１つのフィルムにより形成することができる。
【００６７】
図３は、単一の予備成形複合材積層部材１０６を１度に１つの割合で成形することができる定常動作中の電磁プレス１２を使用して図２の複合材積層部材１０６から形成される複合材構造１０４を示している。図から分かるように、複合材構造１０４は、対応する上型２６及び下型２４の上側成形面３０及び下側成形面３２の該当する成形面により形成される両側の上側成形線３４及び下側成形線３６を含む。上に説明したように、複合材構造１０４は、図２に示すように、プリプレグ複合材１０８のようないずれかの適切な材料により製造される複合材積層部材１０６として供給することができる。複合材積層部材１０６は、好適には、かつ任意であるが、上型２６及び下型２４のサイズ及び形状にぴったり合うように予備成形することができる。
【００６８】
図２の複合材積層部材１０６を硬化させて図３の複合材構造１０４にする工程は、上型２６及び下型２４を移動させて複合材積層部材１０６に接触させた後に、圧縮力を、電磁プレス１２を使用して加えることにより容易に行なうことができる。上に説明したように、電流を電磁石４２の磁気コイル４４に流すことにより、上型２６及び下型２４を互いに引き付けて合体させることにより、圧縮力を図２の複合材積層部材１０６に加える。圧縮力の大きさは、磁気コイル４４に流す電流の量を制御することにより調整することができる。熱は、硬化プロセス前の、及び／又は硬化プロセス中のいずれの時点においても、複合材積層部材１０６を置くことができる加熱環境７３を作り出すことにより加えることができる。加熱環境７３によって、複合材積層部材内の未硬化樹脂１１０の粘度を容易に低下させることができるので、当該樹脂が繊維強化材料１０９全体に分散するのを促進することができる。
【００６９】
複合材積層部材１０６は、上型２６及び／又は下型２４の凹凸に複合材積層部材１０６が忠実に追従するのを容易にする温度に予備加熱することができる。熱は、図２及び３に示す加熱素子７２として構成することができる加熱機構７０から供給することができる。熱は、上に説明したように、磁気コイル４４が励磁される結果として行なわれる伝導性枠４６及び上型２６の誘導加熱を利用して供給することもできる。同様に、サイクル時間は、電磁プレス１２に適宜含めることができる冷却機構８０を使用して短くすることにより、複合材構造１０４の温度を、電磁プレス１２からの複合材構造１０４の取り出しを可能にする温度にまで下げるために要する時間の長さを短くすることができる。１つの実施形態では、冷却機構８０は、上型２６及び下型２４内に、及び／又は固定治具１４、及び／又は可動治具１６のいずれかの一部に形成することができる１つ以上の導管、及び／又は流路を備えることができる。水のような冷媒は、これらの導管、及び／又は流路を通るように循環させることができるが、いずれの種類の冷媒を使用してもよい。
【００７０】
図４は、図２〜３の模式正面図として示される電磁プレスと同様の電磁プレス１２の側面図であるが、互いに直列に取り付けられ複数の磁気コイル４４を含む１つの実施形態を示している。複数の磁気コイル４４を電磁プレス１２内に設けることにより、異なる大きさの圧縮力を、複合材積層部材１０６の異なる領域に同時に加えることができる。異なる大きさの圧縮力は、異なる大きさの電流を、並んで配置される同じ構成の磁気コイル４４に流すことにより加えることができる。別の構成として、これらの磁気コイル４４は、異なる巻回数、及び／又は異なる磁気コア形状及び構造を有するように異なる形態に構成することにより、等しい量の電流をこれらの磁気コイル４４に流すと、異なる大きさの圧縮力が複合材積層部材１０６に加わるようにすることができる。
【００７１】
例えば、図４は、磁気コイル４４が、互いに対して直列に配置される第１コイル５０及び第２コイル５２を含む構成を示している。この点に関して、第１コイル５０及び第２コイル５２は、複合材積層部材１０６の材料供給方向１０２を基準にして直列に配置されるように図示されている。明らかなことであるが、これらの磁気コイル４４は、並んで配置されるように、及び／又は互いに横方向に位置するように、或いは互いに他のいずれかの横方向に、縦方向に、及び／又はジグザグに位置するように設けることもできる。上型２６及び下型２４を複合材積層部材１０６に接触させた後、第１コイル５０及び第２コイル５２を、電流をこれらの磁気コイルに流すことにより励磁して、反発力Ｆｒとして図示される電磁力Ｆｅを発生させることにより、第１メンブレン５４及び第２メンブレン５６を、該当する第１コイル５０及び第２コイル５２から引き離すことができる。第１及び第２メンブレンは、略剛性部材として構成することができる。励磁されると、第１コイル５０から第１圧縮力５９が第１メンブレン５４を介して複合材積層部材１０６の第１領域６２に伝達される。同様に、第２コイル５２が励磁されると、図４に示すように、第２圧縮力６１が第２メンブレン５６を介して複合材積層部材１０６の第２領域６４に伝達される。これらの圧縮力は、電磁プレス１２の該当する第１加圧ゾーン５８及び第２加圧ゾーン６０内で発生させることができる。明らかなことであるが、同様の構成の、及び／又は異なる構成のいずれかの数の磁気コイル４４を、いずれかの相対配置になるように電磁プレス１２内に設けることができる。
【００７２】
同じようにして、電磁プレス１２は、図４に模式的に示すように、複数の加熱ゾーンを含むことができる。例えば、電磁プレス１２は、第１加熱ゾーン７４と、第２加熱ゾーン７６と、第３加熱ゾーン７８とを含むことができる。第１加熱ゾーン７４で、複合材積層部材１０６の一部を、第２加熱ゾーン７６及び第３加熱ゾーン７８で複合材積層部材１０６を加熱することができる温度とは異なる温度に加熱することができる。図４は、第１加熱ゾーン７４、第２加熱ゾーン７６、及び第３加熱ゾーン７８が、複合材積層部材１０６の材料供給方向１０２を基準に直列に配置される構成を示しているが、第１加熱ゾーン７４、第２加熱ゾーン７６、及び第３加熱ゾーン７８は、互いに対していずれの配置になってもよいように配置することができる。更に、電磁プレス１２は、いずれの数の加熱ゾーンも、いずれかの配置になるように含むことができる。これらの加熱ゾーンの各１つの加熱ゾーンは、これらには限定されないが、上述の電気加熱素子７２、及び／又は加熱流体を、電磁プレス１２を通るように循環させる複数の導管を含むいずれかの加熱機構７０構造物を含むことができる。加熱機構７０は、複合材積層部材１０６を加熱する他のいずれかの適切な構造として設けることができる。例えば、これらの加熱ゾーンでは、伝導性枠４６及び上型２６の誘導加熱に関して上に説明したように、１つ以上の磁気コイル４４が、電流を流すことにより励磁される結果として加熱を行なうことができる。
【００７３】
図４を参照し続けると、電磁プレス１２は更に、図４に示すように、１つ以上の冷却機構８０を含むことにより、複合材積層部材１０６を硬化プロセス中に冷却する、及び／又は複合材構造１０４を硬化後に冷却することができる。これらの冷却機構８０は、水のような冷媒を循環させる複数の導管、及び／又は流路を含むことができる。冷媒を循環させることにより、上型２６及び下型２４、及び複合材積層部材１０６の温度を下げる手段を提供することができる。これらの冷却機構８０は、図２〜３を参照しながら上に説明したように、電磁プレス１２のいずれかの部分に含めることができ、図４に示すような下型２４に取り付ける構成に限定されない。
【００７４】
離型フィルム４０の長さ部分は、複合材積層部材１０６と上型２６及び／又は下型２４との間に、複合材積層部材１０６の硬化後のような時点における上型２６及び／又は下型２４からの複合材積層部材１０６の剥離を容易にする手段として設置することができる。離型フィルム４０は、上述したようないずれかの金属材料、及び／又は非金属材料を含むいずれかの適切な材料により形成することができ、電磁プレス１２を通過するように、材料供給方向１０２に沿って、複合材積層部材１０６の長さ部分に位置合わせして、連続成形プロセス中に進めることができる。
【００７５】
例えば、図４に示すように、電磁プレス１２によって、複数の複合材構造１０４の固化、及び／又は硬化を、連続成形プロセスにおいて容易に行なうことができる。更に詳細には、図４は、１つ以上の固化ゾーン８４を複合材積層部材１０６の長さ部分に形成するように用いられる電磁プレス１２の１つの実施形態を示している。これらの固化ゾーン８４の各１つの固化ゾーン８４は、複合材積層部材１０６材料の長さ部分から形成される複数の硬化済み複合材構造１０４のうちの１つの硬化済み複合材構造１０４を表わすことができる。これらの硬化済み複合材構造１０４の各１つの硬化済み複合材構造１０４は、複合材積層部材１０６の長さ部分から、いずれかの適切なプロセスにより、硬化後に取り出すことができる。
【００７６】
固化ゾーン８４を形成した後、及び／又は固化ゾーン８４により表わされる複合材構造１０４を硬化させた後、材料を材料供給方向１０２に沿って、上型２６と下型２４との間の間隔２８の内部に進めることができる。次に、上型２６及び下型２４を互いの金型の方に向かって、作動機構２２により移動させて、上型２６及び下型２４が再度、複合材積層部材１０６に接触する位置に配置されるようにする。上型２６及び下型２４が複合材積層部材１０６に接触する位置に配置された後、電磁石４２を再度、励磁することにより、上型２６及び下型２４から圧縮力が複合材積層部材１０６に加わって、これらの固化ゾーン８４のうちの別の１つの固化ゾーン８４を形成することができる。熱は、一又は複数の加熱素子７２のような加熱機構７０を使用して加えることができる、及び／又は磁気コイル４４を励磁するときの伝導性枠４６及び上型２６の誘導加熱を利用することにより加えることができる。次に、上型２６及び下型２４を分離することにより、複合材積層部材１０６の長さ部分を、材料供給方向１０２に沿って進めることができる。図４から分かるように、電磁プレス１２から延出する複合材積層部材１０６の長さ部分は、硬化済み複合材構造１０４を表わすことができる固化ゾーン８４を含む。固化ゾーン８４は、残りの複合材積層部材１０６の未硬化長さ部分（ｕｎｃｕｒｅｄ  ｌｅｎｇｔｈ）、及び／又は未固化長さ部分（ｕｎｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ  ｌｅｎｇｔｈ）に比べて、薄い厚さを有することができる。これらの硬化済み複合材構造１０４の各１つの硬化済み複合材構造１０４は、複合材積層部材１０６材料の長さ部分から後の時点で取り出すことができる。
【００７７】
図５は、電磁石４２を上型２６及び下型２４に対して離れて位置させることができる電磁プレス１２の１つの実施形態を示している。この点に関して、電磁石４２は、上型２６及び下型２４に間隔を置いて取り付けることができる。電磁石４２は、固定磁性部材１１６を含むことができ、固定磁性部材１１６は、図５に示すように、下型２４を支持する固定治具１４に間隔を置いて固定して取り付けることができる。固定磁性部材１１６は、固定治具１４から上方に延出する１つ以上の支柱２１によって支持することができる。別の構成として、固定磁性部材１１６は、固定治具１４又は下型から独立して支持することができる。例えば、固定磁性部材１１６は、電磁プレス１２に隣接して位置し、かつ電磁プレス１２から独立した構造物によって支持することができる。構造的な配置に関係なく、固定磁性部材１１６、及び／又は電磁石４２は、下型２４に対して不動になるように構成される。
【００７８】
図５に示す電磁プレス１２は更に、上型２６に接続することができる可動磁性部材１１８を含むことにより、可動磁性部材１１８及び上型２６が一致した動きを示すことができる。例えば、可動磁性部材１１８は上型２６に、固定磁性部材１１６内に形成することができる対応する数のボア２３を貫通して延在する１つ以上のシャフト２０を介して接続することができる。しかしながら、図５に示す構成以外の多種多様な別の構成のうちのいずれか１つの構成にすることにより、可動磁性部材１１８及び上型２６を移動可能に接続することができる。図から分かるように、可動磁性部材１１８は、上型２６とは反対側の固定磁性部材１１６の側面に配置される。この点に関して、上型２６は、下型２４と固定磁性部材１１６との間に配置される。可動磁性部材１１８は、固定磁性部材１１６の上方に配置することができる。可動磁性部材１１８は好ましくは、鉄鋼材又は他の磁性吸着材料により形成される。同様に、固定磁性部材１１６は、磁性吸着材料により形成することができる。
【００７９】
図５から分かるように、上型２６及び下型２４を互いから間隔を置いて取り付けることにより、複合材積層部材１０６を、図２〜４を参照しながら上に説明した方法と同様の方法で収容する。この点に関して、上型２６及び下型２４は、可動磁性部材１１８を固定磁性部材１１６に対して位置決めする１つ以上の作動機構２２を作動させることにより移動させることができるので、複合材積層部材１０６に接触させることができる。可動磁性部材１１８は、磁界４５が電磁石４２を励磁すると形成されるので、固定磁性部材１１６に向かって吸引される。吸引力Ｆａとして図示される電磁力Ｆｅが発生することにより、可動磁性部材１１８を固定磁性部材１１６に向かって近付くように吸引することにより、上型２６及び下型２４から圧縮力が複合材積層部材１０６に加わるようになる。複合材積層部材１０６が固化されると、電磁石４２を励磁解除し、可動磁性部材１１８を固定磁性部材１１６から離れるように移動させることができる。複合材積層部材１０６及び離型フィルム４０を、電磁プレス１２を通過するように進めることができ、当該プロセスを、以下に更に詳細に説明するように繰り返すことができる。
【００８０】
電磁プレス１２が図５の構成である場合、上型２６及び下型２４を非磁性吸着材料により形成することにより、励磁電磁石４２による吸引力を最小にすることができるが、いずれの材料でも上型２６及び下型２４を製造するために使用することができる。電磁プレス１２を図５の構成にすることにより、複合材構造１０４を、図２〜３に関して上に説明したように、１度に１つの割合で容易に形成することができる。更に、電磁プレス１２を図５の構成にすることにより、固化ゾーン８４及び／又は複合材構造１０４を、図４に関して説明したように、電磁プレス１２を通過するように連続的に進めることができる複合材料１０６の長さ部分から連続成形により連続的に、かつ容易に形成することができる。
【００８１】
有利な点として、図５に示すように、電磁石４２を上型２６及び下型２４から離れた位置に取り付けることにより、図２〜４に示す上型２６において利用することができる広さの面積に対して、加熱機構７０及び／又は冷却機構８０を収容するために上型２６において利用することができる面積、及び／又は容積を大きくすることができる。例えば、図５に示すように、上型２６及び下型２４の各１つの金型は、複合材積層部材１０６を加熱するように構成される１つ以上の加熱機構７０を含むことができる。このような加熱機構７０は、図２〜４を参照しながら上に説明した加熱機構７０の構成と同様とすることができる。例えば、これらの加熱機構７０は、電気加熱素子７２及び／又は加熱流体を循環させる流路のような１つ以上の加熱素子７２を含むことができる。同様に、上型２６及び下型２４は、水のような冷媒を循環させて、上型２６及び下型２４を迅速に冷却し、熱を複合材積層部材１０６から取り去る１つ以上の冷却機構８０を含むことができる。
【００８２】
更に、電磁石４２を離れた位置に取り付けることにより、電磁石４２を収容するための比較的大きい広さの面積を確保することができ、これによって、磁気吸引力を制御することができる度合いを高めることができる。このようにして、電磁プレス１２を図５の配置にすることにより、上型２６及び下型２４から複合材積層部材１０６に硬化中及び／又は固化中に加える圧縮力に対する制御性を高めることができる。更に、電磁プレス１２を図５に示す配置にすることにより、上型２６及び下型２４を互いの金型に対して位置決めする精度を、電磁石４２と可動磁性部材１１８との間の吸引力に対する制御性が高まるので、高めることができる。
【００８３】
図６〜７は、所定の位置に固定することができる第２電磁機構９９に対して移動可能に配置される第１電磁機構９８を有する１つの実施形態における電磁プレスを示している。図から分かるように、上型２６は第１電磁機構９８に接続することができる。下型２４は、固定治具１４に取り付けることができる。下型２４は上型２６に対して、複合材積層部材１０６を収容するように間隔を置いて配置することができる。第２電磁機構９９は、固定治具１４に対して固定して取り付けることができる。例えば、第２電磁機構９９は、第１電磁機構９８の上方に支持することができる。１つの実施形態では、第２電磁機構９９は、図２に示す電磁プレスの実施形態に関して上に説明した構成と同様に、固定治具１４から上方に延出するシャフト２０で支持することができる。別の構成として、第２電磁機構９９は、別の手段によって支持することができ、例えば電磁プレス１２から独立した構造物によって支持することができる。
【００８４】
図６〜７に示すように、第２電磁機構９９は、下型２４とは反対側の第１電磁機構９８の側面に配置することができる。例えば、第２電磁機構９９は、第１電磁機構９８の上方に配置することができる。第１電磁機構９８及び第２電磁機構９９の各１つの電磁機構は、磁気コイル４４を含む少なくとも１つの電磁石４２を含むことができる。第２電磁機構９９の磁気コイル４４は、電流を流すことにより励磁されて、図６に示すような吸引力Ｆａ、及び／又は図７に示すような反発力Ｆｒとすることができる電磁力Ｆｅを発生させることができる。この点に関して、第２電磁機構９９は、反転可能な極性を有するように構成することができる。吸引力Ｆａは、図６に示すように、第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生させることができるので、第１電磁機構９８が第２電磁機構９９に向かって吸引されるか、及び／又は引き付けられる。反発力Ｆｒは、図７に示すように、第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生させることができるので、第１電磁機構９８を第２電磁機構９９の反発力により押し戻すことができる。第１電磁機構９８は、当該電磁機構９８内に形成される１つ以上のボア３２を含むことができ、これらのボア３２は、対応する数のシャフト２０に沿って摺動することができるので、第１電磁機構９８が図６〜７に示す位置の間を移動することができるようにサイズ決定され、かつ構成される。
【００８５】
下型２４は、複合材積層部材１０６を収容する凹部３８を含むことができ、この複合材積層部材１０６は、繊維強化材料１０９及び未硬化樹脂１１０により形成することができるが、当該複合材積層部材１０６は、以下に更に詳細に説明するように、多種多様な異なる材料系のうちのいずれか１つの材料系により形成してもよい。離型フィルム４０は、上型２６と複合材積層部材１０６との間に、及び／又は下型２４と複合材積層部材１０６との間に挿入することができる。別の構成として、複合材積層部材１０６は、図５に示す電磁プレス１２の実施形態を参照して上に説明した方法と同様の方法で複合材料の長さ部分を収容するように構成することができる。更に、上に説明したように、上型２６及び下型２４のうちのいずれか一方の金型は、加圧メンブレン４８として構成することができる。加圧メンブレン４８によって、複合材構造１０４の形成が容易になって、複合材構造１０４の両側面のうちの１つの側面の凹凸に対する正確な制御を行なわなくても済む。上型２６及び下型２４の一方の金型は、加圧メンブレン４８とは反対側の複合材積層部材１０６の側面に配置される略剛性構造として設けることができる。略剛性上型２６又は下型２４によって、硬化済み複合材構造１０４の上側成形面３０及び下側成形面３２のうちの対応する１つの成形面に対する正確な制御が容易になる。
【００８６】
図６に示すように、複合材積層部材１０６は、上型２６と下型２４との間に、第２電磁機構９９を励磁して吸引力Ｆａを発生させ、この吸引力Ｆａで、第１電磁機構９８及び上型２６を下型２４から上方に引き離すことができるときに収容することができる。第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間の吸引力Ｆａで、上型２６と下型２４との間の間隔２８を保持することにより、複合材積層部材１０６をこれらの金型の間に収容することができる。第１電磁機構９８は、第２電磁機構９９が励磁されて吸引力Ｆａが第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間で保持されている状態で、励磁解除されたままの状態にすることができる。
【００８７】
図７に示すように、反発力Ｆｒを第１電磁機構９８及び第２電磁機構９９に対して、第２電磁機構９９の極性が反転するときに発生させることにより、第１電磁機構９８を第２電磁機構９９の反発力により押し戻すことができる。次に、第１電磁機構９８を励磁することができるので、第１電磁機構９８を固定治具１４又は下型２４に吸引することにより、上型２６及び下型２４を移動させて複合材積層部材１０６に接触させ、これらの金型で複合材積層部材１０６を圧縮することができる。複合材積層部材１０６に加わる圧縮力の大きさは、第１電磁機構９８の電磁石４２に流す電流の量を変えることにより変化させることができる。
【００８８】
第１電磁機構９８は、磁気コイル４４を少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠４６を含むことにより、磁気コイル４４を励磁して上型２６を、図２〜３に示す電磁プレス１２の実施形態に関して上に説明した方法で誘導加熱することができる。更に、図６〜７に示す電磁プレス１２の実施形態は、１つ以上の加熱機構７０及び／又は冷却機構８０を含むことができ、これらの機構を電磁プレス１２に取り付けることにより、上型２６及び下型２４のうちの少なくとも１つの金型を加熱して、複合材積層部材１０６内の未硬化樹脂１１０の粘度を低下させる、及び／又は未硬化樹脂１１０の硬化を促進することができる。
【００８９】
図８〜９は、所定の位置に固定することができる第２電磁機構９９に対して移動可能に配置される第１電磁機構９８を有する実施形態における電磁プレス１２を示している。第１電磁機構９８は、当該第１電磁機構９８に接続される上型２６を有することができる。第２電磁機構９９は、当該第２電磁機構９９に接続される下型２４を有することができる。第１電磁機構９８は、図２に示す電磁プレスに関して上に説明した構成と同様に、固定治具１４から上方に延出するシャフト２０で支持することができる。第１電磁機構９８は、１つ以上のボア３２を含むことができ、これらのボア３２は、対応する数のシャフト２０に沿って摺動することができるので、第１電磁機構９８が図８〜９に示す位置の間を移動することができるようにサイズ決定され、かつ構成される。
【００９０】
第１電磁機構９８及び第２電磁機構９９は、第２電磁機構９９の極性に応じて、図８に示す反発力Ｆｒ、及び／又は図９に示す吸引力Ｆａとすることができる電磁力Ｆｅが発生するように構成することができる。図８の反発力Ｆｒで、第１電磁機構９８が第２電磁機構９９から離れて上方に移動することにより、複合材積層部材１０６を間隔２８内に収容することができる。反発力Ｆｒは、第２電磁機構９９が励磁されるときに発生させることができる。第１電磁機構９８は、第２電磁機構９９が励磁されると励磁解除状態に保持されるように構成することができる。
【００９１】
図９は、吸引力Ｆａが第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生する結果として互いに向かって引き寄せる第１電磁機構９８及び第２電磁機構９９を示している。吸引力Ｆａは、第２電磁機構９９の極性を反転させることにより発生させることができるので、上型２６及び下型２４が移動して複合材積層部材１０６に接触するようになる。第２電磁機構９９を励磁解除し、第１電磁機構９８を励磁することにより、上型２６及び下型２４で複合材積層部材１０６を圧縮して、複合材積層部材１０６の固化、及び／又は硬化を行なう。第１電磁機構９８及び第２電磁機構９９は、電流によって励磁することができる磁気コイル４４を含む少なくとも１つの電磁石４２を含むことができる。複合材積層部材１０６の固化、及び／又は硬化を行なって図９に示す複合材構造１０４が形成されると、第１電磁機構９８を励磁解除し、第２電磁機構９９を逆極性で励磁することにより反発力Ｆｒを、図８に示すように、第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生させることができる。反発力Ｆｒで、第１電磁機構９８を第２電磁機構９９から離れて移動させて、上型２６及び下型２４を分離し、複合材積層部材１０６を電磁プレス１２から取り出すことができる。
【００９２】
図１０Ａは、固化サイクル中、及び／又は硬化サイクル中の図２〜９に図示される複合材積層部材のような複合材積層部材１０６の温度プロファイルを示すグラフを示している。このような固化サイクル中では、圧縮力を複合材積層部材１０６に、電磁プレス１２から、図２〜９に示すように、電流を磁気コイル４４に制御性良く流すことにより制御性良く印加することができる。複合材積層部材１０６の温度は、複合材積層部材１０６を、加熱機構７０のうちの１つ以上の加熱機構７０を使用して加熱することにより上昇させることができる。前に述べたように、加熱機構７０は、磁気コイル４４が励磁されると誘導加熱することができる伝導性枠４６及び上型２６を含むことができる。加熱機構７０は更に、加熱素子７２のうちの１つ以上の加熱素子７２を含むことができ、これらの加熱素子７２に給電することができる、及び／又はこれらの加熱素子７２は、加熱流体を図２〜９に示すように循環させることができる複数の導管を含むことができる。
【００９３】
図１０Ａに示すように、かつ図２〜９も参照するに、複合材積層部材１０６は、圧縮力（例えば、３００ｐｓｉ）を複合材積層部材１０６に作用させたままの状態で、初期温度Ｔｉから第１温度Ｔ１に加熱することができる。しかしながら、圧縮力は、複合材積層部材１０６を加熱している間に、変えることもできる。複合材積層部材１０６を第１温度Ｔ１に第１期間ｔ１に亘って保持することができ、この第１期間ｔ１は、複合材積層部材１０６内の未硬化樹脂１１０の粘度を低下させるために十分長い期間とすることができる。更に、複合材積層部材１０６を第１温度Ｔ１に保持することにより、繊維強化材料１０９の固化を促進し、未硬化樹脂１１０の硬化を促進することができる。この目的のために、種々のセンサ（図示せず）を電磁プレス１２に設置して、多種多様な異なる環境状態、及び／又はシステム状態のうちのいずれか１つの状態を検出することができ、これらのセンサとして、これらには限定されないが、複合材積層部材１０６の温度、及び磁気コイル４４を励磁している間に複合材積層部材１０６に作用する圧縮力を検出する圧力センサ及び温度センサを挙げることができる。
【００９４】
図２〜９を参照する図１０Ｂは、硬化サイクル、及び／又は固化サイクルの１つの実施形態における温度プロファイルのグラフを示している。図１０Ｂに示すように、圧縮力を、図１０Ａを参照しながら上に説明した方法で加えている間に、図２〜９の複合材積層部材１０６を初期温度Ｔｉから第１温度Ｔ１に加熱することができる。複合材積層部材１０６を第１温度Ｔ１に第１期間ｔ１に亘って保持することができる。この温度は、漸進的に低下させる、及び／又は階段状に低下させることができる。例えば、この温度は、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２に低下させることができる。このような温度低下は、冷媒機構８０を用いることにより容易に行なうことができる。複合材積層部材１０６を第２温度Ｔ２に第２期間ｔ２に亘って保持し、続いて、第３温度Ｔ３に漸進的に低下させる。複合材積層部材１０６を第３温度Ｔ３に第３期間ｔ３に亘って保持することができる。後続の温度処理工程は、硬化サイクル又は固化サイクルが完了するまで行なうことができ、当該サイクルが完了した後に、複合材積層部材１０６の温度を初期温度Ｔｉに低下させることにより、複合材構造１０４を電磁プレス１２から取り出すことができる。
【００９５】
図２〜９を概括すると、電磁プレス１２は、プリプレグ材料及び／又は樹脂含浸材料に関連する使用に限定されず、樹脂トランスファーモールド成形（ＲＴＭ）プロセスに関連して使用することもでき、当該ＲＴＭプロセスでは、乾燥繊維材料（例えば、プリフォーム材料）を上型２６と下型２４との間の間隔２８に挿入することができる。上型２６及び下型２４を移動させて複合材積層部材１０６に接触させることができ、樹脂を真空状態、及び／又は加圧状態で注入することにより未硬化樹脂１１０を、プリフォーム全体に満遍なく行き渡らせることができる。圧縮力を複合材積層部材１０６に、電磁プレス１２を使用して、ＲＴＭプロセス中に加えて、複合材積層部材１０６の上側成形線３４及び下側成形線３６を、上型２６及び下型２４の上側成形面３０及び下側成形面３２の凹凸にそれぞれに従って形成することができる。加熱して未硬化樹脂１１０の粘度を低下させることにより、未硬化樹脂１１０の分散を、プリフォーム全体に亘って促進することができ、硬化をこの分野で公知の方法で促進することができる。
【００９６】
この点に関して、本明細書に開示される電磁プレス１２は、複合材構造を多種多様な異なる材料組み合わせから形成するために使用することができ、この材料組み合わせとして、これらには限定されないが、いずれかの組成の繊維性材料を使用する熱可塑性樹脂系及び熱硬化性樹脂系を挙げることができる。例えば、繊維性材料は、これらには限定されないが、炭素により形成される繊維、グラスファイバーにより形成される繊維、アラミドにより形成される繊維、及び他のいずれかの金属材料及び／又は非金属材料により形成される繊維を含むことができる。これらの繊維は、これらには限定されないが、粒子状、及び／又は短繊維、長繊維、及び／又はこれらのいずれかの組み合わせを含む、いずれかのサイズ、形状、及び構成で提供することができる。電磁プレス１２を使用して、いずれかのプライ積層板、及び／又は積層構成を有するいずれかの連続、及び／又は不連続繊維強化ポリマー複合材構造を形成することができる。この点に関して、複合材構造は、いずれかの適切なプリプレグカーボン／ポリマー系、及び／又はいずれかの液状熱可塑性成形樹脂系、或いは液状熱硬化性成形樹脂系から形成することができる。
【００９７】
図１１〜１２は、例示するために部分的に切り欠いた電磁プレス１２を示しており、電磁プレス１２は、固定された複合材積層部材１０６に沿って移動できることにより、複合材構造１０４を形成するように構成される。例えば、電磁プレス１２は、複合材積層部材１０６に沿って漸進的に移動することができるので、複合材積層部材１０６に対する硬化処理を、複合材積層部材１０６に必要な温度及び圧力を加えるために通常必要とされる複合材積層部材１０６のオートクレーブ処理を必要とすることなく、順番に実行するように構成することができる。図１１〜１２では、複合材積層部材１０６は、内側表面１１２及び外側表面１１４を有するバレルセクション（ｂａｒｒｅｌ  ｓｅｃｔｉｏｎ）８６として図示され、このバレルセクション８６は、これに限定されないが、いずれかの適切な積層プロセスを使用して形成することができる。例えば、バレルセクション８６の複合材積層部材１０６は、オートテープレイアップシステムを使用して製造する、及び／又はハンドレイアップにより製造することができる。複合材積層部材１０６が図１１〜１２に、航空機胴体の一部を含むことができるようなバレルセクション８６として図示されているが、複合材積層部材１０６は、多種多様な別の構成で提供されて、これらには限定されないが、多種多様な産業のうちのいずれか１つの産業において、いずれかの用途において使用することができる複合材構造１０４を形成することができる。例えば、複合材積層部材１０６は、図９に示すセクションのような、航空機１２０の胴体１２２、及び／又は翼１２４、或いは尾翼部分１２８の１つのセクションに使用することができる複合材構造１０４を形成することができるような構成で提供することができる。
【００９８】
図１１〜１２に示す電磁プレス１２は、１つ以上の電磁石４２を含むことができる。これらの電磁石４２の各１つの電磁石４２は、内金型８８に、及び／又は外金型８９に、図２〜４に示す電磁プレス１２構成の上型２６、及び／又は下型２４の一方の金型への電磁石４２の接続と同様に、固定して接続することができる。図１１〜１２では、内金型８８は、連続環状鉄鋼材セグメント、及び／又は磁気吸引可能な連続環状リングセグメントを含むことができ、当該セグメントは、複合材積層部材１０６の内側表面１１２の凹凸に略近似するように構成される、及び／又はサイズ決定される。しかしながら、内金型８８は、内金型円弧状セグメント８８ａのような複数のセグメントを含むことができ、これらのセグメント８８ａは、図７に示すように、複合材積層部材１０６の内側表面１１２に沿って放射状に離間させることができる。これらの内金型円弧状セグメント８８ａの各１つのセグメント８８ａは、半径方向に移動させることができるので、複合材積層部材１０６の内側表面１１２に接触させることができる。
【００９９】
外金型８９は同様にして、連続環状内金型８８、及び／又は連続環状内金型円弧状セグメント８８ａに離間対向して取り付けることができる複数の外金型円弧状セグメント８９ａを含むことができる。内金型８８及び外金型８９を離間する配置とすることにより、複合材積層部材１０６をこれらの金型の間に容易に収容することができる。内金型８８及び外金型８９は、互いの金型に対して半径方向に移動することができる。例えば、内金型８８は、連続環状リングとして形成することができ、この連続環状リングは、下型２４を支持する図２〜４の固定治具１４と同様に、半径方向に略固定するか、及び／又は非可動とすることができる。図１１〜１２では、外金型８９は、内金型８８に対して半径方向に移動することができ、複合材積層部材１０６の外側表面１１４に嵌合可能に形成することができる。例えば、外金型８９は、複数の外金型円弧状セグメント８９ａを含むことができる。１つ以上の作動機構２２は、内金型円弧状セグメント８８ａ及び外金型円弧状セグメント８９ａの各１つのセグメントを引き付けて移動させて、複合材積層部材１０６の内側表面１１２及び外側表面１１４のそれぞれの表面に接触させることができる。各外金型円弧状セグメント８９ａは、１つ以上の電磁石４２を含むことにより、各電磁石４２の磁気コイル４４が励磁されると、外金型円弧状セグメント８９ａ及び内金型円弧状セグメント８８ａが互いに向かって半径方向に引き付けられて、圧縮力を、複合材積層部材１０６のうちの、これらの金型円弧状セグメントの間に配置される、及び／又は挟み込まれる部分に加えることができる。
【０１００】
電磁プレス１２は、複合材積層部材１０６の長さ部分に沿って漸進的に移動することができるので、圧縮力を複合材積層部材１０６の各部分に次々と加えるように構成することができる。この点に関して、電磁プレス１２は、適切な治具、及び／又は支持構造１８を含むことにより、電磁プレス１２の位置を、各硬化処理中に保持し、続いて、複合材積層部材１０６の長さ部分に沿って漸進的に移動させることができる。１つの実施形態では、電磁プレス１２は、内金型８８及び外金型８９のうちの少なくとも一方に隣接配置される１つ以上の加熱機構７０を含むことにより、複合材積層部材１０６を加熱することができる。例えば、これらの加熱機構７０は、内金型８８及び／又は外金型８９の各１つの金型の内部に取り付けることができる加熱素子７２を含むことにより、複合材積層部材１０６を、図２〜４に示す電磁プレス１２に関して上に説明した方法と同様の方法で伝導加熱することができる。更に、これらの加熱機構７０の各１つの加熱機構７０は、磁気コイル４４と、磁気コイル４４を少なくとも部分的に取り囲む伝導性枠４６とを有する電磁石４２を含むことにより、磁気コイル４４が励磁されると、少なくとも外金型８９が誘導加熱されるようになり、これにより、複合材積層部材１０６を次に、伝導加熱することができる。
【０１０１】
複合材積層部材１０６は、複合材料プリプレグ１０８により、いずれかの適切な方法で形成することができ、例えばマンドレルのような治具（図示せず）の上に自動的に複数層積層するオートテープレイアップ装置を使用することにより形成することができる。別の構成として、複合材積層部材１０６は、多種多様な適切な液状樹脂系のうちのいずれか１つの液状樹脂系を使用して形成することができる。例えば、樹脂含浸系を使用することができ、この場合、未硬化樹脂１１０を複合材積層部材１０６に、真空状態で真空バッグ（図示せず）を使用して行き渡らせることができる。カウルプレート（図示せず）を複合材積層部材１０６の上に配置することにより外側表面１１４を形成することができる。上の説明から分かるように、多種多様な材料系を使用して、複合材積層部材１０６を多種多様なサイズ、形状、及び幾何学構造に形成することができる。
【０１０２】
図１１〜１２を参照し続けると、電磁プレス１２は、予備加熱部分９０、硬化部分９２、冷却部分９４、及び検査部分９６のうちの少なくとも１つを含むことにより、自己完結型硬化システムを形成することができる。電磁プレス１２の予備加熱部分９０によって、複合材積層部材１０６を予備加熱ゾーン９１において容易に加熱することができる。予備加熱部分９０は、上に説明した加熱機構７０を含むことができ、これらの加熱機構７０は、複合材積層部材１０６の予備加熱ゾーン９１を加熱して、複合材積層部材１０６を容易に固化させ、かつ硬化させるように構成することができる。電磁プレス１２の硬化部分９２は、内金型８８、及び／又は外金型８９に接続される電磁石４２を含むことができ、この場合、磁気コイル４４を励磁すると、圧縮力が、上に説明したように、複合材積層部材１０６に加わるようになる。加熱と同時に圧縮力を加えることにより、複合材積層部材１０６を硬化ゾーン９３内で容易に硬化させ、かつ固化させることができる。
【０１０３】
冷却部分９４は、上に説明した冷却機構８０を含むことができ、これらの冷却機構８０を、内金型８８及び／又は外金型８９のうちの１つ以上の金型に、及び／又はこれらの金型の支持構造に含めることができる。冷却部分９４は、複合材積層部材１０６を迅速に冷却するように構成することができる。例えば、冷却部分９４によって、複合材積層部材１０６の温度を非常に迅速かつ段階的に容易に変化させる、及び／又は漸進的に容易に変化させることができ、この温度変化は、複合材積層部材１０６の冷却ゾーン９５内で起こすことができる。複合材積層部材の温度を非常に迅速に変化させることにより、硬化サイクルの期間を短くすることができる。検査部分９６は、この技術分野で公知の多種多様な適切な複合材検査機構のうちのいずれかの数の複合材検査機構を含むことができる。検査部分９６によって、硬化済み複合材構造１０４の検査ゾーン９７内の異常特性を、これらには限定されないが、超音波の使用を含むことができる非破壊検査（ＮＤＴ）方法を含むいずれかの適切な検査方法を使用して容易に検出することができる。
【０１０４】
図１１〜１２に示す電磁プレス１２は、上に説明した予備加熱工程、硬化工程、冷却工程、及び／又は検査工程を、電磁プレス１２を電磁プレスの長さ部分に沿って漸進的に移動させながら順番に実行するように構成することができる。複合材積層部材１０６は図７に、垂直方向に向けて、重力の影響を無くす構成として示されており、このような構成ではない場合には、水平方向に向けた複合材積層部材１０６にたるみが発生する虞がある。しかしながら、複合材積層部材１０６は、適切ないずれの向きにも配置することができる。
【０１０５】
図１３は航空機１２０の斜視図であり、この航空機１２０には、本明細書において開示される種々の実施形態において電磁プレス１２を使用して形成される１つ以上の複合材構造１０４を導入することができる。図１３から分かるように、航空機１２０は、一対の翼１２４を有し、かつ尾翼部分１２８を有する胴体１２２を備えることができ、この尾翼部分１２８は、垂直尾翼１３２及び水平尾翼１３０を含むことができる。航空機１２０は更に、操縦翼面１２６と、推進装置１３４とを含むことができる。図１３に示す航空機１２０は普通、本明細書において説明される電磁プレス１２で形成される複合材構造１０４を導入することができる多種多様な輸送手段を表わすことができる。例えば、胴体１２２は、図１１〜１２に示すバレルセクション８６として構成され、かつこれも本明細書において説明される電磁プレス１２を使用して成形される複合材積層部材１０６から形成することができる。同様にして、図２１に示す機体３１８の一部、及び／又は図１３に示す翼１２４、操縦翼面１２６、及び／又は尾翼部分１２８は、本明細書において開示される電磁プレス１２の種々の実施形態のうちの１つ以上の実施形態を使用して成形されるので有利である。しかしながら、電磁プレス１２を使用して、いずれかのシステム、サブシステム、アセンブリ、アプリケーション、構造、及び／又は輸送手段の一部を含むことができる複合材構造１０４を形成することができる。
【０１０６】
次に、図２〜３を参照する図１４は、複合材構造１０４を複合材積層部材１０６から、電磁プレス１２を使用して形成する方法を示すフロー図である。当該方法では、工程１３８において、電磁プレス１２の上型２６及び下型２４を予備加熱して、複合材積層部材１０６を収容する準備をする。別の構成として、上型２６及び下型２４の一方の金型は加圧メンブレン４８として構成することができ、この加圧メンブレン４８は、複合材構造１０４の両側面の一方の側面の凹凸を、上に説明したように、正確に制御しなくても済むような種々の構成の複合材構造１０４を製造するように適合させることができる。上型２６及び／又は下型２４及び／又は加圧メンブレン４８は、図２及び３に示す加熱素子７２を含むことができる、及び／又は加熱流体を循環させる流路として設けられる加熱機構７０により、及び／又は上に説明した他のいずれかの適切な手段により加熱することができる。工程１４０では、離型フィルム４０を複合材積層部材と上型２６及び下型２４の一方の金型、及び／又は両方の金型との間に供給することができる。離型フィルム４０によって、複合材積層部材１０６の硬化後のような時点における下側成形面３２、上側成形面３０、及び／又は加圧メンブレン４８からの複合材積層部材１０６の剥離を容易に行なうことができる。
【０１０７】
工程１４２では、複合材積層部材１０６を上型２６と下型２４との間の間隔２８に挿入することができる。複合材積層部材１０６は、これらには限定されないが、繊維強化材料１０９及び未硬化樹脂１１０を含むいずれかの適切な材料により構成される予備成形された複合材積層部材１０６として供給することができる。しかしながら、複合材積層部材１０６は、上に説明した多種多様な異なる材料系のうちのいずれか１つの材料系として構成されるようにしてもよい。工程１４４では、複合材積層部材１０６を、複合材積層部材１０６を置くことができる加熱環境７３を作り出すことにより加熱することができる。加熱環境７３では、未硬化樹脂１１０の温度を上昇させ、未硬化樹脂１１０の粘度を容易に低下させることができるので、複合材積層部材１０６内での流動を促進することができる。熱は、例えば予備加熱された上型２６及び下型２４からの伝導熱伝達により複合材積層部材１０６に加えることができるので、複合材積層部材１０６の温度を上昇させることができる。しかしながら、熱は複合材積層部材１０６に、誘導加熱、放射加熱、及び／又は対流加熱により加えることもできる。
【０１０８】
工程１４６では、上型２６及び下型２４を移動させて、複合材積層部材１０６に接触させることができる。例えば、図２〜３に示す作動機構２２を作動させて可動治具１６を、上型２６が複合材積層部材１０６に接触するまで下降させることができる。工程１４８では、複合材積層部材１０６内の繊維強化材料１０９を、電磁力を利用して固化させることができる。複合材積層部材１０６の固化は、工程１５０において、電磁石４２を励磁して圧縮力を上型２６と下型２４との間の複合材積層部材１０６に加えることにより行なうことができる。電磁石４２は、電流を当該電磁石に流すことにより励磁することができるので、電磁力Ｆｅを加熱環境７３全体に加えることができる。電磁力Ｆｅによって上型２６及び下型２４で複合材積層部材１０６を硬化プロセス中に圧縮することができる。当該方法では更に、電磁石４２に流すことができる電流の量を変えて、複合材積層部材１０６に加わる圧縮力の大きさを変えることができる。
【０１０９】
熱は複合材積層部材１０６に、複合材積層部材１０６の固化中及び硬化中に加えることもできる。例えば、熱は上型２６、及び／又は下型２４の一方に、及び／又は両方に、加熱素子７２を含む加熱機構７０を使用して加えることができる。上に説明したように、加熱素子７２は、多種多様な実施形態のうちのいずれか１つの実施形態として構成することができる。熱は、上型２６、及び／又は下型２４を、電磁石４２を励磁した結果として誘導加熱することにより加えることもできる。例えば、工程１５２では、伝導性枠４６、及び上型２６及び下型２４のうちの少なくとも一方を、電磁石４２を励磁して誘導加熱することができる。このような誘導加熱は、電流を磁気コイル４４に流している間に行なうことができ、電流を磁気コイル４４に流すと、コイル電流６６が磁気コイル４４を流れるようになり、誘導電流６８が伝導性枠４６及び上型２６をコイル電流６６とは反対の方向に流れるようになる。上型２６が結果的に誘導加熱されることにより、複合材積層部材１０６を伝導加熱することができる。
【０１１０】
図１４に示す方法では更に、複合材積層部材１０６の温度を経時的に変化させることができる。例えば、複合材積層部材１０６の温度は、初期温度Ｔｉ（例えば、大気温度）から第１温度Ｔ１に上昇させることができる。第１温度Ｔ１は、図１０Ｂに示すように、複合材積層部材１０６内で第１期間ｔ１に亘って保持することができる。例えば、第１温度によって、未硬化樹脂１１０の粘度を容易に低下させることができるので、複合材積層部材１０６内での流動を促進することができる。複合材積層部材１０６の温度は、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２に低下させることができ、この第２温度Ｔ２は、複合材積層部材１０６内で第２期間ｔ２に亘って保持することができる。複合材積層部材１０６の温度は更に、第２温度Ｔ２から第３温度Ｔ３に低下させることができる。この第３温度Ｔ３は、図１０Ｂに示すように、複合材積層部材１０６内で第３期間ｔ３に亘って保持することができる。後続の温度上昇及び温度低下が考えられるが、当該温度上昇及び温度低下は、上に説明した温度プロファイルに限定されない。複合材積層部材１０６の温度は、硬化が行なわれた後に、第３温度Ｔ３から初期温度Ｔｉに低下させることができる。工程１５４では、上型２６及び下型２４を複合材積層部材１０６から、作動機構２２を作動させて可動治具１６を固定治具１４から離れるように移動させることにより分離することができる。離型フィルム４０を剥離することができる。工程１５６では、複合材積層部材１０６を、電磁プレス１２の上型２６と下型２４との間の間隔２８から取り出すことができる。
【０１１１】
図４を参照する図１５は、複数の固化ゾーン８４を複合材積層部材１０６の長さ部分に沿って、電磁プレス１２の１つの実施形態を使用して形成する方法を示すフロー図である。上に説明したように、電磁プレス１２の１つの実施形態は、複合材構造１０４を複合材積層部材１０６の長さ部分から連続形成するように構成することができる。当該方法では、工程１５８において、図１４に示す方法に関して上に説明した方法で、電磁プレス１２の上型２６及び下型２４を予備加熱して、複合材積層部材１０６を収容する準備をする。例えば、上型２６及び下型２４を加熱して、複合材積層部材１０６を置くことができる加熱環境７３を作り出し、この加熱環境７３によって、複合材積層部材１０６内の未硬化樹脂１１０の粘度を容易に低下させることができる。
【０１１２】
図１５では、工程１６０において、複合材積層部材１０６の長さ部分の一部を、上型２６と下型２４との間の間隔２８に挿入することができる。工程１６２において上型２６及び／又は下型２４を加熱して、複合材積層部材１０６を上型２６と下型２４との間に収容する準備をする。この点に関して、上型２６及び下型２４の一方の金型、及び／又は両方の金型からの伝導熱伝達により、及び／又は複合材積層部材１０６の誘導加熱、対流加熱、及び／又は放射加熱を含む他のいずれかの手段により加熱して、複合材積層部材内の未硬化樹脂１１０の粘度を低下させることができる。工程１６４では、１つ以上の離型フィルム４０を更に、複合材積層部材１０６と上型２６との間に、及び／又は複合材積層部材１０６と下型２４との間に挿入することができる。図４に示す離型フィルム４０は、複合材積層部材１０６の長さ部分に沿って延在することができる、及び／又は上型２６及び／又は下型２４の寸法にぴったり合う大きさに形成される別体部分として供給することができる。工程１６６では、例えば作動機構２２を作動させて可動治具１６を固定治具１４に向かって下方に移動させることにより、上型２６及び下型２４を移動させて複合材積層部材１０６に接触させることができる。
【０１１３】
当該方法の工程１６８では、電磁石４２を励磁して、上型２６及び下型２４から圧縮力を複合材積層部材１０６に加えることができる。圧縮力を複合材積層部材１０６に加えることにより、複合材積層部材１０６内の余剰樹脂を容易に流出させる、及び／又は複合材積層部材１０６を固化させることができる。圧縮力を加えることにより、図４に示すように、これらの固化ゾーンのうちの１つの固化ゾーンを複合材積層部材内に形成することができ、当該固化ゾーンは、未固化複合材積層部材１０６、及び／又は未硬化複合材積層部材１０６の厚さよりも薄い厚さを有するものとして図示されている。複合材積層部材１０６の温度は、固化条件及び硬化条件によって変わるが、上昇させるか、及び／又は低下させることができる。例えば、工程１７０では、図２〜４に示す伝導性枠４６及び上型２６を誘導加熱することにより、複合材積層部材１０６を加熱することができる。このような誘導加熱は、複合材積層部材１０６を伝導加熱するために効果的である。工程１７２では、上型２６及び下型２４を分離して、複合材構造１０４を電磁プレス１２から取り出すことができるようにする。この点に関して、固化ゾーン８４は硬化済み複合材構造１０４を表わすことができる。工程１７４では、図４に示すように、複合材積層部材１０６の長さ部分を、例えば漸進的に材料供給方向１０２に沿って間隔２８を通過するように進めて、これらの固化ゾーン８４のうちの別の１つの固化ゾーンを複合材積層部材内に形成する。
【０１１４】
図１１〜１２を参照する図１６は、複合材構造１０４を、図１１〜１２に示すように、電磁プレス１２の１つの実施形態を使用して形成する場合に用いる方法を示すフロー図である。当該方法は工程１８０を含むことができ、工程１８０では、複合材積層部材１０６を、例えばこの技術分野で公知のオートテープレイアップ機のような多種多様な自動レイアップシステム（図示せず）のうちのいずれか１つの自動レイアップシステムを使用して自動的に積層することにより形成する。しかしながら、ハンドレイアップを用いて複合材積層部材１０６を形成することもできる。当該方法は、複合材積層部材１０６を真空乾燥で減量化して、複合材積層部材１０６の厚さを薄くする工程１８２を含むことができる。図７に示すように、工程１８４において複合材積層部材１０６の上に配置することができるカウルプレート（図示せず）を適宜配置する前に、予備加熱部分９０によって複合材積層部材１０６を容易に加熱することができるので、複合材積層部材１０６の外側表面１１４を形成することができる。上に説明したように、複合材積層部材１０６は、多種多様な適切な液状成形樹脂系のうちのいずれか１つの液状成形樹脂系により形成することができる。例えば、樹脂注入システムを使用することができ、この場合、工程１８６において、未硬化樹脂１１０を複合材積層部材１０６に、複合材積層部材１０６を覆う真空バッグ（図示せず）に作用する真空力を利用して行き渡らせるか、及び／又は注入することができる。
【０１１５】
工程１８８では、複合材積層部材１０６を、複合材積層部材１０６に取り付けられる電磁プレス１２を使用して予備加熱することができる。例えば、図７では、電磁プレス１２を、複合材積層部材１０６の下側部分に、内金型８８と外金型８９との間に複合材積層部材１０６を収容した状態で取り付けることができる。複合材積層部材１０６に対する予備加熱は、電磁プレス１２の予備加熱部分９０を使用して容易に行なうことができる。この点に関して、予備加熱部分９０は上述の加熱機構７０を含むことができ、これらの加熱機構７０は、予備加熱ゾーン９１を加熱して、例えば未硬化樹脂１１０の粘度を低下させることにより、圧縮力を加える前の、及び／又は加えているときの余剰樹脂の流出を促進するように構成することができる。
【０１１６】
工程１９０では、電磁プレス１２の硬化部分９２は、複数の電磁石４２を含むことができ、これらの電磁石４２は、図７に示すように、複数の外金型８９に接続することができる。これらの外金型８９の各１つの外金型８９は、複合材積層部材１０６を基準に反対側の位置に配置される一又は複数の内金型８８に対して移動することができる。しかしながら、電磁プレス１２は、内金型８８が複数の内金型円弧状セグメント８８ａを含み、各内金型円弧状セグメント８８ａが外金型に対して個別に移動することができるように構成することができる。更に、これらの内金型の各１つの内金型は、当該内金型に接続される少なくとも１つの電磁石４２を有することができる。磁気コイル４４を励磁することにより、内金型８８及び外金型８９を互いの金型に向かって引き付けて、圧縮力を、上に説明したように、複合材積層部材１０６に加えることができる。加熱と同時に、硬化工程中に圧縮を加えることができる。
【０１１７】
工程１９２では、複合材積層部材１０６を冷却ゾーン９５で、電磁プレス１２の冷却部分９４を使用して急冷する、及び／又は冷却することができる。冷却部分９４は、上に説明したように、冷却機構８０のうちの１つ以上の冷却機構８０を含むことができ、これらの冷却機構８０は、内金型８８及び／又は外金型８９のうちの１つ以上の金型に含めることができる、及び／又はこれらの金型の支持構造に含めることができる。冷却部分９４は、複合材積層部材１０６を迅速に冷却するように作用するか、及び／又は冷却ゾーン９５内の複合材積層部材１０６の温度の漸進的な変化を可能にして、硬化サイクル期間を短くするように作用することができる。工程１９４では、複合材積層部材１０６を、複合材積層部材１０６の固化及び／又は硬化の後に検査することができる。複合材積層部材１０６の検査は、図７に示すように、複合材積層部材１０６の検査ゾーン９７に作用する検査部分９６を使用することにより容易に行なうことができる。検査部分９６は、この技術分野で公知の多種多様な適切な複合材検査機構のうちのいずれかの数の複合材検査機構を含むことができる。例えば、検査部分９６によって、硬化済み複合材構造１０４内の不所望特性の検出を、非破壊検査（ＮＤＴ）方法を使用して容易に行なうことができ、非破壊検査方法の使用は、これらには限定されないが、超音波法及び他の方法の使用を含む。検査後、当該方法は離型工程１９６を含むことができ、離型工程１９６では、電磁プレス１２を複合材積層部材１０６から取り外すことができる。上に説明した方法は、電磁プレス１２を複合材積層部材１０６の長さ部分に沿って移動させている間に順番に実行することができる。
【０１１８】
図１１〜１２を参照する図１７は、複合材構造１０４を複合材積層部材１０６から形成する方法を示すフロー図である。更に具体的には、図１７は、複合材積層部材１０６を、図１１〜１２に示すように、電磁プレス１２の１つの実施形態を使用して固化させる、及び／又は硬化させる方法を示している。工程１９８では、内金型８８及び外金型８９を予備加熱して、複合材積層部材１０６をこれらの金型の間に収容する準備をする。当該方法の工程２００では、電磁プレス１２を複合材積層部材１０６に取り付けて、内金型８８及び外金型８９が、図１１〜１２に示すように、複合材積層部材１０６の両側に配置されるようにする。これらの外金型８９の各１つの外金型８９を一又は複数の内金型８８に対して移動させることができるので、複合材積層部材１０６をこれらの金型の間に収容することができる。上に説明したように、内金型８８及び外金型８９の一方又は両方は、内金型円弧状セグメント８８ａ及び外金型円弧状セグメント８９ａとしてそれぞれ提供することができる。工程２０２では、内金型８８及び外金型８９を移動させて、複合材積層部材１０６に接触させることができる。複合材積層部材１０６は、圧縮力を複合材積層部材１０６に加える前に予備加熱することにより、樹脂流れを良くすることができる。工程２０４では、電磁石４２を励磁して、内金型８８及び外金型８９から圧縮力を複合材積層部材１０６に加えることができる。
【０１１９】
工程２０６では、図１１〜１２に示す内金型８８及び外金型８９のうちの少なくとも１つの金型を、伝導性枠４６、及び伝導性枠４６に接続される内金型８８及び外金型８９を誘導加熱することにより加熱することができる。誘導加熱は、上に説明したように、電磁石４２を励磁して行なうことができる。誘導加熱された内金型８８及び外金型８９で、複合材積層部材１０６を伝導加熱することができる。熱は、複合材積層部材１０６に、伝導加熱により加えるか、及び／又は対流加熱及び／又は放射加熱と組み合わせた加熱により、或いは対流加熱及び／又は放射加熱に代わる加熱により加えることもできる。複合材積層部材１０６は、圧縮力を加える前に、及び／又は圧縮力を加えているときに加熱してもよい。当該方法の工程２０８では、内金型８８及び外金型８９を、作動機構２２を使用して分離することにより、電磁プレス１２を工程２１０において、複合材積層部材１０６の長さ部分に沿って漸進的に進めることができる。例えば、図１１に示すように、電磁プレス１２を複合材積層部材１０６に沿って上方に移動させて、電磁プレス１２の硬化部分９２を硬化ゾーン９３から、前に電磁プレス１２の予備加熱部分９０で覆われていた予備加熱ゾーン９１に移動させる。同様にして、冷却部分９４及び検査部分９６を予備加熱部分９０及び硬化部分９２の移動と一致して移動させて、冷却部分９４及び検査部分９６が、前に硬化部分９２及び冷却部分９４の該当する部分で覆われていた硬化ゾーン９３及び冷却ゾーン９５の該当するゾーンを覆うようにする。
【０１２０】
図６〜７を参照する図１８は、複合材構造１０４を複合材積層部材から、図６〜７に示す電磁プレス１２の１つの実施形態を使用して形成する方法を示すフロー図である。上に説明したように、図６〜７に示す電磁プレス１２は、第１電磁機構９８及び第２電磁機構９９を含む。第１電磁機構９８は、当該第１電磁機構９８に接続される上型２６を有し、この上型２６は、固定治具１４に固定して支持することができる下型２４の上方に取り付けられる。第１電磁機構９８は、第１電磁機構９８の上方の所定の位置に固定される第２電磁機構９９に対して移動可能である。第２電磁機構９９は反転可能な極性を有するので、第２電磁機構９９を励磁すると発生する電磁力Ｆｅを、第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間の吸引力Ｆａとして、及び／又は反発力Ｆｒとして交互に向きを変えて作用させることができる。第１電磁機構９８を励磁して、上型２６及び下型２４を引き付けて合体させることにより、圧縮力を複合材積層部材１０６に加えることができる。
【０１２１】
図１８を参照し続けると、複合材構造１０４を複合材積層部材から形成する方法は工程２２８を含むことができ、工程２２８では、上に説明した方法で、電磁プレス１２の上型２６及び下型２４の一方、及び／又は両方の金型を予備加熱して複合材積層部材１０６を収容する準備をする。工程２３０では、図６に示すように、第２電磁機構９９を、電流を第２電磁機構９９の電磁石４２に流すことにより励磁して、吸引力Ｆａを第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生させることができる。このようにして、工程２３２では、間隔２８を上型２６と下型２４との間に生じさせて、複合材積層部材１０６を間隔２８に挿入することができるようにする。工程２３４では、複合材積層部材１０６を、例えば上型２６及び下型２４の一方、及び／又は両方からの伝導熱伝達により、及び／又は別の加熱機構７０を使用することにより、加熱することができる。
【０１２２】
図１８に示すように、工程２３６では、図７に示すように、第２電磁機構９９の極性を反転させて、反発力Ｆｒを第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生させる。反発力Ｆｒを発生させることにより、第１電磁機構９８が第２電磁機構９９の反発力により押し戻される。工程２３８では、第１電磁機構９８を励磁して、第１電磁機構９８を下型２４及び／又は固定治具１４に吸引することにより、上型２６及び下型２４を工程２４０において、移動させて複合材積層部材１０６に接触させることができる。上型２６及び下型２４に接触するときに複合材積層部材１０６を加熱する手段として、工程２４２において伝導性枠４６及び上型２６を誘導加熱することにより、工程２４４において複合材積層部材１０６を伝導加熱することができる。工程２４６では、第１電磁機構９８の磁気コイル４４の励磁後に、複合材積層部材１０６に圧縮力を加える。図７に示すように、電流を磁気コイル４４に流すとコイル電流６６が磁気コイル４４を流れるようになるので、誘導電流６８が、伝導性枠４６及び上型２６をコイル電流６６の方向とは反対の方向に流れる。誘導電流６８によって、伝導性枠４６及び上型２６を誘導加熱することができる。工程２４４では、複合材積層部材１０６を、伝導加熱された上型２６及び下型２４のうちの少なくとも一方で伝導加熱することができる。
【０１２３】
圧縮力及び／又は熱を複合材積層部材１０６に所定の期間に亘って加えると、当該方法では、工程２４８において、第１電磁機構９８を励磁解除し、工程２５０において、電流を磁気コイル４４に、工程２３０において流した電流の方向とは反対の方向に流すことにより、第２電磁機構９９の極性を反転させる。第２電磁機構９９の極性を反転させた状態で発生する電磁力Ｆｅは、第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間の吸引力Ｆａとすることができ、工程２５２において、第２電磁機構９９を上方に引き上げることにより、上型２６及び下型２４を分離する。次に、工程２５４において、複合材積層部材１０６、及び／又は複合材構造１０４を電磁プレス１２から取り出すことができ、当該プロセスは、未硬化複合材積層部材１０６を電磁プレス１２に挿入することにより繰り返すことができる。
【０１２４】
図８〜９を参照する図１９は、複合材構造１０４を複合材積層部材１０６から、図８〜９に示す電磁プレス１２の１つの実施形態を使用して形成する方法を示すフロー図である。図８〜９に示す電磁プレス１２は、第１電磁機構９８及び第２電磁機構９９を含み、第１電磁機構９８は、所定の位置に固定することができる第２電磁機構９９に対して移動することができる。更に詳細には、第１電磁機構９８は、図８〜９に示す位置の間を移動することができる。図１９のフロー図に示す方法は、図１８に示す方法を参照しながら上に説明した工程と同様の予備加熱工程２６８を含むことができる。
【０１２５】
工程２７０では、極性反転可能に構成することができる第２電磁機構９９を励磁することができる。第２電磁機構９９を励磁することにより、第１電磁機構９８に対する反発力Ｆｒを発生させることができるので、図８に示すように、間隔２８が上型２６と下型２４との間に生じる。工程２７２では、複合材積層部材１０６を上型２６と下型２４との間の間隔２８に挿入し、工程２７４では、これらには限定されないが、誘導加熱、伝導加熱、対流加熱、及び放射加熱を含むいずれかの適切な手段により加熱することができる。
【０１２６】
図８〜９を参照する図１９に示すように、工程２７６では、第２電磁機構９９を、例えば第２電磁機構９９の電磁石４２を流れる電流を引き抜くことにより励磁解除することができる。次に、第１電磁機構９８を励磁して、吸引力Ｆａを第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生させることができる。吸引力Ｆａが発生する結果として、工程２７８では、上型２６及び下型２４を移動させて、複合材積層部材１０６に接触させることができる。伝導性枠４６及び上型２６を工程２８０において、第１電磁機構９８を励磁する結果として誘導加熱することができる。工程２８２では、上型２６を誘導加熱することにより、複合材積層部材１０６を容易に伝導加熱することができる。その際同時に、工程２７０において、第２電磁機構９９を励磁することにより、第２電磁機構９９の電磁石４２を取り囲む伝導性枠４６及び下型２４を誘導加熱することができる。このような加熱により、工程２７４において、複合材積層部材１０６を容易に伝導加熱することができ、これにより、未硬化樹脂１１０の粘度を低下させることができ、複合材積層部材１０６の繊維強化材料１０９を流れる未硬化樹脂１１０の流動を促進することができる。
【０１２７】
工程２８４では、圧縮力を複合材積層部材１０６に、吸引力Ｆａが第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生する結果として加えることができる。圧縮力は、第１電磁機構９８の電磁石４２に流すことができる電流の大きさを変えることにより経時的に変化させることができる。当該方法の工程２８６では、第２電磁機構９９の極性を反転させて、反発力Ｆｒを第１電磁機構９８と第２電磁機構９９との間に発生させることにより、上型２６及び下型２４を工程２８８において、分離することができる。工程２９０では、複合材積層部材１０６、及び／又は結果として得られる複合材構造１０４を電磁プレス１２から取り出すことができ、当該プロセスを繰り返すことができる。
【０１２８】
図２０〜２１には、本開示の種々の実施形態が、図２０に示す航空機製造及び整備方法３００、及び図２１に示す航空機３０２に関連して記載される。製造前段階では、例示的な方法３００において、航空機３０２の仕様決定及び設計３０４を行ない、材料調達３０６を行なうことができる。製造段階では、航空機３０２の部品及びサブアセンブリの製造３０８、及びシステム統合３１０が行なわれる。その後、航空機３０２は、証明書発行及び機体引き渡し３１２を経て、就航３１４される。顧客が航空機を就航している間、航空機３０２は、日常的なメンテナンス及び整備３１６（このメンテナンス及び整備３１６は、改修、再構成、改装などを含むことができる）を行うようにスケジューリングされる。
【０１２９】
方法３００のプロセスの各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって行なうことができるか、及び／又は実行することができる。本説明を分かり易くするために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、いずれかの数の航空機製造業者、及び大手システムサブコントラクタを挙げることができ；サードパーティとして、これらには限定されないが、いずれかの数のベンダー、サブコントラクタ、及びサプライヤーを挙げることができ；オペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、航空機整備機関などとすることができる。
【０１３０】
図２１に示すように、例示的な方法３００により製造される航空機３０２は、複数のシステム３２０を搭載した機体３１８と、機内３２２とを含むことができる。高位システム３２０の例として、推進システム３２４、電気システム３２６、油圧システム３２８、及び環境システム３３０のうちの１つ以上を挙げることができる。いずれかの数の他のシステムを含めてもよい。航空宇宙用の例を示しているが、開示される実施形態の原理は、自動車産業のような他の産業に適用することができる。
【０１３１】
本明細書において具体化される装置及び方法は、製造及び整備方法３００の種々の段階のうちのいずれか１つ以上の段階において用いることができる。例えば、製造プロセス３０８に対応する部品又はサブアセンブリは、航空機３０２が就航されている間に製造される部品、及び／又はサブアセンブリと同様の方法で形成するか、及び／又は製造することができる。また、１つ以上の装置実施形態、方法実施形態、及び／又はこれらの実施形態の組み合わせは、製造段階３０８及び３１０において、例えば航空機３０２の組み立てを大幅に促進する、及び／又は航空機３０２のコストを大幅に低減することにより利用することができる。同様に、装置実施形態、方法実施形態、及び／又はこれらの実施形態の組み合わせのうちの１つ以上の実施形態は、航空機３０２が就航されている間に利用することができ、例えばこれらに限定されないが、メンテナンス及び整備３１６に利用することができる。
【０１３２】
本開示に変更及び改善を加えることができることは、この技術分野の当業者には明らかである。したがって、本明細書において記載され、かつ例示される構成要素の特定の組み合わせは、本開示の特定の実施形態を表わしているに過ぎず、本開示の思想及び範囲に含まれる別の実施形態、及び／又はデバイスを限定するものとして利用されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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