(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材アセンブリ及び複合材コンポーネントを非侵襲的に（non-invasively）検査して保守するための検査用参照基準品を提供する。【解決手段】参照基準品は、第１成形素材５２と第２成形素材６２とを含む。第１成形素材は、少なくとも部分的に硬化される。第１成形素材は、第１成形素材第１表面５４と第１成形素材第２表面５５とを有する。第１成形素材第１表面５４は、所定の非平面状特異部５６を含む。第２成形素材６２は、第１成形素材第１表面５４の近傍に配置される。第２成形素材６２は、少なくとも部分的に硬化される。【選択図】図５Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査用参照基準品を製造する方法であって、
非平面状特異部を有するツール第１表面を含むツールを配置し、
前記ツール第１表面に第１成形素材を配置し、
第１成形素材第１表面及び第１成形素材第２表面を含む前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させ、その際、前記第１成形素材第１表面は、前記ツール第１表面の近傍に配置されており、
前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置し、
前記第２成形素材を少なくとも部分的に硬化させる、ことを含む方法。
【請求項２】
前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させるステップの後、
前記第１成形素材第１表面に所定の非平面状特異部を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置した後、前記第１成形素材第１表面から前記第２成形素材に、所定の非平面状特異部を形成することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記検査用参照基準品は、シワ測定システムを較正するように構成される、請求項１〜３のいずれかに従って作製される検査用参照基準品。
【請求項５】
前記ツール第１表面から前記第１成形素材第１表面に非平面状特異部を形成するステップの後、さらに、
前記ツールから前記第１成形素材を取り外すことを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
非平面状特異部を有するツール第１表面を含むツールを配置するステップの前、
ツール第１表面に所定の非平面状特異部を形成することを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させるステップにおいて、さらに、
前記第１成形素材を実質的に完全に硬化させることを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第２成形素材を少なくとも部分的に硬化させるステップにおいて、さらに、
前記第２成形素材を実質的に完全に硬化させることを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置するステップの前、
前記第１成形素材第１表面を処理することを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第１成形素材第１表面を処理するステップは、
前記第１成形素材第１表面から所定量の材料を除去することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
所定量の材料を除去するステップは、
前記第１成形素材第１表面から、約１０μｍ〜約１００μｍの範囲の材料層を除去することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも部分的に硬化され、且つ、第１成形素材第１表面及び第１成形素材第２表面を有する第１成形素材と、
少なくとも部分的に硬化されるとともに、前記第１成形素材第１表面の近傍に配置される第２成形素材と、を含み、
前記第１成形素材第１表面は、所定の非平面状特異部を含む、参照基準品。
【請求項１３】
前記第２成形素材は、前記第１成形素材第１表面に対して少なくとも部分的に硬化されるように構成されている、請求項１２に記載の参照基準品。
【請求項１４】
前記参照基準品は、シワ測定システムを較正するために用いられる、請求項１２又は１３に記載の参照基準品。
【請求項１５】
前記参照基準品は、複合材部品を評価するために用いられる、請求項１２〜１４のいずれかに記載の参照基準品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、複合材アセンブリ及び複合材コンポーネントの分野に関する。より具体的には、本開示は、複合材アセンブリ及び複合材コンポーネントを非侵襲的に（non-invasively）検査して保守するための検査用参照基準品の製造及び使用を含む、複合材アセンブリ及び複合材コンポーネントの検査及び保守の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙級複合材料などの複合材料は、多くの場合、含侵複合材料又はプリプレグを含んだ複合材料層を含んでおり、このような含侵複合材料又はプリプレグは、限定するものではないが、多官能エポキシモノマーなどのエポキシモノマーや、二官能性アミンモノマーを含んだ樹脂又は樹脂含侵化合物の混合物を含む。使用可能な完成した状態の複合材料を得るためには、複合材料層を硬化させる必要がある。
【０００３】
様々な複合材コンポーネント、部品、及びアセンブリの製造において、意図的又は非意図的に、コンポーネント及び部品に不規則部（irregularities）又は異形部（anomalies）が形成されることがある。本開示において、「コンポーネント」及び「部品」なる用語は、意味を同じくする用語として用いられており、区別なく使用されうる。さらに、本開示において、「不規則部」及び「異形部」なる用語は、意味を同じくする用語として用いられており、区別なく使用されうる。このような不規則部は、複合材料層の面から物理的に外れた非平面領域であることが多い。多くの場合、不規則部は、複合材コンポーネントの非表面（例えば、表面下）の領域に、非意図的に生じるか、或いは意図的に形成される。すなわち、不規則部は、複合材コンポーネントの表面下領域に、（例えば、シワにより）自然に発生するか、或いは意図的に形成される。このような非平面状の不規則部領域は、複合部品の要件及び許容差によって、コンポーネントの特定の検査パラメータを超えることがある。このような場合、コンポーネントは、検査で不合格となり、廃棄される。一方で、コンポーネントの表面下領域における非平面度が、許容可能なレベル又は程度であったり、所望のレベル又は程度であったりする場合、そのコンポーネントは、検査に合格することができる。
【０００４】
複合材コンポーネントの断面の物理的な検査を要する複合材コンポーネントの検査方法は、必然的に、当該複合材コンポーネントの有用性を損なわせてしまうことが多い。したがって、複合材コンポーネントの表面下領域の非平面状特異部の有無及び程度（例えば、シワの有無及び程度）を特定するために複合材コンポーネントを検査する非破壊的方法が有利であろう。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、複合材コンポーネント及び複合材アセンブリの非破壊検査のための方法、システム、及び装置に関する。また、本開示は、検査用参照基準品の製造及び使用に関する。このような参照基準品は、複合材コンポーネント又はアセンブリに発生する非平面状異形部を含む、表面下の異形部（例えば、シワなど）の輪郭を特定するために用いることができる。
【０００６】
本開示の一態様によれば、検査用参照基準品を製造するための方法が開示される。この方法は、非平面状特異部を有するツール第１表面を含むツール配置し、前記ツール第１表面に第１成形素材を配置し、第１成形素材第１表面及び第１成形素材第２表面を有する前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させ、その際、前記第１成形素材第１表面は、前記ツール第１表面の近傍に配置されており、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置し、前記第２成形素材を少なくとも部分的に硬化させる、ことを含む。
【０００７】
さらなる態様によれば、前記方法は、前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させるステップの後、前記ツール第１表面から前記第１成形素材第１表面に所定の非平面状特異部を形成することをさらに含む。
【０００８】
さらなる態様においては、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置した後、前記第１成形素材第１表面から前記第２成形素材に、所定の非平面状特異部が形成される。
【０００９】
さらなる態様においては、非平面状特異部を有するツール第１表面を含むツールを配置し、前記ツール第１表面に第１成形素材を配置し、第１成形素材第１表面及び第１成形素材第２表面を含む前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させ、その際、前記第１成形素材第１表面は、前記ツール第１表面の近傍に配置されており、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置し、前記第２成形素材を少なくとも部分的に硬化させる、ことを含む方法に従って、検査用参照基準品が作製され、前記検査用参照基準品は、シワ測定システムを較正するように構成される。
【００１０】
さらなる態様によれば、ツールを配置するステップにおいて、前記ツールは、所定の非平面状特異部を有するツール第１表面を含み、前記非平面状特異部は、所定の形状を含む。
【００１１】
さらなる態様においては、前記ツール第１表面に第１成形素材を接触させるステップにおいて、前記第１成形素材は、複合材料を含む。
【００１２】
さらなる態様においては、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を接触させるステップにおいて、前記第２成形素材は、複合材料を含む。
【００１３】
さらなる態様によれば、前記ツール第１表面から前記第１成形素材第１表面に所定の非平面状特異部を形成するステップの後、方法は、さらに、前記ツールから前記第１成形素材を取り外すことを含む。
【００１４】
さらなる態様においては、所定の非平面状特異部を有するツール第１表面を含むツールを配置するステップの前、方法は、さらに、所定の非平面状特異部をツール第１表面に形成することを含む。
【００１５】
さらなる態様においては、前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させるステップにおいて、前記第１成形素材は、実質的に完全に硬化される。
【００１６】
さらなる態様においては、前記第２成形素材を少なくとも部分的に硬化させるステップにおいて、前記第２成形素材は、実質的に完全に硬化される。
【００１７】
さらなる態様においては、前記ツール第１表面に前記第１成形素材を接触させるステップにおいて、前記第１成形素材は、プリプレグ材料を含む。
【００１８】
他の態様においては、前記ツール第１表面に前記第１成形素材を接触させるステップにおいて、前記プリプレグ材料は、複数のプリプレグ層を含む。
【００１９】
さらなる態様においては、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置させるステップにおいて、前記第２成形素材はプリプレグ材料を含む。
【００２０】
さらに他の態様においては、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置させるステップにおいて、前記第２成形素材は、複数のプリプレグ層を含む。
【００２１】
さらに他の態様においては、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置させるステップにおいて、方法は、さらに、前記第１成形素材第１表面を処理することを含む。
【００２２】
他の態様においては、前記第１成形素材第１表面を処理するステップは、前記第１成形素材第１表面から所定量の材料を除去することを含む。
【００２３】
さらに他の態様においては、前記第１成形素材第１表面から材料層を除去するステップは、約１０μｍ〜約１００μｍの範囲の材料層を除去することを含む。
【００２４】
さらなる態様は、参照基準品に関する。前記参照基準品は、少なくとも部分的に硬化され、且つ、第１成形素材第１表面及び第１成形素材第２表面を有する第１成形素材と、少なくとも部分的に硬化されるとともに、前記第１成形素材第１表面の近傍に配置される第２成形素材と、を含み、前記第１成形素材第１表面は、所定の非平面状特異部を含む。
【００２５】
さらなる態様においては、前記第２成形素材は、前記第１成形素材第１表面に対して少なくとも部分的に硬化されるように構成されている。
【００２６】
さらなる態様においては、前記参照基準品は、シワ測定システムを較正するために用いられる。
【００２７】
さらなる態様においては、前記参照基準品は、複合材部品を評価するためのシワ測定システムを較正するために用いられる。
【００２８】
さらなる態様においては、前記参照基準品は、構造体の作製に用いられる複合材部品を評価するためのシワ測定システムを較正するために用いられる。
【００２９】
さらなる態様においては、前記構造体は、固定構造体であってもよい。
【００３０】
さらなる態様においては、前記固定構造体は、ビル、発電機、風力タービンなどを含む。
【００３１】
さらなる態様においては、前記固定構造体は、発電機、風力タービンなどの動的コンポーネントを含む。
【００３２】
さらなる態様においては、前記構造体はビークルであってもよい。
【００３３】
さらなる態様においては、前記ビークルは、有人航空機、無人航空機、有人宇宙船、無人宇宙船、有人回転翼機、無人回転翼機、有人衛星、無人衛星、ロケット、有人陸上車、無人陸上車、有人の水上及び／又は水中輸送体、無人の水上及び／又は水中輸送体、及び、これらの組み合わせであってもよい。
【００３４】
さらなる態様においては、非平面領域を有するツール第１表面を含むツールを配置し、前記ツール第１表面に第１成形素材を配置し、第１成形素材第１表面及び第１成形素材第２表面を含む前記第１成形素材を少なくとも部分的に硬化させ、その際、前記第１成形素材第１表面は、前記ツール第１表面の近傍に配置されており、前記第１成形素材第１表面に第２成形素材を配置し、前記第２成形素材を少なくとも部分的に硬化させる、ことを含む方法に従って作製されるシワ参照基準品に関する。前記参照基準品は、シワ測定システムを較正するために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本開示の変形例を一般的な用語を用いて説明してきたが、以下では、添付図面について言及する。これらの図面は、必ずしも正確な縮尺率で描かれているものではない。
【００３６】
【図１】シワを含む複合材構造体の断面を示す顕微鏡写真の代表的な図である。
【図２】ツールに対する加工寸法を側方から見た代表的なＣＡＤの図である。
【図３】所定の表面特異部を有する複合材コンポーネントの製造に用いられるツールを示す斜視立面図である。
【図４】複合材コンポーネントを製造するために用いられる、図３に示したツールを表す斜視立面図であって、当該ツールには、所定の表面特異部が加工されている。
【図５】図３及び４に示すツールの近傍に配置された複合材料の第１成形素材を示す側面図である。
【図６】硬化された図５に示す複合材料の成形素材、及び、硬化された複合材料の第１成形素材の近傍に配置された複合材料の第２成形素材を示す側面図である。
【図７Ａ】複合材構造体の断面を示す顕微鏡写真である。
【図７Ｂ】複合材構造体の断面の超音波スキャンである。
【図８】本開示の態様による方法の概略を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本開示の態様は、複合材コンポーネント及び複合材アセンブリの非破壊検査のための方法、システム、及び装置に関する。また、本開示は、検査用参照基準品の製造及び使用に関する。このような基準品は、複合材コンポーネント又はアセンブリに発生する非平面状異形部などの、表面下の異形部（例えば、シワ）の輪郭を特定するために用いることができる。
【００３８】
図１は、例えばシワなどの非平面状異形部を含む内部領域を示す、複合材構造体の顕微鏡写真の代表的な断面図である。図１に示すように、複合材料層は、個々のラインで示されている。複合材が、例えばツールなどにセットされると、シワを含む異形部又は不規則部が、意図的又は非意図的に当該複合材に形成されうる。場合によっては、シワなどの異形部が存在すると、複合材コンポーネントが、検査において不合格となることもある。また、他の状況においては、シワの存在がコンポーネントの性能に有利に作用する特定の複合材コンポーネントの最終用途の機能（end use function）に従って、シワを含む所定の異形部が、意図的に形成される。他の状況においては、複合材コンポーネントに存在するシワなどの異形部が望ましくない場合でも、異形部が特定の許容範囲内であれば、この複合材コンポーネントは、検査で不合格とはならないこともある。したがって、検査ツールとして、許容可能なレベルの所定の異形部を含む参照基準品が採用されている。超音波検査（又は、他の非破壊検査方式）などの検査中、参照基準品のトポロジカルな特異部（topological characteristics）と複合材コンポーネントとを比較したとき、検査対象の複合材コンポーネントに含まれる異形部が（参照基準品と比較して）所定値の範囲内に収まるのであれば、当該複合材コンポーネントは検査に合格し、（スクラップとして廃棄されずに）保持及び使用されうる。
【００３９】
図２は、ツールに形成加工する異形部の加工寸法を側方から見た代表的なＣＡＤの図である。図示の寸法は、意図的にツール表面に形成されうる所定の異形部に関する。また、矢印は、本開示の態様による参照基準品を製造するために使用可能なツールなどの構造体に、予め決定された所望の非平面状特異部を形成するために設定可能な変数として、長さ（Ｌ）、高さ（Ｈ）、及びピッチ（Ｐ）を示す。本開示の一態様によれば、所望の表面輪郭を形成するために、ＣＡＤプログラムに画像をトレースして、既知のシワを有する材料の顕微鏡写真（例えば、図１に示す顕微鏡写真）に近似させる。
【００４０】
図３は、複合材コンポーネントの製造に用いられるツール３０を示す斜視立面図である。ツール３０は、所定の表面特異部３２を示すツール第１面３１を有する。複合材部品の製造分野における熟練者には容易に理解できるであろうが、このようなツールは、高温及び高圧などの複合材の処理条件に耐えうる金属、又は、高密度の可塑性材料やポリマー材料などの他の材料などの所望の材料で形成することができるが、これに限定されない。特に好適なツール材料としては、限定するものではないが、アルミニウムやアルミニウム合金が挙げられ、アルミニウム合金には、アルミニウム合金６０６１、ＢＭＳ８−２７６などが含まれる。
【００４１】
図４は、図３で説明した複合材コンポーネントの製造に用いるツール３０を示す斜視立面図であり、当該ツールは、そのツール表面に予め決定された所望の特異部を形成するために処理又は加工された所定の表面特異部３２の領域を有する（ツール第１面３１上）。
【００４２】
図５Ａは、図３及び４に示すツール３０の近傍に配置された少なくとも部分的に硬化された複合材料の第１成形素材５２を示す側面図である。ツール３０は、所定の表面特異部３２の領域を含む。処理中、（不図示）複合材料の第１成形素材５２をツール３０に接触させることにより、ツール３０の所定の表面特異部３２の領域（図示のように、この表面特異部は、非平面である）を、少なくとも部分的に、複合材料の第１成形素材に形状転写（transferred）する。第１成形素材は、第１成形素材第１表面５４と第１成形素材第２表面５５とを有する。ツール３０の表面特異部３２により、第１成形素材第１表面５４に非平面状特異部５６（例えば、非平面状変形部）が形成される。変形により、所定の態様で、第１成形素材第１表面５４の領域に漸次的な非平面状特異部５６を形成することができる。図５Ａは、少なくとも部分的に硬化された複合材料の第１成形素材５２が、ツール３０から取り外される様子を示す。
【００４３】
図５Ｂに示すように、少なくとも部分的に硬化された成形素材５２は、第１表面５４と第１成形素材第２表面５５とを含む。第１成形素材第１表面５４は、ツール３０の表面における所定の表面特異部３２の領域と実質的に寸法が一致する所定の第１表面特異部５６を含む。所定の第１表面特異部は、第１表面とその表面下領域に延在していることが分かる。図５Ｂに示すように、少なくとも部分的に硬化された複合材料の第１成形素材５２は、図５Ａに示す複合材料の第１成形素材５２の配向と比較して実質的に反転した配向で示されている。このように実質的に反転した配向により、少なくとも部分的に硬化された成形素材５２は、図５Ｃに示すように、複合材料の第２成形素材を第１成形素材の第１表面５４で受容することができる。なお、第１成形素材をツールから取り外した後に当該第１成形素材を反転させることが示されているが、第２成形素材を第１成形素材の第１表面に効果的に接触させることができるのであれば、処理プロトコルにおいて、硬化された第１成形素材をツールから取り外した後に、必ずしも当該第１成形素材を反転させる必要はない。
【００４４】
本開示の一態様によれば、第１成形素材の第１表面５４は、ツールから取り外された後であって複合材料の第２成形素材を受容する前に処理が施される表面である。本開示の態様によれば、想定される処理は、硬化後における複合材料の第１成形素材と第２成形素材との間の著しい干渉を実質的に排除して、これら２つの成形素材を所定・所望通りに共接合すること、及び、例えば、第１成形素材の第１表面が、所定・所望の粗度／平滑度などの点で所定の表面品質を有するように当該第１表面を加工すること、を目的としている。このような表面処理は、限定するものではないが、サンディング、ポリッシング、エッチング、レーザーアブレーション（laser ablation）、及び、これらの組み合わせなどの、研磨プロセス、エッチングプロセス、アブレーションプロセスを含む任意の所望のプロセスを介して、材料表面から未硬化の砕片や他の砕片を清掃したり除去したりすることを含む。さらなる態様によれば、第１成形素材をツールから取り外した後、第１成形素材の第１表面から約１μｍ〜約１００μｍの範囲の厚みで、当該成形素材の一部を除去する。さらなる態様においては、第１成形素材をツールから取り外した後、第１成形素材の第１表面から約１０μｍ〜約１００μｍの範囲の厚みで、当該成形素材の一部を除去する。さらに、第１成形素材の第１表面の処理に用いる材料として、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、アセトンなどの化合物を適量塗布することも想定されている。さらなる態様においては、少なくとも部分的に硬化された第１成形素材をツールから取り外した後、この硬化された成形素材に対する単独の表面処理を必要とせずに、粗度や平滑度などの所望の表面特性を、ツールやマンドレルから複合材料の成形素材に形状転写することができる程度まで、複合材技術を向上させることが想定されている。
【００４５】
図５Ｃは、複合材料の第２成形素材６２の近傍に配置された少なくとも部分的に硬化された複合材料の第１成形素材５２（第１成形素材第１表面５４及び第１成形素材第２表面５５を有する）を示す側面図である。同図において、複合材料の第２成形素材６２は、複合材料の積層体として示されているが、当該第２成形素材は、典型的には、一連の個別層として（不図示）、第１成形素材５２における少なくとも部分的に硬化された第１成形素材第１表面５４にレイアップすることができる。
【００４６】
図６は、硬化された状態の第１成形素材５２および硬化された状態の第２成形素材６２が、１つの複合材料として共接合され、参照基準品６０となった様子を示す側面図である。同図において、複合材料の第１成形素材５２と複合材料の第２成形素材６２とが合わさって参照基準品６０を構成している。複合材料の第１成形素材５２と複合材料の第２成形素材６２との境界面の近傍には、参照基準品内誘引特異領域７２が示されている。
【００４７】
図７Ａは、参照基準品６０の顕微鏡写真であり、参照基準品内誘引特異領域７２は、複合材料の第１成形素材５２と複合材料の第２成形素材６２との境界面を示す。
【００４８】
図７Ｂは、参照基準品６０の超音波スキャンを示す。同図において、参照基準品内誘引特異領域７２は、所定の非平面状の表面特異部５６（例えば、本開示の態様により誘引されたシワ）の領域を示す。
【００４９】
図８は、本開示の態様による方法の概略を示すフロー図である。一態様によれば、シワ参照基準品を製造するための方法８０は、複合材構造体においてシワが自然発生する領域を特定し（ステップ８２）、自然発生するシワの形状を模した非平面状表面特異部を含むツールを設計及び作製し（ステップ８３）、複合材料の第１成形素材（すなわち、一次レイアップ材）をツールにレイアップするとともに、少なくとも部分的に硬化し（ステップ８４）、少なくとも部分的に硬化された複合材料の第１成形素材（すなわち、一次レイアップ材）をツールから取り外し（ステップ８５）、第１成形素材（すなわち、一次ラミネート）の硬化後処理を行って、当該第１成形素材を第２成形素材（すなわち、二次レイアップ材）に共接合するための準備を行い（ステップ８６）、第１成形素材に第２成形素材（すなわち、二次レイアップ材）を積層して当該第２成形素材を硬化することにより、共接合された参照基準品を形成し（ステップ８７）、共接合された参照基準品を、超音波を用いて光学的に検証する（ステップ８８）、ことを含む。本明細書の他の箇所で説明したように、第１成形素材と第２成形素材との共接合を改善するために、追加のステップが想定される。
【００５０】
第１成形素材と第２成形素材との両方が硬化された後、これら成形素材の界面において境界線をなるべく目立たなくすることが望ましいので、これらの成形素材間の共接合は重要である。本開示において、「境界線をできるだけ目立たなくすること」は、境界線が許容可能な程度を超えて目立たないことをいうものとする。上述したようなステップには、ツール表面の近傍に配向された、少なくとも部分的に硬化された第１成形素材の表面を加工することが含まれる。少なくとも部分的に硬化された第１成形素材の表面から、所定量の材料が除去される。材料の正確な除去量は、硬化後の表面の状態によるが、約１μｍから約１００μｍの範囲の量が想定されており、その後、ＴａｃｋｉｆｉｅｒＥ−０９（東レ株式会社、サウスカロライナ州ノースチャールストン）などの粘着付与剤が塗布される。
【実施例】
【００５１】
航空機の水平安定板ボックス（H-stab box）の製造に用いられる複合材構造体内において、シワが発生することが知られている領域を特定した。シワを含む構造体が許容可能範囲内に収まる場合のシワの許容可能値を決定した。構造体の切断部分の顕微鏡写真を得た。表面輪郭（すなわち、非平面状輪郭）を作製するために、既知のシワの顕微鏡写真をＣＡＤプログラムにトレースした。アルミニウム合金６０６１から作製されたツールを加工してＣＡＤ表面輪郭に実質的に一致させることにより、当該ツールに非平面状特異部を形成した。次に、複合材参照基準品内の層における既知の深さにおいて所定のデザイン又は不規則な幾何学形状（すなわち、「シワ」）を形成するために、二部構成の共接合プロセスにおいてシワ参照基準品を製造した。ツールの表面特異部に粘着付与剤（ＴａｃｋｉｆｉｅｒＥ−０９（Toray Composites (America)社、サウスカロライナ州ノースチャールストン）を塗布した。複数のエポキシ樹脂含有複合材料層を含む第１成形素材として、ＢＭＳ８−２７６（Toray Composites (America)社、ワシントン州タコマ）を、シワ付ツールの参照エッジに沿うように配置して、プラスチックスクレーパを用いてツールの反対側に向かって貼付け掃引することにより、ツールの表面特異部上にて複合材層を押圧及び成形した。各層を敷設した後、積層体をツールに固定し易くするために、押圧手段（intensifier）を介して、最低２分間フル真空（full vacuum）を印加した。次に、第１成形素材（ツール表面により形成されたシワ特異部を含む）を、硬化ツールと共に反転させ、ツールにより積層体に押し付けた。硬化中に、層が広がって所望のシワの形状に悪影響を及ぼすことを防止するために、積層体の端部をアルミニウムブロックにテープ留めした。エポキシ樹脂プリプレグ複合材料の硬化条件は、９０ｐｓｉの圧力で３５５°Ｆであった。次に、ツールから硬化複合材料を取り外し、当該複合材料を検査して、樹脂溜まりや表面不整などの有無を調べた。複合材料（すなわち、複合積層体）のエッジを平滑化し、栗色のスコッチブライト（登録商標）パッド（maroon scotch-briteTM pad）（３Ｍ、ミネソタ州ミネアポリス）を用いて複合材料の表面を擦ることにより当該表面を処理し、その際、ツールにより複合材料に形成された（すなわち、形状転写された）シワの隆起部分及び特異部分を丸めたりこれらの寸法に悪影響を及ぼしたりして層を損傷させることのないように注意を払った。複合材料の表面から、約１０μｍ〜約１００μｍの範囲内と推定される量の材料が除去された。次に、イソプロピルアルコールを用いて、複合材表面を処理及び洗浄した。その後、複合材料の表面特異部（シワ誘引特異部）が露出するように当該複合材料を配向し、ツールにより形成された所定の表面特異部を有する第１成形素材の表面が、複合材料の第２成形素材を受容できるようにした。これにより、硬化複合材料の第１成形素材が、当該第１成形素材に共接合される第２成形素材のレイアップのためのシワ付ツールとして機能した。複合材料の第２成形素材を受容する前、第１成形素材第１表面にＴａｃｋｉｆｉｅｒＥ−０９（東レ株式会社、サウスカロライナ州ノースチャールストン）を塗布した。次に、９０ｐｓｉの圧力及び３５５°Ｆの温度で第２成形素材を硬化し、参照基準積層体を完成させた。その後、参照基準積層体のエッジをサンディング及びポリッシングした。次に、参照基準積層体の断面の顕微鏡写真を撮って、当該積層体に形成されたシワを光学的に測定した。図７Ａは、参照基準品の内部におけるシワを示す断面顕微鏡写真を示す。複合材料の第２成形素材が複合材料の第１成形素材に接合されている領域（すなわち、複合材料「界面」）が許容可能な程度を超えて目立っていないことを確認するために、超音波を用いて参照基準品をスキャンした。その後、複合部品の超音波スキャンを、参照基準品で得られた値と比較した。図７Ｂは、本開示の方法の態様に従って作製された参照基準品の断面超音波スキャンを説明する図である。
【００５２】
概して、本開示の態様により使用に適すると想定される材料には、限定するものではないが、乾燥繊維層やプリプレグ材料が含まれる。本開示のために、このような材料は、同等に「複合材料」と呼ばれる。
【００５３】
本明細書によれば、第１及び第２の成形素材の硬化は、必要に応じて、実質的に周囲温度又は昇温状態で行うことができる。本明細書において「実質的に周囲温度」の定義は室温であり、約６０°Ｆから１００°Ｆの範囲の温度のことをいう。さらに、本明細書によれば、「実質的に周囲圧力」の定義は、自然の大気条件により自然に発生する圧力であり、海面からの偏差に応じて変化し、約１４ｐｓｉから１６ｐｓｉの範囲の値を有する。昇温硬化が望ましい場合、オーブン又はオートクレーブを用いてそのような温度を実現することができる。その際、硬化温度の範囲は、約１００°Ｆから約４００°Ｆであり、これに対応する圧力は、約１４ｐｓｉから約９０ｐｓｉの範囲である。
【００５４】
なお、第１成形素材の硬化は、多くの要因に関して、当該第１成形素材が所定・所望の寸法安定性を有することができる程度に行われる。このような要因には、限定するものではないが、第１成形素材の全体的な所定・所望の寸法、第２成形素材の硬化後の第２成形素材に対する第１成形素材の所定・所望の寸法、及び、第１及び第２の成形素材の誘引特異部（例えば、シワ）の所定・所望の寸法などが挙げられる。この結果、第１成形素材は、当該第１成形素材に第２成形素材を載置する前の少なくとも部分的に硬化された状態と比較して、完全に硬化、又は、所望通り硬化される。
【００５５】
本開示のさらなる有用な複合材料は、繊維成分及びエポキシ樹脂含有成分を含む複合材プリプレグを含む。複合材プリプレグに使用するために想定される繊維としては、限定するものではないが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ホウ素繊維、及び、これらの組み合わせなどが挙げられる。理想的なプリプレグ候補材料は、繊維床（fiber bed）が樹脂で実質的に完全に満たされた状態の完全含侵材料である。
【００５６】
想定されるエポキシ樹脂ベースの化合物としては、限定するものではないが、ビスフェノールＡのジグリシジル（digylcidyl）エーテル；ビスフェノールＦのジグリシジル（dicgycidyl）エーテル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラジグリシジル（tetragylcidyl）−４，４’−ジアミノフェニルメタン；ｐ−アミノフェノールトリグリシジルエーテル；エポキシフェノールノボラック樹脂；エポキシクレゾールノボラック樹脂；１，３，５−トリグリシジルイソシアヌレート；トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート（及びイソシアヌレート類）；グリセロールジグリシジルエーテル；トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、又は、これらの組み合わせである。
【００５７】
本開示の変形例及び代替例は、例えば、任意の寸法を有する複合材部品などの複合材コンポーネント及び部品の製造、保守、検査などで用いられる参照基準品の製造及び使用、並びに、より大型の部品及び構造体を組み立てる際のコンポーネント及び部品の製造及び使用に関する。このような大型の部品及び構造体は、限定するものではないが、橋トラス（bridge trusses）、支柱、一般建築物などの固定物体の外側又は内側に配置されるように設計されたコンポーネント及び部品を含む。上記以外の物体としては、限定するものではないが、大気及び航空宇宙ビークルなどのビークル及び他の物体、並びに、有人又は無人ビークル及び物体などの、宇宙又は他の上層大気環境での使用のために設計された構造体が挙げられる。さらに、想定される物体には、限定するものではないが、航空機、宇宙船、衛星、ロケット、ミサイルなどが含まれる。したがって、有人及び無人航空機、ドローン、宇宙船、陸上車、非陸上車、並びに、有人及び無人水上及び水中ビークル及び物体も含まれる。
【００５８】
本開示、例示的な態様、又は、その実施形態における要素の記載において、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」などの冠詞は、その要素が１つ又は複数あることを意味する。「備える」、「含む」、「有する」などの文言は包括的であり、列挙した要素以外の追加的な要素も存在しうることを意味する。本開示を特定の実施形態を用いて説明してきたが、これらの実施形態の詳細を限定として解釈すべきではない。また、本開示の好ましい変形例及び代替例を図示及び説明してきたが、これらの例において、本開示の思想及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び置換を行うことができる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【外国語明細書】
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